CH637888A5 - Method and device for reducing the influence of unfavourable friction conditions between wheel and rail on the operation of automatically controlled rail vehicles - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Einflusses ungünstiger Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene auf den Betrieb von automatisch von einer ortsfesten Steuerstelle aus gesteuerten Schienenfahrzeugen, welche Zielbremsungen nach Bremskurven vornehmen, die aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Zielentfernung und einer von der ortsfesten Steuerstelle vorgegebenen Bremsverzögerung errechnet werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for reducing the influence of unfavorable friction conditions between wheel and rail on the operation of rail vehicles controlled automatically from a fixed control point, which carry out target braking according to braking curves, which are calculated from the vehicle speed, the target distance and a braking deceleration predetermined by the fixed control point be, as well as a facility for performing the method.
Das Bremsvermögen eines Schienenfahrzeuges wird in hohem Masse vom sogenannten Haftwert bestimmt. Dieser ist als Bremskraft pro gebremstes Gewicht definiert und ein Mass für die Reibung zwischen Rad und Schiene. Der Haftwert schwankt infolge von Witterungseinflüssen und Schienenverschmutzung zwischen 0,05 und 0,5 (Karl Sachs, Elektrische Triebfahrzeuge, Bd. 1, Kap 3, S 74). Beim Betrieb von nicht automatisch gesteuerten Fahrzeugen wird einem verringerten Haftwert dadurch Rechnung getragen, dass bei entsprechend ungünstigen Reibungsverhältnissen zwischen Rad und Schiene die zulässige Streckenhöchstgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Dadurch wird zwar erreicht, dass die Fahrzeuge trotz geringeren Brems vermögens rechtzeitig vor jedem Zielpunkt zum Stillstand kommen bzw. eine vorgeschriebene reduzierte Geschwindigkeit rechtzeitig erreichen, es wird aber auch die Fahrzeit erheblich verlängert, was zu Verspätungen und damit zur Nichteinhaltung des Fahrplanes führen kann. Ausserdem lässt sich durch die Herabsetzung der Streckenhöchstgeschwindigkeit nicht verhindern, dass Achsen beim Bremsen ins Gleiten geraten und Schaden nehmen, weil Bremseinsatzpunkt und Brems verzögerung letztlich durch den Fahrzeugführer individuell bestimmt werden. The braking capacity of a rail vehicle is largely determined by the so-called grip value. This is defined as the braking force per braked weight and a measure of the friction between the wheel and the rail. The adhesive value fluctuates between 0.05 and 0.5 as a result of weather conditions and rail pollution (Karl Sachs, Electric Power Vehicles, Vol. 1, Chap. 3, S 74). When operating vehicles that are not automatically controlled, a reduced adhesive value is taken into account by reducing the permissible maximum line speed in the event of correspondingly unfavorable friction conditions between wheel and rail. Although this means that the vehicles come to a standstill in good time before each destination, or reach a prescribed reduced speed in good time, despite the lower braking capacity, the travel time is also extended considerably, which can lead to delays and thus failure to meet the timetable. In addition, the reduction in the maximum line speed cannot prevent axles from sliding and being damaged when braking, because the braking point and braking deceleration are ultimately determined individually by the driver.
Bei automatisch gesteuerten Fahrzeugen, die z.B. über einen Linienleiter mit einer ortsfesten Steuerstelle Datentelegramme austauschen, werden Zielbremsungen nach einer Sollbremskurve ausgeführt, wobei die Istgeschwindigkeit eines Fahrzeuges der Sollgeschwindigkeit mittels eines Regelkreises nachgeführt wird. Die während der Zielbremsung auftretende Bremsverzögerung ist, abgesehen von kleinen Abweichungen, die durch die Trägheit des Regelkreises oder durch Regelschwingungen hervorgerufen werden, konstant und entspricht der von der ortsfesten Steuerstelle zur Berechnung der jeweiligen Sollbremskurve vorgegebenen Bremsverzögerung. Diese vorgegebene Bremsverzögerung kann sehr unterschiedlich sein und hängt ausser von der Fahrzeugart und der Art des Bremsensystems auch von der Neigung des Streckenabschnittes ab, auf dem die Zielbremsung erfolgen soll (siehe ORE-Pflichtenheft A 46 RP6). Die Neigungen der einzelnen Streckenabschnitte gehen dabei aus einer in der ortsfesten Steuerstelle gespeicherten Streckenliste hervor. Bei solchen automatisch gesteuerten Fahrzeugen lässt sich einem stark verringerten Haftwert bisher nur dadurch begegnen, dass Sand gestreut oder, falls vorhanden, eine Magnetschienenbremse betätigt wird, wenn die Sollbremskurve nicht eingehalten werden kann. In the case of automatically controlled vehicles, e.g. Exchanging data telegrams via a line conductor with a stationary control point, target braking is carried out according to a target braking curve, the actual speed of a vehicle being tracked by a control circuit using the target speed. The braking deceleration occurring during the target braking is constant, apart from small deviations which are caused by the inertia of the control loop or by control vibrations, and corresponds to the braking deceleration specified by the fixed control point for calculating the respective target braking curve. This specified braking deceleration can be very different and depends not only on the type of vehicle and the type of braking system, but also on the inclination of the section of the route on which the destination braking is to take place (see ORE specification A 46 RP6). The inclinations of the individual route sections are shown in a route list stored in the fixed control station. In the case of such automatically controlled vehicles, a greatly reduced adhesive value has so far only been countered by spreading sand or, if present, actuating a magnetic rail brake if the target braking curve cannot be maintained.
Da sowohl das Streuen von Sand als auch der Einsatz einer Magnetschienenbremse unerwünschte, weil für Fahrzeug und Schiene schädliche Massnahmen sind, die nur in Ausnahmefällen zugelassen werden können, darf die Bremsverzögerung niemals so hoch vorgegeben werden, wie man dies aus Energieersparnisgründen gern tun würde (siehe «Schriftenreihe für Verkehr und Technik, Heft 47 (1971), S. 45-56»), sondern nur so hoch, dass die Fahrzeuge bei allen normalerweise vorkommenden Haftwerten ohne zu gleiten abbremsen können. Extrem niedrige Haftwerte, wie sie z.B. durch das Zusammenwirken von Nässe und Schienenverschmutzung hervorgerufen werden, führen jedoch zu den o.g. Ausnahmefällen, in denen dann z.B. das Streuen von Sand nicht zu vermeiden ist. Since both the spreading of sand and the use of a magnetic rail brake are undesirable because they are harmful measures for the vehicle and the rail, which can only be approved in exceptional cases, the braking deceleration must never be set as high as one would like to do this to save energy (see «Series for Transport and Technology, Issue 47 (1971), pp. 45-56»), but only so high that the vehicles can brake without slipping at all normal adhesion values. Extremely low adhesive values, e.g. caused by the interaction of moisture and rail pollution, however, lead to the above Exceptional cases in which e.g. the spreading of sand cannot be avoided.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den infolge von Witterungseinflüssen und Schienenverschmutzung stark schwankenden Haftwert beim Betrieb automatisch gesteuerter Schienenfahrzeuge möglichst weitgehend zu berücksichtigen. It is an object of the invention to take into account as much as possible the adhesive value, which fluctuates greatly as a result of weather conditions and rail pollution, during the operation of automatically controlled rail vehicles.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass Gleit- und Schleudervorgänge einzelner Fahrzeugachsen auf den Fahrzeugen festgestellt, der ortsfesten Steuerstelle gemeldet und dort gespeichert werden und dass die ortsfeste Steuerstelle die Bremsverzögerung abhängig von der Zahl der The object of the invention is achieved in that sliding and spinning processes of individual vehicle axles on the vehicles are ascertained, the fixed control point is reported and stored there, and in that the fixed control point the braking deceleration depending on the number of
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gespeicherten Gleit- und Schleudervorgänge und von Zeit und Ort ihres Auftretens vorgibt. stored sliding and spinning processes and the time and place of their occurrence.
Damit wird eine Möglichkeit geschaffen, die Bremsverzögerung den witterungsbedingten Änderungen des Haftwertes anzupassen. Die Bremsverzögerung braucht dann nicht mehr so niedrig vorgegeben zu werden, dass das Fahrzeug bei nahezu allen vorkommenden Witterungsbedingungen ohne zu gleiten bremsen kann, sondern es kann, beispielsweise bei trockenem Wetter, eine wesentlich höhere Bremsverzögerung vorgegeben werden, da ja die Möglichkeit besteht, bei Verschlechterung des Haftwertes - etwa durch plötzlich einsetzenden Regen - die Bremsverzögerung innerhalb kurzer Zeit zu reduzieren. Dieses Herabsetzen der Bremsverzögerung kann dazuhin noch bis zu weit niedrigeren Werten als den heute vorgegebenen erfolgen, so dass auch extrem niedrige Haftwerte berücksichtigt werden und damit das Streuen von Sand unnötig wird. This creates a possibility to adapt the braking deceleration to the weather-related changes in the adhesive value. The braking deceleration then no longer needs to be set so low that the vehicle can brake without slipping in almost all occurring weather conditions, but a much higher braking deceleration can be specified, for example in dry weather, since there is the possibility of deterioration of the adhesive value - for example due to sudden rain - to reduce the braking deceleration within a short time. This reduction in the braking deceleration can also take place to values far lower than those specified today, so that extremely low adhesion values are also taken into account, making sanding up unnecessary.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass festgestellte zeitliche oder örtliche Häufungen von Gleit- und Schleudervorgängen, die auf Beobachtungen während eines längeren Betriebszeitraumes beruhen, die Vorgabe niedrigerer Bremsverzögererungen nach aufgrund dieser Beobachtungen erstellten Zeit- und Streckenprogrammen beeinflussen. Damit können während eines längeren Betriebszeitraumes gemachte Erfahrungen, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene betreffen, bereits berücksichtigt werden, bevor es noch zu Gleit- oder Schleudervorgängen kommt. So kann etwa die Tatsache, dass die Schienenoberfläche während der Nacht aufgrund von Schmutz und atmosphärischem Angriff eine Deckschicht anlagert, die die Reibungsverhältnisse verschlechtert, vorab dadurch berücksichtigt werden, dass den Fahrzeugen während der Morgenstunden eine niedrigere Bremsverzögerung vorgegeben wird. Desgleichen kann die Bremsverzögerung abhängig von der Jahreszeit auf Streckenabschnitten herabgesetzt werden, die z.B. durch Wald (Schienenverschmutzung durch nasses Laub) oder durch zu Nebelbildung neigende feuchte Niederungen führen. An embodiment of the invention is characterized in that ascertained temporal or local accumulations of gliding and spinning processes, which are based on observations during a longer operating period, influence the specification of lower braking decelerations according to time and distance programs created on the basis of these observations. This means that experience gained over a longer period of operation, which affects the frictional relationships between wheel and rail, can already be taken into account before there are any sliding or skidding processes. For example, the fact that the track surface accumulates a cover layer during the night due to dirt and atmospheric attack, which worsens the frictional conditions, can be taken into account in advance by the fact that the vehicles are given a lower braking deceleration during the morning hours. Likewise, the braking deceleration can be reduced depending on the season on sections of the route that e.g. through forest (rail pollution from wet leaves) or through wet lowlands that tend to form fog.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe von Bremsverzögerungen für jeden Streckenabschnitt getrennt, abhängig von der Zahl der innerhalb einer unmittelbar zurückliegenden Zeitspanne auf dem jeweiligen Streckenabschnitt festgestellten Gleit-und Schleudervorgänge erfolgt. Damit wird die Vorgabe von Brems verzögerungen auf einfache Art und Weise dem Wettergeschehen nachgeführt, wobei die Bremsverzögerungen auch örtlich differenziert vorgegeben werden, so dass z.B. ein Gewitter, das nur über einem Teil einer Strecke niedergeht, die Vorgabe von Bremsverzögerungen auch nur dort beein-flusst. Another embodiment of the invention is characterized in that the braking decelerations are specified separately for each section of the route, depending on the number of gliding and skidding processes detected on the respective section of the route within an immediately preceding period of time. The specification of braking decelerations is thus tracked to the weather in a simple manner, the braking decelerations also being specified locally, so that e.g. a thunderstorm that only descends over part of a route affects the specification of braking deceleration only there.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich auf den Fahrzeugen zur Feststellung von Gleit- und Schleudervorgängen Fühleinrichtungen befinden, deren Meldungen über Datenverbindungen an die ortsfeste Steuerstelle gelangen, dass die ortsfeste Steuerstelle Zähler enthält, welche den einzelnen Streckenabschnitten zugeordnet sind und die auf den einzelnen Streckenabschnitten festgestellten Gleit- und Schleudervorgänge zählen, sowie einen Zählimpulsgeber, der in gewissen Zeitabständen oder nach jeder gleit- und schleuderfreien Fahrt eines Fahrzeuges über einen Streckenabschnitt Rückwärtszählimpulse an den zugeordneten Zähler ausgibt, dass sich in der ortsfesten Steuerstelle weiterhin ein programmierbarer Zeitschalter zur zeitabhängigen Vorgabe von Bremsverzögerungen befindet sowie den einzelnen Zählern zugeordnete Auswahlschaltungen, die zur Vorgabe der Bremsverzögerung von zwei Signalen, von denen eines vom Stand des zugehörigen Zählers, das andere A device suitable for carrying out the method according to the invention is characterized in that sensing devices are located on the vehicles for the detection of sliding and spinning processes, the messages of which arrive at the fixed control point via data connections, that the fixed control point contains counters which are assigned to the individual route sections and the sliding and spinning processes determined on the individual route sections count, as well as a counting pulse generator which outputs downward counting pulses to the assigned counter at certain time intervals or after each vehicle slipping and skid-free driving over a section of the route, that a programmable control station continues to be present in the stationary control point There is a timer for the time-dependent specification of braking delays and selection circuits assigned to the individual counters, which are used to specify the braking delay of two signals, one of which depends on the state of the train the corresponding counter, the other
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vom Programm des programmierbaren Zeitschalters abhängt, dasjenige an ein Rechnersystem (R) weitergegeben, das die Vorgabe des niedrigeren Bremsverzögerungswertes bewirkt. depends on the program of the programmable timer, which is passed on to a computer system (R), which causes the specification of the lower braking deceleration value.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden anhand einer Figur ausführlich beschrieben werden. In der Figur sind dabei nur solche Schaltungsteile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. An embodiment of the invention will be described in detail below with reference to a figure. In the figure, only those circuit parts are shown that are important for understanding the invention.
Unter anderem sind dies: Fühleinrichtungen Fl... Fn, die auf Fahrzeugen angeordnet und über Datenverbindungen D mit einem Rechnersystem R einer ortsfesten Steuerstelle OFS verbunden sind. Mit dem Rechnersystem sind ausserdem verbunden eine Reihe von Zählern ZI... Zm, welche einzelnen Streckenabschnitten zugeordnet sind und ausser vom Rechnersystem R auch noch gemeinsam von einem Zählimpulsgeber RZG beaufschlagt werden. Among others, these are: sensing devices Fl ... Fn, which are arranged on vehicles and are connected via data connections D to a computer system R of a fixed control point OFS. A series of counters ZI ... Zm are also connected to the computer system, which are assigned to individual sections and are acted upon jointly by a counting pulse generator RZG in addition to the computer system R.
Jedem Zähler ist eine Auswahlschaltung ASI... ASm nachgeschaltet, die auf ein Abfragesignal des Rechnersystems hin diesem ein dem Stand des Zählers entsprechendes oder ein im Programm eines ebenfalls mit den Auswahlschaltungen AS verbundenen programmierbaren Zeitschalters PZ enthaltenes Signal übermittelt. Each counter is followed by a selection circuit ASI ... ASm which, in response to an interrogation signal from the computer system, transmits a signal corresponding to the state of the counter or a signal contained in the program of a programmable time switch PZ likewise connected to the selection circuits AS.
Wird das Verfahren nach der Erfindung mit Hilfe der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung z.B. in einem mit Linienzugbeeinflussung ausgestatteten Eisenbahnsystem angewandt, so ergibt sich folgender Funktionsablauf: Die Fühleinrichtungen Fl... Fn stellen Schleuder- und Gleitvorgänge einzelner Achsen der Fahrzeuge, auf denen sie sich befinden, fest. Dies kann am einfachsten dadurch geschehen, dass einen bestimmten Schwellwert überschreitende Signale die ohnehin vorhandenen, die Zahl der Radumdrehungen auswertenden Beschleunigungsmesseinrichtungen abgegeben werden, als Gleit- oder Schleudervorgänge angesehen werden. If the method according to the invention with the aid of the device shown in the drawing, e.g. Applied in a railway system equipped with line control, the following functional sequence results: The sensing devices Fl ... Fn detect skidding and sliding processes of individual axles of the vehicles on which they are located. The easiest way to do this is to give signals that exceed a certain threshold value the acceleration measuring devices that are present anyway and evaluate the number of wheel revolutions are regarded as sliding or spinning processes.
Die festgestellten Gleit- oder Schleudervorgänge werden innerhalb der von den Fahrzeugen an die ortsfeste Steuerstelle übermittelten Datentelegramme dem Rechnersystem in der ortsfesten Steuerstelle mitgeteilt. Das Rechnersystem kennt damit das Fahrzeug, das einen Gleit- oder Schleudervorgang gemeldet hat, sowie dessen Fahrort, und ist deshalb in der Lage, den festgestellten Gleit- oder Schleudervorgang als Zählimpuls an denjenigen der Zähler ZI... Zm weiterzugeben, welcher dem Streckenabschnitt zugeordnet ist, in dem sich das Fahrzeug befindet, das den Gleit- oder Schleudervorgang gemeldet hat. The detected sliding or spinning processes are communicated to the computer system in the fixed control point within the data telegrams transmitted from the vehicles to the fixed control point. The computer system thus knows the vehicle that has reported a sliding or skidding process and its location, and is therefore able to pass on the detected sliding or skidding process as a counting pulse to the one of the counters ZI ... Zm that assigned the section of the route in which the vehicle is located that reported the sliding or skidding process.
Das Rechnersystem, das den einzelnen Fahrzeugen die Bremsverzögerung zur Berechnung ihrer Zielbremskurven vorgibt und dazu eine Reihe untereinander abgestufter Bremsverzögerungswerte aus einem nicht dargestellten Speicher abrufen kann, führt diese Vorgabe nun nicht mehr nur unter Berücksichtigung von Fahrzeugart, Art des Bremssystems und Streckenneigung durch, sondern es fragt auch noch den für den jeweiligen Fahrort zuständigen Zähler ZI ... Zm ab. Dieser kann dann, abhängig von seinem Stand, die Vorgabe eines geringeren Brems verzögerungswertes veranlassen. Er ist dabei nicht direkt mit dem Rechnersystem verbunden, sondern das von ihm abgegebene Zählerstandsignal wird erst in der dem Zähler zugeordneten Auswahlschaltung mit dem Signal des programmierbaren Zeitschalters PZ verglichen und es wird von beiden Signalen dasjenige an das Rechnersystem weitergeleitet, welches die Vorgabe einer geringeren Bremsverzögerung durch das Rechnersystem zur Folge hat. So kann der programmierbare Zeitschalter z.B. in den Nachtstunden die Vorgabe einer geringeren Bremsverzögerung veranlassen, ohne dass zuvor Gleit- oder Schleudervorgänge festgestellt werden müssen. The computer system, which specifies the braking deceleration for calculating their target braking curves for the individual vehicles and can also call up a series of staggered braking deceleration values from a memory (not shown), no longer performs this specification taking into account the type of vehicle, type of braking system and inclination of the route, but rather it also queries the counter ZI ... Zm responsible for the respective travel location. This can then, depending on its status, cause the specification of a lower braking deceleration value. It is not directly connected to the computer system, but the meter reading signal it emits is only compared with the signal of the programmable time switch PZ in the selection circuit assigned to the meter, and the signal from both signals is forwarded to the computer system that specifies a lower braking delay through the computer system. The programmable timer can e.g. Initiate a stipulation of a lower braking deceleration during the night without gliding or spinning processes having to be determined beforehand.
Was geschieht nun, wenn ein z.B. durch Nässe abgesenkter Now what happens if e.g. lowered by wetness
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Haftwert, der zur Vorgabe niedrigerer Bremsverzögerungs-werte geführt hat, wieder ansteigt, weil die Schienen trocknen? Ein Einfrieren des Zählerstandes würde es unmöglich machen, wieder zu höheren Bremsverzögerungsvorgaben zurückzukehren. Andererseits wäre eine Löschung des Zählerstandes nach einer gewissen Zeit, während der keine Gleit- und Schleudervorgänge mehr festgestellt wurden, vom Sicherheitsaspekt her bedenklich. Das erfin-dungsgemässe Verfahren löst das Problem, indem die Zählerstände stufenweise abgebaut werden. Der Zählimpulsgeber Does the adhesion value, which led to the setting of lower braking deceleration values, increase again because the rails dry? Freezing the counter reading would make it impossible to return to higher braking deceleration specifications. On the other hand, a deletion of the meter reading after a certain time, during which no sliding and spinning processes were determined, would be questionable from a security point of view. The method according to the invention solves the problem by gradually reducing the meter readings. The pulse generator
RZG gibt z.B. in regelmässigen Zeitabständen oder auch nach jeder Fahrt, die ohne Gleit- und Schleudervorgänge verlaufen ist, einen oder mehrere Rückwärtszählimpulse ab, die bei Ausbleiben von Gleit- und Schleudervorgängen nach s einer gewissen Zeit zum Abbau der Zählerstände bis auf Null führen. Der Zählimpulsgeber wird dabei vom Rechnersystem oder von einem externen Taktgeber TG angesteuert. Damit wird die Absenkung der Bremsverzögerung stufenweise rückgängig gemacht, ohne dass ein Sicherheitsrisiko eingegangen 10 werden muss. RZG gives e.g. at regular intervals or after every trip that has not involved any gliding or spinning processes, one or more countdown pulses which, if there are no gliding and spinning processes, lead to a reduction in the counter readings to zero after a certain time. The counting pulse generator is controlled by the computer system or by an external clock generator TG. The reduction in the braking deceleration is thus gradually reversed without having to take a safety risk.
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