DE19653727A1 - Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Abschaltung eines Antriebsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur sicheren Ab­ schaltung eines Antriebsmotors, insbesondere eines spurge­ führten Schwebefahrzeugs. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Um in bestimmten Betriebssituationen, nämlich dann, wenn der die streckenseitige Motorhauptwicklung speisende Wechselrich­ ter nicht mehr ordnungsgerecht arbeitet, ein Fahrzeug an­ triebslos ausschweben zu lassen und lediglich mit der an­ triebsunabhängigen fahrzeugseitigen Zusatzbremse gezielt zum Anhalten zu bringen, muß die Stromaufnahme des Antriebsmotors sowohl hinsichtlich des Antriebsstromes wie auch des Brems­ stromes sicher unterbrochen werden. Theoretisch gelänge das mit einem einzigen Schalter zwischen dem Antriebsmotor und der Leistungselektronik des elektronischen Stellteils, weil über diesen Schalter sowohl der Antriebsstrom vom Unterwerk zum Motor als auch in Gegenrichtung der Bremsstrom vom Motor zur Leistungselektronik fließt. Allerdings ist es so, daß bei fehlerhaft arbeitender Leistungselektronik Strom mit sehr niedriger Frequenz bis hin zu Gleichströmen zum Motor fließen könnte und diese Ströme sind von marktgängigen bezahlbaren elektromechanischen Schaltern nicht zuverlässig zu schalten. Es kann zu Schalterzerstörungen und zu Beschädigungen von in den Motorkreis einbezogenen elektronischen Bauelementen kom­ men.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abschaltung eines Antriebsmotors, insbesondere für ein spurgeführtes Schwebefahrzeug anzugeben, mit dem unter Ver­ meidung einer unnötigen Belastung von Schalt- und/oder Steuerelementen eine sichere Abschaltung erzielt wird. Dies soll mit einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung mit geeigneten Mitteln erreicht werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem bei einem anstehenden Abschaltauftrag zunächst lediglich eine elektronische Abschaltung ausgelöst und damit eine Unterdrückung des Antriebsstroms eingeleitet wird. An­ schließend wird der Antriebsstrom kontinuierlich erfaßt und im Hinblick auf eine Schwellwertüberschreitung überwacht. Nur für den Fall, daß der Antriebsstrom einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und somit nicht mindestens annä­ hernd null ist, wird eine elektromechanische Abschaltung aus­ gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus; daß eine al­ le an einer Abschaltung beteiligten und/oder in einer ent­ sprechenden Antriebsstromleitung liegenden Schalt- und Steuerelemente schonende elektronische Abschaltung dann zu­ verlässig erfolgen kann, wenn sicher überprüfbar ist, daß der Antriebsstrom nach diesem Schalten zumindest nahezu null ist. Für den Fall, daß eine sichere Stromerfassung nicht gewähr­ leistet ist, muß eine mechanische Abschaltung des Antrieb­ stroms erfolgen.

Zur Gewährleistung einer sicheren Stromerfassung erfolgt die Überwachung einer Schwellwertüberschreitung mehrkanalig. Da­ bei werden zweckmäßigerweise bei unterdrücktem Antriebsstrom alle Kanäle im Hinblick auf deren Funktionsfähigkeit nachein­ ander und einzeln mittels eines Testsignals geprüft. Eine me­ chanische Abschaltung wird zweckmäßigerweise nur dann ausge­ löst, wenn entweder eine Schwellwertüberschreitung erfaßt oder eine Abweichung des aufgrund eines Testsignals gewonne­ nen Meß- oder Antwortsignals von einem erwarteten Muster in einem der Kanäle erkannt wird.

Da bei elektronisch gesteuerten Fahrzeugantrieben der An­ triebsmotor auch zur Bremsung dient, wird über die An­ triebsstromleitung sowohl der Antriebsstrom als auch in Ge­ genrichtung ein Bremsstrom geführt. Daher wird zweckmäßiger­ weise bei einer sicheren Abschaltung des Antriebsmotors so­ wohl die antreibende als auch die bremsende Wirkung des An­ triebs unterdrückt.

Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfin­ dungsgemäß gelöst mit einer Abschaltsteuerung, die einerseits mit mindestens einer mechanischen Abschaltung und mit minde­ stens einer elektronischen Abschaltung verbunden ist, und die andererseits an eine Stromerfassungseinrichtung zur sicheren Stromerfassung angeschlossen ist.

Zur elektronischen Abtrennung oder Abschaltung sind zweckmä­ ßigerweise in der Antriebsstromleitung zum Antriebsmotor an­ geordnete elektronische Stellglieder einer Antriebsleistung­ selektronik vorgesehen, mittels der ein in der Antriebsstrom­ leitung fließender Strom elektronisch abschaltbar ist. Den Stellgliedern zweckmäßigerweise vorgelagert ist ein erster elektromechanischer Schalter für den Antriebsstrom, während ein zweiter elektromechanischer Schalter für den Bremsstrom den Stellgliedern innerhalb der Antriebsstromleitung nachge­ ordnet ist; beide Schalter sind gemeinsam zu betätigen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Stromerfas­ sungseinrichtung mehrkanalig ausgebildet. Dabei ist in jedem Kanal ein Stromwandler und eine diesem nachgeschaltete Ein­ richtung zur Schwellwertüberwachung vorgesehen. Die Ausgangs­ signale der Schwellwertüberwachung werden einer allen Kanälen gemeinsamen Auswerteeinrichtung zugeführt. Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der Stromerfassungseinrichtung ist die Auswerteeinrichtung mit einer Prüfeinrichtung zum Ein- und Ausschalten eines Testsignals oder Teststroms verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, daß durch eine Auslösung lediglich einer elektroni­ schen Abschaltung mit Eintreffen eines Abschaltauftrags bei gleichzeitiger Sicherstellung einer Unterdrückung des An­ triebsstroms auf eine elektromechanische Abschaltung verzich­ tet werden kann, solange bei anstehendem Abschaltauftrag über elektronische Eingriffe der Antriebsstromfluß unterdrückt ist. Dabei kann mittels einer entsprechenden Abschaltsteue­ rung sowohl die antreibende als auch die bremsende Wirkung eines Antriebsmotors außer Kraft gesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Antriebsmotorabschaltung mit si­ cherer Abschaltsteuerung sowie sicherer Stromerfas­ sung und

Fig. 2 schematisch Komponenten einer entsprechenden Ein­ richtung zur sicheren Stromerfassung.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine sichere Antriebsmotorabschaltung 1 mit einer Abschaltsteuerung 2 und einer Stromerfassungseinrichtung 3, die über Meßfühler 4 an eine zu einem Antriebsmotor 5 geführ­ te Antriebsstromleitung 6 gekoppelt ist. In die Antriebs­ stromleitung 6 sind hintereinander ein erster elektromechani­ scher Schalter 7 zur Abschaltung eines Antriebsstroms I_A, ein zweiter elektromechanischer Schalter 10 zum Abschalten eines Bremsstroms I_B sowie eine Antriebsleistungselektronik 8 ge­ schaltet, die sowohl den zur Motorwicklung fließenden An­ triebsstrom als auch den vom Motor erzeugten Bremsstrom schalten kann. Der Antriebsmotor 5 ist bei einem nicht näher dargestellten spurgeführten Schwebefahrzeug fahrwegseitig an­ geordnet.

Um bei bestimmten Betriebssituationen, bei denen das Fahrzeug motorseitig weder angetrieben noch gebremst ausschweben und an einem vorgegebenen Haltepunkt nur unter Einsatz einer Fahrzeugzusatzbremse anhalten soll, eine sichere Abschaltung sowohl des Antriebs- als auch des Bremsstromes herbeizufüh­ ren, veranlaßt die Abschaltsteuerung 2 über ein Abschaltsi­ gnal S als Reaktion auf einen entsprechenden Abschaltauftrag A über die Antriebsleistungselektronik 8 die Unterbrechung der Stromzufuhr vom speisenden Unterwerk zum Fahrzeugmotor (Energiequelle für den Antriebsstrom I_A ist das Unterwerk) als auch die Unterbrechung der Stromzufuhr vom Fahrzeug zur Leistungselektronik (Energiequelle für den in Gegenrichtung fließenden Bremsstrom I_B ist das Fahrzeug). Nach Ablauf einer bestimmbaren Wartezeit prüft die Abschaltsteuerung 2 über die Stromerfassungseinrichtung 3, ob infolge der elektronischen Abschaltung der Antriebsstrom I_A in der Antriebsstromlei­ tung 6 zumindest annähernd null geworden ist, d. h. ob I_A ≅ 0. Solange bei anstehendem Abschaltauftrag A mittels der elektronischen Abschaltung der Antriebsstrom I_A unterdrückt ist, verzichtet die Abschaltsteuerung 2 auf weitere Reaktio­ nen. Mit der elektronischen Abtrennung wird sowohl die an­ treibende als auch die bremsende Wirkung des Antriebsmotors 5 außer Kraft gesetzt. Wenn diese elektronische Stromunterbre­ chung nicht zustandekommt, was über die Strommessungen fest­ stellbar ist, müssen die Speiseleitungen an adäquater Stelle durch einen zusätzlichen elektromechanischen Schalter 10 dort aufgetrennt werden, wo sowohl der Antriebs- als auch der Bremsstrom zu schalten sind. Wenn nun jedoch die annahmegemäß nicht ordnungsgerecht arbeitende Antriebsleistungselektronik 8 den Motor mit einem sehr niederfrequenten Antriebsstrom oder gar einem Gleichstrom beschickt, so würde der elektrome­ chanische Schalter 10 beim Öffnen Schaden nehmen. Aus diesem Grunde ist ein weiterer mechanischer Schalter 7 vorgesehen, der im Wechselstromspeisekreis der Antriebsspeisung angeord­ net ist und bei entsprechender Ansteuerung durch die Ab­ schaltsteuerung den Antriebsstrom I_A abschaltet. Dieser Schalter vermag aber nicht den in der Antriebswicklung er­ zeugten Bremsstrom I_B abzuschalten, weil dieser im Bereich der Antriebsleistungselektronik vernichtet wird. So schaltet der Schalter 10 den Bremsstrom und der Schalter 7 den An­ triebsstrom ab, wenn diese Aufgabe nicht von der Leistungs­ elektronik 8 wahrgenommen werden kann.

Zur sicheren Stromerfassung ist die in Fig. 2 dargestellte Stromerfassungseinrichtung 3 mindestens zweikanalig aufge­ baut. Dieser zwei- oder mehrkanalige Aufbau der Stromerfas­ sungseinrichtung 3 dient zur Gewährleistung einer sicheren Aussage darüber, ob in der Antriebsstromleitung 6 ein An­ triebsstrom I_A während eines Abschaltauftrags A fließt. Dazu wird der Antriebsstrom I_A mittels der Meßfühler 4 in Form von zwei voneinander unabhängigen Stromwandlern 11, 12 erfaßt und zwei innerhalb von Kanälen 13 und 14 liegenden unabhängigen Einrichtungen 15 bzw. 16 zur Schwellwertüberwachung zuge­ führt. Jede Einrichtung 15, 16 zur Schwellwertüberwachung oder -erkennung meldet an eine sichere Auswerteeinheit 17 weiter, ob ein zu bewertendes, den Antriebsstrom I_A repräsen­ tierendes Meßsignal I_M1, I_M2 einen definierten Grenzwert über­ schreitet oder unterschreitet. Der Grenzwert kann z. B. bei zwei Prozent des Nennwertes des Antriebsstroms I_A liegen.

In der Auswerteeinrichtung 17 erfolgt eine Auswertung der von den Einrichtungen 15 und 16 erzeugten Antwortsignale AS₁, AS₂, die durch Umwandlung des Antriebsstroms I_A erzeugt wer­ den. Die Auswertung dieser Antwortsignale AS₁, AS₂ erfolgt zweckmäßigerweise nachdem die elektronische Abschaltung durch die Antriebsleistungselektronik 8 erfolgt ist. Da in diesem Zustand im Normalfall kein Antriebsstrom I_A in der Antriebs­ stromleitung 6 fließt, wird die Funktionsfähigkeit der Strom­ wandler 11 und 12 sowie der Einrichtungen 15 und 16 zur Schwellwerterkennung durch einen Test nachgewiesen.

Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der Stromwandler 11 und 12 sowie der Einrichtungen 15 und 16 zur Schwellwerterkennung werden die Stromwandler 11 und 12, z. B. durch Bestromen ei­ ner Testwicklung, mit einem von einer Prüfeinrichtung 18 er­ zeugten Testsignal TS₁ bzw. TS₂ real stimuliert. Da sich die Wirkungen des Testsignals TS₁, TS₂ und des Antriebsstroms I_A in der Antriebsstromleitung 6 überlagern würden, kann das Testsignal TS₁, TS₂ mittels der Prüfeinrichtung 18 ein- oder ausgeschaltet werden. Dadurch ist sichergestellt, daß außer­ halb der Prüfung von der jeweiligen Testwicklung des Strom­ wandler 11, 12 keine Wirkung ausgehen kann.

Zum Nachweis der Unabhängigkeit der Kanäle 13 und 14 werden diese nacheinander und einzeln getestet. Der Test erfolgt erst dann, wenn beide Einrichtungen 15 und 16 zur Schwell­ werterkennung eine Unterdrückung des Antriebsstroms I_A an die Auswerteeinrichtung 17 gemeldet haben. Zur Prüfung wird von der Auswerteeinrichtung 17 ein Prüfanstoß oder Prüfsignal PS zum Aufschalten des Testsignals TS₁, TS₂ auf einen der Strom­ wandler 11 oder 12 an die Prüfeinrichtung 18 gegeben. Dabei überwacht die Auswerteeinrichtung 17 ein daraufhin von der Einrichtung 15, 16 zur Schwellwertüberwachung erzeugtes Ant­ wortsignal AS₁, AS₂ und vergleicht dieses mit einem Muster- oder Referenzsignal MS. Dieses kann der Aus­ werteeinrichtung 17 zuvor eingegeben und dort abgespeichert worden sein. Gleichzeitig wird eine Schwellwertüberschreitung im jeweils anderen Kanal 13 bzw. 14 überwacht.

Bei einer Auswertung innerhalb der Auswerteeinrichtung 17 werden die Antwortsignale AS₁, AS₂ der Kanäle 13 bzw. 14 nur dann verwendet, wenn deren Funktionsfähigkeit durch einen Test oder eine Prüfung nachgewiesen wurde. Außerdem wird festgestellt, ob für den jeweiligen Kanal 13, 14 der Stromer­ fassungseinrichtung 3 die zulässige Fehleroffenbarungszeit abgelaufen ist, nach deren Ablauf der Test zu wiederholen ist. Wenn eine Einrichtung 15 oder 16, deren Funktionsfähig­ keit nicht nachgewiesen wurde oder als nicht nachgewiesen gilt, eine Schwellwertüberschreitung meldet, oder wenn in ei­ nem im Test befindlichen Kanal 13, 14 nicht das erwartete Mu­ stersignal MS erkannt wird, wird über die Abschaltsteuerung 2 der Abschaltauftrag A ausschließlich unter Einsatz der mecha­ nischen Abtrennung des Antriebs- bzw. Bremsstroms I_A mittels der elektromechanischen Schalter 7 und 10 durchgeführt.

Claims (10)

1. Verfahren zur sicheren Abschaltung eines Antriebsmotors (5), insbesondere eines spurgeführten Schwebefahrzeugs, mit einer mechanischen Abschaltung (7, 10) und mit einer elektro­ nischen Abschaltung (8) eines Antriebsstroms (I_A), bei dem bei einem anstehenden Abschaltauftrag (A) die elektronische Abschaltung (8) ausgelöst und eine Unterdrückung des An­ triebsstroms (I_A) sicher überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine mehrkanalige Über­ wachung des Antriebsstroms (I_A) im Hinblick auf eine Schwell­ wertüberschreitung erfolgt, wobei bei unterdrücktem An­ triebsstrom (I_A) alle Kanäle (13, 14) im Hinblick auf deren Funktionsfähigkeit nacheinander einzeln mittels eines Testsi­ gnals (TS₁, TS₂) geprüft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei einer erfaß­ ten Schwellwertüberschreitung die mechanische Abschaltung (7, 10) ausgelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem bei einer Abwei­ chung des auf ein Testsignal (TS₁, TS₂) gewonnenen Meß- oder Antwortsignals (AS₁, AS₂) von einem erwarteten Wert (MS) bei einem anstehenden Abschaltauftrag (A) ausschließlich die me­ chanische Abschaltung (7, 10) ausgelöst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sowohl die antreibende als auch die bremsende Wirkung des Antriebs­ motors (5) unterdrückt wird.

6. Vorrichtung zur sicheren Abschaltung eines Antriebsmotors (5), insbesondere eines spurgeführten Schwebefahrzeugs, mit einer Antriebsstromleitung (6), die mindestens eine mechani­ schen Abschaltung (7, 10) und mindestens eine elektronische Abschaltung (8) aufweist, die über eine Abschaltsteuerung (2) mit einer Stromerfassungseinrichtung (3) zur Schwellwerter­ fassung des Antriebsstroms (I_A) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein in der Antriebs­ stromleitung (6) fließender Strom (I_A) mittels einer An­ triebsleistungselektronik (8) elektronisch abschaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der zur mechani­ schen Abschaltung in die Antriebsstromleitung (6) zwischen Unterwerk und Antriebsleistungselektronik (8) ein erster elektromechanischer Schalter (7) für den Antriebsstrom (I_A) und zwischen Antriebsmotor (5) und Antriebsleistungselek­ tronik (8) ein zweiter elektromechanischer Schalter (10) für einen Bremsstrom (I_B) geschaltet und beide Schalter (7, 10) gemeinsam schaltbar sind, wenn die Antriebsleistungselek­ tronik (8) auf einen diesbezüglichen Abschaltauftrag (A) den Antriebsstrom (I_A) nicht unter einen vorgegebenen Wert ab­ senkt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einer mehrkanaligen Stromerfassungseinrichtung (3), die einen Stromwandler (11, 12) und eine diesem nachgeschaltete Ein­ richtung (15, 16) zur Schwellwertüberwachung in jedem Kanal (13, 14) sowie eine Auswerteeinrichtung (17) zur Auswertung eines von der Antriebsstromamplitude abhängigen Antwortsi­ gnals (AS₁, AS₂) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Auswerteeinrich­ tung (17) mit einer Prüfeinrichtung (18) zum Ein- und Aus­ schalten eines Testsignals (TS₁, TS₂) zum Prüfen der Funk­ tionsfähigkeit der Schwellwertüberwachung unabhängig von dem fließenden Antriebsstrom (I_A) verbunden ist.