DE4107514C2 - Antriebsregelungssystem - Google Patents

Antriebsregelungssystem

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsregelungssystem zum Führen eines Fahrzeugs über eine mittels eines vorgegebe­ nen Fahrprofils bestimmte Strecke und zum Anhalten an einem vorgegebenen Zielort.
Bei einem bekannten spurgebundenen Schnellverkehrssystem mit berührungsloser magnetischer Trag-, Fahr- und Antriebstechnik ist die Strecke in unterschiedlich lange Streckenabschnitte unterteilt. Diese Streckenabschnitte haben auch unterschied­ liche elektrische Eigenschaften. Aus diesen Gründen sind der in jedem Streckenabschnitt erreichbare Bremsschub verschieden groß und die dadurch bedingte Verzögerung von der Geschwin­ digkeit des Fahrzeugs, insbesondere eines Magnetschwebefahr­ zeugs, abhängig. Die geschwindigkeitsabhängige maximale Ver­ zögerung wird auch noch vom Luftwiderstand beeinflußt.
Um bei einer Zielbremsung auf möglichst kurze Bremswege zu kommen, ist es vorteilhaft, die im jeweiligen Streckenab­ schnitt erreichbare Verzögerung voll auszunutzen. Da bei ei­ nem Bremsvorgang mehrere Streckenabschnitte überfahren werden können, muß bei dem Wunsch nach einem kurzen Bremsweg eine sich laufend verändernde Verzögerung erreicht werden. Aus Komfortbedingungen müssen die Vorgänge zwischen den verschie­ denen Verzögerungswerten ruckbegrenzt verschliffen sein.
Aus der DE 30 01 778 C2 ist ein Führungsgrößengeber mit einem Fahrkurvenverlauf bekannt. Dieser Führungsgrößengeber wird für eine ruck-, beschleunigungs- und geschwindigkeitsbe­ grenzte Wegregelung eines Positionsantriebes mit unterlager­ ter Geschwindigkeitsregelung verwendet. Dabei erfolgt mit Vorgabe entsprechender Ruckwerte und einer mehrfachen zeitli­ chen Integration derselben eine Führung des Wegsollwertes und eines Geschwindigkeitssollwertes des Positionsantriebes. Mit einer solchen Sollwertführung kann unter Einhaltung und längstmöglicher Ausnutzung der durch die Begrenzungen festge­ legten Randbedingungen die gewünschte Position zeitoptimal erreicht werden.
Der s-Regler dieses Führungsgrößengebers enthält eine Wurzel­ funktion, deren Parameter von der gewählten Verzögerung ab­ hängig sind. Deshalb weist der Führungsgrößengeber beim Brem­ sen eine konstante Verzögerung auf. Für den Einsatz eines solchen Führungsgrößengebers bei dem eingangs erwähnten spur­ gebundenen Fahrzeug würde das bedeuten, daß abschnittsweise mit einer bestimmten Wurzelfunktion gearbeitet werden müßte. Dabei kann man sich zwar den unterschiedlichen Streckenab­ schnitten, aber nicht den sich von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Verzögerungen anpassen. Dies bedeutet aber gleich­ zeitig ein Verschenken von Bremsweg.
Nach der AT-PS 361 539 ist ein Antriebsregelungssystem zum Führen eines Fahrzeuges bekannt, bei dem aus einem Sollbrems­ kurvenspeicher eine Zielbremskurve ausgewählt und einem Füh­ rungsgrößengeber übermittelt wird. Die Verwendung abgespei­ cherter Sollbremskurven führt aber zu keiner Gesamt-Soll­ bremskurve, wenn entlang des Bremsweges mehrere Streckenab­ schnitte überfahren werden, in denen unterschiedlich erreich­ bare Verzögerungen ausgenutzt werden sollen. Außerdem ist auch hier keine an die Fahrgeschwindigkeit anpassbare Verzö­ gerung vorgesehen.
Ein Rückgriff auf die Berechnung einer Zielbremskurve wie in DE-A 27 09 460 vorgeschlagen, würde ebenfalls nicht zur Lö­ sung des Problems führen. Zwar wäre die Berechnung einer Zielbremskurve mit mehreren (jeweils konstanten) Bremsverzö­ gerungen möglich, aber nur dann, wenn die Zuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Änderung der Bremsverzögerung bekannt ist. Eine Berechnung der Zielbremskurve bei variablem Zeitpunkt der Änderung der Bremsverzögerung ist auf diese Weise nicht möglich.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsre­ gelungssystem anzugeben, mit dem ein Fahrzeug unter Berück­ sichtigung des jeweiligen Zustands und des orts- und ge­ schwindigkeitsabhängigen Bremsvermögens des Antriebs gemäß einem vorgegebenen Fahrprofil über eine Strecke geführt und an einem vorgegebenen Zielort angehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.
Danach besteht das Antriebsregelungssystem aus einem Füh­ rungsgrößengeber, einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung und einer Einrichtung zur Berechnung einer Zielbremskurve, wobei diese Einrichtung in Abhängigkeit von einem übermittelten, mehrere jeweils durch einen Start- und Zielort bestimmte Fahrwegabschnitte enthaltenden Ortsgeschwindigkeits-Telegramm eine aus mehreren orts- und geschwindigkeitsabhängige Brems- Verzögerungen aufweisenden Zielbremskurvenästen gebildete Zielbremskurve punktweise vollständig berechnet, wobei zur Ermittlung der orts- und geschwindigkeitsabhängigen Brems- Verzögerungen jeweils eine geschwindigkeitsabhängige, elek­ trische Bremskraft, ein geschwindigkeitsabhängiger Fahrwider­ stand und eine ortsabhängige Steigungs- und Gefällebeschleu­ nigung ermittelt wird und die Summe aus Bremskraft und Fahr­ widerstand mit der Steigungs- und Gefällebeschleunigung kor­ rigiert wird und jeweils von einem Zielort ausgehend auf ei­ nen Startort zurückgerechnet wird, und die Zielbremskurve dann mit der Fortschaltung dieses übermittelten Ortsgeschwindigkeits-Tele­ gramms sukzessiv von der Einrichtung in einem s-Regler des Führungsgrößengebers hinterlegt wird, wobei diese Berechnung bei Eintreffen eines neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms abgebrochen wird und eine neue Zielbremskurve in Abhängigkeit von einem neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramm, ausgehend von einem neuen Zielort, berechnet wird und wobei der Füh­ rungsgrößengeber in Abhängigkeit von diesem übermittelten Ortsgeschwindigkeits-Telegramm und von den berechneten Zielbremskurvenästen Sollwerte für die Weg- und Geschwindig­ keitsregelung berechnet.
Dadurch, daß das Antriebsregelungssystem neben einem Füh­ rungsgrößengeber und einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung auch eine Einrichtung zur Berechnung einer Zielbremskurve aufweist, der von einer übergeordneten Betriebsleittechnik Ortsgeschwindigkeits-Telegramme zugeführt werden, besteht die Möglichkeit in Abhängigkeit von diesen Ortgeschwindigkeits- Telegrammen Zielbremskurvenäste zu berechnen, die dann in dem s-Regler des Führungsgrößengebers hinterlegt werden. Mit dem Ortsgeschwindigkeits-Telegramm übergibt die Betriebsleittech­ nik dem Antriebsregelungssystem die Fahrwegabschnitte, die jeweils aus einem Startort und einem Zielort, Grenzgeschwin­ digkeit sowie zulässiger Beschleunigung und Verzögerung be­ stehen. Der erste Fahrwegabschnitt beginnt mit demselben Startort wie das Fahrt­ richtungs-Telegramm, das zum Einsetzen des Fahrzeugs mit Vorgabe des aktuellen Startortes und der fahrweg- und fahrzeugbezogenen Fahrtrichtung dient. Die zulässige Geschwindigkeit im jeweili­ gen Fahrwegabschnitt ist durch die Grenzgeschwindigkeit gegeben, die zulässige Geschwindigkeit am Zielort ist immer Null. Die Zielortsgeschwindigkeit Null wird durch Übertragung eines neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms mit demselben Ort als Startort aufgehoben. Dadurch ist es möglich, über den gesamten reservier­ ten Fahrweg ein Fahrprofil und einen Zielhalt zu definieren.
Nach Empfang eines Ortsgeschwindigkeits-Telegramms prüft das Antriebsregelungssystem, ob der Startort mit dem Zielort des letzten Telegramms (Fortschalten des Fahrprofils) übereinstimmt. Liegt ein gültiges Telegramm vor, wird aus den Fahrwegabschnitts­ daten ein internes Profil mit Berücksichtigung des antriebsspe­ zifischen Bremsvermögens angelegt. Dieses dient als Berechnungs­ grundlage aller in diesem Profil enthaltenen Zielbremskurven­ äste.
Erst nach vollständiger Berechnung wird die neue Zielbremskurve an den Führungsgrößengeber übergeben und für die Weg- und Ge­ schwindigkeitsregelung wirksam. Bei der Berechnung der Ziel­ bremskurve wird vom Zielort ausgehend auf den Startort gerech­ net, d. h., die Kennlinie wird rückwärts berechnet, so daß die Verzögerung als Beschleunigung erscheint. Durch eine zweimalige Integration dieses Beschleunigungswertes ergeben sich der Ge­ schwindigkeitsverlauf und der Wegverlauf. Diese ermittelte Kenn­ linie wird punktweise im s-Regler des Führungsgrößengebers ab­ gespeichert. Verwendet man zwischen den einzelnen Punkten der Kennlinie eine lineare Interpolation, genügt es, wenn man etwa 1.000 bis 2.000 Wertepaare berechnet. Bei schnellen Verzöge­ rungsänderungen kann die Dichte dieser Punkte erhöht werden.
Um die orts- und geschwindigkeitsabhängige Bremskraft einfach ermitteln zu können, wird sie in drei Anteile aufgespalten. Für jeden Zielbremsabschnitt erfolgt die Berechnung der geschwindig­ keitsabhängigen elektrischen Bremskraft jeweils durch Auswertung eines quadratischen Polynoms, dessen Koeffizienten in Form einer Tabelle abgespeichert sind. Der Fahrwiderstand wird in die An­ teile Luftwiderstand, der quadratisch von der Geschwindigkeit abhängt, und Lineargenerator- und Trag-/Führsystemverluste auf­ geteilt, entsprechend berechnet und in Tabellenform abgespei­ chert. Die Ermittlung der ortsabhängigen Steigungs- bzw. Gefälle­ kräfte erfolgt durch Einteilung der Fahrstrecke in Bereiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung. Alle hierfür notwendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform fest abgelegt. Zur Vermeidung von Sprüngen wird in einer Übergangszone zwi­ schen den einzelnen Bereichen linear interpoliert.
Die mögliche orts- und geschwindigkeitsabhängige Verzögerung ergibt sich, indem die Summe aus Bremsschub und Fahrwiderstand durch die Fahrzeugmasse dividiert, das Ergebnis um den Einfluß der Steigungen oder der Gefälle korrigiert und mit einem ein­ stellbaren Reservefaktor multipliziert wird. Eine Minimalaus­ wahl aus möglichen Verzögerungen und vorgegebener Grenzverzöge­ rung liefert den Beschleunigungswert für die Kennlinienberech­ nung. Die gefundenen Werte für Verzögerung (negative Beschleu­ nigung), Geschwindigkeit und Weg werden nach dem Berechnungs­ zyklus in einem Zielbremskurvenspeicher abgelegt.
Die Berechnung des aktuellen Zielbremskurvenastes wird bei Über­ schreitung der zulässigen Grenzgeschwindigkeit gestoppt. Weitere Zielbremsäste werden durch Setzen der Integratoren für Geschwin­ digkeit und Weg mit entsprechenden Startwerten errechnet. Die Zielbremskurve ist schließlich vollständig ermittelt, wenn nach vielen Schleifendurchläufen das interne Profil bis zum aktuellen Fahrzeugort durchsucht wurde.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Berechnung einer Zielbremskurve in Verbindung mit einem Führungs­ größengeber kann sich die Bremskraft an die unterschiedlichen Streckenabschnitte und an die in diesen Streckenabschnitten vor­ handenen Fahrgeschwindigkeiten anpassen. Wird jeweils diese orts- und geschwindigkeitsabhängige Verzögerung immer voll ausgenutzt, so werden sehr kurze Bremswege erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Antriebsregelungs­ systems werden die Ausgänge der Geschwindigkeitsregler des Füh­ rungsgrößengebers durch errechnete, dem jeweiligen Antriebs- und Bremsvermögen entsprechende Beschleunigungs- und Verzöge­ rungswerte begrenzt. Die Ermittlung der Antriebs- und Brems­ kraft und daraus der möglichen Beschleunigung und Verzögerung erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie die Berechnung der Brems­ kraft und die dazugehörige Verzögerung, d. h., ausgehend von abgespeicherten Tabellen für die Ermittlung von Antriebskraft, Bremskraft und Fahrwiderstand werden Beschleunigungs- und Ver­ zögerungswerte ermittelt, die in Abhängigkeit von Steigungen und Gefällen korrigiert werden und mit einem einstellbaren Be­ schleunigungs- und Verzögerungsfaktor multipliziert werden.
Dieses Konzept der Beschleunigung-/Verzögerungs-Begrenzung verhindert bei entsprechender Parametrierung einerseits, daß Begrenzungen im Antrieb auftreten, erlaubt andererseits aber auch die volle Ausnutzung der elektrischen Betriebsmittel zum Erreichen einer kurzen Fahrzeit.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsregelungssystems schematisch veranschaulicht ist.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungs­ gemäßen Antriebsregelungssystems, in
Fig. 2 ist ein Ortsgeschwindigkeits-Telegramm in einem Ge­ schwindigkeits-Diagramm über dem Ort dargestellt, die
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungs­ systems nach Fig. 1, in
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Führungsgrößengebers des Antriebsregelungssystems nach Fig. 1 dargestellt und die
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Grenzwerteinrichtung des Führungsgrößengebers nach Fig. 4.
In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Antriebs­ regelungssystems 2 näher dargestellt, dem von einer Betriebs­ leittechnik 4 ein Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT und ein Regelfahr-Telegramm RFT übermittelt wird. Ein Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm OGT ist in der Fig. 2 näher dargestellt. Mit dem Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT übergibt die Betriebs­ leittechnik 4 dem Antriebsregelungssystem 2 die Fahrabschnitte I bis IV, die jeweils aus Startort und Zielort, Grenzgeschwin­ digkeit vGrenz, sowie zulässiger Beschleunigung aBGrenz und Ver­ zögerung aVGrenz bestehen. Mit dem Regelfahr-Telegramm RFT kann ein beliebiger Sollwert für die Geschwindigkeit vSOLL und ein Grenzstrom iMax vorgesehen werden.
Das Antriebsregelungssystem 2 besteht aus einem Führungsgrößen­ regler 6, einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und einer Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve ZBK, deren Blockschaltbild in der Fig. 3 näher dargestellt ist.
Das Blockschaltbild des Führungsgrößengebers 6 ist in der Fig. 4 näher dargestellt und, wie bereits eingangs erwähnt, aus der DE 30 01 778 C2 abgeleitet. Dem Führungsgrößengeber 6 werden auch mittels des Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT ebenfalls von der Betriebsleittechnik 4 die Fahrabschnitte I bis IV, die jeweils aus Startort und Zielort, Grenzgeschwindigeit vGrenz sowie zulässige Beschleunigung aBGrenz und Verzögerung aVGrenz bestehen, übermittelt. Außerdem werden dem Führungsgrößengeber 6 ermittelte Zielbremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 übermittelt. Der Führungsgrößengeber 6 stellt das Bindeglied zwischen der Soll­ wertvorgabe aus dem Regelfahr-Telegramm RFT einerseits und der Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 andererseits dar. Dazu verarbeitet der Führungsgrößengeber 6 laufend die Daten aus einem internen Profil und der berechneten Zielbremskurve ZBK und vergleicht sie mit dem vorgegebenen Geschwindigkeits- Sollwert vSOLL. Er wählt die aktuell zu wirkenden Größen aus und ermittelt unter Berücksichtigung der Fahrkomfortbedingungen (Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsgrenzwert z. B. 1,5 m/s2, Ruckgrenzwert z. B. 0,5 m/s3) und der vorgegebenen Begrenzungs­ werte zeitoptimale, überschwingungsfreie Führungsgrößen s*, v* und a* für die Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und einer Sollstrombegrenzung 14 für eine unterlagerte Stromrege­ lung, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeuglageerfas­ sung und Lastkraftbeobachter werden die Istwerte s, v und aLAST für die Weg- und Geschwindigkeitsregelung 8 und 10 und der Soll­ strombegrenzung 14 erfaßt.
Die Fig. 2 zeigt ein von der Betriebsleittechnik 4 übermittel­ tes Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT. Dieses Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm OGT besteht aus vier Fahrwegabschnitten, ge­ kennzeichnet durch I bis IV. Jeder Fahrwegabschnitt I bis IV besteht aus einem Startort und einem Zielort. Außerdem ist für jeden Fahrwegabschnitt I bis IV eine Grenzgeschwindigkeit vGrenz1 bis vGrenz4 sowie eine zulässige Beschleunigung und Verzögerung angegeben. Der erste Fahrwegabschnitt I beginnt mit demselben Startort wie ein Fahrtrichtungs-Telegramm, das zum Einsetzen des Fahrzeugs mit Vorgabe des aktuellen Startorts und der fahr­ weg- und fahrzeugbezogenen Fahrtrichtungen dient. Die zulässige Geschwindigkeit im jeweiligen Fahrwegabschnitt I bzw. II bzw. III bzw. IV ist durch die Grenzgeschwindigkeit vGrenz1 bzw. vGrenz2 bzw. vGrenz3 bzw. vGrenz4 gegeben. Die zulässige Ge­ schwindigkeit am Zielort, hier am Zielort 4, ist Null.
In den Beschleunigungsphasen BSP ist sowohl die Kraftbegrenzung aus dem Regelfahr-Telegramm RFT als auch die Maximalbeschleuni­ gung aus dem Fahrprofil wirksam. Im Gegensatz dazu wird in den Verzögerungsphasen durch Zielbremsung nur die Maximalverzögerung berücksichtigt. Bei Bremsung aufgrund der Sollwertvorgabe aus dem Regelfahr-Telegramm RFT ist nur die Kraftbegrenzung wirksam (maximale elektrische Bremsung).
Das gebildete Fahrprofil FP legt den reservierten, technisch gesicherten Zustandsraum ZSR fest. Innerhalb dieses Zustands­ raumes ZSR kann mit dem Regelfahr-Telegramm RFT ein beliebiger Sollwert vSOLL für die Geschwindigkeit vorgegeben werden. Ist diese Sollgeschwindigkeit vSOLL größer als die jeweils gültige Grenzgeschwindigkeit, so begrenzt das Antriebsregelungssystem 2 die Regelfahr-Telegramm-Vorgabe auf diesen Wert. Das in Fig. 2 dargestellte Fahrprofil FP enthält zwei Verzögerungsphasen, die durch Zielbremskurvenäste ZBA2 und ZBA1 bestimmt sind. Die Ziel­ bremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 bilden für das übermittelte Orts­ geschwindigkeits-Telegramm OGT die Zielbremskurve ZBK.
Die Fig. 3 stellt ein Blockschaltbild der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungs­ systems 2 der Fig. 1 dar. Diese Einrichtung 12 enthält drei Speicher 16, 18 und 20, in denen Kennlinien in Tabellenform hinterlegt sind. Dem ersten und dem zweiten Speicher 16 und 18 ist jeweils ein ermittelter Geschwindigkeitswert v eines Ge­ schwindigkeitsintegrators 22 zugeführt. Der zweite Eingang des ersten Speichers 16 ist mit einer Streckenabschnitts-Zuordnung 24 verknüpft, die eingangsseitig mit einem Ausgang eines Weg­ integrators 26 verbunden ist. Dieser Wegintegrator 26 ist eben­ falls mit dem dritten Speicher 20 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Addierers 28 verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Speicher 16 und 18 sind mittels eines Addierers 30 miteinander verbunden, dessen Ausgang über einen Quotienten­ bildner 32 mit dem weiteren Addierer 28 verbunden ist. Der zweite Eingang des Quotientenbildners 32 ist mit einem Wich­ tungsglied 34 versehen, an dem die Fahrzeugmasse m eingestellt werden kann. Der Ausgang des weiteren Addierers 28 ist über einen Multiplizierer 36, an dessen zweitem Eingang ein einstell­ barer Faktor c ansteht, mit einer Minimalauswahleinrichtung 38 verbunden, an deren zweitem Eingang ein Verzögerungsgrenzwert aVGrenz ansteht. Der Ausgang dieser Einrichtung 38 ist über einen Hochlaufgeber 40 mit dem Geschwindigkeitsintegrator 22 verbunden, dem der Wegintegrator 26 nachgeschaltet ist. Die Ausgänge des Hochlaufgebers 40, des Geschwindigkeitsintegrators 22 und des Wegintegrators 26 führen alle zu einem Zielbremskur­ venspeicher 42 hin. Die Ausgänge des Geschwindigkeitsintegra­ tors 22 und des Wegintegrators 26 sind außerdem mit einer Steuereinrichtung 44 verbunden, an deren Eingängen ein Ziel­ signal sZiel und ein Geschwindigkeitsgrenzwert vGrenz anstehen. Ausgangsseitig ist diese Steuereinrichtung 44 einerseits mit dem Zielbremskurvenspeicher 42 und andererseits jeweils mit einem Setzeingang des Geschwindigkeitsintegrators 22 und des Wegintegrators 26 verknüpft. Der Ausgang des Zielbremskurven­ speichers 42 bildet den Ausgang der Einrichtung 12 zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK des Antriebsregelungssystems 2.
Anhand dieses Blockschaltbilds und des Fahrprofils FP bzw. des Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT der Fig. 2 soll die Wir­ kungsweise der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbrems­ kurve ZBK im folgenden näher erläutert werden:
Gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird von der Betriebs­ leittechnik 4 beispielsweise das in der Fig. 2 dargestellte Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT der Einrichtung 12 zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve ZBK und dem Führungsgrößengeber 6 übertragen. Das Ortsgeschwindigkeits-Telegramm OGT enthält vier Fahrwegabschnitte I bis IV, die jeweils durch einen Start­ ort und einen Zielort bestimmt sind. Außerdem enthält das Ge­ schwindigkeits-Telegramm OGT Werte für die einzelnen Grenzge­ schwindigkeiten sowie der zulässigen Beschleunigung und Verzöge­ rung. Nach Empfang dieses Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT prüft die Steuereinrichtung 44 der Einrichtung 12 zur Berech­ nung einer Zielbremskurve ZBK, ob der Startort mit dem Zielort des letzten Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT übereinstimmt. Im Falle einer Unstimmigkeit wird eine entsprechende Fehlermel­ dung an die Betriebsleittechnik 4 gesendet.
Liegt ein gültiges Telegramm OGT vor, wird aus den Fahrwegab­ schnitten I bis IV ein internes Profil mit Berücksichtigung des antriebsspezifischen Bremsvermögens angelegt. Dieses dient als Berechnungsgrundlage aller in diesem Profil enthaltenen Ziel­ bremskurvenäste ZBA1 und ZBA2. Die Transrapid-Versuchsanlage- Emsland hat achtundfünfzig Streckenabschnitte, die durch ihre zum Teil unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Entfer­ nungen zu den Unterwerken unterschiedliche elektrische Eigen­ schaften und dadurch unterschiedliche Bremsvermögen aufweisen. Aus diesen Streckenabschnitten sind durch Zusammenfassung von in ihren Eigenschaften fast gleichen Schaltabschnitten zweiundzwan­ zig Zielbremsabschnitte definiert. Für jeden Zielbremsabschnitt erfolgt die Berechnung der geschwindigkeitsabhängigen elektri­ schen Bremskraft FSCHUB sowohl für die Direkttaktung als auch für den Schwenkbetrieb jeweils durch Auswertung eines quadra­ tischen Polynoms, dessen Koeffizienten in Form einer Tabelle im ersten Speicher 16 abgespeichert sind. Den elektrischen Bremsschub FSCHUB findet man also für jeden Streckenabschnitt mittels bereitgehaltener Kurvenzüge, die nicht punktweise abge­ speichert sind, sondern durch formelmäßige Zusammenhänge berech­ net werden (beispielsweise Parabel 2. oder 3. Grades). In Abhän­ gigkeit der ermittelten Geschwindigkeit v und eines ermittelten Streckenabschnittswertes wird aus dem ersten Speicher 16 eine geschwindigkeitsabhängige elektrische Bremskraft FSCHUB ausge­ lesen.
Zum elektrischen Bremsschub FSCHUB wird der Fahrwiderstand FWID addiert, der besonders stark geschwindigkeitsabhängig ist. Der Fahrwiderstand FWID setzt sich vorwiegend aus dem Luftwiderstand und einem Ersatzwiderstand zusammen, der die Lineargenerator- und Trag-/Führsystemverluste berücksichtigt. Nach Division durch die Masse m des Fahrzeugs erhält man die Verzögerung aBW. Hier­ durch wird auch der Beladungszustand des Fahrzeugs berücksich­ tigt. Diese Verzögerung aBW wird noch korrigiert durch den Ein­ fluß von Steigungen und Gefällen.
Die Ermittlung der ortsabhängigen Steigungs- und Gefällekräfte erfolgt durch Einteilung der Strecke in Bereiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung aGS. Alle hierfür not­ wendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform im dritten Spei­ cher 20 abgelegt. Zur Vermeidung von Sprüngen wird in einer Übergangszone zwischen den einzelnen Bereichen linear inter­ poliert. In Abhängigkeit eines ermittelten Wegwertes s wird eine entsprechende Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung aGS ausgelesen und zur Verzögerung aBW addiert. Diese Verzögerung wird noch mit einem einstellbaren Faktor c, beispielsweise 0,9, multipliziert, wodurch man eine Brems-Verzögerung aBr er­ hält.
Die Minimalauswahl-Einrichtung 38 der Einrichtung 12 zur Be­ rechnung einer Zielbremskurve ZBK liefert den endgültigen Beschleunigungswert a für die Zielbremskurve ZBK, in dem immer der kleinere der beiden anstehenden Werte (Verzögerungsgrenz­ wert aVGrenz, Brems-Verzögerung aBR) ausgewählt wird.
Der Hochlaufgeber 40 (Regelschleife für Beschleunigung) begrenzt den Anstieg der Beschleunigung a auf die zulässige Höhe (Ruck­ begrenzung). Durch zweimalige Integration dieses Beschleunigungs­ wertes a kann die Geschwindigkeit v und der Weg s gefunden wer­ den. Diese Werte a, v und s werden nach jedem Berechnungszyklus als Punkt einer Zielbremskurve ZBK im Zielbremskurvenspeicher 42 abgelegt.
Um nicht zuviel Rechenzeit für die Zielbremskurve ZBK aufzuwen­ den, wird sie mit einer größeren Schrittweite gerechnet. Bei Höchstgeschwindigkeit könnte bei Streckenabschnittswechsel ein störender Fehler entstehen. Durch einmaliges Verkürzen der Zykluszeit eines Rechenzyklus kann das Ende eines Δs-Elementes genau auf eine Streckenabschnittsgrenze gelegt werden. Von da an kann wieder mit den neuen Parametern und der normalen Zykluszeit weitergerechnet werden.
Bei dieser Berechnung der Beschleunigung a, der Geschwindigkeit v und des Weges s wird vom Zielort ausgehend gerechnet, d. h., die Fahrkurve bzw. das Profil FP wird rückwärts gerechnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beginnt die Rechnung am Ziel­ ort 4 mit einer Zielgeschwindigkeit v = 0. Wie beschrieben, wird der erste Zielbremskurvenast ZBA1 Punkt für Punkt berechnet. Am Zielort 3 erkennt die Steuereinrichtung 44, daß der Zielbrems­ kurvenast ZBA1 größer als die zulässige Grenzgeschwindigkeit vGrenz3 ist, wodurch die Berechnung gestoppt wird. Im Fahrab­ schnitt IV ist deshalb ein Zielbremskurvenast ZBA1 berechnet worden, da im Fahrabschnitt III die Grenzgeschwindigkeit vGrenz3 kleiner ist als die Grenzgeschwindigkeit vGrenz4 des Fahrab­ schnitts IV. Aus diesem Grund wird erst wieder im Fahrabschnitt II ein zweiter Zielbremskurvenast ZBA2 berechnet. Bei dieser Berechnung wird vom Zielort 2 von einer Zielortsgeschwindigkeit vGrenz3 ausgegangen. Die Steuereinrichtung 44 setzt den Ge­ schwindigkeitsintegrator 22 und den Wegintegrator 26 auf diesen Startwert vGrenz3 bzw. Zielort 2. Die Zielbremskurve ZBK ist schließlich vollständig ermittelt, wenn nach vielen Schleifen­ durchläufen das interne Fahrprofil FP bis zum aktuellen Fahr­ zeugort durchsucht wurde.
Mit der Übertragung eines neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT mit dem Startort, der dem Zielort des vorherigen Ortsge­ schwindigkeits-Telegramms OGT mit der Zielortsgeschwindigkeit v = 0 entspricht, wird die Zielortsgeschwindigkeit v = 0 aufgehoben und die Berechnung einer weiteren Zielbremskurve ZBK in Abhän­ gigkeit des neuen Ortsgeschwindigkeits-Telegramms OGT gestartet.
In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Führungsgrößengebers 6 des Antriebsregelungssystems 2 nach Fig. 1 näher dargestellt. Da aus der DE 30 01 778 C2 der Aufbau eines Führungsgrößengebers bereits bekannt ist, beschränkt sich diese Beschreibung des Füh­ rungsgrößengebers 6 im wesentlichen auf den erfindungsgemäßen Teil.
Der Führungsgrößengeber 6 besteht aus zwei Regelschleifen der Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsführung 46 und 48, eine Wegregelschleife 50, einer Auswahlschaltung 52, einem Hochlauf­ geber 54, einem Geschwindigkeitsintegrator 56 und einem Weg­ integrator 58. Außerdem ist eine Minimalauswahl-Einrichtung 60 und eine Grenzwert-Einrichtung 62 vorgesehen, deren Blockschalt­ bild in Fig. 5 näher dargestellt ist. Gegenüber dem bekannten Führungsgrößengeber hat der s-Regler 64 der Wegregelschleife 50 des hier dargestellten Führungsgrößengebers 6 anstelle einer Wurzelfunktion die berechneten Zielbremskurvenäste ZBA1 und ZBA2 der Zielbremskurve ZBK, die mit der Fortschaltung der Orts­ geschwindigkeits-Telegramme OGT sukzessiv von der Einrichtung 12 zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK) übermittelt werden. Aus den Daten des internen Profils und des Wegintegrators 58 kann der Abstand zum Zielort errechnet werden und mit seiner Hilfe werden aus der Zielbremskurve ZBK, bestehend aus mehreren Zielbremskurvenästen ZBA1 und ZBA2, die zugehörige Geschwindig­ keit v*k und Verzögerung a*k ausgelesen, wobei zur Steigerung der Genauigkeit und zur Vermeidung von Sprüngen der Geschwindigkeit v*k zwischen benachbarten Stützpunkten linear interpoliert wird.
Aufgrund eines Δs-Wertes (sZiel - s*) werden aus der Kennlinie zwei benachbarte Wertepaare entnommen, aus denen durch lineare Interpolation der Funktionswert v*k bestimmt wird. Die außerdem noch benötigte Vorsteuergröße a*k wird ebenfalls aus den beiden Wertepaaren gewonnen nach der Beziehung
vk1 < vk2
Δsk1 <Δsk2
Die Auswahlschaltung 52 vergleicht die einzelnen Beschleuni­ gungen a1, a2 und a3 und wählt die jeweilige zu wirkende Be­ schleunigung a1, a2 oder a3 aus. Die Auswahlschaltung 52 wird gesteuert von der Minimalauswahl-Einrichtung 60, der eingangs­ seitig ein Sollwert vSoll und ein Grenzwert vGrenz der Geschwin­ digkeit und die aus dem s-Regler 64 ausgelesene Geschwindigkeit v*k zugeführt sind.
Die Regelschleifen 46 und 48 der Beschleunigungs- und Geschwin­ digkeitsführung enthalten jeweils einen radizierenden Funktions­ generator 66 bzw. 68 und einen Begrenzer 70 bzw. 72. Die Wegreg­ lerschleife 50 enthält ebenfalls einen radizierenden Funktions­ generator 74. Den Begrenzern 70 und 72 werden die mittels der Grenzwert-Einrichtung 62 erstellten Grenzwerte für die Beschleu­ nigung aBG und für die Verzögerung aVG zugeführt. Diese Grenz­ werte aBG und aVG werden in Abhängigkeit des Ortes s und der Geschwindigkeit v ermittelt.
Der Beschleunigungsregler 54 regelt die ausgewählte Beschleu­ nigung a1, a2 oder a3 so, daß höchstens der maximale Ruck von 0,5 m/s3 auftritt. Mittels zweimaliger Integration wird aus der geführt geregelten Beschleungiung a* ein Sollwert v* und s* für die Geschwindigkeit und für den Weg ermittelt.
Die Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der Grenzwert-Einrichtung 62 des Führungsgrößengebers 6, die die Begrenzer 70 und 72 mit errechneten, dem jeweiligen Antriebs- und Bremsvermögen ent­ sprechenden Beschleunigungs- und Verzögerungswerten aBG und aVG, beaufschlagen. Um dem jeweiligen Antriebs- und Bremsvermögen ent­ sprechende Beschleunigungs- und Verzögerungswerte aBG und aVG zu ermitteln, muß in Abhängigkeit des Ortes s* und der Geschwin­ digkeit v* zunächst eine Antriebskraft FANTR und eine Bremskraft FBREMS ermittelt werden. Dazu sind zwei Speicher 76 und 78 vor­ gesehen, in denen jeweils Koeffizienten eines quadratischen Polynoms abgespeichert sind. Dem ersten und zweiten Speicher 76 und 78 ist jeweils die Geschwindigkeit v* und ein Streckenab­ schnittswert, ermittelt mittels einer Abschnittszuordnung 80 aus dem eingangs anstehenden Weg s*, zugeführt. Der Ausgang des ersten Speichers 76 ist mit einem Differenzbildner 82, dem ein Quotientenbildner 84 mit nachgeschaltetem weiteren Differenz­ bildner 86 nachgeschaltet ist, versehen. Der Ausgang des zwei­ ten Speichers 78 ist mit einem Addierer 88, dem ein Quotienten­ bildner 90 mit nachgeschaltetem weiteren Addierer 92 nachgeschal­ tet ist, versehen. Da die Antriebskraft FANTR und die Bremskraft FBREMS vom Fahrwiderstand FWID beeinflußt wird, ist ein dritter Speicher 94 vorgesehen, der eine Funktion enthält, die den Zu­ sammenhang zwischen der Geschwindigkeit und des Fahrwiderstan­ des FWID wiedergibt. Der in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v* ermittelte Fahrwiderstand FWID wird von der Antriebskraft FANTR subtrahiert und zur Bremskraft FBREMS addiert. Mittels der bei­ den Quotientenbildner 84 und 90 werden die korrigierte Antriebs­ kraft F'ANTR und die korrigierte Bremskraft F'BREMS jeweils auf die Fahrzeugmasse m bezogen. Da die zu durchfahrene Strecke Steigungen und Gefälle aufweisen kann, ist die Strecke in Be­ reiche mit konstanter Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung aGS eingeteilt. Alle hierfür notwendigen Werte sind ebenfalls in Tabellenform in einer Steigungszuordnung 96 abgelegt. In Abhän­ gigkeit eines Wegwertes s* wird eine entsprechende Steigungs- bzw. Gefällebeschleunigung aGS ausgelesen und von der bezogenen korrigierten Antriebskraft subtrahiert und zur bezogenen korri­ gierten Bremskraft addiert. Diese ermittelte Antriebsbeschleu­ nigung wird über einen Multiplizerer 98 einem Begrenzer 100 zugeführt, an dessen Ausgang der Beschleunigungswert aBG ansteht. Die ermittelte Bremsverzögerung wird über einen Invertierer 102 einem Multiplizierer 104 mit nachgeschaltetem Begrenzer 106 zu­ geführt, an dessen Ausgang der Verzögerungswert aVG ansteht. Der zweite Eingang des Multiplizierers 98 bzw. 104 ist mit einem einstellbaren Faktor cB bzw. cV versehen.

Claims (13)

1. Antriebsregelungssystem (2) zum Führen eines Fahrzeugs über eine mittels eines vorgegebenen Fahrprofils (FP) be­ stimmte Strecke und zum Anhalten an einem vorgegebenen Ziel­ ort, bestehend aus einem Führungsgrößengeber (6), einer Weg- und Geschwindigkeitsregelung (8, 10) und einer Einrichtung (12) zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK), wobei diese Einrichtung (12) in Abhängigkeit von einem übermittelten, mehrere jeweils durch einen Start- und Zielort bestimmte Fahrwegabschnitte (I, . . . IV) enthaltenden Ortsgeschwindig­ keits-Telegramms (OGT) eine aus mehreren orts- und geschwin­ digkeitsabhängige Brems-Verzögerungen (aBr) aufweisenden Zielbremskurvenästen (ZBA1, ZBA2) gebildete Zielbremskurve (ZBK) punktweise vollständig berechnet, wobei zur Ermittlung der orts- und geschwindigkeitsabhängigen Brems-Verzögerungen (aBr) jeweils eine geschwindigkeitsabhängige, elektrische Bremskraft (FSCHUB), ein geschwindigkeitsabhängiger Fahrwi­ derstand (FWID) und eine ortsabhängige Steigungs- und Gefäl­ lebeschleunigung (aGS) ermittelt wird und die Summe aus Bremskraft (FSCHUB) und Fahrwiderstand (FWID) mit der Stei­ gungs- und Gefällebeschleunigung (aGS) korrigiert wird und jeweils von einem Zielort ausgehend auf einen Startort zu­ rückgerechnet wird, und die Zielbremskurve (ZBK) dann mit der Fortschaltung dieses übermittelten Ortsgeschwindigkeits- Telegramms (OGT) sukzessiv von der Einrichtung (12) in einem s-Regler (64) des Führungsgrößengebers (6) hinterlegt wird, wobei diese Berechnung bei Eintreffen eines neuen Orts­ geschwindigkeits-Telegramms (OGT) abgebrochen wird und eine neue Zielbremskurve in Abhängigkeit von einem neuen Orts­ geschwindigkeits-Telegramms (OGT), ausgehend von einem neuen Zielort, berechnet wird und wobei der Führungsgrößengeber (6) in Abhängigkeit von diesem übermittelten Ortsgeschwindig­ keits-Telegramm (OGT) und von den berechneten Zielbremskurvenästen (ZBA1, ZBA2) Sollwerte (s*, v*, a*) für die Weg- und Geschwindigkeitsregelung (8, 10) berechnet.
2. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, wobei bei der Berechnung der Zielbremskurve (ZBK) beim Überschreiten einer zulässigen Geschwindigkeit (vGrenz) eines Fahrabschnitts (I, . . ., IV) ein Zielbremskurvenast (ZBA1) vollständig berech­ net ist und ein folgender Zielbremskurvenast (ZBA2), ausge­ hend von einem gesetzten Startwert, auf den Startort zurück­ gerechnet wird.
3. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, wobei die Ausgänge der v-Regler (66, 68) des Führungsgrößengebers (6) durch errechnete, dem jeweiligen Arbeits- und Bremsvermögen entsprechende Beschleunigungs- und Verzögerungswerte (aBG, aVG) begrenzt werden.
4. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (12) zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK) einen Zielbremskurvenspeicher (42) aufweist, in dem die be­ rechnete Zielbremskurve (ZBK) punktweise zyklisch abgespei­ chert wird, wobei jeder Punkt der Zielbremskurve (ZBK) einen Wert für die Verzögerung (a), die Geschwindigkeit (v) und den Weg (s) enthält.
5. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1 und 4, wobei der Verzögerungswert (a) mittels einer Minimalauswahl-Ein­ richtung (38) aus einer vorgegebenen Grenzverzögerung (aVGrenz) und der orts- und geschwindigkeitsabhängigen Brems- Verzögerung (aBr) bestimmt wird und dieser ermittelte Verzö­ gerungswert (a) durch zweimalige Integration den Geschwindig­ keitswert (v) und den Wegwert (s) ergibt.
6. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 5, wobei bei der Integration zur Bestimmung des Geschwindigkeitswertes (v) und des Wegwertes (s) von vorbestimmten Startwerten ausgegangen wird.
7. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 3, wobei ein Be­ schleunigungswert (aBG) bestimmt wird aus einem Differenzwert aus Antriebskraft (FANTR) und Fahrwiderstand (FWID) dividiert durch die Fahrzeugmasse (m), der um einen Gefälle-Steigungs­ wert (aGS) korrigiert und dann mit einem Beschleunigungsfak­ tor (cB) multipliziert wird.
8. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 3, wobei ein Verzögerungswert (aVG) bestimmt wird aus einer Summe aus Bremskraft (FBREMS) und Fahrwiderstand (FWID) dividiert durch die Fahrzeugmasse (m), der um einen Gefälle-Steigungswert (aGS) korrigiert und dann mit einem Verzögerungsfaktor (cV) multipliziert wird.
9. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (12) zur Berechnung einer Zielbremskurve (ZBK) für die Ermittlung eines Bremsschubes (FSCHUB) und eines Fahrwiderstandes (FWID) jeweils einen Speicher (16, 18) auf­ weist, wobei jedem Speicher (16, 18) ein ermittelter Ge­ schwindigkeitswert (v) und dem ersten Speicher (16) in Abhän­ gigkeit eines ermittelten Wegwertes (s) ein Streckenab­ schnittswert zugeführt wird und diese Speicher (16, 18) aus­ gangsseitig mittels eines Addierers (30) miteinander ver­ knüpft sind, dessen Ausgang über einen Quotientenbildner (32) mit einem weiteren Addierer (28) verknüpft ist, wobei der zweite Eingang des Quotientenbildners (32) mit einem Wich­ tungsglied (34) verbunden ist und wobei der zweite Eingang des weiteren Addierers (28) mit einem Ausgang einer Stei­ gungszuordnung (20) verbunden ist, an deren Eingang ein er­ mittelter Wegwert (s) ansteht, wobei der Ausgang des weiteren Addierers (28) über einen Multiplizierer (36) mit einer Mini­ mumauswahl-Einrichtung (38) verknüpft ist, an deren zweitem Eingang ein Verzögerungsgrenzwert (aVGrenz) ansteht und der ausgangsseitig über einen Hochlaufgeber (40) mit einem Ge­ schwindigkeitsintegrator (22) mit nachgeschaltetem Wegin­ tegrator (26) verknüpft ist, wobei die Ausgänge des Hochlauf­ gebers (40), des Geschwindigkeitsintegrators (22) und des Wegintegrators (26) mit einem Zielbremskurvenspeicher (42) und die Ausgänge des Geschwindigkeitsintegrators (22) und des Wegintegrators (26) mit einer Steuereinrichtung (44) verbun­ den sind, die ausgangsseitig mit jeweils einem Setzeingang des Geschwindigkeits- und des Wegintegrators (22, 26) ver­ knüpft ist und an deren Eingängen ein Zielsignal (sZiel) und ein Geschwindigkeitsgrenzwert (vGrenz) anstehen.
10. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 4, wobei eine Grenzwerteinrichtung (62) für die Ermittlung der Antriebs­ kraft (FANTR), der Bremskraft (FBREMS) und des Fahrwiderstan­ des (FWID) jeweils ein Speicher (76, 78, 94) aufweist, denen jeweils ein Geschwindigkeitswert (v*) zugeführt wird und wobei die ersten beiden Speicher (76, 78) eingangsseitig mit einer Abschnittszuordnung (80) verknüpft sind, der ein­ gangsseitig ein Wegwert (s*) ansteht, wobei dem ersten Spei­ cher (76) ein erster Differenzbildner (82) mit nachgeschalte­ tem Quotientenbildner (84) und dem zweiten Speicher (78) ein Addierer (88) mit nachgeschaltetem Quotientenbildner (90) nachgeschaltet sind, wobei der zweite Eingang des Differenz­ bildners (82) und des Addierers (88) jeweils mit dem Ausgang des dritten Speichers (94) und der zweite Eingang der Quoti­ entenbildner (84, 90) jeweils mit einem Wichtungsglied ver­ bunden sind, wobei der Ausgang des ersten Quotientenbildners (84) über einen zweiten Differenzbildner (86) mit nachge­ schaltetem Multiplizierer (98) mit einem Begrenzer (100) und der Ausgang des zweiten Quotientenbildners (90) über einen zweiten Addierer (92) mit nachgeschaltetem Inverter (102) mit einem Multiplizierer (104) mit nachgeschaltetem Begrenzer (106) verbunden ist, wobei der zweite Eingang des zweiten Differenzbildners (86) und des zweiten Addierers (92) mit ei­ ner Steigungszuordnung (96) verknüpft sind und wobei die Aus­ gänge der beiden Begrenzer (100, 106) die Ausgänge der Be­ grenzereinrichtung (62) bilden.
11. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 9, wobei als Einrichtung (12) zur Berechnung der Zielbremskurve (ZBK) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.
12. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 10, wobei als Grenzwerteinrichtung (62) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.
13. Antriebsregelungssystem (2) nach Anspruch 1, wobei als Führungsgrößengeber (6) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.
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