Hamulce przyszłości: elektromechaniczny hamulec przewodowy Knoor Bremse

Hamulce przyszłości: elektromechaniczny hamulec przewodowy Knoor Bremse

24 czerwca 2024 | Źródło: https://iho.hu / Kurier Kolejowy
PODZIEL SIĘ

Chociaż elektromechaniczne hamulce nie są jeszcze rozpowszechnione w głównych operacjach kolejowych, mogą zrewolucjonizować sposób hamowania pojazdów szynowych. Innowacyjne rozwiązanie ustanowi nowe standardy w zakresie efektywności, niezawodności i wydajności, z pomocą węgierskich ekspertów: inżynierowie w siedzibie Knorr-Bremse w Budapeszcie opracowują funkcje sterowania i algorytmy diagnostyczne.

 

Hamulce przyszłości: elektromechaniczny hamulec przewodowy Knoor Bremse
Fot. Knoor Bremse

 

W przeciwieństwie do dzisiaj stosowanych pneumatycznych lub hydraulicznych układów hamulcowych, hamulce elektromechaniczne (EM) wykorzystują zaawansowaną technologię brake-by-wire do generowania i przesyłania poleceń i informacji hamowania, a także energii hamowania. Oprócz podstawowych systemów, te funkcje i rozwiązania techniczne są zintegrowane bezpośrednio z zaciskiem hamulcowym. Skrócenie drogi hamowania, a tym samym lepsze wykorzystanie toru, jest zapewnione dzięki lepszej dynamice hamowania poprzez działanie elementów ciernych o krótszych czasach martwych. Hamulec EM jest również jednym z najważniejszych urządzeń "pociągu bezpowietrznego", w którym nie są potrzebne ani sprężarki, ani zbiorniki powietrza i skomplikowane orurowanie. Przyczynili się do tego węgierscy inżynierowie pracujący w siedzibie Knorr-Bremse w Budapeszcie, opracowując funkcje sterowania i algorytmy diagnostyczne. Ponadto testy walidacyjne całego układu hamulcowego są przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych w Centrum Testów Kolejowych, również zlokalizowanym w Soroksár. Przeprowadzone testy operacyjne dostarczają znacznej ilości danych operacyjnych i wydajnościowych.

Energia elektryczna jako jedyne źródło zasilania układu hamulcowego: transmisja energii i sygnału

W konwencjonalnych pneumatycznych lub hydraulicznych układach hamulcowych powietrze lub płyn hydrauliczny są wykorzystywane jako medium do przekazywania poleceń i informacji dotyczących hamowania oraz do generowania siły hamowania. W tym celu w pojeździe instalowany jest złożony system sprężarek, zbiorników i przewodów. Z drugiej strony, hamulce elektromechaniczne również wykorzystują wyłącznie technologię elektryczną do przesyłania sygnałów i energii. Rozwiązanie to spełnia ważne wymagania klientów: zmniejsza masę pojazdu i zużycie energii, a także poprawia wydajność, dostępność i skuteczność hamowania. Ponadto można skrócić czas jazdy pociągu, co oznacza również bardziej efektywne wykorzystanie infrastruktury kolejowej.

Jednak powszechność i złożoność systemów pneumatycznych i elektropneumatycznych stanowi wyzwanie dla ich rozwoju i wprowadzenia na rynek. Obecnie oczekuje się niższych kosztów wejścia na rynek i kosztów cyklu życia, które można osiągnąć poprzez opracowanie systemów wymagających niewielkiej konserwacji, osadzonych w zaawansowanej architekturze cyberbezpieczeństwa z zaawansowanymi możliwościami diagnostycznymi. "Pociąg bezpowietrzny" może spełnić wszystkie te potrzeby, ponieważ hamulce EM wykorzystują energię elektryczną zarówno jako wektor energii, jak i nośnik sygnału.

 

Schemat układu hamulcowego EM opracowywanego obecnie w Knorr-Bremse.

 

 Jak działa hamulec elektromechaniczny

Knorr-Bremse opracował architekturę, która składa się z elektronicznej jednostki sterującej hamulcami, elektromechanicznych zacisków hamulcowych i zintegrowanego systemu zarządzania energią elektryczną. Sterowanie i informacje zwrotne są dostarczane za pośrednictwem magistrali CAN pojazdu i systemu okablowania (np. przewodów hamulca awaryjnego i postojowego). Sterowanie jest realizowane bezpośrednio na poziomie siłownika i może zapewnić natychmiastową siłę hamowania dla rowerów.

Docelowa siła hamowania wymagana przez hamulec roboczy jest przekazywana do elektronicznej jednostki sterującej, która jest częścią systemu sterowania pojazdem. Uwzględniając siłę hamowania elektrodynamicznego, korektę obciążenia i ochronę przed poślizgiem kół, system oblicza docelową siłę hamowania, która jest następnie przesyłana za pośrednictwem magistrali CAN do elektromechanicznego zacisku hamulcowego, który następnie stosuje żądaną siłę hamowania i przesyła odpowiednie dane diagnostyczne z powrotem do pojazdu za pośrednictwem sterownika. Polecenie hamowania awaryjnego z kolei bezpośrednio steruje wszystkimi zaciskami hamulcowymi pociągu za pośrednictwem "pętli hamowania awaryjnego" dostępnej w pojeździe.

Elektromechaniczny układ sterowania hamulcami został zaprojektowany tak, aby zapewnić pełną kontrolę nad hamulcami przez cały czas, zarówno podczas normalnej pracy, jak i w przypadku awarii. Mimo że hamulec awaryjny nie ma dodatkowego wspomagania mechanicznego ani hydraulicznego, system spełnia najwyższe wymogi bezpieczeństwa.

 

Układ hamulcowy EM, pokazany tutaj jako elektromechaniczny zacisk hamulcowy,
wytwarza siłę hamowania wyłącznie elektrycznie.
Fot. Knoor Bremse

 

W przypadku hamulców postojowych układ hamulcowy EM przesyła żądanie hamowania lub zwolnienia do każdego zacisku hamulca w pociągu. Siła hamowania jest następnie regulowana niezależnie w każdym zespole hamulcowym. Po osiągnięciu żądanego poziomu siła hamowania jest mechanicznie blokowana na czas nieokreślony, dzięki czemu ochrona przed wykolejeniem jest zapewniona niezależnie od dostępności energii elektrycznej. Wymagana energia elektryczna jest zwykle dostarczana przez pociąg, a napięcie wejściowe do obsługi zacisku hamulca jest dostarczane przez system zarządzania energią. Zasilanie pociągu jest monitorowane przez wewnętrzną elektronikę elektromechanicznego układu hamulcowego, która może wykryć każdą awarię lub przerwę. W tym drugim przypadku system automatycznie przełącza się na własne wewnętrzne zasilanie, wysyłając jednocześnie odpowiedni raport diagnostyczny do pojazdu. Elektromechaniczny układ hamulcowy został zaprojektowany tak, aby spełniać najbardziej rygorystyczne wymogi bezpieczeństwa. Może on również obsługiwać funkcje inteligentnego pociągu poprzez ciągłe monitorowanie zużycia klocków i tarcz hamulcowych.