DE4318594C1 - Verfahren zur Steuerung einer oder mehrerer Druckschutzeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer oder mehrerer Druckschutzeinrichtungen, insbesondere zur Steuerung von mehreren Druckschutzeinrichtungen in Hochgeschwindigkeitszügen.

Druckschutzeinrichtungen haben die Aufgabe, in einem geschlossenen Raum den Druck bzw. den Druckanstieg über einen gewünschten Wert nicht ansteigen zu lassen. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen kommt es, bei Zugbegegnungen auf der Strecke oder bei Zugdurchfahrten in Tunneln, dort besonders bei den Ein- beziehungsweise Ausfahrten, zu hohen Schwankungen des Luftdrucks in der Umgebung der Wagen des Zuges. Diese wellenförmig auftretende Druckschwankung setzt sich durch die relativ groß zu bemessenden Öffnungen für die Zuluft und Abluft der Belüftung im Innenraum der Kabine fort und führt dementsprechend auch in der Kabine zu einem plötzlichen Druckanstieg oder Druckabfall. Die in der Umgebung des Zuges auftretende Druckänderung bewegt sich mit der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Zug und dem den Druckanstieg verursachenden Ereignis, also zum Beispiel dem Tunnel oder dem entgegenkommenden Zug bzw. der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle. Die in der Kabine auftretenden Druckschwankungen stören die Insassen erheblich. Um dies zu vermeiden, werden Druckschutzeinrichtungen verwendet, die Steuersignale abgeben, mit denen insbesondere Ventile an den Zu­ beziehungsweise Abluftöffnungen der Wagen entlang des Zuges gesteuert werden.

Derartige Ventile sind zum Beispiel aus DE 36 18 292 A1 bekannt. Selbst bei optimaler Gestaltung des Ventils und der dafür zu verwendenden Antriebseinrichtungen hat das Ventil eine sich nach der Mechanik und den Antrieben richtenden minimale Schließ- beziehungsweise Öffnungszeit. Die Ansteuerung des Ventils erfolgt durch eine Druckschutzeinrichtung, die aus wenigstens einem Drucksensor sowie einer Einheit zur Ausgabe eines dem detektierten Druck entsprechenden Steuerungssignals besteht. Die einsetzbaren Sensoren weisen eine temperatur- und altersbedingte Drift auf, die durch Justierung unter praktischen Bedingungen nicht abgeglichen werden können. Hierdurch werden möglicherweise die Ventile fehlerhaft angesteuert. Das Steuerungssignal dient der Ansteuerung des Druckventils. Damit ist für die gesamte Reaktionszeit zwischen einer von einem Sensor gegenüber dem Innenraum registrierten Druckanstieg (Differenzdruck) in der Umgebung bis zum Schließen des Druckventils zusätzlich zur Reaktionszeit des Ventils die Zeit erforderlich, die von der Detektion des Druckanstieges bis zur Abgabe des Steuersignals an das Ventil vergeht. Die gesamte Reaktionszeit ergibt sich also aus der Reaktionszeit der Druckschutzeinrichtung und der Schließzeit des Ventils. Die Schließzeit des Ventils ist nur begrenzt veränderbar. Ein Schließen des Ventils ist andererseits nicht bei allen auftretenden Druckänderungen erforderlich.

Nach DE 33 43 487 C2 ist eine Einrichtung zur Belüftung und Klimatisierung von Fahrgasträumen in Schienenfahrzeugen bekannt, bei der wenigstens ein Drucksensor und eine Einheit zur Ausgabe eines dem detektierten Druck entsprechenden Steuerungssignales zur Ansteuerung insbesondere wenigstens eines Druckventiles vorgesehen ist. Als Regelgröße soll die aus dem Druckventil strömende Luftdurchflußmenge verwendet werden. Eine Regelung über den Innendruck des Fahrgastraumes wird als zu langsam angesehen. Es gibt keinen Hinweis auf die bei den einsetzbaren Sensoren bereits dargestellten Probleme hinsichtlich temperatur- und altersbedingter Drift.

Aus DE-Z.ETR36(1987) H.12-Dezember, Seiten 769 bis 775 ist bekannt, daß das Druckventil zusätzlich einen Drucksensor und eine Druckauswerteeinrichtung aufweist. Die Ausgangssignale der Sensoren werden linearisiert und in Schaltsignale umgewandelt. Ein Hinweis auf die genannten Probleme der Sensoren hinsichtlich temperatur- und altersbedingter Drift findet sich nicht.

Es kam daher darauf an, die das Druckventil ansteuernde Druckschutzeinrichtung im Hinblick auf temperatur- und altersbedingte Drift, eine verkürzte Reaktionszeit und eine selektiv auf einzelne Druckereignisse abgestimmt Steuerung zu optimieren.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Druckschutzeinrichtung nach Anspruch 1 beziehungsweise durch das Verfahren zur Steuerung der Druckschutzeinrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Die Unteransprüche 2, 4 bis 5 beziehungsweise 7 geben weitere Ausführungen an. Es wird davon ausgegangen, daß bei der zu verbessernden Druckschutzeinrichtung wenigstens ein Drucksensor vorhanden ist. Diesem beziehungsweise jedem Sensor ist eine Einheit zur Ausgabe, zum Beispiel eines Spannungssignals, zugeordnet, wobei das Spannungssignal dem vom Drucksensor detektierten Druck logisch verknüpft ist. Das Spannungssignal dient als Steuerungssignal zur Ansteuerung von Einrichtungen, mit denen der Druck im Innenraum beeinflußt werden kann. Insbesondere ist hierbei an die Ansteuerung von wenigstens einem Druckventil gedacht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zusätzlich zur Ausgabeeinheit des dem detektierten Druck logisch verknüpften Steuerungssignals (Ausgabeeinheit bzw. Schaltverstärker) eine Datenerfassungs- und Auswerteeinheit angeordnet ist. In der Druckschutzeinrichtung sollen also nicht nur dem Druck logisch verknüpfte Spannungssignale erzeugt werden, sondern erfindungsgemäß wird der gemessene Druck erfaßt, gespeichert und analysiert und hieraus entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall ein geeignetes Steuerungssignal für die nachgeschalteten Einrichtungen (zum Beispiel Druckventil) abgeleitet. Es wird damit möglich, ein optimiertes Steuerungssignal zur Verfügung zu stellen.

In einer bevorzugten Ausführung sind mehrere Druckschutzeinrichtungen angeordnet und die Datenerfassungs- und Auswerteeinheiten sind untereinander verbunden. Diese Verbindung erfolgt bevorzugt über eine Steuereinheit, mit der die Schaltsignale zu den einzelnen Ventilen selektiv koordiniert werden können.

Das optimierte Steuerungssignal wird insbesondere nach dem Verfahren nach Anspruch 3 gewonnen. Hiernach ist vorgesehen, für jede der Druckschutzeinrichtungen aus den jeweiligen erfaßten Druckwerten die relativ geringen Amplitudenschwankungen (z. B. ± 10 Pa) nach genügend langer Zeit als Zugstillstand erkannt werden und der Mittelwert der Druckänderungen als Nullpunktswert gespeichert und zur Korrektur des Sensorsignals verwendet wird. Das Steuerungssignal wird damit in der Weise optimiert, daß eine, bei wirtschaftlich einsetzbaren Drucksensoren, stets auftretende Nullpunktsdrift (Temperaturdrift, Alterung) kompensiert wird. Der Nullpunktswert wird bevorzugt in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt.

Das Steuerungssignal wird bevorzugt auch dahingehend optimiert, daß kurzzeitige Schwankungen in den erfaßten Druckwerten (Druckspitzen und/oder verrauschte Meßsignale) herausgefiltert werden. Als kurzfristige Druckschwankungen werden solche angesehen, die durch das jeweilige Lüftungssystem so weitgehend gedämpft werden (Luftfilter, Kanalsystem), daß sie für das Komfortempfinden der Insassen im umschlossenen Raum keine Auswirkung haben. Zusätzlich werden bevorzugt auch langfristige Druckänderungen für das optimierte Steuerungssignal nicht verwendet, soweit diese nicht als komfortmindernd empfunden werden. Derartige kurzfristige beziehungsweise langfristige Druckschwankungen können mittels der Auswerteeinheit, für die bevorzugt ein Mikrokontroller mit Speicher verwendet wird, durch digitale Filteralgorithmen oder durch Fuzzy-Algorithmen erfolgen. Durch diese Maßnahme wird ein unnötiges Schließen der Druckventile vermieden, was der Qualität der Innenluft aber auch der Betriebs zeit der Druckventile zugute kommt.

Bei Verwendung mehrerer Druckschutzeinrichtungen an Wagen von Hochgeschwindigkeitszügen sieht ein bevorzugtes Verfahren zur Steuerung dieser Druckschutzeinrichtungen vor, die optimierten Steuersignale von Druckschutzeinrichtungen für das Schließen der Ventile in benachbarten Wagen in einer Oder-Verknüpfung zu verbinden. Hierdurch wird erreicht, daß bereits der erste detektierte Druckanstieg zum Schließen benachbarter Ventile führt.

Für Anwendungsfälle, in denen seltene oder nur kurze Schließvorgänge zu erwarten sind, so daß die Luftqualität in den Fahrzeugen nicht unzulässig verschlechtert wird, werden die Ventile aller Wagen bei einem an einem Zugende detektierten Druckanstieg geschlossen. In diesem Fall wird der Öffnungsvorgang durch eine Nachhaltezeit in der Auswerteeinheit der Druckschutzeinrichtung verzögert, um das vollständige Durchlaufen der Druckwelle in Zuglänge sicherzustellen.

Bei höheren Anforderungen an die Luftqualität beziehungsweise bei häufiger zu erwartenden Druckänderungen wird ein Verfahren zur Steuerung der Druckschutzeinrichtungen in Hochgeschwindigkeitszügen bevorzugt, bei dem die optimierten Steuersignale für das Schließen von Ventilen in Wagen, die in Bewegungsrichtung des Druckanstiegs längs des Hochgeschwindigkeitszuges liegen, durch die optimierten Steuersignale an den Zugenden verzögert ausgelöst werden. Wenn zum Beispiel am ersten Wagen oder Triebwagen ein Druckanstieg festgestellt wird, können die Druckventile der nachfolgenden Wagen, je nach Geschwindigkeit der Bewegung des Druckanstieges entlang des Zuges (Relativgeschwindigkeit), zeitlich selektiv angesteuert werden. Das gleiche gilt für die am Zuganfang detektierte Druckabnahme, zum Beispiel beim Verlassen eines Tunnels.

Es ist insbesondere vorgesehen, das optimierte Steuersignal zur Auslösung der weiteren Druckventile verzögert, entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Druckanstieges längs des Hochgeschwindigkeitszuges zu steuern. Hierbei kann die Relativgeschwindigkeit zwischen Hochgeschwindigkeitszug und Druckanstieg, zum Beispiel aus der Zuggeschwindigkeit ermittelt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung einer oder mehrerer Druckschutzeinrichtungen bestehend aus wenigstens einem Drucksensor und einer Einheit zur Ausgabe eines dem detektierten Druck entsprechenden Steuerungssignales zur Ansteuerung insbesondere wenigstens eines Druckventiles, wobei zusätzlich zur Ausgabeeinheit wenigstens eine Datenerfassungs- und Auswerteeinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erfaßten Druckwerten die zeitlichen Mittelwerte relativ geringer Amplitudenschwankungen als Mittelpunktswerte gespeichert und zur Korrektur des Sensorsignales verwendet werden.

2. Verfahren zur Steuerung einer oder mehrerer Druckschutzeinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurzfristige Druckschwankungen und langfristige Druckschwankungen mittels der Auswerteeinheit herausgefiltert werden, so daß das Steuerungssignal hiervon unabhängig wird.

3. Verfahren zur Steuerung mehrerer Druckschutzeinrichtungen nach Anspruch 2 in Hochgeschwindigkeitszügen, wobei die Druckschutzeinrichtungen in jedem Wagen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für das Schließen der Ventile in benachbarten Wagen in einer Oder-Verknüpfung verbunden sind.

4. Verfahren zur Steuerung mehrerer Druckschutzeinrichtungen in Hochgeschwindigkeitszügen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckschutzeinrichtungen nur an den Zugenden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für das Schließen der Ventile in den Wagen durch die Steuersignale an den Zugenden ausgelöst werden.

5. Verfahren zur Steuerung mehrerer Druckschutzeinrichtungen in Hochgeschwindigkeitszügen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen und Öffnen der Ventile in den einzelnen Wagen verzögert entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Druckanstieges längs des Hochgeschwindigkeitszuges erfolgt.