CN109153380B - 用于控制或调节制动装备的方法和设备 - Google Patents

Abstract

针对具有至少一个系关安全性的制动系统和至少一个另外的制动系统的制动装备，特别是轨道车辆的制动装备，在对其进行控制或调节时，如果总制动力未低于或者高于制动力的预定阈值，在使用所述另外的制动系统的情况下实施快速制动，而如果在快速制动期间其低于或者高于所述阈值，则仅仅使用所述系关安全性的制动系统继续进行快速制动。

Description

用于控制或调节制动装备的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种方法和一种设备，其用于对制动装备、特别是轨道车辆的制动装备进行控制或调节(Steuerung oder Regelung，开环控制或闭环控制)。此外，本发明还涉及一种制动装备，特别是轨道车辆的制动装备，其包括这样的控制或调节设备。

背景技术

轨道车辆的制动装备通常具有多个不同的制动系统。在几乎所有轨道车辆中都使用压缩空气制动器，也称为气动制动器(PN)。除此之外，轨道车辆特别是动车还具有磁轨制动器(MG)，并且在电动和柴油电动车辆中具有电动力制动器(ED)或者在柴油液压传动车辆中具有液压制动器或者缓行制动器。较新型车辆(特别是高速交通的动车)还配备有所谓的涡流制动器(ECB)。

在对轨道车辆进行制动时有不同种类制动之分。对此，例如行车制动(Betriebsbremsung，常用工作制动)通过动车司机或者通过自动控制予以启动。行车制动器在寿命周期成本、舒适性和生态观点方面(最大化利用再生电动力制动器)是优化的。因此，在行车制动期间优先使用无磨损型制动系统，如电动力制动器。

而在危险情况中则要通过动车司机启动快速制动。此时要求缩短的响应时间。于是采用具备最高可用性的制动器。因此，在快速制动时(在下文中所述快速制动还应该理解为紧急制动、强制制动或者危险制动)也用到摩擦制动器，诸如气动制动器/压缩空气制动器，和磁轨制动器。

应用于快速制动的制动系统必须满足关于安全性评价的高要求。所以，在快速制动期间不能利用行车制动器的许多功能，原因是它们不满足关于安全性评价的相应要求。然而，在快速制动期间，在同时保证所要求的安全性的情况下，利用行车制动功能却带来了在经济上以及在生态上显著的优点。尤其是对于高速列车，但不仅仅是对于高速列车，实现了这些优点，在高速列车中车辆制动所需的能量和随此发生的磨损是很高的，因而在快速制动中利用无磨损制动器在经济上和生态上所表现出的优势也特别大。

在传统的制动装备中，为了快速制动这样地对制动系统进行操控：将系关安全性的摩擦制动器激活并且使仅仅为较低安全要求而设计的另外的制动系统不起作用。由此确保高的安全等级。然而由此只是通过受磨损的摩擦制动器产生制动力矩。而低磨损的制动系统却不起作用。由此，一方面产生高磨损，另一方面不能对制动能量进行再回收利用。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种改进的方法和一种改进的设备用于对制动装备进行控制或调节，该方法和设备能使制动装备在快速制动期间实现尽可能低磨损的运行。

此目的通过一种用于对制动装备进行控制或调节的方法以及通过一种用于对制动装备进行控制或调节的设备和通过一种轨道车辆得以实现。

本发明的方法用于对制动装备、特别是轨道车辆的制动装备进行控制或调节，该制动装备具有至少一个系关安全性的制动系统和至少一个另外的制动系统，其首先读入为制动装备预先确定的快速制动要求。本方法然后根据所述快速制动要求进行快速制动，此时使用了所述另外的制动系统。对轨道车辆的总制动力进行监测，并且检查该总制动力是否低于或者高于一个阈值。若所述总制动力低于或者高于阈值，那么仅仅使用系关安全性的制动系统继续实施快速制动。

在轨道车辆中，系关安全性的制动系统优选是气动制动系统(PN)，亦即普遍存在的压缩空气制动器。除了系关安全性的制动系统之外还可以有一个或者多个另外的制动系统。所述另外的制动系统设计为，使它们比所述系关安全性的制动系统满足更低的安全要求。所述另外的制动系统例如是电动力制动器、磁轨制动器或者涡流制动器(ECB)。针对许多动车，例如规定设置有磁轨制动器。在柴油机车辆中，若是柴油液压传动车辆，例如可以设置液压制动器(例如缓行制动器)代替电动力制动器。

本发明的方法首先读入由外部预先确定的快速制动要求。该快速制动要求可以由动车司机触发，但诸如在强制制动时，例如也可以通过安全行驶操作线路或者列车安全系统如感应式自动停车装置(Indusi)来触发。本发明的方法基于由外部预先确定的快速制动要求直接启动快速制动。在快速制动时使用所述另外的制动系统。此时首先主要或者仅仅采用所述另外的制动系统，或者将其用于附加补充和辅助支持所述系关安全性的制动系统。在此，若所述系关安全性的制动系统是气动制动器，那么就实施气动制动器的压力调节，以便对制动力进行分配并且尽可能地利用所述另外的制动系统，特别是利用无磨损的另外的制动系统进行制动。因为例如电动力制动器并不是一直制动到车辆停车为止且其制动力矩随着速度的减小而下降，所以会需要例如根据速度和负荷对不同制动系统的制动力矩进行控制并且由此形成适当的制动力分配，以便时时获得最佳的总制动力。

在快速制动期间对轨道车辆的总制动力进行监测。为此而处理例如可通过测量技术获得的关于车辆状态的信息，以便从中推断出关于车辆总制动力的结论。然后检查车辆的总制动力是否低于预定的阈值或者高于预定的阈值。该阈值可以是恒定不变的，然而它也可以是例如与速度相关的。所述阈值可以是唯一一个阈值，但优选是两个彼此不同的阈值，其中第一阈值是关于总制动力超低的情形，而第二阈值则是关于总制动力超高的情形。

若所述阈值彼此不同，那么就在两阈值之间形成一个范围，总制动力必须处于该范围内，以便在使用一个或者多个所述另外的制动系统的情况下实施制动。而若总制动力低于两个阈值中较小的阈值，则在使用所述另外的制动系统中的至少一个的情况下所获得的总制动力过低，因而仅仅使用系关安全性的制动系统继续进行快速制动，以便获得充分的制动力。

相反，若总制动力高于两个阈值中较大的阈值，则在使用所述另外的制动系统中的至少一个的情况下所获得的总制动力过高，因而同样仅仅使用系关安全性的制动系统继续进行快速制动。通过这种方式可以防止：超过例如在车轮与轨道之间的制动附着力效果(Kraftschlussausnutzung)并且例如可能出现打滑。

使用两个彼此不同的阈值(具有设置在这两个阈值之间的值域)相当于使用一个单独的、但被一滞后域包围的阈值。

若车辆的总制动力低于或者高于一个所述阈值或者多个相应的阈值，那么就仅仅使用系关安全性的制动系统继续进行快速制动。在此提高对所述系关安全性的制动系统(通常是对气动制动器)的制动力矩要求。然后使车辆的另外的制动系统不起作用并使其不再用于继续实施快速制动。于是，当总制动力低于或者高于一个或者多个阈值时，便切换到第二个独立的制动模式，该制动模式相当于传统的快速制动。

按照本发明的用于对制动装备进行控制或调节的方法能够使行车制动功能或者说在行车制动期间所使用的另外的制动系统也可在快速制动期间得以利用。由此可以降低制动系统的磨损，并且能够对制动能量进行回收利用。在此同时保证了快速制动的安全完整性，从而满足对于实施快速制动之系统的安全要求，尽管在快速制动时所能使用的各组成部分就单个来说并不满足安全性评价方面的相应要求。

在本方法的一种进一步设计方案中，通过沿着车辆方向测量总减速实现对车辆的总制动力的监测。车辆减速是一个可以简单确定的参量，从该参量能够推断出总制动力。在此，优选沿着行驶方向通过加速度传感器测量总减速。这具有如下优点：所述系统即使在上坡和下坡中也能够检查准确的制动力，而以车辆的动态纵向减速为依据沿着行驶方向确定车辆总减速的系统则可能导致与上坡和下坡当中实际制动力的偏差。对此，在车辆中可以设置一个或者也可以设置多个加速度传感器。

在本方法的一种进一步设计方案中，所述系关安全性的制动系统是气动制动器。气动制动器通常在轨道车辆中是已有的。它们构造简单并且满足安全性评价方面的相应要求。特别是利用气动制动器可实现车辆减速直至停车。

在本方法的进一步有益的设计方案中，在实施快速制动时可根据速度、负荷或者这两个参量控制或调节气动制动器的压力。为了实施快速制动，一方面在气动制动器仅与所述另外的制动系统共同作用时就能够进行该压力控制或调节，而特别是在车辆的总制动力被判断为过低或者过高之后，当仅仅使用气动制动系统作为系关安全性的制动系统继续进行快速制动时也能够进行所述压力控制或调节。通过对气动制动器的与速度或者负荷相关的压力调节能够在利用气动制动器快速制动期间实现最大减速。

在本发明的一种有益设计方案中，制动装备中的所述另外的制动系统是电动力制动器(ED)、磁轨制动器(MG)或者涡流制动器(ECB)。在这种液压车辆中也可以使用液压制动器，例如缓行器。

在本发明方法的一种进一步有益的设计方案中，对参与快速制动的制动系统的制动力进行调节。由此可以在各个制动系统之间分配制动力。优选的是，在此为磨损型制动系统(例如气动制动器)加载尽可能低的制动力矩，而无磨损型制动器(诸如电动力制动器)则提供最大可能的制动力矩。

本发明的设备用于对制动装备、特别是轨道车辆的制动装备进行控制或调节，其具有至少一个系关安全性的制动系统和至少一个另外的制动系统。此外，所述设备具有用于读入快速制动要求的信号输入端。所述设备另外还具有用于使用多个制动系统实施快速制动的装置。该设备此外具有用于对轨道车辆的总制动力进行监测的装置和用于检查总制动力是否低于或者高于一个或者多个阈值的装置。此外，该设备具有用于仅仅使用系关安全性的制动系统实施快速制动的装置。

所述信号装置读入一个信号，从外部通过该信号确定一个快速制动要求。该快速制动要求可来自车辆驾驶员，然而也可来自车辆本身，例如在启动强制制动时通过感应式自动停车装置。

所述用于使用多个制动系统实施快速制动的装置根据所述快速制动要求操控现有的制动系统。在此将制动力分配到现有的多个不同系统上。优选在此这样地分配制动力，即：尽可能通过无磨损型制动器(例如电动力制动器)施加制动力矩，而摩擦制动器(特别是气动制动器)则尽可能不被操控或者仅仅施加很小的制动力矩。这一情况还与相应的车辆状态有关，因为电动力制动器在速度较小时施加较小的制动力矩，故而随着速度降低而下降的制动力矩必须通过提高由气动制动器施加的制动力矩得到补偿。

所述用于监测车辆的总制动力的装置对车辆状态(特别是车辆的减速)进行监测并且从该减速确定制动力。这一点可以通过传感器和车辆模型实现。

在所述设备的另一装置中，检查如此确定的总制动力是否低于或者高于一个或多个不同的阈值。若其低于或者高于一个或多个不同的阈值，那么将这一点报告给用于仅仅使用系关安全性的制动系统实施快速制动的装置。该装置使所述另外的制动系统不起作用并且仅仅使用系关安全性的制动系统实施安全制动。

按照本发明构成的用于对制动装备进行控制或调节的设备的突出特点主要在于：尽可能地减少车辆摩擦制动器的磨损，并且同时能够进行制动能量回收利用。

在本发明设备的一种进一步设计方案中，所述用于对车辆的总制动力进行监测的装置具有加速度传感器。通过该加速度传感器可确定车辆的减速。在此，所述减速特别是沿着行驶方向实现，使得即便在上坡或者下坡行驶时也始终准确地求取总制动力。为求取总制动力，可以采用车辆模型。

在所述设备的一种进一步有益的设计方案中，系关安全性的制动系统是气动制动器。

在所述设备的一种进一步有益的设计方案中，所述另外的制动系统是电动力制动器、磁轨制动器或者涡流制动器。在这种液压车辆中也可使用液压制动器，例如缓行器。在所述设备中可以使用一个或者多个另外的制动系统。

在所述设备的一种进一步有益的设计方案中，该设备具有用于在参与快速制动的各制动系统之间分配制动力的装置。由此可以通过不同系统产生用于实施快速制动所需的制动力矩。制动力矩可根据不同的最优化准则(例如磨损、制动能量回收利用或者必要的制动力矩)进行分配。

在本发明的制动装备中，使用按照前述设计方案的用于对制动装备进行控制或调节的设备。

在本发明的轨道车辆中，使用按照前述设计方案的用于对制动装备进行控制或调节的设备。

附图说明

下文将参照附图对本发明的实施例进行说明。

附图示出：

图1为本发明的用于对制动装备进行控制或调节的方法的流程；和

图2为用于对制动装备进行控制或调节的设备。

具体实施方式

图1示出了本发明方法的流程图，该方法用于对制动装备进行控制或调节以实施快速制动。

所述用于对制动装备进行控制或调节的方法从外部获得快速制动要求，例如从动车司机或者从车辆系统或列车安全系统获得，诸如通过安全行驶操作线路或者感应式自动停车装置预先给定。首先在第一方法步骤中获取该快速制动要求(S10)。接着便直接进行快速制动(S12)。在此，除了系关安全性的制动系统(通常为气动制动系统)之外还采用一个或者多个在行车制动期间所使用的另外的制动系统。所述另外的制动系统设计为，使它们比所述系关安全性的制动系统满足更低的安全要求。对这些制动系统进行操控，并且针对不同制动系统，预先给定应通过制动系统分别施加的制动力矩。在此，首先主要或者仅仅采用一个所述另外的制动系统或者多个所述另外的制动系统，或者将这个或者这些制动系统用于附加补充和辅助支持所述系关安全性的制动系统。然后车辆便实施快速制动。

若所述系关安全性的制动系统是气动制动器，那么实施对该气动制动器的压力调节，以便分配制动力并且尽可能地利用一个所述另外的制动系统或者多个所述另外的制动系统(特别是利用无磨损的另外的制动系统)进行制动。由于例如图2中现有的电动力制动器ED并不是一直制动到车辆停车为止且其制动力矩随着速度的减小而下降，所以会需要例如根据速度和负荷对不同制动系统的制动力矩进行控制并且由此形成适当的制动力分配，以便时时获得最佳的总制动力。

在快速制动期间对车辆状态进行检测(S14)。为此，例如借助加速度传感器测定车辆减速。由该车辆减速求取车辆的总制动力。特别是可以通过沿着车辆方向测量总减速实现对车辆的总制动力的监测。因此，由车辆的减速(利用车辆的现有传感机构可简单地测定该减速)可以推断出总制动力。在此，特别是沿着行驶方向通过在车辆中通常标配的加速度传感器来测量总减速。

在随后的步骤(S16)中对求取的总制动力进行监测。检查所求取的总制动力是否低于或者高于预定的阈值(S18)。该阈值可以是固定的，并且也可涉及彼此不同的阈值。而这个或这些阈值也可能取决于车辆状态，例如车速或者车重。

若总制动力不小于或大于一个或者多个所述预定的阈值，那么便继续使用多个制动系统实施快速制动(S12)。

相反，若总制动力不足，亦即低于一个阈值，此时车辆减速不充分，则仅仅利用所述系关安全性的制动系统实施快速制动(S20)。当总制动力过高时，情况也是如此。为此将所述另外的制动系统关断，并且只通过所述系关安全性的制动系统提供制动力矩。在此情况下，通过控制或调节方法如此地适配调整由所述系关安全性的制动系统提供的制动力矩，以实现车辆的最大减速或者说对于快速制动所要求的减速。

图2示出了设备的示意性系统结构，该设备用于对制动装备进行控制或调节，以便使用多个制动系统实施快速制动。

该控制或调节设备具有用于读入快速制动要求的信号输入端。减速调节部20与制动力分配部22共同作用，以操控在图2中示出的不同制动系统(气动制动器PN、电动力制动器ED、磁轨制动器EG、涡流制动器ECB)。在此，轨道车辆的制动装备要么是具备所有在图2中示出的制动系统，要么是具备这些制动系统中的一部分。在几乎所有轨道车辆中都使用压缩空气制动器，也称为气动制动器(PN)。除此之外，轨道车辆、特别是动车还具有磁轨制动器(MG)，并且在电动车辆和柴油电动车辆中具有电动力制动器(ED)，或者在柴油液压传动车辆中具有液压制动器或者缓行制动器。较新型的车辆(特别是高速交通的动车)还配备有所谓的涡流制动器(ECB)。

在图2所示的设备中，所述系关安全性的制动系统是气动制动器(PN)。气动制动器通常是在轨道车辆中已有的。它们构造简单并且满足安全性评价方面的相应要求。特别是，利用气动制动器可以实现直到停车为止的车辆减速。在实施快速制动时，可以根据速度、负荷或者该两个参量对气动制动器(PN)的压力进行控制或调节。一方面在气动制动器仅与所述另外的制动系统共同作用以实施快速制动时，就能够进行该压力控制或调节，而另一方面特别是在车辆的总制动力被判断为过低或者过高之后，当仅仅使用气动制动系统作为系关安全性的制动系统继续进行快速制动时，也能进行所述压力控制或调节。通过气动制动器的与速度或者与负荷相关的压力调节，便能够在利用该气动制动器快速制动期间达到最大的减速。

在此，制动力分配部22预先确定：要由相应的制动系统贡献怎样份额的制动力矩。为此，在按照图2的实施方式中例如可以对参与快速制动的各制动系统的制动力进行调节。由此便可在各个制动系统之间分配总制动力。在此，特别是给磨损型制动系统(例如气动制动器(PN))加载尽可能低的制动力矩，而无磨损型制动器(诸如电动力制动器(ED))则提供最大可能的制动力矩。在此，减速调节部20首先给定所要求的系统减速并由此给定所要求的总制动力，该总制动力然后通过制动力分配部22被转换为用于各个系统的制动力矩要求。

基于由各个制动系统产生的各制动力矩使车辆减速。对车辆减速进行测量并且在减速调节部20中对其进行监视。通过所述减速监测部24检查：所达到的减速强度是否足以满足对于快速制动的要求，或者所达到的减速强度是否过低或者过高。若是后一情形，则激活后备层级(Rückfallebene)26，通过该后备层级而使所述另外的制动系统不起作用并且仅仅通过气动制动器PN实施制动。对此，在图2所示的设备中在所述后备层级26内根据车辆的当前负荷和当前速度操控所述气动制动器。

附图标记列表

S10 读入快速制动要求

S12 实施快速制动

S14 检测车辆状态

S16 监测总制动力

S18 检查总制动力是否低于或者高于阈值

S20 只利用系关安全性的制动系统继续进行快速制动

20 减速调节部

22 制动力分配部

24 减速监测部

26 后备层级

Claims (16)

1.用于对制动装备进行控制或调节的方法，其中，所述制动装备具有至少一个系关安全性的制动系统(PN)和至少一个另外的制动系统(ED，MG，ECB)，

其特征在于包括下列步骤：

读入快速制动要求(S10)，

在使用所述另外的制动系统中的至少一个制动系统的情况下实施快速制动(S20)，

监测车辆的总制动力(S16)，

检查总制动力是否低于或者高于阈值(S18)，

在低于或者高于阈值时，仅仅使用所述系关安全性的制动系统继续进行快速制动(S20)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过沿着行驶方向测量总减速实现对车辆的总制动力的监测。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过加速度传感器实现沿着行驶方向对总减速的测量。

4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述系关安全性的制动系统是气动制动器(PN)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据速度和/或负荷控制或调节所述气动制动器(PN)的压力。

6.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述另外的制动系统是电动力制动器(ED)、磁轨制动器(MG)或者涡流制动器(ECB)。

7.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，对参与快速制动的制动系统(PN，ED，MG，ECB)的制动力进行调节。

8.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述制动装备是轨道车辆的制动装备。

9.用于对制动装备进行控制或调节的设备，其中，所述制动装备具有至少一个系关安全性的制动系统(PN)和至少一个另外的制动系统(ED，MG，ECB)，

其特征在于，该设备具有：

用于读入快速制动要求的信号输入端，

用于使用多个制动系统(ED，MG，ECB，PN)实施快速制动的装置(20，22)，

用于对车辆的总制动力进行监测的装置(24)，

用于检查总制动力是否低于或者高于阈值的装置(24)，和

用于仅仅使用所述系关安全性的制动系统(PN)实施快速制动的装置(26)。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于对车辆的总制动力进行监测的装置(24)构造为用于沿着行驶方向测量车辆的车辆减速，并且所述用于对车辆的总制动力进行监测的装置(24)具有加速度传感器。

11.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述系关安全性的制动系统是气动制动器(PN)。

12.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述另外的制动系统是电动力制动器(ED)、磁轨制动器(MG)或者涡流制动器(ECB)。

13.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，该设备具有用于在参与快速制动的各制动系统(ED，MG，ECB，PN)之间分配制动力的装置。

14.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述制动装备是轨道车辆的制动装备。

15.制动装备，其包括如权利要求9至14之任一项所述的控制或调节设备。

16.轨道车辆，其包括如权利要求9至14之任一项所述的控制或调节设备或者如权利要求15所述的制动装备。

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