DE1563965C3 - Schleuderschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleuderschutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Schleuderschutzeinrichtung dieser Gattung ist beispielsweise aus der GB-PS 983 869 bekannt. Dort erfolgt die Aufhebung der Gegenmaßnahme gegen das Schleudern erst nach Beendigung der Wiederverzögerungsperiode. Dies kann zu unnötig hohen und langen Zugkrafteinbrüchen führen. Aus der DE-AS 1 188 641, die sich insbesondere auf das Sanden als Gegenmaßnahme gegen das Schleudern bezieht, ist es an sich bekannt, die Aufhebung der Gegenmaßnahme mit dem Beginn eines von der Triebradbewegung abgeleiteten Wiederverzögerungsimpulses einzuleiten. Bei sehr rasch wirkenden Steuerungen kann dies aber zu früh sein und zu einem unmittelbaren Wiedereinsetzen des Schleudervorganges führen.

Aus der DE-PS 1 166 012 ist eine Gleitschutzeinrichtung für Laufräder bekannt, bei der die Einlei-

tung der Gegenmaßnahme (vollständiges Lösen der Radbremsen) beim Auftreten einer überhöhten Radverzögerung ausgelöst wird. Wird in der sich daran anschließenden Wieder-Beschleunigungsperiode ein gewisser Grenzwert der Wieder-Beschleunigung über-

schritten, wird schon am Beginn dieser Phase ein begrenztes Wiederanlegen der Bremse eingeleitet, d. h. die Gegenmaßnahme teilweise aufgehoben. Am Ende der Wieder-Beschleunigungsperiode erfolgt die vollständige Aufhebung der Gegenmaßnahme; die

Bremse ist dann wieder voll der Handsteuerung unterworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dosierung und insbesondere die Rücknahme der Gegenmaßnahme möglichst optimal an den zeitlichen

Verlauf der Wiederverzögerungsvorgänge und damit an die jeweils herrschenden Adhäsionsverhältnisse anzupassen, um unnötig lange und hohe Zugkrafteinbrüche auszuschalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

löst, daß die Schleuderschutzeinrichtung der eingangs genannten Gattung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale weitergebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung

der Zugkraftreduktion in eine im wesentlichen konstante, vom Wert der Radverzögerung zeitlich bestimmte Zugkraftreduktionskomponente und eine zeitabhängige Zugkraftreduktionskomponente, die bereits beim Überschreiten eines höchsten Grenzwerts tes der Verzögerung zurückgenommen wird, läßt sich eine weitgehende Annäherung der .am Radumfang wirkenden Zugkraft an die maximale Adhäsionskraft erreichen, eine Eigenschaft, die sich durch eine einzige, während der Wieder-Verzögerungsperiode wir-

kende konstante Zugkraftreduktion allein nicht erzielen läßt. Bildlich gesprochen, tastet die Schleuderschutzeinrichtung vermöge der zweiten Zugkraftreduktionskomponente auch bei fortwährend veränderlichem Adhäsionskoeffizienten stets die maximale Adhäsionskraft ab.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des

Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben.

Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der

Schlupfgeschwindigkeit und der Zugkraft, bzw. der Adhäsionskraft;

Fig. 2 stellt den zeitlichen Verlauf der Motorzugkraft und der Adhäsionskraft während des Schleudervorganges dar.

Aus Fig. 3 läßt sich die Radbeschleunigung und

-Verzögerung während des Schleudervorganges entnehmen.

Fig. 4 veranschaulicht die Zugkraftreduktionskomponenten in Funktion der Zeit.

Die Schalteinrichtung gemäß Fig. 5 enthält die Mittel zur Erzielung der Zugkraftreduktionskomponenten.

Aus Fig. 6 ist die Charakteristik eines ersten Grenzwertmelders zu ersehen, aus Fig. 7 diejenige eines zweiten Grenzwertmelders.

Fig. 8 gibt die Schleuderschutzeinrichtung im Zusammenhang mit einem über gesteuerte Gleichrichter gespeisten Triebmotor wieder.

In Fig. 1 ist die Schlupf geschwindigkeit AV als Funktion der auf den Radumfang bezogenen Zugkraft Z bzw. der Adhäsionskraft wiedergegeben, wobei der Adhäsionskoeffizient μ bzw. μ_ο als Parameter auftritt. A V stellt die Differenz zwischen der tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rades und der Fahrzeuggeschwindigkeit dar.

Es sei nun angenommen, daß die dem Motordrehmoment entsprechende Zugkraft in einem bestimmten Zeitpunkt gleich Z_ma ist und der Adhäsionskoeffizient den Wert μ_ο aufweist. Dann besteht Gleichgewicht zwischen Z_ma und der Adhäsionskraft Ζ_μο (Zeitraum 0 bis J₁ in den Fig. 1 bis 3). Sinkt nun plötzlich (Zeitpunkt ij) der Adhäsionskoeffizient vom Wert μ_ο auf μ, so bleibt im ersten Moment AV_a (Fig. 1) konstant und Z_ma übersteigt den Wert von Ζ_μ (Fig. 1 und 2). Der Radsatz wird also beschleunigt. Die Beschleunigung a_r (Fig. 3) sowie die Schlupf geschwindigkeit A V (Fig. 1) vergrößern sich (Zeitraum i_t bis r₂). Mit wachsendem AV nimmt die Kraft Ζ_μ in Richtung auf ihren Maximalwert hin zu und fällt danach wieder ab (Fig. 1 und 2). Zum Zeitpunkt t₂, d, h. beim Erreichen der mit a_rmaz bezeichneten maximalen Beschleunigung setzt der Schleuderschutz ein. Die Motorzugkraft Z_m wird rasch unter Ζ_μ gesenkt, so daß auch a_r fällt und schließlich negative Werte annimmt (Zeitraum /₂ bis f₃). Solange die Beschleunigung noch positiv ist, steigt auch A V; schon zwischen t₂ und f₃ tritt jedoch eine Verzögerung ein, die Schlupfgeschwindigkeit fällt, und Ζ_μ nimmt wieder in Richtung auf den Maximalwert hin zu. Zwischen den Zeitpunkten i₃ und f₄ bleibt Z_1n auf dem Kleinstwert Z_mb, Die Verzögerung wächst aber infolge der steigenden Adhäsionskraft und der damit zunehmenden Differenz zwischen Ζ_μ und Z_mb weiter an. Im Zeitraum i₄ bis i₅ wird die von der Schleuderschutzeinrichtung hervorgerufene Zugkraftreduktion AZ₅ wieder verkleinert. Die Verzögerung bleibt bis kurz vor f₅ auf dem Maximalwert — a_rmax und fällt dann sehr schnell auf 0 ab, da die Differenz Ζ_μ bis Z_m ebenfalls rasch sinkt. Außerhalb des Zeitpunktes t₅ steigt Z_1n zunächst steil und dann langsam stetig an. Es tritt eine (allerdings sehr kleine) Beschleunigung ein, die zu größeren A F-Werten und damit steigendem Ζ_μ führt. Auf solche Weise tastet die Einrichtung auch bei fortwährend veränderlichem Adhäsionskoeffizienten stets die maximale Adhäsionskraft ab. Sobald diese überschritten wird, kann erneut ein Schleudervorgang eintreten, der wiederum die beschriebenen Vorgänge zur Folge hat.

Der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß sich AZ₅ aus zwei Komponenten zusammensetzt. Die erste Komponente AZ_sl steigt zunächst rasch an (Kurventeil A), bleibt darauf eine bestimmte Zeit lang konstant (Verlauf B), wird dann wieder kleiner (Ast C) und fällt hierauf etwas linear mit der Zeit ab (Teil D). Der geschilderte Verlauf ermöglicht die schon vorher beschriebene Annäherung an die maximale Adhäsionskraft. Die zweite Komponente AZ_s2 dient zum sicheren Verzögern des Radsatzes und ist im Zeitraum f₃ bis i₅ konstant. Bei Beginn des Schleudervorganges nimmt sie rasch zu und sinkt nach f₅ schnell wieder ab.

Fig. 5 zeigt eine Schalteinrichtung, welche zur Erzeugung der Zugkraftreduktionskomponenten nach Fig. 4 dient. Mit 1 ist ein Mittelfrequenz-Tachogenerator, mit 2 eine Gleichrichter brücke, mit 3 eine Drossel, mit 4 ein erster Kondensator, mit 5 ein zweiter Kondensator, mit 6 ein erster Verstärker und mit 7 ein Rückkopplungswiderstand bezeichnet. Der Ausgang des Verstärkers 6 führt zum Eingang eines ersten Grenzwertmelders 8 und eines zweiten Grenzwertmelders 9, deren Ausgänge wiederum mit einem

^χ5 ODER-Tor 10 verbunden sind. Als Grenzwertmelder können Schmitt-Trigger Verwendung finden. Am Ausgang s des ODER-Tores 10 liegt eine erste Schaltanordnung I, am Umkehrausgang s'eine zweite Schaltanordnung II. Ferner ist an den Umkehrausgang s/ des ersten Grenzwertmelders 8 eine dritte Schaltanordnung III angeschlossen, und der Ausgang des ersten Verstärkers 6 steht mit einer vierten Schaltanordnung IV in Verbindung. Die Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Schaltanordnung sind an einen zweiten Verstärker 16 angeklemmt, der einen dritten Kondensator 15 (Rückkopplungskondensator) aufweist.

Die dritte Schaltanordnung III besteht aus einer Zenerdiode 11, einem ersten Widerstand 12, einer ersten Diode 13 sowie einem zweiten-Widerstand 14. Die vierte Schaltanordnung IV enthält einen dritten Widerstand 17, einen vierten Widerstand 18, einen dritten Verstärker 19, eine zweite Diode 20 und einen fünften Widerstand 21. Die zweite Schaltanordnung II setzt sich aus einem sechsten Widerstand 22, einem siebenten Widerstand 23, einer dritten Diode 24 und einem achten Widerstand 25 zusammen. Schließlich weist die erste Schaltanordnung I einen neunten Widerstand 26, einen zehnten Widerstand 27, eine vierte Diode 28, eine fünfte Diode 29 und einen vierten Kondensator 30 auf.

Die Einrichtung gemäß Fig. 5 wirkt wie folgt: Der Mittelfrequenz-Tachogenerator 1 ist mit der Triebachse gekuppelt und erzeugt eine Wechselspannung, welche der Radumfangsgeschwindigkeit proportional ist. Mit Hilfe der vereinfacht dargestellten Gleichrichterbrücke 2 wird die Wechselspannung des Tachogenerators gleichgerichtet und durch das aus der Drossel 3 sowie dem ersten Kondensator 4 bester hende Siebglied geglättet. Änderungen der Gleichspannung lassen sich über ein Differenzierglied, d. h. den zweiten Kondensator 5, den ersten Verstärker 6 und den Rückkopplungswiderstand 7 erfassen. Am Ausgang des Verstärkers 6 erscheint dann eine Span-

nung, die der Änderung der Radumfangsgeschwindigkeit und damit der Beschleunigung bzw. der Verzögerung des Rades entspricht.

D as Radbeschleunigungs- oder Verzögerungssignal a_r wird den beiden Grenzwertmeldern 8, 9 zugeführt.

Der erste Grenzwertmelder 8 spricht an, wenn die Radbeschleunigung den maximalen Wert a_rmax aufweist, und fällt ab, wenn a_r einen gewünschten negativen Mittelwert — a_rmcd aufweist. Das Ausgangssignal S₁ hat also die in Fig. 6 angegebene Charakteristik.

Der Grenzwertmelder 9 spricht hingegen bei — a_rmin an und fällt etwa beim gleichen Wert wieder ab (Fig. 7).

Im nachstehenden wird beschrieben, auf welche

Weise die Funktion AZ_sl = f(t) gemäß Fig. 4 erzielbar ist.

Die Flanke A zwischen den Zeitpunkten t₂ und i₃ kommt folgendermaßen zustande: Das Signal S₁' des Grenzwertmelders 8 ist gleich Null, solange Sj = list. Hierbei soll mit 1 ein vorbestimmtes negatives Potential bezeichnet werden. Dies ist zwischen a_rmax und a_rmed der Fall. Der Punkt P₁ zwischen der Zenerdiode 11 und dem Widerstand 12 ist dann gegenüber einem nicht näher angegebenen Nulleiter stark positiv, und die erste Diode 13 leitet. Über den niederohmigen Widerstand 14 und den zweiten Verstärker 16 erfolgt eine Schnelladung des dritten Kondensators 15. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 15 steigt in negativer Richtung rasch an und erzeugt ein Korrektursignal, das einem Korrekturstrom AJ_sl entspricht.

Sobald S₁' = 1 wird, was bei — a_mcd eintritt (da dann S₁ = O ist) erhält die Anode der Diode 13 negatives Potential und AJ_sl bzw. AZ_sl bleiben infolge der Ladung des Kondensators 15 konstant (Teil B der Kurve). Der Ast C, der zwischen /₄ und f₅ liegt, wird auf folgende Weise ermöglicht: Die beiden Widerstände 17,18, die am Eingang des dritten Verstärkers 19 liegen, sind so abgeglichen, daß am Ausgang dieses Verstärkers dann ein negatives Potential erscheint, wenn die Verzögerung des Radsatzes — a_rmiU erreicht. Dann leitet die Diode 20 und über den Widerstand 21 wird der Kondensator 15 entladen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 sinkt ebenfalls, was den angegebenen Verlauf von AZ_sl zur Folge hat. Schließlich dienen die Elemente 22,23,24 und 25 zur Erzielung des Kurventeils D. Solange das Umkehrsignal s' des ODER-Tores 10 gleich Null ist, was von t₂ bis t_s gilt, da hier s — I ist, weist der Punkt P₂ zwischen den Widerständen 22, 23 ein positives Potential auf, so daß die dritte Diode 24 sperrt. Wird hingegen s' = 1 (d. h. s = 0), besitzt P₂ negatives Potential, die Diode 24 leitet, und der Kondensator 15 entlädt sich über den hochohmigen Widerstand 25. Hierdurch sinkt die Spannung am Ausgang des Verstärkers 16 langsam, etwa linear mit der Zeit ab.

Zur Erzeugung des Verlaufs AZ_s2 = f(t) dient die erste Schaltanordnung I.

Mit Beginn des Schleuderns wird s = 1. Dies hat zur Folge, daß sich der Kondensator 30 über die Diode 28 sehr rasch auflädt. Der Punkt P₃ nimmt ein negati-

ves Potential an, und die Diode 29 leitet. Hierdurch kommt wiederum ein Strom AJ_s2 zustande und damit eine Zugkraftreduktionskomponente AZ_s2 gemäß dem Teil E der Kurve. Nach Beendigung der Aufladung des Kondensators 30 bleibt AZ_s2 konstant

(Ast F). Sobald jedoch s = 0 ist, sperrt die Diode 28, der Kondensator 30 entlädt sich relativ rasch über den Widerstand 26 und dementsprechend klingt der Strom über die Diode 29 infolge des an P₃ auftretenden positiven Potentials ab. Hierdurch kommt der Kurventeil G zustande.

Fig. 8 zeigt das Schleuderschutzgerät in Zusammenhang mit einer gleichrichtergespeisten Triebmotorgruppe. Mit 31 ist ein Potentiometer bezeichnet, an welchem über ein nichtlineares Glied 32, das in bekannter Weise aus vorgespannten Dioden aufgebaut sein kann, der Motorstrom-Sollwert J_c abgegriffen wird. Das Element 32 ermöglicht eine Motorstrombegrenzung. Die Schleuderschutzeinrichtung 33 liefert eine Sollwertkomponente /„, die sich aus AJ₃₁

und AJ_s2 zusammensetzt. Der resultierende Sollwert J_cr wird nach Vergleich mit dem Istwert / einem Regelverstärker 34.zugeführt. Mit Hilfe des Gleichstromwandlers 37 erfaßt man den Motorstrom-Istwert. Ein Steuersatz 35 dient zur Steuerung

einer Gleichrichterbrücke 36, an welche ein Wellenstrom-Reihenschluß-Kollektormotor 38 angeschlossen ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schleuderschutzeinrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, bei der die zeitliche Drehzahländerung eines Triebrades als Kriterium für das Schleudern benutzt wird und bei der Schaltmittel vorgesehen sind, welche beim Überschreiten eines Grenzwertes der Beschleunigung eine Zugkraftreduktion veranlassen und welche nach der anschließenden Wieder-Verzögerung des Triebrades beim Unterschreiten eines ersten Grenzwertes der Verzögerung die volle Zugkraft wieder herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Zugkraftreduktion begrenzt ist auf einen Wert, der am Beginn der Wieder-Verzögerung im Augenblick (f₃) der Überschreitung eines zweiten Grenzwertes der Verzögerung (—a_rmed) vorliegt, und daß neben einer während des Schleudervorganges im wesentlichen konstanten Zugkraftreduktionskomponente (AZ₅₂) eine zweite Zugkraftreduktionskomponente (AZs₁) in der Weise vorgesehen ist, daß diese zweite Zugkraftreduktionskomponente bei Überschreitung eines dritten, höchsten Grenzwertes der Verzögerung (~a_rmax) zeitabhängig (Abschnitt C und D) zurückgenommen wird.

2. Schleuderschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines dem Antriebsmotor (38) zugeordneten Motorstromregelkreises ist, wobei der Motorstrom-Sollwert (I_cr) sich aus den genannten Zugkraftreduktionskomponenten (AZ_sV AZ_s2) entsprechenden Stromkomponenten (AI_sl bzw. A_s2) und einem dem Drehmoment ohne Eingriff der Schleuderschutzeinrichtung entsprechenden Strom-Sollwert (IJ zusammensetzt.

3. Schleuderschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der den Zugkraftreduktionskomponenten (AZ_sl, AZ_s2) entsprechenden Stromkomponenten (AI_sl, AI_s2) eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, in welcher eine der Triebradbeschleunigung proportionale Spannung drei Grenzwertmeldern zugeführt ist, wobei der erste Grenzwertmelder (8) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Drehzahländerung des Triebrades den Grenzwert der Beschleunigung (a_rmax) überschreitet und seinen Ausgangszustand wieder annimmt, wenn die Drehzahländerung des Triebrades den zweiten Grenzwert (— a_rmed) überschreitet, und wobei der zweite Grenzwertmelder (9) beim Überschreiten des ersten Grenzwertes der Verzögerung ( — a_rmin) anspricht und auch bei diesem Wert wieder abfällt, während der dritte Grenzwertmelder auf den dritten Grenzwert der Verzögerung (— a_rmax) anspricht; es sind Mittel zur logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Grenzwertmelder (8, 9) vorgesehen, denen Impulsformerstufen (I, II, III, IV) zur Erzielung eines gewünschten Zeitverhaltens der genannten Stromkomponenten (AI_sl, AI_s2) nachgeschaltet sind.