EP4489986A1 - Verfahren zum steuern einer elektrodynamischen bremsvorrichtung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum steuern einer elektrodynamischen bremsvorrichtung eines schienenfahrzeugs

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EP4489986A1
EP4489986A1 EP23717122.8A EP23717122A EP4489986A1 EP 4489986 A1 EP4489986 A1 EP 4489986A1 EP 23717122 A EP23717122 A EP 23717122A EP 4489986 A1 EP4489986 A1 EP 4489986A1
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EP
European Patent Office
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braking
control device
rail vehicle
braking torque
power semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
EP23717122.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Foerth
Lennart Kilian
Stefan Koch
Norbert Lang
Niklas Rüger
Hans Friedrich Steffani
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0076—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to braking
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    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electrodynamic braking device of a rail vehicle, a drive system of a rail vehicle with such an electrodynamic braking device and a rail vehicle.
  • Electrically driven rail vehicles are preferably braked during a braking process using electrodynamic braking devices, as these can advantageously be operated with virtually no wear compared to friction brakes and there is also the possibility of transferring electrical energy generated during the braking process into the system electrical supply network, for example an overhead line or a so-called third rail, which provides the electrical energy required for the drive.
  • the use of the electrodynamic braking device is still limited to service braking, while in the case of rapid braking, also known as emergency braking or emergency braking, additional friction braking devices are used for the safety of passengers in the rail vehicle and third parties outside the rail vehicle initiate a braking process with maximum braking torque.
  • the use of friction brake devices compared to the otherwise used electrodynamic brake devices is due to the previously higher failure safety of the friction brake devices.
  • the disadvantage is that it is necessary to equip rail vehicles with both electrodynamic braking devices and friction braking devices that ensure safe braking Allow rapid braking from the maximum speed of the rail vehicle, which leads to high technical complexity, additional weight and, in particular, high costs for production and operation, especially in high-speed trains.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and an electrodynamic braking device which ensure a sufficiently high level of failure safety of the electrodynamic braking device, particularly during rapid braking.
  • a first aspect of the invention relates to a method for controlling an electrodynamic braking device of a rail vehicle, wherein the electrodynamic braking device of the rail vehicle has at least one electric drive motor, a power converter electrically connected thereto with a plurality of power semiconductor switches, and a control device which controls the plurality of power semiconductor switches as parts of a Drive system of the rail vehicle includes.
  • the method according to the invention is characterized in that during rapid braking to generate a target braking torque, the power semiconductor switches of the power converter are controlled according to a first control algorithm of the control device, the first control algorithm comprising functions of both driving and braking of the drive system during the braking process I st braking torque generated by the electrodynamic braking device is determined and compared with the target braking torque, and depending on the comparison, the power semiconductor switches of the power converter by means of a second control algorithm of the control device are controlled, with the second control algorithm exclusively comprising braking functions.
  • the failure safety of the electrodynamic braking device of a rail vehicle is advantageously increased in that a different, second control algorithm serves as a fallback level for controlling the power semiconductor switches of the power converter, which has a lower complexity or has a smaller range of functions.
  • proof of sufficiently high failure safety can be provided in a simpler manner.
  • Advantageous compared to the solution described in the introduction according to the disclosure document DE 10 2012 203 132 A1 is also no redundant or. Even diverse-redundant control device is required, whereby the complexity of the braking device and the costs are advantageously reduced compared to this known solution.
  • the smaller range of functions of the second control algorithm is achieved in that it only uses functions that are related to the generation of a braking torque or with the generation of a maximum braking torque when rapid braking is requested.
  • the second control algorithm does not use active pointers of pulse width modulation, by means of which the drive motor designed as a three-phase machine is controlled. This means that, for example, feeding back into the supply network, generating a small braking torque, as is particularly advantageous at low speeds, quickly varying the braking torque, as is particularly advantageous for anti-skid protection, and generating a drive torque is not possible .
  • the second control algorithm only serves as a fallback level for the electrodynamic braking device in the rare case of an error During rapid braking, the required actual braking torque cannot be generated using the first control algorithm. Conversely, this means that, as a rule, the full range of functions of the first control algorithm can also be used advantageously when rapid braking is requested. These functions enable, for example, a high dynamic of the braking torque generated, whereby in particular anti-skid and braking up to a low speed can be achieved, and feedback into the supply network, provided that the drive system is connected to it and this can absorb the generated electrical energy .
  • the I st braking torque generated by the electrodynamic braking device during a braking process corresponds to the braking force that can be transferred from the drive motor to a wheelset connected to it mechanically, usually via a single or multi-stage gearbox and a clutch, with one wheelset having a wheelset shaft and two with it Rigidly connected wheels that are supported on rails.
  • the actual braking torque is determined, for example, by the higher-level control device, which also carries out the comparison of the determined actual braking torque with the target braking torque.
  • the actual braking torque that is actually generated or can be generated is determined, for example, based on the power at the connection terminals of the drive motor.
  • the actual braking torque can also be determined, for example, based on a negative acceleration, which comes from observing a change in the speed of the rail vehicle, which is detected, for example, by means of one or more speed sensors on the motor and / or wheelset shafts, or from signals from one or more Acceleration sensors can be derived.
  • the actual braking torque can also be determined based on a torque acting on a torque support of the drive motor. Preferably, redundant or diverse-redundant information is taken into account for determining the actual braking torque in this regard, to ensure a sufficiently high level of failure safety.
  • the target braking torque is specified to the control device, for example, by a higher-level control device connected to it in terms of signals.
  • this target braking torque initially corresponds, for example, to a maximum braking torque that can be provided by the electrodynamic braking device.
  • the request for rapid braking can, for example, be made by the person driving the vehicle manually or automatically.
  • the second control algorithm has a smaller range of functions compared to the first control algorithm with regard to the braking function.
  • the determined I st braking torque is compared with a threshold value that is dependent on the target braking torque and, if the I st braking torque falls below the threshold value, the power semiconductor switches of the power converter are controlled using the second control algorithm controlled.
  • a threshold value suitable for the comparison from the higher-level control device corresponds, for example, to the target braking torque, but can alternatively also be below the target braking value and have a predetermined relative, in particular percentage, or predetermined absolute distance from it.
  • a threshold value defined lower than the target braking torque it can advantageously be ensured that even small deviations of the specific actual braking torque from the target Braking torque activation of the second control algorithm with a reduced range of functions takes place.
  • the power semiconductor switches of the power converter are controlled by means of the second control algorithm of the control device until rapid braking is completed.
  • a second aspect of the invention relates to an electric drive system of a rail vehicle, wherein the drive system has at least one electrodynamic braking device, which comprises at least one electric drive motor, a power converter electrically connected thereto with a plurality of power semiconductor switches, and a control device which controls the plurality of power semiconductor switches.
  • the electric drive system is characterized in that the electrodynamic braking device is designed to carry out the method according to the first aspect of the invention.
  • the at least one drive motor is designed as a permanently excited three-phase synchronous motor.
  • the at least one power converter is designed as a pulse inverter.
  • the electrodynamic braking device further has a further control device which is superordinate to the control device, the further control device being designed in particular to specify the target braking torque to the control device and/or to compare the determined actual braking torque with the target To carry out braking torque.
  • a third aspect of the invention relates to a rail vehicle, wherein the rail vehicle is characterized in that it has at least one electrodynamic braking device designed for carrying out the method according to the first aspect of the invention or at least one drive system according to the second aspect of the invention.
  • the rail vehicle According to a further development of the rail vehicle according to the invention, it is designed as a high-speed multiple unit.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle with an electric drive system for operation on an AC supply network
  • FIG. 2 shows a rail vehicle with an electric drive system for operation on a direct current supply network
  • FIG. 3 shows the drive system of the rail vehicle of FIG. 1 with devices of the electrodynamic braking device according to the invention
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention.
  • the rail vehicle TZ is designed, for example, as a multiple unit for passenger transport with a plurality of cars, with only one end car EW and a middle car MW coupled to it being shown. Both cars have a respective car body WK, which via bogies in the form of a TDG motor bogie with drive motors AM or
  • Running bogies LDG without traction motors are supported on rails of a track, not shown.
  • the rail vehicle TZ moves on the rails in the directions FR specified by them.
  • Components of an electric drive system AS of a rail vehicle TZ operated on an AC supply network are shown schematically in the end car EW. These components are usually arranged in special areas within the car body WK, in the underfloor area, in the roof area or even distributed across several cars of the rail vehicle TZ. Further components of the drive system AS, in particular auxiliary operations required for the operation of the components, are also provided, but are not specifically shown in FIG.
  • the drive train AS can be electrically connected to an overhead line, not shown, of the alternating current supply network, the overhead line carrying a single-phase alternating current, for example.
  • the alternating current is supplied to a mains-side primary winding of a drive transformer ATR, in which the mains-side voltage level of, for example, 15kV, 16.7Hz or 25kV, 50Hz is transformed to a lower voltage level.
  • a secondary winding of the drive transformer ATR is connected to a grid-side power converter 4QS, for example a four-quadrant divider, which rectifies the alternating current.
  • the grid-side power converter 4QS feeds a DC intermediate circuit ZK, which in turn feeds a load-side power converter PWR, for example a pulse-controlled inverter.
  • a load-side power converter PWR for example a pulse-controlled inverter.
  • One or more intermediate circuit capacitors are arranged in the DC intermediate circuit ZK, which act as electrical Energy storage serves in particular to smooth the direct voltage.
  • the load-side power converter PWR generates a three-phase alternating voltage of variable frequency and amplitude from the direct voltage of the direct voltage intermediate circuit ZK, with which the stator windings of, for example, two drive motors TM arranged in the drive bogie TDG of the end car EW are fed.
  • the function in particular of the grid-side 4QS and the load-side power converter PWR is controlled by a control device ICU, although individual control devices can alternatively be provided for the power converters.
  • FIG. 2 shows schematically a rail vehicle TZ corresponding to the rail vehicle TZ of FIG. 1 with an alternative drive system AS.
  • the pantograph PAN can be connected to an overhead line, again not shown, of a direct current supply network.
  • a busbar is often run parallel to the track, with which the drive train AS can be connected via one or more side pantographs, which are arranged, for example, in the area of the car body ends or the bogies.
  • the direct current from the supply network is passed through an input filter or Mains filter NF is fed to the DC intermediate circuit ZK of the drive system AS.
  • the network filter NF includes, for example, a filter inductance in the form of a choke and a capacitor, whereby the capacitor can also fulfill the function of an intermediate circuit capacitor ZK of the drive train AS.
  • FIG. 3 shows schematically the exemplary drive system AS of the rail vehicle TZ of FIG. 1, although not all of the components of the system described above are shown again.
  • only one secondary winding is from an AC supply network fed drive transformer ATR and only one drive motor AM.
  • the secondary winding of the drive transformer ATR is connected to the grid-side power converter 4QS.
  • the grid-side power converter 4QS is designed as a four-quadrant divider, which converts the alternating voltage provided on the input side by the drive transformer ATR into a direct voltage and provides it on the output side.
  • the conversion takes place by controlling power semiconductor switches or Power transistors, the power semiconductor switches being realized, for example, based on silicon or a semiconductor with a larger band gap than silicon, in particular silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) or diamond.
  • Two power transistors are electrically connected in series in a switching branch, the middle connection point of which is connected to a respective input of the grid-side power converter 4QS.
  • the external connection points of the switching branches are connected to a respective output of the 4QS power converter on the grid side.
  • the grid-side power converter 4QS feeds a DC intermediate circuit ZK, which in turn is connected to inputs of the load-side power converter PWR.
  • An example of an intermediate circuit capacitor CZK is arranged in the DC intermediate circuit ZK, to which an intermediate circuit voltage UZK is applied.
  • several intermediate circuit capacitors CZK can also be electrically connected in parallel in order to provide a desired capacity.
  • a brake divider BST is also arranged parallel to the intermediate circuit capacitor CZK, which, for example, comprises a series connection of a controllable switch and a resistor R.
  • the load-side power converter PWR is designed, for example, as a pulse inverter, which converts the direct voltage present on the input side into an alternating voltage of variable voltage level and frequency and makes it available at outputs.
  • the conversion takes place by controlling the power semiconductor switches or Power transistors by a control device ICU, the power semiconductor switches in turn being realized, for example, based on silicon or a semiconductor with a larger band gap than silicon, in particular silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) or diamond.
  • the load-side power converter PWR has three or a whole multiple of three parallel switching branches, each with two power semiconductor switches connected in series, to each of which a so-called freewheeling diode is connected in anti-parallel.
  • the drive motor AM which is fed by the load-side converter PWR, is designed as a separately excited three-phase asynchronous machine or preferably as a permanent magnet excited three-phase synchronous machine.
  • the control device ICU controls the exemplary six power semiconductor switches of the load-side power converter PWR according to a control algorithm ral, signals of this control being represented by six vertical dashed arrows starting from the control device ICU.
  • the control device ICU is signaled by a higher-level control device MCU, which, for example, controls several or all control devices ICU of the drive system AS of the rail vehicle TZ, in particular specifications regarding a drive torque or braking torque, which implements these, if necessary, taking into account further information using a control algorithm. 3 specifically looks at the case of initiating rapid braking of the rail vehicle TZ.
  • the higher-level control device MCU receives an emergency braking request sba, the signaling of which was triggered, for example, by the person driving the rail vehicle TZ or automatically by a safety system of the rail vehicle TZ.
  • the higher-level control device MCU defines a target braking torque sbm, with which a maximum braking effect is to be achieved by the electrodynamic braking device EBV .
  • This target braking torque sbm is signaled by the higher-level control device MCU to the control device ICU, which generates control commands for controlling the power semiconductor switches of the load-side power converter PWR using a first control algorithm.
  • An actual braking torque ibm achieved by the electrodynamic braking device EBV as a result of this control is determined by the higher-level control device MCU on the basis of various signals or signals supplied to it. information determined.
  • signals or information include or represent, for example, currents in the phases of the stator winding SW of the drive motor AM, which are determined, for example, by means of ammeters A arranged in or on motor cables.
  • signals or information taken into account by the higher-level control device MCU can be an intermediate circuit voltage UZK, which is determined, for example, by means of a voltmeter V arranged in the DC intermediate circuit ZK parallel to the intermediate circuit capacitor ZK, a speed D of the drive motor AM, which is determined, for example, by means of a speed sensor the motor shaft of the drive motor AM is determined by a central one Unit of the rail vehicle TZ certain speed or include or represent a speed curve, or an acceleration of the rail vehicle TZ measured by one or more acceleration sensors.
  • UZK intermediate circuit voltage
  • V voltmeter V
  • a speed D of the drive motor AM which is determined, for example, by means of a speed sensor the motor shaft of the drive motor AM is determined by a central one Unit of the rail vehicle TZ certain speed or include or represent a speed curve, or an acceleration of the rail vehicle TZ measured by one or more acceleration sensors.
  • the higher-level control device MCU compares the determined actual braking torque ibm with the defined target braking torque sbm. Should this comparison show that the actual braking torque ibm is less than the target braking torque sbm, with a threshold value dependent on the target braking torque sbm being used for the comparison, for example, the higher-level control device MCU signals the selection of a control device ICU second control algorithm ra2, by means of which control commands for controlling the power semiconductor switches of the power converter PWR are subsequently generated.
  • This second control algorithm ra2 which, like the first control algorithm ral, is stored in the control device ICU, has a smaller range of functions compared to the first control algorithm ral.
  • FIG. 4 schematically shows a flow chart of the method according to the invention based on the electrodynamic braking device EBV of FIG. 3, with only steps when rapid braking is requested being considered. Furthermore, the control device ICU uses the first control algorithm ral in the initial situation of the flow chart, which includes functions for both driving and electrodynamic braking of the AS drive system.
  • a first step S 1 the higher-level control device MCU receives an emergency braking request sba. Based on this received request sba, the higher-level control device MCU defines a target braking torque sbm in a subsequent second step S2 and signals this to the control device ICU.
  • the higher-level control device MCU determines an actual braking torque ibm achieved by the electrodynamic braking device EBV, for which it signals or information supplied is taken into account.
  • the higher-level control device MCU compares the determined actual braking torque ibm with the defined target braking torque sbm or with a threshold value derived from this.
  • the higher-level control device MCU If this comparison shows that the actual braking torque ibm is smaller than the target braking torque or If the target braking torque sbm falls below a certain relative or absolute amount, branch "ja", the higher-level control device MCU signals the control device ICU in a fifth step S5 to select the second control algorithm ra2, which is reduced compared to the first control algorithm ral used initially However, if the specific actual braking torque ibm corresponds to the target braking torque or is not below a threshold value, branch "no", the higher-level control device MCU sets monitoring or the determination of the current actual braking torque continues ibm.
  • the control device ICU uses the second control algorithm ra2 in a subsequent sixth step S 6 for controlling the power semiconductor switches of the power converter PWR.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs, wobei die elektrodynamische Bremsvorrichtung des Schienenfahrzeugs zumindest einen elektrischen Antriebsmotor, einen mit diesem elektrisch verbundenen Stromrichter mit einer Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter, sowie eine die Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter ansteuernde Steuereinrichtung als Teile eines Antriebssystems des Schienenfahrzeugs umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Schnellbremsung zum Erzeugen eines Soll-Bremsmoments die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters gemäß einem ersten Regelungsalgorithmus der Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei der erste Regelungsalgorithmus Funktionen sowohl eines Antreibens als auch eines Bremsens des Antriebssystems umfasst, während des Bremsvorgangs ein von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung erzeugtes Ist- Bremsmoment bestimmt und mit dem Soll-Bremsmoment verglichen wird, und abhängig von dem Vergleich die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters mittels eines zweiten Regelungsalgorithmus der Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei der zweite Regelungsalgorithmus ausschließlich Funktionen des Bremsens umfasst.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs , ein Antriebssystem eines Schienenfahrzeugs mit einer solchen elektrodynamischen Bremsvorrichtung sowie ein Schienen fahr zeug .
Elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge , insbesondere für den Nah- , Regional- und Fernverkehr, werden während eines Bremsvorgangs bevorzugt mittels elektrodynamischen Bremsvorrichtungen gebremst , da diese gegenüber Reibungsbremsen vorteilhaft nahezu verschleiß frei betrieben werden können sowie zudem die Möglichkeit besteht , während des Bremsvorgangs generierte elektrische Energie in das elektrische Versorgungsnetz , beispielsweise eine Oberleitung oder eine so genannte dritte Schiene , welches die für den Antrieb erforderliche elektrische Energie bereitstellt , zu speisen .
Der Einsatz der elektrodynamischen Bremsvorrichtung ist j edoch weiterhin auf die so Betriebsbremsung beschränkt , während bei einer Schnellbremsung, auch als Notbremsung oder Gefahrenbremsung bezeichnet , für die Sicherheit von Fahrgästen in dem Schienenfahrzeug sowie Dritter außerhalb des Schienenfahrzeugs auf ergänzend vorhandene Reibungsbremsvorrichtungen zurückgegri f fen wird, um einen Bremsvorgang mit maximalem Bremsmoment einzuleiten . Der Einsatz von Reibungsbremsvorrichtungen gegenüber den ansonsten eingesetzten elektrodynamischen Bremsvorrichtungen ist dabei in einer bislang höheren Aus fallsicherheit der Reibungsbremsvorrichtungen begründet . Nachteilig ist es dadurch j edoch erforderlich, Schienenfahrzeuge sowohl mit elektrodynamischen Bremsvorrichtungen als auch mit Reibungsbremsvorrichtungen aus zustatten, die eine sichere Schnellbremsung aus der maximalen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ermöglichen, was insbesondere bei Hochgeschwindigkeits zügen zu einer hohen technischen Komplexität , zu zusätzlichem Gewicht sowie insbesondere zu hohen Kosten für die Herstellung und den Betrieb führt .
Es wird daher seit geraumer Zeit angestrebt , die Aus fallsicherheit der elektrodynamischen Bremsvorrichtungen von Schienenfahrzeugen so weit zu erhöhen, dass diese aufgrund eines gegenüber Zulassungsbehörden bzw . - Organisationen erbringbaren Nachweises einer hinreichend hohen Aus fallsicherheit von diesen auch für eine Schnellbremsung zugelassen werden . Eine solche Zulassung hätte vorteilhaft zur Folge , Reibungsbremsvorrichtungen aufgrund eines deutlich geringeren erforderlichen Bremsmoments mit einem geringeren technischen Aufwand und dadurch erzielbaren geringeren Gewicht verwirklichen zu können . Solche Reibungsbremsen könnten dabei insbesondere auf die Funktion von Anhaltebremsen, welche bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie im Stillstand wirken, beschränkt sein .
Aus der deutschen Of fenlegungsschri ft DE 10 2012 203 132 Al ist beispielsweise bereits bekannt , zur Erhöhung der Aus fallsicherheit einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung zwei Bremssteuereinheiten vorzusehen, wobei in einem ersten Bremsmodus eine erste Bremssteuereinheit eine Leistungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert und eine Bremswirkungsüberwachungseinheit abhängig von einer Bremswirkungskenngröße mittels einer Schalteinheit in einen zweiten Bremsmodus umschaltet , in welchem eine zweite Bremssteuereinheit die Leistungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert . Durch das Vorsehen von zwei Bremssteuereinheiten, zwischen denen umgeschaltet werden kann, wird eine die Aus fallsicherheit erhöhende Redundanz geschaf fen, wobei die Bremssteuereinheiten sich insbesondere im Sinne einer diversitären Redundanz bezüglich ihrer konstruktiven und/oder algorithmischen Aus führung unterscheiden können . Nachteilig führt das Vorsehen einer zweiten Bremssteuereinheit sowie einer Schalteinheit nicht nur zu einer Erhöhung der Anzahl Einheiten, sondern ebenfalls zu einem zu erbringenden ergänzenden Nachweis einer hinreichend hohen Aus fallsicherheit dieser zusätzlichen Einheiten .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine elektrodynamische Bremsvorrichtung anzugeben, welche eine hinreichend hohe Aus fallsicherheit der elektrodynamischen Bremsvorrichtung insbesondere bei einer Schnellbremsung gewährleisten . Diese Aufgabe wird durch die j eweiligen Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Weiterbildungen sind in j eweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben .
Ein erster Aspekt der Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs , wobei die elektrodynamische Bremsvorrichtung des Schienenfahrzeugs zumindest einen elektrischen Antriebsmotor, einen mit diesem elektrisch verbundenen Stromrichter mit einer Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter, sowie eine die Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter ansteuernde Steuereinrichtung als Teile eines Antriebssystems des Schienenfahrzeugs umfasst . Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet , dass bei einer Schnellbremsung zum Erzeugen eines Soll- Bremsmoments die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters gemäß einem ersten Regelungsalgorithmus der Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei der erste Regelungsalgorithmus Funktionen sowohl eines Antreibens als auch eines Bremsens des Antriebssystems umfasst , während des Bremsvorgangs ein von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung erzeugtes I st-Bremsmoment bestimmt und mit dem Soll- Bremsmoment verglichen wird, und abhängig von dem Vergleich die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters mittels eines zweiten Regelungsalgorithmus der Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei der zweite Regelungsalgorithmus ausschließlich Funktionen des Bremsens umfasst .
Erfindungsgemäß wird die Aus fallsicherheit der elektrodynamischen Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs vorteilhaft dadurch erhöht , dass als eine Rückfallebene ein anderer, zweiter Regelungsalgorithmus für die Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters dient , welcher eine geringere Komplexität bzw . einen geringeren Funktionsumfang aufweist . Für einen derart reduzierten Regelungsalgorithmus kann in einfacherer Weise der Nachweis einer hinreichend hohen Aus fallsicherheit erbracht werden . Vorteilhaft gegenüber der einleitend beschriebenen Lösung gemäß der Of fenlegungsschri ft DE 10 2012 203 132 Al ist zudem keine redundante bzw . sogar diversitär-redundante Steuereinrichtung erforderlich, wodurch die Komplexität der Bremsvorrichtung sowie die Kosten gegenüber dieser bekannten Lösung vorteilhaft reduziert werden .
Die geringere Komplexität bzw . der geringere Funktionsumfang des zweiten Regelungsalgorithmus wird erfindungsgemäß dadurch erzielt , dass dieser ausschließlich Funktionen, welche im Zusammenhang mit der Erzeugung eines Bremsmoments bzw . mit der Erzeugung eines maximalen Bremsmoments bei einer angeforderten Schnellbremsung stehen . So nutzt der zweite Regelungsalgorithmus beispielsweise keine aktiven Zeiger einer Pulsweitenmodulation, mittels welcher der als Drehstrommaschine ausgestaltete Antriebsmotor gesteuert wird . Dies führt dazu, dass beispielsweise ein Rückspeisen in das Versorgungsnetz , ein Erzeugen eines kleinen Bremsmoments , wie es insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten vorteilhaft ist , ein schnelles Variieren des Bremsmoments , wie es insbesondere für einen Gleitschutz vorteilhaft ist , sowie das Erzeugen eines Antriebsmoments nicht möglich ist .
Der zweite Regelungsalgorithmus dient lediglich als eine Rückfallebene für die elektrodynamische Bremsvorrichtung in dem selten auftretenden Fehlerfall , dass bei einer Schnellbremsung das erforderliche I st-Bremsmoment nicht mittels des ersten Regelungsalgorithmus erzeugt werden kann . Dies bedeutet im Umkehrschluss , dass im Regel fall der vollständige Funktionsumfang des ersten Regelungsalgorithmus vorteilhaft auch bei einer angeforderten Schnellbremsung eingesetzt werden kann . Dabei ermöglichen diese Funktionen beispielsweise eine hohe Dynamik des erzeugten Bremsmoments , wodurch insbesondere ein Gleitschutz sowie ein Bremsen bis zu einer niedrigen Geschwindigkeit verwirklicht werden können, und eine Rückspeisung in das Versorgungsnetz , sofern das Antriebssystem mit diesem verbunden ist und dieses die generierte elektrische Energie aufnehmen kann .
Das während eines Bremsvorgangs von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung erzeugte I st-Bremsmoment entspricht der von dem Antriebsmotor auf einen mit diesem mechanisch, üblicherweise über ein ein- oder mehrstufiges Getriebe sowie eine Kupplung, verbundenen Radsatz übertragbare Bremskraft , wobei ein Radsatz eine Radsatzwelle sowie zwei mit dieser starr verbundene Räder, welche sich auf Schienen abstützen . Das I st-Bremsmoment wird beispielsweise von der übergeordneten Steuereinrichtung, welche auch den Vergleich des bestimmten I st-Bremsmoments mit dem Soll-Bremsmoment durchführt , bestimmt . Die Bestimmung des tatsächlich erzeugten oder des erzeugbaren I st-Bremsmoments erfolgt beispielsweise anhand der Leistung an den Anschlussklemmen des Antriebsmotors . Alternativ oder ergänzend ist das I st- Bremsmoment beispielsweise auch anhand einer negativen Beschleunigung bestimmbar, welche aus der Beobachtung einer Änderung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs , welche beispielsweise mittels eines oder mehrerer Drehzahlsensoren an Motor und/oder Radsatzwellen erfasst wird, oder aus Signalen eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren abgeleitet werden kann . Ferner kann das I st-Bremsmoment auch anhand eines an einer Drehmomentstüt ze des Antriebsmotors wirkenden Moments bestimmt werden . Vorzugsweise werden für die Bestimmung des I st-Bremsmoments redundante oder diversitär-redundante Informationen berücksichtigt , um auch diesbezüglich eine hinreichend hohe Aus fallsicherheit zu gewährleisten .
Das Soll-Bremsmoment , abhängig von dessen Wert die Steuereinrichtung mittels des ersten Regelungsalgorithmus die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters ansteuert , wird der Steuereinrichtung beispielsweise von einer mit dieser signaltechnisch verbundenen übergeordneten Steuereinrichtung vorgegeben . Bei Anforderung einer Schnellbremsung entspricht dieses Soll-Bremsmoment beispielsweise zunächst einem von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung bereitstellbaren maximalen Bremsmoment . Die Anforderung einer Schnellbremsung kann dabei beispielsweise von der fahrzeugführenden Person durch manuelles Auslösen oder automatisiert erfolgen .
Nach einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren weist der zweite Regelungsalgorithmus bezüglich der Funktion des Bremsens einen gegenüber dem ersten Regelungsalgorithmus geringeren Funktionsumfang auf .
Nach einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Schritt des Vergleichens das bestimmte I st-Bremsmoment mit einem von dem Soll-Bremsmoment abhängigen Schwellenwert verglichen und, wenn das I st-Bremsmoment den Schwellenwert unterschreitet , werden die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters mittel des zweiten Regelungsalgorithmus angesteuert .
Ein von der übergeordneten Steuereinrichtung für den Vergleich geeigneter Schwellenwert entspricht beispielsweise dem Soll-Bremsmoment , kann alternativ j edoch auch unterhalb des Soll-Bremswerts liegen und einen vorgegebenen relativen, insbesondere prozentualen, oder vorgegebenen absoluten Abstand zu diesem haben . Mittels eines niedriger als der Soll-Bremsmoment definierten Schwellenwerts kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass nicht bereits bei geringen Abweichungen des bestimmten I st-Bremsmoments von dem Soll- Bremsmoment eine Aktivierung des zweiten Regelungsalgorithmus mit reduziertem Funktionsumfang erfolgt .
Nach einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters mittels des zweiten Regelungsalgorithmus der Steuereinrichtung bis zu einem Abschluss der Schnellbremsung angesteuert .
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betri f ft ein elektrisches Antriebssystem eines Schienenfahrzeugs , wobei das Antriebssystem zumindest eine elektrodynamische Bremsvorrichtung aufweist , welche zumindest einen elektrischen Antriebsmotor, einen mit diesem elektrisch verbundenen Stromrichter mit einer Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter, sowie eine die Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter ansteuernde Steuereinrichtung umfasst . Das elektrische Antriebssystem ist dadurch gekennzeichnet , dass die elektrodynamische Bremsvorrichtung ausgestaltet ist , das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen .
Nach einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist der zumindest eine Antriebsmotor als ein permanenterregter Drehstrom-Synchronmotor ausgestaltet .
Nach einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist der zumindest eine Stromrichter als ein Pulswechselrichter ausgestaltet .
Nach einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebssystems weist die elektrodynamische Bremsvorrichtung ferner eine der Steuereinrichtung übergeordnete weitere Steuereinrichtung auf , wobei die weitere Steuereinrichtung insbesondere ausgestaltet ist , der Steuereinrichtung das Soll-Bremsmoment vorzugeben und/oder den Vergleich des bestimmten I st-Bremsmoments mit dem Soll-Bremsmoment durchzuführen . Ein dritter Aspekt der Erfindung betri f ft schließlich ein Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug dadurch gekennzeichnet ist , dass es zumindest eine für die Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestaltete elektrodynamische Bremsvorrichtung oder zumindest ein Antriebssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist .
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist dieses als ein Hochgeschwindigkeits- Triebzug ausgestaltet .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen erläutert . Dabei zeigen :
FIG 1 ein Schienenfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem für einen Betrieb an einem Wechselstrom-Versorgungsnetz ,
FIG 2 ein Schienenfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem für einen Betrieb an einem Gleichstrom-Versorgungsnetz ,
FIG 3 das Antriebssystem des Schienenfahrzeugs der FIG 1 mit Einrichtungen der erfindungsgemäßen elektrodynamischen Bremsvorrichtung, und
FIG 4 ein Ablauf diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche bzw . gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugs zeichen verwendet .
FIG 1 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug TZ in einer Seitenansicht . Das Schienenfahrzeug TZ ist beispielhaftes als ein Triebzug für den Personentransport mit einer Mehrzahl Wagen ausgestaltet , wobei lediglich ein Endwagen EW sowie ein mit diesem gekoppelter Mittelwagen MW dargestellt sind . Beide Wagen verfügen über einen j eweiligen Wagenkasten WK, welcher sich über Drehgestelle in Form eines Triebdrehgestells TDG mit darin angeordneten Antriebsmotoren AM bzw .
Lauf drehgestellen LDG ohne Traktionsmotoren auf nicht dargestellten Schienen eines Gleises abstützt . Das Schienenfahrzeug TZ bewegt sich auf den Schienen in den durch diese vorgegebenen Fahrtrichtungen FR .
In dem Endwagen EW sind schematisch Komponenten eines elektrischen Antriebssystems AS eines an einem Wechselstrom- Versorgungsnetz betriebenen Schienenfahrzeugs TZ angegeben . Diese Komponenten sind üblicherweise in speziellen Bereichen innerhalb des Wagenkastens WK, im Unterflurbereich, im Dachbereich oder auch verteilt über mehrere Wagen des Schienenfahrzeugs TZ angeordnet . Weitere Komponenten des Antriebssystems AS , insbesondere für den Betrieb der Komponenten erforderliche Hil fsbetriebe , sind ebenfalls vorgesehen, in der FIG 1 j edoch nicht speziell dargestellt .
Uber einen beispielhaft im Dachbereich des Endwagens EW angeordneten Stromabnehmer PAN ist der Antriebsstrang AS mit einer nicht dargestellten Oberleitung des Wechselstrom- Versorgungsnetzes elektrisch verbindbar, wobei die Oberleitung beispielsweise einen Einphasenwechselstrom führt . Der Wechselstrom wird einer netzseitigen Primärwicklung eines Antriebstrans formators ATR zugeführt , in welchem das netzseitige Spannungsniveau von beispielsweise 15kV, 16 , 7Hz oder 25kV, 50Hz auf ein niedrigeres Spannungsniveau trans formiert wird . Eine Sekundärwicklung des Antriebstrans formators ATR ist mit einem netzseitigen Stromrichter 4QS , beispielsweise einem Vierquadrantensteiler, verbunden, welcher den Wechselstrom gleichrichtet .
Der netzseitige Stromrichter 4QS speist einen Gleichspannungs zwischenkreis ZK, welcher wiederum einen lastseitigen Stromrichter PWR, beispielsweise einen Pulswechselrichter, speist . In dem Gleichspannungs zwischenkreis ZK sind ein oder mehrere Zwischenkreiskondensatoren angeordnet , welche als elektrische Energiespeicher insbesondere einer Glättung der Gleichspannung dienen . Der lastseitige Stromrichter PWR generiert aus der Gleichspannung des Gleichspannungs zwischenkreises ZK eine Dreiphasenwechselspannung variabler Frequenz und Amplitude , mit welcher die Statorwicklungen von beispielhaft zwei in dem Triebdrehgestell TDG des Endwagens EW angeordneten Antriebsmotoren TM gespeist werden . Gesteuert wird die Funktion insbesondere des netzseitigen 4QS und des lastseitigen Stromrichters PWR von einer Steuereinrichtung ICU, wobei alternativ individuelle Steuereinrichtungen für die Stromrichter vorgesehen sein können .
FIG 2 zeigt schematisch ein dem Schienenfahrzeug TZ der FIG 1 entsprechendes Schienenfahrzeug TZ mit einem alternativen Antriebssystem AS . In diesem Beispiel ist der Stromabnehmer PAN mit einer wiederum nicht dargestellten Oberleitung eines Gleichstrom-Versorgungsnetzes verbindbar . Insbesondere im Nahverkehrsbereich wird häufig anstelle einer Oberleitung eine Stromschiene parallel zu dem Gleis geführt , mit welcher der Antriebsstrang AS über einen oder mehrere Seitenstromabnehmer, die beispielsweise im Bereich der Wagenkastenenden oder der Drehgestelle angeordnet sind, verbindbar ist . Der Gleichstrom des Versorgungsnetzes wird über ein Eingangs filter bzw . Netz filter NF dem Gleichspannungs zwischenkreis ZK des Antriebssystems AS zugeführt . Das Netz filter NF umfasst beispielsweise eine Filterinduktivität in Form einer Drossel sowie und einen Kondensator, wobei der Kondensator ebenso ergänzend die Funktion eines Zwischenkreiskondensators ZK des Antriebsstrangs AS erfüllen kann .
FIG 3 zeigt schematisch das beispielhafte Antriebssystem AS des Schienenfahrzeugs TZ der FIG 1 , wobei nicht alle vorstehend beschriebenen Komponenten des Systems nochmals dargestellt sind . So ist beispielsweise nur eine Sekundärwicklung des von einem Wechselstrom-Versorgungsnetz gespeisten Antriebstrans formators ATR sowie nur ein Antriebsmotor AM angegeben .
In dem Antriebssystem AS ist die Sekundärwicklung des Antriebstrans formators ATR mit dem netzseitigen Stromrichter 4QS verbunden . Der netzseitige Stromrichter 4QS ist als ein Vierquadrantensteiler ausgestaltet , welcher die eingangsseitig von dem Antriebstrans formator ATR bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt und ausgangsseitig bereitstellt . Die Wandlung erfolgt dabei durch Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern bzw . Leistungstransistoren, wobei die Leistungshalbleiterschalter beispielsweise auf Basis von Sili zium oder eines Halbleiters mit einem größeren Bandabstand als Sili zium, insbesondere Sili ziumcarbid ( SiC ) , Galliumnitrid ( GaN) oder Diamant , verwirklicht sind . Jeweils zwei Leistungstransistoren sind in einem Schaltzweig elektrisch in Reihe geschaltet , dessen mittlerer Anschlusspunkt mit einem j eweiligen Eingang des netzseitigen Stromrichters 4QS verbunden ist . Die äußeren Anschlusspunkte der Schaltzweige sind hingegen mit einem j eweiligen Ausgang des netzseitigen Stromrichters 4QS verbunden .
Über die Ausgänge speist der netzseitige Stromrichter 4QS einen Gleichspannungs zwischenkreis ZK, welcher wiederum mit Eingängen des lastseitigen Stromrichters PWR verbunden ist . In dem Gleichspannungs zwischenkreis ZK ist beispielhaft ein Zwischenkreiskondensator CZK angeordnet , an welchem eine Zwischenkreisspannung UZK anliegt . Alternativ zu dem einen dargestellten Zwischenkreiskondensator CZK können auch mehrere Zwischenkreiskondensatoren CZK elektrisch parallel geschaltet werden, um eine gewünschte Kapazität bereitzustellen . In dem Gleichspannungs zwischenkreis ZK ist ferner parallel zu dem Zwischenkreiskondensator CZK ein Bremssteiler BST angeordnet , welcher beispielhaft eine Reihenschaltung aus einem steuerbaren Schalter und einem Widerstand R umfasst . Der lastseitige Stromrichter PWR ist beispielhaft als ein Pulswechselrichter ausgestaltet , welcher die eingangsseitig anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung variabler Spannungshöhe und Frequenz wandelt und an Ausgängen bereitstellt . Die Wandlung erfolgt mittels einer Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter bzw . Leistungstransistoren durch eine Steuereinrichtung ICU, wobei die Leistungshalbleiterschalter wiederum beispielsweise auf Basis von Sili zium oder eines Halbleiters mit einem größeren Bandabstand als Sili zium, insbesondere Sili ziumcarbid ( SiC ) , Galliumnitrid ( GaN) oder Diamant , verwirklicht sind . Im Unterschied zum netzseitigen Stromrichter 4QS weist der lastseitige Stromrichter PWR für die beispielhaft drei Phasen der Statorwicklung SW des Antriebsmotors AM drei bzw . ein ganz zahliges Viel faches von drei parallelen Schalt zweigen mit j eweils zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern auf , zu denen j eweils antiparallel eine so genannte Freilauf diode geschaltet ist .
Der von dem lastseitigen Stromrichter PWR gespeiste Antriebsmotor AM ist als eine fremderregte Drehstrom- Asynchronmaschine oder vorzugsweise als eine Permanentmagnet er regte Drehstrom- Synchronmaschine ausgestaltet .
Die Steuereinrichtung ICU steuert die beispielhaft angegebenen sechs Leistungshalbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters PWR gemäß einen Regelungsalgorithmus ral , wobei Signale dieser Ansteuerung durch sechs senkrechte gestrichelte Pfeile ausgehend von der Steuereinrichtung ICU dargestellt ist . Der Steuereinrichtung ICU werden von einer übergeordneten Steuereinrichtung MCU, welche beispielsweise mehrere oder alle Steuereinrichtungen ICU des Antriebssystems AS des Schienenfahrzeugs TZ steuert , insbesondere Vorgaben bezüglich eines Antriebsmoments oder Bremsmoments signalisiert , welche diese gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Informationen mittels eines Regelungsalgorithmus umsetzt . Die FIG 3 betrachtet speziell den Fall einer Einleitung einer Schnellbremsung des Schienenfahrzeugs TZ . Dabei empfängt die übergeordnete Steuereinrichtung MCU eine Schnellbremsanforderung sba, deren Signalisierung beispielsweise von der das Schienenfahrzeug TZ führenden Person oder auch automatisch von einem Sicherheitssystem des Schienenfahrzeugs TZ ausgelöst wurde . In Reaktion auf den Empfang der Schnellbremsanforderung sba sowie abhängig von weiteren Informationen, insbesondere einer aktuellen Geschwindigkeit und eines aktuellen Gewichts des Schienenfahrzeugs TZ , definiert die übergeordnete Steuereinrichtung MCU ein Soll-Bremsmoment sbm, mit welchem eine maximale Bremswirkung durch die elektrodynamische Bremsvorrichtung EBV erzielt werden soll . Dieses Soll- Bremsmoment sbm signalisiert die übergeordnete Steuereinrichtung MCU der Steuereinrichtung ICU, welche mittels eines ersten Regelalgorithmus ral Steuerbefehle für die Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters PWR generiert .
Ein von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung EBV in Folge dieser Ansteuerung erzieltes I st-Bremsmoment ibm wird von der übergeordneten Steuereinrichtung MCU anhand verschiedener dieser zugeführter Signale bzw . Informationen bestimmt . Solche Signale oder Informationen umfassen bzw . repräsentieren beispielsweise Ströme in den Phasen der Statorwicklung SW des Antriebsmotors AM, welche beispielsweise mittels in oder an Motorkabeln angeordneter Strommesser A bestimmt werden . Alternativ oder ergänzend können von der übergeordneten Steuereinrichtung MCU berücksichtigte Signale oder Informationen eine Zwischenkreisspannung UZK, welche beispielsweise mittels eines in dem Gleichspannungs zwischenkreis ZK parallel zu dem Zwischenkreiskondensator ZK angeordneten Spannungsmessers V bestimmt wird, eine Drehzahl D des Antriebsmotors AM, welche beispielsweise mittels eines Drehzahlgebers an der Motorwelle des Antriebsmotors AM bestimmt wird, eine von einer zentralen Einheit des Schienenfahrzeugs TZ bestimmte Geschwindigkeit bzw . ein Geschwindigkeitsverlauf , oder eine mittels eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren gemessene Beschleunigung des Schienenfahrzeugs TZ umfassen oder repräsentieren .
Von der übergeordneten Steuereinrichtung MCU wird das bestimmte I st-Bremsmoment ibm mit dem definierten Soll- Bremsmoment sbm verglichen . Sollte dieser Vergleich ergeben, dass das I st-Bremsmoment ibm geringer als das Soll- Bremsmoment sbm ist , wobei für den Vergleich beispielsweise ein von dem Soll-Bremsmoment sbm abhängiger Schwellenwert verwendet wird, signalisiert ara die übergeordnete Steuereinrichtung MCU der Steuereinrichtung ICU die Auswahl eines zweiten Regelungsalgorithmus ra2 , mittels welchem nachfolgend Steuerbefehle für die Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters PWR zu generieren sind . Dieser zweite Regelungsalgorithmus ra2 , welcher wie der erste Regelungsalgorithmus ral in der Steuereinrichtung ICU gespeichert ist , weist dabei einen geringeren Funktionsumfang gegenüber dem ersten Regelungsalgorithmus ral auf .
Die vorstehend beschriebenen Komponenten, Einrichtungen und Verfahrensschritte können in gleicher Weise in einem Antriebssystem AS entsprechend dem des Schienenfahrzeugs TZ der FIG 2 verwirklicht sein, wobei dieses Antriebssystem AS nach vorstehender Beschreibung keinen netzseitigen Stromrichter und Trans formator aufweist , sondern über ein Netz filter NF mit einem Gleichstrom-Versorgungsnetz elektrisch verbunden ist .
FIG 4 zeigt schematisch ein Ablauf diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der elektrodynamischen Bremsvorrichtung EBV der FIG 3 , wobei lediglich Schritte bei Anforderung einer Schnellbremsung betrachtet werden . Ferner verwendet die Steuereinrichtung ICU in der Ausgangssituation des Ablauf diagramms den ersten Regelungsalgorithmus ral , welcher Funktionen sowohl für das Antreiben als auch das elektrodynamische Bremsen des Antriebssystems AS umfasst .
In einem ersten Schritt S 1 empfängt die übergeordnete Steuereinrichtung MCU eine Schnellbremsanforderung sba . Aufgrund dieser empfangenen Anforderung sba definiert die übergeordnete Steuereinrichtung MCU in einem nachfolgenden zweiten Schritt S2 ein Soll-Bremsmoment sbm und signalisiert dieses zu der Steuereinrichtung ICU .
Nachfolgend bestimmt die übergeordnete Steuereinrichtung MCU in einem dritten Schritt S3 ein von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung EBV erzieltes I st-Bremsmoment ibm, wobei sie hierfür signalisierte bzw . zugeführte Informationen berücksichtigt . In einem anschließenden vierten Schritt S4 vergleicht die übergeordnete Steuereinrichtung MCU das bestimmte I st-Bremsmoment ibm mit dem definierten Soll- Bremsmoment sbm bzw . mit einem aus diesem abgeleiteten Schwellenwert . Sofern dieser Vergleich ergibt , dass das I st- Bremsmoment ibm kleiner als das Soll-Bremsmoment ist bzw . das Soll-Bremsmoment sbm um einen bestimmten relativen oder absoluten Betrag unterschreitet , Zweig „j a" , signalisiert ara die übergeordnete Steuereinrichtung MCU der Steuereinrichtung ICU in einem fünften Schritt S5 die Auswahl des zweiten Regelungsalgorithmus ra2 , welcher gegenüber dem zunächst verwendeten ersten Regelungsalgorithmus ral einen reduzierten Funktionsumfang aufweist . Sofern das bestimmte I st- Bremsmoment ibm hingegen dem Soll-Bremsmoment entspricht bzw . nicht unterhalb eines Schwellenwerts liegt , Zweig „nein" , setzt die übergeordnete Steuereinrichtung MCU eine Überwachung bzw . die Bestimmung des aktuellen I st- Bremsmoments ibm fort .
Aufgrund der von der übergeordneten Steuereinrichtung MCU empfangenen Signalisierung der Auswahl ara verwendet die Steuereinrichtung ICU in einem nachfolgenden sechsten Schritt S 6 den zweiten Regelungsalgorithmus ra2 für die Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters PWR .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Bremsvorrichtung (EBV) eines Schienenfahrzeugs (TZ) , wobei die elektrodynamische Bremsvorrichtung (EBV) des Schienenfahrzeugs (TZ) zumindest einen elektrischen Antriebsmotor (AM) , einen mit diesem elektrisch verbundenen Stromrichter (PWR) mit einer Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter, sowie eine die Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter ansteuernde Steuereinrichtung (ICU) als Teile eines Antriebssystems (AS) des Schienenfahrzeugs (TZ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
- bei einer Schnellbremsung zum Erzeugen eines Soll- Bremsmoments (sbm) die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters (PWR) gemäß einem ersten Regelungsalgorithmus (ral) der Steuereinrichtung (ICU) angesteuert werden, wobei der erste Regelungsalgorithmus (ral) Funktionen sowohl eines Antreibens als auch eines Bremsens des Antriebssystems (AS) umfasst,
- während des Bremsvorgangs ein von der elektrodynamischen Bremsvorrichtung (EBV) erzeugtes Ist-Bremsmoment (ibm) bestimmt und mit dem Soll-Bremsmoment (sbm) verglichen wird, und
- abhängig von dem Vergleich die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters (PWR) mittels eines zweiten Regelungsalgorithmus (ra2) der Steuereinrichtung (ICU) angesteuert werden, wobei der zweite Regelungsalgorithmus (ra2) ausschließlich Funktionen des Bremsens umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Regelungsalgorithmus (ra2) bezüglich der Funktion des Bremsens einen gegenüber dem ersten Regelungsalgorithmus (ral) geringeren Funktionsumfang aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt des Vergleichens das bestimmte Ist-Bremsmoment (ibm) mit einem von dem Soll-Bremsmoment (sbm) abhängigen Schwellenwert verglichen wird und, wenn das Ist-Bremsmoment (ibm) den Schwellenwert unterschreitet, die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters (PWR) mittel des zweiten Regelungsalgorithmus (ra2) angesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiterschalter des Stromrichters (PWR) mittels des zweiten Regelungsalgorithmus (ra2) der Steuereinrichtung (ICU) bis zu einem Abschluss der Schnellbremsung angesteuert werden.
5. Elektrisches Antriebssystem (AS) eines Schienenfahrzeugs (TZ) , wobei das Antriebssystem (AS) zumindest eine elektrodynamische Bremsvorrichtung (EBV) aufweist, welche zumindest einen elektrischen Antriebsmotor (AM) , einen mit diesem elektrisch verbundenen Stromrichter (PWR) mit einer Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter, sowie eine die Mehrzahl Leistungshalbleiterschalter ansteuernde Steuereinrichtung (ICU) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrodynamische Bremsvorrichtung (EBV) ausgestaltet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen .
6. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Antriebsmotor (AM) als ein permanenterregter Drehstrom-Synchronmotor ausgestaltet ist.
7. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stromrichter (PWR) als ein Pulswechselrichter ausgestaltet ist.
8. Antriebssystem (AS) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrodynamische Bremsvorrichtung (EBV) ferner eine der Steuereinrichtung (ICU) übergeordnete weitere Steuereinrichtung (MCU) aufweist, wobei die weitere Steuereinrichtung (MCU) insbesondere ausgestaltet ist, der Steuereinrichtung (ICU) das Soll-Bremsmoment (sbm) vorzugeben und/oder den Vergleich des bestimmten Ist-Bremsmoments (ibm) mit dem Soll-Bremsmoment (sbm) durchzuführen.
9. Schienenfahrzeug (TZ) , dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest eine für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgestaltete elektrodynamische Bremsvorrichtung (EBV) oder zumindest ein Antriebssystem (AS) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 aufweist.
10. Schienenfahrzeug (TZ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Hochgeschwindigkeits-Triebzug ausgestaltet ist.
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