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1. WO2020104148 - VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINES BREMSWEGS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren zur Bestimmung eines Bremswegs

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines

Bremswegs eines Fahrzeugs bei einer Reibungsbremse.

Ein Bremsweg ist ein wichtiger Indikator der Bremsleistung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs. In der Norm UIC 544-1 zur Bewertung der Bremsleistung zum Zwecke der Zugzulassung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsweges nach dem

Zeitschrittverfahren vorgesehen. Diese Ad der konventionellen Bremswegbestimmung geht jedoch davon aus, dass der Reibungskoeffizient (COF) zwischen einem

Bremsbelag und einer Bremsscheibe während der gesamten Bestimmung konstant ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, um die Genauigkeit der Bestimmung/Schätzung eines Bremsweges eines Fahrzeugs zu erhöhen, und damit verbunden die Genauigkeit der Bewertung der Bremsleistung eines Fahrzeugs.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zur Bestimmung eines Bremswegs nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Entwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Annahme, dass der Reibungskoeffizient (COF) zwischen einem Bremsbelag und einer Bremsscheibe während der gesamten Bestimmung konstant ist, entspricht jedoch nicht der Realität. Daher wird das Ergebnis der berechneten/geschätzten Bremswege oftmals stark von der Realität abweichen. In Wirklichkeit ist der Reibungskoeffizient (COF) stark temperaturabhängig. Während der Fahrt eines Zugs variiert die Temperatur der Reibschicht (der Scheibenoberfläche oder der Radlauffläche) in Abhängigkeit von verschiedenen Bremssituationen, z. B. der Größe der Ausgangsgeschwindigkeit, der Größe der auf die Bremsscheibe einwirkenden Bremskraft, oder von der thermischen Eigenschaft der Bremsscheiben. Außerdem steigt die Temperatur der Reibschicht wenn der Zug mit mehr Last beaufschlagt ist.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt bei der Bestimmung eines Bremsweges die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, die rechnerische

Spannkraft zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe und insbesondere eine Oberflächentemperaturabhängigkeit des Reibungskoeffizienten. Außerdem

berücksichtigt das Verfahren die Erwärmung der Scheiben und Beläge und die

Änderung des Reibungskoeffizienten gleichzeitig, da der Reibungskoeffizient den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Bremsen bewirkt, die Temperatur der Reibschicht von der Fahrzeuggeschwindigkeit bewertbar ist, und der

Reibungskoeffizient wiederum von der Temperatur der Reibschicht abhängig ist. D.h. dass während des Abbremsvorgangs sowohl die Erwärmung als auch die

Reibungsprozesse gleichzeitig berücksichtigt werden, da beide voneinander abhängen bzw. sich gegenseitig beeinflussen.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand der Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm, das die wichtigsten Schritte des Verfahrens zur

Bestimmung eines Bremsweges gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte der Fig. 1 in einer anderen Darstellung zeigt.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen die wichtigsten Schritte eines Verfahrens nach der

vorliegenden Erfindung, um einen Bremsweg eines Fahrzeugs zu bestimmen.

Zunächst werden eine Spannkraft Fb zwischen einer Scheibe und einem Bremsbelag, eine Fahrzeuggeschwindigkeit (Ausgangsgeschwindigkeit) V und eine

Umgebungstemperatur Tambient zu dem Zeitpunkt to, wenn ein Bremsvorgang beginnt, in einen COF-Schätzer eines Bremsweg-Schätzers eingegeben (S1 ). Die

Fahrzeuggeschwindigkeit V bei S1 ist dann die Ausgangsgeschwindigkeit V(to).

Anschließend wird eine Temperatur der Reibschicht Tdisc(to) mittels einer Thermofunktion berechnet (S2), wobei die Thermofunktion mindestens Fb, V(to) und Tambient als Parameter für die Bestimmung berücksichtigt.

Danach wird ein Reibungskoeffizient COFactual(to) zu dem Zeitpunkt to mittels einer COF-Funktion berechnet (S3), wobei die Thermofunktion mindestens Fb, V(to) und Tdisc(to) als Parameter für die Bestimmung berücksichtigt. Die Reibungskoeffizient COF -Berechnung erfolgt über eine empirische Formel, beispielsweise in der Form

COF_i=a+b*Fb_(i-1 ) + c*FbA2_(i-1 )+ d*v_(i-1 )+e*vA2_(i-1 )+f*T_(i-1 )+j*TA2_(i-1 ), wobei a, b, c, d, e, f, j geeignet gewählte Parameter sind.

Anschließend wird ein Teilbremsweg S'i für ein vorgegebenes Zeitintervall At von to bis ti mittels einer Fahrzeug-Dynamikfunktion berechnet (S4), wobei ti der nächste

Zeitpunkt, der für die Berechnung angenommen wird, bedeutet, und At = ti - to gilt. Das Zeitintervall At kann als eine Variable in der Fahrzeug-Dynamikfunktion eingestellt werden. Die Fahrzeug-Dynamikfunktion berücksichtigt dabei mindestens Fb, V(to), COFactual(to) als Parameter für die Berechnung. In S4 wird parallel noch eine V(ti), eine Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt ti, berechnet (wobei Rm=mittlerer Reibradius Belag/Scheibe, R=Radradius, m = statische Masse (= Gewicht) und C ein Umrechnungsfaktor statische Masse => dynamische Masse. Beispiel: C=1 ,1 bedeutet 10% rotatorische Masse die zusätzlich zur statischen Masse abgebremst werden muss).

In dem Schritt S5 werden die Schritte S2 bis S4 solange wiederholt, bis die

Fahrzeuggeschwindigkeit V der Endgeschwindigkeit (z.B. null) entspricht, d.h. der Bremsvorgang ist zu Ende.

Im Folgenden wird eine Wiederholung im Sinne von S5 beschrieben, um das Prinzip der Berechnung des S5 zu erklären. Als nächstes nimmt die Thermofunktion das Ergebnis des Reibungskoeffizienten COFactual(to) von dem letzten S3 und das

Ergebnis der Fahrzeuggeschwindigkeit V(ti) von dem letzten S4 und berechnet die Temperatur der Reibschicht neu, wobei sich eine Tdisc(ti) ergibt (S2). Danach nimmt die COF-Funktion die aktualisierte Temperatur der Reibschicht Tdisc(ti) und die

Fahrzeuggeschwindigkeit V(ti) und berechnet den Reibungskoeffizient neu, wobei sich ein COFactual(ti) ergibt (S3). Fb wird dabei von außen vorgegeben (z.B. durch

Bremskraft-Verteilungsalgorithmen. In einfachen Fällen ist Fb=constant also ein

Spezialfall. Während eines Integrationsschrittes bleibt Fb konstant. Tambient wird für Fb nicht verwendet, nur zur Tdisc Berechnung (in jedem Schritt).

Anschließend nimmt die Fahrzeug-Dynamikfunktion den neuen Reibungskoeffizient COFactual(ti) und berechnet einen Teilbremsweg S'2für ein Zeitintervall At von ti bis t2, wobei At = t2— ti gilt. Und parallel dazu berechnet die Fahrzeug-Dynamikfunktion noch eine V(t2), eine Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt t2. Danach werden in S5 die Berechnungen von S2-S4 für die Zeitpunkte t3, U, ts, ... solange wiederholt, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit null wird (V = 0).

Am Ende werden alle Teilbremswege S'i, S'2, ... zusammenaddiert bzw. integriert und dadurch wird ein gesamter Bremsweg Stotal berechnet (S6).

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung berücksichtigt den dynamischen

Reibungskoeffizient COF zwischen den Scheiben und Belägen und die dynamische Temperatur der Reibschicht Tdisc, wobei der COF und die Tdisc für alle einzelnen Berechnungsschritte berechnet und aktualisiert werden. Daraus kann ein an die Realität angenähertes Ergebnis des Bremswegs berechnet/geschätzt werden. Je kleiner das Zeitintervall At eingestellt wird, desto genauer wird das Ergebnis des gesamten

Bremswegs Stotal.