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Die Odometrie in Form der Weg- beziehungsweise Positions- und Geschwindigkeitserfassung von Zugbeeinflussungssystemen nutzt unter anderem pneumatisch gebremste Achsen, die zur Messwertaufnahme mit Sensoren, wie z. B. Drehsignal- beziehungsweise Drehzahl- oder Wegimpulsgebern, ausgerüstet werden. In diesem Zusammenhang liegt das prinzipielle Problem vor, dass insbesondere nach Ausgabe beziehungsweise Betätigung einer pneumatischen Bremse so genannter Gleit- beziehungsweise Bremsschlupf zu einem Schlupfzustand des Rades führen kann.
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Um eine optimale Ausnutzung des Haftwertes zwischen Rad und Schiene zu erzielen sowie Flachstellen an den Radsätzen zu vermeiden, wird der Schlupf der Räder von Schienenfahrzeugen üblicherweise von Gleitschutzeinrichtungen überwacht und ist deshalb begrenzt. Beim Erreichen eines festgelegten Schlupfpegels schalten diese Einrichtungen die Bremskraft ab, bis keine Schlupfgeschwindigkeit mehr vorhanden ist oder die Schlupfgeschwindigkeit einen bestimmten Mindestpegel unterschritten hat.
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Da üblicherweise auch aus sicherungstechnischen Gründen keine Wechselwirkung zwischen den Komponenten eines Zugbeeinflussungssystems sowie den Komponenten der Gleitschutzeinrichtung beziehungsweise Gleitschutzerkennung vorgesehen beziehungsweise zugelassen ist, kann seitens der Odometrie nicht ohne Weiteres zwischen Bremsvorgängen mit und ohne Gleitschlupf beziehungsweise einem Rollen oder Antreiben des betreffenden Rades unterschieden werden.
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Aus diesem Grund muss bei der sicherungstechnischen Vertrauensintervallbildung seitens des Zugbeeinflussungssystems beziehungsweise seiner Komponenten die größte von der Gleitschutzeinrichtung erlaubte Schlupfgeschwindigkeit in Höhe von ca. 30% der Fahrzeuggeschwindigkeit angenommen beziehungsweise zugrunde gelegt werden. Hieraus berechnen sich somit obere Vertrauensintervallgrenzen, die entsprechend weit oberhalb der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise dem tatsächlich zurückgelegten Weg liegen, so dass sich auch hinsichtlich der Position des Schienenfahrzeugs eine entsprechend große Unsicherheit ergibt. Da seitens der Zugbeeinflussung beziehungsweise -sicherung für die sicherungstechnische Geschwindigkeits- und Gefahrenpunktüberwachung die entsprechenden oberen Vertrauensintervallgrenzen verwendet werden, lässt sich mittels einer Messwerterfassung insbesondere an pneumatisch gebremsten Achsen bislang keine Ortung realisieren, die den betrieblichen Anforderungen in ausreichendem Maße entspricht.
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In der Praxis hat dies bislang dazu geführt, dass von Sensoren erfasste Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit eines Rades eines Schienenfahrzeugs üblicherweise lediglich in Ausnahmesituationen verwendet werden. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn andere Sensorkanäle, wie beispielsweise eine zur Weg- und Geschwindigkeitserfassung verwendete Radareinrichtung, bereits gestört oder ausgefallen sind. In diesem Fall erfolgt die Vertrauensintervallbildung hinsichtlich der Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des Rades üblicherweise mit dem vollen, von der Gleitschutzeinrichtung zugelassenen Schlupfprofil, so dass im Ergebnis nur ein Notbetrieb mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, anzugeben, das eine Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs mit einer zumindest im Mittel geringeren Unsicherheit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bei dem für zumindest ein Rad des Fahrzeugs Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des Rades erfasst werden, aus den erfassten Messwerten zumindest eine Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung bestimmt wird und ein Beginn eines Schlupfzustands des Rades erkannt wird, sofern anhand der zumindest einen Kenngröße zunächst ein Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Reduzierung der Bremsverzögerung festgestellt wird.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit für zumindest ein Rad des Fahrzeugs Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades erfasst. Aus diesen erfassten Messwerten wird anschließend zumindest eine Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung bestimmt. Im Folgenden ist es anhand der zumindest einen Kenngröße nunmehr möglich, einen Beginn eines Schlupfzustands des Rades, d. h. beginnenden Schlupf, zu erkennen, sofern anhand der zumindest einen Kenngröße zunächst ein Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Reduzierung der Bremsverzögerung festgestellt wird. Hierbei wird somit vorteilhafterweise das sich aus der Kraftschlussbeiwertkennlinie ergebende Verhalten der Umfangsgeschwindigkeit eines Rades nach Verlust des Kraftschlusses ausgenutzt, um den Beginn des Schlupfzustands zu erkennen.
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Generell ist der Kraftschlussbeiwert proportional zu der auf dem Fahrweg, d. h. beispielsweise die Schienen, umgesetzten Kraft, die das Fahrzeug antreibt (Zugkraft) oder bremst (Bremskraft). Die Schlupfgeschwindigkeit ist hierbei die Differenz von Fahrzeug- und Radumfangsgeschwindigkeit. Bei Einfahrt in glatte Schienenverhältnisse springt nun der Kraftschlussbeiwert auf niedrige Werte und die eingestellte Bremskraft übersteigt somit das Kraftschlussbeiwertmaximum. Damit erzwingt der schlagartig zur Verfügung stehende erhöhte Anteil der eingestellten Bremskraft eine Verzögerung der Achsen und Räder verbunden mit hohen negativen Beschleunigungs- beziehungsweise Ruckwerten, d. h. es ergibt sich ein signifikanter Anstieg der Bremsverzögerung.
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Mit steigender Schlupfgeschwindigkeit wird der zur Verzögerung der Räder zur Verfügung stehende Anteil der eingestellten Zugkraft im Folgenden umso größer, so dass die Verzögerung zunächst immer weiter steigt. Dieser Mitkoppeleffekt würde die Achsen und Räder – nicht jedoch das Fahrzeug in seiner Gesamtheit – schnell in den Stillstand zwingen, wenn nicht der Gleitschutz, d. h. eine Gleitschutzeinrichtung, die Bremskraft beim Erreichen einer Überwachungsgrenze begrenzen oder abschalten würde. Hierdurch wird eine Reduzierung der Bremsverzögerung, d. h. ein positiver Ruck, ausgelöst.
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Der zuvor beschriebene Vorgang läuft in analoger Weise beispielsweise auch bei Achsen beziehungsweise Rädern mit elektrischer Schlupfregelung ab, wenn das betreffende Rad bereits vor Ausgabe einer pneumatischen Bremse den Kraftschluss verloren hat und elektrisch mit annähernd konstanter Schlupfgeschwindigkeit geregelt wird. Nach Ausgabe der pneumatischen Bremse kann hierbei die elektrische Schlupfregelung abgeschaltet werden, so dass sich dieser Fall von dem Fall ohne jegliche Regelung lediglich dadurch unterscheidet, dass er bereits mit einer Schlupfgeschwindigkeit beginnt, die einen Kraftschlussbeiwert zur Folge hat, der unterhalb des Kraftschlussbeiwertmaximums liegt.
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Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist es somit möglich, den Beginn eines Schlupfzustands eines Rades eines Fahrzeugs zu erkennen, sofern anhand der Kenngröße für die die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung zunächst ein Anstieg der Bremsverzögerung, d. h. ein „hoher negativer Ruck” und anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, innerhalb derer im Falle eines tatsächlichen Gleitschlupfes seitens einer Gleitschutzeinrichtung regelnd eingegriffen wird, eine Reduzierung der Bremsverzögerung, d. h. eine Information der Art „für kurze Zeit hohe Verzögerung” beziehungsweise „relativ hoher positiver Ruck” festgestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den grundlegenden Vorteil, dass der Beginn des Schlupfzustands des Rades allein anhand der für das Rad erfassten Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des Rades erkannt wird. Dies bedeutet, dass eine Kommunikation mit sonstigen Komponenten der Steuerung des Fahrzeugs, d. h. beispielsweise der Gleitschutzeinrichtung, vorteilhafterweise nicht erforderlich ist. Hierdurch wird einerseits der Aufwand für entsprechende Kommunikationskanäle vermieden; darüber hinaus ist dies insbesondere aus sicherungstechnischer Sicht wünschenswert beziehungsweise erforderlich, da hierdurch unerwünschte Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Komponenten des Steuerungssystems des Fahrzeugs vorteilhafterweise vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet, dass anhand der zumindest einen Kenngröße zunächst ein einen ersten Schwellenwert übersteigender Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne eine einen zweiten Schwellenwert übersteigende Reduzierung der Bremsverzögerung festgestellt wird. Dies ist vorteilhaft, da mittels des ersten Schwellenwertes sowie des zweiten Schwellenwertes die Empfindlichkeit des Verfahrens hinsichtlich des Erkennens des Beginns des Schlupfzustands des jeweiligen Rades eingestellt werden kann. Hierdurch kann einerseits eine zuverlässige Erkennung des Beginns des Schlupfzustands des Rades sowie andererseits eine Vermeidung des fälschlichen Erkennens von Schlupfzuständen gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass ein Ende des Schlupfzustands des Rades erkannt wird, sofern die zumindest eine Kenngröße für eine vorgegebene Zeitdauer annähernd konstant ist. Generell endet der Schlupfzustand beziehungsweise Schlupfvorgang des Rades, wenn das Rad den Kraftschluss zur Fahrbahn, d. h. beispielsweise zur Schiene, zurück erlangt hat. Dieses kann sowohl nach als auch während der Bremsausgabe, d. h. des Bremsens des Fahrzeugs, erfolgen. Das sich hierbei ergebende Verhalten der Umfangsgeschwindigkeit des Rades nach mit Beginn des Schlupfzustands erfolgtem Verlust des Kraftschlusses hängt dabei insbesondere von der Art der verwendeten Schlupfsteuerung ab. So erfolgt bei pneumatischen Bremsen üblicherweise keine elektrische Regelung des Schlupfes, sondern ein Zu- und Abschalten der Bremskraft durch die Gleitschutzeinrichtung, wobei dies insbesondere in neueren Fahrzeugen auch gestuft erfolgen kann. In Abhängigkeit von der Art der Gleitschutzeinrichtung zeigt die Umfangsgeschwindigkeit des Rades in der Folge somit entweder ein streng intermittierendes Verhalten, das demjenigen des ABS (Antiblockiersystem) ähnelt, oder ein oszillierendes Verhalten mit Dauerschlupf. Dabei zeigt die Umfangsgeschwindigkeit des Rades aufgrund des zuvor beschriebenen Mitkoppeleffekts in beiden Fällen in Abhängigkeit von der Zeit vergleichsweise steile Flanken, wobei sich Extremwerte typischerweise in einem zeitlichen Abstand von 2 bis 4 Sekunden ergeben. Hierdurch wird es somit vorteilhafterweise ermöglicht, ein Ende des Schlupfzustands des Rades zu erkennen, sofern die zumindest eine Kenngröße für die die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung für eine vorgegebene Zeitdauer, die typischerweise im Bereich einiger Sekunden liegen wird, annähernd konstant ist. Somit kann vorteilhafterweise nicht nur den Beginn des Schlupfzustands beziehungsweise Schlupfvorgangs, sondern darüber hinaus auch dessen Ende allein anhand von für die Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades erfassten Messwerten erkannt werden.
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Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin auch derart ausgestaltet sein, dass die erfassten Messwerte für eine Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet werden. Dies ist vorteilhaft, da das Erkennen des Beginns des Schlupfzustands des Rades sowie darüber hinaus gegebenenfalls des Endes des Schlupfzustands des Rades in der Praxis insbesondere bei einer Verwendung der erfassten Messwerte für die Odometrie erhebliche Vorteile mit sich bringen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt, dass für die Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Vorliegen oder nicht Vorliegen des Schlupfzustands unterschiedliche Fehlermodelle hinsichtlich der Genauigkeit der erfassten Messwerte verwendet werden. Dies ist vorteilhaft, da somit nur für den Fall, dass tatsächlich ein Schlupfzustand erkannt worden ist, ein Fehlermodell zu verwenden beziehungsweise heranzuziehen ist, welches der mit dem Schlupf des Rades verbundenen Unsicherheit hinsichtlich der Genauigkeit der Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des Rades Rechnung trägt. Hingegen kann für den Fall, dass kein Schlupfzustand vorliegt beziehungsweise erkannt worden ist, vorteilhafterweise ein Fehlermodell verwendet werden, dem hinsichtlich der erfassten Messwerte eine deutliche höhere Genauigkeit zugrunde liegt. Durch entsprechende Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass es hierdurch der Odometrie, die beispielsweise Bestandteil eines Zugsicherungs- beziehungsweise Zugbeeinflussungssystems eines Schienenfahrzeugs sein kann, ermöglicht wird, hinsichtlich der Geschwindigkeit und des Weges beziehungsweise der Position des Fahrzeugs Vertrauensintervalle zu bilden, die in durchschnittlich mehr als 97% der Betriebszeit aufgrund des Nichtvorliegens von Schlupf eine so geringere Größe aufweisen, dass eine befriedigend genaue Ortung selbst. nach Ausfall der Hauptsensoren, wie z. B. einer Radareinrichtung, weiterhin möglich ist. Dies hat zur Folge, dass selbst im Störzustand der entsprechenden Hauptsensoren Störungen des Fahrbetriebs, etwa durch drastische Geschwindigkeitseinschränkungen oder ausgedehnte Wegvertrauensintervalle, bei denen unter Umständen die Haltepunkte überhaupt nicht mehr angefahren werden können, vermieden werden. In Abhängigkeit von den genauen Achseigenschaften der einzelnen Fahrzeugtypen kann es gegebenenfalls darüber hinaus auch möglich sein, die Anzahl der zur Erfassung der Messwerte verwendeten Sensoren zu reduzieren.
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Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren für auf beliebige Art und Weise gebremste Räder verwendet werden. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messwerte für ein pneumatisch gebremstes Rad erfasst. Dies ist vorteilhaft, da bei Rädern beziehungsweise Achsen mit pneumatisch beziehungsweise nicht elektrisch geregelten Bremsen eine besonders zuverlässige Erkennung des Beginns sowie gegebenenfalls des Endes des Schlupfzustandes möglich ist. Ursache hierfür ist, dass das zum Erkennen des Beginns sowie insbesondere des Endes eines Schlupfzustands verwendete Verhalten insbesondere im Zusammenhang mit pneumatisch gebremsten Achsen beziehungsweise Rädern auftritt; so zeigt sich im Zusammenhang mit einer pneumatischen Bremse beispielsweise üblicherweise ein oszillierendes Verhalten der Schlupfgeschwindigkeit, das Folge der mit mechanischen beziehungsweise pneumatischen Stellgliedern verbundenen Verzögerungszeiten ist. Hingegen ist bei elektrisch geregelten Bremsen eine Regelung seitens einer Gleitschutzeinrichtung mit vergleichsweise hoher Genauigkeit möglich, so dass sich hier das zuverlässige Erkennen des Beginns sowie gegebenenfalls des Endes des Schlupfzustandes schwieriger gestaltet. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dahingehend im Zusammenhang mit pneumatisch gebremsten Rädern besonders vorteilhaft, dass in diesem Fall die Unsicherheit bei der Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades – gerade aufgrund der nur mit vergleichsweise geringen Genauigkeit möglichen Steuerung durch die zugehörige Gleitschutzeinrichtung – besonders stark reduziert werden kann.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Anordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug.
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Hinsichtlich der Anordnung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für ein Fahrzeug anzugeben, die eine Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs mit einer zumindest im Mittel geringeren Unsicherheit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit zumindest einer Sensoreinrichtung zum Erfassen von Messwerten für die Umfangsgeschwindigkeit zumindest eines Rades des Fahrzeugs und mit einer Steuereinrichtung zum Bestimmen zumindest einer Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung aus den erfassten Messwerten sowie zum Erkennen des Beginns eines Schlupfzustands des Rades, sofern anhand der zumindest einen Kenngröße zunächst ein Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Reduzierung der Bremsverzögerung festgestellt wird.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechen im Wesentlichen denjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Gleiches gilt hinsichtlich der im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung in Bezug auf die entsprechenden bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass auch diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Anordnung derart ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Beginn des Schlupfzustands des Rades erkannt wird, sofern anhand der zumindest einen Kenngröße zunächst ein einen ersten Schwellenwert übersteigender Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne eine einen zweiten Schwellenwert übersteigende Reduzierung der Bremsverzögerung festgestellt wird.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Anordnung weiterhin auch derart ausgestaltet sein, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, ein Ende des Schlupfzustands des Rades zu erkennen, sofern die zumindest eine Kenngröße für eine vorgegebene Zeitdauer annähernd konstant ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Anordnung zur Verwendung der erfassten Messwerte für eine Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausgebildet.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Anordnung auch derart ausgebildet sein, dass für die Bestimmung der Position und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Vorliegen oder Nichtvorliegen des Schlupfzustands unterschiedliche Fehlermodelle hinsichtlich der Genauigkeit der erfassten Messwerte verwendet werden.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Fahrzeug mit zumindest einem pneumatisch gebremsten Rad und zumindest einer erfindungsgemäßen Anordnung beziehungsweise zumindest einer Anordnung gemäß einer zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Fahrzeug hierbei als Schienenfahrzeug ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
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1 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erstes schematisches Diagramm,
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2 zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf das Erkennen des Beginns eines Schlupfzustands ein zweites schematisches Diagramm und
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3 zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf das Erkennen des Endes eines Schlupfzustands ein drittes schematisches Diagram.
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1 zeigt zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erstes schematisches Diagramm. Dargestellt sind Geschwindigkeiten v in Abhängigkeit von der Zeit t für die Geschwindigkeit vF eines Fahrzeugs, bei dem es sich im Rahmen der beschriebenen Ausführungsbeispiele um ein Schienenfahrzeug handeln soll, sowie für Umfangsgeschwindigkeiten zweier Räder des Fahrzeugs. Hierbei ist die für ein Rad mit Schlupf gemessene Umfangsgeschwindigkeit vnom1 sowie im Vergleich hierzu die für ein Rad ohne Schlupf gemessene Umfangsgeschwindigkeit vnom2 dargestellt. Bei den Geschwindigkeiten vnom1 und vnom2 handelt es sich dabei jeweils um Nominalwerte der Radumfangsgeschwindigkeiten, d. h. um Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Rades, welche zur Vorglättung einen Regressionsfilter durchlaufen haben.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der Darstellung der 1 lediglich um eine schematische Darstellung zur prinzipiellen Erläuterung handelt, so dass beispielsweise die Einheiten hinsichtlich der Geschwindigkeit v für die folgenden Ausführungen nicht von Bedeutung sind; hinsichtlich der Zeit t sei angenommen, dass diese in Sekunden angegeben ist.
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Entsprechend der Darstellung in der 1 reduziert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit vF ab dem Zeitpunkt t = 5 s, d. h. ab diesem Zeitpunkt wirkt auf das Fahrzeug eine seine Geschwindigkeit reduzierende Bremsverzögerung. Dabei sei angenommen, dass das Bremsen des Fahrzeugs durch auf die Räder beziehungsweise einen Teil der Räder des Fahrzeugs einwirkende pneumatische Bremsen erfolgt.
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Wie der 1 anhand des Verlaufs der Geschwindigkeitskurve vnom1 entnommen werden kann, erfährt das Rad, für das die Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit vnom1 erfasst worden sind, kurz nach Ausgabe der pneumatischen Bremse einen Verlust des Kraftschlusses beziehungsweise alternativ eine Abschaltung einer elektrischen Schlupfregelung, so dass ein vergleichsweise starker Anstieg der Bremsverzögerung auftritt, der auch als negativer Ruck bezeichnet werden kann. In Folge dessen steigt die Schlupfgeschwindigkeit, d. h. die Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit vF und der Radumfangsgeschwindigkeit vnom1. Dieser Vorgang wird mit dem Auslosen der Schlupfbegrenzung, d. h. der Gleitschutzeinrichtung, des Schienenfahrzeugs abgebrochen, die zu einem Zeitpunkt von etwa t = 10 s zu einer Reduzierung der Steigung des Verlaufs der Umfangsgeschwindigkeit vnom1 des Rades mit Schlupf, d. h. zu einer Reduzierung der Bremsverzögerung des betreffenden Rades, führt.
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Wie aus der 1 erkennbar ist, entspricht hingegen die Umfangsgeschwindigkeit des Rades ohne Schlupf vnom2 zu jeder Zeit im Wesentlichen der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit vF. Insbesondere tritt hierbei kein Anstieg der Bremsverzögerung auf, dem anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Reduzierung der Bremsverzögerung folgt. Somit kann der Beginn des pneumatischen Gleitschlupfes daran erkannt werden, dass zumindest eine Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung zunächst einen Anstieg der Bremsverzögerung und anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Reduzierung der Bremsverzögerung anzeigt. Hierbei wird der anhand des Anstiegs der Bremsverzögerung, d. h. eines „hohen negativen Ruckes” erkannte Beginn des pneumatischen Gleitschlupfes dadurch verifiziert, dass die Radumfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades anschließend im plausiblen Zusammenhang, d. h. innerhalb der vorgegeben Zeitspanne, die Information „für kurze hohe Verzögerung” beziehungsweise ”relativ hoher positiver Ruck” liefert, d. h. eine Reduzierung der Bremsverzögerung anzeigt.
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2 zeigt zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf das Erkennen des Beginns eines Schlupfzustands ein zweites schematisches Diagramm. Dabei dient die 2 der Verdeutlichung, wie aus erfassten Messwerten für die Umfangsgeschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs eine Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung ermittelt werden kann. Zu beachten ist hierbei, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise bei der erfindungsgemäßen Anordnung hierbei lediglich auf die betreffenden Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades zurück gegriffen wird, so dass beispielsweise ein Vergleich des Geschwindigkeitsverlaufs vnom1 der 1 mit dem Geschwindigkeitsverlauf vF der Fahrzeuggeschwindigkeit oder auch mit der Umfangsgeschwindigkeit vnom2 des Rades ohne Schlupf nicht möglich beziehungsweise zulässig ist.
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In der 2 ist eine Differenzgeschwindigkeit vdiff als Funktion der Zeit t aufgetragen und zwar einerseits in Form der Kurve vdiff1 basierend auf dem Geschwindigkeitsverlauf vnom1 gemäß 1 des Rades mit Schlupf und andererseits in Form der Kurve vdiff2 basierend auf dem Geschwindigkeitsverlauf vnom2 der 1 für das Rad ohne Schlupf. Ein entsprechendes Differenzsignal als Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung wird aus den erfassten Messwerten für die Umfangsgeschwindigkeit vnom1, vnom2 des jeweiligen Rades von jedem Kanal einer Sensoreinrichtung zum Erfassen von Messwerten für die Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades, d. h. beispielsweise einem Drehsignal, einem Drehzahl- oder einem Wegimpulsgeber, gebildet.
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Dies geschieht im Rahmen des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels derart, dass aus zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten Messwerten der jeweiligen Nominalgeschwindigkeit vnom1, vnom2 und der hieraus ermittelten Nominalbeschleunigung anom1, anom2 die zu dem betreffenden Zeitpunkt im Falle einer zeitlich konstanten Bremsverzögerung erwartete Geschwindigkeit durch Extrapolation zyklisch ermittelt wird. Dabei wird das hierbei resultierende Ergebnis von der in einem aktuellen Zyklus n ermittelten Nominalgeschwindigkeit vnom1, vnom2 abgezogen, wodurch sich ein Differenzsignal beziehungsweise eine Differenzgeschwindigkeit vdiff1 beziehungsweise vdiff2 ergibt.
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Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels erfolgt die Extrapolation hinsichtlich der erwarteten Geschwindigkeit dabei basierend auf der 14 Zyklen zuvor gemessenen Umfangsgeschwindigkeit des Rades. Somit ergeben sich die in 2 dargestellte Differenzgeschwindigkeiten vdiff1 beziehungsweise vdiff2 wie folgt; vdiff1,2(tn) = vnom1,2(tn) – vnom1,2(tn-14) – anom1,2(tn-14)·(tn – tn-14)
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Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei angenommen, dass eine Zyklusdauer von 200 ms verwendet wird, so dass die Differenz aus tn und tn-14 ca. 2,8 s beträgt.
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In der Darstellung der 2 wird nunmehr anhand der Kurve vdiff1 deutlich sichtbar, dass bei t = 5 s die Ausgabe beziehunsweise Betätigung der pneumatischen Bremse des Fahrzeugs erfolgt, woraufhin das Fahrzeug beispielsweise mit einer negativen Beschleunigung von 1 m/s2 verzögert wird. Für den Verlauf der Kurve vdiff1 zeigt sich, dass zu einem Zeitpunkt t1 der Anstieg der Bremsverzögerung einen ersten Schwellenwert vd1 unterschreitet, d. h. den Auslösepegel für pneumatischen Gleitschlupf, so dass im Folgenden Gleitschlupf angenommen wird und eine durch eine Steuereinrichtung der Anordnung realisierte Differenzsignallogik dieses beispielsweise mit einem Zustand „Preset” anzeigt. Bereits zu diesem Zeitpunkt kann gegebenenfalls für die Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein Fehlermodell eingenommen beziehungsweise verwendet werden, der pneumatische Gleitschlupf berücksichtigt.
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Im Folgenden wird ein Timer gestartet, mit dem eine Zeitspanne vorgegeben wird, um zu überprüfen, ob der weitere Verlauf der Bremsverzögerung dem in der Schlupfaufbauphase im Rahmen der Verifikation erwarteten Verlauf entspricht. Dabei kann der Timer zur Überwachung der Zeitspanne beispielsweise entweder dann gestartet werden, wenn das Differenzsignal vdiff1 zum Zeitpunkt t1 den ersten Schwellenwert vd1 überschreitet oder auch dann, wenn das Differenzsignal vdiff1 zum Zeitpunkt t2 (bei t = 7,8 s) sein Minimum erreicht.
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In der weiteren Folge überschreitet vdiff1 bei t = 9,8 s die Hälfte des Auslösepegels mit umgekehrten Vorzeichen. Anhand der hierdurch festgestellten einen zweiten Schwellenwert übersteigenden Reduzierung der Bremsverzögerung innerhalb der durch den Timer vorgegebenen Zeitspanne wird erkannt, dass die in der Schlupfaufbauphase erwarteten Vorgänge tatsächlich abgelaufen sind. Der Beginn des Schlupfzustands beziehungsweise der Schlupfvorgang gilt somit als verifiziert, so dass die Differenzsignallogik beispielsweise auf einen Zustand „Set” gesetzt werden kann. Aus diesem Zustand heraus ist eine Zurücksetzung in der Folge ausschließlich dadurch möglich, dass das Ende des Schlupfzustands des Rades erkannt wird (oder das Schienenfahrzeug seine Fahrt beendet).
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Anhand des Verlaufs der Kurve vdiff2 für die anhand der Messwerte des Rades ohne Schlupf bestimmten Kenngröße für die die Umfangsgeschwindigkeit des betreffenden Rades vermindernde Bremsverzögerung ist erkennbar, dass in diesem Fall der erste Schwellenwert vd1 bei vdiff = –20, d. h. der Auslösepegel, nicht erreicht wird, so dass keine Umschaltung in das Fehlermodell unter Annahme pneumatischen Gleitschlupfes erfolgt.
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Bei stärkeren Bremsvorgängen könnte jedoch auch hier der erste Schwellenwert durch einen entsprechenden Anstieg der Bremsverzögerung erreicht werden, selbst wenn kein Schlupf auftritt. Dies würde dazu führen, dass seitens der Differenzsignallogik zunächst wiederum der Zustand „Preset” eingenommen werden würde. In diesem Fall könnte wiederum zunächst in das Fehlermodell mit Gleitschlupf gewechselt werden, wobei allerdings daraufhin im Folgenden festgestellt werden würde, dass innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne eine den zweiten Schwellenwert übersteigende Reduzierung der Bremsverzögerung ausbleibt. Aufgrund des fehlenden Schlupfes würde somit die Differenzsignallogik den Zustand „Set” nicht erreichen. Dies kann seitens der Differenzsignallogik dafür verwendet werden, nach Ablauf der Zeitspanne, d. h. des Timers, der beispielsweise beim Minimum gestartet worden ist, den zunächst ausgelösten Gleitschlupfzustand „Preset” zu löschen und in das Fehlermodell ohne Berücksichtigung von Gleitschlupf zurück zu wechseln.
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3 zeigt zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf das Erkennen des Endes eines Schlupfzustands ein drittes schematisches Diagramm. Dargestellt ist hierbei ähnlich der Darstellung in der 1 der prinzipielle Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit vF als Funktion der Zeit sowie der Radumfangsgeschwindigkeit v3 beziehungsweise v4 nach Ausgabe einer pneumatischen Bremse und Verlust des Kraftschlusses. Dabei zeigt der Verlauf der Kurve v3 die Radumfangsgeschwindigkeit bei intermittierend schaltendem Gleitschutz und v4 die Radumfangsgeschwindigkeit bei oszillierend wirkendem Gleitschutz. Es sei darauf hingewiesen, dass die entsprechenden Schaltvorgänge beziehungsweise die sich hieraus ergebenden Geschwindigkeitsverläufe in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind.
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Aus der schematischen Darstellung der 3 wird deutlich, dass ein Ende des Schlupfzustands eines Rades erkannt werden kann, sofern die zumindest eine Kenngröße für eine die Umfangsgeschwindigkeit des Rades vermindernde Bremsverzögerung für eine vorgegebene Zeitdauer annähernd konstant ist. Somit kann bezogen auf die im Zusammenhang mit 2 beschriebene Differenzsignallogik ein Ende des Schlupfzustands des Rades beispielsweise dann als erkannt angenommen werden, wenn für den betreffenden Kanal der Sensoreinrichtung während der letzten n Sekunden für mindestens n – 1 Sekunden eine Beschleunigung a in Fahrtrichtung oberhalb eines Schwellenwertes ermittelt wurde oder die Beträge der Differenzsignale vdiff für entsprechende Zeiträume nicht die Betragswerte der Akzeptanzbereiche überschreiten. Dabei kann die Beschleunigung beispielsweise zu a = –0,1 m/s2 parametriert werden und der Akzeptanzbereich eines Sensorkanals beispielsweise mit dem Bereich ± max{1 km/h, min(0,02·vnom, 3 km/h)} um den ermittelten Geschwindigkeitsnominalwert v festgelegt werden.
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Entsprechend den vorstehenden Ausführungen bieten das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise das beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die entsprechende Anordnung somit insbesondere den Vorteil, dass eine zuverlässige Erkennung des Beginns insbesondere pneumatischem Gleitschlupfes allein basierend auf für das jeweilige Rad erfassten Messwerten für die Umfangsgeschwindigkeit des Rades ermöglicht wird.
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Darüber hinaus ist anhand der Messwerte vorteilhafterweise auch ein Erkennen des Endes des Schlupfzustands möglich. Dies schafft die Voraussetzung dafür, dass für die Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, d. h. für die Odometrie, in Abhängigkeit von dem Vorliegen oder nicht Vorliegen des Schlupfzustands unterschiedliche Fehlermodelle hinsichtlich der Genauigkeit der erfassten Messwerte verwendet werden können. Dabei unterscheidet sich das Fehlermodell mit pneumatischem Gleitschlupf dahin gehend von dem Fehlermodell ohne pneumatischen Gleitschlupf, dass die vom pneumatischen Gleitschlupf, d. h. von der betreffenden Gleitschutzeinrichtung, zugelassenen möglichen Schlupfgeschwindigkeiten, die weitgehend von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind, addiert werden.
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Letztlich wird es hierdurch somit der Odometrie ermöglicht, Geschwindigkeits- und Wegvertrauensintervalle geringerer Größe zu bilden, so dass zu einem Großteil der Betriebszeit, in dem typischerweise kein pneumatischer Gleitschlupf vorliegt, eine befriedigend genaue Ortung auch allein anhand der Messwerte für die Umfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Rades ermöglicht wird. Hierdurch ergeben sich erhebliche Vorteile im Hinblick auf Zugsicherungs- und Zugbeeinflussungssysteme, so dass Störungen im betrieblichen Ablauf, beispielsweise aufgrund des Ausfalls von üblicherweise für die Odometrie verwendeten Hauptsensoren, vermieden beziehungsweise deutlich reduziert werden können.
