DE102016115275A1 - Brake diagnostic device of a braking device of a vehicle and diagnostic method therefor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt eine Bremsendiagnoseeinrichtung bereit. Die Einrichtung weist einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Temperatur einer Umgebung der Bremse, einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Relativgeschwindigkeit (vf) zwischen einer Bremsscheibe und einem -belag, eine Einrichtung, die konfiguriert ist, eine aktuelle Normalkraft des Bremsbelags auf die -scheibe zu bestimmen, eine Speichereinrichtung, die konfiguriert ist, Parameter für eine Reibungskoeffizientenabschätzung abzuspeichern, eine Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, einen aktuellen Reibungskoeffizienten (μa) zwischen dem Bremsbelag und der -scheibe basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit (vf) und einer aktuellen Temperatur einer Bremsscheibenreibfläche (Ts) abzuschätzen, und eine Temperaturabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche (Ts) basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit (vf), dem aktuellen Reibungskoeffizienten (μa),, Wärmekapazitäten der Bremsscheibe, einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und einem Bremsscheibenkörper und der Umgebung der Bremse abzuschätzen, und eine Bremsscheibenreibflächentemperaturwarneinrichtung, die konfiguriert ist ein Signal auszugeben, wenn die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche einen vorbestimmten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert erreicht, auf.The invention provides a brake diagnostic device. The device comprises a sensor for detecting a current temperature of an environment of the brake, a sensor for detecting a current relative speed (vf) between a brake disc and a pad, a device configured to apply a current normal force of the pad to the disc determining a memory device configured to store parameters for friction coefficient estimation, a friction coefficient estimation unit configured to calculate a current friction coefficient (μa) between the brake pad and the disk based on the current normal force, the current relative speed (vf), and a current one Temperature of a brake disk friction surface (Ts), and a temperature estimation unit configured to set the actual temperature of the brake disk friction surface (Ts) based on the current normal force, the current relative velocity (vf), the current friction coefficient (μa), estimating heat capacities of the brake disk, heat transfer between the brake disk friction surface and a brake disk body and the vicinity of the brake, and a brake disk friction temperature warning device configured to output a signal when the current temperature of the brake disk friction surface reaches a predetermined brake disk friction temperature limit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bremsendiagnoseeinrichtung einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eine Bremsendiagnoseeinrichtung hinsichtlich einer Erwärmung einer Bremsscheibe einer Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs.The invention relates to a brake diagnostic device of a brake device of a vehicle, in particular a brake diagnostic device with respect to a heating of a brake disc of a brake device of a rail vehicle.
Für Abschätzungen bezüglich einer Erwärmung von Bremsen von Schienenfahrzeugen sind Verfahren bekannt, die eine Veränderung einer kinetischen Energie des Schienenfahrzeugs verwenden, um zu einer durch eine umgewandelte Energie erzeugten Wärme zu gelangen. Hierbei werden noch weitere Einflussparameter, wie beispielsweise die Anzahl von Bremsen, eine Änderung einer potentiellen Energie und ein Einfluss von weiteren bremsenden Einrichtungen berücksichtigt, wobei diese Abschätzung aber trotzdem ungenau und aufwändig ist.For estimations regarding heating of brakes of rail vehicles, methods are known which use a change in kinetic energy of the rail vehicle to arrive at a heat generated by a converted energy. In this case, further influencing parameters, such as the number of brakes, a change of a potential energy and an influence of further braking devices are taken into account, but this estimation is nevertheless inaccurate and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperatur der Bremsscheiben, insbesondere ohne eine Berechnung einer kinetischen oder potentiellen Energie des Schienenfahrzeugs oder einer Berücksichtigung von anderen Bremseinrichtungen des Schienenfahrzeugs zu benötigen, direkt und genau zu erlangen und darüber zu informieren.The invention has for its object to directly and accurately obtain a temperature of the brake discs, in particular without a calculation of a kinetic or potential energy of the rail vehicle or a consideration of other braking devices of the rail vehicle and to inform about it.
Die Aufgabe wird durch eine Bremsendiagnoseeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 3 oder 8 und ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12, 14 oder 19 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a brake diagnostic device according to one of
Die erfindungsgemäße Bremsendiagnoseeinrichtung weist einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Temperatur einer Umgebung einer Bremse auf. Durch die Erfassung der Temperatur der Umgebung der Bremse ist es möglich, die Temperatur von Komponenten der Bremse, wie etwa der Bremsscheibe, einfach zu erfassen, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne vor einem Bremsvorgang kein solcher stattgefunden hat, da die Temperaturen der Komponenten der Bremse dann an die Temperatur der Umgebung der Bremse angeglichen sind. Wenn eine kürzere Zeitspanne seit dem letzten Bremsvorgang vergangen ist, wird die Temperatur der Bremsscheibe gemäß einer Methode abgeschätzt, die berücksichtigt, dass kein Energieeintrag in die Bremsscheibe erfolgt, und die eine Wärmekapazität des Bremsscheibenkörpers und der Bremsscheibenreibfläche, und eine Wärmeübertragung zwischen den Schichten der Bremsscheibe und an die Umgebung einbezieht.The brake diagnostic device according to the invention has a sensor for detecting a current temperature of an environment of a brake. By detecting the temperature of the surroundings of the brake, it is possible to easily detect the temperature of components of the brake, such as the brake disc, if no such has taken place for a predetermined period of time before a braking operation, as the temperatures of the components of the brake then on the temperature of the environment of the brake are aligned. When a shorter time has elapsed since the last braking operation, the temperature of the brake disk is estimated according to a method that takes no energy input into the brake disk and the heat capacity of the brake disk body and the brake disk friction surface, and a heat transfer between the layers of the brake disk and to the environment.
Ferner enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und einem Bremsbelag. Dieser Sensor kann beispielsweise ein Näherungssensor sein, mit dem über eine entsprechend gestaltete Achse oder ein entsprechend gestaltetes Rad eine Drehzahl der Achse bzw. des Rads ermittelt werden kann. Diese Drehzahl kann dann über einen einfach zu bestimmenden mittleren Reibungsradius des Bremsbelags vom Achsmittelpunkt in die Relativgeschwindigkeit (also in m/s) umgewandelt werden. Die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs kann auch beispielsweise über optische Sensoren, die die Relativgeschwindigkeit zur Umgebung erfassen, ermittelt werden.Furthermore, the brake diagnostic device includes a sensor for detecting a current relative speed between the brake disc and a brake pad. By way of example, this sensor can be a proximity sensor with which a rotational speed of the axle or of the wheel can be determined via a correspondingly designed axle or a correspondingly designed wheel. This speed can then be converted over an easily determined average friction radius of the brake pad from the axle center in the relative speed (ie in m / s). The speed of the rail vehicle can also be determined, for example, via optical sensors which detect the relative speed to the surroundings.
Darüber hinaus enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung eine Einrichtung, die konfiguriert ist, eine aktuelle Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe zu bestimmen. Dies kann beispielsweise direkt über einen Kraftsensor in Verbindung mit der Lagerung des Bremsbelags oder, wie nachstehend erläutert, indirekt erfolgen.In addition, the brake diagnostic device includes means configured to determine a current normal force of the brake pad to the brake disc. This can for example be done directly via a force sensor in connection with the storage of the brake pad or, as explained below, indirectly.
Des Weiteren ist die Bremsendiagnoseeinrichtung mit einer Speichereinrichtung versehen, die konfiguriert ist Parameter für eine Reibungskoeffizientenabschätzung zu speichern. Solche Parameter sind beispielsweise Konstanten, die ein Verhalten einer Paarung von einer Bremsscheibe und einem Bremsbelag darstellen. Diese Parameter werden vorab experimentell bestimmt.Furthermore, the brake diagnostic device is provided with a memory device that is configured to store parameters for a friction coefficient estimation. Such parameters are, for example, constants representing a behavior of a pairing of a brake disc and a brake pad. These parameters are determined experimentally in advance.
Weiterhin enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung eine Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, einen aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe abzuschätzen. Diese Abschätzung erfolgt auf Basis der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, den Parametern für die Reibungskoeffizientenabschätzung und der aktuellen Temperatur einer Bremsscheibenreibfläche. Da, wie oben angegeben, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibe nach einer längeren Zeitspanne ohne Bremsvorgang der Temperatur der Umgebung entspricht, kann die die aktuelle Temperatur der Bremsscheibe zu Beginn eines Bremsvorgangs der Temperatur der Umgebung gleichgesetzt werden, um den Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe abzuschätzen.Furthermore, the brake diagnostic device includes a friction coefficient estimation unit configured to estimate an actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk. This estimate is based on the current normal force, the current one Relative velocity, parameters for coefficient of friction estimation and the actual temperature of a brake disk friction surface. Since, as stated above, the actual temperature of the brake disc after a long period without braking corresponds to the temperature of the environment, the current temperature of the brake disc at the beginning of a braking process, the ambient temperature can be equated to the coefficient of friction between the brake pad and the brake disc estimate.
Ferner enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung eine Temperaturabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, dem aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe, Wärmekapazitäten der Bremsscheibenreibfläche und des Bremsscheibenkörpers, einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und einem Bremsscheibenkörper und einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und der Umgebung der Bremse abzuschätzen. Der Wärmeübertragungskoeffizient beschreibt die Wärmeübertragung auf beiden Seiten der Bremsscheibe und ist von der Geschwindigkeit und von der Temperatur abhängig. Further, the brake diagnostic device includes a temperature estimation unit configured to read the current brake disk friction surface temperature based on the current normal force, the current relative speed, the actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk, heat capacities of the brake disk friction surface and the brake disk body, heat transfer between the brake disk friction surface and a brake disk Assess brake disc body and a heat transfer between the brake disc friction and the environment of the brake. The heat transfer coefficient describes the heat transfer on both sides of the brake disc and is dependent on the speed and the temperature.
Diese abgeschätzte aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche wird dann in die Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit eingegeben, um den aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe basierend auf der sich verändernden Bremsscheibenreibflächentemperatur abzuschätzen. Die Abschätzungen des aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen der Bremsbelagreibfläche und der Bremsscheibenreibfläche und der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche werden während eines Bremsvorgangs zyklisch ausgeführt.This estimated current temperature of the brake disk friction surface is then input to the friction coefficient estimation unit to estimate the actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk based on the changing brake disk friction surface temperature. The estimates of the actual coefficient of friction between the brake pad friction surface and the brake disk friction surface and the current temperature of the brake disk friction surface are cycled during a braking operation.
Schließlich enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung eine Bremsscheibenreibflächentemperaturwarneinrichtung, die konfiguriert ist, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal auszugeben, wenn die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche einen vorbestimmten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert erreicht. Durch dieses Signal kann ein Lokführer darüber informiert werden, dass die Bremsscheiben, und somit gegebenenfalls auch die Bremsbeläge, überhitzt sind.Finally, the brake diagnostic device includes a brake disk friction temperature warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the current temperature of the brake disk friction surface reaches a predetermined brake disk friction temperature limit. Through this signal, a train driver can be informed that the brake discs, and thus possibly also the brake pads, are overheated.
Die so konfigurierte Bremsendiagnoseeinrichtung ermöglicht eine kontinuierliche und gleichzeitige Abschätzung des Reibungskoeffizienten, und folglich einer Bremskraft, und der Bremsscheibentemperatur. Dadurch ist, verglichen mit existierenden Annäherungen, eine wesentliche Verbesserung einer Genauigkeit der Abschätzung sowohl des Reibungskoeffizienten als auch der Bremsscheibentemperatur möglich.The brake diagnostic device thus configured enables a continuous and simultaneous estimation of the friction coefficient, and thus a braking force, and the brake disc temperature. As a result, as compared with existing approaches, substantial improvement in accuracy of estimation of both the friction coefficient and the brake disk temperature is possible.
In einer Ausgestaltung ist die Bremsendiagnoseeinrichtung vorzugsweise mit einer Bremsscheibenreibflächentemperaturausgabeeinheit versehen. Mit Hilfe dieser Bremsscheibenreibflächentemperaturausgabeeinheit ist es möglich, die aktuell abgeschätzte Bremsscheibenreibflächentemperatur auszugeben. Dadurch ist es möglich, dass der Lokführer, beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung, rechtzeitig über eine potentielle Überhitzung der Bremse informiert wird.In one embodiment, the brake diagnostic device is preferably provided with a brake disk friction temperature output unit. With the aid of this brake disk friction temperature output unit, it is possible to output the currently estimated brake disk friction temperature. This makes it possible that the train driver, for example via a display device, is informed in good time about a potential overheating of the brake.
Eine weitere erfindungsgemäße Bremsendiagnoseeinrichtung weist einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Temperatur der Umgebung einer Bremse auf. Durch die Erfassung der Temperatur der Umgebung der Bremse ist es hier ebenfalls möglich, die Temperatur von Komponenten der Bremse, wie etwa der Bremsscheibe, einfach zu erfassen, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne vor einem Bremsvorgang kein solcher stattgefunden hat, da die Temperatur der Komponenten der Bremse dann an die Temperatur der Umgebung angeglichen sind. Wenn eine kürzere Zeitspanne seit dem letzten Bremsvorgang vergangen ist, wird die Temperatur der Bremsscheibe gemäß einer Methode abgeschätzt, die berücksichtigt, dass kein Energieeintrag in die Bremsscheibe erfolgt, und die eine Wärmekapazität des Bremsscheibenkörpers und der Bremsscheibenreibfläche, und eine Wärmeübertragung zwischen den Schichten der Bremsscheibe und an die Umgebung einbezieht. Another brake diagnostic device according to the invention has a sensor for detecting a current temperature of the surroundings of a brake. By detecting the temperature of the surroundings of the brake, it is also possible herein to easily detect the temperature of components of the brake, such as the brake disc, when no such has taken place for a predetermined period of time before braking, as the temperature of the components of the brake then adapted to the temperature of the environment. When a shorter time has elapsed since the last braking operation, the temperature of the brake disk is estimated according to a method that takes no energy input into the brake disk and the heat capacity of the brake disk body and the brake disk friction surface, and a heat transfer between the layers of the brake disk and to the environment.
Ferner enthält diese Bremsendiagnoseeinrichtung auch einen Sensor zum Erfassen einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und einem Bremsbelag. Auch hier kann dieser Sensor beispielsweise ein Näherungssensor sein, mit dem über eine entsprechend gestaltete Achse oder ein entsprechend gestaltetes Rad eine Drehzahl der Achse bzw. des Rads ermittelt werden kann. Diese Drehzahl kann dann ebenfalls über einen einfach zu bestimmenden Abstand des Bremsbelags vom Achsmittelpunkt in die Relativgeschwindigkeit (also in m/s) umgewandelt werden. Die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs kann auch hier beispielsweise über optische Sensoren, die die Relativgeschwindigkeit zur Umgebung erfassen, ermittelt werden. Furthermore, this brake diagnostic device also includes a sensor for detecting a relative speed between the brake disc and a brake pad. Again, this sensor may for example be a proximity sensor with which a speed of the axle or the wheel can be determined via a correspondingly designed axis or a correspondingly shaped wheel. This speed can then also be converted to the relative speed (ie in m / s) via an easily determined distance of the brake lining from the center of the axle. The speed of the rail vehicle can also be determined here, for example, via optical sensors which detect the relative speed to the surroundings.
Darüber hinaus enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung eine Einrichtung, die konfiguriert ist, eine aktuelle Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe zu bestimmen. Dies kann auch hier beispielsweise direkt über einen Kraftsensor in Verbindung mit der Lagerung des Bremsbelags oder, wie nachstehend erläutert, indirekt erfolgen. In addition, the brake diagnostic device includes means configured to determine a current normal force of the brake pad to the brake disc. This can also be done here, for example, directly via a force sensor in conjunction with the storage of the brake pad or, as explained below, indirectly.
Des Weiteren ist auch diese Bremsendiagnoseeinrichtung mit einer Speichereinrichtung versehen, die konfiguriert ist, Parameter für eine Reibungskoeffizientenabschätzung zu speichern. Solche Parameter sind hier ebenfalls beispielsweise Konstanten, die ein Verhalten einer Paarung von einer Bremsscheibe und einem Bremsbelag darstellen. Diese Parameter werden vorab experimentell bestimmt.Furthermore, this brake diagnostic device is also provided with a memory device that is configured to store parameters for a friction coefficient estimation. Such parameters are also here, for example, constants that represent a behavior of a pairing of a brake disc and a brake pad. These parameters are determined experimentally in advance.
Weiterhin enthält diese erfindungsgemäße Bremsendiagnoseeinrichtung ebenfalls eine Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, einen aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe abzuschätzen. Diese Abschätzung erfolgt hier ebenfalls auf Basis der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, den Parametern für die Reibungskoeffizientenabschätzung und der aktuellen Temperatur einer Bremsscheibenreibfläche. Da, wie oben angegeben, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibe nach einer längeren Zeitspanne ohne Bremsvorgang der Temperatur der Umgebung entspricht, kann die die aktuelle Temperatur der Bremsscheibe zu Beginn eines Bremsvorgangs der Temperatur der Umgebung gleichgesetzt werden, um den Reibungskoeffizienten abzuschätzen.Furthermore, this brake diagnostic device according to the present invention also includes a friction coefficient estimation unit configured to estimate an actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk. This estimation also takes place here on the basis of the current normal force, the current relative speed, the parameters for the friction coefficient estimation and the current temperature of a brake disk friction surface. Since, as stated above, the actual temperature of the brake disk after a long period without braking corresponds to the temperature of the environment, the current temperature of the brake disc at the beginning of a braking process, the ambient temperature can be set to estimate the coefficient of friction.
Ferner enthält die Bremsendiagnoseeinrichtung ebenfalls eine Temperaturabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, dem aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe, einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und einem Bremsscheibenkörper und einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und der Umgebung der Bremse abzuschätzen. Der Wärmeübertragungskoeffizient beschreibt hier ebenfalls die Wärmeübertragung auf beiden Seiten der Bremsscheibe und ist von der Geschwindigkeit und von der Temperatur abhängig. Further, the brake diagnostic device also includes a temperature estimation unit configured to determine the actual temperature of the brake disk friction surface based on the current normal force, the current relative speed, the current friction coefficient between the brake pad and the brake disk, heat transfer between the brake disk friction surface and a brake disk body, and heat transfer between the brake disk Estimate the brake disk friction area and the surroundings of the brake. The heat transfer coefficient here also describes the heat transfer on both sides of the brake disc and is dependent on the speed and the temperature.
Diese abgeschätzte aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche wird in dieser Bremsendiagnoseeinrichtung dann auch in die Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit eingegeben um den aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe basierend auf der sich verändernden Bremsscheibenreibflächentemperatur abzuschätzen. Die Abschätzungen des aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe und der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche werden während eines Bremsvorgangs auch hier zyklisch ausgeführt. This estimated actual brake disk friction surface temperature is then also input to the friction coefficient estimating unit in this brake diagnostic device to estimate the actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk based on the changing brake disk friction temperature. The estimates of the current coefficient of friction between the brake pad and the brake disk and the current temperature of the brake disk friction surface are also performed cyclically during a braking operation here.
Die Temperaturabschätzungseinheit dieser erfindungsgemäßen Bremsendiagnoseeinrichtung ist ferner konfiguriert, eine aktuelle Temperatur eines Bremsscheibenkörpers basierend auf einer Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und dem Bremsscheibenkörper abzuschätzen. Diese Wärmeübertragung ist von der Temperatur der Bremsscheibenreibfläche und der Temperatur des Bremsscheibenkörpers abhängig.The temperature estimation unit of this brake diagnostic device of the present invention is further configured to estimate an actual temperature of a brake disk body based on heat transfer between the brake disk friction surface and the brake disk body. This heat transfer is dependent on the temperature of the brake disk friction surface and the temperature of the brake disk body.
Die Bremsscheibe wird in der Temperaturabschätzungseinheit als ein thermisches Modell abgebildet, das durch zwei Wärmespeicher gebildet ist. Einer der Wärmespeicher entspricht der Reibungsreibfläche (Bremsscheibenreibflächentemperatur) und ein weiterer der Wärmespeicher entspricht einem verbleibenden Teil (Bremsscheibenkörpertemperatur). Die Unterteilung der Bremsscheibe in die zwei Teile wird mit Hilfe eines Vergleichs von experimentellen Daten aus Bremsversuchen und/oder eines genauen Modellierens eines Bremssystems über ein Strukturanalyse- oder Strömungssimulationsverfahren ausgeführt. Diese Unterteilung entspricht der Richtung, in der die größten thermischen Spannungen erwartet werden (z.B. der axialen Richtung). The brake disk is mapped in the temperature estimation unit as a thermal model formed by two heat accumulators. One of the heat storage corresponds to the friction friction surface (brake disk friction surface temperature) and another of the heat reservoir corresponds to a remaining part (brake disk body temperature). The division of the brake disk into the two parts is accomplished by comparison of experimental data from brake tests and / or accurate modeling of a brake system via a structural analysis or flow simulation method. This division corresponds to the direction in which the largest thermal stresses are expected (e.g., the axial direction).
Schließlich enthält diese Diagnoseeinrichtung eine Bremsscheibenkörpertemperaturwarneinrichtung, die konfiguriert ist, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers einen vorbestimmten Bremsscheibenkörpertemperaturgrenzwert erreicht. Durch dieses Signal kann ein Lokführer darüber informiert werden, dass der Bremsscheibenkörper überhitzt ist.Finally, this diagnostic device includes a brake disk body temperature warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the current temperature of the brake disk body reaches a predetermined brake disk body temperature limit. Through this signal, a train driver can be informed that the brake disk body is overheated.
In einer Ausgestaltung ist diese Bremsendiagnoseeinrichtung vorzugsweise mit einer Bremsscheibenkörpertemperaturausgabeeinheit versehen. Mit Hilfe der Bremsscheibenkörpertemperaturausgabeeinheit ist es möglich, die aktuell abgeschätzte Bremsscheibenkörpertemperatur anzuzeigen. Dadurch ist es möglich, dass der Lokführer beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung rechtzeitig bezüglich einer potentiellen Überhitzung des Bremsscheibenkörpers informiert wird, auch wenn die Bremsscheibe an ihrer Reibfläche den Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert nicht erreicht hat.In one embodiment, this brake diagnostic device is preferably provided with a brake disk body temperature output unit. With the aid of the brake disk body temperature output unit, it is possible to display the currently estimated brake disk body temperature. This makes it possible that the train driver is informed in good time, for example via a display device with respect to a potential overheating of the brake disk body, even if the brake disk has not reached the Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert on its friction surface.
In einer weiteren Ausgestaltung ist diese Bremsendiagnoseeinrichtung vorzugsweise mit einer Wärmespannungsabschätzungseinheit versehen. Unter Verwendung der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche und der aktuellen Temperatur des Bremsscheibenkörpers ist es möglich, eine für eine Schädigung der Bremsscheibe relevante Wärmespannung in der Bremsscheibe abzuschätzen. In a further embodiment, this brake diagnostic device is preferably provided with a thermal stress estimation unit. Using the current temperature of the brake disk friction surface and the current temperature of the brake disk body, it is possible to estimate a relevant for damage to the brake disc thermal stress in the brake disc.
In noch einer weiteren Ausgestaltung weist diese Bremsendiagnoseeinrichtung vorzugsweise eine Schädigungsabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, die Schädigung der Bremsscheibe aus der für die Schädigung der Bremsscheibe relevanten Wärmespannung abzuschätzen, und eine Schädigungswarneinrichtung auf, die konfiguriert ist, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn die Schädigung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.In yet another embodiment, this brake diagnostic device preferably has a damage estimation unit configured to estimate the damage to the brake disk from the thermal stress relevant to the damage of the brake disk, and a damage warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the damage reaches a predetermined limit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist diese Bremsendiagnoseeinrichtung ferner vorzugsweise eine Speichereinheit auf, die konfiguriert ist, die für die Schädigung der Bremsscheibe relevante Wärmespannung aus der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche und der aktuellen Temperatur des Bremsscheibenkörpers oder die Schädigung in der Bremsscheibe bei jedem Bremsvorgang zu speichern. Ferner werden Werte für die Schädigung in der Bremsscheibe bei jedem Bremsvorgang zu einer kumulierten Schädigung kumuliert. Außerdem enthält diese Ausgestaltung eine kumulierte-Schädigung-Warneinrichtung, die konfiguriert ist, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn die kumulierte Schädigung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht. According to a further embodiment, this brake diagnostic device further preferably has a memory unit which is configured to store the heat voltage relevant to the damage of the brake disk from the current temperature of the brake disk friction surface and the current temperature of the brake disk body or the damage in the brake disk during each braking operation. Furthermore, values for the damage in the brake disk are cumulated to cumulative damage during each braking operation. In addition, this embodiment includes a cumulative damage warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the cumulative damage reaches a predetermined threshold.
Wenn die kumulierte Schädigung den vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird das Signal ausgeben, das signalisiert, dass die Bremsscheibe überprüft oder ausgewechselt werden muss.When the cumulative damage reaches the predetermined threshold, the signal will be output that signals that the brake disc must be checked or replaced.
Durch das Speichern einer Information über die kumulierte Schädigung der Bremsscheibe ist es möglich, eine Abschätzung einer verbleibenden Lebensdauer der Bremsscheibe abzugeben.By storing information about the cumulative damage to the brake disc, it is possible to make an estimate of a remaining life of the brake disc.
In einer Ausgestaltung der Bremsendiagnoseeinrichtung ist vorzugsweise eine Ausgabeeinheit vorgesehen, die konfiguriert ist, die kumulierte Schädigung auszugeben. Durch diese Ausgabe können der Lokführer oder Wartungspersonal beispielsweise über eine Anzeige darüber informiert werden, dass es erforderlich ist, eine bestimmte Bremsscheibe zu überprüfen oder auszuwechseln. Dadurch kann eine Instandhaltungsmaßnahme rationell ausgeführt werden.In one embodiment of the brake diagnostic device, an output unit is preferably provided, which is configured to output the cumulative damage. Through this output, the train driver or maintenance personnel can be informed, for example by an indication that it is necessary to check or replace a particular brake disc. As a result, a maintenance measure can be carried out efficiently.
In einer Ausgestaltung der Bremsendiagnoseeinrichtung enthält sie vorzugsweise die Merkmale der zuerst beschriebenen Bremsscheibendiagnoseeinrichtung, nämlich den Sensor zum Erfassen der aktuellen Temperatur der Umgebung der Bremse, den Sensor zum Erfassen der aktuellen Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag, die Einrichtung, die konfiguriert ist, die aktuelle Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe zu bestimmen, die Speichereinrichtung, die konfiguriert ist, Parameter für die Reibungskoeffizientenabschätzung abzuspeichern, die Reibungskoeffizientenabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, den aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, den Parametern für die Reibungskoeffizientenabschätzung und der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche abzuschätzen, und die Temperaturabschätzungseinheit, die konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche basierend auf der aktuellen Normalkraft, der aktuellen Relativgeschwindigkeit, dem aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe, Wärmekapazitäten der Bremsscheibenreibfläche und des Bremsscheibenkörpers, der Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und einem Bremsscheibenkörper und der Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und der Umgebung der Bremse abzuschätzen, und die Bremsscheibenreibflächentemperaturwarneinrichtung, die konfiguriert ist ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche den vorbestimmten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert überschreitet. Ferner enthält die Bremsdiagnoseeinrichtung optional die Bremsscheibenreibflächentemperaturausgabeeinheit. Darüber hinaus enthält diese Ausgestaltung ferner die Temperaturabschätzungseinheit, die zusätzlich konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers basierend auf der Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und dem Bremsscheibenkörper abzuschätzen, und die Bremsscheibenkörpertemperaturwarneinrichtung, die konfiguriert ist, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers einen vorbestimmten Bremsscheibenkörpertemperaturgrenzwert erreicht. In one embodiment of the brake diagnostic device, it preferably includes the features of the brake disc diagnostic device described first, namely the sensor for detecting the current temperature of the environment of the brake, the sensor for detecting the current relative speed between the brake disc and the brake pad, the device that is configured, the determining the current normal force of the brake pad to the brake disc, the memory device configured to store parameters for the friction coefficient estimation, the friction coefficient estimation unit configured to calculate the actual friction coefficient between the brake pad and the brake disc based on the current normal force, the current relative speed, Estimate parameters for the coefficient of friction estimation and the current temperature of the brake disk friction surface, and the temperature estimation unit that is configured, the ak tual temperature of the brake disk friction surface based on the current normal force, the current relative speed, the current friction coefficient between the brake pad and the brake disc, heat capacities of the brake disc friction surface and the disc body, the heat transfer between the Bremsscheibenreibfläche and a brake disc body and the heat transfer between the Bremsscheibenreibfläche and the environment of the brake and the brake disk friction temperature warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the current brake disk friction surface temperature exceeds the predetermined brake disk friction temperature limit. Further, the brake diagnostic device optionally includes the brake disk friction temperature output unit. In addition, this embodiment further includes the temperature estimation unit, which is additionally configured to estimate the current temperature of the brake disk body based on the heat transfer between the brake disk friction surface and the brake disk body, and the disk body temperature warning device configured to output a signal, in particular a warning signal, when the current temperature of the brake disk body reaches a predetermined brake disk body temperature limit.
Ferner ist diese Bremsendiagnoseeinrichtung vorzugsweise optional mit der Bremsscheibenkörpertemperaturausgabeeinheit versehen, und des Weiteren ist diese Bremsendiagnoseeinrichtung optional mit der Wärmespannungsabschätzungseinheit, optional mit der Schädigungsabschätzungseinheit und optional mit der Speichereinheit versehen, die konfiguriert ist die für die Schädigung der Bremsscheibe relevante Wärmespannung in der Bremsscheibe bei jedem Bremsvorgang zu speichern. Weiterhin ist in dieser Bremsendiagnoseeinrichtung optional die kumulierte-Schädigung-Warneinrichtung vorhanden und optional die Ausgabeeinheit vorgesehen, die konfiguriert ist die kumulierte Schädigung auszugeben.Further, this brake diagnostic device is preferably optionally provided with the brake-disk body temperature output unit, and further, this brake diagnostic device is optional with the thermal stress estimating unit, optionally with the damage estimating unit and optionally with the Storage unit provided which is configured to store the relevant for the damage to the brake disc thermal stress in the brake disc at each braking process. Furthermore, the cumulative damage warning device is optionally present in this brake diagnostic device and optionally the output unit is provided, which is configured to output the cumulative damage.
In einer weiteren Weiterentwicklung der Bremsendiagnoseeinrichtung ist die Einrichtung zum Bestimmen der Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe vorzugsweise ein Drucksensor für einen Fluid-/Luftdruck in einem Bremszylinder der Bremse. Durch eine Erfassung des Drucks in der Bremse ist es möglich, über eine Fläche eines Bremskolbens und über einen Wirkungsgrad der Bremse, die Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe zu ermitteln.In a further development of the brake diagnostic device, the device for determining the normal force of the brake lining on the brake disk is preferably a pressure sensor for a fluid / air pressure in a brake cylinder of the brake. By detecting the pressure in the brake, it is possible to determine the normal force of the brake pad on the brake disc over a surface of a brake piston and an efficiency of the brake.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Bremsendiagnoseeinrichtung ist die Einrichtung zum Bestimmen der Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe vorzugsweise eine Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, die aktuelle Normalkraft aus einer Bremsanforderung zu berechnen. Hier wird, aus einem Sollvorgabewert eines Fluid-/Luftdrucks oder einer Normalkraft über pneumatische Parameter und einen Wirkungsgrad der Bremsanlage, die Normalkraft berechnet, die, aus der Bremsanforderung entstehend, auf die Bremsscheibe wirkt.According to an alternative development of the brake diagnostic device, the device for determining the normal force of the brake lining on the brake disk is preferably a calculation unit that is configured to calculate the current normal force from a braking request. Here, from a target value of a fluid / air pressure or a normal force via pneumatic parameters and an efficiency of the brake system, the normal force is calculated, which, resulting from the braking request, acts on the brake disk.
In einem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren wird zunächst die aktuelle Temperatur der Umgebung der Bremse erfasst. Mit dieser erfassten Temperatur kann einerseits auf die Temperatur der Bremsscheibe geschlossen werden, andererseits trägt sie dazu bei, eine Wärmeabgabe von der Bremsscheibenreibfläche an die Umgebung abzuschätzen.In a diagnostic method according to the invention, the current temperature of the surroundings of the brake is first detected. On the one hand, this temperature can be used to determine the temperature of the brake disk; on the other hand, it helps to estimate a heat release from the brake disk friction surface to the surroundings.
Weiterhin werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren die aktuelle Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag und die aktuelle Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe erfasst. Furthermore, in the method according to the invention, the current relative speed between the brake disk and the brake pad and the current normal force of the brake pad are detected on the brake disc.
Basierend auf diesen erfassten Werten der aktuellen Relativgeschwindigkeit und der Normalkraft, aus den Parametern für die Reibungskoeffizientenabschätzung und aus der aktuellen Temperatur der Bremsscheibe wird der aktuelle Reibungskoeffizient zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe abgeschätzt.Based on these detected values of the current relative speed and the normal force, from the parameters for the coefficient of friction estimation and from the actual temperature of the brake disk, the actual friction coefficient between the brake pad and the brake disk is estimated.
Der abgeschätzte aktuelle Reibungskoeffizient zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe sowie die aktuelle Normalkraft, die aktuelle Relativgeschwindigkeit, die Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und dem Bremsscheibenkörper und eine Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und der Umgebung der Bremse werden dann verwendet, um die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche abzuschätzen. The estimated actual friction coefficient between the brake pad and the brake disc and the current normal force, current relative speed, heat transfer between the brake disk friction surface and the brake disk body, and heat transfer between the brake disk friction surface and the surrounding of the brake are then used to estimate the actual brake disk friction surface temperature.
Der aktuelle Reibungskoeffizient und die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche werden zyklisch abgeschätzt. Wie oben angegeben bedeutet dies, dass der aktuelle Reibungskoeffizient zu Beginn des Bremsvorgangs auf Basis einer abgeschätzten aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche, die der Temperatur der Umgebung der Bremse entspricht, abgeschätzt wird. Mit diesem aktuellen Reibungskoeffizienten wird dann die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche abgeschätzt, die dann im nächsten Zyklus für die Abschätzung des aktuellen Reibungskoeffizienten verwendet wird, woraus dann wiederum die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche abgeschätzt wird.The current friction coefficient and the current temperature of the brake disk friction surface are estimated cyclically. As indicated above, this means that the actual friction coefficient at the beginning of the braking operation is estimated based on an estimated actual brake disk friction surface temperature that corresponds to the temperature of the environment of the brake. With this current coefficient of friction then the current temperature of the brake disk friction surface is estimated, which is then used in the next cycle for the estimation of the current friction coefficient, from which in turn the current temperature of the brake disk friction surface is estimated.
Das erfindungsgemäße Verfahren enthält weiterhin den Schritt, dass, wenn die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche einen vorbestimmten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert erreicht, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, ausgegeben wird.The inventive method further includes the step that, when the current temperature of the brake disk friction surface reaches a predetermined Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert, a signal, in particular a warning signal is output.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird vorzugsweise die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche angezeigt. Dadurch ist es dem Lokführer möglich, beispielsweise durch einen Einsatz von anderen Bremssystemen, einer Überhitzung der Bremsscheibe vorzubeugen.In a development of the method, the current temperature of the brake disk friction surface is preferably displayed. As a result, it is possible for the driver, for example, by using other brake systems, to prevent overheating of the brake disc.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren enthält neben den oben angegebenen Verfahrensschritten des Erfassens der aktuellen Temperatur der Umgebung der Bremse, des Erfassens der aktuellen Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag, des Bestimmens der aktuellen Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe und des Abschätzens des aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibenreibfläche und der Temperatur der Bremsscheibenreibfläche auch einen Verfahrensschritt eines Abschätzens der aktuellen Temperatur des Bremsscheibenkörpers. Diese aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers wird basierend auf der Wärmeübertragung zwischen der Bremsscheibenreibfläche und dem Bremsscheibenkörpers und der Wärmekapazität des Bremsscheibenkörpers abgeschätzt.A further method according to the invention comprises, in addition to the above-mentioned method steps of detecting the current temperature of the surroundings of the brake, detecting the actual relative speed between the brake disk and the brake pad, determining the actual normal force of the brake pad on the brake disk and estimating the current coefficient of friction between the brake pad Brake pad and the Bremsscheibenreibfläche and the temperature of the brake disc friction surface also includes a step of estimating the current temperature of the brake disc body. This current temperature of the brake disk body is based on the heat transfer between the Brake disc friction and the brake disc body and the heat capacity of the brake disc body estimated.
Ferner enthält dieses erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich noch einen Schritt, in dem ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, ausgegeben wird, wenn die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers den vorbestimmten Bremsscheibenkörpertemperaturgrenzwert erreicht.Furthermore, this method according to the invention additionally includes a step in which a signal, in particular a warning signal, is output when the current temperature of the brake disk body reaches the predetermined brake disk body temperature limit value.
In einer Weiterbildung dieses Verfahrens ist vorzugsweise der Schritt enthalten, in dem die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers ausgegeben wird. Diese kann entweder angezeigt werden und/oder für weitere Bestimmungen verwendet werden.In a development of this method, the step in which the current temperature of the brake disk body is output is preferably included. This can either be displayed and / or used for further determinations.
In einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird vorzugsweise eine für die Schädigung der Bremsscheibe relevante Wärmespannung in der Bremsscheibe basierend auf einem Wärmeübergang zwischen der Bremsscheibenreibfläche und dem Bremsscheibenkörper und einem Wärmeübergang zwischen der Bremsscheibenreibfläche und der Umgebung der Bremse abgeschätzt. Die Wärmespannung in der Bremsscheibe kann verwendet werden, um eine Schädigung oder Alterung der Bremsscheibe abzuschätzen.In a further embodiment of the method, a relevant for the damage of the brake disc thermal stress in the brake disc is preferably estimated based on a heat transfer between the Bremsscheibenreibfläche and the brake disc body and a heat transfer between the Bremsscheibenreibfläche and the environment of the brake. The thermal stress in the brake disc can be used to estimate damage or aging of the brake disc.
In einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird vorzugsweise eine Schädigung der Bremsscheibe aus der aktuellen Wärmespannung abgeschätzt und ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, ausgegeben, wenn die Schädigung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.In a further development of the method, damage to the brake disk from the current thermal voltage is preferably estimated and a signal, in particular a warning signal, output when the damage reaches a predetermined limit.
Eine Weiterbildung des Verfahrens enthält vorzugsweise noch die Schritte eines Speicherns der aktuellen Wärmespannung oder der aktuellen Schädigung in der Bremsscheibe bei jedem Bremsvorgang, eines Kumulierens der gespeicherten Schädigungen in der Bremsscheibe zu einer kumulierten Schädigung und eines Ausgebens eines Signals, insbesondere eines Warnsignals, wenn die kumulierte Schädigung den vorbestimmten Grenzwert erreicht. Bei einer Ausgabe der Warnung wird angezeigt, dass die Bremsscheibe während des Betriebs so geschädigt oder gealtert ist, dass ein Auswechseln der Bremsscheibe erforderlich ist.A further development of the method preferably also contains the steps of storing the current heat voltage or the current damage in the brake disk during each braking operation, accumulating the stored damage in the brake disk to accumulated damage and outputting a signal, in particular a warning signal, if the accumulated Damage reaches the predetermined limit. If the warning message is issued, it indicates that the brake disc has been damaged or aged during operation in a way that requires replacement of the brake disc.
In einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens ist vorzugsweise ein Schritt enthalten, in dem die kumulierte Schädigung ausgegeben wird. Dadurch ist es bereits vor der Ausgabe des Signals, dass der Grenzwert erreicht ist, möglich eine Überprüfung oder ein Auswechseln der Bremsscheibe zu planen.In a further development of the method, a step is preferably included in which the cumulative damage is output. As a result, before the signal is issued that the limit value has been reached, it is possible to plan a check or replacement of the brake disk.
Eine Weiterbildung des Verfahrens enthält vorzugsweise das Erfassen der aktuellen Temperatur der Umgebung der Bremse, das Erfassen der aktuellen Relativgeschwindigkeit zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag und der aktuellen Normalkraft des Bremsbelags auf die Bremsscheibe, das Abschätzen des aktuellen Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe und das Abschätzen der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche, und, wenn die aktuelle Temperatur der Bremsscheibenreibfläche einen vorbestimmten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert erreicht, das Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Warnsignals. Ferner enthält diese Weiterbildung des Verfahrens zusätzlich das Abschätzen der aktuellen Temperatur des Bremsscheibenkörpers und das Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Warnsignals, wenn die aktuelle Temperatur des Bremsscheibenkörpers den vorbestimmten Bremsscheibenkörpertemperaturgrenzwert erreicht.A development of the method preferably includes detecting the current temperature of the environment of the brake, detecting the current relative speed between the brake disc and the brake pad and the current normal force of the brake pad on the brake disc, estimating the current coefficient of friction between the brake pad and the brake disc and the Estimating the current temperature of the brake disk friction surface and, when the current temperature of the brake disk friction surface reaches a predetermined brake disk friction temperature limit, outputting a signal, in particular a warning signal. Furthermore, this development of the method additionally includes estimating the current temperature of the brake disk body and outputting a signal, in particular a warning signal, when the current temperature of the brake disk body reaches the predetermined brake disk body temperature limit.
Darüber hinaus enthält dieses Diagnoseverfahren vorzugsweise optional das Ausgeben der aktuellen Temperatur der Bremsscheibenreibfläche, das Ausgeben der aktuellen Temperatur des Bremsscheibenkörpers, das Abschätzen der für die Schädigung der Bremsscheibe relevanten Wärmespannung in der Bremsscheibe, das Abschätzen der Schädigung der Bremsscheibe und das Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Warnsignals, wenn die Schädigung den vorbestimmten Grenzwert erreicht. Ferner enthält dieses Diagnoseverfahren vorzugsweise optional das Speichern der für die Schädigung der Bremsscheibe relevanten Wärmespannung oder der Schädigung in der Bremsscheibe, das Kumulieren der Schädigung in der Bremsscheibe bei jedem Bremsvorgang zu der kumulierten Schädigung und das Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Warnsignals, wenn die kumulierte Schädigung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.In addition, preferably, this diagnostic method optionally includes outputting the actual temperature of the brake disk friction surface, outputting the current temperature of the brake disk body, estimating the thermal stress in the brake disk relevant to the damage of the brake disk, estimating the damage to the brake disk, and outputting a signal, in particular a warning signal when the damage reaches the predetermined limit. Further, this diagnostic method preferably further optionally includes storing the thermal stress or damage in the brake disc relevant to the damage of the brake disc, accumulating the damage in the brake disc at each braking operation to the cumulative damage, and outputting a signal, in particular a warning signal, when the cumulative one Damage reaches a predetermined limit.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bremsendiagnoseeinrichtung erläutert. Hereinafter, an embodiment of a brake diagnostic device according to the invention will be explained with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Showing:
In die Bremsendiagnoseeinrichtung werden eine Normalkraft Fn eines Bremsbelags auf eine Bremsscheibe und eine Relativgeschwindigkeit vf der Bremsscheibe zu dem Bremsbelag eingegeben. Die Normalkraft Fn und die Relativgeschwindigkeit vf werden sowohl in das Bremsbelag-Bremsscheibe-Reibungsmodell
Ein in dem Modul
Das Bremsbelag-Bremsscheibe-Reibungsmodell
Der Reibungskoeffizient μa ist, wie folgt, in Gleichung (2) definiert: 
Das thermische Modell
Die Bremsscheibe wird dabei durch zwei Wärmespeicher dargestellt, wobei einer der Wärmespeicher der Reibfläche entspricht während der andere der Wärmespeicher dem verbleibenden Teil (Scheibenkörper) entspricht. Die Unterteilung entspricht der Richtung, in der die größten Wärmespannungen erwartet werden, d.h. der axialen Richtung.The brake disk is represented by two heat storage, one of the heat storage of the friction surface corresponds while the other of the heat storage corresponds to the remaining part (disk body). The subdivision corresponds to the direction in which the greatest thermal stresses are expected, i. E. the axial direction.
Das thermische Modell
Eine Bremsscheibenreibflächentemperaturabschätzung Ts (Gleichung (3)) und eine Bremsscheibenkörpertemperaturabschätzung (Gleichung (4)), die sich aufeinander und auf den Bremszylinderdruck, der die Eingangsleistung beeinflusst, beziehen, werden durch die folgenden Differentialgleichungen angegeben: 
A brake disk friction temperature estimation T s (equation (3)) and a brake disk body temperature estimate (equation (4)) relating to each other and to brake cylinder pressure affecting input power are given by the following differential equations:
In den Gleichungen ist der Reibungskoeffizient μa der gemäß dem oben beschriebenen Bremsbelag-Bremsscheibe-Reibungsmodell
Basierend auf dem Bremsbelag-Bremsscheibe-Reibungsmodell
Die Bremsendiagnoseeinrichtung
- –
Die Bremsendiagnoseeinrichtung 1 erlangt die gegebenenfalls durch ein Gleitschutzsystem vorverarbeitete aktuelle Radgeschwindigkeit gegebenenfalls über einen Geschwindigkeitssensor und wandelt sie in eine Relativgeschwindigkeit vf zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe um. - –
Die Bremsendiagnoseeinrichtung 1 erlangt einen aktuellen Zylinderdruck (von einem Drucksensor oder aus einer Bremsanforderung berechnet) und wandelt ihn in die Normalkraft zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsbelag um (die Umwandlung basiert auf bekannten Eigenschaften der Bremseinrichtung). - –
Die Bremsendiagnoseeinrichtung 1 berechnet die zwei Bremsscheibentemperaturen aus der aktuellen Normalkraft und der Relativgeschwindigkeit vf. - –
Die Bremsendiagnoseeinrichtung 1 schätzt die Bremsbelag-Bremsscheiben-Reibung aus der Bremsscheibentemperatur, der Relativgeschwindigkeit vf und der Normalkraft ab.
- - The brake
diagnostic device 1 If necessary, the actual wheel speed preprocessed by an anti-slip system obtains, if appropriate, via a speed sensor and converts it into a relative speed v f between the brake lining and the brake disk. - - The brake
diagnostic device 1 acquires an actual cylinder pressure (calculated by a pressure sensor or a brake request) and converts it to the normal force between the brake disk and the brake pad (the conversion is based on known characteristics of the brake device). - - The brake
diagnostic device 1 calculates the two brake disc temperatures from the current normal force and the relative velocity v f . - - The brake
diagnostic device 1 estimates the brake pad brake friction from the brake disc temperature, the relative velocity v f and the normal force.
Das Modul
- – Die aktuelle Bremsscheibenreibflächentemperatur Ts kann ständig oder alternativ nur bei einem Erreichen eines Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwerts angezeigt werden.
- – Wenn die aktuelle Bremsscheibenreibflächentemperatur Ts einen vorbestimmten ersten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert Ts_limit1 überschreitet (Ts > Ts_limit1), wird eine Meldung ausgegeben, die Bremsscheibe bei der nächsten Wartung zu prüfen.
- – Wenn die Bremsscheibenreibflächentemperatur Ts einen vorbestimmten zweiten Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert Ts_limit2, der größer als der erste Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert Ts_limit1 ist, überschreitet (Ts > Ts_limit2), wird ein Signal an die Bremsensteuerungseinrichtung oder den Lokführer ausgegeben, die angibt, dass ein Risiko einer Bremsscheibenüberhitzung besteht.
- The current brake disk friction temperature T s can be constantly or alternatively displayed only when a brake disk friction temperature limit value has been reached.
- - If the current Bremsscheibenreibflächentemperatur T s a predetermined first Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert T s _limit1 exceeds (T s> T s _limit1), a message is displayed to check the brake disc at the next maintenance.
- - If the Bremsscheibenreibflächentemperatur T s a predetermined second Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert T s _limit2 which is greater than the first Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert T s _limit1 exceeds (T s> T s _limit2), a signal is output to the brake control device or the engine driver, indicating that there is a risk of brake disk overheating.
Neben der Bremsscheibenreibflächentemperatur Ts stellt das Modul
Die aktuelle Bremsscheibenkörpertemperatur Tb wird ständig oder alternativ nur bei einem Erreichen eines Bremsscheibenkörpertemperaturgrenzwerts angezeigt.The actual brake disk body temperature T b is constantly or alternatively displayed only upon reaching a brake disk body temperature limit.
Unter Verwendung dieser beiden Temperaturen kann eine aktuelle innere Spannung (Wärmespannung) der Bremsscheibe aufgrund eines Temperaturunterschieds der Bremsscheibenreibflächentemperatur Ts und der Bremsscheibenkörpertemperatur Tb abgeschätzt werden. Using these two temperatures, an actual internal stress (thermal stress) of the brake disk can be estimated based on a temperature difference of the brake disk friction surface temperature T s and the brake disk body temperature T b .
Aus dieser Wärmespannung kann eine Schädigung der Bremsscheibe und auch des Bremsbelags abgeschätzt werden.
- – Wenn abgeschätzt wird, das die Schädigung einen ersten Schädigungsgrenzwert Schädigung_limit1 überschreitet (Schädigung > Schädigung_limit1), wird eine Meldung ausgegeben, die Bremsscheibe bei der nächsten Wartung zu prüfen.
- – Wenn abgeschätzt wird, das die Schädigung einen zweiten Schädigungsgrenzwert Schädigung_limit2 überschreitet (Schädigung > Schädigung_limit2), wird ein Signal an die Bremsensteuerungseinrichtung oder den Lokführer ausgegeben, die angibt, dass aufgrund der Wärmespannung ein Risiko besteht.
- - If it is estimated that the injury exceeds a first injury limit value of injury_limit1 (damage> damage_limit1), a message will be issued to check the brake disc at the next service.
- If it is estimated that the injury exceeds a second damage threshold, Damage_limit2 (Damage> Damage_limit2), a signal is output to the brake controller or engine operator indicating that there is a risk due to the thermal stress.
Die für die Schädigung der Bremsscheibe relevante Wärmespannung oder die Schädigung aufgrund der Bremsvorgänge während eines Bremsvorgangs wird abgespeichert und zu einer kumulierten Schädigung kumuliert. Aus dieser kumulierten Schädigung wird eine Bremsscheibenlebensdauer abgeschätzt. The relevant for the damage to the brake disc thermal stress or damage due to the braking during a braking operation is stored and accumulated to cumulative damage. From this cumulative damage, a brake disc life is estimated.
Aus dieser abgeschätzten Bremsscheibenlebensdauer wird hinsichtlich einer noch zu erwartenden Lebensdauer der Bremsscheibe eine Wartungsinformation erzeugt.From this estimated brake disc life maintenance information is generated with respect to a still to be expected life of the brake disc.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Modul module
- 22
- Bremsbelag-Bremsscheibe-Reibungsmodell Brake pad brake disc friction model
- 33
- thermisches Modell thermal model
- Schädigung_limit1Schädigung_limit1
- erster Schädigungsgrenzwert first damage limit
- Schädigung_limit2Schädigung_limit2
- zweiter Schädigungsgrenzwert second injury limit
- Tb T b
- Temperatur des Bremsscheibenkörpers Temperature of the brake disk body
- Ts T s
- Temperatur der Bremsscheibenreibfläche Temperature of the brake disk friction surface
- Ts_limit1T s _limit1
- erster Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert first brake disk friction temperature limit
- Ts_limit2T s _limit2
- zweiter Bremsscheibenreibflächentemperaturgrenzwert second brake disk friction temperature limit
- vf v f
- Relativgeschwindigkeit zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe Relative speed between brake pad and brake disc
- μa μ a
- Reibungskoeffizient coefficient of friction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1950111 B1 [0003] EP 1950111 B1 [0003]
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