CN109715454A - 用于影响车辆运动行为的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于影响车辆、特别是具有至少一个摩擦制动系统的轨道车辆的运动行为的方法，其中，通过将至少一个第一摩擦元件（1）和第二摩擦元件（2）彼此压靠来生成制动效果。为了实现有利的方法条件，至少从关于车辆的速度、制动压力（p）和外部温度（TU）和关于绝对时间（t）的信息计算至少第一摩擦元件（1）的至少温度（Ts），并且在计算期间考虑通过至少第一摩擦元件（1）的热传导和至少一个第一摩擦元件（1）的速度相关冷却过程。车辆的运动行为基于所述计算受影响。有利地，可以省略昂贵地配合具有用于测量摩擦元件温度的传感器的摩擦制动系统，并且仍然可以高精度地估算摩擦制动系统的热状态。

Description

用于影响车辆运动行为的方法
技术领域
本发明涉及一种用于影响车辆的运动行为的方法，特别是具有至少一个摩擦制动系统的轨道车辆，其中，制动效果通过将至少第一摩擦元件和第二摩擦元件彼此压靠而生成。
背景技术
车辆往往配备有摩擦制动系统，其中，车辆上的制动效果通过将摩擦元件彼此压靠而触发，即车辆的动能被转换为热量。摩擦制动系统的已知实施例变型包括例如：气动盘式制动器。气动盘式制动器包括：例如安装在轮组上的制动盘、以及包括制动缸的制动钳、连杆和制动块。制动缸具有活塞，制动连杆借助于该活塞来致动并且制动块压靠制动盘。制动缸具有压缩空气连接器，来自车辆的压缩空气系统的压缩空气经由该压缩空气连接器施加到活塞以便致动连杆。压缩空气系统包括诸如压缩机、制动控制装置等的部件，其用于盘式制动器的开环控制和闭环控制。
将车辆的动能转换为热量导致摩擦元件的温度升高，即例如在盘式制动器的情况下制动盘和制动块的温度升高。
在最高温度发生时，所使用的材料关于稳定性、耐化学性等不得丧失其所需的性能。特别是，由有机材料制成的制动块具有耐低温性，并且高于约300℃的温度可使得烟雾产生。
由于这些原因，应避免超过制动部件的规定最高温度的风险。
从现有技术中已知各种热计算方法。例如，Saumweber等人在Archiv fürEisenbahntechnik [铁路技术档案]、第22页ff.的“Grundlagen derSchienenfahrzeugbremse”[“轨道车辆制动器的基本原理”]，Hestra-Verlag，1990中描述了使用一维热传导方程进行温度计算的分析方法。
文献EP 1 950 111 B1从现有技术中已知，其中，公开了一种用于评估制动盘温度的方法，该温度根据制动盘的热能、质量和热容量来计算。
DE 199 43 352 A1示出了一种用于确定设置在车辆上的制动元件的温度的装置和方法。该方法从车辆的动能计算制动系统的温度，并在此基础上定义允许的行驶速度。
DE 42 35 364 C2描述了一种用于捕获盘式制动器的温度的方法，其中，制动器的温度升高从将行驶速度与制动块施加到制动盘上的力相关联的负载信号来计算，以及制动器的温度下降从消散的热量来计算。
所公开形式的所述方法具有以下缺点：作为该方法基础的模型不允许通过制动盘的任何热传导，并且冷却不作为速度的函数计算，由此计算的温度升高和温度降低的结果可能包含不准确。
此外，该方法保持有效并计算温度，直到制动盘展现出周围的温度。这意味着，如果必要的话，执行计算的计算单元必须保持接通或者在特定的持续时间内供电，即使在车辆已停放之后。
此外，一旦计算显示即将出现制动器的临界温度，就会输出警告。没有预测未来可能发生的临界温度。
因此，本发明的目的是详细说明一种相对于现有技术改进的方法。
发明内容
根据本发明，该目的借助于引言中所述类型的方法来实现，在该方法中，至少从与车辆的速度、制动压力和外部温度和绝对时间有关的信息计算至少第一摩擦元件的至少温度，其中，在该计算期间考虑通过至少第一摩擦元件的热传导和至少第一摩擦元件的速度相关的冷却，并且其中车辆的运动行为在此计算的基础上受影响。
这首先具有的优点在于，不需要将摩擦制动系统与用于测量摩擦元件温度的传感器配合，所述配件在结构上复杂、经受维护且昂贵，因为摩擦制动系统的温度和其他参数（例如基于热状态、冷却参数等的允许的行驶速度）在相应的计算单元上算术确定。
由于考虑了通过第一摩擦元件的热传导和第一摩擦元件的速度相关的冷却，还实现了与计算的摩擦制动系统的热行为相关的高精度。
此外，绝对时间信号的捕获具有的优点在于：在车辆停放的时间段之后，使用冷却函数来确定摩擦制动系统在该停车时间段期间呈现的温度并且该温度用作重新启动车辆后的温度计算的起始值。为此，可以在车辆停放的时间点关闭计算单元。
基于温度计算的结果影响车辆的运动行为。在这种情况下，不仅可以定义允许的最大速度，而且可以例如定义行驶工况，从而提供与特定应用要求相关的有益灵活性。特别地，考虑到摩擦制动系统的热工作能力，由此可以参考行程持续时间、行驶速度等来优化驾驶特性。
借助于该方法，防止车辆在关于摩擦制动系统上的热负荷方面不允许的温度范围内操作。摩擦制动系统可以相应地配置，使得防止部件的尺寸过大和/或减少所需的保护。
在有利的实施例中，考虑通过第二摩擦元件的热传导和第二摩擦元件的速度相关的冷却来执行计算。
作为该措施的结果，实现了摩擦制动系统的热状态的算术捕获的精度的进一步提高。
有利的是至少预测第一摩擦元件的温度以用于车辆的未来制动操作。
该措施允许在热过载发生之前通过影响车辆的运动行为来防止摩擦制动系统的热过载。
如果车辆的运动行为自动受到影响，则实现了有利的实施例。
该措施使得可以实现车辆驾驶员的工作量的减少。此外，降低了车辆对所需运动行为的规定的不充分响应的风险。
有利的是，计算结果至少以这样的方式呈现给车辆的操作者：在至少第一摩擦元件的热机械负荷方面预测将达到临界温度的任何制动操作之前输出警告。
该措施允许以有益的方式计划驾驶特性。例如，在车辆的加速阶段之前，车辆驾驶员可以指定可以在不超过摩擦制动系统的临界温度的情况下制动的最大允许行驶速度。
下面参考示例性实施例更详细地解释本发明。
附图说明
举例来说：
图1示出了具有制动盘和制动钳的气动摩擦制动器的示例性实施例的示意图，
图2示出了根据本发明的用于根据本发明的方法的装置的示例性实施例的功能图，该装置包括用于数据记录的装置、计算单元和控制单元，以及
图3示出了根据本发明的方法的示例性变型的流程图，该方法用于周期性地计算温度和允许的行驶速度并用于限制行驶速度。
具体实施方式
在图1中，轨道车辆的摩擦制动系统的示意性示出的截面示出了气动盘式制动器。
该气动盘式制动器包括第一摩擦元件1和制动钳，第一摩擦元件1实施为安装在轨道车辆的轮组轴（未示出）上的制动盘。制动钳具有第二摩擦元件2，其包括两个制动块。制动钳进一步包括具有压缩空气连接器6的制动缸4、活塞5和连杆3。
活塞5致动连杆3，由此布置在连杆3上的制动块，即第二摩擦元件2压靠制动盘，即第一摩擦元件1。来自轨道车辆的压缩空气系统（未示出）的压缩空气经由压缩空气连接器6施加到活塞5以便致动连杆3。
压缩空气系统具有用于摩擦制动系统的开环控制和闭环控制的部件，例如，压缩机、制动控制装置等。制动控制装置具有计算单元7，其在图2中示出并且根据本发明的方法在该计算单元中执行热计算。制动控制装置连接到车辆控制系统（未示出）。车辆控制系统包括如图2中所示的控制单元8，借助于该控制单元，基于热计算的结果影响轨道车辆的运动行为。
通过将第一摩擦元件1和第二摩擦元件2彼此压靠而产生对轨道车辆的制动效果。以这种方式将轨道车辆的动能转换为热量，从而引起第一摩擦元件1和第二摩擦元件2的温度升高。
通过将第一摩擦元件1和第二摩擦元件2彼此释放来产生对轨道车辆的制动效果的减小或消除。通过这种方式并且由于已知的传热原理的作用，第一摩擦元件1和第二摩擦元件2中的温度降低，即第一摩擦元件1和第二摩擦元件2冷却下来。
借助于本发明的方法计算前面描述的热行为。
图2示出了本发明装置的示例性变型的功能图，该装置被配置用于影响轨道车辆的运动行为的本发明方法。该装置包括用于捕获行驶速度v的行驶速度传感器10、用于捕获制动压力p的制动压力传感器11、用于捕获周围温度TU的周围温度传感器12、用于捕获绝对时间t的时间测量装置13和显示单元9，它们经由相应的数据线连接到计算单元7。行驶速度传感器10、制动压力传感器11和周围温度传感器12被布置在轨道车辆的底盘（未示出）中。以这种方式产生有益的解决方案。
然而，根据本发明，也可以将行驶速度v和制动压力p从轨道车辆的数据总线系统（例如，多车辆总线，MVB）读入计算单元7中。
此外，还可以设想，制动压力p大致由减速度和待制动的质量确定。在这种情况下，例如通过行驶速度v的微分计算减速度，并且经由负载制动装置确定待制动的质量。
此外，也可以捕获车轮的角速度或车轮速度而不是行驶速度v，并且使用该角速度或车轮速度执行热计算。
在制动控制装置（未示出）中实现的时间测量装置13和计算单元7被布置在车身（未示出）中。
经由相应的数据线，计算单元7从行驶速度传感器10接收与行驶速度v有关的数据、与来自制动压力传感器11的制动压力p有关的数据、与来自周围温度传感器12的周围温度TU有关的数据以及与来自时间测量装置13的绝对时间t有关的数据，并根据本发明的方法执行计算操作。使用行驶速度v、制动压力p、周围温度TU和绝对时间t，根据图3的描述确定图1中所示的摩擦制动系统的热状态，以及允许的行驶速度vmax,therm基于所述热状态来确定。
计算单元7经由相应的数据线连接到控制单元8，控制单元8被布置在车身中并且在车辆控制系统（未示出）中实现。控制单元8以这样的方式影响轨道车辆的运动行为，例如轨道车辆被自动制动到允许的行驶速度vmax,therm，这由计算单元7基于热计算确定并传送到控制单元8，或防止超过该允许行驶速度vmax,therm的加速度。
显示单元9布置在轨道车辆的驾驶室（未示出）中。它用于向列车驾驶员显示允许的行驶速度vmax,therm，所述速度基于根据本发明方法的热计算。呈现所需的数据经由相应的数据线从计算单元7传输到显示单元9。
根据本发明，还可以显示允许的减速度或允许的行驶工况（加速度和减速度区段的时间相对序列以及具有恒定行驶速度v的阶段或停止阶段）。
为了警告轨道车辆在摩擦制动系统的热状态方面的不利运动行为，声学信号也经由显示单元9的音频输出单元输出到驾驶员。
根据本发明，可以想到行驶速度传感器10、制动压力传感器11、周围温度传感器12、时间测量装置13、显示单元9、计算单元7和控制单元8的各种实施例和布置。例如，可以将计算单元7与制动控制装置分开布置，以及控制单元8与车辆控制系统分开布置。
此外，还可以想到例如计算单元7设置在操作员控制台中并经由无线电信号与轨道车辆通信，即例如，接收与轨道车辆的行驶速度v有关的信息，并且基于已根据本发明执行的热计算，发送为了将行驶速度v限制为允许的行驶速度Vmax,therm的目的的指令。
图3中所示的流程图描述了为了热计算和影响轨道车辆的运动行为的目的的本发明方法的示例性变型的步骤，所述步骤在如图2中所示的计算单元7中执行并且在轨道车辆的控制单元8中执行。
为了执行该方法，根据图2的描述以4Hz的频率（根据本发明也可以想到其他频率）将与行驶速度v、制动压力p、周围温度TU和绝对时间t有关的数据传送到计算单元7。
关于传送的数据的合理性检查传送的数据。如果一个或多个值无效，则最初不再影响轨道车辆的运动行为。如果这些值再次被宣布为有效并且如果在轨道车辆的行程期间没有执行由根据图1的第一摩擦元件1的制动超过指定的持续时间，则基于使用起始温度（例如，在重新启动的时间点处的当前周围温度TU）的重新开始热计算来再次计算第一摩擦元件1的温度TS，并且如果适用的话，再次影响轨道车辆的运动行为。基于行驶速度v和制动压力p，计算输入到根据图1的第一摩擦元件1（制动盘）中的能量，即作为制动结果引入第一摩擦元件1中的能量。
基于该能量、周围温度TU和绝对时间t，产生能量平衡，计算第一摩擦元件1和第二摩擦元件2之间以及第一摩擦元件1内的热分布，并且确定排放到轨道车辆周围的热量。
考虑通过第一摩擦元件1的热传导和其速度相关的冷却。根据本发明，为了进一步提高热计算的精度，也可以考虑采用根据图1的通过第二摩擦元件2（制动块）的热传导和其速度相关的冷却。
当确定能量平衡、热分布和热量排放时，使用现有技术的已知方法。
考虑到第一摩擦元件1的来自先前计算的时间步骤的存储的温度TS,n-1和周围温度ΤU，从热量分布和热量排放以4Hz的频率（根据本发明也可以想到其他频率）周期性地确定第一摩擦元件1的温度TS（制动盘温度）。
根据本发明，还可以计算第二摩擦元件2的温度TB。
第一摩擦元件1的计算温度TS和用于具有预定义参数（例如，具有预定义减速度）的轨道车辆的未来制动操作的温度预测用于计算允许的行驶速度vmax,therm，在不超过已经为第一摩擦元件1规定的临界温度TS,krit的情况下，从该允许的行驶速度vmax,therm，类似地预定义的制动操作仍然是可能的。为vmax,therm定义下限值，以便避免对于轨道车辆而言操作上不切实际的行驶速度规格或小于或等于0m/s的行驶速度规格。该下限值被设定为使得在执行预定义制动操作时不超过第一摩擦元件1的临界温度TS,krit，随后加速到该下限值并再次制动，即由于遵循该操作循环，建立第一摩擦元件1的温度TS，其平均不再变化。
如果允许的行驶速度vmax,therm小于轨道车辆的标称最大速度vmax,nom，则允许的行驶速度vmax,therm从计算单元7传输到控制单元8，以便将轨道车辆的行驶速度v限制在允许的行驶速度vmax,therm。
通过控制单元8监测对该允许的行驶速度vmax,therm的顺应性，其中防止过高的速度，或者如果超过允许的行驶速度vmax,therm，则轨道车辆自动制动到所述速度。根据图2的描述，允许速度vmax,therm显示在驾驶室中的显示单元9上，并且在超过所述速度之前输出视觉和声学警告信号。
根据本发明，还可以想到行驶速度v不会自动地受到影响，而是符合允许的行驶速度vmax,therm的指令在显示单元9上简单地输出并且通过列车驾驶员的人工干预来实现。
允许的行驶速度vmax,therm和如果适用的行驶速度v的所需限制的计算以4Hz的频率周期性地发生，根据本发明也可以想到其它频率。
根据本发明，还可以计算允许的减速度并且由控制单元8监测对其的顺应性。组合也是可行的，即，例如，允许的减速度和兼容的允许的行驶速度vmax,therm的计算和监测也是可行的。
此外，计算和监控允许的行驶工况（加速度和减速度区段的时间相对序列以及具有恒定行驶速度v的阶段或停止阶段）也是可行的。
如果轨道车辆在其重新启动之后停放一段时间，使用上述方法和所引用的参数，特别是第一摩擦元件1的绝对时间t和存储温度TS,n-1来确定温度TS，所述温度已经在停车时间点、存储的绝对时间tn-1等存储，其中所述温度TS为第一摩擦元件1在该停车时间段结束时或在重新启动时间点的温度。作为该活动的一部分，使用轨道车辆停止后的冷却函数来计算第一摩擦元件1的冷却，所述函数根据现有技术中公开的方法、存储的停车时间点的周围温度TU,n-1以及在轨道车辆重新启动时间点的周围温度ΤU预定义。第一摩擦元件1的计算温度TS用作在轨道车辆重新启动之后的热计算的起始值。
因此，计算单元7可以与轨道车辆同时关闭，并且不需要分开供电。由于计算单元7具有电源单元，因此即使在轨道车辆的停车时间段期间也可以设想进行温度计算。
根据本发明，还可以设想冷却函数来考虑第二摩擦元件2的冷却并且执行关于第二摩擦元件2的温度计算。
如果在规定的时间段内没有发生轨道车辆的减速制动，或者如果停车时间（计算单元7关闭的时间）持续比规定的时间段更长，则重新初始化温度计算。将重新初始化的时间点的当前周围温度TU用作起始温度。
附图标记列表
1 第一摩擦元件
2 第二摩擦元件
3 连杆
4 制动缸
5 活塞
6 压缩空气连接器
7 计算单位
8 控制单元
9 显示单元
10 行驶速度传感器
11 制动压力传感器
12 周围温度传感器
13 时间测量装置
p 制动压力
t 绝对时间
tn-1 存储的绝对时间
TS 第一摩擦元件的温度
TS，n-1 第一摩擦元件的存储温度
TS，krit 第一摩擦元件的临界温度
TB 第二摩擦元件的温度
ΤU 周围温度
TU，n-1 存储的周围温度
v 行驶速度
vmax,nom 标称最大速度
vmax,therm 允许的行驶速度

Claims (11)

1. 一种用于影响车辆、特别是具有至少一个摩擦制动系统的轨道车辆的运动行为的方法，其中，制动效果通过将至少第一摩擦元件和第二摩擦元件彼此压靠而生成，其特征在于，
至少从与所述车辆的速度、制动压力（p）和外部温度（TU）以及绝对时间（t）有关的信息计算至少第一摩擦元件（1）的至少温度（TS），在于
在该计算期间，考虑通过所述至少第一摩擦元件（1）的热传导和所述至少第一摩擦元件（1）的速度相关的冷却，并且在于，
在此计算的基础上影响所述车辆的运动行为。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述计算时考虑通过所述第二摩擦元件（2）的热传导和所述第二摩擦元件（2）的速度相关的冷却。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，预测至少所述第一摩擦元件（1）的温度（TS）以用于所述车辆的未来制动操作。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其特征在于，在车辆停放时间之后，至少计算在该停车时间期间由至少所述第一摩擦元件（1）表现出的温度（TS）。
5.根据权利要求1、2、3或4中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆的运动行为关于所述车辆的计算的允许行驶速度（vmax,therm）受到影响。
6.根据权利要求1、2、3、4或5中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆的运动行为关于所述车辆的计算的允许减速度受到影响。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆的运动行为关于所述车辆的计算的允许行驶工况受到影响。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆的运动行为自动受到影响。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算结果至少以这样的方式呈现给所述车辆的操作者：关于至少所述第一摩擦元件（1）的热机械负荷预测将达到临界温度（TS,krit）的任何制动操作之前输出警告。
10.一种装置，其被配置为执行根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一项所述的方法，其特征在于，
为了确定行驶速度（v）、制动压力（p）、外部温度（TU）和时间记录的目的，提供连接到车辆的装置，并且为了影响所述车辆的运动行为的目的，提供计算单元7、连接到所述计算单元7的控制单元8以及数据传输单元，这些同样连接到所述车辆，并且在于，
用于确定所述行驶速度（v）、所述制动压力（p）、所述外部温度（TU）和时间记录的所述装置连接到所述计算单元7。
11.根据权利要求10所述的装置，其被配置为执行根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
为了呈现所述计算结果的目的，提供连接到所述车辆的装置，并且在于，这些装置连接到所述计算单元7。
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