DE102021210463A1 - Verfahren und Einrichtung zum Messen eines für die Fahrt eines Schienenfahrzeugs relevanten Parameters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Verfahren zum Messen eines für die Fahrt eines Schienenfahrzeugs (10) relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Parametermesswert unter Einbezug einer Regelschleife (RS) bestimmt wird, bei der ein fahrzeugseitig auf ein Rotationsteil einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment (M) unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts ermittelt wird, mit einem Rechenmodul (RM) unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts und eines Kraftschlussdrehmomentwerts (Mx), der ein auf das Rotationsteil schienenseitig einwirkendes Kraftschlussdrehmoment beschreibt, eine Rotationsbeschleunigung des Rotationsteils und mit dieser die erwartete Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsschätzwertes (Nb) errechnet wird, die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsmesswertes (Ng) gemessen wird, die Differenz (Ef) zwischen dem Rotationsschätzwert (Nb) und dem Rotationsmesswert in eine Regeleinrichtung eingespeist wird, die ausgangsseitig einen Reglerausgangswert ausgibt, der Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) mit dem Reglerausgangswert neu errechnet und in das Rechenmodul (RM) unter Schließen der Regelschleife (RS) zurückgekoppelt wird und der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung und/oder der neu errechnete Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) als der zu messende Parametermesswert angesehen, insbesondere abgespeichert oder ausgegeben, wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines für die Fahrt eines Schienenfahrzeugs relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts.
• Im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik spielt die Schnittstelle zwischen Rad und Schiene eine große Rolle für das Fahrverhalten der Schienenfahrzeuge.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr genaues Verfahren zum Ermitteln des Rad-Schiene-Kraftschlusses anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
• Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Parametermesswert unter Einbezug einer Regelschleife bestimmt wird, bei der
• - ein fahrzeugseitig auf ein, eine Schiene befahrendes, Rotationsteil einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts ermittelt wird,
• - mit einem Rechenmodul unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts und eines Kraftschlussdrehmomentwerts, der ein auf das Rotationsteil schienenseitig einwirkendes Kraftschlussdrehmoment beschreibt, eine Rotationsbeschleunigung des Rotationsteils und mit dieser die erwartete Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsschätzwertes errechnet wird,
• - die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsmesswertes gemessen wird,
• - die Differenz zwischen dem Rotationsschätzwert und dem Rotationsmesswert in eine Regeleinrichtung eingespeist wird, die ausgangsseitig einen Reglerausgangswert ausgibt,
• - der Kraftschlussdrehmomentwert mit dem Reglerausgangswert neu errechnet und in das Rechenmodul unter Schließen der Regelschleife zurückgekoppelt wird und
• - der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung und/oder der neu errechnete Kraftschlussdrehmomentwert als der zu messende Parametermesswert angesehen, insbesondere abgespeichert oder ausgegeben, wird.
• Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass dieses mit Hilfe einfacher weniger Verfahrensschritte eine sehr genaue Ermittlung des Kraftschlusses zwischen dem Rotationsteil und der von dem Rotationsteil befahrenen Schiene ermöglicht, da Abweichungen des Messwerts von der Realität durch die Regelschleife minimiert bzw. in Richtung Null geregelt werden.
• Unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts, M, und des Kraftschlussdrehmomentwerts, Mx, wird vorzugsweise die erwartete Rotationsbeschleunigung des Rotationsteils, also die Änderung dN/dt der Drehzahl N des Rotationsteils für den jeweiligen Zeitpunkt t ermittelt, beispielsweise gemäß: $$\left|\text{J}\cdot \text{dN}/\text{dt}\right|=\left|\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)\right|$$

  

  bzw. $$\left|\text{dN}/\text{dt}\right|=\left|\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)\right|/\text{J}$$

  

  wobei J das Trägheitsmoment des Rotationsteils bezeichnet.
• Mit der obigen Gleichung kann in vorteilhafter Weise durch Integration über der Zeit t die jeweilige Drehzahl N bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung des Rotationsschätzwertes, Nb, errechnet werden gemäß: $$Nb\left(t\right)={\displaystyle \underset{t=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\frac{\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)}{\text{J}}}\text{dt}$$

  

  wobei t=0 beispielsweise den Zeitpunkt des Fahrbeginns bezeichnet, zu dem das Schienenfahrzeug stand und die Drehzahl N bzw. die Rotationsgeschwindigkeit demgemäß Null betrug.
• Die Regeleinrichtung weist vorzugsweise verstärkende, integrierende und differenzierende Eigenschaften auf. Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise ein PID-Regler.
• Vorteilhaft ist es, wenn die Regeleinrichtung derart ausgestaltet ist, dass der von der Regeleinrichtung ausgegebene Reglerausgangswert dem Kraftschlussbeiwert zwischen dem Rotationsteil und der Schiene entspricht oder zumindest zu dem Kraftschlussbeiwert zwischen dem Rotationsteil und der Schiene proportional ist.
• Die Regeleinrichtung erzeugt den Reglerausgangswert vorzugsweise gemäß: $$\text{Fx}\left(\text{t}\right)=\text{Kpid}\cdot \text{Ef}\left(\text{t}\right)+\text{Kpid}\cdot \text{Kv}\cdot \frac{\text{dEf}\left(\text{t}\right)}{\text{dt}}+\frac{\text{Kpid}}{\text{Kn}}{\displaystyle \underset{\text{th}=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\text{Ef}\left(\text{th}\right)\text{dth}}$$

  

  wobei Ef die Differenz zwischen dem Rotationsschätzwert Nb und dem Rotationsmesswert bezeichnet, die in die Regeleinrichtung eingespeist wird. Kpid, Kv und Kn bezeichnen Reglerparameter.
• Das Rotationsteil ist vorzugsweise ein Rad oder ein Radsatz des Schienenfahrzeugs.
• Vorzugsweise wird das fahrzeugseitige Drehmoment zumindest auch unter Einbezug eines vom Antrieb auf das Rotationsteil ausgeübten antriebsseitigen Drehmomentwerts ermittelt.
• Die Ermittlung des antriebsseitigen Drehmomentwerts erfolgt bevorzugt unter Einbezug der Trägheit eines den Antrieb und das Rotationsteil koppelnden Antriebsstranges.
• Alternativ oder zusätzlich wird das fahrzeugseitige Drehmoment unter Einbezug eines Bremsdrehmoments, das von einer Bremse hervorgerufen wird, ermittelt. Bei der Bremse handelt es sich vorzugsweise um eine Reibungsbremse.
• Bezüglich der letztgenannten Variante, bei der das fahrzeugseitige Drehmoment zumindest auch bremskaftabhängig ermittelt wird, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Bremsdrehmoment unter Einbezug eines pneumatischen Drucks ermittelt wird, den ein Schlupfregler zur Regelung der Bremskraft der Bremse regelt.
• Zur Ermittlung des schienenseitigen Kraftschlussdrehmomentwerts wird der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung vorzugsweise mit einem Vertikalkraftwert multipliziert, der mit dem Rechenmodul ermittelt wird und die auf das Rotationsteil einwirkende Vertikalkraft angibt. Die Vertikalkraft wird vorzugsweise fahrsituationsabhängig unter Berücksichtigung der fahrsituationsabhängigen Masseverteilung auf die Räder des Schienenfahrzeugs ermittelt; alternativ kann sie - unter Hinnahme eines entsprechenden Messfehlers - unabhängig von der fahrsituationsabhängigen Masseverteilung errechnet werden, beispielsweise durch Quotientenbildung zwischen der Gesamtmasse des Schienenfahrzeugs und der Gesamtzahl der Räder.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist bezüglich des letztgenannten Verfahrens vorgesehen, dass ein den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene angebender Parameter gemäß einem Verfahren wie oben beschrieben unter Bildung eines Parametermesswertes gemessen wird und zumindest ein Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von dem während der Fahrt gemessenen Parametermesswert während der Fahrt verstellt wird.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Parametrieren eines Schienenfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist bezüglich des letztgenannten Verfahrens vorgesehen, dass während einer Fahrt auf einer Referenzstrecke ein den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene angebender Parameter gemäß einem Verfahren wie oben beschrieben unter Bildung einer Vielzahl von Parametermesswerten gemessen wird, die einen Parametermesswertverlauf über der Referenzstrecke definieren, und zumindest ein das Fahr- und/oder Bremsverhalten des Schienenfahrzeugs beeinflussender Steuer- oder Regelparameter im Rahmen von Fahrtsimulationen, die unter Berücksichtigung des Parametermesswertverlaufs für die Referenzstrecke durchgeführt werden, ermittelt wird und mit dem so ermittelten Steuer- oder Regelparameter das Schienenfahrzeug für zukünftige Fahrten parametriert wird.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Messeinrichtung für ein Schienenfahrzeug zum Messen eines für die Fahrt des Schienenfahrzeugs relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts. Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Messeinrichtung vorgesehen, dass die Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Parametermesswert den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene beschreibt, wobei die Messeinrichtung den Parametermesswert unter Einbezug einer Regelschleife bestimmt, bei der
• - ein fahrzeugseitig auf das Rotationsteil einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts ermittelt wird,
• - mit einem Rechenmodul unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts und eines Kraftschlussdrehmomentwerts, der ein auf das Rotationsteil schienenseitig einwirkendes Kraftschlussdrehmoment beschreibt, eine Rotationsbeschleunigung eines Rotationsteils und mit dieser die erwartete Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsschätzwertes errechnet wird,
• - die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsmesswertes gemessen wird,
• - die Differenz zwischen dem Rotationsschätzwert und dem Rotationsmesswert in eine Regeleinrichtung eingespeist wird, die ausgangsseitig einen Reglerausgangswert ausgibt,
• - der Kraftschlussdrehmomentwert mit dem Reglerausgangswert neu errechnet und in das Rechenmodul unter Schließen der Regelschleife zurückgekoppelt wird und
• - der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung und/oder der neu errechnete Kraftschlussdrehmomentwert als der zu messende Parametermesswert angesehen, insbesondere abgespeichert oder ausgegeben, wird.
• Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Messeinrichtung und deren vorteilhafter Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren und deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen. Konkret kann die Einrichtung alle der obigen Verfahrensschritte einzeln oder in beliebiger Kombination durchführen.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug mit einer Messeinrichtung wie oben beschrieben.
• Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und dessen vorteilhafter Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren und deren vorteilhaften Ausgestaltungen verwiesen. Konkret kann das Schienenfahrzeug alle der obigen Verfahrensschritte einzeln oder in beliebiger Kombination durchführen.
• Das Schienenfahrzeug ist vorzugsweise außerdem mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung ausgestattet, die derart ausgestaltet ist, dass sie während der Fahrt zumindest einen Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von dem gemessenen Parametermesswert der Messeinrichtung verstellt.
• Auch ist es vorteilhaft, wenn das Schienenfahrzeug mit zumindest einem Steuer- oder Regelparameter parametriert ist, der auf der Basis eines für eine Referenzstrecke von der Messeinrichtung gemessenen Parametermesswertverlaufs ermittelt worden ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
• 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, das mit einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Messeinrichtung ausgestattet ist,
• 2 in Form eines Blockschaltbilds die Arbeitsweise der Messeinrichtung gemäß 1 und damit ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, und
• 3 eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug, das mit einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Messeinrichtung ausgestattet ist, sowie einer externen Simulationseinrichtung, die Fahrten auf der Basis der von der Messeinrichtung gemessenen Kraftschlussmesswerte im zeitlichen Verlauf nachsimulieren kann und Fahrt- und/oder Bremsparameter einer Fahrzeugsteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs für zukünftige Fahrten optimieren kann.
• In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10, das mit einer Messeinrichtung 100 zum Messen eines für die Fahrt des Schienenfahrzeugs 10 relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts ausgestattet ist.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 misst die Messeinrichtung 100 als Parametermesswert den Kraftschlussbeiwert Fx zwischen einem Rotationsteil und einer Schiene einer von dem Schienenfahrzeug 10 befahrenen Schienenstrecke 20. Bei dem Rotationsteil kann es sich beispielsweise um das mit dem Bezugszeichen 11 in 1 gekennzeichnete Rad oder um einen Radsatz 12 handeln, der das Rad 11, eine mit dem Rad 11 verbundene Achse 13 und ein ebenfalls mit der Achse 13 verbundenes zweites Rad (in der 1 verdeckt und nicht sichtbar) umfasst. Die Messeinrichtung 100 kann somit auch als Kraftschlussbeiwertmesseinrichtung bezeichnet werden.
• Mit der Messeinrichtung 100 steht eine Fahrzeugsteuereinrichtung 200 in Verbindung, die während der Fahrt die Kraftschlussbeiwerte Fx der Messeinrichtung 100 erfasst und auswertet. Beispielsweise kann die Fahrzeugsteuereinrichtung 200 zumindest einen Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von den gemessenen Kraftschlussbeiwerten Fx der Messeinrichtung 100 verstellen und/oder die gemessenen Kraftschlussbeiwerte Fx für eine spätere Auswertung abspeichern.
• Die Messeinrichtung 100 umfasst eine Recheneinrichtung 110 und einen Speicher 120, in dem ein Softwaremodul SPM abgespeichert ist. Das Softwaremodul SPM bestimmt bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 110 die Arbeitsweise der Messeinrichtung 100.
• Bei aktivem Betrieb des Softwaremoduls SPM durch die Recheneinrichtung 110 führt die Messeinrichtung 100 vorzugsweise ein Messverfahren Mv durch, wie es in Form eines Blockschaltbildes in 2 beispielhaft gezeigt ist.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird davon ausgegangen, dass der Kraftschlussbeiwert Fx des Rads 11 gemessen wird, sodass das nachfolgende Messverfahren Mv hinsichtlich der Massenträgheit und der berücksichtigten Kräfte und Drehmomente radbezogen ist. Alternativ kann die Messeinrichtung 100 auch auf den Radsatz 12 bezogen arbeiten; im letztgenannten Fall wäre das nachfolgende Messverfahren Mv hinsichtlich der Werte für die Massenträgheit, Kräfte und Drehmomente radsatzbezogen durchzuführen, aber ansonsten identisch.
• Im Rahmen des Messverfahrens Mv wird wiederholt eine Regelschleife RS durchlaufen.
• Bei jedem Durchlauf der Regelschleife RS wird mit einem Rechenmodul RM ein auf das Rad 11 einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts M ermittelt, der sich während der Fahrt verändern kann und somit von der Zeit t abhängt und jeweils unter Heranziehung
• - eines für das Rad 11 gemessenen oder geschätzten Bremsdrehmoments Mb, das eine dem Rad 11 zugeordnete Bremse, vorzugsweise Reibbremse, 212 (vgl. 1) ausübt, und
• - eines für das Rad 11 gemessenen oder geschätzten Antriebsdrehmoments Ma, das von einem dem Rad 11 zugeordneten (nicht gezeigten) Antrieb auf dieses ausgeübt wird und dessen Vorzeichen abhängig vom Betrieb (Generatorbetrieb positives Vorzeichen, Motorbetrieb negatives Vorzeichen) ist,
ermittelt wird, vorzugsweise gemäß: $$\text{M}\left(\text{t}\right)=\text{Ma}\left(\text{t}\right)+\text{Mb}\left(\text{t}\right)$$

• Das Bremsdrehmoment Mb und das Antriebsdrehmoments Ma bzw. deren quantitativen Werte können beispielsweise von dem Fahrzeugsteuergerät 200 zur Verfügung gestellt werden, wie beispielhaft in der 1 gezeigt ist; alternativ können diese quantitativen Werte auch von separaten Sensoren erfasst und geliefert werden, die in der 1 nicht gezeigt sind.
• Unter Heranziehung des zeitabhängigen fahrzeugseitigen Drehmomentwerts M(t) kann das Rechenmodul RM dann die Änderung dN/dt der Drehzahl N des Rads 11 für den jeweiligen Zeitpunkt t ermitteln gemäß: $$\left|\text{J}\cdot \text{dN}/\text{dt}\right|=\left|\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)\right|$$

  

  bzw. $$\left|\text{dN}/\text{dt}\right|=\left|\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)\right|/\text{J}$$

  

  wobei J das Trägheitsmoment des Rads 11 bezeichnet.
• Mx(t-Td) bezeichnet einen in das Rechenmodul RM eingespeisten Kraftschlussdrehmomentwert, der das auf das Rad 11 schienenseitig einwirkende Kraftschlussdrehmoment beschreibt und zu einem früheren Zeitpunkt t-Td (beim vorherigen Schleifendurchlauf der Regelschleife RS) ermittelt worden ist. Td bezeichnet die Verzögerungszeit der Regelschleife RS und ist in der 2 durch einen Verzögerungsblock VZB symbolisiert. Mit anderen Worten wurde Mx(t-Td) also am Ende des letzten Schleifendurchlaufs der Regelschleife RS als Kraftschlussdrehmomentwert ermittelt und wird zum aktuellen Zeitpunkt t von dem Rechenmodul RM verwertet.
• Mit der obigen Gleichung $$\left|\text{dN}/\text{dt}\right|=\left|\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)\right|/\text{J}$$

  

  kann durch Integration über der Zeit t die jeweilige Drehzahl N bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Rads 11 unter Bildung eines Rotationsschätzwertes Nb errechnet werden gemäß: $$Nb\left(t\right)={\displaystyle \underset{t=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\frac{\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)}{\text{J}}}\text{dt}$$

  

  wobei t=0 beispielsweise den Zeitpunkt des Fahrbeginns bezeichnet, zu dem das Schienenfahrzeug 10 stand und die Rotationsgeschwindigkeit demgemäß Null betrug.
• Anschließend wird im Rahmen der Regelschleife RS mit einem Differenzbildner DB die Differenz Ef(t) zwischen einem gemessenen Rotationsmesswert Ng(t), der die tatsächliche Drehzahl N des Rads 11 angibt, und dem Rotationsschätzwert Nb(t) errechnet. Der Rotationsmesswert Ng kann von dem Fahrzeugsteuergerät 200 zur Verfügung gestellt werden, wie beispielhaft in der 1 gezeigt ist; alternativ kann der Rotationsmesswert Ng auch von einem separaten Sensor geliefert werden, der in der 1 nicht gezeigt ist.
• Die Differenz Ef(t) wird in eine Regeleinrichtung PID, beispielsweise einen PID-Regler, eingespeist, dessen Verhalten verstärkende (P), integrierende (I) und differenzierende (D) Eigenschaften aufweist. Die Regeleinrichtung PID erzeugt ausgangsseitig einen Reglerausgangswert, der proportional zur schlupfabhängigen Reibung zwischen Rad und Schiene ist und einen Kraftschlussbeiwert Fx(t) bildet oder zumindest proportional zu diesem ist, beispielsweise gemäß: $$\text{Fx}\left(\text{t}\right)=\text{Kpid}\cdot \text{Ef}\left(\text{t}\right)+\text{Kpid}\cdot \text{Kv}\cdot \frac{\text{dEf}\left(\text{t}\right)}{\text{dt}}+\frac{\text{Kpid}}{\text{Kn}}{\displaystyle \underset{\text{th}=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\text{Ef}\left(\text{th}\right)\text{dth}}$$

  
• Die Parameter Kpid, Kv und Kn liegen vorzugsweise in folgenden Bereichen: $$\mathrm{0,03}\le \text{Kpid}\le \text{0}\text{,3}$$

  

  $$\mathrm{0,001}\le \text{Kv}\le \mathrm{0,006}$$

  

  $$\mathrm{0,15}\le \text{Kn}\le \text{1}\text{,5}$$

  
• Der Reglerausgangswert bzw. der Kraftschlussbeiwert Fx(t) wird anschließend mittels eines ersten Multiplikators MP1 mit der Vertikalkraft Q (bzw. einem die Vertikalkraft Q quantitativ angebenden Wert) sowie mittels eines zweiten Multiplikators MP2 mit dem Radius R des Rads 11 multipliziert.
• Die Vertikalkraft Q wird vorzugsweise fahrsituations- und damit zeitabhängig mittels Simulation der Masseverteilung im Schienenfahrzeug 10 errechnet, da sich die Masseverteilung je nach Fahrsituation (Bremsen/Beschleunigen/Fahrwiderstand) und damit auch die Vertikalkraft Q radindividuell ändern kann; die Simulation der Masseverteilung erfolgt vorzugsweise im Rechenmodul RM. Alternativ kann die Vertikalkraft Q auch als konstant angesehen werden und durch Division der Gesamtmasse des Schienenfahrzeugs 10 durch die Gesamtzahl der Räder bestimmt werden.
• Damit ergibt sich ein neuer Kraftschlussdrehmomentwert $$\text{Mx}\left(\text{t}\right)=\text{Q}\cdot \text{R}\cdot \text{Fx}\left(\text{t}\right)$$

  

  der den vorherigen, im aktuellen Schleifendurchlauf der Regelschleife RS berücksichtigen Kraftschlussdrehmomentwert Mx(t-Td) ersetzt und für den nächsten Schleifendurchlauf der Regelschleife RS anstelle des alten Kraftschlussdrehmomentwerts Mx(t-Td) herangezogen wird.
• Bei der Ermittlung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts M kann außerdem - unter Heranziehung eines die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 10 angebenden Geschwindigkeitswerts V - der jeweilige Fahrwiderstand Fw berücksichtigt werden, der das Bremsen unterstützt, aber der Beschleunigung entgegenwirkt, und somit vorzeichenrichtig bei der Ermittlung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts M einzubeziehen ist, beispielsweise gemäß: $$\begin{array}{c}\text{M}\left(\text{t}\right)=\text{Ma}\left(\text{t}\right)+\text{Mb}\left(\text{t}\right)+\text{Mf}\left(\text{t}\right)=\text{Ma}\left(\text{t}\right)+\text{Mb}\left(\text{t}\right)+\\ \left(\text{Fw}\cdot \text{V}\left(\text{t}\right)\cdot \text{Q}\left(\text{t}\right)+\text{R}\right)\end{array}$$

  
• Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen entsprechend.
• Wieder zurückkommend auf 1 ist es vorteilhaft, wenn die Fahrzeugsteuereinrichtung 200 während der Fahrt zumindest einen Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von dem gemessenen Kraftschlussbeiwert Fx der Messeinrichtung 100 verstellt oder zumindest verstellen kann.
• Eine solche Veränderung oder Anpassung an die gemessenen Kraftschlussbeiwerte Fx der Messeinrichtung 100 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die aktuell gemessenen Kraftschlussbeiwerte Fx von in der Fahrzeugsteuereinrichtung 200 abgespeicherten Kraftschlussbeiwerten, die bei einer oder mehreren vorangegangenen Fahrten auf derselben Strecke 20 erfasst worden sind, abweichen und somit auf der Basis der aktuell gemessenen Kraftschlussbeiwerte Fx eine bessere Fahrzeugsteuerung zu erwarten ist.
• Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn die Fahrzeugsteuereinrichtung 200 in Abhängigkeit von den gemessenen Kraftschlussbeiwerten Fx einen Bremsparameter, vorzugsweise einen Regelparameter BRP für einen Schlupfregler 211, modifiziert, der auf die dem Rad 11 zugeordnete Bremse 212 einwirkt und dessen Bremskraft regelt. Die Bremse 212 ist - unabhängig von einer mittelbaren Beeinflussung durch den Regelparameter BRP - von der Fahrzeugsteuereinrichtung 200 mittels eines Bremssteuersignals BS betätigbar.
• Auch ist es vorteilhaft, wenn die Fahrzeugsteuereinrichtung 200 beispielsweise als den oder einen der Fahrtparameter dem Antrieb eine maximale Antriebskraft vorgibt, der auf das Rad 11 einwirken soll; beispielsweise kann die Antriebskraft reduziert werden, wenn der gemessene Kraftschlussbeiwert kleiner als erwartet ist.
• Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugsteuereinrichtung 200 und/oder die Messeinrichtung 100 die gemessenen Kraftschlussbeiwerte Fx in Abhängigkeit von dem jeweils befahrenen Streckenpunkt X der befahrenen Strecke 20 abspeichern, also in der Form Fx(X(t)). Im letztgenannten Fall kann durch weitere Simulation - beispielsweise mit einer externen Simulationseinrichtung 300 wie in 3 gezeigt - die Fahrt des Schienenfahrzeugs 10 auf derselben Strecke 20 zu einem späteren Zeitpunkt im zeitlichen Verlauf nachgebildet bzw. nachsimuliert werden. Im Rahmen solcher simulierter Fahrten können beispielsweise die Fahrt- und/oder Bremsparameter der Fahrzeugsteuereinrichtung 200 für zukünftige Fahrten auf derselben Strecke 20 optimiert werden, um die Fahrzeugsteuerung an die tatsächlichen Streckenverhältnisse bestmöglich anzupassen.
• Die Messeinrichtung 100 und deren Messverfahren zum Messen eines für die Fahrt des Schienenfahrzeugs 10 relevanten Parameters können auch für andere, beispielsweise alle anderen Räder (angetriebene oder nicht angetriebene Räder) des Schienenfahrzeugs 10 in identischer oder vergleichbarer Form genutzt werden.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Messen eines für die Fahrt eines Schienenfahrzeugs (10) relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametermesswert unter Einbezug einer Regelschleife (RS) bestimmt wird, bei der - ein fahrzeugseitig auf ein Rotationsteil einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment (M) unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts ermittelt wird, - mit einem Rechenmodul (RM) unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts und eines Kraftschlussdrehmomentwerts (Mx), der ein auf das Rotationsteil schienenseitig einwirkendes Kraftschlussdrehmoment beschreibt, eine Rotationsbeschleunigung des Rotationsteils und mit dieser die erwartete Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsschätzwertes (Nb) errechnet wird, - die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsmesswertes (Ng) gemessen wird, - die Differenz (Ef) zwischen dem Rotationsschätzwert (Nb) und dem Rotationsmesswert in eine Regeleinrichtung eingespeist wird, die ausgangsseitig einen Reglerausgangswert ausgibt, - der Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) mit dem Reglerausgangswert neu errechnet und in das Rechenmodul (RM) unter Schließen der Regelschleife (RS) zurückgekoppelt wird und - der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung und/oder der neu errechnete Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) als der zu messende Parametermesswert angesehen, insbesondere abgespeichert oder ausgegeben, wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung derart ausgestaltet ist, dass der von der Regeleinrichtung ausgegebene Ausgangsschätzwert dem Kraftschlussbeiwert (Fx) zwischen dem Rotationsteil und der Schiene entspricht oder zumindest zu dem Kraftschlussbeiwert (Fx) zwischen dem Rotationsteil und der Schiene proportional ist.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Drehzahl des Rotationsteils unter Bildung des Rotationsschätzwertes, Nb, errechnet wird gemäß: $$Nb\left(t\right)={\displaystyle \underset{t=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\frac{\text{M}\left(\text{t}\right)-\text{Mx}\left(\text{t}-\text{Td}\right)}{\text{J}}}\text{dt}$$

   

   wobei J das Trägheitsmoments des Rotationsteils, M den fahrzeugseitigen Drehmomentwert und Mx den Kraftschlussdrehmomentwert bezeichnet.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung verstärkende, integrierende und differenzierende Eigenschaften aufweist und den Reglerausgangswert erzeugt gemäß: $$\text{Fx}\left(\text{t}\right)=\text{Kpid}\cdot \text{Ef}\left(\text{t}\right)+\text{Kpid}\cdot \text{Kv}\cdot \frac{\text{dEf}\left(\text{t}\right)}{\text{dt}}+\frac{\text{Kpid}}{\text{Kn}}{\displaystyle \underset{\text{th}=0}{\overset{\text{t}}{\int }}\text{Ef}\left(\text{th}\right)\text{dth}}$$

   

   wobei Ef die in die Regeleinrichtung eingespeiste Differenz zwischen dem Rotationsschätzwert und dem Rotationsmesswert bezeichnet und Kpid, Kv und Kn Reglerparameter bezeichnen.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung ein PID-Regler (PID) ist.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationsteil ein Rad (11) oder ein Radsatz (12) ist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Drehmoment (M) unter Einbezug eines vom Antrieb auf das Rotationsteil ausgeübten antriebsseitigen Drehmoments (Ma) und/oder unter Einbezug eines Bremsdrehmoments (Mb), das von einer Bremse (212) auf das Rotationsteil hervorgerufen wird, ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Drehmoment (M), insbesondere das Bremsdrehmoment (Mb), unter Einbezug eines pneumatischen Drucks ermittelt wird, den ein Schlupfregler zur Regelung der Bremskraft einer dem Rotationsteil zugeordneten Bremse regelt.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des schienenseitigen Kraftschlussdrehmomentwerts (Mx) der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung mit einem Vertikalkraftwert multipliziert wird, der die auf das Rotationsteil einwirkende Vertikalkraft angibt.
10. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass - ein den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene angebender Parameter gemäß einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche unter Bildung eines Parametermesswertes gemessen wird und - zumindest ein Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von dem während der Fahrt gemessenen Parametermesswert während der Fahrt verstellt wird.
11. Verfahren zum Parametrieren eines Schienenfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass - während einer Fahrt auf einer Referenzstrecke ein den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene angebender Parameter gemäß einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche unter Bildung einer Vielzahl von Parametermesswerten gemessen wird, die einen Parametermesswertverlauf (Fx(X(t))) über der Referenzstrecke definieren, und - zumindest ein das Fahr- und/oder Bremsverhalten des Schienenfahrzeugs (10) beeinflussender Steuer- oder Regelparameter im Rahmen von Fahrtsimulationen, die unter Berücksichtigung des Parametermesswertverlaufs (Fx(X(t))) für die Referenzstrecke durchgeführt werden, ermittelt wird und mit dem so ermittelten Steuer- oder Regelparameter das Schienenfahrzeug (10) für zukünftige Fahrten parametriert wird.
12. Messeinrichtung (100) für ein Schienenfahrzeug (10) zum Messen eines für die Fahrt des Schienenfahrzeugs (10) relevanten Parameters unter Bildung eines Parametermesswerts, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) derart ausgebildet ist, dass der Parametermesswert den Kraftschluss zwischen einem Rotationsteil und einer von dem Rotationsteil befahrenen Schiene beschreibt, wobei die Messeinrichtung (100) den Parametermesswert unter Einbezug einer Regelschleife (RS) bestimmt, bei der - ein fahrzeugseitig auf das Rotationsteil einwirkendes, fahrzeugseitiges Drehmoment (M) unter Bildung eines fahrzeugseitigen Drehmomentwerts ermittelt wird, - mit einem Rechenmodul unter Heranziehung des fahrzeugseitigen Drehmomentwerts und eines Kraftschlussdrehmomentwerts (Mx), der ein auf das Rotationsteil schienenseitig einwirkendes Kraftschlussdrehmoment beschreibt, eine Rotationsbeschleunigung des Rotationsteils und mit dieser die erwartete Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsschätzwertes (Nb) errechnet wird, - die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils unter Bildung eines Rotationsmesswertes (Ng) gemessen wird, - die Differenz (Ef) zwischen dem Rotationsschätzwert (Nb) und dem Rotationsmesswert in eine Regeleinrichtung eingespeist wird, die ausgangsseitig einen Reglerausgangswert ausgibt, - der Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) mit dem Reglerausgangswert neu errechnet und in das Rechenmodul (RM) unter Schließen der Regelschleife (RS) zurückgekoppelt wird und - der Reglerausgangswert der Regeleinrichtung und/oder der neu errechnete Kraftschlussdrehmomentwert (Mx) als der zu messende Parametermesswert angesehen, insbesondere abgespeichert oder ausgegeben, wird.
13. Schienenfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (10) mit einer Messeinrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgestattet ist.
14. Schienenfahrzeug (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (10) mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung ausgestattet ist, die derart ausgestaltet ist, dass sie während der Fahrt zumindest einen Fahrt- und/oder Bremsparameter in Abhängigkeit von dem gemessenen Parametermesswert der Messeinrichtung (100) verstellt.
15. Schienenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 13-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (10) mit zumindest einem Steuer- oder Regelparameter parametriert ist, der auf der Basis eines für eine Referenzstrecke von der Messeinrichtung (100) gemessenen Parametermesswertverlaufs (Fx(X(t))) ermittelt worden ist.

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