Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer eine Reibungsbremse aufweisenden Antriebs- und Bremseinrichtung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei außergewöhnlicher Beanspruchung können Reibpartner von Reibungsbremsen wie Bremsbeläge, Bremsklötze und Bremsscheiben thermisch überlastet werden. Bei Schienenfahrzeugen ist eine thermische Grenze der Reibungsbremse beispielsweise dadurch gegeben, dass die Reibungsbremse in der Regel nicht mehr als zwei Schnellbremsungen in der Ebene verkraften. Diese Beanspruchung wird normalerweise durch die Reibungsbremse ertragen, ohne dass sie zu Fading oder übermäßigem Verschleiß neigt.

Unter besonderen Umständen, z.B. Bremsungen im Gefälle oder Bremsungen mit nur teilweise verfügbaren Bremssystemen in einem Zugverband, können die Reibpartner der Reibungsbremsen durch den erhöhten Energieeintrag überlastet werden, die zu hohen Reibflächentemperaturen und damit zu großem Verschleiß sowie Fading führt, was letztlich stark verlängerte Bremswege zur Folge hat.

Um nachlassende Bremswirkung oder übermäßigen Verschleiß einer Reibungsbremse zu vermeiden, wird in der DE 10 2010 020 495 A1 beschrieben, die Ist-Temperaturen von Bremsenbauteilen zu überwachen und mit vorgegebenen Grenztemperaturen zu gleichen, um bei Überschreiten der Grenztemperaturen durch die gemessenen Ist- Temperaturen ein Warnsignal zu erzeugen. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Simulationsmodelle bekannt, mit denen die Ist-Temperaturen von Bremsenbauteilen auf der Basis von Bremsund Fahrdaten abgeschätzt werden können. Beide Verfahren haben den Nachteil, dass sie nur mit einem gewissen Aufwand betreiben werden können.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass eine Überlastung der Reibungsbremse auf einfachere Art vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Gedanken, dass bei einer bis in den Stillstand des Fahrzeugs und unter zumindest teilweisem Einsatz der Reibungsbremse erfolgten Stillstands-Bremsung der bei dieser Stillstands-Bremsung zurückgelegte Bremsweg erfasst und mit einem für diese Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg verglichen wird, wobei abhängig von einem Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung zwischen dem bei dieser Stillstands-Bremsung erfassten Bremsweg und dem bei dieser Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg wenigstens für die auf die Stillstands-Bremsung nachfolgende Fahrt des Fahrzeugs die Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit beschränkt oder ein Signal für einen Fahrzeugführer ausgegeben wird, dass eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit einzuhalten ist, wobei die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit niedriger als eine von dem Fahrzeug maximal erzielbare Höchstgeschwindigkeit oder als eine für die befahrene Strecke geltende Höchstgeschwindigkeit ist. Die erfindungsgemäße Antriebs- und Bremseinrichtung weist Erfassungs- Mittel zur Erfassung des bei einer bis in den Stillstand des Fahrzeugs und unter zumindest teilweisem Einsatz der Reibungsbremse erfolgten Stillstands-Bremsung zurückgelegten Bremswegs sowie Steuer-Mittel zum Vergleichen des erfassten, bei der Stillstands-Bremsung zurückgelegten Bremswegs und mit einem für diese Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg und zum Berechnen einer Abweichung zwischen dem bei der Stillstands-Bremsung erfassten Bremsweg und dem bei der Stillstands- Bremsung erwarteten Bremsweg auf, wobei die Steuer-Mittel ausgebildet sind, dass sie abhängig von einem Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung zwischen dem bei der Stillstands-Bremsung erfassten Bremsweg und dem bei der Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg wenigstens für die auf die Stillstands-Bremsung nachfolgende Fahrt des Fahrzeugs die Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit beschränken oder ein Signal für einen Fahrzeugführer ausgeben, dass eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit einzuhalten ist, wobei die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit niedriger als eine von dem Fahrzeug maximal erzielbare Höchstgeschwindigkeit oder als eine für die befahrene Strecke geltende Höchstgeschwindigkeit ist.

Mit anderen Worten wird der Stillstands-Bremsweg bei einer Stillstands- Bremsung überwacht und mit einem für diese Stillstands-Bremsung, d.h. für eine Stillstands-Bremsung aus der vorliegenden Ausgangsgeschwindigkeit erwarteten Stillstands-Bremsweg verglichen, der den Normalzustand einer Bremsung, d.h. übliche Beladung des Fahrzeugs, ordnungsgemäß funktionierende Bremssysteme, Bremsung in der Ebene charakterisiert. Bei Bremsungen im Gefälle und/oder mit Überlast und/oder mit ausgeschalteten oder nicht funktionsfähigen Teilsystemen der Bremsanlage (z.B. generatorische Bremse) verlängert sich der Bremsweg und der Energieeintrag in die Reibpartner der Reibungsbremse erhöht sich. Wird die vorgegebene Abweichung des erfassten Bremswegs von dem vorgegebenen Bremsweg als Toleranzgrenze überschritten, wird als Resultat eine beispielsweise temporäre Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch oder auf das Signal hin durch den Fahrzeugführer durchgeführt. Die Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit erfolgt dabei automatisch, d.h. durch entsprechende elektrische Signale eines Steuergeräts oder auch durch den Fahrzeugführer auf ein optisches und/oder akustisches Signal hin. Dieses Signal für den Fahrzeugführer wird vorzugsweise nur solange gesetzt, wie die Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit notwendig ist, um die Belastung der Reibungsbremse bei einer neuerlichen Bremsung mit der Reibungsbremse auf ein bestimmtes Maß zu bringen bzw. herabzusetzen.

Dies kann beispielsweise durch entsprechende, in ein Steuergerät der Antriebsmaschine vom Steuergerät oder vom Fahrzeugführer eingesteuerte Befehle durchgeführt werden. Dadurch erhalten die Bremsenbauteile der Reibungsbremse wie Bremsscheiben und Bremsbeläge ausreichend Zeit, wieder abzukühlen und vor der nächsten Bremsung wieder ein normales Temperaturniveau zu erreichen.

Der Wert der beispielsweise temporär vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann von der Abweichung des erfassten Bremswegs vom erwarteten Bremsweg abhängen, wobei diese Abhängigkeit beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt ist.

Ebenso kann der für die Stillstands-Bremsung erwartete Bremsweg abhängig von Fahrdaten und/oder Fahrzeugdaten wie von der unmittelbar vor der Stillstands-Bremsung vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder vom Fahrzeuggewicht kennfeldartig festgelegt werden.

„Unter zumindest teilweisem Einsatz der Reibungsbremse" ist zu verstehen, dass die Reibungsbremse bei der Stillstands-Bremsung wenigstens beteiligt ist, beispielsweise im Rahmen eines Bremsenblendings, bei welchem zusätzlich eine weitere Bremsenart wie etwa eine generatorische Bremse zum Einsatz kommt. Darüber hinaus beinhaltet dies natürlich auch den Fall, in dem die Stillstands-Bremsung ausschließlich durch die Reibungsbremse vonstatten geht.

Unter„wenigstens für die auf die Stillstands -Bremsung nachfolgende Fahrt des Fahrzeugs" ist zumindest die unmittelbar auf den durch die Stillstands - Bremsung hervorgerufenen Stillstand folgende Fahrt des Fahrzeugs zu verstehen. Aber auch für sich an diese Fahrt anschließende Fahrten kann die Fahrgeschwindigkeitsbeschränkung auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit durchgeführt werden.

Die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs, auf welche die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bei der auf die Stillstandsbremsung nachfolgenden Fahrt beschränkt wird, legt der Fachmann individuell an Erfahrungswerten fest, von denen sich gezeigt hat, dass sie bei nachfolgenden Bremsungen keine weitere Verschleiß- oder Fading- Belastung der Reibungsbremsen hervorrufen kann.

Der bei der Stillstands-Bremsung ausgehend vom Fahrzustand bis zum Stillstand durchfahrene Bremsweg kann auf einfache Weise, z.B. durch Beobachtung von Radgeschwindigkeitssignalen erfasst werden, wobei solche Radgeschwindigkeitssignale von Radgeschwindigkeitssensoren ausgegeben werden, welche bei vielen Fahrzeugen ohnehin vorhanden sind.

Insgesamt ergibt sich gegenüber der aus dem Stand bekannten Temperaturüberwachung von Bremsenbauteilen bzw. Modellen, welche diese Temperatur abschätzen, eine sehr einfache Ausführung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung möglich. Besonders bevorzugt erfolgt die automatische Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit oder das Setzen des diesbezüglichen Signals für den Fahrzeugführer nur während einer vorgegebenen Zeitspanne, also temporär. Diese vorgegebene Zeitspanne bildet einen Erfahrungswert, der beispielsweise auch abhängig von dem Ausmaß des Überschreitens der vorgegebenen Abweichung zwischen dem bei der Stillstands-Bremsung erfassten Bremsweg und dem bei der Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg ist.

Gemäß einer Weiterbildung wird die Anzahl von erfolgten Beschränkungen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit oder von erfolgtem Setzen des Signals für den Fahrzeugführer als Datensatz in einem auslesbaren Speicher gespeichert, wobei dieser Datensatz aus dem Speicher z.B. anlässlich einer Wartung des Fahrzeugs auslesbar ist. Da diese Anzahl auf das Ausmaß von außergewöhnlichen Belastungen der Reibungsbremse des Fahrzeugs hinweist, können beispielsweise dann der Verschleißzustand der Reibungsbremse überprüft und gegebenenfalls verschlissene Bremsenbauteile ausgetauscht werden.

Die Steuer-Mittel, welche von den Erfassungsmitteln wie Raddrehzahlsensoren die Information über den bei der Stillstands-Bremsung zurückgelegten Bremsweg erhalten, beinhalten insbesondere ein oder mehrere Steuergeräte der Antriebs- und Bremseinrichtung des Fahrzeugs, welche zu diesem Zweck miteinander kommunizieren. Dabei kann beispielsweise das Steuergerät der Antriebseinrichtung von dem Steuergerät der Bremseinrichtung, welches die Signale der Raddrehzahlsensoren auch im Laufe der Stillstands-Bremsung empfängt und aus diesen Signalen den Stillstands-Bremsweg errechnet, den Befehl zum Beschränken der Höchstgeschwindigkeit automatisch oder durch den Fahrzeugführer auf das Signal hin erhalten. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer wenigstens eine Reibungsbremse aufweisenden Antriebs- und Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs heranzogen. Bei Schienenfahrzeugen führen insbesondere Notbremsungen oder Schnellbremsungen zu erhöhtem Verschleiß der Reibungsbremsen, so dass insbesondere solche Notbremsungen oder Schnellbremsungen als hinsichtlich des Bremswegs zu beobachtende Stillstands-Bremsungen im Sinne der Erfindung darstellen.

Ein solches Schienenfahrzeug oder spurgebundenes Fahrzeug im Fernverkehr weist meist eine pneumatische oder elektro-pneumatische Reibungsbremse als direkt oder indirekt wirkende Bremse auf.

Unter einer„Schnellbremsung" wird dabei eine Bremsung verstanden, bei der beispielsweise eine Hauptluftleitung durch den Triebfahrzeugführer rasch und vollständig über die Schnellbremsstellung des Führerbremsventils entlüftet wird. Dabei wird die maximale Bremswirkung wie bei einer Vollbremsung, jedoch in kürzest möglicher Zeit, erreicht.

Bei „Notbremsungen" werden Führernotbremsungen und Fahrgastnotbremsungen unterschieden. Die Führernotbremsung ist eine Schnellbremsung, die vom Triebwagenführer über ein vom Führerbremsventil unabhängiges Notbremsventil eingeleitet wird. Die Fahrgastnotbremsung ist eine Bremsung, die vom Fahrgast über einen Notbremszugkasten, der auf ein Notbremsventil wirkt, eingeleitet wird.

Bevorzugt wird für gleitschutzgeregelte Notbremsungen oder gleitschutzgeregelte Schnellbremsungen von Schienenfahrzeugen keine Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit durchgeführt, d.h. bei Bremsungen, bei denen die Gleitschutzregelung aufgrund eines unzulässigen Bremsschlupfes aktiviert werden muss, weil Gleitschutzauslösungen generell zu Bremswegverlängerungen führen. Eine solche Bremswegverlängerung hat in der Regel ihre Ursache nicht in einer höheren Belastung der Reibungsbremse. Bremswegverlängerungen aufgrund von Gleitschutzauslösungen werden daher im Rahmen der Erfindung vorzugsweise nicht einbezogen.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend in der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung und in der Zeichnung näher dargestellt.

Zeichnung

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Brems- und Antriebseinrichtung eines Schienenfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Am Beispiel einer eine Reibungsbremse 1 aufweisenden Antriebs- und Bremseinrichtung 2 eines im Fernverkehr eingesetzten Schienenfahrzeugs oder spurgebundenen Fahrzeugs sei im Folgenden die Erfindung beispielhaft erläutert. Die Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs als eigenständiger Teil der Antriebs- und Bremseinrichtung weist eine pneumatische oder elektro-pneumatische Reibungsbremse als direkt oder indirekt wirkende Bremse auf, welche von einem Bremssteuergerät 4 gesteuert wird. Zusätzlich kann sie auch eine hier nicht weiter interessierende generatorische Bremse umfassen. Weiterhin weist die Antriebs- und Bremseinrichtung 2 auch eine eigenständige Antriebseinrichtung mit zugehörigem Antriebssteuergerät 6 auf.

Mit der Bremseinrichtung können unter wenigstens teilweisem Einsatz der Reibungsbremse neben einer Betriebsbremsung und Vollbremsung auch eine bereits zuvor erläuterte Schnellbremsung sowie ebenfalls bereits zuvor erläuterte Notbremsung durchgeführt werden. Bei solchen in kürzester Zeit durchzuführenden Bremsungen, zu welchen auch eine Vollbremsung zählen kann, setzt die zum Aufbau von nennenswerter Bremskraft eine gewisse Zeit benötigende generatorische Bremse meist zu langsam ein, weshalb bei solchen Bremsungen die schnellere Reibungsbremse bevorzugt zum Einsatz kommt.

Das Verfahren zur Steuerung der Antriebs- und Bremseinrichtung 2 des Schienenfahrzeugs basiert auf dem Gedanken, dass bei einer bis in den Stillstand des Schienenfahrzeugs und unter zumindest teilweisem Einsatz der Reibungsbremsen erfolgten Stillstands-Bremsung wie bei einer Schnellbremsung oder Notbremsung zunächst der bei dieser Stillstands- Bremsung zurückgelegte Bremsweg erfasst wird. Als Bremsweg oder Stillstands-Bremsweg wird dabei die vom Schienenfahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke angesehen, welche das Schienenfahrzeug vom Zeitpunkt des Auslösens des Schnellbrems- oder Notbremssignals, bei dem sich das Schienenfahrzeug mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt, bis zum Stillstand des Schienenfahrzeugs zurücklegt.

Der bei der Stillstands-Bremsung ausgehend vom Fahrzustand bis zum Stillstand vom Schienenfahrzeug durchfahrene Bremsweg wird bevorzugt durch Beobachtung von Radgeschwindigkeitssignalen erfasst, welche von den Rädern zugeordneten Radgeschwindigkeitssensoren 8 beispielsweise an das Bremssteuergerät 4 der Bremseinrichtung ausgesteuert werden. Solche Radgeschwindigkeitssensoren 8 sind im Rahmen einer Gleitschutzregelung des Schienenfahrzeugs bereits ohnehin vorhanden.

In dem Bremssteuergerät 4 wird dann der erfasste (Stillstands-) Bremsweg mit einem für die Stillstands-Bremsung erwarteten und gespeicherten Bremsweg verglichen. Weiterhin wird abhängig von einem Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung zwischen dem bei der Stillstands- Bremsung erfassten Bremsweg und dem bei der Stillstands-Bremsung erwarteten Bremsweg wenigstens für die auf die Stillstands-Bremsung nachfolgende Fahrt des Schienenfahrzeugs die Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit beschränkt. Dies kann beispielsweise durch entsprechende, von dem Bremssteuergerät 4 in das Antriebssteuergerät 6 der Antriebsmaschine des Schienenfahrzeugs eingesteuerte Befehle durchgeführt werden. Die beschränkte Höchstgeschwindigkeit ist niedriger als eine von dem Schienenfahrzeug maximal erzielbare Höchstgeschwindigkeit oder als eine für die vom Schienenfahrzeug gerade befahrene Strecke geltende Höchstgeschwindigkeit.

Durch die beispielsweise temporäre Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit erhalten die Bremsenbauteile der Reibungsbremse wie Bremsscheiben und Bremsbeläge ausreichend Zeit, wieder abzukühlen und vor der nächsten Bremsung wieder ein normales Temperaturniveau zu erreichen.

Der Wert der beispielsweise temporär vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann beispielsweise von der Abweichung des erfassten Bremswegs vom erwarteten Bremsweg abhängen, wobei diese Abhängigkeit beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt ist. Weitere Einflussfaktoren auf die beschränkte Höchstgeschwindigkeit können auch die Beladung des Schienenfahrzeugs sowie der weitere Streckenverlauf (Gefälle, Ebene oder Steigung) sein.

Weiterhin kann der für die Stillstands-Bremsung erwartete Bremsweg abhängig von Fahrdaten und/oder Fahrzeugdaten wie von der unmittelbar vor der Stillstands-Bremsung vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder vom Fahrzeuggewicht kennfeldartig festgelegt werden.

Bevorzugt erfolgt die Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit nur während einer vorgegebenen Zeitspanne, also vorübergehend oder temporär.

Die Anzahl der erfolgten Beschränkungen der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs wird als Datensatz in einem auslesbaren Speicher 10 beispielsweise des Bremssteuergeräts 4 der Bremseinrichtung gespeichert, wobei dieser Datensatz aus dem Speicher 10 z.B. anlässlich einer Wartung des Fahrzeugs auslesbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit nicht automatisch, d.h. durch entsprechende elektrische Signale des Bremssteuergeräts 4, sondern durch den Fahrzeugführer bzw. Treibwagenführer auf ein optisches und/oder akustisches Signal hin. Dieses Signal wird beispielsweise vom Bremssteuergerät 4 gesetzt und an eine hier nicht gezeigte Signalwiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe eingesteuert. Dieses Signal für den Fahrzeugführer wird vorzugsweise nur solange gesetzt, wie die Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit auf die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit notwendig ist, um die Belastung der Reibungsbremse bei einer neuerlichen Bremsung mit der Reibungsbremse auf ein bestimmtes Maß zu bringen bzw. herabzusetzen. Die Anzahl von erfolgtem Setzen eines solchen Signals kann dann ebenfalls als Datensatz in dem auslesbaren Speicher 10 des Bremssteuergeräts 4 der Bremseinrichtung gespeichert und bedarfsweise ausgelesen werden.

Bezugszahlenliste Reibungsbremse

Brems- und Antriebseinrichtung Bremssteuergerät

Antriebssteuergerät

Radgeschwindigkeitssensor Speicher