Bremsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Bremsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug. In Schienenfahrzeugen werden häufig pneumatische oder hydraulische Bremssysteme eingesetzt. Derartige Bremssysteme weisen zum Beispiel druckbetätigte Bremszylinder auf, die bei Anliegen eines Druckes eine Bremswirkung erzeugen können. Für die erzeugte Bremswirkung ist dabei der Druck im Bremszylinder von großer Bedeutung, weshalb es wünschenswert bzw. vorteilhaft ist, diesen Bremszylinderdruck möglichst genau zu kennen. Bei Schienenfahrzeugen ist eine Integration von Komponenten in den Drehgestellen aufgrund der Umwelteinflüsse (z.B. mechanische Belastungen,

Temperatur, Feuchtigkeit) aber grundsätzlich mit erhöhtem Aufwand verbunden, weshalb der Bremszylinderdruck üblicherweise nicht direkt gemessen wird. Die DE 10 2012 004 892 A1 beschreibt einen Beobachter für eine Bremsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs, der basierend auf Druckdaten und Ansteuerungsdaten einen Steuerdruck abschätzen kann, der stromab einer Drucksteuereinrichtung dem Bremszylinder bereitgestellt werden soll, um die Drucksteuereinrichtung entsprechend anzusteuern. Die dem Beobachter zugeführten Druckdaten repräsentieren dabei einen stromauf der Drucksteuereinrichtung vorliegenden Versorgungsdruck.

Aufgrund des Leitungssystems zwischen der Drucksteuereinrichtung und dem Bremszylinder und dem dadurch verursachten pneumatischen Widerstand und dynamischen Verhalten entspricht der von der Drucksteuereinrichtung bereitgestellte Steuerdruck insbesondere während der Einschwingphase des Systems aber nicht dem tatsächlichen Druck im Bremszylinder. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bremsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung bereitzustellen, mit denen die durch einen Bremszylinder erzielte Bremswirkung geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung weist mindestens einen Bremszylinder, eine Druckregeleinrichtung zum Bereitstellen eines Regeldrucks für den Bremszylinder ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Druckregeleinrichtung auf. Zusätzlich sind gemäß der Erfindung ein Drucksensor zum Erfassen des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung sowie ein Beobachter vorgesehen. Der Beobachter ist mit dem Drucksensor verbunden und derart ausgestaltet, dass er auf Basis des vom Drucksensor erfassten Regeldrucks einen Bremszylinderdruck im Bremszylinder abschätzt. Die Steuereinrichtung ist entsprechend derart ausgestaltet, dass sie die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von diesem durch den Beobachter abgeschätzten Bremszylinderdruck ansteuert.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Regeldruck stromab der Druckregeleinrichtung zu erfassen und den tatsächlich vorliegenden Bremszylinderdruck auf Basis dieses erfassten Regeldrucks abzuschätzen. Die auf diese Weise vorgenommene Abschätzung des Bremszylinderdrucks ermöglicht im Vergleich zu einer bloßen

Steuerung der Druckregeleinrichtung basierend auf einer Abschätzung des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks anhand eines erfassten Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung eine Regelung der Druckregeleinrichtung und damit des Regeldrucks, sodass die durch den Bremszylinder erzeugte Bremswirkung ebenfalls geregelt werden kann.

Bei herkömmlichen Bremsvorrichtungen wurden insbesondere das Öffnungsverhalten und das Durchflussverhalten der Druckregeleinrichtung bzw. deren Ventile berücksichtigt. D.h. es wurde zum Beispiel mit Hilfe von Kennfeldern der Druckregeleinrichtung bzw. deren Ventile bestimmt, wie lange ein Öffnungssignal an entsprechende Schaltventile gesendet werden muss, um einen definierten Druckanstieg in einem definierten Volumen zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung misst hingegen den Regeldruck stromab bzw. am Ausgang der Druckregeleinrichtung, um aus diesem auf den tatsächlichen Bremszylinderdruck im Bremszylinder zu schließen. Hierdurch ist es möglich, auch während der dynamischen Einschwingphase den Bremszylinderdruck zu kennen und zu regeln. Damit kann bei Bedarf eine höhere Genauigkeit bei der

Bestimmung und Regelung des Druckverlaufs erzielt werden. Da der Bremszylinderdruck bzw. dessen zeitlicher Verlauf Einfluss auf die Bremswirkung des Bremssystems haben, kann auf diese Weise auch die Sicherheit des Bremssystems verbessert werden.

Aufgrund der genaueren Kenntnis des tatsächlichen Drucks im Bremszylinder können auch Umwelteinflüsse bei der Regelung der Druckregeleinrichtung berücksichtigt und ggf. ausgeglichen werden. Durch die vorgeschlagene Erfassung des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung ist zudem eine schnellere und zuverlässigere Erkennung von Fehlfunktionen (z.B. Lecks, Schlauchbruch, etc.) in den Komponenten (insbes. Leitungssystem und Bremszylinder) stromab der Druckregeleinrichtung möglich. Schließlich ermöglicht die Auswertung des erfassten Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung durch den Beobachter auch ein Selbstkalibrieren oder ein kontinuierliches Selbstkalibrieren der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung oder der gesamten Bremsvorrichtung.

Bei der Abschätzung des Bremszylinderdrucks basierend auf dem erfassten Regeldruck erfolgt vorzugsweise eine Abschätzung des zeitlichen Verlaufs des Bremszylinderdrucks basierend auf dem erfassten Regeldruck und dem erfassten zeitlichen Verlauf des Regeldrucks. Auf diese Weise kann die Abschätzung des Bremszylinderdrucks insbesondere während einer Einschwingphase, in welcher üblicherweise größere Druckdifferenzen vorhanden sind, genauer durchgeführt werden. Auch kann der Brems- zylinderdruck mit der erfindungsgemäßen Lösung unabhängig von den eigentlichen Ventilöffnungszeiten der Druckregeleinrichtung bestimmt werden; selbst während einer Öffnung der Druckregeleinrichtung kann auf den Bremszylinderdruck rückgeschlossen werden. Der Beobachter ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung verbunden oder in diese integriert. Der Beobachter kann bevorzugt als Software, Hardware oder Kombination daraus implementiert sein. Auch eine Steuereinrichtung, die zum Ausführen der Funktion des Beobachters ausgestaltet ist, kann als Beobachter angesehen werden.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit einer Bremsbetätigungseinrichtung zum Auslösen (Starten und bevorzugt auch Einstellen eines Bremsniveaus, in vorgegebenen Stufen oder stufenlos) eines Bremsvorgangs verbunden, um die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von einer Betätigung dieser Bremsbetätigungseinrichtung anzusteuern.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Beobachter derart ausgestaltet, dass er den Bremszylinderdruck basierend auf einem Modell von Komponenten (insbes. z.B. Leitungssystem und evt. auch Bremszylinder) der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung abschätzt. Das Modell ist vorzugsweise im

Beobachter hinterlegt.

Das Modell stellt vorzugsweise eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck dar, besonders bevorzugt einen zeitlichen Verlauf der Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck. Die genannte Übertragungsfunktion betrifft hier insbesondere das pneumatische Übertragungsverhalten. Bei dem Modell handelt es sich vorzugsweise um ein projektspezifisches Modell, das in einer Design-Phase der jeweiligen Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmt wird und/oder das automatisch während des Betriebs der Bremsvorrichtung kalibriert werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung ferner mindestens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen des Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder mindestens einen weiteren Drucksensor zum Erfassen eines innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugten Drucks auf. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung bevorzugt auch mit dem mindestens einen weiteren Drucksensor verbunden, um die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem durch den mindestens einen weiteren Drucksensor erfassten Druck anzusteuern. Vorzugsweise können diese weiteren Druckdaten zu diesem Zweck auch vom

Beobachter verwendet werden. Durch die Berücksichtigung nicht nur des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung sondern auch des Versorgungsdrucks stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder des innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugten Drucks kann die Steuerung bzw. Regelung der Bremsvorrichtung weiter optimiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schienenfahrzeug, das wenigstens eine oben beschriebene Bremsvorrichtung der Erfindung aufweist, bzw. die Verwendung der oben beschriebenen Bremsvorrichtung in einem Schienenfahrzeug. Als Schienenfahrzeug werden in diesem Zusammenhang alle Arten von Wagen mit oder ohne eigenen Antrieb und fest gekoppelte Einheiten aus mehreren solchen Wagen bezeichnet. Ein Verbund von Schienenfahrzeugen wird üblicherweise auch als Zug bezeichnet und wird durch variables Koppeln mehrerer Schienenfahrzeuge gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung mit mindestens einem Bremszylinder, wobei eine Druckregeleinrichtung ausgehend von einem bereitgestellten Versorgungsdruck einen Regeldruck für den Bremszylinder bereitstellt, enthält gemäß der Erfindung die Schritte des Erfassens des Regeldrucks stromab der Druckregeleinrichtung, des Abschätzens eines Bremszylinderdrucks im Bremszylinder auf Basis des erfassten Regeldrucks und des Ansteuerns der Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Bremszylinderdruck. Das Ansteuern der Druckregeleinrichtung soll dabei vorzugsweise auch ein Ansteuern in Abhängigkeit von einem abgeschätzten zeitlichen Verlauf des Bremszylinderdrucks umfassen.

Mit diesem Verfahren der Erfindung können die gleichen Vorteile erzielt werden, die oben in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung erläutert sind. Bezüglich der Vorteile, der Begriffsdefinitionen und der bevorzugten Ausführungsformen wird daher ergänzend auf die obigen Ausführungen verwiesen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Bremszylinderdruck basierend auf einem Modell von Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung abgeschätzt. Das verwendete Modell stellt vorzugsweise eine Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung bereitgestellten Regeldrucks auf den Bremszylinderdruck dar. Außerdem ist das Modell vorzugsweise ein projektspezifisches Modell, das in einer Design-Phase der Bremsvorrichtung für ein Projekt und/oder regelmäßig, empirisch und/oder experimentell bestimmt wird und/oder das während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibriert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf Basis des erfassten Regeldrucks zudem eine Fehlerprüfung von Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung durchgeführt werden. So kann aus dem erfassten Regeldruck bzw. dem erfassten zeitlichen Verlauf des Regeldrucks zum Beispiel schnell und zuverlässig ein Leck im Bremszylinder oder im Leitungssystem zum Bremszylinder erkannt werden. Diese Fehlererkennung ist frühzeitig bereits während der Regelung der Druckregeleinrichtung möglich und nicht erst nach dem Ende der Regelung und dem dann erkennbaren Druckabfall.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf Basis des erfassten Regeldrucks eine (automatische) Selbstkalibrierung der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung oder der Bremsvorrichtung durchgeführt werden.

In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden auch der Versorgungsdruck stromauf der Druckregeleinrichtung und/oder mindestens ein innerhalb der Druckregeleinrichtung erzeugter Druck erfasst. In diesem Fall wird vorzugsweise die Druckregeleinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten

Versorgungsdruck und/oder Druck angesteuert. Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch: Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 Druck/Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der

Bremsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 den Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß einem

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau einer Bremsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung.

Die Bremsvorrichtung ist mit einem Druckreservoir 10 zum Beispiel in Form eines Druckluftspeichers oder einer Druckluftleitung verbunden, das einen Versorgungsdruck Ps bereitstellt. Dieser Versorgungsdruck Ps wird einer Druckregeleinrichtung 12 zur Verfügung gestellt, die ausgangsseitig einen Regeldruck Pa bereitstellt. Dieser Regeldruck Pa wird dann über ein Leitungssystem 14 mindestens einem Bremszylinder 16 zugeführt. Im Bremszylinder 16 liegt ein Bremszylinderdruck Pb vor, mit dessen Hilfe eine Bremswirkung erzeugt wird. Die Bremsvorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung 18 auf. Diese Steuereinrichtung 18 steuert die Druckregeleinrichtung 12 an.

Fig. 2 zeigt die Übertragung bzw. das zeitliche Verhalten der Übertragung des von der Druckregeleinrichtung 12 bereitgestellten Regeldrucks Pa auf den Bremszylinderdruck Pb. Wie aus den beiden Druck/Zeit-Diagrammen erkennbar, ist insbesondere während einer Einschwingphase nach dem Auslösen eines Bremsvorgangs und dem entsprechenden Ansteuern der Druckregeleinrichtung 12 durch die Steuereinrichtung 18 eine Druckdifferenz zwischen dem Regeldruck Pa und dem Bremszylinderdruck Pb vorhanden. Erst nach Abschluss des Druckausgleichs entspricht der Bremszyiinder- druck Pb im Wesentlichen dem Regeldruck Pa.

Um in effizienter Weise die vom Bremszylinder 16 erzeugte Bremswirkung zu regeln, wird der Bremszylinderdruck Pb bzw. dessen zeitlicher Verlauf von der Steuereinrichtung 18 berücksichtigt, um die Druckregeleinrichtung 12 entsprechend zu regeln. Auf eine direkte Messung des Drucks im Bremszylinder 16 soll dabei verzichtet werden.

In die Steuereinrichtung 18 ist deshalb ein Beobachter 20 integriert. In anderen Aus- führungsformen der Erfindung ist der Beobachter 20 eine separate Komponente, die mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist, oder übernimmt die Steuereinrichtung 18 selbst auch die Funktion des Beobachters 20.

Der Beobachter 20 ist mit einem Drucksensor 22 verbunden, der den Regeldruck Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 erfasst, zum Beispiel direkt am Ausgang der

Druckregeleinrichtung 12 oder mit einem Abstand zu dieser im Leitungssystem 14 zum Bremszylinder 16.

In dem Beobachter 20 ist ein projektspezifisches Modell M hinterlegt, das zum Beispiel während der Design-Phase der Bremsvorrichtung empirisch und/oder experimentell ermittelt / bestimmt worden ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Modell M auch regelmäßig (zum Beispiel beim Hochfahren der Bremsvorrichtung) ermittelt / bestimmt werden. Dieses Modell M berücksichtigt insbesondere die Komponenten der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung 12, d.h. das Leitungssystem 14 und ggf. auch den mindestens einen Bremszylinder 16 selbst. Dabei stellt das Modell M die

Übertragungsfunktion bzw. den zeitlichen Verlauf der Übertragungsfunktion des von der Druckregeleinrichtung 12 bereitgestellten Regeldrucks Pa auf den Bremszylinderdruck Pb dar. Vorzugsweise wird dieses Modell M zudem während des Betriebs der Bremsvorrichtung automatisch kalibriert.

Da der Regeldruck Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 erfasst und ausgewertet wird, kann der tatsächliche Bremszylinderdruck Pb im Bremszylinder 16 mit Hilfe des Modells M durch den Beobachter 20 relativ genau abgeschätzt werden. Es lässt sich somit eine Regelung der Druckregeleinrichtung 12 bzw. der gesamten Bremsvorrichtung erzielen, sodass eine effizientere Regelung der durch den Bremszylinder 16 erzielten Bremswirkung erreicht werden kann. Weitere Vorteile der Erfassung des Regeldrucks Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 sind die Möglichkeiten einer Fehlerprüfung der Komponenten 14, 16 der Bremsvorrichtung stromab der Druckregeleinrichtung 12, einer Berücksichtigung von Umwelteinflüssen auf den Bremszylinderdruck Pb und einer Selbstkalibrierung oder kontinuierlichen Selbstkalibrierung der Ansteuerung der Druckregeleinrichtung 12 oder der Bremsvorrichtung.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bremsvorrichtung der Erfindung in mehr Einzelheiten. Im Vergleich zum grundsätzlichen Aufbau von Fig. 1 ist eine Bremsbetätigungseinrichtung 24 gezeigt, die mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist. Über diese Bremsbestätigungseinrichtung 24 kann - zum Beispiel manuell durch einen Fahrzeugführer oder automatisch durch ein automatisiertes Fahrzeugsteuerungssystem oder Sicherungssystem - ein Bremsvorgang ausgelöst werden. Vorzugsweise ist die Brems- betätigungseinrichtung 24 so ausgestaltet, dass ein Bremsvorgang gestartet und zudem (in vorgegebenen Stufen oder stufenlos) ein gewünschtes Bremsniveau eingestellt werden können. Die Steuereinrichtung 18 steuert die Druckregeleinrichtung 12 dementsprechend in Abhängigkeit von einer Betätigung dieser Bremsbetätigungseinrichtung 24.

Die in der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung eingesetzte Druckregeleinrichtung 12 ist auf keine speziellen Ausführungsformen beschränkt. Die Druckregeleinrichtung 12 kann beispielsweise einen Druckregler 28 enthalten, der basierend auf dem vom Druckreservoir 10 bereitgestellten Versorgungsdruck Ps einen Druck Pr erzeugt, der zum Ansteuern von Ventilen (z.B. Relaisventilen, etc.) in der Druckregeleinrichtung 12 verwendet wird. Wie in Fig. 3 dargestellt, können zudem optional weitere Drucksensoren 26, 30 vorgesehen sein. Diese weiteren Drucksensoren 26, 30 erfassen zum Beispiel den vom Druckreservoir 10 bereitgestellten Versorgungsdruck Ps stromauf der Druckregeleinrichtung 12 bzw. einen oder mehrere innerhalb der Druckregeleinrichtung 12 erzeugte Drücke Pr. Auch diese erfassten Druckdaten Pr, Ps der weiteren Drucksensoren 26, 30 werden der Steuereinrichtung 18 zugeführt.

Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 18 die Druckregeleinrichtung 12 auch in Abhängigkeit von diesen weiteren Druckdaten Pr, Ps ansteuern bzw. kann der

Beobachter 20 auch diese weiteren Druckdaten Pr, Ps verwenden. Durch die Berücksichtigung nicht nur des Regeldrucks Pa stromab der Druckregeleinrichtung 12 sondern auch der Druckdaten Pr, Ps stromauf bzw. innerhalb der Druckregeleinrichtung 12 kann die Regelung der Bremsvorrichtung weiter optimiert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Druckreservoir

12 Druckregeleinrichtung

14 Leitungssystem

16 Bremszylinder

18 Steuereinrichtung

20 Beobachter

22 Drucksensor

24 Bremsbetätigungseinrichtung

26 weiterer Drucksensor

28 Druckregler

30 weiterer Drucksensor M Modell

Pa Regeldruck = Ausgangsdruck der Druckregeleinrichtung

Pb Bremszylinderdruck im Bremszylinder

Pr Druck innerhalb der Druckregeleinrichtung

Ps Versorgungsdruck des Druckreservoirs