AT525681A1 - Method for selectively connecting a mechanical friction brake to an electrodynamic brake - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Zu- schalten einer mechanischen Reibungsbremse (BRn) zu einer elektrodynamischen Bremse (EDBn) in einem Fahrzeug (1), umfas- send, während einer ersten Phase (6), gleichzeitiges Vollbrem- sen aller elektrodynamischer Bremsen (EDBn) und dabei Messen des jeweiligen Bremsstromes (Ibn) jeder elektrodynamischen Bremse (EDBn), Messen der Verzögerung (a) des Fahrzeugs (1) und Ermitteln der Gesamtbremskraft (Fg) aller elektrodynamischer Bremsen (EDB); während einer zweiten Phase (7), aufeinander- folgendes einzelnes Betätigen jeder elektrodynamischen Bremse (EDBn) mit dem jeweiligen Bremsstrom (Fbn), dabei Messen der jeweiligen Verzögerung (a) des Fahrzeugs (1) und Ermitteln der Bremskraft (Fn) jeder elektrodynamischen Bremse (EDBn); und für jede elektrodynamische Bremse (EDBn), deren Bremskraft (Fn) kleiner als ein N-tel der Gesamtbremskraft (Fg) ist, Zuschalten der Reibungsbremse (BRn).The invention relates to a method for selectively connecting a mechanical friction brake (BRn) to an electrodynamic brake (EDBn) in a vehicle (1), comprising, during a first phase (6), simultaneous full braking of all electrodynamic brakes ( EDBn) and thereby measuring the respective braking current (Ibn) of each electrodynamic brake (EDBn), measuring the deceleration (a) of the vehicle (1) and determining the total braking force (Fg) of all electrodynamic brakes (EDB); during a second phase (7), successive individual activation of each electrodynamic brake (EDBn) with the respective braking current (Fbn), measuring the respective deceleration (a) of the vehicle (1) and determining the braking force (Fn) of each electrodynamic brake (EDBn); and for each electrodynamic brake (EDBn) whose braking force (Fn) is less than one Nth of the total braking force (Fg), switching on the friction brake (BRn).
Description
AT PATENTSCHRIFT ay Nr. AT PATENT Scripture ay No.
(73) Patentinhaber: DATASOFT Embedded GmbH 3100 St. Pölten (AT) (73) Patent owner: DATASOFT Embedded GmbH 3100 St. Pölten (AT)
(54) "Titel: Verfahren zum selektiven Zuschalten einer mechanischen Reibungsbremse zu einer elektrodynamischen Bremse (54) "Title: Method for selectively connecting a mechanical friction brake to an electrodynamic brake
(61) Zusatz zu Patent Nr. (66) Umwandlung von (62) gesonderte Anmeldung aus (Teilung): (61) Addendum to Patent No. (66) Conversion of (62) Separate application from (division):
(30) Priorität(en): (30) Priority(s):
(72) Erfinder: (72) Inventor:
(22) (21) Anmeldetag, Aktz: (60) Abhängigkeit: (42) Beginn der Patentdauer: Längste mögliche Dauer: (22) (21) Filing date, file number: (60) Dependency: (42) Start of patent term: Longest possible term:
(45) Ausgabetag: (45) Issue Date:
(56) Entgegenhaltungen, die für die Beurteilung der Patentierbarkeit in Betracht gezogen wurden: (56) References considered for the assessment of patentability:
Vordruck PA 35 [23 Form PA 35 [23
08956 DATASOFT Embedded GmbH 08956 DATASOFT Embedded GmbH
3100 St. Pölten (AT) 3100 St. Pölten (AT)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Zuschalten einer mechanischen Reibungsbremse zu einer elektrodynamischen Bremse in einem Fahrzeug, insbesondere einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. The present invention relates to a method for selectively connecting a mechanical friction brake to an electrodynamic brake in a vehicle, in particular an electrically operated vehicle.
In vielen elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie elektrisch betriebenen PKWs, LKWs oder Schienenfahrzeugen, z.B. Straßenbahnen, werden die elektrischen Antriebsmotoren der Räder durch Versetzen in einen Generatorbetrieb als elektrodynamische Bremsen verwendet. Wenn die Bremskraft der elektrodynamischen Bremsen nicht ausreicht, werden häufig mechanische Reibungsbremsen als Zusatzbremsen verwendet. Aus der WO 22009/077835 Al ist es bekannt, die Bremskraft einer solchen Reibungsbremse in Abhängigkeit von der verfügbaren Bremskraft der elektrodynamischen Bremse zu steuern, wobei letztere aus dem Bremsstrom der elektrodynamischen Bremse ermittelt wird. Diese Lösung ist jedoch nicht in der Lage fehlerhafte elektrodynamische Bremsen zu erkennen, bei denen der Bremsstrom nicht korrekt mit der erzeugten Bremskraft zusammenhängt. Auch benötigen die bekannten LöÖsungen häufig eine vorhergehende Kalibrierfahrt und können nicht im laufenden Betrieb eingesetzt In many electrically operated vehicles such as electrically operated cars, trucks or rail vehicles, e.g. trams, the electric drive motors of the wheels are used as electrodynamic brakes by switching them to generator operation. If the braking force of the electrodynamic brakes is not sufficient, mechanical friction brakes are often used as additional brakes. It is known from WO 22009/077835 A1 to control the braking force of such a friction brake as a function of the available braking force of the electrodynamic brake, the latter being determined from the braking current of the electrodynamic brake. However, this solution is unable to detect faulty electrodynamic brakes where the braking current is not correctly related to the braking force generated. Also, the known solutions often require a previous calibration run and cannot be used during operation
werden. become.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren zum selektiven Zuschalten einer mechanischen Reibungsbremse zu einer elektrodynamischen Bremse in einem Fahrzeug erreicht, das eine Anzahl N > 1 von elektrodynamischen Bremsen hat, umfassend This object is achieved with a method for selectively engaging a mechanical friction brake to an electrodynamic brake in a vehicle having a number N > 1 of electrodynamic brakes, comprising
in einer ersten Phase, während das Fahrzeug fährt: gleichzeitiges Vollbremsen aller elektrodynamischen Bremsen und dabei Messen des jeweiligen Bremsstromes Jeder elektrodynamischen Bremse, Messen der Verzögerung des Fahrzeugs und Ermitteln der Gesamtbremskraft aller elektrodynamischen Bremsen als Produkt von Verzögerung und aktueller Masse des Fahrzeugs; in a first phase, while the vehicle is moving: simultaneous full braking of all electrodynamic brakes and thereby measuring the respective braking current of each electrodynamic brake, measuring the deceleration of the vehicle and determining the total braking force of all electrodynamic brakes as a product of deceleration and current mass of the vehicle;
in einer zweiten Phase, während das Fahrzeug fährt: aufeinanderfolgendes einzelnes Betätigen Jeder elektrodynamischen Bremse mit dem jeweiligen zuvor gemessenen Bremsstrom, dabei Messen der jeweiligen Verzögerung des Fahrzeugs und Ermitteln der Bremskraft Jeder elektrodynamischen Bremse als Produkt von jJeweiliger Verzögerung und aktueller Masse des Fahrzeugs; in a second phase, while the vehicle is moving: sequentially applying each electrodynamic brake individually with the respective previously measured braking current, thereby measuring the respective deceleration of the vehicle and determining the braking force of each electrodynamic brake as a product of jeach deceleration and current mass of the vehicle;
für jede elektrodynamische Bremse, deren ermittelte Bremskraft, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Toleranz, kleiner als ein N-tel der Gesamtbremskraft ist: Zuschalten der for each electrodynamic brake whose determined braking force, possibly taking into account a tolerance, is less than one Nth of the total braking force: switching on the
Reibungsbremse zu dieser elektrodynamischen Bremse für die ak-Friction brake to this electrodynamic brake for the ak-
Das Verfahren der Erfindung erlaubt es, im laufenden Betrieb des Fahrzeugs eine fehlerhafte elektrodynamische Bremse zu erkennen und selektiv für diese eine mechanische Reibungsbremse als Zusatzbremse zuzuschalten, um beispielsweise bei einer Notbremsung die maximal mögliche Bremskraft zur Verfügung zu haben. Risiken und erforderliche Korrekturmaßnahmen, die sich aus einer fehlerhaften elektrodynamischen Bremse ergeben, können so Jederzeit zur Laufzeit ermittelt und damit wesentlich früher erkannt werden. Restrisiken („residual risks“), wie sie z.B. in der Norm ISO 61508 für die Industrie, ISO 26262 für den Automobilbereich oder EN 50126 für den Bahnbereich und anderen Normen definiert sind, die in heutigen Implementierungen vorhanden sind, können mit dem Verfahren der Erfindung maßgeblich reduziert und die Qualität der Realisierung optimiert werden. Die Anforderungen an die funktionale Sicherheit des Fahrzeugs werden sohin mit einem wesentlich h6öheren Grad an Zuverlässigkeit und Qualität realisiert als dies bei heute verfügbaren Lösungen der Fall ist. Das Verfahren der Erfindung beruht nicht alleine auf einer Messung der Bremsströme im Betrieb, sondern umgekehrt auf einem Beaufschlagen der elektrodynamischen Bremsen mit zuvor in einer ersten Phase bei einer Vollbremsung gemessenen Bremsströmen. Dadurch können The method of the invention allows a faulty electrodynamic brake to be detected while the vehicle is in operation and a mechanical friction brake to be selectively switched on as an additional brake for this purpose, for example in order to have the maximum possible braking force available in the event of emergency braking. Risks and necessary corrective measures resulting from a faulty electrodynamic brake can be determined at any time during runtime and thus recognized much earlier. Residual risks, such as those defined in the standard ISO 61508 for industry, ISO 26262 for automotive, or EN 50126 for railway, and other standards present in today's implementations, can be managed with the method of the invention significantly reduced and the quality of the realization optimized. The requirements for the functional safety of the vehicle are thus implemented with a significantly higher degree of reliability and quality than is the case with the solutions available today. The method of the invention is not based solely on measuring the braking currents during operation, but conversely on subjecting the electrodynamic brakes to braking currents previously measured in a first phase during full braking. This allows
auch Fehler, die in einer unzureichenden Umsetzung des Brems-errors that result from insufficient implementation of the braking
Das Verfahren der Erfindung ist grundsätzlich auch anwendbar, wenn einem Rad eines Fahrzeugs mehrere elektrodynamische Bremsen zugeordnet sind. Bevorzugt ist jedoch das Fahrzeug ein mehrrädriges Fahrzeug und jedem Rad sind Jeweils eine elektrodynamische Bremse und eine Reibungsbremse zugeordnet, sodass die Bremskräfte im Betrieb gleichmäßig auf die Räder aufgeteilt sind. In principle, the method of the invention can also be used if a plurality of electrodynamic brakes are assigned to one wheel of a vehicle. However, the vehicle is preferably a multi-wheeled vehicle and each wheel is assigned an electrodynamic brake and a friction brake, so that the braking forces are evenly distributed over the wheels during operation.
Das genannte Vollbremsen zur Ermittlung der Gesamtbremskraft aller elektrodynamischer Bremsen besteht bevorzugt darin, dass jede elektrodynamische Bremse so betätigt wird, dass sie ihre größtmögliche Bremskraft ausübt, bei der gerade noch kein Blockieren des ihr zugeordneten Rades auftritt. Said emergency braking to determine the total braking force of all electrodynamic brakes preferably consists in each electrodynamic brake being actuated in such a way that it exerts its greatest possible braking force at which the wheel assigned to it is just not locked.
Die Verzögerung des Fahrzeugs sowohl in der ersten als auch zweiten Phase des Verfahrens kann auf jede in der Technik bekannte Weise gemessen werden, beispielsweise durch Auswerten des Geschwindigkeitsverlaufs des Fahrzeugs. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Verzögerung des Fahrzeugs mittels einer am Fahrzeug montierten Trägheitsmesseinrichtung gemessen wird. The deceleration of the vehicle in both the first and second phase of the method can be measured in any manner known in the art, for example by evaluating the speed profile of the vehicle. However, it is particularly favorable if the deceleration of the vehicle is measured using an inertial measuring device mounted on the vehicle.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich für Jede Art von elektrodynamischen Bremsen, beispielsweise Wirbelstrombremsen, die unabhängig vom Antrieb der Räder an diesen angebracht sind. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des The method of the invention is suitable for any type of electrodynamic brakes, for example eddy current brakes, which are attached to the wheels independently of the drive. In a particularly advantageous embodiment of the
Verfahrens ist jede elektrodynamische Bremse durch einen als Each electrodynamic brake is protected by an as
Generator betriebenen Antriebsmotor des zugeordneten Rades gebildet. Generator-powered drive motor of the associated wheel formed.
Die jeweils zur Berechnung der Gesamtbremskraft in der ersten Phase und der einzelnen Bremskräfte der elektrodynamischen Bremsen in der zweiten Phase verwendete Masse des Fahrzeug kann auf verschiedene Arten ermittelt werden. Entweder ist sie überhaupt vorbekannt oder sie kann beispielsweise aus dem Eigengewicht und der Zuladung oder der Anzahl von Fahrgästen des Fahrzeugs berechnet werden. Oder die Masse wird Jjeweils gemessen, z.B. durch Achslastsensoren oder Gewichtssensoren an den Rädern bzw. Fahrwerken des Fahrzeugs, durch elektronische Fahrgastzähler usw. The mass of the vehicle used to calculate the total braking force in the first phase and the individual braking forces of the electrodynamic brakes in the second phase can be determined in various ways. Either it is already known at all or it can be calculated, for example, from the dead weight and the payload or the number of passengers in the vehicle. Or the mass is measured in each case, e.g. by axle load sensors or weight sensors on the wheels or chassis of the vehicle, by electronic passenger counters, etc.
Besonders günstig ist es, wenn die aktuelle Masse des Fahrzeugs aus der Antriebskraft aller Antriebsmotoren bei einem Beschleunigen des Fahrzeugs und einer dabei gemessenen Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt wird. Dafür ist nur eine Messung der Beschleunigung des Fahrzeugs notwendig, beispielsweise mithilfe der genannten Trägheitsmesseinrichtung. Bevorzugt wird dabei die genannte Antriebskraft aus den beim genannten Beschleunigen gemessenen Antriebsströmen aller Antriebsmotoren ermittelt. It is particularly favorable if the current mass of the vehicle is determined from the driving force of all drive motors when the vehicle is accelerated and the acceleration of the vehicle measured in the process. All that is required for this is a measurement of the acceleration of the vehicle, for example with the aid of the aforementioned inertial measuring device. The drive force mentioned is preferably determined from the drive currents of all the drive motors measured during the acceleration mentioned.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen The invention is explained below with reference to exemplary embodiments illustrated in the enclosed drawings
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: explained in more detail. In the drawings shows:
7723 7723
Fig. 2 das Verfahren der Erfindung in einem Flussdiagramm; und 2 shows the method of the invention in a flow chart; and
Fig. 3 den optionalen Schritt des Messens der Fahrzeugmasse in einem Flussdiagramm. 3 shows the optional step of measuring the vehicle mass in a flowchart.
Fig. 1 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbilds ein Fahrzeug 1 mit mehreren elektrodynamischen Bremsen EDBı, EDB2, .., allgemein EDBna (n = 1... N), die jeweils einem Rad (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 zugeordnet sind. Eine elektrodynamische Bremse EDBn könnte auch einer Radachse mit mehreren Rädern zugeordnet sein, oder einem Rad könnten auch mehr als eine elektrodynamische Bremse EDB», zugeordnet sein. 1 schematically shows, in the form of a block diagram, a vehicle 1 with a plurality of electrodynamic brakes EDB1, EDB2, . . . , generally EDBna (n=1 . An electrodynamic brake EDBn could also be assigned to a wheel axle with several wheels, or more than one electrodynamic brake EDB» could also be assigned to one wheel.
Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug handeln, auch um ein autonom fahrendes Fahrzeug, beispielsweise einen PKW oder LKW mit Verbrennungsmotor als Antrieb, und die elektrodynamischen Bremsen EDBa sind vom Antrieb gesonderte Wirbelstrombremsen. In der Regel ist das Fahrzeug 1 ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, z.B. ein Zug oder eine Straßenbahn, und die elektrodynamischen Bremsen EDB,1 werden jeweils von einem - zum Bremsen in den Generatorbetrieb versetzten - elektrischen Antriebsmotor Mı, Mz, .., allgemein Mn, des Fahrzeugs 1 gebildet. The vehicle 1 can be any vehicle, including an autonomously driving vehicle, for example a car or truck with an internal combustion engine as the drive, and the electrodynamic brakes EDBa are eddy current brakes that are separate from the drive. As a rule, the vehicle 1 is an electrically driven vehicle, in particular a rail vehicle, e.g. a train or a tram, and the electrodynamic brakes EDB,1 are each driven by an electric drive motor Mı, Mz, .. , generally Mn, of the vehicle 1 is formed.
Der jeweilige Antriebs- und Bremsbetrieb der Antriebsmoto-The respective drive and braking operation of the drive motor
ren Ma bzw. elektrodynamischen Bremsen EDBna wird von einem re-re Ma or electrodynamic brakes EDBna is replaced by a re-
Jeder elektrodynamischen Bremse EDB,a ist eine ihr zuschaltbare mechanische Reibungsbremse BRn zugeordnet. Beim Zuschalten einer Reibungsbremse BRana zu der ihr zugeordneten elektrodynamischen Bremse EDBna addieren sich die von der elektrodynamischen Bremse EDB, auf das Fahrzeug 1 ausgeübte Bremskraft Fn und die von der Reibungsbremse BR», auf das Fahrzeug 1 ausgeübte Bremskraft. A mechanical friction brake BRn that can be switched on is assigned to each electrodynamic brake EDB,a. When a friction brake BRana is connected to the electrodynamic brake EDBna assigned to it, the braking force Fn exerted on the vehicle 1 by the electrodynamic brake EDB and the braking force Fn exerted on the vehicle 1 by the friction brake BR» add up.
Der (An-)Fahr- und Bremsbetrieb des Fahrzeugs 1 wird von einer elektronischen Steuerung 3 gesteuert, welcher ein entsprechendes Fahr- bzw. Bremssteuersignal C von einem Fahrbetriebsregler 4 zugeführt wird. Der Fahrbetriebsregler 4 kann beispielsweise ein Handhebel und/oder Pedal zur Regelung der Beschleunigung a (a > 0) oder Verzögerung a (a < 0) des Fahrzeugs 1 sein. The (starting) driving and braking operation of the vehicle 1 is controlled by an electronic controller 3 to which a corresponding driving or braking control signal C is supplied by a driving operation controller 4 . The driving operation controller 4 can, for example, be a hand lever and/or pedal for controlling the acceleration a (a>0) or deceleration a (a<0) of the vehicle 1 .
Die aktuelle Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs 1 wird von einer Trägheitsmesseinrichtung (inertial measurement unit, IMU) 5 gemessen, die am Fahrzeug 1 montiert ist, und der Steuerung 3 als Messwert zugeführt. Die Steuerung 3 erhält auf weiteren Eingängen Messwerte der Antriebsströme Ian The actual acceleration or deceleration of the vehicle 1 is measured by an inertial measurement unit (IMU) 5 mounted on the vehicle 1 and supplied to the controller 3 as a measured value. The controller 3 receives measured values of the drive currents Ian on further inputs
der Antriebsmotoren Mn im Motorbetrieb sowie der Bremsströme of the drive motors Mn in motor operation and the braking currents
Im Falle einer Minderleistung oder eines Versagens einer (oder mehrerer) der elektrodynamischen Bremsen EDB», veranlasst die Steuerung 3 die Zuschaltung der jeweilig zugeordneten Reibungsbremse BRn über ein Steuersignal Sn. Um eine fehlerhafte, d.h. minderleistende oder ausfallende, elektrodynamische Bremse EDBna zu erkennen und die entsprechende Zuschaltung der Reibungsbremse BR, zu veranlassen, führt die Steuerung 3 das nun anhand von Fig. 2 beschriebene Verfahren durch. In the event of reduced performance or a failure of one (or more) of the electrodynamic brakes EDB», the controller 3 causes the activation of the respectively assigned friction brake BRn via a control signal Sn. In order to detect a faulty, i.e. poorly performing or failing, electrodynamic brake EDBna and to activate the corresponding activation of the friction brake BR, the controller 3 carries out the method now described with reference to FIG.
Gemäß Fig. 2 werden zunächst in einer ersten Phase 6, während der das Fahrzeug 1 fährt, einige vorbereitende Schritte durchgeführt, um dann in einer zweiten Phase 7/7, während der das Fahrzeug 1 fährt, eine fehlerhafte elektrodynamische Bremse EDBna zu detektieren und die zugeordnete mechanische Reibungsbremse BR, zuzuschalten. According to FIG. 2, some preparatory steps are initially carried out in a first phase 6, during which vehicle 1 is driving, and then in a second phase 7/7, during which vehicle 1 is driving, a faulty electrodynamic brake EDBna is detected and the associated mechanical friction brake BR switch on.
Vor oder während der ersten Phase 6 wird in einem (optionalen) Schritt 8 die aktuelle Masse m des Fahrzeugs 1 gemessen. Wenn die aktuelle Masse m des Fahrzeugs 1 vor bzw. in der The current mass m of the vehicle 1 is measured in an (optional) step 8 before or during the first phase 6 . If the current mass m of the vehicle 1 before or in the
ersten Phase 6 bekannt ist, beispielsweise wenn keine Fahrgäs-first phase 6 is known, for example if no passenger
te in der Straßenbahn sind und das Gewicht des Fahrers vernachlässigbar ist, sodass die Eigenmasse des Fahrzeugs 1 als aktuelle Masse m verwendet werden kann, kann der Schritt 8 entfallen, die Masse m ist dann vorbekannt. Das Messen der aktuellen Masse m im Schritt 8 kann auf verschiedenste Arten erfolgen, beispielsweise durch Abzählen oder Wiegen der Fahrgäste, z.B. mit einem elektronischen Fahrgastzähler, oder der beförderten Last und Addieren zur Eigenmasse des Fahrzeugs, mittels Gewichtssensoren an den Rädern oder Fahrwerken des Fahrzeugs 1 oder mittels der Trägheitsmesseinrichtung 5, wie später anhand von Fig. 3 noch im Detail erläutert wird. te are in the tram and the weight of the driver is negligible, so that the dead weight of the vehicle 1 can be used as the current mass m, step 8 can be omitted, the mass m is then known in advance. The current mass m can be measured in step 8 in a wide variety of ways, for example by counting or weighing the passengers, e.g. with an electronic passenger counter, or the transported load and adding it to the vehicle's own mass, using weight sensors on the wheels or chassis of the vehicle 1 or by means of the inertial measuring device 5, as will be explained in detail later with reference to FIG.
Im Schritt 9 der ersten Phase 6 wird nun eine Vollbremsung des Fahrzeugs 1 durchgeführt. Dazu werden alle N elektrodynamischen Bremsen EDBn gleichzeitig voll gebremst, beispielsweise durch Versetzen des Fahrbetriebsreglers 4 in eine besondere Notbremsstellung, Auslösen eines an der Steuerung 3 angeschlossenen Notbremsknopfes od.dgl. Unter „Vollbremsen“ einer elektrodynamischen Bremse EDB, wird ihre Betätigung zum Erwirken ihrer größtmöglichen (individuellen) Bremskraft F, verstanden, bei der gerade noch kein Blockieren des ihr zugeordneten Rades auftritt, d.h. ähnlich einer Vollbremsung mit einem Antiblockiersystem (ABS). Alternativ kann das Vollbremsen aller elektrodynamischer Bremsen EDBf1 auch darin bestehen, dass eine von der Steuerung 3 über die Steuersignale Cna aufgetragene ma-In step 9 of the first phase 6, full braking of the vehicle 1 is now carried out. For this purpose, all N electrodynamic brakes EDBn are fully braked at the same time, for example by moving the driving operation controller 4 to a special emergency braking position, triggering an emergency brake button connected to the controller 3 or the like. "Emergency braking" of an electrodynamic brake EDB is understood to mean its actuation to achieve its greatest possible (individual) braking force F, at which the wheel assigned to it is just not locked, i.e. similar to emergency braking with an anti-lock braking system (ABS). Alternatively, full braking of all electrodynamic brakes EDBf1 can also consist in a ma- applied by controller 3 via control signals Cna
ximale Betätigung jeder elektrodynamischen Bremse EDB»1 ausge-maximum actuation of each electrodynamic brake EDB»1
löst wird, unabhängig davon, ob das jeweilige zugeordnete Rad blockiert oder nicht. is triggered, regardless of whether the respective assigned wheel is locked or not.
Während des Vollbrems-Schrittes 9 werden nun einerseits die Jeweiligen Bremsströme Ibn der elektrodynamischen EDBn gemessen (Schritt 10), beispielsweise durch Messen der in den Lastwiderständen Rn jeweils fließenden Ströme, und anderseits wird die Verzögerung a des Fahrzeugs 1 gemessen (Schritt 11), z.B. mithilfe der Trägheitsmesseinrichtung 5. During full braking step 9, on the one hand the respective braking currents Ibn of the electrodynamic EDBn are measured (step 10), for example by measuring the currents flowing in the load resistors Rn, and on the other hand the deceleration a of the vehicle 1 is measured (step 11), e.g. using the inertial measuring device 5.
Es versteht sich, dass der Vollbrems-Schritt 9 nicht notwendigerweise bis zum vollständigen Stillstand des Fahrzeugs 1 (Geschwindigkeit v = 0) durchgeführt werden muss, es ist vielmehr sogar wünschenswert, das Vollbremsen im Schritt 9 nur so lange durchzuführen, dass ausreichend Zeit ist, um die Bremsströme Ibn im Schritt 10 und die Verzögerung a im Schritt 11 messen zu können. Der Vollbrems-Schritt 9 kann daher auch ganz kurz ausfallen und die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 nur geringfügig reduzieren, beispielsweise auf nur 90% oder 80% der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 vor dem VollbremsSchritt 9. Optional wird im Vollbrems-Schritt 9 dafür Sorge getragen, dass die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 nicht unter 30%, bevorzugt nicht unter 50%, besonders bevorzugt nicht unter 75% der Ausgangsgeschwindigkeit v fällt, denn die gemessenen Bremsströme Ibn nehmen in der Regel mit abnehmender Geschwindigkeit ab, was das Messergebnis verzerrt. Im günstigsten Fall wird die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 im Voll-It goes without saying that the full braking step 9 does not necessarily have to be carried out until the vehicle 1 has come to a complete standstill (velocity v=0); on the contrary, it is actually desirable to only carry out the full braking in step 9 for so long that there is sufficient time to be able to measure the braking currents Ibn in step 10 and the deceleration a in step 11. The full braking step 9 can therefore also be very short and only slightly reduce the speed v of the vehicle 1, for example to only 90% or 80% of the speed v of the vehicle 1 before the full braking step 9. Optionally, full braking step 9 takes care of this worn that the speed v of the vehicle 1 does not fall below 30%, preferably not below 50%, particularly preferably not below 75% of the initial speed v, because the measured braking currents Ibn generally decrease with decreasing speed, which distorts the measurement result. In the best case, the speed v of the vehicle 1 in full
brems-Schritt 9 nur geringstmöglich reduziert. braking step 9 only reduced as little as possible.
Anschließend wird in einem Schritt 12 die Gesamtbremskraft Fg als Produkt von gemessener Verzögerung a und aktueller Masse m des Fahrzeugs 1 ermittelt zu Fyg = M * a. Da die aktuelle Masse m des Fahrzeugs 1 erst in diesem Schritt 12 benötigt wird, versteht es sich, dass der (optionale) Schritt 8 auch an anderer Stelle vor dem Schritt 12 durchgeführt werden kann. Then, in a step 12, the total braking force Fg is determined as the product of the measured deceleration a and the current mass m of the vehicle 1 as Fyg=M*a. Since the current mass m of the vehicle 1 is only required in this step 12, it goes without saying that the (optional) step 8 can also be carried out at a different point before step 12.
Der Vollbrems-Schritt 9 - und insbesondere die gesamte erste Phase 6 - können optional jederzeit im laufenden Betrieb des Fahrzeugs 1 durchgeführt werden, bei einem Schienenfahrzeug beispielsweise kurz vor dem Einfahren in eine Station. The emergency braking step 9—and in particular the entire first phase 6—can optionally be carried out at any time during operation of the vehicle 1, for example shortly before entering a station in the case of a rail vehicle.
Nach der ersten Phase 6 ist das Fahrzeug 1 nun für eine (oder mehrere) beliebige zweite Phase/n 7 bereit, die zu einem oder mehreren beliebigen späteren Zeitpunkten durchgeführt werden kann/können. After the first phase 6, the vehicle 1 is now ready for any one (or more) second phase(s) 7, which can be carried out at any one or more later points in time.
Die zweite Phase 7 kann unmittelbar im Anschluss an die erste Phase 6 erfolgen, beispielsweise während ein und derselben Fahrt des Fahrzeugs 1 zwischen zwei Stationen, oder auch in einem geraumen zeitlichen Abstand. So kann die erste Phase 6 beispielsweise einmal pro Woche oder einmal am Tag, z.B. am Morgen, durchgeführt werden, und die zweite Phase 7 oftmals während eines Tages. Oder die Phasen 6 und 7 werden abwechselnd oder in einem regelmäßigen Muster aufeinanderfolgend wiederholt, z.B. die zweite Phase 7 in regelmäßigen Zeitabständen und die erste Phase 6 nach jeder zweiten, dritten, The second phase 7 can take place immediately after the first phase 6, for example during one and the same journey of the vehicle 1 between two stations, or at a considerable time interval. For example, the first phase 6 can be carried out once a week or once a day, for example in the morning, and the second phase 7 often during the day. Or phases 6 and 7 are repeated alternately or in a regular pattern, e.g. the second phase 7 at regular time intervals and the first phase 6 after every second, third,
vierten usw. Phase 7 oder zu Beginn oder am Ende jeder ersten, fourth etc. phase 7 or at the beginning or end of each first,
zweiten, dritten usw. aufeinanderfolgenden Fahrt des Fahrzeugs 1. second, third, etc. consecutive trip of the vehicle 1.
In der zweiten Phase 7 wird zunächst wieder in einem (optionalen) Schritt 13 die aktuelle Masse m wie im Schritt 8 gemessen, soweit nicht vorbekannt, aus der ersten Phase 6 unverändert übernehmbar oder auf andere Art berechenbar. Auch Schritt 13 kann wie später anhand von Fig. 3 im Detail beschrieben durchgeführt werden. In the second phase 7, the current mass m is first measured again in an (optional) step 13 as in step 8, if not previously known, can be taken over unchanged from the first phase 6 or can be calculated in some other way. Step 13 can also be carried out as described later in detail with reference to FIG. 3 .
Nun werden in der Phase 7/7 in einer Schleife 14, die über alle N elektrodynamische Bremsen EDBn läuft, für jede elektrodynamische Bremse EDB,1 Jeweils die Schritte 15 bis 19 durchgeführt, und zwar wie folgt. In phase 7/7, in a loop 14 that runs over all N electrodynamic brakes EDBn, steps 15 to 19 are carried out for each electrodynamic brake EDB,1, as follows.
Im Schritt 15 wird die Jeweilige elektrodynamische Bremse EDBn betätigt, und zwar mit jenem Bremsstrom Ibn, der zuvor bei der ersten Phase 6 in Schritt 10 gemessen worden war. Während des Betätigens dieser einzelnen elektrodynamischen Bremse EDBn wird die Jeweils dadurch verursachte Verzögerung an des Fahrzeugs 1 gemessen (Schritt 16). In step 15, the respective electrodynamic brake EDBn is actuated, specifically with that braking current Ibn that was previously measured in step 10 in the first phase 6. During the actuation of this individual electrodynamic brake EDBn, the deceleration caused in each case on the vehicle 1 is measured (step 16).
Anschließend wird die individuelle Bremskraft Fn der jeweiligen im Schleifendurchlauf betrachteten elektrodynamischen Bremse EDB,a als Produkt von gemessener individueller Verzögerung an und aktueller Masse m des Fahrzeugs 1 ermittelt zu Fa = m - an (Schritt 17). Da die Masse m erst hier benötigt wird, kann der Schritt 13 in der Phase 7 an beliebiger Stelle vor dem jeweiligen Berechnungsschritt 17 der Schleife 14 durchge-The individual braking force Fn of the respective electrodynamic brake EDB,a considered in the loop run is then determined as the product of the measured individual deceleration an and the current mass m of the vehicle 1 as Fa=m−an (step 17). Since the mass m is only required here, step 13 in phase 7 can be carried out at any point before the respective calculation step 17 of loop 14.
führt werden, beispielsweise auch unmittelbar davor. are performed, for example immediately before.
Danach wird im Schritt 18 überprüft, ob die individuelle Bremskraft Fn der betrachteten elektrodynamischen Bremse EDB1 kleiner als ein N-tel der zuvor im Schritt 12 der ersten Phase 6 ermittelten Gesamtbremskraft Fy aller elektrodynamischen Bremsen EDBna ist. Der Vergleich in Schritt 18 kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer entsprechenden Toleranz, beispielsweise 45% oder +%*10%, durchgeführt werden. Beispielsweise ist der „kleiner“-Fall des Vergleichsschrittes 18 dann gegeben, wenn die individuelle Bremskraft Fn kleiner als das 0,95-Fache (Toleranz: -5%) oder 0,90-Fache (Toleranz: -10%) von Fgy/N ist. Then, in step 18, it is checked whether the individual braking force Fn of the electrodynamic brake EDB1 under consideration is less than one Nth of the total braking force Fy of all electrodynamic brakes EDBna previously determined in step 12 of the first phase 6. The comparison in step 18 can optionally be carried out taking into account a corresponding tolerance, for example 45% or +%*10%. For example, the "smaller" case of comparison step 18 is given when the individual braking force Fn is less than 0.95 times (tolerance: -5%) or 0.90 times (tolerance: -10%) of Fgy/ N is.
Wenn der Vergleichsschritt 18 nicht erfüllt ist (Zweig “n“), d.h. die individuelle Bremskraft Fn einer elektrodynamischen Bremse EDBna gleich oder annähernd gleich (z.B. mindestens 0,95- oder 0,90-Fache) des N-ten Teils der Gesamtbremskraft Fg aller elektrodynamischen Bremsen EDBn1a ist, dann ist die betrachtete elektrodynamische Bremse EDBn offensichtlich in Ordnung und die Schleife 14 wird fortgesetzt, sofern noch nicht beendet. Wenn der Vergleichsschritt 18 hingegen ergibt, dass die individuelle Bremskraft Fa - gegebenenfalls innerhalb der genannten Toleranz - kleiner als Fy/N ist (Zweig “y“), dann wird der elektrodynamischen Bremse EDB1 die zugeordnete mechanische Reibungsbremse BR, mittels des Steuersignals Fn zugeschaltet (Schritt 19). If comparison step 18 is not fulfilled (branch "n"), i.e. the individual braking force Fn of an electrodynamic brake EDBna is equal or approximately equal (e.g. at least 0.95 or 0.90 times) the Nth part of the total braking force Fg of all electrodynamic brakes EDBn1a, then the considered electrodynamic brake EDBn is obviously in order and the loop 14 is continued, if not already ended. If, on the other hand, the comparison step 18 shows that the individual braking force Fa—possibly within the specified tolerance—is smaller than Fy/N (branch “y”), then the associated mechanical friction brake BR is switched on to the electrodynamic brake EDB1 by means of the control signal Fn ( step 19).
Wird nun in dieser (oder einer späteren) Phase 7 eine Will now in this (or a later) phase 7 be a
Bremsbetätigung (Schritt 20) erforderlich, dann erfolgt diese Brake actuation (step 20) required, then this is done
unter Verwendung der jeweils - d.h. soweit nach Schritt 18 erforderlich und im Schritt 19 zugeschalteten - Reibungsbremse BRn. Die Bremsbetätigung 20 kann - hinsichtlich einer betrachteten elektrodynamischen Bremse EDB1a - auch eine Fortsetzung der aktuellen Bremsbetätigung des Schrittes 15 sein, oder eine spätere gesonderte Bremsbetätigung. using the respective friction brake BRn - i.e. to the extent required after step 18 and switched on in step 19. With regard to an electrodynamic brake EDB1a under consideration, brake actuation 20 can also be a continuation of the current brake actuation of step 15, or a later, separate brake actuation.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der optionalen Messschritte 8 und 13 zum Messen der Jeweils aktuellen Masse m des Fahrzeugs 1. Dazu kann während der ersten bzw. zweiten Phase 6, 7 in einem Schritt 21 das Fahrzeug 1 zunächst beschleunigt (a > 0) werden, und zwar indem die Antriebsmotoren Ma bzw. die elektrodynamischen Bremsen EDBn1 elektromotorisch betrieben werden. Gleichzeitig werden während der Beschleunigung sowohl die individuellen Antriebsströme Ian gemessen (Schritt 22) als auch die Beschleunigung a des Fahrzeugs 1 (Schritt 23). 3 shows a possible embodiment of the optional measuring steps 8 and 13 for measuring the respective current mass m of the vehicle 1. For this purpose, the vehicle 1 can initially be accelerated in a step 21 during the first or second phase 6, 7 (a>0) are, in that the drive motors Ma or the electrodynamic brakes EDBn1 are operated by an electric motor. At the same time, both the individual drive currents Ian (step 22) and the acceleration a of the vehicle 1 (step 23) are measured during the acceleration.
Anschließend wird im Schritt 24 für jeden Antriebsmotor Ma Then in step 24 for each drive motor Ma
aus dem ihm zugeführten Antriebsstrom Ian - beispielsweise anhand von gespeicherten Tabellen oder einer Funktion £() - die jeweilige Antriebskraft Fan ermittelt, z.B. zu Fan = £f(Ian), from the drive current Ian supplied to it - for example using stored tables or a function £() - the respective drive force Fan is determined, e.g. to Fan = £f(Ian),
und die Summe aller Antriebskräfte Fan als Antriebskraft Fag aller Antriebsmotoren Mn berechnet. Aus der gesamten Antriebskraft Fag kann nun im Schritt 25 durch Division durch die gemessene Beschleunigung a die aktuelle Masse m des Fahrzeugs 1 and the sum of all the driving forces Fan is calculated as the driving force Fag of all the driving motors Mn. From the total driving force Fag, the current mass m of the vehicle 1 can now be calculated in step 25 by dividing it by the measured acceleration a
ermittelt werden. be determined.
Die Übertragung aller in dem beschriebenen Verfahren zwischen den Komponenten des Fahrzeugs 1 ausgetauschten Signale C, Cns a, Ian, Ibn, Sn kann entsprechend den gewünschten Sicherheitsanforderungen abgesichert sein, insbesondere nach einem standardisierten Sicherheits-Integritätsniveau („safety integrity level“, SIL), z.B. SIL 4 nach der Norm IEC 61508 oder davon abgeleiteter Normen wie 15026262 ASIL-D für den Fahrzeugbereich, EN50126 bzw. EN50129 (kurz EN5012x) für den Bahnbereich oder allgemeiner Cybersecurity- und Privacy-Normen wie ISO021434, UNECE od.dgl.Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikationen und deren Kombinationen, die in den The transmission of all signals C, Cns a, Ian, Ibn, Sn exchanged between the components of the vehicle 1 in the described method can be secured according to the desired safety requirements, in particular according to a standardized safety integrity level (SIL). e.g. SIL 4 according to the IEC 61508 standard or derived standards such as 15026262 ASIL-D for the automotive sector, EN50126 or EN50129 (EN5012x for short) for the railway sector or general cybersecurity and privacy standards such as ISO021434, UNECE or the like. The invention is not limited to the illustrated embodiments, but includes all variants, modifications and combinations thereof that are in the
Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen. fall under the attached claims.
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