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05
'09
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Faiveley
Zwei-Stufen-Bremsung für Hochgeschwindigkeitszüge – Kontrolle ohne Software
Wie erreicht man während einer Notbremsung bei sehr hohen Geschwindigkeiten die beste Adhäsion zwischen Schiene und Rad und das unter Vermeidung eines potentiell gefährlichen Verhaltens von Software. FAIVELEY TRANSPORT liefert für diese Aufgabenstellung eine schlaue softwarefreie Zwei-Stufen-Bremslösung für Hochgeschwindigkeitszüge.
Bei der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit nimmt der Adhäsionskoeffizient zwischen der Schiene und dem Rad ab, wodurch das Risiko des Gleitens bei einer Notbremsung entsteht – es sei denn, die Bremswirkung wird kontrolliert (Diagramm „adhesion coefficient diagram“). Mit anderen Worten ist es notwendig sicherzustellen, dass die von der Bremse geforderte Adhäsion geringer ist als die Adhäsionsgrenze der aktuellen Geschwindigkeit. Daher muss der Bremsdruck, der auf den Bremszylinder wirkt und die Bremskraft auf die Bremsscheiben überträgt, entsprechend der Abnahme der Adhäsion berechnet werden.
Die Definition des Adhäsionskoeffizienten im Verhältnis zur Geschwindigkeit ist ein Thema der Standardisierung für die Interoperabilität der Züge zwischen verschiedenen Ländern. Der Grenzwert für Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h beträgt 15 % und nimmt linear auf 10 % bei 350 km/h ab. Dies bedeutet, dass bei einem Zug mit 300 km/h der Bremszylinderdruck keine Bremskraft erzeugen sollte, die eine Adhäsion von mehr als 11.6 % erfordert. Folglich muss die Bremsanlage für alle Züge mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 km/h in der Lage sein, eine Verzögerung zu liefern, die an die sich ändernde Adhäsionsgrenze angepasst ist. Bei normalen Bremsungen wird dies mit Hilfe der Brake Control Software erreicht, die über einen variablen Algorithmus für den Bremszylinderdruck verfügt, um die Adhäsionsforderung mit der Geschwindigkeit abzugleichen. Für die Sicherheits-Notbremse wird die Funktion pneumatisch zur Verfügung gestellt. Die bevorzugte Methode ist ein Zwei-Stufen-System mit je einem Bremszylinderdruck für niedrige und für hohe Geschwindigkeiten. Die zwei Druckpegel sind von der Belastung und einer Bremsanforderung unabhängig und werden als ausfallsichere, softwareunabhängige Notbremse verwendet, die automatisch und sicher aktiviert wird.
Für diese Funktion hat FAIVELEY TRANSPORT einen pneumatischen Kontrollschaltkreis mit Hilfe eines Magnetventils entwickelt, der zwei Drucksignale generiert. Obwohl diese Funktion in den Brake Control Units implementiert ist, ist die Lösung völlig frei von Software. Die Umlaufgeschwindigkeit der Achsen wird mittels Geschwindigkeitssensoren auf den Lagern ermittelt. Die Geschwindigkeitssignale werden von einer elektronischen Schaltung mit einem Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen und das Magnetventil entsprechend der Geschwindigkeit des Zugs angesteuert. Das Magnetventil kontrolliert schließlich das pneumatische Relaisventil, das die zweistufige Bremsung erzeugt (Diagramm „dual stage brake control“ ). Das Hardware-kontrollierte Geschwindigkeitssignal wird passiv vom einem Mikroprozessorsystem überwacht, um die Funktion jedes Mal zu überprüfen, wenn das Fahrzeug die Geschwindigkeitsschwelle überschreitet.
Der Überwachungsschaltkreis kann auch einen der beiden Pegel als Voreinstellung annehmen, falls die lokale Stromversorgung gestört ist. Die Voreinstellung für den hohen oder niedrigen Druck wird in Abhängigkeit der Zugbetriebsart gewählt. Die Auswahl wird gemeinsam mit dem Fahrzeughersteller, dem Zugbetreiber und dem Bremsanlagenhersteller aufgrund von verschiedenen Erfordernissen, wie der Wärmekapazität von Bremsscheiben und -klötzen, örtlichen Bahnbestimmungen und dem geforderten Bremsweg, getroffen. Diese Lösung macht die Kontrolleinheit völlig von Software unabhängig und die Funktion hochverfügbar.
Obwohl eine Lösung mit implementierter Software mehr Systemflexibilität bietet, würde die Zuverlässigkeit einen solchen Ansatz sehr abhängig von der Stufe der Integrität (SIL) machen und zu teuren und längeren Designprozeduren mit größeren Auswirkungen bei Softwareänderungen führen.
Außerdem ist die reine Hardwareüberwachung der Geschwindigkeitsschwelle in der Lage eine Genauigkeit von ±1 km/h zu liefern, vor allem wenn sie die Auswahl der Durchmesser des neuen oder abgenutzten Rads ermöglicht.
Die von FAIVELEY TRANSPORT implementierte Lösung ist äußerst flexibel, weil die Kontrolleinheit auch für andere Funktionen verwendet werden kann, die sicherheitsrelevante Digitalsignale in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitsschwelle benötigen. Die Funktion kann auch bei einem voll diagnostischen Informationssystem verwendet werden.
Die Faiveley Bremsanlagen haben die sichere Funktion dieser Lösung in verschiedenen Ländern, in verschiedenen Hochgeschwindigkeitszügen und bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen und Bestimmungen bewiesen, zum Beispiel bei
• der EBA-Zulassung des Pendolino CDT680 (Tschechischer Republik, Alstom),
• Network Rail in Großbritannien für den neuen Hochgeschwindigkeitszug Channel Tunnel Rail Link (CTRL - Hitachi);
• den niederländischen und belgischen Bahnbehörden für den Hochgeschwindigkeitszug V250 AnsaldoBreda.
Außerdem hat die diskrete Lösung, mit einer breit erprobten und robuste Generationen von Pneumatikkomponenten, ihre Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit in den meisten kritischen Situationen demonstriert, denen Hochgeschwindigkeitszüge während der letzten drei Dekaden ausgesetzt waren.
Die Definition des Adhäsionskoeffizienten im Verhältnis zur Geschwindigkeit ist ein Thema der Standardisierung für die Interoperabilität der Züge zwischen verschiedenen Ländern. Der Grenzwert für Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h beträgt 15 % und nimmt linear auf 10 % bei 350 km/h ab. Dies bedeutet, dass bei einem Zug mit 300 km/h der Bremszylinderdruck keine Bremskraft erzeugen sollte, die eine Adhäsion von mehr als 11.6 % erfordert. Folglich muss die Bremsanlage für alle Züge mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 km/h in der Lage sein, eine Verzögerung zu liefern, die an die sich ändernde Adhäsionsgrenze angepasst ist. Bei normalen Bremsungen wird dies mit Hilfe der Brake Control Software erreicht, die über einen variablen Algorithmus für den Bremszylinderdruck verfügt, um die Adhäsionsforderung mit der Geschwindigkeit abzugleichen. Für die Sicherheits-Notbremse wird die Funktion pneumatisch zur Verfügung gestellt. Die bevorzugte Methode ist ein Zwei-Stufen-System mit je einem Bremszylinderdruck für niedrige und für hohe Geschwindigkeiten. Die zwei Druckpegel sind von der Belastung und einer Bremsanforderung unabhängig und werden als ausfallsichere, softwareunabhängige Notbremse verwendet, die automatisch und sicher aktiviert wird.
Für diese Funktion hat FAIVELEY TRANSPORT einen pneumatischen Kontrollschaltkreis mit Hilfe eines Magnetventils entwickelt, der zwei Drucksignale generiert. Obwohl diese Funktion in den Brake Control Units implementiert ist, ist die Lösung völlig frei von Software. Die Umlaufgeschwindigkeit der Achsen wird mittels Geschwindigkeitssensoren auf den Lagern ermittelt. Die Geschwindigkeitssignale werden von einer elektronischen Schaltung mit einem Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen und das Magnetventil entsprechend der Geschwindigkeit des Zugs angesteuert. Das Magnetventil kontrolliert schließlich das pneumatische Relaisventil, das die zweistufige Bremsung erzeugt (Diagramm „dual stage brake control“ ). Das Hardware-kontrollierte Geschwindigkeitssignal wird passiv vom einem Mikroprozessorsystem überwacht, um die Funktion jedes Mal zu überprüfen, wenn das Fahrzeug die Geschwindigkeitsschwelle überschreitet.
Der Überwachungsschaltkreis kann auch einen der beiden Pegel als Voreinstellung annehmen, falls die lokale Stromversorgung gestört ist. Die Voreinstellung für den hohen oder niedrigen Druck wird in Abhängigkeit der Zugbetriebsart gewählt. Die Auswahl wird gemeinsam mit dem Fahrzeughersteller, dem Zugbetreiber und dem Bremsanlagenhersteller aufgrund von verschiedenen Erfordernissen, wie der Wärmekapazität von Bremsscheiben und -klötzen, örtlichen Bahnbestimmungen und dem geforderten Bremsweg, getroffen. Diese Lösung macht die Kontrolleinheit völlig von Software unabhängig und die Funktion hochverfügbar.
Obwohl eine Lösung mit implementierter Software mehr Systemflexibilität bietet, würde die Zuverlässigkeit einen solchen Ansatz sehr abhängig von der Stufe der Integrität (SIL) machen und zu teuren und längeren Designprozeduren mit größeren Auswirkungen bei Softwareänderungen führen.
Außerdem ist die reine Hardwareüberwachung der Geschwindigkeitsschwelle in der Lage eine Genauigkeit von ±1 km/h zu liefern, vor allem wenn sie die Auswahl der Durchmesser des neuen oder abgenutzten Rads ermöglicht.
Die von FAIVELEY TRANSPORT implementierte Lösung ist äußerst flexibel, weil die Kontrolleinheit auch für andere Funktionen verwendet werden kann, die sicherheitsrelevante Digitalsignale in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitsschwelle benötigen. Die Funktion kann auch bei einem voll diagnostischen Informationssystem verwendet werden.
Die Faiveley Bremsanlagen haben die sichere Funktion dieser Lösung in verschiedenen Ländern, in verschiedenen Hochgeschwindigkeitszügen und bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen und Bestimmungen bewiesen, zum Beispiel bei
• der EBA-Zulassung des Pendolino CDT680 (Tschechischer Republik, Alstom),
• Network Rail in Großbritannien für den neuen Hochgeschwindigkeitszug Channel Tunnel Rail Link (CTRL - Hitachi);
• den niederländischen und belgischen Bahnbehörden für den Hochgeschwindigkeitszug V250 AnsaldoBreda.
Außerdem hat die diskrete Lösung, mit einer breit erprobten und robuste Generationen von Pneumatikkomponenten, ihre Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit in den meisten kritischen Situationen demonstriert, denen Hochgeschwindigkeitszüge während der letzten drei Dekaden ausgesetzt waren.
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