DE3932245A1 - Digitales druckluftbremsen-steuersystem - Google Patents
Digitales druckluftbremsen-steuersystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Druckluftbremsen-
Steuersystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten
Art.
Bisher ermöglichten Lokomotiven-Bremsausrüstungen vom Typ "26"
einen weiten Bereich von Funktionen in Abhängigkeit von den
Notwendigkeiten und Anforderungen der einzelnen
Eisenbahngesellschafts-Kunden. Jede neue Lokomotiven-
Bremsausrüstung muß die meisten, wenn nicht alle dieser
Funktionen beibehalten, und es wurde erkannt, daß lediglich
eine Ausrüstung auf der Grundlage eines Mikroprozessors die
Flexibilität haben würde, um in wirtschaftlicher Weise sowohl
die derzeitigen als auch neue Merkmale und Funktionen zu
liefern, die die Eisenbahngesellschaften wünschen werden.
Zusätzlich muß die neue Ausrüstung, die einen oder mehrere
Mikroprozessoren verwenden kann, mit anderen elektronischen,
elektrischen und elektropneumatischen Bauteile kombiniert
werden, um eine neuartige Rechnersteuerung des Zug-
Bremsleitungs- und Lokomotiven-Bremszylinderdruckes zu erzielen.
Weiterhin besteht die Notwendigkeit der Ausführung gewisser
neuer Funktionen, die die Datenspeicher-, Rechen- und Zeitgeber-
Eigenschaften des Rechners verwenden und gleichzeitig die
üblichen Echtzeit-Steuerfunktionen der alten Ausrüstung vom Typ
"26" erfüllen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
digitales Druckluftbremsen-Steuersystem für Eisenbahnfahrzeuge
zu schaffen, das eine neuartige Druckluftbremsen-Steueranordnung
unter Verwendung eines Mikroprozessors zur Steuerung der Bremsen
der Eisenbahnfahrzeuge ergibt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine digitale Druckluftsteueranordnung für
ein Druckluftbremsen-Steuersystem für Eisenbahnfahrzeuge
geschaffen, das einen Mikroprozessor zur Impulsbreitenmodulation
eines Zuführungs-Magnetventils und eines Ablaß-Magnetventils
verwendet, um einen Druck in einem Ausgleichsbehälter und damit
in der Bremsleitung in Abhängigkeit von einem Bremsanforderungs-
Befehl auszubilden.
Die erfindungsgemäße Druckluft-Steueranordnung zur Steuerung
der Bremsen von Eisenbahnfahrzeugen weist ein manuelles
Bremsbefehls-Steuergerät zur Umwandlung einer ausgewählten
Bremsstellung in ein entsprechendes elektrisches Signal, ein
Zuführungs-Magnetventil, das mit einer Druckluftquelle und einer
Speichereinrichtung verbindbar ist, ein Ablaß-Magnetventil, das
mit der Atmosphäre und der Speichereinrichtung verbindbar ist,
einen elektropneumatischen Wandler zur Messung des Druckes in
der Speichereinrichtung und zur Lieferung eines
Rückführungssignals, und einen Mikroprozessor auf, der das
elektrische Signal und das Rückführungssignal empfängt und diese
Signale vergleicht, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das zu
Anfang das Zuführungs-Magnetventil und das Ablaß-Magnetventil
bei Anforderung einer Bremsleistung ansteuert, das nachfolgend
die Magnetventile impulsförmig ansteuert, wenn der Druck in der
Speichereinrichtung in einen vorher ausgewählten Steuerbereich
gelangt, und das schließlich die Magnetventile abschaltet, wenn
der Druck in der Speichereinrichtung in einen vorausgewählten
Totbereich gelangt, um einen Überlappungszustand hervorzurufen.
Das erfindungsgemäße digitale Druckluftbremsen-Steuersystem
umfaßt Einrichtungen zur Einleitung eines gewünschten
Bremsanforderungssignals, auf das gewünschte
Bremsanforderungssignal ansprechende Einrichtungen zur Lieferung
von Zeitgeber- und Steuersignalen, durch die Zeitgeber- und
Steuersignale gesteuerte Einrichtungen zur Steuerung des Druckes
der Bremsleitung durch Überwachen des Druckes in einem
Ausgleichsbehälter, Einrichtungen zur Messung des Druckes in
dem Ausgleichsbehälter und zur Lieferung eines
Rückführungssignals an die Zeitgeber- und Steuereinrichtungen
zur Berechnung der Differenz zwischen dem gewünschten
Bremsanforderungssignal und den Rückführungssignal zur
Erzeugung eines Fehlersignals, das bewirkt, daß die
Drucksteuereinrichtungen impulsförmig ein- und ausgeschaltet
werden, bis der Druck in dem Ausgleichsbehälter im wesentlichen
mit dem des gewünschten Bremsanforderungssignals übereinstimmt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung einer
Ausführungsform eines Druckluft-Bremssystems für
Eisenbahnfahrzeuge,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsweise des Druckluft-
Bremssystems nach Fig. 1 erläutert, die der
Mikroprozessor bei der Ausführungsform ausführt,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Druckverhaltens des
Druckluft-Bremssystems nach Fig. 1,
Fig. 4 eine Gruppe von elektrischen Impulsen, die einen
Betriebszustand des Systems nach Fig. 1 darstellt,
Fig. 5 eine Gruppe von elektrischen Impulsen, die einen
weiteren Betriebszustand für das System nach Fig. 1
darstellt,
Fig. 6 eine teilweise schematische Darstellung einer
abgeänderten Ausführungsform der Zuführungs- und
Auslaß-Magnetventile.
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Teil
eines Druckluftbremsen-Steuersystems für ein Eisenbahnfahrzeug
oder eine Lokomtive gezeigt, wobei dieses Steuersystem allgemein
mit der Bezugsziffer (1) bezeichnet ist. Wie dies dargestellt
ist, weist ein Bremsbefehls-Steuergerät (BBC) einen
Betätigungshandgriff (OH) auf, der für den Zugführer oder
Ingenieur leicht erreichbar ist. Der Handgriff (OH) wird
manuell auf eine eine Mehrzahl von ausgewählten Positionen
gedreht, um das gewünschte Ausmaß der Bremswirkung oder einen
gewünschten Bremsanforderungsbefehl einzuleiten. Die mechanische
Position des Handgriffes wird mit Hilfe eines geeigneten
Codierers oder dergleichen in ein elektrisches Signal
umgewandelt. Viele der Steuerfunktionen setzen voraus, daß die
Bedienungsperson irgendeine ausgewählte Maßnahme trifft, was in
geeigneter Weise durch die Verwendung einer Tastatur für die
Dateneingabe und durch eine Anzeige erleichtert werden kann,
die Aufforderungen an die Bedienungsperson gibt, um eine
vollständige Quelleninformation und eine Systembereitschaft
vor der Bewegung sicherzustellen. Mit Hilfe von nichtflüchtigen
Speichern oder Eproms können einige dieser Eingangssignale
dauernd gespeichert werden, wodurch die Notwendigkeit einer
wiederholten Dateneingabe beseitigt wird. Die zur Verfügung
stehenden Anzeigeeinrichtungen schließen Kathodenstrahlröhren,
Leuchtanzeigen, Gasplasmaanzeigen, Vakuum-Fluoreszenzanzeigen
oder LCD-Anzeigen ein. Zumindestens hinsichtlich der
Bremsfunktionen würde die Einstellung der Lokomotive und des
Zuges auf einen einzigen Punkt in dem Führerstand des Kopfwagens
oder der Lokomotive konzentriert. Die äußerst wünschenswerten
Eigenschaften von Bremsventilen werden als die primären
Einrichtungen zur Steuerung der Lokomotiven- und Zugbremsen
für die meisten Anwendungen beibehalten. Andere Arten von
Bedienungseinrichtungen wie zum Beispiel Kippschalter,
Steuerknüppel und Druckknöpfe könnten anstelle des einen
rotierenden Handgriff aufweisenden Steuergerätes HC verwendet
werden, wenn dies bevorzugt wird und wenn die
Führerstandanordnung dieses zuläßt. Eine weitere interessante
Möglichkeit, die sich bei dem Vorhandensein einer Tastatur
ergibt, ist die manuelle Programmierung der
Bremsleistungsverringerung für eine bestimmte Stelle und die
Möglichkeit, daß der Rechner eine Geschwindigkeitsverringerung
oder ein Anhalten steuert. Zwischen diesen Funktionen liegt ein
sehr weiter Bereich von Möglichkeiten hinsichtlich eines
automatischen Zugbetriebs (ATO). Ein direkter Wunsch besteht
jedoch darin, daß das traditionelle Konzept der Steuerung
beibehalten wird, bevor es bewiesen und bestätigt werden kann,
daß es etwas Besseres gibt.
Das Ausgangssignals des Codierers wird dem Eingang eines
programmierbaren Mikroprozessors oder einer digitalen
Rechnereinheit CPU über eine Leitung (L 1) zugeführt. Ein
Zeitgeber in dem Mikroprozessor (CPU) wird gestartet und nach
Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode wird das Hauptprogramm
des Mikroprozessors (CPU) aktiviert, um den Bremsvorgang
auszuführen. Der Mikroprozessor (CPU) kann eine Zentraleinheit
mit niedriger Leistung vom CMOS-Typ, beispielsweise von dem
Typ NSC 800 sein, der von der Firma National Semiconductor
Corporation, Santa Clara, Kalifornien, vertrieben wird. Diese
Zentraleinheit ist ein 8-Bit-CMOS-Mikroprozessor mit einer
Unterbrechungssteuerung, mit Flaggen-Flipflops, mit einem
Rechen- und Steuerwerk, mit einem Befehlsregister, mit einem
Befehlsdecodierer und einer Maschinenzyklus-Codierung, mit einer
Zeitgeber- und Steuerregisteranordnung, mit Adressenpuffern
und mit Daten-/Adressen-Puffern. Der Mikroprozessor (CPU)
schließt einen internen Taktgenerator ein, der durch einen
externen Schwingquarz gesteuert wird, der eine Frequenz
aufweist, der gleich dem Doppelten der Betriebsfrequenz des
Mikroprozessors (CPU) ist. Daher hat der Mikroprozessor (CPU)
die Möglichkeit der Ausführung einer willkürlichen Anzahl von
Funktionen durch die Verwendung von Datenspeicher-Berechnungs-
und Zeitgebermerkmalen, und zwar zusätzlich zur Ausführung der
normalen Echtzeit-Steuerfunktion.
Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, werden zwei Ausgangssignale
von dem Mikroprozessor CPU abgeleitet. Ein erster
Ausgangsanschluß (OT 1) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der
elektrischen Wicklung ECA eines elektropneumatischen oder
elektromagnetischen federvorgespannten Zuführungs-Magnetventils
(AV) über eine Leitung (L 2) verbunden. Ein zweiter
Ausgangsanschluß (OT 2) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der
elektrischen Wicklung (ECR) eines elektropneumatischen oder
elektromagnetischen federvorgespannten Auslaß-Magnetventils (RV)
über eine Leitung (L 3) verbunden. Das Zuführungs-Magnetventil
(AV) und das Auslaß-Magnetventil (RV) schließen jeweils einen
oberen Ventilteil und einen unteren Ventilteil ein, die in eine
Position gemäß Fig. 1 federvorgespannt sind. Wenn das Zuführungs-
Magnetventil (AV) abgeschaltet wird, so bewirkt die Feder das
Absperren des Strömungspfades durch den unteren Ventilteil
(ALP), während bei Ansteuerung des Zuführungs-Magnetventils (AV)
ein Strömungspfad von dem oberen Ventilteil (AUP) ausgebildet
wird. Wenn andererseits das Auslaß-Magnetventil (RV)
abgeschaltet wird, so bewirkt die Feder die Ausbildung eines
Strömungspfades durch den unteren Ventilteil (RLP), während,
wenn das Auslaß-Magnetventil (RV) angesteuert wird, der
Strömungspfad durch den oberen Ventilteil (RUP) unterbrochen
wird.
Es ist zu erkennen, daß ein Haupt-Vorratsbehälter (MR)
pneumatisch mit dem Eingangsanschluß (AIP) des Zuführungs-
Magnetventils (AV) über eine Leitung oder ein Rohr (P 1)
verbunden ist. Der Luftdruck in dem Haupt-Vorratsbehälter (MR)
wird mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Druckluftkompressors
auf einem gewünschten Druckluftwert gehalten. Es ist zu
erkennen, daß der Ausgangsanschluß des Haupt-Vorratsbehälters
(MR) weiterhin über eine Leitung oder ein Rohr (P 2) mit dem
Speiseanschluß (SP) eines Relais-Ventils (VI) verbunden ist,
das im folgenden beschrieben wird. Wie dies dargestellt ist,
ist der Ausgangsanschluß (AOP) des Zuführungs-Magnetventils (AV)
mit dem Eingangsanschluß (RIP) des Auslaß-Magnetventils (RV)
über eine Leitung oder ein Rohr (P 3) verbunden. Das Auslaß-
Magnetventil (RV) schließt einen Ausgangsanschluß (ROP) ein,
über den Druckluft zur Atmosphäre (EX) hin ausströmen kann.
Das Rohr (P 3) ist weiterhin mit dem Eingang einer
Speichereinrichtung oder eines Ausgleichsbehälters (ER) über
ein Rohr (P 4) verbunden. Der Ausgang des Ausgleichsbehälters
(ER) ist mit dem Steueranschluß (CP) des Relais-Ventils (VI)
über ein Rohr (P 5) und weiterhin über ein Rohr (P 6) mit einem
Druckwandler oder Meßfühler (PS) verbunden. Es hat sich als
vorteilhaft herausgestellt, den Druckmeßfühler (PS) so nahe
wie möglich an dem Speichervolumen der Steuereinrichtung
anzuordnen und zu verbinden, um den zu überwachenden Druck so
schnell wie möglich zu messen, so daß ein schnelles Ansprechen
erzielt und eine minimale Verzögerung erreicht wird. Der
Druckmeßfühler (PS) kann ein elektropneumatischer
Dehnungsmesser-Wandler sein, der den pneumatischen Druck in ein
proportionales elektrisches Signal umwandelt. Das elektrische
Signal wird dem Mikroprozessor (CPU) über eine elektrische
Leitung (L 3) zugeführt. Das Relais-Ventil (VI) weist einen
Abgabeanschluß (DP) auf, der seinerseits mit dem Bremsrohr oder
der Bremsleitung verbunden ist.
Es sei nun angenommen, daß die Bedienungsperson des Zuges eine
bestimmte Bremsanforderung oder einen Bremsbefehl dadurch
einleitet, daß der Betätigungshandgriff (OH) auf die gewünschte
Position bewegt wird, wodurch ein Zielpegel festgelegt wird, der
zwischen 0 und 7 bar (100 psi) liegen kann, wie dies in Fig. 3
gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß der Ausgleichsbehälter (ER)
normalerweise einen Druck von 7 bar aufweist, weil er aus dem
Haupt-Vorratsbehälter (MR) über den oberen Teil (AUP) des
Zuführungs-Magnetventils (AV) aufgeladen wird. Es sei nun
angenommen, daß eine Bremswirkung angefordert wird. In
Abhängigkeit von der Bewegung des Handgriffes (OH) wird ein
elektrisches Steuersignal, das der Bremsanforderungsposition
entspricht, über die Leitung (L 1) an den Eingang des
Mikroprozessors (CPU) übertragen, der in geeigneter Weise
programmiert ist, um die entsprechenden Steuerbefehle
einzuleiten. Das Hauptprogramm bewirkt die Ansteuerung der
elektrischen Wirkung (ECR) und das Abschalten der elektrischen
Wicklung (ECA), so daß die Zuführungs- und Auslaß-Magnetventile
(AV) und (RV) ihre Positionen vertauschen. Dies bedeutet, daß
die Magnetkräfte die Kräfte der Vorspannfedern überwinden, so daß
der Strömungspfad durch den unteren Teil (ALP) des Zuführungs-
Magnetventils (AV) abgesperrt wird, während der Strömungspfad
zur Atmosphäre (EX) durch den unteren Teil (RLP) des Auslaß-
Magnetventils (RV) ausgebildet wird. Damit wird ein
Strömungsmittelkreis von dem Ausgleichsbehälter über die Rohre
(P 3) und (P 4), durch das offene Auslaß-Magnetventil (RV) und zur
Atmosphäre (EX) hin ausgebildet. Entsprechend beginnt der Druck
in dem Ausgleichsbehälter (ER) abzusinken. Das bedeutet, daß der
Luftdruck in dem Ausgleichsbehälter (ER) von 7 bar (100 psi)
auf einen gewünschten Druckpegel abfällt und der Druckmeßfühler
(PS) ein elektrisches Rückführungssignal an den Mikroprozessor
(CPU) liefert, das proportional zum Luftdruck in dem
Ausgleichsbehälter (ER) ist. Wenn dann der Druck den oberen
Pegel eines Steuerdruckbereiches gemäß Fig. 3 erreicht, so
bewirkt das Hauptprogramm des Mikroprozessors (CPU) das
Abschalten des Auslaß-Magnetventils (RV) zum Zeitpunkt (t 1)
gemäß Fig. 4. Die Zeitgeberschaltungen in dem programmierten
Mikroprozessor (CPU) bewirken die Ansteuerung oder das
Einschalten des Auslaß-Magenetventils (RV) zum Zeitpunkt (t 2)
für eine vorgegebene Zeitperiode, so daß zum Zeitpunkt (t 3)
das Auslaß-Magnetventil (RV) wieder abgeschaltet wird. Dann
wird zum Zeitpunkt (t 4) das Auslaß-Magnetventil (RV) wieder
eingeschaltet, jedoch für eine kürzere Zeitperiode von (t 4-t 5),
so daß der Druck weiterhin innerhalb des in Fig. 3 gezeigten
Steuerbereiches absinken kann. Zum Zeitpunkt (t 6) wird das
Auslaß-Magnetventil (RV) erneut bis zum Zeitpunkt (t 7)
eingeschaltet, was eine kürzere Zeitperiode darstellt, als die
Periode zwischen den Zeitpunkten (t 4) und (t 5). Das Auslaß-
Magnetventil (RV) wird erneut vom Zeitpunkt (t 8) bis zum
Zeitpunkt (t 9) eingeschaltet. Schließlich wird das Auslaß-
Magnetventil (RV) für eine sehr kurze Zeitperiode vom Zeitpunkt
(t 10) bis zum Zeitpunkt (t 11) eingeschaltet. Diese letzte
Ansteuerung des Auslaß-Magnetventils (RV) bringt den Druck in
einen Totbereich gemäß Fig. 3. Um ein Überschwingen und
Regelschwingungen zu vermeiden, schaltet der Mikroprozessor
(CPU) das Auslaß-Magnetventil (RV) ab, so daß der Strömungspfad
zur Atmosphäre (EX) gesperrt wird, und das Zuführungs-
Magnetventil (AV) wird gegenüber dem Haupt-Vorratsbehälter (MR)
abgesperrt, so daß ein Überlappungszustand ausgebildet wird. In
manchen Fällen bewirkt der letzte schmale Impuls der
Impulsbreitenmodulationsfolge, daß der Druck mit dem Ziel- oder
Soll-Druckpegel übereinstimmt; irgendein Druck innerhalb des
Totbereiches ergibt jedoch einen befriedigenden Betrieb. Der
Überlappungszustand wird solange aufrechterhalten, wie der
Betätigungshandgriff (OH) in der gleichen Bremsstellung bleibt.
Wenn ein Leck in den Rohren, den Ventilen oder dem Steuervolumen
auftritt, so sinkt der Druck aus dem Totbereich ab. Der
Druckabfall beispielsweise in dem Ausgleichsbehälter (ER) wird
durch den Druckwandler (PS) gemessen, der ein elektrisches
Rückführungssignal an den Mikroprozessor (CPU) liefert, der
wiederum das impulsförmige Einschalten des Zuführungs-
Magnetventils (AV) für eine geeignete Dauer hervorruft, um den
Druck wieder in den Totbereich zu bringen. Es ist zu erkennen,
daß ein kontinuierliches Auslecken zu einer wiederholten
impulsförmigen Ansteuerung des Zuführungs-Magnetventils (AV)
zur Aufrechterhaltung eines Druckes innerhalb des Totbereiches
führt. Es ist daher ratsam, das Auslecken so schnell wie
möglich zu lokalisieren und zu beseitigen, um ein wiederholtes
Ein- und Ausschalten des Ventils zu verhindern und um dessen
Abnutzung zu verringern.
Es sei nun angenommen, daß der Druck in dem Ausgleichsbehälter
(ER) unterhalb des gewünschten Ziel-Druckpegels und außerhalb
des unteren Pegels des Steuerbereiches gemäß Fig. 3 liegt. Unter
diesen Bedingungen steuert das Hauptprogramm des Mikroprozessors
(CPU) das Zuführungs-Magnetventil (AV) an und schaltet
gleichzeitig das Auslaß-Magnetventil (RV) ab. Entsprechend
verschiebt die zugehörige Vorspannfeder das Auslaß-Magnetventil
(RV) in seine untere Position (RLP) um die Verbindung zwischen
der Atmosphäre (EX) und dem Ausgleichsbehälter (ER) zu sperren.
Gleichzeitig verschiebt die elektromagnetische Wicklung das
Zuführungs-Magnetventil (AV) in seine obere Position (ALP),
so daß der Ausgleichsbehälter (ER) mit dem Hauptvorratsbehälter
(MR) über das Rohr (P 1), die Anschlüsse (AIP) und (AOP) und
die Rohre (P 3) und (P 4) verbunden ist. Wie dies in Fig. 5
gezeigt ist, wird, wenn der Druck den unteren Pegel des
Steuerbereiches erreicht, das Auslaß-Magnetventil (RV) zum
Zeitpunkt (t 1) eingeschaltet und bleibt bis zum Teitpunkt (t 2)
eingeschaltet. Das Auslaß-Magnetventil (RV) bleibt bis zum
Zeitpunkt (t 3) ausgeschaltet, wobei zu diesem Zeitpunkt das
Auslaß-Magnetventil (RV) erneut bis zum Zeitpunkt (t 4)
eingeschaltet wird. Das Auslaß-Magnetventil (RV) bleibt dann
wieder vom Zeitpunkt (t 4) bis zum Zeitpunkt (t 5) abgeschaltet.
Es ist zu erkennen, daß das Auslaß-Magnetventil (RV)
aufeinanderfolgend ein- und ausgeschaltet wird, bis es
schließlich zum Zeitpunkt (t 10) endgültig abgeschaltet wird,
wobei zu diesem Zeitpunkt der Druck in dem Ausgleichsbehälter
(ER) innerhalb des Totbereichs und vorzugsweise auf dem
Ziel- oder Sollpegel gemäß Fig. 3 liegt.
Wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, können die Zuführungs- und
Auslaß-Magnetventile hinsichtlich ihrer Konstruktion identisch
sein, wobei die oberen und unteren Teile gleich sind. Der erste
Ausgangsanschluß (OT 1) des Mikroprozessors (CPU) ist wieder mit
der elektrischen Wicklung (ECA) des elektropneumatischen oder
elektromagnetischen federvorgespannten Zuführungs-Magnetventils
(AV) über eine Leitung (L 2) verbunden. Der zweite
Ausgangsanschluß (OT 2) des Mikroprozessors (CPU) ist mit der
elektrischen Wicklung (ECR′) des elektropneumatischen oder
elektromagnetischen, federvorgespannten Auslaß-Magnetventils
(RV′) über eine Leitung (L 3) verbunden. Wie dies weiter oben
erwähnt wurde, schließen das Zuführungs-Magnetventil (AV) und
das Auslaß-Magnetventil (RV′) jeweils einen oberen, eine freie
Strömung ermöglichenden Ventilteil und einen unteren
Sperrventeil ein, die in eine Position gemäß Fig. 6
federvorgespannt sind. Wenn das Zuführungs-Magnetventil (AV)
abgeschaltet ist, so bewirkt die Feder wiederum das Absperren
des Strömungspfades durch den unteren Ventilteil (ALP), während,
wenn das Zuführungs-Magnetventil (AV) angesteuert oder
eingeschaltet ist, ein Strömungspfad von dem oberen Ventilteil
(AUP) ausgebildet wird. In gleicher Weise wird, wenn das
Auslaß-Magnetventil (RV′) eingeschaltet ist, ein Strömungspfad
von dem oberen Ventilteil (RUP′) ausgebildet, während, wenn das
Auslaß-Magnetventil (RV′) abgeschaltet ist, der Strömungspfad
durch den unteren Ventilteil (RLP′) gesperrt ist. Es ist zu
erkennen, daß der Eingangsanschluß (RIP′) mit Leitungen oder
Rohren (P 3) und (P 4) verbunden ist, während der Auslaßanschluß
(ROP′) mit dem Auslaß verbunden ist. Es ist weiterhin
verständlich, daß sowohl das Zuführungs- als auch das Auslaß-
Magnetventil (AV) bzw. (RV′) in Abhängigkeit von den Impulsen
nach Fig. 4 während einer Vergrößerung des
Bremsanforderungsbefehls und einer Verringerung des
Bremsanforderungsbefehls ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Es ist aus dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 zu erkennen, daß
eine Subroutine durch den Ablauf eines programmierbaren
Zeitgebers in dem Mikroprozessor (CPU) im
Unterbrechungssteuerbetrieb verwendet wird, um effektiv das
Elektromagnetventil zu steuern. Obwohl lediglich ein Beispiel
in dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 dargestellt ist, ist es
verständlich, daß irgendeine Anzahl von Magnetventilen einfach
dadurch gesteuert werden kann, daß ein zugehöriger Zeitgeber in
geeigneter Weise eingestellt oder programmiert wird. Während
der Algorithmus und das Ablaufdiagramm aus sich heraus
verständlich sind, soweit es die Steuerung der Magnetventile
betrifft, erfordert der Vorgang, der auftritt, nachdem die
Zeitgeber gesetzt wurden und die Magnetventile eingeschaltet
oder ausgeschaltet wurden, einige Erläuterungen. An der Stelle
in dem Diagramm, an der die Zeitgeber gesetzt und gestartet
werden, besteht eine direkte Rückkehr zum Hauptteil des
Programms. Zu diesem Zeitpunkt laufen die Zeitgeber, und sie
laufen schließlich ab und rufen eine weitere Unterbrechung
hervor, die von der Unterbrechung abweicht, die den Eintritt in
die Steuerroutine hervorgerufen hat. Wenn diese Unterbrechung
auftritt, so enthält der zugehörige Unterbrechungs- oder
Interrupt-Vektor die Adresse einer Subroutine, die das
zugehörige Magnetventilpaar in einen Überlappungszustand oder
in irgendeinen Zustand bringt, der mit dem Steuerverfahren
vereinbar ist. Die Magnetventile bleiben in diesem Zustand, bis
das Hauptprogramm erneut durch den Ablauf des Haupt-Zeitgebers
unterbrochen wird und der Zyklus wird wiederholt.
Die Bauteile zur Steuerung des Luftdruckes bestehen aus zwei
kleinen Magnetventilen, die den Steuerdruck eines Druckluft-
Relaisventils (VI) beeinflussen, wie zum Beispiel ein
Relaisventil vom S-Typ, ein Relaisventil vom C2-W-Typ oder ein
Relaisventil vom J-Typ. Nach beträchtlichen Untersuchungen ist
man zu dem Schluß gelangt, daß ein wirksames Steuerschema
dadurch gerätemäßig ausgebildet werden kann, daß die
Steuervolumen so klein wie möglich gemacht werden und daß
Magnete mit einer möglichst geringen Größe verwendet werden,
um den Pegel des Steuerdruckes zu ändern. Durch die Verwendung
von kleinen Volumen und kleinen Steuereinrichtungen werden die
Temperatureffekte, die während des Ladens und Entlastens des
pneumatischen Systems auftreten, auf einem Minimum gehalten.
Dies ergibt sich aus der relativ großen Masse des Relaistyps
der Steuergeräte verglichen mit der Masse der Luft in dem
kleinen Steuervolumen. Sobald der Steuerdruck ausgebildet ist,
kompensiert die Zufuhrseite des Relaisventils jede Änderung in
dem System-Bremsrohrdruck aufgrund von Änderungen der
Temperatur. Zusätzlich ist das Relaisventil bestrebt, den Druck
des Systems auf einem Pegel zu halten, der durch den Steuerdruck
bestimmt ist, wodurch ein Auslecken in oder aus dem System
kompensiert wird.
Das Hauptprogramm zur Steuerung des Luftdruckes in den
verschiedenen Steuergeräten, die in einem Eisenbahn-
Druckluftbremssystem verwendet werden, ist allgemein in dem
Ablaufdiagramm nach Fig. 2 gezeigt. Dieses Verfahren wurde
hauptsächlich zur Verwendung in Verbindung mit einem
Steuersystem auf der Grundlage eines Mikroprozessors entwickelt,
das alle notwendigen Parameter unter regelmäßigen
Zeitintervallen überwacht und ein Digitalsignal erzeugt, das
die Magnetventile derart steuern kann, daß ein stabiler
Steuerdruck an einem speziellen Relaisventil ausgebildet wird,
woraus folgt, daß ein im wesentlichen stetiger Druck in dem
System aufrecht erhalten wird.
Im folgenden wird auf die Betriebsweise, die in dem
Ablaufdiagramm dargestellt ist, und insbesondere auf den ersten
Funktionsblock (101) Bezug genommen, wobei der Start der
Subroutine eingeleitet und in den ersten Funktionsblock (101)
eingetreten wird, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode
abgelaufen ist, die durch einen Zeitgeber in dem Hauptprogamm
festgelegt ist. Der erste Funktionsblock (101) stellt den
Zustand von Eingabegeräten fest und liest diesen ein, wobei
dieser Vorgang im Sammeln oder Erfassen der erforderlichen Daten
von dem Bezugs-Bremshandgriff und dem Rückführungs-Druckwandler
und in der Speicherung der Information an geeigneten
Speicherstellen für eine nachfolgende Verwendung durch das
Hauptprogramm besteht.
Aus den von dem ersten Funktionsblock (101) gesammelten
Parametern berechnet und bestimmt ein zweiter Funktionsblock
(102) das Vorzeichen und die Größe des Druckfehlers dadurch,
daß die Druckanzeige des Wandlers von dem Bremshandgriff-
Druckanforderungsbefehl subtrahiert wird.
In dem folgenden Entscheidungsblock (103) wird die Größe des
Druckfehlers mit einem vorher ausgewählten Drucksteuerbereich
verglichen. Wenn die Größe des Druckfehlers außerhalb des
Drucksteuerbereiches liegt, so liefert der Entscheidungsblock
(103) ein "JA" an den folgenden Funktionsblock (104), der die
Magnetventile in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des
Druckfehlers in den entsprechenden Zustand bringt. Daher werden
die Impulsbreiten-Zeitgeber nicht gestartet und es erfolgt eine
Rückkehr zum Hauptprogramm. Wenn der Druckfehler außerhalb des
Steuerbereiches liegt, werden die Magnetventile ein- oder
ausgeschaltet gelassen, wie dies durch das Vorzeichen des
Druckfehlers bestimmt ist, bis der Systemdruck innerhalb des
vorgegebenen Steuerbereiches liegt.
Es ist zu erkennen, daß der Steuerbereich durch die
Betriebscharakteristik des speziellen Systems bestimmt ist, und
daß er typischerweise zwischen 0,0689 und 0,1378 bar (1 oder 2
psi) von dem Ziel-Druckpegel nach Fig. 3 liegen kann. Wenn die
Größe innerhalb des Drucksteuerbereiches liegt, so liefert der
Entscheidungsblock (103) ein "NEIN" an den nächsten
Entscheidungsblock (105). Zu diesem Zeitpunkt liegt der Druck
des Systems innerhalb des Steuerdruckbereiches, so daß die
Magnetventile impulsförmig für genaue Zeitperioden angesteuert
werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, um auf diese Weise
wiederholt kleinere Änderungen des Druckes hervorzurufen.
Während dieser gesteuerten Druckfolge ist der spezielle Zustand,
in dem sich die jeweiligen Magnetventile befinden, durch das
Vorzeichen des Druckfehlers bestimmt, und die Zeitperiode, über
die der jeweilige Elektromagnet eingeschaltet wird, wird in
Abhängigkeit von der Größe des Druckfehlers berechnet. Wenn
der Druckfehler außerhalb des Totbereiches liegt, so wird in
den dritten Funktionsblock (106) ausgehend von dem "JA"-Ausgang
des Entscheidungsblockes (105) eingetreten. Dieser spezielle
Funktionsblock (106) schaltet die Magnetventile ein oder aus,
wie dies durch das Vorzeichen des Druckfehlers bestimmt ist,
und die Zeitgeber werden gestartet und auf eine Zeitperiode
eingestellt, die durch die Größe des Druckfehlers bestimmt ist.
Danach erfolgt eine Rückkehr zum Hauptprogramm.
Wenn der Steuerdruck innerhalb des Steuerbereiches liegt und
nahe genug am Ziel-Druckpegel liegt, so ist keine Betätigung
erforderlich und der Entscheidungsblock (105) liefert ein "NEIN"
an den vierten Funktionsblock (107). Der vierte Funktionsblock
(107) bewirkt, daß die Magnetventile in den Überlappungszustand
gebracht werden, wenn sie sich nicht bereits in diesem befinden.
Die Zeitgeber werden jedoch nicht gesetzt und es erfolgt eine
Rückkehr zum Hauptprogramm.
Wie dies bereits oben erwähnt wurde, ist das Ablaufdiagramm
nach Fig. 2 im wesentlichen aus sich selbst heraus verständlich,
soweit es die Steuerung der Magnetventile betrifft, doch
erfordert die Betätigung nach dem Setzen der Zeitgeber und nach
der Ansteuerung oder dem Abschalten der Magnetventile eine
Erläuterung. Wenn die Zeitgeber gesetzt und gestartet sind,
erfolgt eine direkte Rückkehr zum Hauptteil des
Computerprogramms. Zu diesem Zeitpunkt laufen die Zeitgeber und
sie laufen schließlich ab und rufen eine weitere Unterbrechung
hervor, die von der Unterbrechung abweicht, die durch den
Eintritt in die Steuerroutine hervorgerufen wird. Wenn diese
Unterbrechung auftritt, enthält der zugehörige Vektor die
Adresse einer Subroutine, die bewirkt, daß die Magnetventile
in einen Überlappungszustand oder irgendeinen Zustand gebracht
werden, der mit dem Steuerverfahren kompatibel ist. Die
Magnetventile bleiben in diesem Überlappungszustand, bis eine
Unterbrechung des Hauptprogramms durch den Ablauf des Haupt-
Zeitgebers auftritt, und der Zyklus wird wiederholt.
Zusätzlich zu dem grundlegenden Steuerprogramm wurde in gewissem
Ausmaß ein Konzept ausgeführt, das die Idee einschließt, das
System an einige seiner Umgebungsbedingungen "anpaßbar" zu
machen. Kurz gesagt sind Umstände aufgetreten, bei denen die
Impulsbreite und die Zeitsteuerung genau dafür richtig sind,
daß keine Änderung des Steuerdruckes auftritt. Ein derartiger
Zustand könnte bewirken, daß der Elektromagnet dauernd
impulsförmig angesteuert wird, bis der Steuerdruck ausreichend
weit geändert ist, damit das Steuersystem eine andere
Impulsbreite auswählt.
Diese Idee wird dadurch ausgeführt, daß ein Zähler ausgebildet
wird, der jedesmal dann einmal weitergeschaltet wird, wenn die
Impulsbreite und das Vorzeichen des Fehlers gleich der
vorhergehenden Impulsbreite und dem vorhergehenden Fehler blieb.
Wenn der Zähler eine vorgegebene Zählung erreicht, wird die
nächste Impulsbreite ausgewählt, der Zähler wird auf null
zurückgesetzt, und die Folge wird wiederholt.
Wenn sich der Druck ausreichend stark ändert, um das Vorzeichen
des Druckfehlers als Ergebnis der gerade zurückliegenden
Impulsbreite zu ändern, so wird eine Flagge gesetzt, die
anzeigt, daß die Stabilität erreicht wurde und weitere
Bezugswerte auf die Impulsbreite beginnen mit der Impulsbreite
bei die Stabilität begonnen hat.
Claims (18)
1. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem für
Eisenbahnfahrzeuge,
gekennzeichnet durch Einrichtungen (OH) zur
Einleitung eines gewünschten Bremsanforderungssignals, auf das
gewünschte Bremsanforderungssignal ansprechende Einrichtungen
(CPU) zur Lieferung von Zeitgeber- und Steuersignalen, durch
die Zeitgeber- und Steuersignale betätigte Einrichtungen (ECA,
ECR) zur Steuerung des Druckes der Bemsleitung durch Überwachen
des Druckes in einem Ausgleichsbehälter (ER), Einrichtungen (PS)
zur Messung des Druckes in dem Ausgleichsbehälter (ER) und zur
Lieferung eines Rückführungssignals an die Zeitgeber- und
Steuereinrichtungen (CPU) zur Berechnung der Differenz zwischen
dem gewünschten Bremsanforderungssignal und dem
Rückführungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, was ein
impulsförmiges Ein- und Ausschalten der Drucksteuereinrichtungen
(ECA, ECR) bewirkt, bis der Druck in dem Ausgleichsbehälter (ER)
im wesentlichen mit dem des gewünschten Bremsanforderungssignals
übereinstimmen.
2. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen
zur Einleitung eines gewünschten Bremsanforderungssignals die
Form eines manuellen Bremsbefehls-Steuergerätes (OH) aufweisen.
3. Digitales Druckluftbremsen-Steuersytem nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeber-
und Steuereinrichtung ein Mikroprozessor (CPU) ist.
4. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Drucksteuereinrichtungen zumindestens zwei elektropneumatische
Ventile (ECA, ECR) einschließen.
5. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eines der
elektropneumatischen Ventile ein Zuführungs-Magnetventil (ECP)
ist.
6. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein anderes der
beiden elektropneumatischen Ventile ein Auslaß-Magnetventil
(ECR) ist.
7. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden
elektropneumatischen Ventile (ECA, ECR) die Form eines Zweiweg-
Magnetventils aufweist.
8. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden
elektopneumatischen Ventile (ECA, ECR) die Form eines
federvorgespannten Magnetventils aufweist.
9. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung
ein pneumatisch-/elektrischer Wandler (PS) ist.
10. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach einem der
Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das manuelle
Bremsbefehl-Steuergerät (OH) die ausgewählte Position in ein
entsprechendes elektrisches Signal umwandelt.
11. Pneumatische Drucksteueranordnung zur Steuerung der Bremsen
von Eisenbahnfahrzeugen,
gekennzeichnet durch ein manuelles Bremsbefehls-
Steuergerät (OH) zur Umwandlung einer ausgewählten Bremsposition
in ein entsprechendes elektrisches Signal, ein Zuführungs-
Magnetventil (ECA), das mit einer Druckluftquelle (MR) und einer
Speichereinrichtung (ER) verbindbar ist, ein Auslaß-Magnetventil
(ECR), das mit der Atmosphäre (EX) und mit der
Speichereinrichtung (ER) verbindbar ist, einen
elektropneumatischen Wandler (PS) zur Messung des Druckes in
der Speichereinrichtung (ER) und zur Lieferung eines
Rückführungssignals, einen Mikroprozessor (CPU) zum Empfang und
zum Vergleich des elektrischen Signals mit dem
Rückführungssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals, das zu
Anfang das Zuführungs-Magnetventil (ECA) und das Auslaß-
Magnetventil (ECR) bei Anforderung einer Bremsleistung
ansteuert, das nachfolgend die Magnetventile impulsförmig
ansteuert, wenn der Druck in der Speichereinrichtung (ER) in
einen vorausgewählten Steuerbereich gelangt und das schließlich
die Magnetventile abschaltet, wenn der Druck in der
Speichereinrichtung (ER) in einen vorausgewählten Totbereich
gelangt, um einen Überlappungszustand hervorzurufen.
12. Pneumatische Drucksteueranordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungs-
Magnetventil (ECA) durch elektrische Impulse impulsförmig
angesteuert wird, die eine abnehmende Dauer aufweisen.
13. Pneumatische Drucksteueranordnung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der
elektropneumatische Wandler (PS) die Form einer
Dehnungsmeßstreifeneinrichtung aufweist.
14. Pneumatische Drucksteueranordnung nach einem der Ansprüche
11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Speichereinrichtung einen Ausgleichsbehälter (ER) einschließt.
15. Pneumatische Drucksteueranordnung nach einem der Ansprüche
11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal
die anfängliche Abschaltung des Zuführung-Magnetventils (ECA)
und des Auslaß-Magnetventils (ECR) bei einer abnehmenden
Bremsanforderung hervorruft und nachfolgend das Auslaß-
Magnetventil (ECR) impulsförmig ansteuert, wenn der Druck in
der Speichereinrichtung (ER) in den vorausgewählten
Steuerbereich gelangt, worauf schließlich Auslaß-Magnetventil
abgeschaltet wird, wenn der Druck in der Speichereinrichtung
in den vorausgewählten Totbereich gelangt, um einen
Überlappungszustand hervorzurufen.
16. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungs-
Magnetventil (ECA) einen oberen, eine freie Strömung
ermöglichenden Teil (AUP) und einen unteren Sperrteil (AIR)
einschließt.
17. Digitales Druckluftbremsen-Steuersystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaß-
Magnetventil (ECR) einen oberen Sperrteil (RUP) und einen
unteren, eine freie Strömung ermöglichenden Teil (ROP)
einschließt.
18. Digitales Druckluftbremsensteuersystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaß-
Magnetventil (ECR′) einen oberen, eine freie Strömung
ermöglichenden Teil (RUP′) und einen unteren Sperrteil (ROP′)
einschließt.
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