EP3024689A1 - Verfahren zum steuern eines anfahrvorgangs bei einem schienenfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum steuern eines anfahrvorgangs bei einem schienenfahrzeug

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EP3024689A1
EP3024689A1 EP14758848.7A EP14758848A EP3024689A1 EP 3024689 A1 EP3024689 A1 EP 3024689A1 EP 14758848 A EP14758848 A EP 14758848A EP 3024689 A1 EP3024689 A1 EP 3024689A1
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EP
European Patent Office
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torque
traction
limit
control unit
vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14758848.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Till FÖRSTER
Stefan HASSLER
Thorsten STÜTZLE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3024689A1 publication Critical patent/EP3024689A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a starting operation of an electrically driven vehicle, in which a holding torque necessary for preventing the vehicle from rolling back is determined.
  • Electric motors especially three-phase motors, electrically driven vehicles, are often powered by a converter.
  • the inverter generates an output voltage from an input voltage, which is output in the form of pulses with adjustable pulse duration and / or adjustable pulse height to an electric motor of the vehicle. Preferably, this is
  • Output voltage is a three-phase system with variable frequency and voltage amplitude.
  • the motor speed of a three-phase motor is dependent - depending on the frequency and voltage of the power supply - given the load characteristic.
  • the engine speed increases in particular with increasing frequency of the output voltage. Therefore, the engine speed can be controlled by regulating the frequency and voltage of the output voltage generated by the inverter.
  • a traction torque is limited by a control unit of the vehicle to a dependent of the holding torque torque limit and the traction torque of the Control unit is increased beyond the limit torque only when the engine speed is greater than the first limit speed.
  • the invention is based on the consideration that during a starting process of the vehicle a strong thermal load of the converter, in particular of a semiconductor component of the converter, can occur, which can shorten a service life of the converter.
  • the invention is based on the consideration that at low frequencies the output voltage generated by the converter and thus also at low engine speeds, as they occur during a starting process of a vehicle, a conducting phase of a semiconductor component of the converter is relatively long. Consequently, the semiconductor device can heat up in a conductive phase for a relatively long time and reach a high temperature when the engine speed is low. A maximum reached during a conducting phase of the semiconductor device temperature of the semiconductor device may be set from that at the respective engine speed
  • a conductive phase of the semiconductor device is shorter, which is why the semiconductor device heats up shorter in a conducting phase.
  • a maximum temperature of the semiconductor component reached during a conducting phase of the semiconductor component assumes a lower value at a higher engine speed, even in the case of a higher set traction torque, than at a low engine speed.
  • the traction torque can be understood to be that part of the drive torque generated by one or more electric motors of a vehicle, which acts in total on wheels of the vehicle and can contribute to a transmission of tractive force to a track surface.
  • the vehicle may include a single car, among others. But it can also include several mutually coupled cars.
  • At least one vehicle of the vehicle has an electric drive, wherein the electric drive comprises at least one electric motor, which is fed via an inverter.
  • the vehicle may be e.g. to act a rail vehicle or a motor vehicle. If the vehicle is a motor vehicle, the vehicle may e.g. an electrically powered truck or passenger car and one or more attached to the truck or passenger cars without own drive include. If the vehicle is a rail vehicle, the vehicle may include one or more powered cars and one or more cars without their own drive.
  • the vehicle is equipped with an electric drive having one or more electric motors. These are powered by one or more inverters, each one
  • Electric motor can be powered by a converter or fed by a converter several electric motors.
  • a holding torque can be the minimum traction torque to be applied by the electric motor in order to prevent the vehicle from rolling back, for example at a section gradient. Rolling back can generally be considered as rolling against a direction of travel established by a driver or automatic control.
  • the start of a starting process can be defined as the point in time at which, after stopping the vehicle, the traction torque is increased or a braking torque is reduced - whichever comes first.
  • a braking torque may be a torque generated by one or more brake systems, which acts in total on wheels or wheel axles of the vehicle. The braking torque may, for example, have the purpose of the vehicle, in particular on a route gradient or a line gradient, to keep at a standstill.
  • a brake system may comprise one or more brakes, in particular one brake per wheel or wheel axle of the vehicle.
  • the vehicle may have additional brakes, which may develop braking forces directly between the vehicle and the track surface.
  • the braking torque may be a sum of a torque generated by the further brakes and the torque generated by the brake systems, which acts on the wheels or wheel axles of the vehicle.
  • a control unit can be understood as a device which is prepared for controlling the traction torque.
  • the control unit can in particular be an automatic
  • Traction control include. Furthermore, the control unit can be prepared for controlling one or more brake systems, in particular for applying and / or releasing one or more brakes.
  • a limit torque may be a value of the traction torque to which the traction torque is limited by the control unit, the value u.a. may be dependent on the determined holding torque.
  • the limit torque is above the holding torque, so that the vehicle can be accelerated from a standstill in the direction of travel, in particular without rolling back.
  • an engine speed is determined repeatedly, in particular at fixed time intervals.
  • an engine speed sensor will be used.
  • a speed of the vehicle may be proportional to the engine speed, in this regard, additionally or alternatively, the speed may be measured, wherein a speed measurement is hereinafter understood for the sake of simplicity as determining the engine speed.
  • a limit speed may be a design-related speed value.
  • the limit speed may depend in particular on a type of inverter.
  • the limit speed may depend on the limit torque.
  • the limit speed can in particular be greater, the greater the limit torque.
  • the traction torque is therefore controlled by the control unit such that a maximum temperature of the semiconductor component achieved during a conducting phase of a semiconductor component of the converter remains below a predetermined temperature value.
  • This process feature can be e.g. realize that a calculated in dependence on several parameters temperature of the semiconductor device is stored in the form of a particular multi-dimensional table in the control unit. For each of the parameters on which the calculated temperature depends, a set of possible parameter values may be present in the table.
  • the calculated temperature can be dependent on: the holding torque, the traction torque, the braking torque, the engine speed and / or the type of converter parameters that depend on the model.
  • the calculated temperature of the semiconductor component can be taken with the aid of the known and / or determined parameter values of the table.
  • the calculated temperature can be calculated with the specified temperature value to be compared. Subsequently, the limit torque can be increased or decreased by the control unit.
  • the temperature of the semiconductor component may, for example, relate to a temperature at a contact surface with a bonding wire.
  • the bonding wire can be prepared to connect the semiconductor component in an electrically conductive manner to one or more components, in particular to terminals of a chip housing which can surround the semiconductor component.
  • the bonding wire is soldered or welded to the semiconductor device.
  • the semiconductor device and the bonding wire may have different materials.
  • the bonding wire may e.g. consist essentially of aluminum.
  • the semiconductor component preferably consists essentially of silicon.
  • Different, in particular material-dependent coefficients of thermal expansion of the bonding wire and of the semiconductor component can, after a certain number of switching cycles of the semiconductor component, lead to a crack on the contact surface of the bonding wire and thereby to a failure of the converter.
  • the number of switching cycles after which the converter may fail may depend on: a material of the bonding wire, a material of the semiconductor component, a geometry of the bonding wire, a geometry of the semiconductor component and / or operating parameters of the converter.
  • the semiconductor component can in particular
  • the limit torque is below the maximum of 1.3 times the
  • the limit torque is preferably above the maximum of 1.2 times the holding torque and 0.2 times the maximum adjustable by the control unit
  • the limit torque is determined by means of a maximum function, it can be achieved that the limit torque is set at small values of the holding torque of the control unit to a fixed predetermined value. Furthermore, it can be achieved that the limit torque at high values of
  • Arresting torque of the control unit is set to a dependent of the holding torque, in particular above the holding torque value. In this way, an advantageous compromise between a converter protection and a speedy start can be achieved.
  • a torque band having a maximum value and a minimum value of the traction torque may be stored in the control unit.
  • the traction torque is adjustable only within this torque band, as long as the determined engine speed is less than the predetermined first limit speed. In this way it can be avoided that the traction torque is set by an external intervention to a destructor value.
  • the traction torque may be e.g. be adjustable by the driver or by an external control unit.
  • the maximum value of the torque band can in particular be the maximum of 1.3 times the holding torque and 0.3 times the maximum that can be set by the control unit
  • the minimum value of the torque band can in particular be the maximum of 1.2 times the hold-down torque. ment and 0.2 times the maximum traction value that can be set by the control unit.
  • the traction torque can be kept constant by the control unit at a predetermined value, as long as the determined engine speed is less than the first limit speed.
  • the predefined value may, in particular, be the mean value of the maximum value and the minimum value.
  • the traction torque is held by the control unit above a minimum torque, preferably between the minimum torque and the limit torque, as soon as the traction torque is at least as large as the minimum torque.
  • a dwell time of the vehicle is shortened in a state with a low engine speed. It makes sense for the minimum torque to be smaller than the limit torque.
  • the minimum torque can be dependent on the holding torque. Preferably, the minimum torque is greater than the holding torque. As a result, despite possible inaccuracies in determining the holding torque or in spite of the influence of other influences, such as, for example, Head wind or friction, prevent the vehicle - even without a holding effect of a brake - rolls back.
  • the minimum torque can be set by a given percentage of the
  • Arresting torque for example 10%, be greater than the holding torque.
  • the minimum torque may be a fixed value, eg 15% of the maximum traction value that can be set by the control unit.
  • the limit torque and / or the minimum torque can be adjusted by the driver, in particular in stages. Expediently, it is possible for the driver to completely remove a limitation of the traction torque, in particular in the event of an exceptional operational situation.
  • the traction torque is increased by the control unit until reaching a predetermined second limit speed as soon as the engine speed is greater than the first limit speed.
  • a higher speed and / or acceleration of the vehicle can be achieved.
  • the maximum temperature reached during a conducting phase of the semiconductor device semiconductor device due to a shorter duration of the conductive phase may be lower than in the period in which the engine speed is less than the first limit speed.
  • the traction torque is preferably increased linearly, in particular proportionally, to the engine speed as soon as the engine speed is greater than the first limit speed and as long as the engine speed is less than the second limit speed.
  • the traction torque when reaching the second limit speed assumes the maximum traction value that can be set by the control unit.
  • the control unit the maximum traction value that can be set by the control unit.
  • Traction torque is kept constant on said traction value after the maximum control unit adjustable traction value is accepted by the control unit until the maximum engine power is reached.
  • the first limit speed is set by the control unit as a function of the holding torque.
  • the First limit speed can be set by the control unit to an even greater value, the greater the holding torque.
  • the ratio of the second limit speed to the first limit speed is preferably equal to the ratio of the maximum traction value that can be set by the control unit to the limit torque.
  • a gradient parameter dependent on a path inclination angle is determined. It makes sense that the path inclination angle refers to a section of the track on which the vehicle is located. In particular, the path inclination angle may be a value averaged over an entire length of the vehicle.
  • the slope parameter may e.g. the route inclination angle itself.
  • the slope parameter may be a component of earth acceleration that is dependent on the path inclination angle and that is aligned parallel to the section. From the slope parameter can easily a component of the gravitational acceleration, as
  • a positive value of the slope parameter may represent a positive path slope angle, wherein the positive path slope angle may occur at a grade slope.
  • a negative slope parameter may represent a negative path slope angle, where the negative path slope angle may occur at a path gradient.
  • Track gradient and line gradient are to be understood as related to the direction of travel of the vehicle.
  • the gradient parameter can be determined, for example, with the aid of an acceleration sensor.
  • the acceleration sensor may be an element of an inertial measurement unit which, in addition to the acceleration sensor, has at least one further acceleration sensor and / or at least one rotation rate sensor.
  • the gradient parameter can be determined with the aid of a plurality of acceleration sensors.
  • at least one rotation rate sensor can be used in the determination of the gradient parameter.
  • a mass of the vehicle is determined. If the vehicle has air suspension, the mass may be e.g. be determined from a measurement of air pressure. Does the vehicle with a suspension system with
  • Coil springs so the mass can be determined for example from measurements of axial lengths of the coil springs.
  • the retention torque is calculated from the mass of the vehicle and from the slope parameter.
  • the control unit is prepared to calculate the holding torque from the mass and the pitch parameter.
  • a car pitch parameter is determined for each car of the vehicle.
  • the carriages can stand on sections with different line inclination angles.
  • each of the carriages can be equipped with at least one own acceleration sensor.
  • one car mass is determined for each car of the vehicle. From the car masses a total mass of the vehicle can be calculated. Zeckczyski the control unit is prepared to calculate the total mass of the vehicle.
  • the respective car mass as well as the respective car pitch parameter for each car of the vehicle calculates a carriage holding torque.
  • the holding torque of the vehicle is expediently calculated by summing up all determined carriage holding moments.
  • a substitute value calculation is present in the control unit which, if one or more individual values fail, resort to substitute values and / or substitute algorithms.
  • a carriage pitch parameter e.g. Because of a failure of an acceleration sensor, a car pitch parameter may be extrapolated or interpolated from one or more other car pitch parameters. If one car is positioned both in front of and behind the car whose car grading parameter is not available, then the missing carriage pitch parameter can be set equal to the mean value of the car pitch parameters of these two carriages. If the wagon whose wagon pitch parameter is not available is adjacent to only one wagon, the missing wagon pitch parameter may be set equal to the wagon pitch parameter of the adjacent wagon.
  • the substitute value calculation in the case of the failure of one or more individual values during the determination of the carriage masses relies on replacement values and / or replacement algorithms.
  • a maximum mass, in particular a maximum permissible maximum mass, of the wagon may be used as the wagon mass.
  • the respective car-holding torque may, inter alia, be greater than zero, if a component of a weight force of the respective carriage counteracts the direction of travel of the vehicle, that is, for example, when the car - based on the direction of travel - is at a route gradient.
  • the respective car holding torque may be, inter alia, less than zero, if a component of the weight of the respective car in driving direction of the vehicle acts, so for example if the car - based on the direction of travel - is located at a distance gradient.
  • a summation of all determined car-holding torque for calculating the holding torque of the vehicle is carried out usefully taking into account a sign of the respective car-holding torque. If the determined holding torque is less than zero, it is expediently set to zero by the control unit.
  • the gradient parameter or the carriage gradient parameters are determined repeatedly, in particular at fixed time intervals. It makes sense to calculate the holding torque of the vehicle from the last ascertained gradient parameter or from the last calculated car gradient parameters. As a result, changes in the gradient parameter or the carriage gradient parameters which occur during the startup process can be taken into account and the current retention torque can always be calculated.
  • a brake is released from the control unit for starting.
  • the braking torque then drops from a starting braking torque to zero.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the slope of the traction torque takes place as a function of a decreasing braking torque.
  • the control unit thus controls the increase of the traction torque as a function of the braking torque, whose time course can be stored in the control unit, for example by the time course of a release command is deposited in dependence on an initial braking torque.
  • the traction torque increases at least over a temporal portion to the extent to which the braking torque decreases.
  • the temporal section comprises at least at least half the time it takes to completely release the brake.
  • the holding action of the brake is e.g. at the latest from the time point at which the traction torque is as large as the limit torque, because it is possible that the holding effect of the brake from this time only hinders the start, but is no longer needed to prevent the rolling back of the vehicle.
  • the traction torque is controlled by the control unit such that the traction torque first reaches the limit torque when the braking torque reaches zero. This makes it possible to avoid that the braking torque counteracts the traction torque and thus hinders starting when the traction torque reaches the limit torque.
  • the traction torque is increased by the control unit such that the sum of traction torque and braking torque remains constant, in particular above the holding torque. It makes sense that the sum of traction torque and braking torque remains constant only from the time when the traction torque is increased.
  • the traction torque can be increased by the control unit such that the sum of traction torque and braking torque remains constant and at least as large as the limit torque, in particular equal to the limit torque.
  • the sum of traction torque and braking torque may relate in particular to the amount of a vector sum, since the Traction torque and the braking torque during the starting process can act in different directions.
  • the traction torque in particular starting from zero, is increased as soon as the braking torque falls below the limit torque. This makes it possible that despite a drop in the braking torque, the sum of traction torque and braking torque remains at least as large as the limit torque.
  • a first time at which the braking torque is dropped to zero is calculated in advance. From the first point in time, a temporally preceding second point in time can be calculated. In a preferred manner, the moment of traction, which increases at the second time, in particular starting from zero, at the maximum permissible rate, reaches the limit torque for the first time. In this way, a period of counteracting traction torque and braking torque can be reduced.
  • the maximum allowed rate at which the traction torque is increased may be less than a technically maximum rate at which the traction torque can be increased.
  • the maximum allowed rate may be a rate limited for reasons of passenger comfort, in particular with regard to avoiding sudden jerking movements, and / or for the purpose of sparing a drive train of the vehicle.
  • the traction torque is limited by the control unit to the limit torque as long as the engine speed is less than the first limit speed.
  • the traction torque from the control unit may be maintained at the limit torque as long as the engine speed is less than the first limit speed.
  • the traction torque is increased by the control unit beyond the limit torque as soon as the engine speed is again greater than the first limit speed.
  • the traction torque is a negative traction torque, which is preferably used for electric braking of the vehicle.
  • an amount of the negative traction torque is decisive for controlling the traction torque by the control unit. As a result, a converter-friendly electrical braking can be achieved.
  • control of the traction torque by the control unit during electric braking can be deactivated by the driver or is automatically deactivated in emergency braking, so that a rapid deceleration of the vehicle, in particular to its standstill, is possible.
  • the invention also relates to a control system for an electrically driven vehicle having at least one electric motor, a converter for supplying the electric motor and a control unit for controlling the converter, which is prepared to determine a holding torque necessary for preventing the vehicle from rolling back.
  • An inverter-sparing control system is inventively achieved in that the control unit is prepared to control the inverter so that, as long as a determined engine speed is less than a predetermined first limit speed, a traction of the vehicle is limited to a dependent of the holding torque limit torque and the traction torque is only increased beyond the limit torque when the engine speed is greater than the first limit speed.
  • FIG. 4 shows an exemplary course of the traction torque as a function of a motor rotational speed for the starting process from FIG. 2,
  • FIG. 5 shows an exemplary course of the traction torque as a function of the engine speed for the starting process from FIG. 3,
  • FIG. 6 shows an exemplary time profile of a temperature of a bipolar transistor of an inverter
  • FIG. 7 shows a further exemplary time profile of the temperature of the bipolar transistor at a higher engine speed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrically driven vehicle 2 with three cars 4.
  • the vehicle 2 is a rail vehicle. Seen from the viewer right car 4 is designed as a driven car 4 and the other two cars 4 are executed without own drive.
  • the vehicle 2 has two electric motors 6, designed as three-phase motors, which are fed by a converter 8.
  • the converter 8 comprises a bipolar transistor with insulated gate electrode (not shown in FIG. 1).
  • the vehicle 2 also has a control system 9, which comprises a control unit 10, which is used to control a
  • the control unit 10 is prepared by controlling the inverter 8 to control the traction torque. Furthermore, for each of its electric motors 6, the vehicle 2 has an engine speed sensor 12 which is used to measure an engine rotational speed. number of the respective electric motor 6 is prepared.
  • the three cars 4 of the vehicle 2 are each equipped with an air suspension system, not shown in FIG 1.
  • each of the car 4 has two brake systems 13, which are controllable by the control unit 10.
  • Each of the brake systems 13 includes two brakes, which are not shown in FIG 1 for the sake of clarity.
  • Each of the three carriages 4 has an acceleration sensor 14, which is prepared for measuring an acceleration of the carriage 4 aligned parallel to a track section 16.
  • the acceleration sensors 14 are connected to the control unit 10 via a data line system (not shown in FIG. 1) and prepared for transmission of the ascertained accelerations to the control unit 10.
  • the three cars 4 of the vehicle 2 are each with a
  • Pressure sensor 20 is provided, which is prepared for measuring a prevailing in the air suspension system of the respective carriage 4 pressure.
  • the pressure sensors 20 are connected via the data line system to the control unit 10 and prepared for transmission of the determined pressure to the control unit 10.
  • the driven carriage 4 is located on a section 16 which is a gradient
  • a positive path inclination angle 24 - has.
  • the path inclination angle 24 of the section 16 with the slope is greater in magnitude than the path inclination angle 24 of the section 16 with the slope.
  • changes in the path inclination angle 24 between the respective track sections 16 are abrupt and the track inclination angles 24 are greater in the gradient or gradient than they may actually be in the case of adhesive railways, which merely serves to illustrate.
  • a respective acceleration of the respective carriage 4 which is dependent on the path inclination angle 24, is determined at fixed time intervals, which is aligned parallel to the track section 16 on which the carriage 4 is located. Acceleration is a component of gravitational acceleration that acts as downhill acceleration. The ascertained accelerations are then transmitted to the control unit 10. In the same time intervals, the engine speeds of the electric motors 6 are determined by means of the two engine speed sensors 12.
  • the control unit 10 calculates a mass of the respective carriage 4 from the transmitted pressures. Furthermore, the control unit 10 calculates the total mass of the vehicle 2 from the individual carriage masses.
  • the control unit 10 controls the brake systems 13 such that the brakes of the brake systems 13 are released. Consequently, the brake torque generated by the brake systems 13 to wheels 26 of the vehicle 2 of Starting from an initial value that is greater than the determined holding torque, reduced to zero.
  • the control unit 10 controls the inverter 8 such that, during the deceleration of the braking torque, the traction torque acting on the wheels 26 of the vehicle 2 is increased starting from zero.
  • FIG 2 shows a diagram in which schematically exemplary time profiles of a traction torque M T and a braking torque M B during a starting process of the rail vehicle described in FIG 1 are shown.
  • the diagram comprises an ordinate axis and an abscissa axis. On the ordinate axis a moment M is plotted. A time t is plotted on the abscissa axis.
  • the diagram relates to a starting process in which the rail vehicle-in contrast to FIG. 1-is located on a flat stretch of road, so that a determined holding torque M F is zero.
  • the retention torque is zero over the entire time period shown, since in Adphosions railways changes in a track inclination angle - based on typical car lengths of rail vehicles - done on large length scales, the rail vehicle in the period shown, however, only covers a distance of a few car lengths.
  • the traction torque M T is zero and a generated by the braking systems 13 of the rail vehicle braking torque M B is constant at an initial value which is greater than zero.
  • the starting process begins at time t 0 , at which the control unit 10 controls the brake systems 13 of the vehicle 2 in such a way that the brake systems 13 release their brakes.
  • the braking torque M B decreases starting from the starting value.
  • the braking torque M B takes the simplicity half at a constant rate. In fact, the rate at which the braking torque M B drops, but may be temporally fluctuating.
  • the control unit 10 predicts a first time t 2 at which the braking torque M B will have fallen to zero.
  • a second time ti is calculated. This second time ti is characterized by the fact that the maximum permitted rate increased traction torque M T at the first time t 2 reaches a limit torque M G , provided that the traction torque M T is increased starting at zero at time ti.
  • the traction torque M T is increased by the control unit 10 starting at zero.
  • the braking torque M B drops to zero at time t 2 and the traction torque M T reaches the limit torque M G at time t 2 .
  • the rail vehicle begins to travel in the direction of travel and assumes an engine speed of the two electric motors 6 starting at zero too.
  • the limit torque M G is set by the control unit 10 such that during a conducting phase of the
  • Bipolar transistor of the inverter 8 maximum reached temperature of the bipolar transistor remains below a predetermined temperature value.
  • the limit torque M G is equal to 0.25 times the maximum traction value M en d which can be set by the control unit 10.
  • the traction torque M T is increased at a mean rate equal to a maximum allowed rate, this maximum allowed rate being less than a technically maximum possible rate at which the
  • Traction torque M T can increase. Rather, the maximum allowed rate is one for reasons of passenger comfort, in particular dere in order to avoid sudden jerking, as well as to protect a drive train of the vehicle 2 limited rate.
  • the average rate at which the traction torque M T is increased is greater in magnitude than the rate at which the
  • the traction torque M T is kept constant by the control unit 10 at the limit torque M G until the engine speed reaches a predetermined first limit speed.
  • the predetermined first limit speed is reached at time t 3 . From this point on, the traction torque M T is increased by the control unit 10, in particular proportional to
  • the ratio of the second limit speed to the first limit speed is equal to the ratio of the maximum of the control unit 10 adjustable traction value Mend to the limit torque M G.
  • FIG. 3 shows a diagram in which further exemplary time profiles of the traction torque M T and of the braking torque M B are shown schematically.
  • the diagram refers to a starting process in which the rail vehicle is at a line gradient, the determined holding torque M F is therefore greater than zero.
  • the scaling of the ordinate axes or of the abscissa axes is the same in both figures.
  • the initial value of the braking torque M B which is exactly as large as in FIG. 2, is above the determined holding torque M F.
  • the holding torque M F is approximately 0.5 times the maximum traction value M end which can be set by the control unit 10.
  • the limit torque M G is equal to 1.25 times the holding torque M F and the minimum torque M min is the same 1.1 times the holding torque M F.
  • the increase in the traction torque M T does not start from the predicted time t ⁇ , but from one time before lying time t ⁇ ''.
  • the average rate at which the traction torque M T is increased from the time t ⁇ ' is in this case set equal to the rate at which the braking torque M B decreases, so that an amount of vector sum of the braking torque M B and the traction torque M T from the time ti '' until the time t 2 remains approximately constant.
  • the rail vehicle begins to travel in the direction of travel and the engine speed of the electric motors 6 increases as soon as a difference between the traction torque M T and the holding torque M F is greater than the braking torque M B and, in addition, frictional resistances in bearings of the vehicle 2 are overcome. ie between the time t ⁇ '' and the time t 2 .
  • Traction torque M T is increased to reach the limit torque M G , is smaller than in FIG 2, in the present case, a period for reaching the limit torque M G from the beginning of increasing the traction torque M T from zero to longer than in FIG.
  • Limit moment M G is held in FIG is longer than in FIG 2. This 3 because in this case the limit torque M G is greater than in FIG 2 and thus takes place a longer boundary of the traction moment M T, in order to conserve the inverter 8 , Furthermore, it can be seen from the comparison of FIG. 3 and FIG. 2 that a period in which an increase in the traction torque M T proportional to the engine rotational speed takes place is shorter in FIG. 3 than in FIG. 2, which is due to the fact that the increase proportional to the engine rotational speed at a higher
  • FIG 4 shows a diagram in which an exemplary course of the traction torque M T as a function of the engine speed n is shown schematically.
  • the diagram relates to the time course of the traction torque M T , which is shown in FIG 2, and to the starting situation, which is described in connection with FIG.
  • the diagram comprises an ordinate axis and an abscissa axis. On the ordinate axis a moment M is plotted. On the abscissa axis, the engine speed n is plotted. As long as the engine speed n is less than the predetermined first limit speed n i (the traction torque M T from the control unit 10 to the limit torque M G , which is 0.25 times the maximum of the control unit 10 adjustable
  • Traction value M end is set. As described in connection with FIG 2, the rail vehicle begins to drive in the direction of travel, as soon as the traction torque M T is greater than the braking torque M B and in addition frictional resistance in bearings of the vehicle 2 are overcome, ie even before the time t 2 at which the Traction torque M T is equal to the limit torque M G. Since traction is already built up before the rail vehicle begins to travel in the direction of travel, the traction torque M T at the engine speed zero is already at a value greater than zero, but less than the limit torque M G. As the engine speed n increases in proportion to the speed of the vehicle 2, this decreases
  • Traction torque M T held constant by the control unit 10 to the limit torque M G until the engine speed n at time t 3 reaches the predetermined first limit speed ni. Once the engine speed n has exceeded the predetermined first limit speed ni and as long as the engine speed n is smaller than the predetermined second limit speed n 2 , the traction torque M T is increased by the control unit 10 in proportion to the engine speed n.
  • Traction torque M T held constant on the adjustable by the control unit 10 traction value M end . From the time t 5 at which the maximum engine power is reached, the traction torque M T is reduced inversely proportional to the engine speed n, while the maximum engine power is maintained.
  • FIG. 5 shows a diagram in which a schematically another exemplary course of the traction torque M T is shown as a function of the engine speed n.
  • the diagram relates to the time course of the traction torque M T , which is shown in FIG 3, as well as to the starting situation, which is described in connection with FIG.
  • the scaling of the ordinate axes or of the abscissa axes is the same in both figures.
  • the traction torque M T is already at a value which is greater than the holding torque M F , but is smaller than the limit torque M G.
  • the limit torque M G to which the traction torque is set by the control unit 10, is equal to 1.25 times the determined holding torque M F , wherein the holding torque M F is about 0.5 times the maximum of the control unit 10 adjustable traction M end .
  • the limit torque M G in the present case has a greater value than in FIG 4. Accordingly, the predetermined first limit speed ni, to reach which the traction M T is held on the limit torque M G , from the control unit 10 to a larger Value as set in FIG 4, to protect the inverter 8.
  • the predetermined second limit speed n 2 until reaching the traction torque M T is increased in proportion to the engine speed n after exceeding the predetermined first limit speed ni, however, is set by the control unit 10 to the same value as in FIG.
  • the first setting level is set.
  • a choice of the second or third setting stage is limited to the presence of an operational exceptional situation and must be enabled by the driver by pressing an unlocking lever or an unlocking switch.
  • the limitation of the first setting is set.
  • the limitation of the traction torque M T to limit torque M G described in connection with FIGS. 2 to 5 relates to the first setting stage.
  • the limit torque is set in such a way that a difference between the maximum traction value M end which can be set by the control unit 10 and the limit torque is halved compared with the corresponding difference in the first setting stage.
  • the third stage there is no limitation of the traction torque.
  • the limit torque M G ' is set to a value which is approximately 0.62 times the maximum traction value M en d which can be set by the control unit 10.
  • the precalculated instant t ⁇ ' in the second setting stage is earlier than the predicted instant ti in the first setting stage.
  • the traction torque M T 'increased from the time t ⁇ ' at the maximum permitted rate reaches the limit torque M G 'at the instant t 2 .
  • the traction torque M T ' is kept constant by the control unit 10 at the limit torque M G '. From the time t 3 'is a proportional to the engine speed n increase of the traction torque M T until the
  • Traction torque M T 'at time t 4 ' reaches the maximum adjustable by the control unit 10 traction value M en d. From then on, the traction torque M T 'remains constant until the maximum engine power is reached at time t 5 maximum traction value adjustable by the control unit 10
  • Traction torque M T 'takes place is shorter than in the first setting stage, since the proportional to the engine speed n
  • FIG. 6 shows a diagram in which an exemplary time profile of a temperature of the
  • Bipolar transistor of the rail vehicle described in FIG 1 is shown.
  • the diagram comprises an ordinate axis and an abscissa axis.
  • the illustrated temperature is the temperature at a contact surface of the bipolar transistor to which a bonding wire is soldered or welded to the bipolar transistor.
  • This temperature may be, for example, the temperature to which the control unit 10 refers when controlling the traction torque M T.
  • the illustrated temperature profile refers to a period in which an engine speed n of the two electric motors 6 is below the predetermined first limit speed rii and thus a frequency of the output voltage generated by the converter 8 is low. The period shown is so short that the engine speed n is considered to be approximately constant over this period.
  • the bipolar transistor heats up and the temperature at the contact surface increases. Accordingly, the cools
  • Bipolartransistor during a non-conducting phase of the bipolar transistor and the temperature at the contact surface decreases.
  • FIG. 6 a periodic fluctuation of the temperature between a minimum temperature and a maximum temperature is shown.
  • the maximum temperature is a maximum temperature T max reached at the contact surface during a conducting phase of the bipolar transistor. This temperature will be on
  • the minimum temperature is one during a non-conductive phase of the
  • Bipolar transistor minimum reached temperature T m i n at the contact surface This temperature is reached at the end of a non-conductive phase. Consequently, the value of the minimum attained temperature T m i n at the contact surface depends inter alia on a duration of the non-conducting phase of the bipolar transistor. Accordingly, the value of the maximum reached temperature T max at the contact surface depends inter alia on a duration of the conducting phase of the bipolar transistor.
  • the temperature profile is shown in simplified form and is merely intended to illustrate a relationship between the motor speed n dependent on the frequency of the output voltage and the maximum temperature T max reached at the contact surface during a conducting phase of the bipolar transistor.
  • T max maximum temperature
  • 7 shows a diagram in which a further exemplary time profile of the temperature of the bipolar transistor of the converter 8 is shown.
  • the temperature curve shown relates to a period in which the engine speed n is above the first predetermined limit speed rii and thus the frequency of the output voltage generated by the converter 8 is higher than in FIG. 6.
  • the duration of a conducting phase of the bipolar transistor is inversely proportional to the frequency of the output voltage generated by the converter 8. Accordingly, the longer the motor rotational speed n, the shorter the duration of a conducting phase of the bipolar transistor. Accordingly, the heats up
  • Bipolar transistor maximum reached temperature T max at the contact surface at a higher engine speed n be lower than at a lower engine speed n - and although a rate at which the temperature increases at the higher engine speed n, may be greater, for example because that
  • FIG. 7 shows the maximum reached during a conducting phase of the bipolar transistor Temperature T max at the contact surface lower than in FIG. 6
  • the duration of a non-conducting phase of the bipolar transistor is shorter. Therefore, the bipolar transistor cools at a higher motor speed n shorter and the minimum reached during a non-conducting phase of the bipolar transistor temperature T m i n at the contact surface may be greater at a higher engine speed n than at a lower engine speed n.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Anfahrvorgangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, dessen Elektromotor über einen Umrichter gespeist wird, bei dem ein zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs notwendiges Festhaltemoment ermittelt wird. Durch einen Einsatz von Sensoren zur Bestimmung von Wagenmassen sowie von Sensoren zur Bestimmung von Streckenneigungen ist eine genaue Bestimmung des Festhaltemoments möglich. Um einen maschinenschonenden Anfahrvorgang des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass, solange eine ermittelte Motordrehzahl (n) kleiner ist als eine vorgegebene Grenzdrehzahl (n1), ein Traktionsmoment (MT) von einer Steuereinheit des Fahrzeugs auf ein vom Festhaltemoment (MF) abhängiges Grenzmoment (MG) begrenzt wird und das Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit erst dann über das Grenzmoment (MG) hinaus erhöht wird, wenn die Motordrehzahl (n) größer ist als die Grenzdrehzahl (n1).

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ANFAHRVORGANGS BEI EINEM SCHIENENFAHRZEUG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Anfahrvorgangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, bei dem ein zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs notwendiges Festhaltemoment ermittelt wird. Elektromotoren, insbesondere Drehstrommotoren, elektrisch angetriebener Fahrzeuge, werden häufig über einen Umrichter gespeist. Der Umrichter erzeugt aus einer Eingangsspannung eine AusgangsSpannung, die in Form von Pulsen mit einstellbarer Pulsdauer und/oder einstellbarer Pulshöhe an einen Elektromo- tor des Fahrzeugs ausgegeben wird. Vorzugsweise ist diese
AusgangsSpannung ein Dreiphasensystem mit variabler Frequenz und Spannungsamplitude.
Die Motordrehzahl eines Drehstrommotors ist - bei vorgegebe- ner Lastkennlinie - abhängig von der Frequenz und Spannung der Stromversorgung. Die Motordrehzahl nimmt insbesondere mit steigender Frequenz der AusgangsSpannung zu. Daher kann die Motordrehzahl durch ein Regulieren der Frequenz und der Spannung der vom Umrichter erzeugten AusgangsSpannung gesteuert werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem ein maschinenschonender Anfahrvorgang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß, solange eine ermittelte Motordrehzahl kleiner ist als eine vorgegebene erste Grenz - drehzahl, ein Traktionsmoment von einer Steuereinheit des Fahrzeugs auf ein vom Festhaltemoment abhängiges Grenzmoment begrenzt wird und das Traktionsmoment von der Steuereinheit erst dann über das Grenzmoment hinaus erhöht wird, wenn die Motordrehzahl größer ist als die erste Grenzdrehzahl. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es bei einem Anfahrvorgang des Fahrzeugs zu einer starken thermischen Belastung des Umrichters, insbesondere eines Halbleiterbauele- ments des Umrichters, kommen kann, die eine Lebensdauer des Umrichters verkürzen kann.
Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass bei niedrigen Frequenzen der vom Umrichter erzeugten Ausgangspan- nung und somit auch bei niedrigen Motordrehzahlen, wie sie bei einem Anfahrvorgang eines Fahrzeugs vorkommen, eine leitende Phase eines Halbleiterbauelements des Umrichters relativ lang ist. Folglich kann sich das Halbleiterbauelement in einer leitenden Phase relativ lange aufheizen und eine hohe Temperatur erreichen, wenn die Motordrehzahl niedrig ist. Eine maximal während einer leitenden Phase des Halbleiterbauelements erreichte Temperatur des Halbleiterbauelements kann von dem bei der jeweiligen Motordrehzahl eingestellten
Traktionsmoment abhängen. Mit zunehmendem Traktionsmoment kann besagte Temperatur zunehmen.
Bei einer höheren Frequenz der vom Umrichter erzeugten Aus- gangspannung und somit auch bei einer höheren Motordrehzahl ist eine leitende Phase des Halbleiterbauelements kürzer, weshalb sich das Halbleiterbauelement in einer leitenden Phase kürzer aufheizt. Dadurch ist es möglich, dass eine maximal während einer leitenden Phase des Halbleiterbauelements erreichte Temperatur des Halbleiterbauelements bei einer höheren Motordrehzahl - auch im Falle eines höher eingestellten Traktionsmoments - einen niedrigeren Wert annimmt als bei einer niedrigen Motordrehzahl .
Als Traktionsmoment kann derjenige Teil des von einem oder mehreren Elektromotoren eines Fahrzeugs erzeugten Antriebsmo- ments aufgefasst werden, der in Summe an Rädern des Fahrzeugs wirkt und zu einer Übertragung von Zugkraft auf einen Streckenuntergrund beitragen kann. Das Fahrzeug kann u.a. einen einzigen Wagen umfassen. Es kann aber auch mehrere aneinander gekuppelte Wagen umfassen. Zumindest ein Wagen des Fahrzeugs weist einen elektrischen Antrieb auf, wobei der elektrische Antrieb zumindest einen Elektromotor umfasst, der über einen Umrichter gespeist wird.
Bei dem Fahrzeug kann es sich z.B. um ein Schienenfahrzeug oder um ein Kraftfahrzeug handeln. Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug, so kann das Fahrzeug z.B. ei- nen elektrisch angetriebenen Last- oder Personenkraftwagen sowie einen oder mehrere an den Last- bzw. Personenkraftwagen angehängte Wagen ohne eigenen Antrieb umfassen. Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Schienenfahrzeug, so kann das Fahrzeug einen oder mehrere angetriebene Wagen und einen oder mehrere Wagen ohne eigenen Antrieb umfassen.
Das Fahrzeug ist mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet, der einen oder mehrere Elektromotoren aufweist. Diese werden von einem oder mehreren Umrichter gespeist, wobei jeder
Elektromotor von einem Umrichter gespeist werden kann oder von einem Umrichter mehrere Elektromotoren gespeist werden.
Ein Festhaltemoment kann das vom Elektromotor minimal aufzubringende Traktionsmoment sein, um ein Zurückrollen des Fahr- zeugs, beispielsweise an einer Streckensteigung, zu verhindern. Als Zurückrollen kann allgemein ein Rollen entgegen einer von einem Fahrer oder einer Steuerautomatik festgelegten Fahrtrichtung angesehen werden. Als Beginn eines Anfahrvorgangs kann derjenige Zeitpunkt definiert werden, an dem nach einem Anhalten des Fahrzeugs das Traktionsmoment erhöht oder ein Bremsmoment verringert wird - je nachdem was zuerst eintritt. Ein Bremsmoment kann ein von einer oder mehreren Bremsanlagen erzeugtes Moment sein, das in Summe an Rädern bzw. Radachsen des Fahrzeugs wirkt. Das Bremsmoment kann z.B. den Zweck haben, das Fahrzeug, insbesondere an einer Streckensteigung oder einem Streckengefälle, im Stillstand zu halten. Eine Bremsanlage kann eine oder mehrere Bremsen, insbesondere eine Bremse pro Rad bzw. Radachse des Fahrzeugs, umfassen. Insbesondere falls es sich bei dem Fahrzeug um ein Schienenfahr- zeug handelt, kann das Fahrzeug weitere Bremsen aufweisen, welche Bremskräfte direkt zwischen dem Fahrzeug und dem Streckenuntergrund entwickeln können. Bei Einsatz dieser weiteren Bremsen, kann das Bremsmoment eine Summe aus einem von den weiteren Bremsen erzeugten Moment und dem von den Bremsanla- gen erzeugten Moment sein, das an den Rädern bzw. Radachsen des Fahrzeugs wirkt.
Vor Beginn des Anfahrvorgangs ist das Traktionsmoment zweckmäßigerweise Null, damit ein unnötiges Aufheizen des Elektro- motors und/oder des Umrichters vermieden werden kann. Außerdem ist das Bremsmoment vor Beginn des Anfahrvorgangs sinnvollerweise zumindest so groß wie das Festhaltemoment, damit ein Zurückrollen des Fahrzeugs verhindert wird. Unter einer Steuereinheit kann eine Vorrichtung verstanden werden, die zum Steuern des Traktionsmoments vorbereitet ist. Die Steuereinheit kann insbesondere eine automatische
Traktionsregelung umfassen. Ferner kann die Steuereinheit zum Steuern einer oder mehrerer Bremsanlagen, insbesondere zum Anlegen und/oder Lösen einer oder mehrer Bremsen, vorbereitet sein .
Ein Grenzmoment kann ein Wert des Traktionsmoments sein, auf den das Traktionsmoment von der Steuereinheit begrenzt wird, wobei der Wert u.a. vom ermittelten Festhaltemoment abhängig sein kann. Zweckmäßigerweise liegt das Grenzmoment über dem Festhaltemoment, damit das Fahrzeug aus dem Stillstand heraus in Fahrtrichtung beschleunigt werden kann, insbesondere ohne dabei zurückzurollen.
Vorteilhafterweise wird eine Motordrehzahl wiederholt, insbesondere in festen Zeitintervallen, ermittelt. Zum Ermitteln der Motordrehzahl kann beispielsweise ein Motordrehzahlsensor verwenden werden. Eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann proportional zur Motordrehzahl sein, insofern kann zusätzlich oder alternativ die Geschwindigkeit gemessen werden, wobei eine Geschwindigkeitsmessung im Folgenden der Einfachheit halber auch als Ermittlung der Motordrehzahl verstanden wird.
Eine Grenzdrehzahl kann ein bauartbedingter Drehzahlwert sein. Die Grenzdrehzahl kann insbesondere von einer Bauart des Umrichters abhängen. Ferner kann die Grenzdrehzahl vom Grenzmoment abhängen. Die Grenzdrehzahl kann insbesondere umso größer sein, je größer das Grenzmoment ist.
Je höher eine während einer leitenden Phase eines Halbleiterbauelements des Umrichters erreichte Temperatur des Halblei - terbauelements bei einem Anfahrvorgang ist, desto geringer kann eine Lebensdauer des Halbleiterbauelements sein. Vorteilhafterweise wird das Traktionsmoments von der Steuereinheit daher derart gesteuert, dass eine während einer leitenden Phase eines Halbleiterbauelements des Umrichters maximal erreichte Temperatur des Halbleiterbauelements unterhalb eines festgelegten Temperaturwerts bleibt.
Dieses Verfahrensmerkmal lässt sich z.B. dadurch realisieren, dass eine in Abhängigkeit von mehreren Parametern berechnete Temperatur des Halbleiterbauelements in Form einer insbesondere mehrdimensionalen Tabelle in der Steuereinheit hinterlegt ist. Für jeden der Parameter, von denen die berechnete Temperatur abhängt, kann in der Tabelle jeweils ein Satz möglicher Parameterwerte vorhanden sein.
Die berechnete Temperatur kann abhängig sein von: dem Fest- haltemoment, dem Traktionsmoment, dem Bremsmoment, der Motordrehzahl und/oder bauartabhängigen Parametern des Umrichters . In festgelegten Zeitintervallen kann mit Hilfe der bekannten und/oder ermittelten Parameterwerte der Tabelle die berechnete Temperatur des Halbleiterbauelements entnommen werden. Die berechnete Temperatur kann mit dem festgelegten Temperatur- wert verglichen werden. Anschließend kann das Grenzmoment von der Steuereinheit erhöht oder verringert werden.
Die Temperatur des Halbleiterbauelements kann sich beispiels- weise auf eine Temperatur an einer Kontaktfläche mit einem Bonddraht beziehen. Der Bonddraht kann dazu vorbereitet sein, das Halbleiterbauelement elektrisch leitend mit einem oder mehreren Bauteilen, insbesondere mit Anschlüssen eines Chipgehäuses, welches das Halbleiterbauelement umgeben kann, zu verbinden. Vorzugsweise ist der Bonddraht an das Halbleiterbauelement gelötet oder geschweißt.
Das Halbleiterbauelement und der Bonddraht können unterschiedliche Materialien aufweisen. Der Bonddraht kann z.B. im Wesentlichen aus Aluminium bestehen. Das Halbleiterbauelement besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus Silizium.
Unterschiedliche, insbesondere materialabhängige Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bonddrahts und des Halbleiterbauele- ments können nach einer bestimmten Anzahl von Schaltzyklen des Halbleiterbauelements zu einem Riss an der Kontaktfläche des Bonddrahts und dadurch zu einem Versagen des Umrichters führen. Die Anzahl der Schaltzyklen, nach der es zu einem Versagen des Umrichters kommen kann, kann abhängig sein von: einem Material des Bonddrahts, einem Material des Halbleiterbauelements, einer Geometrie des Bonddrahts, einer Geometrie des Halbleiterbauelements und/oder Betriebsparametern des Umrichters . Das Halbleiterbauelement kann insbesondere ein
Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated- gate bipolar transistor) sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt das Grenzmoment unterhalb des Maximums aus dem 1,3 -fachen des
Festhaltemoments und dem 0,3 -fachen des maximal von der Steuereinheit einstellbaren Traktionswerts. Bei diesen Werten kann auch bei einer starken Streckensteigung bzw. beim Anfahren am Berg ein umrichterschonendes Anfahren erreicht werden.
Ferner liegt das Grenzmoment vorzugsweise oberhalb des Maxi- mums aus dem 1,2 -fachen des Festhaltemoments und dem 0,2- fachen des maximal von der Steuereinheit einstellbaren
Traktionswerts. Hierdurch wird erreicht, dass das Grenzmoment nicht zu tief liegt und trotz der Umrichterschonung ein zügiges Anfahren ermöglicht wird.
Dadurch, dass das Grenzmoment mittels einer Maximumsfunktion festgelegt wird, kann erreicht werden, dass das Grenzmoment bei kleinen Werten des Festhaltemoments von der Steuereinheit auf einen fest vorgegeben Wert eingestellt wird. Ferner kann erreicht werden, dass das Grenzmoment bei hohen Werten des
Festhaltemoments von der Steuereinheit auf einen vom Festhaltemoment abhängigen, insbesondere über dem Festhaltemoment liegenden Wert eingestellt wird. Hierdurch kann ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer Umrichterschonung und einem zügigen Anfahren erreicht werden.
In einer Erfindungsvariante kann in der Steuereinheit ein Momentband mit einem Maximalwert und einem Minimalwert des Traktionsmoments hinterlegt sein. In bevorzugter Weise ist das Traktionsmoment nur innerhalb dieses Momentbands einstellbar, solange die ermittelte Motordrehzahl kleiner ist als die vorgegebene erste Grenzdrehzahl. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass das Traktionsmoment durch einen externen Eingriff auf einen umrichterschädlichen Wert eingestellt wird. Das Traktionsmoment kann dabei z.B. vom Fahrer oder von einem externen Steuergerät einstellbar sein.
Der Maximalwert des Momentbands kann insbesondere das Maximum aus dem 1,3 -fachen des Festhaltemoments und dem 0,3 -fachen des maximal von der Steuereinheit einstellbaren
Traktionswerts sein. Der Minimalwert des Momentbands kann insbesondere das Maximum aus dem 1,2 -fachen des Festhaltemo- ments und 0,2 -fachen des maximal von der Steuereinheit einstellbaren Traktionswerts sein.
Ist ein solches Momentband in der Steuereinheit hinterlegt, kann bei Fehlen eines externen Eingriffs, beispielsweise durch den Fahrer oder durch das externe Steuergerät, das Traktionsmoment von der Steuereinheit konstant auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden, solange die ermittelte Motordrehzahl kleiner ist als die erste Grenzdrehzahl. Der vorge- gebene Wert kann insbesondere der Mittelwert aus dem Maximalwert und dem Minimalwert sein.
Vorteilhafterweise wird das Traktionsmoment von der Steuereinheit oberhalb eines Mindestmoments, vorzugsweise zwischen dem Mindestmoment und dem Grenzmoment, gehalten, sobald das Traktionsmoment zumindest so groß ist wie das Mindestmoment. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Verweildauer des Fahrzeugs in einem Zustand mit einer niedrigen Motordrehzahl verkürzt wird. Sinnvollerweise ist das Mindestmoment kleiner als das Grenzmoment.
Das Mindestmoment kann vom Festhaltemoment abhängig sein. Vorzugsweise ist das Mindestmoment größer als das Festhaltemoment. Dadurch kann trotz eventueller Ungenauigkeiten bei einer Ermittlung des Festhaltemoments oder trotz eines Ein- wirkens weiterer Einflüsse, wie z.B. Gegenwind oder Reibung, verhindert werden, dass das Fahrzeug - selbst ohne eine Haltewirkung einer Bremse - zurückrollt. Das Mindestmoment kann um einen vorgegebenen Prozentwert des
Festhaltemoments, beispielsweise 10 %, größer sein als das Festhaltemoment. Liegt das ermittelte Festhaltemoment jedoch unter einem festgelegten Schwellwert, insbesondere falls das Festhaltemoment Null ist, kann das Mindestmoment ein fest vorgegebener Wert sein, z.B. 15 % des maximal von der Steuereinheit einstellbaren Traktionswerts. Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, dass das Grenzmoment und/oder das Mindestmoment vom Fahrer, insbesondere stufenweise, einstellbar sind. Zweckmäßigerweise ist es dem Fahrer möglich, eine Begrenzung des Traktionsmoments, insbeson- dere bei Vorliegen einer betrieblichen Ausnahmesituation, vollständig aufzuheben.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Traktionsmoment von der Steuereinheit bis zum Erreichen einer vorgegebenen zweiten Grenzdrehzahl erhöht, sobald die Motordrehzahl größer ist als die erste Grenzdrehzahl. Dadurch kann eine höhere Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs erreicht werden. Gleichzeitig kann trotz einer Erhöhung des Traktionsmoments die während einer leitenden Phase des Halbleiterbauelements maximal erreichte Temperatur des Halbleiterbauelements aufgrund einer kürzeren Dauer der leitenden Phase niedriger sein, als im Zeitraum, in dem die Motordrehzahl kleiner als die erste Grenzdrehzahl ist. Das Traktionsmoment wird vorzugsweise linear, insbesondere proportional, zur Motordrehzahl erhöht wird, sobald die Motordrehzahl größer ist als die erste Grenzdrehzahl und solange die Motordrehzahl kleiner ist als die zweite Grenzdrehzahl .
In bevorzugter Weise nimmt das Traktionsmoment bei Erreichen der zweiten Grenzdrehzahl den maximal von der Steuereinheit einstellbaren Traktionswert an. Vorzugsweise wird das
Traktionsmoment nach der Annahme des maximal von der Steuer- einheit einstellbaren Traktionswerts von der Steuereinheit bis zum Erreichen der maximalen Motorleistung konstant auf besagtem Traktionswert gehalten.
Vorteilhafterweise wird die erste Grenzdrehzahl von der Steu- ereinheit in Abhängigkeit vom Festhaltemoment eingestellt. Dadurch ist es möglich, dass ein Drehzahlbereich, innerhalb dessen das Traktionsmoment zwecks Umrichterschonung begrenzt wird, situationsabhängig anpassbar ist. Insbesondere kann die erste Grenzdrehzahl von der Steuereinheit auf einen umso größeren Wert eingestellt werden, je größer das Festhaltemoment ist . Das Verhältnis der zweiten Grenzdrehzahl zur ersten Grenz - drehzahl ist vorzugsweise gleich dem Verhältnis vom maximal von der Steuereinheit einstellbaren Traktionswert zum Grenz - moment . In einer vorteilhaften Erfindungsvariante wird ein von einem Streckenneigungswinkel abhängiger Steigungsparameter ermittelt. Sinnvollerweise bezieht sich der Streckenneigungswinkel auf einen Streckenabschnitt, auf dem sich das Fahrzeug befindet . Der Streckenneigungswinkel kann insbesondere ein über eine gesamte Länge des Fahrzeugs gemittelter Wert sein.
Der Steigungsparameter kann z.B. der Streckenneigungswinkel selbst sein. Alternativ kann der Steigungsparameter eine vom Streckenneigungswinkel abhängige Komponente der Erdbeschleu- nigung sein, die parallel zum Streckenabschnitt ausgerichtet ist. Aus dem Steigungsparameter kann auf einfache Weise eine Komponente der Erdbeschleunigung, die als
Hangabtriebsbeschleunigung auf das Fahrzeug wirkt, ermittelt werden .
Ein positiver Wert des Steigungsparameters kann einen positiven Streckenneigungswinkel repräsentieren, wobei der positive Streckenneigungswinkel bei einer Streckensteigung auftreten kann. Ein negativer Steigungsparameter kann einen negativen Streckenneigungswinkel repräsentieren, wobei der negative Streckenneigungswinkel bei einem Streckengefälle auftreten kann. Streckensteigung und Streckengefälle sind als auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bezogen zu verstehen. Der Steigungsparameter kann z.B. mit Hilfe eines Beschleunigungssensors ermittelt werden. Insbesondere kann der Beschleunigungssensor ein Element einer inertialen Messeinheit sein, die neben dem Beschleunigungssensor zumindest einen weiteren Beschleunigungssensor und/oder zumindest einen Drehratensensor aufweist. Um beispielsweise eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung des Steigungsparameters zu erreichen, kann der Steigungsparameter mit Hilfe mehrerer Beschleuni- gungssensoren ermittelt werden. Zusätzlich kann zumindest ein Drehratensensor bei der Bestimmung des Steigungsparameters zum Einsatz kommen.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn eine Masse des Fahrzeugs er- mittelt wird. Weist das Fahrzeug eine Luftfederung auf, so kann die Masse z.B. aus einer Messung eines Luftdrucks ermittelt werden. Weist das Fahrzeug ein Federungssystem mit
Schraubenfedern auf, so kann die Masse beispielsweise aus Messungen von axialen Längen der Schraubenfedern ermittelt werden.
Zweckmäßigerweise wird das Festhaltemoment aus der Masse des Fahrzeugs und aus dem Steigungsparameter berechnet. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu vorbereitet, das Fest- haltemoment aus der Masse und dem Steigungsparameter zu berechnen .
Vorteilhafterweise wird für jeden Wagen des Fahrzeugs jeweils ein Wagen-Steigungsparameter ermittelt. Dadurch kann berück- sichtigt werden, dass die Wagen auf Streckenabschnitten mit unterschiedlichen Streckenneigungswinkeln stehen können. Um den jeweiligen Wagen-Steigungsparameter ermitteln zu können, kann jeder der Wagen mit zumindest einem eigenen Beschleunigungssensor ausgestattet sein.
Vorzugsweise wird für jeden Wagen des Fahrzeugs jeweils eine Wagenmasse ermittelt. Aus den Wagenmassen kann eine Gesamtmasse des Fahrzeugs berechnet werden. Zeckmäßigerweise ist die Steuereinheit dazu vorbereitet, die Gesamtmasse des Fahr- zeugs zu berechnen.
In bevorzugter Weise wird aus der jeweiligen Wagenmasse sowie aus dem jeweiligen Wagen-Steigungsparameter für jeden Wagen des Fahrzeugs ein Wagen-Festhaltemoment berechnet. Zweckmäßigerweise wird das Festhaltemoment des Fahrzeugs durch ein Aufsummieren aller ermittelten Wagen-Festhaltemomente berechnet .
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist in der Steuereinheit eine Ersatzwertberechnung vorhanden, die bei Ausfall eines oder mehrerer einzelner Werte auf Ersatzwerte und/oder Ersatzalgorithmen zurückgreift. So kann beispielsweise bei Nichtverfügbarkeit eines Wagen-Steigungsparameters, z.B. wegen eines Defekts eines Beschleunigungssensors, ein Wagen- Steigungsparameter aus einem oder mehreren anderen Wagen- Steigungsparametern extrapoliert bzw. interpoliert werden. Ist sowohl vor als auch hinter dem Wagen, dessen Wagen-Stei- gungsparameter nicht zur Verfügung steht, jeweils ein Wagen positioniert, so kann der fehlende Wagen-Steigungsparameter gleich dem Mittelwert aus den Wagen-Steigungsparametern dieser beiden Wagen gesetzt werden. Ist der Wagen, dessen Wagen- Steigungsparameter nicht zur Verfügung steht, mit nur einem Wagen benachbart, so kann der fehlende Wagen-Steigungsparameter gleich dem Wagen-Steigungsparameter des benachbarten Wagens gesetzt werden.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Ersatzwertberechnung bei Ausfall eines oder mehrerer einzelner Werte bei der Bestimmung der Wagenmassen auf Ersatzwerte und/oder Ersatzalgorithmen zurückgreift. So kann z.B. bei Nichtverfügbarkeit der Wagenmasse eines Wagens eine Höchstmasse, insbesondere eine maximal zulässige Höchstmasse, des Wagens als Wagenmasse ange- setzt werden.
Das jeweilige Wagen-Festhaltemoment kann u.a. größer als Null sein, falls eine Komponente einer Gewichtskraft des jeweiligen Wagens entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkt, also z.B. wenn sich der Wagen - bezogen auf die Fahrtrichtung - an einer Streckensteigung befindet. Das jeweilige Wagen- Festhaltemoment kann u.a. kleiner als Null sein, falls eine Komponente der Gewichtskraft des jeweiligen Wagens in Fahrt- richtung des Fahrzeugs wirkt, also z.B. falls sich der Wagen - bezogen auf die Fahrtrichtung - an einem Streckengefälle befindet . Ein Aufsummieren aller ermittelten Wagen-Festhaltemomente zur Berechnung des Festhaltemoments des Fahrzeugs erfolgt sinnvollerweise unter Berücksichtigung eines Vorzeichens des jeweiligen Wagen-Festhaltemoments. Ist das ermittelte Festhaltemoment kleiner als Null, wird es zweckmäßigerweise von der Steuereinheit zu Null gesetzt.
Vorteilhafterweise wird der Steigungsparameter bzw. werden die Wagen-Steigungsparameter wiederholt, insbesondere in festen Zeitintervallen, ermittelt. Sinnvollerweise wird das Festhaltemoment des Fahrzeugs aus dem zuletzt ermittelten Steigungsparameter bzw. aus den zuletzt ermittelten Wagen- Steigungsparametern berechnet . Dadurch können Änderungen des Steigungsparameters bzw. der Wagen-Steigungsparameter, die während des Anfahrvorgangs auftreten, berücksichtigt werden und es kann immer das aktuelle Festhaltemoment berechnet werden .
Zweckmäßigerweise wird eine Bremse von der Steuereinheit zum Anfahren gelöst. Das Bremsmoment sinkt dann von einem An- fangs-Bremsmoment bis auf Null ab. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steigung des Traktionsmoments in Abhängigkeit von einem sinkenden Bremsmoment erfolgt. Die Steuereinheit steuert also das Ansteigen des Traktionsmoments in Abhängigkeit vom Bremsmoment, dessen zeitlicher Verlauf in der Steuereinheit hinterlegt sein kann, beispielsweise indem der zeitliche Verlauf von einem Lösekommando an in Abhängigkeit von einem Anfangs- Bremsmoment hinterlegt ist. Durch eine solche Synchronisation kann ein Aufheizen des Umrichters gering gehalten werden.
Zweckmäßigerweise steigt das Traktionsmoment zumindest über einen zeitlichen Abschnitt in dem Maße an, wie das Bremsmoment sinkt. Der zeitliche Abschnitt umfasst hierbei mindes- tens die Hälfte der Zeit, die das vollständige Lösen der Bremse benötigt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Bremse von der Steuereinheit ge- löst wird, bevor das Traktionsmoment von der Steuereinheit, insbesondere bei Null beginnend, erhöht wird. Dadurch kann eine unnötig lange Haltewirkung der Bremse vermieden werden.
Die Haltewirkung der Bremse ist z.B. spätestens ab dem Zeit- punkt unnötig, an dem das Traktionsmoment so groß ist wie das Grenzmoment, weil es möglich ist, dass die Haltewirkung der Bremse ab diesem Zeitpunkt lediglich das Anfahren behindert, jedoch nicht mehr zum Verhindern des Zurückrollens des Fahrzeugs benötigt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn das Traktionsmoment von der Steuereinheit derart gesteuert wird, dass das Traktionsmoment erstmalig das Grenzmoment erreicht, wenn das Bremsmoment den Wert Null erreicht. Dadurch lässt sich vermeiden, dass das Brems- moment dem Traktionsmoment entgegenwirkt und dadurch das Anfahren behindert, wenn das Traktionsmoment das Grenzmoment erreicht .
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Traktionsmoment von der Steuereinheit derart erhöht, dass die Summe aus Traktionsmoment und Bremsmoment konstant, insbesondere über dem Festhaltemoment, bleibt. Sinnvollerweise bleibt die Summe aus Traktionsmoment und Bremsmoment erst ab dem Zeitpunkt konstant, an dem das Traktionsmoment erhöht wird.
Ferner kann das Traktionsmoment von der Steuereinheit derart erhöht werden, dass die Summe aus Traktionsmoment und Bremsmoment konstant und zumindest so groß wie das Grenzmoment, insbesondere gleich dem Grenzmoment, bleibt.
Die Summe aus Traktionsmoment und Bremsmoment kann sich insbesondere auf den Betrag einer Vektorsumme beziehen, da das Traktionsmoment und das Bremsmoment während des Anfahrvorgangs in unterschiedliche Richtungen wirken können.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Traktionsmoment, insbe- sondere von Null beginnend, erhöht wird, sobald das Bremsmoment unter das Grenzmoment fällt. Hierdurch ist es möglich, dass trotz eines Abfallens des Bremsmoments die Summe aus Traktionsmoment und Bremsmoment zumindest so groß wie das Grenzmoments bleibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein erster Zeitpunkt, an dem das Bremsmoment auf Null abgefallen sein wird, vorausberechnet wird. Aus dem ersten Zeitpunkt kann ein zeitlich davor liegender zweiter Zeitpunkt berechnet werden. In bevorzugter Weise erreicht das zum zweiten Zeitpunkt, insbesondere von Null beginnend, mit maximal erlaubter Rate ansteigende Traktionsmoment zum ersten Zeitpunkt das Grenzmoment. Auf diese Weise kann ein Zeitraum des Gegenwirkens von Traktionsmoment und Bremsmoment reduziert werden.
Die maximal erlaubte Rate, mit der das Traktionsmoment erhöht wird, kann geringer sein als eine technisch maximal mögliche Rate, mit der sich das Traktionsmoment erhöhen lässt. Die maximal erlaubte Rate kann eine aus Gründen des Fahrgastkom- forts, insbesondere im Hinblick auf eine Vermeidung plötzlicher Ruckbewegungen, und/oder zwecks einer Schonung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs begrenzte Rate sein.
War die Motordrehzahl bereits größer als die erste Grenzdreh- zahl und ist die Motordrehzahl, z.B. aufgrund eines Abbremsens, unter die erste Grenzdrehzahl abgefallen, dann ist es vorteilhaft, wenn das Traktionsmoment von der Steuereinheit auf das Grenzmoments begrenzt wird, solange die Motordrehzahl kleiner ist als die erste Grenzdrehzahl. Insbesondere kann bei einem Abfallen der Motordrehzahl unter die erste Grenzdrehzahl das Traktionsmoment von der Steuereinheit auf dem Grenzmoment gehalten werden, solange die Motordrehzahl kleiner ist als die erste Grenzdrehzahl. Weiter ist es vorteil- haft, wenn das Traktionsmoment von der Steuereinheit über das Grenzmoment hinaus erhöht wird, sobald die Motordrehzahl erneut größer ist als die erste Grenzdrehzahl. In einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante ist das Traktionsmoment ein negatives Traktionsmoment , das vorzugsweise zum elektrischen Bremsen des Fahrzeugs dient. In Bezug auf die bisher beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist ein Betrag des negativen Traktionsmoments für ein Steuern des Traktionsmoments durch die Steuereinheit maßgebend. Dadurch kann ein umrichterschonendes elektrisches Bremsen erreicht werden.
Es ist zweckmäßig, wenn das Steuern des Traktionsmoments durch die Steuereinheit beim elektrischen Bremsen vom Fahrer deaktiviert werden kann oder bei einer Notbremsung automatisch deaktiviert wird, damit ein schnelles Abbremsen des Fahrzeugs, insbesondere bis zu seinem Stillstand, möglich ist .
Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuerungssystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor, einem Umrichter zum Speisen des Elektromotors und einer Steuereinheit zum Steuern des Umrichters, die dazu vor- bereitet ist, ein zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs notwendiges Festhaltemoment zu ermitteln.
Ein umrichterschonendes Steuerungssystem wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, den Umrichter so zu steuern, dass, solange eine ermittelte Motordrehzahl kleiner ist als eine vorgegebene erste Grenzdrehzahl, ein Traktionsmoment des Fahrzeugs auf ein vom Festhaltemoment abhängiges Grenzmoment begrenzt wird und das Traktionsmoment erst dann über das Grenzmoment hinaus erhöht wird, wenn die Motordrehzahl größer ist als die erste Grenzdrehzahl . Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweck- mäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombinierbar.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei - spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden .
Es zeigen:
FIG 1 ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit drei Wagen auf drei verschiedenen Streckenabschnitten mit unterschiedlichen Streckenneigungswinkeln,
FIG 2 exemplarische zeitliche Verläufe eines
Traktionsmoments sowie eines Bremsmoments für einen Anfahrvorgang, bei dem ein Festhaltemoment Null ist,
FIG 3 exemplarische zeitliche Verläufe des
Traktionsmoments sowie des Bremsmoments für einen Anfahrvorgang, bei dem das Festhaltemoment größer als Null ist,
FIG 4 einen exemplarischen Verlauf des Traktionsmoments in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl für den Anfahrvorgang aus FIG 2 ,
FIG 5 einen exemplarischen Verlauf des Traktionsmoments in Abhängigkeit von der Motordrehzahl für den Anfahrvorgang aus FIG 3 ,
FIG 6 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf einer Temperatur eines Bipolartransistors eines Umrichters und
FIG 7 einen weiteren exemplarischen zeitlichen Verlauf der Temperatur des Bipolartransistors bei einer höheren Motordrehzahl .
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 2 mit drei Wagen 4. Bei dem Fahrzeug 2 handelt es sich um ein Schienenfahrzeug. Der vom Betrachter aus gesehen rechte Wagen 4 ist als angetriebener Wagen 4 ausgeführt und die anderen beiden Wagen 4 sind ohne eigenen Antrieb ausgeführt .
Das Fahrzeug 2 weist zwei als Drehstrommotoren ausgeführte Elektromotoren 6 auf, die über einen Umrichter 8 gespeist werden. Der Umrichter 8 umfasst einen in FIG 1 nicht dargestellten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode.
Das Fahrzeug 2 weist außerdem ein Steuerungssystem 9 auf, das eine Steuereinheit 10 umfasst, die zum Steuern eines
Traktionsmoments des Fahrzeugs 2 vorbereitet ist. Die Steuereinheit 10 ist insbesondere durch ein Steuern des Umrichters 8 zum Steuern des Traktionsmoments vorbereitet. Ferner weist das Fahrzeug 2 für jeden seiner Elektromotoren 6 einen Motordrehzahlsensor 12 auf, der zum Messen einer Motordreh- zahl des jeweiligen Elektromotors 6 vorbereitet ist.
Die drei Wagen 4 des Fahrzeugs 2 sind jeweils mit einem in FIG 1 nicht dargestellten Luftfederungssystem ausgestattet. Darüber hinaus weist jeder der Wagen 4 zwei Bremsanlagen 13 auf, die durch die Steuereinheit 10 steuerbar sind. Jede der Bremsanlagen 13 umfasst zwei Bremsen, die in FIG 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Jeder der drei Wagen 4 weist einen Beschleunigungssensor 14 auf, der zum Messen einer parallel zu einem Streckenabschnitt 16 ausgerichteten Beschleunigung des Wagens 4 vorbereitet ist. Die Beschleunigungssensoren 14 sind über ein in FIG 1 nicht dargestelltes Datenleitungssystem mit der Steuer- einheit 10 verbunden und zu einer Übertragung der ermittelten Beschleunigungen an die Steuereinheit 10 vorbereitet.
Die drei Wagen 4 des Fahrzeugs 2 sind jeweils mit einem
Drucksensor 20 ausgestattet, der zum Messen eines im Luftfe- derungssystem des jeweiligen Wagens 4 herrschenden Drucks vorbereitet ist. Die Drucksensoren 20 sind über das Datenleitungssystem mit der Steuereinheit 10 verbunden und zu einer Übertragung des ermittelten Drucks an die Steuereinheit 10 vorbereitet .
Bezogen auf die Fahrtrichtung 22 befindet sich der angetriebene Wagen 4 auf einem Streckenabschnitt 16, der ein Gefälle
- und damit einen negativen Streckenneigungswinkel 24 - aufweist. Der vordere der beiden Wagen 4 ohne eigenen Antrieb befindet sich auf einem ebenen Streckenabschnitt 16. Der hintere der beiden der beiden Wagen 4 ohne eigenen Antrieb befindet sich auf einem Streckenabschnitt 16, der eine Steigung
- und damit einen positiven Streckenneigungswinkel 24 - aufweist. Der Streckenneigungswinkel 24 des Streckenab- Schnitts 16 mit der Steigung ist betragsmäßig größer als der Streckenneigungswinkel 24 des Streckenabschnitts 16 mit dem Gefälle. In FIG 1 sind Wechsel der Streckenneigungswinkel 24 zwischen den jeweiligen Streckenabschnitten 16 abrupt und die Streckenneigungswinkel 24 im Gefälle bzw. in der Steigung größer, als sie bei Adhäsions-Schienenbahnen tatsächlich sein dürfen, was lediglich der Veranschaulichung dient.
Von den Beschleunigungssensoren 14 der drei Wagen 4 wird in festen Zeitintervallen jeweils eine vom Streckenneigungswinkel 24 abhängige Beschleunigung des jeweiligen Wagens 4 er- mittelt, die parallel zu dem Streckenabschnitt 16 ausgerichtet ist, an dem sich der Wagen 4 befindet. Bei der Beschleunigung handelt es sich um eine Komponente der Erdbeschleunigung, die als Hangabtriebsbeschleunigung wirkt. Die ermittelten Beschleunigungen werden anschließend an die Steuerein- heit 10 übertragen. In den gleichen Zeitintervallen werden mittels der beiden Motordrehzahlsensoren 12 die Motordrehzahlen der Elektromotoren 6 ermittelt.
Von den Drucksensoren 20 der drei Wagen 4 wird der im Luftfe- derungssystem des jeweiligen Wagens 4 herrschende Druck ermittelt und an die Steuereinheit 10 übertragen. Die Steuereinheit 10 berechnet aus den übertragenen Drücken eine Masse des jeweiligen Wagens 4. Ferner berechnet die Steuereinheit 10 aus den einzelnen Wagenmassen die Gesamtmasse des Fahrzeugs 2.
Aus den drei berechneten Wagenmassen sowie aus den übertragenen Beschleunigungen der drei Wagen 4 wird von der Steuereinheit 10 für jeden Wagen 4 ein Wagen-Festhaltemoment berechnet und durch ein Aufsummieren aller berechneten Wagen-Festhaltemomente unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Vorzeichen ein Festhaltemoment berechnet, das zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs 2 notwendig ist. Zum Anfahren des Fahrzeugs 2 steuert die Steuereinheit 10 die Bremsanlagen 13 derart an, dass die Bremsen der Bremsanlagen 13 gelöst werden. Folglich wird das von den Bremsanlagen 13 an Rädern 26 des Fahrzeugs 2 erzeugte Bremsmoment von einem Anfangswert ausgehend, der größer als das ermittelte Festhaltemoment ist, auf Null verringert. Außerdem steuert die Steuereinheit 10 den Umrichter 8 derart, dass während des Verringerns des Bremsmoments das Traktionsmoment , das an den Rädern 26 des Fahrzeugs 2 wirkt, bei Null beginnend erhöht wird .
FIG 2 zeigt ein Diagramm, in dem schematisch exemplarische zeitliche Verläufe eines Traktionsmoments MT sowie eines Bremsmoments MB bei einem Anfahrvorgang des in FIG 1 beschriebenen Schienenfahrzeugs dargestellt sind.
Das Diagramm umfasst eine Ordinatenachse und eine Abszissenachse. Auf der Ordinatenachse ist ein Moment M aufgetragen. Auf der Abszissenachse ist eine Zeit t aufgetragen.
Des Weiteren bezieht sich das Diagramm auf einen Anfahrvorgang, bei dem sich das Schienenfahrzeug - im Gegensatz zu FIG 1 - an einem ebenen Streckenabschnitt befindet, ein er- mitteltes Festhaltemoment MF also Null ist.
Das Festhaltemoment ist über den gesamten dargestellten Zeitraum Null, da bei Adhäsions-Schienenbahnen Änderungen eines Streckenneigungswinkels - bezogen auf typische Wagenlängen von Schienenfahrzeugen - auf großen Längenskalen erfolgen, das Schienenfahrzeug im dargestellten Zeitraum hingegen lediglich eine Strecke von einigen Wagenlängen zurücklegt.
Zunächst ist das Traktionsmoment MT Null und ein von den Bremsanlagen 13 des Schienenfahrzeugs erzeugtes Bremsmoment MB liegt konstant auf einem Anfangswert, der größer als Null ist.
Der Anfahrvorgang beginnt zum Zeitpunkt t0, an dem die Steu- ereinheit 10 die Bremsanlagen 13 des Fahrzeugs 2 derart ansteuert, dass die Bremsanlagen 13 ihre Bremsen lösen. Ab dem Zeitpunkt t0 nimmt das Bremsmoment MB ausgehend vom Anfangs- wert ab. In FIG 2 nimmt das Bremsmoment MB der Einfachheit halber mit einer konstanten Rate ab. Tatsächlich kann die Rate, mit der das Bremsmoment MB abfällt, aber zeitlich schwankend sein. Von der Steuereinheit 10 wird ein erster Zeitpunkt t2 vorausberechnet, an dem das Bremsmoment MB auf Null abgefallen sein wird. Ausgehend vom ersten Zeitpunkt t2 wird ein zweiter Zeitpunkt ti berechnet. Dieser zweite Zeitpunkt ti zeichnet sich dadurch aus, dass das mit maximal erlaubter Rate erhöhte Traktionsmoment MT zum ersten Zeitpunkt t2 ein Grenzmoment MG erreicht, sofern das Traktionsmoment MT zum Zeitpunkt ti bei Null beginnend erhöht wird.
Ab dem Zeitpunkt ti wird das Traktionsmoment MT von der Steu- ereinheit 10 bei Null beginnend erhöht. Wie vorausberechnet fällt das Bremsmoment MB zum Zeitpunkt t2 auf Null ab und erreicht das Traktionsmoment MT zum Zeitpunkt t2 das Grenzmoment MG. Sobald das Traktionsmoment MT größer ist als das Bremsmoment MB und zusätzlich Reibungswiderstände in Lagern des Fahrzeugs 2 überwunden sind, d.h. zwischen dem Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt t2, fängt das Schienenfahrzeug an in Fahrtrichtung zu fahren und nimmt eine Motordrehzahl der beiden Elektromotoren 6 bei Null beginnend zu. Das Grenzmoment MG wird von der Steuereinheit 10 derart eingestellt, dass eine während einer leitenden Phase des
Bipolartransistors des Umrichters 8 maximal erreichte Temperatur des Bipolartransistors unterhalb eines festgelegten Temperaturwerts bleibt. Im vorliegenden Fall ist das Grenzmo- ment MG gleich dem 0,25-fachen des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend ·
Bis zum Zeitpunkt t2 wird das Traktionsmoment MT mit einer mittleren Rate erhöht, die gleich einer maximal erlaubten Ra- te ist, wobei diese maximal erlaubte Rate geringer ist als eine technisch maximal mögliche Rate, mit der sich das
Traktionsmoment MT erhöhen lässt. Die maximal erlaubte Rate ist vielmehr eine aus Gründen des Fahrgastkomforts, insbeson- dere im Hinblick auf eine Vermeidung plötzlicher Ruckbewegungen, sowie zwecks einer Schonung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs 2 begrenzte Rate. Die mittlere Rate, mit der das Traktionsmoment MT erhöht wird, ist betragsmäßig größer als die Rate, mit der das
Bremsmoment MB abfällt.
Zu Beginn der Erhöhung des Traktionsmoments MT zum Zeit- punkt ti erfolgt ein kleiner, praktisch instantaner Sprung des Traktionsmoments MT, dessen Höhe ca. 5 % des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend beträgt und der der schnelleren Erhöhung des Traktionsmoments MT dient. Bei einem Sprung des Traktionsmoment MT in solch einer geringen Höhe kommt es aufgrund einer Dämpfung durch ein Federungssystem des Fahrzeugs 2 weder zu spürbaren Ruckbewegungen noch zu einem nennenswerten Verschleiß an dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 2. Nach Überschreiten eines Mindestmoments Mmin wird das
Traktionsmoment MT für den Rest des Anfahrvorgangs von der Steuereinheit 10 über dem Mindestmoments Mmin gehalten, wobei das Mindestmoments Mmin im vorliegenden Fall gleich dem 0,15- fachen des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend ist.
Ab dem Zeitpunkt t2, an dem das Traktionsmoment MT so groß ist wie das Grenzmoment MG, wird das Traktionsmoment MT von der Steuereinheit 10 konstant auf dem Grenzmoment MG gehal- ten, bis die Motordrehzahl eine vorgegebene erste Grenzdrehzahl erreicht .
Die vorgegebene erste Grenzdrehzahl wird zum Zeitpunkt t3 erreicht. Ab diesem Zeitpunkt wird das Traktionsmoment MT von der Steuereinheit 10 erhöht, insbesondere proportional zur
Motordrehzahl erhöht, bis die Motordrehzahl eine vorgegebene zweite Grenzdrehzahl erreicht. Die vorgegebene zweite Grenzdrehzahl wird zum Zeitpunkt t4 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Traktionsmoment MT den maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren
Traktionswert Mend an. Das Verhältnis der zweiten Grenzdreh- zahl zur ersten Grenzdrehzahl ist gleich dem Verhältnis des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend zum Grenzmoment MG .
Ab dem Zeitpunkt t4 wird das Traktionsmoment MT bis zum Er- reichen der maximalen Motorleistung zum Zeitpunkt t5 konstant auf dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren
Traktionswert Mend gehalten.
Die nachfolgenden Beschreibungen der weiteren Figuren be- schränken sich im Wesentlichen jeweils auf die Unterschiede zur unmittelbar zuvor beschriebenen Figur.
FIG 3 zeigt ein Diagramm, in dem schematisch weitere exemplarische zeitliche Verläufe des Traktionsmoments MT sowie des Bremsmoments MB dargestellt sind. Das Diagramm bezieht sich auf einen Anfahrvorgang, bei dem sich das Schienenfahrzeug an einer Streckensteigung befindet, das ermittelte Festhaltemoment MF also größer als Null ist. Zwecks einer einfachen Vergleichbarkeit von FIG 3 und FIG 2 sei die Skalierung der Ordinatenachsen bzw. der Abszissenachsen in beiden Figuren die gleiche.
Der Anfangswert des Bremsmoments MB, der genau so groß ist wie in FIG 2, liegt über dem ermittelten Festhaltemoment MF. Im vorliegenden Fall beträgt das Festhaltemoment MF ca. das 0,5-fache des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend · Das Grenzmoment MG ist gleich dem 1,25- fachen des Festhaltemoments MF und das Mindestmoment Mmin ist gleich dem 1,1-fachen des Festhaltemoments MF.
Die Erhöhung des Traktionsmoments MT beginnt nicht ab dem vorausberechneten Zeitpunkt t±, sondern ab einen zeitlich davor liegenden Zeitpunkt t±' ' . Die mittlere Rate, mit der das Traktionsmoments MT ab dem Zeitpunkt t±' erhöht wird, wird in diesem Fall betragsmäßig gleich der Rate gewählt, mit der das Bremsmoment MB abfällt, sodass ein Betrag einer Vektorsumme aus dem Bremsmoment MB und dem Traktionsmoment MT vom Zeitpunkt ti' ' bis zum Zeitpunkt t2 annähernd konstant bleibt.
Eine zu FIG 2 analoge Erhöhung des Traktionsmoments MT mit der maximal erlaubten Rate ab dem vorausberechneten Zeit- punkt ti, würde dazu führen, dass das Bremsmoment MB unmittelbar vor dem Zeitpunkt ti bereits unter dem Grenzmoment MG und evtl. sogar unter dem Festhaltemoment MF liegen würde, noch bevor das Traktionsmoment MT aufgebaut wird. Dadurch könnte ein Zurückrollen des Fahrzeugs 2 nicht sicher verhin- dert werden.
Das Schienenfahrzeug fängt an in Fahrtrichtung zu fahren und die Motordrehzahl der Elektromotoren 6 nimmt zu, sobald eine Differenz aus dem Traktionsmoment MT und dem Festhaltemo- ment MF größer ist als das Bremsmoment MB und zusätzlich Reibungswiderstände in Lagern des Fahrzeugs 2 überwunden sind, d.h. zwischen dem Zeitpunkt t±' ' und dem Zeitpunkt t2.
Da im vorliegenden Fall das Grenzmoment MG größer ist als in FIG 2 und zudem die mittlere Rate, mit der das
Traktionsmoment MT bis zum Erreichen des Grenzmoments MG erhöht wird, kleiner ist als in FIG 2, ist im vorliegenden Fall ein Zeitraum zum Erreichen des Grenzmoments MG ab Beginn der Erhöhung des Traktionsmoments MT vom Wert Null an länger als in FIG 2.
Wie aus einem Vergleich von FIG 3 und FIG 2 ersichtlich ist, ist ein Zeitraum, in dem das Traktionsmoment MT auf dem
Grenzmoment MG gehalten wird, in FIG 3 länger als in FIG 2. Dies liegt daran, dass im vorliegenden Fall das Grenzmoment MG größer ist als in FIG 2 und folglich eine längere Begrenzung des Traktionsmoments MT stattfindet, um den Umrichter 8 zu schonen. Weiter ist aus dem Vergleich von FIG 3 und FIG 2 ersichtlich, dass ein Zeitraum, in dem eine zur Motordrehzahl proportionale Erhöhung des Traktionsmoments MT stattfindet, in FIG 3 kürzer ist als in FIG 2, was daran liegt, dass die zur Motordrehzahl proportionale Erhöhung bei einem höheren
Traktionsmoment MT startet.
FIG 4 zeigt ein Diagramm, in dem schematisch ein exemplari- scher Verlauf des Traktionsmoments MT in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n dargestellt ist. Das Diagramm bezieht sich auf den zeitlichen Verlauf des Traktionsmoments MT, der in FIG 2 dargestellt ist, sowie auf die Anfahrsituation, die im Zusammenhang mit FIG 2 beschrieben ist.
Das Diagramm umfasst eine Ordinatenachse und eine Abszissenachse. Auf der Ordinatenachse ist ein Moment M aufgetragen. Auf der Abszissenachse ist die Motordrehzahl n aufgetragen. Solange die Motordrehzahl n kleiner ist als die vorgegebene erste Grenzdrehzahl ni( wird das Traktionsmoments MT von der Steuereinheit 10 auf das Grenzmoment MG, das das 0,25-fache des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren
Traktionswerts Mend beträgt, eingestellt. Wie im Zusammenhang mit FIG 2 beschrieben fängt das Schienenfahrzeug an in Fahrtrichtung zu fahren, sobald das Traktionsmoment MT größer ist als das Bremsmoment MB und zusätzlich Reibungswiderstände in Lagern des Fahrzeugs 2 überwunden sind, d.h. noch vor dem Zeitpunkt t2, an dem das Traktionsmoment MT gleich dem Grenz - moment MG ist. Da bereits Traktion aufgebaut ist, bevor das Schienenfahrzeug anfängt in Fahrtrichtung zu fahren, ist bei der Motordrehzahl Null das Traktionsmoment MT bereits auf einem Wert der größer als Null, jedoch kleiner als das Grenzmoment MG ist. Da die Motordrehzahl n proportional zur Ge- schwindigkeit des Fahrzeugs 2 zunimmt, nimmt das
Traktionsmoment MT bis zum Erreichen des Grenzmoments MG zum Zeitpunkt t2 mit steigender Drehzahl n, insbesondere linear zur Drehzahl n, zu. Nach Erreichen des Grenzmoments MG wird das
Traktionsmoment MT von der Steuereinheit 10 konstant auf dem Grenzmoment MG gehalten, bis die Motordrehzahl n zum Zeit- punkt t3 die vorgegebene erste Grenzdrehzahl ni erreicht. Sobald die Motordrehzahl n die vorgegebene erste Grenzdrehzahl ni überschritten hat und solange die Motordrehzahl n kleiner ist als die vorgegebene zweite Grenzdrehzahl n2, wird das Traktionsmoment MT von der Steuereinheit 10 proportional zur Motordrehzahl n erhöht.
Bei Erreichen der zweiten Grenzdrehzahl n2 zum Zeitpunkt t4 ist das Traktionsmoment MT gleich dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend · Solange die maxi- male Motorleistung noch nicht erreicht ist, wird das
Traktionsmoment MT konstant auf dem von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend gehalten. Ab dem Zeitpunkt t5, an dem die maximale Motorleistung erreicht wird, wird das Traktionsmoment MT umgekehrt proportional zur Motordrehzahl n verringert, während die maximale Motorleistung beibehalten wird .
FIG 5 zeigt ein Diagramm, in dem ein schematisch ein weiterer exemplarischer Verlauf des Traktionsmoments MT in Abhängig- keit von der Motordrehzahl n dargestellt ist. Das Diagramm bezieht sich auf den zeitlichen Verlauf des Traktionsmoments MT, der in FIG 3 dargestellt ist, sowie auf die Anfahrsituation, die im Zusammenhang mit FIG 3 beschrieben ist. Zwecks einer einfachen Vergleichbarkeit von FIG 5 und FIG 4 sei die Skalierung der Ordinatenachsen bzw. der Abszissenachsen in beiden Figuren die gleiche.
Bei der Motordrehzahl Null ist das Traktionsmoment MT bereits auf einem Wert der größer als das Festhaltemoment MF, jedoch kleiner als das Grenzmoment MG ist. Das Grenzmoment MG, auf welches das Traktionsmoment von der Steuereinheit 10 eingestellt wird, ist gleich dem 1,25 -fachen des ermittelten Festhaltemoments MF, wobei das Festhaltemoment MF ca. das 0,5-fache des maximal von der Steuerein- heit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend beträgt. Somit hat das Grenzmoment MG im vorliegenden Fall einen größeren Wert als in FIG 4. Entsprechend wird die vorgegebene erste Grenzdrehzahl ni , bis zu deren Erreichen das Traktionsmoment MT auf dem Grenzmoment MG gehalten wird, von der Steuerein- heit 10 auf einen größeren Wert als in FIG 4 eingestellt, um den Umrichter 8 zu schonen.
Die vorgegebene zweite Grenzdrehzahl n2, bis zu deren Erreichen das Traktionsmoment MT nach Überschreiten der vorgegebe- ne ersten Grenzdrehzahl ni proportional zur Motordrehzahl n erhöht wird, hingegen wird von der Steuereinheit 10 auf den gleichen Wert eingestellt wie in FIG 4.
Das Grenzmoment, auf das das Traktionsmoment begrenzt wird, solange die Motordrehzahl n kleiner ist als die vorgegebene erste Grenzdrehzahl ni( ist vom Fahrer stufenweise, insbesondere in drei Einstellstufen, einstellbar.
Standardmäßig ist die erste Einstellstufe eingestellt. Eine Wahl der zweiten bzw. dritten Einstellstufe ist auf ein Vorliegen einer betrieblichen Ausnahmesituation beschränkt und muss vom Fahrer durch Betätigen eines Entsperrhebels bzw. eines Entsperrschalters freigeschaltet werden. In der ersten Einstellstufe erfolgt die Begrenzung des
Traktionsmoments wie bisher beschrieben. D.h. die im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 beschriebene Begrenzung des Traktionsmoments MT auf das Grenzmoment MG bezieht sich auf die erste Einstellstufe. In der zweiten Einstellstufe wird das Grenzmoment derart eingestellt, dass eine Differenz zwischen dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend und dem Grenzmoment gegenüber der entsprechenden Differenz in der ersten Einstellstufe halbiert wird. In der dritten Stufe hingegen erfolgt keine Begrenzung des Traktionsmoments .
Liegt eine betriebliche Ausnahmesituation vor, kann durch die Wahl der zweiten bzw. der dritten Einstellstufe ein schnelleres Anfahren des Schienfahrzeugs erreicht werden.
In FIG 2 ist ein exemplarischer zeitlicher Verlauf des
Traktionsmoments MT' bei der Wahl der zweiten Einstellstufe mit Hilfe einer gestrichelten Linie dargestellt.
In der zweiten Einstellstufe wird das Grenzmoment MG' auf einen Wert eingestellt, der das ca. 0,62 -fache des maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswerts Mend be- trägt. Dadurch wird die Differenz zwischen dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend und dem Grenzmoment MG' , gegenüber der Differenz zwischen dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend und dem Grenzmoment MG in der ersten Einstellstufe, halbiert.
Da das Grenzmoment MG' in der zweiten Einstellstufe größer ist als das Grenzmoment MG in der ersten Einstellstufe, liegt der vorausberechnete Zeitpunkt t±' in der zweiten Einstell - stufe zeitlich vor dem vorausberechneten Zeitpunkt ti in der ersten Einstellstufe. Das ab dem Zeitpunkt t±' mit maximal erlaubter Rate erhöhte Traktionsmoment MT' erreicht zum Zeitpunkt t2 das Grenzmoment MG' .
Bis zum Zeitpunkt t3', an dem die Motordrehzahl n die erste Grenzdrehzahl ni erreicht, wird das Traktionsmoment MT' von der Steuereinheit 10 konstant auf dem Grenzmoment MG' gehalten. Ab dem Zeitpunkt t3' erfolgt eine zur Motordrehzahl n proportionale Erhöhung des Traktionsmoments MT, bis das
Traktionsmoment MT' zum Zeitpunkt t4' den maximal von der Steuereinheit 10 einstellbaren Traktionswert Mend erreicht. Von da an bleibt das Traktionsmoment MT' bis zum Erreichen der maximalen Motorleistung zum Zeitpunk t5 konstant auf dem maximal von der Steuereinheit 10 einstellbare Traktionswert
In der zweiten Einstellstufe ist ein Zeitraum, in dem das Traktionsmoment MT' auf dem Grenzmoment MG' gehalten wird, länger als in der ersten Einstellstufe. Dies liegt daran, dass in der zweiten Einstellstufe das Grenzmoment MG' größer ist als in der ersten Einstellstufe und folglich eine längere Begrenzung des Traktionsmoments MT' stattfindet, um den Um- richter 8 zu schonen.
Ferner ist in der zweiten Einstellstufe ein Zeitraum, in dem die zur Motordrehzahl n proportionale Erhöhung des
Traktionsmoments MT' stattfindet, kürzer ist als in der ers- ten Einstellstufe, da die zur Motordrehzahl n proportionale
Erhöhung bei einem höheren Traktionsmoment MT' startet als in der ersten Einstellstufe.
Der im Zusammenhang mit FIG 2 beschriebene zeitliche Verlauf des Traktionsmoments MT' in der zweiten Einstellstufe lässt sich analog auf FIG 3 übertragen.
FIG 6 zeigt ein Diagramm, in dem schematisch ein exemplarischer zeitlicher Verlauf einer Temperatur des
Bipolartransistors des in FIG 1 beschriebenen Schienfahrzeugs dargestellt ist. Das Diagramm umfasst eine Ordinatenachse und eine Abszissenachse. Auf der Ordinatenachse ist eine Temperatur T aufgetragen. Auf der Abszissenachse ist eine Zeit t aufgetragen .
Die dargestellte Temperatur ist die Temperatur an einer Kontaktfläche des Bipolartransistors, an der ein Bonddraht an den Bipolartransistor angelötet oder angeschweißt ist. Diese Temperatur kann z.B. die Temperatur sein, auf die sich die Steuereinheit 10 beim Steuern des Traktionsmoments MT bezieht . Ferner bezieht sich der dargestellte Temperaturverlauf auf einen Zeitraum, in dem eine Motordrehzahl n der beiden Elektromotoren 6 unterhalb der vorgegebenen ersten Grenzdrehzahl rii ist und somit eine Frequenz der vom Umrichter 8 er- zeugten AusgangsSpannung niedrig ist. Der dargestellte Zeitraum ist so kurz, dass die Motordrehzahl n in diesem Zeitraum als annähernd konstant betrachtet wird.
Während einer leitenden Phase des Bipolartransistors heizt sich der Bipolartransistor auf und die Temperatur an der Kontaktfläche nimmt zu. Entsprechend kühlt sich der
Bipolartransistor während einer nicht-leitenden Phase des Bipolartransistors ab und die Temperatur an der Kontaktfläche nimmt ab .
In FIG 6 ist ein periodisches Schwanken der Temperatur zwischen einer minimalen Temperatur und einer maximalen Temperatur gezeigt. Die maximale Temperatur ist eine während einer leitenden Phase des Bipolartransistors maximal erreichte Tem- peratur Tmax an der Kontaktfläche. Diese Temperatur wird am
Ende einer leitenden Phase erreicht. Die minimale Temperatur ist eine während einer nicht-leitenden Phase des
Bipolartransistors minimal erreichte Temperatur Tmin an der Kontaktfläche. Diese Temperatur wird am Ende einer nicht- leitenden Phase erreicht. Folglich hängt der Wert der minimal erreichten Temperatur Tmin an der Kontaktfläche u.a. von einer Dauer der nicht-leitenden Phase des Bipolartransistors ab. Entsprechend hängt der Wert der maximal erreichten Temperatur Tmax an der Kontaktfläche u.a. von einer Dauer der leitenden Phase des Bipolartransistors ab.
Der Temperaturverlauf ist vereinfacht dargestellt und soll lediglich einen Zusammenhang zwischen der von der Frequenz der Ausgangspannung abhängigen Motordrehzahl n und der wäh- rend einer leitenden Phase des Bipolartransistors maximal erreichten Temperatur Tmax an der Kontaktfläche illustrieren. Für die Darstellung des Temperaturverlaufs wurde angenommen, dass sich eine mittlere Temperatur an der Kontaktfläche - be- zogen auf eine zeitliche Mittelung der Temperatur über mehrere Temperaturperioden - auf einen stationären Wert eingestellt hat und nicht mit der Zeit t ansteigt. FIG 7 zeigt ein Diagramm, in dem ein weiterer exemplarischer zeitlicher Verlauf der Temperatur des Bipolartransistors des Umrichters 8 dargestellt ist. Der dargestellte Temperaturverlauf bezieht sich auf einen Zeitraum, in dem die Motordrehzahl n oberhalb der ersten vorgegebenen Grenzdrehzahl rii ist und somit die Frequenz der vom Umrichter 8 erzeugten Ausgangsspannung höher ist als in FIG 6.
Zwecks einer einfachen Vergleichbarkeit von FIG 6 und FIG 7 sei die Skalierung der Ordinatenachsen bzw. der Abszissenach- sen in beiden Figuren die gleiche.
Die Dauer einer leitenden Phase des Bipolartransistors ist umgekehrt proportional zur Frequenz der vom Umrichter 8 erzeugten AusgangsSpannung . Demnach ist die Dauer einer leiten- den Phase des Bipolartransistors umso kürzer, je größer die Motordrehzahl n ist. Entsprechend heizt sich der
Bipolartransistor bei einer höheren Motordrehzahl n kürzer auf. Dadurch kann die während einer leitenden Phase des
Bipolartransistors maximal erreichte Temperatur Tmax an der Kontaktfläche bei einer höheren Motordrehzahl n niedriger sein als bei einer niedrigeren Motordrehzahl n - und das obwohl eine Rate, mit der die Temperatur bei der höheren Motordrehzahl n ansteigt, größer sein kann, z.B. weil das
Traktionsmoment MT größer ist.
Dieser Sachverhalt ist beim Vergleich von FIG 6 und FIG 7 ersichtlich. So ist in FIG 7 die Rate, mit der die Temperatur ansteigt, größer als in FIG 6. Da aber die Dauer einer leitenden Phase in FIG 7 kürzer ist als in FIG 6, ist in FIG 7 die während einer leitenden Phase des Bipolartransistors maximal erreichte Temperatur Tmax an der Kontaktfläche niedriger als in FIG 6. Bei einer höheren Motordrehzahl n ist zusätzlich auch die Dauer einer nicht-leitenden Phase des Bipolartransistors kürzer. Daher kühlt sich der Bipolartransistor bei einer höheren Motordrehzahl n kürzer ab und die während einer nichtleitenden Phase des Bipolartransistors minimal erreichte Temperatur Tmin an der Kontaktfläche kann bei einer höheren Motordrehzahl n größer sein als bei einer niedrigeren Motordrehzahl n. Vereinfachend kann angenommen werden, dass die Dauer einer nicht-leitenden Phase des Bipolartransistors in FIG 7 so lang ist, dass eine Zunahme der minimal erreichten Temperatur Tmin in FIG 7 gegenüber der minimal erreichten Temperatur Tmin in FIG 6 vernachlässigbar ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Anfahrvorgangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (2), bei dem ein zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs (2) notwendiges Festhaltemoment (MF) ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass, solange eine ermittelte Motordrehzahl (n) kleiner ist als eine vorgegebene erste Grenzdrehzahl ( ni ) , ein Traktionsmoment (MT) von einer Steuerein- heit (10) des Fahrzeugs (2) auf ein vom Festhaltemoment (MF) abhängiges Grenzmoment (MG) begrenzt wird und das
Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) erst dann über das Grenzmoment (MG) hinaus erhöht wird, wenn die Motordrehzahl (n) größer ist als die erste Grenzdrehzahl ( ni ) .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzmoment (MG) unterhalb des Maximums aus dem 1,3 -fachen des Festhaltemoments (MF) und dem 0,3 -fachen des maximal von der Steuereinheit (10) ein- stellbaren Traktionswerts (Mend ) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzmoment (MG) oberhalb des Maximums aus dem 1,2 -fachen des Festhaltemoments (MF) und dem 0,2-fachen des maximal von der Steuereinheit (10) einstellbaren Traktionswerts (Mend ) liegt.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) bis zum Erreichen einer vorgegebenen zweiten Grenzdrehzahl (n2) linear zur Motordrehzahl (n) erhöht wird, sobald die Motordrehzahl (n) größer ist als die erste Grenzdrehzahl ( ni ) .
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grenzdrehzahl ( ni ) von der Steuereinheit (10) in Abhängigkeit vom Festhaltemoment (MF) eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der zweiten
Grenzdrehzahl (n2) zur ersten Grenzdrehzahl (rii) gleich dem Verhältnis vom maximal von der Steuereinheit (10) einstellbaren Traktionswert (Mend) zum Grenzmoment (MG) ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Wagen (4) des Fahr- zeugs (2) jeweils eine Wagenmasse sowie ein von einem Streckenneigungswinkel (24) abhängiger Wagen-Steigungsparameter ermittelt werden, aus der Wagenmasse sowie aus dem Wagen- Steigungsparameter ein Wagen-Festhaltemoment berechnet wird und das Festhaltemoment (MF) des Fahrzeugs (2) durch ein Auf- summieren aller ermittelten Wagen-Festhaltemomente berechnet wird .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse von der Steuerein- heit (10) zum Anfahren gelöst wird und die Steigung des
Traktionsmoments (MT) in Abhängigkeit von einem sinkenden Bremsmoment (MB) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse von der Steuereinheit (10) zum Anfahren gelöst wird, bevor das
Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) bei Null beginnend erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse von der Steuereinheit (10) zum Anfahren gelöst wird und das
Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) derart gesteuert wird, dass das Traktionsmoment (MT) erstmalig das Grenzmoment (MG) erreicht, wenn ein Bremsmoment (MB) den Wert Null erreicht.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) derart erhöht wird, dass die Summe aus Traktionsmoment (MT) und Bremsmoment (MB) konstant, insbesondere gleich dem Grenzmoment (MG) bleibt .
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zeitpunkt (t2) , an dem ein Bremsmoment (MB) auf Null abgefallen sein wird, vorausberechnet wird und aus dem ersten Zeitpunkt (t2) ein zeitlich davor liegender zweiter Zeitpunkt (ti) berechnet wird, sodass das zum zweiten Zeitpunkt (ti) von Null beginnend mit maximal erlaubter Rate ansteigende
Traktionsmoment (MT) zum ersten Zeitpunkt (t2) das Grenzmoment (MG) erreicht .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abfallen der Motordrehzahl (n) unter die erste Grenzdrehzahl ( ni ) das
Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) auf dem
Grenzmoment (MG) gehalten wird, solange die Motordrehzahl (n) kleiner ist als die erste Grenzdrehzahl ( ni ) , und das
Traktionsmoment (MT) von der Steuereinheit (10) über das Grenzmoment (MG) hinaus erhöht wird, sobald die Motordrehzahl (n) größer ist als die erste Grenzdrehzahl ( ni ) .
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Traktionsmoment (MT) ein negatives Traktionsmoment zum elektrischen Bremsen ist.
15. Steuerungssystem (9) für ein elektrisch angetriebenes
Fahrzeug (2) mit zumindest einem Elektromotor (6), einem Umrichter (8) zum Speisen des Elektromotors (6) und einer Steuereinheit (10) zum Steuern des Umrichters (8) , die dazu vorbereitet ist, ein zum Verhindern eines Zurückrollens des Fahrzeugs (2) notwendiges Festhaltemoment (MF) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) dazu vorbereitet ist, den Umrichter (8) so zu steuern, dass, solange eine ermittelte Motordrehzahl (n) kleiner ist als eine vorge- gebene erste Grenzdrehzahl (rii) , ein Traktionsmoment (MT) des Fahrzeugs (2) auf ein vom Festhaltemoment (MF) abhängiges Grenzmoment (MG) begrenzt wird und das Traktionsmoment (MT) erst dann über das Grenzmoment (MG) hinaus erhöht wird, wenn die Motordrehzahl (n) größer ist als die erste Grenzdrehzahl (ni) .
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