WO2023099756A1 - Verfahren und einrichtung zur beeinflussung einer fahrgeschwindigkeit eines schienenfahrzeugs - Google Patents

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WO2023099756A1
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braking
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Ulf Friesen
Ralf FURTWÄNGLER
Fabian Hauss
Werner Machane
Gerhard Stahlbauer
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for influencing a driving speed of a rail vehicle, which has a friction brake system comprising at least one friction element, according to the preambles of claims 1 and 11 .
  • the invention also relates to a rail vehicle with such a device according to claim 19 and a computer program containing the method according to claim 20.
  • Rail vehicles often have electrodynamic brakes and, in addition, a friction brake system (blending), with the electrodynamic brakes being primarily used in order to reduce brake wear on the friction brake system. Although some rail vehicles have a friction braking system, they do not have electrodynamic brakes.
  • service braking may have to be carried out mainly or exclusively with the friction brake system.
  • the fluctuation of the coefficient of friction p of the brake disc/brake pad pairing increases and with it the probability that the coefficient of friction p will decrease.
  • Brake fading is understood to mean the reduction in the braking effect of a friction brake system due to heating.
  • the maximum speed of the rail vehicle is limited by a maximum permitted speed depending on the situation. Besides that This is intended to minimize undesirable side effects of braking, such as brake wear, brake noise and/or brake smell or smoke.
  • the generic WO 2018/054736 A1 discloses a method for influencing a permissible driving speed, among other things, of a rail vehicle in particular with a friction brake system, in which a braking effect is generated by friction elements pressing against one another, at least from information about a speed, a brake pressure and an outside temperature of the vehicle and at least the temperatures of one of the friction elements are predicted over absolute times, with heat conduction through the friction element and speed-dependent cooling of this friction element also being taken into account in order to influence the permissible driving speed, among other things, with regard to a calculated permissible driving profile.
  • the heat conduction through the friction element can be taken into account quite precisely in the calculations, since this is a material-dependent influencing factor with a small spread. However, this does not apply to the influencing factor of a speed-dependent cooling of the friction element. This is because influences in this regard, such as a disruption in the air flow or a change in humidity, produce a very high scatter range, which can falsify the forecast result.
  • the present invention is based on the object of further developing a method and a device of the type described above in such a way that undesirable side effects during braking are reliably reduced without the speed of the rail vehicle having to be reduced too much.
  • a rail vehicle with such a device is also to be made available.
  • the background to the considerations according to the invention is that during operation or when the rail vehicle is in motion in a current driving situation, at least one parameter is determined which characterizes the current driving situation, and that, based on the current driving situation, a braking process is fictitiously carried out, for example simulated.
  • the initial situation is therefore the current driving operation situation, in which the rail vehicle travels, for example, at a specific speed and load and under specific environmental and route conditions along a route that is, for example, level or has a specific gradient or a specific incline.
  • the speed, the load, the gradient or the gradient of the route are then recorded as parameters.
  • Undesirable side effects should not only be reduced in relation to the current driving situation, but also remain within a predefined framework in the event that defined braking is carried out in the current driving situation.
  • a predictive (predicted) temperature T pred would then set on or in the at least one friction brake element, which is calculated or estimated using a model.
  • the predicted temperature T pred of the friction element is the sum of the current temperature T act and the temperature rise AT that results from a fictitious braking:
  • the predicted temperature T pred that is calculated or estimated on the basis of the current driving situation and the fictitious braking process performed , would then cause a certain level of an undesirable first side effect in the form of brake wear on the friction element, and/or a certain level of an undesirable second side effect in the form of brake noise, and/or a certain level of an undesired third side effect in the form of brake smoke or brake smell .
  • the invention is based on the finding that the undesired side effects each correspond to a specific maximum allowable brake element temperature T max that must not be exceeded during ferry operation so that the extent of the respective side effect remains below a desired limit.
  • the predictive friction element temperature (T pred ) of the friction element (1, 2) has a specific maximum permitted driving speed (v maxA n 0W ed) of the rail vehicle related to at least one of the accompanying phenomena in an assignment (r) is assigned, in which the extent of the respective accompanying phenomenon occurring at the predicted friction element temperature (T pred ) of the friction element (1, 2) is as great as a maximum permitted extent of this accompanying phenomenon of the predicted friction element temperature (T pred ) of the friction element, and in addition the current friction element temperature (T act ) or the predicted friction element temperature (T P red) of the friction element (1, 2) with a maximum friction element temperature (T max ) related to this accompanying phenomenon of the friction element (1, 2) is compared.
  • the resulting comparison result is evaluated according to the invention on a case-by-case basis in order to force a speed reduction in a critical driving situation mentioned first below, whereas a speed reduction is recommended in a driving situation that is only questionable.
  • a mandatory signal is issued to reduce the driving speed (v) to zero or below the maximum permitted driving speed (v maxA
  • T pred the maximum permitted driving speed
  • 0W ed the maximum permitted driving speed
  • v min the maximum permitted driving speed
  • 0W ed the maximum permitted driving speed
  • the driving speed of the rail vehicle is limited as a function of temperature in such a way that when braking, the extent of at least one of several side effects that are harmful to the environment or components, in particular brake lining wear, brake noise and brake smell, right through to brake smoke, is reduced on a case-by-case basis.
  • This enables a differentiated response to driving situations that cause undesirable side effects, which is then responded to appropriately. In this way, in particular, an energy-consuming overreaction to a driving situation that is only questionable can also be avoided.
  • the predictive temperature T pred of the friction member Since the predictive temperature T pred of the friction member has a significant influence on each degree of the above-mentioned side effects, the predictive temperature T pred of the friction element is considered to represent the level of the side effect.
  • the predicted temperature T pred of the friction element and the driving speed v of the rail vehicle, because braking from a relatively high driving speed v entails a relatively high predicted temperature T pred .
  • a correlation or association between the predicted temperature T pred and the running speed v of the rail vehicle is therefore established in the model.
  • the model determines a specific maximum permissible driving speed VmaxAiiowed, which is related to the respective side effect(s) and which not only takes into account the current driving operation situation, but also a fictitious braking operation. This means that if, for example, the railcar driver or an Automatic Train Operation (ATO) in a driving situation with a driving speed v, which is at most as large as the specific maximum permitted driving speed v maxA n owed , a would cause braking, then the respective side effect would still be in the permitted range.
  • ATO Automatic Train Operation
  • the speed potential should be exploited, which still exists in a current driving situation until the maximum extent of the relevant side effect(s) is reached, if in the current driving operation situation, for example, the maximum extent of the relevant side effect(s) , for example an upper permissible limit for brake wear and/or for brake smoke and/or for brake smell and/or for brake noise has not yet been reached. Consequently, the specific maximum permissible driving speed v maxA nowed can also represent an optimal speed.
  • the invention relates to a method for influencing the driving speed of a rail vehicle, which has a friction brake system comprising at least one friction element, the influencing taking place depending on at least one extent of a first, second or third accompanying phenomenon which occurs in a current driving operation situation of the rail vehicle would result from the braking process that is notionally performed by the friction brake system, with the method a) recording at least one parameter which characterizes the current driving operation situation of the rail vehicle, and in which b) the first side effect is the brake wear caused by the notionally performed braking process in the current driving operation situation of the at least one friction element, and/or as a second side effect, the noise caused in the current driving situation by the fictitious braking process, and/or as a third side effect, the brake smell or smoke caused in the current driving situation by the fictitious braking process, and at a predictive friction element temperature (T pred ) of the friction element is calculated by means of a model, preferably a simulation model, c) on the
  • the invention relates to a device for influencing a driving speed of a rail vehicle, which has a friction brake system comprising at least one friction element, the device being designed such that the influencing depends on at least one extent of a first, second or third accompanying phenomenon occurs, which would arise in the event of a braking process that is notionally carried out by the friction brake system in a current driving operation situation of the rail vehicle, the device comprising at least the following: a) Recording means connected to the rail vehicle, which are designed to record at least one parameter , which characterizes the current driving operation situation of the rail vehicle, b) a computing unit in which a model, in particular a simulation model, is implemented, c) a control device which is designed to influence the driving speed of the rail vehicle, d) the model including steps and calculations such states that it d1 ) as a first side effect the brake wear of the at least one friction element caused by the braking process performed fictitiously in the current driving situation, and/or as a second side effect
  • one of the three specific maximum permitted driving speeds v maxA nowed could be used as the maximum driving speed of the rail vehicle in sections. It is also conceivable to weight specific maximum permitted driving speeds v maxA nowed for at least two side effects when determining the maximum driving speed of the rail vehicle.
  • this specific maximum permitted driving speed v maxA iiowed represents a maximum permitted speed of the rail vehicle, which is based on the first accompanying phenomenon and/or the second concomitant and/or the third concomitant is related. It is of course possible that the rail vehicle is operated at a lower driving speed in relation to the specific maximum permitted driving speed v maxA iiowed.
  • this specific maximum permitted driving speed v maxA nowed also represents an optimal speed of the rail vehicle, because the potential described above is then fully utilized.
  • a rail vehicle is to be understood here as meaning any type of track-bound vehicle with a drive unit, in particular traction vehicles or also without a drive unit such as wagons in rail vehicle formations and a rail vehicle formation made up of a number of rail vehicles.
  • a model should be understood to mean any mathematical model that can be implemented by a storable program in a computing unit and with the help of which the variables mentioned can be calculated based on the parameters.
  • the parameter cannot be a temperature variable.
  • a purpose of the model is to estimate or calculate the predicted friction element temperature T pred from the at least one parameter, but the predicted friction element temperature T pred is preferably not measured by a temperature sensor. Temperature sensors can then advantageously be avoided, the expense of which for assembly, wiring, calibration and implementation is relatively high.
  • the recommendation signal be output in the form of binary acoustic and/or visual speed reduction information until the desired reduction or increase in driving speed (v) is achieved.
  • the recommendation signal can be output as special acoustic and/or visual information that indicates the amount by which the driving speed (v) is to be reduced in order to achieve the desired reduction or increase in the driving speed (v).
  • a further development of the method proposes that in the model first values of the current friction element temperature T act of the friction element be assigned second values of the running speed v act of the rail vehicle in such a way that a permitted range (T act , v act ) of first values T act and second values v act , at which the magnitude of the first accompanying phenomenon occurring at the predicted friction element temperature of the friction element is at most as great as a maximum permitted magnitude of the first accompanying phenomenon, and/or at which the predicted friction element temperature of the friction element occurring extent of the second accompanying phenomenon is at most as great as a maximum permitted extent of the second accompanying phenomenon, and/or in which the extent of the third accompanying phenomenon occurring at the predicted friction element temperature of the friction element is at most as great as a maximum permitted extent the third side effect.
  • the permitted range (T act , v act ) is delimited by an edge curve r, which defines the association between the specific maximum permitted driving speed v maxA iiowed and the predicted friction element temperature T pred .
  • the current temperature T act of the friction element is determined, measured or estimated. Furthermore, the current speed v act of the vehicle is known.
  • the predictive friction element temperature Tp red is calculated from the given T act and v act , ie the fictitious target temperature if a defined braking were to be carried out at the current time.
  • T pred must never be greater than T max ; ideally, T pred is just below it. How large T pred can actually be can be read from the boundary curve r.
  • the imaginary braking process can be carried out with a specific braking effect, a specific braking force or with a specific braking pressure or with a specific braking torque.
  • the fictitious braking process can also be carried out with a standardized type of braking, with at least one of the following types of braking being used as the standardized type of braking: emergency braking, emergency braking, emergency braking, emergency braking, service braking in accordance with DIN EN 14478:2005-06.
  • At least one of the following parameters can be used as a parameter that characterizes the current driving operation situation of the rail vehicle: the current speed of the rail vehicle, the current braking force, the current braking torque, the current brake pressure, the ambient temperature of the rail vehicle, the current load and/or loading of the rail vehicle, an uphill or downhill gradient on the route traveled by the rail vehicle.
  • the friction element can in particular contain a brake disc and/or a brake pad of a disc brake of the friction brake system.
  • Limiting or setting the driving speed of the rail vehicle to the specific maximum permissible driving speed (v maxA n 0W ed) can be carried out in particular by an Automatic Train Operation (ATO) or by a train driver (Tf).
  • ATO Automatic Train Operation
  • Tf train driver
  • the driving speed of the rail vehicle can be influenced using the wheel braking device for which the smallest amount of the specific maximum permitted or allowed driving speed v maxA
  • the influencing of the driving speed described above by determining the specific maximum permissible driving speed can relate to a local friction braking device, ie for example to a specific disc brake.
  • a local friction braking device ie for example to a specific disc brake.
  • Various methods can be used for consolidation:
  • the absolute smallest specific maximum permitted speed v maxA n owed (determined via all friction braking devices in the train) is used as the maximum permitted driving speed of the entire rail vehicle formation.
  • VmaxAiiowed i values can be sorted into a series of increasing values and taken from the smallest X percent (where X is a predefined percentage) and then an average or highest value of the smallest X percent.
  • the parameter that characterizes the current driving operation situation can be at least one of the following parameters: the current speed of the rail vehicle, the current braking force, the current braking torque, the current braking pressure, the ambient temperature of the rail vehicle, the current load and/or or loading of the rail vehicle, an uphill or downhill gradient on the route traveled by the rail vehicle, service or emergency braking with a braking effect which is less than that Braking effect with the defined type of braking.
  • This list is not exhaustive.
  • other parameters are conceivable which can characterize a current driving operation situation of a rail vehicle, such as a coefficient of friction between the wheels and the rails.
  • the at least one friction element of the friction brake system can preferably contain a brake disc and/or a brake pad of a disc brake of the friction brake system.
  • the model can be designed so that first values of the current friction element temperature (T act ) of the friction element are assigned second values of the running speed (v act ) of the rail vehicle in such a way that a permitted range (T act , v act ) is defined by first values (T act ) and second values (v act ), in which the extent of the first accompanying phenomenon occurring at the current friction element temperature (T act ) of the friction element is at most as great as a maximum permitted extent of the first accompanying phenomenon , and/or in which the extent of the second accompanying phenomenon occurring at the current friction element temperature (T act ) of the friction element is at most as great as a maximum permitted extent of the second accompanying phenomenon, and/or in which the at the current friction element temperature (T act ) of the friction element (1) the extent of the third accompanying phenomenon that occurs is at most as great as a maximum permitted extent of the third accompanying phenomenon, with the permitted range (T act , v act ) being limited by an edge curve (r) which Assignment
  • the control device can preferably be included in the device by an Automatic Train Operation (ATO).
  • ATO Automatic Train Operation
  • the device can also include first selection means interacting with the model, with which the first and/or the second and/or the third accompanying phenomenon can be selected.
  • the selection means can further comprise a control panel with which an operator can select the first and/or the second and/or the third concomitant, in which case the model based on the selected concomitant(s) carries out the calculations, assignments and steps described above executes
  • the device can also be designed with the model that the imaginary braking process is carried out with a specific braking effect, a specific braking force or with a specific braking pressure or with a specific braking torque.
  • the model can be designed in the device so that the fictitious braking process is carried out with a defined type of braking, the model using at least one of the following types of braking as the defined type of braking: emergency braking, emergency braking, emergency braking, emergency braking, service braking.
  • the model can also be designed in the device so that it uses at least one of the following parameters as a parameter that characterizes the current driving operation situation of the rail vehicle: the current speed of the rail vehicle, the current braking force, the current braking torque, the current brake pressure, the ambient temperature of the rail vehicle, the current load and/or loading of the rail vehicle, an uphill or downhill gradient on the route traveled by the rail vehicle.
  • the invention also relates to a rail vehicle with a device as described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a pneumatic friction brake device with a brake disk and a brake caliper with brake pads;
  • FIG. 2 shows a functional diagram of an exemplary embodiment of a device according to the invention for an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention according to a preferred embodiment
  • FIG. 4 shows a diagram in which an association between a current friction element temperature T act and the driving speed v as well as a permitted range under an edge curve T for the exemplary side effect “brake wear” are shown.
  • a section of a friction brake device of a rail vehicle, shown schematically in FIG. 1, shows a pneumatic disk brake.
  • This includes a first friction element 1, which is designed, for example, as a brake disc, which is mounted on an axle of the rail vehicle, not shown, and a brake caliper.
  • the brake caliper has a second friction element 2, which includes two brake pads.
  • the brake caliper has a brake cylinder 4 with compressed air connections 6 and a piston 5 as well as a linkage 3 .
  • the piston 5 actuates the linkage 3, as a result of which the brake pads arranged on the linkage 3, ie the second friction element 2, are pressed against the brake disc, ie the first friction element 1.
  • Compressed air from a compressed air system (not shown) of the rail vehicle is applied to the piston 5 via the compressed air connections 6 in order to actuate the linkage 3 .
  • the compressed air system has components for controlling and regulating the friction brake device, such as compressors, brake control devices, etc.
  • a preferred embodiment of a device for influencing the driving speed of the rail vehicle, shown in FIG. 2, has a computing unit 7 in which a model is implemented, with which calculations, assignments and steps are carried out in accordance with the method according to the invention.
  • the device also includes a vehicle control 8 designed as a control unit, with which the driving speed v of the rail vehicle is influenced on the basis of the results of the calculations, assignments and steps of the model.
  • the vehicle controller 8 is also set up, in particular, to directly implement a forced signal to reduce the driving speed.
  • a recommendation signal can also be implemented directly.
  • the compulsory and recommendation signals resulting from the computing unit 7 according to the method according to the invention explained below can also be output to the driver by a display unit 9 .
  • Pressing the first friction element 1 and the second friction element 2 against each other causes a braking effect on the rail vehicle.
  • the kinetic energy of the rail vehicle is converted into heat, which causes the temperature of the first friction element 1 and the second friction element 2 to rise.
  • Detaching the first friction element 1 and the second friction element 2 from one another causes a reduction or cancellation of the braking effect on the rail vehicle.
  • This, as well as an effect of known heat transfer principles reduces the temperatures in the first friction element 1 and in the second friction element 2, i.e. the first friction element 1 and the second friction element 2 cool down.
  • the temperature behavior described is calculated or estimated using the method according to the invention.
  • the device includes a vehicle speed sensor 10 for detecting a vehicle speed v, a brake pressure sensor 11 for detecting a brake pressure p and thus a braking force F B , an ambient temperature sensor 12 for detection an ambient temperature Tu, a time measuring device 13 for recording an absolute time t and the display unit 9 already mentioned above, which are connected to a computing unit 7 via corresponding data lines.
  • the driving speed sensor 10, the brake pressure sensor 11 and the ambient temperature sensor 12 are arranged in a chassis of the rail vehicle, not shown. However, it is also conceivable that the driving speed v and the brake pressure p are read into the processing unit 7 from a data bus system of the rail vehicle.
  • the brake pressure p is approximately determined from a deceleration and a mass to be braked.
  • the deceleration is calculated, for example, by differentiating the driving speed v, and the mass m to be braked is determined via a load braking device.
  • the time measuring device 13 and the computing unit 7 are implemented in a control unit (not shown) and arranged in a car body (not shown). Via corresponding data lines, arithmetic logic unit 7 receives data relating to vehicle speed v from vehicle speed sensor 10, data relating to braking pressure p or braking force F B from brake pressure sensor 11, data relating to ambient temperature Tu from ambient temperature sensor 12, and data relating to the time from timer 13 Absolute time t (time stamp) and performs arithmetic operations according to the method of the invention.
  • configuration data of the rail vehicle that has been entered into the computing unit 7 can also flow into the computing operations.
  • a current driving operation situation of the rail vehicle is characterized using the driving speed v, the ambient temperature Tu, the absolute time t and the configuration data.
  • a preparatory step 100 in order to carry out the method according to the invention on the basis of practical tests and/or technical experience, one or more boundary curves T created and provided, which limits the range of all pairs of values T_act , v_act below the curve, for which even with a defined braking from T_act , v_act the friction element temperature increases only to the extent that the new temperature T_ pred
  • T_pred - T_act + AT still remains below a maximum permissible friction element temperature, which does not allow the associated side effect - for example brake wear - to occur or only to a small, tolerable extent.
  • the shape of the edge curve T depends on the type of side effect, on the physical properties of the friction element-brake disc combination and on the defined fictitious type of braking.
  • the current driving operation situation FBS of the rail vehicle is used, which can either be determined currently or which is stored in a retrievable manner.
  • the current driving situation is characterized by the following technical parameters: braking pressure p or braking force, driving speed v, surface temperature of the friction element—preferably a brake disk—T_act, ambient temperature Tu, time (stamp) t and various configuration data.
  • a subsequent step 300 it is determined which of the disruptive side effects brake wear, brake noise, brake smell or smoke is to be minimized, which also involves a selection of the fictitious type of braking and the associated associated side effect-specific edge curve T.
  • the calculation of the predictive temperature T pred as a function of the current speed v act is already implicitly contained as a pair of values.
  • a predictive friction element temperature T pred of the friction element is calculated or estimated or measured on the basis of this input information using a fictitious braking process, which is in or on the Friction element would set if the braking process is performed fictitious in the current driving situation of the rail vehicle. This also results in a pair of values T pred , v act related to the assigned speed.
  • the fictitious braking process can be carried out using a simulation model, for example.
  • step 500 it is determined whether the pair of values T act , v act is still below the course of the boundary curve T or whether the temperature T pred alternatively calculated in step 400 is less than the maximum permissible temperature T max . If not, the predictive temperature T pred would exceed the maximum permitted temperature T max in a fictitious braking. Specifically, the current friction element temperature T act or the predicted friction element temperature T pred of friction element 1, 2 is compared with the maximum friction element temperature T max of friction element 1, 2 related to this accompanying phenomenon.
  • 0W ed predefined cooling speed v min generated.
  • a recommendation signal to reduce the driving speed v generated to at least the permitted driving speed v maxA nowed In the event that the predicted friction element temperature T pred is above the maximum friction element temperature T max , but the current friction element temperature T ac t is below the maximum friction element temperature T max ), a recommendation signal to reduce the driving speed v generated to at least the permitted driving speed v maxA nowed.
  • the generated mandatory or recommendation signal is output in step 700 for information to the driver.
  • a recommendation signal represents an action recommendation for the driver, whereas a compulsory signal is to be regarded as a command signal.
  • step 800 at least the compulsory signal is sent directly to a control unit of the vehicle control system as a target value for reducing the current driving speed v to the concomitant-specific maximum permitted driving speed (VmaxAiiowed).
  • the method according to the invention is illustrated in FIG. 4 as an example for the case of the accompanying phenomenon “brake wear”.
  • the boundary curve T is selected in such a way that for each pair of values T act , v act below this boundary curve T, i.e. in the shaded area, the value of the brake disc temperature is never greater than that for the wear optimization becomes a critical temperature value T max . If this maximum value is nevertheless exceeded, this results in the compulsory signal explained above for an unconditional speed reduction.
  • boundary curve T depends on device-specific factors, such as material composition and dimensioning of the brake unit, and situation-related requirements, such as temperature safety, even under predefined braking scenarios.
  • optimized value pairs for T act , v act lie on the edge of the boundary curve T. If a value pair T act , v act lies below the boundary curve T, the speed v can be increased to a value VmaxAiiowed while maintaining the temperature, so that the pair of values T act , v maxA
  • the predictive friction element temperature T pred can be determined geometrically with this diagram.
  • the actual, current state, which is described by the pair of values Tact, v act is a coordinate point in the diagram. Starting from this, T pred can be determined as follows:
  • an optimization of the speed v is not desirable or possible in all cases.
  • a reduction in the side effects has a higher priority than an optimized speed v.
  • there are operational framework conditions that do not permit such a speed increase for example driving through residential areas at a reduced speed, entering bus stops at a reduced speed, or the like.
  • this method can also be used to compensate for delays in the timetable on suitable routes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement (1, 2) umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, wobei die Beeinflussung abhängig von wenigstens einer Begleiterscheinung erfolgt, insbesondere Bremsbelagverschleiß, Bremslärm und/oder Bremsgeruch, welche bei einem in einer aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs durch das Reibungsbremssystem fiktiv durchgeführten Bremsvorgang entstehen würde und darauf basierende steuerungstechnische Empfehlungs- und Zwangssignale erzeugt.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11 . Die Erfindung betrifft auch ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Einrichtung gemäß Anspruch 19 sowie ein das Verfahren beinhaltendes Computerprogramm nach Anspruch 20.
Gebiet der Erfindung
Schienenfahrzeuge weisen oft elektrodynamische Bremsen und zusätzlich ein Reibungsbremssystem auf (Blending), wobei die elektrodynamischen Bremsen vorrangig zum Einsatz kommen, um den Bremsverschleiß des Reibungsbremssystems zu reduzieren. Manche Schienenfahrzeuge weisen zwar ein Reibungsbremssystem, aber keine elektrodynamischen Bremsen auf.
Daher kann es bei einem kompletten oder teilweisen Ausfall der elektrodynamischen Bremsen vorkommen, dass eine Betriebsbremsung hauptsächlich oder ausschließlich mit dem Reibungsbremssystem durchgeführt werden muss. Je höher die Bremseintrittsgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ist, d.h. je höher die Geschwindigkeit ist, bei welcher mit der Reibungsbremsung begonnen wird, desto höher ist der Energieeintrag und damit die Temperaturerhöhung der Bremsscheiben und Bremsbeläge. Als Konsequenz erhöht sich die Schwankung des Reibbeiwerts p der Bremsscheibe-Bremsbelag-Paarung und damit die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Reibbeiwert p verringert. Bei hohen Bremseintrittsgeschwindigkeiten besteht daher die Gefahr, dass sich aufgrund von Bremsfading die Bremswege verlängern.
Unter Bremsfading (Bremsschwund) versteht man hierbei das Nachlassen der Bremswirkung eines Reibungsbremssystems durch Erwärmung. Um Bremsfading zu vermeiden, wird die maximale Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs situationsbedingt limitiert durch eine maximal erlaubte Geschwindigkeit. Außerdem sollen hierdurch unerwünschte Begleiterscheinungen des Bremsens, wie Bremsverschleiß, Bremslärm und/oder Bremsgeruch oder -rauch minimiert werden.
Stand der Technik
Die gattungsgemäße WO 2018/054736 A1 offenbart ein Verfahren zur Beeinflussung einer u.a. zulässigen Fahrgeschwindigkeit eines insbesondere Schienenfahrzeugs mit einem Reibungsbremssystem, bei dem eine Bremswirkung durch ein Gegeneinanderdrücken von Reibelementen erzeugt wird, wobei zumindest aus Informationen über eine Geschwindigkeit, einen Bremsdruck und eine Außentemperatur des Fahrzeugs sowie über Absolut-Zeiten zumindest Temperaturen eines der Reibelemente prognostiziert werden, wobei auch eine Wärmeleitung durch das Reibelement sowie eine geschwindigkeitsabhängige Abkühlung dieses Reibelements berücksichtigt werden, um die u.a. zulässige Fahrgeschwindigkeit hinsichtlich eines berechneten zulässigen Fahrprofils zu beeinflussen.
Zwar lässt sich im Rahmen der Berechnungen die Wärmeleitung durch das Reibelement recht exakt berücksichtigen, da es sich hierbei um einen matenalabhängigen Einflussfaktor mit geringer Streubreite handelt. Dies trifft jedoch nicht auf den Einflussfaktor einer geschwindigkeitsabhängigen Abkühlung des Reibelements zu. Denn diesbezügliche Einflüsse, wie eine Störung in der Luftströmung oder eine veränderte Luftfeuchtigkeit erzeugen eine recht hohe Streubreite, welche das Prognoseergebnis verfälschen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der vorstehend beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass unerwünschte Begleiterscheinungen beim Bremsen zuverlässig reduziert werden, ohne dass die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu stark herabgesetzt werden muss. Ebenso soll ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Einrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 , 11 , 19 oder 20 gelöst. Offenbarung der Erfindung
Hintergrund der erfindungsgemäßen Überlegungen ist, dass im Betrieb bzw. unter Fahrt des Schienenfahrzeugs in einer aktuellen Fahrbetriebssituation wenigstens ein Parameter ermittelt wird, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation charakterisiert, und dass ausgehend von der aktuellen Fahrbetriebssituation ein Bremsvorgang fiktiv durchgeführt wird, beispielsweise simuliert wird.
Die Ausgangssituation bildet daher die aktuelle Fahrbetriebssituation, in welcher das Schienenfahrzeug beispielsweise mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Beladung und unter bestimmten Umgebungs- und Streckenbedingungen entlang einer Strecke fährt, welche beispielsweise eben ist oder ein bestimmtes Gefälle oder eine bestimmte Steigung aufweist. Beispielsweise die Geschwindigkeit, die Beladung, das Gefälle bzw. die Steigung der Strecke werden dann als Parameter erfasst.
Unerwünschte Begleiterscheinungen sollen nicht nur in Bezug auf die aktuelle Fahrbetriebssitutation reduziert werden, sondern auch in einem vordefinierten Rahmen bleiben für den Fall, dass in der aktuellen Fahrbetriebssituation eine definierte Bremsung ausgeführt wird.
Durch die aktuelle Fahrbetriebssituation, welche beispielsweise unter einer bestimmten Umgebungstemperatur stattfindet, die dann ebenfalls auf das Reibungsbremselement einwirkt, und durch den fiktiv durchgeführten, beispielsweise simulierten Bremsvorgang würde sich dann an oder in dem wenigstens einem Reibungsbremselement eine prädiktive (vorhergesagte) Temperatur Tpred einstellen, welche mittels eines Modells berechnet oder geschätzt wird. Die prädiktive Temperatur Tpred des Reibelements ist die Summe aus der aktuellen Temperatur Tact und dem Temperaturanstieg AT, der aus einer fiktiven Bremsung resultiert: Die prädiktive Temperatur Tpred, die auf der Basis der aktuellen Fahrbetriebssituation und dem fiktiv durchgeführten Bremsvorgang berechnet oder geschätzt wird, würde dann ein bestimmtes Ausmaß einer unerwünschten ersten Begleiterscheinung in Form von Bremsverschleiß an dem Reibelement, und/oder ein bestimmtes Ausmaß einer unerwünschten zweiten Begleiterscheinung in Form von Bremslärm, und/oder ein bestimmtes Ausmaß einer unerwünschten dritten Begleiterscheinung in Form von Bremsrauch oder Bremsgeruch hervorrufen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die unerwünschten Begleiterscheinungen je mit einer spezifischen maximal erlaubten Bremselementtemperatur Tmax korrespondieren, die während des Fährbetriebs nicht überschritten werden darf, damit das Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung unterhalb einer gewünschten Grenze bleibt.
Unter realen Bedingungen reicht es aber nicht aus, sicherzustellen, dass die Temperatur des Bremselements immer unterhalb einer maximal erlaubten Bremselementtemperatur Tmax liegt. Denn würde stets mit der jeweils maximal erlaubten Bremselementtemperatur Tmax gebremst werden, dann würde es im Falle einer beispielsweise Notbremsung unweigerlich zu einer Undefinierten Überhitzung des Bremselements kommen.
Um diese Problematik zu beheben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) eine auf zumindest eine der Begleiterscheinungen bezogene spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) des Schienenfahrzeugs in einer Zuordnung (r) zugeordnet wird, bei welcher das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß dieser Begleiterscheinung der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements ist, und darüber hinaus die die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oder die prädiktive Reibelement-Temperatur (TPred) des Reibelements (1 , 2) mit einer auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur (Tmax) des Reibelements (1 , 2) verglichen wird.
Das hieraus resultierende Vergleichsergebnis wird erfindungsgemäß fallbezogen ausgewertet, um in einer nachfolgend erstgenannten kritischen Fahrbetriebssituation eine Geschwindigkeitsreduzierung zu erzwingen, wohingegen in einer nur bedenklichen Fahrbetriebssituation eine Geschwindigkeitsreduzierung empfohlen wird.
Konkret wird dem entsprechend für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement- Temperatur (Tact) oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit (vmin) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben. Für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, aber die aktuelle Reibelement- Temperatur (Tact) unterhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, wird ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben.
Mit anderen Worten wird bei der erfindungsgemäßen Lösung also die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs derart temperaturabhängig begrenzt, dass beim Bremsen das Ausmaß wenigstens einer von mehreren umweit- oder bauteilbelastenden Begleiterscheinungen, insbesondere Bremsbelagverschleiß, Bremslärm und Bremsgeruch bis hin zu Bremsrauch, fallbezogen reduziert wird. Dies ermöglicht eine differenzierte Reaktion auf unerwünschte Begleiterscheinungen verursachende Fahrbetriebssituationen, worauf situationsgerecht reagiert wird. Hierdurch kann insbesondere auch eine energieverzehrende Überreaktion auf nur bedenkliche Fahrbetriebssituation vermieden werden.
Da die prädiktive Temperatur Tpred des Reibelements einen maßgeblichen Einfluss auf das jeweilige Ausmaß der oben genannten Begleiterscheinungen hat, wird davon ausgegangen, dass die prädiktive Temperatur Tpred des Reibelements das Ausmaß der Begleiterscheinung repräsentiert. Dabei ist natürlich auch ein Zusammenhang zwischen der prädiktiven Temperatur Tpred des Reibelements und der Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs vorhanden, weil eine Bremsung aus einer relativ hohen Fahrgeschwindigkeit v eine relativ hohe prädiktive Temperatur Tpred nach sich zieht.
Daher wird in dem Modell eine Korrelation oder Zuordnung zwischen der prädiktiven Temperatur Tpred und der Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs hergestellt. Dabei wird durch das Modell eine spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit VmaxAiiowed bestimmt, welche auf die jeweilige(n) Begleiterscheinung(en) bezogen ist, und welche nicht nur die aktuelle Fahrbetriebssituation, sondern zusätzlich auch eine fiktiv durchgeführte Bremsung berücksichtigt. Dies bedeutet, dass wenn beispielsweise der Triebwagenführer oder eine Automatic Train Operation (ATO) in einer Fahrbetriebssituation mit einer Fahrgeschwindigkeit v, welche höchstens so groß wie die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed ist, einen Bremsvorgang veranlassen würde, dann würde die jeweilige Begleiterscheinung immer noch im erlaubten Bereich liegen.
Andererseits soll bei der Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs das Geschwindigkeitspotential ausgenutzt werden, welches in einer aktuellen Fahrbetriebssituation noch bis zum Erreichen des maximalen Ausmaßes der betreffenden Begleiterscheinung(en) besteht, wenn in der aktuellen Fahrbetriebssituation beispielsweise das maximale Ausmaß der betreffenden Begleiterscheinung(en), z.B. eine obere erlaubte Grenze für den Bremsverschleiß, und/oder für den Bremsrauch, und/oder für den Bremsgeruch und/oder für den Bremslärm noch nicht erreicht ist. Folglich kann die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed auch eine optimale Geschwindigkeit darstellen.
Die Erfindung betrifft gemäß eines ersten Aspekts ein Verfahren zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, wobei die Beeinflussung abhängig von wenigstens einem Ausmaß einer ersten, zweiten oder dritten Begleiterscheinung erfolgt, welche bei einem in einer aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs durch das Reibungsbremssystem fiktiv durchgeführten Bremsvorgang entstehen würde, wobei bei dem Verfahren a) wenigstens ein Parameter erfasst wird, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, und bei dem b) als erste Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Bremsverschleiß des wenigstens einen Reibelements, und/oder als zweite Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Lärm, und/oder als dritte Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Bremsgeruch oder -rauch herangezogen wird, und bei dem mittels eines Modells, vorzugsweise eines Simulationsmodells, c) auf der Basis des wenigstens einen erfassten Parameters und des in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv durchgeführten Bremsvorgangs eine prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements berechnet oder geschätzt wird, welche sich in oder an dem Reibelement einstellen würde, wenn in der aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs der Bremsvorgang fiktiv durchgeführt wird, und d) der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) eine auf zumindest eine der Begleiterscheinungen bezogene spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) des Schienenfahrzeugs in einer Zuordnung (r) zugeordnet wird, bei welcher das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß dieser Begleiterscheinung der prädiktiven Reibelement- Temperatur (Tpred) des Reibelements ist, und darüber hinaus e) die die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oder die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) mit einer auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur (Tmax) des Reibelements (1 , 2) verglichen wird, um f) für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxAnowed) vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit (vmin) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird, g) für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, aber die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) unterhalb der maximalen Reibelement- Temperatur (Tmax) liegt, ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird.
Die Erfindung betrifft gemäß eines zweiten Aspekts eine Einrichtung zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, wobei die Einrichtung ausgebildet ist, dass die Beeinflussung abhängig von wenigstens einem Ausmaß einer ersten, zweiten oder dritten Begleiterscheinung erfolgt, welche bei einem in einer aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs durch das Reibungsbremssystem fiktiv durchgeführten Bremsvorgang entstehen würde, wobei die Einrichtung wenigstens Folgendes umfasst: a) Mit dem Schienenfahrzeug verbundene Erfassungsmittel, die ausgebildet sind zum Erfassen von wenigstens einem Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, b) eine Recheneinheit, in welcher ein Modell, insbesondere ein Simulationsmodell, implementiert ist, c) eine Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, wobei d) das Modell Schritte und Berechnungen derart ausführt, dass es d1 ) als erste Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremsverschleiß des wenigstens einen Reibelements, und/oder als zweite Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremslärm, und/oder als dritte Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremsrauch oder Bremsgeruch heranzieht, und dass es d2) auf der Basis des wenigstens einen Parameters und des in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv ausgeführten Bremsvorgangs eine prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements berechnet oder schätzt, und dass es d3) in einer Zuordnung (r) der prädikativen Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements eine auf mindestens eine der Begleiterscheinungen bezogene spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) des Schienenfahrzeugs zuordnet, bei welcher das bei der prädikativen Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der Begleiterscheinung der prädiktiven Reibelement- Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) ist, und dass es darüber hinaus e) die die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oder die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) mit einer auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur (Tmax) des Reibelements (1 , 2) vergleicht, um f) für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxAnowed) vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit (vmin) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung auszugeben, und g) für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, aber die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) unterhalb der maximalen Reibelement- Temperatur (Tmax) liegt, ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung auszugeben.
Folglich kann (können) nur eine Begleiterscheinung aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Begleiterscheinung oder auch zwei Begleiterscheinungen oder alle drei Begleiterscheinungen ausgewählt oder herangezogen werden, um die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed zu bestimmen. Wenn mehrere Begleiterscheinungen herangezogen werden, so wird beispielsweise die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed als eine erlaubte Maximai- Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ausgewählt, die den absolut kleinsten Wert hat. Die maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxA||0Wed ist dann auch spezifisch, weil sie sich auf eine bestimmte Begleiterscheinung bezieht, in diesem Fall eben auf die Begleiterscheinung, welche den kleinsten Wert für die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAn0Wed aufweist. Alternativ könnte beispielsweise abschnittsweise jeweils eine der drei spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeiten vmaxAnowed als Maximai-Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs herangezogen werden. Denkbar ist auch eine Gewichtung von spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeiten vmaxAnowed für wenigstens zwei Begleiterscheinungen bei der Bestimmung der Maximai-Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs.
Daher, wenn die Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs auf die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed des Schienenfahrzeugs begrenzt wird, so stellt diese spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAiiowed eine erlaubte Höchstgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs dar, welche auf die erste Begleiterscheinung und/oder die zweite Begleiterscheinung und/oder die dritte Begleiterscheinung bezogen ist. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass das Schienenfahrzeug mit einer in Bezug auf die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAiiowed geringeren Fahrgeschwindigkeit betrieben wird.
Wenn die Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs auf die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed gesetzt wird, so stellt diese spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaXAiiowed zusätzlich auch eine optimale Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs dar, weil dann das oben beschriebene Potenzial voll ausgenutzt wird.
Unter einem Schienenfahrzeug soll hier jegliche Art von spurgebundenem Fahrzeug mit Antriebsmaschine, insbesondere Triebfahrzeuge oder auch ohne Antriebsmaschine wie Wagen in Schienenfahrzeugverbänden sowie ein Schienenfahrzeugverband aus mehreren Schienenfahrzeugen verstanden werden.
Unter einem Modell soll jegliches mathematisches Modell verstanden werden, welches durch ein speicherbares Programm in einer Recheneinheit implementierbar ist und mit dessen Hilfe basierend auf den Parametern die genannten Größen berechnet werden können.
Der Parameter kann insbesondere keine Temperaturgröße sein. Mit anderen Worten besteht dann ein Zweck des Modells darin, die prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred aus dem wenigstens einen Parameter zu schätzen oder zu berechnen, wobei aber die prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred vorzugsweise nicht von einem Temperatursensor gemessen wird. Dann können vorteilhaft Temperatursensoren vermieden werden, deren Aufwand für die Montage, Verkabelung, Kalibrierung und Implementierung relativ hoch ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung dargestellt. So kann aus dem erfindungsgemäßen Vergleich außerdem die folgende Maßnahme resultieren. Für den Fall nämlich, dass sowohl die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) als auch die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) unterhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegen, kann zusätzlich auch ein Empfehlungssignal zur Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird. Diese Maßnahme resultiert aus der Erkenntnis, dass das Geschwindigkeitspotenzial unterhalb der die Zuordnung vorzugsweise beschreibende T-Randkurve noch nicht ausgereizt ist.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Empfehlungssignal so lange in Form einer binären akustischen und/oder optischen Geschwindigkeitsreduzierungsinformation ausgegeben wird, bis die angestrebte Herabsetzung beziehungsweise Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) erzielt ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Umsetzung der Empfehlung bewirkt und das Empfehlungssignal kann dank der kontinuierlichen Ausgabe nicht überhört oder übersehen werden.
Zusätzlich kann das Empfehlungssignal als eine spezielle akustische und/oder optische Information ausgegeben wird, welche den Betrag angibt, um den die Fahrgeschwindigkeit (v) zu reduzieren ist, um die angestrebte Herabsetzung beziehungsweise Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) zu erzielen.
Eine Weiterbildung des Verfahrens schlägt vor, dass in dem Modell ersten Werten der aktuellen Reibelement-Temperatur Tact des Reibelements zweite Werte der Fahrgeschwindigkeit vact des Schienenfahrzeugs derart zugeordnet werden, dass ein erlaubter Bereich (Tact, vact) von ersten Werten Tact und zweiten Werten vact definiert wird, bei dem das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur des Reibelements sich einstellende Ausmaß der ersten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der ersten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur des Reibelements sich einstellende Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur des Reibelements sich einstellende Ausmaß der dritten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der dritten Begleiterscheinung. Dabei wird der erlaubte Bereich (Tact, vact) von einer Randkurve r begrenzt, welche die Zuordnung zwischen der spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit vmaxAiiowed und der prädiktiven Reibelement-Temperatur Tpred definiert.
Mit anderen Worten wird die aktuelle Temperatur Tact des Reibelements ermittelt, gemessen oder geschätzt. Weiterhin ist die aktuelle Geschwindigkeit vact des Fahrzeugs bekannt. Aus den gegebenen Tact und vact wird die prädiktive Reibelement- Temperatur Tpred berechnet, also die fiktive Zieltemperatur, wenn zum aktuellen Zeitpunkt eine definierte Bremsung ausgeführt werden würde. Tpred darf aber nie größer als Tmax sein, im Idealfall liegt Tpred knapp darunter. Wie groß Tpred tatsächlich sein darf, kann aus der Randkurve r abgelesen werden. Wenn erkannt wird, dass Tpred noch weit unter Tmax liegt, kann darauf geschlossen werden, dass das fahrdynamische Potential noch lange nicht ausgeschöpft ist, dass also vact noch erhöht werden kann, und zwar bis vmaXAiiowed- Dieses vmaXAn0Wed Hegt auf dem Rand der Randkurve r.
Weiterhin kann bei dem Verfahren der fiktive Bremsvorgang mit einer bestimmten Bremswirkung, einer bestimmten Bremskraft oder mit einem bestimmten Bremsdruck oder mit einem bestimmten Bremsmoment durchgeführt werden.
Auch kann bei dem Verfahren der fiktive Bremsvorgang mit einer standardisierten Bremsart durchgeführt werden, wobei als standardisierte Bremsart wenigstens eine der folgenden Bremsarten herangezogen wird: Eine Notbremsung, eine Zwangsbremsung, eine Schnellbremsung, eine Gefahrbremsung, eine Betriebsbremsung gemäß DIN EN 14478:2005-06.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann als Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, wenigstens einer der folgenden Parameter herangezogen werden: Die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Bremskraft, das aktuelle Bremsmoment, der aktuelle Bremsdruck, die Umgebungstemperatur des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Last und/oder Beladung des Schienenfahrzeugs, eine Steigung oder ein Gefälle der durch das Schienenfahrzeug befahrenen Strecke.
Das Reibelement kann insbesondere eine Bremsscheibe und/oder einen Bremsbelag einer Scheibenbremse des Reibungsbremssystems beinhalten. Die Begrenzung oder das Setzen der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf die spezifische maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) kann insbesondere durch eine Automatic Train Operation (ATO) oder durch einen Triebwagenführer (Tf) durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann für den Fall, dass das Reibungsbremssystem des Schienenfahrzeugs mehrere Reibungsbremseinrichtungen umfasst, die Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs anhand von der Radbremseinrichtung erfolgen, für welche der kleinste Betrag der spezifischen maximal zulässigen oder erlaubten Fahrgeschwindigkeit vmaxA||0Wed ermittelt worden ist.
Die oben beschriebene Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit durch Ermittlung der spezifischen maximal zulässigen Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) kann sich auf eine lokale Reibungsbremseinrichtung beziehen, d.h. beispielsweise auf eine bestimmte Scheibenbremse. In einer Zughierarchie mit Segment-, Consist- und Zugebene können dann die an Reibungsbremseinrichtungen i lokal ermittelten maximal erlaubten Zuggeschwindigkeiten vmaxA||Owed i innerhalb der Zughierarchie konsolidiert werden. Für die Konsolidierung können verschiedene Verfahren verwendet werden:
- Im einfachsten Fall wird die absolut kleinste spezifische maximal erlaubte Geschwindigkeit vmaxAnowed (ermittelt über alle Reibungsbremseinrichtungen im Zug) als maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit des gesamten Schienenfahrzeugverbands herangezogen.
- Daneben stehen verschiedene Verfahren zur Elimination von statistischen Ausreißern zur Verfügung. Beispielsweise können alle ermittelten Werte VmaxAiiowed i in einer Reihe ansteigender Werte sortiert und von den kleinsten X Prozent (wobei X ein vordefinierter Prozentsatz ist) und dann ein gemittelter oder höchster Wert der kleinsten X Prozent herangezogen werden.
Wie oben bereits ausgeführt, kann der Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation charakterisiert, wenigstens einer der folgenden Parameter sein: Die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Bremskraft, das aktuelle Bremsmoment, der aktuelle Bremsdruck, die Umgebungstemperatur des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Last und/oder Beladung des Schienenfahrzeugs, eine Steigung oder ein Gefälle der durch das Schienenfahrzeug befahrenen Strecke, eine Betriebs- oder Notbremsung, mit einer Bremswirkung, welche geringer ist als die Bremswirkung bei der definierten Bremsart. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Weiterhin sind weitere Parameter denkbar, welche eine aktuelle Fahrbetriebssituation eines Schienenfahrzeugs charakterisieren können wie beispielsweise auch ein Reibwert zwischen den Rädern und den Schienen.
Bevorzugt kann das wenigstens eine Reibelement des Reibungsbremssystems eine Bremsscheibe und/oder einen Bremsbelag einer Scheibenbremse des Reibungsbremssystems beinhalten.
Gemäß einer Weiterbildung der Einrichtung kann das Modell ausgebildet sein, dass es ersten Werten der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements zweite Werte der Fahrgeschwindigkeit (vact) des Schienenfahrzeugs derart zugeordnet, dass ein erlaubter Bereich (Tact, vact) von ersten Werten (Tact) und zweiten Werten (vact) definiert wird, bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements sich einstellende Ausmaß der ersten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der ersten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements sich einstellende Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 ) sich einstellende Ausmaß der dritten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der dritten Begleiterscheinung, wobei der erlaubte Bereich (Tact, vact) von einer Randkurve (r) begrenzt wird, welche die Zuordnung zwischen der spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxAn0Wed) und der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) definiert.
Bevorzugt kann bei der Einrichtung die Steuereinrichtung von einer Automatic Train Operation (ATO) umfasst sein.
Auch können von der Einrichtung mit dem Modell zusammenwirkende erste Auswahlmittel umfasst sein, mit denen die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Begleiterscheinung auswählbar ist (sind). Die Auswahlmittel können insbesondere weiterhin ein Bedienfeld umfassen, mit welchem eine Bedienperson die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Begleiterscheinung auswählen kann, wobei dann das Modell auf der Basis der ausgewählte Begleiterscheinung(en) die oben beschriebenen Berechnungen, Zuordnungen und Schritte ausführt. Bei der Einrichtung kann auch das Modell ausgebildet sein, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer bestimmten Bremswirkung, einer bestimmten Bremskraft oder mit einem bestimmten Bremsdruck oder mit einem bestimmten Bremsmoment durchgeführt wird.
Weiterhin kann bei der Einrichtung das Modell ausgebildet sein, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer definierten Bremsart durchgeführt wird, wobei das Modell als definierte Bremsart wenigstens eine der folgenden Bremsarten heranzieht: Eine Notbremsung, eine Zwangsbremsung, eine Schnellbremsung, eine Gefahrbremsung, eine Betriebsbremsung.
Auch kann bei der Einrichtung das Modell ausgebildet sein, dass es als Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, wenigstens einen der folgenden Parameter heranzieht: Die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Bremskraft, das aktuelle Bremsmoment, der aktuelle Bremsdruck, die Umgebungstemperatur des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Last und/oder Beladung des Schienenfahrzeugs, eine Steigung oder ein Gefälle der durch das Schienenfahrzeug befahrenen Strecke.
Die Erfindung betrifft auch ein Schienenfahrzeug mit einer oben beschriebenen Vorrichtung.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung einer pneumatischen Reibungsbremseinrichtung mit einer Bremsscheibe und einer Bremszange mit Bremsbelägen;
Fig. 2 ein Funktionsschaubild einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 4 ein Diagramm, in welchem in welchem eine Zuordnung zwischen einer aktuellen Reibelement-Temperatur Tact und der Fahrgeschwindigkeit v sowie ein erlaubter Bereich unter einer Randkurve T für die exemplarische Begleiterscheinung „Bremsverschleiß“ dargestellt sind.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Ausschnitt aus einem Reibungsbremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs zeigt eine pneumatische Scheibenbremse. Diese umfasst ein erstes Reibelement 1 , das beispielsweise als Bremsscheibe ausgeführt ist, die auf einer nicht dargestellten Radsatzwelle des Schienenfahrzeugs gelagert ist sowie eine Bremszange. Die Bremszange weist ein zweites Reibelement 2 auf, welches zwei Bremsbeläge umfasst. Weiterhin weist die Bremszange einen Bremszylinder 4 mit Druckluftanschlüssen 6 und einen Kolben 5 sowie ein Gestänge 3 auf. Der Kolben 5 betätigt das Gestänge 3, wodurch die auf dem Gestänge 3 angeordneten Bremsbeläge, d.h. das zweite Reibelement 2 an die Bremsscheibe, d.h. das erste Reibelement 1 gepresst werden. Über die Druckluftanschlüsse 6 wird der Kolben 5 zur Betätigung des Gestänges 3 mit Druckluft aus einem nicht dargestellten Druckluftsystem des Schienenfahrzeugs beaufschlagt. Das Druckluftsystem weist Komponenten zur Steuerung und Regelung der Reibungsbremseinrichtung, wie z.B. Kompressoren, Bremssteuergeräte etc. auf.
Eine in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs weist eine Recheneinheit 7 auf, in welcher ein Modell implementiert ist, mit welchem Berechnungen, Zuordnungen und Schritte entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden.
Die Einrichtung umfasst weiterhin eine als Regeleinheit ausgebildete Fahrzeugsteuerung 8, mit welcher die Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs aufgrund von Ergebnissen der Berechnungen, Zuordnungen und Schritte des Modells beeinflusst wird. Dabei ist die Fahrzeugsteuerung 8 insbesondere auch dazu eingerichtet, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit direkt umzusetzen. Daneben kann auch ein Empfehlungssignal direkt umgesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die aus der Recheneinheit 7 nach Maßgabe des nachstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens resultierenden Zwangs- und Empfehlungssignale auch durch eine Anzeigeeinheit 9 an den Fahrer ausgegeben werden.
Ein Gegeneinanderdrücken des ersten Reibelements 1 und des zweiten Reibelements 2 verursacht eine Bremswirkung auf das Schienenfahrzeug. Dabei erfolgt eine Umwandlung von kinetischer Energie des Schienenfahrzeugs in Wärme, wodurch eine Temperaturerhöhung des ersten Reibelements 1 und des zweiten Reibelements 2 verursacht wird. Ein Lösen des ersten Reibelements 1 und des zweiten Reibelements 2 voneinander bewirkt eine Reduktion bzw. eine Aufhebung der Bremswirkung auf das Schienenfahrzeug. Dadurch sowie durch eine Wirkung bekannter Wärmeübergangsprinzipien werden die Temperaturen in dem ersten Reibelement 1 sowie in dem zweiten Reibelement 2 reduziert, d.h. das erste Reibelement 1 und das zweite Reibelement 2 kühlen ab. Das beschriebene Temperaturverhalten wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet oder geschätzt.
Die Einrichtung umfasst einen Fahrgeschwindigkeitssensor 10 zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit v, einen Bremsdrucksensor 11 zur Erfassung eines Bremsdrucks p und damit einer Bremskraft FB, einen Umgebungstemperatursensor 12 zur Erfassung einer Umgebungstemperatur Tu, ein Zeitmessgerät 13 zur Erfassung einer Absolut-Zeit t sowie die vorstehend bereits erwähnte Anzeigeeinheit 9, die über entsprechende Datenleitungen mit einer Recheneinheit 7 verbunden sind. Der Fahrgeschwindigkeitssensor 10, der Bremsdrucksensor 11 und der Umgebungstemperatursensor 12 sind in einem nicht dargestellten Fahrwerk des Schienenfahrzeugs angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Fahrgeschwindigkeit v sowie der Bremsdruck p aus einem Datenbussystem des Schienenfahrzeugs in die Recheneinheit 7 eingelesen werden. Weiterhin ist es auch vorstellbar, dass der Bremsdruck p aus einer Verzögerung und einer abzubremsenden Masse näherungsweise bestimmt wird. Die Verzögerung wird dabei beispielsweise durch Differentiation der Fahrgeschwindigkeit v berechnet und die abzubremsende Masse m über eine Lastbremseinrichtung bestimmt.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass statt einer Fahrgeschwindigkeit v eine Winkelgeschwindigkeit eines Rads bzw. eine Raddrehzahl erfasst und die thermischen Berechnungen mit dieser Winkelgeschwindigkeit bzw. dieser Raddrehzahl durchgeführt werden.
Das Zeitmessgerät 13 sowie die Recheneinheit 7 sind, implementiert in ein nicht dargestelltes Steuergerät, in einem nicht dargestellten Wagenkasten angeordnet. Die Recheneinheit 7 empfängt über entsprechende Datenleitungen von dem Fahrgeschwindigkeitssensor 10 Daten bezüglich der Fahrgeschwindigkeit v, von dem Bremsdrucksensor 11 Daten bezüglich des Bremsdrucks p bzw. der Bremskraft FB, von dem Umgebungstemperatursensor 12 Daten bezüglich der Umgebungstemperatur Tu sowie von dem Zeitmessgerät 13 Daten bezüglich der Absolut-Zeit t (Zeitstempel) und führt Rechenoperationen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aus.
Weiterhin können auch in die Recheneinheit 7 eingesteuerte Konfigurationsdaten des Schienenfahrzeugs in die Rechenoperationen einfließen. Hier wird beispielsweise eine aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs unter Heranziehen der Fahrgeschwindigkeit v, der Umgebungstemperatur Tu, der Absolut-Zeit t und der Konfigurationsdaten charakterisiert.
Gemäß Fig. 3 wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis von praktischen Versuchen und/oder technischen Erfahrungen in einem vorbereitenden Schritt 100 zunächst eine oder mehrere begleiterscheinungsindividuelle Randkurven T erstellt und bereitgestellt, die unterhalb des Kurvenverlaufs den Bereich aller Wertepaare T_act, v_act begrenzt, für welche sich selbst bei einer definierten Bremsung aus T_act, v_act heraus die Reibelementtemperatur nur soweit erhöht, dass die neue Temperatur T_pred
T_pred — T_act + AT immer noch unterhalb einer maximal erlaubten Reibelementtemperatur verbleibt, welche die hiermit verbundene Begleiterscheinung - beispielsweise Bremsverschleiß - nicht oder nur in einem geringen, tolerablen Ausmaß auftreten lässt. Die Gestalt der Randkurve T hängt dabei von der Art der Begleiterscheinung, von den physikalischen Eigenschaften der Reibelement-Bremsscheibe-Kombination und von der definierten fiktiven Bremsart ab.
In einem initialen Schritt 200 wird die aktuelle Fahrbetriebssituation FBS des Schienenfahrzeuges herangezogen, die entweder aktuell ermittelt werden kann oder die abrufbar hinterlegt ist. Die aktuelle Fahrbetriebssituation wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die folgenden technischen Parameter charakterisiert: Bremsdruck p oder Bremskraft, Fahrgeschwindigkeit v, Oberflächentemperatur des Reibelements - vorzugsweise einer Bremsscheibe - T_act, Umgebungstemperatur Tu, Zeit(stempel) t und diverse Konfigurationsdaten.
In einem folgenden Schritt 300 wird festgelegt, welche der störenden Begleiterscheinungen Bremsverschleiß, Bremslärm, Bremsgeruch oder -rauch minimiert werden soll, womit auch eine Selektion der fiktiven Bremsart und der zugehörigen begleiterscheinungsindividuellen Randkurve T verbunden ist. In dieser Randkurve ist die Berechnung der prädiktiven Temperatur Tpred in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit vact schon implizit als Wertepaar enthalten.
Beim optionalen Parallelschritt 400 wird für den Fall, daß die Randkurve T nicht oder nicht vollständig vorgegeben ist, auf Basis dieser Eingangsinformationen anhand eines fiktiv durchgeführten Bremsvorgangs eine prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred des Reibelements berechnet oder geschätzt oder gemessen, welche sich in oder an dem Reibelement einstellen würde, wenn in der aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs der Bremsvorgang fiktiv durchgeführt wird. Hieraus resultiert ebenfalls ein auf die zugeordnete Geschwindigkeit bezogenes Wertepaar Tpred, vact, Der fiktiv durchgeführte Bremsvorgang kann beispielsweise anhand eines Simulationsmodells vorgenommen werden.
Im Folgeschritt 500 wird ermittelt, ob das Wertepaar Tact, vact noch unterhalb des Kurvenverlaufs der Randkurve T liegt bzw. ob die alternativ im Schritt 400 berechnete Temperatur Tpred kleiner als die maximal erlaubte Temperatur Tmax ist. Falls nicht, so würde bei einer fiktiven Bremsung die prädiktive Temperatur Tpred die maximal erlaubte Temperatur Tmax überschreiten. Konkret wird also die aktuelle Reibelement-Temperatur Tact bzw. die prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred des Reibelements 1 , 2 mit der auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur Tmax des Reibelements 1 , 2 verglichen.
Im nachfolgenden Schritt 600 wird für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement- Temperatur Tact oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur Tmax liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit v auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit vmaxA||0Wed vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit vmin generiert. Für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur Tmax liegt, aber die aktuelle Reibelement-Temperatur Tact unterhalb der maximalen Reibelement-Temperatur Tmax) liegt, wird hingegen ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit v auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit vmaxAnowed generiert.
Das generierte Zwangs- oder Empfehlungssignal wird im Schritt 700 zur Information an den Fahrer ausgegeben. Dabei stellt ein Empfehlungssignal eine Handlungsempfehlung für den Fahrer dar, wohingegen ein Zwangssignal als Befehlssignal anzusehen ist.
Im Parallelschritt 800 wird zumindest das Zwangssignal direkt einer Regeleinheit der Fahrzeugsteuerung als Sollwert zur Herabsetzung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v auf die begleiterscheinungsspezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) vorgegeben.
In Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft für den Fall der Begleiterscheinung „Bremsverschleiß“ illustriert. Die Randkurve T ist so gewählt, dass für jedes Wertepaar Tact, vact unterhalb dieser Randkurve T, also im schraffierten Bereich, zu keinem Zeitpunkt des Fährbetriebs unter vordefinierten Bedingungen und unter Anwendung vordefinierter fiktiver oder realer Szenarien der Wert der Bremsscheibentemperatur größer als der für die Verschleißoptimierung kritische Temperaturwert Tmax wird. Wird dieser Maximalwert trotzdem überschritten, so hat dies das vorstehend erläuterte Zwangssignal zur unbedingten Geschwindigkeitsreduzierung zur Folge.
Die Definition der Randkurve T hängt von gerätespezifischen Faktoren, wie Materialzusammensetzung und Dimensionierung der Bremseinheit, und situationsbezogenen Anforderungen, wie Temperatursicherheit auch unter vordefinierten Bremsszenarien ab.
Bei dem Ausführungsbeispiel liegen optimierte Wertepaare für Tact, vact auf dem Rand der Randkurve T. Sollte ein Wertepaar Tact, vact also unterhalb der Randkurve T liegen, so kann unter Beibehaltung der Temperatur die Geschwindigkeit v auf einen Wert VmaxAiiowed erhöht werden, so dass das Wertepaar Tact, vmaxA||0Wed auf dem Rand der Randkurve T liegt. vmaxAnowed würde daher als maximal erlaubte Geschwindigkeit gelten.
Die prädiktive Reibelement-Temperatur Tpred lässt sich mit diesem Diagramm geometrisch ermitteln. Der tatsächliche, aktuelle Zustand, der durch das Wertepaar Tact, vact beschrieben wird, ist ein Koordinatenpunkt im Diagramm. Tpred läßt sich hiervon ausgehend folgendermaßen ermitteln:
1 . Bilden einer horizontalen, also zur x-Achse parallele Gerade durch den Koordinatenpunkt.
2. Die parallele Gerade schneidet die Kurve T in einem Schnittpunkt. Abhängig von der Lage des Koordinatenpunkts liegt der Schnittpunkt meist rechts des Koordinatenpunks. Ist der Schnittpunkt mit dem Koordinatenpunkt identisch, liegt der Schnittpunkt links des Koordinatenpunkts. 3. Der Temperaturhub AT entspricht in jedem Fall dem Abstand des Schnittpunkts zur Vertikalen T= Tmax.
4- Tpred — Tact + AT
Es ist aber anzumerken, dass eine Optimierung der Geschwindigkeit v nicht in allen Fällen erwünscht wird oder möglich ist. Denn einerseits kann es sein, dass eine Reduktion der Begleiterscheinungen eine höhere Priorität hat als eine optimierte Geschwindigkeit v. Beispielsweise kann es wichtiger sein, mit reduzierter Geschwindigkeit v zu fahren, um den Verschleiß der Bremsbeläge zu minimieren. Andererseits gibt es betriebsbedingte Rahmenbedingungen, die eine solche Geschwindigkeitserhöhung nicht erlauben, beispielsweise Fahren mit reduzierter Geschwindigkeitsvorgabe durch Wohngebiete, Einfahrt mit reduzierter Geschwindigkeit in Haltestationen oder ähnliches.
Sollten es die Rahmenbedingungen aber zulassen, dass eine Geschwindigkeitsoptimierung erlaubt und sinnvoll ist, so kann dieses Verfahren auch verwendet werden, um Verspätungen im Fahrplan auf geeigneten Strecken zu kompensieren.
Ferner sei angemerkt, dass das vorstehend beispielhaft beschriebene Verfahren für die Optimierung des Bremsverschleißes entsprechend - unter Verwendung begleiterscheinungsspezifischer Randkurven T für jede der übrigen genannten Begleiterscheinungen, also auch „Bremslärm“ und/oder „Bremsgeruch“ bis hin zu „Bremsrauch“ analog verwendet werden kann. Darüber hinaus können mehrere dieser Verfahren simultan projektiert werden, situationsspezifisch könnte dann eines der projektierten Verfahren selektiert und verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 erstes Reibelement
2 zweites Reibelement
3 Gestänge
4 Bremszylinder
5 Kolben
6 Druckluftanschlüsse
7 Recheneinheit
8 Regeleinheit
9 Anzeigeeinheit
10 Fahrgeschwindigkeitssensor
11 Bremsdrucksensor
12 Umgebungstemperatursensor
13 Zeitmessgerät v Fahrgeschwindigkeit
Vact aktuelle Fahrgeschwindigkeit
VmaxAllowed spezifische maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit
Tu Umgebungstemperatur
P Bremsdruck
Tact aktuelle Reibelement-Temperatur
Tpred prädiktive Reibelement-Temperatur r Randkurve

Claims

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PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement (1 , 2) umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung abhängig von wenigstens einem Ausmaß einer ersten, und/oder zweiten und/oder dritten unerwünschten Begleiterscheinung erfolgt, welche bei einem in einer aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs durch das Reibungsbremssystem zusätzlich zu einer tatsächlichen Bremsung eines fiktiv durchgeführten Bremsvorgangs entstehen würde, wobei bei dem Verfahren a) wenigstens ein Parameter erfasst wird, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, und bei dem b) als erste Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Bremsverschleiß des wenigstens einen Reibelements (1 , 2), und/oder als zweite Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Bremslärm, und/oder als dritte Begleiterscheinung der in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachte Bremsgeruch oder -rauch herangezogen wird, und bei dem mittels eines Modells c) auf der Basis des wenigstens einen erfassten Parameters und des in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv durchgeführten Bremsvorgangs eine prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) berechnet oder geschätzt wird, welche sich in oder an dem Reibelement (1 , 2) einstellen würde, wenn in der aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs der Bremsvorgang fiktiv durchgeführt wird, und d) der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) eine auf zumindest eine der Begleiterscheinungen bezogene spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaXAiiowed) des Schienenfahrzeugs in einer Zuordnung (r) zugeordnet wird, bei welcher das bei der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß dieser Begleiterscheinung der prädiktiven Reibelement- Temperatur (Tpred) des Reibelements ist, und darüber hinaus e) die die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oder die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) mit einer auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur (Tmax) des Reibelements (1 , 2) verglichen wird, um f) für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxAnowed) vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit (vmin) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird, g) für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, aber die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) unterhalb der maximalen Reibelement- Temperatur (Tmax) liegt, ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass sowohl die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) als auch die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) unterhalb der maximalen Reibelement- Temperatur (Tmax) liegen, ein Empfehlungssignal zur Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) an den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfehlungssignal so lange in Form einer binären akustischen und/oder optischen Geschwindigkeitsreduzierungsinformation ausgegeben wird, bis die angestrebte Herabsetzung beziehungsweise Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) erzielt ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfehlungssignal als eine akustische und/oder optische Geschwindigkeitsreduzierungsinformation ausgegeben wird, welche den Betrag angibt, um den die Fahrgeschwindigkeit (v) zu reduzieren ist, um die angestrebte Herabsetzung beziehungsweise Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) zu erzielen. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modell ersten Werten der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 ) zweite Werte der aktuellen Fahrgeschwindigkeit (vact) des Schienenfahrzeugs derart zugeordnet werden, dass ein erlaubter Bereich (Tact, vact) von ersten Werten (Tact) und zweiten Werten (vact) definiert wird, bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der ersten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der ersten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der dritten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der dritten Begleiterscheinung, wobei der erlaubte Bereich (Tact, vact) von einer Randkurve (r) begrenzt wird, welche die Zuordnung zwischen der spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) und der prädiktiven Reibelement-Temperatur (Tpred) definiert. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer bestimmten Bremswirkung, einer bestimmten Bremskraft, einem bestimmten Bremsdruck oder mit einem bestimmten Bremsmoment durchgeführt wird. 27 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer definierten Bremsart durchgeführt wird, die ausgewählt wird aus einer Gruppe aus den folgenden standardisierten Bremsarten: Notbremsung, Zwangsbremsung, Schnellbremsung, Gefahrbremsung, Betriebsbremsung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, wenigstens einer der folgenden Parameter herangezogen wird: die aktuelle Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Bremskraft, das aktuelle Bremsmoment, der aktuelle Bremsdruck, die Umgebungstemperatur des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Last und/oder Beladung des Schienenfahrzeugs, eine Steigung oder ein Gefälle der durch das Schienenfahrzeug befahrenen Strecke. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (1 , 2) eine Bremsscheibe und einen Bremsbelag einer Scheibenbremse oder eine Klotzbremseinheit des Reibungsbremssystems beinhaltet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung oder das Setzen der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf die spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) durch einen Triebfahrzeugführer, ein übergeordnetes Leitsystem oder eine Automatic Train Operation (ATO) durchgeführt wird. Einrichtung zur Beeinflussung einer Fahrgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, welches ein wenigstens ein Reibelement (1 , 2) umfassendes Reibungsbremssystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung abhängig von wenigstens einem Ausmaß mindestens einer Begleiterscheinung erfolgt, welche bei einem in einer aktuellen Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs durch das 28
Reibungsbremssystem fiktiv durchgeführten Bremsvorgang entstehen würde, wozu die Einrichtung wenigstens Folgendes umfasst: a) mit dem Schienenfahrzeug verbundene Erfassungsmittel (10, 11 , 12, 13), die ausgebildet sind zum Erfassen von wenigstens einem Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, b) eine Recheneinheit (7), in welcher ein Modell implementiert ist, c) eine Fahrzeugsteuerung (8), welche ausgebildet ist zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs, wobei d) das Modell Schritte und Berechnungen derart ausführt, dass es d1 ) als erste Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremsverschleiß des wenigstens einen Reibelements (1 , 2), und/oder als zweite Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremslärm, und/oder als dritte Begleiterscheinung den bei dem in der aktuellen Fahrbetriebssituation durch den fiktiv durchgeführten Bremsvorgang verursachten Bremsgeruch oder -rauch heranzieht, und dass es d2) auf der Basis des wenigstens einen Parameters und des in der aktuellen Fahrbetriebssituation fiktiv ausgeführten Bremsvorgangs eine prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) berechnet oder schätzt, und dass es d3) in einer Zuordnung (r) der prädikativen Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements eine auf mindestens eine der Begleiterscheinungen bezogene spezifische maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) des Schienenfahrzeugs zuordnet, bei welcher das bei der prädikativen Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der jeweiligen Begleiterscheinung so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der Begleiterscheinung der prädiktiven Reibelement- Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) ist, und dass es darüber hinaus e) die die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oder die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) des Reibelements (1 , 2) mit einer auf diese Begleiterscheinung bezogene maximale Reibelement-Temperatur (Tmax) des Reibelements (1 , 2) vergleicht, um 29 f) für den Fall, dass bereits die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) oberhalb einer vordefinierten maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, ein Zwangssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf Null oder auf eine unterhalb der maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) vordefinierten Abkühlungs-Fahrgeschwindigkeit (vmin) an eine Anzeigeeinheit (9) für den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung (8) auszugeben, und g) für den Fall, dass die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) oberhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegt, aber die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) unterhalb der maximalen Reibelement- Temperatur (Tmax) liegt, ein Empfehlungssignal zur Herabsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (VmaxAiiowed) an eine Anzeigeeinheit (9) für den Fahrer und/oder eine Fahrzeugsteuerung (8) auszugeben.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass sowohl die aktuelle Reibelement-Temperatur (Tact) als auch die prädiktive Reibelement-Temperatur (Tpred) unterhalb der maximalen Reibelement-Temperatur (Tmax) liegen, ein Empfehlungssignal zur Hochsetzung der Fahrgeschwindigkeit (v) auf zumindest die erlaubte Fahrgeschwindigkeit (vmaxAnowed) an die Anzeigeeinheit (9) für den Fahrer und/oder die Fahrzeugsteuerung (8) auszugeben.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell ausgebildet ist, dass es ersten Werten der aktuellen Reibelement- Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) zweite Werte der Fahrgeschwindigkeit (vact) des Schienenfahrzeugs derart zuordnet dass ein erlaubter Bereich (Tact, vact) von ersten Werten (Tact) und zweiten Werten (vact) definiert wird, bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der ersten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der ersten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein 30 maximal erlaubtes Ausmaß der zweiten Begleiterscheinung, und/oder bei dem das bei der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) des Reibelements (1 , 2) sich einstellende Ausmaß der dritten Begleiterscheinung höchstens so groß ist wie ein maximal erlaubtes Ausmaß der dritten Begleiterscheinung, wobei der erlaubte Bereich (Tact, vact) von einer Randkurve (r) begrenzt wird, welche die Zuordnung zwischen der aktuellen Reibelement-Temperatur (Tact) und der zugehörigen spezifischen maximal erlaubten Fahrgeschwindigkeit (vmaxA||0Wed) derart definiert, dass, wenn das Wertepaar (Tact, vact) unterhalb der Randkurve r liegt, die prädiktive Temperatur (Tpred) nach einer definierten Bremsung kleiner ist als die maximal erlaubte Temperatur (Tmax). Einrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung von einem übergeordneten Leitsystem oder einer Automatic Train Operation (ATO) umfasst ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit dem Modell zusammenwirkende erste Auswahlmittel umfasst, mit denen die erste, und/oder die zweite und/oder die dritte Begleiterscheinung auswählbar ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell ausgebildet ist, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer bestimmten Bremswirkung, einer bestimmten Bremskraft oder mit einem bestimmten Bremsdruck oder mit einem bestimmten Bremsmoment durchgeführt wird. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell ausgebildet ist, dass der fiktive Bremsvorgang mit einer definierten Bremsart durchgeführt wird, die wenigstens eine der folgenden standardisierten Bremsarten umfasst: eine Notbremsung, eine Zwangsbremsung, eine Schnellbremsung, eine Gefahrbremsung, eine Betriebsbremsung. 31 Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell ausgebildet ist, dass es als Parameter, welcher die aktuelle Fahrbetriebssituation des Schienenfahrzeugs charakterisiert, wenigstens einen der folgenden Parameter heranzieht: die aktuelle Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Bremskraft, das aktuelle Bremsmoment, der aktuelle Bremsdruck, die Umgebungstemperatur des Schienenfahrzeugs, die aktuelle Last und/oder Beladung des Schienenfahrzeugs, eine Steigung oder ein Gefälle der durch das Schienenfahrzeug befahrenen Strecke. Schienenfahrzeug mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18. Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Recheneinheit (7) einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18.
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