DE60025055T2

DE60025055T2 - Vorrichtung zur Regelung des Reibschlusses eines elektrisch angetriebenen Eisenbahnzuges

Info

Publication number: DE60025055T2
Application number: DE60025055T
Authority: DE
Inventors: Rong Fan Liu
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: SK3572000A3; US6411051B1; CA2300597A1; DE60025055D1; CZ301963B6; KR20010020657A; ES2255479T3; EP1034997A1; ATE314236T1; PL338940A1; CZ2000887A3; JP4313493B2; ZA200001160B; DK1034997T3; CA2300597C; SK285922B6; EP1034997B1; JP2000312401A; FR2790725B1; PL195876B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der Haftung eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges und betrifft ebenfalls ein System zur Steuerung der Stromversorgung eines Triebwagens dieser Art, das eine derartige Haftungskontrollvorrichtung enthält.
Mit dem Ziel, den Antriebsrädern des Schienenfahrzeuges eine Antriebsenergie zuzuführen, die mit ihrer Haftung kompatibel ist, wird der Triebwagen des Fahrzeuges auf dem Stand der Technik im Allgemeinen mit einer Haftungskontrollvorrichtung ausgestattet.
In der Schrift DE-C-4 402 152 umfasst eine derartige Vorrichtung herkömmlicherweise eine Stufe zur Steuerung der Versorgung des Motors des Triebwagens und eine Stufe zur Haftungskontrolle, die an die Steuerungsstufe ein Anweisungssignal abgibt, das aus mindestens einem ersten Betriebsmerkmal des Motors abgeleitet wird, um das Rutschen der Räder des Triebwagens zu beherrschen, d. h. zu verringern oder gar zu vermeiden.
Eine derartige Vorrichtung erlaubt es, jegliches beginnendes Rutschen der Räder zu verringern oder zu vermeiden, insbesondere beim Anfahren des Fahrzeuges.
Sie weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass sie zu starkes Rutschen der Räder auf der Schiene zulassen und einen vorübergehenden Verlust der Haftung bewirken kann.
Ziel der Erfindung ist es, diesem Nachteil Abhilfe zu schaffen.
Sie hat also eine Vorrichtung zur Kontrolle der Haftung eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges nach Patentan spruch 1 zum Gegenstand, eine Stufe zur Steuerung der Versorgung des Motors umfassend, eine Stufe zur eigentlichen Haftungskontrolle, die an die Steuerungsstufe ein Anweisungssignal abgibt, das aus mindestens einem Betriebsmerkmal des Motors abgeleitet wird, um das Rutschen der Räder des Triebwagens zu beherrschen, und außerdem Mittel zur Erstellung eines Signals zur Aktivierung der Kontrollvorrichtung umfassend und Mittel zum Einfügen des Aktivierungssignals in das Anweisungssignal, um ein geändertes Anweisungssignal ausgeben zu lassen, wobei die genannten Mittel zur Erstellung des Aktivierungssignals Mittel zur Messung eines zweiten Betriebsmerkmals des Motors umfassen und Mittel zur Feststellung der Richtung der Änderung des genannten zweiten Merkmals zwischen zwei vorangehenden, aufeinander folgenden Aktivierungen zur Bestimmung des Vorzeichens des Aktivierungssignals, das bei der folgenden Ansteuerung in das Anweisungssignal eingefügt wird. Außerdem ist das Anweisungssignal ein Anweisungssignal über das Motordrehmoment, wird das erste Merkmal aus einer Messung der Beschleunigung des Motors abgeleitet, und wird das zweite Merkmal aus einer Messung des Motordrehmomentes abgeleitet.
Es ist auch möglich, laufend ein maximales Drehmoment auf die Räder zu übertragen.
Die erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung kann außerdem eins oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– angesichts der Tatsache, dass das Anweisungssignal aus einem dritten Betriebsmerkmal des Motors abgeleitet wird, umfasst die Aktivierungssignalstufe Mittel zum Vergleich des Wertes des genannten dritten Merkmals und eines festgelegten Schwellenwertes, wobei die Mittel zur Erstellung des Aktivierungssignals eine folgende Änderung der Amplitude des Aktivierungssignals in Abhängigkeit vom Ergebnis des genannten Vergleichs bewirken,
– das dritte Merkmal wird aus einer Messung der Beschleunigung des Motors abgeleitet.

Die Erfindung hat ebenfalls ein System zur Steuerung der Versorgung eines Motors eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges zum Gegenstand, das einen Schaltkreis zur Versorgung des Motors mit elektrischer Energie umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine Vorrichtung zur Kontrolle der Haftung des Triebwagens umfasst, wie es oben definiert wurde.
Weitere Merkmale und Vorteile der werden aus der folgenden Beschreibung hervorgehen, die nur als Beispiel dient und auf die entsprechenden beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild, das die Struktur eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung der Versorgung eines Triebwagens darstellt,
2 ein Blockschaltbild, das schematisch die Struktur einer erfindungsgemäßen Haftungskontrollvorrichtung darstellt,
3 eine Kurve, die die Änderung der auf die Antriebsräder übertragenen Kraft in Abhängigkeit vom Rutschen darstellt,
4 Kurven, die die Änderung des an die Steuerungsstufe abgegebenen Anweisungssignals, der Beschleunigung des Motors und des Rutschens der Räder in Abhängigkeit von der Zeit darstellen.
In 1 ist die allgemeine Struktur eines Systems 10 zur Steuerung der Versorgung eines Motors 12 eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges dargestellt.
Der Motor 12 wird, gesteuert von einer Stufe 18 zur Steuerung der Versorgung des Motors 12, von einer Stromquelle 14 mit elektrischer Energie versorgt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuerungsstufe 18 aus Teilen herkömmlicher Art besteht, die für die beabsichtigte Verwendung geeignet sind, d. h. in der Lage, das Drehmoment des Motors 12 ausgehend von einem Anweisungssignal Cmanip um einen Wert herum zu regulieren, bei dem der Motor arbeiten darf, und wird daher im Folgenden nicht im Einzelnen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist das System mit einer Haftungskontrollvorrichtung 20 ausgestattet.
Diese Vorrichtung, die die Steuerungsstufe 18 enthält, umfasst außerdem eine Stufe 22 zur eigentlichen Haftungskontrolle, die an die Steuerungsstufe 18 ein Anweisungssignal abgibt, das erlaubt, auf die Antriebsräder ein maximales Drehmoment zu übertragen.
Wie in 1 zu sehen, empfängt die Haftungskontrollstufe 22 am Eingang Signale, die Merkmalen entsprechen, die die Betriebsweise des Motors 12 kennzeichnen, die von einer Verarbeitungsstufe 24 aufgrund eines Signals V der Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 12, das von einem geeigneten Sensor 26 geliefert wird, ausgegeben werden.
Insbesondere gibt die Verarbeitungsseinheit 24 an die Haftungskontrollstufe 22 ein Signal gama ab, das der Beschleunigung des Motors 12 entspricht, und ein Signal Dgama, das der Ableitung der Beschleunigung des Motors 12 nach der Zeit entspricht, wobei dieses Signal Dgama verwendet wird, um die Reaktionsfähigkeit der Vorrichtung zu erhöhen.
Die Haftungskontrolleinheit 22 empfängt auch das Signal V der Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors und ein Signal Cm, das dem geschätzten Wert des elektromagnetischen Momentes des Motors 12 entspricht, das von der Steuerungsstufe 18 geliefert wird, die am Eingang Signale IS1 und IS2 der Messungen des Versorgungsstroms des Motors 12 empfängt, wenn der Motor mit Drehstrom arbeitet, während im Fall eines Gleichstrommotors eine einzige Stromstärkenmessung ausreichend ist, sowie das Signal V der Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, das vom Sensor 26 geliefert wird.
Die Haftungskontrollstufe 22 erstellt aufgrund der Motorbeschleunigung gama, der Ableitung Dgama der Beschleunigung und des geschätzten Wertes Cm des Momentes des Motors 12 ein Signal zur Aktivierung C_Corr der Haftungskontrollvorrichtung, um sie dazu zu veranlassen, ein geändertes Anweisungssignal auszugeben.
Dieses Aktivierungssignal C_Corr besteht aus einem Signal, das an den Eingang eines Subtrahiergliedes 27 angelegt wird, um es vom Anweisungssignal Cmanip zu subtrahieren, um das Anweisungssignal Cons zu erstellen, das an den Eingang der Steuerungsstufe 18 angelegt wird.
Wie leicht zu verstehen ist, führt das Aktivierungssignal C_Corr zu einer Verschiebung im Anweisungssignal Cons relativ zur Anweisung, die aus dem Steuerfahrschalter stammt.
Eine Ausführungsform der Haftungskontrollstufe 22 wird jetzt unter Bezugnahme auf die 2 im Einzelnen beschrieben.
Diese Stufe weist einerseits einen ersten Teil 22a auf, der dafür eingerichtet ist, das Aktivierungssignal C_Corr zu formen und insbesondere die Amplitude dieses Signals zu berechnen, und einen zweiten Teil 22b, der die Bestimmung des Vorzeichens dieses Signals C_Corr erlaubt. Wie in dieser 2 zu sehen, enthält der erste Teil 22a Speichermittel 28, die einer Speicherung des Absolutwertes des maximalen Beschleunigungswertes gama zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aktivierungen dienen.
Der Ausgang dieser Speichermittel 28 ist mit einem Vergleicher 30 verbunden, der einen Vergleich zwischen dem gespeicherten Wert und einem maximalen Schwellenwert gama_max ausführt.
Das Ausgangssignal dieses Vergleichers wird dem Eingang einer Formungsschaltung 32 zugeleitet, die dafür eingerichtet ist, die Amplitude des Aktivierungssignals C_Corr gegenüber der des vorangehenden Aktivierungssignals zu erhöhen, wenn der in den Speichermitteln gespeicherte Wert geringer ist, als dieser Schwellenwert gama_max, und diese Amplitude im entgegengesetzten Fall zu verringern.
Der zweite Teil 22b der Haftungskontrollstufe 22 seinerseits empfängt als Eingangssignal das Signal Cm, das dem geschätzten Wert des elektromagnetischen Momentes des Motors 12 entspricht, und stellt die Richtung der Änderung dieses elektromagnetischen Momentes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erregungen fest.
Hierfür weist dieser zweite Teil 22b Speichermittel 34 auf, die der Speicherung des elektromagnetischen Momentes Cm(n – 1), das der vorangehenden Aktivierung entspricht, dienen und einen Vergleicher 36, der den Vergleich der elektromagnetischen Momente Cm(n) und Cm(n – 1) der beiden vorangehenden aufeinanderfolgenden Aktivierungen vornimmt.
Der Ausgang des Vergleichers 36 ist mit einem Filter 38 verbunden, der eine Formung des Ausgangssignals dieses Vergleichers 36 vornimmt, die ermöglicht, ein bistabiles Tor 40 derart zu steuern, dass das Vorzeichen des Aktivierungssignals geändert wird, wenn eine Verringerung des elektromagnetischen Momentes festgestellt wurde, und im entgegengesetzten Fall das Vorzeichen des Aktivierungssignals ungeändert bleibt.
Wie in dieser 2 zu sehen, sind die Ausgänge des ersten und des zweiten Teils 22a und 22b mit einer Multiplikatorschaltung 42 verbunden, die an ihrem Ausgang das Aktivierungssignal C_Corr ausgibt, das mit Hilfe des Addierers 27 ins Anweisungssignal eingefügt wird.
Eine dritte Stufe, die Stabilisierungsstufe 22c, liefert ausgehend von den Signalen gama, Dgama und V ein Stabilisierungssignal Stab, das erlaubt, das System auf einem Gleichgewichtspunkt zu stabilisieren, auf dem das Motordrehmoment dem auf die Schiene übertragenen Drehmoment gleich ist, wobei dieses Signal Stab durch einen Addierer 43 in das Signal C_Corr eingefügt wird.
Der Addierer 43 ist an eine Filterschaltung 44 zur Begrenzung des so erstellten Signals angeschlossen, um zu vermeiden, dass es den Wert des Anweisungssignal Cmanip übersteigt.
Die Arbeitsweise der soeben beschriebenen Kontrollvorrichtung wird jetzt unter Bezugnahme auf die 3 und 4 dargelegt, in denen die Änderung des Motordrehmomentes Cm einerseits (Kurve 1) und der auf die Felge übertragenen Kraft Ct (Kurve 2) andererseits in Abhängigkeit vom Rutschen G dargestellt ist, bzw. die Änderung des Anweisungssignals Cons, der Motorbeschleunigung gama und des Rutschens G in Abhängigkeit von der Zeit t.
In 3 ist zu erkennen, dass die Vorrichtung im Punkt A stabilisiert ist, in dem der Wert der Beschleunigung gama des Motors gleich Null ist.
In diesem stabilen Zustand bewirkt die Haftungskontrollstufe 22 eine Erregung der Vorrichtung, indem sie eine Änderung des Anweisungssignals Cons verursacht, derart, dass das Motordrehmoment Cm größer wird, als das übertragene Drehmoment (Punkt A').
Diese Änderung bewirkt eine Erhöhung des Rutschens und macht die Motorbeschleunigung gama positiv.
In Reaktion auf diese Erregung bewirkt die Stabilisierungsstufe 22C eine relative Korrektur des Wertes der Anweisung Cons des Motordrehmomentes, um die Beschleunigung gama auf Null zu setzen und so die Vorrichtung zu stabilisieren (Punkt B).
Um die folgenden Erregungen vorzunehmen, überwacht die Haftungskontrollstufe 22 die Richtung der Änderung des Motordrehmomentes Cm zwischen den aufeinanderfolgenden Erregungen, um das Vorzeichen des Aktivierungssignals C_Corr zu bestimmen.
Wie in 3 zu sehen, bleibt in den Aktivierungen, die den Punkten B', C' und D' entsprechen, das Vorzeichen des Aktivierungssignals unverändert.
Bei der folgenden Aktivierung dagegen, die dem Punkt E' entspricht, ändert die Differenz der Momente das Vorzeichen, was zu einer Änderung des Vorzeichens des Aktivierungssignals C_Corr führt und eine relative Verringerung des Rutschens G und eine Änderung des Vorzeichens der Beschleunigung gama des Motors 12 bewirkt. In Reaktion darauf verursacht die Stabilisierungsstufe 22c eine Erhöhung der Drehmomentanweisung Cons, um die Kontrollvorrichtung erneut zu stabilisieren (Punkt F).
Damit ist also deutlich, dass die Tätigkeit der Aktivierungsstufe 22 erlaubt, das Motordrehmoment innerhalb eines Bereiches optimaler Werte zu halten und auf die Antriebsräder das maximale Drehmoment zu übertragen, das die verfügbare Haftung zulässt.

Claims

Vorrichtung zur Kontrolle der Haftung eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges, eine Stufe (18) zur Steuerung der Versorgung des Motors (12) umfassend, eine Stufe (22) zur eigentlichen Haftungskontrolle, die an die Steuerungsstufe ein Anweisungssignal (Cons) abgibt, das aus mindestens einem ersten Betriebsmerkmal (gama) des Motors (12) abgeleitet wird, um das Rutschen der Räder des Triebwagens zu beherrschen, wobei die Haftungskontrollstufe (22) außerdem Mittel zur Erstellung eines Signals zur Aktivierung (C-Corr) der Kontrollvorrichtung umfasst und Mittel (27) zum Einfügen des Aktivierungssignals in das Anweisungssignal (Cons), um ein geändertes Anweisungssignal ausgeben zu lassen, wobei die genannten Mittel zur Erstellung des Aktivierungssignals Mittel zur Messung eines zweiten Betriebsmerkmals (Cm) des Motors (12) umfassen und Mittel zur Feststellung der Richtung der Änderung des genannten zweiten Merkmals (Cm) zwischen zwei vorangehenden, aufeinander folgenden Aktivierungen zur Bestimmung des Vorzeichens des Aktivierungssignals, das bei der folgenden Ansteuerung in das Anweisungssignal (Cons) eingefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Anweisungssignal ein Anweisungssignal über das Motordrehmoment ist, dadurch, dass das erste Merkmal aus einer Messung der Beschleunigung (gama) des Motors abgeleitet wird, und dadurch, dass das zweite Merkmal (Cm) aus einer Messung des Motordrehmomentes abgeleitet wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass angesichts der Tatsache, dass das Anweisungssignal aus einem dritten Betriebsmerkmal des Motors (12) abgeleitet wird, die Aktivierungssignalstufe Mittel zum Vergleich des Wertes des genannten dritten Merkmals und eines festgelegten Schwellenwertes (gama_max) umfasst, wobei die genannten Mittel zur Erstellung des Aktivierungssignals eine folgende Änderung der Amplitude des Aktivierungssignals in Abhängigkeit vom Ergebnis des genannten Vergleichs bewirken.
Vorrichtung nach den Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Merkmal aus einer Messung der Beschleunigung (gama) des Motors abgeleitet wird.
System zur Steuerung der Versorgung eines Motors eines elektrischen Triebwagens eines Eisenbahnzuges, das einen Schaltkreis (14) zur Versorgung des Motors (12) mit elektrischer Energie umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine Vorrichtung zur Kontrolle der Haftung des Triebwagens nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3 umfasst.