CN102822032B - 用于进行列车长度检测的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对由多个车厢（1a-1c）组成的列车组进行列车长度检测的方法以及设备，该列车组通过气动制动装置根据在从车厢（1a）连接至车厢（1c）的主空气管路（HL）中的压力以多个制动级别制动，通过感应技术沿时间轴来检测该主空气管路的压力（P_HL）和通流（公式（I））以及环境温度（T），由此借助电子评估单元（4）计算出列车长度（L），其中，从当前的制动级别（I.）的稳态起，在实施下一个制动级别（II.）期间进行感应技术的测量值检测，直到重新达到稳态，然后，在对起始状态和结束状态中占主导的压力（P_HL）以及环境温度（T）加以考虑时，通过求在主空气管路排气以实施下一个制动级别（II.）期间的通流（公式（I））的积分，计算出主空气管路（HL）的体积（V），以便在管路截面积（Q）已知的情况下从中得出与主空气管路长度相应的列车长度（L）。

Description

用于进行列车长度检测的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于对由多个车厢组成的列车组进行列车长度检测的方法以及设备，该列车组通过气动制动装置根据车厢之间所联接的主空气管路HL中的压力以多个制动级别制动，通过感应技术沿时间轴感测主空气管路的压力P_HL和通流以及环境温度T，最后，借助电子评估单元从中计算出列车长度L。此外，本发明还涉及一种实现所述方法的设备以及一种在其中设置有这种设备的列车组。

背景技术

列车组中的主空气管路HL首先是用于松开气动运行的制动器，该制动器会根据信号传输通过压力的下降而进入制动状态，并且在压力升高时松开。沿列车组所有车厢布置的主空气管路HL甚至可被用于获取列车特定特性方面的信息。因此，能够通过主空气管路HL监测到列车是否分离。其中，在制动器松开的行驶过程中、在制动时以及在松开的过程中对所进给的体积流量和压力比进行监控。列车分离检测或者主空气管路HL以及整个列车组的长度检测是基于制动设备的特性，如基于系统的最大泄漏以及基于典型的、与长度相关的击穿时间的主空气管路的最大进给量，在击穿时间中可识别到压力比的变化。

气动制动装置的上述的及其他的特性优选是基于主空气管路HL的标准化设定，以便能够实现普遍适用性。可由所述特性推导并定义出通流值与压力值的阙值和梯度，由此通过信号技术的处理推导出与列车长度或主空气管路HL贯通性相关的信息。例如若确定了主空气管路HL的贯通性，那么作为干扰性因素就能得出车厢之间的主空气管路HL内的截止阀关闭的结论。

专利文献DE19902777A1中描述了一种用于监测列车完整性的技术解决方案，其借助压缩空气传感器和用于计算主空气管路中的体积流量的通流测量器输出列车组状态方面的报告。列车组的主空气管路通常穿过所有相连的车厢，并且例如在驱动机车的中继阀上能够在感应技术上进行监测，其中，通过公知的传感器来测量压缩空气的体积流量的方向与数值。总的来说，在制动设备的稳态中，空气量的流入与流出之间处于平衡。在此，流入的压缩空气仅仅会代替那些由于泄漏而从制动设备中泄露的气体，该泄露的气体会在主空气管路HL的整个长度上泄漏。一旦制动，主空气管路HL中的气压肯定会在多个制动级别中下降。

为了监测列车的完整性，监测主空气管路HL的传感器的测量值被导入电子评估单元，该评估单元将测定的测量值与为列车组相应的运行状态预先设定的每个运行参数的值进行比较。根据比较结果，得出与列车的完整性相关的结论。其中，仅在列车组的一个唯一的位置上、优选在列车的驱动机车中评测并获取测量值以测定列车的完整性信息，因而就无需在列车组的其他位置-特别是车尾上-设置其他用于检测主空气管路HL的运行参数的机构。

然而，对列车完整性的监测的不足之处在于，由此并不能同时准确测定出列车长度是多少。列车长度的识别例如对于确定所谓的黑色车厢非常有利。通常借助车厢列表获知车厢的排列和特性。从车厢列表中推导出驱动机车的重要信息、如制动特性并将其详列在一张所谓的制动表上。此外，列车长度对于在繁忙的行驶路段上的行车而言也很重要，以便能够例如保持安全距离。

专利文献DE19933798A1中介绍了一种用于列车长度检测的方法，其中，直接测量列车长度并且将其传给驱动机车。为此，通过感应技术测定主空气管路HL中的体积和压力信号，其中，接着尤其是尽快地将列车最后一节车厢相关的信息传输给驱动机车。然后，评估设备会检验：体积信号和压力信号以及从中推导出的物理值是否符合已知的、保存在评估单元中的列车长度的额定值范围。据此发出一个信号，其传达这样的信息，即：所测量的值是否在所保存的额定值范围内。此外，建议由一个列车长度测量机构得出待测量列车组的待保存在驱动机车的评估单元中的长度并且将其传输给驱动机车。此外，还可由计轴器在列车启动时或者在离开车站时测量列车长度并且传输给驱动机车。因而，其中在列车长度检测的路段上会激活一个稳态的测量装置。

所有这些方案看起来都十分复杂，因为要使用安置在驱动机车外、即在最后一节车厢中或者甚至在列车组外的传感器来获取测量值以便进行列车长度检测。

然而，专利文献DE10009324A1介绍了一种用于基于传动机构来测定列车组的列车长度的方法，其中，仅测量驱动机车范围内的主空气管路HL中的空气的物理状态值压力、通流和温度，其中，由一定的顺序、即通过牵引机车中的车头制动阀门或其他合适的制动器来形成主空气管路HL中的压力变化，其与随之产生的通流在时间进行积分，并且在压力保持恒定-即其恒稳态-的过程中得出泄漏率以及从这些数值中计算出主空气管路HL的体积，从中得出列车长度。

虽然，这种计算法对制动设备由于系统因素而存在的泄漏加以考虑，然而却没有考虑到其他干扰量，例如在与车厢各个制动缸相对应的控制阀范围内、在其加速过程中的局部排气。因为控制阀是用于主空气管路HL的暂时额外的排气，以便实现一级制动中的制动加速。

然而，上述方案会导致在测定列车长度时测量结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的根本目的在于，提供一种用于列车长度检测的方法以及设备，其中，能够仅仅通过列车组内部的传感器机构实现精确的长度测定。

上述目的是基于根据权利要求1的前序部分所述的方法、结合其中所述的特征得以实现。所属的从属权利要求则给出了本发明的优选改进方案。与所述方法相应的设备详见权利要求9。在权利要求11中提出了包含该设备的列车组。

本发明包括了这种解决方案，即：从现有的制动级别I.的稳态起，在实施下一个制动级别II.期间进行感应技术测量值测量，直到重新达到制动级别II.中的稳态。在对对起始状态和结束状态中占主导的压力以及环境温度加以考虑时，通过后续地对在主空气管路HL排气以实施下一个制动级别II.期间的通流求积分，计算出主空气管路HL的体积。最后，在主空气管路HL的管路截面积已知的情况下，以公知的方式从由此算出的体积中得出其长度，进而得出列车长度L。

该体积具体可通过以下公式化的关联关系得出：

$\left[I\right],V=\frac{T*p_n}{T_n}*\frac{\underset{t1}{\overset{t2}{\∫}}{\stackrel{.}{V}}_N*\mathrm{dt}}{\left|\underset{t1}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{dp}\stackrel{.}{*}\mathrm{dt}\right|}=\frac{T*p_n}{T_n}*\frac{\underset{t1}{\overset{t2}{\∫}}{\stackrel{.}{V}}_N*\mathrm{dt}}{|p\left(t_2\right)-p\left(t_1\right)|}$

最后，从中得出管路长度，进而得出列车组的列车长度L。主空气管路HL和连接部的截面积通常为已知。

因此，对于每个并非从松开状态中进行的制动要求而言，用所述方法能够检测管路长度。因而能检验主空气管路HL的贯通性，并且检测关闭的截止阀门。若在开始行车前将管路长度测定与制动测试相结合，那么，系统就会发出关于列车长度在与制动表中的信息对比时出现偏差的警告。例如若在制动测试后有更多个截止阀门关闭的车厢与列车组连接，那么，在另一端上连接驱动机车以改变方向时，即识别到上述错误。

必须在上述方法中同时考虑到泄漏，以便识别到具体的体积流量。在从现有的制动级别中使用制动时，不对泄漏加以考虑而使主空气管路HL完全通过车头制动设备排气，并且由此由通流测量进行检测。泄漏率必须另外加入到体积流量中。其关联关系如下：

[II]

泄漏率取决于主空气管路HL中的压力水平。为便于计算，将泄漏看作主空气管路HL中的一个喷嘴截面积恒定的喷嘴，所述喷嘴向外排气。

从体积流量V＝A*(2*R*T)^0，5*Y和关系式中得出包含了通流系数Y的以下表达式：

$\left[\mathrm{III}\right]={\stackrel{\·}{V}}_N=A*\frac{T_N}{p_N*T}*{(2*278*T)}^{\mathrm{0,5}}*60*{10}^{-3}*Y*p_1$

$\left[\frac{l}{\min }\right]\mathrm{mit\; A\; in}{\mathrm{mm}}^2$

其中，T_N＝293.15K，P_N＝1.013巴A，其中：

当且k＝1.402，否则Y＝0.484时，

其中，p₁等于喷嘴前的绝对压力，p₂等于喷嘴后的绝对压力，T表示温度。为一般的气体常数。因此，在恒定的压力水平下测定泄漏率后，可通过公式化的关系式[III]根据温度得出恒定的喷嘴截面积A。因此，能够从在主空气管路HL中所测量的压力变化中近似地计算出

根据本发明的解决方案的优势尤其是源于这一措施，即忽略了在制动设备首次充气的过程期间流入主空气管路HL的空气。因为空气在首次充气时不仅流入主空气管路HL，而是也同样流入控制阀门的工作室以及车厢的各种储存容器中。其中，各车厢的储存容器的体积可能会发生改变，因此，在实际情况下不能通过计算技术对该干扰量进行校正。另外，控制阀门的工作室与储存容器的起始状态大多为未知。根据本发明的解决方案就完全避免了由此引起的测量错误。为了解决这一问题，根据本发明的解决方案通常设定，先是在充满状态、例如于行驶过程中在首次充气后或者在主空气管路HL的任意稳态(其中，压力P_HL为恒定)中感测空气的通流量。根据本发明的解决方案通过排除加速作用来避免未知的通流量，这就使得测量结果更加准确。

根据一种改进本发明的方案提出，只有在直到达到与主空气管路相连的空气储存容器的压力时才通过感应技术进行测量值的识测，以便得出主空气管路HL进气过程中的列车长度。因此，在这种导入运行的过程中，能够按照根据本发明的方法在常用的制动布置下评测主空气管路的进气过程，直到开始进行储存容器的进给。其中，对通流量进行评测，直到压力值在储存容器的压力以下。在这一过程中，优选排除未知的储存容器值。

根据一种进一步改进本发明测量结果的方案提出，对于与所得出的主空气管路HL的体积一同被用于计算列车长度的管路截面积，不仅要考虑到穿过各车厢布置的主空气管路HL的截面积，还要对布置在其间的管路联接件的截面积加以考虑。列车长度L-如上所述地-由所计算的主空气管路HL的体积除以管路截面积Q得出。

为了以计算技术来补偿作为制动设备内其他干扰量的泄漏量而提出，附加地测量因此而在稳态中引起的主空气管路HL内的体积流，从而可通过计算技术利用作为校正值的该测量值来去掉干扰量，以便得出列车长度。当p2与p1的压力比大于0.528+/-10％时，可将计算所必需的通流系数Y简单地确定在0.45至0.5的范围内。甚至在比例大于该数值时，误差仍然较小，因为泄漏量也随着主空气管路HL中的压力的下降而减小。若已计算出或确定了气动制动装置的泄漏，就可通过将其纳入列车长度的计算而得到数值更加优化的结果。

根据另一个改进本发明的方案提出，在此前至少对作为校正值的主空气管HL的体积进行单次测定时，在计算列车长度时通过计算技术去掉由于与制动缸所对应的各个控制阀的制动加速损耗而从制动设备的松开状态中流失的空气体积。根据本发明的方法是基于：为了得出主空气管路HL的长度，排除制动设备的控制阀门的加速作用。然而，若单次地、例如在列车组出发前的制动试验过程中测定了管路体积，就能得出已知的体积中由此而引起的误差。原因在于，在使用制动的行车过程中，甚至可在要求从松开状态中制动的情况下检测列车长度，以便识别到一个列车部分的拆卸或关闭的截止阀门。为了实施所述方案，优选至少通过喷嘴排出约0.1巴的压力，直到加速作用在各控制阀门中起反应。所述加速作用就从主空气管路HL中抽取约为0.3巴的压力。借助所述关联关系，能够通过理想的气体方程式近似地计算出由此流失的空气量。如下：

p_之前*V_之前＝p_之后*V_之后

根据另一个改进本发明的方案，甚至可在所谓的双管路运行中进行主空气管路HL的体积测定。在双管路运行中，大小可能变化的储存容器与其他压缩空气消耗设备通过一个单独的压缩空气管路、主容器管路HB进气。主容器管路HB沿列车组平行于主空气管路HL布置。因此，本发明所述的方法在双管路运行时甚至可应用于首次充气后的进气情况中，因为不存在任何未知的体积尺寸。换句话说，即在松开制动器的过程中根据主空气管路HL的进气来进行主空气管路HL的体积测定。

可在两个任意稳态之间通过根据本发明的用于测定列车长度的方法评测主空气管路HL的充气过程。因为在进气过程中不会出现任何加速作用，泄漏必须同时被考虑作为干扰因素。与通过排气进行体积测定所不同的是，在双管路运行中必须根据压力从所测量的体积流量中减去泄漏量。因而得到：

只有当仅通过车头制动设备并且不通过其他设备抽取主空气管路HL中的空气时，在双管路运行中通过松开和充气过程而进行的体积测定才能没有误差。

附图说明

下面一起通过本发明的优选实施例的说明借助附图进一步阐述其他改进本发明的方案。其中：

图1为由多个车厢组成的、具有用于通过主空气管路进行列车长度检测的设备的列车组的示意图；

图2为用于说明进行列车长度检测的各个流程步骤的流程图。

具体实施方式

如图1所示，列车组由多个先后排列的车厢1a至1c组成。气动制动装置会按照由车厢1a联接至1b并且最后联接1c的主空气管路HL中的压力、以一个或多个制动级别制动列车组直至稳态。其中，传感器2a至2c会监测主空气管路HL内沿时间轴的压力P、通流以及环境温度T。其中，传感器2a至2c布置在车厢1a至1c前的驱动机车3中。用于采集所测量的感应信号的电子评估单元4同样放置在驱动机车3中，该评估单元最终会计算出列车长度。

在本实施例中，在感应技术的情况下设置两个单独的传感器2b和2b’以测定通流对于稳态之间转化、即由一个制动级别转为下一个更高的制动级别的情况，使用第一传感器2b；第二传感器2b’则用于稳态中，以便测量泄漏。因为稳态之间的转化会产生明显更高的通流第一传感器2b的尺寸规格要比第二传感器2b’更大，第二传感器2b’相反地则只要得到极小的通流量通过其中所用的不同的测量值范围，整体提高通流量测定的准确度。然而，其中必须要对单管路运行和双管路运行有所区分。在双管路运行的进气情况下，一个同时对泄漏与进气过程进行测量的传感器或是两个并列的、具有相等截面积的传感器就完全足够。其中，泄漏传感器所需要的测量值范围更小，并且可由此实现更高的准确度。

在包含泄漏测量的导入运行中，强制性地需要两个传感器或者说需要一种能够实现双向测量的设备，因为使用制动时的通流与泄漏测量中的通流为反向设置。其中，主空气管路HL的截面不容许过窄，并且泄漏传感器所要求的测量范围更小，因而可达到更高的准确度。

在计算列车长度时，对于管路截面积而言，电子评估单元4不仅对穿过1a至1c的各个主空气管路HL的截面积加以考虑，还考虑到了布置在其间的管路联接件5的截面积，以便得到更加准确的计算结果。

在每个单个的车厢1a至1c中布置至少一个控制阀门6，该控制阀门具有与其相连的、用于实施制动的气压式制动缸7。

为了实现制动加速，空气体积从控制阀门6中漏出，该空气体积可被检测出来并作为校正值，以便通过计算技术将其纳入列车长度的计算。

根据图2所示，优选以以下方式进行列车长度检测，即基于制动设备的通过所设置的制动级别I.而形成的稳态。首先，通过感应技术感测主空气管路HL的物理值压力P_HL、通流量以及环境温度T的测量值，也就是说在实施下一个制动级别II.期间。直到再次出现稳态。

接着，根据上面给出的方程式[I]，对所存在的压力P_HL的起始状态和结束状态以及环境温度T加以考虑，以对通流量求积分。作为计算结果，得出主空气管路HL的体积V。从中通过同样由上面给出的计算关系式，在主空气管路HL的截面积Q已知的情况下，计算出其长度，该长度对应于列车长度L。

本发明并非限于上述优选实施例。还可设想变型方案，其同样属于附属权利要求书的保护范围。也能够计算出更多的干扰性影响变量，并且将其作为校正值通过计算技术加以考虑，从而能够实现精准的列车长度检测。

参考标号

1车厢

2传感器

3驱动机车

4评估单元

5管路联接件

6控制阀

7制动缸

8空气储存容器

HL主空气管路

HB主容器管路

V主空气管路的体积

Q主空气管路的管路截面

PHL主空气管路中的压力

通过主空气管路的通流

T环境温度

L列车长度。

Claims (9)

1.一种用于对由多个车厢(1a-1c)组成的列车组进行列车长度检测的方法，所述列车组通过气动制动装置根据在从所述车厢(1a)连接至所述车厢(1c)的主空气管路(HL)中的压力以多个制动级别制动，通过感应技术沿时间轴来感测所述主空气管路的压力(P_HL)和通流以及环境温度(T)，由此借助电子评估单元(4)计算出所述列车长度(L)，其特征在于，从当前的制动级别(I.)的稳态起，在实施下一个制动级别(II.)期间进行感应技术的测量值测量，直到重新达到稳态，然后，在对起始状态和结束状态中占主导的压力(P_HL)以及环境温度(T)加以考虑时，通过求在所述主空气管路(HL)排气以实施所述下一个制动级别(II.)期间的所述通流的积分，计算出所述主空气管路(HL)的体积(V)，以便由此在管路截面积(Q)已知的情况下得出与所述主空气管路的长度相应的所述列车长度(L)，其中，在此前至少对作为校正值的所述主空气管路(HL)的体积(V)进行单次测定时，在计算所述列车长度(L)时通过计算技术去掉由于与制动缸(7)所对应的各个控制阀(6)的制动加速损耗而从制动设备的松开状态中流失的空气体积(V)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了测量所述列车长度(L)，在所述主空气管路(HL)换气期间，仅在直到达到与所述主空气管路(HL)相连的空气储存容器(8)的压力(P_HL)时，才执行感应技术上的测量值检测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述管路截面积(Q)，不仅要对穿过各所述车厢(1a-1c)的主空气管路(HL)的截面积加以考虑，还要考虑到布置在所述主空气管路(HL)之间的管路联接件(5)的截面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述稳态中测量由于所述气动制动装置的泄漏而排放出的体积流量以便通过该作为校正值的测量值在计算技术上排除在计算所述列车长度(L)时的干扰量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过单独的主容器管路(HB)对压缩空气消耗设备供气而所述主空气管路(HL)则专门用于制动的双管路运行的状态时，在制动器由于所述主空气管路(HL)换气而松开的过程中，进行所述主空气管路(HL)的体积(V)的测定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述压力(P_HL)从测定的通流中减去代表所述制动设备的泄漏的校正值。

7.一种用于对由多个车厢(1a-1c)组成的列车组进行列车长度检测的设备，所述列车组通过气动制动装置根据在由车厢(1a)连接至车厢(1c)的主空气管路(HL)中的压力以多个制动级别制动，通过感应技术沿时间轴来检测所述主空气管路的压力(P_HL)和通流以及环境温度(T)，由此借助电子评估单元(4)计算出所述列车长度(L)，

其特征在于，从当前的制动级别(I.)的稳态起，在实施下一个制动级别(II.)期间进行感应技术的测量值测量，直到重新达到稳态，然后，在对起始状态和结束状态中所存在的压力(P_HL)以及环境温度(T)加以考虑时，通过求在所述主空气管路(HL)排气以实施所述下一个制动级别(II.)期间的所述通流的积分，计算出所述主空气管路(HL)的体积(V)，以便由此在管路截面积(Q)已知的情况下得出与所述主空气管的长度相应的所述列车长度(L)，其中，所述电子评估单元(4)设计为在此前至少对作为校正值的所述主空气管路(HL)的体积(V)进行单次测定时，在计算所述列车长度(L)时通过计算技术去掉由于与制动缸(7)所对应的各个控制阀(6)的制动加速损耗而从制动设备的松开状态中流失的空气体积(V)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，使用传感器(2b)来测量所述主空气管路(HL)在稳态之间转换期间的所述通流而使用尺寸相对较小的第二传感器(2b’)来测量稳态中的泄漏。

9.一种具有多个车厢(1a-1c)的列车组，所述车厢分别通过气动制动装置利用其所连接的主空气管路(HL)制动，包括用于根据前述权利要求7和8中任一项所述的进行列车长度检测的设备。