DE4236442C1 - Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist durch die DE 36 08 603 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die Drehzahlen der Räder eines nachlaufenden Fahrwerks abhängig von den Drehzahlen der Räder eines vorlaufenden Fahrwerks und den unterschiedlichen Motorströmen aufgrund der unterschiedlichen Raddurchmesser ermittelt.
Bei Schienenfahrzeugen, deren Räder elektromotorisch angetrieben werden, sind die Raddrehzahlen abhängig von den Drehzahlen der jeweiligen Antriebsmotoren. Fährt ein derartiges Schienenfahrzeug z. B. aus einem Kreisbogen in eine Gerade ein, dann bewegen sich die Räder des nachlaufenden Fahrwerks schneller als die Räder des vorlaufenden Fahrwerks. Dadurch arbeiten die Antriebsmotoren der nachlaufenden Räder, die sich noch im Kreisbogen befinden, möglicherweise generatorisch, wohingegen die Antriebsmotoren der vorlaufenden Räder, die sich bereits auf der Geraden befinden, überlastet werden können, in jedem Fall aber mehr Energie benötigen. Darüber hinaus können Gleit- und Schleudervorgänge auftreten, die zu einem erhöhten Verschleiß an Rad und Schiene führen und eine entsprechende, den Fahrkomfort beeinträchtigende Geräuschentwicklung hervorrufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs anzugeben, bei dem ein generatorischer Betrieb der Antriebsmotoren bei den jeweils nachlaufenden Rädern eines Schienenfahrzeugs zuverlässig verhindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Drehzahl nII der Räder des nachlaufenden Fahrwerks abhängig vom Auslenkwinkel α des vorlaufenden Fahrwerks sowie vom Auslenkwinkel β des nachlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung
gesteuert, wobei mit nI die Drehzahl der Räder des vorlaufenden Fahrwerks bezeichnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle befahrbaren Gleis-Streckenführungen geeignet. Befinden sich sowohl das vorlaufende als auch das nachlaufende Fahrwerk in einer Geraden, dann sind beide Auslenkwinkel α und β gleich Null und die Drehzahl nII der Räder des nachlaufenden Fahrwerks ist gleich der Drehzahl nI der Räder des vorlaufenden Fahrwerks. Befindet sich das Fahrwerk vollständig in einem Kreisbogen mit konstantem Radius, dann sind wiederum beide Auslenkwinkel α und β und damit die Drehzahlen nI und nII gleich groß.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also genau dann, wenn durch eine Änderung im Streckenverlauf eine höhere Drehzahl bei den Rädern des nachlaufenden Fahrwerks erforderlich ist, eine entsprechende Drehzahlaussteuerung bei den Antriebsmotoren der nachlaufenden Räder vorgenommen. Dadurch wird der generatorische Betrieb der nachlaufenden Antriebsmotoren mit den eingangs geschilderten Nachteilen zuverlässig verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Schienenfahrzeugen, unabhängig davon, wie das Fahrwerk ausgebildet ist, angewandt werden. Sind mehrere Räder in einem gemeinsamen Fahrwerk angeordnet, z. B. als Einzelräder oder als gemeinsam auf einer Achse angeordnete Radpaare, dann können bei dem vorlaufenden und bei dem nachlaufenden Fahrwerk aus mehreren Rädern bzw. Radpaaren zunächst Radblock-Drehzahlen oder mittlere Fahrwerks-Drehzahlen ermittelt werden, um diese dann entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1 zu regeln bzw. zu steuern. Eine besonders genaue Steuerung bzw. Regelung erhält man bei Einzelradantrieben, da in diesem Fall beide Schienen eines Gleises getrennt betrachtet werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht es sich nicht um eine reine Steuerung zu handeln; vielmehr ist auch eine Überlagerung bzw. Kombination von Steuerung und Regelung möglich. So ist z. B. der Drehzahlsollwert der Räder des nachlaufenden Fahrwerks eine geregelte Größe, d. h. Teil eines Regelkreises, wohingegen die Auslenkwinkel α und β lediglich Steuerungs-(Eingangs-)Größen sind.
Zum Erreichen einer erheblich verbesserten Steuerung bzw. Regelung der elektromotorisch angetriebenen Räder können verschiedene spezielle Maßnahmen für sich allein oder in Kombination miteinander vorteilhaft sein.
Bei einem Verfahren nach Anspruch 2 wird zunächst der Istwert der Räder des vorlaufenden Fahrwerks auf einen gewünschten Sollwert geregelt. Mittels dieses Sollwertes wird der Sollwert für die Räder des nachlaufenden Fahrwerks errechnet. Auf diesen errechneten Sollwert wird die Drehzahl der Räder des nachlaufenden Fahrwerks geregelt.
Zur Bildung des Sollwertes für die Drehzahl des nachlaufenden Fahrwerks kann gemäß Anspruch 3 auch der Istwert der Drehzahl der Räder des vorlaufenden Fahrwerks dienen. Damit erhält man entweder verkürzte Regelzeiten oder dieses Verfahren kann mit einer entsprechend vereinfachten Elektronik durchgeführt werden.
Bei diesem Verfahren nach Anspruch 4 werden in vorteilhafter Weise bei den Rädern des nachlaufenden Fahrwerks antriebsseitig unzulässig hohe Drehzahlen vermieden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der Unteransprüche sind, werden im folgenden anhand eines X-Y-Diagramms der Schiene mit einem vor- und einem nachlaufenden Einzelrad erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 ein vorlaufendes und mit 2 ein nachlaufendes Einzelrad eines Schienenfahrzeugs bezeichnet. Beide Einzelräder 1 und 2 laufen auf der rechten Schiene 3; für die nicht dargestellte linke Schiene gelten die nachfolgenden Ausführungen analog.
Das vorlaufende Einzelrad 1 befindet sich bereits vollständig in der Geraden, wohingegen das nachlaufende Einzelrad 2 noch im Kreisbogen läuft. Für das vorlaufende Einzelrad 1 ergibt sich damit gegenüber der Fahrzeuglängsachse (in der Zeichnung ist eine dazu parallele Achse 4 eingezeichnet) ein Auslenkwinkel α; analog ergibt sich für das nachlaufende Einzelrad 2 ein Auslenkwinkel β. In der dargestellten Fahrzeugposition sind die Auslenkwinkel α und β unterschiedlich.
Der in Richtung der Fahrzeug-Längsachse zeigende Vektor der Fahrzeuggeschwindigkeit vFahrzeug ergibt sich damit zu
vFahrzeug = v₁ · cos α
vFahrzeug = v₂ · cos β ER NB=1< wobei mit v₁ die Geschwindigkeit des vorlaufenden Einzelrades 1 und mit v₂ die Geschwindigkeit des nachlaufenden Einzelrades 2 gezeichnet sind.
Die Geschwindigkeiten v₁ und v₂ sind hierbei proportional zu den Drehzahlen n₁ bzw. n₂ ihrer Antriebsmotoren. Man erhält somit die Beziehung:
n₁ · cos α = n₂ · cos β
und daraus die Gleichung
Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen ist es evident, daß die für Einzelräder gemachten Ausführungen analog auch für mehrere, gemeinsam in einem Fahrwerk angeordnete Räder gelten. In diesem Fall kann das Verfahren anstelle der Drehzahlen n₁ und n₂ der Einzelräder 1 bzw. 2 mit einer Radblock- Drehzahl bzw. einer gemittelten Drehzahl nI für die Räder des vorlaufenden Fahrwerks und einer entsprechenden Drehzahl nII für die Räder des nachlaufenden Fahrwerks ausgeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs mit wenigstens einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Fahrwerk, die gegenüber einer Fahrzeug-Längsachse um einen Auslenkwinkel (α bzw. β) auslenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Auslenkwinkel (α) des vorlaufenden Fahrwerks und aus dem Auslenkwinkel (β) des nachlaufenden Fahrwerks sowie aus der Drehzahl (nI) der Räder des vorlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung die Drehzahl (nII) der Räder des nachlaufenden Fahrwerks eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Sollwert n*I mit dem Istwert der Drehzahl nI der Räder des vorlaufenden Fahrwerks verglichen wird und der Sollwert n*II, der gemäß der Beziehung ermittelt wird, mit dem Istwert der Drehzahl nII der Räder des nachlaufenden Fahrwerks verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Drehzahl nII der Räder des nachlaufenden Fahrwerks aus dem Istwert der Drehzahl nI der Räder des vorlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes durch die Räder des nachlaufenden Fahrwerks der Sollwert für die Drehzahl nI der Räder des vorlaufenden Fahrwerks nunmehr den Sollwert für die Drehzahl der Räder des nachlaufenden Fahrwerks bildet, und der modifizierte Sollwert n′*I für die Drehzahl der Räder des vorlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung eingestellt wird, wobei mit nII der Ist- oder Sollwert der Drehzahl der Räder des nachlaufenden Fahrwerks bezeichnet ist.
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