用于在轨道车辆用制动设备上确定制动力矩的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定制动力矩的方法、一种使用制动力矩的用于输出制动信号的相应方法以及一种用于确定制动力矩的装置和用于输出制动信号给轨道车辆用制动设备的装置。
【背景技术】
[0002]在轨道车辆的制动设备中，在车轮或车轮组与轨道之间或者在制动盘与配置给制动盘的制动衬片之间的摩擦条件根据天气情况、环境温度、磨损状态和负载曲线而波动，这种波动有时是显著的。如果现在应调节作用于轨道车辆车轮组的制动力矩，那么应以足够的精度测量通过制动设备的制动钳产生的制动力矩。然而，对制动盘产生的制动力矩依赖于不同的因素，例如在衬片与制动盘之间的压紧力、在制动衬片与制动盘之间的摩擦系数或代表摩擦力合力与车轮组轴线之间的间距的摩擦半径。
[0003]因为不仅制动衬片与制动盘之间的局部的单位面积压力而且制动衬片在制动盘上的摩擦系数均依赖于多个因素(在某些情况表现出很高的局部差异)，所以摩擦半径也不是固定不变的、然而对于调节要施加的制动力矩必需的参量。相反，在相继制动时摩擦半径发生波动，该波动是不可忽略的。作为原因例如考虑制动盘和制动衬片的不同的初始温度、不同的初始速度、制动衬片基于热变形的变化的表面承压曲线图和/或制动盘与制动衬片的磨损。
[0004]作用于制动盘的制动力矩一般等于制动衬片对制动盘的压紧力、制动衬片与制动盘之间的摩擦系数和当前(有可能快速可变的)摩擦半径的积。
[0005]如果仅仅测量等于作用于制动盘的摩擦力的切向力，并且假定摩擦半径为恒定的，那么只能相对不准确地检测制动力矩。
[0006]在文献W0 2009/118350 A2中描述了一个或多个传感器可如何安装在一个制动钳单元上，以便测量在衬片与制动盘之间的摩擦力。如果摩擦半径在摩擦力保持不变的情况下增大，那么制动力矩实际变大，而摩擦力测量不记录摩擦力的变化。如果仅仅应用一个传感器，那么甚至将会测定到摩擦力减小和因此制动力矩减小，这在调节回路中将导致沿错误方向的“修正”。基于在文献W0 2009/118350 A2中描述的措施不可能高精度地计算车辆上的减速力。
[0007]在文献W0 2010/069520中描述一种用于调节制动力或制动力矩的方法。
[0008]文献EP 0777598B1公开了一种用于车辆、特别是轨道车辆的盘式制动器的制动钳单元，其中，采用偏心轮传动装置。
【发明内容】
[0009]本发明的任务在于，提供一种用于改善制动力矩的检测并因此用于高精度地控制制动力的可能性。
[0010]该任务通过按照独立权利要求的用于在轨道车辆用制动设备上确定制动力矩的方法、用于在轨道车辆用制动设备上输出用于制动力的制动信号的方法、用于在轨道车辆用制动设备上确定制动力矩的装置以及用于在轨道车辆用制动设备上输出用于制动力的制动信号的装置实现。有利的进一步改进方案由相应从属权利要求和由说明书得到。
[0011]在此提出的方案实现一种用于在轨道车辆用制动设备上确定制动力矩的方法，其中，为了响应于制动信号产生制动力，配置给至少一个车轮或至少一个车轮组的制动设备包括至少一个制动盘、至少一个与制动盘配合作用的制动衬片以及与制动衬片连接的制动钳以及制动壳体和/或托架，制动钳通过制动壳体支承在至少一个第一支承位置和第二支承位置上，第二支承位置以预定的支承间距与第一支承位置间隔开，在制动设备上和/或在制动壳体上和/或在制动壳体与托架之间设置有用于提供第一测量信号的第一传感器和至少一个用于提供第二测量信号的第二传感器，第一测量信号和第二测量信号分别代表一个力、特别是支承力，或者代表由此导出的参量。该方法包括以下步骤:
[0012]读取第一测量信号和第二测量信号；以及
[0013]通过使用安装尺寸、支承间距以及第一测量信号和第二测量信号测定制动力矩，其中的安装尺寸相当于制动盘的旋转轴线与第一支承位置之间的间距。
[0014]轨道车辆为了减速或制动而具有至少一个制动器。一般，轨道车辆可以理解为有轨的车辆，如机车、牵引列车、牵引车厢、有轨电车、地铁车辆、火车车厢如客运列车或旅游列车和/或货运列车。制动器可以作用于车轮或车轮组的制动盘。在此，制动器可以与车轮、车轮组或多个车轮作用连接。为了简化描述起见并且为了改善可读性，在下文中仅仅根据一个车轮描述在此提出的方案，即使在此提出的方案可以在多个车轮或一个车轮组或多个车轮组上实施。制动器可以由多个构件或元件构成，特别是制动器可以包括制动盘、至少一个与制动盘作用的制动衬片、与制动衬片作用连接的制动钳以及力发生器。制动钳可以借助于两个支承位置与托架可摆动地连接，这两个支承位置相互间具有支承间距地设置。制动盘具有旋转轴线，该旋转轴线与这两个支承位置之中的(较近的)第一支承位置具有间距，该间距可以称为安装尺寸。在此，安装尺寸可以理解为关于安装的水平间距。托架可以与轨道车辆的底盘固定连接。制动器的操纵可以响应于制动信号进行。制动信号可以是制动请求信号或制动请求的信号。在操纵制动器时，制动器的摩擦元件例如制动衬片可以反作用于在车轮转动时沿轨道车辆的车轮或车轮组的车轮切线方向或车轮运动方向作用的车轮切向力。通过这种方式可以产生制动衬片对制动盘并因此对车轮的制动力矩。反作用于车轮切向力的力可以引起至少一个制动元件的变形。该变形可以在制动元件的部段中确定。在操纵制动器时，通过制动钳与力发生器作用连接的制动衬片可以压到制动盘上。在制动盘与制动衬片之间作用的摩擦力可以为此在平衡中引起在制动钳中的并且到制动钳的两个支承件上的力。由此使制动钳变形。在制动钳上设置有第一传感器和第二传感器。第一传感器可以提供第一测量信号，该第一测量信号代表第一力、在第一支承位置上的第一支承力或由此导出的参量。补充地，第二传感器可以提供第二测量信号，该第二测量信号代表第二力、在第二支承位置上的第二支承力或由此导出的参量。第一传感器和同时或备选地至少第二传感器可以是测量栓或备选地是测量元件。
[0015]在此提出的方案基于如下认识，S卩，通过确定的传感器的已知几何设置及其悬挂地点结合实际由传感器测量的参量可以非常精确地测定制动力矩。该制动力矩也可以非常精确地在行驶期间测定，即使例如由于制动力作用的变化，传感器相对于可动的部件、如车轮或制动盘的轴线的局部位置可能变化。例如通过使用在此提出的方案可以测定摩擦半径的变化。制动衬片在制动盘上的理论上的作用点可能受外部影响或环境影响的影响。摩擦半径也可以通过制动衬片在制动盘上的作用点与车轮的轴线之间的间距的变化或者合力的作用点可以基于杠杆作用在由制动器施加到车轮上的制动力矩的变化中得到反映。如果现在可以高度精确地确定制动力矩，那么也可以在轨道车辆行驶期间实现非常精确地再调节制动力矩或要施加到制动盘上的力。
[0016]在此提出的方案因此提供的优点在于，通过充分利用几何关系和少量可简单制造和安装的传感器，可以高度精确地测定当前作用于车轮的制动力矩并且可以将该制动力矩用于非常精确地调节对制动器的控制。由此可以有利地实现非常准确和定量地制动轨道车辆，如果不应用在此提出的方案，该非常准确和定量的制动将是不可实现的。
[0017]也有利的是，在本发明的一种实施形式中，第一测量信号代表配置给第一支承位置的第一支承力，而第二测量信号代表配置给第二支承位置的第二支承力。支承力可以理解为由制动钳施加到设置在相应支承位置上的支承件上的力。在制动钳与托架借以相连接的两个支承位置上，制动钳可以借助于各一个力测量栓与托架连接。在操纵制动器时，两个力测量栓可以各输出一个测量信号，该测量信号代表支承力。本发明的一个这样的实施形式提供的优点在于，通过准确得知两个支承力结合在两个支承位置之间的在先已知的间距，通过充分利用机械关系、特别是杠杆原理能推断出由制动设备施加到车轮上的制动力矩。
[0018]根据本发明的一个实施形式，第一测量信号和第二测量信号分别代表制动设备的变形。制动设备的变形可以理解为制动钳或另外的制动元件的变形。制动设备的变形可以理解为制动设备或其部件的由力引起的弯曲，该力由于制动盘的转动而对压到制动盘上的制动衬片产生。因此，在操纵制动器时，在制动盘与制动衬片之间作用的摩擦力可以使制动设备变形。其设置位置在制动设备中已知的相应传感器可以测量制动设备的变形状态并且同时或备选地测量在制动设备中在两个位置上的应力并且输出代表制动设备变形的信号。在一种实施形式中，至少一个测量元件可以设置在制动设备的制动钳上，以便提供第一和/或第二测量信号。在一种实施形式中，至少一个测量元件可以设置在壳体上或