DE3150953C2 - Anordnung zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens der Räder von laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung des Schleuderns der Räder von laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen, bei der den Raddrehzahlen aller Achsen zugeordnete Proportionalspannungen mit einer von einem Integrator als Pseudolaufachse abgegebene Referenzdrehzahl bzw. -spannung verglichen und die in Drehzahlvergleichern auftretenden Differenzen zur Reduzierung der Antriebs- bzw. Bremskräfte an den betreffenden Achsen ausgewertet werden, wobei zur Beeinflussung der Integrationsgeschwindigkeit dem Integrator Steuergrößen entsprechend der das Triebfahrzeug beschleunigenden Soll-Zug-Kräfte sowie die eines Komparators zugeführt werden, der jeweils die Differenz aus der Referenzspannung und einer Auswahl aller, den Raddrehzahlen entsprechenden Proportionalspannungen bildet. Um die Fehler mit festgelegten Integrationsgeschwindigkeiten zu vermeiden und die Integrationsgeschwindigkeit laufend an die tatsächliche Beschleunigung anpassen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Steuergröße Soll-Zugkraft (Z ↓s ↓o ↓l ↓l) dem Integrator mit einem Reduktionsfaktor ≦ 1 multipliziert zugeführt wird, der abhängig ist vom ständigen Vergleich des Beschleunigungsistwertes mit dem Zugkraftistwert oder entsprechenden Proportionalgrößen. Dabei wird die Steuergröße der Sollzugkraft (Z ↓s ↓o ↓l ↓l) mittels eines multiplizierenden D/A-Wandlers (30) modifizert, dem ein dem Zählerstand eines Zählers (31) entsprechender Reduktionsfaktor zugeführt wird, wobei Zählbetrieb

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens der Räder von laufarhsenlosen Schienentriebfahrzeugen, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Eine derartige Anordnung ist z. B. aus der DE-OS 11 541 bekannt.

Im Interesse der Feinfühligkeit der Anordnung sollte die Integrationsgeschwindigkeit des als Pseudolaufachse wirkenden hochlaufenden Integrators immer möglichst dicht über der mit einer eingestellten Zugkraft (Ζ,,,ιι) erreichbaren, d. h. möglichen Fahrzeugbeschleunigung liegen. Ist die Fahrzeug- bzw. Rad- oder Achsbeschleunigung dagegen höher als normal, wird auf Schleudern erkannt.

Wird die Integrationsgeschwindigkeit zu niedrig einwirkt schon normale Beschleunigung wie Schleudern und löst unerwünschte Gegenreakttonen aus.

Besonders bei iGkomotivbespannten Güterzügen mit ihren stark unterschiedlichen Anhängelasten, d. h. mit ganzem, halben oder auch ohne Wagenzug und den erheblichen Unterschieden in der Beladung ergeben sich bereits auf ebener Strecke bei gleicher eingestellter Zugkraft (Ζν,ιι) große Differenzen in der erzielbaren Beschleunigung. Die Topogiaphie der Strecke kommt

ίο noch hinzu.

Der Bereich der erzielbaren Beschleunigung ist hier sehr weit und liegt etwa zwischen a = 3 m/s² (für die Anfahrt einer wagenlosen Lokomotive) bis zu nur 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 Integrationsgeschwindigktit des als Pseudolaufachse fungierenden Integrators auf einen oberen Beschleunigungsgrenzwert von etwas über 3 m/ s² einstellen. Aus einem derartig großen Bereich von 0,! bis 3 m/s^ ergeben sich ohne besondere zusätzliche Eingriffe nur ungenaue und grobe Möglichkeiten für eine Erfassung von Schleudervorgängen. Es wird hier vorausgesetzt, daß alle Achsen schleudern.

Bei der bekannten Anordnung werden die aufgezeigten Schwierigkeiten durch besondere Auswertungsfinessen gemindert. So werden die einzelnen Differenzdrehzahlen der Räder um ihre Differentialquotienten vermehrt und eine Auswertung erfolgt über Unempfindlichkeitsschwellen. Zusätzlich findet eine spezielle Einrichtung zur Allachsschlupferfassung Verwendung. Diese Einrichtung arbeitet als Beschleunigungsbegrenzung und 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 bleiben.

Dadurch ist es möglich, den integrator mit einer Beschleunigung laufen zu lassen, die noch im Betriebsbereich von z. B. 1,5 m/s³ bei vollem Zugkraftsollwert liegt. Der erwähnte große Beschleunigungsbereich von 0,1 bis 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 e< die Integrationsgeschwindigkeit des Integrators zu verbessern, d. h. laufend an die tatsächliche Beschleunigung des Fahrzeuges anzupassen. Damit soll auch für vollbeladene. also nur an der unteren Grenze beschleunigbare Güterzüge ein Schleudern erkannt und vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des neuen Anspruches 1 gelöst. Der Reduktionsfaktor stellt dabei quasi ein Maß für die Anhängelast der Lokomotive dar, die sich normaler, direkter Messung entzieht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Es ist zwar bereits bekannt, zur Zuladungs- und Gewichtsbestimmung Integratoren einzusetzen, wobei zur

b5 Beeinflussung der Integratorausgänge Multiplikatoren vorgesehen werden, an deren Eingangsklemmen χ jeweils eine Spannung als Multiplikationsfaktor zugeführt wird. Damit soll dann die Zuladung eines Triebfahrzeu-

ges zum Eigengewicht abgebildet und erfaßt werden. Die Signalgewinnung geschieht beispielsweise über den Weg der Federung des Wagens (DE-AS 27 07 047).

Auch allgemein bekannt ist das Prinzip einer Bremssollwertreduzierung mittels eines Multiplizierers und eines Faktors < 1 (DE-OS 24 47 577). Solche Schaltungen finden sich an den Ausgängen bekannter Schleuder- und Gleitschutzschaltungen und stehen ebenfalls nicht im Zusammenhang mit der Erfindung.

Erst durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe und das aufgezeigte Problem in befriedigender Weise gelöst.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Dazu wird auf die Zeichnungsiiguren verwiesen. Es zeigt

F i g. 1 einen bekannten Gleit- und Schleuderschutz, ausgestattet, mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.2 die erfindungsgemäße Anordnung im einzelnen in Blockbilddarstellung.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Glei'- und Schleuderschutz für ein mit vier elektromotorisch angetriebenen Achsen ausgerüstetes, im übrigen laufachsenloses Triebfahrzeug. Die eigentliche Erfindung bezieht sich speziell auf das strichpunktiert umrahmte Kästchen X, dessen Schaltungsinhalt in F i g. 2 noch genauer beschrieben wird. Zum besseren Verständnis sei jedoch vorab die Funktion des bekannten Gleit- und Schleuderschutzes kurz umrissen.

Die an den Drehzahleingängen η 1 — π 4 anstehenden drehzahlproportionalen Wechselspannungen, z. B. von Tachometermaschinen, werden über Gleichrichter la— id und Glättungsmitte! 2a—2d sowohl einer Minimalwertauswahlstufe 3 und einer Maximalwertauswahlstufe 4 als auch Drehzahlvergleichern 5a—5dzugeführt. In den Drehzahlvergleichern 5a—5c/ 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 d<e erfindungsgemäße y.wischengeschalHte 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 Fahrbefehl oder Bremsbefehl zu. Zum anderen beeinflußt ein Komparator 7 die Integrationsgeschwindigkeit des Integrators 6. Der Komparator 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 Minimalwertausv.-ahlstufe 3 nur die kleinste und von der Maximalwertauswahlstufe 4 nur die größte der an den vier Eingängen //1 — η 4 anstehenden drehzahlproportionalen Spannungen weitergegeben.

Der Ausgang des Komparators 7 ist über zwei durch Dioden 12 und 13 gebildete antiparallele Pfade additiv mit dem Eingang ties Integrators 6 verbunden. Die Pfadauswahl wird wieder d'irch Schalter 14 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 Minimalwertauswahlstufe 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 Auswahlspannung 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 Zugkraft jllwert. 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 Br mskraftsolhvert (Eingang b) umgekehrt. Die an den Drehzahlvergleichern 5a^-5d feststellbaren Drehzahldifferenzen Δη X-AnS 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—Sd anstehenden Drehzahldifferenzen Δη, vermehrt um ihre Differentialquotienten —-—(Funktionsglieder 17a—17c/,) und über zugeordnete, in bestimmten Fällen überspielbare Unempfindlichkeitsschwelien mit nachgeschalteten Zeitfunktionsgliedern geführt. Multiplizierer bilden die reit den Sollwerten der beschleunigenden oder verzögernden Kräfte (Eingang c) Produkte und geben um diese Signale reduzierte Korrektursollwerte an den Ausgängen B\,

Nach F i g. 2 wird der am Eingang a der ernndungsgemäßen Einrichtung X anstehende Zugkriftsollwert Z₅₀/; bzw. eine entsprechende Spannung einem ersten D/AWandler 30 zugeführt, wo sie mit dem digitalen Zählerstand eines Binärzählers 31 multipliziert wird. Im Beispiel wurde ein 4/BlT-Zähler verwendet. Der Zugkraft-Sollwert Z_soii wird modifiziert und heißt dann Z_soiikorr und steht am Ausgang a'wieder als Analoggröße zur Verfügung. Der Wert Z_soiikorr ist proportional abhängig vom Zählerstand des Zählers 31, der entsprechend seinem Z^hlt.siand einen Reduktionsfaktor von maximal 1 abgibt.

Mit einem 4/BIT-Zähler lassen sich 16 Stufen einstellen. Zur Betätigung des Zählers 31 wird die real auftretende Beschleunigung b_m aus der gemessenen und in einem Differentiiitor 32 differenzierten Istgeschwindigkeit ν,,, ermittelt und mit der tatsächlich wirkender. Zugkraft Ζ,« verglichen. Anstelle der Zugkraft werden die proportionalen Motorströme ermittelt. Dazu wird z. B. aus den Fahrmotor- oder Fahrmotorgruppenströmen /ι«, und hm in einem Mittelwertbildner 36 der Mittel-

wert —!—— gebilde... In einem zweiten D/A-Wandler

33 wird dieser Strommittelwert mit dem Zählerstand des Zählers 31. d. h. mit dem Bleichen Reduktionsfaktor

multipliziert. Die gemessene Beschleunigung ß,„ und der am Ausgang des zweiten D/A-Wandlers 33 anstehende, mit dem Reduktionsfaktor multiplizierte Fahrmotorstrom, der der Zugkraft proportional ist, werden einem Vcrglcichcr 34 zugeführt, dessen Ausgang einen Impulsgeber 35 steuert. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 34 bestimmt die Frequenz des Impulsgebers und die Polarität der Spannung, die Belegung eines der beiden Ausgänge, wodurch der Zähler 31 je nachdem 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 Zto/ucrrfürdie Integrationsgeschwindigkeit der Pseudolaufachse korrigiert.

Zur Funktion: Über den Zähler 31 wird die Größe des

7 ttaifraftGf\\lwf*rtf*s v*»rctMlt A iif Hpr höchsten 7ähictufp *~**e**·**·"***··'·*'**·"* ·—.—··■·····-·-- *-»- .. — »..— .·.._-.·..._._._ (für einen 4/BIT-Zähler 16), wenn alle Zählerausgänge auf »high« liegen, wird mit 1 multipliziert, d. h. der volle Zugkraftsollwert wird über den ersten D/A-Wandler 30 an den Integrator 6 über a'ausgegeben. Über den D/AWandler 33 würde dann auch eine Spannung entsprechend dem vollen Motorstrom und damit der vollen 2s Zugkraft zur Verfügung stehen. Würde jetzt eingeschaltet, dann müßte sich zum vollen Motorstrom auch die entsprechende größte Beschleunigung b,_s, 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 zweiten D/A-Wandler 33 zwar ein dem vollen Motorstrom proportionaler Wert, vom Differentiator 32 dagegen ein Wert js proportional der halben Beschleunigung ausgegeben. Der Vergleicher 34 steuert dann den Impulsgeber 35 auf »ab«-Ausgang. Damit zählt der Zähler 31 bis auf einen Wert entsprechend 0,5 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 Z_soir 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 Z₁₀H korr an die nur halbe Beschleunigung und läßt den Integrator 6 nur halb so schnell hochlaufen. Die Integrationsgeschwindigkeit der künstlichen 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 Unempfindlichkeitsschwel-Ie. mittels der Schwellenwertstufe 38, die auf den clockenable-Eingang des Zähler wirkt.

Der hier beschriebene 4/BIT-Zäh!er ist nur als Beispiel zu werten. Ist die gewählte 16-Stufenabstimmung für die Zugkraftkorrektur τα 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 Motorstronimittelwert etwas verzögert weitergibt. Die Motorströme würden sonst früher als die Beschlcunigungswerte 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 laufachsenlose Triebfahrzeuge erstellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erfassung des Schleuderns oder Gleitens der Räder von laufachsenlosen Schienentriebfahrzeugen, bei der den Raddrehzahlen aller Achsen zugeordnete Proportionalspannungen mit einer von einem Integrator als Pseudolaufachse abgegebenen Referenzspannung verglichen und auftretende Spannungsdifferenzen zur Reduzierung der Antriebs- oder Bremskräfte an den betreffenden Achsen ausgewertet werden, wobei zur Beeinflussung der Integrationsgeschwindigkeit des Integrators diesem Steuerspannungen entsprechend der Zug- oder Brcmskraftsollwerte sowie eines !Comparators zugeführt werden, welch letzterer jeweils die Differenz aus der Referenzspannung und einer Auswahl aller, den Raddrehzahlen entsprechenden Proportionalspannungen bildet, dadurch gekennzeichnet, 4?ß dem Integrator (6) die Steuerspannung für den Zugkraftsollwert (Z_v,n) modifiziert und abhängig von einem Reduktionsfaktor S1 zugeführt wird (Zsoiikorr) unter Verwendung eines zwischengeschalteten multiplizierenden ersten D/AWandlers (30), der den Zugkraftsollwert (Z_soi) mit dem Zählerstand eines Zählers (31) als Reduktionsfaktor multipliziert, wobei der Reduktionsfaktor über einen weiteren multiplizierenden zweiten D/A-Wandler (33) sich selbst den tatsächlichen Lastgegebenheiten anpaßt, indem die Motorstrom- oder Zugkraftistwerte nut diesem Reduktionsfaktor multipliziert und mit dem Beschleunigrngsistwert (bn,) in einem Vergleicher (34) verglichen werden und daß bei Differenzen über einen Imp Jsgeber (35) der Zähler (31) in beiden Zählrichtungen beeinflußbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Fahrmotorströme Ll—U. über ein Zeitverzögerungsglied (37) an den

zweiten D/A-Wandler (33) geführt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehzahldifferenzen, die infolge Schleuderns zugeordnete Unempfindlichkeitsschwellen überschreiten, mittels mindestens einer Schwellenwertstufe (38) der Zähler (31) gesperrt und der bis dahin anstehende Vergleichswert festgehalten wird.