DE19823348A1 - Load independent acceleration of electrically powered vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.
Elektrisch angetriebene Fahrzeug wie beispielsweise Straßenbahnen oder Züge werden in der Weise gesteu ert, daß üblicherweise durch einen Fahrzeugführer Beschleunigungs-Sollwerte vorgegeben werden, aus de nen Momenten-Sollwerte ermittelt werden, die zu den Antriebsaggregaten des Fahrzeugs geliefert werden. Es besteht hier das Problem, daß durch die wechselnde Anzahl der Fahrgäste sich die Belastung des Fahrzeugs ändert, was bei einer diesen Umstand nicht berück sichtigenden Regelung unerwünschte Auswirkungen auf die Beschleunigung hat. Es ist daher bekannt, an den Fahrzeugen Lastmeßgeräte vorzusehen, deren Meßwerte die Regelung in der Weise beeinflussen, daß eine weitgehend lastunabhängige Beschleunigung erhalten wird. Diese Art der Regelung führt jedoch zu einem erheblichen gerätemäßigen Mehraufwand und zudem ist die Lasterfassung relativ ungenau und störanfällig.Electrically powered vehicle such as Trams or trains are controlled in this way ert that usually by a driver Acceleration setpoints are specified from de torque setpoints that are related to the Drive units of the vehicle are supplied. It the problem here is that due to the changing Number of passengers the load on the vehicle changes what does not take this fact into account visual regulation on undesirable effects has the acceleration. It is therefore known to the To provide vehicles with load measuring devices, their measured values influence the scheme in such a way that a get largely load-independent acceleration becomes. However, this type of regulation leads to a considerable additional equipment and also the load detection is relatively imprecise and prone to failure.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur lastunabhängigen Beschleunigungs regelung bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit sich ändernder Belastung, bei dem durch eine ex terne Eingabe ein Beschleunigungs-Sollwert vorgegeben und aus diesem ein Momenten-Sollwert für den Fahr zeugantrieb ermittelt wird, anzugeben, das keine se parate Lasterfassung erfordert und ohne zusätzlichen Geräteaufwand realisiert werden kann, so daß es auch eine höhere Betriebssicherheit gewährleistet.It is therefore the object of the present invention a method for load-independent acceleration regulation in an electrically powered vehicle with changing load, in which an ex an acceleration setpoint is specified and from this a torque setpoint for driving tool drive is determined to indicate that no se separate load detection required and without additional Equipment expenditure can be realized, so that it too ensures higher operational safety.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unter ansprüchen.This object is achieved by the specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics. Advantageous further developments of the inventions The method according to the invention results from the sub claims.
Dadurch, daß ein Beschleunigungs-Istwert aus gemesse nen Geschwindigkeitswerten berechnet und zur Berech nung eines Momenten-Sollwertes der Beschleunigungs- Istwert mit dem Beschleunigungs-Sollwert verglichen werden, wobei die einzelnen Verarbeitungsschritte des Regelungsvorganges asynchron durchgeführt werden und die Übertragung des zur Regelung erforderlichen Daten zwischen den einzelnen Gliedern der Regelvorrichtung über einen nicht-deterministisch übertragenden Daten bus erfolgt, wird die Belastung des Fahrzeugs bei spielsweise aufgrund der jeweiligen Beladung oder bei ansteigendem oder abschüssigem Fahrweg bei der Er mittlung des Beschleunigungs-Istwertes berücksich tigt, so daß entsprechende zusätzliche Meßeinrichtun gen nicht erforderlich sind. Weiterhin ermöglicht die zeitliche Entkopplung der einzelnen Verarbeitungs schritte die Nutzung des in den heutigen Fahrzeugen üblichen Datenbusses für die Datenübertragung, so daß kein zusätzlicher gerätemäßiger Aufwand zu erbringen ist, sondern das Verfahren ausschließlich mittels der bereits vorhandenen Ausrüstung realisiert werden kann.By measuring an actual acceleration value speed values are calculated and calculated a torque setpoint of the acceleration Actual value compared with the acceleration setpoint the individual processing steps of the Control process are carried out asynchronously and the transfer of the data required for the regulation between the individual elements of the control device via a non-deterministic data transfer bus, the load on the vehicle is reduced for example based on the respective load or at upward or downward path on the Er averaging of the actual acceleration value Tigt, so that appropriate additional measuring equipment conditions are not required. Furthermore, the temporal decoupling of the individual processing steps the use of in today's vehicles usual data bus for data transmission, so that no additional device-related effort is, but the procedure only by means of existing equipment can be realized can.
Die Erzeugung des Momenten-Sollwertes erfolgt vor zugsweise mittels eines modifizierten digitalen Pha senreglers, welcher für bestimmte Bereiche der Diffe renz zwischen Beschleunigungs-Sollwert und Beschleu nigungs-Istwert jeweils einen konstanten Wert für die Änderung des Momenten-Sollwertes annimmt, das heißt mit steigendem Differenzwert steigt die Änderung des Momenten-Sollwertes stufenförmig an. Bei großen Ände rungen des Beschleunigungs-Sollwertes wird vorteil haft zunächst der Momenten-Sollwert unabhängig von der Regelung sprunghaft verändert und der so verän derte Wert als Startwert für die weitere Regelung verwendet.The torque setpoint is generated before preferably using a modified digital Pha senreglers, which for certain areas of the Diffe difference between acceleration setpoint and acceleration actual value a constant value for each Changes in the torque setpoint assumes, that is the change in the Torque setpoint gradually. With big changes The acceleration setpoint is advantageous the torque setpoint is independent of the regulation changed by leaps and bounds and so changed value as the starting value for further control used.
Wenn das Fahrzeug mehrere Antriebssteuergeräte ent hält, so wird diesem derselbe, zentral bestimmte Mo menten-Sollwert zugeführt, um zu verhindern, daß die Antriebsaggregate unterschiedlich belastet werden.If the vehicle ent multiple drive control units holds, so this is the same, centrally determined Mo ment setpoint to prevent the Drive units are loaded differently.
Unter Beschleunigung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur eine positive, sondern auch eine negative Beschleunigung, d. h. eine Verzögerung ver standen.Under acceleration in the sense of the present Invention not only a positive one, but also one negative acceleration, d. H. a delay ver stood.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er läutert. Es zeigen:The invention is based on one in the Figures illustrated embodiment he closer purifies. Show it:
Fig. 1 eine schematische Illustration einer Regelungsvorrichtung, Fig. 1 is a schematic illustration of a control device,
Fig. 2 ein Flußdiagramm über den normalen Ablauf einer Regelung, Fig. 2 is a flowchart over the normal flow of a control,
Fig. 3 ein Flußdiagramm über den Ablauf bei einer größeren Änderung des Beschleu nigungs-Sollwertes, und Fig. 3 is a flowchart of the process for a major change in the acceleration target value, and
Fig. 4 ein Flußdiagramm hinsichtlich der Ein stellung unterschiedlicher Stufen der Änderung des Momenten-Sollwertes. Fig. 4 is a flowchart with regard to the setting of different stages of the change in the torque setpoint.
Fig. 1 zeigt ein aus zwei Wagen 1 und 2 gebildetes, elektrisch angetriebenes Fahrzeug, zum Beispiel eine Straßenbahn. Die beiden Wagen 1 und 2 sind nicht nur mechanisch miteinander gekoppelt, sondern auch durch einen gemeinsamen Datenbus 3 miteinander verbunden, über den ein Datenaustausch zwischen allen elektrisch ansteuerbaren Komponenten beider Wagen 1 und 2 er folgt. Fig. 1 shows a polymer formed from two carriages 1 and 2, electrically driven vehicle, such as a tram. The two carriages 1 and 2 are not only mechanically coupled to one another, but are also connected to one another by a common data bus 3 , via which data exchange between all electrically controllable components of both carriages 1 and 2 follows.
Beide Wagen 1 und 2 weisen jeweils einen Führerstand auf, der einen Sollwertgeber 4 für die Beschleunigung des Fahrzeugs besitzt. Im Betrieb ist einer der Füh rerstände von einem Fahrzeugführer besetzt, das heißt der Fahrzeugführer gibt manuell über den zugeordneten Sollwertgeber 4 den Beschleunigungs-Sollwert für das Fahrzeug ein. Die Sollwertgeber 4 sind jeweils über eine programmierbare Ein/Aus-Schnittstelle 5 mit dem Datenbus 3 verbunden.Both cars 1 and 2 each have a driver's cab that has a setpoint generator 4 for accelerating the vehicle. In operation, one of the driver stands is manned by a vehicle driver, that is, the vehicle operator manually inputs the acceleration setpoint for the vehicle via the assigned setpoint generator 4 . The setpoint transmitters 4 are each connected to the data bus 3 via a programmable on / off interface 5 .
An den Datenbus 3 sind weiterhin Antriebssteuerein heiten 6 angeschlossen, die jeweils ein zugeordnetes Antriebsaggregat entsprechend einem zugeführten Mo menten-Sollwert (wmd) steuern. Die Antriebssteuerein heiten 6 ihrerseits messen die Istgeschwindigkeit (vx) des Fahrzeugs und berechnen aus dieser die Ist beschleunigung (ax). Die Antriebssteuereinheiten 6 sind nur im Wagen 1 dargestellt; selbstverständlich können diese auch auf beide Wagen 1 und 2 aufgeteilt sein.Drive control units 6 are also connected to the data bus 3 , each of which controls an assigned drive unit in accordance with a supplied torque setpoint (w md ). The drive control units 6 in turn measure the actual speed (v x ) of the vehicle and calculate the actual acceleration (a x ) from this. The drive control units 6 are only shown in the carriage 1 ; these can of course also be divided between both carriages 1 and 2 .
Die Antriebssteuereinheiten 6 steuern die Antriebs aggregate nicht nur für einen Antriebsvorgang, son dern auch für einen Bremsvorgang. Die hier beschrie bene Beschleunigungsregelung umfaßt daher die über die Antriebssteuereinheiten 6 ausgelösten Antriebs- und Bremsvorgänge. Unabhängig von dieser Regelung kann eine Bremssteuereinheit 7 wirksam sein, die je doch nur zur Steuerung mechanischer Bremsen 8 dient. Die mechanischen Bremsen 8 werden nur aktiviert, wenn die über die Antriebssteuereinheiten 6 gesteuerten elektrischen Bremsen ausfallen; außerdem werden sie als "Feststellbremse" im Stillstand und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten zum Anhalten eingesetzt.The drive control units 6 control the drive units not only for a drive operation, but also for a braking operation. The acceleration control described here therefore includes the drive and braking processes triggered by the drive control units 6 . Regardless of this regulation, a brake control unit 7 can be effective, which is only ever used to control mechanical brakes 8 . The mechanical brakes 8 are only activated when the electric brakes controlled by the drive control units 6 fail; they are also used as a "parking brake" when stationary and at low vehicle speeds to stop.
Das System umfaßt weiterhin eine Leitsteuereinheit 9, die aus den Soll- und Istwerten der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung den geeigneten Momenten-Sollwert für die Steuerung der Antriebsaggregate bestimmt. Zunächst wird in einer Begrenzereinheit 9.1 geprüft, ob der Mittelwert (vmittel) der von den einzelnen An triebssteuereinheiten 6 gemessenen Geschwindigkeiten eine maximal zulässige Geschwindigkeit (vsollmax) über schreitet. Ist dies der Fall, dann wird die Beschleu nigungsregelung solange ausgesetzt, bis die maximal zulässige Geschwindigkeit wieder unterschritten ist. Ein Phasenregler 9.2 bestimmt einen Momenten-Sollwert (wmd) aus dem von dem Fahrzeugführer betätigten Soll wertgeber 4 vorgegebenen Beschleunigungs-Sollwert (asoll) und dem Mittelwert (amittel) der von den einzelnen Antriebssteuereinheiten 6 ermittelten Beschleuni gungs-Istwerte (ax). Die Arbeitsweise des Phasenreg lers 9.2 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert.The system further comprises a master control unit 9 , which determines the appropriate torque setpoint for the control of the drive units from the setpoint and actual values of the speed or acceleration. First, it is checked in a limiter unit 9.1 whether the mean value (v mean ) of the speeds measured by the individual drive control units 6 exceeds a maximum permissible speed (v sollmax ). If this is the case, the acceleration control is suspended until the speed falls below the maximum permissible. A phase shifter 9.2 determines a desired torque value (w md) of the actuated by the vehicle operator setpoint generator 4 predetermined acceleration value (a soll) and the mean value (a medium) of Accelerati calculated by the individual drive control units 6 confining actual values (a x ). The operation of the phase regulator 9.2 is explained below with reference to FIGS . 2 to 4.
Die einzelnen Elemente des beschriebenen Regelkreises arbeiten zeitlich voneinander entkoppelt. Es wird beispielsweise der am Sollwertgeber 4 eingestellte Sollwert nach jeweils 30 ms von der Schnittstelle 5 abgetastet. Bei den Antriebssteuereinheiten 6 beträgt die Signalverzögerung etwa 50 ms. Der Datenbus 3 überträgt die Daten zwischen den Schnittstellen 5, den Antriebssteuereinheiten 6 und der Leitsteuerein heit 9 in nicht-deterministischer Weise, das heißt die Datenübertragungszeiten variieren. Diese liegen für eine Datenübertragung etwa im Bereich von 70 ms bis 100 ms. Es kann daher damit gerechnet werden, daß die Zeitverzögerung zwischen einer Sollwertänderung und der Ankunft des entsprechenden Momenten-Sollwert signals bei den Antriebssteuereinheiten 6 etwa 300 bis 400 ms beträgt.The individual elements of the control loop described work in a time-decoupled manner. For example, the setpoint set on setpoint generator 4 is sampled by interface 5 after every 30 ms. In the drive control units 6 , the signal delay is approximately 50 ms. The data bus 3 transmits the data between the interfaces 5 , the drive control units 6 and the control unit 9 in a non-deterministic manner, that is to say the data transmission times vary. For data transmission, these are approximately in the range from 70 ms to 100 ms. It can therefore be expected that the time delay between a setpoint change and the arrival of the corresponding torque setpoint signal at the drive control units 6 is approximately 300 to 400 ms.
Bei einer einen Bremsbefehl darstellenden Änderung des Beschleunigungs-Sollwertes erfolgt daher aus Si cherheitsgründen eine Sofortbremsung, indem ein Bremsbefehl über eine gesonderte Leitung unmittelbar zu den Antriebssteuereinheiten 6, in denen ein zuge ordneter Momenten-Sollwert gespeichert ist, übermit telt wird, während die von der Größe der Sollwertän derung abhängige Einstellung des Momenten-Sollwertes erst nach Durchlaufen des Regelkreises wirksam wird.In the event of a change in the acceleration command value representing a brake command, immediate braking is therefore carried out for safety reasons, in that a brake command is transmitted via a separate line directly to the drive control units 6 , in which an assigned torque command value is stored, while that of the Size of the change in the setpoint-dependent setting of the torque setpoint only takes effect after it has run through the control loop.
Anhand des Flußdiagramms nach Fig. 2 wird nun die Arbeitsweise des Phasenreglers 9.2 erläutert.The operation of the phase controller 9.2 will now be explained with reference to the flow chart according to FIG. 2.
Zunächst werden im Schritt S1 die Eingangsgrößen vor gegeben. Hierin bedeuten: die Beschleunigungsdiffe renz a_diff die Sollbeschleunigung a_soll abzüglich der gemittelten Istbeschleunigung amittel; delta_a die Differenz aus der gegenwärtigen Beschleunigungs differenz a_diff und der des, vorhergehenden Zyklus (a_diff(-1)); delta_wmd die Änderung des Momenten- Sollwertes.First, the input variables are pre in step S1 given. Herein mean: the acceleration differences renz a_diff minus the target acceleration a_soll the mean actual acceleration mean; delta_a the difference from the current acceleration difference a_diff and that of the previous cycle (a_diff (-1)); delta_wmd the change in torque Setpoint.
Im Schritt S2 wird geprüft, ob die Abweichung der Istbeschleunigung von der Sollbeschleunigung < 0 ist. Wenn dies der Fall ist, das heißt die Beschleunigung zu hoch ist, wird im Schritt S3 geprüft, ob delta_a < 0 ist. Ist dies nicht der Fall, das heißt die Beschleu nigung nimmt zu oder ist konstant, dann wird im Schritt S4 bestimmt, daß der Momenten-Sollwert wmd um delta wmd verringert wird.In step S2 it is checked whether the deviation of the Actual acceleration from the target acceleration is <0. If so, that is acceleration is too high, it is checked in step S3 whether delta_a <0 is. If this is not the case, it means the mob inclination increases or is constant, then in Step S4 determines that the torque target wmd is around delta wmd is reduced.
Wird im Schritt S3 festgestellt, daß delta_a < 0 ist, das heißt die Beschleunigung abnimmt, erfolgt der Übergang zum Schritt S5, in welchem bestimmt wird, daß der Momenten-Sollwert wmd nicht geändert wird.If it is determined in step S3 that delta_a <0, that is, the acceleration decreases, the Transition to step S5, in which it is determined that the torque setpoint wmd is not changed.
Wenn im Schritt S2 nicht bestätigt wird, daß a_diff < 0 ist, das heißt die Beschleunigung richtig oder zu niedrig ist, erfolgt im Schritt S6 die Prüfung, ob a_diff = 0 ist. Wird dies bejaht, wird im Schritt S7 geprüft, ob delta_a < 0 ist, und sofern dies nicht der Fall ist, im Schritt S8, ob delta_a = 0 ist. Wird dies bestätigt, das heißt die Beschleunigung ist kon stant, wird zum Schritt S5 übergegangen (keine Ände rung von wmd); wenn nicht, das heißt die Beschleuni gung nimmt zu, zum Schritt S4 (wmd wird verringert).If it is not confirmed in step S2 that a_diff <0 is, that is, the acceleration is correct or too is low, a check is made in step S6 as to whether a_diff = 0. If the answer is affirmative, step S7 checked whether delta_a <0 and if not the case is, in step S8, whether delta_a = 0. Becomes this confirms that the acceleration is con stant, the process proceeds to step S5 (no changes tion of wmd); if not, that means the acceleration supply increases to step S4 (wmd is decreased).
Wenn im Schritt S6 festgestellt wird, daß a diff nicht = 0 ist, das heißt die Beschleunigung zu nied rig ist, wird im Schritt S9 geprüft, ob delta_a < 0 ist. Wird dies bejaht, das heißt die Beschleunigung nimmt ab, wird im Schritt S10 der Momenten-Sollwert um delta wmd erhöht, das heißt das Drehmoment ver stärkt, während, wenn dies verneint wird, im Schritt S5 bestimmt wird, daß das Drehmoment konstant bleibt.If it is determined in step S6 that a diff is not = 0, that means the acceleration is too low is rig, it is checked in step S9 whether delta_a <0 is. If this is affirmed, this means acceleration decreases, the torque setpoint becomes in step S10 increased by delta wmd, i.e. the torque ver strengthens while, if not, in the crotch S5 is determined that the torque remains constant.
Am Ende des Ablaufs werden im Schritt S11 die Werte für wmd und a_diff aktualisiert.At the end of the process, the values are in step S11 updated for wmd and a_diff.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, bei welchem im Schritt S12 der Wert delta_a soll aus der Differenz der einge gebenen Beschleunigungs-Sollwerte im gegenwärtigen und im vorhergehenden Zyklus berechnet wird. Im Schritt S13 wird geprüft, ob diese Sollwertdifferenz einen vorbestimmten Wert, der relativ hoch angesetzt ist, überschreitet oder nicht. Wird dieser Wert über schritten, das heißt hat eine sehr große plötzliche Sollwertänderung im Führerstand stattgefunden, dann wird im Schritt S14 der Momenten-Sollwert wmd am Aus gang des Phasenreglers 9.2 sprunghaft auf einen vor gegebenen, von der normalen Regelung unabhängigen Wert angehoben. Mit diesem Wert als neuer Startwert wird dann die normale Regelung fortgesetzt (Schritt S16). Wird dagegen im Schritt S13 der konstante Wert nicht überschritten, dann entfällt der Sprung des Momenten-Sollwertes, das heißt der Regelungsvorgang wird nicht unterbrochen (Schritt S15, 516). Fig. 3 shows a flowchart in which in step S12 the value delta_a soll is calculated from the difference between the entered acceleration target values in the current and in the previous cycle. In step S13, it is checked whether or not this setpoint difference exceeds a predetermined value which is set relatively high. If this value is exceeded, that is, there has been a very large sudden change in the setpoint in the driver's cab, then in step S14 the setpoint torque wmd at the output of the phase controller 9.2 is suddenly increased to a given value that is independent of the normal control. Normal control is then continued with this value as the new start value (step S16). If, on the other hand, the constant value is not exceeded in step S13, then the jump in the torque setpoint is omitted, that is to say the control process is not interrupted (step S15, 516).
Fig. 4 stellt einen Ablauf dar, bei dem die Änderung des Momenten-Sollwertes in jedem Zyklus abhängig von der Soll/Istwert-Differenz der Beschleunigung in Stu fen unterschiedlicher Höhe erfolgt. Schritt S17 stellt diese Differenz a_diff aus dem Sollwert a_soll und dem gemittelten Istwert a_mittel zur Verfügung. Schritt S18 stellt fest, ob a_diff < als ein vorgege bener konstanter Wert ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, wird wmd um den Wert 1 geändert (Schritte S19, S21); ist die Differenz größer als der konstante Wert, dann beträgt die Änderung von wmd abhängig von der Größe von a_diff beispielsweise das 2- oder 3- fache des Wertes 1 (Schritte S20, S21). Fig. 4 shows a process in which the change in the torque setpoint in each cycle depending on the setpoint / actual value difference of the acceleration in stages of different heights. Step S17 makes this difference a_diff available from the target value a_soll and the averaged actual value a_mittel. Step S18 determines whether or not a_diff <as a predetermined constant value. If this is not the case, wmd is changed by the value 1 (steps S19, S21); if the difference is greater than the constant value, then the change in wmd, depending on the size of a_diff, is, for example, 2 or 3 times the value 1 (steps S20, S21).
Claims (9)
Priority Applications (1)
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DE (1) | DE19823348A1 (en) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER RAIL SYSTEMS GMBH, 13627 BERLIN, D |
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