DE2917673B2

DE2917673B2 - Verfahren zur Steuerung der Fahrmotoren eines laufachsenlosen elektrischen Triebfahrzeugs an der Haftreibungsgrenze der Räder

Info

Publication number: DE2917673B2
Application number: DE2917673A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 1000 Berlin Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2917673A1; AT369326B; ATA203280A; DE2917673C3; IT1141311B; IT8021601A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeugs an der Haftreibungsgrenze der Räder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 27 07 047 bekannt

Insbesondere kritisch werden die Forderungen nach einer derartigen hochgenauen Steuerung, wenn das Triebfahrzeug nach Möglichkeit einen Betrieb über längere Zeit im Bereich kleinen Schlupfes gestatten soll, in dem nach neueren Erkenntnissen die übertragbare Kraft ihr Maximum erreicht. Ein Übergang dieses an sich labilen Zustandes in den des Makroschlupfes mit nur noch geringen Reibwerten muß dabei mit Sicherheit vermieden werden.

Nach der DE-OS 27 07 047 dient das Ausgangssignal des Integrators, das entsprechend der Fahrzeugbeschleunigung ansteigt, als Referenzsignal für einen Vergleich mit den Drehzahlen der Fahrmotoren, um bei auftretenden Differenzen die Antriebs- bzw. Bremskräfte der betreffenden Achse zu reduzieren. Da bei einem Integrator über längere Zeit zwangläufig beträchtliche "> Fehler nicht zu vermeiden sind, ist es notwendig, sein Ausgangssignal immer wieder zu korrigieren, wenn schlupffreier Betrieb vorliegt Hierzu wird im bekannten Fall eine Auswahl der kleinsten bzw. größten Radgeschwindigkeit vorgenommen, die auf den Regelkreis zur ίο Begrenzung des Ausgangssignals des Integrators einwirkt Dieser Funktionsablauf setzt aber voraus, daß nach jedem Schlupfvorgang, an dem sämtliche Achsen beteiligt sind, möglichst rasch der Rollzustand an mindestens einer der Achsen wieder hergestellt wird. Sonst kann der Integrator der wirklichen Geschwindigkeit mit der Zeit so weit davonlaufen, daß er kein Maß mehr für die wirkliche Geschwindigkeit darstellt und dann ein Makroschlupf nicht mehr verhindert werden kann. Ein längeres Verbleiben im Zustand eines kleinen Schlupfes, wie gefordert ist demnach hiermit nicht ohne weiteres zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren speziell für wechselrichtergespeiste Drehstromantriebe so weiterzubilden, daß möglichst exakt ständig im Bereich kleinen Schlüpfens, d.h. maximal übertragbaren Drehmomentes, gefahren werden kann, ohne daß die Gefahr besteht daß der Integrator »davonläuft«.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren J» der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst

Die Erfindung verwendet dabei in neuartigem Zusammenhang die Drehmoment-Führungsgröße und die Ständerfrequenz-Stellgröße eines an sich bekannten J5 drehmomentgeregelten Drehstrom-Fahrzeugantriebs (z. B. beschrieben in »Technische Mitteilungen AEG-Telefunken« 67/1977, S. 35-43).

Durch die Ausnutzung des drehzahlstarren Verhaltens von Drehstromfahrmotoren bei konstanter Ständerfrequenz wird in Verbindung mit einer Reduzierung der Ständerfrequenz in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung einer evtl. auftretenden Soll-Istwertdifferenz des Drehmomentes erreicht, daß der Radschlupf langsam um die Größe herum, bei der die größte Reibkraft erzielt wird, pendelt.

An Hand eines Blockschaltbildes wird eine prinzipielle Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist nachträglich leicht in schon so bestehende Schaltungen integrierbar, was eine vorteilhafte Nachrüstmöglichkeit bei Fahrzeugen bedeutet.

Das Blockschaltbild ist einer Drehstrom-Traktionsschaltung einzufügen und weist drei getrennte Eingänge 1, 2, 3 und einen Ausgang 4 auf. Dem Eingang 1 wird dabei ein Ständerfrequenz-Signal /i vorgegeben, das die Stellgröße einer nicht näher dargestellten Drehmomentregelung für die Fahrmotoren ist. Dieses Ständerfrequenz-Signal entspricht der für die Erzeugung eines bestimmten Drehmomentes erforderlichen Schlupffrequenz ± der gemessenen Rotationsfrequenz. Die Signalbildung kann im einfachsten Fall als analoge Spannung, bei Rechnertechnik in digitaler Darstellung erfolgen. Dem Eingang 2 wird die Führungsgröße für das Drehmoment Mdsoii und dem Eingang 3 der Istwert für das Drehmoment Mdi_s, zugeführt. Dem Ausgang 4 ist dann ein um den Radschlupf korrigiertes Ständerfrequenz-Signal P\ für die Wechselrichtersteuerung entnehmbar.

Zur Funktion

Solange kein Radschlupf auftritt, ist das am Ausgang 4 ausgegebene Ständerfrequenz-Signal Λ gleich dem am Eingang 1 anliegenden Ständerfrequenz- ^;< Signal /i für die Drehmomentenregelung des Fahrmotors. Ober einen Integrator 5 wird aus der am Eingang 2 anstehenden Drehmomenten-Führungsgröße Mdsoii die auf Grund der resultierenden Beschleunigung zu erwartende Ständerfrequenz-Änderung ermittelt, wobei im Fahrbetrieb die Integration aufwärts und beim Bremsbetneb abwärts erfolgt Dazu sind entsprechend die zur Additionsstelle 6 führenden Schaltzweige entweder für

»Fahren«: Schalter 7 und 8 mit Diode 9 oder für »Bremsen«: Schalter 10 mit Negationsglied 11 und Schalter 12 mit Diode 13

einzuschalten. Im folgenden soll der Vorgang für den Fahrbetrieb betrachtet werden. Der Integrators integriert somit auch die der zu erwartenden Beschleunigung proportionale Frequenzsteigerung aufwärts, wobei er so gesteuert wird, daß er etwas schneller ist, als es der mit diesem Drehmoment sich einstellenden Frequenzsteigerung entspricht Der Ausgang des Integrators 5 ist mit dem Minus-Eingang eines Reglers 14 verbunden, der den Integrationswert mit dem vom Eingang 1 an den Plus-Eingang der Additionsstelle 6 geführten vorgegebenen Ständerfrequenz-Signal /Ί vergleicht. Sein Ausgang ist negativ und wird über den jo Schaltzweig für »Fahren« mit Schalter 8 und Diode 9 und die Additionsstelle 6 auf den Integrator 5 rückgekoppelt Die Gegenkopplung bewirkt, daß die den Integrators steuernde Drehmoment-Führungsgröße Mdsoii so weit herabgesetzt wird, daß Λ nicht größer als « f\ werden kann. Das korrigierte Ständerfrequenz-Signal am Ausgang 4 läuft somit mit dem am Eingang 1 anstehenden unkorrigierten Ständerfrequenz-Signal mit solange letzteres nicht schneller steigt als der Integrator 5 integrieren kann.

Wenn jedoch eine Achse infolge Schlupfes schneller zu beschleunigen beginnt, dann wird die Drehmomentenregelung des Motors die Ständerfrequenzvorgabe f\ am Eingang 1 entsprechend schnell ansteigen lassen, um das Drehmoment aufrecht zu erhalten. Das Ausgangssignal des Integrators S kanu dem sieht mehr folgen und steigt nur wenig schneller an als bisher, d. h. als es der Frequenzsteigerung ohne Schlupf entsprechen würde. Der Regler 14 kann dabei nicht wirksam werden, da die Diode 9 bei positivem Ausgang sperrt und auch der Pfad 12, 13 unterbrochen ist Die Achse, die im Begriff zu schleudern steht, kann ihre Drehzahl jedoch nur so schnell erhöhen, wie es dem abgegebenen Ständerfrequenz-Signal Λ für den Wechselrichter und Motor am Ausgang 4 entspricht, d. h. der Schlupf vergrößert sich nur sehr langsam. Dabei wird ein Gebiet steigenden Reibwertes durchlaufen, was eine Erhöhung der Drehmomentanforderung erbringt Sobald dieses Gebiet durchquert ist, ist das Drehmomentmaximum überschritten und das Drehmoment beginnt zu fallen. Gleichzeitig wird die Radbeschleunigung größer, und die Fahrmotorschlupffrequenz verringert sich. Die Drehzahl nähert sich dabei dann jeweils der Synchrondrehzah! des Motors soweit, wie das noch abgegebene Drehmoment dem Reibwert der Schiene entspricht Das fallende Drehmoment wird gemessen und als Drehmoment-Istwert Mdia dem Eingang 3 der Anordnung zugeführt Dieser steuert über einen Vergleichspunkt 15, an dem auch die Führungsgröße Mdsoii anliegt einen Differentiator 16. Dieser bildet die erste zeitliche Ableitung aus der Differenz aus Soll- und Istdrehmoment — für das Istdrehmoment kann auch eine proportiorale Ersatzgröße verwendet werden — und wirkt über einen Schaltzweig für »Fahren« mit Negationsglied 17, Diode 18 und Schalter 19 auf die Additionsstelle 6. Damit wird bewirkt daß der Integrator 5 abwärts läuft und das korrigierte Ständerfrequenz-Signal t\ wieder zurücknimmt Hierdurch wird auch die Achsdrehzahl wieder aus dem Gebiet zu großen Schlupfes in den Bereich geringen Radschlupfes zurückgeführt Mit 20, 21 ist noch der entsprechende Schaltzweig für »Bremsen« bezeichnet Der geschilderte Vorgang wiederholt sich mit einer langsamen Periode, und zwar umso langsamer, je genauer der Integrator an die der wirklichen Fahrzeugbeschleunigung entsprechende Frequenzänderung angepaßt ist Durch die Erfindung pendelt der Radschlupf langsam um die Größe herum, bei der die größte Reibkraft erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Steuerung der Fahrmotoren eines laufachsenlosen elektrischen Triebfahrzeugs an der Haftreibungsgrenze der Räder mit folgenden Merkmalen:

— es ist ein Integrator vorgesehen, dessen Eingang ein für die Zug- bzw. Bremskraft repräsentatives Signal zugeführt ist und der so bemessen ist, daß unter dem Einfluß dieses Signals die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals wenig größer ist als die zu erwartende Änderung eines bei schlupffreiem Betrieb wenigstens angenähert der Fahrgeschwindigkeit proportionalen Signals;

— über einen auf einen weiteren Eingang des integrators wirkenden Regelkreis ist das Ausgangssignal des Integrators in der Weise begrenzbar, daß es im Fahrbetrieb nicht größer und im Bremsbetrieb nicht kleiner als das genannte wenigstens angenähert der Fahrgeschwindigkeit proportionale Signal ist;

gekennzeichnet durch die Anwendung auf ein Fahrzeug mit wechselrichtergespeistem Drehstromantrieb, bei dem eine Drehmomentregelung mit einem Ständerfrequenz-Signal als Stellgröße vorgesehen ist, und die folgenden Merkmale:

— als für die Zug- bzw. Bremskraft repräsentatives Signal dient die Führungsgröße (Mdsoii) der Drehmomentregelung;

— als wenigstens angenähert der Fahrgeschwindigkeit proportionales Signal dient das unkorrigierte Ständerfrequenz-Signal (f\) der Drehmomentregelung;

— das Ausgangssignal des Integrators dient als korrigiertes Ständerfrequenz-Signal (f\) zur Steuerung des Wechselrichters;

— ein der Änderungsgeschwindigkeit der Soll-Istwertdifferenz der Drehmomentregelung proportionales Signal steuert zusätzlich den Integrator im Sinne einer Verminderung der Änderungsgeschwindigkeit seines Ausgangssignals.