DE2930378A1 - Blockiergeschuetzter bremskraftregelkreis fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

• Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis
• für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen blockiergeschützten Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge mit einer druckmittelbetätigten Bremseinrichtung, die ein Druckregelventll und mindestens einen hlermit zusammenwirkenden Bremszylinder aufweist, wobei ein Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von Signalen, die proportional der Radumfangsgeschwindigkeit eines überwachten Rades sind, von hieraus abgeleiteten Radumfangsverzögerungs- bzw. -beschleunigungssignalen, von Schwellwertsignalen und von die Fahrzeuggeschwindigkeit nachbildenden Signalen den Bremsmitteldruck in dem Bremszylinder absenkt, konstant hält oder erhöht. Ein derartiger Bremskraftregelkreis ist beispielsweise aus der US-PS 29 14 359 (Yarber) bekanntgeworden. Bei den meisten heutigen pneumatischen und hydraulischen Bremsen bewirkt eine Bremskraftregelung (Blockierschutz) im Prinzip stets ein Anheben, ein Absenken und ein Halten des Bremsdruckes (vgl. Fig. 1). Die Regelkriterien werden hierbei wie folgt gewonnen: Die Bremskraftregelung setzt einen Geber voraus, der eine der Drehgeschwindigkelt t proportionale Frequenz f1 liefert. Aus dieser Frequenz werden dann 5digitale oder anlaoge) Werte sowohl für die Drehgeschwlndigkeit ts als auch für die Drehbeschleunigung La elnes jeden Rades gewonnen. Hieraus werden dann Signale zur Auslösung des blockiergeschützten Bremskraftregelkreises gewonnen, indem beispielsweise die Radgeschwindigkeit mit einer fiktiven Fahrzeuggeschwindigkeit, die möglichst nahe an der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit llegt,verglichen wird. Auch eine Blockierschutzauslösung über Differenzgeschwindigkeiten einzelner Räder oder Erreichen bestimmter Schwellwerte der Radverzögerung bzw.
• Radbeschleunigung sowie auch die Kombination dieser Kriterien ist mögllch und führt zu folgenden Zuständen: Bremdruck absenken, Bremsdruck konstant halten und Bremsdruck erhöhen, wobei das Ziel der Regelung darin besteht, die Radgeschwindigkeit so zu regeln, daß der optimale Schlupf zwischen Rad und Fahrbahn erhalten wird.
• Bisherige Versuche ergaben, daß die betrachtete Bremskraftregelung für Schienenfahrzeuge am günstigsten arbeitet, wenn für den Exponenten für den Bremsdruckabfall kE 2 1 gilt. Nun können aber die Volumina der Bremszylinder bei den einzelnen Schienenfahrzeugen zwischen 2,5 1 und 7,5 1 und mehr schwanken. Das hat zur Folge, daß das Druckregelventil für den jeweiligen Bremszylinder eingestellt werden muß. Dies geschieht bisher durch austauschbare Düsen im Druckregelventil oder durch ein Ventil mit Einheitswirkung.
• In letzter Zeit wird insbesondere aus Kostengründen für alle Typen von Schienenfahrzeugen ein einheitliches und billiges Druckregelventil gefordert. Eine Anpassung der Bremskraftregelung an die verschiedenen Bremszylinder durch austauschbare Düsen im Druckregelventil oder durch ein Ventil mit Einheitswirkung ist somit nicht mehr akzeptabel.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen blockiergeschützten Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge der oben angegebenen Art zu schaffen, bei dem unter Verwendung eines Druckregelventiles und mindestens einem an das Druckregelventil nicht speziell angepassten Bremszylinder ein optimaler Bremsdruckverlauf erzielbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß das Druckregelventil so ausgebildet ist, daß bei dem größten vorkommenden Volumen möglicher Bremszylinder noch ein optimaler Bremsdruckverlauf erzielbar ist und daß der Regler so ausgebildet ist, daß bei kleinerem Volumen der Bremszylinder der tatsächliche Bremsdruckverlauf in Abhängigkeit von den genannten Signalen über abwechselnde Druckanstiegs- und Druckhaltephasen bzw. abwechselnde Druckabfall- und Druckhaltephasen mit durch den Regler einstellbarer Zeitdauer dem optimalen Bremsdruckverlauf angenähert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Im wesentlichen wird bei der vorliegenden Erfindung also ein Druckregelventil mit unveränderlichen Düsen verwendet, die so bemessen sind, daß für das größte vorkommende Bremszylindervolumen die optimalen Werte für den Bremsdruckabfall bzw. den Bremsdruckanstieg erreicht werden, wobei der tatsächliche Bremsdruckverlauf über einen Pulsvorgang an den optimalen Bremsdruckverlauf angepaßt wird. Bei kleineren Bremszylindervolumen werden folglich die zu steilen Bremsdruckänderungen durch Pulsen abgeflacht. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Zeiten für die Druckanstiegs- und Druckabfallphasen fest vorgegeben, während die Zeiten der Druckhaltephasen veränderbar sind,und zwar nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Druckhaltephasen über Faktoren mit den Druckanstiegs- bzw. Druckabfallphasen verknüpft. Der optimale Bremsdruckverlauf wird damit über die Auswahl dieser Faktoren (aA und aE) optimal eingestellt. Diese Faktoren werden - wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird - iterativ ermittelt und gegebenenfalls verändert, so daß sich die Bremskraftregelung und damit der optimale Bremsdruckverlauf den tatsächlichen Gegebenheiten der Bremsung anpassen.
• Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zeiten der Druckanstiegs- und Druckabfallphasen adaptiv veränderlich zu machen, wobei angemerkt sei, daß diese Zeitintervalle prinzipiell nicht mit der Meßzeit von digital arbeitenden Bremskraftregelkreisen zusammenhängen. Allerdings verringert sich der Aufwand einer digitalen Logik erheblich, wenn diese Zeitintervalle ein Vielfaches der Meßzeit sind. -4- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert.
• Es zeigt: Figur 1 den zeitlichen Verlauf der Radumfangsbeschleunigung bzw. -verzögerung der Radunfangsgeschwindigkeit und des geregelten Bremsdruckes; Figur 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises; Figur 3 den Bremsdruckverlauf über der Zeit bei dem Erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreis; Figur 4 den Bremsdruckverlauf und die Radumfangsgeschwindikgkeit für einen Regelzyklus bei dem erflndungsgemäßen Bremskraftregelkreis.
• Figur 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Radumfangsbeschleunigung der Radumfangsgeschwindigkeit und des Bremsdruckes in Abhängigkeit von den oben beschriebenen Regelungskriterien.
• Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises. Ein überwachtes Rad 1 des Fahrzeuges ist mit einem Generator 2 gekoppet, der ein der Umfangsgeschwindigkeit des Rades proportionales Signal an ein Gleitschutzgerät 3 angibt. Das Rad 1 wird über eine Bremse 4 gebremst, wobei die Bremse 4 über ein Gleitschutzventil bzw. Bremszylinder 5 betätigt wird. Das Gleitschutzventil bzw. Bremszylinder 5 ist pneumatisch oder hydraulisch mit einem Druckregelventil 6 verbunden, der seinerseits an einem Druckbehälter 7 angeschlossen ist. Ein manueller, vom Fahrer des Fahrzeuges eingeleitete Bremsbetätigung wirkt in bekannter Weise auf das Druckregelvent11, wodurch das Gleitschutzventil 5 betätigt wird. über das Gleitschutzgerät 3 wird der Bremsvorgang entsprechend den oben genannten Kriterien überwacht, wobei zwischen das Gleitschutzgerät 3 und das Gleitschutzventil 5 geschaltete Einrichtungen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den genannten Signalen für ein Druckanheben 8, ein Druckabsenken 9 und ein Druckhalten 10 sorgen. Weiterhin sind Einrichtungen 11 bzw. 12 vorgesehen, die den Einrichtungen 8 bzw. 9 zugeordnet sind und Einrichtungen für den Lernprozeß für das Druckanheben bzw. den Lernprozeß für das Druckabsenken enthalten. Ober die Einrichtungen 11 und 12 werden somit die Faktoren aA bzw. aE bestimmt. Das Gleitschutzgerät 3 und die Einrichtungen 8 bis 12 stellen den Regler des erfindungsgemäßen Bremskraftregelkreises dar.
• Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Bremsdruckes bei der Druckabfall- bzw. Druckanstiegsphase. Sowohl beim Abfall wie auch beim Anstieg des Bremsdruckes besteht zwischen dem Exponenten k* der ungeregelten Druckkurve und dem Exponenten lot der mittleren gepulsten Druckkurve die Beziehung n bezeichnet hierbei die Anzahl der Haltephasen und a die oben genannten Faktoren aA bzw. aE. Für n = 1 folgt während sich für ergibt: Hieraus ist ersichtlich, daß zu Beginn eines gepulsten Druckabfalles bzw. -anstiegs (n = 1) der k-Wert größer ist als danach wo mit einem annähernd konstanten k gerechnet werden kann. Dies ist günstig für die Regelung, weil so die Hysterese der Bremse noch schneller überwunden wird.
• Um die Lebensdauer von Magnetventilen nicht zu kurz werden zu lassen, wird die Anzahl der Haltestufen begrenzt, beispielsweise auf vier. Dies bedeutet, daß danach die Bremsdruckänderung ungepulst erfolgt.
• Wählt man die Zeiten der Druckanstiegs- bzw. Druckabfallphasen bzw. bzw.2rE konstant und die Druckhaltephasen entsprechend aA <pA (für die Druckanstiegsphase) bzw. aE - tE (für die Druckabsenkphase), so lassen sich die k-Werte (kE - bzw. kA für Bremsdruckabbau bzw. Bremsdruckaufbau) auf die Auswahl der beiden Faktoren aE (Bremsdruckabsenkung) und aA (für den Bremsdruckaufbau) zurückführen. Die beiden Größen aE und aA müssen mit der Regel logik verknüpft werden, wobei bei der vorliegenden Erfindung der Faktor aE allein aus Kriterien am Ende der Druckabsenkphasen bestimmt wird, während der Faktor aA aus den Daten am Ende eines Bremsdruckanstieges (mit einer später zu erläuternden Ausnahme) bestimmt werden.
• Es läßt sich nachweisen, daß beispielsweise die Entlüftungs- bzw.
• Belüftungszeiten keine geeigneten Größen sind, um die Faktoren aE bzw. aA festzulegen. Diese Daten hängen nämlich nicht nur von den k-Werten, sondern auch noch stark von der Bremshysterese, von Fahrzeugdaten, den Reibungsverhältnissen und den Reglerdaten ab.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die optimalen aE- und aA-Werte auf iterativem Wege zu finden. Dieser Weg wird im Zusammenhang mit den Figuren 6 und 7 im Folgenden erläutert. Man geht davon aus, daß die Geschwindigkeit v (Figur *), die die Fahrzeuggeschwindigkeit v möglichst getreu nachbildet, wobei zwei Bezugsgeschwindigkeiten v1 und v2 hieraus abgeleitet werden, die den folgenden Gesetzmäßigkeiten gehorchen: wobei vl immer kleiner als v2 ist und v2 immer kleiner als v ist.
• Ein Druckanstieg war demnach in seinem zeitlichen Verlauf günstig, wenn beim Unterschreiten der Bremsdruck-Absenkschwelle -(rt E die Umfangsgeschwindigkeit des Rades rj i zwischen v2 und v1 liegt.
• Der Faktor aA hat in diesem Falle einen günstigen Wert, der nicht verändert zu werden braucht. Gilt bei diesem Kriterium dagegen kti # v2, so bedeutet das, daß die Belüftung zu steil erfolgte, aA also zu vergrößern ist, was in der Logik durch den Befehl aA = aA + #aA verwirklicht wird. zea symbolisiert dabei einen konstanten Wert, mit dem a optimiert wird. Unterschreitet dagegen die Umfangsgeschwindigkeitr i#i die Vergleichsgeschwindigkeit vl, wird also die Ersatzbedingung ri#i # v1 erfüllt, dann war der Anstieg des Bremsdruckes zu flach und aA ist zu verkleinern: An Ane - AaA.
• Dabei ist dafür zu sorgen, daß aA nie negativ wird. Zu Beginn einer geregelten Bremsung muß aA = 0 gesetzt sein, damit sich die Pulsung jedem Bremszylinder anpassen kann.
• Hiervon abweicherd gestaltet sich die Verknüpfung des Faktors aE mit der Differenz der Radumfangsgeschwindigkeit VE, die sich während der Entlüftungsphase ausbildet, weil in dieser Zeit die Umfangsbeschleunigung rjn negativ und positiv ist, die Umfangsgeschwindigkeit also zuerst absinkt und danach nach Durchschreiten ihres Minimums wieder ansteigt. In der Regel ist die Geschwindigkeitszunahme gering, bis die Beschleunigungsschwelle +(r)E überschritten ist. vM ist dann eine geeignete Größe, um den Faktor aE zu beeinflußen.
• Die Wirkungsweise des Bremskraftregelkreises wird im Zusammenhang mit Fig. q erläutert. Ein gepulster Druckanstieg war regelungstechnisch günstig, wenn kurz vor seinem Ende, d.h. im Moment der Entscheidung die Radgeschwindigkeit vR zwischen zwei Grenzgeschwindigkeiten v1und v2 liegt. Die Größe aA hat in diesem Fall den optimalen Wert, der beibehalten wird. Gilt dagegen VR = > v2, so bedeutet dies, daß die Belüftung zu steil erfolgte, aA also beim nächsten Druckanstieg zu vergrößern ist.Hat in diesem Zeitpunkt vR die Grenzgeschwindigkelt v1 unterschritten, dann war der Anstieg des Bremsdruckes zu flach und aA ist für die weitere Regelung zu verkleinern.
• Bei der Auswahl von aE wird von der Vorstellung ausgegangen, daß bei einer günstigen Bremskraftregelung während einer gepulsten Druckabsenkung die größte Differenz der Radgeschwindigkeit v (der Geschwindigkeitseinbruch) immer Werte zwischen ffVmjn M und nvmax einnehmen soll. Wird am Ende der Absenkphase dies festgestellt, dann braucht aE nicht verändert zu werden.Registriert man dagegen in diesem Augenblick vM # vmjn, so bedeutet dies, daß die Entlüftung zu steil erfolge, aE also für die nächste Druckabsenkung zu vergrößern ist. Erkennt man dagegen zu irgendeinem Zeitpunkt der Entlüftungsphase, daß zvM >zXvmax geworden ist, dann kann ein Blockieren des Rades drohen. Um dies unter allen Umständen zu verhindern, ist sofort aE auf Null zu setzen, so daß eine Entlüftung des Bremszylinders mit der größtmöglichen Steilheit erfolgt.
• Alle in der Beschreibung erwähnten und aus den Figuren ersichtlichen technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung. Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche Blockiergeschützter Bremskraftregelkreis für Schienenfahrzeuge mit einer druckmittelbetätigten Bremsvorrichtung, die ein Druckregelventil und mindestens einen hiermit zusammenwirkenden Bremszylinder aufweist, wobei ein Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von Signalen, die proportional der Radumfangsgeschwindigkeit eines überwachten Rades sind, von hieraus abgeleiteten Radumfangsverzögerungs- bzw. -beschleunigungssignalen, von Schwellwertsignalen und von die Fahrzeuggeschwindigkeit nachbildenden Signalen den Druckmitteldruck in dem Bremszylinder absenkt, konstant hält oder erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß - das Druckregelventil (6) so ausgebildet ist, daß bei dem größten vorkommenden Volumen möglicher Bremszylinder (5) noch ein optimaler Bremsdruckverlauf erzielbar ist - und daß der Regler (3, 8 - 12) so ausgebildet ist,-daß bei kleineren Volumina der Bremszylinder (5) der tatsächliche Bremsdruckverlauf in Abhängigkeit von den genannten Signalen über abwechselnde Druckanstiegs-(#A) und Druckhaltephasen (aA2hA) bzw. abwechselnde Druckabfall-(2hE) und Druckhaltephasen (aE#E) ) mit durch den Regler einstellbarer Zeitdauer dem optimalen Bremsdruckverlauf angenähert wird.
2. 2. Bremskraftregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Druckanst~egs-(2tA) und Druckabfallphasen (24E) eine vorgegebene feste Zeitdauer - und die Druckhaltephasen (aA #A; aE #E) veränderliche, durch den Regler (3, 8 - 12) einstellbare Zeitdauern aufweisen.
3. 3. Bremskraftregelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltephasen eine entsprechend einstellbaren Faktoren (aA bzw. aE) veränderte Zeitdauer gegenüber der Zeitdauer der Druckanstiegs- bzw. Druckabfallphasen (#A bzw. A E) aufweisen.
4. 4. Bremskraftregelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren (aA bzw. aE) für einen Regelzyklus in Abhängigkeit von den genannten Signalen kurz vorMer gesamten Druckanstiegs-bzw. Druckabfallphase eines vorhergehenden Regelzyklus bestimmt werden.
5. 5. Bremskraftregelkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren (aA bzw. aE) beim ersten Regelzyklus gleich Null sind und bei weiteren Regelzyklen um einen vorgegebenen Wert ( aA bzw. #aE) vergrößert bzw. verkleinert werden oder konstant gehalten werden.
6. 6. Bremskraftregelkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor (aA) für die Konstanthaltephasen während eines Bremsdruckanstiegszyklus folgende Größen ausweist, wenn kurz vorbei dieses Bremsdruckanstiegszyklus folgende Bedingungen auftreten: aAn aAn-1 wenn V1 < VR < V2 aAn = aAn-1 + A aA wenn vR ;F V2 aAn = BAn-l t aA wenn VR # V1 wobei aAn der Faktor für einen Bremsdruckanstiegszykl.us (n) ist, aAn 1 der Faktor für den vorhergehenden Bremsdruckanstiegszyklus (n-1) ist #aA ein konstanter, vorgegebener Wert ist, VR die Umfangsgeschwindigkeit eines überwachten Rades im Moment der Entscheidung ist, und v1 und v2 proportional zur nachgebildeten Fahrzeuggeschwindigkeit V erzeugte Größen sind, wobei v > v2 > v1 ist.
7. 7. Bremskraftregelkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor (aE) für die Konstanthaltephasen während eines BremsdruckabsenkzyJlus folgende Größen annimmt: aEn = aEn-1 wenn am Ende des Bremsdruckabsenkzyklus gilt: #vmin < #VE < # Vmax.

   aEn = aEn-1 + #AE wenn am Ende des Bremsdruckabsenkzyklus a En gilt: /\VE 4 ½/Vmin.

   aEn ° wenn zu irgendeinem Zeitpunkt des Bremsdruckabsenkzyklus gilt; #VE ##Vmax wobei aEn der Faktor für eintn Bremsdruckabsenkzyklus (n) ist, aden 1 der Faktor für den vorhergehenden Bremsdruckabsenkzyklus (n-1) ist.

   ffAE ein konstanter, vorgegebener Wert ist, #VE die Differenz zwischen der dem Minimum zu Beginn des Bremsdruckabsenkzyklus und/der Radumfangsgeschwindigkeit während des Bremsdruckabsenkzyklus ist, #Vmax ein erster vorgebener fester Wert, iLVmjn ein zweiter vorgegebener fester Wert ist, wobei gilt: AVmax> AVmin und wobei das Ende des Bremsdruckabsenkzyklus dadurch bestimmt wird, daß die Radumfangsbeschleunigung einen vorgegebenen, positiven Schwellwert überschritten hat.