DE102005001403B4 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit (18) eines Schienenfahrzeuges (1) auf der Grundlage der von einer Kombination Polrad (6)/Impulsgeber (7) erzeugten frequenzproportionalen Radachsen-Geschwindigkeitssignale, die in einer Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) zur Berechnung einer nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve (18) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass über einen an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) angeschlossenen, in seiner Einbaulage für die Messung einer auftretenden Komponente (22a; 22b) senkrecht zur Fahrtrichtung (23) justierten Beschleunigungsaufnehmer (19) gemessene Beschleunigungswerte (21) in einem Zeitraster (20) in die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) eingelesen werden und dass die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen (3) aus der nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve (18) berechnet und mit den gemessenen Beschleunigungswerten (21) des Beschleunigungsaufnehmers (19) verglichen, ein Korrekturfaktor (M) gebildet, mit dem jeweils der gemessene Beschleunigungswert (21) korrigiert und darauf aufbauend die momentane tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit (18) berechnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs auf der Grundlage der von einer Kombination Polrad/Impulsgeber erzeugten frequenzproportionalen Radachsen-Geschwindigkeitssignale, die in einer Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik zur Berechnung einer nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve verwendet werden.
  • Ein solches Verfahren ist aus der DE 41 37 546 C2 bekannt. Die bekannte Verfahrensweise ist im Hinblick auf wechselnde Haftreibungsbeiwerte zwischen Rad und Schiene auf der Basis einer solchen Maßnahme gestaltet, dass ausgehend von einem in einem Bremszylinder gemessenen Druck und einem diesem entsprechenden Drucksignal und bei Auftreten einer kritischen Verzögerung einer Radachse, d. h. bei steilem Absenken des Druckes im Bremszylinder in kurzer Zeit, der momentane Haftreibungsbeiwert zwischen Rad und Schiene bestimmt wird und wobei mit den ermittelten Haftreibungsbeiwerten die mittlere Fahrzeugverzögerung bestimmt und dementsprechend die der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit durch Berechnung nachgebildete Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert wird. Das Verfahren hat sich bei wechselnden Haftreibungsbeiwerten, bei nasser oder trockener Schiene, bei feuchten Belägen, wie bspw. Laub, durchaus bewährt und wird entsprechend eingesetzt.
  • Es wurde jedoch festgestellt, dass bei einem hohen Schlupf der Achsen des Fahrzeugs die nachgebildete Fahrzeuggeschwindigkeit sich von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit entfernt. Außerdem bewirken Steigungen, Gefälle und Kurven im Schienenverlauf und gelegentlich auftretende Schwingungen am Fahrzeug eine gewisse Verfälschung der Berechnung.
  • Aus der DE-AS 28 13 078 ist ein Inertial-Beschleunigungsmesser BM bekannt, wobei dessen Anwendung auf nicht angetriebene oder gebremste Räder des Schienenfahrzeugs bezogen ist. Es wird außerdem nicht die gattungsgemäß vorausgesetzte Gleitschutzelektronik eingesetzt, die zwischenzeitlich ein fester Bestandteil in der Bremstechnik der Eisenbahnfahrzeuge geworden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit deshalb auch unter Berücksichtigung der Einflüsse von Steigungen, Gefälle und Kurven im Schienenverlauf und auf auftretende Schwingungen am Fahrzeug zu erstrecken.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über einen an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik angeschlossenen, in seiner Einbaulage für die Messung einer auftretenden Komponente senkrecht zur Fahrtrichtung justierten Beschleunigungsaufnehmer gemessene Beschleunigungswerte in einem Zeitraster in die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik eingelesen werden und dass die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen aus der nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve berechnet und mit den gemessenen Beschleunigungswerten des Beschleunigungsaufnehmers verglichen, ein Korrekturfaktor gebildet, mit dem jeweils der gemessene Beschleunigungswert korrigiert und darauf aufbauend die momentane tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird. Der Vorteil ist der Beschleunigungsaufnehmer, der gestattet, aufgrund des Korrekturfaktors auch an Steigungen, Gefällen und Kurven und bei auftretenden Schwingungen am Fahrzeug die tatsächliche Geschwindigkeit unter den zusätzlichen Bedingungen zu berechnen.
  • Nach weiteren Merkmalen ist ein solcher Beschleunigungsaufnehmer vorteilhaft, der Beschleunigungen im Bereich ±0,1 bis ±5,0 m/sec2 misst.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der Schienenweg-Steigungs-Winkel oder ein Gefälle-Winkel über den Korrekturfaktor ermittelt wird.
  • Die in der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik vorzunehmende Berechnung erfolgt über die Gleichungen V = V0 + t1∫t2agemessen(t)·dt (1) und M = aAchse + agemessen, (2) wobei M = Korrekturfaktor, aAchse = berechnete Radachsenbeschleunigung ist und akorrigiert = agemessen + M, (3) so dass die tatsächliche Geschwindigkeit V = V0 + t1∫t2akorrigiert(t)·dt (4) ist.
  • Die Einrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs mit einem oder mehreren, an eine Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik angeschlossenen Sensoren aus Polrad und Impulsgeber, deren Messsignale zur Berechnung einer Nachbildung einer Geschwindigkeitskurve zugrunde gelegt werden, ist nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung derart gestaltet, dass an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik zumindest ein Beschleunigungsaufnehmer angeschlossen ist, der Beschleunigungswerte für zumindest eine Fahrtrichtung und deren Komponenten erzeugt, dass der Beschleunigungsaufnehmer in seiner Einbaulage für die Messung einer auftretenden Komponente senkrecht zur Fahrtrichtung justiert ist, und dass die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen aus der Nachbildung der Geschwindigkeitskurve berechnet, mit den gemessenen Beschleunigungswerten des Beschleunigungsaufnehmers vergleicht, einen Korrekturfaktor bildet, mit dem jeweils der gemessene Beschleunigungswert korrigiert wird, und darauf aufbauend die momentane tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Dadurch können sichere Werte für die Hauptfahrtrichtungen nach vorwärts und nach rückwärts für die Berechnung gewonnen werden.
  • Ferner ist eine Weiterbildung vorgesehen, aufgrund deren der in der justierten Betriebsstellung befindliche Beschleunigungsaufnehmer ein optisches und/oder ein akustisches Positionssignal auslöst.
  • Für die praktische Anordnung der Schaltkreise wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Beschleunigungsaufnehmer innerhalb der Mikrocomputer-Gleitschutzschaltung einen Teil der Schaltung bildet oder außerhalb der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik an eine getrennte Elektronik angeschlossen ist, die mit der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik zusammenwirkt.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird.
  • Es zeigen:
  • 1A eine linke Hälfte eines Blockschaltbildes für die gesamte Mess- und Steuereinrichtung eines Bremssystems für ein Schienenfahrzeug,
  • 1B die zu 1A gehörende rechte Hälfte,
  • 2A das Schienenfahrzeug auf der Horizontalen zur Beschleunigungsermittlung,
  • 2B das Schienenfahrzeug aus 2A an einer Steigung,
  • 2C das Schienenfahrzeug aus 2A an einem Gefälle
  • 3 ein Diagramm eines Geschwindigkeitsverlaufs und
  • 4 ein Diagramm der zugehörigen Beschleunigungskurve mit dem zugehörigen Zeitraster.
  • Das Schienenfahrzeug 1 (1A und 1B) besitzt innerhalb eines Tragrahmens 2 Drehgestelle, die sich auf Radachsen 3 mit Paaren von Rädern 4 stützen. Auf jeder Radachse 3 ist ein Sensor 5, bestehend aus einem Polrad 6 und einem Impulsgeber 7 angebracht. Die Sensoren 5 sind jeweils mit einer Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 verbunden.
  • Das Bremssystem beruht auf den an Bremsscheiben 9 angreifenden Bremsbackenpaaren 10, die jeweils über ein Bremsgestänge 11 und Bremszylinder 12 an einzelne Auslassventile 13 angeschlossen und zu einem (nicht dargestellten) Steuerventil pneumatisch betätigbar geführt sind. Die Auslassventile 13 sind über Signalleitun gen 14 mit der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 verbunden. Ebenso sind die Sensoren 5 an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 angeschlossen. Die Hauptluftleitung 15 steht über einen Druckschalter 16 ebenso wie eine Ansteuerung einer MG-Bremse 17 mit der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 in Verbindung. Mit der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 kann eine nachstehend genauer beschriebene Geschwindigkeitskurve 18 (3) erzeugt werden.
  • Gemäß den 1A und 1B ist an die Microcomputer-Gleitschutzelektronik 8 (1B) ein Beschleunigungsaufnehmer 19 angeschlossen. Über ein Zeitraster 20 (4) werden die von der Geschwindigkeitskurve 18 abgeleiteten Beschleunigungswerte 21 durch eine Abtastung 22 eingelesen.
  • Die Beschleunigungswerte 21 sind als +a und –a über der x-Achse des Systems aufgetragen. Die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen 3 wird berechnet und mit den gemessenen Werten des Beschleunigungsaufnehmers 19 verglichen und ein Korrekturfaktor M gebildet. Mit dem Korrekturfaktor M wird der jeweils gemessene Beschleunigungswert 21 korrigiert und darauf aufbauend wird die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit 18 erneut berechnet.
  • Der Beschleunigungsaufnehmer 19 ist aus handelsüblichen Elementen derart ausgewählt, dass Beschleunigungen im Bereich ±0,1 bis ±5,0 m/sec2 gemessen werden können.
  • Gemäß den 2A, 2B und 2C kann ein Schienenweg-Steigungswinkel α oder ein Gefälle-Winkel α über den Korrekturfaktor M ermittelt werden. Der Korrekturfaktor M wird über folgende Gleichungen bestimmt: V = V0 + t1∫t2agemessen(t)·dt (1) und M = aAchse + agemessen, (2) wobei M = Korrekturfaktor ist, aAchse = berechnete Radachsenbeschleunigung ist und akorrigiert = agemessen + M, (3) so dass die tatsächliche Geschwindigkeit V = V0 + t1∫t2akorrigiert(t)·dt (4) ist.
  • Die Einrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit 18 eines Schienenfahrzeugs 1 ergibt sich aus den 1A und 1B mit mehreren an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 angeschlossenen Sensoren 5, jeweils bestehend aus dem Polrad 6 und dem Impulsgeber 7, der Messsignale zur Berechnung einer Nachbildung der Geschwindigkeitskurve 18 zugrunde gelegt werden.
  • An die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik 8 ist zumindest ein Beschleunigungsaufnehmer 19 angeschlossen, der die Beschleunigungswerte 21 für zumindest eine Fahrtrichtung 23 und für Gesamt-Komponenten 23a misst. Die Beschleunigungswerte 21 können positiv (+a) oder negativ (–a) sein (2A). An einer Steigung (2B) ergibt sich eine Gesamt-Komponente 23a bei einem Steigungswinkel α in Fahrtrichtung 23 aufwärts zu einer Gesamt-Komponente 23b mit einer tatsächlichen Beschleunigung 24 bei einer gemessenen Gesamt-Komponente 23a. Für ein Gefälle (2C) mit dem Gefällewinkel α wird die Gesamt-Komponente 23a, die Gesamt-Komponente 23b und die tatsächliche Beschleunigung 24 je nach dem Geschwindigkeitswert positiv oder negativ und je nach Fahrtrichtung 23 ermittelt.
    • 1
    Schienenfahrzeug
    2
    Tragrahmen
    3
    Radachse
    4
    Rad
    5
    Sensor
    6
    Polrad
    7
    Impulsgeber
    8
    Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik
    9
    Bremsscheibe
    10
    Bremsbackenpaar
    11
    Bremsgestänge
    12
    Bremszylinder
    13
    Auslassventil
    14
    Signalleitung
    15
    Hauptluftleitung
    16
    Druckschalter
    17
    MG-Bremse
    18
    Geschwindigkeitskurve
    19
    Beschleunigungsaufnehmer
    20
    Zeitraster
    21
    Beschleunigungswerte
    22
    Abtastung
    23
    Fahrtrichtung
    23a
    Gesamt-Komponente der Beschleunigung
    23b
    Gesamt-Komponente der Beschleunigung
    24
    tatsächliche Beschleunigung

Claims (7)

  1. Verfahren zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit (18) eines Schienenfahrzeuges (1) auf der Grundlage der von einer Kombination Polrad (6)/Impulsgeber (7) erzeugten frequenzproportionalen Radachsen-Geschwindigkeitssignale, die in einer Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) zur Berechnung einer nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve (18) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass über einen an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) angeschlossenen, in seiner Einbaulage für die Messung einer auftretenden Komponente (22a; 22b) senkrecht zur Fahrtrichtung (23) justierten Beschleunigungsaufnehmer (19) gemessene Beschleunigungswerte (21) in einem Zeitraster (20) in die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) eingelesen werden und dass die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen (3) aus der nachgebildeten Fahrzeug-Geschwindigkeitskurve (18) berechnet und mit den gemessenen Beschleunigungswerten (21) des Beschleunigungsaufnehmers (19) verglichen, ein Korrekturfaktor (M) gebildet, mit dem jeweils der gemessene Beschleunigungswert (21) korrigiert und darauf aufbauend die momentane tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit (18) berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungsaufnehmer (19) Beschleunigungen im Bereich ±0,1 bis ±5,0 m/sec2 misst.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schienenweg-Steigungs-Winkel (α) oder ein Gefälle-Winkel (α) über den Korrekturfaktor (M) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (M) wie folgt bestimmt wird: V = V0 + t1∫t2agemessen(t)·dt (1) und M = aAchse + agemessen, (2) wobei M = Korrekturfaktor, aAchse = berechnete Radachsenbeschleunigung ist und akorrigiert = agemessen + M, (3) so dass die tatsächliche Geschwindigkeit V = V0 + t1∫t2akorrigiert(t)·dt (4) ist.
  5. Einrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit (18) eines Schienenfahrzeugs (1) mit einem oder mehreren an eine Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) angeschlossenen Sensoren (5) aus Polrad (6) und Impulsgeber (7), deren Messsignale zur Berechnung einer Nachbildung einer Geschwindigkeitskurve (18) zugrunde gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) zumindest ein Beschleunigungsaufnehmer (19) angeschlossen ist, der Beschleunigungswerte (21) für zumindest eine Fahrtrichtung (23) und deren Komponenten (23a; 23b) erzeugt, dass der Beschleunigungsaufnehmer (19) in seiner Einbaulage für die Messung einer auftretenden Komponente (23a; 23b) senkrecht zur Fahrtrichtung (23) justiert ist, und dass die Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) die Beschleunigung von nicht im Schlupfzustand befindlichen Radachsen aus der Nachbildung der Ge schwindigkeitskurve (18) berechnet, mit den gemessenen Beschleunigungswerten (21) des Beschleunigungsaufnehmers (19) vergleicht, einen Korrekturfaktor (M) bildet, mit dem jeweils der gemessene Beschleunigungswert (21) korrigiert wird, und darauf aufbauend die momentane tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit (18) berechnet.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in der justierten Betriebsstellung befindliche Beschleunigungsaufnehmer (19) ein optisches und/oder ein akustisches Positionssignal auslöst.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Beschleunigungsaufnehmer (19) innerhalb der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) einen Teil der Schaltung bildet oder außerhalb der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) an eine getrennte Elektronik angeschlossen ist, die mit der Mikrocomputer-Gleitschutzelektronik (8) zusammenwirkt.
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