Traction control for railway vehicles

• Traktionsregelung für Schienenfahrzeuge

Fleischer, Michael; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Abel, Dirk (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 128
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xxiv, 162 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Bisher wurde der Traktionsantriebsstrang in der Regelungssoftware nicht berücksichtigt, da alle mechanischen Parameter unbekannt waren. Letztere unterliegen dem Radsatzverschleiß und der Gummialterung während der Laufzeit des Antriebsstranges. Das bekannte Schwingungsverhalten des Antriebsstranges ermöglicht ein einfaches und smartes Identifikationsverfahren. Als Resultat wird ein reduziertes Drei-Massen-Model errechnet, welches für Parameterschätzung, Systemüberwachung und Regelung angewendet wird. Basierend auf diesem virtuellen Model werden virtuelle Sensoren für alle relevanten Signale des Antriebsstranges vorgestellt. Die Signale werden mit Histogrammen analysiert um die Ausnutzung des Rad-Schiene-Kontaktes und das Lastspielspektrum der Radsatzwelle zu bestimmen. Der virtuelle übertrifft den physikalischen Sensor hinsichtlich Verlässlichkeit, Robustheit, Kosten und Einbauraum. Des Weiteren werden für die Schwingungsregelung zwei Standard-Verfahren, nämlich der Standard- und der passive Readhäsionsregler, erörtert und bezüglich ihrer Anti-Windup und Präventionsleistung verbessert. Dann wird eine neue modale Zustandsregelung im Zeitbereich mit einer Vorsteuerung entworfen. Diese Regelung wird in den Frequenzbereich übertragen. Eine einfache Startprozedur des neuen aktiven Schwingungsreglers von jeglichem Standardregler wird vorgeschlagen um die Akzeptanz und die Anwendbarkeit für die Traktionsanwendung zu steigern. Aufgrund einer geringen Qualität des Geschwindigkeitsignals ist der aktive Schwingungsregler in der Lage, Schwingungen bis zu einem bestimmten Grad zu dämpfen. Jenseits dieser Grenze wird zusätzlich ein passiver Readhäsionsregler gekoppelt und dieser greift ein, bis der aktive Schwingungsregler wieder die Schwingungen beherrscht. Unter Verwendung der Synergie von aktiven und passiven Reglern wird der stabile Betriebsbereich des Traktionsantriebes ohne Verlust von Zugkraft deutlich gesteigert. Um die Komplexität der Inbetriebnahme zu vereinfachen und die Dämpfungsleistung weiter zu erhöhen, wird ein virtueller Tilgerregler mit minimierter Sensorrauschverstärkung auf Basis des Standard-Reglers eingeführt. Der Tilger ist virtuell auf dem indirekt angetriebenen Rad eines beliebigen Antriebsstranges montiert und sein Start wird vom Standard-Regler aus eingleitet. Seine Parameter werden kontinuierlich an den Radsatzverschleiß und an die Gummialterung angepasst, um alle Nachteile zu vermeiden, die von einem fest installierten Tilger bekannt sind. Auf Basis des virtuellen Tilgers werden universellere virtuelle Filter für den Traktionsantrieb eingesetzt, um den Antriebsstrang vor Schwingungen zu schützen und die Zugkraftausnutzung zu erhöhen. Der letztgenannte Effekt wird nur durch eine aktive virtuelle Readhäsion erreicht, wo andererseits der passive Regler mit einem Verlust der Zugkraft einhergeht. Um ein derartiges Mehr-Filter-Reglerschema zu implementieren, wird eine Zustandsmaschine eingeführt, um die Aktivierung der verschiedenen Regler entsprechend dem gewünschten Zustand einzuleiten.