用于监视并影响轨道车辆的摩擦制动系统的热状态的方法和装置

技术领域

本发明涉及按照权利要求1和10的前序部分的用于监视并影响轨道车辆的摩擦制动系统的热状态的方法和装置。本发明还涉及具有这样的装置的按照权利要求21的轨道车辆。

背景技术

轨道车辆通常具有电动力制动系统以及附加地具有摩擦制动系统，它们根据特定标准配合作用(混合制动)，其中，电动力制动器主要用于降低摩擦制动系统的磨损。一些轨道车辆虽然具有摩擦制动系统，但是不具有电动力制动器。

因此，在电动力制动器完全或部分失灵的情况下可能发生的是：必须主要或者仅利用摩擦制动系统来实施制动、特别是运行制动。由摩擦制动系统制动的车辆重量越高且轨道车辆的制动开始速度(亦即开始摩擦制动的速度)越高，那么能量输入越高，并且从而制动盘和制动衬片的温度提高越高。作为结果，制动盘-制动衬片对的摩擦系数μ的波动增大，且因此摩擦系数μ降低的概率增大。因此，在高的制动开始速度的情况下存在的危险在于，制动距离由于制动衰减而延长。

制动衰减(制动消失)在此理解为由于如加热或潮湿的影响，摩擦制动系统的制动作用的降低。为了避免由于加热而引起的制动衰减，轨道车辆的最大速度取决于情况由最大允许的速度限制。

为此，这种类型的文献WO 2018/054736 A1提出了一种用于利用至少一个摩擦制动系统来影响车辆的运动行为的方法和装置，在所述摩擦制动系统中，制动作用通过至少一个第一摩擦件与第二摩擦件的相互压靠而产生，其中，至少从关于车辆的速度、制动压力和外部温度以及关于绝对时间的信息来至少计算至少第一摩擦件的温度；且在该计算中考虑通过所述至少第一摩擦件进行的热传导以及所述至少第一摩擦件的与速度有关的冷却；并且基于该计算来实现车辆的运动行为的影响。

发明内容

本发明基于的任务在于，提供一种方法和装置，所述方法一方面在摩擦制动系统的过热方面提供更高的安全性，但另一方面能实现轨道车辆的尽可能高的速度、亦即行驶“在限制上”。同样应提供具有这样的装置的轨道车辆。

该任务按照本发明通过权利要求1、10和21的特征来解决。

本发明的公开：

按照本发明的考虑的背景在于，在轨道车辆的运行中或行驶中应随时确保：可以实施具有限定的制动作用的限定的制动类型(例如紧急制动、强制制动或快速制动)，而摩擦件温度(例如制动盘温度)不会由于由此产生的温度升高dT而达到临界的范围。出于这个原因，在优选地在行驶期间的情况下特别是不断实施的预测摩擦件温度T

热状态的影响在此可以直接、亦即通过影响信号或者间接实现，例如通过轨道车辆的驾驶员或列车驾驶员根据相应的指示信号或警告信号，其方式为例如在摩擦制动系统即将发生(潜在)的过热的情况下降低轨道车辆的速度和/或减速度度，以便降低摩擦制动系统的可能的热负荷。摩擦制动系统的热状态的影响因此优选地通过适配或改变轨道车辆的速度和/或减速度来实现。

按照第一方面，本发明基于用于根据摩擦制动系统的至少一个摩擦件的所计算或所估计的预测摩擦件温度来监视并影响轨道车辆的摩擦制动系统的热状态的方法，所述方法包含至少如下步骤：

a)检测至少一个参数，所述参数表征所述轨道车辆的当前行驶运行情况；

b)基于轨道车辆的当前行驶运行情况来计算、估计或确定所述预测摩擦件温度T

优选地，用于表征当前行驶情况的参数和/或特征参量不是温度参量，亦即第一温度部分优选地不是由温度传感器测量。例如所述预测摩擦件温度T

备选地，至少一个温度传感器也可以考虑用于(直接)检测第一温度部分。

轨道车辆在此应理解为任何类型的具有驱动发动机的轨道连接的车辆、特别是驱动车辆(Triebfahrzeug)或者还不具有驱动发动机、如轨道车辆组合中的车辆以及由多个轨道车辆组成的轨道车辆组合。

按照本发明在第一方面中规定：

c)在监视并影响摩擦制动系统的热状态中，附加地考虑所述预测摩擦件温度T

d)将所述至少一个摩擦件的所述预测摩擦件温度T

e)假如所述预测摩擦件温度T

因此，第一信号的产生指示所述至少一个摩擦件的潜在热临界状态。潜在临界，因为前提条件形成了如下假设：在当前行驶运行情况下仅虚拟或理论地实施具有限定的制动类型的制动。在产生第一信号的情况下，因此潜在地用尽摩擦制动系统的至少一个摩擦件的“热负荷潜力”。

在其他情况下、亦即假如所述预测摩擦件温度T

第一信号的产生也可以等同于如下信号的抑制，所述信号特别是作为预调设的信号指示所述至少一个摩擦件的非热临界状态。

因此，利用所述方法应实现如下，即，在轨道车辆行驶的任何时刻都可以实施限定的制动类型(例如紧急制动)，而由此所述至少一个摩擦件的所述预测摩擦件温度T

基于该当前实际行驶运行情况或在此直接或间接检测到的参数，于是借助于模型基于轨道车辆的当前行驶运行情况来计算或估计或者备选或附加地由至少一个温度传感器检测所述预测摩擦件温度T

附加地考虑所述预测摩擦件温度T

随后将摩擦制动系统的至少一个摩擦件的所述预测摩擦件温度T

因为轨道车辆一般具有多个摩擦制动器——例如以盘式制动器和/或轴瓦式制动器的形式，所以例如作为(热)最弱的环节的在热方面负荷最高的摩擦制动器可以形成用于确定轨道车辆的最优或最大允许的速度的基准。安装在列车中的各摩擦件对中的每个摩擦件对优选地局部求取其自身的T

这样，例如可以从所有局部求取的T

在从属权利要求中，在权利要求1中提出的本发明的有利的进一步扩展方案是可能的。

如上所述，限定的制动类型包括如下制动类型中的至少一个制动类型：紧急制动、强制制动、快速制动、危险制动。

根据标准DIN EN 14478:2005-06这些制动类型如下定义：

快速制动：

在使用所有可用的制动器的情况下施加预定的制动力，确保所需要的制动能力和所需要的安全水平。在车辆专用的欧洲标准(EN)中描述的快速制动的制动能力和安全水平在如下前提条件下——即提供所需的附着和其他必要的前提条件——通常等于或大于最大运行制动(全制动)的相应值。在德语中，该术语可以根据相应的列车类型或交通系统以及激活快速制动的类型而变化，如下所述：

快速制动：快速制动，该快速制动由驱动车辆驾驶员触发；

危险制动：在近距离交通制动系统中的快速制动；

强制制动：快速制动，该快速制动由信号或保护系统自动激活(例如列车影响系统)；

紧急制动：快速制动，该快速制动由乘客或列车人员通过操作紧急制动拉手而触发。紧急制动拉手是乘客警告系统的操作接口；

全制动：运行制动的最高可实现的水平；

安全制动：专门用于近距离交通制动系统，具有比在运行制动和危险制动的情况下更高的安全水平的制动。制动能力可能小于在最大运行制动情况下或在危险制动情况下的制动能力。

运行制动：施加可调设的制动力以用于调节列车的速度，包括降低速度、停车和暂时停车并且是最常使用的制动类型。

如上所述，表征当前行驶运行情况的一个参数或多个参数可以是如下参数中的至少一个参数：轨道车辆的当前速度、当前制动力、当前制动力矩、当前制动压力、轨道车辆的环境温度、轨道车辆的当前负荷和/或负载、由轨道车辆驶过的路段的上坡坡度或下坡坡度、常用制动或运行制动，其制动作用低于在限定的制动类型下的制动作用。该列举并不是详尽的。此外也可以考虑另外的参数，所述参数可以表征轨道车辆的当前行驶运行情况、例如还有在车轮与轨道之间的摩擦系数。

优选地，摩擦制动系统的至少一个摩擦件可以包括摩擦制动系统的盘式制动器的制动盘和/或制动衬片。备选地，其他摩擦制动器也是可能的，例如闸瓦式制动器。

特别优选地，假如发现：所述预测摩擦件温度T

a)表示警告信号，所述警告信号经由输出单元视觉和/或听觉地输出，且所述警告信号代表或包含对所述至少一个摩擦件的潜在热临界状态的指示；和/或

b)表示第一影响信号，所述第一影响信号输出给轨道车辆的至少一个控制器，所述控制器控制或调节轨道车辆的牵引和/或制动，且通过所述第一影响信号降低轨道车辆的行驶速度v和/或轨道车辆的减速度a，直至所述预测摩擦件温度T

警告信号例如可以输出给列车驾驶员，从而所述列车驾驶员降低速度和/或减速度。备选或附加地，可以基于第一影响信号例如通过调节单元自动地降低轨道车辆的速度和/或减速度。

在另一情况下，假如发现：所述预测摩擦件温度T

第二信号那么可以特别是：

a)表示指示信号，所述指示信号经由输出单元视觉和/或听觉地输出，且所述指示信号包含如下指示，即，能保持或提高轨道车辆的当前速度；和/或

b)表示第二影响信号，所述第二影响信号输出给轨道车辆的至少一个控制器，所述控制器控制或调节轨道车辆的牵引和/或制动，且通过所述第二影响信号提高轨道车辆的行驶速度v和/或轨道车辆的减速度a，直至所述预测摩擦件温度T

指示信息例如可以输出给列车驾驶员，从而所述列车驾驶员保持或优选地提高速度和/或减速度，只要这由于运行上的边界条件(例如与路段有关的速度限制)是可能的。备选或附加地，基于第一影响信号也可以自动地保持或优选地提高轨道车辆的速度和/或减速度。

因此，在这种情况下，摩擦制动系统的至少一个摩擦件的“热负荷潜力”还未完全充分利用，从而可以单独地出于热原因来提高轨道车辆的速度和/或减速度。从这种角度来看，所述预测摩擦件温度T

假如所述预测摩擦件温度T

所述第三信号可以：

a)表示警告信号，所述警告信号经由输出单元视觉和/或听觉地输出，且所述警告信号代表或包含对所述至少一个摩擦件的热临界状态的指示；和/或

b)表示第三影响信号，所述第三影响信号输出给轨道车辆的至少一个控制器，所述控制器控制或调节轨道车辆的牵引和/或制动，且通过所述第三影响信号降低轨道车辆的行驶速度v和/或轨道车辆的减速度a，直至第一温度部分T

在此，警告信号例如又可以输出给列车驾驶员，从而所述列车驾驶员降低速度和/或减速度。备选或附加地，可以基于第三影响信号例如通过调节单元自动地降低轨道车辆的速度和/或减速度。

按照第二方面，本发明基于用于根据摩擦制动系统的至少一个摩擦件的至少部分借助于模型所计算或所估计的预测摩擦件温度T

a)检测机构，所述检测机构构成为检测至少一个参数，所述参数表征轨道车辆的当前行驶运行情况；

b)运算单元，所述运算单元构成为用于监视并影响摩擦制动系统的热状态，且在所述运算单元中实现所述模型；且其中，

c)检测机构将所述至少一个参数调控到运算单元中；且其中，

d1)所述模型实施计算，使得所述模型基于所述至少一个参数来计算或估计所述预测摩擦件温度T

d2)所述检测机构构成为，所述检测机构检测所述预测摩擦件温度T

e)所述运算单元或模型构成为，所述运算单元或模型在监视并影响摩擦制动系统的热状态中考虑第一温度部分T

模型应理解为任何物理数学模型，所述模型可以由运算单元中的可存储程序来实现且借助于所述程序基于参数可计算所提及的参量。

按照本发明，第二方面特征在于，

f)所述模型此外实施计算，使得在监视并影响摩擦制动系统的热状态中附加地考虑所述预测摩擦件温度T

g)所述模型此外实施计算，使得将所述至少一个摩擦件的所述预测摩擦件温度T

h)所述运算单元构成为，假如通过所述模型确定：所述预测摩擦件温度T

按照本发明的装置的技术效果与按照本发明的方法的上述技术效果一致。

本发明还涉及一种包括上述装置的轨道车辆。

附图说明

以下在附图中示出本发明的各实施例且在如下描述中进一步阐明。附图示出：

图1示出包括制动盘和带有制动衬片的制动钳的气动摩擦制动装置的示例性实施方案的示意图；

图2示出用于按照本发明的方法的实施方案的按照本发明的装置的示例性实施方案的功能图；

图3A/B示出按照优选实施方式的按照本发明的方法的流程图；

图4示出简图，在该简图中示出第二温度部分dT与速度v和负载状态的关系。

具体实施方式

轨道车辆的摩擦制动装置的在图1中示意性示出的局部示出了气动盘式制动器。所述盘式制动器包括：第一摩擦件1，所述第一摩擦件例如实现为制动盘，所述制动盘支承在轨道车辆的未示出的轮对轴上；以及制动钳。制动钳具有第二摩擦件2，所述第二摩擦件包括两个制动衬片。此外，制动钳具有带有压缩空气接口6的制动缸4和活塞5以及连杆3。活塞5操作连杆3，由此使得设置在连杆3上的制动衬片、亦即第二摩擦件2压靠到制动盘上、亦即第一摩擦件1上。经由压缩空气接口6给用于操作连杆3的活塞5施加来自轨道车辆的未示出的压缩空气系统的压缩空气。压缩空气系统具有用于控制和调节摩擦制动装置的组件、例如压缩机、制动控制装置等。

用于影响轨道车辆的运动行为的装置的一个优选实施方式具有在图2中示出的运算单元7，在所述运算单元中实现模型，所述模型根据按照本发明的方法实施热计算。

所述装置包括在图2中示出的调节单元8，利用所述调节单元基于热计算的结果来影响轨道车辆的运动行为。

第一摩擦件1与第二摩擦件2的相互压靠引起对轨道车辆的制动作用。在此实现轨道车辆的动能转换为热能，由此引起第一摩擦件1和第二摩擦件2的温度升高。第一摩擦件1与第二摩擦件2的相互松脱引起对轨道车辆的制动作用的降低或消除。由此以及通过已知的热传递原理的作用降低了在第一摩擦件1和第二摩擦件2中的温度，亦即第一摩擦件1和第二摩擦件2冷却。借助于按照本发明的方法计算或估计所描述的温度行为。

所述装置包括：用于检测行驶速度v的行驶速度传感器10、用于检测制动压力p并从而检测制动力F

时间测量装置13以及运算单元7——实现在未示出的控制装置中——设置在未示出的车厢中。运算单元7经由相应的数据线路从行驶速度传感器10接收关于行驶速度v的数据、从制动压力传感器11接收关于制动压力p或制动力F

在此，例如在考虑行驶速度v、制动力F

运算单元7经由相应的数据线路与在未示出的车辆控制器中实现的、在车厢中设置的调节单元8连接。调节单元8如此影响轨道车辆的运动行为，即，例如轨道车辆通过基于在实现在运算单元7中的模型中的热计算产生的并传输给调节单元8的信号来保持所述轨道车辆的当前行驶速度v、被自动地制动或加速。制动可以优选地通过控制牵引力来实现，以免由于摩擦制动器的干预而提高制动盘温度和磨损。由此可以实现摩擦制动装置的热状态的影响。

此外，经由信号线路与运算单元7连接的显示单元9设置在轨道车辆的未示出的驾驶台中。在所述显示单元上向驱动车辆驾驶员显示基于根据进一步在下文中描述的按照本发明的方法而进行的热计算所求取的指示或警告。由此可以实现摩擦制动装置的热状态的监视。

也可能的是，利用显示单元9附加地显示速度限制、允许的减速度或允许的行驶特性(加速和减速部段的时间序列以及具有恒定行驶速度v的阶段或静止阶段)。

为了警告轨道车辆关于摩擦制动系统的热状态的不利运动行为，可以经由显示单元9的音频输出装置附加地向驱动车辆驾驶员输出听觉信号。

在此，行驶速度传感器10、制动压力传感器11、环境温度传感器12、时间测量装置13、显示单元9、运算单元7、负荷制动装置14和调节单元8的不同实施方案和布置结构是可设想的。例如可考虑的是，如图2中示出，将运算单元7与调节单元8分离地设置，或者将运算单元7与调节单元8集成在一个结构单元中。

此外也可以设想的是，例如运算单元7设置在控制站中且经由无线电信号与轨道车辆通信、亦即例如接收关于所述轨道车辆的行驶速度v的信息，且基于所实施的按照本发明的热计算来发送用于限制行驶速度v的指令。

图3A和3B示出用于根据以盘式制动器的制动盘的形式的例如第一摩擦件1的所计算或所估计的预测摩擦件温度T

如上所述，在步骤100中检测参数，所述参数表征轨道车辆的当前行驶运行情况。为此，这里例如包括当前的行驶速度v、当前的制动力F

在运算单元7的模型中，随后在步骤200中例如基于轨道车辆的上面提及的当前行驶运行情况来计算或估计例如第一摩擦件1的所述预测摩擦件温度T

在后续的步骤300中随后在模型中检查：第一温度部分T

然而如果不是这样的情况(“否”)，那么在步骤400中借助于在运算单元7中实现的模型来计算或估计所述预测摩擦件温度T

所述预测摩擦件温度T

随后，在步骤500中将所述预测摩擦件温度T

T

随后在步骤600中检查：所述预测摩擦件温度T

然而如果不是这样的情况(“否”)，那么在步骤700中检查：所述预测摩擦件温度T

然而，如果在步骤700中的询问产生：不是这样的情况(“否”)，那么在步骤800中仅在热方面存在上述理想状态，在该理想状态中所述预测摩擦件温度T

清楚的是，上述方法也可应用于盘式制动器的第二摩擦件2或者附加地应用。

附图标记列表：

1 第一摩擦件

2 第二摩擦件

3 连杆

4 制动缸

5 活塞

6 压缩空气接口

7 运算单元

8 调节单元

9 显示单元

10 行驶速度传感器

11 制动压力传感器

12 环境温度传感器

13 时间测量装置

14 负荷制动装置

T

dT第二温度部分

T

T

v 行驶速度

m 车辆质量

FB 制动力

Tu 环境温度

t 时间