CN102066172B - 用于操作监控轨道制动器的方法 - Google Patents

Abstract

用于操作监控轨道制动器的方法，其中电流流过制动电磁铁的绕组，测量该电流(i2、i4)和将测量的电流(i2、i4)的时间历程与参考电流(i1、i3)的存储的时间历程相比较。特别是比较通过在测量的电流与参考电流之间的差值形成进行。优选对在测量的电流与参考电流之间的差值在时间上进行积分并将其与阈值相比较。为了确定在轨道制动器与轨道之间的磁耦合，在轨道制动器的接通过程中求得测量的电流是否具有局部最小值(e min)和/或局部最大值(e max)，其中仅使测量的带有电流升高的电流的时间历程经历与参考电流的比较。优选脉冲式接通电流，其中在每个脉冲时重新实施测量的电流与参考电流的比较。

Description

用于操作监控轨道制动器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作监控（Wirküberwachung）轨道车辆用的轨道制动器的方法。

背景技术

由DE 101 55 143 A1已知一种这样的方法。

现代的轨道车辆通常除了气动制动装置外还配备磁力轨道制动器，该磁力轨道制动器构成为涡流制动器或磁轨制动器。

“高悬挂装置”在铁路干线中是通用的，其中通过弹簧将制动电磁铁保持在轨道上方约100mm的预定的高度处。为了制动过程，通过气动操纵缸克服弹簧力并将制动电磁铁从高位降低到在轨道上的工作位置。同时，电力接通制动器（参见Wolfgang Hendrichs：“Dasstatische,dynamische und thermische Verhalten von Magnetschienen-bremsen”，Elektrische Bahnen eb，86.年刊，7/1988期，224-228页）。

在机车中也可设有高悬挂装置和低悬挂装置的组合。磁铁则悬挂在压力气缸或风箱

上，将其借助压缩空气向固定在转向架上的定心止挡压到高位中。在制动操纵时实现压力缸或风箱的排气，此时将磁铁降低到准备位置。在短途交通车辆、例如有轨电车中，低悬挂装置是常见的。通常在磁轨制动器中在制动位置制动电磁铁与轨道摩擦接触。

相反，在所谓的线性涡流制动器中制动电磁铁即使在制动位置也与轨道保持间距，此时电磁铁线圈使磁极铁心磁化，从而在接通的涡流制动器中在涡流制动器相对于轨道的相对运动过程中由于磁通量的在时间上的变化诱导行驶轨道中的涡流，所述涡流产生次级磁场，该次级磁场反向于涡流制动器的磁场。由此产生相反于行驶方向作用的水平制动力。但为此需要在轨道与制动电磁铁之间的磁耦合，该磁耦合主要取决于制动电磁铁与轨道之间的气隙。

因此，在两种类型的磁铁制动器中制动器的效力主要根据在制动电磁铁与轨道之间的相应正确的间距。

因此，DE 101 55 143建议一种诊断和监控装置用于监控磁铁制动器与行驶轨道之间的间距，该诊断和监控装置使用多个距离传感器，这些距离传感器测量在磁铁制动器与轨道上侧之间的气隙。借此在两种类型的磁铁制动器中可以连续地检验，制动电磁铁是否不仅在行驶位置而且在制动位置分别具有到轨道的正确的间距。

不过，传感器引起附加的费用并且存在这样的危险，即在传感器的功能缺陷或失效时并不识别出错误或产生不准确的错误信号。

DE 100 09 331 C2也建议使用传感器，所述传感器测量磁力制动器与轨道上边缘的间距并且根据测量信号控制控制/调节装置，该控制/调节装置借助促动器调节磁力制动器与轨道上边缘之间的间距。

发明内容

本发明的目的是，这样地改进开头所述类型的用于操作监控轨道制动器的方法，使得不使用距离传感器的情况下可以检验轨道制动器的无缺点的功能。

该目的通过如下说明的特征达到。用于操作监控轨道制动器的方法，其中，电流流过制动电磁铁的绕组，其特征在于下列步骤：测量电流，和将测量的电流的时间历程与参考电流的存储的时间历程相比较。

优选地，通过在测量的电流与参考电流之间的差值形成而实现所述比较。

优选地，对在测量的电流与参考电流之间的差值在时间上进行积分。

优选地，比较只在预定的时间区间内在轨道制动器的接通过程中进行，其中，该预定的时间区间短于在接通电流与达到额定电流之间的持续时间。

优选地，脉冲式地供给向制动电磁铁的绕组供给的电流并且在每个脉冲时重新进行比较。

优选地，求得测量的电流的局部最小值和/或局部最大值，并且只使测量的电流的带有测量的电流升高的时间历程经历与参考电流的比较。

优选地，只使测量的电流的跟在局部最小值后面的历程经历与参考电流的比较。

优选地，在检测测量的电流的局部最小值和局部最大值时，在预定的持续时间期间求得测量的电流的与参考电流的变化速度的差值在时间上的积分并且将该积分与预定的阈值相比较。

优选地，根据轨道制动器的类型确定参考电流的存储的时间历程。

优选地，与轨道制动器的类型无关地确定参考电流的存储的时间历程，并且根据至少一个阈值进行测量的电流的时间历程与参考电流的时间历程的比较，该阈值根据轨道制动器的类型确定。

优选地，将出现局部最大值和局部最小值的时间间隔与参考信号的相应的值相比较。

优选地，在比较之前用低通滤波器对测量的电流滤波。

优选地，低通滤波器的极限频率小于50Hz。

优选地，求得在局部最大值与局部最小值之间的电流值的差值并将该差值与预定的阈值相比较。

优选地，阈值等于参考电流的差值的至少30%。

优选地，将在测量的电流与从第一极值的时刻起通过外插的曲线段直到达到额定电流而形成的参考电流之间的差值的积分与阈值相比较。

优选地，在预定的时间窗内形成积分的差值。

优选地，时间窗覆盖在局部最小值的时刻之前x至局部最小值的时刻之后x的范围，其中，x小于等于1秒。

优选地，将在局部最小值的时刻测量的电流与在时间窗内测量的电流的平均值相比较。

优选地，检验实际电流、即测量的电流与参考电流之间的差值的最大值出现的时刻是否在预定的时间窗内，该预定的时间窗覆盖在局部最小值的时刻之前x至局部最小值的时刻之后x的范围，其中，x小于等于1秒。

优选地，将测量的电流的测量的值和/或参考电流的历程根据测量的电流的大小在其稳定的状态下标准化。

本发明基于这样的基本构思，即，由磁路的变化引起的电流变化允许明确地推断出轨道制动器/轨道-系统的所处的状态。

在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合形成磁路并且在磁轨制动器中取决于在制动电磁铁与轨道之间的间距。因此，磁耦合对励磁电流具有直接的反作用，该励磁电流流过制动电磁铁的绕组。如果在磁轨制动器的降低过程中接通励磁电流，则一旦发生磁耦合，人们就得到励磁电流的显著变化。

因此本发明建议，测量流过制动电磁铁的绕组的电流并且将测量的电流的时间历程与参考电流的存储的时间历程相比较。由此人们得到这样的信号，该信号表明在制动电磁铁与轨道之间是否发生了磁耦合，这与轨道制动器的效力或可使用性是相同意义的。

以类似的方式这也适用于磁涡流制动器，其中励磁电流的时间历程取决于制动电磁铁与轨道之间的磁耦合。

通过期望的电流历程（参考电流）与测量的电流历程的比较，识别出在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合的改变。

因此既不需要附加的传感器，又不需要至今使用的目视检查。励磁电流的测量不需要任何附加的传感器，而只需要在控制装置中的测量电阻。可以由微处理器在制动控制装置中进行励磁电流的时间历程的评价和与期望的电流历程的比较。借此可以确定轨道制动器的可使用性或其制动技术的效力。

附图说明

以下借助实施例结合附图详细说明本发明。其中：

图1示出用于控制磁力轨道制动器的控制装置的原理电路图；和

图2示出励磁电流的时间历程的测量图，对于在制动电磁铁与轨道之间的有效的和无效的磁耦合的情况；

图3示出在节拍式接通励磁电流时励磁电流的时间历程的图；和

图4示出励磁电流的时间历程的测量图，具有和没有制动电磁铁与轨道之间的磁耦合的变化。

具体实施方式

图1示出一用于控制制动电磁铁的控制装置1，这些制动电磁铁作为电感L1和L2示于图1的电路图中。

控制装置1从车载电网、例如电池2被供给电能，控制装置通过保险丝3或4被保证通向电池的两极。

这两个电感L1和L2处于包括一功率开关5的电路中，其由一微处理器6控制并且电感L1和L2连接于电池2的电池电压。两个电感L1和L2分别与分流电阻R1或R2串联，这些分流电阻的电压降与流过电感L1或L2的电流成比例。所述电压在电感L1和L2与分流电阻R1和R2之间的共同的连接点上分接（abgreifen）并且经由测量放大器7或8传递给微处理器6。微处理器6通过电流的分隔9与电路的功率部分分开。

功率开关5具有一温度传感器13，该温度传感器测量功率开关5的温度并且将其经由测量放大器14和15经过电流的分隔9向微处理器6通报。

并联于由功率开关5、电感L1、L2与分流电阻R1和R2构成的串联连接，设置一空载二极管D1和一测量放大器10，为该空载二极管配置一分流电阻R3，该测量放大器经过电流的分隔9向微处理器6发送二极管监控信号。

功率开关5的与电池电压（通常正极）连接的一极经由另一测量放大器17经过电流的分隔9与微处理器6连接。经由该路径可以测量和监控电池电压。

功率开关5通过两个信号转换，亦即用于接通和断开功率开关5的接通信号和断开信号（EIN/AUS）。可以经由外部的接头11和12将两个信号供给控制装置1，而且符合目的地同样经过电流的分隔9，其中当然也有可能将这些信号供给微处理器6，该微处理器在其输出端经过电流的分隔继续传导这些信号。将这两个信号在“与”门电路18中相互结合并控制功率开关5并且由此控制接通和断开用于制动电磁铁的电感L1和L2。

在与功率部分（特别是功率开关5）电流分隔的一侧上除了微处理器6外还设有一电源部分19，该电源部分为测量放大器和功率开关5的控制提供调节的电压供给。所述各构件的电压供给相对于电源部分19也电流地分隔。

流过电感L1和L2的电流被连续地通过分流电阻R1和R2测量并且向微处理器6通报。

空载二极管D1的监控通过测量放大器10来实现，该测量放大器构成为比较仪并且作为到分流电阻R3上的电压降测量流过空载二极管D1的电流。测量放大器10因此向微处理器6发送数字信号。

功率开关的温度由温度传感器13监控并作为模拟信号由测量放大器14和15向微处理器6通报。同样，电池电压通过测量放大器17监控并且作为模拟信号向微处理器6通报。来自和通向功率部分的全部信号以及功率部分的全部供给电压与控制部分（微处理器6和电源部分19）电流地分隔。

制动电磁铁的温度间接地经由流过电感L1和L2的电流在稳定的状态下监控。电感L1和L2的欧姆电阻随温度显著地变化，从而在其他已知的参数时在稳定的状态下在大于0且时间导数di/dt=0的恒定电流时该电流允许推断出制动电磁铁的温度，这在评价时予以考虑。

图2示出流过电感（制动电磁铁）L1和L2的电流（i）根据时间（t）的图。电流历程i1示出制动电磁铁与轨道接触的情况，而电流历程i2示出制动电磁铁没有与轨道接触的情况。两个电流历程i1和i2关于电流的升高速度显著地不同。按照本发明的基本构思，评价电流升高速度。借此可以只通过测量流过分流电阻R1和R2（图1）的电流来识别制动电磁铁是否与轨道接触。

按照本发明的一个方案，制动电磁铁与轨道相接触时的电流升高的时间历程按照图2的曲线i2作为“参考电流”存储于微处理器6中。参考电流的该曲线i2按照本发明的第一方案可对于各个轨道制动器单独确定。按照本发明的另一方案，也有可能纯计算地或理论地确定用于参考电流的曲线i2并且通过适合的标准化因数或通过选择以下说明的阈值来进行与相应的轨道制动器类型或与单个轨道制动器的匹配。

微处理器6连续地形成在测量的电流历程与参考电流值的电流历程之间的差值并且关于时间求该差值的积分，该测量的电流历程经由分流电阻R1和R2以及测量放大器7和8被通报。如果这些电流历程的差值的该积分超过预定的阈值，则微处理器6通报在制动电磁铁与轨道之间不存在接触。相反，如果该积分低于阈值，则微处理器通报存在接触并且因此轨道制动器是可用的并且有效的。但相反也有可能用于参考电流的曲线i2涉及未装上的轨道制动器并且相对于上述情况则以逆转的逻辑电路工作。

优选只在预定的时间区间内评价差值的所述积分，该时间区间短于流过电感L1和L2的电流达到其全饱和值或额定值所用的持续时间。

按照纯示意性示于图3中的本发明的一种进一步构成，将接通过程分成多个接通脉冲P1至P4，即对图1的功率开关5计节拍（takten）。因此产生彼此相继的电流升高和电流降低，直到在阶段P4达到完全的额定值。在每个阶段P1至P4内重新实施电流升高速度的上述评价，其中该评价也可以在一个短于阶段P1、P2或P3的时间区间内实施。优选地，评价在相应的阶段开始时实施。

图4示出流过电感L1和L2的电流根据时间的电流历程。曲线i3示出接通电流的电流历程，而没有在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合的状态改变。根据是否存在磁耦合，按照图2的曲线i1和i2的斜率是不同的。如果在接通过程中发生在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合的状态改变，则按曲线i4的电流历程通过局部极值e min和e max的形成示出显著的变化。在出现磁耦合的时刻（t1），在图1的替代电路图中电感L1和L2的值变化，从而电流达到局部最大值（e max），接着短时间变小并在时刻t2达到局部最小值e min以后重新地和接着稍微缓慢地升高。通过评价电流i4的显著变化、特别是局部极值e max和e min，因此可以确定磁耦合的状态改变。如果例如如在图4中所示，在制动电磁铁向轨道方向机械降低阶段期间已经接通用于电感L1和L2的励磁电流i4，则在制动电磁铁与轨道之间的气隙减小时从确定的间距起形成磁耦合并且测量按图4的曲线i4的电流历程。

按照本发明的一种进一步构成，按照上述方法步骤分别重新在出现一局部最小值e min以后进行评价。亦即从该时刻起，通过求存储的额定曲线（参考电流）相对测量的实际曲线的差值关于时间的积分，来接着重新评价电流升高速度，此时在这里也可以在预定的时间窗内实施评价。因此只比较正的电流升高速度。

积分的上述阈值可以根据轨道制动器的类型调整。

由于在实践中测量的电流历程与干扰信号叠加，按照本发明的一种进一步构成，对测量的电流历程的信号滤波而且优选利用低通滤波器，其极限频率取决于轨道制动器的类型。极限频率处在小于50Hz的量级。

这样提高识别局部极值的可靠性，即局部极值的电流值的积分的差值等于存储的参考电流的积分的差值的至少30%，其中分别在同一时间段内求得这两个积分。

为了识别制动电磁铁与轨道之间的磁耦合，也可以检测局部极值的时间间隔（t2-t1）并且将其与标准信号的局部极值相比较。亦即，评价电流历程从局部最大值e max向局部最小值e min延伸所用的时间差t1-t2。对此优选只评价这样的电流历程，其中在局部最大值e max与局部最小值e min之间的差值Delta e超过预定的极限值。

在这里也可以重新求得测量的电流历程相对存储的参考电流历程的差值的积分。

也可以形成实际电流历程相对这样的参考电流历程的差值的积分，该参考电流历程从第一极值（图4中e max）的时刻起通过外插的曲线段直到达到额定电流i nenn而形成。在这里然后也可以重新确定一阈值，该阈值取决于轨道制动器类型。仅当超过该阈值时，才认定在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合。利用外插的曲线段的这样的评价也可以限于一时间窗，其中在这种情况也必须重新超过一取决于轨道制动器类型的阈值。

另一准则可以是，电流在局部最小值e min中在时间窗t2-x至t2+x内低于在该时间窗内电流的平均值。持续时间x取决于轨道制动器的类型并且处在小于1秒的量级。

另一准则可如下确定。连续地形成在测量的电流i4与参考电流i3之间的差值Delta i，这示于图4的曲线Delta i中。从Delta i的历程求得Delta i的最大值的时刻t3并检验它是否处在时间窗t2-x至t2+x内。如果是这种情况，则这同样是对此的准则，即，发生了在制动电磁铁与轨道之间的磁耦合。从图4的测量图可看出，差值的最大值（max（Delta i））也可以处在时间范围t1至t2之外，因此合理的是，所述时间窗设置在t2两侧。代替差值，也可以求得和评价差值的积分及其最大值。

最后，由于电池电压波动、轨道制动器的磁铁线圈的温度变化和/或功率开关5的温度变化引起的错误可以这样消除，即，将参考电流的存储的额定曲线关于电池电压、轨道制动器的磁铁线圈的温度和/或功率开关5的温度被标准化。按照图1，电池电压和功率开关5的温度通过用于电池电压的测量放大器17和用于功率开关的温度的测量放大器14和15检测。如上所述，轨道制动器的磁铁线圈的温度通过测量流过电感L1和L2的稳定的电流而间接地求得。稳定的电流这样定义，即电流大于0并且电流的时间导数di/dt=0。

Claims (21)

1.用于操作监控轨道制动器的方法，其中，电流流过制动电磁铁的绕组，其特征在于下列步骤：

——测量电流（i2、i4），和

——将测量的电流的时间历程与参考电流（i1、i3）的存储的时间历程相比较。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在测量的电流（i2、i4）与参考电流（i1、i3）之间的差值形成而实现所述比较。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，对在测量的电流（i2、i4）与参考电流（i1、i3）之间的差值在时间上进行积分。

4.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，比较只在预定的时间区间内在轨道制动器的接通过程中进行，其中，该预定的时间区间短于在接通电流与达到额定电流之间的持续时间。

5.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，脉冲式地（P1-P4）供给向制动电磁铁的绕组供给的电流并且在每个脉冲（P1-P4）时重新进行比较。

6.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，求得测量的电流（i4）的局部最小值（e min）和/或局部最大值（e max），并且只使测量的电流（i4）的带有测量的电流（i4）升高的时间历程经历与参考电流（i3）的比较。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，只使测量的电流（i4）的跟在局部最小值（e min）后面的历程经历与参考电流（i3）的比较。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在检测测量的电流（i4）的局部最小值（e min）和局部最大值（e max）时，在预定的持续时间期间求得测量的电流（i4）的与参考电流（i3）的变化速度的差值在时间上的积分并且将该积分与预定的阈值相比较。

9.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，根据轨道制动器的类型确定参考电流（i1、i3）的存储的时间历程。

10.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，与轨道制动器的类型无关地确定参考电流（i1、i3）的存储的时间历程，并且根据至少一个阈值进行测量的电流的时间历程与参考电流的时间历程的比较，该阈值根据轨道制动器的类型确定。

11.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，将出现局部最大值（e max）和局部最小值（e min）的时间间隔（t1-t2）与参考信号的相应的值相比较。

12.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，在比较之前用低通滤波器对测量的电流（i2、i4）滤波。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，低通滤波器的极限频率小于50Hz。

14.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，求得在局部最大值（e max）与局部最小值（e min）之间的电流值的差值并将该差值与预定的阈值相比较。

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，阈值等于参考电流的差值的至少30%。

16.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，将在测量的电流（i2、i4）与从第一极值的时刻起通过外插的曲线段直到达到额定电流（e nenn）而形成的参考电流之间的差值的积分与阈值相比较。

17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，在预定的时间窗内形成积分的差值。

18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，时间窗覆盖在局部最小值（e min）的时刻（t2）之前x至局部最小值的时刻（t2）之后x的范围，其中，x小于等于1秒。

19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，将在局部最小值（e min）的时刻（t2）测量的电流与在时间窗内测量的电流的平均值相比较。

20.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，检验实际电流、即测量的电流（i4）与参考电流（i3）之间的差值（Delta i）的最大值（max（Delta i））出现的时刻是否在预定的时间窗内，该预定的时间窗覆盖在局部最小值（e min）的时刻（t2）之前x至局部最小值的时刻（t2）之后x的范围，其中，x小于等于1秒。

21.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，将测量的电流（i4）的测量的值和/或参考电流（i3）的历程根据测量的电流（i4）的大小在其稳定的状态下标准化。

Images