DE102017215625A1 - Brake device and method for operating a brake device - Google Patents

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Thomas Hessling
Marcus Fischer
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Abstract

Eine Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug weist mindestens einen Bremszylinder (16) und eine Druckregeleinrichtung (12) zum Bereitstellen eines Regeldrucks (Pa) für den Bremszylinder (16) ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck (Ps) auf. Um eine verbesserte Regelung der Bremswirkung zu erzielen, wird vorgeschlagen, den Regeldruck (Pa) stromab der Druckregeleinrichtung (12) zu erfassen, auf Basis dieses erfassten Regeldrucks (Pa) einen Bremszylinderdruck (Pb) im Bremszylinder (16) abzuschätzen und die Druckregeleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Bremszylinderdruck (Pb) anzusteuern.

Figure DE102017215625A1_0000
A brake device for a rail vehicle has at least one brake cylinder (16) and a pressure control device (12) for providing a control pressure (Pa) for the brake cylinder (16) starting from a provided supply pressure (Ps). In order to achieve an improved control of the braking effect, it is proposed to detect the control pressure (Pa) downstream of the pressure control device (12), to estimate a brake cylinder pressure (Pb) in the brake cylinder (16) on the basis of this detected control pressure (Pa) and to control the pressure control device (12 ) in response to the estimated brake cylinder pressure (Pb).
Figure DE102017215625A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Bremsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug.The invention relates to a braking device and a method for operating a braking device. In particular, the invention relates to a braking device for a rail vehicle, a rail vehicle with such a braking device and a method for operating a braking device for a rail vehicle.

In Schienenfahrzeugen werden häufig pneumatische oder hydraulische Bremssysteme eingesetzt. Derartige Bremssysteme weisen zum Beispiel druckbetätigte Bremszylinder auf, die bei Anliegen eines Druckes eine Bremswirkung erzeugen können. Für die erzeugte Bremswirkung ist dabei der Druck im Bremszylinder von großer Bedeutung, weshalb es wünschenswert bzw. vorteilhaft ist, diesen Bremszylinderdruck möglichst genau zu kennen. Bei Schienenfahrzeugen ist eine Integration von Komponenten in den Drehgestellen aufgrund der Umwelteinflüsse (z.B. mechanische Belastungen, Temperatur, Feuchtigkeit) aber grundsätzlich mit erhöhtem Aufwand verbunden, weshalb der Bremszylinderdruck üblicherweise nicht direkt gemessen wird.Rail vehicles often use pneumatic or hydraulic brake systems. Such brake systems have, for example, pressure-actuated brake cylinders which can generate a braking effect when a pressure is applied. For the generated braking effect, the pressure in the brake cylinder is of great importance, which is why it is desirable or advantageous to know this brake cylinder pressure as accurately as possible. In the case of rail vehicles, integration of components in the bogies is, however, generally associated with increased expenditure due to the environmental influences (for example mechanical loads, temperature, humidity), for which reason the brake cylinder pressure is usually not measured directly.

Die DE 10 2012 004 892 A1 beschreibt einen Beobachter für eine Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs, der basierend auf Druckdaten und Ansteuerungsdaten einen Steuerdruck abschätzen kann, der stromab einer Drucksteuereinrichtung dem Bremszylinder bereitgestellt werden soll, um die Drucksteuereinrichtung entsprechend anzusteuern. Die dem Beobachter zugeführten Druckdaten repräsentieren dabei einen stromauf der Drucksteuereinrichtung vorliegenden Versorgungsdruck.The DE 10 2012 004 892 A1 describes an observer for a braking device of a rail vehicle, which can estimate based on pressure data and driving data, a control pressure to be provided downstream of a pressure control means the brake cylinder to control the pressure control device accordingly. The pressure data supplied to the observer represent a supply pressure present upstream of the pressure control device.

Aufgrund des Leitungssystems zwischen der Drucksteuereinrichtung und dem Bremszylinder und dem dadurch verursachten pneumatischen Widerstand und dynamischen Verhalten entspricht der von der Drucksteuereinrichtung bereitgestellte Steuerdruck insbesondere während der Einschwingphase des Systems aber nicht dem tatsächlichen Druck im Bremszylinder.Due to the conduit system between the pressure control device and the brake cylinder and the pneumatic resistance and dynamic behavior caused thereby, the control pressure provided by the pressure control device does not correspond to the actual pressure in the brake cylinder, in particular during the transient phase of the system.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bremsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung bereitzustellen, mit denen die durch einen Bremszylinder erzielte Bremswirkung geregelt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an improved brake device and method for operating a brake device that can control the braking effect achieved by a brake cylinder.

Diese Aufgabe wird durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the teachings of the independent claims. Particularly advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist mindestens einen Bremszylinder, eine Druckregeleinrichtung zum Bereitstellen eines Regeldrucks für den Bremszylinder ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Druckregeleinrichtung auf. Zusätzlich sind gemäß der Erfindung ein Drucksensor zum Erfassen des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung sowie ein Beobachter vorgesehen. Der Beobachter ist mit dem Drucksensor verbunden und derart ausgestaltet, dass er auf Basis des vom Drucksensor erfassten Regeldrucks einen Bremszylinderdruck im Bremszylinder abschätzt. Die Steuereinrichtung ist entsprechend derart ausgestaltet, dass sie die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von diesem durch den Beobachter abgeschätzten Bremszylinderdruck ansteuert.The brake device according to the invention has at least one brake cylinder, a pressure control device for providing a control pressure for the brake cylinder, starting from a supply pressure provided and a control device for actuating the pressure control device. In addition, according to the invention, a pressure sensor for detecting the control pressure downstream of the pressure control device and an observer are provided. The observer is connected to the pressure sensor and designed such that it estimates a brake cylinder pressure in the brake cylinder on the basis of the control pressure detected by the pressure sensor. The control device is correspondingly designed such that it controls the pressure control device as a function of this estimated by the observer brake cylinder pressure.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Regeldruck stromab der Druckregeleinrichtung zu erfassen und den tatsächlich vorliegenden Bremszylinderdruck auf Basis dieses erfassten Regeldrucks abzuschätzen. Die auf diese Weise vorgenommene Abschätzung des Bremszylinderdrucks ermöglicht im Vergleich zu einer bloßen Steuerung der Druckregeleinrichtung basierend auf einer Abschätzung des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks anhand eines erfassten Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung eine Regelung der Druckregeleinrichtung und damit des Regeldrucks, sodass die durch den Bremszylinder erzeugte Bremswirkung ebenfalls geregelt werden kann.According to the invention, it is proposed to detect the control pressure downstream of the pressure control device and to estimate the actually present brake cylinder pressure on the basis of this detected control pressure. The estimation of the brake cylinder pressure made in this manner allows control of the pressure control device and thus the control pressure based on an estimate of the control pressure provided by the pressure control device based on a detected supply pressure upstream of the pressure control device, so that the braking effect generated by the brake cylinder can also be regulated.

Bei herkömmlichen Bremsvorrichtungen wurden insbesondere das Öffnungsverhalten und das Durchflussverhalten der Druckregeleinrichtung bzw. deren Ventile berücksichtigt. D.h. es wurde zum Beispiel mit Hilfe von Kennfeldern der Druckregeleinrichtung bzw. deren Ventile bestimmt, wie lange ein Öffnungssignal an entsprechende Schaltventile gesendet werden muss, um einen definierten Druckanstieg in einem definierten Volumen zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung misst hingegen den Regeldruck stromab bzw. am Ausgang der Druckregeleinrichtung, um aus diesem auf den tatsächlichen Bremszylinderdruck im Bremszylinder zu schließen. Hierdurch ist es möglich, auch während der dynamischen Einschwingphase den Bremszylinderdruck zu kennen und zu regeln. Damit kann bei Bedarf eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung und Regelung des Druckverlaufs erzielt werden. Da der Bremszylinderdruck bzw. dessen zeitlicher Verlauf Einfluss auf die Bremswirkung des Bremssystems haben, kann auf diese Weise auch die Sicherheit des Bremssystems verbessert werden.In conventional brake devices in particular the opening behavior and the flow behavior of the pressure control device or its valves were taken into account. That It has been determined, for example with the aid of maps of the pressure control device or its valves, how long an opening signal must be sent to corresponding switching valves to produce a defined pressure increase in a defined volume. The brake device according to the invention, however, measures the control pressure downstream or at the output of the pressure control device to close from this to the actual brake cylinder pressure in the brake cylinder. This makes it possible to know and regulate the brake cylinder pressure during the dynamic transient phase. This can be achieved if necessary, a higher accuracy in the determination and control of the pressure curve. Since the brake cylinder pressure or its time course influence on the braking effect of the brake system, in this way, the safety of the brake system can be improved.

Aufgrund der genaueren Kenntnis des tatsächlichen Drucks im Bremszylinder können auch Umwelteinflüsse bei der Regelung der Druckregeleinrichtung berücksichtigt und ggf. ausgeglichen werden. Durch die vorgeschlagene Erfassung des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung ist zudem eine schnellere und zuverlässigere Erkennung von Fehlfunktionen (z.B. Lecks, Schlauchbruch, etc.) in den Komponenten (insbes. Leitungssystem und Bremszylinder) stromab der Druckregeleinrichtung möglich. Schließlich ermöglicht die Auswertung des erfassten Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung durch den Beobachter auch ein Selbstkalibrieren oder ein kontinuierliches Selbstkalibrieren der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung oder der gesamten Bremsvorrichtung.Due to the precise knowledge of the actual pressure in the brake cylinder and environmental influences in the regulation of the pressure control device can be considered and possibly compensated. Due to the proposed detection of the Regeldrucks downstream of the pressure control device is also a faster and more reliable detection of malfunction (eg leaks, hose breakage, etc.) in the components (esp. Line system and brake cylinder) downstream of the pressure control device possible. Finally, the evaluation of the detected control pressure downstream of the pressure control device by the observer also allows self-calibration or continuous self-calibration of the control of the pressure control device or the entire braking device.

Bei der Abschätzung des Bremszylinderdrucks basierend auf dem erfassten Regeldruck erfolgt vorzugsweise eine Abschätzung des zeitlichen Verlaufs des Bremszylinderdrucks basierend auf dem erfassten Regeldruck und dem erfassten zeitlichen Verlauf des Regeldrucks. Auf diese Weise kann die Abschätzung des Bremszylinderdrucks insbesondere während einer Einschwingphase, in welcher üblicherweise größere Druckdifferenzen vorhanden sind, genauer durchgeführt werden. Auch kann der Bremszylinderdruck mit der erfindungsgemäßen Lösung unabhängig von den eigentlichen Ventilöffnungszeiten der Druckregeleinrichtung bestimmt werden; selbst während einer Öffnung der Druckregeleinrichtung kann auf den Bremszylinderdruck rückgeschlossen werden.In the estimation of the brake cylinder pressure based on the detected control pressure, an estimation of the time profile of the brake cylinder pressure is preferably based on the detected control pressure and the detected time profile of the control pressure. In this way, the estimation of the brake cylinder pressure, in particular during a transient phase, in which usually larger pressure differences are present, can be performed more accurately. Also, the brake cylinder pressure can be determined with the inventive solution regardless of the actual valve opening times of the pressure control device; Even during an opening of the pressure control device can be deduced on the brake cylinder pressure.

Der Beobachter ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung verbunden oder in diese integriert. Der Beobachter kann bevorzugt als Software, Hardware oder Kombination daraus implementiert sein. Auch eine Steuereinrichtung, die zum Ausführen der Funktion des Beobachters ausgestaltet ist, kann als Beobachter angesehen werden.The observer is preferably connected to the control device or integrated into it. The observer may preferably be implemented as software, hardware or a combination thereof. A control device which is designed to perform the function of the observer can also be regarded as an observer.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit einer Bremsbetätigungseinrichtung zum Auslösen (Starten und bevorzugt auch Einstellen eines Bremsniveaus, in vorgegebenen Stufen oder stufenlos) eines Bremsvorgangs verbunden, um die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von einer Betätigung dieser Bremsbetätigungseinrichtung anzusteuern.The control device is preferably connected to a brake actuating device for triggering (starting and preferably also setting a braking level, in predetermined stages or continuously) of a braking operation in order to control the pressure regulating device in response to an actuation of this brake actuating device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Beobachter derart ausgestaltet, dass er den Bremszylinderdruck basierend auf einem Modell von Komponenten (insbes. z.B. Leitungssystem und evt. auch Bremszylinder) der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung abschätzt. Das Modell ist vorzugsweise im Beobachter hinterlegt.In an advantageous embodiment of the invention, the observer is designed such that he estimates the brake cylinder pressure based on a model of components (esp., For example, line system and possibly also brake cylinder) of the braking device downstream of the pressure control device. The model is preferably stored in the observer.

Das Modell stellt vorzugsweise eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck dar, besonders bevorzugt einen zeitlichen Verlauf der Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck. Die genannte Übertragungsfunktion betrifft hier insbesondere das pneumatische Übertragungsverhalten.The model preferably represents a transfer function of the control pressure provided by the pressure regulating device to the brake cylinder pressure, particularly preferably a chronological progression of the transfer function of the control pressure provided by the pressure regulating device to the brake cylinder pressure. The transfer function mentioned here relates in particular to the pneumatic transfer behavior.

Bei dem Modell handelt es sich vorzugsweise um ein projektspezifisches Modell, das in einer Design-Phase der jeweiligen Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmt wird und/oder das automatisch während des Betriebs der Bremsvorrichtung kalibriert werden kann.The model is preferably a project-specific model which is determined in a design phase of the respective braking device for a project and / or regularly, empirically and / or experimentally and / or which can be automatically calibrated during operation of the braking device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung ferner mindestens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen des Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder mindestens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen eines innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugten Drucks auf. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung bevorzugt auch mit dem mindestens einen weiteren Drucksensor verbunden, um die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem durch den mindestens einen weiteren Drucksensor erfassten Druck anzusteuern. Vorzugsweise können diese weiteren Druckdaten zu diesem Zweck auch vom Beobachter verwendet werden. Durch die Berücksichtigung nicht nur des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung sondern auch des Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder des innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugten Drucks kann die Steuerung bzw. Regelung der Bremsvorrichtung weiter optimiert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the braking device further comprises at least one further pressure sensor for detecting the supply pressure upstream of the pressure regulating device and / or at least one further pressure sensor for detecting a pressure generated within the pressure regulating device. In this case, the control device is preferably also connected to the at least one further pressure sensor in order to control the pressure control device as a function of the pressure detected by the at least one further pressure sensor. Preferably, these other print data can also be used by the observer for this purpose. By taking into account not only the control pressure downstream of the pressure control device but also the supply pressure upstream of the pressure control device and / or the pressure generated within the pressure control device, the control or regulation of the braking device can be further optimized.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schienenfahrzeug, das wenigstens eine oben beschriebene Bremsvorrichtung der Erfindung aufweist, bzw. die Verwendung der oben beschriebenen Bremsvorrichtung in einem Schienenfahrzeug.The invention also relates to a rail vehicle having at least one braking device of the invention described above, or the use of the braking device described above in a rail vehicle.

Als Schienenfahrzeug werden in diesem Zusammenhang alle Arten von Wagen mit oder ohne eigenen Antrieb und fest gekoppelte Einheiten aus mehreren solchen Wagen bezeichnet. Ein Verbund von Schienenfahrzeugen wird üblicherweise auch als Zug bezeichnet und wird durch variables Koppeln mehrerer Schienenfahrzeuge gebildet.As a rail vehicle in this context, all types of cars with or without their own drive and firmly coupled units of several such cars are called. An association of rail vehicles is commonly referred to as train and is formed by variable coupling of multiple rail vehicles.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung mit mindestens einem Bremszylinder, wobei eine Druckregeleinrichtung ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck einen Regeldruck für den Bremszylinder bereitstellt, enthält gemäß der Erfindung die Schritte des Erfassens des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung, des Abschätzens eines Bremszylinderdrucks im Bremszylinder auf Basis des erfassten Regeldrucks und des Ansteuerns der Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Bremszylinderdruck. Das Ansteuern der Druckregeleinrichtung soll dabei vorzugsweise auch ein Ansteuern in Abhängigkeit von einem abgeschätzten zeitlichen Verlauf des Bremszylinderdrucks umfassen.The inventive method for operating a brake device with at least one brake cylinder, wherein a pressure control device provides a control pressure for the brake cylinder based on a provided supply pressure, according to the invention, the steps of detecting the control pressure downstream of the pressure control device, the estimation of a brake cylinder pressure in the brake cylinder based on detected control pressure and the driving of the pressure control device in dependence on the estimated brake cylinder pressure. The driving of the pressure control device should preferably also a Driving in response to an estimated time course of the brake cylinder pressure include.

Mit diesem Verfahren der Erfindung können die gleichen Vorteile erzielt werden, die oben in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung erläutert sind. With this method of the invention, the same advantages can be achieved, which are explained above in connection with the braking device according to the invention.

Bezüglich der Vorteile, der Begriffsdefinitionen und der bevorzugten Ausführungsformen wird daher ergänzend auf die obigen Ausführungen verwiesen.With regard to the advantages, the definitions of terms and the preferred embodiments, reference is therefore additionally made to the above statements.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Bremszylinderdruck basierend auf einem Modell von Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung abgeschätzt. Das verwendete Modell stellt vorzugsweise eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck dar. Außerdem ist das Modell vorzugsweise ein projektspezifisches Modell, das in einer Design-Phase der Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmt wird und/oder das während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibriert wird.In an advantageous embodiment of the invention, the brake cylinder pressure is estimated based on a model of components of the brake device downstream of the pressure control device. The model used preferably represents a transfer function of the control pressure provided by the pressure control device to the brake cylinder pressure. In addition, the model is preferably a project-specific model, which is determined in a design phase of the braking device for a project and / or regularly, empirically and / or experimentally and / or that is automatically calibrated during operation of the brake device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf Basis des erfassten Regeldrucks zudem eine Fehlerprüfung von Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung durchgeführt werden. So kann aus dem erfassten Regeldruck bzw. dem erfassten zeitlichen Verlauf des Regeldrucks zum Beispiel schnell und zuverlässig ein Leck im Bremszylinder oder im Leitungssystem zum Bremszylinder erkannt werden. Diese Fehlererkennung ist frühzeitig bereits während der Regelung der Druckregeleinrichtung möglich und nicht erst nach dem Ende der Regelung und dem dann erkennbaren Druckabfall.In an advantageous embodiment of the invention can also be carried out based on the detected control pressure error checking of components of the braking device downstream of the pressure control device. Thus, for example, a leak in the brake cylinder or in the line system to the brake cylinder can be detected quickly and reliably from the detected control pressure or the detected time profile of the control pressure. This error detection is possible in advance already during the regulation of the pressure control device and not only after the end of the control and the then detectable pressure drop.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf Basis des erfassten Regeldrucks eine (automatische) Selbstkalibrierung der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung oder der Bremsvorrichtung durchgeführt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, an (automatic) self-calibration of the control of the pressure control device or of the brake device can be carried out on the basis of the detected control pressure.

In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden auch der Versorgungsdruck stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder mindestens ein innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugter Druck erfasst. In diesem Fall wird vorzugsweise die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Versorgungsdruck und/oder Druck angesteuert.In a still further advantageous embodiment of the invention, the supply pressure upstream of the pressure regulating device and / or at least one pressure generated within the pressure regulating device are also detected. In this case, the pressure control device is preferably controlled as a function of the detected supply pressure and / or pressure.

Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:

  • 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 Druck/Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 den Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
The above and other advantages, features and applications of the invention will become more apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. In it show, mostly schematically:
  • 1 the basic structure of a braking device for a rail vehicle according to the present invention;
  • 2 Pressure / time diagrams to illustrate the operation of the braking device of the present invention; and
  • 3 the structure of a braking device for a rail vehicle according to an embodiment of the invention.

1 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung. 1 illustrates the basic structure of a braking device for a rail vehicle according to the invention.

Die Bremsvorrichtung ist mit einem Druckreservoir 10 zum Beispiel in Form eines Druckluftspeichers oder einer Druckluftleitung verbunden, das einen Versorgungsdruck Ps bereitstellt. Dieser Versorgungsdruck Ps wird einer Druckregeleinrichtung 12 zur Verfügung gestellt, die ausgangsseitig einen Regeldruck Pa bereitstellt. Dieser Regeldruck Pa wird dann über ein Leitungssystem 14 mindestens einem Bremszylinder 16 zugeführt. Im Bremszylinder 16 liegt ein Bremszylinderdruck Pb vor, mit dessen Hilfe eine Bremswirkung erzeugt wird.The braking device is with a pressure reservoir 10 For example, in the form of a compressed air reservoir or a compressed air line connected to a supply pressure ps provides. This supply pressure ps becomes a pressure regulator 12 provided on the output side a control pressure Pa provides. This control pressure Pa is then via a pipe system 14 at least one brake cylinder 16 fed. In the brake cylinder 16 is a brake cylinder pressure pb before, by means of which a braking effect is generated.

Die Bremsvorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung 18 auf. Diese Steuereinrichtung 18 steuert die Druckregeleinrichtung 12 an.The braking device further comprises a control device 18 on. This control device 18 controls the pressure regulator 12 at.

2 zeigt die Übertragung bzw. das zeitliche Verhalten der Übertragung des von der Druckregeleinrichtung 12 bereitgestellten Regeldrucks Pa auf den Bremszylinderdruck Pb. Wie aus den beiden Druck/Zeit-Diagrammen erkennbar, ist insbesondere während einer Einschwingphase nach dem Auslösen eines Bremsvorgangs und dem entsprechenden Ansteuern der Druckregeleinrichtung 12 durch die Steuereinrichtung 18 eine Druckdifferenz zwischen dem Regeldruck Pa und dem Bremszylinderdruck Pb vorhanden. Erst nach Abschluss des Druckausgleichs entspricht der Bremszylinderdruck Pb im Wesentlichen dem Regeldruck Pa. 2 shows the transmission or the temporal behavior of the transmission of the from the pressure control device 12 provided control pressure Pa on the brake cylinder pressure pb , As can be seen from the two pressure / time diagrams, in particular during a transient phase after the triggering of a braking process and the corresponding activation of the pressure regulating device 12 by the control device 18 a pressure difference between the control pressure Pa and the brake cylinder pressure pb available. Only after completion of the pressure equalization corresponds to the brake cylinder pressure pb essentially the regulatory pressure Pa ,

Um in effizienter Weise die vom Bremszylinder 16 erzeugte Bremswirkung zu regeln, wird der Bremszylinderdruck Pb bzw. dessen zeitlicher Verlauf von der Steuereinrichtung 18 berücksichtigt, um die Druckregeleinrichtung 12 entsprechend zu regeln. Auf eine direkte Messung des Drucks im Bremszylinder 16 soll dabei verzichtet werden.To efficiently remove the brake cylinder 16 To control generated braking effect, the brake cylinder pressure pb or the time course of the control device 18 considered to the pressure regulator 12 to regulate accordingly. On a direct measurement of the pressure in the brake cylinder 16 should be omitted.

In die Steuereinrichtung 18 ist deshalb ein Beobachter 20 integriert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Beobachter 20 eine separate Komponente, die mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist, oder übernimmt die Steuereinrichtung 18 selbst auch die Funktion des Beobachters 20.In the control device 18 is therefore an observer 20 integrated. In other embodiments of the invention, the observer 20 a separate component associated with the control device 18 is connected, or takes over the control device 18 even the function of the observer 20 ,

Der Beobachter 20 ist mit einem Drucksensor 22 verbunden, der den Regeldruck Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 erfasst, zum Beispiel direkt am Ausgang der Druckregeleinrichtung 12 oder mit einem Abstand zu dieser im Leitungssystem 14 zum Bremszylinder 16.The Observer 20 is with a pressure sensor 22 connected, the control pressure Pa downstream of the pressure regulator 12 detected, for example, directly at the output of the pressure control device 12 or with a distance to it in the pipe system 14 to the brake cylinder 16 ,

In dem Beobachter 20 ist ein projektspezifisches Modell M hinterlegt, das zum Beispiel während der Design-Phase der Bremsvorrichtung empirisch und/oder experimentell ermittelt / bestimmt worden ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Modell M auch regelmäßig (zum Beispiel beim Hochfahren der Bremsvorrichtung) ermittelt / bestimmt werden. Dieses Modell M berücksichtigt insbesondere die Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung 12, d.h. das Leitungssystem 14 und ggf. auch den mindestens einen Bremszylinder 16 selbst. Dabei stellt das Modell M die Übertragungsfunktion bzw. den zeitlichen Verlauf der Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung 12 bereitgestellten Regeldrucks Pa auf den Bremszylinderdruck Pb dar. Vorzugsweise wird dieses Modell M zudem während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibriert.In the observer 20 is a project-specific model M deposited, for example, during the design phase of the braking device empirically and / or experimentally determined / determined. Alternatively or additionally, the model M also regularly (for example, when starting up the braking device) are determined / determined. This model M takes particular account of the components of the braking device downstream of the pressure control device 12 ie the pipe system 14 and possibly also the at least one brake cylinder 16 itself. This is what the model represents M the transfer function or the time profile of the transfer function of the pressure regulating device 12 provided control pressure Pa on the brake cylinder pressure pb Preferably, this model M also calibrated automatically during operation of the brake device.

Da der Regeldruck Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 erfasst und ausgewertet wird, kann der tatsächliche Bremszylinderdruck Pb im Bremszylinder 16 mit Hilfe des Modells M durch den Beobachter 20 relativ genau abgeschätzt werden. Es lässt sich somit eine Regelung der Druckregeleinrichtung 12 bzw. der gesamten Bremsvorrichtung erzielen, sodass eine effizientere Regelung der durch den Bremszylinder 16 erzielten Bremswirkung erreicht werden kann.As the control pressure Pa downstream of the pressure regulator 12 is detected and evaluated, the actual brake cylinder pressure pb in the brake cylinder 16 with the help of the model M by the observer 20 be estimated relatively accurately. It can thus be a regulation of the pressure control device 12 or the entire braking device, so that a more efficient control by the brake cylinder 16 achieved braking effect can be achieved.

Weitere Vorteile der Erfassung des Regeldrucks Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 sind die Möglichkeiten einer Fehlerprüfung der Komponenten 14, 16 der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung 12, einer Berücksichtigung von Umwelteinflüssen auf den Bremszylinderdruck Pb und einer Selbstkalibrierung oder kontinuierlichen Selbstkalibrierung der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung 12 oder der Bremsvorrichtung.Further advantages of registering the control pressure Pa downstream of the pressure regulator 12 are the possibilities of error checking the components 14 . 16 the braking device downstream of the pressure control device 12 , a consideration of environmental influences on the brake cylinder pressure pb and a self-calibration or continuous self-calibration of the control of the pressure control device 12 or the brake device.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bremsvorrichtung der Erfindung in mehr Einzelheiten. 3 shows an embodiment of a braking device of the invention in more detail.

Im Vergleich zum grundsätzlichen Aufbau von 1 ist eine Bremsbetätigungseinrichtung 24 gezeigt, die mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist. Über diese Bremsbestätigungseinrichtung 24 kann - zum Beispiel manuell durch einen Fahrzeugführer oder automatisch durch ein automatisiertes Fahrzeugsteuerungssystem oder Sicherungssystem - ein Bremsvorgang ausgelöst werden. Vorzugsweise ist die Bremsbetätigungseinrichtung 24 so ausgestaltet, dass ein Bremsvorgang gestartet und zudem (in vorgegebenen Stufen oder stufenlos) ein gewünschtes Bremsniveau eingestellt werden können. Die Steuereinrichtung 18 steuert die Druckregeleinrichtung 12 dementsprechend in Abhängigkeit von einer Betätigung dieser Bremsbetätigungseinrichtung 24.Compared to the basic structure of 1 is a brake actuator 24 shown with the control device 18 connected is. About this brake confirmation device 24 can be triggered - for example, manually by a driver or automatically by an automated vehicle control system or security system - a braking operation. Preferably, the brake operating device 24 designed so that a braking operation started and also (in predetermined levels or continuously) a desired braking level can be adjusted. The control device 18 controls the pressure regulator 12 Accordingly, in response to an operation of this brake actuator 24 ,

Die in der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung eingesetzte Druckregeleinrichtung 12 ist auf keine speziellen Ausführungsformen beschränkt. Die Druckregeleinrichtung 12 kann beispielsweise einen Druckregler 28 enthalten, der basierend auf dem vom Druckreservoir 10 bereitgestellten Versorgungsdruck Ps einen Druck Pr erzeugt, der zum Ansteuern von Ventilen (z.B. Relaisventilen, etc.) in der Druckregeleinrichtung 12 verwendet wird.The pressure regulator used in the brake device according to the invention 12 is not limited to any specific embodiments. The pressure regulator 12 for example, a pressure regulator 28 based on that from the pressure reservoir 10 provided supply pressure ps a pressure pr generated, for driving valves (eg relay valves, etc.) in the pressure control device 12 is used.

Wie in 3 dargestellt, können zudem optional weitere Drucksensoren 26, 30 vorgesehen sein. Diese weiteren Drucksensoren 26, 30 erfassen zum Beispiel den vom Druckreservoir 10 bereitgestellten Versorgungsdruck Ps stromauf der Druckregeleinrichtung 12 bzw. einen oder mehrere innerhalb der Druckregeleinrichtung 12 erzeugte Drücke Pr. Auch diese erfassten Druckdaten Pr, Ps der weiteren Drucksensoren 26, 30 werden der Steuereinrichtung 18 zugeführt.As in 3 can also be optionally further pressure sensors 26 . 30 be provided. These other pressure sensors 26 . 30 capture, for example, the pressure reservoir 10 provided supply pressure ps upstream of the pressure regulator 12 or one or more within the pressure control device 12 generated pressures pr , Also these recorded print data pr . ps the other pressure sensors 26 . 30 become the controller 18 fed.

Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 18 die Druckregeleinrichtung 12 auch in Abhängigkeit von diesen weiteren Druckdaten Pr, Ps ansteuern bzw. kann der Beobachter 20 auch diese weiteren Druckdaten Pr, Ps verwenden. Durch die Berücksichtigung nicht nur des Regeldrucks Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 sondern auch der Druckdaten Pr, Ps stromauf bzw. innerhalb der Druckregeleinrichtung 12 kann die Regelung der Bremsvorrichtung weiter optimiert werden.In this way, the control device 18 the pressure regulator 12 also depending on these other print data pr . ps drive or can the observer 20 also these other print data pr . ps use. By taking into account not only the control pressure Pa downstream of the pressure regulator 12 but also the print data pr . ps upstream or within the pressure control device 12 the regulation of the braking device can be further optimized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Druckreservoirpressure reservoir
1212
DruckregeleinrichtungPressure control device
1414
Leitungssystemline system
1616
Bremszylinderbrake cylinder
1818
Steuereinrichtungcontrol device
2020
Beobachterobserver
2222
Drucksensorpressure sensor
2424
BremsbetätigungseinrichtungBrake actuator
2626
weiterer Drucksensoradditional pressure sensor
2828
Druckreglerpressure regulator
30 30
weiterer Drucksensor additional pressure sensor
MM
Modellmodel
PaPa
Regeldruck = Ausgangsdruck der DruckregeleinrichtungControl pressure = outlet pressure of the pressure regulator
Pbpb
Bremszylinderdruck im BremszylinderBrake cylinder pressure in the brake cylinder
Prpr
Druck innerhalb der DruckregeleinrichtungPressure within the pressure regulator
Psps
Versorgungsdruck des DruckreservoirsSupply pressure of the pressure reservoir

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012004892 A1 [0003]DE 102012004892 A1 [0003]

Claims (13)

Bremsvorrichtung, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, aufweisend: mindestens einen Bremszylinder (16); eine Druckregeleinrichtung (12) zum Bereitstellen eines Regeldrucks (Pa) für den Bremszylinder (16) ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck (Ps); und eine Steuereinrichtung (18) zum Ansteuern der Druckregeleinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (22) zum Erfassen des Regeldrucks (Pa) stromab der Druckregeleinrichtung (12) vorgesehen ist; ein Beobachter (20) vorgesehen ist, der mit dem Drucksensor (22) verbunden ist und ausgestaltet ist, um auf Basis des vom Drucksensor (22) erfassten Regeldrucks (Pa) einen Bremszylinderdruck (Pb) im Bremszylinder (16) abzuschätzen; und die Steuereinrichtung (18) ausgestaltet ist, um die Druckregeleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem durch den Beobachter (20) abgeschätzten Bremszylinderdruck (Pb) anzusteuern.Braking device, in particular for a rail vehicle, comprising: at least one brake cylinder (16); a pressure control device (12) for providing a control pressure (Pa) for the brake cylinder (16) from a supplied supply pressure (Ps); and control means (18) for driving the pressure regulating means (12), characterized in that a pressure sensor (22) for detecting the control pressure (Pa) is provided downstream of the pressure regulating means (12); an observer (20) is provided which is connected to the pressure sensor (22) and is configured to estimate a brake cylinder pressure (Pb) in the brake cylinder (16) based on the control pressure (Pa) detected by the pressure sensor (22); and the control means (18) is adapted to control the pressure control means (12) in response to the brake cylinder pressure (Pb) estimated by the observer (20). Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Beobachter (20) ausgestaltet ist, um den Bremszylinderdruck (Pb) basierend auf einem Modell (M) von Komponenten (14, 16) der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung (12) abzuschätzen.Braking device after Claim 1 in which the observer (20) is configured to estimate the brake cylinder pressure (Pb) based on a model (M) of components (14, 16) of the brake device downstream of the pressure regulator (12). Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher das Modell (M) eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung (12) bereitgestellten Regeldrucks (Pa) auf den Bremszylinderdruck (Pb) darstellt.Braking device after Claim 2 in which the model (M) represents a transfer function of the control pressure (Pa) provided by the pressure control device (12) to the brake cylinder pressure (Pb). Bremsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher das Modell (M) ein projektspezifisches Modell ist, das in einer Design-Phase der Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmbar ist und/oder das während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibrierbar ist.Braking device after Claim 2 or 3 in which the model (M) is a project-specific model that can be determined in a design phase of the braking device for a project and / or regularly, empirically and / or experimentally and / or that can be automatically calibrated during operation of the braking device. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher mindestens ein weiterer Drucksensor (26) zum Erfassen des Versorgungsdrucks (Ps) stromauf der Druckregeleinrichtung (12) und/oder mindestens ein weiterer Drucksensor (30) zum Erfassen eines innerhalb der Druckregeleinrichtung (12) erzeugten Drucks (Pr) vorgesehen sind; und die Steuereinrichtung (20) mit dem mindestens einen weiteren Drucksensor (26, 30) verbunden ist und ausgestaltet ist, um die Druckregeleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem durch den mindestens einen weiteren Drucksensor (26, 30) erfassten Versorgungsdruck (Ps) und/oder Druck (Pr) anzusteuern.Braking device according to one of Claims 1 to 4 in which at least one further pressure sensor (26) for detecting the supply pressure (Ps) upstream of the pressure regulating device (12) and / or at least one further pressure sensor (30) for detecting a pressure (Pr) generated within the pressure regulating device (12) are provided; and the control device (20) is connected to the at least one further pressure sensor (26, 30) and is configured to control the pressure regulating device (12) in dependence on the supply pressure (Ps) and the pressure detected by the at least one further pressure sensor (26, 30) / or pressure (Pr) to control. Verwendung der Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Schienenfahrzeug.Use of the braking device according to one of Claims 1 to 5 in a rail vehicle. Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung, insbesondere einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug, mit mindestens einem Bremszylinder (16), wobei eine Druckregeleinrichtung (12) ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck (Ps) einen Regeldruck (Pa) für den Bremszylinder (16) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeldruck (Pa) stromab der Druckregeleinrichtung (12) erfasst wird; auf Basis des erfassten Regeldrucks (Pa) ein Bremszylinderdruck (Pb) im Bremszylinder (16) abgeschätzt wird; und die Druckregeleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Bremszylinderdruck (Pb) angesteuert wird.Method for operating a brake device, in particular a brake device for a rail vehicle, with at least one brake cylinder (16), wherein a pressure control device (12), starting from a provided supply pressure (Ps) provides a control pressure (Pa) for the brake cylinder (16), characterized in that the control pressure (Pa) is detected downstream of the pressure control device (12); on the basis of the detected control pressure (Pa) a brake cylinder pressure (Pb) in the brake cylinder (16) is estimated; and the pressure regulating means (12) is driven in response to the estimated brake cylinder pressure (Pb). Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Bremszylinderdruck (Pb) basierend auf einem Modell (M) von Komponenten (14, 16) der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung (12) abgeschätzt wird.Method according to Claim 7 in which the brake cylinder pressure (Pb) is estimated based on a model (M) of components (14, 16) of the brake device downstream of the pressure regulator (12). Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das Modell (M) eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung (12) bereitgestellten Regeldrucks (Pa) auf den Bremszylinderdruck (Pb) darstellt.Method according to Claim 8 in which the model (M) represents a transfer function of the control pressure (Pa) provided by the pressure control device (12) to the brake cylinder pressure (Pb). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem das Modell (M) ein projektspezifisches Modell ist, das in einer Design-Phase der Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmt wird und/oder während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibriert wird.Method according to Claim 8 or 9 in which the model (M) is a project-specific model that is determined in a design phase of the braking device for a project and / or regularly, empirically and / or experimentally and / or automatically calibrated during operation of the braking device. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem auf Basis des erfassten Regeldrucks (Pa) eine Fehlerprüfung von Komponenten (14, 16) der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung (12) durchgeführt wird.Method according to one of Claims 7 to 10 in which on the basis of the detected control pressure (Pa) an error check of components (14, 16) of the brake device is carried out downstream of the pressure control device (12). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei welchem auf Basis des erfassten Regeldrucks (Pa) eine Selbstkalibrierung der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung (12) oder der Bremsvorrichtung durchgeführt wird.Method according to one of Claims 7 to 11 in which based on the detected control pressure (Pa), a self-calibration of the control of the pressure control device (12) or the braking device is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welchem der Versorgungsdruck (Ps) stromauf der Druckregeleinrichtung (12) und/oder mindestens ein innerhalb der Druckregeleinrichtung (12) erzeugter Druck (Pr) erfasst werden; und die Druckregeleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem erfassten Versorgungsdruck (Ps) und/oder Druck (Pr) angesteuert wird.Method according to one of Claims 7 to 12 in which the supply pressure (Ps) upstream of the pressure regulating device (12) and / or at least one pressure (Pr) generated within the pressure regulating device (12) are detected; and the pressure regulating device (12) is activated as a function of the detected supply pressure (Ps) and / or pressure (Pr).
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