CN104619562B - 用于制动车辆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆和一种用于运行车辆的方法，其中首先根据为了加速车辆而施加的牵引力来确定车辆的瞬时总重量，并且根据所确定的车辆的瞬时总重量进行对车辆的制动。

Description

用于制动车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种车辆和一种用于运行车辆的方法。
背景技术
DIN 13452-1规定在运行制动客运交通的轨道车辆期间为1.5m/s3的用于加速度变化的极限值。更大的加速度变化使乘客感受为急冲。为了遵循所要求的急冲极限值，在空的车辆中将制动力变化设定为，使得正好达到急冲极限值。如果制动力变化不根据负载来调整，那么在负载的车辆中低于极限值。由此，负载的车辆具有相对于空的车辆即使在修正最大的制动力的情况下也与负载重量成比例的延长的制动路径。
发明内容
本发明基于下述目的：在制动过程中在同时遵循预设的用于加速度变化的极限值的情况下减小车辆的制动路径。
所述目的通过一种用于运行车辆的方法和一种用于执行所述方法的客运短途交通的轨道车辆来实现。本发明的改进方案和设计方案再次在下文中得到。
根据本发明的用于运行车辆、尤其是客运交通的轨道车辆、尤其是客运短途交通的车辆的方法包括下述方法步骤：
-根据下述参数来确定车辆的当前总重量：
-车辆的加速度，和
-为了加速车辆所施加的牵引力；
-根据车辆的总重量增加和/或减小用于制动车辆的制动力。
从作用到车辆上的牵引力中产生车辆的加速度。制动力至少在制动过程开始和结束时随时间改变。制动力的随时间改变根据车辆的所确定的总重量来进行。在此，制动力尤其是增加和/或减小为，使得不超出针对急冲预设的极限值。
车辆的总重量是车辆在确定时间点的总重量乘以当地的重力加速度。总重量由车辆的空重和负载重量组成。加速度可任意预设。
当然，在确定总重量时能够考虑其它参数。因此，根据本发明的第一改进方案，确定车辆的取决于作用到车辆上的外力的总重量。这尤其是作用到车辆上的重力和/或作用到车辆上的摩擦力。外力也能够被称为外加力。
作用到车辆上的力尤其包括作用到车辆上的坡度阻力(Hangabtriebskraft)。如果车辆处于斜面上，那么为了车辆的预设的加速度在上坡时施加以坡度阻力增大的力或者在下坡时施加以坡度阻力减小的力。摩擦力例如是作用到车辆上的滚动摩擦力和/或作用到车辆上的流动阻力。
滚动摩擦力例如在车辆的车轮和车辆在其上运动的轨道之间产生。特别地，在转弯行驶或者弯道行驶时该滚动摩擦力提高，因为车辆的一个或多个弯道外侧的车辆的车轮凸缘会冲击铁轨的弯道外侧的轨道的侧沿，车辆在所述铁轨上运动经过弯道。即使在直的路段中车辆的车轮的车轮凸缘也会冲击车辆的铁轨的轨道的侧沿，尤其是当车辆强烈地左右晃动时如此。不仅坡度阻力而且滚动摩擦取决于车辆的总重量。而车辆的流动阻力取决于车辆相对于围绕车辆的空气的速度。所述流动阻力与车辆的总重量无关。
为了确定坡度阻力和/或滚动摩擦，轨道车辆例如具有GPS接收器，以便确定轨道车辆的位置。在车辆的存储器中存储有具有倾斜角和/或弯道半径的路段数据。除此之外，车辆还具有用于评估路段数据的计算机单元。替选地，为了确定斜率也能够预设斜率传感器，和/或为了确定弯道的半径预设横向加速度传感器。
如果车辆从静止开始加速，那么首先必须克服起步力。在改进方案中，为了确定车辆的总重量，确定在从车辆静止起的加速过程中为了加速而施加的牵引力，尤其是在已克服起步力之后、例如在车辆已经超出预设的最低速度、例如2km/h之后。为了加速而施加的牵引力的确定例如在达到或者超出预设的最高速度时或者在预设的加速持续时间之后结束。对此的典型的时间窗例如为3.5s。如果车辆的门在静止时打开，那么根据改进方案在每次从静止重新加速的过程中重复该过程。由此可行的是，改变车辆的负载。如果门保持关闭，那么车辆的负载通常不改变。
尤其是根据车辆的驱动马达所输出的马达转矩来确定为了车辆的加速而施加的牵引力。驱动马达的驱动转矩例如可根据其马达电流来读取。替选地，为了车辆加速而施加的牵引力通过车辆的操纵杆的位置来预设。加速本身能够根据转速传感器的信号的速度变化在车辆的行走机构上进行。
如果车辆的总重量超出预设的阈值，那么能够发出信号、尤其是将其发给车辆驾驶员。此外，如果车辆的空重是已知的，那么能够借助于瞬时的总重量来计算负载的重量并且必要时进行发送。根据负载可估计所运送的乘客的数量并且必要时进行发送。空重要么是预设的要么在空车状态中、例如在从仓库驶出时根据本发明来确定并且存储在存储器中。
在车辆的制动过程开始和/或结束时，用于制动车辆的制动力根据车辆的总重量随着时间升高和/或降低，其中制动力随时间的变化位于预设的、恒定大小的区间中，所述区间具有最大值和与最大值成比例的最小值作为区间限制，其中最大值随着车辆的总重量的提高而增加。最大值和最小值的间距是预设的。区间的位置取决于车辆的总重量。
目的是，将用于制动车辆的制动力随时间的变化选择为，使得急冲(Ruck)、即作用于乘客的加速度随时间的变化近似恒定地保持在所允许的最大值上、即例如保持在1.4m/s3和1.5m/s3之间的预设的区间中。该预设的区间的最小值在此大于零，最大值例如取自规定。
在改进方案中，制动力随着时间在制动过程期间近似线性地提高和/或降低。制动力的关于时间所绘制的直线的斜率基本上与车辆的瞬时的总重量成比例。所述直线的斜率尤其在每次制动之前或者在每次确定车辆的总重量之后、即尤其在车辆的总重量改变之后重新计算。
为了实施根据本发明的方法，根据本发明的车辆、尤其是客运短途交通的轨道车辆包括计算机单元，所述计算机单元适合于并且相应地设计用于根据轨道车辆的任意的、预设的加速度和为了加速轨道车辆而施加的牵引力计算轨道车辆的瞬时的总重量。除此之外，计算机单元适合用于根据轨道车辆的总重量计算用于制动车辆的制动力、尤其是制动力随时间的变化(制动力的增加和/或减小和相应地伴随其的制动力提高和/或制动力降低)。轨道车辆的制动设施相应地适合于根据由计算机单元计算出的、轨道车辆的瞬时的总重量来制动轨道车辆并且为此施加由计算机单元计算出的制动力、尤其是执行由计算机单元计算出的、制动力的随时间的增加和/或减小。
本发明允许大量的实施方式。借助下述设计方案示例来详细阐述本发明。
具体实施方式
车辆的瞬时加速度a与预设的最小速度vmin从下式得出：其中：牵引力为FZ，行驶阻力为FW，坡度阻力为FH，转弯阻力为FK，空重为mleer，负载为mzul和转动重量占车辆的空重的份额为krot。
vmin在此例如为大约2km/h至3km/h。在车辆的速度v<vmin时，必要时必须考虑所谓的起步力。
FW取决于转动摩擦FR＝(mleer+mZul)*μ*g*sinα和车辆的流动阻力，其中，摩擦系数为μ。行驶阻力取决于车辆。对于其近似适用的是，从戴维斯公式中推导出：FW＝(mleer+mZul)*(k1+k2*v)+k3*v2(2)。k1至k3是车辆特定的行驶阻力常数，所述行驶阻力常数例如在展开尝试中确定或者简单地估计，v是车辆的瞬时速度。系数存储在车辆的对此适合的存储器中。
而对于FH适用的是：FH＝(mleer+mZul)*g*sinα(3)，其中，g是重力并且α是车辆下方的路段的倾斜角。FH因此取决于车辆的瞬时总重量。α在路段沿着车辆的行驶方向升高时为正。
转弯阻力FK例如取决于轨距、车辆的总重量和弯道半径。所述转弯阻力在车站之后的直的行驶路段中可以忽略。
由此从等式(1)中得出：
车辆的当前的速度/瞬时速度v>vmin例如在已知的车轮直径中经由转速传感器来确定。替选地，对此也能够使用GPS数据。确定车辆的速度的其它的方法是已知的并且被包括在此。紧接着由此确定加速度a。所要求的牵引力FZ例如从操纵杆的偏转中得知。倾斜角α从关于GPS数据的路段数据库中读取。
当然，所列举的公式仅适用于直至可预设的最高速度vmax<<光速c、例如直至vmax<1000km/h。客运短途交通的轨道车辆通常达到小于200km/h的最高速度。
为了将急冲保持在预设的极限值之下，因此相应缓慢地开始对轨道车辆的制动，其方式为：制动力仅缓慢地提高。除此之外。制动缓慢地终止，其方式为：制动力在制动结束时缓慢地减小。通过根据本发明的方法能够将制动力调节为，使得制动通过近似极限值的制动加速度变化来进行。
而如果车辆的总重未知，那么通常通过提高和/或减小制动力来开始和/或终止制动，使得仅在空车中达到用于制动加速度变化的预设的最大值，因为制动力在空车的已知的空重的情况下被设置。然而如果车辆负载，由此车辆的重量提高，那么相对于通过达到用于制动加速度变化的预设的极限值的制动由此产生制动路径的延长。
对于急冲适用的是：所述急冲取决于车辆的总重量和制动力变化dFB/dt。为了使急冲保持恒定，例如保持在优选的Rmax＝1.3m/s3，必须根据负载调整随时间的制动力变化。假设在制动力增加和/或制动力减小期间在制动过程开始和/或终止期间，不出现行驶阻力、坡度阻力或者转弯阻力的显著改变，那么适用的是：如果车辆的总重量已确定，那么制动力随时间的变化能够被调节为，使得达到极限值对于所有的制动过程而言能够保持直至车门打开并且乘客下车或者上车从而改变车辆的负载进而改变车辆的总重量。

Claims (8)

1.一种用于运行车辆的方法，其特征在于所述方法具有下述方法步骤：
-根据下述参数来确定所述车辆的总重量：
-车辆的加速度，和
-为了加速所述车辆而施加的牵引力，其中根据所述车辆的马达的马达电流确定为了加速所述车辆而施加的所述牵引力；
-根据所述车辆的总重量增加和/或减小用于制动所述车辆的制动力；
-为了根据所述车辆的总重量制动所述车辆，所述制动力随着时间线性地增加或者降低，其中斜率与所述车辆的所述总重量成比例。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下述参数来确定所述车辆的所述总重量：
-作用到所述车辆上的外力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据下述参数来确定所述车辆的所述总重量：
-作用到所述车辆上的重力，和/或
-作用到所述车辆上的摩擦力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述车辆的当前的总重量，所述车辆的空重mleer是已知的并且当前的负载mzul根据下述公式来计算：
其中加速度为a，牵引力为FZ，转动重量占所述车辆的所述空重的已知的份额为krot，所述车辆的瞬时速度为v，路段的倾斜角为α，重力为g和已知的车辆特定的行驶阻力常数为k1至k3。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用于制动所述车辆的制动力的增加和/或减小根据下述公式来进行：其中所述车辆的已知的空重为mleer，转动重量占所述车辆的所述空重的已知的份额为krot，当前的负载为mzul和预设的急冲极限值为
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在从所述车辆静止起的加速过程中确定车辆的当前的总重量。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在超出用于所述车辆的预设的总重量的预设的阈值时发出信号。
8.一种用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的客运短途交通的轨道车辆，其特征在于，所述轨道车辆具有计算机单元，所述计算机单元适合于根据所述轨道车辆的加速度和为了加速所述轨道车辆而施加的牵引力来计算所述轨道车辆的总重量，其中根据所述轨道车辆的马达的马达电流确定为了加速所述轨道车辆而施加的所述牵引力，并且所述计算机单元适合于根据所述轨道车辆的所述总重量计算用于制动所述轨道车辆的制动力的增加和/或减小，其中为了根据所述轨道车辆的总重量制动所述轨道车辆，所述制动力随着时间线性地增加或者降低，其中斜率与所述轨道车辆的所述总重量成比例。
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