WO2020182566A1 - Method and drive assembly for operating a rail vehicle - Google Patents

Method and drive assembly for operating a rail vehicle Download PDF

Info

Publication number
WO2020182566A1
WO2020182566A1 PCT/EP2020/055655 EP2020055655W WO2020182566A1 WO 2020182566 A1 WO2020182566 A1 WO 2020182566A1 EP 2020055655 W EP2020055655 W EP 2020055655W WO 2020182566 A1 WO2020182566 A1 WO 2020182566A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
torque
drive train
control device
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/055655
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Armin Lauer
Lars Hoffmann
Michael Hupfauer
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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 Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2020182566A1 publication Critical patent/WO2020182566A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2072Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for drive off
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • B60L3/102Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip of individual wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • B60L3/104Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip by indirect measurement of vehicle speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • B60L3/106Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip for maintaining or recovering the adhesion of the drive wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/08Preventing wheel slippage
    • B61C15/12Preventing wheel slippage by reducing the driving power
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081On-board diagnosis or maintenance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00Testing of vehicles
    • G01M17/08Railway vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/004Testing the effects of speed or acceleration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/44Drive Train control parameters related to combustion engines
    • B60L2240/443Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/46Drive Train control parameters related to wheels
    • B60L2240/463Torque
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00Operating Modes
    • B60L2260/20Drive modes; Transition between modes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a rail vehicle according to the preamble of claim 1 and a drive arrangement according to the preamble of claim 10.
  • a comprehensive analysis of the typical dynamic drive behavior in rail operation can be carried out by recording, representing and evaluating the torque curve in the drive train of a rail vehicle. Overloads, speed peaks, acceleration This must be recognized and taken into account when planning future ferry operations and maintenance.
  • the proposed method for operating a rail vehicle comprises the following steps. First of all, at least one signal is detected on a component of a drive train of the rail vehicle, wherein a torque present in the drive train of the rail vehicle can be determined from the signal. Compared to a torque value taken, for example, from a motor control of an electric drive motor, the signal recorded and measured directly on a component of the drive train and the torque determined from it have the advantage that the torque currently and actually present in the drive train is measured. In contrast, a torque determined on the basis of the power consumption of a drive motor, for example, can deviate from the torque currently present in the drive train.
  • torque sensors that work with strain gauges.
  • torque transducers can also be used that work according to the piezoelectric, magnetoelastic or optical principle, as well as torque transducers that work with the SAW method.
  • the latter torque transducers use surface acoustic waves or structure-borne sound waves for their function. Another preferred way of determining the torque is explained in more detail below.
  • the data that represent the torque curve are stored in a data memory of a control device in addition to their use in slip detection and are evaluated for the purpose of determining wear and / or planning maintenance for at least one component of the drive train.
  • the mentioned component of the drive train can be any component or assembly that absorbs a torque or a force at least temporarily, for example a transmission, a shaft, a bearing or a combination of several such components.
  • aging of bearings or tooth wear of a toothed component of a transmission can be determined as a function of the load.
  • a preferred method of determining the torque provides that the signal is a rotation angle signal and comprises the following sub-steps. At least one first angle of rotation signal is detected at a first point in the drive train, and at least one second angle of rotation signal is detected at a second point, which is arranged at a distance from the first point in the drive train in the direction of force flow.
  • the detected angle of rotation signals are transmitted to a control device in which a difference in angle of rotation between the first point and the second point is determined on the basis of the first and second angle of rotation signals.
  • a torque present in the drive train is determined as a function of the determined difference in angle of rotation.
  • Rotation angle difference "the torsional moment MT can be calculated.
  • the applied torque can also be determined on the basis of the determined rotation angle difference with the aid of comparison tables.
  • Such comparison tables can be created by calculation or tests and also stored in a data memory of the control device so that they can be called up.
  • the first point can be an input shaft of a transmission arranged on the drive side and the second point can be an output shaft of the transmission arranged on the output side.
  • the torsion of the internal gear assemblies can be measured using the rotational angle difference, from which the torque present at this moment can be determined.
  • said control device can send a control signal to reduce a drive torque to a drive motor of the drive train to end the slip or the control device controls a gear change in a transmission of the drive train.
  • the control device can also initiate a control signal to reduce a drive torque and a gear change in a transmission.
  • a load-dependent service life of at least one component of the drive train is determined with the aid of a load matrix in which individual torque loads are recorded in a classified manner.
  • the remaining service life of bearings and other components of the drive train subject to wear can be determined as a function of the determined torques.
  • the torque loads can preferably be classified according to the respective level of the determined torque and its dwell time.
  • the proposed method can also be used to record and evaluate or use the speed in the drive train.
  • detected or calculated speed data that represent the speed curve can be stored in a data memory of the control device.
  • the speed data can be taken into account in particular in the evaluation for the purpose of determining wear and / or for maintenance planning. For example, rotational irregularities in the drive train during sailing operation can provide indications of possible damage to be expected.
  • compensation factors can be stored in a data memory of the control device to compensate for further influences on the service life of at least one component of the drive train, which are taken into account in the evaluation for the purpose of determining service life, determining wear and tear and / or planning maintenance.
  • the compensation factors are each preferably a factor, that is to say a multiplication value in the range from 0.9 to 1.1. With such a value, the numerical value of the service life can be reduced or lengthened in each case.
  • the compensation factors can meet a wide variety of influences, in particular
  • the present invention further comprises a drive arrangement for the drive train of a rail vehicle, with which the proposed method can also be carried out.
  • the drive arrangement comprises at least one transmission with an input shaft arranged on the drive side and with at least one output shaft arranged on the output side.
  • At least one sensor for detecting a rotational angle position and / or a rotational speed is arranged on the input shaft and on the output shaft.
  • the sensors mentioned are connected in a signal-transmitting manner to a control device for controlling the components of the drive train.
  • the aforementioned control device is set up to determine a torque profile in the drive train with the aid of the detected signals.
  • the control device also includes a slip detection which detects a slip on at least one drive wheel of the rail vehicle on the basis of the determined torque curve.
  • the control device can comprise a plurality of individually arranged control units or control devices which are connected to one another.
  • a separately arranged sensor control unit can be provided in which the signals detected by the sensors are processed.
  • Such a sensor control unit can also be called a sensor control unit or SCU for short.
  • the slip detection can be designed as an integrated part of the control device or in a control unit set up specifically for this purpose or in a separate control device.
  • the control device is in particular equipped with electronic hardware components such as processors, data memories, work and / or intermediate memories, interfaces and connections, as well as with suitable software programs that can be used, for example, to execute the method described above.
  • At least one further sensor for detecting a rotational angle position and / or a speed is arranged on a further output shaft of the transmission.
  • the transmission has several output shafts. This is the case, for example, with a wheelset transmission with a first output shaft, which is designed as a wheelset shaft and is used for direct drive on a first axle of the rail vehicle, and with a further output shaft, which is used to drive a further wheelset shaft on a second axle of the rail vehicle.
  • the further output shaft of the wheelset transmission can be connected to the further wheelset shaft via a cardan shaft and another wheel set transmission.
  • Such an arrangement is also called a master-slave arrangement and is usually used to drive two wheel set shafts that are arranged in a bogie.
  • two sensors each for detecting a rotation angle signal are offset from one another in the circumferential direction on the respective assigned shaft, that is to say on the input shaft, the output shaft or the further output shaft.
  • the two sensors at each point for detecting the rotation angle signals are required in order to apply the method described above to avoid possible measurement errors caused by a tangential or radial displacement of the respective shaft. A very precise and correct determination of the applied torque can thus be achieved.
  • the two sensors are preferably offset by 150 ° to 210 ° in the circumferential direction and arranged at approximately the same height in the axial direction.
  • the indication of the direction axially refers to the axis of rotation of the respectively assigned shaft, that is to say the input shaft or one of the two output shafts.
  • the control device preferably comprises a data memory for storing the signals detected by the sensors or the determined torque curve.
  • the control device is set up in such a way that a service life, wear and / or a suitable maintenance date are determined for at least one component of the drive train as a function of the torque curve.
  • FIG. 1 shows a drive train of a rail vehicle with a drive arrangement according to the invention
  • the drive train 1 shown in FIG. 1 has a drive motor 2 and an adjoining transmission 3 for shifting different gears, ie gear ratios.
  • the output shaft 4 of the transmission 3 is connected to an input shaft 6 of a first wheel set 7 via a cardan shaft 5.
  • the first wheel set 7 has an output shaft 8 and a further output shaft 9. From the drive shaft 8 forms a wheelset shaft 8 of a first drive axle. From the further drive shaft 9 is connected via a further cardan shaft 10 to an input shaft 1 1 of a second gear set 12, which drives a further gear set shaft 13.
  • the two wheelset transmissions 7 and 12 and the respectively assigned wheelset shafts 8 and 13 are arranged in a common, not shown bogie of a rail vehicle in a so-called master-slave arrangement. Since the first gear set 7 serves as a master, which drives the further gear shaft 13 on its further drive shaft 9 and the second gear set 12 from.
  • two sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 for detecting a rotation angle stel are arranged on the input shaft 1 1, on the output shaft 8 and on the further output shaft 9, two sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 for detecting a rotation angle stel are arranged.
  • the sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 are connected in a signal-transmitting manner to a sensor control unit 20 and further to a control device 21 for controlling the components of the drive train 1.
  • the signal-transmitting connections are shown as dashed lines. These connections can be implemented by means of a cable connection or wirelessly.
  • These connections are preferably part of a data bus system, for example a CAN bus, for controlling the rail vehicle or its drive train 1.
  • the control device 21 is set up to determine a torque curve in the drive train 1 with the aid of the detected signals from the sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 mentioned. Furthermore, the control device comprises a slip detection 22 which, on the basis of the determined torque curve, determines and detects a slip on at least one drive wheel 24, 25 of the rail vehicle.
  • the slip detection 22 is embodied here as part of the control device 21.
  • the Slip detection 22 comprises software programs in which suitable algorithms for determining a slip are mapped.
  • the torque determined in the sensor control unit 20 is transmitted to an electronic slip detection 22, where it is determined by means of algorithms whether a slip is present.
  • the slip detection 22 comprises evaluation electronics with a control algorithm and an interface for outputting actions to the train control computer, e.g. via CAN bus.
  • suitable measures to reduce or avoid the existing slip are initiated by the superordinate control device 21.
  • Such measures can include that the drive torque on a drive motor 2 of the drive train 1 is limited and / or that a gear change is triggered in the transmission 3.
  • the electronic slip detection 22 also determines whether there is wear. If there is wear, this is taken into account in a maintenance plan. Depending on the level of wear and tear, for example, the next maintenance appointment is scheduled earlier or later. Furthermore, dynamic load peaks, ie peak moments over time, are recorded in the sensor control unit 20. In addition, speed spectra can also be evaluated in the sensor control unit 20.
  • the service life calculation 31 can be based on the determined torque and the torque curve, for example, variables such as speed, duration of action, temperature and mass.
  • Fig. 3 shows a diagram 33 with a torque curve as it can be detected and determined using the method described.
  • the solid line 34 shows the torque curve on the basis of the real measured values.
  • the dashed line 35 shows a smoothed torque curve.
  • the smoothed torque curve the method of the sliding average was used here, in which higher frequency components are removed.
  • the torque curve based on the real measured values shows significantly higher load peaks in short periods of time than the smoothed torque curve. This can have an effect, for example, if the components of the drive train in a rail vehicle are overloaded for a few milliseconds due to frequent starts with maximum passenger load on an incline.
  • the transmission is only subjected to an 80% load. In the event of damage, no statement can be made about the cause, even if the loads are analyzed on the basis of mean values, ie smoothed values.
  • a load matrix 36 is advantageously used, which is shown in FIG. 4 and is explained below.
  • a load-dependent service life is determined for at least one component of the drive train, in which individual torque loads are recorded in a classified manner.
  • the classification of the torque loads is based on the respective level of the determined torque and its dwell time.
  • the non-hatched fields in the stress matrix 36 represent low stress, the single hatched fields represent medium stresses and the fields with checkered hatching represent high stresses.
  • a high stress can be caused by both a briefly high torque and a medium torque applied for a longer period of time.
  • results 37 a number of operating hours reduced with regard to the service life, a number of available operating hours and a limit range in between can be derived from the load matrix 36. These results can be taken into account and used in maintenance planning in particular.
  • the height of the bars corresponds to the associated operating hours.
  • Such a display is particularly convenient for the operator or maintenance planner in a maintenance program, in that the bars for still available and for reduced operating hours are shown in different colors.
  • the service life can then be calculated using the following formula, for example: Load-dependent service life from the load matrix (operating hours)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating a rail vehicle comprising the following steps: a) detecting at least one signal at a component of a drive train (1) of the rail vehicle, wherein it is possible to determine a torque applied in the drive train (1) from the at least one signal, b) determining a torque curve on the basis of a plurality of successively detected signals, c) determining a slip at at least one drive wheel (24, 25) of the rail vehicle on the basis of the torque curve determined, d) storing data representing the torque curve in a data memory (23) of a control device (21), and e) evaluating the data for the purpose of determining the service life, determining wear and/or planning maintenance for at least one component of the drive train (1). Furthermore, the invention relates to a corresponding drive assembly which is suitable for carrying out such a method.

Description

Verfahren und Antriebsanordnunq zum Betreiben eines Schienenfahrzeuqs Method and drive arrangement for operating a rail vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahr zeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. The present invention relates to a method for operating a rail vehicle according to the preamble of claim 1 and a drive arrangement according to the preamble of claim 10.
Aus der DE 39 29 497 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur selbstadaptie renden Regelung der Radsatzdrehzahl elektrischer Triebfahrzeuge im Kraftschluß maximum des Rad-Schiene-Kontaktes bekannt. Dabei wird unter anderem eine Auswertung eines Drehmomentsollwertes für eine Anpassung der Radsatzbeschleu nigung bzw. -Verzögerung vorgenommen. Um die Drehzahl der Radsätze sicherer und genauer für maximale Zugkraftübertragung zu regeln, wird dort vorgeschlagen, eine hochdynamische Drehzahlregelung zu verwenden, mit der über den ausgege benen Drehstromsollwert eines Drehzahlreglers das auf die Schiene übertragbare Drehmoment bei jeder aktuellen Differenzgeschwindigkeit zwischen einem Rad und einer Schiene ermittelt wird. From DE 39 29 497 A1 a method and an arrangement for self-adapting-generating control of the wheelset speed of electric traction vehicles in the frictional connection maximum of the wheel-rail contact is known. Among other things, an evaluation of a torque target value for an adaptation of the wheel set acceleration or deceleration is carried out. In order to regulate the speed of the wheel sets more safely and more precisely for maximum tractive power transmission, it is proposed there to use a highly dynamic speed control with which the torque that can be transmitted to the rail is determined via the output three-phase current setpoint of a speed controller at every current differential speed between a wheel and a rail becomes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren zum Be treiben eines Schienenfahrzeugs und eine verbesserte Antriebsanordnung für ein Schienenfahrzeug zu schaffen. Dabei soll das Verfahren und die Antriebsanordnung insbesondere Nachteile vermeiden, die durch Schlupf zwischen den Triebrädern und der Schiene entstehen und einen hohen Gesamtnutzen für den Betreiber des Schie nenfahrzeugs bieten. The object of the present invention is to provide an improved method for operating a rail vehicle and an improved drive arrangement for a rail vehicle. The method and the drive arrangement should in particular avoid disadvantages that arise from slippage between the drive wheels and the rail and offer a high overall benefit for the operator of the rail vehicle.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine An triebsanordnung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfin dung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a method according to claim 1 and by a drive arrangement according to claim 10. Advantageous embodiments of the invention are given in the respective dependent claims.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die mehrfache Nutzung von Daten über den Drehmomentverlauf, der anhand von am Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs erfassten Signalen ermittelt wird. Die erfassten Daten oder der daraus ermittelte Drehmomentverlauf können zur Schlupferkennung und für eine Lastkollektiverfas sung verwendet werden. Letztere kann insbesondere für eine Verschleißermittlung und für eine Lebensdauerermittlung für zumindest eine Komponente des Antriebs strangs genutzt werden. Bei einer entsprechend hohen Signalauflösung, das heißt die Signale werden mit einer hohen Frequenz erfasst und ausgewertet, kann eine dynamische Lastüberwachung realisiert werden, was im Folgenden noch näher er läutert wird. Die dynamische Lastüberwachung ist auch unter dem Begriff„Dynamik Load Monitoring“ oder abgekürzt unter DLM bekannt. Eine hohe Frequenz und somit eine hohe Anzahl erfasster und an die Steuereinrichtung übertragener Signale er möglicht dabei eine hochdynamische Regelung zur Schlupfvermeidung und eine dy namische Lastüberwachung. Moderne elektronische Komponenten sind in der Lage eine extrem hohe Signalanzahl und Datenmenge zu erfassen, zu übertragen, zu speichern und auszuwerten. Dadurch können mithilfe des vorgeschlagenen Verfah rens eine deutlich verbesserte dynamische Lastüberwachung und eine belastungs abhängige und genaue Lebensdauerabschätzung realisiert werden. So kann bei spielsweise eine Restlebensdauer von Lagern in Abhängigkeit von Drehmomenten ermittelt werden, die über einen längeren Zeitraum erfasst, gespeichert und ausge werteten werden. An essential aspect of the invention is the multiple use of data on the torque curve, which is determined on the basis of signals recorded on the drive train of the rail vehicle. The recorded data or the torque curve determined from it can be used for slip detection and for a load spectrum detection. The latter can be used in particular to determine wear and used to determine the service life for at least one component of the drive train. With a correspondingly high signal resolution, that is, the signals are recorded and evaluated at a high frequency, dynamic load monitoring can be implemented, which will be explained in more detail below. Dynamic load monitoring is also known under the term “dynamic load monitoring” or, for short, DLM. A high frequency and thus a large number of signals detected and transmitted to the control device enables highly dynamic control to avoid slip and dynamic load monitoring. Modern electronic components are able to record, transmit, save and evaluate an extremely high number of signals and data. As a result, with the aid of the proposed method, a significantly improved dynamic load monitoring and a load-dependent and precise service life estimate can be realized. For example, a remaining service life of bearings can be determined as a function of torques, which are recorded, stored and evaluated over a longer period of time.
Mithilfe der dynamischen Lastüberwachung und der Schlupferkennung kann eine verbesserte Traktionsverteilung über mehrere Achsen des Schienenfahrzeugs er reicht werden. Mit anderen Worten kann über die Schlupferkennung und daraus ab geleiteten Maßnahmen Schlupf vermieden oder zumindest reduziert werden. Dies ist insbesondere im Anfahrmodus und in Steigungsbereichen vorteilhaft, und wenn in einem Antriebsstrang unterschiedliche Radreifendurchmesser vorliegen, die im übli chen Fährbetrieb durch unterschiedlichen Verschleiß verursacht werden. With the help of dynamic load monitoring and slip detection, improved traction distribution over several axles of the rail vehicle can be achieved. In other words, slip detection and measures derived therefrom can prevent or at least reduce slip. This is particularly advantageous in the start-up mode and in incline areas, and when there are different wheel tire diameters in a drive train, which are caused by different wear in the usual ferry operation.
Die dynamische Lastüberwachung kann ferner dazu beitragen Überlastzustände in dem Antriebsstrang zu reduzieren oder ganz zu vermeiden, wodurch wiederum Re paratur- und Wartungskosten verringert werden. The dynamic load monitoring can also help to reduce overload conditions in the drive train or to avoid them entirely, which in turn reduces repair and maintenance costs.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine umfassende Analyse des typi schen dynamischen Antriebsverhaltens im Bahnbetrieb durchgeführt werden, indem der Drehmomentverlauf im Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs erfasst, darge stellt und ausgewertet wird. Dabei können Überlasten, Drehzahlspitzen, Beschleuni- gungen erkannt und bei der Planung des künftigen Fährbetriebs und der Wartung berücksichtig werden. In the context of the present invention, a comprehensive analysis of the typical dynamic drive behavior in rail operation can be carried out by recording, representing and evaluating the torque curve in the drive train of a rail vehicle. Overloads, speed peaks, acceleration This must be recognized and taken into account when planning future ferry operations and maintenance.
Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs umfasst folgende Schritte. Zunächst wird zumindest ein Signal an einer Komponente eines Antriebsstrangs des Schienenfahrzeugs erfasst, wobei aus dem Signal ein in dem Antriebsstrang des Schienenfahrzeugs anliegendes Drehmoment ermittelbar ist. Ge genüber einem beispielsweise von einer Motorsteuerung eines elektrischen An triebsmotors übernommenen Drehmomentwert hat das unmittelbar an einer Kompo nente des Antriebsstrangs erfasste und gemessene Signal und das daraus ermittelte Drehmoment den Vorteil, dass das aktuell und tatsächlich im Antriebsstrang vorlie gende Drehmoment gemessen wird. Dagegen kann ein beispielsweise auf der Grundlage der Stromaufnahme eines Antriebsmotors ermitteltes Drehmoment von dem im Antriebsstrang aktuell vorliegenden Drehmoment abweichen. The proposed method for operating a rail vehicle comprises the following steps. First of all, at least one signal is detected on a component of a drive train of the rail vehicle, wherein a torque present in the drive train of the rail vehicle can be determined from the signal. Compared to a torque value taken, for example, from a motor control of an electric drive motor, the signal recorded and measured directly on a component of the drive train and the torque determined from it have the advantage that the torque currently and actually present in the drive train is measured. In contrast, a torque determined on the basis of the power consumption of a drive motor, for example, can deviate from the torque currently present in the drive train.
Grundsätzlich sind verschiedene Arten des genannten Signals, der Signalerfassung und der Drehmomentmessung möglich. Es sind beispielsweise Drehmomentsenso ren möglich, die mit Dehnungsmessstreifen arbeiten. Daneben können auch Dreh momentaufnehmer verwendet werden, die nach dem piezoelektrischen, dem magne toelastischen oder dem optischen Prinzip funktionieren, sowie Drehmomentaufneh mer, die mit dem SAW-Verfahren arbeiten. Letztere Drehmomentaufnehmer nutzen akustischen Oberflächenwellen bzw. Körperschallwellen für ihre Funktion. Eine wei tere, bevorzugte Möglichkeit das Drehmoment zu ermitteln wird im Folgenden noch näher erläutert. Basically, different types of the mentioned signal, signal acquisition and torque measurement are possible. There are, for example, torque sensors that work with strain gauges. In addition, torque transducers can also be used that work according to the piezoelectric, magnetoelastic or optical principle, as well as torque transducers that work with the SAW method. The latter torque transducers use surface acoustic waves or structure-borne sound waves for their function. Another preferred way of determining the torque is explained in more detail below.
Auf der Grundlage mehrerer nacheinander erfasster Signale wird ein Drehmoment verlauf ermittelt, um auf dessen Grundlage einen Schlupf an zumindest einem Trieb rad des Schienenfahrzeugs zu ermitteln. Mehrere über einen gewissen Zeitraum er fasste bzw. ermittelte Drehmomente bilden den Drehmomentverlauf. A torque curve is determined on the basis of several successively detected signals in order to determine a slip on at least one drive wheel of the rail vehicle on the basis of this. Several torques recorded or determined over a certain period of time form the torque curve.
Der Vorgang des Ermittelns kann einzelne Schritte des Erfassens, Vergleichens mit abgespeicherten Werten und/oder Berechnens umfassen. Unter Schlupf wird eine Traktionsunterbrechung zwischen einem Triebrad und der Schiene verstanden. Der Schlupf wird bei Schienenfahrzeugen auch Schleudern ge nannt. Er ist in der Regel unerwünscht, weil er den Vortrieb des Schienenfahrzeugs begrenzt bzw. behindert. Angestrebt wird in der Regel ein Fährbetrieb nahe an einem Kraftschlußmaximum des Rad-Schiene-Kontaktes. Der Schlupf ist abhängig von der Oberflächengüte und gegebenenfalls von einer Oberflächenverschmutzung an dem Triebrad und an der Schiene bzw. den Gleisen. In der Praxis kommt es am häufigs ten durch Wasser, Eis, Fette oder Öle zu solchen Verschmutzungen. Mithilfe einer Schlupferkennung kann unzulässiges Schlupfverhalten und eine asymmetrische Traktionsverteilung im Anfahrmodus erkannt und dem entgegengewirkt werden. Zur Schlupferkennung können Unterbrechungen des Leistungsflusses beim Rad- Schiene-Kontakt zumindest annähernd in Echtzeit erkannt werden, sodass in vorteil hafter Weise eine schnelle Reaktion möglich ist, um andauernden Schlupf zu ver meiden. The process of determining can include individual steps of recording, comparing with stored values and / or calculating. Slip is understood to be an interruption in traction between a drive wheel and the rail. The slip is also called skidding in rail vehicles. As a rule, it is undesirable because it limits or hinders the propulsion of the rail vehicle. As a rule, the aim is to operate the ferry close to a frictional connection maximum of the wheel-rail contact. The slip is dependent on the surface quality and, if necessary, on surface contamination on the drive wheel and on the rail or tracks. In practice, water, ice, fats or oils are the most common sources of such contamination. With the help of a slip detection, impermissible slip behavior and an asymmetrical traction distribution in start-up mode can be detected and counteracted. To detect slip, interruptions in the power flow during wheel-rail contact can be detected at least approximately in real time, so that a quick reaction is advantageously possible in order to avoid permanent slip.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Daten, die den Drehmomentverlauf repräsentieren zusätzlich zu ihrer Nutzung bei der Schlupferkennung in einem Da tenspeicher einer Steuereinrichtung abgespeichert und zum Zweck einer Ver schleißermittlung und/oder einer Wartungsplanung für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs ausgewertet. Dadurch entsteht der erwähnte Mehrfachnutzen des ermittelten Drehmoments bzw. der entsprechenden Daten. Bei der genannten Komponente des Antriebsstrangs kann es sich um jedes Bauteil oder jede Baugrup pe handeln, die zumindest zeitweise ein Drehmoment oder eine Kraft aufnimmt, bei spielsweise ein Getriebe, eine Welle, ein Lager oder eine Kombination mehrerer sol cher Bauteile. So kann mithilfe der Erfindung beispielsweise eine Lageralterung oder ein Verzahnungsverschleiss eines verzahnten Bauteils eines Getriebes in Abhängig keit der Belastung ermittelt werden . According to the present invention, the data that represent the torque curve are stored in a data memory of a control device in addition to their use in slip detection and are evaluated for the purpose of determining wear and / or planning maintenance for at least one component of the drive train. This creates the aforementioned multiple use of the determined torque or the corresponding data. The mentioned component of the drive train can be any component or assembly that absorbs a torque or a force at least temporarily, for example a transmission, a shaft, a bearing or a combination of several such components. With the help of the invention, for example, aging of bearings or tooth wear of a toothed component of a transmission can be determined as a function of the load.
Im Rahmen der Erfindung können mithilfe des ermittelten Drehmoments auch kleins te Störungen oder Lastspitzen, die nur in kurzen Lastzeiten auftreten, erkannt und aufgezeichnet werden. Dabei handelt es sich um sogenannte Klein-Lastmomente oder Momentenimpulse. Diese können im Rahmen der Erfindung gezählt und aus gewertet werden. Für sich alleine genommen sind sie im Sinn einer Lebensdauerver- kürzung kaum schädlich. Treten diese Momentenimpulse aber häufiger auf, so erhal ten sie einen zerstörenden Charakter, der bewertet werden kann. Dies kann dadurch geschehen, dass die Momentenimpulse gezählt und beispielsweise mithilfe eines Wasserfalldiagramms bewertet werden. Within the scope of the invention, even the smallest disturbances or load peaks that only occur in short load times can be detected and recorded with the aid of the determined torque. These are so-called small load torques or torque pulses. These can be counted and evaluated within the scope of the invention. Taken by themselves, they are in the sense of a life expectancy shortening hardly harmful. If these moment impulses occur more frequently, however, they acquire a destructive character that can be evaluated. This can be done by counting the moment impulses and evaluating them, for example, using a waterfall diagram.
Ein schwankender Drehmomentverlauf und kurzzeitige Lastspitzen in Form von Mo- mentenimpulsen sind im regulären Fährbetrieb eines Schienenfahrzeugs nicht zu vermeiden. Trotzdem wirken sich Drehmomentschwankungen und Momentenimpulse auf die Lebensdauer der Komponenten des Antriebsstrangs aus. Daher hängen die Lebensdauer und geeignete Wartungsintervalle von der Anzahl, Dauer und Stärke der ermittelten Drehmomentschwankungen ab. A fluctuating torque curve and short-term load peaks in the form of moment pulses cannot be avoided in the regular ferry operation of a rail vehicle. Nevertheless, torque fluctuations and torque pulses have an effect on the service life of the components of the drive train. The service life and suitable maintenance intervals therefore depend on the number, duration and strength of the torque fluctuations determined.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfassten Drehmomentschwankungen und Mo mentenimpulse lediglich in geeigneter Weise protokolliert, d.h. abgespeichert wer den, um zu einem späteren Zeitpunkt entsprechende Maßnahmen auszulösen, bei spielsweise eine Wartung oder Reparatur. Die zwischengespeicherten Daten zu dem ermittelten Drehmoment, insbesondere zum Drehmomentverlauf und zu den genann ten dynamischen Lastspitzen, können von einer Sensorsteuereinheit an eine Lastkol lektiverfassung und an eine Lebensdauerberechnung zur Verfügung gestellt werden. It can be provided that the detected torque fluctuations and torque pulses are only logged in a suitable manner, i.e. who are stored in order to trigger appropriate measures at a later point in time, for example maintenance or repair. The temporarily stored data on the determined torque, in particular on the torque profile and on the named dynamic load peaks, can be made available by a sensor control unit to a load col lective recording and to a service life calculation.
Ein bevorzugtes Verfahren, um das Drehmoment zu ermitteln sieht vor, dass Signal ein Drehwinkelsignal ist und umfasst folgende Teilschritte. Es wird zumindest ein ers tes Drehwinkelsignal an einer ersten Stelle in dem Antriebsstrang erfasst, und es wird zumindest ein zweites Drehwinkelsignal an einer zweiten Stelle erfasst, die in Kraftflussrichtung mit einem Abstand zu der ersten Stelle in dem Antriebsstrang an geordnet ist. Die erfassten Drehwinkelsignale werden an eine Steuereinrichtung übertragen, in der eine Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Stelle und der zwei ten Stelle aufgrund des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals ermittelt wird. Schließlich wird ein in dem Antriebsstrang anliegendes Drehmoment in Abhängigkeit der ermittelten Drehwinkeldifferenz ermittelt. A preferred method of determining the torque provides that the signal is a rotation angle signal and comprises the following sub-steps. At least one first angle of rotation signal is detected at a first point in the drive train, and at least one second angle of rotation signal is detected at a second point, which is arranged at a distance from the first point in the drive train in the direction of force flow. The detected angle of rotation signals are transmitted to a control device in which a difference in angle of rotation between the first point and the second point is determined on the basis of the first and second angle of rotation signals. Finally, a torque present in the drive train is determined as a function of the determined difference in angle of rotation.
Zum Erfassen des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals eignen sich wiederum eine Reihe von Sensortypen bzw. physikalischen Messprinzipien. Vorzugsweise können dazu Sensoren verwendet werden, die eine magnetisches Feld bzw. eine magnetische Flussdichte erfassen, sogenannte Hall-Sensoren. Insbesondere können Hall-Sensoren mit integrierter Signalverarbeitung verwendet werden, bei denen eine Signalverstärkung, Analog-Digital-Wandlung, Signalverarbeitung und/oder Tempera turkompensation intern erfolgt, sodass der Sensor einen direkt weiterverarbeitbaren Messwert liefert. Als Signalgeber eignet sich abhängig vom dem jeweils verwendeten Sensortyp beispielsweise eine Verzahnung eines Zahnrades, eine verzahnte Signal geberscheibe oder ein Signalband mit Markierungen, das an einem rotierenden Komponente des Antriebsstrangs befestigt ist. A number of sensor types or physical measuring principles are again suitable for detecting the first and the second rotation angle signal. Preferably For this purpose, sensors can be used that detect a magnetic field or a magnetic flux density, so-called Hall sensors. In particular, Hall sensors with integrated signal processing can be used in which signal amplification, analog-to-digital conversion, signal processing and / or temperature compensation take place internally, so that the sensor delivers a measured value that can be directly processed. Depending on the type of sensor used, for example, a toothing of a gear wheel, a toothed signal transmitter disk or a signal band with markings that is attached to a rotating component of the drive train is suitable as a signal transmitter.
Mit dem ersten und dem zweiten Drehwinkelsignal kann das Drehmoment bestimmt werden, indem die Torsion bzw. die Drehwinkeldifferenz entlang der Kraftflussrich tung in dem Antriebsstrang ermittelt wird. Hierbei ist gegebenenfalls eine Überset zung eines zwischen der ersten und der zweiten Stelle angeordneten Getriebes bei der Drehzahl bzw. der Drehbewegung zu berücksichtigen. Dazu kann die jeweils vor liegende Übersetzung in Korrekturtabellen in einem Datenspeicher der Steuereinrich tung abrufbar gespeichert sein. The torque can be determined with the first and the second rotation angle signal by determining the torsion or the rotation angle difference along the direction of force flow in the drive train. In this case, a gear ratio of a gear arranged between the first and the second point for the speed or the rotary movement must be taken into account. For this purpose, the respective existing translation can be stored in correction tables in a data memory of the control device so that it can be called up.
Die Drehwinkeldifferenz entspricht einem Verdrehwinkel und damit einer Torsion zwi schen der ersten und der zweiten Stelle im Antriebsstrang. Mittels der Drehwinkeldif ferenz und eines bekannten oder bestimmbaren Torsionsmoduls kann somit auf ein Drehmoment geschlossen werden. Dieser Ausführung des Verfahrens liegt das Prin zip zugrunde, kontinuierlich oder zeitdiskret den Verdrehwinkel zwischen zwei Stellen in einem Antriebsstrang zu messen und daraus über ein entsprechendes Rechen model das Torsionsmoment zu ermitteln, das in dem Antriebsstrang vorliegt. Bei spielsweise wird dabei aus einer Steifigkeitskennlinie oder aus einer bekannten Stei figkeit c des Systems in einem Berechnungsschritt über die Gleichung„MT = C X The difference in angle of rotation corresponds to an angle of rotation and thus a torsion between the first and second points in the drive train. A torque can thus be inferred by means of the difference in angle of rotation and a known or determinable torsion module. This execution of the method is based on the principle of continuously or discrete-time measuring the angle of rotation between two points in a drive train and using a corresponding arithmetic model to determine the torsional moment present in the drive train. For example, a stiffness characteristic curve or a known stiffness c of the system is used in one calculation step using the equation “MT = C X
Drehwinkeldifferenz“ das Torsionsmoment MT berechnet werden. Alternativ dazu kann das anliegende Drehmoment auch ausgehend von der ermittelten Drehwinkel differenz mithilfe von Vergleichstabellen ermittelt werden. Solche Vergleichstabellen können durch Berechnung oder Versuche erstellt und ebenfalls in einem Datenspei cher der Steuereinrichtung abrufbar gespeichert werden. Vorzugsweise kann die erste Stelle eine antriebsseitig angeordnete Eingangswelle eines Getriebes und die zweite Stelle eine abtriebsseitig angeordnete Abtriebswelle des Getriebes sein. Somit kann also über die Torsion der getriebeinternen Baugrup pen anhand der Drehwinkeldifferenz gemessen werden, woraus wiederum das in diesem Moment vorliegende Drehmoment ermittelt werden kann. Rotation angle difference "the torsional moment MT can be calculated. Alternatively, the applied torque can also be determined on the basis of the determined rotation angle difference with the aid of comparison tables. Such comparison tables can be created by calculation or tests and also stored in a data memory of the control device so that they can be called up. Preferably, the first point can be an input shaft of a transmission arranged on the drive side and the second point can be an output shaft of the transmission arranged on the output side. Thus, the torsion of the internal gear assemblies can be measured using the rotational angle difference, from which the torque present at this moment can be determined.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Vermeidung möglicher Messfehler, die durch eine tangentiale oder radiale Verlagerung der Eingangswelle oder der Ab triebswelle des Getriebes verursacht werden könnten. Um die Drehwinkeldifferenz trotz solcher Verlagerungen zuverlässig und korrekt erfassen zu können, sind an der jeweiligen Stelle vorzugsweise jeweils zwei Sensoren zum Erfassen je eines Dreh winkelsignals in umfänglicher Richtung der Eingangswelle und/oder der Abtriebswelle versetzt zueinander angeordnet. Aus den Drehwinkelsignalen der zwei Sensoren wird jeweils die Drehwinkelstellung der Eingangswelle bzw. der Abtriebswelle be stimmt. Bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung der Eingangswelle bzw. der Ab triebswelle wird dann jeweils der Abstand der wenigstens zwei Sensoren in umfängli cher Richtung berücksichtigt, so dass eine tangentiale und/oder radiale Verlagerung der Eingangswelle bzw. der Abtriebswelle im Antriebsstrang kompensiert wird. Another aspect of the invention relates to the avoidance of possible measurement errors that could be caused by a tangential or radial displacement of the input shaft or the output shaft of the transmission. In order to be able to reliably and correctly detect the rotational angle difference in spite of such displacements, preferably two sensors for detecting a rotational angle signal are arranged offset from one another in the circumferential direction of the input shaft and / or the output shaft. The angle of rotation position of the input shaft or the output shaft is determined from the angle of rotation signals from the two sensors. When determining the angular position of the input shaft or the output shaft, the distance between the at least two sensors in circumferential direction is then taken into account so that a tangential and / or radial displacement of the input shaft or the output shaft in the drive train is compensated for.
In dem Fall, dass in der Schlupferkennung ein vorliegender Schlupf erkannt wird, kann die genannte Steuereinrichtung zum Beenden des Schlupfs ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes an einen Antriebsmotors des An triebsstrangs senden oder die Steuereinrichtung steuert einen Gangwechsel in einem Getriebe des Antriebsstrangs an. Alternativ dazu kann die Steuereinrichtung auch ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes und einen Gangwechsel in einem Getriebe veranlassen. In the event that an existing slip is detected in the slip detection, said control device can send a control signal to reduce a drive torque to a drive motor of the drive train to end the slip or the control device controls a gear change in a transmission of the drive train. As an alternative to this, the control device can also initiate a control signal to reduce a drive torque and a gear change in a transmission.
Bei einer bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine belastungsabhängige Lebensdauer zumindest einer Komponente des An triebsstrangs mithilfe einer Belastungsmatrix ermittelt wird, in der einzelne Drehmo mentbelastungen klassifiziert erfasst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die Restlebensdauer von Lagern und anderen verschleißbehafteten Komponenten des Antriebsstrangs in Abhängigkeit der ermittelten Drehmomente ermittelt werden. Vorzugsweise können dabei die Drehmomentbelastungen nach der jeweiligen Höhe des ermittelten Drehmoments und dessen Verweildauer klassifiziert werden. In a preferred embodiment of the proposed method, it is provided that a load-dependent service life of at least one component of the drive train is determined with the aid of a load matrix in which individual torque loads are recorded in a classified manner. In this way, for example, the remaining service life of bearings and other components of the drive train subject to wear can be determined as a function of the determined torques. The torque loads can preferably be classified according to the respective level of the determined torque and its dwell time.
Zusätzlich zu den Daten über den Drehmomentverlauf können im Rahmen des vor geschlagenen Verfahrens auch Drehzahl in dem Antriebsstrang erfasst und ausge wertet bzw. verwendet werden. Erfasste oder berechnete Drehzahldaten, die den Drehzahlverlauf repräsentieren, können dazu in einem Datenspeicher der Steuerein richtung gespeichert werden. Die Drehzahldaten können insbesondere bei der Aus wertung zum Zweck der Verschleißermittlung und/oder einer Wartungsplanung be rücksichtigt werden. Beispielsweise können Drehungleichförmigkeiten im Antriebs strang während des Segelbetriebs Hinweise auf mögliche zu erwartende Schäden geben. In addition to the data on the torque curve, the proposed method can also be used to record and evaluate or use the speed in the drive train. For this purpose, detected or calculated speed data that represent the speed curve can be stored in a data memory of the control device. The speed data can be taken into account in particular in the evaluation for the purpose of determining wear and / or for maintenance planning. For example, rotational irregularities in the drive train during sailing operation can provide indications of possible damage to be expected.
Schließlich können in dem Verfahren auch weitere Einflüsse auf die Lebensdauer der betrachteten Komponenten des Antriebsstrangs berücksichtigt werden. Dazu können in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung Kompensationsfaktoren zur Kompen sation der weiteren Einflüsse auf die Lebensdauer von zumindest einer Komponente des Antriebsstrangs gespeichert werden, welche bei der Auswertung zum Zweck der Lebensdauerermittlung, der Verschleißermittlung und/oder der Wartungsplanung be rücksichtigt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kompensationsfaktoren jeweils um einen Faktor, also einen Multiplikationswert im Bereich von 0,9 bis 1 ,1. Mit einem solchen Wert kann der Zahlenwert der Lebensdauer jeweils verringert oder verlängert werden. Die Kompensationsfaktoren können verschiedenste Einflüsse be treffen, insbesondere Finally, other influences on the service life of the components of the drive train under consideration can also be taken into account in the method. For this purpose, compensation factors can be stored in a data memory of the control device to compensate for further influences on the service life of at least one component of the drive train, which are taken into account in the evaluation for the purpose of determining service life, determining wear and tear and / or planning maintenance. The compensation factors are each preferably a factor, that is to say a multiplication value in the range from 0.9 to 1.1. With such a value, the numerical value of the service life can be reduced or lengthened in each case. The compensation factors can meet a wide variety of influences, in particular
• Eine vorgegebene Einsatzdauer • A specified duration of use
• Tatsächlich angefallene Betriebsstunden • Actual operating hours
• Einsatztemperaturen • Application temperatures
• Jahreszeitliche Schwankungen der Umgebungstemperatur wie extreme Hitze oder Kälte • Seasonal fluctuations in the ambient temperature such as extreme heat or cold
• Eine Anzahl von Kaltstarts und/oder Warmlaufphasen • A number of cold starts and / or warm-up phases
• Mechanische Belastungen wie Zugüberlängen, Anzahl der Grenzzuladungen im Güter-, Schüttgutverkehr • Medienbeanspruchung wie ein Betrieb an einer Küste, Salzwasserbeeinflus sung, Verschleiß durch Mikrostaub beispielsweise in Wüstengebieten• Mechanical loads such as excessive train lengths, number of border loads in freight and bulk transport • Exposure to media such as an operation on a coast, exposure to salt water, wear from micro-dust, for example in desert areas
• Standzeiten unter Einfluss von Mikrovibrationen beispielsweise bei längerem „Parken“ in der Nähe von stark frequentierten Durchgangswegen und• Standing times under the influence of micro-vibrations, for example when “parking” for long periods in the vicinity of heavily frequented passageways and
• Eine Strahlungsbeanspruchung. • A radiation exposure.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Antriebsanordnung für den Antriebs strang eines Schienenfahrzeugs, mit der auch das vorgeschlagene Verfahren durch führbar ist. Die Antriebsanordnung umfasst zumindest ein Getriebe mit einer an triebsseitig angeordneten Eingangswelle und mit zumindest einer abtriebsseitig an geordneten Abtriebswelle. An der Eingangswelle und an der Abtriebswelle ist jeweils mindestens ein Sensor zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Dreh zahl angeordnet. Die genannten Sensoren sind mit einer Steuereinrichtung zur Steu erung der Komponenten des Antriebsstrangs signalübertragend verbunden. Die ge nannte Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet mithilfe der erfassten Signale einen Drehmomentverlauf in dem Antriebsstrang zu ermitteln. Die Steuereinrichtung um fasst ferner eine Schlupferkennung, die auf der Grundlage des ermittelten Drehmo mentverlaufs einen Schlupf an zumindest einem Triebrad des Schienenfahrzeugs erkennt. The present invention further comprises a drive arrangement for the drive train of a rail vehicle, with which the proposed method can also be carried out. The drive arrangement comprises at least one transmission with an input shaft arranged on the drive side and with at least one output shaft arranged on the output side. At least one sensor for detecting a rotational angle position and / or a rotational speed is arranged on the input shaft and on the output shaft. The sensors mentioned are connected in a signal-transmitting manner to a control device for controlling the components of the drive train. The aforementioned control device is set up to determine a torque profile in the drive train with the aid of the detected signals. The control device also includes a slip detection which detects a slip on at least one drive wheel of the rail vehicle on the basis of the determined torque curve.
Die Steuereinrichtung kann mehrere einzeln angeordnete Steuereinheiten oder Steuergeräte umfassen, die miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise eine separat angeordnete Sensorsteuereinheit vorgesehen sein, in der die von den Sensoren erfassten Signale bearbeitet werden. Eine solche Sensorsteuereinheit kann auch Sensor Control Unit oder kurz SCU genannt werden. Die Schlupferken nung kann als integrierter Teil der Steuereinrichtung ausgeführt sein oder in einer eigens zu diesem Zweck eingerichteten Steuereinheit bzw. in einem separaten Steu ergerät ausgeführt sein. Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit elektronischen Hardware-Bauteilen wie Prozessoren, Datenspeichern, Arbeits- und/oder Zwischen speicher, Schnittstellen und Verbindungen ausgestattet, sowie mit geeigneten Soft wareprogrammen, mit deren Hilfe beispielsweise das oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass an einer weiteren Abtriebswelle des Getriebes zu mindest ein weiterer Sensor zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn das Getriebe mehrere Abtriebswellen aufweist. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Radsatzgetriebe mit einer ersten Abtriebswelle, die als Radsatzwelle ausgebildet ist und dem direkten Antrieb an einer ersten Achse des Schienenfahrzeugs dient, und mit einer weiteren Abtriebswelle, die dem Antrieb einer weiteren Radsatzwelle an einer zweiten Achse des Schienenfahrzeugs dient. Die weitere Abtriebswelle des Radsatzgetriebes kann dazu über eine Gelenkwelle und ein weiteres Radsatzgetrie be mit der weiteren Radsatzwelle verbunden sein. Eine solche Anordnung wird auch Master-Slave-Anordnung genannt und dient in der Regel dem Antrieb zweier Rad satzwellen, die in einem Drehgestell angeordnet sind. The control device can comprise a plurality of individually arranged control units or control devices which are connected to one another. For example, a separately arranged sensor control unit can be provided in which the signals detected by the sensors are processed. Such a sensor control unit can also be called a sensor control unit or SCU for short. The slip detection can be designed as an integrated part of the control device or in a control unit set up specifically for this purpose or in a separate control device. The control device is in particular equipped with electronic hardware components such as processors, data memories, work and / or intermediate memories, interfaces and connections, as well as with suitable software programs that can be used, for example, to execute the method described above. It can be provided that at least one further sensor for detecting a rotational angle position and / or a speed is arranged on a further output shaft of the transmission. Such an embodiment is advantageous when the transmission has several output shafts. This is the case, for example, with a wheelset transmission with a first output shaft, which is designed as a wheelset shaft and is used for direct drive on a first axle of the rail vehicle, and with a further output shaft, which is used to drive a further wheelset shaft on a second axle of the rail vehicle. For this purpose, the further output shaft of the wheelset transmission can be connected to the further wheelset shaft via a cardan shaft and another wheel set transmission. Such an arrangement is also called a master-slave arrangement and is usually used to drive two wheel set shafts that are arranged in a bogie.
Vorzugsweise sind jeweils zwei Sensoren zum Erfassen je eines Drehwinkelsignals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander an der der jeweils zugeordneten Welle, also an der Eingangswelle, der Abtriebswelle oder der weiteren Abtriebswelle ange ordnet. Die jeweils zwei Sensoren an jeder Stelle zur Erfassung der Drehwinkelsigna le sind erforderlich, um das oben beschriebene Verfahren zur Vermeidung möglicher Messfehler, die durch eine tangentiale oder radiale Verlagerung der jeweiligen Welle verursacht werden, anzuwenden. Damit kann eine sehr genaue und korrekte Ermitt lung des anliegenden Drehmoments erreicht werden. Vorzugsweise sind dazu die zwei Sensoren in umfänglicher Richtung um 150° bis 210° versetzt und in axialer Richtung auf etwa gleicher Höhe angeordnet. Die Richtungsangabe axial bezieht sich dabei auf die Rotationsachse der jeweils zugeordneten Welle, also der Ein gangswelle oder einer der beiden Abtriebswellen. Preferably, two sensors each for detecting a rotation angle signal are offset from one another in the circumferential direction on the respective assigned shaft, that is to say on the input shaft, the output shaft or the further output shaft. The two sensors at each point for detecting the rotation angle signals are required in order to apply the method described above to avoid possible measurement errors caused by a tangential or radial displacement of the respective shaft. A very precise and correct determination of the applied torque can thus be achieved. For this purpose, the two sensors are preferably offset by 150 ° to 210 ° in the circumferential direction and arranged at approximately the same height in the axial direction. The indication of the direction axially refers to the axis of rotation of the respectively assigned shaft, that is to say the input shaft or one of the two output shafts.
Durch die Schlupferkennung mithilfe der Drehmomenterfassung wird ein Drehmo menteinbruch, der durch einen auftretenden Schlupf verursacht wird, schnell erkannt. In der Folge können Maßnahmen zur Reduzierung des Schlupfs sehr zeitnah durch geführt werden. Die Steuereinrichtung ist zu diesem Zweck dazu eingerichtet, in Ab hängigkeit des erkannten Schlupfs Maßnahmen zum Beenden des Schlupfs zu steu ern. Vorzugsweise geschieht dies, indem die Steuereinrichtung ein Steuersignal zur Reduzierung eines Antriebsdrehmomentes an einen Antriebsmotor des Antriebs- Strangs sendet und/oder indem die Steuereinrichtung einen Gangwechsel in dem Getriebe ansteuert. Dadurch kann ein am Treibrad vorliegendes Drehmoment abge regelt, d.h. reduziert werden. In Folge kann eine höhere Beschleunigung des Schie nenfahrzeugs erreicht werden und der Abrieb an den Radreifen des Triebrades ver ringert sich signifikant. Eine weitere Maßnahme kann die Aktivierung einer Besan dung durch die Steuereinrichtung sein. Vorrichtungen zur Besandung für Schienen fahrzeuge sind dem Fachmann bekannt. Dabei wird im Bedarfsfall Sand zwischen die Triebräder und die Schienen gebracht, wodurch die Reibung im Rad-Schiene- Kontakt erhöht und der Schlupf schnell abgebaut wird. Um unnötigen Verschleiß zu vermeiden soll eine Besandung jedoch nur im Notfall erfolgen, beispielsweise zum Notbremsen. With the help of the slip detection with the help of the torque detection, a torque drop caused by an occurring slip is quickly detected. As a result, measures to reduce the slip can be implemented very quickly. For this purpose, the control device is set up to control measures to end the slip as a function of the detected slip. This is preferably done by the control device sending a control signal to reduce a drive torque to a drive motor of the drive unit. Sends strand and / or in that the control device controls a gear change in the transmission. As a result, a torque present on the drive wheel can be regulated, ie reduced. As a result, higher acceleration of the rail vehicle can be achieved and the wear on the wheel tires of the drive wheel is significantly reduced. Another measure can be the activation of a sanding by the control device. Devices for sanding for rail vehicles are known to those skilled in the art. If necessary, sand is brought between the drive wheels and the rails, which increases the friction in the wheel-rail contact and the slip is quickly reduced. In order to avoid unnecessary wear, sanding should only take place in an emergency, for example for emergency braking.
Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Steuereinrichtung vorzugsweise einen Datenspeicher zum Speichern der von den Sensoren erfassten Signale oder des ermittelten Drehmomentverlaufs. Die Steuereinrichtung ist dabei so eingerichtet, dass eine Lebensdauer, ein Verschleiß und/oder ein geeigneter War tungstermin für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs in Abhängigkeit des Drehmomentverlaufs ermittelt werden. According to the method described above, the control device preferably comprises a data memory for storing the signals detected by the sensors or the determined torque curve. The control device is set up in such a way that a service life, wear and / or a suitable maintenance date are determined for at least one component of the drive train as a function of the torque curve.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen die In the following, the invention is explained in more detail using the attached figures. They show
Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemä ßen Antriebsanordnung; 1 shows a drive train of a rail vehicle with a drive arrangement according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zu einem erfin 2 shows a schematic representation of a flow chart for an invented
dungsgemäßen Verfahren; proper procedure;
Fig. 3 ein Diagramm mit einem ermittelten Drehmomentverlauf und 3 shows a diagram with a determined torque profile and
Fig. 4 eine Belastungsmatrix mit daraus abgeleiteten Ergebnissen. Der in Fig. 1 dargestellte Antriebsstrang 1 weist einen Antriebsmotor 2 und ein daran anschließendes Getriebe 3 zum Schalten verschiedener Gänge, d.h. Übersetzungen auf. Die Ausgangswelle 4 des Getriebes 3 ist über eine Gelenkwelle 5 mit einer Ein gangswelle 6 eines ersten Radsatzgetriebes 7 verbunden. Das erste Radsatzgetrie be 7 weist eine Abtriebswelle 8 und eine weitere Abtriebswelle 9 auf. Die Ab triebswelle 8 bildet eine Radsatzwelle 8 einer ersten Antriebsachse. Die weitere Ab triebswelle 9 ist über eine weitere Gelenkwelle 10 mit einer Eingangswelle 1 1 eines zweiten Radsatzgetriebes 12 verbunden, welches eine weitere Radsatzwelle 13 an treibt. Die beiden Radsatzgetriebe 7 und 12 und die jeweils zugeordneten Radsatz wellen 8 und 13 sind in einem gemeinsamen, nicht dargestellten Drehgestell eines Schienenfahrzeugs in einer sogenannten Master-Slave-Anordnung angeordnet. Da bei dient das erste Radsatzgetriebe 7 als Master, welches über seine weitere Ab triebswelle 9 und das zweite Radsatzgetriebe 12 die weitere Radsatzwelle 13 an treibt. 4 shows a stress matrix with results derived therefrom. The drive train 1 shown in FIG. 1 has a drive motor 2 and an adjoining transmission 3 for shifting different gears, ie gear ratios. The output shaft 4 of the transmission 3 is connected to an input shaft 6 of a first wheel set 7 via a cardan shaft 5. The first wheel set 7 has an output shaft 8 and a further output shaft 9. From the drive shaft 8 forms a wheelset shaft 8 of a first drive axle. From the further drive shaft 9 is connected via a further cardan shaft 10 to an input shaft 1 1 of a second gear set 12, which drives a further gear set shaft 13. The two wheelset transmissions 7 and 12 and the respectively assigned wheelset shafts 8 and 13 are arranged in a common, not shown bogie of a rail vehicle in a so-called master-slave arrangement. Since the first gear set 7 serves as a master, which drives the further gear shaft 13 on its further drive shaft 9 and the second gear set 12 from.
An der Eingangswelle 1 1 , an der Abtriebswelle 8 und an der weiteren Abtriebswelle 9 sind jeweils zwei Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 zum Erfassen einer Drehwinkelstel lung angeordnet. Die Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 1 9 sind mit einer Sensorsteuer einheit 20 und weiter mit einer Steuereinrichtung 21 zur Steuerung der Komponenten des Antriebsstrangs 1 signalübertragend verbunden. In der Fig. 1 sind die signal übertragenden Verbindungen als Strichlinien dargestellt. Diese Verbindungen kön nen mittels Kabelverbindung oder kabellos ausgeführt sein. Vorzugsweise sind diese Verbindungen Teil eines Datenbussystems, beispielsweise eines CAN-Busses, zur Steuerung des Schienenfahrzeugs bzw. dessen Antriebsstrangs 1 . On the input shaft 1 1, on the output shaft 8 and on the further output shaft 9, two sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 for detecting a rotation angle stel are arranged. The sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 are connected in a signal-transmitting manner to a sensor control unit 20 and further to a control device 21 for controlling the components of the drive train 1. In Fig. 1, the signal-transmitting connections are shown as dashed lines. These connections can be implemented by means of a cable connection or wirelessly. These connections are preferably part of a data bus system, for example a CAN bus, for controlling the rail vehicle or its drive train 1.
Die Steuereinrichtung 21 ist dazu eingerichtet mithilfe der erfassten Signale der ge nannten Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 einen Drehmomentverlauf in dem Antriebs strang 1 zu ermitteln. Ferner umfasst die Steuereinrichtung eine Schlupferken nung 22, die auf der Grundlage des ermittelten Drehmomentverlaufs einen Schlupf an zumindest einem Triebrad 24, 25 des Schienenfahrzeugs ermittelt und erkennt.The control device 21 is set up to determine a torque curve in the drive train 1 with the aid of the detected signals from the sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 mentioned. Furthermore, the control device comprises a slip detection 22 which, on the basis of the determined torque curve, determines and detects a slip on at least one drive wheel 24, 25 of the rail vehicle.
Ein Schlupf tritt als Traktionsverlust zwischen zumindest einem der Triebräder 24, 25 und der Schiene 26 auf, auf der das jeweilige Triebrad 24, 25 aufliegt. Die Schlupfer kennung 22 ist vorliegend als ein Teil der Steuereinrichtung 21 ausgeführt. Die Schlupferkennung 22 umfasst Software-Programme, in denen geeignete Algorithmen zur Ermittlung eines Schlupfs abgebildet sind. Slippage occurs as a loss of traction between at least one of the drive wheels 24, 25 and the rail 26 on which the respective drive wheel 24, 25 rests. The slip detection 22 is embodied here as part of the control device 21. The Slip detection 22 comprises software programs in which suitable algorithms for determining a slip are mapped.
Die Steuereinrichtung 21 ist ferner dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erkannten Schlupfs Maßnahmen zum Beenden des Schlupfs zu steuern. So kann die Steuer einrichtung 21 ein Steuersignal zur Reduzierung des Antriebsdrehmomentes an den Antriebsmotor 2 des Antriebsstrangs 1 senden und einen Gangwechsel in dem Ge triebe 3 ansteuern. Dazu ist die Steuereinrichtung 21 mittel weiterer signalübertra gender Verbindungen auch mit dem Antriebmotor 2 und dem Getriebe 3 bzw. einem jeweiligen Steuergerät des Antriebsmotors 2 und des Getriebes 3 verbunden. Ferner kann die Steuereinrichtung 21 bei erkanntem Schlupf eine Besandung 27, 28 aktivie ren, wodurch die Reibung zwischen dem jeweiligen Triebrad 24, 25 und der Schiene 26 erhöht und der Schlupf schnell abgebaut wird. Um unnötigen Verschleiß zu ver meiden soll das Besanden jedoch nur im Notfall erfolgen, beispielsweise zum Not bremsen. Als Besandung 27, 28 ist in der Fig. 1 jeweils eine Vorrichtung zur Besan dung im Bereich der beiden dargestellten Triebräder 24, 25 lediglich schematisch dargestellt. The control device 21 is also set up to control measures for ending the slip as a function of the detected slip. The control device 21 can send a control signal to reduce the drive torque to the drive motor 2 of the drive train 1 and control a gear change in the transmission 3. For this purpose, the control device 21 is also connected to the drive motor 2 and the transmission 3 or a respective control device of the drive motor 2 and the transmission 3 by means of further signal transmission connections. Furthermore, when slip is detected, the control device 21 can activate sanding 27, 28, whereby the friction between the respective drive wheel 24, 25 and the rail 26 is increased and the slip is quickly reduced. In order to avoid unnecessary wear, sanding should only be done in an emergency, for example braking in an emergency. As sanding 27, 28, a device for sanding in the area of the two illustrated drive wheels 24, 25 is shown only schematically in FIG.
Mithilfe dieser Antriebsanordnung kann also ein erstes Drehwinkelsignal an einer ersten Stelle in dem Antriebsstrang 1 erfasst werden, nämlich an der antriebsseitig angeordneten Eingangswelle 6 des Getriebes 3 und ein zweites Drehwinkelsignal kann an einer zweiten Stelle, nämlich an der abtriebsseitig angeordnete Abtriebswel le 8 des Getriebes 3 erfasst werden. Die genannten Drehwinkelsignale werden an die Steuereinrichtung 21 übertragen, welche anhand des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals die Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Stelle und der zwei ten Stelle ermittelt. Das in dem Antriebsstrang 1 anliegende Drehmoment wird von der Steuereinrichtung 21 dann in Abhängigkeit der ermittelten Drehwinkeldifferenz ermittelt. With the help of this drive arrangement, a first angle of rotation signal can be detected at a first point in the drive train 1, namely on the input shaft 6 of the transmission 3 arranged on the drive side, and a second angle of rotation signal can be detected at a second point, namely on the output shaft 8 of the transmission 3 arranged on the output side are recorded. Said rotation angle signals are transmitted to the control device 21, which uses the first and second rotation angle signals to determine the rotation angle difference between the first point and the second point. The torque present in the drive train 1 is then determined by the control device 21 as a function of the determined difference in angle of rotation.
Jeweils zwei Sensoren 14, 15 bzw. 16, 17 sind zum Erfassen je eines Drehwinkel signals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander angeordnet an der Eingangs welle 6 und an der ersten Abtriebswelle 9. Aus den Drehwinkelsignalen zweier Sen soren 14, 15 bzw. 16, 17 wird jeweils die Drehwinkelstellung der zugeordneten Ein- gangswelle 6 bzw. Abtriebswelle 9 bestimmt. Es sind jeweils zwei Sensoren 14, 15 bzw. 16, 17 mit einem Abstand in umfänglicher Richtung an einer Welle angeordnet, um bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung eine tangentiale und/oder radiale Verlagerung der jeweiligen Welle 6 bzw. 9 kompensieren zu können. Two sensors 14, 15 or 16, 17 are each arranged offset from one another in the circumferential direction on the input shaft 6 and on the first output shaft 9 to detect a rotation angle signal. From the rotation angle signals of two sensors 14, 15 and 16, 17 the angle of rotation of the assigned input output shaft 6 or output shaft 9 is determined. Two sensors 14, 15 or 16, 17 are arranged at a distance in the circumferential direction on a shaft in order to be able to compensate for a tangential and / or radial displacement of the respective shaft 6 or 9 when determining the rotational angle position.
Ein Flussdiagramm zeigt in Fig. 2 die wesentlichen Elemente und den Ablauf des Verfahrens zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs. Mittels einer Sensorik 29, wel che beispielsweise die oben beschriebenen Sensoren 14, 15, 16, 17, 18, 19 umfasst, werden Signale erfasst. Die erfassten Signale werden in eine Sensorsteuereinheit 20 übertragen, in der, auf der Grundlage der erfassten Signale, ein in dem Antriebs strang 1 anliegendes Drehmoment ermittelt wird. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel handelt es sich bei den erfassten Signalen um Drehwinkelsignale. In der Sen sorsteuereinheit 20 wird mithilfe der Drehwinkelsignale eine Torsion über den be trachteten Teil des Antriebsstrangs 1 berechnet und daraus ein dementsprechendes Drehmoment ermittelt. Die Ermittlung des anliegenden Drehmoments kann bei spielsweise über den Abgleich mit abgespeicherten Kennlinien erfolgen. A flowchart in FIG. 2 shows the essential elements and the sequence of the method for operating a rail vehicle. Signals are detected by means of a sensor system 29, which includes, for example, the sensors 14, 15, 16, 17, 18, 19 described above. The detected signals are transmitted to a sensor control unit 20 in which, on the basis of the detected signals, a torque present in the drive train 1 is determined. In the present exemplary embodiment, the detected signals are rotation angle signals. In the sensor control unit 20, a torsion over the part of the drive train 1 under consideration is calculated using the angle of rotation signals, and a corresponding torque is determined therefrom. The applied torque can be determined, for example, by comparing it with stored characteristic curves.
Das in der Sensorsteuereinheit 20 ermittelte Drehmoment wird an eine elektronische Schlupferkennung 22 übertragen, wo mittels Algorithmen ermittelt wird, ob ein Schlupf vorhanden ist. Die Schlupferkennung 22 umfasst eine Auswerteelektronik mit Regelalgorithmus sowie eine Schnittstelle zur Ausgabe von Aktionen an den Zugleit rechner z.B. via CAN-Bus. The torque determined in the sensor control unit 20 is transmitted to an electronic slip detection 22, where it is determined by means of algorithms whether a slip is present. The slip detection 22 comprises evaluation electronics with a control algorithm and an interface for outputting actions to the train control computer, e.g. via CAN bus.
Wenn ein Schlupf vorhanden ist, werden von der übergeordneten Steuereinrich tung 21 geeignete Maßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung des vorhandenen Schlupfs eingeleitet. Solche Maßnahmen können umfassen, dass das Antriebsdreh moment an einem Antriebsmotor 2 des Antriebsstrangs 1 abgeregelt wird und/oder dass ein Gangwechsel in dem Getriebe 3 angesteuert wird. If there is a slip, suitable measures to reduce or avoid the existing slip are initiated by the superordinate control device 21. Such measures can include that the drive torque on a drive motor 2 of the drive train 1 is limited and / or that a gear change is triggered in the transmission 3.
In der elektronischen Schlupferkennung 22 wird auch ermittelt, ob ein Verschleiß vor liegt. Wenn ein Verschleiß vorliegt, so wird dieser in einer Wartungsplanung berück sichtigt. Je nach Höhe des Verschleißes wird beispielsweise ein nächster Wartungs termin früher oder später angesetzt. Ferner werden in der Sensorsteuereinheit 20 dynamische Lastspitzen, d.h. Spitzen momente über die Zeit aufgezeichnet. Darüber hinaus können in der Sensorsteuer einheit 20 auch Drehzahlkollektive ausgewertet werden. The electronic slip detection 22 also determines whether there is wear. If there is wear, this is taken into account in a maintenance plan. Depending on the level of wear and tear, for example, the next maintenance appointment is scheduled earlier or later. Furthermore, dynamic load peaks, ie peak moments over time, are recorded in the sensor control unit 20. In addition, speed spectra can also be evaluated in the sensor control unit 20.
Die Daten zu dem ermittelten Drehmoment, insbesondere die genannten dynami schen Lastspitzen, werden von der Sensorsteuereinheit 20 auch an eine Lastkollekti verfassung 30 und an eine Lebensdauerberechnung 31 übertragen. In der Lastkol lektiverfassung 30 werden insbesondere dynamische, das heißt kurzzeitig aufgetre tene, Lastspitzen erfasst und gezählt. Die Lastkollektiverfassung 30 kann daher auch als Belastungszähler verstanden werden. Im Rahmen einer vorausschauenden In standhaltung bzw. Wartung, engl auch„predictive maintenance“, läuft sozusagen der Belastungszähler mit und berücksichtigt durch die hohe Signalauflösung und Dyna mik auch kurzzeitig auftretende Lastspitzen. Im weiteren Verfahrensablauf werden diese Lastspitzen gezählt, klassiert und ausgewertet, um ein schädigungsrelevantes Belastungskollektiv zu erkennen und rechtzeitig geeignete Wartungsarbeiten planen und durchführen zu können. The data on the determined torque, in particular the dynamic load peaks mentioned, are also transmitted from the sensor control unit 20 to a load collective constitution 30 and to a service life calculation 31. Dynamic, that is to say briefly occurring, load peaks are recorded and counted in the Lastkol lective recording 30. The load spectrum recording 30 can therefore also be understood as a load counter. As part of predictive maintenance, the load counter also runs, so to speak, and also takes into account brief peak loads due to the high signal resolution and dynamics. In the further course of the process, these load peaks are counted, classified and evaluated in order to identify a damage-relevant load spectrum and to be able to plan and carry out suitable maintenance work in good time.
So kann mithilfe einer dynamischen Lastüberwachung zusätzlich zur Schlupferken nung eine belastungsbasierte Verschleißdetektion der Radreifen bzw. der Triebräder jeder angetriebenen Achse eines Drehgestells oder eines Schienenfahrzeugs reali siert werden. Der Lebensdauerberechnung 31 können neben dem ermittelten Dreh moment und dem Drehmomentverlauf beispielsweise Größen wie die Drehzahl, Ein wirkdauer, Temperatur und Masse zu Grunde gelegt werden. With the help of dynamic load monitoring, in addition to the slip detection, a load-based wear detection of the wheel tires or the drive wheels of each driven axle of a bogie or a rail vehicle can be realized. The service life calculation 31 can be based on the determined torque and the torque curve, for example, variables such as speed, duration of action, temperature and mass.
In Korrekturtabellen 32 sind die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Über setzungen, Kalibrierungstabellen bzw. Vergleichstabellen und Kompensationsfakto ren abgelegt. Mithilfe der Korrekturtabellen 32 kann auch ermittelt werden, ob eine vorbestimmte Belastungsgrenze erreicht ist. Ist eine solche Belastungsgrenze er reicht, so wird dies wiederum bei der Wartungsplanung berücksichtigt. The translations, calibration tables or comparison tables and compensation factors required to carry out the method are stored in correction tables 32. The correction tables 32 can also be used to determine whether a predetermined load limit has been reached. If such a load limit is reached, this is in turn taken into account in the maintenance planning.
Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm 33 mit einem Drehmomentverlauf wie er mit dem be schriebenen Verfahren erfasst und ermittelt werden kann. In dem Diagramm 33 sind die ermittelten Drehmomente im Antriebsstrang über der Zeit t aufgetragen. Dabei zeigt die Volllinie 34 den Drehmomentverlauf anhand der reellen Messwerte. Die Strichlinie 35 zeigt einen geglätteten Drehmomentverlauf. Bei dem geglätteten Drehmomentverlauf wurde vorliegend die Methode des gleitenden Mittelwerts ange wendet, bei der höhere Frequenzanteile entfernt werden. Der Drehmomentverlauf anhand der reellen Messwerte zeigt deutlich höhere Lastspitzen in kurzen Zeiträu men als der geglättete Drehmomentverlauf. Dies kann sich beispielsweise auswirken, wenn die Komponenten des Antriebsstrangs in einem Schienenfahrzeug durch häu figes Anfahren bei maximaler Personenbeladung an einer Steigung für wenige Milli sekunden überbelastet werden. Im Mittelwert über den gesamten Betrieb wird das Getriebe dabei nur mit einer 80%-Belastung beaufschlagt. So kann im Schadensfall keine Aussage über die Ursache getroffen werden, selbst wenn eine Analyse der Belastungen auf der Basis von Mittelwerten, d.h. von geglätteten Werten vorgenom men wird. Fig. 3 shows a diagram 33 with a torque curve as it can be detected and determined using the method described. In the diagram 33 are the determined torques in the drive train plotted over time t. The solid line 34 shows the torque curve on the basis of the real measured values. The dashed line 35 shows a smoothed torque curve. In the case of the smoothed torque curve, the method of the sliding average was used here, in which higher frequency components are removed. The torque curve based on the real measured values shows significantly higher load peaks in short periods of time than the smoothed torque curve. This can have an effect, for example, if the components of the drive train in a rail vehicle are overloaded for a few milliseconds due to frequent starts with maximum passenger load on an incline. In the mean value over the entire operation, the transmission is only subjected to an 80% load. In the event of damage, no statement can be made about the cause, even if the loads are analyzed on the basis of mean values, ie smoothed values.
Mithilfe der dynamischen Lastüberwachung können dagegen nicht nur gemittelte, d.h. geglättete Lasten entsprechend der Strichlinie 35 in dem Diagramm 33 des Ge triebes erfasst werden, sondern auch hochdynamische Änderungen der Drehmomen te. Deren Belastungsspitzen im Mikrosekundenbereich stellen sich wie Dirac-Impulse dar. Durch die hohe Signalauflösung und Dynamik, können Spitzenwerte und soge nannte Peaks entsprechend der Volllinie 36 in dem Diagramm 33 erfasst werden. Diese liegen oberhalb der spezifizierten Bauteilbestimmungen und sind für einen Einzelimpuls kaum schädigungsrelevant. Treten diese Überschreitung jedoch häufi ger auf, so kann mittels Matrixklassifizierung die Lebensdauer und somit die War tungsintervalle aktiv zu Gunsten der Getriebeverfügbarkeit reduziert werden. With the help of dynamic load monitoring, however, not only averaged, i.e. Smoothed loads are recorded according to the dashed line 35 in the diagram 33 of the transmission, but also highly dynamic changes in the torques. Their load peaks in the microsecond range appear like Dirac pulses. Due to the high signal resolution and dynamics, peak values and so-called peaks can be recorded in accordance with the solid line 36 in the diagram 33. These are above the specified component requirements and are hardly relevant to damage for a single pulse. However, if this excess occurs more frequently, the service life and thus the maintenance intervals can be actively reduced by means of matrix classification in favor of the availability of the transmission.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann also beides berücksichtigt werden, näm lich eine anhand eines geglätteten Drehmomentverlaufs ermittelte Drehmomentbe lastung und nur kurzzeitig auftretende Lastspitzen. Dadurch sind deutlich präzisere Vorhersagen zur Lebensdauer der Komponenten des Antriebsstrangs möglich. Um dies zu erreichen, wird vorteilhaft eine Belastungsmatrix 36 verwendet die in Fig. 4 dargestellt ist und im Folgenden erläutert wird. Mithilfe der Belastungsmatrix 36 wird eine belastungsabhängige Lebensdauer zu mindest einer Komponente des Antriebsstrangs ermittelt, in der einzelne Drehmo mentbelastungen klassifiziert erfasst werden. Die Klassifizierung der Drehmomentbe lastungen wird anhand der jeweiligen Höhe des ermittelten Drehmoments und des sen Verweildauer vorgenommen. Die nicht schraffierten Felder in der Belastungs matrix 36 stellen dabei geringe Belastung dar, die einfach schraffierten Felder stellen mittlere Belastungen dar und die Felder mit einer karierten Schraffur stellen hohe Belastungen dar. Eine hohe Belastung kann dabei sowohl durch ein kurzzeitig hohes Drehmoment als auch durch ein längere Zeit anliegendes mittleres Drehmoment ver ursacht sein. With the proposed method, both can be taken into account, namely a torque load determined on the basis of a smoothed torque curve and load peaks that occur only briefly. This enables significantly more precise predictions about the service life of the components of the drive train. To achieve this, a load matrix 36 is advantageously used, which is shown in FIG. 4 and is explained below. With the aid of the load matrix 36, a load-dependent service life is determined for at least one component of the drive train, in which individual torque loads are recorded in a classified manner. The classification of the torque loads is based on the respective level of the determined torque and its dwell time. The non-hatched fields in the stress matrix 36 represent low stress, the single hatched fields represent medium stresses and the fields with checkered hatching represent high stresses. A high stress can be caused by both a briefly high torque and a medium torque applied for a longer period of time.
Als Ergebnisse 37 lassen sich aus der Belastungsmatrix 36 eine im Hinblick auf die Lebensdauer reduzierte Anzahl an Betriebsstunden, eine Anzahl an verfügbaren Be triebsstunden und einen dazwischenliegenden Grenzbereich ableiten. Diese Ergeb nisse können insbesondere bei der Wartungsplanung berücksichtigt und verwendet werden. Bei einer Darstellung der Ergebnisse gemäß der Fig. 4 entspricht die Höhe der Balken jeweils den zugeordneten Betriebsstunden. Besonders komfortabel ist eine solche Darstellung für den Betreiber oder Wartungsplaner in einem Wartungs programm darstellbar, indem die Balken für noch verfügbare und für reduzierte Be triebsstunden in unterschiedlichen Farben dargestellt werden. As results 37, a number of operating hours reduced with regard to the service life, a number of available operating hours and a limit range in between can be derived from the load matrix 36. These results can be taken into account and used in maintenance planning in particular. When the results are shown according to FIG. 4, the height of the bars corresponds to the associated operating hours. Such a display is particularly convenient for the operator or maintenance planner in a maintenance program, in that the bars for still available and for reduced operating hours are shown in different colors.
Unter Berücksichtigung verschiedener Kompensationsfaktoren aus der oben genann ten Auflistung kann die Lebensdauer dann beispielsweise mithilfe der folgenden Formel berechnet werden: belastungsabhängige Lebensdauer aus der Belastungsmatrix (Betriebsstunden)Taking various compensation factors from the above list into account, the service life can then be calculated using the following formula, for example: Load-dependent service life from the load matrix (operating hours)
Lebensdauer = 100% x Erwartete Lebensdauer unter Idealbedingungen (Betriebsstunden) Bezuaszeichen Antriebsstrang Service life = 100% x expected service life under ideal conditions (operating hours) Designation for the drive train
Antriebsmotor Drive motor
Wechselgetriebe Change gear
Ausgangswelle Output shaft
Gelenkwelle PTO shaft
Eingangswelle Input shaft
erstes Radsatzgetriebe first final drive
Abtriebswelle, erste Radsatzwelle Abtriebswelle Output shaft, first wheelset shaft, output shaft
weitere Gelenkwelle further cardan shaft
Eingangswelle Input shaft
zweites Radsatzgetriebe second final drive
zweite Radsatzwelle second axle
Sensor sensor
Sensor sensor
Sensor sensor
Sensor sensor
Sensor sensor
Sensorsteuereinheit Sensor control unit
Steuereinrichtung Control device
Schlupferkennung Slip detection
Datenspeicher Data storage
Triebrad Driving wheel
Triebrad Driving wheel
Schiene rail
Besandung Sanding
Besandung Sanding
Sensorik Sensors
Lastkollektiverfassung Collective load recording
Lebensdauerberechnung Lifetime calculation
Korrekturtabellen Diagramm Volllinie Correction tables Solid line diagram
Strichlinie Belastungsmatrix Ergebnisse Dashed line stress matrix results

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst, 1. A method for operating a rail vehicle, the method comprising the following steps,
a) Erfassen zumindest eines Signals an einer Komponente eines Antriebsstrangs (1 ) des Schienenfahrzeugs, wobei aus dem zumindest einen Signal ein in dem Antriebs strang (1 ) anliegendes Drehmoment ermittelbar ist, a) Detecting at least one signal on a component of a drive train (1) of the rail vehicle, wherein a torque present in the drive train (1) can be determined from the at least one signal,
b) Ermitteln eines Drehmomentverlaufs auf der Grundlage mehrerer nacheinander erfasster Signale, b) Determination of a torque curve on the basis of several successively acquired signals,
c) Ermitteln eines Schlupfs an zumindest einem Triebrad (24, 25) des Schienenfahr zeugs auf der Grundlage des ermittelten Drehmomentverlaufs, c) determining a slip on at least one drive wheel (24, 25) of the rail vehicle on the basis of the determined torque curve,
d) Abspeichern von Daten, die den Drehmomentverlauf repräsentieren in einem Da tenspeicher (23) einer Steuereinrichtung (21 ) und d) storage of data representing the torque curve in a data memory (23) of a control device (21) and
e) Auswertung der Daten zum Zweck einer Lebensdauerermittlung, einer Ver schleißermittlung und/oder einer Wartungsplanung für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs (1 ). e) Evaluation of the data for the purpose of determining the service life, determining wear and / or planning maintenance for at least one component of the drive train (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Signal ein Drehwinkelsignal ist und wobei im Schritt a) folgende Teilschritte vorgesehen sind, 2. The method according to claim 1, wherein the signal is a rotation angle signal and wherein in step a) the following sub-steps are provided,
aa) Erfassen zumindest eines ersten Drehwinkelsignals an einer ersten Stelle in dem Antriebsstrang (1 ) des Schienenfahrzeugs, aa) detecting at least one first angle of rotation signal at a first point in the drive train (1) of the rail vehicle,
ab) Erfassen zumindest eines zweiten Drehwinkelsignals an einer zweiten Stelle, die in Kraftflussrichtung mit einem Abstand zu der ersten Stelle in dem Antriebsstrang (1 ) angeordnet ist, ab) Detecting at least one second angle of rotation signal at a second point which is arranged in the power flow direction at a distance from the first point in the drive train (1),
ac) Übertragen der Drehwinkelsignale an eine Steuereinrichtung (21 ), ac) transmission of the angle of rotation signals to a control device (21),
ad) Ermitteln einer Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle aufgrund des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals, ad) determining a rotation angle difference between the first point and the second point based on the first and the second rotation angle signal,
ae) Ermitteln des in dem Antriebsstrang (1 ) anliegenden Drehmoments in Abhängig keit der ermittelten Drehwinkeldifferenz. ae) Determining the torque present in the drive train (1) as a function of the rotational angle difference determined.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Stelle eine antriebsseitig angeordnete Eingangswelle (6) eines Getriebes (3) ist, und wobei die zweite Stelle eine abtriebs seitig angeordnete Abtriebswelle (8, 9) des Getriebes (2) ist. 3. The method according to claim 2, wherein the first point is an input shaft (6) of a transmission (3) arranged on the drive side, and wherein the second point is an output shaft (8, 9) of the transmission (2) arranged on the output side.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei an der Eingangswelle (6) und/oder der Ab triebswelle (8, 9) jeweils zwei Sensoren (14, 15, 16, 17, 18, 19) zum Erfassen je ei nes Drehwinkelsignals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, 4. The method according to claim 3, wherein on the input shaft (6) and / or from the drive shaft (8, 9) two sensors (14, 15, 16, 17, 18, 19) for detecting each egg Nes rotation angle signal in the circumferential direction are offset from one another,
wobei aus den Drehwinkelsignalen der zwei Sensoren (14, 15, 16, 17, 18, 19) jeweils die Drehwinkelstellung der Eingangswelle (6) bzw. der Abtriebswelle (8, 9) bestimmt wird, the angular position of the input shaft (6) and the output shaft (8, 9) being determined from the rotational angle signals of the two sensors (14, 15, 16, 17, 18, 19),
wobei bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung der Eingangswelle (6) bzw. einer Abtriebswelle (8, 9) ein Abstand der wenigstens zwei Sensoren (14, 15, 16, 17, 18, 19) in umfänglicher Richtung berücksichtigt wird, so dass eine tangentiale und/oder radiale Verlagerung der Eingangswelle (6) bzw. der Abtriebswelle (8, 9) im Antriebs strang kompensiert wird. whereby a distance between the at least two sensors (14, 15, 16, 17, 18, 19) in the circumferential direction is taken into account when determining the rotational angle position of the input shaft (6) or an output shaft (8, 9), so that a tangential and / or radial displacement of the input shaft (6) or the output shaft (8, 9) in the drive train is compensated.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Steuereinrich tung (21 ) zum Beenden des Schlupfs ein Steuersignal zur Reduzierung eines An triebsdrehmomentes an einen Antriebsmotors (2) des Antriebsstrangs (1 ) sendet und/oder einen Gangwechsel in dem Getriebe (3) ansteuert. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control device (21) for ending the slip sends a control signal to reduce a drive torque to a drive motor (2) of the drive train (1) and / or a gear change in the transmission (3) drives.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine belastungsab hängige Lebensdauer zumindest einer Komponente des Antriebsstrangs (1 ) mithilfe einer Belastungsmatrix (36) ermittelt wird, in der einzelne Drehmomentbelastungen klassifiziert erfasst werden. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein a load-dependent service life of at least one component of the drive train (1) is determined with the aid of a load matrix (36) in which individual torque loads are classified and recorded.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Drehmomentbelastungen nach der jeweili gen Höhe des ermittelten Drehmoments und dessen Verweildauer klassifiziert wer den. 7. The method according to claim 6, wherein the torque loads according to the respective gene level of the determined torque and its dwell time classified who the.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei in dem Datenspei cher (23) der Steuereinrichtung (21 ) Drehzahldaten gespeichert werden, die den Drehzahlverlauf repräsentieren, und wobei die Drehzahldaten bei der Auswertung zum Zweck der Lebensdauerermittlung, der Verschleißermittlung und/oder der War tungsplanung berücksichtigt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the data memory (23) of the control device (21) speed data are stored that represent the speed curve, and wherein the speed data in the evaluation for the purpose of determining the service life, the wear and / or the goods planning are taken into account.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei in dem Datenspeicher (23) der Steuereinrichtung (21 ) Kompensationsfaktoren zur Kompensation von weite ren Einflüssen auf die Lebensdauer von zumindest einer Komponente des Antriebs strangs (1 ) gespeichert werden, und wobei die Kompensationsfaktoren bei der Aus wertung zum Zweck der Lebensdauerermittlung, der Verschleißermittlung und/oder der Wartungsplanung berücksichtigt werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the data memory (23) of the control device (21) compensation factors to compensate for wide Ren influences on the service life of at least one component of the drive train (1) are stored, and wherein the compensation factors in the Evaluation for the purpose of determining the service life, determining wear and / or maintenance planning.
10. Antriebsanordnung für den Antriebsstrang (1 ) eines Schienenfahrzeugs, wobei die Antriebsanordnung zumindest ein Getriebe (3) mit einer antriebsseitig an geordneten Eingangswelle (6) und mit zumindest einer abtriebsseitig angeordneten Abtriebswelle (8) umfasst, 10. Drive arrangement for the drive train (1) of a rail vehicle, the drive arrangement comprising at least one transmission (3) with an input shaft (6) arranged on the drive side and with at least one output shaft (8) arranged on the output side,
wobei an der Eingangswelle (6) und an der zumindest einen Abtriebswelle (8) jeweils mindestens ein Sensor (14, 15, 16, 17) zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl angeordnet ist, wherein at least one sensor (14, 15, 16, 17) for detecting a rotational angle position and / or a speed is arranged on the input shaft (6) and on the at least one output shaft (8),
wobei die Sensoren (14, 15, 16, 17) mit einer Steuereinrichtung (21 ) zur Steuerung der Komponenten des Antriebsstrangs (1 ) signalübertragend verbunden sind, und wobei die Steuereinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist mithilfe der erfassten Signale der genannten Sensoren (14, 15, 16, 17) einen Drehmomentverlauf in dem Antriebs strang (1 ) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, wherein the sensors (14, 15, 16, 17) are connected to a control device (21) for controlling the components of the drive train (1) in a signal-transmitting manner, and wherein the control device (21) is set up for this with the aid of the detected signals of the said sensors (14) , 15, 16, 17) to determine a torque curve in the drive train (1), characterized in that
dass die Steuereinrichtung (21 ) eine Schlupferkennung umfasst die auf der Grundla ge des ermittelten Drehmomentverlaufs einen Schlupf an zumindest einem Triebrad (24, 25) des Schienenfahrzeugs erkennt. that the control device (21) includes a slip detection which detects a slip on at least one drive wheel (24, 25) of the rail vehicle on the basis of the determined torque curve.
1 1 . Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer weiteren Abtriebswelle (9) des Getriebes (3) zumindest ein weiterer Sensor (18, 19) zum Erfassen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl angeordnet ist. 1 1. Drive arrangement according to Claim 10, characterized in that at least one further sensor (18, 19) for detecting a rotational angle position and / or a speed is arranged on a further output shaft (9) of the transmission (3).
12. Antriebsanordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Sensoren zum Erfassen je eines Drehwinkelsignals in umfänglicher Richtung versetzt zueinander an der Eingangswelle (6) und/oder der Abtriebswelle (8) und/oder einer weiteren Abtriebswelle (9) angeordnet sind. 12. Drive arrangement according to claim 10 or 1 1, characterized in that two sensors each for detecting a rotation angle signal offset from one another in the circumferential direction on the input shaft (6) and / or the output shaft (8) and / or a further output shaft (9) are arranged.
13. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit des erkann ten Schlupfs Maßnahmen zum Beenden des Schlupfs zu steuern. 13. Drive arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized in that the control device (21) is set up to control measures for ending the slip as a function of the slip detected.
14. Antriebsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu ereinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist ein Steuersignal zur Reduzierung eines An triebsdrehmomentes an einen Antriebsmotor (2) des Antriebsstrangs (1 ) zu senden und/oder einen Gangwechsel in dem Getriebe (3) anzusteuern. 14. Drive arrangement according to claim 13, characterized in that the control device (21) is set up to send a control signal for reducing a drive torque to a drive motor (2) of the drive train (1) and / or a gear change in the transmission (3 ) head for.
15. Antriebsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist eine Besandung (27, 28) zu aktivie ren. 15. Drive arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the control device (21) is set up to activate a sanding (27, 28).
16. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinrichtung (21 ) einen Datenspeicher (23) zum Speichern der von den Sensoren (14, 15, 16, 17, 18, 19) erfassten Signale oder des ermittelten Drehmomentverlaufs umfasst, und dass die Steuereinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist, eine Lebensdauer, einen Verschleiß und/oder einen geeigneten Wartungstermin für zumindest eine Komponente des Antriebsstrangs (1 ) in Abhängigkeit des Dreh momentverlaufs zu ermitteln. 16. Drive arrangement according to one of claims 10 to 15, characterized in that the control device (21) has a data memory (23) for storing the signals detected by the sensors (14, 15, 16, 17, 18, 19) or the signals determined Includes torque curve, and that the control device (21) is set up to determine a service life, wear and / or a suitable maintenance date for at least one component of the drive train (1) as a function of the torque curve.
PCT/EP2020/055655 2019-03-13 2020-03-04 Method and drive assembly for operating a rail vehicle WO2020182566A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019203379.2A DE102019203379A1 (en) 2019-03-13 2019-03-13 Method and drive arrangement for operating a rail vehicle
DE102019203379.2 2019-03-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020182566A1 true WO2020182566A1 (en) 2020-09-17

Family

ID=69810796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/055655 WO2020182566A1 (en) 2019-03-13 2020-03-04 Method and drive assembly for operating a rail vehicle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019203379A1 (en)
WO (1) WO2020182566A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112200506A (en) * 2020-12-04 2021-01-08 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所 Method and system for counting Chinese European class operation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3210630A (en) * 1963-03-15 1965-10-05 Gen Electric Plural motor drive with differential and synchronous slip control
DE3929497A1 (en) 1989-09-01 1991-03-14 Aeg Westinghouse Transport Self-regulating axle speed controller for electric tracked vehicle - has electronic recognition and control of maximum permissible wheel torque, during acceleration or braking based on wheel slip
EP2202124A2 (en) * 2008-12-23 2010-06-30 Bombardier Transportation GmbH Detecting the interruption in the drive power flow of a railway vehicle
DE102016005248A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Device and method for optimizing the Kaftschlussausnutzung between wheel and rail

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK335584D0 (en) * 1984-07-06 1984-07-06 Dme Danish Micro Eng As PROCEDURE AND APPARATUS FOR MONITORING THE OPERATION OF A CYLICALLY MOVING ELEMENT
GB2392983A (en) * 2002-09-13 2004-03-17 Bombardier Transp Gmbh Remote system condition monitoring
DE102011008979A1 (en) * 2011-01-20 2012-07-26 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Arrangement and method for residual life estimation for drive trains
DE102011119466A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-29 Robert Bosch Gmbh Method for determining a total damage of at least one rotating component of a drive train

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3210630A (en) * 1963-03-15 1965-10-05 Gen Electric Plural motor drive with differential and synchronous slip control
DE3929497A1 (en) 1989-09-01 1991-03-14 Aeg Westinghouse Transport Self-regulating axle speed controller for electric tracked vehicle - has electronic recognition and control of maximum permissible wheel torque, during acceleration or braking based on wheel slip
EP2202124A2 (en) * 2008-12-23 2010-06-30 Bombardier Transportation GmbH Detecting the interruption in the drive power flow of a railway vehicle
DE102016005248A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Device and method for optimizing the Kaftschlussausnutzung between wheel and rail

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112200506A (en) * 2020-12-04 2021-01-08 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所 Method and system for counting Chinese European class operation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019203379A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2379381B1 (en) Brake system of a rail vehicle with compensation of fluctuations of the friction conditions
EP1423827B1 (en) Device and method for the early recognition and prediction of unit damage
EP2630013B1 (en) Method for controlling an antislip-regulated friction brake system of a rail vehicle
EP1436521A1 (en) Control method for adjusting a disk brake
WO2008000558A1 (en) Regulating and control system in a vehicle combination
EP0938987A2 (en) Method and apparatus for monitoring the tyre pressure of motor vehicle wheels
EP2753513A2 (en) Determining a braking force for a rail vehicle
EP2379382B1 (en) Brake system of a rail vehicle with reduced stick-slip effect
WO2018041570A1 (en) Method and device for optimising wear in rail vehicles
EP2670644B1 (en) Method and device for monitoring the proper functioning of at least one first and a second component of a vehicle drive train
EP3517927A1 (en) Method and device for early detection of a crack in a wheelset for a rail vehicle
WO2020182566A1 (en) Method and drive assembly for operating a rail vehicle
WO2017016899A1 (en) Method and system for analysing the wear behaviour of brake linings
EP2603407B1 (en) Traction aid function for vehicles having a plurality of driven axles
DE102004008383A1 (en) Method for compensating for variation in transmission characteristics of an electronic brake system involves determining operating parameters in two operating conditions and compensating for differences
DE102017207383B4 (en) Method for determining a state of a clutch
DE102010045720B4 (en) Monitoring of measuring arrangements with transducers for the determination of speed values and / or speeds in rail vehicles
EP1190885A2 (en) Method and system for limiting vehicle speed and/or estimating the vertical load on a vehicle
DE102017222324A1 (en) Method and device for determining a state of wear of wheels of a rail vehicle
DE102013019483A1 (en) Method and device for vibration damping of a driven axle with moment transverse distribution
DE102009050387A1 (en) System for determining torsion angle- change of drive strand of vehicle, has evaluation device for determining change of torsion angle of drive strand by comparative evaluation of detected driving speed and wheel speed dependent parameters
EP3124342A2 (en) Method for controlling one or more brakes of a vehicle
DE102015111409B3 (en) Method for determining forces and / or torques
EP1030044A2 (en) Device for adapting the torque of an engine torque model
DE102011000331A1 (en) Method for determination of torque affecting crankshaft in diesel engine of passenger car, involves determining rotational torque producing moment reaction based on detected moment reaction using semi-physical or empirical model

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20711071

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20711071

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1