DE4225683C2

DE4225683C2 - Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit drehmomentgeregeltem Antrieb

Info

Publication number: DE4225683C2
Application number: DE4225683A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Pfeiffer; Michael Dipl Ing Buscher; Hans-Juergen Dipl Ing Schwartz
Original assignee: SCHWARTZ HANS JUERGEN DIPL ING
Current assignee: SCHWARTZ HANS JUERGEN DIPL ING
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2012-08-05
Also published as: DE4225683A1

Description

2.1 Überblick

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit drehmomentgeregeltem Antrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 17.

Zur Ausnutzung der physikalisch maximal möglichen Antriebskraft im Radaufstands punkt muß jedes zu regelnde Rad in einem Arbeitspunkt möglichst nahe am Maxi mum der Kraftschlußkennlinie betrieben werden. Dies soll auch dann ohne Eingriff des Fahrzeugführers erreicht werden, wenn sich die Kraftschlußverhältnisse entlang der Strecke ändern. Hierbei sollen ausdrücklich sowohl Änderungen des maximalen Kraftschlußbeiwerts f_max selbst als auch der dem maximalen Kraftschlußbeiwert f_max zugeordneten Differenzgeschwindigkeit Δv_opt zugelassen werden. Andererseits darf das von der Radschlupfregelung eingestellte Drehmoment nie so groß werden, daß die entwickelte Antriebskraft größer wird als der vom Fahrzeugführer eingestellte Soll wert, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Rückbegrenzung und der durch die Leistungsfähigkeit der Antriebsanlage gesetzten Grenzen. Dem Fahrzeugführer muß es also jederzeit möglich sein, beliebige Zug- oder Bremskräfte einzustellen, die kleiner sind als die unter den jeweiligen Bedingungen (z. B. trockene oder nasse Schienen, aktuelle Fahrgeschwindigkeit auf die Schiene übertragbaren Antriebskräfte.

Es wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er durch /1/ oder /2/ gegeben ist. Die Erfindung ergänzt und modifiziert die dort beschriebenen Verfahren und An ordnungen so, daß die Anforderungen des praktischen Betriebs erfüllt werden.

Die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren und Anordnungen leiden zunächst unter dem Mangel, daß sie nicht für den generatorischen Bremsbetrieb geeignet sind. Da diese Betriebsart insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit elektrischen Fahrmotoren zur Vermeidung von Verschleiß an den Reibungsbremsen und wegen der Rückspeisung der Bremsenergie eine sehr große Bedeutung besitzt und strengen Sicherheitsanfor derungen genügen muß, ist dieser Mangel erheblich.

Mit dem in /1/ beschriebenen Verfahren ist es nicht möglich, beliebig kleine Zug- oder Bremskräfte einzustellen, die kleiner sind als die maximal übertragbaren An triebskräfte. Das in /2/ beschriebene Verfahren beseitigt mit Einschränkungen diesen Mangel zwar im Fahrbetrieb, nicht aber im Bremsbetrieb. Hinzu kommt, daß die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren und Anordnungen immer einen extrem schnell regelbaren Fahrzeugantrieb voraussetzen, wie er keinesfalls auf allen Fahrzeugen aus geführt oder ausführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17 dahingehend zu ver bessern, daß im Motor- wie auch im Generatorbetrieb der Fahrmotoren sowohl bei nasser, vereister und/oder verschmutzter Schiene bzw. Fahrbahn die physikalisch maximal mögliche Antriebskraft im Radaufstandspunkt übertragen als auch bei guten Kraftschlußverhältnissen oder bei geringem Bedarf an Antriebskraft vom Fahrzeug führer beliebig kleine Antriebskräfte eingestellt werden können, wobei der Übergang zwischen diesen beiden Betriebsarten ohne besonderen Eingriff des Fahrzeugführers und ohne nachteilige Ausgleichsvorgänge erfolgt.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 17 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung, im folgenden "Radschlupfregelung" genannt, gegenüber den bekannten Verfahren bestehen also darin, daß bei einer im Grenzfall vollstän digen, stets aber sehr hohen Ausnutzung des jeweils verfügbaren Kraftschlusses im Radaufstandspunkt die bisher vorhandenen Nachteile vermieden werden:

- Es können stets beliebig kleine Zug- oder Bremskräfte eingestellt werden.
- Durch selbsttätige Regelung auf die optimale Differenzgeschwindigkeit im Rad aufstandspunkt wird im Fahr- und Bremsbetrieb auch bei mäßig schnell regel baren Antrieben die physikalisch maximal mögliche Zug- oder Bremskraft aus geübt und unnötiger Verschleiß vermieden, wie er bei zu großer Differenzge schwindigkeit auftritt.
- Durch die Vermeidung zu großer Differenzgeschwindigkeiten wird das Entstehen der für das Antriebssystem gefährlichen Reibschwingungen reduziert.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird die Erfindung nachstehend erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Radschlupfregelung für ein(en) Treibrad(satz).

Gepunktete Linien bezeichnen die Übertragung von binären Signalen. Gestrichelt ein gezeichnete Blöcke und zugehörige Signalverbindungen sind für die ordnungsgemäße Funktion nicht zwingend erforderlich, ergeben jedoch ein verbessertes Verhalten.

Fig. 2 zeigt die Kraftschlußkennlinie, wie sie in der Literatur allgemein für den Zusammenhang von auf die Radaufstandskraft bezogener Radumfangskraft und Diffe renzgeschwindigkeit Δv im Radaufstandspunkt angenommen wird. Das Maximum ist mit X bezeichnet.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf charakteristischer Größen als Ergebnis einer Simu lationsrechnung.

2.2 Prinzip der Radschlupfregelung

Die Blockstruktur (Fig. 1) läßt die Gemeinsamkeiten, aber auch die Unterschiede zu den in /1/ und /2/ beschriebenen Anordnungen erkennen. Die zentrale Funktion des Drehzahlregelkreises (Integrator 5 zur Bildung des Geschwindigkeitssollwerts, Multi plizierer 6, Subtrahierer 11 für den Soll- Ist-Vergleich, Drehzahlregler 7, Drehmo mentregler + Umrichter + Fahrmotor 8, Antriebsstrang + Radaufstandspunkt 9) wird übernommen. Ein wesentlicher Unterschied besteht zunächst in der Bildung des dem Integrator 5 zugeführten Beschleunigungssollwerts b_soll, der abwechselnd die Werte b₀ und b₁ annimmt. Nach /1/ und /2/ wird b₀ auf einen Wert kleiner oder gleich 0 gesetzt (b₀ ≦ 0). Der Wert b₁ wird nach /1/ und /2/ als Quotient F_soll/m be rechnet, ist also dem durch den Fahrzeugführer vorgegebenen Zugkraftsollwert F_soll direkt und einer fiktiven Zugmasse m ("Last") umgekehrt proportional. Diese wird in der Lastadaptierungsstufe (Block 2 der Fig. 2 in /1/) gebildet.

Zweck des Beschleunigungswechsels b₁ → b₀ → b₁ . . . ist die Verschiebung des Arbeitspunkts auf der Kraftschlußkennlinie zwischen einem Wert kurz vor dem Kraft schlußmaximum auf einen solchen kurz hinter dem Kraftschlußmaximum und wieder zurück. Hierzu ist unabdingbare Voraussetzung, daß der Beschleunigungssollwert b₁ größer und der zeitlich anschließende Beschleunigungssollwert b₀ kleiner als die Fahr zeugbeschleunigung b_z eingestellt wird:

b₀ < b_z < b₁ (1)

Dies ist aber durch die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren nicht gewährleistet. So kann beispielsweise bei Gefällefahrt die "Last" m zu Null werden. Auch wenn bei Fahrt in Beharrung die "Last" m richtig adaptiert wird, folgt nach /1/ und /2/ für den Beschleunigungssollwert b₁ = b_z. Damit behält der Arbeitspunkt seine Lage bei, wandert also nicht mehr in Richtung des Kraftschlußmaximums, was eine mangelhafte Kraftschlußausnutzung oder eine dauerhaft zu große Differenz geschwindigkeit im Radaufstandspunkt zur Folge hat.

Ein wesentliches Merkmal der neuen, hier vorgeschlagenen Radschlupfregelung ist es, die Forderung (1) dadurch zu erfüllen, daß konsequent ein Wechsel des Beschleunigungssollwerts b_soll stattfindet zwischen einem Wert b₀, der um einen Beschleunigungshub Δb₀ kleiner ist als eine "adaptierte" Fahrzeugbeschleunigung b_ad, zu einem Wert b₁, der um einen Beschleunigungshub Δb₁ größer ist als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad:

b₀ = b_ad - Δb₀ (2)

b₁ = b_ad + Δb₁ (3)

Die Realisierung durch die Beschleunigungslogik 31 erfordert außer einer zweckmäßigen Vorgabe der grundsätzlich frei wählbaren Beschleunigungshübe Δb₀ und Δb₁ die Bildung einer adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad als Ersatz für die i.a. nicht unmittelbar verfügbare Fahrzeugbeschleunigung b_z. Diesem Zweck dient die in Fig. 1 skizzierte Beschleunigungsadaptionsstufe 2. Somit sind Aufgabe und Wirkungsweise dieses Blocks vollkommen verschieden von der in /1/ und /2/ angegebenen Lastadaptierungsstufe.

2.3 Beschleunigungsadaption

Die Aufgabe der Beschleunigungsadaptionsstufe 2 ist die Berechnung einer adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad, die der über einen sinnvollen Zeitraum gemittelten Fahrzeugbeschleunigung b_z möglichst gleich sein soll.

Zur Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die meisten beruhen auf der Tatsache, daß die Radumfangsbeschleunigung im Mittel gleich der Fahrzeugbeschleunigung ist, solange sich die Differenzgeschwindigkeit Δv im Radaufstandspunkt nicht ständig in einer Richtung ändert.

Es werden hier zunächst zwei neue Methoden zur Beschleunigungsadaption vor geschlagen:

1. Die Drehzahl n_ist wird zu jedem Umschaltzeitpunkt gemessen und gespeichert, in dem die Suchlogik 4 von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungs erhöhung" umschaltet. Die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad zwischen zwei Umschaltzeitpunkten t₁ und t₂ läßt sich dann aus der Differenz zweier Drehzahlen, bezogen auf den zeitlichen Abstand ihrer Messung, bestimmen:
mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung.

Die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ müssen dabei nicht zwingend unmittelbar aufeinander folgen, es kann sogar vorteilhafter sein, einen zeitlichen Mindestabstand einzuhalten, damit relativ schnelle Änderungen der Drehzahl n_ist (z. B. aufgrund eines sich stark ändernden Fahrbahn- oder Schienenzustands) nicht als Änderung der Fahr zeugbeschleunigung gewertet werden.

Die ausgewählten Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ sollten immer gleichsinnigen Umschaltungen zugeordnet sein, vorzugsweise den Umschaltungen von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung". Erstens liegt so der Arbeitspunkt immer im stabilen Bereich der Kraftschlußkennlinie (Δv < Δv_opt), und zweitens ist dann der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie annähernd gleich dem des vorhergehenden Meßzeitpunkts.

Bei einer Bildung der Fahrzeugbeschleunigung aus den Radumfangsbeschleunigungen muß der Zeitraum der Ermittlung einerseits so lang sein, daß durch Kraftschluß sprünge verursachte Änderungen der Radumfangsbeschleunigung nicht als Änderungen der Fahrzeugbeschleunigung gewertet werden. Andererseits muß der Zeitraum so kurz sein, daß auch schnelle Änderungen der Fahrzeugbeschleunigung b_z erkannt werden, so daß auch in kritischen Fällen (z. B. Anfahrt eines leichten Zuges oder Fahrzeugs, plötzliche Bremsung) die Fahrzeugbeschleunigung b_z nie kleiner als der Beschleunigungssollwert b₀ bzw. nie größer als der Beschleunigungssollwert b₁ werden kann.

2. Neben der Möglichkeit, die Fahrzeugbeschleunigung aus der Drehzahl n_ist zu berechnen, kann diese auch unmittelbar mit einem auf dem Fahrzeug installierten Beschleunigungsaufnehmer gemessen werden. Solche Geräte sind mit sehr guter Genauigkeit erhältlich. Sie benötigen nur wenig Platz und lassen sich an einer beliebigen Stelle des Fahrzeugkastens anbringen. Allerdings sind sie so auszurichten, daß nur die Längsbeschleunigung gemessen wird.
3. Die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad läßt sich auch mit den in /1/ beschriebenen Ansätzen errechnen:
oder:

Für den Betriebsfall "Begrenzerbetrieb" gelten besondere Bedingungen für die Adaption der Fahrzeugbeschleunigung. Diese werden in Abschnitt 2.5 behandelt.

2.4 Beschleunigungslogik

Nach /1/ und /2/ wird ausschließlich der Drehmomentsollwert M_soll in Verbindung mit dem zuletzt erreichten maximalen Drehmomentsollwert M_max zur Bildung des binären Ausgangssignals der Suchlogik 4 ausgewertet.

Zur Verbesserung der Kraftschlußausnutzung und zur sicheren Führung des Rades oder Radsatzes wird insbesondere bei nur langsam regelbaren Antrieben vorgeschlagen, auch die Radumfangsbeschleunigung auszuwerten und für die Bildung des binären Ausgangssignals der Suchlogik zu verwenden. Hierzu soll die Beschleuni gungslogik 31 folgende zusätzliche Aufgaben übernehmen:

1. Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung vor dem Umschalten von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung"

Um sicherzustellen, daß beim Wechsel von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" der Arbeitspunkt im stabilen Bereich (Δv < Δv_opt) der Kraftschlußkennlinie liegt, ist es zweckmäßig, vor dem Wechsel die Radumfangs beschleunigung zu überprüfen. Ist die Radumfangsbeschleunigung b_ist kleiner als die Fahrzeugbeschleunigung b_z, so bewegt sich der Arbeitspunkt auf der Kraftschluß kennlinie (Fig. 2) nach links. Es muß deshalb auf jeden Fall die Radumfangs beschleunigung kleiner als die Fahrzeugbeschleunigung sein (b_ist < b_z), bevor die Suchlogik die "Beschleunigungserhöhung" einstellen darf. Da diese Bedingung aber nur sicherstellt, daß sich der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie (Fig. 2) nach links bewegt, nicht aber, daß er sich schon im stabilen Bereich (Δv < Δv_opt) befindet, soll nach Erfüllen der Bedingung b_ist < b_z noch eine vorgebbare Zeit gewartet und/oder die Bedingung b_ist < b_z verschärft werden (z. B. in Form von b_ist < b_z - Δb_s). Da die Fahrzeugbeschleunigung b_z i.a. nicht bekannt ist, kann statt dieser die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad verwendet werden. Die Suchlogik 4 darf somit erst dann die "Beschleunigungserhöhung" veranlassen, wenn für eine vorgegebene Zeit die Radumfangsbeschleunigung b_ist um mehr als einen vorgebbaren Wert Δb_s kleiner als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad ist:

b_ist < b_ad - Δb_s mit: Δb_s = Konstante (7)

2. Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung nach dem Umschalten von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion"

Sehr starke Kraftschlußeinbrüche können - insbesondere bei nur langsam regelbaren Antrieben - dazu führen, daß der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie längere Zeit im instabilen Bereich (Δv < Δv_opt) liegt. Der verfügbare Kraftschluß wird dann nur unvollständig ausgenutzt, vor allem aber entsteht die Gefahr aufklingender Reib schwingungen. Es wird deshalb im Fall eines starken Kraftschlußeinbruchs vorgesehen, den aktuellen Beschleunigungssollwert b_soll = b₀ deutlich zu verkleinern (z. B. durch Vergrößern des Beschleunigungshubs Δb₀). Als Kriterium zum Erkennen eines starken Kraftschlußeinbruchs wird die Überwachung der Radumfangs beschleunigung auf folgende Weise vorgeschlagen:
Zu jedem Umschaltzeitpunkt von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" wird die Radumfangsbeschleunigung b_ist abgespeichert. Vergrößert sich trotz der nach dem Umschaltzeitpunkt vorliegenden "Beschleunigungsreduktion" die Radumfangsbeschleunigung gegenüber der beim Umschaltzeitpunkt abgespeicherten Beschleunigung um einen vorgegebenen Wert, so liegt ein starker Kraftschlußeinbruch vor, und der aktuelle Beschleunigungssollwert b_soll = b₀ wird (z. B. durch Vergrößern des Beschleunigungshubs Δb₀) verkleinert. Ansonsten bleibt die Funktion der Radschlupfregelung unverändert.

3. Vergleich der Radumfangsbeschleunigung mit dem Beschleunigungssollwert

Bei sehr steiler Kraftschlußkennlinie im Bereich kleiner Differenzgeschwindigkeiten bewegt sich der im stabilen Bereich der Kraftschlußkennlinie liegende Arbeitspunkt nur sehr langsam in Richtung Kraftschlußmaximum, d. h. der zur Verfügung stehende Kraftschluß wird nur unvollständig genutzt. Es wir deshalb empfohlen, oberhalb einer bestimmten Differenz zwischen Radumfangsbeschleunigung b_ist und Beschleunigungs sollwert b_soll den Beschleunigungssollwert zusätzlich zu vergrößern, damit der vom Drehzahlregler 7 berechnete Drehmomentsollwert M_soll schnell ansteigt. Diese Drehmomenterhöhung muß einerseits so gewählt werden, daß sich der Arbeitspunkt schnell in Richtung Kraftschlußmaximum bewegt, so daß der zur Verfügung stehende Kraftschluß möglichst gut genutzt wird. Andererseits darf der Drehmomentsollwert beim Überschreiten des Kraftschlußmaximums nicht so groß sein, daß der Arbeits punkt unnötig weit in den instabilen Bereich wandert.

Es wird vorgeschlagen, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Beschleunigungs sollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist den Beschleunigungssollwert b_soll um einen von der Zusatzbeschleunigungslogik 34 berechneten Betrag zu erhöhen und den so berechneten Wert b_sollk dem Integrator 5 als Eingangsgröße vorzugeben. Sinnvoll ist beispielsweise die Vergrößerung von b_soll um einen Anteil, der quadratisch von der Differenz b_soll-b_ist abhängig ist:

b_sollk = b_soll + K.(b_soll-b_ist)² (8)

mit: K = Konstante

Große Abweichungen werden somit stärker gewichtet als kleine.

Die Beschleunigungsollwerterhöhung führt zu einer Erhöhung des Drehzahl sollwerts n_soll, so daß die Regelabweichung n_soll-n_ist größer wird und der Drehzahl regler wie gewünscht den Drehmomentsollwert M_soll erhöht. Die zusätzliche Drehmomenterhöhung wird selbsttätig reduziert, sobald die Abweichung zwischen Beschleunigungssollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist wieder kleiner wird, so daß das Kraftschlußmaximum nicht unnötig weit in Richtung des instabilen Bereichs überschritten wird.

2.5 Begrenzerbetrieb

Oft muß bei trockener Schiene und fast immer bei Beharrungsfahrt in der Ebene vom Fahrzeug weniger Zugkraft aufgebracht werden, als aufgrund der Kraftschluß verhältnisse übertragen werden könnte. Ganz allgemein muß der Fahrzeugführer die Möglichkeit haben, eine beliebig kleine Zugkraft F_soll einstellen zu können. Abgesehen von einem reduzierenden Eingriff zum Schutz der Antriebsanlage oder zur Rück begrenzung bildet die Begrenzungsstufe 1 aus dem Zugkraftsollwert F_soll unter Berücksichtigung des Raddurchmessers D und der Getriebeübersetzung ü die Drehmomentsteuergröße M_b nach folgender Formel:

Die Bestimmung des Beschleunigungssollwerts b_soll nach der im Abschnitt 2.2 angegebenen Methode stellt zwar sicher, daß immer das Maximum der Kraftschluß kennlinie gesucht wird. Sie ermöglicht aber keine Begrenzung des Drehmoment sollwerts M_soll auf M_b.

In /1/ wird vorgeschlagen, den Drehzahlsollwert n_soll als Integral des Quotienten F_soll/m zu berechnen. Dieser Vorschlag wird in /2/ übernommen. Damit hängt aber die Drehmomentsollwertvorgabe auch von der korrekten Berechnung der "Last" m und nicht mehr allein vom Zugkraftsollwert F_soll des Fahrzeugführers ab. Diese indirekte Vorgabe ist nicht sicher im Sinne der Sicherheitsregeln für Fahrzeuge, zumindest aber ungenau. Wird beispielsweise die "Last" m von der Lastadaptierungs stufe zu groß vorgegeben, so wird eine kleinere Antriebskraft ausgeübt als vorgegeben, selbst wenn die aktuellen Kraftschlußverhältnisse eine höhere Antriebskraft zuließen. Außerdem entsteht infolge des zwischengeschalteten Integrators immer eine Zeit verzögerung, wodurch beispielsweise präzise Rangiermanöver unmöglich sind. Es wird deshalb folgende neue Methode zur Vorgabe eines beliebig kleinen Zugkraftsoll werts F_soll vorgeschlagen:
Immer dann, wenn der vom Drehzahlregler 7 ausgegebene Drehmomentsollwert M_soll größer würde als die Drehmomentsteuergröße M_b, werden die Ausgangsgröße v_soll des Integrators 5 und die Ausgangsgröße M_soll des Drehzahlreglers 7 über die Begrenzer logik 30 auf sinnvolle Werte gesetzt.

Diese Werte werden im Gegensatz zu /2/ unabhängig vom Betrag wirksam, um den M_soll größer als M_b ist. Sobald überhaupt eine meßbar kleine positive Differenz M_soll-M_b auftritt, veranlaßt die Begrenzerlogik eine Veränderung der Ausgangs größen v_soll und M_soll derart, daß diese Differenz sofort wieder zu Null wird.

Somit kann die in /2/ erforderliche Minimalwertstufe 20 entfallen. Diese ist nur deshalb notwendig, weil das Ausgangssignal M_soll des Drehzahlreglers 7 aufgrund der in /2/ vorgeschlagenen ausschließlichen Beeinflussung der Ausgangsgröße v_soll des Integrators 5 in Abhängigkeit von der Differenz M_soll-M_soll* größer werden kann als die Steuergröße M_soll*. Insbesondere bei guten Kraftschlußverhältnissen und/oder entsprechend kleiner Zugkraftsollwertvorgabe F_soll des Fahrzeugführers wird der vom Drehzahlregler 7 vorgegebene Drehmomentsollwert M_soll dauerhaft die Steuer größe M_soll* überschreiten. Nach Verfahren und Anordnung /2/ besitzt dadurch der Drehmomentsollwert M_soll einen zu großen Wert, der bei plötzlichen Kraftschluß einbrüchen vom Drehzahlregler 7 nicht beliebig schnell reduziert werden kann. Deshalb läßt sich mit Verfahren /2/ in diesem Betriebsfall ein transientes Schleudern nicht verhindern.

Durch die hier erfindungsgemäß vorgeschlagene direkte Beeinflussung des Drehmomentsollwerts M_soll ist sichergestellt, daß bei plötzlichen Kraftschluß einbrüchen der Drehmomentsollwert M_soll auch dann unverzüglich auf einen entsprechend kleinen Wert reduziert wird, wenn der bis dahin anstehende Ausgangs wert M_soll den bisherigen maximal möglichen Kraftschluß nicht ausgenutzt hat. Es wird dann nämlich ohne Verzögerung die Suchlogik 4 aktiv.

Durch die hier neu eingeführten Signale v_a und M_a (s. Fig. 1) sind der Geschwindigkeitssollwert v_soll und der Drehmomentsollwert M_soll so zu bestimmen, daß die Radschlupfregelung bei plötzlichen Kraftschlußeinbrüchen sofort den Drehmomentsollwert M_soll reduziert, den Begrenzerbetrieb verläßt und das neue Kraftschlußmaximum mit Hilfe der Suchlogik sucht. Die Bestimmung des Geschwindigkeitssollwerts v_soll und des Drehmomentsollwerts M_soll ist von der gewählten Reglerstruktur abhängig. Bei Verwendung eines P-Reglers kann gebildet werden:

oder:

M_soll = M_b (13)

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_r = Reduktionsfaktor
K_red = Reduktionswert
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers

Bei Verwendung eines PI-Reglers kann gebildet werden (1. Möglichkeit):

V_soll-v_sollalt-K_red (14)

oder:

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_red = Reduktionswert
v_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers
M_P = P-Anteil des Drehzahlreglers
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

oder (2. Möglichkeit):

v_soll-v_sollalt für n_soll ≧ n_ist (19)
v_soll-v_soll + K_v für n_soll < n_ist (20)
M_I = M_b (21)
M_soll = M_I (22)

mit:
K_v = Vergrößerungswert
v_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

Nach dem Setzen des Integrators auf den neuen Geschwindigkeitssollwert v_soll und der Neuberechnung des Drehmomentsollwerts M_soll ist es vorteilhaft, das binäre Aus gangssignal der Suchlogik auf "Beschleunigungserhöhung" zu schalten. Damit ist sichergestellt, daß die Radschlupfregelung auch im Begrenzerbetrieb ständig versucht, den Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie nach rechts - also in Richtung auf das Kraftschlußmaximum - zu bewegen.

Da sich die Fahrzeugbeschleunigung selbstverständlich auch im Begrenzerbetrieb ändern kann, muß in dieser Betriebsart ebenfalls eine Beschleunigungsadaption stattfinden. Die Radschlupfregelung befindet sich - wie beschrieben - im Begrenzer betrieb ständig im Zustand "Beschleunigungserhöhung". Eine Umschaltung zwischen den Zuständen "Beschleunigungsreduktion" und "Beschleunigungserhöhung" findet also nicht statt. Deshalb kann die erste vorgeschlagene Methode der Beschleunigungs adaption (Gleichung (4)) nur im Such-, nicht aber im Begrenzerbetrieb angewendet werden. Aus ähnlichen Gründen läßt sich auch die in /1/ (Anspruch 6) vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung (Gleichung (5)) nicht im Begrenzerbetrieb anwenden. Die in /1/ (Anspruch 7) vorgeschlagene Methode ist mit folgendem Problem verbunden: Zum einen darf der Zeitraum, innerhalb dessen n_ist gemittelt wird, nicht zu klein sein, damit kurzzeitige Änderungen der Drehzahlen n_ist (z. B. durch einen Kraftschlußverfall) nicht als Änderungen der Fahrzeug beschleunigung mißdeutet werden. Zum anderen darf sich innerhalb des Mittelungs zeitraums die Fahrzeugbeschleunigung nicht so stark ändern, daß Ungleichung (1) nicht mehr erfüllt ist.

Die in Abschnitt 2.3 vorgeschlagene Möglichkeit, die Fahrzeugbeschleunigung mit einem Beschleunigungsaufnehmer zu messen, ist auch im Begrenzerbetrieb anwendbar. Für den Begrenzerbetrieb wird außerdem folgende neue Methode vorgeschlagen:

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem der vom Drehzahlregler 7 vorgegebene Drehmoment sollwert M_soll größer wird als die Steuergröße M_b, wird der Zählerstand z eines Zählers in der Begrenzerlogik 30 um den Wert 1 erhöht. Hat der Zählerstand den vorgegeben Wert z_max erreicht, berechnet die Beschleunigungsadaptionsstufe 2 einen Wert für die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung bad. Hierdurch ausgelöst wird der Zählerstand auf Null zurückgesetzt. Der Wert der adaptierten Fahrzeug beschleunigung b_ad kann analog zur ersten vorgeschlagenen Möglichkeit der Beschleunigungsadaption aus der Differenz zweier Drehzahlen, bezogen auf den zeitlichen Abstand ihrer Messung, bestimmt werden:

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung

Zu den Zeitpunkten t_a und t_b hat der Zählerstand jeweils den Wert z_max erreicht. Der Wert z_max ist so vorzugeben, daß sich während der Zeit t_b-t_a die Fahrzeug beschleunigung nicht so stark ändern kann, daß Ungleichung (1) nicht mehr erfüllt ist. Der Zähler stellt sicher, daß bei einem plötzlichen Kraftschlußeinbruch oder bei einer Erhöhung des Zugkraftsollwerts über die übertragbare Zugkraft hinaus keine Beschleunigungsadaption stattfinden kann. Denn in diesen Fällen wird M_soll sofort kleiner als M_b, so daß der Zählerstand nicht weiter erhöht wird. Dies ist der wesentliche Vorteil eines Zählers gegenüber Methoden der Mittelwertbildung oder Glättung.

2.6 Schweranfahrtlogik

Die Kraftschlußausnutzung entscheidet, ob die Anfahrt eines schweren Zuges in der Rampe auf nasser Schiene gelingt oder nicht. Insbesondere bei niedrigen Geschwindig keiten und sehr kleiner Fahrzeugbeschleunigung besteht die Gefahr, daß der Arbeits punkt auf der Kraftschlußkennlinie durch eine zu große Radumfangsbeschleunigung zu weit nach rechts (Δv < Δv_opt) wandert und Reibschwingungen aufklingen. Außerdem ist bei einer Schweranfahrt zu beachten, daß sich der Zug zunächst nicht oder nur sehr langsam in Bewegung setzen wird, d. h. die Radaufstandspunkte werden sich nicht oder nur sehr langsam in Fahrtrichtung bewegen. Es sind deshalb unter allen Umständen zu hohe Radumfangsgeschwindigkeiten zu vermeiden, denn sie führen aufgrund der entstehenden sehr großen Reibungswärme im Radaufstandspunkt zu Beschädigungen am Schienenkopf. Um auch schwere Züge mit höchster Kraftschluß ausnutzung und unter Vermeidung unnötig hoher Radumfangsgeschwindigkeiten anfahren zu können, wird vorgeschlagen, die Radschlupfregelung um die Schwer anfahrtlogik 37 zu erweitern:

Die Schweranfahrtlogik muß zunächst in der Lage sein, selbständig zu erkennen, wann eine Schweranfahrt vorliegt. Hierfür soll folgendes Kriterium gelten: Ist bei einem Wechsel von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" die Drehzahl n_ist kleiner als eine vorgegebene Drehzahlschwelle, so liegt eine Schweran fahrt vor.

Hat die Schweranfahrtlogik erkannt, daß eine Schweranfahrt vorliegt, so gibt sie über den Integrator 5 einen sehr kleinen Geschwindigkeitssollwert v_soll vor, aus dem die Führungsgröße des Drehzahlregelkreises gebildet wird. Dieser Geschwindigkeits sollwert v_soll wird solange konstant vorgegeben, bis der Zug beschleunigt. So wird mit Hilfe des Drehzahlregelkreises auch bei sehr schlechten Kraftschlußverhältnissen sichergestellt, daß der Radsatz bzw. das Rad nicht schleudert, denn die Drehzahl wird nicht über das Kraftschlußmaximum hinaus erhöht. Außerdem wird durch das gleichmäßige, langsame Drehen der Räder der Kraftschlußbeiwert erhöht:
Laubbeschmutzte, nasse oder feuchte Schienen werden durch die entstehende geringe Reibungswärme gesäubert und getrocknet. Eine Beschädigung des Schienenkopfes ist jedoch wegen der kleinen, geregelten Radumfangsgeschwindigkeit ausgeschlossen.

Sobald der Zug beschleunigt, muß die Radumfangsgeschwindigkeit erhöht werden, damit der verfügbare Kraftschluß weiterhin vollständig genutzt wird. Deshalb muß die Schweranfahrtlogik erkennen, wann sich der Zug in Bewegung setzt, also beschleunigt.

Die hierzu vorgeschlagene Methode beruht auf folgendem physikalischen Zusammenhang: Zur Regelung der Radsätze auf konstante Drehzahl gibt der Drehzahlregler einen Drehmomentsollwert M_soll vor, der im Mittel der übertragbaren Zugkraft entspricht. Durch den Reinigungseffekt der langsam drehenden Räder wird die übertragbare Zugkraft und damit auch der Drehmomentsollwert M_soll ansteigen. Ist die übertragbare Zugkraft so groß, daß sich der Zug in Bewegung setzt, also beschleunigt, wandert der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie nach links. Dadurch verkleinert der Drehzahlregler den Drehmomentsollwert M_soll. Wird nun der Drehmomentsollwert M_soll so stark geglättet, daß M_soll nur bei einer Beschleunigung des Zuges und nicht bei kurzen Drehzahlerhöhungen aufgrund von Kraftschluß schwankungen oder Änderungen der Radaufstandskräfte durch Drehgestellbewegungen verkleinert wird, so kann die in /1/ beschriebene Anordnung, bestehend aus Maximal wertspeicher 10, Subtrahierer 12 und Suchlogik 4, dazu verwendet werden, zu erkennen, wann sich der Zug in Bewegung gesetzt hat.

Sobald diese Anordnung das Beschleunigen des Zuges aufgrund der Verkleinerung von M_soll erkannt hat, schaltet die Suchlogik auf "Beschleunigungserhöhung", um den Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie (Fig. 2) nach rechts zu verschieben. Anschließend arbeitet die Radschlupfregelung nach den in Abschnitten 2.2 und 2.3 beschriebenen Verfahren. Ein sinnvoller, von der Schweranfahrtlogik einzustellender Geschwindigkeitssollwert v_soll kann sowohl ein kleiner, fest vorgegebener Wert, als auch ein aus der Drehzahl n_ist vor dem Erkennen der Schweranfahrt gewonnener Wert sein.

Zur Regelung auf einen konstanten Geschwindigkeitssollwert v_soll wird vorgeschlagen, den Integrator 5 auf den gewünschten Geschwindigkeitssollwert v_soll zu setzen und den Beschleunigungssollwert b_soll = b₂ = 0 vorzugeben. Es kann auch b₂ ≈ 0 gewählt werden. Kleine positive Werte b₂ führen dazu, daß die Radsatzdrehzahl langsam er höht wird, was sinnvoll sein kann, wenn die zu befördernden Züge nicht zu schwer sind und sich deshalb in kurzer Zeit in Bewegung setzen werden. Sobald die Schwer anfahrtlogik erkannt hat, daß sich der Zug bewegt, setzt sie ihr Ausgangssignal auf Null. Die Beschleunigungslogik 31 gibt hierauf den Beschleunigungssollwert b_soll = b₁ aus, so daß der bereits beschriebene Suchbetrieb beginnt.

2.7 Bremsbetrieb

Für das Bremsen gelten ähnliche physikalische Gesetzmäßigkeiten wie für das Fahren: Die Kraftübertragung im Radaufstandspunkt läßt sich durch eine ähnliche Kraft schlußkennlinie wie beim Fahren beschreiben. Die Radschlupfregelung ist daher nach entsprechenden Modifikationen für Fahren und Bremsen gleichermaßen geeignet.

Liegt der Steuerbefehl "Fahren" vor, so wird der vom Fahrzeugführer vorgegebene Zugkraftsollwert F_soll, wie bereits in Abschnitt 2.5 beschrieben, in die Steuergröße M_b umgerechnet:

Diese Umrechnung erfolgt beim Bremsbefehl analog wie beim Fahrbefehl, allerdings erhält die aus dem Bremskraftsollwert B_soll gewonnene Steuergröße M_b ein negatives Vorzeichen:

Beim Bremsen muß das negative Kraftschlußmaximum erkannt werden. Dazu ist der Maximalwertspeicher durch einen Minimalwertspeicher zu ersetzen. Dieser speichert nicht mehr den größten positiven Drehmomentsollwert M_soll, sondern den dem Betrag nach größten Drehmomentsollwert M_soll, der seit dem letzten Rücksetzen aufgetreten ist. Das Umschalten der Suchlogik in den komplementären Zustand wird wie bisher durch den Vergleich von M_soll und M_max am Subtrahierer 12 ausgelöst.

Die Auswahl zwischen Maximalwertspeicher und Minimalwertspeicher erfolgt gesteuert: Bei anstehendem Fahrbefehl wird der Maximalwertspeicher, bei anstehendem Bremsbefehl der Minimalwertspeicher verwendet. Die Speicher werden im Extremwertspeicher 10 zusammengefaßt.

Weiterhin sind die Vorzeichen der von der Beschleunigungslogik 31 auszuwählenden Beschleunigungshübe Δb₀ und Δb₁ zu vertauschen. Es wird also der Beschleunigungs sollwert b₀ als Summe der adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad und eines Beschleunigungshubs Δb₀ vorgegeben. Analog wird der Beschleunigungssollwert b₁ aus der um den Beschleunigungshub Δb₁ verminderten adaptierten Fahrzeug beschleunigung b_ad gebildet:

b₀ = b_ad +Δb₀ (26)

b₁ = b_ad-Δb₁ (27)

2.8 Beispiel

Fig. 3 zeigt für eine Anfahrt einer leerfahrenden Lok mit 84 t Gesamtfahrmasse die Zeitverläufe charakteristischer Größen als Ergebnis einer Simulationsrechnung. Im einzelnen sind aufgetragen:
F_soll vom Fahrzeugführer eingestellter Zugkraftsollwert
F_max maximal übertragbare Zugkraft
F übertragene Zugkraft
M_b Steuergröße (entsteht F_soll nach Rückbegrenzung und Berücksichtigung der Leistungsgrenzen der Antriebsanlage)
M_soll Drehmoment sollwert für Drehmomentregler
b_soll Beschleunigungssollwert
b_ad adaptierte Fahrzeugbeschleunigung
b_z Fahrzeugbeschleunigung
n_soll Drehzahlsollwert für Drehzahlregler
n_ist Drehzahl des Treibradsatzes
v_u Radumfangsgeschwindigkeit
v_z Fahrzeuggeschwindigkeit

Das Beispiel der leerfahrenden Lok wurde deshalb gewählt, weil so in einem weiten Geschwindigkeitsbereich vom Stillstand bis etwa 100 km/h die wichtigsten Betriebs zustände der Radschlupfregelung und die zugehörigen Regelvorgänge mit ausreichen der zeitlicher Auflösung dargestellt werden können. Die Beschleunigung eines schweren Zuges auf die gleiche Geschwindigkeit dauert dagegen sehr viel länger, so daß der dann erforderliche Zeitmaßstab die Regelvorgänge weniger gut erkennen ließe.

Im Achsenkreuz 1 sind die Summenzugkräfte für die vierachsige Lok angegeben. Die im Radaufstandspunkt übertragbare Höchstzugkraft der gesamten Lok beträgt F_max = 190 kN. Dies entspricht einem angenommenen maximalen Kraftschluß beiwert f_max = 0,23. Trotz des ab t = 0 am Führertisch vorgegebenen konstanten Zugkraftsollwerts F_soll = 340 kN steigt die tatsächlich ausgeübte Zugkraft F rampen förmig an. Dies ist die Wirkung des üblicherweise auf Fahrzeugen vorgesehenen, hier in der Begrenzungsstufe 1 enthaltenen Ruckbegrenzers.

Dieser sorgt dafür, daß das an die Begrenzerlogik 30 geführte Steuersignal M_b rampenförmig ansteigt (Achsenkreuz 2; Drehmomentmaßstab für einen Radsatz). Die Steuergrößen v_a und M_a stellen sicher, daß der Drehmomentsollwert M_soll für den Drehmomentregler dem Steuersignal M_b exakt folgt. Die Fahrzeugbeschleunigung b_z steigt proportional zur Zugkraft F und den Drehmomentsignalen M_b und M_soll linear an (Achsenkreuz 3). Die in der Beschleunigungsadaptionsstufe 2 gebildete adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad folgt der Fahrzeugbeschleunigung b_z in äquidistanten Schritten. Wie vorgesehen, liegt der Beschleunigungssollwert b_sollk jeweils um den Beschleunigungshub Δb₁ größer als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad.

Der im Achsenkreuz 4 dargestellte Drehzahlsollwert n_soll und die Radsatzdrehzahl erhöhen sich entsprechend der linear anwachsenden Beschleunigung parabelförmig und sind nicht erkennbar verschieden. Gleiches gilt für die Radumfangsgeschwindigkeiten v und die Fahrzeuggeschwindigkeit v_z bis zum Zeitpunkt t = 8,7 s (Achsenkreuz 5).

In diesem Augenblick erreicht die vom Fahrmotor entwickelte Zugkraft F erstmalig die Kraftschlußgrenze F_max (Achsenkreuz 1). Dadurch löst sich der an die Drehmomentregelung weitergegebene Drehmoment sollwert M_soll selbsttätig vom Steuersignal M_b (Achsenkreuz 2). Die Radschlupfregelung wechselt jetzt vom Begrenzerbetrieb in den Suchbetrieb. Das erste Suchspiel wird ausgelöst durch eine signifikante Rücknahme der Sollbeschleunigung b_sollk (Achsenkreuz 3). Die weiteren Suchspiele zeichnen sich deutlich im folgenden Verlauf der Sollbeschleunigung mit Zusatz- Beschleunigungsanteil ab. Im Suchbetrieb folgt die adaptierte Fahrzeug beschleunigung b_ad der Fahrzeugbeschleunigung b_z mit kleiner Differenz.

Die Drehzahlen n_soll und n_ist weisen bei nicht erkennbarer Differenz untereinander den für den Suchbetrieb typischen sägezahnförmigen Verlauf auf (Achsenkreuz 4). Das jeweils kurzzeitige, dem Betrag nach geringfügige Überfahren des Kraftschluß maximums ist an der Differenz Δv = v_u-v_z erkennbar (Achsenkreuz 5).

Die bei t ≈ NN 10,9 s und t ≈ NN 14,2 s im Verlauf des Ausgangssignals M_b der Begrenzungs stufen sichtbaren Änderungen sind Folge der bei Erreichen der zugehörigen Geschwindigkeiten sich ändernden Begrenzungslinien des F-v- Diagramms der Antriebsanlage (Achsenkreuz 2). Erst bei t ≈ NN 16,3 s fällt die von der Antriebsanlage entwickelbare Zugkraft F unter den im Radaufstandspunkt übertragbaren Wert F_max mit der Folge der anschließenden Übereinstimmung von M_b und M_soll in dieser neuen Phase des Begrenzerbetriebs.

Die aus Achsenkreuz 3 ablesbaren Beschleunigungen b_soll b_ad und b_z entsprechen den Zeitverläufen im Begrenzerbetrieb unmittelbar nach der Anfahrt. Allerdings verläuft jetzt die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad stets geringfügig über der Fahrzeug beschleunigung b_z. Wegen des im Begrenzerbetrieb ausnahmslos im ansteigenden Ast der Kraftschlußkennlinie liegenden Arbeitspunkts verschwindet die Varianz der Rad satzdrehzahl n_ist und ebenso die Differenzgeschwindigkeit Δv = v_u-v_z bis auf einen nicht mehr erkennbaren Restbetrag.

2.9 Literatur

/1/ DE 39 29 497 C2, /2/ DE 40 20 350 C2,
/3/ DE 30 11 541 C2, /4/ DE 27 07 047 B2,
/5/ DE 34 07 309 A1, /6/ EP 02 18 839 A2,
/7/ EP 01 89 165 A2,
/8/ Bauer, Hans- Peter; Pfeiffer, Rudolf; Hahn, Karl:
Optimale Kraftschlußausnutzung durch selbst adaptierende Radschlupfregelung am Beispiel eines Drehstrom- Lokomotivantriebes. Elektrische Bahnen 84 (1986) H. 2, S. 43-57
/9/ Hahn, Karl:
Simulation einer selbst adaptierenden Radschlupfregelung für elektrische Triebfahrzeuge Elektrische Bahnen 87 (1989) H.2, S. 52-61,
/10/ Körber, Joachim; Pfeiffer, Rudolf; Schlosser, Wolfgang:
Die Weiterentwicklung der Leistungs- und Steuerungselektronik gemäß den Anforderungen des modernen Schienenverkehrs. ZEV - Glas. Ann. 114 (1990) Nr.11/12, S. 503-511

Bezugszeichenliste

zu

Fig.

1:

1

Begrenzungsstufe

2

Beschleunigungsadaptionsstufe

4

Suchlogik

5

Integrator

6

Multiplizierer

7

Drehzahlregler

8

Drehmomentregler + Umrichter + Fahrmotor

9

Antriebsstrang + Radaufstandspunkt

10

Extremwertspeicher

11

Subtrahierer

12

Subtrahierer

30

Begrenzungslogik

31

Beschleunigungslogik

32

Addierer

33

Addierer

34

Zusatzbeschleunigungslogik

35

Addierer

36

Differenzierer

37

Schweranfahrtlogik

38

Differenzierer

Claims

1. Verfahren zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit dreh momentgeregeltem Antrieb und vorzugsweise elektrischen Fahrmotoren unter Verwendung einer Beschleunigungssollwerte integrierenden Einrichtung und Bil dung eines Drehzahlsollwerts (bzw. Geschwindigkeitssollwerts), der in Differenz zur Drehzahl des Fahrmotors, Radsatzes oder Rades den Antrieb für eine Anpas sung der Radumfangsbeschleunigung bzw. -verzögerung beeinflußt,

- bei dem einer Drehmomentregelung eine Drehzahlregelung überlagert ist, die eine Differenz eines durch Integration gewonnenen Drehzahl sollwerts n_soll mit der Drehzahl n_ist des Fahrmotors, des Radsatzes oder des Rades als Kriterium für die auf die Schiene oder Fahrbahn übertragene Zugkraft F_z wertet und daraus einen Drehmoment soll wert M_soll für den Drehmomentregler 8 ermittelt;
- bei dem der Drehzahlsollwert n_soll über einen dem Integrator 5 zuge führten Beschleunigungssollwert b_soll beeinflußbar ist;
- wobei ein Abfall des Drehmomentsollwerts M_soll nach anfänglicher Steigerung als Über- oder Unterschreitung einer jeweils optimalen, dem Kraftschlußmaximum zugeordneten Differenzgeschwindig keit Δv_opt im Radaufstandspunkt gewertet und in eine Umschaltung des Beschleunigungssollwerts b_soll zwischen zwei Zuständen "Beschleu nigungserhöhung" (b₁) oder "Beschleunigungsreduktion" (b₀) umge setzt werden kann;
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Beschleunigungssollwert b_soll als Summe einer unmittelbar ge messenen oder aus der Fahrmotor-, Radsatz- oder Raddrehzahl n_ist adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad und einem veränderbaren Be schleunigungshub Δb unabhängig vom Verhältnis Zugkraftsoll wert F_soll zur Zugmasse (-last) m bestimmt wird;
- die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über eine Begrenzungsstufe 1 gebildete und vom Zugkraftsollwert F_soll abgeleitete Drehmoment steuergröße M_b dann zu einer Neuberechnung des Geschwindigkeits sollwerts v_soll und des Drehmomentsollwerts M_soll führt, wenn dieser gleich oder größer wird als die Drehmomentsteuergröße M_b;
- vor und nach der Umschaltung zwischen den Zuständen "Beschleuni gungserhöhung" und "Beschleunigungsreduktion" eine Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung b_ist erfolgt, deren Ergebnis ein erneu tes Umschalten verhindern, auslösen oder zu einer Beeinflussung des Beschleunigungshubs Δb führen kann;
- beim Bremsen ein Extremwertspeicher 10 als Minimalwertspeicher arbeitet, der im Fahrbetrieb als Maximalwertspeicher arbeitet;
- der vom Fahrzeugführer vorgegebene Bremskraftsollwert als negativer Zugkraftsollwert F_soll und der Beschleunigungshub Δb mit negativem Vorzeichen gewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungs sollwert b_soll in Abhängigkeit eines binären Ausgangssignals einer Suchlogik 4 oder einer Begrenzungslogik 30, der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung b_z oder adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad und eines Beschleunigungshubs Δb₁ oder Δb₀ gebildet wird:
b₁ = b_z + Δb₁ ("Beschleunigungserhöhung")
b₀ = b_z -Δb₀ ("Beschleunigungsreduktion")
oder:
b₁ = b_ad + Δb₁ ("Beschleunigungserhöhung")
b₀ = b_ad -Δb₀ ("Beschleunigungsreduktion")

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umschaltzeit punkten (t₁, t₂) des binären Ausgangssignals der Suchlogik 4 gemessenen Dreh zahlistwerte n_ist(t₁) bzw. n_ist(t₂) gespeichert und eine adaptierte Fahrzeug beschleunigung b_ad aus der Differenz dieser Drehzahlen, bezogen auf den zeit lichen Abstand der Messungen, berechnet wird:

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zählerstand z immer dann um 1 erhöht wird, wenn der Drehmomentsollwert M_soll gleich oder größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungs stufe 1 gebildete Steuergröße M_b, und daß eine Adaption der Fahrzeugbeschleu nigung veranlaßt wird, sobald der Zählerstand z den vorgegebenen Wert z_max erreicht hat, und sodann der Zählerstand auf Null zurückgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" erst dann ausge führt wird, wenn für eine vorgegebene Zeit die Radumfangsbeschleunigung b_ist kleiner ist als die gemessene oder adaptierte Fahrzeugbeschleunigung abzüglich einer Sicherheitsschwelle Δb_s:
b_ist < b_z-Δb_s
oder:

b_ist < b_ad-Δb

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" die Radumfangsbe schleunigung b_ist abgespeichert (b_sp = b_ist) und nach der Umschaltung die Rad umfangsbeschleunigung mit dem abgespeicherten Wert b verglichen wird, wobei das Ergebnis des Vergleichs zur Veränderung des Beschleunigungssoll werts b_soll verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungs sollwert b₀ verkleinert wird, wenn sich die Radumfangsbeschleunigung b_ist nicht in nerhalb einer vorgebbaren Zeit nach dem Umschalten von "Beschleunigungser höhung" kauf "Beschleunigungsreduktion" um einen bestimmten Wert verkleinert hat.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung zwi schen Beschleunigungsollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist zur Ver änderung des Beschleunigungsollwerts b_soll verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bei zu großen Ab weichungen zwischen Beschleunigungssollwert b_soll und Radumfangsbeschleuni gung b_ist veränderte Beschleunigungssollwert b_sollk nach der folgenden Formel bestimmt wird:
b_sollk = b_soll + K_F1.(b_ist-b_soll)^y ("Beschleunigungserhöhung")
mit: y = Exponent
K_F1 = Konstante
b_sollk = b_soll-K_F2.(b_ist-b_soll)^y ("Beschleunigungsreduktion")
mit: y = Exponent
K_F2 = Konstante

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der vom Dreh zahlregler 7 berechnete Drehmomentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahr zeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuer größe M_b, der Ausgangswert des Integrators 5 und die Größen des Drehzahlreg lers 7 auf neu ermittelte Werte gesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Dreh momentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert v_soll des Integrators 5 und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers bei Verwendung eines P-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden:
oder:
M_soll = M_b
mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_r = Reduktionsfaktor
K_red = Reduktionswert
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Dreh momentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert v_soll des Integrators 5 und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers 7 bei Verwendung eines PI-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden:
v_soll = V_sollalt-K_red
oder:
M_I = M_b-M_P
M_soll = M_P + M_I
mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_red = Reduktionswert
v_sollalt = vorheriger Geschwindigkeitssollwert
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers
M_P = P-Anteil des Drehzahlreglers
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Dreh momentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert v_soll des Integrators 5 und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers 7 bei Verwendung eines PI-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden:
v_soll = v_sollalt für n_soll ≧ n_ist
v_soll = v_soll + K_v für n_soll < n_ist
M_I = M_b
M_soll = M_I
mit:
K_v = Vergrößerungswert
V_sollalt = vorheriger Geschwindigkeitssollwert
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anfahrt eines sehr schweren Zuges eine Schweranfahrtlogik 37 beim oder nach dem Umschalten von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" überprüft, ob die Drehzahl n_ist kleiner als eine vorgebbare Drehzahlschwelle n_sa ist, und bei erfüll ter Bedingung den Drehzahlsollwert des Integrators 5 auf einen konstanten (b_soll = 0) oder näherungsweise konstanten (b_soll ≈ 0) Wert setzt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweran fahrtlogik 37 den Geschwindigkeitssollwert v_soll solange auf einen konstanten oder näherungsweise konstanten Wert setzt, bis der Zug beschleunigt und damit anfährt, und erst dann die "Beschleunigungserhöhung" (b_soll = b₁) vorgibt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Verkleinerung des sehr stark geglätteten Drehmomentsollwerts M_soll mit dem Extremwertspeicher 10 und der Suchlogik 4 erkannt wird, wann sich der Zug in Bewegung setzt.

17. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen Inte grator 5 enthält, dessen Ausgangsgröße v_soll über einen den Raddurchmesser D und die Getriebeübersetzung ü berücksichtigenden Multiplizierer 6 einem Sub trahierer 11 zugeführt wird, in dem ein Vergleich des Drehzahlsollwerts n_soll mit dem Drehzahlistwert n_ist erfolgt, und dessen Drehzahldifferenz an einen Dreh zahlregler 7 gelegt ist, der einen Drehmomentregler 8 steuert, wobei der Dreh momentsollwert M_soll gleichzeitig dem eine Suchlogik 4 steuernden Extremwert speicher 10 und einem Subtrahierer 12 zugeführt wird, und die als kennzeich nende Merkmale enthält:

- eine Beschleunigungslogik 31 und eine Beschleunigungsadaptions stufe 2, deren Ausgangswerte Δb und b_ad in einem Addierer 32 summiert und dem Integrator 5 zugeführt werden;
- eine Begrenzungslogik 30, in der das vom Fahrzeugführer vorgegebene und über eine Begrenzungsstufe 1 geführte Signal M_b mit dem Aus gangssignal M_soll des Drehzahlreglers verglichen und die Ausgangs signale v_a und M_a gebildet werden, die dem Integrator 5 bzw. dem Drehzahlregler 7 zugeführt werden;
- einen Differenzierer 38 zur Bestimmung der momentanen Radum fangsbeschleunigung b_ist die der Beschleunigungslogik 31 zugeführt wird.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator 5 über den Addierer 33 die Summe des Beschleunigungssollwerts b_soll und einem von einer Zusatzbeschleunigungslogik 34 gebildeten Beschleunigungswert zuge führt wird, wobei die Zusatzbeschleunigungslogik 34 ihr Eingangssignal über einen Subtrahierer 35 erhält als Differenz zwischen Beschleunigungssollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist, die über den Differenzierer 36 aus dem Drehzahlist wert n_ist gebildet wird.

19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Begren zungslogik 30 über Steuergrößen die Beschleunigungsadaptionsstufe 2, den Extremwertspeicher 10 und die Beschleunigungslogik 31 beeinflußt.

20. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlistwert n_ist einer Schweranfahrtlogik 37 zugeführt wird, die über eine Steuergröße die Ausgangsgröße v_soll des Integrators 5 auf einen konstanten oder näherungsweise konstanten Wert setzen kann.