WO2013034698A2 - Kraftschlussbestimmung bei einem schienenfahrzeug - Google Patents

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WO2013034698A2
WO2013034698A2 PCT/EP2012/067523 EP2012067523W WO2013034698A2 WO 2013034698 A2 WO2013034698 A2 WO 2013034698A2 EP 2012067523 W EP2012067523 W EP 2012067523W WO 2013034698 A2 WO2013034698 A2 WO 2013034698A2
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sensor
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wheel
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Reinhold Mayer
Thomas Rasel
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60Y2200/30—Railway vehicles
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a rail vehicle, a force determination device for a rail vehicle, a rail vehicle and method for determining a adhesion value for a rail vehicle.
  • a control device may be an electronic control device.
  • the control device may have one or more separate components, such as control devices, which are interconnected for data transmission.
  • a controller may be configured to receive data representing a particular size and / or condition. It is conceivable that such data directly indicate a particular state or size. It can also be provided that the respective state or the respective variable can be determined on the basis of such data representing or indicating a state and / or a size. An appropriate determination or determination of the size or the state can be carried out, for example, by processing or calculations based on the associated data. Such calculations or manipulations may be performed by a controller and may include, for example, data format changes, transformations, and / or physical calculations.
  • a control device may be designed correspondingly for determining a size or a state, in particular a rail state, based on corresponding data.
  • a rail vehicle may designate one or more cars with or without its own drive and / or a towing vehicle in any combination.
  • a rail vehicle may have railcars.
  • a rail vehicle or a carriage of the rail vehicle may have bogies on which wheel axles of the vehicle are arranged. The bogies can be attached to a car body.
  • a wheel axle can rigidly connect wheels or suspend a wheel individually.
  • a rail vehicle may have a brake system that may include one or more brake devices.
  • a brake device may be, for example, a pneumatic or hydraulic brake device that includes an actuator such as may have a pneumatic or hydraulic cylinder.
  • Such an actuating element may be designed to convert a brake pressure into an actuating force for a friction brake device. It is also conceivable that the brake device has an electrically operable actuating device which is able to convert an electric current into an actuating force for a friction brake device.
  • a brake device may be a magnetic rail brake device whose adhesive force can be regarded as an actuating force.
  • a friction brake device may be, for example, a pad brake, a rail brake or a friction component of a magnetic rail brake device.
  • the brake control device may have a plurality of components.
  • Such components can be, for example, separate control devices such as brake computers and / or traction computers and / or anti-skid computers and / or roll monitoring computers.
  • the brake control device may each have one or more similar components that may be provided on different cars of the rail vehicle.
  • the brake system and / or the rail vehicle may have a brake sensor device which is capable of detecting brake data.
  • Brake data can in particular represent a brake pressure and / or an electric current with which an actuating element of a friction brake device is actuated or supplied.
  • Brake data may include data representing braking forces and / or braking moments applied to a wheel or friction brake device. It is conceivable that brake data indicate a triggering of a slide protection device and / or a termination of a release of a slip protection device.
  • a sensor device for transmitting data can be connected or connectable to a control device.
  • a brake sensor device for communicating brake data may be connected or connectable to one or more control devices, such as a brake control device.
  • the transmission of data can be done directly or indirectly, for example via one or more further control devices.
  • a control device may be designed to receive data transmitted to it.
  • a sensor device can generally a or multiple sensors. Sensors of a sensor device can be designed to determine measured values or data relating to different quantities.
  • a sensor device may have sensors for determining temperatures at different locations and / or a sensor for monitoring a rail surface.
  • a maximum force can be absorbed via a vehicle-rail contact, for example for acceleration or braking of a vehicle.
  • This force maximum can be parameterized via a coefficient designated adhesion, which depends, inter alia, on adhesion and rolling friction effects and, for a wheel, on a given slip between wheel and rail.
  • a frictional connection ⁇ 8 between a rail-contacting component of a rail vehicle can be defined as
  • F B R corresponds to the force exerted by a brake or a drive device on a component of the vehicle in contact with the rail, for example the force exerted on a wheel by a brake pad or brake caliper
  • F A the wheel contact force, ie Force with which the corresponding component rests on the rail.
  • m a indicates the effective mass to the corresponding component, g the acceleration due to gravity, ⁇ ⁇ the coefficient of sliding friction on the brake or drive means, for example between brake caliper and brake disc or pad and wheel tread
  • F K the force applied to the brake or drive means, the for example, by converting a brake pressure into an operating force by a brake cylinder results.
  • the relationship (1) applies when the effective radius of the brake corresponds to the wheel radius, for example for block brakes.
  • the ratio between the friction radius of the disc and the wheel diameter may need to be considered.
  • a component in contact with the rail may in particular be a wheel.
  • a friction component of a magnetic rail braking device may also be considered as a component of the rail vehicle in contact with the rail.
  • F m A g. It is conceivable that, for example, in the case of rigid or positive force transmission to a wheel by a drive device ⁇ ⁇ reaches a maximum value of 1.
  • the maximum power transmission is thus determined by the frictional coefficient / j s , max.
  • the force coefficient generally depends on a vehicle speed. At high speeds, the coefficient of adhesion is usually lower than at low speeds. Between a wheel and the rail, the coefficient of adhesion also depends on other parameters such as a wheel slip and a load on the wheel. In addition, the coefficient of adhesion depends in particular on the friction between a component of the vehicle in contact with the rail, such as a wheel, and the rail, and thus on the friction properties of the wheel and rail.
  • a temporal change of the adhesion coefficient for a moving vehicle is essentially determined by the driving condition and the track condition.
  • the driving state can be determined via suitable sensors such as wheel speed sensors and / or load sensors and / or vehicle speed sensors.
  • rail condition in particular rail material and / or shape of the rail surface in contact with a wheel and / or a coating on the rail surface can have a significant effect on the friction properties of the rail.
  • rust deposits or other deposits or layers can be considered th, which have formed on the rail surface.
  • such layers may comprise liquids such as water and / or oil and / or comprise solid material such as sand, dust or other particles.
  • ice and / or snow and / or leaves can deposit on the rail and form an intermediate layer or a covering.
  • a knowledge of the rail condition, in particular the friction properties of the rail can thus in addition to the knowledge of characteristics of the vehicle and a driving condition for Determining a current coefficient of adhesion serve.
  • data relating to a wheel slip and / or a vehicle speed and / or a wheel speed and / or a load on a component provided for contact with the rail can be regarded as the drive state data.
  • vehicle data data may be considered which essentially represents immutable and / or vehicle-independent properties of the vehicle.
  • data relating to a vehicle mass and / or a vehicle mass distribution and / or a vehicle geometry, and in particular corresponding data relating to one or more wheels may be regarded as vehicle data.
  • Vehicle data may also include friction characteristics of wheels. Vehicle data may depend on driving condition parameters. For example, friction characteristics of wheels may be dependent on a speed, a temperature of the wheel, and / or a vehicle speed.
  • Environmental data may indicate data describing circumstances independent of the vehicle, such as outside temperature, precipitation, humidity, etc.
  • the present invention relates to a control device for a rail vehicle, which is connected to a sensor device or connectable.
  • the sensor device is designed to determine rail state data representing a state of a rail.
  • the control device is designed to determine, based on rail status data determined by the sensor device, an adhesion value which represents a frictional connection between the rail and at least one component of the rail vehicle intended for contact with the rail.
  • an adhesion value can be determined.
  • an acceleration or braking of the rail vehicle can be controlled, in which a present adhesion can be exploited particularly efficiently.
  • acceleration paths or braking distances of the rail vehicle can be shortened.
  • the power- Final value can represent an expected adhesion.
  • a prediction of an expected adhesion value can be provided, which would become effective during braking or acceleration. From this, achievable braking distances or acceleration paths can also be calculated.
  • the adhesion value may be a coefficient of adhesion, in particular with respect to the component intended for contact with the rail.
  • a component of the rail vehicle intended for contact with the rail may in particular be a wheel or a friction component of a magnetic rail brake to be brought into contact with the rail during braking.
  • the contact may be a frictional contact.
  • the sensor device can be designed to continuously determine track state data.
  • the rail condition data can be determined independently of braking.
  • the sensor device can be designed to determine rail condition data independently of whether a braking is performed, that is also during an unrestricted travel of the rail vehicle.
  • the sensor device may also be suitable for determining rail state data during braking.
  • the sensor device can be designed to determine track state data during any travel conditions of the vehicle.
  • Rail condition data may particularly relate to or represent frictional properties of the rail and / or a coating on a rail surface. It is conceivable that friction properties can be determined from rail condition data.
  • track state data may represent a rail temperature, type and / or thickness of a pad or layer on the rail and / or optical properties of the rail.
  • rail condition data represents or indicates a shape of the rail surface and / or a roughness and / or a waviness and / or a degree of wear and / or rusting and / or an oxidation state of the rail or rail surface or the like.
  • Rail condition data may also include an interaction of the rail with a component intended for contact with the rail represent the rail vehicle, from which a rail condition and / or an adhesion value can be determined. For example, it can be concluded from a behavior or condition of a wheel on the state of the rail.
  • the control device is connected or connectable to a brake control device and / or drive control device for data transmission.
  • the control device may also be a brake control device or a drive device or be formed as part of such. It is conceivable that the control device is designed as a control device separate from other control devices.
  • the control device can be regarded as part of a force fit determination device. It can be provided that the control device and / or sensor device can be used for a normal rail vehicle for transporting passengers or goods. It is conceivable that the control device is designed to continuously determine a adhesion value based on rail state data.
  • the control device may be designed to determine a force closing value independently of a braking and / or independent of a driving state. It can also be provided that the control device is designed to determine a traction value when starting a rail vehicle when the train is still standing.
  • the control device is designed to determine an expected adhesion value for a rail section.
  • a braking or acceleration with knowledge of the expected adhesion value can be performed.
  • the rail section may be located in front of a wheel in the direction of travel.
  • the wheel may in particular be a frontmost wheel of the rail vehicle in the direction of travel.
  • the sensor device can be designed to determine rail condition data which relate to a rail section in the direction of travel in front of a component intended for contact with the rail. It is conceivable that the control device is able to read out maps and / or databases stored in a memory device.
  • the memory device can be designed as part of the control device.
  • Such a database or such a map data may be stored, which describe the correlation between the determined rail condition data and the adhesion value.
  • Such stored data may in particular be vehicle data which may describe, for example, wheel characteristics.
  • the stored data can be based on experiments, theoretical models and / or simulations. It can be provided that the sensor device is able to access corresponding stored data in a corresponding manner.
  • the stored data for the sensor device may be stored in a separate memory device or in the same memory device as the data for the control device.
  • the stored data for the sensor device may include data that each enable a determination of rail state data based on measured values of a sensor. It is conceivable that the control device is designed to determine the adhesion value based on further data.
  • the further data may be, for example, driving status data and / or vehicle data and / or environment data.
  • Vehicle status data and / or vehicle data may relate in particular to the at least one component intended for contact with the rail.
  • the further data may generally be provided and / or transmitted by suitable control devices of the rail vehicle and / or sensor devices.
  • the control device can be designed to receive corresponding data.
  • control device with sensors for determining an outside temperature and / or a precipitation and / or a vehicle speed and / or at least one wheel speed and / or wheel slip and / or a wheel load and / or a Radsatzlast and / or a braking force and / or a braking torque and / or a driving force and / or a driving torque and / or a brake pressure is connected and / or designed to receive data, which were determined by such sensors and / or determined by such sensors Data based.
  • Data from sensors with respect to a drive force, a drive torque, a braking force or a braking torque may relate to a wheel or a wheel axle.
  • the sensor device may have at least one sensor, which is capable of a transverse acceleration of at least one wheel and / or to determine a lateral acceleration of a wheelset.
  • the sensor may be an acceleration sensor.
  • Such an acceleration sensor can for example be attached directly to a bogie on which the relevant wheel set is arranged, or to a wheel set.
  • the control device is designed to conclude a rail state based on data determined by the acceleration sensor. Because the friction properties of the rail can also directly affect the lateral acceleration of the wheels.
  • a computing electronics or software of the sensor device is designed as part of the control device.
  • the control device can be designed to receive brake data, which can be determined by a brake sensor device during braking.
  • control device is able to carry out a check, plausibility check, calibration and / or calibration of rail state data and / or specific adhesion values based on braking data received during braking. Because during braking it is particularly clear whether the underlying coefficient of adhesion was correct. In particular, data relating to the triggering of a slide protection device of the brake system can give an indication of an incorrect determination of the adhesion value.
  • control device can be configured in an analogous manner for receiving acceleration data and can perform a check, plausibility check, calibration and / or calibration of rail state data and / or specific adhesion values based on acceleration data.
  • the sensor device may have at least one optical sensor for monitoring a rail surface.
  • the optical sensor may include a passive component for receiving optical data.
  • an optical sensor for measuring in a visible frequency range and / or a near the visible frequency range may be formed, for example in the infrared and / or ultraviolet.
  • the sensor device may include image processing electronics to draw conclusions from a visual observation of the rail of a rail condition, such as a coating on the rail or an intermediate layer.
  • the optical sensor further comprises an active component for targeted or controlled emission of an optical signal.
  • the active component may be a laser or other light source.
  • the optical sensor and / or the control device may be designed to determine rail state data based on data of the optical sensor.
  • a comparison of determined data with data stored in a memory device can be provided.
  • the stored data may for example be based on theoretical models or experiments.
  • the sensor device has at least one acoustic sensor.
  • the acoustic sensor may also have a passive component for detecting sound signals and possibly an active component such as a sounder.
  • a passive acoustic component may in particular be designed to receive signals which are signals of the active acoustic component which are reflected by the rail.
  • An acoustic signal generated by an active component may be a signal of known characteristics, in particular of known spectrum and intensity.
  • a signal generated by the active component can be an infrasound and / or ultrasound signal.
  • Optical and / or acoustic sensors can be arranged in the direction of travel in front of a wheel, in front of which an expected adhesion value is to be determined, and / or oriented such that they are able to monitor a rail section that lies in front of the wheel.
  • the sensor device has at least one conductivity sensor, which is able to determine an electrical conductivity, in particular between a wheel and the rail.
  • the electrical conductivity can also relate only to the rail. From the conductivity in particular conclusions can be drawn on the material and a surface coating of the rail, in particular a rust condition of the rail surface. from that can be concluded on an expected adhesion value.
  • the conductivity sensor may be provided in particular on a wheel or on a wheel tread. It is conceivable that the conductivity sensor has a voltage transmitter and / or a current generator.
  • the sensor device may have at least one sensor which is able to determine a degree of gloss of the rail.
  • a sensor may be, for example, an optical sensor described above.
  • the degree of gloss can be determined from reflections from the rail surface. In particular, it can be concluded from a degree of gloss on the presence and properties of an intermediate layer and / or a rust deposit or oxidation of the rail surface. It is conceivable that, in addition to the degree of gloss, an optical sensor monitors further optical properties of the rail in order to determine rail condition data.
  • the sensor device has at least one temperature sensor, which is able to determine a rail temperature.
  • the temperature sensor may be designed in particular for determining the temperature at and / or immediately before and / or immediately behind a contact point of at least one wheel on the rail.
  • the temperature sensor may thus be designed to determine the rail temperature in an environment around the contact point.
  • the temperature at and / or before and / or after the contact point or its surroundings may depend on the friction characteristics of the rail.
  • the control device is able, based on wheel slip data and / or wheel speed data with respect to the at least one wheel and / or vehicle speed data and possibly vehicle data relating to the wheel from a temperature at the contact point conclusions on the friction properties of the rail and thus on the To draw a track condition and to determine the adhesion value.
  • the control device can be designed to determine a force end value from such data.
  • the temperature sensor can special an optical sensor, such as an infrared sensor. By using an optical sensor, temperature can be determined without physical contact of the sensor with the rail.
  • the temperature sensor may be provided to monitor a contact point and / or an environment of a Aufstandspunk- tes a wheel.
  • the temperature sensor is designed to determine a temperature at a certain point of a wheel tread and / or at a certain point of a wheel circulation and / or on a rail section on which no wheel rests.
  • a control device for a rail vehicle may be provided, which is designed to selectively brake one or more wheels during braking in order to determine a force closing value.
  • the control device may be designed to control a brake system for a corresponding braking or to request a corresponding braking at a brake control device.
  • a separate from the controller brake control device may be provided for controlling the brake system, while another control device is able to determine the adhesion value.
  • a control device is designed both for driving the brake system and for determining the adhesion value.
  • the adhesion value may relate to a component of the rail vehicle intended for contact with the rail.
  • the control device may be configured to determine the adhesion value based on brake data and / or driving state data.
  • the control device can have one or more of the features described herein, in particular the features described so far. In particular, the control device can be designed to receive vehicle data and / or environment data and / or driving status data.
  • the sensor device may be a sensor device described herein.
  • the control device may be a control device described herein.
  • the sensor device may have at least one optical sensor for monitoring a rail surface.
  • the sensor device has at least one conductivity sensor, which is able to determine an electrical conductivity, in particular between a wheel of the rail vehicle and the rail.
  • the sensor device may have at least one sensor which is able to determine a degree of gloss of the rail.
  • the sensor device may have at least one temperature sensor which is able to determine a temperature at a contact point between at least one wheel of the rail vehicle and the rail.
  • the control device is a brake control device or is connected or connectable with a brake control device for triggering or requesting overbraking.
  • the control device may be designed to change during braking between overbraking conditions and states without overbraking.
  • an operating force for a friction brake device and / or a brake pressure is reduced or removed to end the Matterbremsungsschreib.
  • an overbraking is defined by reaching a predetermined wheel slip, which corresponds for example to a blocked or sliding wheel.
  • the control device is designed to control the braking based on a wheel slip. It may be provided that the control device is designed to perform a test braking to determine the adhesion value. In a test braking braking forces can be exercised independently of a braking request by a train driver to determine the adhesion value. It can be exercised for test braking relatively low braking forces, which have little effect on the driving.
  • the invention also relates to a traction determination device for a rail vehicle with a control device described herein and a sensor device described herein.
  • the control device can be connected to the sensor device for data transmission.
  • the adhesion determination device can be part of a brake system.
  • the invention further relates to a rail vehicle with a force-locking device and / or a control device described herein.
  • the invention relates to a method for determining a traction value for a rail vehicle having the steps of determining, by a sensor device, rail state data representing a state of a rail, and determining, by a controller, a traction value, the adhesion between the rail and at least one component of the rail vehicle provided for contact with the rail, based on the rail condition data.
  • the sensor device may be a sensor device described herein.
  • the control device may be a control device described herein. It is conceivable that the control device and the sensor device are parts of a force-determining device described herein.
  • the sensor device may have at least one optical sensor for monitoring a rail surface. It is conceivable that the sensor device has at least one conductivity sensor, which is able to determine an electrical conductivity, in particular between a wheel of the rail vehicle and the rail. The sensor device can have at least one sensor which is able to determine a degree of gloss of the rail. The sensor device can have at least one temperature sensor, which is capable of determining a temperature at a contact point between at least one wheel of the rail vehicle and the rail. Alternatively or additionally, a method for determining a adhesion value between a rail and a wheel of a rail vehicle may be provided.
  • the method comprises the steps of driving a brake system of the rail vehicle to perform a braking, wherein at least one wheel is braked during braking, the determination, by a brake sensor device, braking data relating to the over-braked wheel and determining, by a control device Adhesion value based on the braking data, wherein the adhesion value represents a frictional connection between the rail and at least one provided for contact with the rail component of the rail vehicle.
  • the activation of the brake system and the determination of the adhesion value can be effected by different control devices or by the same control device. It is conceivable that the method also includes the above-mentioned steps for determining an adhesion value. The two methods can be carried out in parallel.
  • the control device can be designed in accordance with the parallel execution of the method.
  • the adhesion value can be determined by the control device based on brake data and / or driving state data. It is conceivable, however, that from the braking data for a wheel overbraking a adhesion value for another intended for contact with the rail component is determined, such as for another wheel and / or a magnetic track brake device , Because from the braking data can be concluded on a rail condition, which allows a determination of a adhesion value for other components.
  • the adhesion value can be a frictional coefficient.
  • the control device may have one or more of the features described herein, in particular the features described so far. In particular, the control device can be used to receive vehicle data and / or surroundings.
  • the sensor device may be a sensor device described herein.
  • the control device may be a control device described herein.
  • the sensor device can have at least one optical sensor for monitoring a rail surface. It is conceivable that the sensor device has at least one conductivity sensor, which is able to determine an electrical conductivity, in particular between a wheel of the rail vehicle and the rail.
  • the sensor device may have at least one sensor which is able to determine a degree of gloss of the rail.
  • the sensor device may have at least one temperature sensor which is able to determine a temperature at a contact point between at least one wheel of the rail vehicle and the rail.
  • the control device is a brake control device or is connected or connectable with a brake control device for triggering or requesting overbraking.
  • the control device can be designed to switch between braking states and states without overbraking during braking. For this purpose, for example, be provided that after reaching a GöbremsungsSullivan an operating force for a friction brake device and / or a brake pressure is reduced or removed to end the fürbremsungsschreib. It is conceivable that an overbraking is defined by reaching a predetermined wheel slip, which corresponds for example to a blocked or sliding wheel.
  • the control device may be designed to control the braking based on a wheel slip. It can be provided that the control device carries out or controls a test braking in order to determine the adhesion value.
  • any of the control means described herein may be connected or connectable for receiving brake data, in particular brake pressure data relating to a brake pressure applied to a pneumatic or hydraulic braking device. It is also conceivable that the control device is designed to receive braking force or braking torque data which may relate to a braking force exerted on a wheel or via a magnetic rail brake device and / or a corresponding braking torque.
  • control device may be designed to determine a force closing value based on brake data during braking.
  • the braking may include in particular a targeted overbraking of individual wheels as described above. This allows an independent determination of the frictional connection, in particular the adhesion coefficient.
  • the control device may be configured to compare the independently determined adhesion coefficients in order to carry out a check and / or plausibility of the determined values and / or a calibration or calibration.
  • the control device is designed to use certain adhesion coefficients for the calibration of adhesion coefficients determined on the basis of rail state data during braking based on brake data.
  • the sensor device may include one or more of the types of sensors described herein.
  • control device is designed to determine a force end value based on rail state data of different types of sensors.
  • a broader, more comprehensive determination of the rail condition may be made and / or redundant rail condition data may be used to allow for error control.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a traction device of a rail vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a traction-determining device 10 for a rail vehicle.
  • the rail vehicle is shown schematically as a arranged on a rail 12 wheel 14, which is arranged on a bogie 16.
  • the arrow to the left under the rail indicates the direction of travel of the vehicle.
  • the adhesion between wheel and rail depends on both the characteristics of the wheel and the rail. It may, however, be assumed that at least during a ride, the characteristics of the wheel remain substantially constant as track characteristics change more rapidly, such as by the vehicle traveling over a low traffic area of rusted rail surfaces or into a region of liquid coated rails , Thus, a change in the rail condition is particularly relevant to the time course of the adhesion and in particular the adhesion coefficient.
  • the adhesion-determining device 10 comprises a control device 20 and a sensor device 22, which is connected to the control device 20 for data transmission.
  • connections for data transmission are shown in dashed lines. Such connections may be wired connections and / or wireless connections.
  • the sensor device 22 has an optical sensor 24, which is directed towards a rail section in the direction of travel in front of the wheel 14 in order to monitor this rail section. This makes it possible to determine an expected rail condition for subsequent wheels.
  • the optical sensor 24 is arranged in the direction of travel in front of a frontmost wheel of the rail vehicle.
  • the optical sensor 24 has an active component 25, which is able to emit a light signal on the rail 12.
  • the optical Properties of the emitted signal, such as spectrum and intensity, can be assumed to be known.
  • the optical sensor 24 includes a passive component for receiving signals reflected from the rail.
  • the passive component 26 may in particular comprise CCD elements. It is also conceivable that, instead of an active component, only one passive component is provided, which, for example, is able to supply image material.
  • the image material may be subjected to an image processing process by the control device 22 or control electronics associated with the optical sensor device 24 in order to obtain rail state data.
  • the optical sensor 24 determines while driving, especially during a journey independent of braking, rail status data and transmits it to the controller 20.
  • the controller 20 receives this data.
  • the sensor device 22 comprises a temperature sensor 28 and a conductivity sensor 30.
  • the temperature sensor 28 is mounted on the bogie 16 of the vehicle and designed to observe the contact point between wheel and rail.
  • the detection range or the emission range of an optical device is schematically indicated in FIG. 1 by dashed-dot lines.
  • the temperature sensor 28 may in particular be an infrared sensor, which is capable of detecting thermal radiation generated on and / or immediately before and / or immediately after a contact point.
  • the temperature sensor 28 and / or the control device 20 may be designed to determine a temperature from data determined by the temperature sensor.
  • the temperature sensor 28 and / or the controller 22 may determine rail condition data or an adhesion value from the temperature data.
  • the rail state data may be transmitted from the temperature sensor 28 to the controller 22.
  • the conductivity sensor 30 is disposed on the wheel 14 and is capable of determining a conductivity between the wheel 14 and the rail 12. The determination of the conductivity can be carried out in particular if a region of the wheel tread assigned to the conductivity sensor 30 touches the rail.
  • the conductivity sensor 30 may comprise, for example, a current generator or voltage generator, which is capable of generating a test current and / or applying a test voltage to determine a conductivity, which may be represented by a resistance value, for example.
  • the conductivity sensor 30 is also connected to the controller 22 for transmission of data.
  • an acceleration sensor 32 is provided, which is able to determine a lateral acceleration at the wheel set of the wheel 14 and to transmit corresponding rail state data to the control device 20.
  • the optical sensor 24 and the temperature sensor can not only be arranged on the bogie 16, but can be attached to a suitable other location of a car of the rail vehicle.
  • the controller 20 receives rail state data from the sensors 24, 28, 30 and 32 of the sensor device 22 and determines therefrom a traction value.
  • the adhesion value may represent a coefficient of adhesion, which would be valid for a subsequent wheel or a magnetic rail brake device.
  • the control device 20 When determining the adhesion value, the control device 20 takes into account corresponding vehicle data which relate, for example, to the material property, diameter or similar properties of one or more wheels. In addition, the controller 20 takes into account environmental data. Further, the controller 20 is configured to receive drive state data, for example, wheel speed data and / or vehicle speed data. This data also takes into account the control device 20 when determining the adhesion value. It is conceivable that the sensor device 22 comprises other or further sensors, for example an acoustic sensor, which may have a sound generator.
  • the control device 20 may be designed to receive brake data of a brake system of the rail vehicle and, in particular, to take into account corresponding data such as, for example, brake pressure data, brake force data and / or deceleration data when determining an adhesion value.
  • corresponding data such as, for example, brake pressure data, brake force data and / or deceleration data when determining an adhesion value.
  • the braking operations may in particular be test brakes, which are controlled by the control device 20 or can be requested. By comparing a calibration of the respective types of adhesion determination can be done.
  • control device 20 For receiving environmental data, driving state data and brake data and for transmitting rail status data, adhesion values, commands and / or requirements, the control device 20 can be connected to other devices 34 of the rail vehicle, such as a brake control device and / or corresponding sensor devices or sensors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung (22) verbunden oder verbindbar ist, wobei Sensoreinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren. Die Steuereinrichtung (20) ist dazu ausgebildet, basierend auf von der Sensoreinrichtung (22) ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung (20) mit einer derartigen Steuereinrichtung (20), ein entsprechendes Schienenfahrzeug sowie Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes.

Description

Kraftschlussbestimmung bei einem Schienenfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug, eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug sowie Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug.
Beim Bremsen und Beschleunigen von Schienenfahrzeugen wird Kraft von den Rädern auf die Schiene übertragen, dabei ist die über einen Rad-Schiene-Kontakt übertragbare Kraft allerdings durch einen Kraftschluss zwischen Rad und Schiene begrenzt. Wird mehr Kraft auf ein Rad ausgeübt, als über den Rad-Schiene-Kontakt aufgenommen werden kann, kann das Rad ins Schleudern oder Gleiten geraten. Im Extremfall kann das Rad sogar blockieren. Um dies zu verhindern, verfügen Schienenfahrzeuge in der Regel über Gleitschutzeinrichtungen, die es vermögen, eine auf ein Rad ausgeübte Bremskraft derart anzupassen, dass die Bremskraft über die Schiene aufgenommen werden kann. Gleichzeitig werden bei der Auslegung von Schienenfahrzeugen und ihren Bremsanlagen Annahmen für unter bestimmten Bedingungen herrschende Kraftschlüsse getroffen, etwa bei bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten. Es wäre vorteilhaft, einen aktuellen Kraftschlusswert zu kennen, um darauf basierend eine bessere Ansteuerung eines Schienenfahrzeugs in Beschleunigungssituationen oder Bremssituationen zu ermöglichen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann eine Steuereinrichtung eine elektronische Steuereinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere separate Komponenten wie etwa Steuergeräte aufweisen, die zur Datenübertragung untereinander verbunden sind. Eine Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Daten zu empfangen, die eine bestimmte Größe und/oder einen bestimmten Zustand repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass derartige Daten einen bestimmten Zustand oder eine bestimmte Größe direkt angeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass basierend auf derartigen einen Zustand und/oder eine Größe repräsentierenden oder angebenden Daten der jeweilige Zustand oder die jeweilige Größe bestimmbar ist. Ein entsprechendes Bestimmen oder Ermitteln der Größe oder des Zustande kann etwa durch Bearbeitungen oder Berechnungen basierend auf den zugehörigen Daten durchgeführt werden. Derartige Berechnungen oder Bearbeitungen können durch eine Steuereinrichtung durchgeführt werden und können beispielsweise Datenformatsänderungen, Transformationen und/oder physikalische Berechnungen umfassen. Eine Steuereinrichtung kann entsprechend zum Bestimmen einer Größe oder eines Zustande, insbesondere eines Schienenzustandes, basierend auf entsprechenden Daten ausgebildet sein. Ein Schienenfahrzeug kann einen oder mehrere Wagen mit oder ohne eigenen Antrieb und/oder ein Zugfahrzeug in beliebiger Kombination bezeichnen. Insbesondere kann ein Schienenfahrzeug Triebwagen aufweisen. Ein Schienenfahrzeug oder ein Wagen des Schienenfahrzeugs kann Drehgestelle aufweisen, an denen Radachsen des Fahrzeugs angeordnet sind. Die Drehgestelle können an einem Wagenaufbau befestigt sein. Eine Radachse kann Räder starr miteinander verbinden oder ein Rad einzeln aufhängen. Ein Schienenfahrzeug kann eine Bremsanlage aufweisen, die eine oder mehrere Bremsvorrich- tungen umfassen kann. Eine Bremsvorrichtung kann beispielsweise eine pneumatische oder hydraulische Bremsvorrichtung sein, die ein Betätigungselement wie einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder aufweisen kann. Ein solches Betätigungselement kann dazu ausgebildet sein, einen Bremsdruck in eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung umzusetzen. Es ist auch vorstellbar, dass die Bremsvorrichtung eine elektrisch betätigbare Betätigungseinrichtung aufweist, die einen elektrischen Strom in eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung umzusetzen vermag. Eine Bremsvorrichtung kann eine Magnetschienenbremsein- richtung sein, deren Haftkraft als Betätigungskraft angesehen werden kann. Eine Reibbremseinrichtung kann beispielsweise eine Klotzbremse, eine Schienenbremse oder eine Reibkomponente einer Magnetschienenbremseinrichtung sein. Es kann eine Bremssteuereinrichtung zum Ansteuern der Bremsvorrichtungen der Bremsanlage vorgesehen sein. Die Bremssteuereinrichtung kann mehrere Komponenten aufweisen. Derartige Komponenten können beispielsweise separate Steuereinrichtungen wie Bremsrechner und/oder Traktionsrechner und/oder Gleitschutzrechner und/oder Rollüberwachungsrechner sein. Die Bremssteuereinrichtung kann jeweils ein oder mehrere gleichartige Komponenten aufweisen, die auf unterschiedlichen Wagen des Schienenfahrzeugs vorgesehen sein können. Die Bremsanlage und/oder das Schienenfahrzeug kann eine Bremssensoreinrichtung aufweisen, die Bremsdaten zu erfassen vermag. Bremsdaten können dabei insbesondere einen Bremsdruck und/oder einen elektrischen Strom repräsentieren, mit dem ein Betäti- gungselement einer Reibbremseinrichtung betätigt oder versorgt wird. Bremsdaten können Daten umfassen, die auf ein Rad oder eine Reibbremseinrichtung ausgeübte Bremskräfte und/oder Bremsmomente repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass Bremsdaten eine Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung und/oder eine Beendigung einer Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung angeben. Allgemein kann eine Sen- soreinrichtung zum Übermitteln von Daten mit einer Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann eine Bremssensoreinrichtung zum Übermitteln von Bremsdaten mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen verbunden oder verbindbar sein, etwa mit einer Bremssteuereinrichtung. Das Übermitteln von Daten kann direkt oder indirekt, beispielsweise über eine oder mehrere weitere Steuereinrichtungen erfolgen. Eine Steuereinrichtung kann zum Empfangen an sie übermittelter Daten ausgebildet sein. Eine Sensoreinrichtung kann allgemein einen oder mehrere Sensoren aufweisen. Sensoren einer Sensoreinrichtung können dazu ausgebildet sein, Messwerte oder Daten bezüglich unterschiedlicher Größen zu ermitteln. Beispielsweise kann eine Sensoreinrichtung Sensoren zum Bestimmen von Temperaturen an unterschiedlichen Orten und/oder einen Sensor zur Überwa- chung einer Schienenoberfläche aufweisen. Allgemein kann über einen Fahrzeug- Schiene-Kontakt eine maximale Kraft aufgenommen, etwa zur Beschleunigung oder Bremsung eines Fahrzeugs. Dieses Kraftmaximum kann über einen Kraftschluss- beiwert bezeichneten Parameter parametrisiert sein, der unter anderem von Haft- und Rollreibungseffekten und für ein Rad von einem gegebenen Schlupf zwischen Rad und Schiene abhängt. Ein Kraftschluss μ8 zwischen einer mit der Schiene in Kontakt stehenden Komponente eines Schienenfahrzeugs kann definiert werden als
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wobei FBR der von einer Bremse oder einer Antriebseinrichtung auf eine mit der Schiene in Kontakt stehende Komponente des Fahrzeugs ausgeübte Kraft ent- spricht, beispielsweise der durch einen Bremsklotz oder eine Bremszange auf ein Rad ausgeübten Kraft, und FA der Radaufstandskraft, also der Kraft, mit welcher das die entsprechende Komponente auf der Schiene aufliegt. ma gibt die auf die entsprechende Komponente wirksame Masse an, g die Erdbeschleunigung, μκ den Gleitreibungsbeiwert an der Bremse oder Antriebseinrichtung, beispielsweise zwischen Bremszange und Bremsscheibe oder Bremsklotz und Radlauffläche, und FK die auf die Bremse oder Antriebseinrichtung ausgeübte Kraft, die sich beispielsweise durch Umsetzung eines Bremsdrucks in eine Betätigungskraft durch einen Bremszylinder ergibt. Die Beziehung (1 ) gilt, wenn der Wirkradius der Bremse dem Radradius entspricht, beispielsweise für Klotzbremsen. Bei Scheibenbremsen ist gegebenenfalls noch das Verhältnis zwischen dem Reibradius der Scheibe zum Raddurchmesser zu berücksichtigen. Eine mit der Schiene in Kontakt stehende Komponente kann insbesondere ein Rad sein. Während einer Bremsung kann auch eine Reibkomponente einer Magnetschienenbremseinrichtung als eine in Kontakt mit der Schiene stehende Komponente des Schienenfahrzeugs angesehen werden. Weiter gilt F= mAg. Es ist vorstellbar, dass beispielsweise bei starrer oder formschlüssiger Kraftübertragung auf ein Rad durch eine Antriebseinrichtung μκ einen Maximalwert von 1 erreicht. Bei einer Beschleunigung oder Bremsung des Fahrzeugs gegenüber der Schiene wird eine wirksame Kraft von Fs= /JS^A aufgebracht, wobei μδ den als Kraftsehl ussbeiwert bezeichneten Maximalwert μδ, max nicht überschreiten kann. Die maximale Kraftübertragung wird somit durch den Kraftschluss- beiwert /js,max bestimmt. Der Kraftsehl ussbeiwert hängt allgemein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Bei hohen Geschwindigkeiten ist der Kraftschlussbeiwert in der Regel niedriger als bei niedrigen Geschwindigkeiten. Zwischen einem Rad und der Schiene hängt der Kraftschlussbeiwert auch von weiteren Parametern wie einem Radschlupf und einer Last auf dem Rad ab. Darüber hinaus hängt der Kraftschlussbeiwert insbesondere von der Reibung zwischen einer mit der Schiene in Kontakt stehenden Komponente des Fahrzeugs, wie etwa einem Rad, und der Schiene und somit von den Reibeigenschaften von Rad und Schiene ab. Da die Reibeigenschaften eines Rades während einer Fahrt als im Wesentlichen konstant angenommen werden können, wird eine zeitliche Änderung des Kraftschlussbeiwer- tes für ein bewegtes Fahrzeug im Wesentlichen vom Fahrtzustand und dem Schienenzustand bestimmt. Der Fahrtzustand ist über geeignete Sensoren wie Raddrehzahlsensoren und/oder Lastsensoren und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren bestimmbar. Hinsichtlich des Schienenzustands können insbesondere Schienenmaterial und/oder Form der mit einem Rad in Kontakt stehenden Schienenoberfläche und/oder ein Belag auf der Schienenoberfläche erhebliche Auswirkungen auf die Reibeigenschaften der Schiene haben. Als Belag auf der Schienenoberfläche können beispielsweise Rostablagerungen oder andere Ablagerungen oder Schich- ten angesehen werden, die sich auf der Schienenoberfläche gebildet haben. Insbesondere können derartige Schichten Flüssigkeiten wie Wasser und/oder Öl aufweisen und/oder festes Material wie Sand, Staub oder andere Partikel umfassen. Es kann sich beispielsweise Eis und/oder Schnee und/oder Laub auf der Schiene ablagern und eine Zwischenschicht oder einen Belag bilden. Eine Kenntnis des Schienenzustands, insbesondere der Reibeigenschaften der Schiene, kann somit neben der Kenntnis von Eigenschaften des Fahrzeugs und einem Fahrtzustand zur Bestimmung eines aktuellen Kraftschlussbeiwertes dienen. Als Fahrtzustandsdaten können insbesondere Daten angesehen werden, die einen Radschlupf und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Raddrehzahl und/oder eine Last auf eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente betreffen oder repräsentieren. Als Fahrzeugdaten können Daten angesehen werden, welche im Wesentlichen unveränderliche und/oder von einem Fahrtzustand unabhängige Eigenschaften des Fahrzeugs repräsentieren. Insbesondere können Daten bezüglich einer Fahrzeugmasse und/oder einer Fahrzeugmassenverteilung und/oder einer Fahrzeuggeometrie und insbesondere entsprechende Daten bezüglich eines oder mehrere Räder als Fahrzeugdaten angesehen werden. Fahrzeugdaten können auch Reibeigenschaften von Rädern umfassen. Fahrzeugdaten können von Fahrtzu- standsparametern abhängig sein. Beispielsweise können Reibeigenschaften von Rädern von einer Drehzahl, einer Temperatur des Rades und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sein. Umgebungsdaten können Daten bezeichnen, welche von dem Fahrzeug unabhängige Umstände beschreiben, etwa eine Außentemperatur, einen Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, usw.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Sensorein- richtung ist dazu ausgebildet, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene repräsentieren. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, basierend auf von der Sensoreinrichtung ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Somit kann erfindungsgemäß ein Kraftschlusswert bestimmt werden. Basierend auf dem Kraftschlusswert kann eine Beschleunigung oder Bremsung des Schienenfahrzeugs angesteuert werden, bei der ein vorliegender Kraftschluss besonders effizient ausgenutzt werden kann. Somit können Beschleunigungswege oder Bremswege des Schienenfahrzeugs verkürzt werden. Aus den Schienenzustandsdaten kann also auf ein potentielles Reibverhalten der Schiene bei einer Bremsung oder Beschleunigung geschlossen werden. Der Kraft- schlusswert kann einen zu erwartenden Kraftschluss repräsentieren. Insbesondere kann eine Vorhersage eines zu erwartenden Kraftschlusswertes bereitgestellt werden, der bei einer Bremsung oder Beschleunigung wirksam würde. Daraus können auch erreichbare Bremswege oder Beschleunigungswege errechnet wer- den. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschlussbeiwert sein, insbesondere mit Bezug auf die für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente. Eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente des Schienenfahrzeugs kann insbesondere ein Rad oder eine während einer Bremsung mit der Schiene in Kontakt zu bringende Reibkomponente einer Magnetschienenbremse sein. Der Kontakt kann ein Reibkontakt sein. Die Sensoreinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten kontinuierlich zu ermitteln. Die Schienenzustandsda- ten können unabhängig von einer Bremsung ermittelbar sein. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten unabhängig davon zu ermitteln, ob eine Bremsung durchgeführt wird, also auch während einer ungebremsten Fahrt des Schienenfahrzeugs. Die Sensoreinrichtung kann ferner zum Ermitteln von Schienenzustandsdaten während einer Bremsung geeignet sein. Allgemein kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, während jeglicher Fahrtzustände des Fahrzeugs Schienenzustandsdaten zu ermitteln. Somit kann die Sensoreinrichtung während jedes Fahrtzustands, ob beschleunigt, gebremst oder bei gleichbleibender Geschwindigkeit, entsprechende Daten zu ermitteln vermögen. Schienenzustandsdaten können insbesondere Reibeigenschaften der Schiene und/oder einen Belag auf einer Schieneoberfläche betreffen oder repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass aus Schienenzustandsdaten Reibeigenschaften ermittelbar sind. Beispielsweise können Schienenzustandsdaten eine Schienentemperatur, Art und/oder Dicke eines Belags oder einer Schicht auf der Schiene und/oder optische Eigenschaften der Schiene repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass Schienenzustandsdaten eine Form der Schienenoberfläche und/oder eine Rauhigkeit und/oder eine Welligkeit und/oder einen Abnutzungsgrad und/oder einen Rostbelag und/oder einen Oxidationszustand der Schiene oder Schienenoberfläche oder Ähnliches repräsentieren oder angeben. Schienenzustandsdaten können auch eine Interaktion der Schiene mit einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentieren, aus denen ein Schienenzustand und/oder ein Kraftschlusswert bestimmbar sein kann. Beispielsweise kann aus einem Verhalten oder Zustand eines Rades auf den Zustand der Schiene geschlossen werden. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung mit einer Bremssteuereinrichtung und/oder Antriebssteuereinrichtung zur Datenübertragung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann auch eine Bremssteuereinrichtung oder eine Antriebseinrichtung sein oder als Teil einer solchen ausgebildet sein. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung als von anderen Steuereinrichtungen separate Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann als Teil einer Kraft- schlussbestimmungseinrichtung angesehen werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder Sensoreinrichtung für ein normales Schienenfahrzeug zum Personen- oder Gütertransport verwendbar ist. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, kontinuierlich einen Kraftschlusswert basierend auf Schienenzustandsdaten zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, unabhängig von einer Bremsung und/oder unabhängig von einem Fahrtzustand einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei einem Anfahren eines Schienenfahrzeugs, wenn der Zug noch steht, einen Kraftschlusswert zu ermitteln. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen zu erwartenden Kraftschlusswert für einen Schienenabschnitt zu bestimmen. Somit kann beispielsweise eine Bremsung oder Beschleunigung mit Kenntnis des zu erwartenden Kraftschlusswertes durchgeführt werden. Der Schienenabschnitt kann sich in Fahrtrichtung vor einem betreffenden Rad befinden. Dabei kann das Rad insbesondere ein in Fahrtrichtung vorderstes Rad des Schienenfahrzeugs sein. Entsprechend kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, welche einen Schienenabschnitt in Fahrtrichtung vor einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente betreffen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung es vermag, in einer Speichereinrichtung abgelegte Kennfelder und/oder Datenbanken auszulesen. Die Speichereinrichtung kann als Teil der Steuereinrichtung ausgebildet sein. In einer solchen Datenbank oder einem solchem Kennfeld können Daten gespeichert sein, welche einen Zu- sammenhang zwischen ermittelten Schienenzustandsdaten und dem Kraftschlusswert beschreiben. Derartige gespeicherte Daten können insbesondere Fahrzeugdaten sein, welche beispielsweise Radeigenschaften beschreiben können. Die gespeicherten Daten können auf Experimenten, theoretischen Modellen und/oder Simula- tionen beruhen. Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung auf entsprechende Art auf entsprechende gespeicherte Daten zuzugreifen vermag. Die gespeicherten Daten für die Sensoreinrichtung können in einer separaten Speichereinrichtung oder in der gleichen Speichereinrichtung gespeichert sein wie die Daten für die Steuereinrichtung. Die gespeicherten Daten für die Sensoreinrichtung können Daten umfassen, die jeweils eine Ermittlung von Schienenzustandsdaten basierend auf Messwerten eines Sensors ermöglichen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Kraftschlusswert basierend auf weiteren Daten zu bestimmen. Die weiteren Daten können beispielsweise Fahrtzustandsdaten und/oder Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten sein. Fahrtzustandsdaten und/oder Fahrzeugdaten können insbesondere die mindestens eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente betreffen. Die weiteren Daten können allgemein von geeigneten Steuereinrichtungen des Schienenfahrzeugs und/oder Sensoreinrichtungen bereitgestellt sein und/oder übermittelt werden. Die Steuereinrichtung kann zum Empfang entsprechender Daten ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mit Sensoren zur Bestimmung einer Außentemperatur und/oder einem Niederschlag und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder mindestens einer Raddrehzahl und/oder einem Radschlupf und/oder einer Radlast und/oder einer Radsatzlast und/oder einer Bremskraft und/oder einem Bremsmoment und/oder einer Antriebskraft und/oder einem An- triebsmoment und/oder einem Bremsdruck verbunden oder verbindbar ist und/oder zum Empfangen von Daten ausgebildet ist, welche von derartigen Sensoren ermittelt wurden und/oder auf von derartigen Sensoren ermittelten Daten basieren. Daten von Sensoren bezüglich einer Antriebskraft, einem Antriebsmoment, einer Bremskraft oder einem Bremsmoment können sich dabei jeweils auf ein Rad oder eine Radachse beziehen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, welcher es vermag, eine Querbeschleunigung mindestens eines Rades und/oder eine Querbeschleunigung eines Radsatzes zu bestimmen. Der Sensor kann ein Beschleunigungssensor sein. Ein derartiger Beschleunigungssensor kann beispielsweise an einem Drehgestell, an dem der betreffende Radsatz angeordnet ist, oder an einem Radsatz direkt befestigt sein kann. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf von dem Beschleunigungssensor ermittelten Daten auf einen Schienenzustand zu schließen. Denn die Reibeigenschaften der Schiene können sich auch direkt auf die Querbeschleunigung der Räder auswirken. Es ist vorstellbar, dass eine Rechenelektronik oder Software der Sensoreinrichtung als Teil der Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrich- tung kann zum Empfang von Bremsdaten ausgebildet sein, welche von einer Bremssensoreinrichtung während einer Bremsung ermittelt werden können. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung es vermag, basierend auf während einer Bremsung empfangenen Bremsdaten eine Überprüfung, Plausibilisierung, Kalibrierung und/oder Eichung von Schienenzustandsdaten und/oder bestimmten Kraftschlusswerten durchzuführen. Denn während einer Bremsung zeigt sich besonders deutlich, ob der zugrunde gelegte Kraftschlussbeiwert korrekt war. Dabei können insbesondere Daten, welche eine Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung der Bremsanlage betreffen, einen Hinweis auf eine fehlerhafte Bestimmung des Kraftschlusswertes geben. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung auf analoge Art zum Empfang von Beschleunigungsdaten ausgebildet sein und es vermögen, basierend auf Beschleunigungsdaten eine Überprüfung, Plausibilisierung, Kalibrierung und/oder Eichung von Schienenzustandsdaten und/oder bestimmten Kraftschlusswerten durchzuführen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Vermittels eines derartigen optischen Sensors kann auf einfache Art ein Schienenzustand ermittelt oder überwacht werden. Der optische Sensor kann eine passive Komponente zur Aufnahme von optischen Daten aufweisen. Allgemein kann ein optischer Sensor zur Messung in einem sichtbaren Frequenzbereich und/oder einem dem sichtbaren Frequenzbereich nahen Bereich ausgebildet sein, etwa im Infraroten und/oder Ultravioletten. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise eine Elektronik zur Bildbearbeitung aufweisen, um aus einer optischen Beobachtung der Schiene Rückschlüsse auf einen Schienenzustand zu ziehen, etwa auf einen Belag auf der Schiene oder eine Zwischenschicht. Es ist vorstellbar, dass der optische Sensor ferner eine aktive Komponente zum gezielten oder gesteuerten Aussenden eines optischen Signals aufweist. Die aktive Komponente kann ein Laser oder ein anderer Lichtgeber sein. Der optische Sensor und/oder die Steuereinrichtung können dazu ausgebildet sein, basierend auf Daten des optischen Sensors Schienenzustandsdaten zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise ein Vergleich ermittelter Daten mit in einer Speichereinrichtung abgelegten Daten vorgesehen sein. Die abgelegten Daten können beispielsweise auf theoretischen Modellen oder Experimenten beruhen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen akustischen Sensor aufweist. Auch der akustische Sensor kann eine passive Komponente zur Erfassung von Schallsignalen sowie gegebenenfalls eine aktive Komponente wie einen Schall- geber aufweisen. Eine passive akustische Komponente kann insbesondere zum Empfang von Signalen ausgebildet sein, die von der Schiene reflektierte Signale der aktiven akustischen Komponente sind. Ein von einer aktiven Komponente erzeugtes akustisches Signal kann ein Signal mit bekannten Eigenschaften sein, insbesondere mit bekanntem Spektrum und bekannter Intensität. Ein von der aktiven Komponente erzeugtes Signal kann insbesondere ein Infraschall- und/oder Ultraschallsignal sein. Optische und/oder akustische Sensoren können in Fahrtrichtung vor einem Rad angeordnet sein, vor dem ein zu erwartender Kraftschlusswert bestimmt werden soll, und/oder derart ausgerichtet sein, dass sie einen Schienenabschnitt zu überwachen vermögen, der vor dem Rad liegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad und der Schiene zu bestimmen. Die elektrische Leitfähigkeit kann sich auch nur auf die Schiene beziehen. Aus der Leitfähigkeit können insbe- sondere Rückschlüsse auf das Material und einen Oberflächenbelag der Schiene gezogen werden, insbesondere einen Rostzustand der Schienenoberfläche. Daraus lässt sich auf einen zu erwartenden Kraftschlusswert schließen. Der Leitfähigkeitssensor kann insbesondere an einem Rad oder an einer Radlauffläche vorgesehen sein. Es ist vorstellbar, dass der Leitfähigkeitssensor einen Spannungsgeber und/oder einen Stromgeber aufweist.
Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, welcher es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise ein oben beschriebener optischer Sensor sein. Der Glanzgrad kann aus Reflektionen von der Schienenoberfläche ermittelbar sein. Insbesondere kann aus einem Glanzgrad auf das Vorhandensein und Eigenschaften einer Zwischenschicht und/oder einer Rostablagerung oder Oxidation der Schienenoberfläche geschlossen werden. Es ist vorstellbar, dass ein optischer Sensor neben dem Glanzgrad noch weitere optische Eigenschaften der Schiene überwacht, um daraus Schienenzustandsdaten zu ermitteln.
Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher es vermag, eine Schienentemperatur zu ermitteln. Der Temperatursensor kann insbesondere zum Ermitteln der Temperatur an und/oder unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter einem Auf- Standspunkt mindestens eines Rad auf der Schiene ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann somit zum Ermitteln der Schienentemperatur in einer Umgebung um den Aufstandspunkt ausgebildet sein. Die Temperatur an und/oder vor und/oder hinter dem Aufstandspunkt oder in dessen Umgebung kann von den Reibungseigenschaften der Schiene abhängen. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerein- richtung es vermag, basierend auf Radschlupfdaten und/oder Raddrehzahldaten bezüglich des mindestens einen Rades und/oder Fahrtgeschwindigkeitsdaten sowie gegebenenfalls Fahrzeugdaten bezüglich des Rades aus einer Temperatur am Aufstandspunkt Rückschlüsse auf die Reibungseigenschaften der Schiene und somit auf den Schienenzustand zu ziehen und den Kraftschlusswert zu bestimmen. Entsprechend kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, aus derartigen Daten einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Der Temperatursensor kann insbe- sondere ein optischer Sensor, etwa ein Infrarot-Sensor sein. Durch den Einsatz eines optischen Sensors kann eine Temperaturbestimmung ohne physischen Kontakt des Sensors mit der Schiene erfolgen. Der Temperatursensor kann vorgesehen sein, einen Aufstandspunkt und/oder eine Umgebung eines Aufstandspunk- tes eines Rades zu überwachen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperatur an einem bestimmten Punkt einer Radlauffläche und/oder an einem bestimmten Punkt eines Radumlaufs und/oder an einem Schienenabschnitt ausgebildet ist, auf welchem kein Rad aufliegt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Räder bei einer Bremsung gezielt zu überbremsen, um einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann dabei dazu ausgebildet sein, eine Bremsanlage für eine entsprechende Bremsung anzusteuern oder bei einer Bremssteuereinrichtung eine entsprechende Bremsung anzufordern. Somit kann eine von der Steuereinrichtung separate Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung der Bremsanlage vorgesehen sein, während eine andere Steuereinrichtung den Kraftschlusswert zu bestimmen vermag. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass eine Steuereinrichtung sowohl zum Ansteuern der Bremsanlage als auch zum Bestimmen des Kraftschlusswertes ausgebildet ist. Der Kraftschlusswert kann eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente des Schienenfahrzeugs betreffen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Kraftschlusswert basierend auf Bremsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten zu ermitteln. Die Bremsdaten betreffen dabei vor- zugsweise mindestens ein überbremstes Rad. Es ist allerdings vorstellbar, dass aus den Bremsdaten für ein überbremstes Rad ein Kraftschlusswert für eine andere für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente bestimmt wird, wie beispielsweise ein anderes Rad und/oder eine Magnetschienenbremseinrichtung. Denn aus den Bremsdaten lässt sich auf einen Schienenzustand schließen, der eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes auch für andere Komponenten ermöglicht. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschlussbeiwert sein. Die Steuereinrichtung kann ein oder mehrere der hierin beschriebene Merkmale aufweisen, insbesondere der bisher beschriebenen Merkmale. Insbesondere kann die Steuereinrichtung zum Empfang von Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten und/oder Fahrtzustands- daten ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung eine Bremssteuereinrichtung ist oder mit einer Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung oder Anforderung einer Überbremsung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, bei der Bremsung zwischen Überbremsungszuständen und Zuständen ohne Überbremsung zu wechseln. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach Erreichen eines Überbremsungszustands eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung und/oder ein Bremsdruck verringert oder weggenommen wird, um den Überbremsungszustand zu beenden. Es ist vorstellbar, dass eine Überbremsung durch Erreichen eines vorbestimmten Radschlupfes definiert ist, dem beispielsweise ein blockiertes oder gleitendes Rad entspricht. Die Steuereinrichtung dazu ausge- bildet sein, die Bremsung basierend auf einem Radschlupf anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Prüfbremsung durchzuführen, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Bei einer Prüfbremsung können Bremskräfte unabhängig von einer Bremsanforderung durch einen Zugführer ausgeübt werden, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Dabei können zur Prüfbremsung verhältnismäßig geringe Bremskräfte ausgeübt werden, die sich nur wenig auf den Fahrbetrieb auswirken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einer Prüfbremsung nur einzelne Räder oder Radachsen oder nur wenige Räder oder Radachsen des Schienenfahrzeugs gleichzeitig für einen Prüfbremsvorgang angesteuert werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer hierin beschriebenen Steuereinrichtung und einer hierin beschriebenen Sensoreinrichtung. Die Steuereinrichtung kann mit der Sensoreinrichtung zur Datenübertragung verbunden sein. Die Kraftschlussbestimmungsein- richtung kann Teil einer Bremsanlage sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Schienenfahrzeug mit einer hierin beschriebenen Kraftschlussbestimmungseinrichtung und/oder einer hierin beschriebenen Steuereinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug mit den Schritten des Ermitteins, durch eine Sensoreinrichtung, von Schienenzustandsdaten, die einen Zustand einer Schiene repräsentieren, und des Bestimmens, durch eine Steuereinrichtung, eines Kraftschlusswertes, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert, basierend auf den Schienenzustandsdaten. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung und die Sensoreinrichtung Teile einer hierin beschriebenen Kraftschlussbestimmungseinrichtung sind. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensorein- richtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Tempe- ratursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs vorgesehen sein. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ansteuerns einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs zum Durchführen einer Bremsung, wobei bei der Bremsung mindestens ein Rad überbremst wird, des Ermitteins, durch eine Bremssensorein- richtung, von Bremsdaten bezüglich des überbremsten Rades und des Bestimmens, durch eine Steuereinrichtung, eines Kraftschlusswertes basierend auf den Bremsdaten, wobei der Kraftschlusswert einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Das Ansteuern der Bremsanlage und das Be- stimmen des Kraftschlusswertes können durch unterschiedliche Steuereinrichtungen oder durch die gleiche Steuereinrichtung erfolgen. Es ist vorstellbar, dass das Verfahren auch die oben aufgeführten Schritte zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes umfasst. Die beiden Verfahren können parallel zueinander durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung kann entsprechend zum parallelen Durchführen der Verfahren ausgebildet sein. Der Kraftschlusswert kann durch die Steuereinrichtung basierend auf Bremsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten ermittelt werden. Die Bremsdaten betreffen dabei vorzugsweise mindestens ein überbremstes Rad. Es ist allerdings vorstellbar, dass aus den Bremsdaten für ein überbremstes Rad ein Kraftschlusswert für eine andere für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente bestimmt wird, wie beispielsweise für ein anderes Rad und/oder eine Magnetschienenbremseinrichtung. Denn aus den Bremsdaten lässt sich auf einen Schienenzustand schließen, der eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes auch für andere Komponenten ermöglicht. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschluss- beiwert sein. Die Steuereinrichtung kann ein oder mehrere der hierin beschriebene Merkmale aufweisen, insbesondere der bisher beschriebenen Merkmale. Insbesondere kann die Steuereinrichtung zum Empfang von Fahrzeugdaten und/oder Umge- bungsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche auf- weisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung eine Bremssteuereinrichtung ist oder mit einer Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung oder Anforderung einer Überbremsung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrich- tung kann dazu ausgebildet sein, bei der Bremsung zwischen Überbremsungszu- ständen und Zuständen ohne Überbremsung zu wechseln. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach Erreichen eines Überbremsungszustands eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung und/oder ein Bremsdruck verringert oder weggenommen wird, um den Überbremsungszustand zu beenden. Es ist vorstellbar, dass eine Überbremsung durch Erreichen eines vorbestimmten Radschlupfes definiert ist, dem beispielsweise ein blockiertes oder gleitendes Rad entspricht. Die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Bremsung basierend auf einem Radschlupf anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eine Prüfbremsung durchführt oder ansteuert, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Bei einer Prüfbremsung können geringe Bremskräfte unabhängig von einer Bremsanforderung durch einen Zugführer ausgeübt werden, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einer Prüfbremsung nur einzelne Räder oder Radachsen oder nur wenige Räder oder Radachsen des Schienenfahrzeugs gleichzeitig für einen Prüfbremsvorgang ange- steuert werden. Allgemein kann jede der hierin beschriebenen Steuereinrichtungen zum Empfang von Bremsdaten verbunden oder verbindbar sein, insbesondere von Bremsdruckdaten, welche einen auf eine pneumatische oder hydraulische Bremseinrichtung ausgeübten Bremsdruck betreffen. Es ist auch vorstellbar, dass die Steuereinrich- tung zum Empfang von Bremskraft- oder Bremsmomentdaten ausgebildet ist, welche eine auf ein Rad oder über eine Magnetschienenbremseinrichtung ausgeübte Bremskraft und/oder ein entsprechendes Bremsmoment betreffen können. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, während einer Bremsung einen Kraftschlusswert basierend auf Bremsdaten zu bestimmen. Die Bremsung kann dabei insbesondere ein gezieltes Überbremsen einzelner Räder wie oben beschrieben umfassen. Dies ermöglicht eine unabhängige Bestimmung des Kraftschlusses, insbesondere des Kraftschlussbeiwertes. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die unabhängig bestimmten Kraftschlussbeiwerte zu vergleichen, um eine Überprüfung und/oder Plausibilisierung der bestimmten Werte und/oder eine Kalibrierung oder Eichung vorzunehmen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, während einer Bremsung basierend auf Bremsdaten bestimmte Kraftschlussbeiwerte zur Eichung von basierend auf Schienenzustandsdaten bestimmten Kraftschlussbeiwerten zu verwenden. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere der hierin beschriebenen Arten von Sensoren aufweisen. Allgemein ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf Schienenzustandsdaten verschiedener Arten von Sensoren einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Somit kann eine breitere, umfassendere Ermittlung des Schienenzustands erfolgen und/oder es können redundante Schienenzustandsdaten verwendet werden, um eine Fehlerkontrolle zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kraftschlussbestimmungsein- richtung eines Schienenfahrzeugs.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftschlussbestimmungseinrich- tung 10 für ein Schienenfahrzeug gezeigt. Das Schienenfahrzeug ist schematisch als ein auf einer Schiene 12 angeordnetes Rad 14 dargestellt, welches an einem Drehgestell 16 angeordnet ist. Der Pfeil nach links unter der Schiene zeigt die Fahrtrichtung des Fahrzeugs an. Der Kraftschluss zwischen Rad und Schiene hängt sowohl von den Eigenschaften des Rades als auch von der Schiene ab. Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass zumindest während einer Fahrt die Eigenschaften des Rades im Wesentlichen konstant bleiben, während sich Schieneneigenschaften schneller ändern, etwa indem das Fahrzeug über einen wenig befahrenen Bereicht mit angerosteten Schienenoberflächen oder in einen Bereich mit von einer Flüssigkeitsschicht überzogenen Schienen fährt. Somit ist für den zeitlichen Verlauf des Kraftschlusses und insbesondere des Kraftschlussbeiwertes eine Veränderung des Schienenzustands besonders relevant. Auch der Fahrtzustand eines Fahrzeugs spielt dabei eine Rolle, kann aber ohne Weiteres als bekannt vorausgesetzt werden, da das Schienenfahrzeug über entsprechende Sensoren zur Erfassung des Fahrtzustands verfügt. Zur Bestimmung des Kraftschlusswertes und des Schienenzustands umfasst die Kraftschlussbestimmungseinrichtung 10 eine Steuereinrichtung 20 sowie eine Sensoreinrichtung 22, die zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist. In Figur 1 sind Verbindungen zur Datenübertragung gestrichelt dargestellt. Derartige Verbindungen können kabelgebundene Verbindungen und/oder Funkverbindungen sein. Die Sensoreinrichtung 22 weist einen optischen Sensor 24 auf, welcher auf einen Schienenabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Rad 14 gerichtet ist, um diesen Schienenabschnitt zu überwachen. Dies ermöglicht es, einen zu erwartenden Schienenzustand für nachfolgende Räder zu ermitteln. Es kann dabei insbesondere zweckmäßig sein, wenn der optische Sensor 24 in Fahrtrichtung vor einem vordersten Rad des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Die optische Sensor 24 weist eine aktive Komponente 25 auf, welche ein Lichtsignal auf die Schiene 12 abzustrahlen vermag. Die optischen Eigenschaften des ausgestrahlten Signals wie beispielsweise Spektrum und Intensität können als bekannt vorausgesetzt werden. Ferner umfasst der optische Sensor 24 eine passive Komponente zum Empfangen von Signalen, welche von der Schiene reflektiert werden. Die passive Komponente 26 kann insbesondere CCD- Elemente aufweisen. Es ist auch vorstellbar, dass statt einer aktiven Komponente nur eine passive Komponente vorgesehen ist, welche beispielsweise Bildmaterial zu liefern imstande ist. Das Bildmaterial kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung 22 oder eine der optischen Sensoreinrichtung 24 zugeordnete Steuerelektronik einem Bildbearbeitungsprozess unterzogen werden, um Schienenzustandsdaten zu erhalten. Der optische Sensor 24 ermittelt im Fahrbetrieb, insbesondere während einer Fahrt unabhängig von einer Bremsung, Schienenzustandsdaten und übermittelt diese an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 empfängt diese Daten. Ferner umfasst die Sensoreinrichtung 22 einen Temperatursensor 28 und einen Leitfähigkeitssensor 30. Der Temperatursensor 28 ist am Drehgestell 16 des Fahrzeugs angebracht und zur Beobachtung des Aufstandspunktes zwischen Rad und Schiene ausgebildet. Der Erfassungsbereich oder der Abstrahlungsbereich einer optischen Einrichtung ist in Figur 1 jeweils durch Strich-Punkt-Linien schematisch angedeutet. Der Temperatursensor 28 kann insbesondere ein Infrarotsensor sein, welcher es vermag, an und/oder unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter einem Aufstandspunkt erzeugte Wärmestrahlung zu erfassen. Der Temperatursensor 28 und/oder die Steuereinrichtung 20 können dazu ausgebildet sein, eine Temperatur aus von dem Temperatursensor ermittelten Daten zu bestimmten. Ferner kann der Temperatursensor 28 und/oder die Steuereinrichtung 22 aus den Temperaturdaten Schienenzustandsdaten oder einen Kraftschlusswert ermitteln. Die Schienenzustandsdaten können von dem Temperatursensor 28 an die Steuereinrichtung 22 übertragen werden. Der Leitfähigkeitssensor 30 ist am Rad 14 angeordnet und vermag es, eine Leitfähigkeit zwischen Rad 14 und Schiene 12 zu bestimmen. Die Bestimmung der Leitfähigkeit kann insbesondere dann erfolgen, wenn ein dem Leitfähigkeitssensor 30 zugeordneter Bereich der Radlauffläche die Schiene berührt. Der Leitfähigkeitssensor 30 kann beispielsweise einen Stromgeber oder Spannungsgeber aufweisen, welcher es vermag, einen Prüfstrom zu erzeugen und/oder eine Prüfspannung anzulegen, um eine Leitfähigkeit zu ermitteln, die beispielsweise durch einen Widerstandswert repräsentiert sein kann. Der Leitfähigkeitssensor 30 ist ebenfalls zur Übertragung von Daten mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Darüber hinaus ist ein Beschleunigungssensor 32 vorgesehen, welcher es vermag, eine Querbeschleunigung am Radsatz des Rades 14 zu ermitteln und entsprechende Schienenzustandsdaten an die Steuereinrichtung 20 zu übertragen. Es versteht sich, dass der optische Sensor 24 und der Temperatursensor nicht nur auf dem Drehgestell 16 angeordnet sein könne, sondern an geeigneter anderer Stelle eines Wagen des Schienenfahrzeugs angebracht sein können. Die Steuerein- richtung 20 empfängt Schienenzustandsdaten von den Sensoren 24, 28, 30 und 32 der Sensoreinrichtung 22 und bestimmt daraus einen Kraftschlusswert. Der Kraftschlusswert kann insbesondere einen Kraftschlussbeiwert repräsentieren, der für ein nachfolgendes Rad oder eine Magnetschienenbremseinrichtung gültig wäre. Die Steuereinrichtung 20 berücksichtigt beim Bestimmen des Kraftschlusswertes ent- sprechende Fahrzeugdaten, welche beispielsweise Materialeigenschaft, Durchmesser oder ähnliche Eigenschaften eines oder mehrerer Räder betreffen. Außerdem berücksichtigt die Steuereinrichtung 20 Umgebungsdaten. Ferner ist die Steuereinrichtung 20 dazu ausgebildet, Fahrtzustandsdaten zu empfangen, beispielsweise Raddrehzahldaten und/oder Fahrzeugsgeschwindigkeitsdaten. Diese Daten berück- sichtigt die Steuereinrichtung 20 ebenfalls beim Bestimmen des Kraftschlusswertes. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung 22 andere oder weitere Sensoren umfasst, beispielsweise einen akustischen Sensor, der über einen Schallgeber verfügen kann. Die Steuereinrichtung 20 kann zum Empfangen von Bremsdaten einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs ausgebildet sein und insbesondere entsprechende Daten wie beispielsweise Bremsdruckdaten, Bremskraftdaten und/oder Verzögerungsdaten beim Bestimmen eines Kraftschlusswertes berücksichtigen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 22 während einer Bremsung basierend auf Bremsdaten einen Kraftschlusswert ermittelt und mit einem basierend auf Schienenzustandsdaten von der Sensoreinrichtung 22 bestimmten Kraftschlusswert vergleicht. Die Bremsungen können dabei insbesondere Prüfbremsungen sein, die durch die Steuereinrichtung 20 angesteuert oder angefordert sein können. Durch den Vergleich kann eine Kalibrierung der jeweiligen Arten der Kraftschlussbestimmung erfolgen. Zum Empfang von Umgebungsdaten, Fahrtzustandsdaten und Bremsdaten und zum Übermitteln von Schienenzustands- daten, Kraftschlusswerten, Befehlen und/oder Anforderungen kann die Steuerein- richtung 20 mit weiteren Einrichtungen 34 des Schienenfahrzeugs verbunden sein, wie beispielsweise einer Bremssteuereinrichtung und/oder entsprechenden Sensoreinrichtungen oder Sensoren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Kraftschlussbestimmungseinrichtung
12 Schiene
14 Rad
16 Drehgestell
20 Steuereinrichtung
22 Sensoreinrichtung
24 Optischer Sensor
25 Aktive Komponente
26 Passive Komponente
28 Temperatursensor
30 Leitfähigkeitssensor
32 Beschleunigungssensor
34 Weitere Einrichtungen

Claims

Ansprüche
1 . Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung (22) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren,
wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, basierend auf von der Sensoreinrichtung (22) ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen optischen Sensor (24, 25, 26) zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweist.
3. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Leitfähigkeitssensor (28) aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad (14) des Schienenfahrzeugs und der Schiene (12) zu bestimmen.
4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Sensor (26) aufweist, welcher es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen.
5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Temperatursensor (28) aufweist, welcher es vermag, eine Schienentemperatur zu ermitteln.
6. Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Räder (14) des Schienenfahrzeugs bei einer Bremsung gezielt zu überbremsen, um einen Kraftschlusswert zu bestimmen.
7. Kraftschlussbestimmungseinrichtung (10) für ein Schienenfahrzeug mit einer Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mindestens einer Sensoreinrichtung (22).
8. Schienenfahrzeug mit einer Kraftschlussbestimmungseinrichtung (10) nach Anspruch 7 und/oder einer Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
9. Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahr- zeug, mit den Schritten:
Ermitteln, durch eine Sensoreinrichtung (22), von Schienenzustandsdaten, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren; - Bestimmen, durch eine Steuereinrichtung (20), eines Kraftschlusswertes, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert, basierend auf den Schienenzustandsdaten.
10. Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes zwischen einer Schiene (12) und einem Rad (14) eines Schienenfahrzeugs, mit den Schritten: Ansteuern einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs zum Durchführen einer Bremsung, wobei bei der Bremsung mindestens ein Rad (14) gezielt überbremst wird;
Ermitteln, durch eine Bremssensoreinrichtung, von Bremsdaten bezüglich des überbremsten Rades (14);
Bestimmen, durch eine Steuereinrichtung (20), eines Kraftschlusswertes basierend auf den Bremsdaten, wobei der Kraftschlusswert einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert.
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