CN112166056B - 驱控用于操纵车辆的制动器的执行器的控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱控执行器以操纵车辆的制动器的控制装置和方法，基于当前制动压力的实际值或当前压紧力的实际值，压紧参量调节根据预定的额定值确定用于至少一个执行器的调整参量，基于当前减速力的实际值或当前减速力矩的实际值，制动力矩调节根据预定的额定值确定用于至少一个执行器的调整参量，为了压紧参量调节和制动力矩调节，设置有级联调节，在级联调节中，压紧参量调节设置在压紧参量调节单元中并形成内调节环，且制动力矩调节设置在单独地且在地点上与其分开地构造的制动力矩调节单元中并形成外调节环，外调节环实施优先于内调节环的对至少一个执行器的驱控，在特定的车辆运行条件下可切断外调节环，从而内调节环驱控至少一个执行器。

Description

驱控用于操纵车辆的制动器的执行器的控制装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱控至少一个用于操纵车辆、特别是有轨车辆的执行器的制动器的控制装置，其中，基于经由第一传感器测量到的当前制动压力的实际值或所述至少一个执行器的用于压紧到所述制动器上的当前压紧力的实际值，压紧参量调节根据对此预定的额定值确定用于所述至少一个执行器的调整参量，并且其中，但也基于经由第二传感器测量到的在所述制动器处的当前减速力的实际值或当前减速力矩的实际值，制动力矩调节根据对此预定的额定值确定用于所述至少一个执行器的调整参量。此外，本发明还涉及一种具有至少一个车厢的有轨车辆，所述有轨车辆配备有这样的用于制动操纵的控制装置，以及本发明还涉及一种用于运行实现特殊调节的控制装置的方法，所述方法也可构成为一种计算机程序产品。
背景技术
本发明的主要应用领域延及有轨车辆制造业。在此，使用气动式的、机电式的或电磁式的执行器，所述执行器操纵车辆的制动器、例如盘式制动器。对制动操纵提出高的安全性要求，且制动过程要根据限定的预给定额定值来可靠地、可重复地进行。为了满足这些要求，在实践中采用具有不同调节算法的制动驱控，尤其是制动力矩调节或者也可以是压紧参量调节。
在制动力矩调节中，制动的效果通过设置在各制动器(优选制动盘)上的制动力矩传感器或制动力传感器(其测量值也可经由作用半径来换算成制动力矩)确定。根据产生的制动力矩来调节。
而在压紧参量调节中，测量由执行器施加到制动器上的压紧力或(特别是在气动式执行器的情况下的)当前制动压力，根据其进行调节。在此，制动压力也可经由作用面积来按比例地换算成当前作用的压紧力。
由EP 2 890 596 B1得知一种这类的用于驱控执行器的控制装置，所述控制装置在此在分散控制架构方面直接在制动执行器中实施。不过，从中心点、即经由以车厢方式设置的制动控制进行额定值预给定。分散地设置在制动执行器中的控制装置包括额定值调节装置，所述额定值调节装置根据预定的减速参量的额定值FV或MV来生成用于执行器的调整值，所述执行器将该调整值转化成压紧参量。随后，为了车辆的制动，制动器将所述压紧参量的实际值再次转化成减速参量。在调节的范围内，设置有求取压紧参量的实际值的第一传感器，第二传感器求取减速参量的实际值。所述额定值调节装置适当地构成，在预设的车辆运行条件中，为了调节减速参量而将调整值调整为，使得所检测的减速参量的实际值等于减速参量的额定值。此外，上述额定值调节装置也为此适当地构成：在其他预设的车辆运行条件中(例如在车辆的停车状态中)为了调节压紧参量而将调整值调整为，使得所检测的压紧参量的实际值等于其预定的额定值。分散地设置在制动执行器中的额定值调节装置因此(根据车辆的运行条件)不仅实施制动力矩调节还实施压紧参量调节。因此在该现有技术中，以制动执行器的方式根据不同的运行条件来主动地在压紧参量调节和减速参量调节之间进行转换。
在这种情况下，不利的是，由上述额定值调节装置处理或计算的调节参量、例如按照传感器技术求取的实际值和在调节的范围内分别计算的用于补偿额定值偏差的调整值不能被集中在中心点并可在该处被利用，例如用于可信度测试、效果监测和类似目的。此外，集成在局部的制动执行器中的计算能力常常有限，从而不能在该处实施复杂的调节功能或上面提及的附加功能。此外，若出现制动执行器的损坏，则两个调节环、即制动力矩调节和压紧参量调节都可能受到影响，从而在极端情况下仅只能动用与此相比不舒服的紧急制动功能。
发明内容
因此，本发明的目的是，对这类的用于驱控至少一个用于操纵车辆制动器的执行器的控制装置以及由制动器实施的用于驱控所述控制装置的方法这样进一步改进，使得能实现更大的功能范围以及更高的可靠性。
从开头所述的控制装置出发结合本发明所要保护的特征来实现所述目的。
本发明包括设置有特殊的级联调节的技术教导，在所述特殊的级联调节中，压紧参量调节形成内调节环，其中，制动力矩调节设置在单独的且在地点上与其分开地构造的制动力矩调节单元中并形成外调节环。在此，所述外调节环实施优先于所述内调节环的、对所述至少一个执行器的驱控，此外在特定的车辆运行条件下可切断外调节环，从而所述内调节环因此自动地驱控所述至少一个执行器。
换句话说，根据本发明提供一种级联调节，所述级联调节不仅限制外调节环优先于内调节环，而且还对实行所述两个调节环的结构单元在地点上进行分离。由此，相对于现有技术，获得了高度的可靠性，且不是只有唯一的结构单元的计算能力承受实现按照控制技术的功能的负担，从而在必要时在本发明主题的控制架构和调节架构的范围内也可实施另外的按照控制技术的附加功能。
在根据本发明的解决方案中，在包含正常制动情况的车辆正常运行中，用于驱控所述至少一个执行器的外调节环设有先于内调节环的优先级。因此在正常运行中进行经制动转矩调节的制动。然而，在特定的车辆运行条件(其也包含特定的行驶状态)中，例如在车辆的停车状态中，作为实际值用于制动力矩调节的制动力矩不可测量。若出现这样的情况，则切断外调节环并且内调节环因此自动接管对执行器的驱控，所述内调节环进行压紧参量调节，所述压紧参量调节基于通常始终可用的当前制动压力的测量值或当前施加到制动器上的压紧力的测量值。因为例如在车辆的停车状态中也可求取这些测量值。
根据一种对本发明进行改进的措施提出，优选地，为了使用内制动环，所述制动力矩调节单元或所述压紧参量调节单元将为了优先的制动力矩调节设置的额定值换算成适于压紧参量调节的额定值，以便在切断外调节环的情况下以更简单的方式来保证为内调节环预给定额定值。因此，可取消单独地为内调节环预给定额定值。
为了改善可靠性提出，制动力矩调节单元设置在高于所述压紧参量调节单元的控制层上，使得所述制动力矩调节单元构成为与下级控制层的多个压紧参量调节单元结合使用。就这方面而言，不需要制动力矩调节单元与压紧参量调节单元1：1地相配设，由此节约了为实施本发明所需的设备技术方面的花费。上面已讨论的为了压紧参量调节而关闭制动力矩调节的、特定的车辆运行条件或行驶状态不是仅限于车辆的停车状态。不适于实施制动力矩调节的其他条件、如车辆的滑行或输出明显有误的调节参量(例如不可信的传感器测量值或位于期望范围之外的调整参量)也可能导致切断制动力矩调节，从而在级联调节的范围内，内调节环通过压紧参量调节来接管对执行器的驱控。
根据另一种对本发明进行改进的措施提出，特别地在位于上级控制层上的制动力矩调节单元中实施按照控制技术的附加功能，包括调节参量的可信度测试、制动器操纵的效果监测、将数据传输到至少一个另外的功能单元(例如到制动力分配单元、摩擦系数计算单元或记录单元)。如此，可通过与多个压紧参量调节单元的测量值进行比较来实施对按照传感器技术求取的制动力矩测量值的可信度测试。可如下实施对制动器操纵的效果监测：例如将刹车距离的期望范围与实际相比较，这也可用于磨损监测。此外，可通过其他功能单元来进一步使用调节参量，使得在制动系统的范围中设置的制动力分配单元获取关于局部实现的制动力的反馈信息，或摩擦系数计算单元由传感器测量值来计算沿列车的轮-轨接触，从而也可对摩擦系数重构的有效性进行评估。
通过在上级控制层中执行这样的按照控制技术的附加功能，节省了局部地在下级控制层上有限存在的计算能力。以具有程序代码装置的计算机程序产品的形式不仅可以实现制动力矩调节的算法，而且还可以实现压紧参量调节的算法以及可能设置的按照控制技术的附加功能，其中，优选地，根据所分配的功能，相应的控制软件分布到压紧参量调节单元以及制动力矩调节单元上。
原则上，根据本发明的控制装置可以执行器、轮组、转向架或车厢的方式工作，不过优选地，根据第一优选的实施方式规定，每个执行器、每个轮组或每个转向架设置有一个就此而言靠近车轮的压紧参量调节单元，与此相对，每个车厢设置有至少一个制动力矩调节单元。对此备选地，所述至少一个制动力矩调节单元也可更中央地、即为每个有轨车辆设置。在这种情况下，优选地，所述制动力矩调节单元设置在所述有轨车辆的领头车中。然而在任何情况下，内调节环的压紧参量调节靠近车轮地在相配设的压紧参量调节单元中进行。
也可设想的是，在设置在上级控制层上的中央调节单元的范围内，同时运行多个制动力矩调节器。
附图说明
下面借助附图更详细地描述其他对本发明进行改进的措施和本发明的优选实施例的说明。图中：
图1以示意图示出由单个车厢组成的有轨车辆，所述有轨车辆具有设置在其中的控制装置，所述控制装置用于驱控多个执行器以便操纵每个相配设的制动器，
图2以示意图示出由多个车厢组成的有轨车辆，所述有轨车辆具有设置在其中的控制装置，所述控制装置用于驱控多个执行器以便操纵每个相配设的制动器，以及
图3以示意性的框图示出在控制装置的范围内应用的级联调节，所述级联调节用于在不同的控制层上的制动力矩调节以及压紧参量调节。
具体实施方式
根据图1，有轨车辆由单个车厢1组成，所述车厢配备有两个转向架2a和2b，这两个转向架分别具有两个轮组3a和3b(在此示例性地为转向架2a标记)，所述轮组的车轮分别配设有一个执行器4a或4b，各执行器用于操纵(在此未进一步示出的)制动器。在本实施例中，示例性的执行器4a和4b构成为气动式的制动缸。下面描述用于对转向架2a进行制动驱控的控制装置；然而该描述也类似地适用于另一转向架2b。
每个执行器4a和4b配设有一个就此而言靠近车轮的压紧参量调节单元5a或5b。在级联调节的范围内使用的制动力矩调节单元6中央地设置在车厢1中。在此，也可将多个类似地配备的车辆1连接形成一列车。
此外，为了内调节环，每个压紧参量调节单元5a或5b与一个第一传感器7a或7b处于连接，所述第一传感器用于测量当前制动压力的实际值pB。与此相对，为了实现外调节环，制动力矩调节单元6与第二传感器8a或8b处于连接，所述第二传感器用于测量当前由制动器施加到各车轮上的减速力矩MV。
根据图2，由多个车厢1a至1c形成有轨车辆，其中，在此每个执行器4a'、4b'分别设置有一个靠近车轮的压紧参量调节单元5a'、5b'。为这些压紧参量调节单元配设每个有轨车辆的一个唯一的制动力矩调节单元6'。此外，该实施例以类似的方式与上述实施例类似。
图3示出下级控制层的设置在局部的调节单元10a、10b中的多个内调节环与上级控制层的基本上设置在中央调节单元12中的外调节环的配合作用。这样的级联调节可在有轨车辆的上述两种实施例上应用。
在第一内调节环的范围内，执行器4a是气动式的制动缸，所述执行缸的压紧力以本身已知的盘式制动器布置结构的形式作用到制动器9a上。在此，第一传感器7a测量(由执行器4a为了压紧而施加到制动器9a上的)当前制动压力的实际值pB。由第一传感器7a求取的测量值被作为实际值供给存储在压紧参量调节单元5a中的压紧参量调节算法，所述压紧参量调节根据预定的额定值求取用于执行器4a的调整参量ST1，即提高压力或降低压力以便补偿出现的调节偏差。压紧参量调节单元5a的这样的压紧参量调节在这样的级联调节的范围内形成内调节环。
与此相对，通过制动力矩调节来形成外调节环，所述制动力矩调节经由第二传感器8a来测量在制动器9a处的当前减速力矩MV并供制动力矩调节单元6使用。相对于以每个车轮的方式配设的内调节环10a和10b，制动力矩调节单元6设置在上级控制层上并通过数据总线11与其连接以便于双向通信。为了补偿调节偏差，制动力矩调节单元6求取调整参量ST2，在正常运行中，所述调整参量设置用于驱控执行器4a且所述调整参量经由压紧参量调节单元5a传输给所述驱控执行器。
根据所述级联调节的功能，所述外调节环实施优先于所述内调节环的、对执行器4a或4b的驱控，其中，在特定的车辆运行条件下可切断远离车轮设置的外调节环，从而每个执行器4a、4b的内调节环因此自动接管驱控。
在这样的实施例中，上级控制层的位于中央的制动力矩调节单元6作为共同的外调节环配设给多个压紧参量调节单元5a和5b。
本发明不限于上述优选的实施例。而是也可设想对其的改型，所述改型也包括在本发明的保护范围内。因此，例如也可行的是，在制动力矩调节单元内并行地实行多个制动力矩调节算法，并也给一个中央制动力矩调节单元配设有多于两个局部的压紧参量调节单元。此外，根据本发明的解决方案允许以各架构：在所述架构中，制动操纵车辆的未设置在转向架的范围内的车轮。
附图标记列表
1 车厢
2 转向架
3 轮组
4 执行器
5 压紧参量调节单元
6 制动力矩调节单元
7 第一传感器
8 第二传感器
9 制动器
10 局部调节单元
11 数据总线
12 中央调节单元
pB 制动压力的实际值
FB 压紧力的实际值
FV 减速力的实际值
MV 减速力矩的实际值
ST1 压紧参量调节的调整参量
ST2 制动力矩调节的调整参量
SV 用于制动力矩调节的额定值
SB 用于压紧参量调节的额定值

Claims (13)

1.用于驱控用于操纵车辆的制动器的至少一个执行器(4a；4b)的控制装置，
-其中，基于经由第一传感器(7a；7b)测量到的当前制动压力的实际值(pB)或所述至少一个执行器(4a；4b)的用于压紧到所述制动器上的当前压紧力的实际值(FB)，压紧参量调节根据对此预定的额定值确定用于所述至少一个执行器(4a；4b)的调整参量(ST1)，并且
-其中，基于经由第二传感器(8a；8b)测量到的在所述制动器处的当前减速力的实际值(FV)或当前减速力矩的实际值(MV)，制动力矩调节根据对此预定的额定值确定用于所述至少一个执行器(4a；4b)的调整参量(ST2)，
其特征在于，
为了所述压紧参量调节和制动力矩调节，设置有级联调节，在所述级联调节中：
-所述压紧参量调节设置在压紧参量调节单元(5a；5b)中并形成内调节环，并且
-所述制动力矩调节设置在对此构造的制动力矩调节单元(6)中并形成外调节环，其中
-所述外调节环实施优先于所述内调节环的对所述至少一个执行器(4a；4b)的驱控，此外
-在特定的车辆运行条件下能够切断所述外调节环，从而所述内调节环因此驱控所述至少一个执行器(4a；4b)。
2.根据权利要求1所述的控制装置，
其特征在于，
为了使用所述内调节环，所述制动力矩调节单元(6)或所述压紧参量调节单元(5a；5b)将为了制动力矩调节设置的额定值换算成用于压紧参量调节的额定值，以便在切断外调节环的情况下保证为内调节环预给定额定值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，
其特征在于，
所述制动力矩调节设置在单独的且在地点上与所述压紧参量调节单元(5a；5b)分开地构造的制动力矩调节单元(6)中。
4.根据权利要求3所述的控制装置，
其特征在于，
所述制动力矩调节单元(6)在中央调节单元(12)内设置在高于所述压紧参量调节单元(5a；5b)的控制层上，所述压紧参量调节单元相对于所述制动力矩调节单元安设在局部调节单元(10)中，其中，所述制动力矩调节单元(6)构成为用于与多个压紧参量调节单元(5a、5b)结合使用。
5.根据权利要求1或2所述的控制装置，
其特征在于，
所述车辆是有轨车辆。
6.具有至少一个车厢(1)的有轨车辆，在所述车厢上设置有至少两个转向架(2a、2b)，所述转向架分别具有相配设的轮组(3a、3b)，所述轮组的车轮配设有至少一个执行器(4a、4b)，用于经由根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置来操纵制动器，
其特征在于，
每个执行器(4a、4b)、每个轮组(3a、3b)或每个转向架(2a、2b)设置有一个靠近车轮的压紧参量调节单元(5a、5b)，而每个车厢(1)设置有至少一个制动力矩调节单元(6)。
7.具有至少一个车厢(1a-1c)的有轨车辆，在所述车厢上设置有至少两个转向架(2a'、2b')，所述转向架分别具有相配设的轮组(3a'、3b')，所述轮组的车轮配设有至少一个执行器(4a'、4b')，用于经由根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置来操纵制动器，
其特征在于，
每个执行器(4a'、4b')、每个轮组(3a'、3b')或每个转向架(2a'、2b')设置有一个靠近车轮的压紧参量调节单元(5a'、5b')，而每个有轨车辆设置有至少一个制动力矩调节单元(6')。
8.根据权利要求7所述的有轨车辆，
其特征在于，所述制动力矩调节单元设置在所述有轨车辆的领头车(1a)中。
9.用于运行根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置的方法，所述控制装置具有级联调节，该方法包括以下控制逻辑：
-在车辆的正常运行中，使用所述外调节环以先于所述内调节环的优先级来驱控所述至少一个执行器(4a、4b)；
-在特定的车辆运行条件下，切断所述外调节环；以及
-在切断所述外调节环的情况下，自动使用所述内调节环来驱控所述执行器(4a、4b)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
为了使用所述内调节环，将为了制动力矩调节设置的额定值(SV)换算成用于压紧参量调节的额定值(SB)，以便在切断外调节环的情况下保证为内调节环预给定额定值。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述特定的车辆运行条件从一组不适于实施制动力矩调节的条件中选取，包括：
-车辆的停车状态，
-车辆的滑行，
-输出有误的调节参量。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
通过位于上级控制层上的并包含制动力矩调节单元(6)的中央调节单元(12)来实施按照控制技术的附加功能，包括：
-调节参量的可信度测试，
-制动器操纵的效果监测，
-将调节参量数据传输到至少一个另外的功能单元，所述另外的功能单元包括制动力分配单元、摩擦系数计算单元或记录单元。
13.具有程序代码装置的计算机程序产品，用于当所述计算机程序产品在根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置的压紧参量调节单元(5a、5b)以及制动力矩调节单元(6)上运行或存储在计算机可读介质上时实施根据权利要求9至12中任一项所述的方法。
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