BRPI0609859A2

BRPI0609859A2 - proteção adaptativa contra deslizamento para veìculos de trilhos com regulador de escorregamento

Info

Publication number: BRPI0609859A2
Application number: BRPI0609859-2A
Authority: BR
Inventors: Anton Stribersky; Wolfram Lang; Thorsten Stuetzle; Uwe Viereck; Wolfgang Rulka
Original assignee: Siemens Transportation Systems
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2010-05-11
Also published as: RU2381927C2; EP1874601B2; EP1874601B1; JP2008539112A; CA2606261A1; EP1874601A1; UA95905C2; MX2007013426A; US20080116739A1; RU2007144075A; WO2006113954A1; AT503060A1

Abstract

PROTEçãO ADAPTATIVA CONTRA DESLIZAMENTO PARA VEìCULOS DE TRILHOS COM REGULADOR DE ESCORREGAMENTO. A presente invenção refere-se a um processo para a adaptação da pressão do cilindro do freio (pc~ ist~; pc~ 1~, pc~ 2~, pc~ 3~, pc~ 4~) de um freio pneumático de um veículo de trilhos (FZG), sendo que, durante um processo de frenagem o escorregamento real (s~ ist~) momentâneo é determinado entre, pelo menos, uma roda (2) do veículo de trilhos (FZG) e um trilho (3), além disso, é especificado um escorregamento teórico (s~ soll~) entre a, pelo menos uma, roda (2) e o trilho (3) e, correspondendo ao desvio do escorregamento real (s~ ist~) do escorregamento teórico (s~ soll~) especificado, a pressão do cilindro do freio (pc~ ist~; pc~ 1~, pc~ 2~, pc~ 3~, pc~ 4~) é variada de tal modo que, o desvio entre o escorregamento teórico e o escorregamento real tende para zero ou é minimizado. Neste caso, o escorregamento teórico pode se situar opcionalmente na faixa do micro ou do macroescorregamento. No caso de um processo de frenagem estável é determinado um fator de estado do freio e na verdade a partir de medições de velocidades do eixo e de pressões do cilindro do freio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROTEÇÃOADAPTATIVA CONTRA DESLIZAMENTO PARA VEÍCULOS DE TRILHOSCOM REGULADOR DE ESCORREGAMENTO".

A invenção presente refere-se a um processo para a adaptaçãoda pressão do cilindro do freio de um freio pneumático de um veículo de tri-lhos.

Além disso, a invenção refere-se a um regulador de escorrega-mento para um veículo de trilhos, para a adaptação do escorregamento atuala um escorregamento teórico especificado.

A invenção refere-se ainda a um sistema a regulagem que com-preende um regulador de escorregamento.

A necessidade de uma proteção contra deslizamento em veícu-los de trilhos resulta do perigo da parada do eixo repentina e indesejada du-rante a frenagem de um veículo de trilhos. A fim de iniciar o processo de fre-nagem, em sistemas de freio pneumático os cilindros de freio pneumáticossão admitidos com uma pressão de controle do freio em cada eixo da roda.

O momento de frenagem TB introduzido dessa forma causa uma aceleraçãoangular negativa das rodas. Com isso, nas superfícies de contato da rodasurge uma velocidade relativa Av entre a roda e o trilho e, com isso, umaforça de atrito dependente da velocidade relativa Av, que retarda o veículo.As relações entre força e momento de torção em um processo de frenagemestão representadas esquematicamente na figura 3. Neste caso, as relaçõesestão representadas com a velocidade relativa normalizada para a velocida-de de movimento v, com o denominado escorregamento s = Av/v.

A força de atrito é o produto entre a solicitação com fecho devidoà força fx, dependendo do escorregamento não linear, e a força de contatoda roda, como representado na figura 4. Com escorregamento s crescente asolicitação com fecho devido à força fx aumenta rapidamente e se reduz len-tamente depois de alcançar seu máximo. O valor máximo \l da solicitaçãocom fecho devido à força é maior no caso de trilho seco, e reduz-se nitida-mente quando dominam condições meteorológicas ruins. Se o processo defrenagem ocorrer no ramo ascendente de uma curva de escorregamento fx,então ele é estável. No caso da ultrapassagem do máximo por um valor deescorregamento alto demais, o trecho de regulagem torna-se instável - aroda retarda de forma muito rápida e fica parada. Neste caso, surge um tra-jeto de frenagem prolongado e um ponto plano indesejado na roda.

A faixa à esquerda do máximo na figura 2 também é designadacomo "microescorregamento", a faixa à direita do máximo, como "macroes-corregamento".

Sistemas modernos de proteção contra deslizamento em condi-ções meteorológicas diferentes devem evitar, por um lado, a parada do eixo,por outro lado, devem obter uma alta utilização do fecho devido à forma docontato entre a roda e o trilho (e, com isso, um trajeto de frenagem o maiscurto possível).

Sistemas de proteção contra deslizamento de uso comercial deacordo com o estado da técnica utilizam reguladores baseados em conheci-mento, que avaliam o estado atual com auxílio de uma avaliação apropriadade grandezas de medição, deduzem a reação adequada de uma tabela de-cisiva e transformam como seqüência de pulsos para as válvulas de prote-ção contra deslizamento. Para cada série de veículo de trilhos é necessáriauma adaptação individual dos muitos parâmetros do regulador, que pode serrealizada somente por especialistas de proteção contra deslocamento comconhecimento técnico e experiência. As viagens de teste necessárias sãomuito demoradas e dispendiosas.

É uma tarefa da invenção desenvolver uma proteção contra des-lizamento em freios pneumáticos para veículos de trilhos, que possa sermontada e ajustada de forma substancialmente mais simples que a proteçãocontra deslizamento conhecida do estado da técnica, pelo que os custos e otempo durante o ajuste podem ser reduzidos. Os trajetos de frenagem obti-dos, neste caso, devem ser tão pequenos como os trajetos de frenagem ob-tidos com os sistemas "convencionais". Pelo menos, os valores especifica-dos pelas regras devem ser mantidos para os trajetos de frenagem.

Essa tarefa é solucionada com um processo mencionado no iní-cio pelo fato de que, de acordo com a invenção, durante um processo defrenagem o escorregamento real momentâneo é especificado entre, pelomenos, uma roda do veículo de trilhos e um trilho e, além disso, é especifi-cado um escorregamento teórico entre a, pelo menos uma, roda e o trilho, ecorrespondendo ao desvio do escorregamento real do escorregamento teóri-co especificado, a pressão do cilindro do freio é variada de tal modo que, odesvio entre o escorregamento teórico e o escorregamento real tende parazero ou é minimizado.

Dessa forma, a pressão do cilindro do freio para um processo defrenagem pode ser variada de modo essencialmente mais simples que apressão conhecida do estado da técnica, e não são necessários quaisqueroutros, ou são necessários somente pequenos ajustes adicionais no sistemade regulagem.

Em princípio, o processo de acordo com a invenção funcionabem, quando um valor ajustado de modo fixo é especificado para o escorre-gamento teórico. Porém, o processo ainda pode ser aperfeiçoado substanci-almente se, o valor para o escorregamento teórico puder ser especificado demodo variado, e assim, é possível uma adaptação constante do escorrega-mento teórico às condições atuais. O processo funciona de forma otimizadase, o escorregamento teórico for determinado no contexto de uma busca deescorregamento otimizado.

O escorregamento teórico pode ser escolhido na faixa do micro-escorregamento, mas também na faixa do macroescorregamento, como ain-da será discutido de forma aprofundada mais tarde.

É apropriado se, o escorregamento real for medido permanen-temente durante o processo de frenagem todo. Em geral, porém, para a re-gulagem de escorregamento é necessária uma medição permanente do es-corregamento real durante o processo de frenagem todo.

Como, da mesma forma, ainda será discutido mais abaixo, deforma aprofundada, mais tarde, no caso de uma forma de execução concretada invenção é vantajoso se, adicionalmente a pressão do cilindro do freioreal for medida, além disso, com auxílio do desvio do escorregamento realpelo escorregamento teórico especificado, for determinada uma pressão docilindro do freio teórica, e a pressão do cilindro do freio real for variada de talmodo que, o desvio entre o escorregamento teórico e o escorregamento realtende para zero ou é minimizado.

Além disso, a fim de possibilitar, de modo simples, uma adapta-ção da regulagem da pressão do cilindro do freio de acordo com a invençãoaos diversos tipos de veículo e espécies de veículo, a invenção se refereainda a um processo para a adaptação do fator de transmissão Kr de umregulador de escorregamento, em função de, pelo menos, um parâmetroespecífico do veículo. Para isso, no caso de um processo de frenagem está-vel é feita a medição sobre um trilho, em essência, plano e reto de modocontínuo da velocidade do eixo coe a pressão do cilindro do freio pc de umjogo de roda com o raio de rolamento R, e disso é determinado o parâmetroespecífico do veículo, denominado fator de estado do freio £ correspondenteà seguinte relação:

<formula>formula see original document page 5</formula>

Com um outro processo descrito no contexto dessa invenção,como a seguir, para a adaptação do fator de transmissão Kr de um regula-dor de proteção contra deslizamento, a adaptação do fator de transmissãodo regulador deve ser realizada de modo muito simples. Um processo está-vel de frenagem de teste é suficiente para determinar o fator de estado dofreio. Isto significa uma vantagem substancial em relação à adaptação dereguladores baseados no conhecimento, na qual precisam ser definidas no-vamente muitas entradas diferentes de uma grande tabela por uma infinida-de de viagens experimentais.

A fim de obter uma adaptação otimizada está previsto empregarexclusivamente os valores de medição de um processo de frenagem estável.

Além disso, é vantajoso se, durante a medição das velocidadesdo eixo ocorrer em q eixos e a medição das pressões do cilindro do freio o-correr em I eixos, com o que pode ser usada a seguinte relação, para a de-terminação do fator de estado do freio (#:<formula>formula see original document page 6</formula>

Dessa forma, as distorções do cálculo da rotação da roda sobrea velocidade de viagem podem ser minimizadas, pelo fato de que, na equa-ção de identificação implementada for empregado o valor médio sobre todosos eixos do veículo de trilhos.

Em uma forma de execução concreta, para m instantes diferen-tes são registrados valores de medição, que são determinados para os fato-res de estado do freio £ (k) pertencentes aos instantes, e uma formação devalor médio dos fatores de estado do freio £(k) é realizada:

<formula>formula see original document page 6</formula>

Uma adaptação do fator de transmissão (KR|i) de um reguladorde escorregamento (SRE) ocorre de um veículo de referência para um outroveículo com emprego do fator de estado de frenagem, correspondente à re-lação é calculado

<formula>formula see original document page 6</formula>

sendo que, /O?,,- é o fator de transmissão do regulador conhecido de um veí-culo de referência, e^'éo fator de estado do freio do veículo de referência.

Um refinamento da adaptação do fator de estado do freio aindapode ser obtido se, no caso da existência de um valor de medição atual paraa massa do veículo total for empregada a seguinte relação:

sendo que, M é a massa do veículo de trilhos atual e M0 é a massa, que oveículo de trilhos apresenta durante a determinação do fator de estado dofreio £

A seguir, a invenção será esclarecida em detalhes, com auxíliodo desenho. Nesse desenho são mostradas:

figura 1 uma representação esquemática de um sistemade regulagem de acordo com a invenção,figura 2 o decurso esquemático da velocidade de um veí-

culo de trilhos e de outras grandezas relevantes durante

figura 3 uma representação esquemática das relações deforça e do momento de torção em um modelo de veículode ordem n,

figura 4 o traçado não linear de uma curva de escorrega-mento de solicitação com fecho devido à força típica, es-quemática durante o início da frenagem e durante a frena-gem, provocada por efeitos de condicionamento,

Figuras 5a e 5b planos de atuação para o esclarecimento da estrutura dosistema de regulagem,

Figuras 6a e 6b planos de atuação para o esclarecimento da adaptação dofator de transmissão do regulador por meio do fator de es-tado do freio,

figura 7 valores de medição das velocidades da roda epressões do cilindro do freio de um veículo de trilhos real eos fatores de estado do freio calculados disso, e

figura 8 um exemplo de execução da realização do pro-cesso para a adaptação do fator de transmissão de um re-gulador de proteção contra deslizamento.

Para as outras discussões serão empregadas as seguintes de-nominações:

AK superfície do embolo do cilindro do freio

fx solicitação com fecho devido à força

g aceleração de gravidade

U momento de inércia do jogo da roda

K grandeza numérica para instantes de medição

KR fator de transmissão do regulador

I número de jogos da roda com medição da pressão do cilindro defreiom número de instantes de medição

M massa total do veículo de trilhos

M0 massa total do veículo de trilhos no instante do processo de frenagem

n número de jogos da roda

nz número de cilindros do freio por eixo

pc pressão do cilindro do freio

q número de jogos da roda com medição da velocidade do eixo

rm raio de atrito médio

R raio da roda

s escorregamento

Tb momento de frenagem

u grandeza de entrada do sistema "dinâmico entre trilho e roda"

üe transmissão do sistema de alavancas total

v velocidade do veículo

VG velocidade de deslizamento

y grandeza de ajuste do regulador

t|g grau de atuação do sistema de alavancas

X fator de rotação

n máxima solicitação com fecho devido à força

He valor médio de atrito da pastilha do freio

Ç fator de estado do freio

7i relação entre grandeza de ajuste do regulador e pressão do cilindro do freio

p algoritmo de regulagem sem fator de transmissão do regulador

co velocidade do eixo

índices como "i" designam a grandeza numérica para os jogosda roda ou está indicado "soll/ teórica" para a grandeza de guia. O sinal " 1"colocado acima designa o regulador de referência.

A figura 1 mostra esquematicamente um sistema de regulagemSYS de acordo com a invenção, para a regulagem de acordo com a inven-ção da pressão do cilindro do freio pc,iSt de um freio pneumático PNE (vertambém figura 8 com as pressões do cilindro do freio pc,i, pc,2, pc,3, pc)4).

Durante um processo de frenagem, é determinado no veículo detrilhos FZG o escorregamento real SjSt momentâneo entre, pelo menos, umaroda 2 do veículo de trilhos e um trilho 3 (ver também figura 3) e está dispo-nível como sinal contínuo no tempo. Além disso, é especificado um escorre-gamento teórico Ssoii entre a roda 2 e o trilho 3.

Correspondendo ao desvio do escorregamento real SjSt do escor-regamento teórico Ssoii especificado, a pressão do cilindro do freio pc,ist é va-riada e, com isso, o momento de frenagem, de tal modo que, o desvio entreo escorregamento teórico e o escorregamento real tende para zero ou é mi-nimizado levando em consideração as interferências do sistema real.

Um regulador em cascata contínuo representa o núcleo do sis-tema de regulagem SYS de acordo com a invenção. Central é a regulagemde escorregamento SRE descrita acima, que trabalha de acordo com umprocesso de PIDT (regulador linear), e correspondendo ao escorregamentoteórico Ssoii especificado, e ao escorregamento real SjSt atual, determina umapressão teórica do cilindro do freio pSOii. No regulador de pressão do sistemade regulagem SYS colocado embaixo, a partir da diferença dessa pressãoteórica do cilindro do freio pson e da pressão do cilindro pcist medida é deter-minado o sinal da pressão de controle do freio pst que corresponde, por e-xemplo, à alteração necessária da pressão do cilindro. Caso necessário, ummódulo de gerador em seqüência de ligação PWM ligado posteriormentetransforma o sinal contínuo de controle da pressão pst em um sinal discretomodulado do eixo de pulso, para o controle das válvulas de proteção contradeslizamento. O sinal pulsado pode assumir somente os valores "0" ou "1", oqual é interpretado pelas válvulas pneumáticas como "abrir" ou "fechar".

O escorregamento teórico sson pode ser especificado fixamente -de preferência, porém, durante o processo de frenagem diversos valores sãoajustados para o escorregamento teórico ssoii. É particularmente vantajosose, o escorregamento teórico sson for determinado por um dispositivo de bus-ca de escorregamento otimizado OPS correspondente, que está sobrepostoao regulador de escorregamento propriamente dito e, do mesmo modo, pos-sui a velocidade de rotação Wj do jogo da roda i como entrada, ver figura 1.Uma forma de procedimento para a determinação do escorregamento otimi-zado é conhecida, por exemplo, de U. Kiencke, Realtime Estimation of A-dhesion Characteristic between Tyres and Road, Proceedings of the IFACWorld Congress, vol. 1, páginas de 15 - 18, Sydney, July 1993.

Por conseguinte, o sistema de regulagem SYS de acordo com ainvenção é constituído, em essência, de um regulador em cascata contínuocom o regulador de escorregamento SRE linear central, um circuito de regu-lagem de pressão PRE que pode ser ligado opcionalmente, bem como, comuma especificação de valor teórico sobreposta, e um dispositivo de busca deescorregamento otimizado OPS sobreposto opcionalmente (escorregamentootimizado é aquele escorregamento, no qual ocorre a utilização com fechodevido à força melhor possível) e um gerador de seqüência de ligação ligadoposteriormente. As grandezas de entrada desse sistema de regulagem SYSsão o número de rotações atual do eixo to e a velocidade do veículo v para adeterminação do escorregamento SjSt- A grandeza de partida é o sinal depressão de controle do freio pjSt. Em geral, o sinal de pressão de controle dofreio pst é gerado como modelo pulsado, condicionado pelas válvulas pneu-máticas já existentes.

Como também pode ser depreendido da figura 8, em geral umsistema de regulagem desse tipo está previsto para o(s) freio(s) de cada eixode um veículo de trilhos. Em princípio, porém, também seria possível que,um sistema de regulagem estivesse especificado para vários eixos ou frei-o(s) de vários eixos.

Através da regulagem de pressão colocada embaixo, a pressãodo cilindro do freio pode ser mantida mais exata na pressão teórica, o queminimiza o número de retirada do freio da roda e, com isso, conduz a umgasto de ar pequeno e pode levar a curtos trajetos de frenagem - todavia,são necessárias válvulas pneumáticas com sensores de pressão do cilindro.

A figura 2 mostra, a titulo de exemplo, um processo de frenagemde um veículo de trilhos, mediante o emprego de um regulador de escorre-gamento SRE ou de um sistema de regulagem SYS de acordo com a inven-ção. Estão representadas a velocidade v do veículo, a velocidade periférica(oR da roda e o trajeto de frenagem BWE. Como pode ser bem reconhecido,no início a velocidade periférica wR da roda diminui de modo mais intensoque a velocidade do veículo v. A fim de evitar que, a roda seja freada em uma velocidade de zero (deslizamento indesejado), a pressão do freio é re-duzida de modo correspondente, de tal modo que a velocidade periférica daroda pode aumentar novamente. Em seguida, a pressão do freio pode seraumentada novamente etc.

Como pode ser bem reconhecido, em particular, no caso de ve-locidades baixas, portanto, próximas à parada do veículo, é particularmenteimportante que, uma regulagem muito exata da pressão do freio ocorra, afim de evitar um deslizamento das rodas. De modo correspondente, nessafaixa a velocidade periférica das rodas é mantida próxima à velocidade doveículo.

A figura 4 mostra o traçado não linear da curva de escorrega-mento de solicitação com fecho devido à força. A força de atrito é o produtoentre a solicitação não linear com fecho devido à força fx dependente do es-corregamento, como representado na figura 4, e a força de levantamento daroda. Com aumento do escorregamento s, a solicitação com fecho devido àforça fx sobe rapidamente e diminui lentamente após o alcance de seu má-ximo. O valor máximo ji da solicitação com fecho devido à força é maior comtrilho seco, e se reduz nitidamente, se predominarem condições meteoroló-gicas ruins. Se o processo de frenagem ocorrer em um ramo ascendente deuma curva de escorregamento fx, então ele é estável. No caso da ultrapas-sagem do máximo por um valor de escorregamento alto demais, o trecho deregulagem é instável a roda retarda muito rápido e fica parada.

Se o processo de frenagem ocorrer à esquerda do máximo ("mi-croescorregamento", s < smax) então a roda permanece estável. Em proces-sos de frenagem à direita do máximo, ("macroescorregamento", s > smax) aroda é, em princípio, estável, isto é, ela retarda muito rápido e fica finalmenteparada, enquanto que, ao mesmo tempo, a massa inerte do veículo de tri-lhos continua a se movimentar com uma velocidade maior que zero. A con-seqüência é uma formação de pontos planos.

Durante um processo de frenagem, através da velocidade relati-va Ave das forças de atrito ou do calor provocados por ela surge uma alte-ração do comportamento do material. Além disso, as rodas que correm àfrente limpam o trilho para os eixos que correm atrás. Esse comportamento édesignado como efeito de condicionamento e causa que, a curva com fechodevido à força se levante em seu nível durante um processo de frenagem,como representado na figura 4 (linha cheia em um instante ti "antes" do sur-gimento e linha tracejada para fx em um instante t2 "após" o surgimento deefeitos de condicionamento).

O sistema de regulagem SYS de acordo com a invenção traba-lha na faixa de macroescorregamento e na faixa de microescorregamentoestável, sem que o processo de frenagem seja instável e que a roda fiqueparada.

Certamente a operação na faixa do microescorregamento ofere-ce algumas vantagens, como um processo de frenagem que poupa bastanteo desgaste ligado com alto conforto (menos atividades da válvula). Devido àcurva que sobe bem íngreme nessa área, certamente são necessárias me-didas extremamente exatas das grandezas de entrada.

Uma tal medição exata das grandezas de entrada não é neces-sária para a regulagem no macroescorregamento, em particular, na parteplana das curvas características. Além disso, devido aos altos valores deescorregamento, são ativados os efeitos de condicionamento mencionadosacima, que durante uma frenagem elevam de forma significativa os valorespara a solicitação com fecho devido à força fx. Com isso, podem ser transmi-tidas forças de frenagem substancialmente mais altas e, com isso, os traje-tos de frenagem são encurtados.

Na comparação com um sistema de proteção contra deslizamen-to convencional, em experiências de viagem com a regulagem de acordocom a invenção na faixa de macroescorregamento pode ser constatado umconsumo de ar menor dos freios pneumáticos, e pode ser alcançada umapotência de freio nitidamente melhor.A seguir, ainda será aprofundado, em detalhes, nos princípiosbásicos que servem de base à invenção, e ainda devem ser examinados emdetalhes outros aspectos vantajosos da invenção.

Como já foi mencionado, ao invés de um regulador de campocaracterístico, como conhecido do estado da técnica, é empregado um regu-lador SRE convencional com o escorregamento s ou com a velocidade rela-tiva Av (diferença das velocidades absolutas de veículo e roda) como gran-deza de regulagem.

A tarefa de manter pequeno o dispêndio de ajuste em diversostipos de veículo é obtida por meio de duas estratégias. Por um lado, atravésde um projeto de regulagem robusto são definidas as constantes de tempodo dispositivo de regulagem e da filtragem de sinal, de tal modo que, a pro-teção contra deslizamento trabalha de forma estável para uma extensa ga-ma de tipos de veículos desde uma locomotiva até o metrô. Alguns dessesparâmetros como, por exemplo, massa do veículo, a constante de tempo dosistema pneumático e o fator de transmissão K'R do regulador são adaptati-vos, isto é, são parâmetros do algoritmo de regulagem específicos do veícu-lo. Esses parâmetros são definidos durante a entrada em operação ou a par-tir de grandezas de medição de manobras do freio de teste objetivas.

A manobra do freio de teste é realizada com o veículo de trilhosem uma seção da plataforma plana e reta, sendo que, durante o processo defrenagem nenhum dos eixos pode ser instável em virtude das relações me-teorológicas predominantes. Para a duração do processo de frenagem osretardamentos do eixo o», bem como, as pressões do cilindro do freio (pres-soes de C) pC), são medidas continuamente. Dos valores de medição podeser determinado o fator de transmissão Centre pressão do cilindro do freio eretardamento do veículo com raio da roda R conhecido. O fator de transmis-são £ que, a seguir, será chamado fator de estado do freio, compõe-se detodos os parâmetros relevantes do sistema do freio e do veículo. Se para umveículo de trilhos com o fator de estado do freio Ç existir um regulador con-vencional com o fator de transmissão K'r, então para um outro veículo detrilhos com o fator de estado do freio £ pode ser adaptado o fator de trans-missão do mesmo regulador por meio da relação

<formula>formula see original document page 14</formula>

Com um processo para a adaptação do fator de transmissão deum regulador de proteção contra deslizamento, descrito com mais detalhesno contexto dessa invenção, como a seguir, a adaptação do fator de trans-missão do regulador pode ser realizada de modo muito simples, pois é sufi-ciente um processo de frenagem estável para definir o fator de estado dofreio. Isto significa uma vantagem substancial em relação à adaptação dosreguladores baseados em conhecimento, na qual muitas entradas diferentesde uma grande tabela precisam ser definidas novamente por uma infinidadede viagens experimentais.

A figura 3 mostra as relações de força e do momento de torçãoem um modelo de veículo de ordem n. A parte de ordem n do corpo do veí-culo de trilhos 1 está ligada com a roda 2 freada do eixo i, que se movimentasobre o trilho 3. Aplicando-se o jogo de impulso e de torção sobre o modelomostrado, então obtém-se as equações (2) e (3).

A composição das equações de movimento para o modelo deveículo de ordem n de um veículo com n eixos fornece:

<formula>formula see original document page 14</formula>

A velocidade do veículo x> e a velocidade do eixo, do eixo coj deordem i estão acopladas entre si através da relação de escorregamento nãolinear:

<formula>formula see original document page 14</formula>

A derivada da equação (4) em relação ao tempo resulta

<formula>formula see original document page 14</formula>

A substituição das equações (2) e (3) em (5) fornece<formula>formula see original document page 15</formula>

Com isto é encontrada uma equação diferencial não linear parao comportamento dinâmico do escorregamento. Com o fator de rotação Xusual na técnica para veículo de trilhos, para o qual no modelo de veículo deordem n vale

<formula>formula see original document page 15</formula>

da equação (6) resulta

<formula>formula see original document page 15</formula>

A grandeza "< introduzida nova na equação (8), é a grandeza deentrada de um sistema descrito através das equações (2) e (8), que repre-senta o sistema dinâmico entre trilho e roda. Da comparação da equação (8)com a (6) obtém-se

<formula>formula see original document page 15</formula>

Em um sistema de freio pneumático, com referência ao ponto detrabalho, o momento de frenagem do eixo de ordem i resulta tipicamentepara

<formula>formula see original document page 15</formula>

O emprego da equação (10) na equação (9) fornece uma rela-ção entre e a pressão do cilindro do freio pc>/

<formula>formula see original document page 15</formula>

Os parâmetros específicos do veículo que ocorrem na equação(11) são reunidos no denominado fator de estado do freio £

<formula>formula see original document page 15</formula>

Mais abaixo é. mostrado que, o fator de estado do freio £ podeser determinado de valores de medição das velocidades de roda e das pres-sões do cilindro do freio durante um processo de frenagem.

O sistema deve ser regulado por meio de um regulador de es-corregamento. Uma vez que a grandeza de ajuste y, do regulador exerceinfluência sobre o sistema de freio do veículo de trilhos, a pressão do cilindrodo freio pCl,é uma função 7t{y) da grandeza de ajuste do regulador y.

<formula>formula see original document page 16</formula>

É suposto que, o sistema de freio, com o dispositivo de proteçãocontra deslizamento apresenta um fator de transmissão de 1 entre a grande-za de ajuste y, e a pressão do cilindro do freio pc,1..

Para um fator de estado de frenagem £ escolhido, isto é, paraum certo tipo de veículo de trilhos ou em geral

<formula>formula see original document page 16</formula>

deve ser projetado um regulador de referência, de preferência, com métodosdo projeto de regulador robusto, a fim de, por exemplo, obter robusteza daregulagem em relação às relações com fecho devido à força variáveis nocontato entre a roda e o trilho, e em relação às alterações no comportamentono tempo do aumento da pressão nos cilindros do freio. Com relação ao seuponto de trabalho, o algoritmo de regulagem obtido deste modo irá possuir aforma

<formula>formula see original document page 16</formula>

nela K'R,i significa o fator de transmissão do regulador do eixo de ordem i, epi uma função escolhida de modo apropriado com respeito à meta de regula-gem, cuja função é dependente do desvio de regulagem ssoiu - s,.

A adaptação do fator de transmissão do regulador para uma ou-tra série de veículo de trilhos com um fator de estado de frenagem £ diferen-te de Ç, mas com as mesmas ou maiores freqüências próprias do sistemadinâmico do veículo ocorre de acordo com a equação (1) através da multipli-cação do fator de transmissão do regulador K'Rii com o quociente dos fatoresde estado do freio Neste caso, o algoritmo de regulagem adaptado é

<formula>formula see original document page 16</formula>

Se ao invés de uma regulagem de escorregamento for conside-rada uma regulagem de velocidade de deslizamento, então, para a adapta-ção do fator de transmissão do regulador vale a mesma relação. A velocida-de de deslizamento é definida como<formula>formula see original document page 17</formula>

Se for usada esta relação ao invés da equação (4), então para osistema dinâmico da velocidade de deslizamento vale

<formula>formula see original document page 17</formula>

e o algoritmo de regulagem a ser usado como referência tem, em relação aoseu ponto de trabalho, a forma

<formula>formula see original document page 17</formula>

De modo correspondente, o algoritmo de regulagem adaptado àsérie de veículo é

<formula>formula see original document page 17</formula>

A seguir será explicado como o fator de estado de frenagem £pode ser obtido através de um processo de frenagem. Deve ser asseguradoque, o processo cie frenagem ocorra em um trilho o mais plano e reto possí-vel, e que durante a frenagem nenhum dos n eixos fiquem instáveis. Se es-tas exigências forem preenchidas, além disso, será suposto que, em todosos n eixos existe aproximadamente o mesmo fecho devido à força U e estáaplicado aproximadamente o mesmo momento de frenagem TB;, (equipagemde freio pneumática igual ou muito parecida em todos os n eixos). As equa-ções de movimento (2) e (3) do modelo de veículo de ordem n ficam simplifi-cadas para

<formula>formula see original document page 17</formula>

A equação (20) pode ser reorganizada para fx e com a aproxi-mação v * RO) com retardamento lento e escorregamento pequeno obtém-se:

<formula>formula see original document page 17</formula>

A substituição da equação (22) na equação (21) resulta<formula>formula see original document page 18</formula>

Com o emprego do fator de rotação X da equação (7) da equa-ção (23) tem-se

<formula>formula see original document page 18</formula>

A solução da equação (25) de acordo com o fator de estado defrenagem £ resulta

<formula>formula see original document page 18</formula>

Com isto foi encontrada uma regra de cálculo para a determina-ção do fator de estado de frenagem Se forem medidas velocidades doeixo em q eixos, e registradas pressões do cilindro do freio em I eixos, então,de preferência, os valores de medição devem ser divididos ao meio pelosdos eixos. Com isto obtém-se uma regra de cálculo ampliada para a deter-minação do fator de estado de frenagem Ç:

<formula>formula see original document page 18</formula>

Se, para diversos instantes k, com k = 1.....m, na fase estacio-naria do processo de frenagem, o fator de estado de frenagem for calculadode acordo com a equação (27), recomenda-se finalmente uma média destesvalores &v

<formula>formula see original document page 18</formula>

De acordo com a equação (12) o fator de estado de frenagem Çé composto de uma multiplicidade de parâmetros específicos do veículo.Estes parâmetros podem se alterar ao longo do período de operação de umveículo de trilhos. Por exemplo, são desgastadas pastilhas dé freio, etc. Por-tanto, é recomendável realizar, de tempos em tempos, a adaptação do fatorde transmissão do regulador de acordo com a equação (1) para um e omesmo veículo de trilhos.

Em alguns tipos de veículos de trilhos a massa do veículo é de-terminada durante a operação. Uma vez que, de acordo com a equação(12), o fator de estado de frenagem Ç depende da massa do veículo de tri-lhos, a informação da massa momentânea pode ser usada para refinar oregulamento de adaptação (1) através da inclusão da massa:

Neste caso, Mé a massa momentânea do veículo de trilhos e M0é a massa que o veículo de trilhos possuía no instante do processo de fre-nagem para a determinação de £

A figura 5a mostra agora o plano de atuação do trecho de regu-lagem "jogo de roda /". O trecho de regulagem, representado como membrode transmissão entre o momento de frenagem TBj (grandeza de entrada) e oescorregamento s, (grandeza de saída), pode ser registrado como ligaçãoem série de um membro de transmissão "sistema dinâmico entre trilho e ro-da" 4 e de um membro proporcionai 5. O membro de transmissão "sistemadinâmico entre trilho e roda" 4 descreve o comportamento de transmissãoentre a grandeza de entrada u,e o escorregamento s,e, no modelo de veícu-lo de ordem n é descrito através das duas equações diferenciais (2) e (8). Aequação (9) representa o membro proporcional 5.

A figura 5b mostra o plano de atuação do trecho de regulagem"jogo de roda / com sistema de freio". A grandeza de entrada trecho de regu-lagem é a pressão do cilindro do freio pc,,. Neste caso, o membro proporcio-nal ligado antes do membro de transmissão "sistema dinâmico entre trilho eroda" 4 possui o fator de transmissão £de acordo com as equações (11) e(12). O fator de transmissão £ também é denominado fator de estado de fre-nagem.

A figura 6a mostra o trecho de regulagem "jogo de roda / comsistema de freio" de um veículo de trilhos de referência 7, agora acomodadoem um circuito de regulagem fechado para a regulagem do escorregamentosi em relação à grandeza de guia ssoii,í- Para o sistema dinâmico entre trilho eroda 7 do veículo de trilhos de referência com o fator de estado de frenagem(número de referência 8) foi projetado um regulador de referência 10 como fator de transmissão K'Rj. A relação entre a grandeza de ajuste y, e a pres-são do cilindro do freio pc.i está representada através do bloco de transmis-são 9 (cilindro do freio com válvulas de proteção contra deslizamento do veí-culo de referência).

A figura 6b mostra o circuito de regulagem com o trecho de regu-lagem "jogo de roda /' com sistema de freio" de um veículo de trilhos com ofator de estado de frenagem f (número de referência 6) para o qual o regu-lador deve ser adaptado. O regulador 12 adaptado possui o fator de trans-missão de acordo com a equação (15). O cilindro do freio, com válvulas deproteção contra deslizamento está provido do número de referência 11,4designa o sistema dinâmico entre trilho e roda do veículo.

A figura 7 mostra um diagrama com valores de medição dasquatro velocidades periféricas da roda Ru)h Ru)2, Ruj3 e Ruj4, bem como,das duas pressões do cilindro do freio por armação de rotação pc,i&2 e Pc,3&4-Os valores foram medidos em um veículo de trilhos real. O diagrama inferiormostra o valor do fator de estado de frenagem £ calculado a partir dos valo-res de medição na faixa de tempo do processo de frenagem estacionário deacordo com a equação (27) ou (28). Para o valor médio resulta

<formula>formula see original document page 20</formula>

Com auxílio de um exemplo de execução, a figura 8 mostra co-mo o processo de acordo com a invenção pode ser empregado em um veí-culo de trilhos de quatro eixos. O cilindro do freio 15 produz uma força defrenagem que atua sobre o freio do disco 14 através do sistema de alavancado freio com pastilhas do freio 16. Deste modo, surge um momento de fre-nagem que atua sobre o jogo de roda 13. A pressão do cilindro do freio re-sulta da pressão de controle do freio, que existe nq cilindro do freio 15 atra-vés do condutor do freio 17 e das válvulas de proteção contra deslizamento18. Um sensor de pressão 19 coloca à disposição do regulador de proteçãocontra deslizamento 21 (corresponde ao sistema de regulagem SYS da figura 1) valores de medição da pressão do cilindro do freio. Além disso, o regulador de proteção contra deslizamento 21 recebe valores de medição da velocidade do eixo através do transmissor de impulso 20. O regulador de pro-5 teção contra deslizamento 21 ajusta as válvulas de proteção contra deslizamento 18. No caso do regulador de proteção contra deslizamento 21, trata-se de um regulador convencional com o fator de transmissão 22. Por meio da unidade para o cálculo do fator de estado de frenagem 23 o valor £é determinado de acordo com a equação (28) e usado para a atualização do fa-10 tor de transmissão do regulador 22 com relação ao tipo de veículo de trilhos especificado. A unidade 23 para o cálculo do fator de estado de frenagem necessita valores de medição das velocidades do eixo e pressões do cilindro do freio de todos os quatro eixos, que foram registrados durante a fase estacionaria de um processo de frenagem estável.

Claims

1. Processo para a adaptação da pressão do cilindro do freio (pcist; pci, pc2, pc3, PC4) de um freio pneumático de um veículo de trilhos (FZG), sendo que, durante um processo de frenagem- o escorregamento real (sist) momentâneo é determinado entre,pelo menos, uma roda (2) do veículo de trilhos (FZG) e um trilho (3),- além disso, é predeterminado um escorregamento teórico (sson) entre a, pelo menos uma, roda (2) e o trilho (3), e- correspondendo ao desvio do escorregamento real (sist) do escorregamento teórico (sson) especificado, a pressão do cilindro do freio (pCjSt;pci, pc2, pc3, pc4) é variada de tal modo que, o desvio entre o escorregamento teórico e o escorregamento real tende para zero ou é minimizado.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, é especificado um valor ajustado fixamente para o escorregamento teórico (Sson).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, o valor pode ser especificado de modo variável para o escorregamento teórico (Sson).

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, o valor teórico (sson) é determinado no contexto de uma busca de escorregamento otimizado.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, o escorregamento teórico (ssoii) é escolhido na faixa do microescorregamento.

6. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4,caracterizado pelo fato de que, o escorregamento teórico (ssoii) é escolhido na faixa do macroescorregamento.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, o escorregamento real (sist) é medido permanentemente durante o processo de frenagem todo.

8. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, a pressão do cilindro do freio real (pc,ist) émedida, além disso, com auxílio do desvio do escorregamento real (sist) do escorregamento teórico (sson) especificado, é determinada uma pressão do cilindro do freio teórica (pson) e a pressão do cilindro do freio real (pc,ist) é variada de tal modo que, o desvio entre o escorregamento teórico e real tende para zero ou é minimizado.

9. Regulador de escorregamento (SRE) para um veículo de trilhos (FZG) para a adaptação do escorregamento atual (sist) a um escorregamento teórico (Sson) especificado correspondente a um processo como definido em uma das reivindicações de 1 a 7.

10. Regulador de escorregamento (SRE) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, para a adaptação do escorregamento atual (Sist) a um escorregamento teórico (sson) especificado é determinada uma pressão do cilindro de freio teórica (pson).

11. Sistema de regulagem (SYS) compreendendo um regulador de escorregamento (SRE) como definido na reivindicação 10, bem como, um regulador de pressão do cilindro de freio (PRE), que é equipado para adaptar a pressão do cilindro do freio atual (pc,ist) à pressão do cilindro do freio teórica (pSOii) determinada.

12. Sistema de regulagem (SYS) de acordo com a reivindicação 11, compreendendo, além disso, uma unidade (OPS) para a determinação de um valor otimizado para o escorregamento teórico (ssoii).

13. Processo para a adaptação do fator de transmissão de um regulador de escorregamento (SRE) como definido na reivindicação 9 ou 10, em função de um parâmetro específico do veículo, caracterizado pelo fato de que,- no caso de um processo de frenagem estável é medido sobre trilho, em essência, plano e reto de modo contínuo a velocidade do eixo (ai) e a pressão do cilindro do freio (pc,i) de um jogo de roda (/), e- disso é determinado o parâmetro específico do veículo, denominado fator de estado do freio (ç) correspondente à seguinte relação:<formula>formula see original document page 23</formula>

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que, são empregados exclusivamente valores de medição (coi, pc,i) que foram medidos durante um processo de frenagem estável.

15. Processo de acordo com a reivindicação 13 ou 14, sendo que, durante a medição de velocidades do eixo em q eixos e pressões do cilindro do freio em I eixos é usada a seguinte relação, para a determinação do fator de estado do freio (Ç): <formula>formula see original document page 24</formula>

16. Processo de acordo com uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizado pelo fato de que, para m instantes diferentes são registrados valores de medição, que são determinados para os fatores de estado do freio Ç(k) pertencentes aos instantes, e uma formação de valor médio dos fatores de estado do freio % (k) é realizada: <formula>formula see original document page 24</formula>

17. Processo para a adaptação do fator de transmissão (kRii) de um regulador de escorregamento (SRE) como definido em uma das reivindicações 9 ou 10, de um veículo de referência para um outro veículo, com o emprego do fator do estado do freio, sendo que, após a determinação do fator de estado do freio (£,) de acordo com um processo como definido em uma das reivindicações de 13 a 16, o fator de transmissão (Kr.j) é calculado correspondente à relação <formula>formula see original document page 24</formula> sendo que, K'R,i é o fator de transmissão do regulador conhecido de um veículo de referência, e^'éo fator de estado do freio do veículo de referência, sendo que, o fator de estado do freio Ç é conhecido ou é determinado de acordo com o processo como definido em uma das reivindicações de 13 a-16.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que, no caso da existência de um valor de medição atual para a massa do veículo toda (M) é empregada a seguinte relação<formula>formula see original document page 25</formula>sendo que, M é a massa do veículo de trilhos atual e Mo é a massa, que o veículo de trilhos (FZG) apresenta durante a determinação do fator de estado do freio