CN113661101A - 用于轨道车辆的制动调节装置、制动方法以及制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的制动调节装置(2)，其具有用于减速度目标值(a_set)的输入端(21)、用于减速度实际值(a_train)的输入端(22)以及用于减速度调整参量值的输出端(23)，其中，所述减速度调整参量值(a_out)通过调节单元来调节，以便最小化减速度实际值(a_train)与减速度目标值(a_stet)之间的偏差。所述制动调节装置(2)的特征在于，存在限制装置，该限制装置与调节单元无关地限制减速度调整参量值(a_out)，使得减速度调整参量值(a_out)与减速度目标值(a_stet)偏差对于较小的值最多为负最大调节行程(14)或对于较大的值最多为正最大调节行程(15)。本发明还涉及一种制动方法以及一种用于轨道车辆的制动系统。

Description

用于轨道车辆的制动调节装置、制动方法以及制动系统

技术领域

本发明涉及一种用于轨道车辆的制动调节装置，该制动调节装置具有用于减速度目标值的输入端和用于减速度实际值的输入端以及用于减速度调整参量值的输出端。在所述制动调节装置中，通过调节单元来调节调整参量值，以便使减速度实际值与减速度目标值之间的偏差最小化。本发明还涉及一种具有这种制动调节装置的用于轨道车辆的制动系统以及一种用于制动系统的运行方法。

背景技术

用于轨道车辆的制动系统除了发电机式制动器和辅助的制动器、例如涡流制动器之外还具有摩擦制动器、例如盘式制动器或闸瓦式制动器。环境影响(例如尤其是潮湿、雪或冰)减少了这些制动器的摩擦副的摩擦系数，即例如制动衬片与制动盘之间的摩擦系数。尽管存在可变的摩擦系数但为了实现可预测的制动结果，使用调节回路，该调节回路将轨道车辆的所要求的和所期望的减速度与实际实现的减速度进行比较并且再调节制动系统的调整参量、例如制动力。

例如由文献DE102015110053A1已知一种具有这种调节装置的制动系统。在该系统中确定轨道车辆的加速度分量，其中，作为特点除了纵向减速度之外也确定竖直作用的减速度，以便能够单独考虑挂输出力(Hangabtriebskraft)的作用。文献DE102011052545B4同样描述了一种具有制动调节装置的制动系统，其中冗余地测量减速度实际值并且求平均值，以便实现为制动系统的正确的功能提高安全性。

图5示出用于根据现有技术的这种受调节的制动系统的调节回路的受控系统的特性。

在该图表中，在水平轴上显现前进的时间t并且在垂直轴上显现预先给定的目标值，在此为预先给定的加速度目标值a_set。在曲线11中，与时间相关地显现对制动系统在待占据的减速度a_set方面的要求。曲线11以两个步骤从初始值a_set＝0通过一个中间值上升到待达到的减速度的所要求的最大值。因此显现一种如下的制动情况，在该制动情况中对于一定时间应该实施轻微的、之后较强烈的制动。

围绕曲线11标绘出下调节极限12和上调节极限13。所述两个极限12、13说明调节范围，在所述调节范围之内根据现有技术的制动调节装置能够修改所要求的减速度，以便以实际测得的减速度尽可能接近根据曲线11的所要求的减速度。所示的情况由调节回路的调节单元的调节特性得出，该调节单元在此示例性地构造成比例调节器。正最大调节行程14或负最大调节行程15对应于所述调节极限12、13，所述正最大调节行程或负最大调节行程在图4中通过箭头示出。根据现有技术，对于所述比例调节器得出，所述正最大调节行程14和负最大调节行程15对于所要求的减速值一样高并且对应于当前所要求的减速度值的确定的预先给定的百分比。

然而实际上，尤其是在开头所述的环境条件下(例如摩擦副之间的潮湿、雪或冰)会出现通过所描述的调节回路仅能不充分地补偿的效果。例如，所述的环境影响在制动要求较低时比在制动要求较高时起更强的作用。一个原因例如是在较剧烈的制动期间通过加热摩擦副(能量输入)使湿气蒸发并且在制动期间损害性的效果减小(“干燥制动”的效果)。

发明内容

本发明的任务是，提供一种制动调节装置、一种制动系统和一种用于制动系统的运行方法，它们即使在制动系统的摩擦副之间的摩擦特性改变时、尤其是由潮湿、雪或冰引起摩擦特性改变时也能实现最佳的制动结果。

所述任务通过具有独立权利要求的相应特征的制动调节装置、制动系统或者用于制动系统的运行方法来解决。有利的设计方案和进一步改进方案在从属权利要求中给出。

开头所述类型的根据本发明的制动调节装置的特征在于，与调节单元无关地存在限制装置，该限制装置这样限制减速度调整参量值，使得减速度调整参量值与减速度目标值偏差对于较小的值最多为负最大调节行程或对于较大的值最多为正最大调节行程。

根据本发明的限制装置能够实现与调节单元的所选择的调节特性无关地控制正最大调节行程或负最大调节行程。以这种方式可以同时选择最佳的调节参数并且可以确保不出现过大的调节行程。尤其是在诸如潮湿和/或雪的困难条件下可以获得最佳的制动结果。

在使用具有比例调节器的制动调节回路时，根据现有技术由原理决定地也得到如下调节特性，在所述调节特性中限制最大调节行程。但是这种特性限于使用单纯的比例调节器，该比例调节器的调节特性只是不充分的。此外，调节行程的这样设定的固有限制是不灵活的，因为沿正方向和负方向的最大行程与减速度目标值成比例。然而所述特性尤其是在潮湿和/或有雪的情况下不会导致最佳的制动结果。因此，在制动调节装置的一种有利的设计方案中，所述两个最大调节行程中的至少一个最大调节行程选择成不与减速度目标值成比例。

在所述制动调节装置的另一种有利的设计方案中，负最大调节行程和正最大调节行程的总和是预先给定的固定值。在此，负最大调节行程可以选择成不等于正最大调节行程。以这种方式，尤其是在减速度目标值较小时、即在制动要求较小时能够实现较高的制动力，所述制动力引起较高的能量输入，通过所述能量输入可以补偿由潮湿引起的减小的制动作用并且可以空气调节制动系统。

在所述制动调节装置的另一种有利的设计方案中，所述正最大调节行程和/或负最大调节行程与时间相关，尤其是使得在预先给定制动时间之后降低。因此，可以限制到制动器中的最大能量输入并且例如考虑制动器的“干燥制动”的效果。在此可以规定，只有当减速度目标值低于预先给定的极限值时，才与时间相关地设计正最大调节行程。类似地可以规定，只有当减速度目标值高于另一预先给定的极限值时，才与时间相关地设计负最大调节行程。

在所述制动调节装置的另一种有利的设计方案中，所述两个最大调节行程中的至少一个最大调节行程由与减速度目标值和/或制动时间相关的特性曲线或特性曲线族(或特性曲线场)预先给定。此外，所述两个最大调节行程中的至少一个最大调节行程可以与外部的影响因素有关。外部的影响因素可以是(所测得的或以其它方式确定的)环境条件、例如温度或湿度，或者也可以是轨道车辆的行驶条件、尤其是行驶速度、制动压力、制动力和/或防滑系统的激活。

在所述制动调节装置的另一种有利的设计方案中，所述限制装置与调节单元耦联，以便根据限制来作用于调节单元的参数。以这种方式，可以在限制装置响应时实现调节回路的更高稳定性。当调节单元例如具有积分的调节分量时，那么在减速度实际值与减速度目标值之间的差的积分值会连续地进一步升高(或下降)，而限制装置已经限制所输出的减速度调整参量值。在制动情况随后改变时，其中减速度调整参量值不受限制，那么通过积分的调节分量输出过大的(或过小的)调整参量值。

根据本发明的用于轨道车辆的制动系统的特征在于这种制动调节装置。这产生了结合制动调节装置所描述的优点。

在根据本发明的用于轨道车辆的制动系统的运行方法中，根据减速度目标值和减速度实际值通过调节单元来调节减速度调整参量值，以便使减速度实际值与减速度目标值之间的偏差最小化。该方法的特征在于，这样限制减速度调整参量值，使得减速度调整参量值与减速度目标值偏差对于较小的值最多能够为负最大调节行程或对于较大的值最多能够为正最大调节行程。在此优选的是，所述两个最大调节行程中的至少一个最大调节行程不与减速度目标值成比例。进一步优选地，根据减速度目标值和/或制动时间和/或环境条件和/或行驶条件确定所述两个最大调节行程中的至少一个最大调节行程。

附图说明

下面根据实施例借助附图详细阐述本发明。附图示出：

图1示出制动系统的受控系统的方框图；

图2至图4分别示出用于示出按照本申请的制动系统的受控系统的特性的图表；以及

图5示出用于示出根据现有技术的制动系统的特性的图表。

具体实施方式

在图1中以方框图的形式示出按照本申请的制动系统的受控系统1。受控系统1包括制动调节装置2，该制动调节装置通过输入端21预先给定减速度目标值a_set。减速度目标值a_set例如由上级的制动控制系统根据轨道车辆的状态来预先给定。制动调节装置2具有第二输入端22，实际测得的减速度实际值a_train被供应给该第二输入端。所测得的减速度实际值a_train可以例如通过加速度传感器和/或通过GPS(全球定位系统)来提供。

制动调节装置2还具有输出端23，在该输出端处输出经修改的减速度值作为减速度调整参量a_out。接下来结合附图2和3详细阐述制动调节装置2的准确的功能。

由制动调节装置2输出的减速度调整参量a_out被供应给调整参量转换器3的输入端31。调整参量转换器3由减速度调整参量a_out确定在输出端32处输出的制动力F。制动力F是用于制动系统的其它部件的调整参量。所述制动力说明通过制动系统的制动累积地待实现的力并且此外在考虑轨道车辆质量的情况下从减速度调整参量a_out确定。制动力F的值通过输入端41传输给分配器4，该分配器将制动力分配到轨道车辆的不同的轴和/或不同的制动器和/或不同的制动类型上并且在相应的输出端上、在此示例性地两个输出端42、43上为轨道车辆的不同的轴输出轴制动力F_{axle 1}和F_{axle n}。

在没有按照本申请的制动调节装置2的情况下，可以将预先给定的和要实现的减速度a_set直接导引到调整参量转换器3的输入端31上。该调整参量转换器在考虑轨道车辆的质量的情况下受控地输出制动力F。在所示的情况下，通过以下方式来修正制动力F，即代替要实现的预先给定的减速度a_set将减速度调整参量a_out的修正值供应给相应地输出制动力F的修正值的调整参量转换器3。在按照本申请的制动系统的一种替代的设计方案中，也可以基于制动力F进行调节，其中制动力F代替减速度由相应的制动调节装置修改。然而所提出的系统如下是有利的，即在所述调节对减速度目标值产生影响时，在考虑车辆质量的情况下仅必须进行一次换算，而不是针对预控制的调节分量单独地进行换算。

图2以与开头所描述的图5相同的方式示出在第一种实施例中的按照本申请的制动系统的受控系统的特性。在曲线11中示出与图4中相同的制动情况，其中所要求的减速度a_set从值0起上升两个等级地被调节。又标绘出下调节极限和上调节极限12、13以及分别与此对应的负最大调节行程14和正最大调节行程15。

在调节减速度a_set的较高的预定目标值时显示由现有技术已知的特性，其中正最大调节行程14和负最大调节行程15一样大。对于在图2的右边部分示出的能够被要求的最大减速度值，也能够将调节行程14、15选择得与根据现有技术的制动系统中一样大。

然而在较小的预先给定的减速度目标值a_set(图表的左边部分)的情况下，在下调节极限和上调节极限12、13之间的间距同样如在附图的右边部分中的减速度a_set所要求的最大值一样大。因此，调节范围的宽度与预定目标值无关，即在整个预定范围上是恒定的。如图2同样示出的，然而在较小的预定值的情况下将调节范围划分为正最大调节行程15和负最大调节行程14，使得存在较大的正最大调节行程15。因此，调节范围在预定目标值较小时不是居中地围绕曲线11。所述调节特性考虑到以下情况，即恰好在具有较小的减速度值的制动过程开始时湿气会不利地被发现，湿气可以通过较大的正最大调节行程15来平衡。

通过按照本申请将调节单元和限制装置分开可以完全与调节极限、即正最大调节行程或负最大调节行程14、15无关地选择调节的类型(例如比例调节和/或微分调节和/或积分调节)和所使用的调节参数。

图3示出按照本申请的制动系统的受控系统的特性的另一种实施例。该示图和制动情况又对应于在图2或图5中所述的示图和制动情况。

在该示例中，调节极限在制动要求较低(a_set小)时如在图2的示例中那样保持为绝对的并且不对称的。然而这仅在时间上受到限制，其中，从一定的固定限定的或在制动过程期间动态计算的时间起，从在过渡区域中的在图2中所示的调节极限12、13变换到在图4中所示的调节极限12、13。尤其是，初始较大的正最大调节行程15被减小到负最大调节行程的较小值。这首先实现了有利的制动特性，以便排除潮湿或者类似的环境影响，然而随后在制动持续较长时间的情况下确保限制能量输入，否则该能量输入在过度制动时会发生。

正最大调节行程15的这种与时间相关的特性同样可以在负最大调节行程14中实现。这在图4的示例中示出，其中两个调节行程14、15具有时间相关性。在此，时间相关性本身如也在图4中所示的那样对于两个调节行程14、15可以是不同的。时间相关性的形式也可以不同于在此示例性示出的线性的时间相关性。

在此，图2至图4仅示出调节极限或调节行程的实施例，它们不是严格地相对于预先给定的减速度目标值产生，而是与预先给定的减速度目标值处于其它的函数关系中和/或与时间相关。

可以理解的是，可以使用与预先给定的减速度目标值的任意的函数关系。在此，函数关系优选这样被优化，使得在任意期望的减速度的情况下在制动作用不足的情况下实现摩擦副的尽可能好的空气调节效果，例如干燥存在的湿气。

函数关系或者由此得到的特性曲线也可以附加地与其它影响因素相关地进行，例如与环境条件、如温度和/或湿度，和/或行驶条件、如车辆速度、车轮转速、制动压力或者制动力和/或防滑系统的活动性相关。同样如在图3和图4中所示可以引入时间函数相关性，以便例如限制最大能量输入。

附图标记

1 受控系统

11 要求曲线

12、13 调节极限

14 负最大调节行程

15 正最大调节行程

2 制动调节装置

21、22 输入端

23 输出端

3 调整参量转换器

31 输入端

32 输出端

4 分配器

41 输入端

42、43 输出端

a_set 减速度目标值

a_train 减速度实际值

a_out 减速度调整参量

F 制动力

F_{axle 1} 轴制动力

F_{axle n} 轴制动力

Claims (17)

1.一种用于轨道车辆的制动调节装置(2)，所述制动调节装置具有用于减速度目标值(a_set)的输入端(21)、用于减速度实际值(a_train)的输入端(22)以及用于减速度调整参量值(a_out)的输出端(23)，其中，所述减速度调整参量值(a_out)通过调节单元来调节，以便最小化减速度实际值(a_train)与减速度目标值(a_set)之间的偏差，其特征在于，存在限制装置，该限制装置与调节单元无关地限制减速度调整参量值(a_out)，使得减速度调整参量值(a_out)与减速度目标值(a_set)偏差对于较小的值最多为负最大调节行程(14)或对于较大的值最多为正最大调节行程(15)。

2.根据权利要求1所述的制动调节装置(2)，其中，两个所述最大调节行程(14、15)中的至少一个最大调节行程不与减速度目标值(a_set)成比例。

3.根据权利要求1或2所述的制动调节装置(2)，其中，所述负最大调节行程(14)和正最大调节行程(15)的总和是预先给定的固定值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，所述负最大调节行程(14)不等于所述正最大调节行程(15)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，所述负最大调节行程(14)和/或所述正最大调节行程(15)与时间相关。

6.根据权利要求5所述的制动调节装置(2)，其中，所述负最大调节行程(14)和/或正最大调节行程(15)在预先给定的制动时间之后降低。

7.根据权利要求4或5所述的制动调节装置(2)，其中，只有当减速度目标值(a_set)低于预先给定的极限值时，所述正最大调节行程(15)才与时间相关。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，只有当减速度目标值(a_set)高于另一预先给定的极限值时，所述负最小调节行程(14)才与时间相关。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，两个所述最大调节行程(14、15)中的至少一个最大调节行程由与减速度目标值(a_set)和/或制动时间相关的特性曲线或特性曲线族预先给定。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，两个所述最大调节行程(14、15)中的至少一个最大调节行程与外部的影响因素有关。

11.根据权利要求10所述的制动调节装置(2)，其中，所述外部的影响因素是环境条件，例如温度或湿度。

12.根据权利要求10或11所述的制动调节装置(2)，其中，所述外部的影响因素是轨道车辆的行驶条件、尤其是行驶速度、制动压力、制动力和/或防滑系统和/或撒砂系统和/或磁轨制动器的激活。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的制动调节装置(2)，其中，所述限制装置与调节单元耦联，以便根据限制来作用于调节单元的参数。

14.一种用于轨道车辆的制动系统的运行方法，其中，根据减速度目标值(a_set)和减速度实际值(a_train)通过调节单元来调节减速度调整参量值(a_out)，以便使减速度实际值(a_train)与减速度目标值(a_set)之间的偏差最小化，其特征在于，与调节单元无关地限制所述减速度调整参量值(a_out)，使得减速度调整参量值(a_out)与减速度目标值(a_set)偏差对于较小的值最多能够为负最大调节行程(14)或对于较大的值最多能够为正最大调节行程(15)。

15.根据权利要求14所述的运行方法，其中，两个所述最大调节行程(14、15)中的至少一个最大调节行程不与减速度目标值(a_set)成比例。

16.根据权利要求14或15所述的运行方法，其中，根据减速度目标值(a_set)和/或制动时间和/或环境条件和/或行驶条件确定两个所述最大调节行程(14、15)中的至少一个最大调节行程。

17.一种用于轨道车辆的制动系统，所述制动系统具有根据权利要求1至16中任一项所述的制动调节装置(2)。

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