CN111032459A - 用于利用中央传感装置来确定轨道车辆的制动相关的实际值的方法和装置以执行减速度控制的制动 - Google Patents

用于利用中央传感装置来确定轨道车辆的制动相关的实际值的方法和装置以执行减速度控制的制动 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定包括多个车厢(1a‑1e)的列车组、尤其是轨道车辆的制动相关的实际值的方法和装置，以执行对列车组的减速度控制的制动，在所述方法中将纵向减速度(aL)和纵向倾斜度(αL)作为实际值来考虑，由此，通过减速度控制器/减速力控制器(6)根据所希望的制动减速度的预先确定的设定值来确定用于制动器的调节环节(11)的对控制偏差进行补偿的调节值，其中，通过定位在最前面的列车部分(2)中的且具有多个传感器(7、9、10)的中央的测量值检测单元(5)为整个列车组执行对制动相关的实际值的检测和/或计算，其中，其中，通过减速度控制器/减速力控制器(6)将列车长度(LZ)作为附加的在中央确定的实际值一并考虑，使得在计算用于补偿所述控制偏差的调节值时，基于沿着列车长度(LZ)的爬升曲线考虑与列车长度有关地不同的制动需求，所述爬升曲线由在最前面的列车部分(2)中确定的纵向倾斜度(αL)得出。

Description

用于利用中央传感装置来确定轨道车辆的制动相关的实际值 的方法和装置以执行减速度控制的制动
技术领域
本发明涉及一种用于确定包括多个车厢的列车组、尤其是轨道车辆的制动相关的实际值的方法以及装置，以执行对列车组的减速度控制的制动，在所述方法中该列车组的纵向减速度和纵向倾斜度作为实际值来考虑，由此通过减速度控制器根据所希望的制动减速度的预先确定的设定值来确定针对制动器的调节环节的对控制偏差进行补偿的调节值。
背景技术
本发明的应用领域主要包括轨道车辆建造。通常包括各个车厢的列车组必须遵守交通中预先确定的制动距离而且尤其是在事先用信号通知它们的地点停下来。轨道车辆的制动根据清楚限定的标准、尤其是减速特性曲线，所述标准的遵守对于保证轨道车辆的经济且安全的运行来说是重要的。在现代轨道车辆的任何制动方面，都有不同的制动类型参与，例如摩擦制动器、电动制动器、磁轨制动器或涡流制动器。这些制动器中的每个制动器都具有特定的优势，例如其中可能进行高效且磨损最少的制动的速度或功率范围。在此，每个制动类型在实现制动力方面都具有特定的公差和不准确处，这导致在制动过程的进行中所实现的制动力的不符合期望的变化。
在该背景下，对制动的准确的计量会需要对实际施加的制动力的反馈，其方式是该反馈例如通过驾驶室中的显示器来被通知车辆驾驶员或者直接作为实际值被输送给制动力的电子控制回路。然而，特别是在多种制动类型的同时协作下，由每个单独的制动器施加的制动力不能直接被测量，而是只能通过避开相对应的不准确处来测量、比如通过所消耗的电功率、通过制动缸压力或者通过材料伸展。这些参量与制动力之间的物理关联常常不是线性而且还受到系统性和随机性波动。
从DE 10 2011 052 545 A1得知一种技术方案，在该技术方案的情况下，为了解决上述问题，使用表示车辆的纵向减速度的值作为实际值，以便通过控制回路来争取达到针对车辆的纵向减速度的预先确定的设定值。因此，在车辆层对以减速度为形式的制动的影响进行控制。不过，该控制并不提供实际有效的制动力。此外，对车辆的纵向减速度的设定值的控制具有副作用：在行驶路段的上坡，由于拓扑而造成的可能的减速没有被耗尽；而在行驶路段的下坡，制动器超负荷。
为了解决该问题，DE 10 2015 110 053 A1提出：除了检测作用于车辆的纵向减速度之外，还确定由于行驶路段的上坡或下坡而引起的挂输出力，使得基于车辆的纵向减速度以及挂输出力来计算制动力。
车辆的纵向减速度是沿着车辆纵轴的运动学减速度。车辆纵轴始终平行于行驶路段，使得该车辆纵轴在上坡或在下坡与该行驶路段倾斜。
挂输出力是这样的力，该力在行驶路段从平地出发倾斜、即由于上坡或下坡而倾斜时沿行驶方向作用于车辆。车辆在地球的重力场中垂直指向下的重力可以被视为由该挂输出力和垂直于车辆的、由车辆传递到车道上的法向力所构成的矢量和。
使用减速度传感器(该减速度传感器也一并静态地测量重力减速度，以确定车辆的纵向减速度)具有如下优点：上坡和下坡不导致传感器信号的变化，使得不考虑上坡和下坡对车辆的纵向减速度的影响。这意味着：由于上坡而出现的车辆的减速(如其在纯滚动时也会出现的那样)并不出现在传感器信号中。该传感器只测量附加的减速，所述附加的减速例如由于制动而出现。如果情况不是如此，则因此例如依据车速来确定和控制减速，这导致：制动距离与坡度无关地被调节。这意味着：在平地的制动距离与在有坡度时一样长。这并不值得期望，因为在预告信号与主信号之间的预告信号距离可以基于特定国家的规定来与车道的坡度适配。此外，车辆会在有坡度时取消制动并且因此表现得不自然。因此，在对减速进行控制的框架内使用减速度传感器来确定车辆的纵向减速度导致总系统的所希望的特性，其方式是在减速度传感器的实际信号中不考虑车辆的由于上坡和下坡而出现的纵向加速度。
在由各个单独的车厢组成的长列车组的情况下，在列车组中央设置在任意位置、优选地设置在引导车中的减速度传感器中，在行驶路段的坡度变化的情况下，可能发生对制动力的不同解释，因为该列车组的后面的车厢仍可能还推动该引导车或者使该引导车制动。因为尤其是在长列车组和在基础设施中出现的坡度变化的情况下，不确保列车组的所有车厢任何时候都处在同一下坡或上坡或者也处在只是近似相同的下拨或上坡。由于下坡或上坡而引起的作用于轨道车辆的纵向加速度由每个单独的车厢所处的下坡或上坡而得到。在上坡或下坡发生变化时，每个车厢都可能处在另一区域。
例如，在越过山顶时，下坡变化对列车组的纵向减速度的影响将发生变化。在上坡时，该纵向减速度起到减速的作用。在山顶，其中引导车厢处在下坡而最后一节车厢仍处在上坡，该下坡对列车的纵向减速度完全没有影响，就像在平地一样，而在随后的下坡中，列车被加速。如果轨道车辆在下坡变化期间利用被激活的减速度控制器来制动，则在列车的中央位置借助于加速度传感器来测量纵向减速度时，在测量值与实际预期的下坡或上坡补偿的减速度之间产生误差。该误差可能导致列车的显著的制动距离延长。
发明内容
本发明的任务是：提供一种用于为了减速度控制、尤其是轨道车辆的减速度控制而进行中央测量值检测的方法以及装置，该方法/该装置保证了在由多个车厢组成的长列车组的情况下的精确的制动。
该任务从按照权利要求1的前序部分所述的方法出发结合其特征部分来解决。权利要求13规定了一种与此相关的计算机程序产品。在装置技术方面，该任务通过权利要求10来解决。分别回引的从属权利要求重现了本发明的有利的进一步方案。
本发明包含如下技术教导：通过定位在最前面的列车部分中的且具有多个传感器的中央的测量值检测单元为整个列车组执行对制动相关的实际值的检测和/或计算，其中，通过减速度控制器将列车长度作为附加的在中央确定的实际值来一并考虑，使得在计算用于补偿控制偏差的调节值时，基于沿着列车长度的爬升曲线考虑与列车长度有关地不同的制动需求，所述爬升曲线由在前面的列车部分中确定的纵向倾斜度得出。
因此，对轨道车辆的减速或制动力控制的优化通过借助于测量值检测单元来确定该轨道车辆的减速力或制动力而是可能的，该测量值检测单元在最前面的列车部分、优选引导车中位于列车组中央。优选地，多个传感器属于该测量值检测单元，所述多个传感器在该中央位置通过角度测量来确定纵向减速度和/或纵向倾斜度。替选地，这些测量值也可以通过其它物理量的换算或者通过轨道车辆的其它系统单元的规定来获得。
借助于这些测量参量并且在知道列车长度的情况下，在该测量值检测单元的列车模型计算中，可以根据坡度的变化持久地(车载地)计算列车减速度的按照本发明的实际值。接着，该实际信号被提供给制动操控装置的真正的减速度控制器，该减速度控制器优选地处在与该测量值检测单元相同的控制设备中。
该方法的优点是：只需要在中央位置的传感器而不需要在列车的长度内的范围广泛的数据通信。如果轨道车辆沿两个方向运行，则实现按照本发明的方法的装置应设置在列车两端，所述列车两端交替形成就本发明而言的最前面的列车部分，因为按照本发明的装置必须始终在进行引导的列车部分中激活。
通过按照本发明的利用减速度传感器在考虑列车长度的情况下确定实际值的解决方案，即使在长轨道车辆配置的情况下在坡度的过渡路段也可以优化地使用制动。
在按照本发明的解决方案的进一步改进方案中，也可以单独地确定列车组的每个车厢的与倾斜度相关的纵向减速度。不过，为了计算统一的调节值而规定：求出各个针对每个车厢的与倾斜度相关的纵向减速度的平均值。对于单独的与倾斜度相关的纵向减速度来说，并不需要在列车组的每个车厢中安装相对应的传感装置。通过列车模型计算，在轨道车辆的行驶速度已知的情况下，各个实际值可以通过计算简单得多地被确定。
优选地，列车长度依据列车模型来计算，使得列车组的彼此联接的车厢的数目以及各车厢的相应的长度被考虑。通过部分长度的相加，得到轨道车辆的所计算出的总列车长度，该总列车长度也可以根据车厢的数目以及车厢类型的变化灵活地予以适配。
轨道车辆的纵向减速度、行驶速度以及纵向倾斜度的在输入侧被输送给制动系统的减速度控制器的实际值可以以不同的方式被确定：
关于轨道车辆的纵向减速度，可能的是：或者沿着列车组借助于由速度测量中的数学的导数来获得该纵向减速度，或者借助于加速度传感器来直接获得该纵向减速度。第一优选的替选方案提供针对纵向减速度的非坡度补偿的实际值，而以传感器技术来确定的测量值提供了针对该纵向减速度的坡度补偿的实际值，如上文已经探讨的那样。
轨道车辆的速度的实际值同样可以以传感器技术通过借助于脉冲传感器在车轮上进行转速测量和随后通过将车轮直径包括在内进行速度计算来实现。替选于此，也可设想的是雷达测量或者借助于光学传感器或诸如此类的传感器的测量。此外，GPS(全球定位系统)信号处理也可以提供轨道车辆的当前速度。
例如，能够通过角度测量传感器来确定纵向倾斜度的实际值。利用该角度测量传感器来测量车辆纵轴相对于水平线的直接的角或者该直接的角的变化。该角度传感器也可以基于加速度传感器来实施，这些加速度传感器测量相对于地球加速度偏转的角度。此外，上坡/下坡确定也可以通过借助于GPS的定位和存储在其中的行驶路段的高度曲线来执行。根据在坡度补偿的减速度传感器的信号与速度、例如由车轮转速或GPS信号获得的速度的非坡度补偿的信号之间的比较来确定角度，这形成另一替选方案。
附图说明
其它改善本发明的措施在下文与对本发明的优选的实施例的描述一起借助于附图来更详细地阐述。在此，示出：
图1示出了在上坡路段上行驶的列车组的示意性侧视图；
图2示出了按照图1的具有用于确定制动相关的实际值的装置的列车组的部分的示意性侧视图；
图3示出了由测量值检测单元和减速度控制器组成的结构单元的框图。
具体实施方式
图1示出了由多个车厢1a至1e组成的以轨道车辆为形式的列车组。这些车厢1a至1e中的每个车厢都通过矢量箭头分配有单独的行驶方向。因此，列车组处于上坡行驶中，在所述上坡行驶中最前面的列车部分2的车厢1a目前已经到达最大高度，而中间的车厢1b至1d处在上坡路段，而且形成后面的列车部分3的车厢1e仍处在上坡路段的开始处。在这里示出的示范性上坡行驶期间，对于均匀的减速度控制的制动来说，在使用仅一个前面的测量位置来确定列车组的纵向减速度作为实际值的情况下有利的是：每个车厢1a至1e的单独的纵向倾斜度以及由此产生的不同的制动需求也在对调节值的计算中被考虑，所述调节值用于实现所希望的制动减速度的预先确定的设定值。
图2示出了为了该目的而设置在最前面的列车部分2中(这里是在车厢1a中)的结构单元4，该结构单元由测量值检测单元5以及与该测量值检测单元连接的减速度控制器/减速力控制器6组成。测量值检测单元5借助于加速度传感器7持久地测量纵向减速度aL，该加速度传感器同样是测量值检测单元5的组成部分。加速度传感器7设置在车厢1a中。附加地，在该实施例中，轨道车辆的速度vZ通过设置在车轮8上的转速传感器9来测量并且在输入侧被输送给测量值检测单元5。转速传感器9同样是中央的测量值检测单元5的组成部分。此外，还向测量值检测单元5传送其它所测量的或者以计算方式确定的实际值，以用于减速度控制，这些实际值在随后予以阐述。
图3以减速度控制器/减速力控制器的框图示出了在结构单元4的框架内组合地设置的测量值检测单元5与下游的减速度控制器/减速力控制器6。因此，除了轨道车辆的速度vZ和纵向减速度aL的测量值之外，也向测量值检测单元5输送纵向倾斜度αL以及从列车模型推导出的列车长度LZ。由此，测量值检测单元5根据本发明的解决方案来确定制动相关的实际值，由此，减速度控制器6在与所希望的制动减速度的预先确定的设定值的比较中确定控制偏差并且将相对应的调节值输出给调节环节11、例如气压制动器。
在减速度控制的框架内，减速度控制器/减速力控制器6将列车长度LZ作为附加的实际值一并考虑用于计算调节值，使得经此基于沿着列车长度LZ的爬升曲线考虑与列车长度有关地不同的制动需求，所述爬升曲线由在前面的列车部分中确定的纵向倾斜度αL得出。
如果纵向倾斜度αL恒定，则用于确定纵向减速度aL的加速度传感器7在考虑上坡或下坡影响的情况下测量出正确的列车减速度。如果在行驶期间角度测量传感器10针对在最前面的车辆部分2中的纵向倾斜度αL的测量值发生变化，则可以借助于所存储的列车模型和所测量的速度vZ来确定每个车厢1a至1e的与倾斜度相关的减速度，该列车模型包括车厢1a至1e的数目以及这些车厢的长度。根据这些值，持久地计算准确的实际值，作为列车组的减速度的总值，这里通过对各个值的求平均来持久地计算准确的实际值。利用该方法，开头描述的关于列车长度的控制技术误差优化地被补偿。
本发明并不限于在上文所描述的优选的实施例。更确切地说，其变型方案也是可设想的，这些变型方案被随后的权利要求书的保护范围一并包括。因此，例如也可能的是：在用于求实际值的方法中一并考虑附加的或补充的计算步骤，诸如对测量信号的过滤、可信度测试或者同步。
此外，也可设想的是：将测量值检测一并集成到轨道车辆的制动控制装置中。经此，可以利用如下优点：在常规的制动控制装置中已经存在的针对所谓的参考速度的速度计算可以一并被用于减速度控制，该参考速度被用于防滑装置。附加地，由于该措施，也需要更少的电子构件。
附图标记列表
1 车厢
2 最前面的列车部分
3 最后面的列车部分
4 结构单元
5 测量值检测单元
6 减速度控制器/减速力控制器
7 加速度传感器
8 车轮
9 转速传感器
10 角度测量传感器
11 调节环节
aL 纵向减速度
αL 纵向倾斜度
vZ 列车速度
LZ 列车长度
aS (用于减速度控制的)设定值

Claims (14)

1.一种用于确定包括多个车厢(1a-1e)的列车组、尤其是轨道车辆的制动相关的实际值的方法，以执行对列车组的减速度控制的制动，在所述方法中，将纵向减速度(aL)和纵向倾斜度(αL)作为实际值来考虑，由此，通过减速度控制器/减速力控制器(6)根据所希望的制动减速度的预先确定的设定值来确定用于制动器的调节环节(11)的对控制偏差进行补偿的调节值，其特征在于，
-通过定位在最前面的列车部分(2)中的且具有多个传感器(7、9、10)的中央的测量值检测单元(5)为整个列车组执行对制动相关的实际值的检测和/或计算，其中，
-通过减速度控制器/减速力控制器(6)将列车长度(LZ)作为附加的在中央确定的实际值一并考虑，使得
-在计算用于补偿所述控制偏差的调节值时，基于沿着列车长度(LZ)的爬升曲线考虑与列车长度有关地不同的制动需求，所述爬升曲线由在最前面的列车部分(2)中确定的纵向倾斜度(αL)得出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单独地确定针对所述列车组的每个车厢(1a-1e)的与倾斜度相关的纵向减速度(aL)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了计算统一的调节值，求出各个针对每个车厢(1a-1e)的与倾斜度相关的纵向减速度(aL)的平均值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列车长度(LZ)由列车模型计算出，所述列车模型考虑列车组的彼此联接的车厢(1a-1e)的数量以及各车厢的相应的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为附加的在中央确定的实际值，所述列车组的速度(vZ)通过减速度控制器/减速力控制器(6)来考虑。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述速度(vZ)的实际值通过在车轮(8)上的转速测量和/或经由GPS单元和/或经由纯雷达单元来确定。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述纵向减速度(aL)的实际值通过由速度(vZ)的信号的数学的导数和/或通过借助于加速度传感器(7)的测量来确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纵向倾斜度(αL)的实际值通过角度测量传感器(10)和/或经由存储在GPS单元中的高度曲线来确定。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纵向倾斜度(αL)的实际值通过纵向减速度(aL)的由加速度传感器(7)确定的坡度补偿的信号与所述纵向减速度(aL)的经由对速度(vZ)的数学的导数得出的非坡度补偿的信号的比较来实现。
10.一种用于确定包括多个车厢(1a-1e)的列车组、尤其是轨道车辆的制动相关的实际值的装置，以执行对列车组的减速度控制的制动，所述装置将纵向减速度(aL)和纵向倾斜度(αL)作为实际值来考虑，由此，减速度控制器/减速力控制器(6)根据所希望的制动减速度的预先确定的设定值(aS)来确定用于制动器的调节环节(11)的对控制偏差进行补偿的调节值，其特征在于，
-设有定位在最前面的列车部分(2)中的且具有多个传感器(7、9、10)的中央的测量值检测单元(5)，以用于为整个列车组检测和/或计算制动相关的实际值，其中
-所述减速度控制器/减速力控制器(6)将列车长度(LZ)作为附加的在中央确定的实际值来考虑，使得
-在基于沿着列车长度(LZ)的爬升曲线考虑与列车长度有关地不同的制动需求的情况下，计算用于补偿所述控制偏差的调节值，所述爬升曲线由在最前面的列车部分(2)中确定的纵向倾斜度(αL)得出。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量值检测单元(5)由列车模型确定列车长度(LZ)，所述列车模型考虑列车组的彼此联接的车厢(1a-1e)的数量以及各车厢的相应的长度。
12.一种具有多个车厢(1a-1e)的列车组、尤其是轨道车辆，所述列车组具有根据权利要求10或11中任一项所述的装置，其特征在于，所述测量值检测单元(5)和所述减速度控制器/减速力控制器(6)以综合在结构单元(4)中的方式设置在前面的列车部分(2)中。
13.一种具有程序代码模块的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在根据权利要求10或11中任一项所述的电子装置的测量值检测单元(5)和/或减速度控制器/减速力控制器(6)上运行时，所述计算机程序产品用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
14.一种数据载体，在所述数据载体上存储有根据权利要求13所述的计算机程序产品。
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