DE102012203132A1

DE102012203132A1 - Schienenfahrzeugbremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012203132A1
Application number: DE102012203132A
Authority: DE
Inventors: Till Förster; Stefan Haßler; Reiner Heilmann; Jean-Pascal Schwinn; Thorsten Stützle; Manfred Wiesand
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-08-29
Also published as: ES2572269T3; RU2586943C2; CA2865748A1; EP2800672B1; IN2014DN06477A; RU2014139061A; ES2601955T3; AU2013224984A1; CN104144811B; EP2800672A2; WO2013127942A3; EP2794338B1; ES2601955T5; WO2013127934A2; PL2794338T3; CN104144811A; US9533668B2; RU2587290C2; WO2013127934A3; AU2013224976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung mit zumindest einer elektrodynamischen Bremse (24), die eine Antriebseinheit (16) umfasst, welche zumindest einen Antriebsmotor (18) und eine Leistungsversorgungseinheit (20) zum Versorgen des Antriebsmotors (18) in einem Traktionsmodus der Antriebseinheit (16) aufweist. Um die Sicherheit der elektrodynamischen Bremse zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Schienenfahrzeugbremsvorrichtung zumindest zwei Bremssteuereinheiten (28, 30), wobei in einem ersten Bremsmodus eine erste Bremssteuereinheit (28) in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert, eine erste Bremswirkungsüberwachungseinheit (50) und eine Schalteinheit (32) aufweist, die dazu dient, abhängig von einer Bremswirkungskenngröße im ersten Bremsmodus in einen zweiten Bremsmodus umzuschalten, in welchem die zweite Bremssteuereinheit (30) in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung mit zumindest einer elektrodynamischen Bremse, die eine Antriebseinheit umfasst, welche zumindest einen Antriebsmotor und eine Leistungsversorgungseinheit zum Versorgen des Antriebsmotors in einem Traktionsmodus der Antriebseinheit aufweist.
Es sind Schienenfahrzeuge bekannt, bei welchen eine Bremskraft durch elektrische Motoren erzeugt wird. Die während der Bremsung von den Motoren generatorisch in elektrische Energie umgewandelte Bewegungsenergie des Fahrzeugs wird z.B. über einen Bremswiderstand in Wärme umgewandelt oder in das Bahnversorgungsnetz oder auch in einen Mobilspeicher zurückgeführt.
Neben der elektrodynamischen, generatorischen Bremse verfügen die Schienenfahrzeuge üblicherweise weiterhin über eine vollwertige Reibungsbremse, bei der die Bremswirkung auf pneumatischem, hydraulischem und/oder mechanischem Weg erreicht wird.
Bei Bremssystemen ist es üblich, zwischen den Bremsarten „Betriebsbremsung“ und „Notbremsung“ (auch „Schnellbremsung bzw. „Gefahrenbremsung“ genannt) zu unterscheiden. Während die Betriebsbremsung der Geschwindigkeitsreduzierung des Zuges – auch bis in den Stillstand – dient, wird von der Notbremsung über diese Forderung hinaus restriktiver verlangt, die größtmögliche Sicherheit der Fahrgäste, des Personals und Dritter zu gewährleisten. Üblicherweise wird für die Betriebsbremsung die elektrodynamische Bremse bevorzugt eingesetzt.
Bei einer Notbremsung wird die generatorische Bremse in der Regel nicht ohne gleichzeitige Betätigung der Reibungsbremse eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in der bisher geringeren Ausfallsicherheit der elektrodynamischen Bremse gegenüber der elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Reibungsbremse, sodass die größtmögliche Bremssicherheit bisher nur über die Reibungsbremsen erreicht werden kann.
Dies bedeutet allerdings im Extremfall, der bei Metrozügen üblicherweise vorliegt, dass ein Motorwagen eines Zuges mit der Reibungsbremse und der elektrodynamischen Bremse prinzipiell über zwei vollwertige Bremseinheiten verfügt, wobei jede für sich genommen innerhalb eines weiten Fahrgeschwindigkeitsbereichs ein genügend großes Bremsmoment erzeugen kann um die spezifizierten Bremswege einzuhalten, sodass in dieser Hinsicht die eine Bremseinheit anstelle der anderen genutzt werden könnte.
Die beiden Bremseinheiten weisen unterschiedliche Vorteile auf. Während die Reibungsbremse eine größere Sicherheit im Falle einer Notbremsung gewährleistet, weist die generatorische Bremse ökonomische Vorteile auf. So tritt beispielsweise kein Verschleiß bei Bremsbelägen und Bremsscheiben auf. Außerdem ist eine teilweise Nutzung der transformierten kinetischen Energie möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der elektrodynamischen Bremse zu erhöhen.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Schienenfahrzeugbremsvorrichtung zumindest zwei Bremssteuereinheiten, wobei in einem ersten Bremsmodus eine erste Bremssteuereinheit in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert, eine erste Bremswirkungsüberwachungseinheit und eine Schalteinheit aufweist, die dazu dient, abhängig von einer Bremswirkungskenngröße im ersten Bremsmodus in einen zweiten Bremsmodus umzuschalten, in welchem die zweite Bremssteuereinheit in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert. Hierdurch kann eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung bereit gestellt werden, die eine hohe Sicherheit im Hinblick auf einen fehlerhaften Betrieb der elektrodynamischen Bremse aufweist, indem eine vorteilhafte Redundanz in der Steuerung der Antriebseinheit in einem Bremsmodus derselben bereit gestellt wird. Mit der vorgeschlagenen Schienenfahrzeugbremsvorrichtung kann die Sicherheit der elektrodynamischen Bremse die einer herkömmlichen Reibungsbremse erreichen.
Die Leistungsversorgungseinheit weist vorzugsweise steuerbare elektronische Elemente auf, die im Traktionsmodus gemäß einer Steuerungsstrategie – im Hinblick auf ein bestimmtes, zu erreichendes Antriebsmoment – zur Versorgung des Antriebsmotors mit einer entsprechenden elektrischen Leistung gesteuert werden. Die steuerbaren Elemente sind insbesondere als Schalt- oder Ventilelemente ausgebildet, die mittels Schaltvorgängen entsprechend einer Schaltstrategie einen Leistungsstrom mit einer angepassten Spannung, Frequenz und/oder Stromstärke erzeugen, mit welchem der Antriebsmotor angetrieben wird. Insbesondere kann die Leistungsversorgungseinheit als Wechselrichter ausgebildet sein, welcher im Traktionsmodus die notwendige Energie aus einem Zwischenkreis, beispielsweise einem Gleichspannungszwischenkreis bezieht.
In einem Bremsmodus der elektrodynamischen Bremse werden die Leistungsversorgungseinheit bzw. deren steuerbare Elemente zweckmäßigerweise mittels der zugeordneten Bremssteuereinheit derart gesteuert, dass mittels des mit der Leistungsversorgungseinheit in Wirkverbindung stehenden Antriebsmotors ein auf eine Achse des Schienenfahrzeugs übertragbares Bremsmoment erzeugt wird.
Unter einer „Bremswirkungskenngröße“ soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, mittels welcher zumindest eine Information über eine Bremswirkung der elektrodynamischen Bremse gewonnen werden kann. Diese Bremswirkung kann eine mittels der elektrodynamischen Bremse erzielte Bremswirkung oder eine durch einen Betrieb einer Bremssteuereinheit erzielbare Bremswirkung sein. In der erstgenannten Alternative kann die Bremswirkungsüberwachungseinheit eine Sensoreinheit umfassen, mittels welcher zumindest eine auf das Schienenfahrzeug bezogene Betriebskenngröße, wie z.B. eine momentane Geschwindigkeitskenngröße, eine momentane Beschleunigungskenngröße, eine Bremskraftkenngröße usw. erfassbar ist. In der letztgenannten Alternative kann die Bremswirkungsüberwachungseinheit durch eine aktive Bremssteuereinheit erzeugte Steuersignale zur Steuerung der Leistungsversorgungseinheit auswerten, um eine mit den Steuersignalen erzielbare Bremswirkung zu ermitteln. Unter einer „Bremswirkung“ kann insbesondere eine Bremskraft oder ein Bremsmoment verstanden werden, welches auf einen Schienenfahrzeugradsatz übertragbar ist.
Ein weiterer Sicherheitsgewinn kann dadurch erreicht werden, wenn eine Sensoreinheit, die zur Erfassung der Bremswirkungskenngröße vorgesehen ist und von mehreren unabhängigen Systemen genutzt wird, rückwirkungsfrei verwendet wird. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass Leitungen zwischen der Sensoreinheit und den unterschiedlichen Systemen galvanisch getrennt werden, um die Systeme voneinander unabhängig zu halten.
Im zweiten Bremsmodus kann die erste Bremssteuereinheit weiter betrieben werden, indem die zweite Bremssteuereinheit mittels der Schalteinheit zugeschaltet wird. Hierbei soll mittels der zweiten Bremssteuereinheit eine fehlende Bremswirkung ausgeglichen werden. Es wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung jedoch vorgeschlagen, dass sich die erste Bremsteuereinheit im zweiten Bremsmodus in einem inaktiven Zustand befindet. Hierdurch können unerwünschte Auswirkungen eines fehlerhaften Betriebs der ersten Bremssteuereinheit weitestgehend vermieden werden. Die Schalteinheit bewirkt hierbei zweckmäßigerweise ein Umschalten zwischen beiden Bremssteuereinheiten.
Eine erhöhte Sicherheit im Betrieb der elektrodynamischen Bremse kann außerdem erreicht werden, wenn die erste Bremswirkungsüberwachungseinheit zum Überwachen der ersten Bremssteuereinheit dient, und dass zumindest eine zweite Bremswirkungsüberwachungseinheit zum Überwachen zumindest der zweiten Bremssteuereinheit vorgesehen ist.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Schienenfahrzeugbremsvorrichtung eine weitere Bremseinrichtung und eine Schaltvorrichtung aufweist, wobei abhängig von einer Bremswirkungskenngröße im zweiten Bremsmodus diese weitere Bremseinrichtung mittels der Schaltvorrichtung betätigt wird. Hierdurch kann bei einem fehlerhaften Betrieb der zweiten Bremssteuereinheit eine zusätzliche Bremswirkung mittels der weiteren Bremseinrichtung bereit gestellt werden.
In einer konstruktiv einfachen Ausführung wird vorgeschlagen, dass diese Bremseinrichtung als Feststellbremse ausgebildet ist.
Es ist außerdem möglich, alternative Bremsen als Ausprägung der weiteren Bremseinrichtung vorzusehen, die insbesondere eine höhere Leistung aufweisen als eine Feststellbremse. So können beispielsweise zur Bereitstellung einer ausreichenden Bremswirkung Bremsen eingesetzt werden, die vom generatorischen Prinzip einer elektrodynamischen Bremse abweichen und über Druckerhöhung in pneumatischen oder hydraulischen Bremszylindern ihre Bremswirkung entfalten. Außerdem kann als weitere Bremseinrichtung eine Magnetschienenbremse eingesetzt werden, welche durch pneumatisches, hydraulisches und/oder mechanisches Betätigen eines Aktuators in Verbindung mit einem durch einen Strom erzeugten magnetischen Feld betrieben wird. Des Weiteren ist ein auf dem Prinzip des Wirbelstroms basierendes Bremssystem möglich. Ein Zuschalten oder Erhöhen von Bremswirkungen mittels zumindest einer weiteren Bremseinrichtung kann solange erfolgen, bis sämtliche verfügbare Bremsen vollständig zugeschaltet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass sich die Bremssteuereinheiten bezüglich ihrer konstruktiven und/oder algorithmischen Ausführung voneinander unterscheiden. Durch den Einsatz unterschiedlicher Technologien für die Bremssteuereinheiten kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden, da ein System mit einer diversitären Redundanz geschaffen werden kann. Besonders vorteilhaft kann die Ausbreitung eines für eine bestimmte Technologie spezifischen möglichen systematischen Fehlers von einer ersten Bremssteuereinheit auf eine zweite Bremssteuereinheit bzw. eine Kette weiterer Bremssteuereinheiten vermieden werden. Der Begriff „konstruktiv“ bezieht sich vorzugsweise auf eine für die Bremssteuereinheit eingesetzte Hardware und der Begriff „algorithmisch“ bezieht sich vorzugsweise auf eine Implementierung zumindest einer Steuerfunktion einer Bremssteuereinheit mittels einer Software. Die Unterschiede in der konstruktiven Ausführung und/oder in der algorithmischen Ausführung betreffen vorzugsweise Funktionen der Bremssteuereinheiten, die für die Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit bzw. von deren steuerbaren Elementen relevant sind. In dieser vorgeschlagenen Ausführungsform können die Bremssteuereinheiten – bei einer Ausführung der Leistungsversorgungseinheit mit Schalt- oder Ventilelementen – die Schalt- oder Ventilelemente gemäß zweier unterschiedlicher Schaltstrategien steuern. Hierbei ist die Schaltstrategie der ersten Bremssteuereinheit unterschiedlich von der Schaltstrategie der zweiten Bremssteuereinheit.
Bezüglich der algorithmischen Ausführung wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, dass eine Software für die Ausführung zumindest einer Steuerfunktion in der zweiten Bremssteuereinheit unterschiedlich implementiert ist als in der ersten Bremssteuereinheit. Unter einer „unterschiedlichen Implementierung“ kann insbesondere verstanden werden, dass sich die Software der ersten Bremssteuereinheit von der Software der zweiten Bremssteuereinheit hinsichtlich des Algorithmus und/oder des Programmiercodes voneinander unterscheidet. Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die Software der ersten und der zweiten Bremssteuereinheiten mittels unterschiedlicher Entwurfswerkzeuge erstellt wird. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Software der Bremssteuereinheiten von unterschiedlichen Personen entwickelt wird.
Bezüglich der konstruktiven Ausführung wird außerdem vorgeschlagen, dass eine der Bremssteuereinheiten als eine reine hardwaretechnische Steuerung ausgebildet ist. Hierbei soll insbesondere verstanden werden, dass die für die Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit relevante, hardwaretechnische Steuerung ohne Softwareeinsatz erfolgt.
Um die Zuverlässigkeit der elektrodynamischen Bremse zu erhöhen wird in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Schienenfahrzeugbremsvorrichtung einen Testmodus aufweist, in welchem die Schalteinheit getestet wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schienenfahrzeugbremsvorrichtung eine Schnittstelle zu einer Fahrzeugnotbremsleitung aufweist, mittels welcher eine Notbremsung mittels der elektrodynamischen Bremse auslösbar ist. Mit dem Sicherheitsniveau, welches durch die vorgeschlagene Ausbildung der Schienenfahrzeugbremsvorrichtung, insbesondere durch die hohe Redundanz der Steuereinheiten der elektrodynamischen Bremse erreichbar ist, kann ein Schienenfahrzeug mit einer Notbremseeinrichtung bereitgestellt werden, wobei eine Notbremsung ausschließlich mittels der elektrodynamischen Bremse mit einem ausreichenden Sicherheitsniveau erfolgen kann. Hierdurch kann auf eine vollwertige, zusätzliche Reibungsbremse vorteilhaft verzichtet werden. Für geringere Geschwindigkeiten kann als Reibungsbremse lediglich eine Feststellbremse, beispielsweise in Form einer Federspeicherbremse, erhalten bleiben, die mittels eines Federspeichers ein Wegrollen des abgestellten Fahrzeugs am Hang verhindert. Damit kann eine deutliche Verringerung der Stückkosten von Bremskomponenten und des Gewichts des Schienenfahrzeugs erzielt werden.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: ein Schienenfahrzeug mit Antriebsachsen und diesen zugeordneten Antriebseinheiten und
2: eine Steuerungsschaltung zum Steuern einer Antriebseinheit in einem Bremsmodus, mit zwei unterschiedlichen Bremssteuereinheiten.
1 zeigt ein als Triebfahrzeug ausgebildetes Schienenfahrzeug 10 in einer stark schematisierten Seitenansicht. Es weist Laufachsen 12 und Antriebsachsen 14 auf, die in einem Traktionsmodus mittels Antriebseinheiten 16 angetrieben werden. Ein Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs 10 erfolgt mittels der Antriebseinheiten 16, die dabei jeweils die Funktion einer elektrodynamischen Bremse haben. Für Bremsvorgänge bei geringen Geschwindigkeiten ist eine weitere Bremseinrichtung 17 vorgesehen, die als eine in der Form einer Federspeicherbremse ausgeführte, in der Figur schematisch dargestellte Feststellbremse ausgebildet ist.
Die Steuerung der Antriebseinheiten 16 in ihrer Funktion als elektrodynamische Bremse wird anhand der 2 näher erläutert. In der Figur ist lediglich eine der Antriebseinheiten 16 dargestellt, wobei die folgende Beschreibung Anwendung für weitere, nicht gezeigte Antriebseinheiten 16 findet.
Die Antriebseinheit 16 weist einen Antriebsmotor 18 auf, der als Drehstrommaschine ausgebildet ist. Zur Versorgung des Antriebsmotors 18 mit elektrischer Leistung umfasst die Antriebseinheit 16 ferner eine mit dem Antriebsmotor 18 in Wirkverbindung stehende Leistungsversorgungseinheit 20. Diese ist aus dem Stand der Technik bekannt und weist einen nicht näher dargestellten Wechselrichter auf, welcher in einem Traktionsmodus der Antriebseinheit 16 durch die Ansteuerung elektronischer Schaltelemente – auch „Ventile“ genannt – ausgehend von einem Gleichspannungszwischenkreis einen in Spannung und Frequenz variablen Strom gemäß der zu bereitstellenden Leistung für den Antriebsmotor 18 erzeugt. Die im Gleichspannungszwischenkreis verfügbare Energie wird aus einer Hochspannungsnetzversorgung 26 bezogen, die über weitere, nicht dargestellte elektrische Wandlungseinrichtungen, wie insbesondere einen Transformator oder einen Spannungswandler, einen Gleichrichter usw. mit einer Bahnnetzversorgung in Wirkverbindung steht. Im Traktionsmodus der Antriebseinheit 16 werden die Schaltelemente des Wechselrichters gemäß einer Schaltstrategie gesteuert, um über den Antriebsmotor 18 ein Antriebsmoment auf die zugeordneten Antriebsachsen 14 zu erzeugen.
Der Antriebsmotor 18 bildet zusammen mit einer Bremsregelungseinheit 22 eine elektrodynamische Bremse 24. Die Bremsregelungseinheit 22 umfasst neben der Leistungsversorgungseinheit 20 zwei Bremssteuereinheiten 28 und 30, die jeweils dazu vorgesehen sind, in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit 20 für einen Bremsvorgang der elektrodynamischen Bremse 24 zu steuern. Die Bremssteuereinheiten 28, 30 sind jeweils dazu vorgesehen, in einem Bremsmodus der Antriebseinheit 16, die Schaltelemente des Wechselrichters der Leistungsversorgungseinheit 20 gemäß einer Schaltstrategie derart zu steuern, dass über den Antriebsmotor 18 ein Bremsmoment auf die zugeordnete Antriebsachse 14 erzeugt wird. Bei einem Bremsvorgang mittels der elektrodynamischen Bremse 24 wirkt der Antriebsmotor 18 als Generator, wobei die im Bremsvorgang in elektrischen Strom umgewandelte Energie mittels eines Bremswiderstands 31 in Wärme umgewandelt. Alternativ oder zusätzlich kann die Energie in die Hochspannungsnetzversorgung 26 zurückgespeist, auf dem Fahrzeug verwendet oder in einen Mobilspeicher eingespeichert werden.
Die erste Bremssteuereinheit 28 steht mit der Leistungsversorgungseinheit 20 über eine Schalteinheit 32 in Wirkverbindung, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Neben einer Schnittstelle zur Leistungsversorgungseinheit 20 weist die Bremssteuereinheit 28 weitere Schnittstellen auf, durch welche sie mit einer Sensoreinheit 34 in Wirkverbindung steht. Die Sensoreinheit 34 dient dazu, eine Geschwindigkeitskenngröße v und eine Massenkenngröße m zu erfassen, die Eingangsparameter für die Erzeugung von Steuersignalen durch die Bremssteuereinheit 28 darstellen. Die Bremssteuereinheit 28 steht ferner über weitere Schnittstellen in Wirkverbindung mit der Schienenfahrzeugleittechnik, indem sie mit einem Datenbus 36 des Schienenfahrzeugs 10 verbunden ist, und mit der Schienenfahrzeughauptluftleitung 38. Über diese weiteren Schnittstellen können weitere Eingangsparameter für die Bremssteuereinheit 28 zur Verfügung gestellt werden, wie insbesondere eine Kenngröße, die im Falle einer Betriebsbremsung eine durch den Fahrzeugführer oder durch eine automatische Fahrzeugssteuerung eingestellte Bremswirkung darstellt. Die Bremssteuereinheit 28 ist über eine Bordnetzversorgung 40 mit elektrischer Energie versorgt und steht ferner über eine Schnittstelle 41 mit einer Fahrzeugsnotbremseleitung 42 in Wirkverbindung, über welche eine Notbremsung des Schienenfahrzeugs 10 eingeleitet werden kann.
Auf der Basis der oben genannten Eingangsparameter erzeugt die Bremssteuereinheit 28 in einem ersten Bremsmodus, in welchem sie sich in einem aktiven Zustand befindet, Steuersignale 44, die die Leistungsversorgungseinheit 20 entsprechend einer bestimmten, zu erzielenden Bremswirkung, insbesondere entsprechend einem bestimmten, zu erzielenden Bremsmoment steuert. Hierzu weist die Betriebssteuereinheit 28 zumindest eine Recheneinheit 46 und eine Speichereinheit 48 auf, in welcher eine Software gespeichert ist. In dieser Software ist insbesondere die Bremsmodusschaltstrategie für die Schaltelemente des Wechselrichters programmiert.
Die obige Beschreibung findet für alle Antriebseinheiten 16 des Schienenfahrzeugs 10 Anwendung. Die Bremsregelungseinheiten 22 des Schienenfahrzeugs 10, jeweils mit der Bremssteuereinheit 28 und der Leistungsversorgungseinheit 20, sind dahingehend ausgelegt, dass sie im Zusammenwirken eine Notbremsung mittels der Antriebsmotoren 18 ohne Zuschaltung einer weiteren Bremseinrichtung an den Antriebsachsen 14 des Schienenfahrzeugs 10 bewirken können. Anders formuliert sind die Bremsregelungseinheiten 22 dazu ausgelegt, im Zusammenwirken ein für die Durchführung einer Notbremsung notwendiges Bremsmoment zu erzeugen.
Der Bremssteuereinheit 28 ist eine Bremswirkungsüberwachungseinheit 50 zugeordnet, die dazu vorgesehen ist, die mittels der elektrodynamischen Bremse 24 erzielte oder erzielbare Bremswirkung zu überwachen. Hierzu wird eine Bremswirkungskenngröße, insbesondere eine Bremsmomentkenngröße herangezogen und mit einem Sollwert verglichen. Die Bremswirkungskenngröße kann z.B. mittels eines Beschleunigungssensors erfasst werden und/oder mittels einer Auswertung der Geschwindigkeitskenngröße v ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Bremswirkungskenngröße mittels einer Überwachung der durch die Bremssteuereinheit 28 erzeugten Steuersignale 44 ermittelt werden.
Die Bremsregelungseinheit 22 umfasst – wie oben bereits erwähnt – eine zweite Bremssteuereinheit 30. Diese ist dazu vorgesehen, zumindest die oben, für die erste Bremssteuereinheit 28 beschriebene Steuerungsfunktion zum Steuern der Leistungsversorgungseinheit 20 in einem Bremsmodus der Antriebseinheit 16 auszuführen. Sie dient insbesondere dazu, die Steuerung der Leistungsversorgungseinheit 20 bei einem fehlerhaften Betrieb der ersten Bremssteuereinheit 28 zu übernehmen.
Wird mittels der ersten Bremswirkungsüberwachungseinheit 50 erkannt, dass das durch die elektrodynamischen Bremse 24 erzeugte bzw. erzielbare Bremsmoment nicht ausreicht, wird die Bremssteuereinheit 28 als fehlerhaft betrachtet und es wird mittels der Schalteinheit 32 in einen zweiten Bremsmodus der elektrodynamischen Bremse 24 umgeschaltet, in welchem die zweite Bremssteuereinheit 30 in ihrem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit 20 zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert. In diesem zweiten Bremsmodus wird die erste, fehlerhafte Bremssteuereinheit 28 in einem inaktiven Zustand geschaltet.
Um ein Antreiben während des Betriebs der zweiten Bremssteuereinheit 30 im zweiten Bremsmodus zu verhindern ist vorteilhaft, wenn mit der Umschaltung durch die Schalteinheit 32 auch eine Trennung von der Hochspannungsnetzversorgung 26 stattfindet. Dies erfolgt mittels eines Netztrennschalters 51.
Der zweiten Bremssteuereinheit 30 ist eine zweite, von der ersten Bremswirkungsüberwachungseinheit 50 unterschiedliche Bremswirkungsüberwachungseinheit 52 zugeordnet. Diese ist dazu vorgesehen, die mittels der elektrodynamischen Bremse 24 in deren zweitem Bremsmodus mit der zweiten Bremssteuereinheit 30 erzielte bzw. erzielbare Bremswirkung zu überwachen. Hierzu wird – wie oben bereits beschrieben – eine Bremswirkungskenngröße, insbesondere eine Bremsmomentkenngröße, erfasst bzw. ermittelt und mit einem Sollwert verglichen.
Wird mittels der zweiten Bremswirkungsüberwachungseinheit 52 erkannt, dass das durch die elektrodynamischen Bremse 24 erzeugte bzw. erzielbare Bremsmoment nicht ausreicht, wird die Bremssteuereinheit 30 als fehlerhaft betrachtet und es wird mittels einer durch die zweite Bremswirkungsüberwachungseinheit 52 gesteuerten Schaltvorrichtung 54 die weitere Bremseinrichtung 17 getätigt.
Die Bremssteuereinheiten 28, 30 basieren auf unterschiedlichen Technologien. Unter einer Technologie wird die konstruktive – oder hardwaretechnische – und/oder die algorithmische – oder softwaretechnische – Ausführung erfasst. In einer beispielhaften Konfiguration kann die erste Bremssteuereinheit 28 in der Form eines Signalprozessors ausgebildet sein, wobei die algorithmische Implementierung einer feldorientierten Regelung entspricht. Die zweite Bremssteuereinheit 30 kann als Field Programmable Gate Array (FPGA) oder „im Feld programmierbare Gatter-Anordnung“ ausgebildet sein, wobei die algorithmische Implementierung einer schaltorientierten Regelung entspricht.
Gemäß einer alternativen Ausführung ist die zweite Bremssteuereinheit 30 derart ausgeführt, dass die Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit 20 ausschließlich durch eine mittels Hardware realisierte Funktionalität – ohne Softwareeinsatz – erfolgt, während die erste Bremssteuereinheit 28 auf einer hardwaretechnischen und softwaretechnischen Implementierung der Steuerfunktionen basiert.
Basieren beide Bremssteuereinheiten 28, 30 auf einer softwaretechnischen Umsetzung im Hinblick auf zumindest eine Steuerfunktion, sind die entsprechenden Softwares in den Bremssteuereinheiten 28, 30 unterschiedlich implementiert. Hierbei unterscheiden sich insbesondere die zum Ausführen der Steuerfunktion vorgesehenen Programmiercodes, indem die Codes z.B. durch verschiedene Personen und/oder verschiedenen Werkzeuge erstellt werden.
Durch die unterschiedlichen Ausführungen der Bremssteuereinheiten 28, 30 werden die Schaltelemente des Wechselrichters der Leistungsversorgungseinheit 20 von der ersten Bremssteuereinheit 28 gemäß einer ersten Schaltstrategie und von der zweiten Bremssteuereinheit 30 gemäß einer zweiten, von der ersten Schaltstrategie unterschiedlichen Schaltstrategie gesteuert.
Damit das Umschalten von einer Bremssteuereinheit zur anderen zuverlässig erfolgt, werden die den Antriebseinheiten 16 zugeordneten Schalteinheiten 32 in regelmäßigen und ausreichend kurzen zeitlichen Abständen auf ihre Funktionalität hin untersucht. Beispielsweise wird bei Stillstand des Schienenfahrzeugs 10, z.B. während des Aufrüstens oder der Bremsprobe, die Ansteuerung der Schaltelemente der Wechselrichter nach einem bestimmten Testmuster durch eine der Bremssteuereinheiten 28, 30 erzeugt. Es ist hierzu zumindest eine Sensoreinheit vorgesehen, die beispielweise einen Phasenstromwandler und/oder einen Zwischenkreisspannungswandler aufweist und welche eine Auswirkung der Ansteuerung erfasst. Nach Durchführung des Tests mit der ersten Bremssteuereinheit 28 wird mittels der Schalteinheit 32 die zweite Bremssteuereinheit 30 in ihrem aktiven Zustand geschaltet und der Test wird – vorzugsweise mit einem anderen Testmuster – wiederholt.
Wenn eine zu erwartende Umsetzung des jeweiligen Testmusters erkannt wird, gilt die Schalteinheit 32 als fehlerfrei.

Claims

Schienenfahrzeugbremsvorrichtung mit zumindest einer elektrodynamischen Bremse (24), die eine Antriebseinheit (16) umfasst, welche zumindest einen Antriebsmotor (18) und eine Leistungsversorgungseinheit (20) zum Versorgen des Antriebsmotors (18) in einem Traktionsmodus der Antriebseinheit (16) aufweist, gekennzeichnet durch zumindest zwei Bremssteuereinheiten (28, 30), wobei in einem ersten Bremsmodus eine erste Bremssteuereinheit (28) in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert, eine erste Bremswirkungsüberwachungseinheit (50) und eine Schalteinheit (32), die dazu dient, abhängig von einer Bremswirkungskenngröße im ersten Bremsmodus in einen zweiten Bremsmodus umzuschalten, in welchem die zweite Bremssteuereinheit (30) in einem aktiven Zustand die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Bremsteuereinheit (28) im zweiten Bremsmodus in einem inaktiven Zustand befindet.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremswirkungsüberwachungseinheit (50) zum Überwachen der ersten Bremssteuereinheit (28) dient, und dass zumindest eine zweite Bremswirkungsüberwachungseinheit (52) zum Überwachen zumindest der zweiten Bremssteuereinheit (30) vorgesehen ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Bremseinrichtung (17) und eine Schaltvorrichtung (54), wobei abhängig von einer Bremswirkungskenngröße im zweiten Bremsmodus diese weitere Bremseinrichtung (17) mittels der Schaltvorrichtung (54) betätigt wird.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (17) als Feststellbremse ausgebildet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bremssteuereinheiten (28, 30) bezüglich ihrer konstruktiven und/oder algorithmischen Ausführung voneinander unterscheiden.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Software für die Ausführung zumindest einer Steuerfunktion in der zweiten Bremssteuereinheit (30) unterschiedlich implementiert ist als in der ersten Bremssteuereinheit (28).
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bremssteuereinheiten als eine reine hardwaretechnische Steuerung ausgebildet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Testmodus, in welchem die Schalteinheit (32) getestet wird.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle (41) zu einer Fahrzeugsnotbremseleitung (42), mittels welcher eine Notbremsung mittels der elektrodynamischen Bremse (24) auslösbar ist.
Verfahren zum Bremsen eines Schienenfahrzeugs (10) mittels einer elektrodynamischen Bremse (24), die eine Antriebseinheit (16) umfasst, welche zumindest einen Antriebsmotor (18) und eine Leistungsversorgungseinheit (20) zum Versorgen des Antriebsmotors (18) in einem Traktionsmodus der Antriebseinheit (16) aufweist, bei welchem – in einem ersten Bremsmodus die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung durch eine erste Bremssteuereinheit (28) gesteuert wird; – eine Bremswirkungskenngröße im ersten Bremsmodus erfasst wird; – abhängig von der Bremswirkungskenngröße in einen zweiten Bremsmodus umgeschaltet wird, in welchem eine zweite Bremssteuereinheit (30) die Leistungsversorgungseinheit (20) zur Bereitstellung einer Bremswirkung steuert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Bremswirkungskenngröße im zweiten Bremsmodus erfasst wird; – abhängig von der Bremswirkungskenngröße im zweiten Bremsmodus eine weitere Bremseinrichtung (17) mittels einer Schaltvorrichtung (54) betätigt wird.