轨道车辆速度控制辅助方法，辅助控制轨道车辆速度方法及相关轨道车辆

摘要

一种用于提供轨道车辆(100、200、300)的速度(v)控制辅助的方法(1000)，所述轨道车辆具有再生制动器(181、281、381、383)、摩擦制动器(182、282、382、384、386)和控制元件(110、210、310)，借助于所述控制元件可以调整总制动力(F)，所述总制动力(F)可以在所述再生制动器(181、281、381、383)与所述摩擦制动器(182、282、382、384、386)之间分配。

说明书

技术领域

本发明涉及用于对具有再生制动器和摩擦制动器的轨道车辆(尤其是这种牵引车辆)的速度提供控制辅助的方法和用于辅助控制具有再生制动器和摩擦制动器的轨道车辆(尤其是这种牵引车辆)的速度的方法，以及相关的轨道车辆。

背景技术

当前，轨道车辆的驾驶员，特别是牵引车辆的驾驶员，通常难以通过将尽可能多的制动能量反馈到系统中的方式来制动车辆。然而，对于轨道式蓄电池供电的车辆而言，在制动时将尽可能少的动能转化为热量以达到最长可能行程尤为重要。

可以设置两个单独的制动杆用于制动机车，一个用于机械制动器，另一个用于电动制动器。此外，可以设置为，驾驶员通过压力计监控气动的机械制动器的压力。这些解决方案需要驾驶员的高度关注和经验。另外，运营商通常希望尽可能地简化轨道车辆操作，以便能够增加安全性和/或部署成本较低的人员。因此，经常需要仅具有一个组合驱动/制动杆的车辆控制。

例如，EP 1 400 426 B1描述了一种改进的驱动开关，其可以将用于驱动轨道车辆的所有基本功能集成到单个装置中。特别地，可以在两个方向上操作驱动开关，以启动两个相互独立的功能，诸如驱动功能和制动功能。为此，驱动开关可以与轨道车辆的制动系统和驱动系统连接。驾驶员可以单独选择轨道车辆的气动制动系统或电动制动系统，或者驾驶员可以将轨道车辆设置为自动制动系统，以根据预定的程序选择和/或组合这些系统。

此外，EP 3 219 560 B1描述了一种在列车运行期间向列车驾驶员提供制动器选择推荐的程序，其中，列车具有至少一个电动制动器和至少一个摩擦制动器，并且其中，所述方法具有以下步骤：在至少一个电动制动器与至少一个摩擦制动器之间限定制动器优先比；确定列车的行驶路段的能量优化的速度曲线，其中，能量优化的速度曲线具有多个制动区段，并且将多个制动区段中的每一个分配给相应的制动器选择推荐，其中，确定能量优化的速度曲线以及多个制动区段中的每一个对相应的制动选择建议的分配受到最大行驶时间的限制，并且制动优先权比受到行驶区段的至少一个电动制动器的限制；以及向列车驾驶员提供多个制动区段的相应制动器选择推荐。在这种情况下，制动器优先比可以是表示至少一个电动制动器和至少一个摩擦制动器的制动施加时间之间的比率或至少一个电动制动器和至少一个摩擦制动器的制动能量之间的比率的优先值，和/或基于至少一个电动制动器和至少一个摩擦制动器的制动器维护间隔。

现有技术的缺点

用于具有再生制动器和摩擦制动器的轨道车辆的手动制动的先前已知解决方案比较复杂和/或不足以适应节能制动。

问题

本发明潜在的问题是，使车辆操作对于具有再生制动器和摩擦制动器的轨道车辆的轨道车辆驾驶员尽可能简单和/或直观，从而在此过程中实现最节能的行驶模式。

根据本发明的解决方案

通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求3所述的方法以及根据权利要求7所述的轨道车辆来解决上述问题。

根据一个实施例，提供了一种用于提供轨道车辆的速度的控制辅助的方法，所述轨道车辆包括：至少一个再生制动器、至少一个摩擦制动器和控制元件，借助于可以调整总制动力，所述总制动力可以在至少一个再生制动器与至少一个摩擦制动器之间分配，所述方法包括：确定轨道车辆的当前行进速度；根据总制动力的至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)对轨道车辆的速度和控制元件的位置的预定义依赖性，确定控制元件的预期位置，在所述预期位置处，至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)达到当前行驶的最大值；以及使用控制元件的预期位置以将与控制元件的位置相关的推荐输出给轨道车辆的驾驶员和/或控制控制元件的行为。

这使得轨道车辆的驾驶员(也简称为轨道车辆驾驶员或驾驶员)能够以简单和/或直观的方式仅通过一个控制元件来进行轨道车辆的手动制动，并且因此无需进行长时间的制动训练，即可通过一个或多个再生制动器施加最大(可能)的制动力。

因此，可以在手动制动期间以简单的方式回收特别高比例的轨道车辆动能，或者可以根据车辆的设计和/或运行状态将特别高比例的轨道车辆动能回馈到车辆电池和/或外部电源系统中。

不管驾驶员是自己主动启动制动过程还是在行驶过程中由指定目标速度和/或目标牵引力/制动力的行驶辅助系统引导，这都适用。

在下文中，摩擦制动器的制动力部分也分别称为摩擦制动力部分和摩擦制动力分量，并且再生制动器的制动力部分也分别称为再生制动力部分和再生制动力分量。

所述方法可以包括确定控制元件的当前位置的步骤。

此外，可以使用控制元件的当前位置和/或当前位置与控制元件的期望位置的偏差以输出推荐，用于确定要输出的推荐和/或控制控制元件的行为的建议。

这使得驾驶员能够特别直观地操作控制元件。

例如可以设置为，推荐的输出强度和/或控制元件的行为与当前位置与期望位置的偏差成比例地变化。

然而，这也可能取决于输出或行为的类型。

例如，可以将输出强度调整为中等灵敏度或甚至特定于驾驶员的灵敏度。

根据一个实施例，一种用于辅助控制轨道车辆的速度的方法，所述轨道车辆包括至少一个再生制动器、至少一个摩擦制动器以及控制元件，借助于所述控制元件可以调整至少一个再生制动器和至少一个摩擦制动器的总制动力，所述方法包括；确定控制元件的当前位置；确定轨道车辆的当前行进速度；使用控制元件的当前位置和当前行进速度以确定轨道车辆的当前总制动力的至少一个再生制动器的(或至少一个再生制动器和至少一个摩擦制动器的)当前制动力部分(或分量)，其对应于控制元件的当前位置，并且根据至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)和至少一个摩擦制动器的制动力部分(或分量)对轨道车辆的速度和控制元件的位置的预定义依赖性，确定当前总制动力的至少一个摩擦制动器的当前制动力部分(或分量)；以及根据至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)对轨道车辆的速度和控制元件的位置的预定义依赖性，确定控制元件的预期位置，在所述预期位置处，至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)达到当前行驶速度的最大值；以及使用控制元件的预期位置以将与控制元件的位置相关的推荐输出给轨道车辆的驾驶员和/或控制控制元件的行为。

当使用期望位置时，还可以相应地考虑控制元件的当前位置和/或控制元件的当前位置与控制元件的期望位置的偏差。

推荐的输出可以在本文描述的方法中以声学、光学和/或触觉方式执行。

此外，可以设置为，相应的方法被多次执行。

例如，可以设置为周期性地重复相应的方法，每秒至少执行一次，通常每秒至少执行两次，甚至至少五次，和/或例如在轨道车辆正在行驶时，至少如果当前行进速度大于或等于通常车辆特定的预定义阈值25km/h或30km/h。

在这种上下文下，应注意的是，出于安全原因，在以低于预定义阈值的车辆速度制动时，例如在接近红色信号时，可能预期、期望或要求仅使用摩擦制动器。

此外，控制元件可以实施为驱动制动杆，例如实施为对应的操纵杆。

在这些实施例中，可以设置为执行用于提供控制辅助的方法，和/或用于辅助控制车辆速度的方法，或用于确定控制元件的期望位置的方法，和/或仅当控制元件的当前位置对应于制动和/或空档位置时才使用期望位置的方法。

如果控制元件的当前位置对应于驱动位置，则可以省略这些步骤。

根据一种实施例，一种轨道车辆包括：至少一个再生制动器、至少一个摩擦制动器、控制元件，通过所述控制元件的位置，所述至少一个再生制动器和所述至少一个摩擦制动器的总制动力是可调节的，以及连接到控制元件的辅助装置，所述辅助装置被配置为根据总制动力的至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)对轨道车辆的速度和控制元件的位置的预定义依赖性，确定控制元件的期望位置，在所述期望位置处，至少一个再生制动器的制动力部分(或分量)达到当前行进速度的最大值，其中，辅助装置被配置为将期望位置和/或与期望位置相关的信号传输给控制元件，和/或其中，辅助装置具有输出单元，用于输出期望位置和/或与期望位置相关的值。

其中，控制元件的位置可以与总制动力线性相关。这允许特别直观的可控性。

然而，总制动力也可以与控制元件的位置非线性相关。

此外，对于控制元件的给定位置，对于小于最大总制动力的总制动力值，总制动力可以取决于轨道车辆的当前速度(本文也称为当前车辆速度)。

控制元件可以具有驱动制动杆、驱动开关或操纵杆。

此外，控制元件可以被配置为电子线控控制。

此外，驱动制动杆、驱动开关或操纵杆的行为可以取决于期望位置和/或与期望位置相关的信号。

具体地，控制元件可以具有可控致动器，诸如电动或气动致动器，和/或可控振动发生器，其可以根据当前位置、期望位置和/或与期望位置相关的信号来产生控制元件的操纵杆或手柄的反作用力和/或振动。

具体地，可以设置为，控制元件的(与车辆速度相关的)期望位置在下文也称为(控制元件的)最佳的或理想的再生制动器位置，在所述位置处再生制动器的制动力部分处于其最大值(最大)，所述期望位置通过借助于可控致动器产生的控制元件的阻力(向驾驶员)表示。例如，这可以以‘踩下’具有自动变速器的汽车的加速踏板类似的方式实现。

这允许驾驶员在制动时(因此在车辆速度变化期间)简单地沿着最佳再生制动器位置引导控制元件。

其中，可以设置为，致动器根据当前的车辆速度来改变控制元件的布局和/或设计。这通常以一种方式实现，即可以在任何时候手动覆盖致动器的改变/偏转。

此外，还可以设置为，通过增加或减小在控制元件运动期间的阻力，使控制元件的当前位置与期望位置(最佳的再生制动器位置)的距离明显/有形(指示)。

此外，可以设置为驾驶员引入奖励系统，以便在可能的情况下激励驾驶员以最佳的再生制动器位置制动。

替代地或附加地，可以设置为，通过振动使期望位置和/或控制元件的当前位置与控制元件的(与车辆速度相关的)期望位置的距离(对于驾驶员而言)触觉上明显的/有形。

输出单元可以具有光源、屏幕、振动发生器和/或扬声器。

具体地，可以设置为经由输出单元指示控制元件的期望位置和/或控制元件的当前位置与控制元件的期望位置的距离。

例如，可以设置为以声学方式(例如，借助间距和/或体积)，或以光学方式(例如，借助于LED的彩色编码或所显示的几何形状、条形或条形图、点、圆和/或在屏幕上表示方向的几何元素，诸如箭头或三角形)指示期望位置和/或控制元件的当前位置与期望位置的距离。

此外，辅助装置可以集成到轨道车辆的控制和辅助单元中，所述控制和辅助单元被设计成以对应于控制元件的当前位置的当前总制动力的一部分来操作至少一个再生制动器，在轨道车辆的当前速度下，其对应于至少一个再生制动器的制动力部分的预定义依赖性，并且被设计成以当前总制动力的一部分来操作至少一个摩擦制动器，在轨道车辆的当前速度下其对应于至少一个摩擦制动器的制动力部分对轨道车辆的速度和控制元件的位置的预定义依赖性。

轨道车辆可以是电池辅助的轨道车辆，特别是电池供电的车辆(电池车辆)。

通常，轨道车辆具有牵引车辆，诸如电力车，或者被实现为牵引车辆，诸如多单元组。

此外，轨道车辆可具有电能存储装置(具体地牵引电池)、通常作为至少一个再生制动器或再生制动器中的至少一个连接到电能存储装置的电动制动器，和/或通常连接至能量存储装置的发电机可操作的牵引机，其可在发电机模式下用作至少一个再生制动器或再生制动器中的至少一个。

此外，轨道车辆，具体地轨道车辆的辅助装置和/或控制和辅助单元通常被配置为执行本文所述的方法。

根据又一实施例，计算机程序产品和/或计算机可读数据载体(诸如磁、电或光学可读数据载体)具有适于使轨道车辆控制、轨道车辆的辅助装置和/或控制和辅助单元的一个或多个处理器执行本文所述的方法的程序命令。

上述实施例可以根据需要彼此组合。

附图说明

附图说明了实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图的元素是相对于彼此示出的，并且不一定按比例绘制。

相同的附图标记以及仅在第一位数不同的附图标记相应地指代相似的部分。

图1A示出了再生制动器和摩擦制动器的作为轨道车辆的总制动力的百分比的制动力部分随轨道车辆的速度而变的相应依赖性。

图1B示出了根据示例性实施例的以百分比表示的控制元件的期望位置与轨道车辆的速度的函数。

图1C示出了根据总制动力对控制元件具有非比例依赖性的示例性实施例的以百分比表示的轨道车辆的总制动力与控制元件的不同位置的轨道车辆的速度的函数。

图2A示出了根据示例性实施例的轨道车辆的示意图。

图2B示出了根据示例性实施例的轨道车辆的示意图。

图2C示出了根据示例性实施例的轨道车辆的示意图。

图3A示出了根据示例性实施例的轨道车辆的显示器的示意图。

图3B示出了根据示例性实施例的用于提供轨道车辆的速度控制辅助的方法的框图。

图3C示出了根据示例性实施例的用于辅助控制轨道车辆的速度的方法的框图。

示例性实施例

图1A示出了轨道车辆的总制动力的示例性轨道车辆的再生制动器的制动力部分F

图1B以百分比形式示出了轨道车辆的控制元件的期望位置S

换句话说，图1B示出了控制元件的理想的再生制动器位置S

根据各种实施例，可以在制动过程中使用触觉、听觉和/或光学信号来向驾驶员指示理想的再生制动器位置S

光学或声学的实现方式比较容易实现。

触觉实现方式，诸如通过控制元件或其一部分(例如，驱动制动杆)或附加元件(诸如，驾驶员的腕带)的振动，可能会稍微复杂一些，但可以以非常直观的方式实现。另外，触觉实现方式的优点在于，由于必须同时观察控制元件/信号元件和轨道，因此驾驶员无法像光学实现那样容易分散注意力。

这也适用于实现方式，在所述触觉实现方式中，控制元件或驱动制动杆配备有致动器，所述致动器通过阻力指示与车辆速度相关的理想再生制动器位置，所述阻力类似于‘踩下’具有自动变速器的汽车的加速踏板。这允许驾驶员随着轨道车辆的速度变化以简单的方式达到理想的再生制动器位置。

其中，如果致动器可以改变控制元件或驱动制动杆的布局，则可能是有利的。然而，在这些实施例中，驾驶员通常应当可以在任何时候手动覆盖由致动器执行的偏转。

因为从能量的观点只期望用再生制动器进行制动，所以如果控制元件如此设计，使得在较低的位置范围内仅将再生制动器用于制动，并且理想的再生制动器位置与车辆速度无关，则也是有利的。然而，这可能意味着总制动力不再线性地取决于控制元件的位置。

这通过图1C中的示例说明，该图示出了以百分比示出的轨道车辆的总制动力F与以百分比表示的驱动制动杆的不同位置或偏转S的速度的函数。

图2A以示意图示出了轨道车辆100的控制的一部分。在示例性实施例中，控制器包括用于轨道车辆100的驾驶员的控制元件110，与控制元件110连接的辅助装置170以及与辅助装置170连接的用于输出期望位置S

如图2A所示，控制元件110可以具有操纵杆111，其通常被设计为制动杆，甚至更通常地被设计为控制元件110的驱动制动杆，并且可以具有信号传输或控制器单元115。其中，单元115通常至少用于确定杠杆111相对于单元115或相对于单元115的壳体的位置S。

单元115可将轨道车辆100的指定位置S或甚至根据此位置确定的总制动力F(S)传输到辅助装置170。这在图2A中由单元115与辅助装置170之间的虚线箭头表示。

基于在给定时间t传输的当前位置S

另外，辅助单元170可将理想(当前)再生制动器位置S

在此可以规定，在相关信号R(S

图2B以示意图示出了轨道车辆200的控制的一部分。在示例性实施例中，控制器包括：用于轨道车辆200的驾驶员的控制元件210，其可以等效于图2A中的控制元件110，与控制元件210连接的辅助装置270，以及与辅助装置270连接的用于输出期望位置和/或与期望位置相关的值E的输出单元250。

在图2B所示的示例性实施例中，辅助装置270具有计算模块(计算单元)271和连接到计算模块271的控制模块(控制单元)275。

对于控制元件的给定位置或对应的总制动力F'，计算模块271用于计算再生制动器的制动力部分F’

如图2B所示，控制模块275可使用计算模块271以针对总制动力F

另外，控制模块275通常例如基于被传输到计算模块271的总制动力F'和由计算模块271传输回的制动力部分F'

图2C以示意图示出了轨道车辆300的控制的一部分。在示例性实施例中，控制器还包括用于轨道车辆300的驾驶员的控制元件310、与控制元件310连接的辅助装置370以及输出单元350，所述辅助装置可以以与辅助装置270相似或甚至相同的方式设计，所述输出单元与辅助装置370连接以用于输出期望位置和/或与期望位置相关的值E。

在图2C所示的示例性实施例中，驱动制动杆311以操纵杆的方式设计，所述操纵杆的位置S可通过方向A、B上的移动而相对于控制器单元315改变。

在图2C的示例性实施例中，用时间t'指示方向B旨在表明时间t’时的位置S对应于轨道车辆300的驾驶操作(S>90°)，并且用时间t指示方向A旨在表明时间t时的位置S对应于轨道车辆300的制动操作(S<90°)，在此期间单元315将对应于当前位置的当前总制动力F

在行驶模式(牵引模式)下，可以规定驱动力F

替代地或附加地，轨道车辆300也可以具有一个或多个电动牵引机381、383，所述电动牵引机在发电机模式下可以用作再生制动器。

根据车辆类型，可以规定电动牵引机381和/或电动制动器383连接到电能存储装置389，特别是牵引电池，所述电能存储装置在图2C中由实心箭头表示。

如图2C进一步所示，根据车辆类型和/或车辆长度，轨道车辆300或制动和驱动系统380可具有多个摩擦制动器382、384、386，所述摩擦制动器部分地有助于当前摩擦制动器制动力部分F

如上面已解释，根据车辆类型和/或车辆长度，轨道车辆300或制动和驱动系统380也可具有多个再生制动器381、383，所述再生制动器成比例地有助于当前摩擦制动器制动力部分F

图3A示出了显示器450的示意图，所述显示器可用作上文参考图2A至图2C所解释的轨道车辆100至300中的显示器或光学输出。

在图3A的示例性实施例中，以条形图示出了轨道车辆的驱动力F

在此，可以规定除在杆高度中编码的当前(总)制动力F

此外，可以附加地规定通过附加的符号(例如图3A所示的三角形)向驾驶员指示要改变的驱动制动杆位置的方向，前体是当前制动力F

图3B示出了方法1000的框图，所述方法用于辅助用一个或多个再生制动器和一个或多个摩擦制动器控制轨道车辆的速度，如上问参考图2A至图3A所解释。

在框1200中，首先例如通过测量确定轨道车辆的当前行进速度v

在另一框1400中，通常通过计算确定用于针对确定的当前行进速度v

在另一框1500中，使用控制元件的期望位置以将与控制元件的位置有关的推荐输出给轨道车辆的驾驶员和/或控制控制元件的行为。

如图3B中左侧的虚线箭头所示，在框1100中可确定控制元件的当前位置S

如图3B中右侧的虚线箭头所示，通常在制动过程中将所述框重复多次。

图3C示出了方法2000的框图，所述方法用于辅助用一个或多个再生制动器和一个或多个摩擦制动器控制轨道车辆的速度，如上问参考图2A至图3A所解释。

在框2100、2200中，首先例如通过测量确定用于调整轨道车辆的总制动力的控制元件的当前位置S

在另一框2300中，当前位置S

如图3C所示，在框2300中确定的当前制动力部分F

在可与框2200同时或几乎同时执行的另一框2400中，通常通过计算确定用于针对确定的当前行进速度v

最后，在另一框2500中，可使用控制元件的期望位置以将与控制元件的位置有关的推荐输出给轨道车辆的驾驶员和/或控制控制元件的行为。

如图3C中左侧的虚线箭头所示，在框2500中确定或输出推荐时可考虑控制元件的当前位置S

如图3C中右侧的虚线箭头所示，此处所示的框在制动过程中也可重复多次。

尽管本文已呈现并描述特定的实施例，但在不脱离本发明的保护范围的情况下，以适当的方式修改所示出的实施例属于本发明的范围。以下权利要求代表总体上定义本发明的第一次非约束性尝试。

附图标记列表

110、210、310 用于总制动力调整/选择的控制元件/命令发生器

111、211、311 (行驶制动器)控制元件的操纵杆

115、215、315 信号传输控制单元

150、250、350、450 指示器/显示器

170、270、370 辅助装置/模块

271、371 计算模块/单元，用于计算再生制动器的制动力部分/分量(F

275、375 控制模块/单元

180、280、380 制动系统/制动和驱动系统

181、281、381、383 再生制动器

182、282、382、384、386 摩擦制动器

360 控制和辅助单元/装置

383 发电机可操作的牵引机

389 电能存储装置/牵引电池

390 (非电动)牵引机

100–300 轨道车辆

1000–2500 方法、方法步骤

A、B 方向

F 总制动力

F

S 控制元件的位置

S