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Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung eines Fahrzeugs mit einer kraftschlussabhängigen dynamischen ersten Bremse, die ein erstes Bremsmoment in einen Radsatz eines Fahrzeugs einleitet und mit einer kraftschlussabhängigen nicht dynamischen zweiten Bremse, die ein zweites Bremsmoment in den Radsatz des Fahrzeugs einleitet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Bremsverfahren einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, bei dem eine kraftschlussabhängige dynamische erste Bremse ein erstes Bremsmoment in einen Radsatz eines Fahrzeugs einleitet und bei dem eine kraftschlussabhängige nicht dynamische zweite Bremse ein zweites Bremsmoment in den Radsatz des Fahrzeugs einleitet.
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Da sich im Verlauf einer Anhaltebremsung das Bremsmoment der dynamischen ersten Bremsen zum Stillstand hin erschöpft, ist zum sicheren Anhalten die nicht dynamischen zweiten Bremse erforderlich, die ihr zweites Bremsmoment bis zum Stillstand des Fahrzeugs in den Radsatz einleiten kann.
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Eine gattungsgemäße Bremseinrichtung und ein gattungsgemäßes Bremsverfahren sind beispielsweise aus der Druckschrift
WO 2011/050950 A1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine Notbremseinrichtung mit einer generatorischen Bremse und einer elektro-pneumatischen Reibungsbremse. Ein erstes Steuergerät dient zur Steuerung der elektro-pneumatischen Reibungsbremse und ein zweites Steuergerät dient zur Steuerung der generatorischen Bremse. Beide Steuergeräte beinhalten jeweils eine geschwindigkeitsbezogene Kennlinie. Dabei zieht das erste Steuergerät Geschwindigkeitssignale von Geschwindigkeitssensoren heran, um anhand seiner Kennlinie einen Soll-Vorsteuerdruck für ein Relaisventil zu ermitteln, wobei ein vom Relaisventil aufgrund des Vorsteuerdrucks erzeugter Bremsdruck gemessen und dem Steuergerät rückgemeldet wird.
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Anhand der Kennlinie des zweiten Steuergerätes wird eine von der jeweils gefahrenen Geschwindigkeit abhängige generatorische Bremskraft erzeugt. Jede der beiden Kennlinien kennzeichnet also jeweils die Abhängigkeit eines Sollwerts von der jeweils gefahrenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dabei sind die geschwindigkeitsbezogene Kennlinien der beiden Steuergeräte so aufeinander abgestimmt, dass die Notbremskräfte beider Bremsen eine vorgegebene Verzögerung der Notbremse erreichen, wobei die beiden Steuergeräte durch bidirektionale elektrische Leitungen miteinander kommunizieren, um ein „blending“ auszuführen. Unter „blending“ wird dabei verstanden, die Bremskraft der Bremseinrichtung zur Schonung der verschleißbehafteten elektro-pneumatischen Reibungsbremse aus einem von der generatorischen Bremse gelieferten ersten Anteil und einem von der elektro-pneumatischen Reibungsbremse gelieferten zweiten Anteil zusammen zu setzen.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine Bremseinrichtung und ein Bremsverfahren der oben genannten Art anzugeben, die das Ausführen eines „blendings“ erleichtert und die Möglichkeit schafft, eine vorgegebene Verzögerung des Fahrzeugs sicher einzuhalten.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Bremseinrichtung durch eine Bremsmomentstütze, an der über eingangsseitige Wirkverbindungen mit den beiden Bremsen die beiden Bremsmomente abgestützt sind und mittels derer über eine ausgangsseitige Wirkverbindung mit dem Fahrzeug ein aus den beiden Bremsmomenten resultierendes Gesamtbremsmoment am Fahrzeug abgestützt ist, wobei die Bremsmomentstütze eine Messeinrichtung aufweist, die geeignet ausgebildet ist einen Ist-Wert einer dem Gesamtbremsmoment entsprechenden Messgröße zu erfassen.
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Als vorteilhaft wird es dabei angesehen, wenn das Gesamtbremsmoment mittels der Bremsmomentstütze über die ausgangsseitige Wirkverbindung an einem Drehgestell des Fahrzeugs abgestützt ist. Bevorzugt ist hierbei die erste Bremse eine rotierende Wirbelstrombremse und die zweite Bremse eine direkt oder indirekt wirkende pneumatische Reibungsbremse, da diese in besonders vorteilhafter Weise unter Bildung einer kombinierten Retarder-Reibungsbremseneinheit einem auf einer Achse eines Radsatzes befestigten Reibungselement zugeordnet werden können, so wie dies ausführlich in der Druckschrift
WO 2011/144526 A1 beschrieben ist.
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Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung schafft in vorteilhafter Weise die Möglichkeit – durch eine Auswertung des Ist-Wertes der einen und dabei einzigen dem Gesamtbremsmoment entsprechenden Messgröße – das Gesamtbremsmoment als die zu regelnde Größe zu nutzen.
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Als vorteilhaft wird dabei eine Regeleinrichtung angesehen, die geeignet ausgebildet ist, den Ist-Wert der Messgröße zu erfassen und mindestens eine regelbare Größe einer der beiden Bremsen derart zu regeln, dass das aus dem Ist-Wert bestimmte Gesamtbremsmoment einem Sollwert entspricht.
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Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet ist, in Abhängigkeit des vorgegebenen Sollwertes eine erste Größe zu regeln, die das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen dynamischen Bremse steuert. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des Sollwertes einen Erregerstrom der rotierenden Wirbelstrombremse zu regeln.
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Außerdem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Sollwertes eine zweite Größe zu regeln, die das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse steuert. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des Sollwertes zumindest ein Ansteuersignal einer Ventileinrichtung der pneumatischen Bremse zu regeln.
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Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zur Regelung der zweiten Größe zumindest eine Logik ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente der Regeleinrichtung umgesetzt ist; wenn also die Regeleinrichtung eine Logikeinrichtung aufweist, mittels derer zur Regelung der zweiten Größe die zumindest eine Logik ausschließlich durch elektronische Bauelemente umgesetzt ist. Alternativ hierzu kann zur Regelung der zweiten Größe zumindest eine Logik als programmierbare Logik umgesetzt sein; die Umsetzung der Logik kann also alternativ auch durch eine geeignete Software erfolgen.
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Es können verschiedene Logiken vorgesehen sein, um eine kontinuierliche Bremsmomentablösung von der kraftschlussabhängigen dynamischen ersten Bremse zur kraftschlussabhängigen nicht dynamischen zweiten Bremse besonders vorteilhaft zu gestalten. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Bremsmomentablösung mittels der Logiken derart gestaltet, dass auch in einer Anhaltephase das Bremsvermögen der kraftschlussabhängigen dynamischen ersten Bremse genutzt werden kann und die kraftschlussabhängige nicht dynamische zweiten Bremse nur soviel wie nötig hinzubremst. Das Gesamtbremsmoment wird also nicht nur bei hohen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeiten über 80 km/h) sondern insbesondere auch in der Anhaltephase (Geschwindigkeiten unter 80 km/h bis zum Stillstand des Fahrzeugs) primär durch Erhöhen bzw. Verringern der das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen dynamischen Bremse steuernden ersten Größe geregelt, solange dieses Bremsmoment nicht erschöpft ist. Die kraftschlussabhängige nicht dynamische Bremse wird in der Anhaltephase erst dann herangezogen, wenn das Bremsvermögen der kraftschlussabhängigen dynamischen Bremse nicht mehr ausreicht.
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Um diese kontinuierliche Bremsmomentablösung sicher zu stellen ist vorzugsweise eine erste Logik geeignet ausgebildet, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse ihr maximales Bremsmoment erreicht hat und das Gesamtbremsmoment trotzdem kleiner als der Sollwert ist.
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Alternativ zur ersten Logik kann eine zweite Logik geeignet ausgebildet sein, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamische Bremse ihr maximales Bremsmoment erreicht hat und das Gesamtbremsmoment trotzdem kleiner als der Sollwert ist und außerdem zum Einen ein Freigabe-Signal zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt und zum Anderen kein Notfahrt-Signal anliegt.
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Außerdem kann eine dritte Logik geeignet ausgebildet sein, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse gesenkt wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse nicht ihr maximales Bremsmoment erreicht hat oder kein Bremsmoment erzeugt und das Gesamtbremsmoment trotzdem größer als der Sollwert ist und/oder kein Freigabe-Signal zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt und/oder ein Notfahrt-Signal anliegt.
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Alternativ zur dritten Logik kann eine vierte Logik geeignet ausgebildet sein, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse gesenkt wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse nicht ihr maximales Bremsmoment erreicht hat oder kein Bremsmoment erzeugt und das Gesamtbremsmoment trotzdem größer als der Sollwert ist oder wenn kein Freigabe-Signal zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt oder wenn ein Notfahrt-Signal anliegt.
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Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Bremsverfahren dadurch, dass an einer Bremsmomentstütze über eingangsseitige Wirkverbindungen mit den beiden Bremsen die beiden Bremsmomente abgestützt sind und dass mittels der Bremsmomentstütze über eine ausgangsseitige Wirkverbindung mit dem Fahrzeug ein aus den beiden Bremsmomenten resultierendes Gesamtbremsmoment am Fahrzeug abgestützt ist, wobei eine Messeinrichtung die Bremsmomentstütze einen Ist-Wert einer dem Gesamtbremsmoment entsprechenden Messgröße erfasst.
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Vorzugsweise erfasst dabei eine Regeleinrichtung den Ist-Wert der Messgröße und regelt mindestens eine regelbare Größe einer der beiden Bremsen derart, dass das aus dem Ist-Wert bestimmte Gesamtbremsmoment einem Sollwert entspricht.
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So kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit des Sollwertes eine erste Größe regelt, die das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen dynamischen Bremse steuert. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit des Sollwertes eine zweite Größe regelt, die das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse steuert.
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Vorzugsweise wird eine erste Logik der Regeleinrichtung ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente umgesetzt und regelt die zweite Größe derart, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamische Bremse ihr maximales Bremsmoment erreicht hat und das Gesamtbremsmoment trotzdem kleiner als der Sollwert ist. Alternativ kann eine zweite Logik der Regeleinrichtung ebenfalls ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente umgesetzt werden und die zweite Größe derart regeln, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamische Bremse ihr maximales Bremsmoment erreicht hat und das Gesamtbremsmoment trotzdem kleiner als der Sollwert (Mges.Soll) ist und außerdem zum Einen ein Freigabe-Signal zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt und zum Anderen kein Notfahrt-Signal anliegt.
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Ferner kann eine dritte Logik der Regeleinrichtung, die ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente umgesetzt ist, die zweite Größe derart regelt, dass das Bremsmoment kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse gesenkt wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse nicht ihr maximales Bremsmoment erreicht hat oder kein Bremsmoment erzeugt und das Gesamtbremsmoment trotzdem größer als der Sollwert ist. Alternativ kann eine vierte Logik der Regeleinrichtung, die ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente umgesetzt ist, die zweite Größe derart regelt, dass das Bremsmoment der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse gesenkt wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse nicht ihr maximales Bremsmoment erreicht hat oder kein Bremsmoment erzeugt und das Gesamtbremsmoment trotzdem größer als der Sollwert ist oder wenn kein Freigabe-Signal zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt oder wenn ein Notfahrt-Signal anliegt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in der
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1 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug mit Radsätzen, bei dem jedem der Radsätze eine erfindungsgemäße Bremseinrichtungen zugeordnet ist, in der
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2 und 3 zwei Ansichten eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung, in der
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4 eine schematische Darstellung des strukturierten Aufbaus einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung, in der
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5 eine schematische Darstellung des strukturierten Aufbaus einer herkömmlichen Bremseinrichtung mit einer nicht dynamischen Bremse, deren Verhalten bei einem Gleitschutzeingriff bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung modelliert wird, in der
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6 eine schematische Darstellung des strukturierten Aufbaus einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung und in der
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7 eine schematische Darstellung des strukturierten Aufbaus einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung dargestellt.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeug 1 in Form eines Schienenfahrzeugs mit Drehgestellen 2 mit jeweils zwei Radsätzen 3 und mit den Radsätzen 3 zugeordneten erfindungsgemäßen Bremseinrichtungen 4.
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Gemäß den 2 und 3 umfasst die erfindungsgemäße Bremseinrichtung 4 einerseits eine kraftschlussabhängige dynamische erste Bremse 5 in Form einer rotierenden Wirbelstrombremse (im Folgenden auch kurz als „Retarder“ bezeichnet), die ein erstes Bremsmoment M1 in den zugeordneten Radsatz 3 des Fahrzeugs einleitet und andererseits eine kraftschlussabhängige nicht dynamische zweite Bremse 6 in Form einer indirekt wirkende pneumatische Reibungsbremse (im Folgenden auch kurz als „Stoppbremse“ bezeichnet), die ein zweites Bremsmoment M2 in den Radsatz 3 einleitet.
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Teile der beiden Bremsen
5 und
6 bilden eine Retarder-Reibungsbremsen-Einheit
7, wie Sie im Wesentlichen bereits aus der Druckschrift
WO 2011/144526 A1 bekannt ist. Ein Stator
8 des Retarders ist dabei beispielsweise in zwei Statorteile
8A,
8B aufgeteilt, zwischen denen ein einteiliger Rotor
9 auf einer Achse
10 des Radsatzes
3 befestigt ist. Dem äußeren Umfang des Rotors
9 gegenüberliegend ist ein Reibungselement
11 der Stoppbremse
6 angeordnet, das mittels eines Krafterzeugers in Form eines indirekten Federspeicherzylinders
12 unter Erzielung einer Reibungsbremsung im Bedarfsfalle gegen den äußeren Umfang des Rotors
9 geführt werden kann.
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Wie die 2 3 zeigt, umfasst die erfindungsgemäße Bremseinrichtung 4 eine Bremsmomentstütze 13, an der über eingangsseitige Wirkverbindungen 14A, 14B und 15 mit den beiden Bremsen 5, 6 die beiden der Drehrichtung r entgegen gerichteten Bremsmomente M1 und M2 abgestützt sind und mittels derer über eine ausgangsseitige Wirkverbindung 16 mit dem Fahrzeug ein aus den beiden Bremsmomenten M1 und M2 resultierendes Gesamtbremsmoment Mges am Fahrzeug abgestützt ist.
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Anstelle der gezeigten Ausführungsform kann auch eine alternative Ausführungsform umgesetzt sein, bei der das Bremsmoment der M2 der Stoppbremse mittelbar über den Stator des Retarders an der Bremsmomentstütze abgestützt ist; bei der also der Stator des Retardes Teil der eingangsseitigen Wirkverbindung ist, mittels derer das Bremsmoment M2 der Stoppbremse an der Bremsmomentstütze abgestützt ist.
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Das Gesamtbremsmoment Mges ist mittels der Bremsmomentstütze 13 über die ausgangsseitige Wirkverbindung 16 am Drehgestell 2 abgestützt, das den Radsatz 3 des Fahrzeugs trägt, auf den das Gesamtbremsmoment Mges wirkt.
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Die Bremsmomentstütze 13 weist im Zuge der ausgangsseitigen Wirkverbindung 16 eine Messeinrichtung 17 auf, die geeignet ausgebildet ist, einen Ist-Wert Fges.Ist einer dem Gesamtbremsmomentes Mges entsprechenden Messgröße F zu erfassen.
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Die 4, 6 und 7 zeigen drei Ausführungsformen 104, 204 und 304 der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung. Bei allen drei Ausführungsformen umfasst die kraftschlussabhängige dynamische erste Bremse 5 (hier der Retarder) neben den bereits in der 2 gezeigten Teilen eine über eine Versorgungsleitung L1.1 an eine Ansteuerung 18 des Retarders angeschlossene Energieversorgung 19. Dabei ist die Ansteuerung 18 über eine Verbindungsleitung L1.2 mit dem Retarder verbunden. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Bremseinrichtung ein Bremssteuergerät 20, das im Folgenden auch als Gleitschutzgerät bezeichnet ist, da es Gleitschutzsignale S1, S2 erzeugt und somit auch eine Gleitschutzfunktion erfüllt. Zum Erfassen eines Bremssignals – hier in Form eines Schnellbremssignals SBS – ist ein Eingang E2 des Bremssteuergerätes 20 über eine Verbindungsleitung L2 an einen Ausgang einer Bremssteuerleitung 21 angeschlossen, wobei die Bremssteuerleitung hier eine Schnellbremsschleife ist.
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Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Bremseinrichtung über eine hier als Ganzes mit 22 bezeichnete Steuer- und Regelelektronik. Die Steuer- und Regelelektronik 22 weist eine Bremssteuereinrichtung 23, eine Gleitschutzsteuereinrichtung 24 und eine Regeleinrichtung 25 auf, wobei die Regeleinrichtung 25 einen Signalwandler 26, einen elektronischen Regler 27, ein elektronisches UND-Glied 28 sowie ein elektronisches ODER-Glied 29 umfasst.
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Zum Erfassen des Schnellbremssignals SBS ist außerdem ein erster Eingang E3 der Bremssteuereinrichtung 23 über eine Verbindungsleitung L3 an einen Ausgang A3 der Bremssteuerleitung (Schnellbremsschleife) 21 angeschlossen. Ein zweiter Eingang E4 der Bremssteuereinrichtung 23 ist über eine Verbindungsleitung L4 mit einem ersten Ausgang A4 des Bremssteuergerätes 20 verbunden ist, um vom Bremssteuergerätes 20 einen dem Schnellbremssignals SBS entsprechenden vorgegebenen Sollwert MSoll abzurufen.
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Ein Ausgang A5 der Bremssteuereinrichtung 23 ist über eine Verbindungsleitung L5 mit einem ersten Eingang E5 der Gleitschutzsteuereinrichtung 21 verbunden, um den vorgegebenen Sollwert MSoll an die Gleitschutzsteuereinrichtung 21 weiter zu leiten.
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Zur Übermittlung der binären Gleitschutzsignale S1, S2 sind ein zweiter Eingang E6.1 über eine Verbindungsleitung L6.1 mit einem zweiten Ausgang A6.1 des Bremssteuergerätes 20 und ein dritter Eingang E6.2 über eine Verbindungsleitung L6.2 mit einem dritten Ausgang A6.2 des Bremssteuergerätes 20 verbunden.
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Weiterhin verbindet eine Verbindungsleitung L7 einen mit E7 bezeichneten ersten Eingang des elektronischen Reglers 27, der zugleich ein erster Eingang der Regeleinrichtung 25 ist, mit einem Ausgang A7 der Gleitschutzsteuereinrichtung 21.
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Ferner verbindet eine Verbindungsleitung L8 einen mit E8 bezeichneten Eingang des Signalwandler 26, der zugleich ein zweiter Eingang der Regeleinrichtung 25 ist, mit einem Ausgang A8 der Messeinrichtung 17, wobei ein Ausgang A9 des Signalwandlers 26 über eine Verbindungsleitung L9 mit einem zweiten Eingang E9 des elektronischen Reglers 27 verbunden ist.
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Ein mit A10 bezeichneter erster Ausgang des elektronischen Reglers 27 ist über eine Verbindungsleitung L10 an einen nicht invertierten ersten Eingang E10 des UND-Gliedes 28 angeschlossen.
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Ein mit A11 bezeichneter zweiter Ausgang des elektronischen Reglers 27 ist über eine Verbindungsleitung L11 an einen nicht invertierten ersten Eingang E11 des ODER-Gliedes 29 angeschlossen.
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Zur Übergabe eines binären Freigabe-Signals S3 ist ein Ausgang A12 des Bremssteuergerätes 20 zum Einen über eine Verbindungsleitung L12.1 an einen nicht invertierten zweiten Eingang E12.1 des UND-Gliedes 28 und zum Anderen über eine Verbindungsleitung L12.2 an einen invertierten zweiten Eingang E12.2 des ODER-Gliedes 29 angeschlossen.
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Zur Übergabe eines binären Notfahrt-Signals S4 ist außerdem ein Ausgang A13 einer Notfahrt-Schleife 30 zum Einen über eine Verbindungsleitung L13.1 an einen invertierten dritten Eingang E13.1 des UND-Gliedes 28 und zum Anderen über eine Verbindungsleitung L13.2 an einen nicht invertierten dritten Eingang E13.2 des ODER-Gliedes 29 angeschlossen.
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Zur Regelung der Ansteuerung 18 des Retarders ist ein mit A14 bezeichneten dritter Ausgang des elektronischen Reglers 27, der zugleich ein erster Ausgang der Regeleinrichtung 25 ist, über eine Leitung L14 mit einem Eingang E14 der Ansteuerung 18 verbunden.
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Zur Regelung einer dem Federspeicherzylinders 12 vorgeschalteten elektropneumatischen Ventileinrichtung 31 ist zum Einen ein Ausgang A15.1 des UND-Gliedes 28, der zugleich ein zweiter Ausgang der Regeleinrichtung 25 ist, über eine Verbindungsleitung L15.1 an einen Eingang E15.2 eines ersten Wechselventils 32 angeschlossen. Das erste Wechselventils 32 ist ein 2/2-Wegeventil, das ein Halteventil bildet. Zum Anderen ist ein Ausgang A15.2 des ODER-Gliedes 29, der zugleich ein dritter Ausgang der Regeleinrichtung 25 ist, über eine Verbindungsleitung L15.2 an einen Eingang E15.2 eines zweiten Wechselventils 33 der Ventileinrichtung 31 angeschlossen. Das zweite Wechselventils 33 ist ein 2/2-Wegeventil, das ein Belüftungsventil bildet.
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Ein pneumatischer Eingang E16.1 der Ventileinrichtung 31 ist über eine pneumatische Anschlussleitung L16.1 mit einem pneumatischen Ausgang A16 einer Hauptluftbehälterleitung 34 des Fahrzeugs verbunden. Über eine pneumatische Anschlussleitung L16.2 kann eine hier nicht dargestellte weitere Ventileinrichtung angeschlossen sein, die einem ebenfalls nicht dargestellten Krafterzeuger einer weiteren Achse des gleichen Drehgestells vorgeschaltet ist. Über eine pneumatische Anschlussleitung L17 ist ein pneumatischer Ausgang A17 der Ventileinrichtung 31 mit einem Eingang E17 einer Druckkammer 35 des Federspeicherzylinders 12 verbunden.
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In einer ersten Schaltstellung der Ventileinrichtung 31, bei der die beiden Wegeventile 32 und 33 nicht bestromt sind, sperrt die Ventileinrichtung 31 den Durchfluss zwischen der dem pneumatischen Eingang E16.1 und dem pneumatischen Ausgang A17 und entlüftet die Druckkammer 35 ins Freie.
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In einer zweiten Schaltstellung der Ventileinrichtung 31, bei der das Belüftungsventil 33 nicht bestromt ist und das Halteventil 32 bestromt ist, sperrt die Ventileinrichtung 31 den Durchfluss zwischen dem pneumatischen Eingang E16.1 und dem pneumatischen Ausgang A17 und hält den Druck in der Druckkammer 35.
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In einer dritten Schaltstellung der Ventileinrichtung 31, bei der die beiden Wegeventile 32 und 33 bestromt sind, gibt die Ventileinrichtung 31 den Durchfluss zwischen dem pneumatischen Eingang E16.1 und dem pneumatischen Ausgang A17 frei, so dass der Druck in der Druckkammer 35 steigt.
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Das Gleitschutzgerät 20 und die mit den binären Gleitschutzsignalen S1, S2 des Gleitschutzgerätes 20 beaufschlagte Gleitschutzsteuereinrichtung 24 sind Teil einer als Ganzes mit 136; 236; 336 bezeichneten Ausführungsform eines Gleitschutzsystems der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung 104; 204; 304 des Fahrzeugs 1.
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Die Gleitschutzsteuereinrichtung 24 des erfindungsgemäßen Gleitschutzsystems 136; 236; 336 ist zur Modellierung des Verhaltens einer in der 5 gezeigten kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Referenzbremse 37 (hier in Form einer elektro-pneumatischen Referenzbremse) geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des vorgegebenen Sollwertes MSoll und des zumindest einen Gleitschutzsignals S1, S2 einen gleitschutzkorrigierten elektrischen Sollwert Mges.Soll zu erzeugen, der einem von der Referenzbremse 37 bei einer Referenzmessung in Abhängigkeit des Sollwertes MSoll und der Gleitschutzsignale S1, S2 erzeugten gleitschutzkorrigierten Bremsmoment (MRef,Ist) entspricht. Die Referenzbremse 37 ist dabei Teil einer Referenzbremseinrichtung 38 und wird über eine Ventileinrichtung 39 von einem herkömmlichen Bremssteuergerät 40 angesteuert, wobei das Bremssteuergerät 40 dem Bremssteuergerät 20 der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung gleicht.
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Die Modellierung des Verhaltens der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Referenzbremse 37 ist bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung mittels einer hier nicht gezeigten RC-Zeitglieder-Schaltung der Gleitschutzsteuereinrichtung 24 umgesetzt. Diese RC-Zeitglieder-Schaltung erzeugt den gleitschutzkorrigierten elektrischen Sollwert Mges.Soll in Form eines Spannungssignals.
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Die Modellierung des Verhaltens der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Referenzbremse 37 kann aber auch mittels einer Operationsverstärker-Schaltung umgesetzt werden.
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Über die Verbindungsleitung L7 ist die Regeleinrichtung 25 an ihrem Eingang E7 mit dem gleitschutzkorrigierten elektrischen Sollwert Mges.Soll beaufschlagt.
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Bei einer hier nicht gezeigten Betriebsbremsung könnte das Bremssteuergerät 20 auch einen gleitschutzkorrigierten Sollwert an die Bremssteuereinrichtung 23 leiten. Dieser gleitschutzkorrigierten Sollwert würde dann von einem hier nicht gezeigten Ausgang der Bremssteuereinrichtung 23 direkt oder mittelbar über einen Signalumsetzer (z.B. einen CAN-Controller) an einen hier ebenfalls nicht gezeigten Eingang des elektronischen Reglers 27 geleitet werden und dort bei einer Betriebsbremsung als Sollwert zur Regelung des Gesamtbremsmomentes dienen.
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Zur Regelung des Gesamtbremsmomentes Mges ist die Regeleinrichtung 25 geeignet ausgebildet, den Ist-Wert Fges.Ist der Messgröße F zu erfassen, daraus den aktuellen Wert Mges.Ist des Gesamtbremsmomentes zu bestimmen und mindestens eine regelbare Größe einer der beiden Bremsen 5, 6 derart zu regeln, dass das aus dem Ist-Wert Fges.Ist bestimmte aktuelle Gesamtbremsmoment Mges.Ist dem Sollwert Mges.Soll entspricht. Das Gesamtbremsmoment Mges wird also auf den Sollwert Mges.Soll geregelt.
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Die Regeleinrichtung 25 ist insbesondere geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des Sollwertes Mges.Soll eine erste Größe – hier in Form des Erregerstroms der rotierenden Wirbelstrombremse – zu regeln, die das Bremsmoment M1 der kraftschlussabhängigen dynamischen Bremse 5 steuert.
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Die Regeleinrichtung 25 ist außerdem geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des Sollwertes Mges.Soll eine zweite Größe zu regeln, die das Bremsmoment M2 der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse 6 steuert. Bei den gezeigten Ausführungsformen 104; 204 und 304 der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung (vgl. 4, 6 und 7) ist die Regeleinrichtung 25 geeignet ausgebildet, in Abhängigkeit des Sollwertes Mges.Soll binäre Ansteuersignale der Ventileinrichtung 31 der indirekt wirkenden pneumatischen Bremse 6 zu regeln. Als zweite Größe dienen hier also die Ansteuerströme der Ventileinrichtung 31.
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Zur Regelung der zweiten Größe sind verschiedene Logiken – beispielsweise ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente der Regeleinrichtung 25 – umgesetzt.
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Eine erste Logik kann dabei geeignet ausgebildet sein, die zweite Größe (hier die Ansteuerströme der Ventileinrichtung 31) derart zu regeln, dass das Bremsmoment M2 der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse 6 erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse 5 ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat und das Gesamtbremsmoment Mges.Ist trotzdem kleiner als der Sollwert Mges.Soll ist.
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Ob die kraftschlussabhängige dynamische Bremse 5 ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat, wird dabei durch eine Auswertung der am Ausgang A14 ausgesteuerten Spannung festgestellt. Beträgt diese 100% einer verfügbaren Spannung, so hat die dynamische Bremse 5 ihr maximales Bremsmoment erreicht.
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Ob die kraftschlussabhängige dynamische Bremse 5 ihr maximales Bremsmoment erreicht hat, kann aber alternativ auch durch eine Messung und Auswertung des Erregerstroms des Retarders festgestellt werden. Hier kann eine maximal zulässige bzw. projektierte Stromstärke als Grenzwert dienen. Ist dieser Grenzwert erreicht, so hat die dynamische Bremse 5 ihr maximales Bremsmoment erreicht.
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Die 4, 6 und 7 zeigen eine alternative zweite Logik, die geeignet ausgebildet ist, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment M2 der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse erhöht wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamische Bremse ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat und das Gesamtbremsmoment Mges.Ist trotzdem kleiner als der Sollwert Mges.Soll ist und außerdem zum Einen das Freigabe-Signal S3 zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse anliegt und zum Anderen das Notfahrt-Signal S4 nicht anliegt.
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Eine in den 4, 6 und 7 gezeigte dritte Logik ist geeignet ausgebildet, die zweite Größe derart zu regeln, dass das Bremsmoment M2 der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse 6 gesenkt wird, wenn die kraftschlussabhängige dynamischen Bremse 5 nicht ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat oder kein Bremsmoment erzeugt und das Gesamtbremsmoment Mges.Ist trotzdem größer als der Sollwert Mges.Soll ist und/oder das Freigabe-Signal S3 zur Freigabe der kraftschlussabhängigen nicht dynamischen Bremse nicht anliegt und/oder das Notfahrt-Signal S4 anliegt.
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Die Ausführungsformen 204 und 304 (vgl. 6 und 7) der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung weisen alle Elemente der ersten Ausführungsform 104 (vgl. 3) auf. Es sind daher in den 6 und 7 Elemente, die denen nach 4 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beiden Ausführungsformen 204; 304 sind im Unterschied zu der ersten Ausführungsform 104 zusätzlich mit einer als Ganzes mit 241; 341 bezeichneten Ansteuereinrichtung versehen.
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Die in 6 gezeigte Ausführungsform 241 der Ansteuereinrichtung weist zwei Schaltelemente 42, 43 auf, die geeignet ausgebildet sind die Freigabe der Verbindungsleitungen L15.1, L15.2 in Abhängigkeit der Gleitschutzsignale zu regeln. Dabei sind Eingänge E18.1 und E18.2 eines ersten 42 der Schaltelemente und ein Eingang E19.1 des zweiten Schaltelementes 43 mit dem Ausgang A6.2 des Gleitschutzgerätes 20 verbunden. Ein Eingang E19.2 des zweiten Schaltelementes 43 ist dem Ausgang A6.1 des Gleitschutzgerätes 20 verbunden. Die Eingänge der Schaltelemente bilden zugleich Eingänge der Ansteuereinrichtung und sind mit den Gleitschutzsignalen S1 bzw. S2 des Gleitschutzgerätes 20 beaufschlagt.
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Die in 7 gezeigte Ausführungsform 341 der Ansteuereinrichtung weist ein Pufferreservoir 44 und eine Gleitschutzventileinrichtung 45 auf, wobei ein Ausgang A20 des Pufferreservoirs über eine pneumatische Leitung L20 mit einem Eingang E20 der Gleitschutzventileinrichtung 45 verbunden ist. Die Ansteuereinrichtung 341 ist in den pneumatischen Strang zwischen dem Ausgang A17 der Ventileinrichtung 31 und dem Eingang E17 der Druckkammer 35 derart integriert, dass der pneumatischer Ausgang A17 der Ventileinrichtung 31 mit einem Eingang E21 des Pufferreservoirs 44 und ein Ausgang A22 der Gleitschutzventileinrichtung 45 mit dem Eingang E17 der Druckkammer 35 verbunden sind. Ein Eingang E16.3 der Gleitschutzventileinrichtung 45 ist über eine Verbindungsleitung L16.3 mit dem Ausgang A16 der Hauptbehälterluftleitung 34 verbunden. Eingänge E23.1 und E23.2 der Gleitschutzventileinrichtung, die zugleich Eingänge der Ansteuereinrichtung 341 bilden, mit den Ausgängen A6.1 und A6.2 des Gleitschutzgerätes 20 verbunden und entsprechend mit den Gleitschutzsignalen S1 bzw. S2 beaufschlagt.
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Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung ist durch eine kontinuierliche Bremskraftablösung von der dynamischen Bremse 5 zur Stoppbremse 6 gekennzeichnet und arbeitet in folgender Weise:
Zunächst sei bezüglich der folgenden Ausführungen angemerkt, dass die Ausdrücke „UND“, „ODER“ und „NICHT“ für die dem Fachmann bekannten logischen Verknüpfungen stehen.
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Die Stoppbremse 5 wird durch das Signal S3 von außen (hier vom Bremssteuergerät) freigegeben, sobald eine Geschwindigkeitsschwelle unterschritten ist. Bei Entfall der Freigabe wird eine möglicherweise vorhandene Bremskraft der Stoppbremse vollständig abgebaut. Auch wenn ein Notfahrt-Signal S4 (Notfahrt-Befehl) an der Notfahrt-Schleife anliegt, wird eine möglicherweise vorhandene Bremskraft der Stoppbremse vollständig abgebaut.
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Die Bremskraft der Stoppbremse 6 wird erhöht, wenn die Bremskraft der dynamischen Bremse 5 bereits ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat UND trotzdem das Sollbremsmoment Mges.Soll nicht erreicht wird.
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Alternativ wird die Bremskraft der Stoppbremse 5 erhöht, wenn die Bremskraft der dynamischen Bremse 6 bereits ihr maximales Bremsmoment M1.max erreicht hat UND trotzdem das Sollbremsmoment Mges.Soll nicht erreicht wird UND die Anhaltebremse freigegeben ist UND der Befehl Notfahrt NICHT anliegt.
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Die Bremskraft der Stoppbremse 5 wird reduziert, wenn die dynamische Bremse 6 NICHT ihr maximales Bremsmoment erzeugt (bzw. im Sinne einer Schalthysterese das maximale Bremsmoment mindestens um einen Anteil ε unterschreitet) UND trotzdem das Sollbremsmoment Mges.Soll überschritten ist.
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Alternativ wird die Bremskraft der Stoppbremse reduziert, wenn die dynamische Bremse NICHT ihr maximales Bremsmoment erzeugt (bzw. im Sinne einer Schalthysterese das maximale Bremsmoment mindestens um einen Anteil ε unterschreitet) UND trotzdem das Sollbremsmoment überschritten ist ODER der Befehl Notfahrt anliegt ODER die Anhaltebremse NICHT freigegeben ist.
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Die einzelnen Logiken zur Regelung des Bremsmoments der Anhaltebremse sind dabei rein elektronisch – also ohne Software umgesetzt, wobei die Auswahl der umzusetzenden Logiken mittels eines Programms erfolgt, die Regeleinrichtung also bezüglich der Auswahl der einzelnen Logiken als programmierbare Logikeinrichtung ausgebildet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung erfolgt der Gleitschutz mittels des Gleitschutzsystems 136; 236; 336 in folgender Weise:
Das Gleitschutzsystem 136; 236; 336 steuert sowohl die dynamische Bremse 5 als auch die Stoppbremse 6 an. Die Gleitschutzsignale S1 und S2, die zur Ansteuerung der Steuer- und Regelelektronik 22 der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung 104; 204; 304 dienen, sind kompatibel zu den Gleitschutzsignalen gestaltet, die zur Ansteuerung der in der 5 gezeigten Referenzbremse 37 dienen. Daher ist das Gleitschutzgerät 20 der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung 104; 204; 304 ein herkömmliches Gleitschutzgerät mit herkömmlicher, für eine pneumatische Bremse ausgelegter Gleitschutzsoftware.
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Das Verhalten der herkömmlichen pneumatischen Referenzbremse 20 wird bei einem Gleitschutzeingriff elektrisch modelliert – hier nur beispielhaft durch RC-Zeitglieder. Diese RC-Zeitglieder werden mit den Gleitschutzsignalen S1 und S2 angesteuert. Das Bremsmoment Mref.Ist, das die pneumatische Referenzbremse aufgrund eines Gleitschutzeingriffes erzeugt, wird bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung in Form eines Spannungssignals nachgebildet und dient als Sollwert für die weitere elektronische Regelung beider Bremsen. Dadurch wird erreicht, dass das dynamische Verhalten der beiden Bremsen 5 und 6 mit dem der herkömmlichen Referenzbremse 37 (hier Druckluftbremse) vergleichbar ist und daher die bestehende Gleitschutzsoftware des Gleitschutzgerätes 20 effektiv wirkt.
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Bei den in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen 236 und 336 des Gleitschutzsystems wirken die Gleitschutzsignale S1 und S2 parallel direkt auf die Stoppbremse 6, indem sie über Wechselventile ein Be- bzw. Entlüften des Bremszylinders 12 bewirken. Auch bei diesen Ausführungsformen wird bei Gleitschutzeingriffen als Regelgröße stets das Gesamtbremsmoment geregelt.
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Bei der in der 4 gezeigten ersten Ausführungsform 136 des Gleitschutzsystems liegen die Gleitschutzsignale S1 und S2 als Eingangssignale ausschließlich an der Steuer- und Regelelektronik 22 an. Gleitschutzeingriffe werden als Sollwert Mges.Soll innerhalb der der Gleitschutzsteuereinrichtung 24 realisiert und im Ergebnis durch die Regeleinrichtung 25 umgesetzt.
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Ein Vorteil dieser ersten Ausführungsform 136 des Gleitschutzsystems ist, dass hier neben der ganzheitlichen Steuer- und Regelelektronik, in die die Funktion des Gleitschutzes integriert ist, nur ein Ventilpaar für alle Funktionen dient. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch die Gleitschutzfunktion anfällig für Ausfälle und Funktionsstörungen innerhalb der Steuer- und Regelelektronik.
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Bei der in der 6 gezeigten zweiten Ausführungsform 236 des Gleitschutzsystems schaltet sich der Gleitschutz bei einem Gleitschutzeingriff zusätzlich über die Schaltelemente 42, 43 selbst elektrisch direkt auf die Ventile der Ventileinrichtung 31. Die Ausgänge A15.1 und A15.2 der Steuer- und Regelelektronik werden elektrisch vom Ventilpaar getrennt. Damit sind ein Vorrang der Gleitschutzsignale und damit eine höhere Sicherheit bei Ausfall oder Störung der Steuer- und Regelelektronik gewährleistet. Zur Umsetzung sind aber gegenüber der ersten Ausführungsform zusätzlich die Schaltelemente 42 und 43 erforderlich.
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Bei der in der 7 gezeigten dritten Ausführungsform sind getrennte Ventilpaare für Gleitschutz (Gleitschutzventileinrichtung 45) und Bremsdruckregelung (Ventileinrichtung 31) vorhanden. Die Ventile der Gleitschutzventileinrichtung 45 sind direkt an die Gleitschutzausgänge (Ausgänge A6.1 und A6.2 des Gleitschutzgerätes 20) angeschlossen. Die Ausgänge A15.1 und A15.2 der Steuer- und Regelelektronik 22 sind an das Ventilpaar der Ventileinrichtung 31 angeschlossen, das einen geringeren Querschnitt aufweist. Das Ventilpaar der Ventileinrichtung 31 ist an die Entlüftungsöffnung des Halteventils der Gleitschutzventileinrichtung 45 angeschlossen. Dazwischen ist der Luftbehälter eingefügt, welcher als Pufferreservoir dient. Somit wird verhindert, dass aufgrund des niedrigen Querschnitts des Ventilpaares der Ventileinrichtung 31 die Bremskraft zu langsam wieder aufgebaut wird. Außerdem wird dafür gesorgt, dass statt des Atmosphärendrucks der für die gewünschte Bremskraft passende Luftdruck anliegt, so dass keine Überbremsung eintreten kann.
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Die Rückkoppelung des dem gemessenen Ist-Wert Fges.Ist entsprechenden Gesamtbremsmomentes Mges.Ist ermöglicht eine Regelung des Gesamtbremsmoments Mges unter kontinuierlicher Bremskraftablösung im unteren Geschwindigkeitsbereich, wenn die dynamische Bremse 5 an Bremsmoment verliert und daher die Stoppbremse 6 hinzubremsen muss. Dadurch, dass die dynamische Bremse 5 nicht bei einem zu bestimmenden Geschwindigkeitsschwellwert komplett angeschaltet werden muss, sondern im Rahmen ihrer Möglichkeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten weiterhin mitbremst, kann die Stoppbremse 6 entsprechend leistungsschwächer ausgelegt werden. Die Steuer- und Regelelektronik 22 regelt auf dieser Weise dynamische Bremse und Stoppbremse.
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Das Freigabe-Signal S3 bei einer Geschwindigkeitsschwelle ist erforderlich, um bei einem Ausfall oder Verlust von Bremsvermögen der dynamischen Bremse 5 im mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich eine thermische Überlastung der Stoppbremse 6 zu vermeiden. Die Zwangslösefunktion durch das Notfahrt-Signal S4 der Notfahrt-Schleife 30 soll in diversen Notfällen – z.B. bei einem Brand in einem Tunnel – verhindern, dass die Stoppbremse 6 anliegt und nicht mehr gelöst werden kann. Das ist insbesondere wichtig wenn die Bremskrafterzeugung wie in den gezeigten Ausführungsbeispielen passiv erfolgt, wenn also die in die Druckkammer 35 eingespeiste Druckluft gegen eine Anlegefeder 46 wirkt und die Bremse aktiv gelöst werden muss. Eine solche Stoppbremse hat den Vorteil, dass sie gleichzeitig als Parkbremse einsetzbar ist.
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Die Verwendbarkeit bereits entwickelter und zertifizierter Gleitschutzgeräte 20 und deren Software erspart Neuentwicklungskosten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/050950 A1 [0004]
- WO 2011/144526 A1 [0008, 0033]
