EP3507164A1 - Verfahren und vorrichtung zur verschleissoptimierung von schienenfahrzeugen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verschleissoptimierung von schienenfahrzeugen

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Publication number
EP3507164A1
EP3507164A1 EP17754132.3A EP17754132A EP3507164A1 EP 3507164 A1 EP3507164 A1 EP 3507164A1 EP 17754132 A EP17754132 A EP 17754132A EP 3507164 A1 EP3507164 A1 EP 3507164A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
wear
determined
driving
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17754132.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Nock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP3507164A1 publication Critical patent/EP3507164A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0058—On-board optimisation of vehicle or vehicle train operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for wear optimization of rail vehicles.
  • the invention further relates to a driver assistance system for a rail vehicle.
  • Rail vehicles often have driver assistance systems to the
  • Rail vehicles thereby optimize trips in terms of energy efficiency and / or punctuality, i. the consideration or adherence to timetables of the
  • This object is achieved by a method for wear optimization of
  • Rail vehicles with the method steps of claim 1 a device for optimizing the wear of rail vehicles with the features of claim 1 1 and a driver assistance system for a rail vehicle with the features of claim 12 solved. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. In a method according to the invention for wear optimization of
  • Rail vehicles at least one state of wear of at least one component of a rail vehicle is initially determined. It can, however, too
  • Wear conditions of several components are determined simultaneously.
  • an optimal driving for the rail vehicle taking into account the at least one determined state of wear of at least one component, taking into account predetermined timetables and taking into account the energy consumption during driving.
  • the speed, acceleration and deceleration of the rail vehicle are controlled in such a way that optimum driving is achieved in a driving operation of the rail vehicle.
  • an optimal driving for the rail vehicle taking into account the determined wear.
  • punctuality and energy consumption in contrast to conventional methods not only punctuality and energy consumption, but also the condition of the individual components can be considered.
  • the recommended driving style can increase the service life of components and prevent or reduce wear-related failures during operation.
  • an optimal ride in the optimization space wear, punctuality and energy consumption is thus determined depending on the operating concept.
  • Rail vehicle are controlled so that the determined optimal driving is achieved while driving.
  • the amount of accelerations and decelerations as well as speeds as well as the time course of these quantities can thus also be influenced with consideration of wear aspects.
  • direct control of, for example, the drive and brakes can be carried out on the basis of the determined optimum driving profile, or recommendations can be issued to a driver via a driver assistance system, so that the driver drives a driving profile that is advantageous even under wear aspects.
  • the state of wear of at least one component of the drive train of a rail vehicle is determined and an optimum driving style is a driving style reduced acceleration and / or reduced maximum speed determined. If there is wear on a component of the powertrain, for example at
  • Specify maximum speed to reduce the drive power can. By specifying a reduced acceleration curve as the driving recommendation, the drive peak power can be reduced. By reducing the maximum speed, the drive endurance can be reduced. A reduction of the maximum
  • Acceleration or the maximum speed may result in avoiding the failure of a motor or gearbox during operation or prolonging the life of the component. If the train has multiple engines and the wear only on individual
  • Engines can be given when determining an optimal driving style, the acceleration or holding the speed only with the not
  • Acceleration of the rail vehicle available, or it can be the load of components of the powertrain can be reduced.
  • the energy consumption of the ancillaries can be increased again.
  • the state of wear of at least one wheel of the rail vehicle is determined, and as optimum driving a driving style with reduced acceleration and / or reduced deceleration and / or reduced maximum speed is determined.
  • the wheels are monitored, and it is the current state of wear of a wheel determined. This state of wear is taken into account when determining an optimal driving style. If a wheel has wear, it is advantageous to reduce the acceleration and / or the deceleration or to lower the maximum speed in order to prevent failures of the wheel or to increase the service life of the wheel.
  • the state of wear of a wheel taking into account the introduced in the wheel acceleration and braking energy and the acceleration and
  • Brake temperatures are determined.
  • the wear of a wheel depends in particular on the energy introduced during acceleration and braking in the wheel. Due to the acceleration and braking energies wear of the wheel on the one hand by abrasion and on the other hand by the resulting during acceleration and during braking temperatures due to the introduced into the wheel heat energy. From a wear model of the wheels can thus be concluded on the basis of the introduced acceleration and braking energy and the temperatures on the wear of the wheels. If wear is detected, can
  • the state of wear of at least one bogie of the rail vehicle is determined and as optimal driving a driving style with reduced acceleration and / or reduced deceleration and / or reduced maximum speed is determined.
  • the condition of wear of a bogie is monitored. This can be done by mounted on the bogie arranged sensors, for example by
  • Wear conditions are detected on the bogie, such as rolling in a defective rolling damper, flat or bearing damage. If wear of a bogie is detected, so to save the bogie, a
  • Driving mode in which an acceleration and / or a
  • the state of wear of at least one brake of the rail vehicle is determined, and as optimum driving a driving style with reduced deceleration and / or reduced maximum speed is determined.
  • the wear condition of a brake is determined by the sensor system of the brake system. For example, thicknesses of brake discs or brake linings can be determined. It can also elevated temperatures of the brake, faulty brake pressures, etc. are detected.
  • the driving style can then be adjusted so that the deceleration of the rail vehicle is reduced in order to protect the brakes, or the maximum speed is reduced in order to maintain a predetermined braking distance can.
  • the state of wear of at least one brake of the rail vehicle is determined, and during deceleration the proportions of the individual braking systems of the vehicle are determined
  • Rail vehicle applied braking forces on the total braking force applied as a function of the state of wear. If a rail vehicle has several brake systems, for example one
  • Friction brake a rail brake and / or an electrodynamic brake
  • the braking forces are applied jointly by the individual brake systems or a part of these brake systems during braking when all or part of said brake systems are active during the braking process. If one or more of these brake systems has wear, it is possible to apply the braking forces more intensively through the other brake systems. This can do that
  • worn brake system can be spared or failure prevented, and it is possible to maintain the required braking performance by wearing the other braking systems a higher proportion of the braking power.
  • blending i. the composition of the individual brake types, for example, from friction brake, rail brake and electrodynamic brake influenced.
  • the state of wear of at least one brake of the rail vehicle is determined and during deceleration, the distribution of the braking forces over the length of a several rail vehicles existing train association depending on
  • the braking performance of the worn brake systems can be reduced, and the reduced braking performance of the worn brake systems can be compensated by an increased braking performance of the intact braking systems of the train.
  • a driver and / or a dispatcher are asked to make a decision on the driving style.
  • This makes it possible for a driver or a dispatcher to make in the rail vehicle independent of the determined optimal driving style specification for driving to be able to take into account further boundary conditions of driving, for example, a fixed time of arrival to ports.
  • Rail vehicles is designed so that they can perform a method according to the invention with the method steps described above.
  • the device accordingly has a device for determining at least one
  • Wear state of at least one component of a rail vehicle a device for determining an optimal driving style for the rail vehicle, taking into account the at least one determined state of wear under
  • An inventive driver assistance system for a rail vehicle is designed so that there is an optimal driving style for a rail vehicle
  • the driver assistance system is further designed such that it can specify speeds, accelerations and decelerations of the rail vehicle such that in a driving operation of the vehicle
  • the driver assistance system thus receives, for example, diagnostic systems
  • Information about the wear of individual components For example, from timetables it receives information about the required time of arrival. Under
  • Energy consumption during driving determines the driver assistance system thus an optimal driving style for a rail vehicle.
  • the determined optimum driving style is then to be implemented while driving the rail vehicle. On the one hand, this can be done by specifications to a driver who meets the specifications of the
  • Driver assistance system is followed in order to achieve the optimum driving style, or by direct control of, for example, the drive and the brakes of the
  • the driver assistance system is designed so that it can determine an optimal driving style of the rail vehicle, as achieved by the method described above.
  • 1 shows the sequence of the method according to the invention for wear optimization of rail vehicles
  • 2 shows an inventive driver assistance system.
  • Fig. 1 shows the sequence of a method according to the invention for wear optimization of rail vehicles.
  • the wear of one or more components of the rail vehicle is determined. This can be done by diagnostic systems or CBM systems (Condition Based Monitoring).
  • CBM systems Condition Based Monitoring
  • Wear detection can be, for example, the wear of components of the
  • Powertrain of wheels, brakes, bogies, doors, etc. are determined.
  • components can be monitored by sensors, for example, to detect the thickness of brake pads or brake discs,
  • Wear state of a wheel can also be determined by a wear model taking into account introduced into the wheel acceleration and braking energy and the resulting acceleration and braking temperatures.
  • step S12 an optimum driving style is determined in step S12.
  • an optimization of the driving style in addition to the consideration of the wear of components further below
  • the determination of the optimal driving style taking into account the three criteria mentioned can be achieved by known optimization methods, for example by the
  • step S12 a driving profile with predetermined speed profiles and corresponding accelerations and decelerations is obtained, which is to be based on the control of the rail vehicle, the required optimization of wear, punctuality as compliance or consideration of timetables and energy consumption to be able to reach while driving.
  • step S14 the speed, acceleration and deceleration of the vehicle are controlled by interventions in the drive and brake due to the determined in step S12 optimum driving style to implement the determined optimum driving style while driving.
  • this can be done on the basis of specifications for a driver by, for example, setting a speed profile which the driver drives with the speed controller, or else there is a direct influence on the drive and braking systems of the vehicle, so that without the interposition of the driver directly the optimum
  • FIG. 2 shows the systems of a rail vehicle 10 having a driver assistance system 18 according to the invention.
  • the rail vehicle 10 has various systems 12, which may be, for example, drive systems, brake systems, door systems, etc. The wear of these systems 12 of the
  • Rail vehicle 10 is determined. This can be done by self-diagnosis in the individual systems, a condition-based monitoring system 14 or even, for example, the wheels on the basis of the stresses caused by acceleration and deceleration during driving and the resulting temperatures in the wheels.
  • the wear information 16 determined in this way is sent to the
  • Driver assistance system 18 transmitted.
  • optimization punctuality, energy consumption and the criteria are used as criteria
  • Wear information 16 taken into account. These criteria may be required be weighted so that with the issued driving recommendation 22 either priority punctuality, energy consumption or wear optimization can be achieved.
  • wear determination 14 for example, the wear of components of the drive train, wheels, bogies, brakes or doors can be determined. These wear conditions 16 can in
  • Driver assistance system 18 are taken into account in determining the optimal driving recommendation 22.
  • driving with reduced acceleration and / or reduced maximum speed may be recommended, for example, as the optimal driving style to avoid the worn ones
  • a driving style may be recommended in which accelerations, decelerations and / or maximum speeds are reduced. Such driving may also be recommended if bogie wear is detected.
  • the optimal driving recommendation 22 recommends a driving style in which the deceleration is reduced, so that the braking forces to be applied are reduced, and in which also the
  • Driving recommendation 22 can be specified.
  • the optimal driving recommendation 22 can on the one hand directly to the drive and
  • Brake control systems of the vehicle 10 are passed, or it can

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen (10) beschrieben, bei dem Verschleißzustände (16) wenigstens einer Komponente eines Schienenfahrzeugs (10) ermittelt werden, unter Berücksichtigung von Verschleiß (16), Pünktlichkeit und Energieverbrauch eine optimale Fahrweise (22) für das Schienenfahrzeug (10) ermittelt wird und die Geschwindigkeit, Beschleunigungen und Verzögerungen des Schienenfahrzeugs (10) derart gesteuert werden, dass in einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs (10) die optimale Fahrweise (22) erzielt wird. Es wird ferner eine Vorrichtung zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen (10) sowie ein Fahrerassistenzsystem (18) für ein Schienenfahrzeug (10) beschrieben.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zur Verschleißoptimierung von
Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrerassistenzsystem für ein Schienenfahrzeug. Schienenfahrzeuge weisen häufig Fahrerassistenzsysteme auf, um den
Triebfahrzeugführer zu unterstützen. Heutige Fahrerassistenzsysteme für
Schienenfahrzeuge optimieren dabei Fahrten im Hinblick auf Energieeffizienz und/oder Pünktlichkeit, d.h. der Berücksichtigung bzw. Einhaltung von Fahrplänen des
Schienenfahrzeugs. Der Verschleißzustand der Fahrzeuge bzw. ihrer Komponenten wird dabei nicht berücksichtigt. Ein umfassend optimierendes Fahrerassistenzsystem sollte deshalb neben Pünktlichkeit und Energieeffizienz auch den Verschleiß des Fahrzeugs bzw. seiner Komponenten berücksichtigen. Der beim Fahren von
Schienenfahrzeugen auftretende Verschleiß ist zu optimieren. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Fahrerassistenzsystem für Schienenfahrzeuge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verschleißoptimierung von
Schienenfahrzeugen mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 , eine Vorrichtung zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 sowie ein Fahrerassistenzsystem für ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verschleißoptimierung von
Schienenfahrzeugen wird zunächst wenigstens ein Verschleißzustand wenigstens einer Komponente eines Schienenfahrzeugs ermittelt. Es können jedoch auch
Verschleißzustände mehrerer Komponenten gleichzeitig ermittelt werden. Im nächsten Schritt wird dann eine optimale Fahrweise für das Schienenfahrzeug unter Berücksichtigung des wenigstens einen ermittelten Verschleißzustands wenigstens einer Komponente, unter Berücksichtigung von vorgegebenen Fahrplänen sowie unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs im Fahrbetrieb ermittelt. Die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Verzögerung des Schienenfahrzeuges werden derart gesteuert, dass in einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs die optimale Fahrweise erzielt wird.
Aufbauend auf dem ermittelten Verschleißzustand einer oder mehrerer Komponenten eines Schienenfahrzeugs wird damit, neben der Berücksichtigung von Pünktlichkeit und Energieverbrauch, eine optimale Fahrweise für das Schienenfahrzeug auch unter Berücksichtigung des ermittelten Verschleißes ermittelt. Dadurch kann im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht nur Pünktlichkeit und Energieverbrauch, sondern auch der Zustand der einzelnen Komponenten berücksichtigt werden. Durch die damit empfohlene Fahrweise kann die Lebensdauer von Komponenten erhöht werden, und es können verschleißbedingte Ausfälle im laufenden Betrieb verhindert bzw. reduziert werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird somit abhängig vom Betriebskonzept eine optimale Fahrt im Optimierungsraum Verschleiß, Pünktlichkeit und Energieverbrauch ermittelt. Die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des
Schienenfahrzeugs werden derart gesteuert, dass im Fahrbetrieb die ermittelte optimale Fahrweise erzielt wird. Die Höhe von Beschleunigungen und Verzögerungen sowie von Geschwindigkeiten sowie der zeitliche Verlauf dieser Größen kann damit auch unter Berücksichtigung von Verschleißaspekten beeinflusst werden. Dabei kann eine direkte Steuerung beispielsweise von Antrieb und Bremsen aufgrund des ermittelten optimalen Fahrprofils durchgeführt werden, oder es können über ein Fahrerassistenzsystem Empfehlungen an einen Triebfahrzeugführer ausgegeben werden, so dass dieser ein Fahrprofil fährt, das auch unter Verschleißaspekten vorteilhaft ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs eines Schienenfahrzeugs ermittelt und als optimale Fahrweise wird eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt. Liegt Verschleiß bei einer Komponente des Antriebsstrangs vor, beispielsweise bei
Elektromotoren, Verbrennungsmotoren oder Getrieben, so ist es vorteilhaft, die
Antriebsleistung zu reduzieren, um die Komponente zu schonen und ihre Lebensdauer zu verlängern bzw. um Ausfälle zu verhindern. Dafür ist es vorteilhaft, als optimale Fahrweise eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter
Höchstgeschwindigkeit vorzugeben, um die Antriebsleistung reduzieren zu können. Durch Vorgabe einer reduzierten Beschleunigungskurve als Fahrempfehlung kann die Antriebsspitzenleistung gesenkt werden. Durch Reduktion der Maximalgeschwindigkeit kann die Antriebsdauerleistung gesenkt werden. Eine Reduktion der maximalen
Beschleunigung oder der maximalen Geschwindigkeit kann zu einem Vermeiden des Ausfalls eines Motors oder Getriebes im Betrieb oder zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Komponente führen. Sollte der Zug über mehrere Motoren verfügen und der Verschleiß nur an einzelnen
Motoren vorliegen, kann beim Ermitteln einer optimalen Fahrweise vorgegeben werden, die Beschleunigung bzw. das Halten der Geschwindigkeit nur mit dem nicht
verschlissenen Antrieb zu realisieren. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Energieverbrauch von Komponenten des Schienenfahrzeugs bei
Beschleunigungsvorgängen des Schienenfahrzeugs reduziert. Beispielsweise können Nebenaggregate wie Klimaanlage und Kompressoren der Bremse gedrosselt werden, um zusätzlichen Energiebedarf zu reduzieren. Diese Energie steht dann für die
Beschleunigung des Schienenfahrzeugs zur Verfügung, oder es kann die Belastung von Komponenten des Antriebsstrangs verringert werden. Bei Bergabfahrten kann dann beispielsweise die Energieaufnahme der Nebenaggregate wieder erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens eines Rads des Schienenfahrzeugs ermittelt und als optimale Fahrweise wird eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens werden somit die Räder überwacht, und es wird der momentane Verschleißzustand eines Rads ermittelt. Dieser Verschleißzustand wird bei der Ermittlung einer optimalen Fahrweise berücksichtigt. Weist ein Rad Verschleiß auf, dann ist es vorteilhaft, die Beschleunigung und/oder die Verzögerung zu reduzieren oder die Höchstgeschwindigkeit herabzusetzen, um Ausfälle des Rads zu verhindern oder die Lebensdauer des Rads zu erhöhen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Verschleißzustand eines Rads unter Berücksichtigung der in das Rad eingebrachten Beschleunigungs- und Bremsenergien und der Beschleunigungs- und
Bremstemperaturen ermittelt werden. Der Verschleiß eines Rads hängt insbesondere von den beim Beschleunigen und beim Bremsen in das Rad eingebrachten Energien ab. Durch die Beschleunigungs- und Bremsenergien entsteht ein Verschleiß des Rads einerseits durch Abrieb und andererseits durch die beim Beschleunigungs- und beim Bremsvorgang entstehenden Temperaturen aufgrund der in das Rad eingebrachten Wärmeenergie. Aus einem Verschleißmodell der Räder kann somit auf der Basis der eingebrachten Beschleunigungs- und Bremsenergien sowie der Temperaturen auf den Verschleiß der Räder geschlossen werden. Wird Verschleiß festgestellt, können
Traktions- und Bremskurven reduziert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens eines Drehgestells des Schienenfahrzeugs ermittelt und als optimale Fahrweise wird eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt. Dabei wird der Verschleißzustand eines Drehgestells überwacht. Dies kann durch am Drehgestell befestigte angeordnete Sensoren, beispielsweise durch
Beschleunigungssensoren, geschehen. Über die Drehgestelldiagnose können
Verschleißzustände am Drehgestell erkannt werden, beispielsweise Schlingern bei einem defekten Schlingerdämpfer, Flachstellen oder Lagerschäden. Wird Verschleiß eines Drehgestells festgestellt, so kann, um das Drehgestell zu schonen, eine
Fahrweise vorgegeben werden, bei der eine Beschleunigung und/oder eine
Verzögerung reduziert werden. Auch die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges kann herabgesetzt werden, um Ausfälle des Drehgestells im laufenden Betrieb zu verhindern und/oder die Lebensdauer des Drehgestells zu erhöhen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs ermittelt und als optimale Fahrweise wird eine Fahrweise mit reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt. Der Verschleißzustand einer Bremse wird durch die Sensorik des Bremssystems festgestellt. So können beispielsweise Dicken von Bremsscheiben oder Bremsbelägen ermittelt werden. Es können auch erhöhte Temperaturen der Bremse, fehlerhafte Bremsdrücke, etc. festgestellt werden. Abhängig vom Verschleißzustand kann die Fahrweise dann so angepasst werden, dass die Verzögerung des Schienenfahrzeugs reduziert wird, um die Bremsen zu schonen, oder auch die Höchstgeschwindigkeit reduziert wird, um einen vorgegebenen Bremsweg einhalten zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs ermittelt und beim Verzögern werden die Anteile der durch die einzelnen Bremssysteme des
Schienenfahrzeugs aufgebrachten Bremskräfte an der insgesamt beim Bremsen aufgebrachten Bremskraft in Abhängigkeit vom Verschleißzustand vorgegeben. Weist ein Schienenfahrzeug mehrere Bremssysteme auf, beispielsweise eine
Reibungsbremse, eine Schienenbremse und/oder eine elektrodynamische Bremse, so werden die Bremskräfte durch die einzelnen Bremssysteme oder einen Teil dieser Bremssysteme beim Bremsvorgang gemeinsam aufgebracht, wenn alle oder ein Teil der genannten Bremssysteme beim Bremsvorgang aktiv sind. Weist eines oder mehrere dieser Bremssysteme Verschleiß auf, so ist es möglich, die Bremskräfte verstärkt durch die anderen Bremssysteme aufzubringen. Dadurch kann das
verschlissene Bremssystem geschont bzw. ein Ausfall verhindert werden, und es ist möglich, die erforderliche Bremsleistung aufrecht zu erhalten, indem die anderen Bremssysteme einen höheren Anteil an der Bremsleistung tragen. Dadurch wird somit das Blending, d.h. die Zusammensetzung der einzelnen Bremsarten beispielsweise aus Reibungsbremse, Schienenbremse und elektrodynamischer Bremse beeinflusst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verschleißzustand wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs ermittelt und beim Verzögern wird die Verteilung der Bremskräfte über die Länge eines aus mehreren Schienenfahrzeugen bestehenden Zugverbands in Abhängigkeit vom
Verschleißzustand vorgegeben. Weist ein Zug mehrere Schienenfahrzeuge auf und wird an einer oder mehreren Bremsen Verschleiß festgestellt, so kann die
Bremsleistung der verschlissenen Bremssysteme reduziert werden, und die reduzierte Bremsleistung der verschlissenen Bremssysteme durch eine erhöhte Bremsleistung der intakten Bremssysteme des Zugverbandes kompensiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ermittelt, ob das Schienenfahrzeug bei der durch Optimierung unter Berücksichtigung der Kriterien Verschleiß, Pünktlichkeit und Energieverbrauch ermittelten Fahrweise pünktlich am Ziel ankommt. Für den Fall, dass das Schienenfahrzeug mit der ermittelten Fahrweise nicht pünktlich am Ziel ankommen sollte, werden ein Triebfahrzeugführer und/oder ein Fahrdienstleiter aufgefordert, eine Entscheidung über die Fahrweise zu treffen. Dadurch ist es für einen Fahrdienstleiter oder einen Triebfahrzeugführer möglich, eine Entscheidung darüber zu treffen, ob verschleißoptimal gefahren werden soll, oder ob, unter Inkaufnahme eines erhöhten Verschleißes von Komponenten, vorrangig Pünktlichkeit des Schienenfahrzeugs erzielt werden soll. Dadurch ist es für einen Triebfahrzeugführer oder einen Fahrdienstleiter möglich, im Schienenfahrzeug eine von der ermittelten optimalen Fahrweise unabhängige Vorgabe für den Fahrbetrieb zu machen, um weitere Randbedingungen des Fahrbetriebs, beispielsweise eine festgelegte Ankunftszeit, um Anschlüsse erreichen zu können, berücksichtigen zu können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verschleißoptimierung von
Schienenfahrzeugen ist so gestaltet, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten durchführen kann. Die Vorrichtung weist dementsprechend eine Einrichtung zum Ermitteln wenigstens eines
Verschleißzustands wenigstens einer Komponente eines Schienenfahrzeugs, eine Einrichtung zum Ermitteln einer optimalen Fahrweise für das Schienenfahrzeug unter Berücksichtigung des wenigstens einen ermittelten Verschleißzustands, unter
Berücksichtigung von Fahrplänen des Schienenfahrzeugs und unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs im Fahrbetrieb, und eine Einrichtung zum Vorgeben von
Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des Schienenfahrzeugs derart, dass in einem Fährbetrieb des Schienenfahrzeugs die optimale Fahrweise erzielt wird, auf.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Schienenfahrzeug ist so gestaltet, dass es eine optimale Fahrweise für ein Schienenfahrzeug unter
Berücksichtigung von Verschleiß, Pünktlichkeit als Einhaltung bzw. Berücksichtigung von Fahrplänen, und Energieverbrauch ermitteln kann. Das Fahrerassistenzsystem ist ferner so gestaltet, dass es Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen des Schienenfahrzeugs derart vorgeben kann, dass in einem Fahrbetrieb des
Schienenfahrzeugs die optimale Fahrweise erzielt wird. Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem erhält somit beispielsweise aus Diagnosesystemen
Informationen über den Verschleiß einzelner Komponenten. Beispielsweise aus Fahrplänen erhält es Informationen über die geforderte Ankunftszeit. Unter
Berücksichtigung von Verschleiß, Einhaltung von Fahrplänen sowie auch des
Energieverbrauchs beim Fahrbetrieb ermittelt das Fahrerassistenzsystem somit eine optimale Fahrweise für ein Schienenfahrzeug. Die ermittelte optimale Fahrweise ist dann im Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs umzusetzen. Dies kann einerseits durch Vorgaben an einen Triebfahrzeugführer geschehen, der die Vorgaben des
Fahrerassistenzsystems befolgt, um die optimale Fahrweise zu erzielen, oder aber durch direkte Steuerung beispielsweise des Antriebs und der Bremsen des
Schienenfahrzeugs, wodurch das Fahrerassistenzsystem das Fahrzeug so steuert, dass die optimale Fahrweise erzielt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Fahrerassistenzsystem so gestaltet, dass es eine optimale Fahrweise des Schienenfahrzeugs, wie sie mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzielt wird, ermitteln kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen, Fig. 2: ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem.
Fig. 1 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen. Im ersten Schritt S10 wird der Verschleiß einer oder mehrerer Komponenten des Schienenfahrzeugs ermittelt. Dies kann durch Diagnosesysteme bzw. CBM-Systeme (Condition Based Monitoring) geschehen. Bei der
Verschleißermittlung kann beispielsweise der Verschleiß von Komponenten des
Antriebsstrangs, von Rädern, Bremsen, Drehgestellen, Türen, etc. ermittelt werden. Dabei können beispielsweise Komponenten durch Sensoren überwacht werden, um beispielsweise die Dicke von Bremsbelägen oder Bremsscheiben zu erfassen,
Beschleunigungen zu messen, die auf Schäden an Räder oder an Drehgestellen hindeuten, oder um beispielsweise Türen auf Verschleiß und Defekte zu überwachen. Die Überwachung kann auch indirekt erfolgen. Beispielsweise kann der
Verschleißzustand eines Rads auch durch ein Verschleißmodell unter Berücksichtigung von in das Rad eingebrachten Beschleunigungs- und Bremsenergien und der dadurch entstehenden Beschleunigungs- und Bremstemperaturen ermittelt werden.
Unter Berücksichtigung des im Schritt S10 ermittelten Verschleißes wird im Schritt S12 eine optimale Fahrweise ermittelt. Dabei erfolgt eine Optimierung der Fahrweise neben der Berücksichtigung des Verschleißes von Komponenten des Weiteren unter
Berücksichtigung von Pünktlichkeit als Einhaltung bzw. Berücksichtigung von
Fahrplänen und unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs im Fahrbetrieb. Bei der Optimierung kann eine Gewichtung der genannten Einflussfaktoren vorgenommen werden. Ist beispielsweise eine pünktliche Ankunft zwingend erforderlich, kann die Pünktlichkeit höher gewichtet werden, so dass die empfohlene Fahrweise unter
Inkaufnahme eines höheren Verschleißes und höheren Energieverbrauchs ermittelt wird. Soll hingegen verschleißschonend gefahren werden, um die Lebensdauer von Komponenten zu erhöhen oder Ausfälle zu verhindern, so kann der zu
berücksichtigende Verschleiß höher gewichtet werden, so dass beispielsweise eine verschlechterte Pünktlichkeit in Kauf genommen wird. Die Ermittlung der optimalen Fahrweise unter Berücksichtigung der drei genannten Kriterien kann durch bekannte Optimierungsverfahren, beispielsweise durch die
Verwendung künstlicher neuronaler Netze, durchgeführt werden. Als Ergebnis der Ermittlung der optimalen Fahrweise im Schritt S12 wird ein Fahrprofil mit vorgegebenen Geschwindigkeitsverläufen und entsprechenden Beschleunigungen und Verzögerungen erhalten, das der Steuerung des Schienenfahrzeugs zugrunde zu legen ist, um die geforderte Optimierung von Verschleiß, Pünktlichkeit als Einhaltung bzw. Berücksichtigung von Fahrpläne und Energieverbrauch im Fahrbetrieb erreichen zu können. Im Schritt S14 werden aufgrund der im Schritt S12 ermittelten optimalen Fahrweise die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs durch Eingriffe in Antrieb und Bremse gesteuert, um die ermittelte optimale Fahrweise im Fahrbetrieb umzusetzen. Dies kann einerseits anhand von Vorgaben für einen Triebfahrzeugführer geschehen, indem beispielsweise ein Geschwindigkeitsverlauf vorgegeben wird, den der Triebfahrzeugführer mit dem Fahrregler nachfährt, oder aber es erfolgt eine direkte Beeinflussung der Antriebs- und Bremssysteme des Fahrzeuges, so dass ohne Zwischenschaltung des Triebfahrzeugführers direkt die optimale
Fahrweise im Schienenfahrzeug erzielt wird. Fig. 2 zeigt die Systeme eines Schienenfahrzeugs 10, das ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem 18 aufweist. Das Schienenfahrzeug 10 weist verschiedene Systeme 12 auf, bei denen es sich beispielsweise um Antriebssysteme, Bremssysteme, Türsysteme, etc. handeln kann. Der Verschleiß dieser Systeme 12 des
Schienenfahrzeugs 10 wird ermittelt. Dies kann durch Eigendiagnosen in den einzelnen Systemen, ein Condition Based Monitoring-System 14 oder auch beispielsweise bei den Rädern anhand der Beanspruchungen durch Beschleunigungen und Verzögerungen im Fahrbetrieb und die dadurch entstehenden Temperaturen in den Rädern erfolgen.
Die auf diesem Weg ermittelten Verschleißinformationen 16 werden an das
Fahrerassistenzsystem 18 übertragen. Das Fahrerassistenzsystem 18 ermittelt unter Berücksichtigung von Optimierungskriterien 20 eine optimale Fahrempfehlung 22. Bei der Optimierung werden als Kriterien Pünktlichkeit, Energieverbrauch und die
Verschleißinformationen 16 berücksichtigt. Diese Kriterien können bedarfsweise gewichtet werden, so dass mit der ausgegebenen Fahrempfehlung 22 entweder vorrangig Pünktlichkeit, Energieverbrauch oder Verschleißoptimierung erzielt werden können. Bei der Verschleißermittlung 14 kann beispielsweise der Verschleiß von Komponenten des Antriebsstrangs, von Rädern, von Drehgestellen, von Bremsen oder auch von Türen ermittelt werden. Diese Verschleißzustände 16 können im
Fahrerassistenzsystem 18 bei der Ermittlung der optimalen Fahrempfehlung 22 berücksichtigt werden.
Bei erkanntem Verschleiß von Komponenten des Antriebsstrangs kann beispielsweise als optimale Fahrweise eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit empfohlen werden, um die verschlissenen
Komponenten zu schonen.
Ebenso kann bei erkanntem Verschleiß von Rädern des Schienenfahrzeugs eine Fahrweise empfohlen werden, bei der Beschleunigungen, Verzögerungen und/oder Höchstgeschwindigkeiten reduziert werden. Eine derartige Fahrweise kann auch empfohlen werden, wenn Verschleiß an Drehgestellen festgestellt wird.
Wird Verschleiß an Bremsen festgestellt, so kann durch die optimale Fahrempfehlung 22 eine Fahrweise empfohlen werden, bei der die Verzögerung reduziert wird, so dass die aufzubringenden Bremskräfte reduziert werden, und bei der auch die
Höchstgeschwindigkeit reduziert wird, so dass stets innerhalb der vorgegebenen Bremswege trotz des Verschleißes einzelner Bremskomponenten angehalten werden kann.
Auch bei festgestelltem Verschleiß von Türen kann es erforderlich werden, vom
Normalverhalten abweichende Fahrempfehlungen 22 auszugeben. Im
Begegnungsverkehr von Hochgeschwindigkeitszügen entsteht ein hoher Druck auf die Fahrzeugtüren. Ist an einer Tür bereits ein höherer Verschleiß aufgetreten, so ist es aus Gründen der Verschleißoptimierung sinnvoll, durch das Fahrerassistenzsystem eine Zugbegegnung mit reduzierter Geschwindigkeit zu empfehlen, um einen Ausfall der Tür hinauszuzögern bzw. zu verhindern.
Neben den vorstehend genannten Komponenten kann auch der Verschleiß beliebiger anderer Komponenten, die das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs 10 beeinflussen bzw. deren Verschleiß durch das Fahrprofil des Schienenfahrzeugs 10 beeinflusst wird, überwacht werden, und aufgrund des festgestellten Verschleißes eine optimale
Fahrempfehlung 22 vorgegeben werden. Die optimale Fahrempfehlung 22 kann einerseits direkt an die Antriebs- und
Bremssteuersysteme des Fahrzeugs 10 übergeben werden, oder es können
beispielsweise durch Visualisierung Empfehlungen für den Triebfahrzeugführer ausgegeben werden, die dieser beim Fahren des Schienenfahrzeugs 10 befolgen kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
S10 Verschleißermittlung
S12 Ermittlung der optimalen Fahrweise
S14 Steuern von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des
Fahrzeugs
10 Schienenfahrzeug
12 Systeme des Schienenfahrzeugs
14 Verschleißermittlung
16 Verschleißinformationen
18 Fahrerassistenzsystem
20 Optimierungskriterien
22 optimale Fahrempfehlung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Verschleißoptimierung von Schienenfahrzeugen (10),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Ermitteln (S10) wenigstens eines Verschleißzustands (16) wenigstens einer Komponente (12) eines Schienenfahrzeugs (10),
Ermitteln (S12) einer optimalen Fahrweise (22) für das Schienenfahrzeug (10) unter Berücksichtigung des wenigstens einen ermittelten Verschleißzustands (16), unter Berücksichtigung von Fahrplänen des Schienenfahrzeugs und unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs im Fahrbetrieb,
Steuern (S12) von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des
Schienenfahrzeugs (10) derart, dass in einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs (10) die optimale Fahrweise (22) erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens einer Komponente (12) des
Antriebstrangs des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird und als optimale Fahrweise (22) eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter
Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
wobei der Energieverbrauch von Komponenten des Schienenfahrzeugs (10) bei Beschleunigungsvorgängen des Schienenfahrzeugs (10) reduziert wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens eines Rads des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird und als optimale Fahrweise (22) eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter
Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei der Verschleißzustand (16) des wenigstens einen Rads unter
Berücksichtigung der in das Rad eingebrachten Beschleunigungs- und Bremsenergien und der Beschleunigungs- und Bremstemperaturen ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens eines Drehgestells des
Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird und als optimale Fahrweise (22) eine Fahrweise mit reduzierter Beschleunigung und/oder reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird und als optimale Fahrweise (22) eine Fahrweise mit reduzierter Verzögerung und/oder reduzierter Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs ermittelt wird und beim Verzögern die Anteile der durch die einzelnen Bremssysteme des Schienenfahrzeugs aufgebrachten Bremskräfte an einer Gesamtbremskraft in Abhängigkeit vom Verschleißzustand (16) vorgegeben werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Verschleißzustand (16) wenigstens einer Bremse des Schienenfahrzeugs ermittelt wird und beim Verzögern die Verteilung der Bremskräfte über die Länge eines aus mehreren Schienenfahrzeugen (10) bestehenden Zugverbands in Abhängigkeit vom Verschleißzustand (16) vorgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei ermittelt wird, ob das Schienenfahrzeug (10) bei der ermittelten Fahrweise (22) unter Einhaltung von Fahrplänen des Schienenfahrzeugs (10) am Ziel ankommt und für den Fall, dass das Schienenfahrzeug (10) mit der ermittelten Fahrweise (22) nicht unter Einhaltung von Fahrplänen des Schienenfahrzeugs (10) am Ziel ankommt, ein Triebfahrzeugführer und/oder ein Fahrdienstleiter aufgefordert werden, eine
Entscheidung über die Fahrweise zu treffen.
1 1 . Vorrichtung zur Verschleißoptinnierung von Schienenfahrzeugen (10), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Einrichtung (14) zum Ermitteln wenigstens eines Verschleißzustands (16) wenigstens einer Komponente (12) eines Schienenfahrzeugs (10),
eine Einrichtung zum Ermitteln einer optimalen Fahrweise (22) für das
Schienenfahrzeug (10) unter Berücksichtigung des wenigstens einen ermittelten Verschleißzustands (16), unter Berücksichtigung von Fahrplänen des
Schienenfahrzeugs und unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs im Fahrbetrieb, und
eine Einrichtung zum Vorgeben von Geschwindigkeit, Beschleunigung und
Verzögerung des Schienenfahrzeugs (10) derart, dass in einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs (10) die optimale Fahrweise (22) erzielt wird.
12. Fahrerassistenzsystem (18) für ein Schienenfahrzeug (10),
wobei das Fahrerassistenzsystem (18) so gestaltet ist, dass es eine optimale Fahrweise (22) für ein Schienenfahrzeug (10) unter Berücksichtigung von Verschleiß (16), Berücksichtigung von Fahrplänen des Schienenfahrzeugs und Energieverbrauch ermitteln kann,
und wobei das Fahrerassistenzsystem (18) so gestaltet ist, dass es
Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen des Schienenfahrzeugs (10) derart vorgeben kann, dass in einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs (10) die optimale Fahrweise (22) erzielt wird.
13. Fahrerassistenzsystem (18) nach Anspruch 12,
wobei das Fahrerassistenzsystem (18) derart gestaltet ist, dass es eine optimale Fahrweise (22) des Schienenfahrzeugs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermitteln kann.
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