Система управления рабочим и экстренным торможением для по меньшей мере одного железнодорожного транспортного средства
SYSTEM FOR CONTROLLING WORKING AND EMERGENCY BRAKING FOR AT LEAST ONE RAILWAY VEHICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе для оптимизации торможения железнодорожного транспортного средства, в частности, в случае ухудшения условий сцепления или в случае ухудшения работы тормозной системы.
Предшествующий уровень техники
На фиг. 1 показана возможная, но не исключительная архитектура современной железнодорожной тормозной системы. Железнодорожная тормозная система создает тормозной момент CF 100, прилагаемый к оси 101, которая связана с двумя колесами 102. Тормозной момент CF 100 создается пневматическим давлением 105, приложенным к одному или нескольким тормозным цилиндрам 103, воздействующим через фрикционные средства 133 непосредственно на колеса 102 или на один или несколько дисков, которые механически соединены с осью 101 и не показаны на чертежах.
Кроме того, упомянутый тормозной момент CF 100 может создаваться системой рекуперативного торможения, также известной как электродинамическая тормозная система, с использованием электродвигателя 104, соединенного напрямую или посредством систем понижающих зубчатых передач с упомянутой осью 101. Тормозное давление 105 создается электропневматическим модулем (ЭП модуль) 106, управляемым электронным блоком (блок управления торможением, БУТ) 107. Упомянутый электропневматический модуль 106 состоит из электромагнитных клапанов, пневматических клапанов и преобразователей давления, в соответствии с электропневматическими схемами, которые относятся к предшествующему уровню техники, известному специалистам в этой области.
Упомянутый электронный блок БУТ 107 управляет электропневматическим модулем 106 для получения тормозного давления, соответствующего усилию, полученному из запроса 110 на замедление и от значения 111 веса. Значение веса соответствует весу на тележке, если контроль веса осуществляется для каждой тележки, или весу вагона, если контроль веса осуществляется для вагона. Двигатель 104 управляется системой 108 контроля тяги таким образом, чтобы вырабатывать тормозной момент, получаемый из запроса 110 на замедление и значения 111 веса.
Трение и электродинамическое торможение могут применяться в соответствии с переменным процентным соотношением двух сил во времени, согласно методу, известному в железнодорожной отрасли как «смешанное» торможение. Процентные доли «смешивания» могут априори преобразовываться в памяти электронного блока БУТ 107 и системы 108 контроля тяги как производная внешних переменных, таких как КПД рекуперации двигателя, скорость вагона, вес тележки или вес вагона. Специалистам в этой области техники известно о существовании других возможных неисключительных «смешанных» архитектур, в которых процентные доли трения и электродинамического торможения вычисляются в реальном времени электронным блоком БУТ 107, который непосредственно запрашивает значение электродинамического тормозного момента у модуля 108 контроля тяги, используя сигналы, не показанные на чертежах.
Если во время торможения тормозное усилие относительно тормозного момента CF превышает имеющееся значение силы сцепления, например, при ухудшении сцепления в результате дождя, попадания листьев или ржавчины на рельсах, колеса 102 перейдут в скольжение и возможное состояние блокировки. В этом случае вмешается система 109 ЗСК (WSP, защита от скольжения колес). Такая система 109 ЗСК может обнаружить любое уменьшение скорости колес 102 по отношению к скорости вагона с помощью датчиков скорости, относящихся к каждой оси (не показано на чертежах). В случае отклонений выше заданного порогового значения ЗСК 109 может регулировать давление 105 в тормозных цилиндрах 103 путем подачи питания/обесточивания электромагнитных клапанов 113 в соответствии с алгоритмами управления, относящимися к предшествующему уровню техники, известному специалистам в этой области, во избежание блокировки колес и поддержании их в состоянии контролируемого скольжения, которое сводит к минимуму потерю сцепления. Преобразователь давления 114 преобразует величину давления после клапанов 113 в электрический сигнал 115, который затем подается в БУТ 107, обеспечивая непрерывное поступление информации о фактической величине давления, приложенного к тормозным цилиндрам 103.
Точно так же программные модули ЗСК, интегрированные в систему 108 контроля тяги, обеспечивают регулирование тормозного момента, создаваемого двигателем 104, для предотвращения блокировки колес и для поддержания колес в управляемом состоянии скольжения, которое сводит к минимуму потерю сцепления. Действия по управлению скольжением со стороны ЗСК 109 и программного модуля ЗСК, встроенного в модуль 108 контроля тяги, синхронизируются друг с другом в соответствии со стратегиями, известными специалистам в этой области техники, посредством обмена сигналами между двумя ЗСК; упомянутые сигналы не показаны на чертежах.
Электронный блок БУТ 107 и модули системы 108 контроля тяги связываются с другими БУТ и модулями системы контроля тяги железнодорожного состава с помощью коммуникационной сети 116.
Известен физический факт, что во время скольжения колеса 102 передают механическую и тепловую энергию в точку 112 контакта в количестве, прямо (а не линейно) связанном с величиной скольжения. Такая энергия частично очищает точку 112 контакта, улучшая значение сцепления, оставляемое для последующих колес при прохождении колес 102.
n
i
n
На фиг. 10 показан железнодорожный состав, состоящий из множества вагонов, тормозящих в условиях ухудшенного сцепления. Сцепление, необходимое для замедления поезда в соответствии с заданным запросом на замедление, составляет μ. Начальное ухудшенное сцепление для вагона составляет μ < μ. Для упрощения предполагается, например, что вес на всех колесах одинаков, поэтому все колеса подвергаются воздействию одинакового тормозного момента в результате общего запроса на замедление.
2
n
f
n
Колесо 1 начинает этап скольжения, который управляется системами ЗСК путем локального уменьшения тормозного момента. Упомянутое контролируемое скольжение осуществляет частичную очистку для увеличения скольжения до уровня μ. Явление скольжения и последующая очистка происходят аналогичным образом для всех последующих колес, которым соответствует значение μ < μ, и, таким образом, для колес 2, …, 6, что улучшит «итоговое» сцепление до конечного значения μ > μ. На этом этапе тормозной момент, прикладываемый к колесу 7 и к последующим колесам, не инициирует дальнейшие явления скольжения.
i
В предшествующем уровне техники тормозные системы не предпринимают никаких дополнительных действий, кроме описанных, т. е. кроме защиты колес путем локального ограничения тормозных моментов посредством скоординированных действий подсистем ЗСК. Очевидно, что из-за локальных ограничений тормозного момента, реализуемых подсистемами ЗСК, тормозные пути увеличиваются как производная ухудшения начального сцепления μ. Как известно специалистам в этой области техники, даже в том случае, когда во время торможения есть достаточное сцепление, чтобы избежать скольжения, в точке контакта между колесом и рельсом всегда происходит явление микроскольжения, что позволяет и далее улучшать существующее значение сцепления в определенных пределах, как показано исключительно в качестве примера на фиг. 9. Таким образом, путем увеличения тормозного момента сверх значения, первоначально рассчитанного для колес в конце состава, можно частично или полностью компенсировать потерю сцепления передними колесами, частично или полностью восстановив требуемое изначально замедление, и, следовательно, относительный тормозной путь.
Например, в патентах E P2648949 и WO 2012052381 заявлен способ восстановления сцепления в случае ухудшенного сцепления, в котором есть тенденция к повышению давления выше требуемого значения, когда это позволяет существующее сцепление. Такой способ реализован с помощью централизованной системы, в которой для перераспределения тормозного усилия между вагонами железнодорожного состава требуется блок централизованной координации. Однако решения, заявленные в EP 2648949 и WO 2012052381, имеют следующие недостатки:
- последовательные действия для определения того, какие оси могут быть использованы для восстановления сцепления, согласно соответствующим описанным способам;
- необходимо ведущее устройство, которое координирует действия различных модулей;
- требуется перенастройка главного устройства для каждого конкретного применения, соответствующая количеству и типу тормозных модулей, входящих в состав системы.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - создание системы управления рабочим и экстренным торможением по меньшей мере для одного железнодорожного транспортного средства, которая позволяет восстановить замедление, изначально потерянное из-за ухудшенных условий сцепления, а также, в случае работы тормозной системы, из-за ухудшения ее характеристик по причине возможных неисправностей. Настоящее изобретение предусматривает использование ряда функциональных модулей для управления тормозной системой, причем упомянутые модули предназначены для работы независимо друг от друга и каждый из них используют для управления отдельным тормозным моментом, причем в упомянутых модулях используют алгоритм, основанный на данных самой системы, что дает возможность корректно работать без необходимости централизованного управления и без необходимости процедур инициализации используемого способа, возможно, на этапе эксплуатации, таких как, не ограничиваясь только перечисленным, инициализация таблиц значениями, определенными в ходе принудительных действий в ходе эксплуатации.
Вышеупомянутые и другие цели и преимущества достигаются, согласно аспекту изобретения, системой управления рабочим и экстренным торможением по меньшей мере для одного железнодорожного транспортного средства, имеющего характеристики, определенные в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения, которые приведены как неотъемлемая часть настоящего описания.
Краткое описание чертежей
Ниже описаны функциональные и конструктивные признаки некоторых предпочтительных вариантов осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением по меньшей мере одного железнодорожного транспортного средства согласно настоящему изобретению. Делается ссылка на прилагаемые чертежи, а именно:
- на фиг. 1 показана принципиальная функциональная схема возможной современной тормозной системы;
- на фиг. 2 показана функциональная схема системы управления торможением оси согласно настоящему изобретению;
- на фиг. 3 показаны функциональные критерии одного модуля управления торможением согласно настоящему изобретению;
- на фиг. 4 показана кривая характеристик ограничения тормозного момента как функция скорости железнодорожного транспортного средства;
- на фиг. 5 показано в качестве примера поведение системы управления торможением по меньшей мере одного железнодорожного транспортного средства, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, в случае ухудшения сцепления;
- на фиг. 6 показан вариант осуществления на примере системы управления рабочим и экстренным торможением;
- на фиг. 7 показан второй вариант осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением;
- на фиг. 8 показан третий вариант осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением;
- на фиг. 9 показано поведение железнодорожного состава в случае ухудшения сцепления согласно текущему уровню техники; и
- на фиг. 10 приведена функциональная схема системы управления торможением двухосной тележки согласно настоящему изобретению.
Подробное описание
Перед подробным объяснением множества вариантов осуществления изобретения следует уточнить, что изобретение не ограничено в его применении подробностями конструкции и конфигурацией компонентов, представленных в последующем описании или показанных на чертежах. Изобретение может предполагать другие варианты осуществления и может быть реализовано или достигнуто, по существу, разными способами. Следует также понимать, что фразеология и терминология имеют описательные цели и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование слов «включать в себя» и «содержать» и их вариации следует понимать как охватывающие упомянутые ниже элементы и их эквиваленты, а также дополнительные элементы и их эквиваленты.
Кроме того, в отношении настоящего описания следует понимать, что множество соединенных железнодорожных транспортных средств составляет железнодорожный состав.
Если не указано иное, ниже будет приведена ссылка на тормозной момент, который в этом случае обозначает крутящий момент, создаваемый исключительно силой трения при торможении, или исключительно электродинамический момент, создаваемый тяговыми двигателями, или сочетание этих двух моментов с переменным соотношением во времени.
На фиг. 2 показана функциональная схема модуля управления торможением для оси в соответствии с настоящим изобретением.
В первом варианте осуществления система управления рабочим и экстренным торможением по меньшей мере одного железнодорожного транспортного средства включает в себя множество модулей 201 управления торможением. Каждое железнодорожное транспортное средство содержит множество осей, выполненных с возможностью торможения с помощью соответствующего тормозного момента, создаваемого средством 207 торможения.
Каждый из этих модулей 201 управления торможением управляет по меньшей мере одной соответствующей осью железнодорожного транспортного средства.
Каждый модуль 201 управления торможением выполнен с возможностью приема сигнала 202 запроса на замедление и сигнала 204 достижения максимально возможного сцепления.
Сигнал 202 запроса на замедление общий для всех модулей 201 торможения и выполнен с возможностью указания целевой величины замедления, которая должна быть достигнута по меньшей мере одним железнодорожным транспортным средством.
Сигнал 204 достижения максимально возможного сцепления, с другой стороны, предназначен для указания на достижение максимально возможного сцепления по меньшей мере одной осью, управляемой упомянутым модулем 201 управления торможением.
Каждый модуль 202 управления торможением дополнительно выполнен с возможностью формирования (независимо от любого другого модуля 201 управления торможением) сигнала 205 запроса на тормозной момент.
Такой сигнал 205 запроса на тормозной момент указывает величину тормозного момента в запросе, CFr.
Величина сигнала 205 на тормозной момент переменная, определяемая модулем 201 управления торможением так, чтобы увеличить, в соответствии с первым градиентом крутящего момента, величину тормозного момента CFr в запросе.
Первый градиент момента в предпочтительном в настоящее время варианте осуществления изобретения одинаковый для всех модулей 201 управления торможением, содержащихся в тормозной системе. Каждый модуль 201 управления торможением может локально преобразовывать его в свой собственный первый градиент тормозного момента в соответствии со своим собственным сигналом 203 веса таким образом, что все модули 201 управления торможением, содержащиеся в тормозной системе, будут равномерно способствовать одновременному выполнению запроса на замедление.
Величина сигнала 205 на тормозной момент является переменной до тех пор, пока не достигнет целевого значения Vt, которое определяется модулем 201 управления торможением как функция сигнала 202 запроса на замедление и сигнала 203 веса, указывающего вес, действующий на ось, тележку или платформу железнодорожного транспортного средства, включая ось, управляемую упомянутым модулем 201 управления торможением.
Каждый модуль 201 управления торможением дополнительно выполнен с возможностью подачи упомянутого сигнала 205 запроса тормозного момента на средство 207 торможения, которое связано с осью железнодорожного транспортного средства, управляемой упомянутым модулем 201 управления торможением.
Средство 207 торможения выполнено с возможностью преобразования величины сигнала 205 запроса на тормозной момент в тормозной момент, имеющий эффективное значение момента торможения CFe, приложенное к оси, управляемой упомянутым модулем 201 управления торможением, для замедления по меньшей мере одного железнодорожного транспортного средства.
Например, чем выше величина сигнала 205 запроса на тормозной момент, тем выше будет значение тормозного момента, создаваемого средством 207 торможения, или наоборот.
Величина создаваемого тормозного момента может быть рассчитана в соответствии с сигналом 202 запроса на замедление и сигнала 203 веса согласно известной формуле  и соответствующему преобразованию «усилие → момент».
Упомянутое средство 207 торможения может быть, например, либо средством торможения, выполненным с возможностью обеспечения тормозного усилия фрикционного или электродинамического типа, либо сочетанием средства торможения, выполненного с возможностью обеспечения тормозного усилия фрикционного типа, и средства торможения, обеспечивающего тормозное усилие электродинамического типа, которые управляются согласно смешанным стратегиям.
Кроме того, каждый модуль 201 управления торможением выполнен с возможностью циклической передачи в другие модули 201 управления торможением, в заданные моменты времени, отделенные друг от друга заданным интервалом времени, с помощью коммуникационной сети 215, мгновенного значения CFe эффективного тормозного момента, равного такому приложенному тормозному моменту, и его мгновенного запрашиваемого значения CFr тормозного момента, которое определяется сигналом запроса на тормозной момент (205). Или, чтобы с помощью коммуникационной сети 215 циклически передать в другие модули 201 управления торможением, в заданные моменты времени, отделенные друг от друга заданным интервалом времени, локальную разность мгновенного тормозного момента ΔCFl, полученную с помощью разности между собственным мгновенным значением CFr запрашиваемого тормозного момента и мгновенным значением CFe эффективного тормозного момента от его приложенного тормозного момента.
В силу этого все прочие модули 201 торможения, содержащиеся в тормозной системе, также будут подключены к такой коммуникационной сети 215.
Кроме того, каждый модуль 201 управления торможением циклически принимает через упомянутую коммуникационную сеть 215 в каждый из упомянутых заданных моментов времени мгновенные значения CFe эффективного тормозного момента, передаваемые другими модулями 201 управления торможением, и мгновенные значения CFr запрашиваемого тормозного момента, передаваемые другими модулями 201 управления торможением. Или такой модуль циклически принимает в каждый из заданных моментов времени и с помощью упомянутой коммуникационной сети 215 локальную разность мгновенного тормозного момента ΔCFl, передаваемую всеми другими модулями 201 управления торможением.
Каждый модуль 201 управления торможением дополнительно выполнен с возможностью циклического вычисления в каждый из упомянутых заданных моментов времени полной разности мгновенного тормозного момента ΔCFt как суммы разностей между мгновенными значениями CFr запрашиваемого тормозного момента и мгновенными значениями CFe эффективного тормозного момента для всех модулей 201 управления торможением. Или, для циклического расчета в каждый из упомянутых заданных моментов времени, суммы локальных разностей между мгновенными значениями ΔCFl всех модулей 201 управления торможением.
Если расчетная общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt больше нуля, когда сигнал 205 запроса на тормозной момент достигает упомянутого целевого значения Vt, то модуль 201 управления торможением изменяет сигнал 205 запроса на тормозной момент таким образом, чтобы увеличить приложенный тормозной момент, преобразованный средством 207 торможения.
Рассчитанная общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt, которая проверяется на превышение нуля, когда сигнал 205 запроса на тормозной момент достигает целевого значения Vt, может быть разностью, рассчитанной точно в тот момент, когда сигнал 205 запроса на тормозной момент достигает упомянутого целевого значения Vt, или может быть разностью, вычисленной в первый из упомянутых моментов времени, который следует за достижением упомянутого целевого значения Vt сигналом 205 запроса на тормозной момент, или может быть разностью, рассчитанной в последний из упомянутых моментов времени, который предшествует достижению упомянутого целевого значения Vt сигналом 205 запроса на тормозной момент.
Величина сигнала 205 запроса на тормозной момент изменяется до тех пор, пока величина расчетной общей разности мгновенного тормозного момента ΔCFt в один из упомянутых заданных моментов времени, следующий за достижением сигналом 205 запроса на тормозной момент упомянутого целевого значения Vt, достигает нулевого или отрицательного значения, или до тех пор, пока сигнал 204 достижения максимально возможного сцепления не укажет на достижение осью, которая управляется упомянутым модулем 201 управления торможением, максимально возможного сцепления.
Применяемый тормозной момент увеличивается в соответствии со вторым заданным градиентом крутящего момента.
Второй градиент не обязательно совпадает с первым градиентом. Подобно первому градиенту замедления, в предпочтительном на данный момент варианте осуществления второй градиент замедления является одинаковым для всех модулей 201 управления торможением, содержащихся в тормозной системе. Каждый модуль 201 управления торможением локально преобразует его в свой второй градиент тормозного момента в зависимости от сигнала 203 веса.
Например, этап циклического вычисления общей разности тормозного момента ΔCFt, когда модуль 201 управления торможением принимает мгновенные значения эффективного тормозного момента CFe других модулей (201) управления торможением и мгновенные значения CFr запрашиваемого тормозного момента других модулей (201) управления торможением, выполняют по следующему уравнению:
где n обозначает общее количество модулей 201 управления торможением.
Подробный анализ вышеупомянутой формулы:
-
CFr
i
= мгновенное значение запрашиваемого тормозного момента i-го модуля управления торможением;
-
CFe
i
= мгновенное значение эффективного тормозного момента i-го модуля управления торможением;
-
(CFr
-
CFe
)
i
i
соответствует тормозному моменту, который, например, мог быть удален на i-й оси с помощью i-го модуля 206 ЗСК.
Когда, с другой стороны, модуль 201 управления торможением непосредственно принимает локальную разность тормозного момента ΔCFl каждого другого модуля (201) управления торможением, этап циклического вычисления общей разности тормозного момента ΔCFt может быть получен по следующему уравнению:
i
где n снова обозначает общее количество модулей управления торможением (201), а ΔCFl обозначает локальную разность в тормозном моменте i-го модуля управления торможением.
Поэтому ясно, что в очевидной версии, относящейся к вышеописанному варианту осуществления, локальная разность мгновенного тормозного момента ΔCFl вместо этого может быть получена как разность между мгновенным значением CFe эффективного тормозного момента приложенного тормозного момента и мгновенным значением CFr запрашиваемого тормозного момента, при этом общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt может быть рассчитана как сумма разностей между мгновенными значениями CFe эффективного тормозного момента и мгновенными значениями CFr запрашиваемого тормозного момента всех модулей 201 управления торможением, то есть как сумма локальных разностей мгновенного тормозного момента ΔCFl всех модулей 201 управления торможением, полученных только что описанным путем. Следовательно, в таком случае необходимо проверить, имеет ли вычисленная общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt значение меньше нуля, когда сигнал 205 запроса на тормозной момент достигает этого целевого значения Vt. Соответственно, величина сигнала 205 запроса на тормозной момент будет изменяться до тех пор, пока расчетная общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt в один из упомянутых заданных моментов времени, следующий за достижением сигналом 205 запроса на тормозной момент упомянутого целевого значения Vt, не достигнет нулевого или положительного значения, или, как упоминалось выше, до тех пор, пока сигнал 204 достижения максимально возможного сцепления не укажет на достижение максимально возможного сцепления осью, которая управляется упомянутым модулем 201 управления торможением.
В этом варианте формула, используемая для расчета общей разности тормозного момента ΔCFt, может иметь вид:
В обоих вариантах осуществления, описанных выше, предварительно заданный интервал между предварительно заданными моментами времени, когда устройства передают и принимают значения через коммуникационную сеть 215, может составлять, например, не ограничиваясь только перечисленным, 100 мс. Вычисление модулем 201 управления торможением общей разности тормозного момента ΔCFt также может выполняться, например, каждые 100 мс.
Используемый способ передачи может быть, например, не ограничиваясь только перечисленным, способом широковещательной передачи.
Для удобства определение «максимальное существующее достигнутое сцепление» теперь будет обозначаться аббревиатурой МСДС. МСДС = 0 означает, что модуль 201 управления торможением не полностью использует сцепление, достижимое для колес управляемой оси, а MСДС = 1 означает, что колеса оси, управляемой модулем 201, превысили максимальное существующее сцепление. Естественно, эти значения даны исключительно в качестве примера, и могут использоваться другие значения. Сигнал 204 МСДС может создаваться, например, не ограничиваясь только перечисленным, модулем 206 ЗСК, когда последний обнаруживает скольжение между колесами, относящимися к оси, управляемой модулем 201 управления торможением, и рельсом, которое превышает предварительно заданную величину. Кроме того, сигнал 204 МСДС может создаваться, например, не ограничиваясь только перечисленным, алгоритмом, основанным на «отслеживании сцепления», как описано в заявке на патент Италии № 102016000034535 «Процедура управления и возможного восстановления сцепления колес управляемых осей железнодорожного транспортного средства», принадлежащей компании FAIVELEY TRANSPORT ITALIA S.p.A.
Во втором варианте осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением по меньшей мере для одного железнодорожного транспортного средства, сигнал 205 запроса на тормозной момент перед подачей в средство 207 торможения регулируется модулем 206 ЗСК, если колеса 208 по меньшей мере одной оси, управляемой упомянутым модулем 201 управления торможением, начинают проскальзывать.
Упомянутый модуль 206 ЗСК может представлять собой систему, содержащую по меньшей мере одно средство для выполнения регулирования в соответствии с заданными алгоритмами тормозного усилия фрикционного типа, или программный модуль для регулирования тормозного усилия электродинамического типа. Кроме того, модуль 206 ЗСК может содержать и систему регулирования тормозного усилия фрикционного типа, и программный модуль для регулирования тормозного усилия электродинамического типа. Описанная выше схема соответствует составу средства 207 торможения. В настоящем описании термин «программный модуль» означает одну или несколько программных команд, содержащихся в компьютерной программе, адаптированных для выполнения, например, микропроцессором, для достижения предварительно определенной функции или алгоритма.
Величина тормозного момента, эффективно прикладываемого средством 207 торможения, будет соответствовать величине крутящего момента, заданного сигналом 205 запроса на тормозной момент, если модуль 206 ЗСК не вмешивается, и величина момента торможения, эффективно прикладываемого средством 207 торможения, будет ниже значения крутящего момента, заданного сигналом 205 запроса на тормозной момент, если модуль 206 ЗСК не вмешивается из-за скольжения колеса 208.
Учитывая состав средства 207 торможения, сигналы 216, выходящие из модуля 206 ЗСК, могут состоять, например, не ограничиваясь только перечисленным, из величины пневматического давления, измеренного перед тормозным цилиндром, которое соответствующим образом преобразовано в значение крутящего момента с помощью соответствующих алгоритмов, выполняемых в модуле 201 торможения, или из величины тока, измеренной на электродвигателе, создающем электродинамическое тормозное усилие, причем упомянутые значения тока впоследствии преобразуются в значения тормозного момента с помощью соответствующих алгоритмов, выполняемых в модуле 201 торможения, или для этого используются оба упомянутых значения, если средство 207 торможения обеспечивает оба режима торможения.
Величина сигнала 202 запроса на замедление также может непосредственно задавать величину запроса на тормозной момент. В этом случае для определения целевого значения замедления модуль 201 управления торможением может использовать формулу . Кроме того, величина сигнала 202 запроса на замедление может непосредственно задавать величину запроса на давление пневматического торможения, если средство 207 торможения является средством обеспечения тормозного усилия фрикционного типа.
Другими словами, вышеупомянутая величина ΔCFt предназначена для того, чтобы позволить определить, какая величина тормозного момента не приложена к железнодорожному составу, состоящему из железнодорожных транспортных средств, например, из-за совместных действий одного или нескольких модулей 206 ЗСК тормозной системы.
Следовательно, ΔCFt=0 соответствует условию, в котором весь запрашиваемый тормозной момент соответствует эффективному тормозному моменту.
Например, состояние идеального сцепления, при котором в движение состава модули 206 ЗСК не вмешиваются.
Теперь, со ссылкой на фиг. 3, где представлен иллюстрирующий пример, предполагается, что упомянутый запрос на замедление требует существующего сцепления μ = A. Если существующее сцепление ниже, например представленное кривой μ1, то ось, управляемая модулем 201 управления торможением, начинает скользить при превышении пикового значения P1; входной сигнал МСДС 204 немедленно принимает значение МСДС = 1, однако модуль 201 управления торможением продолжает увеличивать запрашиваемый тормозной момент до величины, соответствующей линии A, т. е. до полного приложения предварительно рассчитанного тормозного момента, соответствующего величине сигнала 202 запроса на замедление и собственному сигналу 203 веса. Задача модуля 206 ЗСК - ограничение тормозного момента, запрашиваемого по сигналу 205 запроса на тормозной момент, для поддержания скольжения колес 208 с управляемой величиной скорости, за счет чего осуществляется, если необходимо, частичная или полная очистка путей и обеспечивается увеличение сцепления для последующих колес.
Основанием этой стратегии является действие по принудительной очистке рельса, выполняемое модулем ЗСК. Другим основанием является отсутствие ограничения запроса тормозного момента, который может соответствовать запросу экстренного торможения. Если существующее сцепление превышает линию A, например представленное кривой μ2, входной сигнал MСДС 204 поддерживает значение MСДС = 0, что указывает на то, что максимальное существующее сцепление еще не достигнуто или что еще остается запас для увеличения тормозного момента. Упомянутый запас соответствует расстоянию от линии μ = A до точки P2. Далее модуль 201 управления торможением отслеживает величину ΔCFt, периодически рассчитываемую, например, по формуле 1.1, описанной выше.
Если расчетная общая разность мгновенного тормозного момента ΔCFt больше нуля, когда сигнал 205 запроса на тормозной момент достигает упомянутого целевого значения Vt, то модуль 201 управления торможением изменяет сигнал 205 запроса на тормозной момент таким образом, чтобы увеличить приложенный тормозной момент, преобразованный средством 207 торможения.
Величина сигнала 205 запроса на тормозной момент изменяется до тех пор, пока величина расчетной общей разности мгновенного тормозного момента ΔCFt в один из упомянутых заданных моментов времени, следующий за достижением сигналом 205 запроса на тормозной момент упомянутого целевого значения Vt, не достигнет нулевого или отрицательного значения, или до тех пор, пока сигнал 204 достижения максимально возможного сцепления не укажет на достижение осью, которая управляется упомянутым модулем 201 управления торможением, максимально возможного сцепления.
Таким образом, если существующее сцепление соответствует, например, кривой μ2 и если во время дополнительного увеличения тормозного момента упомянутая кривая μ2 сцепления будет превышена, то на управляемой оси 208 начинается явление скольжения, входной сигнал 204 принимает значение MСДС = 1, а модуль 201 управления торможением уменьшает величину тормозного момента на заданное сохраненное значение. Упомянутое заданное значение может быть нулевым или таким, при котором значение тормозного момента непрерывно уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто условие MСДС = 0. Заданное значение является таким, которое в любом случае не позволяет значению приложенного тормозного момента быть ниже значения тормозного момента, первоначально запрашиваемого посредством сигнала 202 запроса на замедление, соответствующего прямой линии μ = A.
В дополнительном варианте осуществления на фиг. 3 предельное значение тормозного момента, соответствующее значению сцепления μ = B, может быть сохранено в модуле 201 управления торможением. Упомянутое предельное значение тормозного момента необходимо для того, чтобы избежать чрезмерного увеличения тормозного момента из-за возможного существующего сцепления μ3. Чрезмерное увеличение тормозного момента может привести к механическому повреждению или повышению температуры тормозных элементов. Специалистам в этой области техники известно, что сцепление в точке контакта между колесом и рельсом уменьшается с увеличением скорости вагона. Во избежание начала скольжения из-за чрезмерного увеличения тормозного момента сверх номинальных пределов упомянутое предельное значение тормозного момента может быть функцией скорости, а также веса, как качественно представлено на фиг. 4. Упомянутая функция может иметь непрерывную характеристику (непрерывная линия) или состоять из одного или нескольких этапов (пунктирная линия).
Приведенная выше информация относится к управлению моментом для каждой отдельной оси.
На фиг. 10 показана конфигурация управления каждой отдельной тележкой: модуль 1101 управления торможением создает запрос 1105 на тормозной момент, который отправляется параллельно модулям 1108 и 1109 создания тормозного момента, связанным с двумя осями, представленными колесами 1110 и 1111. С каждой осью связан модуль 1106 и 1107 ЗСК, каждая функция ЗСК используется при управлении скольжением соответствующих осей 1110 и 1111.
Также в этом случае, как описано ранее, модуль 1106 и 1107 ЗСК может быть системным или программным модулем или и системным, и программным модулем.
В конфигурации, описанной на фиг. 10, модуль 1101 управления торможением принимает те же сигналы, которые принимает модуль 201 управления торможением, описанным выше.
Кроме того, модуль 1101 управления торможением продолжает следовать процедуре, описанной ранее и реализованной модулем 201 управления торможением на фиг. 2. В конфигурации, описанной на фиг. 10, сигнал MСДС принимает, например, значение MСДС = 0, когда обе оси, соответствующие колесам 1110 и 1111, не находятся в фазе скольжения, и принимает значение MСДС = 1, когда по меньшей мере одна из осей, соответствующих колесам 1110 и 1111, находится в фазе скольжения.
Как описано выше, в модуле 201 или 1101 управления торможением выбор предпринимаемых действий осуществляется в полностью автономном режиме.
На фиг. 5 показан пример работы вышеупомянутой системы в случае ухудшения сцепления. Линия G представляет тормозной момент, требуемый для достижения запрашиваемого номинального замедления; линия H качественно представляет тормозной момент, соответствующий максимальному существующему сцеплению. Наклон линии H представляет явление очистки рельса, приблизительно отражая в качестве примера этапы увеличения μ, показанные на фиг. 9. Специалистам в области железных дорог известно, что в действительности то, что представлено линией H, может встречаться в реальности в виде кривых, на которых линия H является хорошим приближенным представлением, в любом случае достаточным для настоящей демонстрации. По запросу на замедление все модули 1101 управления торможением будут применять тормозной момент G в соответствии с первым общим градиентом α. Оси, соответствующие первой и второй тележкам, начнут скользить, когда примененное к ним значение тормозного момента достигнет точек H1 и H2, соответственно, на линии H. Входные сигналы МСДС для модулей, относящихся к первой и второй тележкам, примут состояние MСДС = 1 из-за возникновения скольжения. Модули 1101 управления торможением, относящиеся к первой и второй тележкам, в любом случае увеличивают значение тормозного момента, достигая линии G; соответствующие им модули 206 ЗСК будут ограничивать тормозной момент тележек, удерживая оси в состоянии управляемого скольжения. Как описано выше, когда достигается величина G тормозного момента, модули 1101 управления торможением, относящиеся к первой и второй тележкам, получившие сигнал MСДС = 1, будут поддерживать величину G тормозного момента постоянной. Остальные модули 1101 управления торможением, когда достигается величина давления «G», отслеживают, чтобы достигнутая величина ΔCFt была меньше нуля, т. е. ΔCFt > 0, поскольку скольжение первой и второй тележек препятствует достижению ими тормозного момента G. В то же время им будет передан сигнал MСДС = 0. В этом состоянии они начнут увеличивать тормозной момент с одинаковым вторым градиентом β, например, но не исключительно, более медленным, чем первый градиент. В этом примере тормозной момент третьей тележки пересекает линию Н во время увеличения, инициируя скольжение по меньшей мере на одной из осей упомянутой третьей тележки. В этот момент соответствующий модуль 1101 управления торможением принимает MСДС = 1 и, таким образом, как описано ранее, уменьшает тормозной момент с фиксированным шагом γ или непрерывно, пока не получит сигнал MСДС = 0, прерывая скольжение на осях соответствующей третьей тележки, но все еще получая локальный максимально возможный тормозной момент. Можно решить присвоить нулевое значение параметру γ. В этом случае тормозной момент не уменьшается и будет поддерживаться постоянное минимальное скольжение, управляемое соответствующим модулем ЗСК, что ускорит очистку рельса для последующих колес.
В примере на фиг. 5 только четвертая и пятая тележки могут достигнуть величины тормозного момента, представленного линией L так, чтобы отменить ΔCF. Если, с другой стороны, запрограммировано предельное значение J тормозного момента, причем G < J < L в соответствии с линией B на фиг. 3, модули 1101 управления торможением, относящиеся к упомянутым четвертой и пятой тележкам, приостанавливают увеличение тормозного момента и ожидаемое замедление не достигается. Тем не менее замедление вагона или состава всегда повышается максимально, даже в ухудшенном состоянии.
Вариант осуществления, который улучшает вариант, описанный на фиг. 5, относящийся, например, но не исключительно, к модулю 201, 1101 управления торможением, представлен тем фактом, что упомянутый модуль 201, 1101 управления торможением при наличии сигнала MСДС = 1 может активировать возможное средство 211 восстановления сцепления, соединенное с ним посредством соответствующего управляющего сигнала 210. Средство 211 восстановления сцепления может, например, но не исключительно, содержать один или несколько песочных ящиков, электрически соединенных с этим модулем управления торможением. Или упомянутое средство 211 восстановления сцепления может, например, но не исключительно, содержать одно или несколько устройств для подачи материала, предназначенного для увеличения коэффициента трения между колесом и рельсом.
Например, упомянутый управляющий сигнал 210 может быть двоичным сигналом для управления потоком песка или другого средства 211 восстановления сцепления в режиме включения/выключения.
Кроме того, снова в качестве примера, управляющий сигнал 210 может быть непрерывным управляющим сигналом, предназначенным для управления потоком песка или другим средством для улучшения сцепления в соответствии с непрерывной формулой, пропорционально скорости вагона 214, или в соответствии с непрерывной формулой, пропорционально расстоянию между точкой H, связанной с упомянутым модулем 201 управления торможением, и линией G на фиг. 5, или согласно непрерывной формуле, пропорционально скорости вагона 214 и расстоянию между точкой H, связанной с упомянутым модулем 201 управления торможением, и линией G на фиг. 5.
Каждый модуль 201 управления торможением может также выключать упомянутое средство 211 восстановления сцепления при достижении заданного значения скольжения, которое может быть сохранено в памяти, или заданного минимального мгновенного значения сцепления, которое может быть сохранено в такой памяти.
Аналогичным образом упомянутый модуль 201, 1101 управления торможением при наличии сигнала MСДС = 1 может задействовать одну или несколько магнитных тормозных колодок 213, соединенных с ним посредством сигнала 212 включения и выключения, для выполнения действия по очистке рельса, чтобы увеличить имеющееся сцепление. С другой стороны, при наличии сигнала MСДС = 0 модуль 201, 1101 управления торможением может прервать включение упомянутых магнитных тормозных колодок 213.
Упомянутый сигнал 212 включения и выключения магнитных тормозных колодок может быть отправлен с временным волновым гистерезисом во избежание возможных непрерывных колебаний одного и того же управляющего сигнала, которые могут повредить магнитные тормозные колодки 213.
Активация средства 211 восстановления сцепления или магнитных тормозных колодок 213, описанных выше, предназначена для перемещения линии «H» на фиг. 5 влево. В этом случае большее количество тележек может способствовать созданию запрошенного замедления, причем каждая из них использует меньший тормозной момент, возможно, избегая пересечения с кривой μ = B на фиг. 3.
Магнитные тормозные колодки 213 могут быть выключены модулем 201 управления торможением после достижения заданного минимального значения скольжения, которое может быть сохранено в памяти, или после достижения заданного минимального мгновенного значения сцепления, которое может быть сохранено в памяти.
Тормозной момент или пневматическое давление, создаваемое по меньшей мере одним средством 207 торможения, может прерываться модулем 201 управления торможением, когда достигается заданное значение тормозного момента или пневматического давления, которое может храниться в памяти.
Далее приведена иллюстрация некоторых примерных вариантов осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением.
В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 6, система управления торможением представляет собой электропневматическую систему.
Такая система содержит пневматический релейный клапан 701, которым можно управлять двумя камерами 702 и 703 управления. На входе 705 упомянутого релейного клапана 701 может быть обеспечена подача сжатого воздуха из баллонов (не показано на фиг. 6). Давление подачи может быть более высоким, чем требуется для пользователей, подключенных к выходу 704.
Упомянутые устройства могут представлять собой один или несколько тормозных цилиндров, относящихся к оси, или к тележке, или к вагону (упомянутые цилиндры не показаны на фиг. 6).
Клапаны 112, управляемые модулями 104 ЗСК, могут быть расположены между выходом 704 релейного клапана 701 и тормозными цилиндрами. Клапан 701 может подавать на свой выход 704 значение давления, соответствующее наибольшему значению среди тех, которые есть на управляющих входах 702А и 703В.
На вход 702А может быть подано давление, поступающее по экстренному запросу (не показано на фиг. 6).
Откалиброванное отверстие 711 может ограничивать градиент давления исходя из значения сигнала 202 запроса экстренного торможения. На вход 703В может быть подано давление 707, причем упомянутое рабочее торможение происходит из-за регулирующего действия, выполняемого парой электромагнитных клапанов 708 и 709, управляемых модулем 201 управления торможением, который в этом варианте осуществления представляет собой микропроцессорную систему 712. Регулирующее действие известно специалистам в этой области. В случае рабочего торможения микропроцессорная система 712 может создавать тормозной момент, воздействуя на клапаны 708 и 709, вызывая повышение давления 707 и, следовательно, давления 704 для пользователя сжатого воздуха.
Таким же образом микропроцессорная система 712 может создавать тормозной момент, посылая подходящий запрос 713 тормозного момента в систему 717 контроля тяги, которая будет управлять соответствующими двигателями, не показанными на чертеже. Кроме того, микропроцессорная система может создавать тормозной момент как суммирование в переменных долях во времени пневматических и электродинамических моментов, описанных ранее.
При рабочем торможении микропроцессорная система 712 может реализовывать стратегии, показанные на фиг. 5, создавая тормозной момент до уровня G на фиг. 5 с градиентом α. Впоследствии, если условия того требуют, создавая тормозной момент до уровня H на фиг. 5 с градиентом β.
В случае экстренного торможения микропроцессорная система 712 может дублировать на входе 703B мгновенное давление, имеющееся на входе 702A.
Упомянутое давление на входе 702A может иметь градиент α, определяемый отверстием 711, до одновременного достижения уровня G на фиг. 5.
Впоследствии только микропроцессорная система 712 может обеспечивать дальнейшее увеличение тормозного момента с градиентом β до тех пор, пока не будет достигнута линия H на фиг. 5.
На фиг. 7 показан вариант осуществления, в котором система управления рабочим и экстренным торможением представляет собой электропневматическую систему.
Упомянутая электропневматическая система содержит электронный модуль 810 управления давлением в зависимости от веса, который принимает информацию 813 о весе, согласно которой упомянутый модуль 810 управления давлением в зависимости от веса управляет электропневматическим модулем 811 посредством управляющих сигналов 812, так что упомянутый электропневматический модуль 811 создает пневматическое давление 814, равное давлению экстренного торможения, в соответствии с упомянутым весом 813.
В этом варианте осуществления модуль 201 управления торможением представляет собой электронный модуль 815, который может управлять электромагнитным клапаном 816 наполнения и электромагнитным клапаном 817 опорожнения, соответственно, посредством управляющих сигналов 818 и 819.
Упомянутые сигналы 818 и 819 могут прерываться контактами 820 реле, приводимым в действие аварийным контуром 821. Упомянутые контакты 820 могут быть показаны в состоянии отсутствия сигнала от аварийного контура 821, то есть подтвержденного запроса на экстренное торможение. Когда запрос на экстренное торможение не подтвержден, то есть поступает электрический сигнал из аварийного контура 821, контакты 820 замкнуты и электронный модуль 815 может активно управлять наполняющим 816 и опорожняющим клапанами 817, 816, создавая управляющее давление 822, пропорционально запросу 823 на торможение для входа 803 релейного клапана 801.
Упомянутое управляющее давление 822 может принимать в качестве максимального значения значение 814 давления, эквивалентное давлению экстренного торможения. Релейный клапан 801 может принимать давление 804 подачи на своем входе 803 и создавать тормозное давление 805 на своем выходе 802 для тормозных цилиндров, не показанных на фиг. 7.
Упомянутое тормозное давление 805 может иметь значение, равное значению управляющего давления 822, но с расходом, подходящим для объема тормозных цилиндров. В случае подтвержденного запроса на экстренное торможение сигнал, поступающий из аварийного контура 821, может быть обесточен, контакты 820 могут разомкнуться, а питание электромагнитных клапанов 816 и 817 может быть отключено, принимая состояние, показанное на фиг. 7. Таким образом, давление 814 экстренного торможения может быть возвращено на вход 822 релейного клапана 801 с градиентом, который определяется калиброванным отверстием 806. Релейный клапан 801 может подавать давление 805, эквивалентное давлению 814 экстренного торможения, на свой выход 802 для приведения в действие тормозных цилиндров, не показанных на чертеже.
Электронный модуль 815 может осуществлять стратегии, показанные на фиг. 5, создавая тормозной момент до уровня G на фиг. 5, с градиентом α.
Впоследствии, если требуется дополнительное увеличение до линии H на фиг. 5, электронный модуль 815 может регулировать электромагнитные клапаны 816 и 817, как показано на фиг. 7, то есть так, чтобы поддерживать постоянное давление 814 экстренного торможения на входе 822 релейного клапана 801.
Модуль 810 управления давлением в зависимости от веса может управлять модулем 811, обеспечивая увеличение давления в соответствии с градиентом β. Упомянутое давление необходимо для достижения линии H на фиг. 5.
Во время экстренного торможения сигнал от аварийного контура 821 может быть обесточен, контакты 820 разомкнуты, электромагнитные клапаны 816 и 817 обесточены, принимая состояние, показанное на фиг. 7, посредством чего может быть возвращено давление 814 экстренного торможения на вход 822 релейного клапана 801 с градиентом, который определяется калиброванным отверстием 806. Отверстие калибруется в соответствии с градиентом α.
Впоследствии электронный модуль 810 управления давлением в зависимости от веса может управлять модулем 811, обеспечивая увеличение давления в соответствии с градиентом β, причем упомянутое давление необходимо для достижения линии H на фиг. 5.
На фиг. 8 показан вариант осуществления, в котором система управления рабочим и экстренным торможением представляет собой электропневматическую систему.
Такая электропневматическая система содержит электронный модуль 910 управления давлением в зависимости от веса, который принимает информацию 913 о весе, согласно которой упомянутый модуль 910 управления давлением в зависимости от веса может управлять электропневматическим модулем 911 посредством управляющих сигналов 912. Электропневматический модуль 911 может управляться таким образом, что упомянутый электропневматический модуль 911 будет создавать пневматическое давление 914, равное давлению экстренного торможения, в соответствии с упомянутым весом 913.
В этом варианте осуществления модуль 201 управления торможением представляет собой электронный модуль 915, который может управлять электромагнитным клапаном 916 наполнения и электромагнитным клапаном 917 опорожнения, соответственно, посредством управляющих сигналов 918 и 919. Упомянутые сигналы 918 и 919 могут прерываться контактами 920 реле, приводимым в действие аварийным контуром 921.
Упомянутые контакты 920 показаны в состоянии отсутствия сигнала от аварийного контура 921, то есть подтвержденного запроса на экстренное торможение. Когда аварийный запрос не подтвержден, то есть поступает электрический сигнал от аварийного контура 921, контакты 920 замкнуты и электронный модуль 915 может активно управлять клапанами 916 и 917, создавая тормозное давление 922, пропорционально запросу 923 на торможение, и упомянутое тормозное давление 922 передается на тормозные цилиндры, не показанные на фиг. 8. В случае подтвержденного запроса на экстренное торможение линия 921 обесточивается, контакты 920 размыкаются, электромагнитные клапаны 916 и 917 обесточиваются, принимая состояние, показанное на фиг. 8, в результате чего давление 914 экстренного торможения возвращается на тормозные цилиндры с градиентом, который определяется калиброванным отверстием 906.
Во время рабочего торможения электронный модуль 915 может осуществлять стратегии, показанные на фиг. 5, создавая тормозной момент до уровня G на фиг. 5, с градиентом α.
Впоследствии, если требуется дополнительное увеличение до линии H на фиг. 5, электронный модуль 915 отрегулирует электромагнитные клапаны 916 и 917, как показано на фиг. 8, для возврата постоянного давления 914 на тормозные цилиндры.
Модуль 910 управления давлением в зависимости от веса может управлять модулем 911, обеспечивая увеличение давления в соответствии с градиентом β. Упомянутое давление необходимо для достижения линии H на фиг. 5. При запросе на экстренное торможение линия 921 обесточивается, контакты 920 размыкаются, электромагнитные клапаны 916 и 917 обесточиваются, принимая состояние, показанное на фиг. 8, в результате чего давление 914 экстренного торможения возвращается на тормозные цилиндры с градиентом, установленным калиброванным отверстием 906. Упомянутое отверстие может быть откалибровано в соответствии с градиентом α. Впоследствии модуль 910 управления давлением в зависимости от веса может управлять электропневматическим модулем 911, обеспечивая увеличение давления в соответствии с градиентом β. Упомянутое давление необходимо для достижения линии H на фиг. 5.
Были описаны различные аспекты и варианты осуществления системы управления рабочим и экстренным торможением согласно изобретению. Предполагается, что каждый вариант осуществления может быть объединен с любым другим вариантом осуществления. Кроме того, изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, но может варьироваться в рамках, определенных прилагаемой формулой изобретения.