DE102018216782A1

DE102018216782A1 - Verfahren und Anordnung zum Steuern zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018216782A1
Application number: DE102018216782.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Haaf; Stefan Haßler
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs, wobei das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Fahrwerke mit jeweils zumindest einem Rad oder Radsatz sowie eine Steuereinrichtung für ein Rad- oder Radsatz-individuelles Steuern der zumindest einen Schutzfunktion aufweist. Das Verfahren weist zumindest die Schritte des Bestimmens einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs während eines Fahrbetriebs, des Bestimmens einer jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze während des Fahrbetriebs, des Bestimmens eines jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze, und des Berücksichtigens des bestimmten jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder für das Steuern der zumindest einen Schutzfunktion auf. Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass für das Bestimmen der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze zumindest ein von dem Schienenfahrzeug während des Fahrbetriebs befahrener Streckenabschnitt berücksichtigt wird, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs jeweils zumindest nahezu konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs, welches eine Mehrzahl Fahrwerke mit jeweils zumindest einem Rad oder Radsatz sowie eine Steuereinrichtung für ein Rad- oder Radsatz-individuelles Steuern der zumindest einen Schutzfunktion aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Steuern der zumindest einen Schutzfunktion des Schienenfahrzeugs.
Schienenfahrzeuge, insbesondere Triebzüge und Lokomotiven, verwirklichen für einen sicheren Fahr- und Bremsbetrieb unterschiedliche Schutzfunktionen, die auf einzelne Räder oder Radsätze des Schienenfahrzeugs wirken. Eine solche Schutzfunktionen ist beispielsweise der während eines Bremsvorgangs wirkende so genannte Gleitschutz, welcher durch Regelung des Bremsschlupfes eine optimale Ausnutzung der Haftreibung zwischen Rädern und der Schiene anstrebt. Hierdurch wird einerseits ein Bremsweg des Schienenfahrzeugs minimiert, andererseits ein erhöhter Verschleiß der Räder aufgrund von sich während eines Gleitens bildenden Flachstellen an den Radkränzen verringert und damit die Lebensdauer der Räder verlängert.
Eine weitere in Schienenfahrzeugen verwirklichte Schutzfunktion ist der so genannte Schleuderschutz. Dieser verhindert insbesondere während eines Beschleunigungsvorgangs ein Durchdrehen der angetriebenen Räder, welches aufgrund einer eine maximale Haftreibungskraft übersteigenden Antriebskraft auftreten kann. Bei Feststellen eines Schleuderns wirkt die Schutzfunktion diesem durch eine Reduzierung der Zugkraft bzw. des Antriebsmoments und gegebenenfalls einem gezielten Abbremsen des betroffenen Radsatzes entgegen.
Die Steuerung dieser Schutzfunktionen basiert auf einer Bewertung von gemessenen Drehzahlen der jeweiligen Räder bzw. Radsätze, um im Falle des Gleitschutzes ein Blockieren bzw. Gleiten bzw. im Falle des Schleuderschutzes ein Durchdrehen von Rädern festzustellen und vorstehend genannte Maßnahmen zu deren Verhinderung bzw. Verringerung zu ergreifen. Zur Feststellung des Blockierens oder Durchdrehens von Rädern wird beispielsweise die jeweils gemessene Drehzahl eines Rades bzw. Radsatzes eines Wagens des Schienenfahrzeugs mit den gemessenen Drehzahlen weiterer Räder bzw. Radsätze, insbesondere eines gleichen Wagens des Triebzugs, verglichen. Für eine korrekte Bewertung der gemessenen Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze ist eine genaue Kenntnis des jeweiligen Durchmessers bzw. Abrollumfangs der Räder erforderlich, da dieser einen direkten Einfluss auf die Drehzahlen bei einer gegebenen Geschwindigkeit hat. Unterschiede in den Durchmessern bzw. den Abrollumfängen der Räder können beispielsweise durch Toleranzen bei der Fertigung oder unterschiedliche Verschleißzustände der Räder bedingt sein. Beispielsweise kann der Raddurchmesser im Neuzustand des Rades rund 900mm betragen, während der minimale Durchmesser bei rund 800mm liegt.
Verfügt das Schienenfahrzeug beispielsweise über vier angetriebene Radsätze, welche auf zwei oder mehr Fahrwerke verteilt sind, beispielsweise zwei Triebdrehgestelle mit jeweils zwei angetriebenen Radsätzen, und deren elektrische Fahrmotoren von einem gemeinsamen Wechselrichter gespeist werden, so können sich die Radsätze trotz gemeinsamer Drehzahl- und Drehmomentvorgaben für die Fahrmotoren durch den gemeinsamen Wechselrichter aufgrund unterschiedlicher Durchmesser der Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Eine für einen Radsatz beispielsweise festgestellte höhere Drehzahl aufgrund eines im Vergleich zu den drei weiteren Radsätzen geringeren Raddurchmessers darf jedoch nicht zu einem Steuereingriff durch die Schutzfunktion des Schleuderschutzes führen, welcher die Zugkraft aller vier Fahrmotoren reduzieren würde, wenn der betroffene Radsatz tatsächlich nicht schleudert und die bestimmte Drehzahldifferenz zu den weiteren Radsätzen allein bzw. hauptsächlich durch den unterschiedlichen Raddurchmesser bedingt ist.
Für die korrekte Funktion insbesondere der genannten Schutzfunktionen ist es daher erforderlich, den jeweiligen Durchmesser bzw. Abrollumfang der von der jeweiligen Schutzfunktion beeinflussten Räder des Schienenfahrzeugs zu bestimmen, um hierdurch eventuell auftretende Drehzahlabweichungen bei der Steuerung der Schutzfunktion zu berücksichtigen bzw. rechnerisch kompensieren zu können. Hierbei wird beispielsweise aus gemessenen Drehzahlen der Räder oder Radsätze bei einer Referenzgeschwindigkeit für jedes Rad ein Durchmesser bzw. Abrollumfang bestimmt. Dieser auch als Radabgleich bezeichnete Prozess findet üblicherweise während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs statt.
Beispielsweise bei Kurvenfahrten während eines Radabgleichs kann die Bestimmung der Durchmesser bzw. Abrollumfänge der Räder jedoch fehlerbehaftet sein. Derartige Bestimmungsfehler sind beispielsweise durch unterschiedliche Drehzahlen von vor- und nachlaufenden Radsätzen eines Drehgestells bedingt. Dieser kann zudem durch die Tatsache verstärkt werden, dass die die beiden Räder eines Radsatzes verbindende Radsatzwelle starr ist und sich dadurch die Räder auch bei Kurvenfahrten mit einer gleichen Drehzahl drehen. Abhängig von der jeweiligen Haftreibung kann ein Durchdrehen oder Gleiten eines der beiden Räder des Radsatzes auftreten, welches für den vor- und nachlaufenden Radsatz unterschiedlich sein kann.
Eine fehlerbehaftete Bestimmung der Durchmesser bzw. Abrollumfänge der Räder kann wiederum zu fehlerhaften Steuereingriffen der Schutzfunktion führen, welche das Beschleunigungs- und Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs negativ beeinflussen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verlässlichkeit der Bestimmung von Durchmesser bzw. Abrollumfang der Räder eines Schienenfahrzeugs zu erhöhen, um dadurch eine verlässlichere Basis die Steuerung von Schutzfunktionen des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Anordnung sowie ein Schienenfahrzeug mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs, wobei das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Fahrwerke mit jeweils zumindest einem Rad oder Radsatz sowie eine Steuereinrichtung für ein Rad- oder Radsatz-individuelles Steuern der zumindest einen Schutzfunktion aufweist. Das Verfahren weist zumindest die Schritte des Bestimmens einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs während eines Fahrbetriebs, des Bestimmens einer jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze während des Fahrbetriebs, des Bestimmens eines jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze, und des Berücksichtigens des bestimmten jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder für das Steuern der zumindest einen Schutzfunktion auf. Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass für das Bestimmen der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze zumindest ein von dem Schienenfahrzeug während des Fahrbetriebs befahrener Streckenabschnitt berücksichtigt wird, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Erfindungsgemäß wird für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers bzw. Abrollumfangs der Räder somit zumindest ein Streckenabschnitt gewählt, in welchem die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Bestimmung, beispielsweise aufgrund einer Kurvenfahrt des Schienenfahrzeugs, eines möglichen Gleitens von Rädern oder einem möglichen Schlupf der Räder, nur gering ist. Der Streckenabschnitt sollte dabei eine Länge aufweisen, die eine verlässliche Bestimmung der Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze und der Geschwindigkeit ermöglicht. Hierfür sollte der Streckenabschnitt beispielsweise eine Länge aufweisen, welche mehreren zehn bis mehreren hundertfachen Abrollumfängen der Räder entspricht. Bei einem einleitend genannten beispielhaften Durchmesser eines Rades von 900mm im Neuzustand und zumindest 100 Umdrehungen sollte der Streckenabschnitt entsprechend beispielsweise zumindest eine Länge von 300 Metern aufweisen.
Bei einer Berücksichtigung mehrerer Streckenabschnitte für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers bzw. Abrollumfangs der Räder können diese beispielsweise für jeden Streckenabschnitt gesondert bestimmt und die jeweiligen Ergebnisse der Bestimmungen gemittelt werden. Alternativ kann der jeweilige Durchmesser bzw. Abrollumfang der Räder beispielsweise unter Berücksichtigung eines ersten Streckenabschnitts bestimmt und basierend auf bestimmten jeweiligen Durchmesser bzw. Abrollumfang der Räder unter Berücksichtigung eines zweiten Streckenabschnitts korrigiert werden, insbesondere wenn bei einem Vergleich substanzielle Unterschiede zwischen den Bestimmungen festgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Schienenfahrzeugen mit unterschiedlichen Fahrwerkstypen einsetzbar. Beispielsweise können die Fahrwerke als bereits einleitend genannte bekannte Drehgestelle mit in der Regel einem, zwei oder drei daran angeordneten Radsätzen ausgestaltet sein. Solche Drehgestelle werden abhängig davon, ob die Radsätze angetrieben oder antriebslos sind, auch als Trieb- bzw. Laufdrehgestelle bezeichnet. Weiterhin werden solche Drehgestelle insbesondere bei Triebzügen in der Regel paarweise unter Wagenkästen von Wagen des Schienenfahrzeugs oder, sofern sie als so genannte Jakobs-Drehgestelle ausgestaltet sind, unter benachbarten Wagenkastenenden angeordnet. Ebenso können die Fahrwerke des Schienenfahrzeugs auch als Einzelrad-Fahrwerke, insbesondere als Einzelrad-Einzelfahrwerke oder Einzelrad-Doppelfahrwerke, ausgestaltet sein. Einzelrad-Fahrwerke zeichnen sich gegenüber Fahrwerken mit Radsätzen dadurch aus, dass einander gegenüberliegenden Räder nicht über eine Welle starr miteinander verbunden sind. Ein Einzelrad-Fahrwerk mit angetriebenen Rädern ist beispielsweise in der EP 1 103 438 A2 angegeben.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als der zumindest eine Streckenabschnitt ein Abschnitt einer während des Fahrbetriebs von dem Schienenfahrzeug befahrenen Strecke berücksichtigt, in welchem die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs einen vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert überschreitet.
Durch die Berücksichtigung eines Streckenabschnitts, in dem sich das Schienenfahrzeug mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit bewegt, kann eine fehlerbehaftete Bestimmung der Durchmesser bzw. Abrollumfänge der Räder vorteilhaft weiter verringert werden. Der Schwellenwert für die Geschwindigkeit wird beispielsweise derart gewählt, dass ein erhöhter Schlupf, welcher zu einem Schleudern führen kann, oder ein Gleiten zwischen Rädern und Schiene nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit auftreten kann.
Der vorgegebene Schwellenwert wird mit einem aktuellen Geschwindigkeitswert oder einer durchschnittlichen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, bestimmt über die Länge des Streckenabschnitts, verglichen. Bei einem Vergleich des Schwellenwertes mit einem aktuellen Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs und einem Unterschreiten des Schwellenwertes werden die bestimmten Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder beispielsweise als potenziell fehlerbehaftet betrachtet und verworfen bzw. die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge abgebrochen. Bei einem Vergleich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit wird der Schwellenwert beispielsweise derart gewählt, dass ein zwischenzeitlicher Bremsvorgang und nachfolgender Beschleunigungsvorgang oder eine Weiterfahrt des Schienenfahrzeugs mit einer verringerten Geschwindigkeit zu einem Unterschreiten des Schwellenwertes führt, beispielsweise wiederum mit der Folge, dass die bestimmten Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder ebenfalls verworfen werden. Insbesondere ein Abbremsen der Räder und ein Beschleunigen aus niedrigen Geschwindigkeiten kann zu einem Gleiten von Rädern bzw. zu einem Schlupf an Rädern führen, wodurch ein bestimmter Durchmesser und/oder Abrollumfang potenziell fehlerhaftet wäre. Bei einer auf der Strecke erlaubten Höchstgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs von beispielsweise 120km/h wird als Schwellenwert beispielsweise eine Geschwindigkeit ein wenig unterhalb dieser erlaubten Geschwindigkeit gewählt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs in dem zumindest einen Streckenabschnitt aus einer bestimmten Drehzahl zumindest eines Rades oder Radsatzes und/oder unabhängig von den bestimmten Drehzahlen der Räder oder Radsätze bestimmt.
Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, die als Referenzwert der Bestimmung des jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder dient, auf Basis einer bestimmten Drehzahl eines rein mitlaufenden Rades bzw. Radsatzes, also eines Rades bzw. Radsatzes, welches bzw. welcher weder angetrieben ist noch über Bremseinrichtungen verfügt, und dessen Durchmesser bzw. Abrollumfang bekannt ist, bestimmt werden. Alternativ können auch bestimmte Drehzahlen mehrerer Räder bzw. Radsätze für die Bestimmung der Geschwindigkeit verwendet werden. Dies kann beispielsweise über eine Mittelung der mehreren bestimmten Drehzahlen erfolgen, wobei insbesondere Räder bzw. Radsätze mit vergleichsweise großen Abweichungen von der bestimmten mittleren Drehzahl, insbesondere solche, die bei zumindest einem vorherigen Durchlauf des Verfahrens identifiziert wurden, bei der Bestimmung der mittleren Drehzahl unberücksichtigt bleiben können, um die Genauigkeit der bestimmten Geschwindigkeit zu erhöhen.
Unabhängig von bestimmten Drehzahlen kann die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ergänzend oder alternativ beispielsweise mittels eines satellitenstützten Positionierungssystems bestimmt werden. Derartige Positionierungssysteme sind beispielsweise unter den Bezeichnungen Galileo, GPS oder GLONASS bekannt. Mittels eines oder mehrerer an dem Schienenfahrzeug angeordneter Empfänger zum Empfangen von Signalen eines solchen System kann sowohl eine aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, beispielsweise mit einer Periodizität von einer Sekunde, als auch eine durchschnittliche Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs über die Länge des Streckenabschnitts bestimmt werden. Auch eine Bestimmung der Geschwindigkeit mittels eines oder mehrerer an dem Schienenfahrzeug angeordneter Radarsensoren, insbesondere aus der Bestimmung einer Dopplerverschiebung, ist ergänzend oder alternativ möglich.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird ein Eintritt des Schienenfahrzeugs in den zumindest einen Streckenabschnitt und/oder ein Austritt des Schienenfahrzeugs aus dem zumindest einen Streckenabschnitt durch Vergleichen einer bestimmten aktuellen Position des Schienenfahrzeugs mit Positionsangaben zumindest eines den Streckenabschnitt begrenzenden Streckenpunktes und/oder durch Passieren zumindest einer an dem Ort des zumindest einen Streckenpunktes angeordneten Balise bestimmt.
Der für die Bestimmung der Durchmesser bzw. Abrollumfänge der Räder berücksichtigte zumindest eine Streckenabschnitt ist beispielsweise durch zwei Streckenpunkte, welche abhängig von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs Start- und Zielpunkte des Streckenabschnitts definieren, begrenzt. Während des Fahrbetriebs vergleicht beispielsweise die Steuereinrichtung eine fortlaufend bzw. periodisch bestimmte geographische Position des Schienenfahrzeugs mit in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung gespeicherten Positionsangaben der den Streckenabschnitt begrenzenden beiden Streckenpunkte. Sofern die Steuereinrichtung als Ergebnis dieses Vergleichs ermittelt, dass einer der Streckenpunkte passiert wurde, sich das Schienenfahrzeug also in dem Streckenabschnitt befindet, beginnt sie die Bestimmung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs sowie der jeweiligen Drehzahlen der Räder oder Radsätze für die Bestimmung der Durchmesser bzw. Abrollumfänge der Räder. Wenn die Steuereinrichtung nachfolgend ermittelt, dass das Schienenfahrzeug den weiteren Streckenpunkt passiert hat, es somit den Streckenabschnitt wieder verlassen hat, berücksichtigt sie bestimmte Geschwindigkeiten und Drehzahlen nicht mehr für die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder. Eine Bestimmung bzw. Erfassung der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der Drehzahlen der Räder oder Radsätze erfolgt dabei nicht nur während des Zeitraums, während dessen sich das Schienenfahrzeug in dem Streckenabschnitt befindet, sondern während des gesamten Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs. Diese Daten werden üblicherweise für eine Vielzahl von Funktionen des Schienenfahrzeugs, insbesondere für die Steuerung von Schutzfunktionen, verwendet.
Ebenso können für die Begrenzung des zumindest einen Streckenabschnitts eine oder mehrere Balisen eingesetzt werden. Diese werden üblicherweise im Bereich des Schienenbettes angeordnet und verfügen über eine Sendeeinrichtung, die in einer Speichereinrichtung gespeicherte Daten über eine Funkschnittstelle, insbesondere wenn ein Schienenfahrzeug die Balise passiert, aussendet. An dem Schienenfahrzeug, beispielsweise im Unterflurbereich eines Wagenkastens, ist eine Empfangseinrichtung mit einer entsprechenden Funkschnittstelle für den Empfang dieser Daten angeordnet. Die Daten können beispielsweise Positionsinformationen bzw. Ortsangaben der Balise enthalten, welche von der Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs mit gespeicherten Positionsinformationen von Streckenpunkten eines Streckenabschnitts verglichen werden. Alternativ können die Daten auch direkt den Beginn des Streckenabschnitts bzw. dessen Ende angeben, sodass kein zusätzlicher Schritt des Vergleichens von Positionsinformationen erforderlich ist.
Alternativ zu einer Begrenzung des Streckenabschnitts durch Definition von zwei Streckenpunkten kann dieser beispielsweise auch durch einen einzigen Streckenpunkt als Startpunkt sowie eine bestimmte Streckenlänge bzw. Fahrtzeit definiert sein. Soll der eine Streckenpunkt beispielsweise den Startpunkt für beide Fahrtrichtungen des Schienenfahrzeugs definieren, so kann dieser in der Mitte des Streckenabschnitts angeordnet werden und jeweils ein in Fahrtrichtung anschließender Streckenabschnitt, wiederum begrenzt durch eine bestimmte Streckenlänge oder Fahrtzeit, als Streckenabschnitt für die Bestimmung der Geschwindigkeit und der Drehzahlen von Rädern oder Radsätzen berücksichtigt werden.
Ferner kann der Streckenpunkt alternativ auch als Zielpunkt bzw. abhängig von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs als Start- oder Zielpunkt definiert sein. Insbesondere wenn die Steuereinrichtung permanent oder periodisch eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und Drehzahlen der Räder oder Radsätze bestimmt und diese Bestimmungen mit Positionsinformationen und/oder Zeitpunkten verknüpft und in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung speichert, kann bei der Definition des Streckenpunktes als Zielpunkt ausgehend von diesem eine bestimmte Streckenlänge oder Fahrtzeit vor Erreichen des definierten Punktes für die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder berücksichtigt werden.
Alternativ kann ein Streckenabschnitt ebenso einerseits durch eine Balise, andererseits durch einen Streckenpunkt begrenzt sein, dessen Positionsinformationen beispielsweise ebenfalls von der Balise ausgesendet und in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs zwischengespeichert werden.
Eine geographische Position des Schienenfahrzeugs kann beispielsweise mittels eines satellitengestützten Positionierungsverfahrens, insbesondere mittels eines oder mehrerer an dem Schienenfahrzeug angeordneter Empfänger für ein solches System bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Position des Schienenfahrzeugs auch aus dem Empfang von Signalen ortsfester terrestrischer Funkbaken bestimmt werden.
Einer weiteren Weiterbildung zufolge wird der Streckenabschnitt unter Berücksichtigung von Streckendaten bestimmt.
Für den Fahrbetrieb eines Schienenfahrzeugs liegen üblicherweise umfangreiche Daten bzw. Informationen über die jeweils zu befahrende Strecke vor. Diese werden dem Schienenfahrzeug vor dem Befahren einer Strecke in Form oder als Teil eines elektronischen Streckenfahrplans bereitgestellt und beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung gespeichert. Die Streckendaten dienen beispielsweise einer Ableitung von Anweisungen bzw. Empfehlungen für den Fahrzeugführer zur Steuerung des Fahrzeugs, insbesondere hinsichtlich möglicher maximaler Geschwindigkeiten auf Teilabschnitten oder auch hinsichtlich einer Optimierung der Energieverbrauchs. Basierend auf diesen Streckendaten kann ein geeigneter Streckenabschnitt bestimmt werden, in welchem sich das Schienenfahrzeug während eines normalen Fahrbetriebs mit einer konstanten Geschwindigkeit, insbesondere einer konstanten Geschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwertes, bewegt bzw. bewegen sollte und welcher ausschließlich Teilabschnitte mit einer zumindest nahezu geraden Schienenführung bzw. mit Kurven, die einen Radius oberhalb eines vorgegebenen Mindestradius aufweisen, umfasst. Vorzugsweise sollte der bestimmte Streckenabschnitt zudem keine Teilabschnitte mit einer Steigung oder einem Gefälle aufweisen, in denen beispielsweise ein Schleudern von angetriebenen Rädern oder ein Gleiten von Rädern aufgrund erforderlicher Bremsvorgänge zur Einhaltung einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit auftreten kann.
Der geeignete Streckenabschnitt kann dabei durch die Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs auf Basis der gespeicherten Streckendaten bestimmt werden, alternativ kann der Streckenabschnitt aber auch außerhalb des Schienenfahrzeugs, beispielsweise durch eine Streckendaten zentral verwaltende Instanz eines Leitsystems des Schienennetzes, bestimmt werden. Eine solche zentrale Instanz stellt beispielsweise Informationen zu Streckenpunkten des bestimmten Streckenabschnitts gemeinsam mit den Streckendaten dem Schienenfahrzeug entsprechend bereit.
Sofern die bereitgestellten Streckendaten für die Bestimmung eines geeigneten Streckenabschnitts durch die Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs nicht ausreichend sind, kann die Steuereinrichtung hierfür beispielsweise weitere verfügbare Informationen berücksichtigen. Diese weiteren Informationen können insbesondere eine während des Fahrbetriebs auf der Strecke periodisch mittels eines satellitengestützten Positionierungssystems bestimmte geographische Position des Schienenfahrzeugs sein, aus deren Verlauf einerseits eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, andererseits eine Streckenführung bzw. eine Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs bestimmt werden kann. Sofern aus diesen bestimmten Positionen des Schienenfahrzeugs ein Streckenabschnitt ermittelt werden kann, welcher eine hinreichende Länge aufweist und in welchem die Bewegungsrichtung sowie die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs nahezu konstant sind, kann dieser als Streckenabschnitt für die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder gewählt werden.
Ein von der Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs derart bestimmter Streckenabschnitt kann wiederum entsprechend der vorstehenden Beschreibung durch ein oder mehrere Streckenpunkte begrenzt werden, welche in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung gespeichert werden, sodass sie insbesondere bei einem nachfolgenden Befahren des Streckenabschnitts durch das Schienenfahrzeug berücksichtigt werden können.
Die weiteren Informationen bezüglich der Streckendaten sowie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs können beispielsweise auch einer Anpassung eines auf Basis von Streckendaten definierten Streckenabschnitts dienen. Sollte die Steuereinrichtung beispielsweise feststellen, dass in dem definierten Streckenabschnitt aktuell Gleisarbeiten stattfinden, welche eine Reduzierung der Geschwindigkeit unterhalb des Schwellenwertes und/oder die Nutzung alternativer Gleise erfordern, so kann sie den von solchen Einschränkungen betroffenen Streckenabschnitt für die Bestimmung des Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder unberücksichtigt lassen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird der zumindest eine Streckenabschnitt unter Berücksichtigung von während des Fahrbetriebs des Schienenfahrzeug erfassten Fahreigenschaften bestimmt.
Dabei können insbesondere in der horizontalen Ebene auf das Schienenfahrzeug oder ein Fahrwerk wirkende Beschleunigungskräfte, beispielsweise hervorgerufen durch Änderungen der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs oder Kurvenfahrten, berücksichtigt werden. Zur Bestimmung derartiger Beschleunigungen eignet sich beispielsweise ein bekanntes Inertialnavigationssystem, welches beispielsweise an einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Ein solches System weist üblicherweise sowohl translatorische Beschleunigungssensoren als auch Rotationssensoren auf, welche Beschleunigungen sowie Drehraten bzw. Winkelinkremente des Systems sehr fein erfassen und über die Zeit auswerten können. Die Rotationssensoren können dabei ebenfalls beschleunigungssensitiv sein, wodurch sie auch Winkelbeschleunigungen messen können. Die von diesem System bereitgestellten Daten können der Identifikation eines Streckenabschnitts dienen, in welchem sowohl eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs nahezu konstant gehalten wurde, translatorische Beschleunigungen entsprechend nur in begrenztem Maße aufgetreten sind, als auch nur begrenzte Drehbewegungen von dem Fahrwerk, welche insbesondere bei Kurvenfahrten auftreten, ausgeführt wurden.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird als die zumindest eine Schutzfunktion ein Gleitschutz und/oder ein Schleuderschutz gesteuert. Wie einleitend beschrieben, wirkt die Schutzfunktion des Gleitschutzes in der Regel auf alle Räder bzw. Radsätze des Schienenfahrzeugs, während die Schutzfunktion des Schleuderschutzes auf alle angetriebenen Räder bzw. Radsätze wirkt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs, wobei das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Fahrwerke mit jeweils zumindest einem Rad oder Radsatz aufweist und die Anordnung zumindest eine Steuereinrichtung zur Rad- oder Radsatz-individuellen Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion aufweist. Die Steuereinrichtung ist dabei dazu ausgestaltet, eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs während eines Fahrbetriebs zu bestimmen, einen jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und einer während des Fahrbetriebs bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze zu bestimmen, und den bestimmten jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder für die Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion zu berücksichtigen. Gekennzeichnet ist die Steuereinrichtung dadurch, dass sie für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder zumindest einen von dem Schienenfahrzeug während des Fahrbetriebs befahrenen Streckenabschnitt berücksichtigt, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung sind die Mehrzahl Fahrwerke als Trieb- und/oder Laufdrehgestelle ausgestaltet.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, welches zumindest eine Mehrzahl Fahrwerke mit jeweils zumindest einem Rad oder Radsatz, und eine Anordnung zur Steuerung zumindest einer Schutzfunktion aufweist, wobei die Anordnung zumindest eine Steuereinrichtung zur Rad- oder Radsatz-individuellen Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs während eines Fahrbetriebs zu bestimmen, einen jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und einer während des Fahrbetriebs bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder oder Radsätze zu bestimmen, und den bestimmten jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder für die Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion zu berücksichtigen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgestaltet ist, für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder zumindest einen von dem Schienenfahrzeug während des Fahrbetriebs befahrenen Streckenabschnitt zu berücksichtigen, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Gemäß einer Weiterbildung des Schienenfahrzeugs ist dieses als ein Triebzug, insbesondere für den Personentransport im Regional-, Fern- oder Hochgeschwindigkeitsverkehr, oder als eine Lokomotive ausgestaltet. Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Steuerung von Schutzfunktionen in unterschiedlichen Schienenfahrzeugtypen bzw. -gattungen eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Schienenfahrzeugs mit Antriebskomponenten,
2 das Schienenfahrzeug der 1 mit Signalisierungspfaden von Komponenten des Fahrzeugs zu einer Steuereinrichtung,
3 das Schienenfahrzeug der 1 mit Signalisierungspfaden von der Steuereinrichtung zu Komponenten des Fahrzeugs,
4 das Schienenfahrzeug der 1 mit Signalisierungspfaden von mehreren Steuereinrichtungen zu Komponenten des Fahrzeugs, und
5a-5d Definitionen von von dem Schienenfahrzeug im Fahrbetrieb befahrenen Streckenabschnitten.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schienenfahrzeugs. Dieses Schienenfahrzeug ist als ein elektrischer Triebzug TZ ausgestaltet, von welchem ein Endwagen EW und ein Mittelwagen MW beispielhaft dargestellt sind. Ein Triebzug für den Nah-, Regional- oder Fernverkehr weist üblicherweise zwei Endwagen sowie eine Anzahl Mittelwagen auf, wobei die beiden Endwagen jedoch in gleicher Weise auch direkt miteinander verkuppelt werden können. An den dargestellten Mittelwagen MW kann somit ein weiterer Mittelwagen oder ein zweiter Endwagen gekuppelt sein. Triebzüge dienen üblicherweise dem Personentransport, wobei die Mittelwagen sowie vorzugsweise auch die Endwagen des Triebzugs jeweils Raum für den Aufenthalt von Fahrgästen während der Fahrt zur Verfügung stellen. Zwischen benachbarten Wagen bzw. deren Wagenkästen WK ist ein Wagenübergang vorgesehen, über den sich Fahrgäste geschützt vor Umwelteinflüssen zwischen den Wagen bewegen können.
Die Wagenkästen WK der in 1 beispielhaft angegebenen Wagen EW, MW stützen sich jeweils auf Drehgestellen ab, wobei unter jedem Wagen beispielhaft zwei Drehgestelle im vorderen und hinteren Bereich des jeweiligen Wagens angeordnet sind. Alternativ zu den im Bereich des Wagenübergangs angeordneten Drehgestelle kann auch ein so genanntes Jakobs-Drehgestell eingesetzt werden, auf das sich die benachbarten Enden beider Wagen gemeinsam abstützen. Die an den Drehgestellen angeordneten Räder R stützen sich auf nicht dargestellten Schienen eines Schienennetzes ab, auf denen sich der Triebzug TZ in einer Fahrtrichtung FR bewegen kann. Nach dem Beispiel der 1 sind die beiden Drehgestelle des Endwagens als Triebdrehgestelle TDG ausgestaltet, während die Drehgestelle des Mittelwagens als Laufdrehgestelle LDG ausgestaltet sind. Triebdrehgestelle TDG unterscheiden sich von Laufdrehgestellen LDG darin, dass die an diesem angeordneten Räder R bzw. Radsätze RS von einem oder mehreren elektrischen Antriebsmotoren angetrieben werden. Der dargestellte Endwagen EW weist somit zwei Triebdrehgestelle TDG mit jeweils zwei von einem jeweiligen elektrischen Antriebsmotor AM1, AM2 bzw. AM3, AM4 angetriebenen Radsätzen RS1, RS2 bzw. RS3, RS4 auf. Die Räder R bzw. Radsätze eines Laufdrehgestells LDG sind hingegen nicht angetrieben.
Der beispielhaft dargestellte Endwagen EW weist darüber hinaus alle für den Antrieb und die Steuerung des Triebzugs erforderlichen Komponenten auf. So ist auf dem Dach des Wagenkastens WK des Endwagens EW beispielhaft ein Stromabnehmer SA angeordnet, welcher mit einer eine Hochspannung führenden nicht dargestellten Oberleitung verbunden werden kann. Sofern die Oberleitung eine Wechselspannung führt, ist dem Stromabnehmer SA in der Regel ein Transformator TF nachgeordnet, welcher die Hochspannung auf ein niedrigeres Spannungsniveau transformiert. Dem Transformator TF ist wiederum üblicherweise ein Gleichrichter GR, beispielsweise in Form eines so genannten Vierquadrantenstellers, nachgeordnet, welcher aus der Wechselspannung des Transformators eine Gleichspannung generiert, die einem Zwischenkreis ZK zugeführt wird. Alternativ zu der dargestellten Speisung des Zwischenkreises ZK von einer Oberleitung kann dieser auch von einer Energiespeichereinheit und/oder einer Generatoreinheit des Fahrzeugs gespeist werden. Mit dem Zwischenkreis ZK ist wiederum ein Wechselrichter WR verbunden, welcher aus der Gleichspannung des Zwischenkreises ZK eine Wechselspannung mit variabler Frequenz und Amplitude generiert, über die die Antriebsmotoren AM1 bis AM4 in den Triebdrehgestellen TDG gesteuert werden. Dabei kann, wie in dem Beispiel der 1, ein Wechselrichter WR alle vier Antriebsmotoren AM1 bis AM4 der beiden Triebdrehgestelle TDG ansteuern, alternativ kann in gleicher Weise auch ein Wechselrichter auch zwei Antriebsmotoren oder nur einen Antriebsmotor ansteuern. Die jeweilige Funktion der genannten Komponenten wird beispielsweise von einer zentralen Steuereinrichtung ST des Triebzugs TZ gesteuert. Eine solche Steuereinrichtung ST besteht beispielsweise aus einer jeweiligen Anzahl Prozessoren und Speichereinrichtungen, mittels denen insbesondere eingehende Daten verarbeitet und daraus Steuerbefehle für die Komponenten generiert werden. In dem Beispiel der 1 sind alle genannten Komponenten in bzw. an dem Endwagen EW angeordnet, eine Anordnung einzelner Komponenten an anderen Wagen des Triebzugs TZ und insbesondere eine Anordnung im Dach- oder Unterflurbereich dieser Wagen ist jedoch in gleicher und bekannter Weise denkbar.
Neben einer Steuerung der Antriebskomponenten des Triebzugs TZ umfasst die beispielhafte Steuereinrichtung ST auch die Steuerung von Schutzfunktionen des Fahrzeugs. Solche Schutzfunktionen können beispielsweise die bekannten Gleit- und Schleuderschutzfunktionen sein, welche einem festgestellten Blockieren bzw. Durchdrehen von Rädern entgegenwirken. Die Steuerung dieser Funktionen erfordert Kenntnisse der Steuereinrichtung ST über Betriebszustände des Fahrzeugs bzw. Teilen des Fahrzeugs. Beispielsweise muss für die beiden genannten Schutzfunktionen Gleit- und Schleuderschutz die Drehzahl der Räder eines Radsatzes bzw. die Drehzahl der Radsatzwelle bzw. einer mit dieser direkt verbundenen Welle bekannt sein, um ein Blockieren der Räder eines Radsatzes oder ein Durchdrehen eines angetriebenen Radsatzes, insbesondere durch Vergleich mit den Drehzahlen anderer Räder bzw. Radsätze, feststellen zu können. Zur Erfassung der jeweiligen Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze ist an diesen beispielsweise ein jeweiliger Drehzahlsensor DS bzw. Drehzahlgeber angeordnet, wie sie in 2 beispielhaft an jedem der acht dargestellten Räder bzw. Radsätzen vorgesehen sind. Die jeweils erfassten Drehzahlen bzw. Information über die erfassten Drehzahlen werden über Signalpfade zu der Steuereinrichtung ST übertragen. Als Signalpfade dienen dabei beispielsweise Datenleitungen in Form von individuellen elektrischen oder optischen Leitern, alternativ können diese jedoch in gleicher Weise über eine zentrale Datenbusstruktur übertragen werden.
Ferner kann für die Steuerung der genannten Schutzfunktionen beispielsweise die Geschwindigkeit des Triebzugs TZ von Bedeutung sein. Diese kann beispielsweise in bekannter Weise einerseits ebenfalls aus erfassten Drehzahlen von Rädern bzw. Radsätzen ermittelt werden, andererseits alternativ oder ergänzend auch mittels einer periodischen Bestimmung einer aktuellen Position des Triebzugs TZ. Für eine solche Positionsbestimmung sind beispielsweise eine oder mehrere Antennen SATA zum Empfangen von Signalen eines globalen Satellitennavigationssystems an dem Triebzug TZ angeordnet. In dem Beispiel der 2 ist auf dem Dach des Wagenkastens des Endwagens EW eine solche Antenne SATA angeordnet, deren von Satelliten empfangenen Signale der Steuereinrichtung ST zugeführt werden, welche aus diesen wiederum eine Geschwindigkeit des Triebzugs bestimmt. Hierfür kann die Steuereinrichtung ST eine gesonderte Empfangs- und Auswertevorrichtung für solche Signale umfassen, welche als Ergebnis einer Auswertung der empfangenen Signale Informationen über die bestimmte aktuelle Geschwindigkeit bereitstellt. Die Positionsbestimmung des Triebzugs kann im Rahmen der Erfindung auch dafür verwendet werden, eine Einfahrt des Schienenfahrzeugs in einen Streckenabschnitt bzw. eine Ausfahrt aus einem Streckenabschnitt zu bestimmen.
Weiterhin können für die Steuereinrichtung ST und insbesondere für die Steuerung von Schutzfunktionen ausgesendete Informationen bzw. Signale, welche von im Bereich des Gleisbettes angeordneten Balisen bei Passieren des Triebzugs TZ ausgesendet werden, von Bedeutung sein. Derartige Informationen bzw. Signale werden von einer üblicherweise im Unterflurbereich des Triebzugs bzw. im Bereich eines Drehgestells angeordneten Antenne BAA empfangen und wiederum über einen Signalpfad der Steuereinrichtung ST zugeführt.
3 zeigt wiederum den beispielhaften Triebzug TZ, wobei im Unterschied zu der 2 Signalpfade von der Steuereinrichtung ST zu den die beispielhaften Schutzfunktionen Gleit- und Schleuderschutz umsetzenden Komponenten des Triebzugs TZ angegeben sind. Abhängig von Ergebnissen von Auswertungen von den empfangenen Informationen bzw. Signalen, insbesondere den bestimmten Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze, trifft die Steuereinrichtung Maßnahmen durch Ansteuern relevanter Komponenten. Bestimmt die Steuereinrichtung ST bzw. die Schleuderschutzfunktion der Steuereinrichtung ST beispielsweise, dass die Räder eines angetriebenen Radsatzes eine im Vergleich zu den Drehzahlen der Räder anderer, insbesondere von dem gleichen Wechselrichter WR gesteuerter angetriebener Radsätze erhöhte Drehzahl aufweisen, so steuert sie über einen geeigneten Signalpfad zu dem Wechselrichter WR eine Reduktion des Drehmoments des bzw. der durch den Wechselrichter WR gesteuerten Radsatzes bzw. Radsätze, um das vorhandenen Schleudern des betroffenen Radsatzes bzw. des zugehörigen Drehgestells zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
In gleicher Weise steuert die Steuereinrichtung ST bzw. die Gleitschutzfunktion der Steuereinrichtung ST über geeignete Signalpfade Bremseinrichtungen BR von Rädern bzw. Radsätzen an, wenn sie aus den jeweils bestimmten Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze ein Blockieren bzw. Gleiten einzelner Räder bzw. Radsätze bei einem Bremsvorgang des Triebzugs bestimmt. Einem solchen Blockieren bzw. Gleiten wirkt die Gleitschutzfunktion beispielsweise dadurch entgegen, dass ein auf eine Bremsscheibe oder eine Radscheibe wirkender Bremsdruck an dem betroffenen Rad bzw. Radsatz verringert wird.
In der 3 sind die beispielhaften Schutzfunktionen des Schleuder- und Gleitschutzes in bzw. als Teil der zentralen Steuereinrichtung ST verwirklicht, wobei ausgehend von der Steuereinrichtung ST die die Schutzfunktion umsetzenden Einrichtungen und Komponenten direkt über geeignete Signalpfade angesteuert werden. 4 zeigt eine gegenüber der 3 unterschiedliche, dezentrale Anordnung von Steuereinrichtungen für die Umsetzung der Schutzfunktionen. So wird beispielsweise die Funktion des Gleitschutzes von einer Bremssteuereinrichtung BSG umgesetzt, wobei diese nicht nur die Funktion des Gleitschutzes, sondern beispielsweise die Steuerung der Bremsen des Triebzugs bzw. der Bremsen eines Wagens umsetzt. Beispielsweise kann dabei in jedem Wagen des Triebzugs TZ eine solche Bremssteuereinrichtung BSG vorgesehen sein, wie es in der 4 dargestellt ist. In gleicher Weise kann eine Antriebssteuereinrichtung ASG in dem Endwagen vorgesehen sein, welche neben der Funktion des Schleuderschutzes auch die Steuerung aller für den Antrieb des Triebzugs TZ erforderlichen Komponenten und Einrichtung umsetzt.
Die Steuereinrichtung ST bestimmt aus der Geschwindigkeit sowie den jeweiligen Drehzahlen der Räder bzw. Radsätze die jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder des Triebzugs TZ. Die bestimmten Durchmesser bzw. Abrollumfänge signalisiert die Steuereinrichtung ST den in den Wagen angeordneten Bremssteuereinrichtungen BSG, wobei vorzugsweise nur Werte für die Räder signalisiert werden, die der jeweiligen Bremssteuereinrichtung BSG zugeordnet sind. Die bestimmten Werte werden von der jeweiligen Bremssteuereinrichtung BSG für die Beurteilung berücksichtigt, ob ein Gleiten eines Rades oder eines Radsatzes vorliegt. Sofern dies der Fall ist, ergreift die Bremssteuereinrichtung BSG Schutzmaßnahmen durch eine geeignete Ansteuerung der Bremseinrichtungen BR der betroffenen Räder bzw. Radsätze, um ein festgestelltes Gleiten zu verringern bzw. zu unterbinden. In gleicher Weise signalisiert die Steuereinrichtung ST die bestimmten Durchmesser bzw. Abrollumfänge der angetriebenen Räder der Antriebssteuereinrichtung ASG, welche diese Werte für die Beurteilung berücksichtigt, ob ein Durchdrehen bzw. Schleudern von angetriebenen Rädern vorliegt und, sofern dies der Fall ist, durch eine geeignete Ansteuerung des Wechselrichters WR entsprechende Schutzmaßnahmen ergreift, um das festgestellte Schleudern an den betroffenen Rädern bzw. Radsätzen zu verringern.
Die jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder des Triebzugs TZ werden von der Steuereinrichtung ST während bzw. nach Befahren eines Streckenabschnitts stra bestimmt, wie er beispielhaft in 5a dargestellt ist. 5a zeigt dabei eine beispielhafte Situation des Betriebs des Triebzugs TZ, speziell einer Fahrt zwischen einer ersten Haltestelle HS1 und einer zweiten Haltestelle HS2 des Schienennetzes SN, die durch eine Strecke str des Schienennetzes SN voneinander getrennt sind. Die Fahrtrichtung FR des Triebzugs TZ ist beispielhaft als von links nach rechts, entsprechend von der ersten Haltestelle HS1 zu der zweiten Haltestelle HS2 angegeben. Der Streckenabschnitt stra, welcher als Basis für die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder dient, ist als ein Teilbereich der Strecke str gewählt, welcher Bedingungen hinsichtlich einer Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ sowie einer Streckenführung erfüllt. So ist der Streckenabschnitt stra beispielsweise in einem Abschnitt der Strecke str angeordnet, in dem eine Reisegeschwindigkeit vr des Triebzugs TZ oberhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwertes vsw liegt, wie es in der unteren Darstellung der 5a beispielhaft angegeben ist.
Die untere Darstellung der 5a zeigt beispielhaft den typischen Verlauf der Geschwindigkeit v des Triebzugs über die Strecke str zwischen den beiden Haltestellen HS1, HS2. Dabei wird angenommen, dass der Triebzug TZ sowohl im Bereich der ersten Haltestelle HS1 als auch im Bereich der zweiten Haltestelle HS2 zum Stillstand kommt, entsprechend einer Geschwindigkeit null, um Fahrgästen ein Ein- und Aussteigen in bzw. aus Wagen des Triebzugs TZ zu ermöglichen. Nach Beenden des Ein- und Aussteigevorgangs beschleunigt der Triebzug auf eine vorgesehene bzw. auf der Strecke maximal erlaubte Reisegeschwindigkeit vr, welche der Triebzug TZ über eine längere Strecke bzw. Fahrtzeit beibehält. Erst vor Erreichen des zweiten Haltestelle HS2 verringert der Triebzug TZ seine Geschwindigkeit v wieder, um im Bereich der zweiten Haltestelle HS2 wiederum zum Stillstand zu kommen. In dem beispielhaft angegebenen Streckenabschnitt stra der Strecke str sollte sich der Triebzug TZ im normalen Fahrbetrieb somit mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit v entsprechend der Reisegeschwindigkeit vr bewegen. Diese Reisegeschwindigkeit vr liegt oberhalb des vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwertes vsw. Eine zumindest nahezu konstante und vorzugsweise oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegende Geschwindigkeit v des Fahrzeugs während des Befahrens des Streckenabschnitts stra verringert vorteilhaft die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Gleit- oder Schleuderzuständen einzelner Räder bzw. Radsätze, sodass für die bestimmten Werte für die Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder angenommen werden kann, dass diese den tatsächlichen Werten entsprechen bzw. diese mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekt sind.
Sollte die Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ während des Befahrens des Streckenabschnitts stra unter diesen vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert vsw fallen, so wird von der Steuereinrichtung ST die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder beispielsweise abgebrochen oder verworfen, da diese dann aufgrund möglicher Störungen potenziell fehlerbehaftet ist. Dies kann sowohl für einen Vergleich der aktuellen Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ mit dem Schwellenwert vsw, als auch für eine durchschnittliche Geschwindigkeit des Triebzugs TZ über den Streckenabschnitt stra gelten. Insbesondere bei einem Vergleich der aktuellen Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ mit dem Schwellenwert vsw sollte dieser jedoch derart bemessen sein, dass normale bzw. übliche Schwankungen in der Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ nicht zu einem solchen Abbruch bzw. Verwerfen der Bestimmung führt. Andererseits sollte bei einem Vergleich einer durchschnittlichen Geschwindigkeit des Triebzugs TZ mit dem Schwellenwert vsw dieser derart bemessen sein, dass ein Brems- und anschließender Beschleunigungsvorgang während des Befahrens des Streckenabschnitts stra zu einem unterschreiten des Schwellenwertes vsw führt, da, wie vorstehend beschrieben, solche Vorgänge potenziell zu Gleit- oder Schleuderzuständen von einzelnen Rädern bzw. Radsätzen führen können.
Neben der Erfüllung der Bedingung hinsichtlich einer Geschwindigkeit v des Triebzugs sollte der Streckenabschnitt stra ebenfalls eine Bedingung hinsichtlich der Streckenführung erfüllen. Vorzugsweise sollte der Streckenabschnitt stra somit keine Kurven aufweisen bzw. der Radius von vorhandenen Kurven einen bestimmten Radius nicht unterschreiten, da diese während des Befahrens zu unterschiedlichen Drehzahlen von Radsätzen, beispielsweise abhängig von individuellen Schlupfzuständen der jeweiligen Räder der Radsätze, führen können. Weiterhin sollte der Streckenabschnitt stra vorzugsweise einen bestimmten Gradienten, entsprechend einer bestimmten Steigung oder einem bestimmten Gefälle, nicht übersteigen. Insbesondere bei Steigungen steigt die Wahrscheinlichkeit eines Durchdrehens von angetriebenen Rädern bzw. Radsätzen, während bei Gefällen die Wahrscheinlichkeit eines Blockierens bzw. Gleitens von Rädern aufgrund von Bremsvorgängen steigt, wodurch die Bestimmung der Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder wiederum fehlerbehaftet wäre.
Nach der 5a wird der Streckenabschnitt stra durch zwei Streckenpunkt strp1, strp2 begrenzt. Eine Einfahrt in den Streckenabschnitt stra wird von dem Triebzug TZ beispielsweise durch einen Vergleich einer aktuellen Position, welche beispielsweise mittels eines Satellitenbasierten Positionierungssystems SAT bestimmt wird, mit dem bekannten Ort bzw. bekannten Positionsangaben des ersten Streckenpunktes strp1 festgestellt. Eine Ausfahrt aus dem Streckenabschnitt stra kann entsprechend aus einem Vergleich der aktuellen Position des Triebzugs TZ mit dem bekannten Ort bzw. bekannten Positionsangaben des zweiten Streckenpunktes strp2 von der Steuereinrichtung ST festgestellt werden. Sollte sich der Triebzug TZ in die entgegengesetzte Fahrtrichtung FR bewegen, so wird die Einfahrt in den Streckenabschnitt stra entsprechend durch den zweiten Streckenpunkt strp2 und die Ausfahrt durch den ersten Streckenpunkt strp1 gekennzeichnet. Alternativ zu einem Vergleich von bekannten Ortsangaben von Streckenpunkten mit der aktuellen Position des Triebzugs TZ können die den Streckenabschnitt stra begrenzenden Streckenpunkte strp1, strp2 auch durch im Gleisbett des Schienennetzes SN jeweils angeordnete Balisen BA1, BA2 definiert sein. Diese übertragen über geeignete Antennenvorrichtungen beispielsweise Informationen bei einem Passieren an den Triebzug, die das Passieren des jeweiligen Streckenpunktes strp1, strp2 kennzeichnen. Aus dieser Information kann die Steuereinrichtung ST entsprechend ableiten, dass der Triebzug TZ in den Streckenabschnitt stra eingefahren ist bzw. aus diesem wieder ausgefahren ist.
Alternativ zu einem durch zwei speziell definierte Streckenpunkte strp1, strp2 definierten Streckenabschnitt stra kann nach den Beispielen der 5b, 5c und 5d ein jeweiliger Streckenabschnitt stra1, stra2 auch durch einen Streckenpunkt strp1, strp2 sowie eine bestimmte Abschnittslänge definiert sein. Diese Abschnittslänge ist beispielsweise vorgegeben und der Steuereinrichtung ST beispielsweise als Teil der Streckendaten der Strecke str bekannt, oder sie wird dem Triebzug TZ bzw. der Steuereinrichtung ST beispielweise von einer Balise BA1, BA2 als Bestandteil der übertragenen Informationen bereitgestellt. Alternativ zu einer vorgegebenen Abschnittslänge kann insbesondere in Kenntnis der erlaubten Geschwindigkeit der Triebzugs auch ein bestimmter Zeitraum definiert werden, über den die Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder von der Steuereinrichtung ST bestimmt werden.
In den 5b, 5c und 5d sind zudem jeweils zwei Streckenabschnitte stra1, stra2 definiert, welche jeweils durch eine Streckenpunkt strp1, strp2 sowie eine bestimmte Abschnittslänge definiert werden. Definieren die Streckenpunkte strp1, strp2 jeweils eine Einfahrt in den Streckenabschnitt stra, so sollte die Länge des Streckenabschnitts stra derart bemessen sein, dass in beiden Fahrtrichtungen FR die erwartete Geschwindigkeit v des Triebzugs TZ über die Länge des Streckenabschnitts stra den vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert vsw überschreitet. Die jeweiligen Streckenabschnitte stra1, stra2 für die beiden Fahrtrichtungen des Triebzugs TZ sind in den 5b und 5c beispielhaft dargestellt. 5d zeigt eine weitere mögliche Definition des Streckenabschnitts stra, wobei die Streckenpunkte strp1, strp2 jeweils eine Ausfahrt aus dem Streckenabschnitt stra1, stra2 definieren und die Streckenabschnitte stra1, stra2 den Streckenpunkten strp1, strp2 jeweils vorgelagert sind. Sofern die Steuereinrichtung ST während des Fahrbetriebs auf der Strecke str permanent bzw. periodisch die Geschwindigkeit des Triebzugs TZ und die Drehzahlen der Räder oder Radsätze bestimmt und in einer Speichereinrichtung zwischenspeichert, kann sie nach Erreichen bzw. Passieren des Streckenpunktes strp1, strp2 die beim Durchfahren des Streckenabschnitts stra1, stra2 bestimmten Werte für die Bestimmung der jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfänge der Räder berücksichtigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1103438 A2 [0014]

Claims

Verfahren zum Steuern zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs (TZ), wobei das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Fahrwerke (TDG, LDG) mit jeweils zumindest einem Rad (R) oder Radsatz (RS1-RS4) sowie eine Steuereinrichtung (ST, ASG, BSG) für ein Rad- oder Radsatz-individuelles Steuern der zumindest einen Schutzfunktion aufweist, mit den Schritten: - Bestimmen einer Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) während eines Fahrbetriebs, - Bestimmen einer jeweiligen Drehzahl der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4) während des Fahrbetriebs, - Bestimmen eines jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) und der bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4), und - Berücksichtigen des bestimmten jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder (R) für das Steuern der zumindest einen Schutzfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bestimmen der Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) und der jeweiligen Drehzahl der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4) zumindest ein von dem Schienenfahrzeug (TZ) während des Fahrbetriebs befahrener Streckenabschnitt (stra) berücksichtigt wird, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als der zumindest eine Streckenabschnitt (stra) ein Abschnitt einer während des Fahrbetriebs von dem Schienenfahrzeug (TZ) befahrenen Strecke (str) berücksichtigt wird, in welchem die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) einen vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert (vsw) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) in dem zumindest einen Streckenabschnitt (stra) aus einer bestimmten Drehzahl zumindest eines Rades (R) oder Radsatzes (RS1-RS4) und/oder unabhängig von den bestimmten Drehzahlen der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eintritt des Schienenfahrzeugs (TZ) in den zumindest einen Streckenabschnitt (stra) und/oder ein Austritt des Schienenfahrzeugs (TZ) aus dem zumindest einen Streckenabschnitt (stra) durch Vergleichen einer bestimmten aktuellen Position des Schienenfahrzeugs mit Positionsangaben zumindest eines den Streckenabschnitt begrenzenden Streckenpunktes (strp1, strp2) und/oder durch Passieren zumindest einer an dem Ort des zumindest einen Streckenpunktes (strp1, strp2) angeordneten Balise (BA1, BA2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Streckenabschnitt (stra) unter Berücksichtigung von Streckendaten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Streckenabschnitt (stra) unter Berücksichtigung von während des Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs (TZ) erfassten Fahreigenschaften bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die zumindest eine Schutzfunktion ein Gleitschutz und/oder ein Schleuderschutz gesteuert wird.
Anordnung zur Steuerung zumindest einer Schutzfunktion eines Schienenfahrzeugs (TZ), wobei - das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Fahrwerke (TDG, LDG) mit jeweils zumindest einem Rad (R) oder Radsatz (RS1-RS4) aufweist, und - die Anordnung zumindest eine Steuereinrichtung (ST, ASG, BSG) zur Rad- oder Radsatz-individuellen Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, -- eine Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) während eines Fahrbetriebs zu bestimmen, -- einen jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) und einer während des Fahrbetriebs bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4) zu bestimmen, und -- den bestimmten jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder (R) für die Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion zu berücksichtigen, und wobei die Steuereinrichtung (ST, ASG, BSG) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder (R) zumindest einen von dem Schienenfahrzeug (TZ) während des Fahrbetriebs befahrenen Streckenabschnitt (stra) berücksichtigt, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl Fahrwerke als Trieb- und/oder Laufdrehgestelle ausgestaltet sind.
Schienenfahrzeug (TZ), aufweisend zumindest - eine Mehrzahl Fahrwerke (TDG, LDG) mit jeweils zumindest einem Rad (R) oder Radsatz (RS1-RS4), und - eine Anordnung zur Steuerung zumindest einer Schutzfunktion, wobei die Anordnung zumindest eine Steuereinrichtung (ST, ASG, BSG) zur Rad- oder Radsatz-individuellen Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, -- eine Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) während eines Fahrbetriebs zu bestimmen, -- einen jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder aus der bestimmten Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) und einer während des Fahrbetriebs bestimmten jeweiligen Drehzahl der Räder (R) oder Radsätze (RS1-RS4) zu bestimmen, und -- den bestimmten jeweiligen Durchmesser und/oder Abrollumfang der Räder (R) für die Steuerung der zumindest einen Schutzfunktion zu berücksichtigen, und -- die Steuereinrichtung (ST, ASG, BSG) dazu ausgestaltet ist, für die Bestimmung des jeweiligen Durchmessers und/oder Abrollumfangs der Räder (R) zumindest einen von dem Schienenfahrzeug (TZ) während des Fahrbetriebs befahrenen Streckenabschnitt (stra) zu berücksichtigen, in welchem eine Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (TZ) jeweils zumindest nahezu konstant ist.
Schienenfahrzeug (TZ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Triebzug, insbesondere für den Personentransport im Regional-, Fern- oder Hochgeschwindigkeitsverkehr, oder als eine Lokomotive ausgestaltet ist.