CN110214103A - 用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的方法，其具有以下步骤：识别，通过使调整参量至少一个单元(I)上的车轮打滑从当前的初始车轮打滑(slp1)改变为强迫的车轮打滑(slpFcd)是否能够实现更高的总制动力(F_Sum_B)(状态A)，如果是的话：通过调节调节变量、即所述单元(I)上的制动施加力，所述至少一个单元(I)上的车轮打滑从当前的初始车轮打滑(slp1)改变为强迫的车轮打滑(slpFcd)，从而改变随后单元(II、III)上车轮与轨道之间的摩擦条件；调节调节变量、即随后单元(II、III)上的制动施加力，以便将这些单元(II、III)上的由于摩擦条件改变也改变的车轮打滑又调节到未改变的调整参量、即初始车轮打滑(slp1)，其中，在所述单元(I、II、III)上产生优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)，其中，在上述方法步骤之后(状态B)，在单元(I、II、III)上优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)的总和(F_Sum_B)大于先前的制动力(Fbr_I、Fbr_II、Fbr_III)的总和(F_Sum_A)。

Description

用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的方法
为了使轨道车辆加速或制动，加速(牵引)力或制动力必须在车轮与轨道之间的接触点上被传递。在车轮与轨道之间的所述接触点上可被传递的最大力基本上取决于车轮与轨道之间的摩擦条件。在干燥的轨道上比在湿的或油滑的轨道上可传递更大的力。如果在轨道车辆制动时要求比根据车轮与轨道之间的摩擦条件可传递的制动力更大的制动力，则车轮中的至少一个可能抱死并且在轨道上滑动。所述状态被称为滑动。与此相反，如果在轨道车辆加速时要求比根据车轮与轨道之间的摩擦条件可传递的加速度(牵引力)更大的加速度(牵引力)，则车轮中的至少一个可能打滑。所述状态被称为滑移。换句话说，滑移描述一种状态，在该状态中轮周速度大于行驶速度。类似于此地，滑动描述一种状态，在该状态中轮周速度小于行驶速度。如果轮周速度和行驶速度相同，则所述状态称为滚动。
一般地来看，在轮周与轨道之间出现相对运动被称为打滑。因此，如果轮周速度和行驶速度不相同，则存在打滑。此外，打滑是需要的，以便总的来说能够在轨道与车轮之间传递牵引力或制动力。如果在车轮上存在零打滑，则这意味着，该车轮自由滚动，即没有转矩作用在车轮上。因此，在没有打滑的情况下没有功率传递，即不可能在车轮与轨道之间传递牵引力或制动力。当打滑非常大时，例如在所述滑动或滑移时，可能在车轮与轨道之间不能传递大的力。因此，用于传递最大牵引力或制动力的最佳打滑在零(滚动状态)与非常大的值例如100％(滑动或滑移的状态)之间。
所述最佳打滑取决于车轮与轨道之间的摩擦条件或者摩擦状态。因而，在湿轨道情况下的最佳打滑可以不同于在干燥轨道情况下的最佳打滑。车轮与轨道之间的不同摩擦条件接下来被称为粘着力(附着力)类型。在图1中示例性示出不同的粘着力类型。
图1示出具有不同粘着力类型的两个线图(关于打滑的粘着力或者附着力)。左侧的线图示出在专业领域中已知作为nH(低附着值)的粘着力类型，其中，右侧示出的粘着力类型已知作为xnH(极低附着值)。在线图的(水平的)x轴上相应地标出打滑，而(垂直的)y轴示出附着力或者与该附着力成比例的在车轮与轨道之间最大可传递的摩擦力或其摩擦系数。此外，在线图中标绘出值μ0，该值处于从微观打滑到宏观打滑的过渡点处。μ0的左侧图形部分相应示出微观打滑的范围，并且μ0的右侧图形部分相应示出宏观打滑的范围。此外，μ0原则上通过在微观打滑范围内的最大摩擦系数(图形的左边部分)来定义。
在左边示出的粘着力类型nH中可传递在宏观打滑范围内最大的力，其中，在右边示出的粘着力类型xnH中可传递在μ0的范围内的最大力。如果例如存在nH粘着力条件(图1中左边的线图)，则可以从μ0出发施加附加的制动力，该制动力在宏观打滑范围内实现，因为图形从μ0出发继续上升。这种行为也被称为“自我改进”。与此相反，如果存在xnH粘着力条件，则在0至μ0之间的范围内制动力仅可以增加直到μ0的最大可确定的份额，以防止过渡到宏观打滑范围内(因为在此图形从μ0出发又下降，不存在“自我改进”)。μ0的所述最大可确定的份额在线图中标绘为Kμ0并且与μ0相关。因此，值Kμ0表示这样的因素，所述因素参照μ0并且给出μ0的百分比份额，该百分比份额可用于力传递，而不必担心在粘着力类型xnH中过渡到宏观打滑范围内。对于粘着力类型nH(在图1中左边的线图)得出Kμ0＞1，而对于粘着力类型xnH(在图1中右边的线图)得出Kμ0＜1。如果例如在粘着力类型xnH中在制动时应该可以使用μ0的80％(＝0.8)，以确保与宏观打滑范围20％的“安全距离”，则得到Kμ0为0.8。
在现有技术中已知借助防滑调节来调节轨道车辆的制动过程的方法和装置。由国际铁路联盟(UIC)的公开物“UIC Merkblatt 541-05,Bremse-Vorschriften für den Bauder verschiedenen Bremsteile-Gleitschutzanlage”ISBN2-7461-0968-9已知根据现有技术的防滑调节。根据现有技术的防滑调节由车轮转速确定打滑值，借助所述打滑值能够在车轮与轨道之间传递使轨道车辆制动的最大摩擦力。在潮湿的轨道的情况下，这种打滑值可以为20％。在这样的场景中，防滑调节在全制动时在每个被制动的车轮上预先给定20％打滑。20％打滑在此相应于调整参量，根据所述调整参量来调节制动器的制动施加力，以便遵循预先给定的打滑值。在此，制动系统施加到各个车轮上的力、即例如制动缸施加到车轮上的力被称为制动施加力。因此，如果在全制动时预先给定20％打滑作为调整参量，但在一个车轴上当前仅存在15％打滑，则提高制动装置在该车轴上的制动施加力(调节变量)，以便更强烈地制动并且由此达到预先给定的打滑状态。由此，打滑从15％提高到20％，并且在轨道与被制动的车轮之间传递的摩擦力(总制动力或全部制动力)提高。
本发明的任务在于，提供一种用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的方法、一种装置以及一种该装置的应用，以便使轨道车辆以所要求的减速制动。
有利的改进方案是从属权利要求的主题。
以下使用术语“单元”。“单元”可以包括车轮、一个车轴、多个车轴、转向架、一个车厢或多个车厢。制动力可以分别针对一个单元被调节。此外可以分别针对一个单元监控打滑。
总制动力对于轨道车辆的制动能力是决定性的。总制动力由所有单元的制动力(车轮与轨道之间的摩擦力)的总和构成。
按照本发明，根据一种实施例监控所有单元的附着力条件，并且确定在一个单元上打滑的变化是否导致随后单元上的摩擦条件改善，从而在随后单元上可传递较大的制动力(车轮与轨道之间的摩擦力)，通过该制动力可实现总制动力提高。
按照本发明，根据一种实施例通过调节在一个(参考轨道车辆的行驶方向)前面的单元上的制动施加力，提高(或者减小)该前面单元的车轮打滑(调整参量)。由于该前面单元上的打滑的变化，随后单元的车轮-轨道接触的摩擦条件改变。因此，用于随后单元的值μ0以及因此Kμ0提高。因此，可以通过防滑调节通过提高随后单元上的制动施加力来提高制动力(这在车轮打滑保持不变的情况下实现或为了将车轮打滑保持在先前的值上或为了将车轮打滑又调节到先前的值上)，这导致改善整个车辆的总制动力。由此，尤其是可以实现改善整个车辆的总制动力，尽管前面单元上的制动力(车轮与轨道之间的摩擦力)由于打滑的提高而下降。
为了单纯示例性地说明本发明的构思，考虑具有20％打滑作为调节变量的上述示例。存在这样的场景，其中在20％打滑时在车轮与轨道之间可传递最大摩擦力。按照本发明，车轮打滑(调整参量)现在在例如最前面的车轴(单元)上通过提高制动器在该车轴上的制动施加力(调节变量)而提高到例如40％。由此使制动力、即在该最前面的车轴上车轮和轨道之间的摩擦力变差。但是，随后的车轴的摩擦条件发生如下改变：在随后的车轴上，在未改变的20％打滑的情况下现在在车轮与轨道之间能够传递更大的摩擦力。因此，在这些单元上20％打滑的调整参量未改变时，制动施加力(调节变量)在这些单元上提高。尽管第一单元上的制动力变差，但是轨道车辆的总制动力(所有被制动的车轮与轨道之间的摩擦力)由此增加。这种效果例如可以通过如下方式解释，即在第一单元上通过改变打滑使得湿气和污物可以更好地从轨道导走，从而改善随后单元的摩擦条件。
此外还可以考虑这样的场景，其中前面单元中的一个单元上的摩擦力由于打滑变化而增大，并且在随后单元上的摩擦力同样增大。
按照本发明，根据一种实施例监控所有单元的附着力条件，并且确定在一个单元上使用局部措施是否导致改善其余单元上的摩擦条件，从而在其余单元上能够传递更大的制动力，通过该制动力能够实现提高总制动力。这些设置用于提高列车范围的附着力条件或者用于改善车轮与轨道之间的列车范围的摩擦条件的局部措施可能在某些情况下使单个单元上的、车轮与轨道之间的摩擦条件变差，并且尽管如此仍改善了列车范围的附着力条件。按照本发明，作为局部措施此外规定：最大化的打滑输入、撒沙、撒沙与最大化的打滑输入相结合、磁轨制动器、磁轨制动器与最大化的打滑输入相结合、磁轨制动器与撒沙相结合。
沿轨道车辆的行驶方向观察，这种在实施改善附着力的措施(即改变打滑和/或采用上述局部措施中的至少一个)的(前面)单元之后行驶的单元能够传递提高的制动力。按照本发明，在使用局部措施时在列车范围内考虑和控制(一方面)预期的列车范围的附着力提高以及为此必要时要忍受的局部制动力损失。
有利地，轨道车辆的第一单元如上所述地被调节(即改变打滑和/或采用至少一个上述的局部措施)，以便使对车轮-轨道接触有利的摩擦关系可用在尽可能多的随后单元上。
图2在上部区域中以示意性侧视图示出具有三个车厢的轨道车辆，三个车厢即是最左边的车厢、中间的车厢以及最右边的车厢。在所述实施例中，假定轨道车辆的行驶方向向左。此外，在所述实施例中，一个车厢分别相应于一个单元。因此，左边的车厢相应于单元I，中间的车厢相应于单元II，并且右边的车厢相应于单元III。在车厢或者单元I、II、III下方，为每个单元I、II、III示出关于打滑的粘着力的线图。在此该线图是粘着力类型xnH的线图，类似于图1。下面描述状态A(点划线上方的区域)的线图。
对于每个单元I、II、III，在状态A中示出当前的制动力(车轮与轨道之间的摩擦力)Fbr_I、Fbr_II、Fbr_III，所述制动力分别位于值Kμ0上。通过如下方式实现这些摩擦力或制动力，即在所有单元I、II、III上预先规定车轮打滑slp1作为调整参量，并且所有单元I、II、III上的制动施加力作为调节变量根据调整参量来调节。因此，在每个单元I、II、III上调用最大可用的制动力Kμ0。因此，在单元I、II、III中的任何一个单元上都不能通过改变单元I、II、III上的打滑来提高制动力Fbr_I、Fbr_II、Fbr_III，对此也参见对图1的说明。
如果在实施按照本发明的方法中的一个时识别出，通过使调整参量、即单元I上的打滑从slp1改变为强迫的车轮打滑slpFcd能够实现更高的总制动力F_Sum_B，则发生至状态B的过渡。
下面描述状态B(在点划线下方的区域)的线图。
在状态B中，单位I上的打滑从先前的打滑slp1被调节到(较大的)强迫的车轮打滑slpFcd。单元I上的制动施加力(调节变量)由于该调节干预而提高。在此，状态B中的制动力Fbr_I*小于状态A中的制动力Fbr_I。通过在强迫的宏观打滑范围slpFcd中制动在前行驶的单元I，轨道被这样调节，使得在后行驶的单元II和III的值μ0进而Kμ0升高，并且因此这些单元上的打滑下降直至调节器的干预(＝在从状态A到状态B的过渡中的状态，未示出)。然而，调整参量车轮打滑在单元II和III上未改变地保持在slp1。因此，调节变量制动施加力通过调节被提高，以便将单元II和III上的车轮打滑又调节到调整参量(＝状态B)。因此，在状态B中，在单元II上能够传递优化的制动力Fbr_II*，并且在单元III上能传递优化的制动力Fbr_III*。
在状态A中所有单元I、II、III的总制动力为：
F_Sum_A＝Fbr_I+Fbr_II+Fbr_III
在状态B中所有单元I、II、III的总制动力为：
F_Sum_B＝Fbr_I*+Fbr_II*+Fbr_III*
此外适用：F_Sum_B＞F_Sum_A
此外，对于状态A标绘出所要求的总制动力(制动要求BA)。所述总制动力高于总制动力F_Sum_A。
在状态B中，可以通过现在提高了的总制动力F_Sum_B实现制动要求BA的较大份额。
按照本发明的方法在图2中被称为ADIM，所述名称代表“Adhesion Improver(附着力改进方法)”。在实施所述方法时，在所述实施例中考虑外部的影响因素，例如轨道车辆的位置和质量、天气、湿度、温度、轨道车辆的速度或行驶方向。然而，这不是强制性的前提条件。在另一种未示出的实施例中，不考虑这些因素。
附图标记列表
nH 粘着力类型“低附着值”
xnH 粘着力类型“极低附着值”
μ0 微观打滑到宏观打滑的过渡点
Kμ0 最大可用的制动力
A 在使用按照本发明的方法之前的状态
B 在使用按照本发明的方法之后的状态
I、II、III 单元
ADIM 附着力改进方法
Mg 磁轨制动器
Fbr_I (在状态A中)在单元I上的(当前的/以前的)制动力
Fbr_II (在状态A中)在单元II上的(当前的/以前的)制动力
Fbr_III (在状态A中)在单元III上的(当前的/以前的)制动力
F_Sum_A 在状态A中所有单元I、II、III的(当前的)总制动力
Fbr_I* (在状态B中)在单元I上的(优化的)制动力
Fbr_II* (在状态B中)在单元II上的(优化的)制动力
Fbr_III* (在状态B中)在单元III上的(优化的)制动力
F_Sum_B 在状态B中所有单元I、II、III的(提高的)总制动力
slp1 (当前的/以前的)车轮打滑/初始车轮打滑
slpFcd 强迫的车轮打滑

Claims (11)

1.一种用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的调节方法，其包括以下步骤：
-识别，通过使调整参量、即至少一个单元(I)上的车轮打滑从当前的初始车轮打滑(slp1)改变为强迫的车轮打滑(slpFcd)是否能够实现更高的总制动力(F_Sum_B)(状态A)，
如果是的话，则：
-通过调节在至少一个单元(I)上的调节变量、即制动施加力，将该单元(I)上的车轮打滑从当前的初始车轮打滑(slp1)改变为所述强迫的车轮打滑(slpFcd)，从而在随后单元(II、III)上在车轮与轨道之间的摩擦条件发生改变，
-调节在随后单元(II、III)上的调节变量、即制动施加力，以便将这些单元(II、III)上的由于摩擦条件改变也已经改变的车轮打滑重新调节到未改变的调整参量、即初始车轮打滑(slp1)，其中，在这些单元(I、II、III)上产生优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)，其中，
-在上述方法步骤之后(状态B)，所述单元(I、II、III)上的优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)的总和(F_Sum_B)大于先前的制动力(Fbr_I、Fbr_II、Fbr_III)的总和(F_Sum_A)。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其中，所述至少一个单元(I)的强迫的车轮打滑(slpFcd)选择为大于所述初始车轮打滑(slp1)，由此提高该单元(I)上的调节变量、即制动施加力，由此所述单元(I)上的优化的制动力(Fbr_I*)小于所述至少一个单元(I)的先前的制动力(Fbr_I)。
3.根据权利要求1所述的调节方法，其中，所述至少一个单元(I)的强迫的车轮打滑(slpFcd)选择为小于所述初始车轮打滑(slp1)，由此减小该单元(I)上的调节变量、即制动施加力，由此所述单元(I)上优化的制动力(Fbr_I*)大于所述至少一个单元(I)的先前的制动力(Fbr_I)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的调节方法，其中，所述至少一个单元(I)沿所述轨道车辆的行驶方向观察就所有的单元(I、II、III)而言不是最后面的单元(III)，而是优选前面的单元中的一个或最前面的单元(I)。
5.一种用于通过调整选定的车轴来改善轨道车辆的附着力的调节方法，其包括以下步骤：
-识别，通过在至少一个单元(I)上的改善附着力的措施是否能够实现更高的总制动力(F_Sum_B)；
如果是的话，则：
-在至少所述单元(I)上实施所述改善附着力的措施；
-调节随后单元(II、III)上的调节变量、即制动施加力，以便将这些随后单元(II、III)上的由于改善附着力的措施而已经改变的车轮打滑调节到对于制动而言优化的车轮打滑(slp1)，其中，在这些单元(I、II、III)上产生优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)，其中，
-在上述方法步骤之后(状态B)，在所述单元(I、II、III)上优化的制动力(Fbr_I*、Fbr_II*、Fbr_III*)的总和(F_Sum_B)大于先前的制动力(Fbr_I、Fbr_II、Fbr_III)的总和(F_Sum_A)。
6.根据权利要求5所述的调节方法，其中，在已经实施了所述改善附着力的措施的单元(I)上的优化的制动力(Fbr_I*)小于先前的制动力(Fbr_I)。
7.根据权利要求6所述的调节方法，其中，所述至少一个单元(I)沿所述轨道车辆的行驶方向观察就所有的单元(I、II、III)而言不是最后面的单元(III)，而是优选前面的单元中的一个或最前面的单元(I)。
8.根据权利要求5或6所述的调节方法，其中，所述改善附着力的措施包括：
-给轨道撒沙，或
-使用磁轨制动器，或
-使用磁轨制动器并且给轨道撒沙。
9.一种调节方法，该调节方法将根据权利要求1至4中任一项所述的方法中的一个方法与根据权利要求5至8中任一项所述的方法组合。
10.一种用于实施根据上述权利要求中任一项所述的调节方法的装置。
11.一种根据权利要求10所述的用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的调节方法的装置的应用。
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