-
Anordnung zur Erfassung des Schleuderns der Räder von
-
laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung des Schleuderns
der Räder von laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen, wie sie im Oberbegriff des
Anspruches 1 näher definiert ist.
-
Eine derartige auch zur Erfassung des Gleitens verwendbare Anordnung
ist z.B. bekannt aus der DE-OS 3011541.
-
Im Interesse der Feinfühligkeit der Anordnung sollte die Integrationsgeschwindigkeit
des als Pseudolaufachse wirkenden hochlaufenden Integrators immer möglichst dicht
über der mit einer eingestellten Zugkraft (soll) erreichbaren, d.h. möglichen Fahrzeugbeschleunigung
liegen. Ist die Fahrzeug- bzw. Rad-oder Achsbeschleunigung dagegen höher als normal,
dann liegt Schleudern vor.
-
Wird die Integrationsgeschwindigkeit zu niedrig eingestellt, würde
ggf. schon bei normaler Beschleunigung eine Gegenreaktion auf dem Antrieb wie
bei
einem Schleudern ausgelöst werden.
-
Besonders bei lokomotivbespannten Güterzügen mit ihren stark unterschiedlichen
Anhängelasten, d.h. mit ganzem, halben oder ohne Wagenzug und den Unterschieden
in der Beladung ergeben sich bereits auf ebener Strecke bei gleicher eingestellter
Zugkraft (Zsoll) grosse Differenzen in der erzielbaren Beschleunigung.
-
Auch die Topographie der Strecke spielt eine Rolle.
-
Der Bereich der Beschleunigung liegt etwa zwischen a = 3 m/s2 für
die Anfahrt einer wagenlosen Lokomotive bis zu z.B.
-
a = 0,1 m/s2 für eine Lokomotive mit einem vollbeladenen Güterzug.
Obwohl der Bereich der niedrigen Beschleunigung gerade den wichtigen Traktionsbereich
darstellt, müsste man - entsprechend den vorgenannten Ausführungen - die Integrationsgeschwindigkeit
des als Pseudolaufachse fungierenden Integrators auf einen oberen Bes chleunigungs-2
grenzwert von etwaSüber 3 m/s2 einstellen. Aus einem derartig grossen Bereich von
0,1 - 3 m/s2 ergeben sich ohne besondere zusätzliche Eingriffe nur ungenaue und
grobe Möglichkeiten für eine Erfassung von Schleudervorgängen.
-
Es wird hier vorausgesetzt, dass alle Achsen schleudern.
-
Die erwahnte bekannte Anordnung, von der hier ausgegangen wird, arbeitet
mit besonderen Auswertungsfinessen, bei denen die einzelnen Differenzdrehzahlen
der Räder um ihre Differentialquotienten vermehrt werden und eine Auswertung über
Unempfindlichkeitsschwellen erfolgt. Zusätzlich wird dies du: eine spezielle Einrichtung
zur Allachsschlupferfassung erreicht. Diese Einrichtung bewirkt bei einem Schleudervorgang,
dass die dann erhöhte Beschleunigung der Räder der Lokomotive durch Herabsetzung
der Motorströme bzw.
-
Drehmomente sofort auf einen eingestellten Sollwert begrenzt bleibt.
-
Dadurch ist es auch möglich, den Integrator mit einer Beschleunigung
laufen zu lassen, die noch im Betriebsbereich liegt, z.B. 1,5 m/s2 bei vollem Zugkraftsollwert,
wobei die Allachsschlupferfassung dann als Beschleunigungsbegrenzung wirkt. Der
erwähnte sehr große Beschleunigungsbereich von ca. O,l - 3 m/s2 kann damit auf etwa
die Hälfte herabgesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß für vollbeladene,
also nur an der unteren Grenze beschleunigbare Güterzüge der Fehler bei einer auf
1,5 m/s2 festgelegten Integrationsgeschwindigkeit noch zu groß werden kann und Schleudern
somit nicht mit letzter Sicherheit vermeidbar ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Schaltungsanordnung weiter
zu verbessern. Dabei soll die Integrationsgeschwindigkeit laufend an die tatsächliche
Beschleunigung an-gepasst werden.
-
Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art gemäss
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen entnehmbar.
-
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung
im hachstehenden näher erläutert. Dazu wird auf die Zeichnungsfiguren verwiesen.
-
Es zeigen: Figur 1 einen bekannten Gleit- und Schleuderschutz, ausgestattet,
mit der erfindungsgemässen Anordnung, Figur 2 die erfindungsgemässe Anordnung im
einzelnen in Blockbilddarstellung.
-
Figur 1 zeigt einen bekannten Gleit- und Schleuderschutz für ein mit
vier elektromo-torisch angetriebenen Achsen ausgerüstetes, im übrigen laufachsenloses
Triebfahrzeug.
-
Die eigentliche Erfindung bezieht sich speziell auf das strichpunktiert
umrahmte Kästchen X, dessen Schaltungsinhalt in Figur 2 noch genauer beschrieben
wird.
-
Zum besseren Verständnis sei jedoch vorab die Funktion des bekannten
Gleit- und Schleuderschutzes kurz umrissen.
-
Die an den Drehzahleingängen nl - n4 gRtehenden Drehzahlproportionalen
Wechselspannungen, z .Bachometermaschinen, werden über Gleichrichter 1a - 1d und
Glättungsmittel 2a - 2d sowohl einer Ninimalwertauswahlstufe 3 und einer Maximalwertauswahlstufe
4 als auch Drehzahlvergleichem 5a - 5dzugeführt. In den Drehzahlvergleichern 5a
- 5d werden Differenzspannungen entsprechend ermittelten Drehzahldifferenzen gebildet,
wobei anstelle eines Drehzahlnormals mit einer Laufachse eine künstliche Drehzahl-Referenzspannung
von einem Integrator 6 zur Verfügung steht, mit der verglichen wird. Die Integrationsgeschwindigkeit
des Integrators 6 und damit seine abgegebene Referenzspannung wird durch den eingangsseitig
am Anschluss b anstehenden Bremskraftsollwert und dem am Anschluss a anstehenden
Zugkraftsollwert, der durch die erfindungsgemässe zwischengeschaltete Einrichtung
X modifizierbar ist, vorgegeben.
-
Am Anschluss a' erfolgt dann die Vorgabe für die korrigierte Beschleunigung
der Pseudolaufachsenspannung. Die Schalter 8 und 9 lassen eine Auswahl abhängig
vom-vorliegenden Fahrbefeh-l oder Bremsbefehl zu. Zum anderen beeinflusst ein Komparator
7 die Tinte grationsgeschwindigkeit des Integrators 6. Der Kompav rator 7 vergleicht
dabei die Differenzspannung des Integrators 6 mit einer Spannung der Minimalwertauswahlstufe
3 oder (beim Bremsen) der Maximalwertauswahlstufe 4, je nachdem ob bei einem Fahrbefehl
der Schalter 10 oder beim Bremsbefehl der Schalter 11 eingelegt ist. Dabei wird
von der Minimalwertauswahl s tuf e 3 nur -die kleinste und von der Maximalwertauswahlstufe
4 nur die grösste der an den vier Eingängen nl - n4 anstehenden drehzahlproportionalen
Spannungen weitergegeben.
-
Der Ausgang des Komparators 7 ist über zwei durch Dioden 12 und 13
gebildete antiparallele Pfade additiv mit dem Eingang des Integrators 6 verbunden.
Die Pfadauswahl wird wieder durch Schalter 10 und 15, je nach vorliegendem Fahr-
oder Bremsbefehl, bestimmt. Der Integrator ist normalerweise so eingestellt, dass
er etwas schneller integrieren würde, als es der normalen Fahrzeugbeschleunigung
entspräche, d.h., solange die abgegebene Referenzspannung gegenüber der z.B. von
der Ninimalwertauswahlstufe 3 abgegebenen Spannung überwiegt und anzeigt, dass wenigstens
1 Rad noch rollt.
-
Dabei ist jedoch der dominierende Ausgang des Komparators 7 negativ,
passiert den Pfad 12/14 und kehrt solange die abgegebene Integrationsrichtung um(Abwärtssteuerung),
bis Referenz- und Auswahlspannung wieder gleich sind. Praktisch entspricht also
die Referenzspannung immer der geringsten der Drehzahlen
aller
vier Achsen. Sie entspricht in ihrem Verhalten damit einer Laufachse. Schwierig,
und hier speziell aktuell, ist das Schleudern aller Räder. Dabei wird auch die geringste
Drehzahl als Auswahl spannung die Referenzspannung übersteigen. Der Ausgang des
Komparators 7 ist dann positiv, kann jedoch nicht additiv den Eingang des Integrators
6 beeinflussen, da der Pfad 12/14 gesperrt ist. Der Integrator 6 läuft dann frei
hoch, entsprechend dem eingegebenen Zugkraftsollwert.
-
Er bleibt dabei jedoch im allgemeinen wie eine Laufachse hinter der
Auswahldrehzahl zurück. Für Bremsen ist der Vorgang praktisch umgekehrt. In diesem
Fall verläuft nur die Integrationsrichtung des Integrators 6 bei anstehendem Bremskraftsollwert
(Eingang b) umgekehrt. Die an den Drehzahlvergleichern 5a - 5d feststellbaren Drehzahldifferenzent
n1 - n5 zeigen ;jeweils Schleudern bzw. Gleiten an. Durch Rücknahme des Motordrehmomentes
bzw. des Bremsmomentes muss dann wieder der reguläre Zustand hergestellt werden.
-
Beim bekannten Stand der Technik werden dazu die an den Ausgängen
des Drehzahlvergleichers 5a - 5d anstehenden Drehzahldifferenzen a n,vermehrt um
ihre Differentialquotienten dt n (Funktionsglieder 17 7 a -dt 17 d)und über zugeordnete,
in bestimmten Fällen überspielbare Unempfindlichkeitsschwellen mit nachgeschakteten
Zeitfunktionsgliedern geführt. Multiplizierer bilden die mit den Sollwerten der
beschleunigenden oder verzögernden Kräfte (Eingang c) Produkte und geben um diese
Signale reduzierte Korrektursollwerte an den Ausgängen B1, B2 aus.
-
Nach Figur 2 wird der am Eingang a der erfindungsgemässen Einrichtung
X anstehende Zugkraftsollwert Zsoll bzw. eine entsprechende Spannung einem D/A-Wandler
30 multipliziert wird. Im Beispiel wurde ein 4/BIT-Zähler verwendet. Der Zugkraftsollwert
Zsoll wird modifiziert und heisst dann Z5011 korr und steht am Ausgang a' wieder
als Analoggrösse zur Verfügung. Der Wert Zsoll kor çproportional abhängig vom Zählerstand
des Zählers 31, der entsprechend seinem Zählerstand einen Reduktionsfaktor von maximal
1 abgibt.
-
Mit einem 4/3IT-Zähler lassen sich 16 Stufen einstellen.
-
Zur Betätigung des Zählers 31 wird die real auftretende Beschleunigung
bist aus der gemessenen und in einem Differentiator 32 differenzierten Istgeschwingikeit
v. t ermittelt und mit der tatsächlich wirkenden Zugkraft Zist verglichen. Anstelle
der Zugkraft werden die proportionalen Motoströme ermittelt. Dazu wird z.B.
-
aus den Fahrmotor- oder Fahrmotorgruppenströmen I1 ist und 12ist in
einem Mittelwertbildner 36 der Mittelwert I1 + I2 gebildet. In einem zweiten D/A-Wandler
33 2 wird dieser Strommittelwert mit dem Zählerstand des Zählers 31, d.h. mit dem
gleichen Reduktionsfaktor multipliziert. Die gemessene Beschleunigung Bist und der
am Ausgang des D/A-Wandlers 33 anstehende, mit dem Reduktionsfaktor multiplizierte
Fahrmotostrom, der der Zugkraft proportional ist, werden einm Vergleicher 34 zugeführt,
dessen Ausgang einen Impulsgeber 35 steuert. Die Ausgangsspannung des Vergleichers
34 bestimmt die Frequenz des Impulsgebers und zugeführt, wo sie mit dem digitalen
Zählerstand eines Binärzählers 31
die Polarität der Spannung, die
Belegung eines der beiden Ausgänge, wodurch der Zähler 31 je nach dem aufwärts oder
abwärts zählt. Die Frequenz des Impulsgebers ist so eingestellt, daß der Zähler
zum Durchlaufen seines Zahlenbereiches einige Sekunden benötigt.
-
Der Reduktionsfaktor korrigiert sich damit selbsttätig entsprechend
der wirklich erreichten Beschleunigung und über ihn wird der Zugkraftsollwert Z5011
korr für die Integrationsgeschwindigkeit der Pseudolaufachse korrigiert.
-
Zur Funktion: ueber den Zahler 31 wird die Grösse des Zugkraftsollwertes
verstellt. Auf der höchsten Zahlstufe (für einen 4/BIT-Zähler 16) , wenn alle Zählerausgänge
auf high liegen, wird mit 1 multipliziert, d.h. der volle Zugkraftsollwert wird
über den D/A-Wandler 30 an den Integrator 6 über a' ausgegeben. Über den D/A-Wandler
33 würde dann auch eine Spannung entsprechend dem vollen Motorstrom und damit der
vollen Zugkraft zur Verfügung stehen. Würde jetzt eingeschaltet, dann müsste sich
zum vollen Motorstrom auch die entsprechende grösste Beschleunigung bist einstellen.
Zum vollen Motorstrom gehört somit immer volle Beschleunigung, zum halben Motorstrom
entsprechend halbe Beschleunigung. Bleibt die Beschleunigung bei vollem Motorstrom,z.B.
durch verdoppelte Anhängelast um die Hälfte zurück, dann wird vom D/A-Wandler 33
zwar ein dem vollen Motorstrom proportionaler Wert, vom Differentiator 32 dagegen
ein Wert proportional der halben Beschleunigung ausgegeben. Der Vergleicher 34 steuert
dann den Impulsgeber 35 auf '2ab"-Ausgang. Damit zählt der Zähler 31 bis auf einen
Wert entsprechend'O,5 zurück.
-
Die D/A-Wandler 30 und 33 erhalten damit schrittweise sich verkleinernde
Multiplikationsfaktoren(bis hinunter auf 0,5) so lange, bis der mit dem Faktor multiplizierte
Stromwert wieder der Beschleunigung entspricht und der Impulsgeber 35 sperrt. Auch
der ZsOll-Wert für die Beeinflussung des Integrators 6 wird über den D/A-Wandler
30 mit dem Faktor 0,5 multipliziert. Er ist damit angepaßt als Zsoll korr an die
nur halbe Beschleunigung und läßt den Integrator 6 nur halb so schnell hochlaufen.
Die Integrationsgeschwindigkeit der künftlichen Laufachse wird automatisch auf den
schwereren Güterzug abgestimmt.
-
Während eines Schleudervorganges darf sich der Korrekturfaktor nicht
oder nur geringfügig ändern; andernfalls würde die Korrektur gerade dann, wenn sie
wirksam sein soll, wieder verlorengehen, indem der Schleudervorgang eine höhere
Beschleunigung vortäuscht. Die Forderung wird erfüllt einerseits durch die niedrige
Zählgeschwindigkeit, die in kurzer Zeit nur eine geringe Änderung zuläßt, andererseits
durch die Sperrung des Zählers durch den Schleudervorgang selbst bei Überschreiten
der Unempfindlichkeitsschwelle, mittels der Schwellenwertstufe 38, die auf den clock-enable-Eingang
des Zählers wirkt.
-
Der hier beschriebene 4/BIT-Zähler ist nur als Beispiel zu werten.
Ist die gewählte 16-Stufenabstimmung für die Zugkraftkorrektur zu grob, muß man
auf einen 6- oder 8 BIT-Zähler oder auf 2 hintereinander geschaltete Dekadenzähler
übergehen.
-
Mit 37 ist noch ein Zeitverzögerungsglied bezeichnet, das den Motorstrommittelwert
etwas verzögert weitergibt. Die Motorströme würden sonst früher als die Beschleunigungswerte
dem Vergleicher 34 zugeführt werden, was zu einer Unruhe im Regelkreis führen würde.
-
Durch die Erfindung kann ein sehr genau und sicher arbeitender Schleuderschutz
für läufachsenlose Triebfahrzeuge erstellt werden.
-
Leerseite