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CN111629937B - 用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统 - Google Patents

用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统 Download PDF

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CN111629937B CN201880081443.4A CN201880081443A CN111629937B CN 111629937 B CN111629937 B CN 111629937B CN 201880081443 A CN201880081443 A CN 201880081443A CN 111629937 B CN111629937 B CN 111629937B
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Abstract

描述了一种用于至少一个轨道车辆的制动控制系统，该制动控制系统包括制动控制模块(201)，每个制动控制模块(201)控制轨道车辆的至少一个车轴，并且每个制动控制模块(201)被布置成：接收减速请求信号(202)和达到最大可用粘附力的信号(204)；产生指示所请求的制动转矩值CFr的制动转矩请求信号(205)，所请求的制动转矩值CFr直到达到目标值Vt为止都是可变的；将制动转矩请求信号(205)提供给制动装置(207)，制动装置(207)将其转换为具有有效制动转矩值CFe的制动转矩，以将其施加的制动转矩的瞬时CFe值及其瞬时CFr值或瞬时制动转矩ACFl的局部差传递给其他模块(201)；接收其他模块(201)的CFe值和瞬时CFr值，或每个其他模块(201)的ACFl；以及计算瞬时制动转矩ACFt的总差，作为所有模块(201)的CFr值和CFe值之差的总和，或者所有模块(201)的瞬时ACFl的总和；如果在达到Vt时计算出的ACFt大于零，则增加从制动装置(207)转换的制动转矩，直到达到Vt之后的ACFt为零或负值，或者直到最大可用粘附力信号(204)已指示受控车轴已达到最大可用粘附力。

Description

用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于优化轨道车辆的制动的系统，具体地，是在粘附力条件下降的情况下或者在制动系统的操作性能下降的情况下。
背景技术
图1示出了一种最新的轨道制动系统的可能但并非唯一的体系结构。轨道制动系统产生施加到与两个车轮102相连的车轴101的制动转矩CF100。该制动转矩CF 100由施加到一个或多个制动缸103上的气动压力105产生，制动缸103经由摩擦装置133直接作用在车轮102或一个或多个盘上，未在图中示出，机械地连接到车轴101。
此外，所述制动转矩CF 100可以通过使用直接或通过齿轮减速系统连接至所述车轴101的电动机104由再生制动系统(也称为电动制动系统)产生。制动压力105由电子单元BCU 107控制的电动气动模块EP-模块106生成。根据电动气动图，所述电动气动模块106由作为本领域技术人员已知的现有技术的一部分的电磁阀、气动阀和压力换能器组成。
所述电子单元BCU 107控制电动气动模块106以获得与从减速请求110和重量值111得出的力相对应的制动压力。重量值对应于转向架上的重量，如每个转向架一个控制件，或对应于车辆的重量，如每个车辆一个控制件。电机104以这样的方式由牵引力控制件108控制，以产生由减速请求110和重量值111得出的制动转矩。
根据轨道领域称为“混合”制动的方法，可根据两种力随时间的可变百分比组成来施加摩擦和电动制动贡献。可根据外部变量，例如电机的再生效率、车辆速度、转向架重量或车辆重量，将“混合”的百分比比例先验地映射在电子单元BCU 107和牵引力控制件108的存储器中。本领域技术人员知道存在其他可能的、非排他性的“混合”体系结构，从而通过电子单元BCU 107实时计算两个摩擦和电动制动贡献的百分比比例，其使用图中未示出的信号从牵引力控制件模块108直接请求电动制动转矩值。
如果在制动期间相对于制动转矩CF的制动力超过了可用粘附力值，例如由于铁轨上的雨水、树叶或铁锈降低了所得(yield)，车轮102将进入滑动和潜在的锁定状态。在这种情况下，WSP(车轮防滑保护)系统109将介入。这种WSP系统109可借助于与每个车轴(图中未示出)相关的速度传感器来检测车轮102的速度相对于车辆速度的任何降低。在变化高于预定阈值的情况下，WSP 109可根据本领域技术人员已知的现有技术的一部分的控制算法，通过对电磁阀113通电/断电来调制对制动缸103的压力105，以避免车轮锁定，并使车轮保持在可控制的滑动状态，从而最大程度地减少抓力损失。压力换能器114将阀113下游的压力值转换为提供给BCU 107的电信号115，从而提供有关施加到制动缸103的实际压力值的连续信息。
类似地，集成到牵引力控制件108中的WSP软件模块提供为调制电机104产生的制动转矩，以防止车轮锁定并将车轮保持在可控制的滑动状态，从而最大程度地减少粘附力的损失。通过两个WSP之间的信号交换，根据本领域技术人员已知的策略，WSP 109和集成在牵引力控制件模块108中的WSP软件模块的滑动控制动作彼此同步，所述信号未在图中示出。
BCU 107和牵引力控制件108模块经由通信网络116与列车中的其他BCU和牵引力控制件模块通信。
已知的物理事实是，在滑动期间，车轮102将机械能和热能以与滑动量直接相关而非线性地相关的量注入接触点112中。这种能量部分清洁了接触点112，从而提高了在车轮102通过时留在后续轮子上的粘附力值。
图10示出了由多辆车辆组成的列车，其在劣化的粘合条件下制动。根据给定的减速要求使列车减速所需的粘附力为μn。车辆遇到的初始降低的粘附力为μi<μn。为了简单起见，例如，假设所有车轮上的重量是均匀的，并且因此，由于共同的减速要求，所有车轮都受到相同的制动转矩。
车轮1开始滑动阶段，该滑动阶段通过局部减小制动转矩由WSP系统控制。所述受控的滑动进行部分清洁，以将粘附力增加到水平μ2。对于满足值μ<μn的所有后续车轮，滑动现象和产生的清洁以相似的方式发生，并且因此，对于车轮2，……，6，其将“释放”的粘附力提高到最终值μf>μn。在这一点上，施加到车轮7和随后的车轮上的制动转矩不会因此引发进一步的滑动现象。
在现有技术中，除了所描述的动作以外，制动系统不采取进一步的动作，即通过WSP子系统的协调动作通过局部限制制动转矩来保护车轮。明显的是，由于WSP子系统对制动转矩的局部限制，停止距离随着初始粘附力μi的降低而增加。如本领域技术人员所知，在制动期间，即使在有足够的粘附力来避免滑动的情况下，在车轮与轨道之间的接触点上也总是发生微滑动现象，这种现象在一定限制内持续改善可用粘附力值，如仅在图9中举例说明的那样。因此，通过将制动转矩增加到列车结尾处的车轮上最初计算出的值以上，可部分或完全补偿前轮上发生的粘附力损失，部分或全部恢复最初要求的减速，并且因此恢复了相对的制动距离。
例如，专利EP2648949和WO2012052381要求保护一种用于在粘附力下降的情况下恢复粘附力的方法，其趋于将压力升高至在可用粘附力允许的要求值之上。这种方法由需要集中协调单元以沿着车辆列车重新分配制动力的集中系统来实现。但是，EP2648949和WO2012052381中要求保护的解决方案具有以下缺点：
-根据所述的相应方法，确定可用于恢复粘附力的轴的顺序动作；
-协调各种模块操作所必须的主设备；
-必须根据属于系统的制动模块的数量和类型为每个应用重新配置主设备。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，该系统允许在粘附状况恶化的情况下以及在由于可能的故障而处于降级模式的制动系统工作的情况下恢复最初损失的减速度。本发明要求使用多个功能模块来控制制动系统，所述模块被设计为彼此独立地操作，每个模块用于控制单独的制动转矩，所述模块使用基于系统观察的算法能够在不需要集中控制的情况下正确运行，并且不需要可能在操作阶段对所用方法进行初始化的过程，例如但不限于使用操作过程中强制动作检测到的值初始化表。
根据本发明的一个方面，通过用于具有权利要求1中限定的特征的至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统来实现前述和其他目的和优点。本发明的优选实现方式在从属权利要求中定义，其旨在作为本说明书的组成部分。
附图说明
现在将描述根据本发明的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统的一些优选实施方式的功能和结构特征。参考附图，其中：
-图1示出了可能的最新制动系统的基本功能图；
-图2示出了根据本发明的用于控制车轴的制动的系统的功能图；
-图3示出了根据本发明的单个制动控制模块的功能标准；
-图4示出了制动转矩极限随轨道车辆速度变化的行为曲线；
-图5以实例的方式示出了在粘附力降低的情况下用于根据本发明进行的至少一个轨道车辆的制动控制系统的行为；
-图6以实例的方式示出了服务和紧急制动控制系统的实施方式；
-图7示出了服务和紧急制动控制系统的第二实施方式；
-图8示出了服务和紧急制动控制系统的第三实施方式；
-图9示出了根据现有技术的在粘附力降低的情况下的轨道列车的行为；和
-图10示出了根据本发明的用于双车轴转向架的制动控制的系统的功能图。
具体实施方式
在详细解释本发明的多个实施方式之前，应该阐明，本发明的应用不限于以下描述中呈现或在附图中示出的构造细节和组件的配置。本发明可采用其他实施方式，并且可以本质上不同的方式来实施或实现。还应理解，措词和术语具有描述性目的，并且不应解释为限制性的。“包括”和“包含”及其变体的使用应理解为涵盖下文中陈述的要素及其等同物，以及附加要素及其等同物。
另外，在本说明书中，应当理解，多个相连的轨道车辆组成了轨道列车。
除非另有说明，否则在下文中将参考制动转矩，该制动转矩在此定义中指示仅由摩擦制动力或仅由通过牵引电机产生的电动转矩或由两个转矩的随时间变化的百分比组成产生的转矩。
首先参考图2，示出了根据本发明的用于车轴的制动控制模块的功能图。
在第一实施方式中，用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制的系统包括多个制动控制模块201。每个轨道车辆包括多个车轴，所述多个轴布置成通过制动装置207产生的相应的制动转矩来制动。
这些制动控制模块201中的每个控制轨道车辆的至少一个相应的车轴。
每个制动控制模块201被布置成接收减速请求信号202和达到最大可用粘附力的信号204。
减速请求信号202对于所有制动模块201是共同的，并且被布置为指示由至少一个轨道车辆要达到的目标减速值。
另一方面，达到最大可用粘附力的信号204旨在指示由所述制动控制模块201控制的至少一个车轴实现最大可用粘附力。
每个制动控制模块202还被布置为独立于任何其他制动控制模块201生成制动转矩请求信号205。
该制动转矩请求信号205指示制动转矩请求值CFr。
制动转矩请求信号205的值由制动控制模块201可变，以便根据第一转矩梯度增大制动转矩请求值CFr。
在本发明的当前优选实施方式中，第一转矩梯度对于包括在制动系统中的所有制动控制模块201是相同的。每个制动控制模块201可提供为以这样一种方式根据其自身的重量信号203将其局部地转换成其自身的第一制动转矩梯度，即局部地，包括在制动系统中的所有制动控制模块201均匀地对同时实现减速请求做出贡献。
制动转矩请求信号205的值是可变的，直到达到目标值Vt为止，该目标值Vt由制动控制模块201根据减速请求信号202和指示作用在由所述制动控制模块201控制的车轴上或包括车轴的轨道车辆的转向架或车身上的重量的重量信号203确定。
每个制动控制模块201还被布置成将所述制动转矩请求信号205提供给与由所述制动控制模块201控制的轨道车辆车轴相关联的制动装置207。
制动装置207被布置成将制动转矩请求信号205的值转换成具有施加到由所述制动控制模块201控制的车轴上的有效制动转矩值CFe的制动转矩，以使至少一辆轨道车辆减速。
例如，制动转矩请求信号205的值越高，由制动装置207产生的制动转矩的值将越高，反之亦然。
可根据减速度请求信号202和重量信号203根据已知公式F＝m·a和适当的力→转矩转换来计算所产生的制动转矩值。
所述制动装置207例如可以是被布置成提供摩擦式或电动力式制动力的制动装置或被布置成提供摩擦式制动力的制动装置与提供电动力式制动力的制动装置的组合，其根据混合策略进行管理。
此外，每个制动控制模块201被布置为以彼此隔开预定时间间隔的预定时刻并通过通信网络215周期性地将以下内容发动到其他制动控制模块201：其施加的制动转矩的瞬时有效制动转矩值CFe和由制动转矩请求信号(205)指示的其瞬时请求制动转矩值CFr。或者，以彼此隔开预定时间间隔的预定时刻并通过通信网络215周期性地将以下内容发动到其他制动控制模块201：通过其自身的瞬时请求制动转矩值CFr与其施加的制动转矩的瞬时有效制动转矩值CFe之间的差获得的瞬时制动转矩的局部差ΔCFl。
因此，制动系统中包括的所有其他制动模块201也将连接到这种通信网络215。
此外，每个制动控制模块201以每个所述预定时刻并通过通信网络215周期性地接收以下内容：由所述其他制动控制模块201发送的瞬时有效制动转矩值CFe和由所述其他制动控制模块201发送的瞬时请求制动转矩值CFr。或者，它以每个这些预定时刻并通过通信网络215周期性地接收以下内容：由每个其他制动控制模块(201)发送的瞬时制动转矩的局部差ΔCFl。
每个制动控制模块201还被布置为周期性地针对每个所述预定时刻计算瞬时制动转矩的总差ΔCFt，作为所有制动控制模块201的瞬时请求制动转矩值CFr和瞬时有效制动转矩值CFe之差的总和。或者，被布置为周期性地针对每个所述预定时刻计算所有制动控制模块201的瞬时制动转矩的局部差ΔCFl之和。
如果当制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt时，计算出的瞬时制动转矩的总差ΔCFt大于零，则所述制动控制模块201改变所述制动转矩请求信号205，从而增加由制动装置207转换的所施加的制动转矩。
当制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt时，被验证为大于零的所计算的瞬时制动转矩的总差ΔCFt可以是恰好在制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt的时刻计算出的差，或者可以是在通过制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt之后的所述第一时刻中所计算的差，或者可以是在通过制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt之前的所述最后时刻中所计算的差。
改变制动转矩请求信号205的值，直到在通过制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt之后，在所述预定时刻之一中计算出的瞬时制动转矩的总差ΔCFt的值达到零或负值，或者直到最大可用粘附力信号204指示由所述制动控制模块201控制的车轴达到最大可用粘附力为止。
施加的制动转矩根据第二预定转矩梯度增加。
第二梯度不必与第一梯度相同。类似于第一减速梯度，在当前优选的实施方式中，第二减速度梯度对于包括在制动系统中的所有制动控制模块201是相同的。每个制动控制模块201根据重量信号203将其局部转换为自己的第二制动转矩梯度。
例如，当制动控制模块201接收到其他制动控制模块(201)的瞬时有效制动转矩值CFe和其他制动控制模块(201)的瞬时请求制动转矩值CFr时，通过以下等式获得周期性地计算制动转矩的总差ΔCFt的步骤：
Figure BDA0002543076290000101
其中，n表示制动控制模块201的总数。
通过详细分析上述公式：
-CFri＝第i个制动控制模块的瞬时请求制动转矩值
-CFei＝第i个制动控制模块的瞬时有效制动转矩值
-(CFri-CFei)对应于制动转矩，例如可以已经由第i个WSP模块206在第i个车轴上去除。
另一方面，当制动控制模块201直接接收每个其他制动控制模块201的制动转矩的局部差ΔCFl时，可通过以下等式周期性地计算制动转矩的总差ΔCFt的步骤：
Figure BDA0002543076290000102
其中，n再次表示制动控制模块(201)的总数，并且ΔCFli表示第i个制动控制模块的制动转矩的局部差。
明显地，在关于上述实施方式的明显变型中，瞬时制动转矩的局部差ΔCFl可替代地通过其施加的制动转矩的瞬时有效制动转矩值CFe和其瞬时请求制动转矩值CFr之间的差来获得，并且瞬时制动转矩的总差ΔCFt可计算为所有制动控制模块201的瞬时有效制动转矩值CFe与瞬时请求制动转矩值CFr之差的和，即如上所述获得的所有制动控制模块201的瞬时制动转矩的局部差ΔCFl之和。因此，在这种情况下，需要检查当制动转矩请求信号205达到该目标值Vt时，计算出的瞬时制动转矩的总差ΔCFt是否小于零。制动转矩请求信号205的值将因此变化，直到在通过制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt之后的所述预定时刻之一中的瞬时制动转矩的计算总差ΔCFt达到零或正值为止，或者如上所述，直到最大可用粘附力信号204指示由所述制动控制模块201控制的车轴达到最大可用粘附力。
在此变型中，用于计算制动转矩的总差ΔCFt的公式可改为：
Figure BDA0002543076290000111
在上述两个实施方式中，当经由通信网络215发送和接收值的预定时刻之间的预定时间间隔可以是例如但不限于100ms。制动控制模块201对制动转矩的总差ΔCFt的计算例如也可每100ms进行一次。
所使用的传输方法可以是例如但不限于广播传输方法。
为了方便起见，“达到最大可用粘附力”的定义现在缩写为MAAA。MAAA＝0表示当制动控制模块201未充分使用由此控制的车轴车轮可用粘附力时，并且MAAA＝1表示当模块201控制的车轴的车轮超过最大可用粘附力时。显然，这些值仅作为实例给出，并且仍然可使用不同的值。当WSP模块206检测到车轮之间相对于由制动控制模块201控制的车轴和轨道之间的滑动大于预定值时，MAAA信号204可例如但不排他地由WSP模块206产生。此外，MAAA信号204可例如但非排他地通过基于“粘附力观察器”的算法来生成，如意大利专利申请第102016000034535号，FAIVELEY TRANSPORT ITALIA S.p.A.的“控制和可恢复轨道车辆控制车轴的车轮粘附力的程序(Procedure for the control and possible recovery ofthe adhesion of the wheels of controlled axles of a railway vehicle)”。
在用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统的第二实施方式中，如果由所述制动控制模块201控制的至少一个车轴的车轮208开始滑动，则制动转矩请求信号205在被提供给制动装置207之前由WSP模块206调制。
所述WSP模块206可以是包括至少一个用于根据所确定的算法对摩擦式制动力进行调制的装置的系统，或者是用于对制动力进行电动力式调制的软件模块。在另一种可能性中，WSP模块206可包括摩擦式制动力调制系统和用于电动力式制动力调制的软件模块。以上对应于制动装置207的组成。在本说明书中，术语“软件模块”是指包含在计算机程序中的一个或多个软件指令，该软件程序适于例如由微处理器执行以实现预定功能或算法。
如果WSP模块206未介入，则由制动装置207有效施加的制动转矩的值将对应于由制动转矩请求信号205指示的转矩值，并且如果WSP模块206由于车轮208的滑动而没有介入，则由制动装置207有效施加的制动转矩的值将低于制动转矩请求信号205指示的转矩值。
给定制动装置207的组成，从WSP模块206输出的信号216可例如但不排他地包括在制动缸上游获取的气动压力值，该气动压力值通过在制动模块201中执行的适当算法适当地转换成转矩值，或者通过在产生电动力制动力的电机上测量的电流值，随后通过制动模块201中执行的适当算法，或者如果制动装置207包括两种制动模式则通过两个所述值，将这些电流值转换为制动转矩值。
减速请求信号202的值也可直接指示制动转矩请求值。在这种情况下，制动控制模块201可使用该公式a＝F/m来确定目标减速度值。另外，如果制动装置207是用于提供摩擦式制动力的装置，则减速请求信号202的值可直接指示气动制动压力请求值。
换句话说，上述ΔCFt值旨在允许确定例如由于制动系统的一个或多个WSP模块206的共同作用而没有将多少制动转矩施加到由轨道车辆组成的轨道列车上。
因此，ΔCFt＝0对应于所有请求的制动转矩对应于有效制动转矩的状态。
例如，在列车上没有WSP 206介入的完美粘附状态。
现在参考图3，示出了实例情况，其中假设所述减速请求需要可用粘附力μ＝A。如果可用粘附力较低，例如由曲线μ1表示，则由制动控制模块201控制的车轴一旦超过峰值P1就开始滑动，输入MAAA 204立即采用值MAAA＝1，但是制动控制模块201继续将请求的制动转矩增加到对应于线A的值，即直到完全施加先前计算出的对应于减速请求信号202的值及其自身重量信号203的制动转矩。WSP模块206的任务是限制制动转矩请求信号205所请求的制动转矩，以便将车轮208的滑动保持在受控的速度值，如果需要的话部分或全部清洁轨道，并增加后续车轮的粘附力。
该策略的原因是强制由WSP模块执行轨道清洁动作。另一个原因是不限制可对应于紧急制动请求的制动转矩请求。如果可用粘附力大于线A，例如由曲线μ2表示，则输入MAAA 204保持值MAAA＝0，因此表明尚未达到最大的可用粘附力，或者仍有增加制动转矩的空间。所述裕度对应于从线μ＝A和点P2的距离。制动控制模块201然后观察由此例如根据上述公式1.1周期性地计算的ΔCFt值。
如果在制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt时，计算出的瞬时制动转矩的总差ΔCFt大于零，则制动控制模块201改变制动转矩请求信号205，以增加由制动装置207转换的施加的制动转矩。
改变制动转矩请求信号205的值，直到在通过制动转矩请求信号205达到所述目标值Vt之后的所述预定时刻之一中的瞬时制动转矩的计算的总差值ΔCFt达到零或负值，或直到最大可用粘附力信号204表示由所述制动控制模块201控制的车轴达到最大可用粘附力。
因此，如果可用粘附力例如对应于曲线μ2，则如果在制动转矩的附加增加期间超过了所述粘附力曲线μ2，则受控车轴208处的滑动现象开始，输入204假定值为MAAA＝1，并且制动控制模块201将制动转矩值减小预定的存储值。所述预定值可以是零，或者是连续减小制动转矩值的值，直到达到条件MAAA＝0。预定值在任何情况下都不允许例如使施加的制动转矩值低于借助于减速请求信号202最初请求的制动转矩值，对应于直线μ＝A。
在进一步的实施方式中，可将在图3中对应于粘附力值μ＝B的制动转矩极限值存储在制动控制模块201内部。所述制动转矩极限值对于避免制动转矩的过度增加是必要的，通过任何可用的粘附力μ3均可实现。制动转矩过度增加可能会导致机械损坏或制动构件温度升高。本领域技术人员知道，随着车辆速度的增加，在车轮和轨道之间的接触点处的粘附力减小。为了避免由于制动转矩的过度增加而超过额定极限而触发滑动，所述制动转矩极限值可以是速度以及重量的函数，如图4定性所示。所述函数可具有连续的特性(连续线)或一个或多个步骤(虚线)。
以上信息是指“每轴”转矩控制。
图10示出了“每转向架”的控制配置：制动控制模块1101产生制动转矩请求1105，该制动转矩请求1105被并行发送到与由车轮1110和1111表示的两个轴相关联的制动转矩产生模块1108和1109。对于车轴与WSP模块1106和1107相关联，每个WSP功能用于控制相应的车轴1110和1111的滑动。
同样在这种情况下，如前所述，WSP模块1106和1107可以是系统或软件模块，或者既可以是系统模块，也可以是软件模块。
在图10中描述的配置中，制动控制模块1101接收与由前述制动控制模块201接收的信号相同的信号。
此外，制动控制模块1101继续遵循先前描述的过程，并由图2中的制动控制模块201实施。在图10中描述的配置中，当对应于车轮1110和1111的两个车轴不在滑动阶段，MAAA信号假设例如值MAAA＝0并且当对应于车轮1110和1111的轴中的至少一个处于滑动阶段时，假设值MAAA＝1。
如上所述，制动控制模块201或1101完全自主地决定采取哪种动作。
图5示出了在粘附力降低的情况下上述系统的操作情况。线G代表实现请求的额定减速度所需的制动转矩，线H定性地代表与最大可用粘附力相对应的制动转矩。线H的倾斜度表示轨道的清洁现象，例如，近似图9中所示的增加μ的步长。对于轨道领域的技术人员来说，实际上线H所代表的可自然地以曲线的形式出现，其中线H是很好的近似值，并且在任何情况下对于本演示都是足够的。在减速请求时，所有制动控制模块1101将根据第一共同梯度α施加制动转矩G。当施加到第一转向架和第二转向架的制动转矩值分别在线H上到达点H1和H2时，对应于第一转向架和第二转向架的车轴将开始滑动。由于发生滑动，与第一转向架和第二转向架相关的模块的MAAA输入信号将假定MAAA＝1状态。相对于第一转向架和第二转向架的制动控制模块1101在任何情况下都将增加制动转矩值，达到线G，与之相对应的WSP模块206将限制转向架的制动转矩，从而将车轴保持在受控的滑动状态。如上所述，当达到制动转矩值G时，与第一转向架和第二转向架有关的制动控制模块1101已经接收到MAAA＝1信号，将永久保持制动转矩值G。其余的制动控制模块1101，当达到压力值“G”时，观察到达到的ΔCFt值小于零，即ΔCFt>0，因为第一转向架和第二转向架的滑动会阻止它们获得制动转矩G。同时它们被赋予MAAA＝0信号。在这种情况下，它们将开始以彼此相等的第二梯度β来增加制动转矩，例如但不排他地，该梯度比第一梯度慢。在该实例中，在其增加期间，在第三转向架处的制动转矩与线H相交，从而开始使所述第三转向架的至少一个车轴滑动。此时，相应的制动控制模块1101接收到MAAA＝1，并且因此，如前所述，以固定步长γ或连续地减小制动转矩，直到接收到MAAA＝0信号为止，从而中断了对应的第三转向架的车轴的滑动，并且仍然局部获得最大可能的制动转矩。可决定将零值分配给参数γ。在这种情况下，制动力不会降低，并且会受到相关WSP模块的控制，产生永久的最小滑动，这将加速后续车轮的轨道清洁。
在图5的实例中，仅第四转向架和第五转向架可实现由线L表示的制动转矩值，以便抵消ΔCF。另一方面，如果已经编程了制动转矩极限值J，其中G＜J＜L，对应于图3的线B，则制动控制模块1101相对于所述第四转向架和第五转向架中止制动转矩的增加，并且没有达到预期的减速度。然而，即使在劣化的条件下，车辆或车辆列车的减速始终总是最佳地最大化。
图5中所描述的改进的变型例如但非排他地涉及制动控制模块201，1101，由以下事实表示：所述制动控制模块201，1101在存在MAAA＝1信号时可通过相应的控制信号210激活连接到其上的可能的粘附力恢复装置211。粘附力恢复装置211可例如但非排他地包括一个或多个电连接到该制动控制模块的沙箱。或者，所述粘附力恢复装置211可例如但非排他地包括一个或多个用于注入材料的装置，该材料适于增加车轮和轨道之间的摩擦系数。
例如，所述控制信号210可以是二进制信号，以便在开/关模式下控制沙子或其他粘附力恢复装置211的流动。
此外，再次举例来说，控制信号210可以是连续的控制信号，其被布置为根据以下定律控制沙子或其他装置的流动以提高粘附力：根据与车辆214的速度成比例的连续定律，或根据与和所述制动控制模块201关联的点H与图5的线G之间的距离成比例的定律，或者根据与车辆214的速度以及与和所述制动控制模块201关联的点H与图5的线G之间的距离成比例的连续定律。
每个制动控制模块201还可在达到可存储在存储装置中的预定滑动值或可存储在这种存储装置中的预定最小瞬时粘附力值时使所述粘附力恢复装置211去激活。
同样，所述制动控制模块201，1101在存在MAAA＝1信号时可借助于激活和去激活信号212来激活与其连接的一个或多个磁制动蹄213，以便执行轨道的清洁动作，以增加可用的粘附力。另一方面，如果存在MAAA＝0信号，则制动控制模块201，1101可中断所述磁制动蹄213的激活。
磁制动蹄的所述激活和去激活信号212可以时间波滞后发送，以避免相同控制信号的可能的连续振荡，这可能会损坏磁制动蹄213。
上述粘附力恢复装置211或磁制动蹄213的激活旨在使图5的线H向左移动。在这种情况下，更多的转向架可能会通过每个转向架使用较少量的制动转矩来帮助恢复要求的减速，从而可以避免与图3的曲线μ＝B相交。
在达到可存储在存储装置中的预定最小滑动值时或在达到可存储在存储装置中的预定最小瞬时粘合值时，制动控制模块201可使磁制动蹄213停止工作。
当达到预定的制动转矩或气动压力值时，由至少一个制动装置207产生的制动转矩或气动压力可被制动控制模块201中断，该预定的制动转矩或气动压力值可存储在存储装置中。
以下是服务和紧急制动控制系统的一些实例实施方式的图示。
在图6所示的第一实施方式中，制动控制系统是电动气动系统。
这种系统包括气动继动阀701，其可由两个先导室702和703控制。在所述继动阀701的输入705上，可提供来自储存器(图6中未示出)的气动供应。可以比连接到输出704的用户所要求的压力更高的压力来提供供应。
所述使用者可以是与车轴、转向架或车辆有关的一个或多个制动缸(所述缸未在图6中示出)。
由WSP模块104控制的阀112可插入在继动阀701的输出704和制动缸之间。阀701可将与在控制输入702A和703B处存在的压力值中的最高值相对应的压力值返回至其输出704。
输入702A可通过来自紧急请求(图6中未示出)的压力通电。
校准孔口711可限制来自紧急制动请求信号202的值的压力梯度。输入703B可通过压力707通电，所述服务制动来自由一对电磁阀708和709执行的调制作用，所述电磁阀708和709由制动控制模块201控制，该制动控制模块201在该实施方式中是微处理器系统712。该调制作用是本领域技术人员已知的。在服务制动的情况下，微处理器系统712可通过作用在阀708和709上来产生制动转矩，从而使压力707增加，从而也使气动用户的压力704增加。
以相同的方式，微处理器系统712可通过向牵引力控制系统717发送合适的制动转矩请求713来产生制动转矩，该牵引力控制系统717将控制相关的电机(未示出)。此外，微处理器系统可产生制动转矩，作为先前描述的气动和电动转矩随时间变化的百分比的总和。
在行服务制动期间，微处理器系统712可实施图5所示的策略，以梯度α产生图5中的水平G。随后，如果条件需要，则可以梯度β产生图5的水平H。
在紧急制动的情况下，微处理器系统712可在输入703B处复制输入702A处出现的瞬时压力。
输入702A处的所述压力可具有由孔口711确定的梯度α，直到同时达到图5的水平G。
随后，仅微处理器系统712可提供具有梯度β的制动转矩的进一步增长，直到到达图5的线H。
图7示出了实施方式，其中，服务和紧急制动控制系统是电动气动系统。
所述电动气动系统包括电子称重压力控制模块810，该电子称重压力控制模块810接收重量信息813，根据该信息，所述称重压力控制模块810通过控制信号812控制电动气动模块811，使得所述电动气动模块811产生等于与所述重量813相对应的紧急制动压力的气动压力814。
在该实施方式中，制动控制模块201是电子模块815，其可经由控制信号818和819分别控制填充电磁阀816和排空电磁阀817。
所述信号818和819可被由紧急回路821通电的继电器的触点820中断。可在没有来自紧急回路821的信号的情况下，即在没有确认紧急制动请求的情况下示出所述触点820。当未确认紧急请求时，即存在来自紧急回路821的电信号时，触点820闭合，电子模块815可主动控制填充阀816和排空阀817，从而产生与继动阀801的输入803的制动请求823成比例的先导压力822。
所述先导压力822可将等于紧急制动压力的压力值814假设为最大值。继动阀801可在其输入803处接收供应压力804，并且可在其输出802处为制动缸(未在图7中示出)产生制动压力805。
所述制动压力805可具有等于先导压力822的值的值，但是具有适合于制动缸的容积的流量。在确认紧急制动请求的情况下，来自紧急回路821的信号可被断电，触点820可断开，并且电磁阀816和817可在图7所示的情况下断电。因此，紧急制动压力814可以由校准孔口806建立的梯度被带回到继动阀801的输入822。继动阀801可在其输出802处提供等于紧急制动压力814的压力805，以使制动缸(未示出)通电。
电子模块815可执行图5所示的策略，以梯度α产生达到图5的水平G的制动转矩。
随后，如果请求进一步增加达到图5的线H，则电子模块815可配置如图7所示的电磁阀816和817，即以这样的方式使得将紧急制动压力814永久地带到继动阀801的输入822。
称重压力控制模块810可控制模块811以根据梯度β提供增加的压力。所述压力对于到达图5的线H是必要的。
在紧急制动期间，假设图7中所示的情况，紧急回路821的信号可能会断电，触点820打开，电磁阀816和817会断电，从而可使紧急制动压力814由校准孔口806建立的梯度返回到继动阀801的输入822。根据梯度α校准孔口。
随后，电子称重压力控制模块810可控制模块811根据梯度β提供增加的压力，所述压力对于到达图5的线H是必要的。
图8示出了实施方式，其中，服务和紧急制动控制系统是电动气动系统。
这种电动气动系统包括电子称重压力控制模块910，该电子称重压力控制模块910接收重量信息913，根据该信息，所述称重压力控制模块910可借助于控制信号912来控制电动气动模块911。所述电动气动模块911可以这样的方式被控制，对应于所述重量913，使得所述电动气动模块911产生的气动压力914等于紧急制动压力。
在该实施方式中，制动控制模块201是电子模块915，其可经由控制信号918和919分别控制填充电磁阀916和排空电磁阀917。所述控制信号918和919被通过紧急回路921通电的继电器的触点920中断。
在没有来自紧急回路921的信号即已确认的紧急制动请求的情况下示出了所述触点920。当紧急请求未被确认时，即存在来自紧急回路921的电信号时，触点920闭合并且电子模块915可主动地控制阀916和917，从而产生与制动请求923成比例的制动压力922，所述制动压力922被发送到制动缸(图8中未显示)。在已确认紧急制动请求的情况下，假设处于图8所示的状态，线921断电，触点920打开，电磁阀916和917断电，从而紧急制动压力914以由校准孔口906建立的梯度返回到制动缸。
在服务制动期间，电子模块915可执行图5所示的策略，以梯度α生成达到图5的水平G的制动转矩。
随后，如果请求进一步增加达到图5的H，则电子模块915将配置电磁阀916和917，如图8所示，即以这样的方式使得将压力914永久地返回至制动缸。
称重压力控制模块910可控制模块911以根据梯度β提供增加的压力。所述压力对于达到图5的线H是必要的。在紧急制动请求期间，假设处于图8所示的状态，将线921断电，触点920打开，电磁阀916和917断电，从而紧急制动压力914以由校准孔口906建立的梯度返回到制动缸。所述孔口可根据梯度α进行校准。随后，称重压力控制模块910可控制电动气动模块911，以根据梯度β提供压力的增加。所述压力对于达到图5的线H是必要的。
已经描述了根据本发明的服务和紧急制动控制系统的各个方面和实施方式。应该理解，每个实施方式可与任何其他实施方式结合。此外，本发明不限于所描述的实施方式，而是可在所附权利要求书限定的范围内变化。

Claims (16)

1.一种用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，每个轨道车辆包括多个车轴，所述多个车轴被布置成通过制动装置(207)产生的相应的制动转矩来制动；
所述制动控制系统包括多个制动控制模块(201)，每个制动控制模块(201)控制轨道车辆的至少一个相应的车轴；
每个所述制动控制模块(201)被布置用于：
-接收所有制动控制模块(201)共有的减速请求信号(202)，所述减速请求信号(202)被布置为指示至少一个轨道车辆将要达到的目标减速值；
-接收达到最大可用粘附力的信号(204)，所述达到最大可用粘附力的信号(204)适于指示由所述制动控制模块(201)控制的车轴达到所述最大可用粘附力；
-独立于任何其他制动控制模块(201)，产生指示所请求的制动转矩值(CFr)的制动转矩请求信号(205)；所述制动转矩请求信号(205)的值是可变的，以根据第一转矩梯度增大所请求的制动转矩值(CFr)；所述制动转矩请求信号(205)的值是可变的直到达到目标值(Vt)为止，所述目标值(Vt)根据所述减速请求信号(202)和指示施加在由所述制动控制模块(201)控制的车轴上或转向架上或包括车轴的轨道车辆的车身上的重量的重量信号(203)确定；
-将所述制动转矩请求信号(205)提供给与由所述制动控制模块(201)控制的所述轨道车辆的车轴相关联的制动装置(207)；所述制动装置(207)被布置成将所述制动转矩请求信号(205)的值转换成具有有效制动转矩值(CFe)的制动转矩，所述制动转矩被施加到由所述制动控制模块(201)控制的车轴上，以使所述至少一个轨道车辆减速；
-在彼此隔开预定时间间隔的预定时刻并通过通信网络(215)周期性地将以下内容发送到其他制动控制模块(201)：其自身施加的制动转矩的瞬时有效制动转矩值(CFe)和由所述制动转矩请求信号(205)指示的其自身的瞬时请求的制动转矩值(CFr)，或通过其自身的瞬时请求的制动转矩值(CFr)与其自身施加的制动转矩的实际瞬时制动转矩值(CFe)之间的差获得的瞬时制动转矩的局部差(ΔCFl)；
-在每个所述预定时刻并通过所述通信网络(215)周期性地接收以下内容：由其他制动控制模块(201)发送的瞬时有效制动转矩值(CFe)和由其他制动控制模块(201)发送的瞬时请求的制动转矩值(CFr)，或由每个其他制动控制模块(201)发送的瞬时制动转矩的局部差(ΔCFl)；
-周期性地针对每个所述预定时刻计算所有制动控制模块(201)的瞬时请求的制动转矩值(CFr)和瞬时有效制动转矩值(CFe)之差的总和，或者，所有制动控制模块(201)的瞬时制动转矩的局部差(ΔCFl)之和，作为瞬时制动转矩的总差(ΔCFt)；
-如果所述制动转矩请求信号(205)达到所述目标值(Vt)，计算出的瞬时制动转矩的总差(ΔCFt)大于零，则改变所述制动转矩请求信号(205)的值，从而增加由所述制动装置(207)转换的所施加的制动转矩；只要所述制动转矩请求信号(205)在达到所述目标值(Vt)之后的所述预定时刻之一中计算出的瞬时制动转矩的总差(ΔCFt)不具有空值或负值，或者只要所述最大可用粘附力的信号(204)未指示由所述制动控制模块(201)控制的车轴实现了所述最大可用粘附力，则改变所述制动转矩请求信号(205)的值；所施加的制动转矩根据预定的第二转矩梯度增加。
2.根据权利要求1所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，当所述制动控制模块(201)接收其他制动控制模块(201)的瞬时有效制动转矩值(CFe)和其他制动控制模块(201)的所请求的瞬时制动转矩值(CFr)时，通过以下等式获得周期性计算制动转矩总差(ΔCFt)的步骤：
Figure FDA0003637843840000031
其中，n表示制动控制模块(201)的总数，CFri表示第i个制动控制模块的瞬时请求的制动转矩值，并且CFei表示第i个制动控制模块的瞬时有效制动转矩值。
3.根据权利要求1所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，当所述制动控制模块(201)从所有其他制动控制模块(201)接收制动转矩的局部差(ΔCFl)时，通过以下等式获得周期性计算制动转矩总差(ΔCFt)的步骤：
Figure FDA0003637843840000032
其中，n表示制动控制模块(201)的总数，并且ΔCFli表示第i个制动控制模块的制动转矩的局部差。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，如果由所述制动控制模块(201)控制的至少一个车轴的车轮(208)开始滑动，则所述制动转矩请求信号(205)在被提供给所述制动装置(207)之前由车轮防滑保护模块(206)调制。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，每个制动装置(207)包括摩擦制动器或电动力再生制动器，或者摩擦制动器和电动力再生制动器的可变百分比组成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述减速请求信号(202)的值指示允许通过特定的转换公式得出所述轨道车辆的要达到的预期减速度值的制动转矩或气动压力的值。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急 制动控制系统，其中，当达到制动转矩或气动压力的预定值时，中断由所述制动装置(207)之一产生制动转矩或气动压力。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，当达到最大可用粘附力的信号(204)以信号的方式通知由所述制动控制模块(201)控制的至少一个车轴达到最大可用粘附力时，所述制动控制模块(201)调节所述制动转矩请求信号(205)的值，以将至少一个制动装置(207)产生的制动转矩或气动压力逐步地或连续减小预定值。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，每个制动控制模块(201)的第二转矩梯度与任何其他制动控制模块(201)的任何其他第二转矩梯度无关。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，对于一个轨道车辆的每个制动控制模块(201)，所述第一转矩梯度是相同的，或对于一个轨道车辆的每个制动控制模块(201)，所述第二转矩梯度是相等的。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述第一转矩梯度和所述第二转矩梯度由每个制动控制模块(201)根据由每个制动控制模块(201)接收的重量信号(203)来校准。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，每个制动控制模块(201)激活至少一个粘附力恢复装置(211)，所述粘附力恢复装置(211)包括用于粘附力恢复的材料的沙箱或分配器注入器，并且在达到预定的滑动值或预定的瞬时最小粘附力值时，使所述粘附力恢复装置(211)停止工作。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述制动控制模块(201)激活至少一个电磁蹄，并在达到预定的最小滑动值时或在达到预定的瞬时最小粘附力值时，使所述至少一个电磁蹄停止工作。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述制动控制模块(201)是微处理器系统(712)。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述制动控制模块是电动气动模块(811)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的用于至少一个轨道车辆的服务和紧急制动控制系统，其中，所述制动控制模块是称重压力电子控制模块(910)。
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