BR102020022281B1

BR102020022281B1 - Sistema de controle ativo para movimento rotacional de trens de alta velocidade

Info

Publication number: BR102020022281B1
Application number: BR102020022281-3A
Authority: BR
Inventors: Zhang Chunwei; Wang HAO; Xu Yang
Original assignee: Qingdao university of technology
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-07-12
Also published as: JP6924318B2; CN110758436B; US10953898B1; KR102199650B1; ZA202006606B; RU2752435C1; CN110758436A; JP2021070474A; AU2020260377B2; PH12020050438A1; AU2020260377A1; CA3097816C; EP3816007B1; EP3816007A1; BR102020022281A2; CA3097816A1

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE ATIVO PARA COMPORTAMENTOS DE BALANÇODE TRENS DE ALTA VELOCIDADE. O presente pedido se refere ao controle de vibração e, mais particularmente, a um sistema de controle ativo para comportamentos de balanço de trens de alta velocidade. O controle de sistema ativo inclui um sensor, um controlador e um dispositivo de saída. O dispositivo de saída incluiu uma unidade de energia, uma unidade de saída e um revestimento de sondagem. O revestimento de sondagem inclui uma chapa inferior, uma chapa de lado anular e uma chapa de cobertura, e é dotado, além disso, de um orifício atravessante que penetra através da chapa inferior e da chapa de cobertura. A unidade de energia inclui o motor e o conjunto de engrenagens de aumento de velocidade. O conjunto de engrenagens de aumento de velocidade inclui uma engrenagem de aumento de velocidade principal e uma engrenagem de aumento de velocidade secundária acopladas umas nas outras. A engrenagem de aumento de velocidade principal é fornecida no motor. A unidade de saída inclui um anel de rotação inerte, um anel de transmissão de torque e um anel de conexão. O anel de conexão é fixado na chapa inferior. O anel de rotação inerte é fixado ao anel de conexão através do anel de transmissão de torque. Uma circunferência externa do anel de rotação inerte é dotada de dentes, e o anel de rotação inerte se acopla com a engrenagem de aumento de velocidade secundária através dos dentes. O sistema de controle ativo da invenção aplica torque de controle ativo à agitação, ao balanço e à nutação do corpo do trem para controlar o corpo do veículo.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] O presente pedido se refere ao controle de vibração e, mais particularmente, a um sistema de controle ativo para movimentorotacional de trens de alta velocidade.

ANTECEDENTES

[002] Trens de alta velocidade têm alta velocidade de deslocamento e comportamento dinâmico complexo. Durante o processo de operação, os trens podem sofrer efeitos dinâmicos causados por irregularidades na via, diferença na pressão atmosférica gerada quando os trens passam uns pelos outros e outros fatores externos como vento, chuva e neve. O comportamento dinâmico dos trens de alta velocidade geralmente envolve uma combinação complexa de translação (flutuação, guinada e estiramento), movimento oscilante (nutação, agitação e balanço) do corpo do veículo e a vibração aliada e movimento do mesmo ao invés de apenas o modo de movimento único. Portanto, é de grande significado teórico e prático desenvolver o sistema adequado para o controle do comportamento dinâmico complexo dos trens de alta velocidade.

[003] Atualmente, a vibração e outros comportamentos dinâmico desfavoráveis dos trens de alta velocidade são comumente controlados com o uso de um sistema de suspensão. Contudo, os sistemas de suspensão existentes podem operar somente nas direções verticais e laterais, e suas direções de saída também são limitadas às direções verticais e laterais, de forma que o sistema de suspensão não possa controlar totalmente o comportamento dinâmico dos trens de alta velocidade, falhando em suprimir suficientemente as respostas dinâmicas desfavoráveis.

[004] Durante o processo de operação atual, as respostas dinâmicas dos trens trarão movimentos rotacionais tais como agitação, balanço e nutação. Além disso, esses movimentos rotacionais não podem ser efetivamente controlados pela força linear fornecida pelos sistemas de suspensão existentes. Portanto, o efeito de controle do sistema de suspensão existente nos trens ainda é limitado, e as respostas dinâmicas desfavoráveis dos trens não podem ser totalmente suprimidas.

[005] Em vista do aumento da velocidade dos trens de alta velocidade e exigências para o conforto na condução, os problemas levantados pelos comportamentos dinâmicos dos trens, especialmente aqueles que envolvem movimento rotacional, gerados pelos efeitos complexos durante as operações de alta velocidade, vão se tornar mais proeminentes. Portanto, é de grande significado teórico e prático desenvolver um sistema de controle que pode controlar diretamente a saída de torque, para superar os defeitos na tecnologia de suspensão existente, aliviando o comportamento de movimento instável do corpo do veículo quando exposto a distúrbios dinâmicos e os danos ao corpo do veículo e melhorar a estabilidade dinâmica, conforto na condução e a vida útil do trem.

SUMÁRIO

[006] Em vista das deficiências do sistema de suspensão da técnica anterior, o objetivo da presente divulgação é fornecer um sistema de controle ativo para os movimentos rotacionais de trens de alta velocidade, o que pode controlar efetivamente os movimentos rotacionais do trem, tais como a agitação, o balanço e a nutação.

[007] A presente divulgação fornece um sistema de controle ativo para movimento rotacional de um trem de alta velocidade que compreende:

[008] um sensor disposto no trem;

[009] um controlador; e

[010] um dispositivo de saída;

[011] sendo que o dispositivo de saída é disposto em uma junção entre dois vagões adjacentes do trem; o dispositivo de saída compreende a unidade de energia; e a unidade de energia e a unidade de saída são fornecidas dentro do revestimento de sondagem;

[012] o revestimento de sondagem compreende a chapa inferior, uma chapa de lado anular e uma chapa de cobertura; o revestimento de sondagem é dotado, além disso, de um orifício atravessante através do qual a chapa inferior e a chapa de cobertura penetram; e a chapa inferior e a chapa de cobertura são dispostas de forma adjacente aos vagões, respectivamente;

[013] a unidade de energia compreende um motor e um conjunto de engrenagem de aumento de velocidade; o conjunto de engrenagem de aumento de velocidade compreende a engrenagem de aumento de velocidade principal e a engrenagem de aumento de velocidade secundária; o motor é fixado na chapa inferior; a principal engrenagem de aumento de velocidade é disposta no motor e a engrenagem de aumento de velocidade secundária é fixada na chapa inferior; a engrenagem de aumento de velocidade principal é acoplada a engrenagem de aumento de velocidade secundária; e o sensor e o motor são conectados eletricamente ao controlador, respectivamente;

[014] a unidade de saída compreende um anel de inércia rotacional, um anel de transmissão de torque e um anel de conexão, sendo que todos eles são anéis circulares ocos; o anel de inércia rotacional, o anel de transmissão de torque e o anel de conexão são coaxiais com o orifício atravessante, respectivamente; o anel de conexão é fixado na chapa inferior; o anel de transmissão de torque é conectado entre o anel de inércia rotacional e o anel de conexão; uma circunferência externa do anel de inércia rotacional é dotada de dentes; e o anel de inércia rotacional se acopla à engrenagem de aumento de velocidade secundária através dos dentes.

[015] Em algumas modalidades, a unidade de energia compreende quatro unidades de energia; e as quatro unidades de energia são dispostas de maneira uniforme em volta da unidade de saída.

[016] Em algumas modalidades, o anel de conexão é dotado de um encaixe anular; e o anel de transmissão de torque é inserido dentro do encaixe anular e conectado fixamente ao anel de conexão.

[017] Em algumas modalidades, o anel de inércia rotacional e o anel de transmissão de torque são integralmente formados.

[018] Em algumas modalidades, o diâmetro da engrenagem de aumento de velocidade secundária é menor do que o da engrenagem de aumento de velocidade principal.

[019] Em algumas modalidades, o anel de transmissão de torque é feito de borracha.

[020] Em algumas modalidades, o centro do dispositivo de saída é localizado no eixo geométrico central dos vagões.

[021] Em algumas modalidades, o sensor está disposto no topo do vagão; e o controlador é fixado no fundo do motor.

[022] Em comparação à técnica anterior, a presente invenção tem os seguintes efeitos benéficos.

[023] (1) O sistema de controle ativo aplica o torque de controle ativo aos movimentos de agitação, balanço e nutação do corpo do trem para controlar o trem, o que supera os defeitos nos sistemas de suspenção existentes quanto ao controle da vibração dos trens de alta velocidade.

[024] (2) O sistema de controle ativo reduz a instabilidade do comportamento dos movimentos do corpo do veículo causada pelos distúrbios dinâmicos, melhorando a estabilidade do corpo do veículo, o conforto na condução e a vida útil, e reduzindo a destruição e os danos ao corpo do veículo.

[025] (3) O controle ativo pelo sistema pode maximizar o desempenho do sistema de controle, garantindo a eficiência do controle.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] A Figura 1 é um diagrama esquematizado que mostra o mecanismo do sistema de controle ativo de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[027] A Figura 2 é um diagrama esquematizado de uma estrutura de um revestimento de sondagem.

[028] A Figura 3 descreve esquematicamente a estrutura interna do dispositivo de saída do sistema de controle ativo de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[029] A Figura 4 é um diagrama esquematizado que mostra a estrutura de unidade de energia de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[030] A Figura 5 é um diagrama esquematizado que mostra a estrutura de uma unidade de saída de acordo com a modalidade da presente divulgação.

[031] A Figura 6 é um diagrama esquematizado que ilustra a estrutura de um anel de conexão de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[032] A Figura 7 ilustra esquematicamente a montagem da unidade de energia e a unidade de saída de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[033] Nos desenhos: 1. dispositivo de saída; 2. chapa inferior; 3. chapa do lado anular; 4. chapa de cobertura; 5. orifício atravessante; 6. motor; 7. engrenagem de aumento de velocidade principal; 8. engrenagem de aumento de velocidade secundária; 9. anel de inércia rotacional; 10. anel de transmissão de torque; 11. anel de conexão; 12. encaixe anular; 13. conjunto de engrenagem de aumento de velocidade; 14. unidade de energia; 15. unidade de saída; e 16. revestimento de sondagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[034] A invenção será descrita abaixo com detalhes que se referem aos desenhos anexos.

[035] O presente documento fornece um sistema de controle ativo para controlar os movimentos rotacionais de um trem de alta velocidade, o que inclui um sensor, um controlador e um dispositivo de saída 1. Conforme mostrado na Figura 1, o dispositivo de saída 1 é disposto na junção entre os dois vagões adjacentes do trem, e um centro do dispositivo de saída 1 está localizado no eixo geométrico central dos vagões.

[036] O dispositivo de saída 1 inclui uma unidade de energia 14, uma unidade de saída 15 e um revestimento de sondagem 16.

[037] Conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, o revestimento de sondagem 16 inclui uma chapa inferior 2, uma chapa de lado anular 3 e uma chapa de cobertura 4. A chapa inferior 2 é fixamente conectada a um lado da chapa de lado anular 3, e a chapa de cobertura 4 é fixamente conectada ao outro lado da chapa de lado anular 3. A chapa inferior 2 e a chapa de cobertura 4 são fixamente conectadas aos dois vagões adjacentes, respectivamente. O revestimento de sondagem 16 é dotado, além disso, de um orifício atravessante 5 que penetra através da chapa inferior 2 e da chapa de cobertura 4. A unidade de energia 14 e a unidade de saída 15 são ambas dispostas dentro do revestimento de sondagem 16.

[038] Conforme mostrado na Figura 4, a unidade de energia 14 inclui um motor 6 e um conjunto de engrenagens de aumento de velocidade 13. O conjunto de engrenagens de aumento de velocidade 13 inclui uma engrenagem de aumento de velocidade principal 7 e uma engrenagem de aumento de velocidade secundária 8. O motor 6 é fixado na chapa inferior 2. A engrenagem de aumento de velocidade principal 7 é disposta no motor 6, e a engrenagem de aumento de velocidade secundária 8 é fixada na chapa inferior 2. A engrenagem de aumento de velocidade principal 7 e a engrenagem de aumento de velocidade secundária 8 se acoplam umas com as outras. O diâmetro da engrenagem de aumento de velocidade secundária 8 é menor do que o da engrenagem de aumento de velocidade principal 7.

[039] Conforme mostrado nas Figuras 5 a 7, a unidade de saída 15 inclui uma anel de inércia rotacional 9, um anel de transmissão de torque 10 e um anel de conexão 11, os quais são todos anéis circulares ocos. O anel de inércia rotacional 9 e o anel de transmissão de torque 10 são coaxiais com o anel de conexão 11. O anel de conexão 11 é fixado na chapa inferior 2. Especificamente, o anel de conexão 11 é cavilhado à chapa inferior 2. O anel de transmissão torque 10 é conectado entre o anel de inércia rotacional 9 e o anel de conexão 11, e o anel de conexão 11 é dotado de um encaixe anular 12. O anel de inércia rotacional 9 e o anel de transmissão de torque 10 são integralmente formados, e o anel de transmissão de torque 10 é inserido dentro do encaixe anular 12 e é conectado fixamente ao anel de conexão 11. O anel de transmissão de torque 10 é feito de borracha, de preferência, uma borracha de material de dureza relativamente grande, de modo que o anel de transmissão de torque 10 possa transmitir o torque e tenha um certo amortecimento. Uma circunferência externa do anel de inércia rotacional 9 é dotada de dentes, e o anel de inércia rotacional 9 se acopla à engrenagem de aumento de velocidade secundária 8 através dos dentes. Em uma modalidade, há quatro unidades de energia 14, as quais são dispostas uniformemente ao redor da unidade de saída 15.

[040] O anel de inércia rotacional 9, o anel de transmissão de torque 10 e o anel de conexão 11 são coaxiais com o orifício atravessante 5. A chapa inferior 2 e a chapa de cobertura 4 são conectadas fixamente aos vagões pelos dois lados da junção, respectivamente. Uma passagem é formada no meio de todo o sistema de controle, que é comunicado por meio dos vagões para permitir a passagem dos passageiros.

[041] O sensor é disposto no topo do vagão, e o controlador é fixado no fundo do motor 6. O sensor e o motor 6 são eletricamente conectados ao controlador, respectivamente.

[042] O funcionamento do mecanismo da invenção é descrito da forma a seguir.

[043] O sensor monitora as respostas em tempo real do trem ao ângulo de direção e as converte em um sinal elétrico, e transmite o sinal elétrico ao controlador. O controlador produz um sinal elétrico de controle através de uma série de soluções e o transmite para o motor 6. O motor 6 aciona o giro do conjunto de engrenagem de aumento de velocidade 13, de modo a acionar o anel de inércia rotacional 9 para acelerar ou desacelerar a capacidade de rotação para gerar o controle de torque. O torque é transmitido à chapa inferior 2 através do anel de transmissão de torque 10 e do anel de conexão 11, e finalmente aplicado ao corpo do veículo. A presente invenção produz a força de controle alterando-se a velocidade de rotação e a direção do motor 6, de modo a alcançar o controle da resposta do trem para o ângulo de direção.

[044] A presente invenção é projetada com base no conceito básico da mecânica, ou seja, a força não é equivalente ao binário de forças. Em alguns casos, as características de movimento do sujeito controlado determinam que o movimento rotacional deve ser controlado pelo torque. Portanto, o sistema de controle tradicional que age com base na força de saída ou nos movimentos lineares vai falhar ao controlar efetivamente os movimentos rotacionais. Em vista disso, a presente invenção fornece um método de controle, em que o controle de torque é diretamente aplicado ao corpo do veículo, para superar os defeitos nos sistemas de suspensão existentes para o controle de vibração dos trens de alta velocidade.

[045] Deve-se observar que aquilo que é descrito acima são meramente modalidades preferenciais da invenção, as quais não têm a intenção de limitar a invenção. Qualquer modificação, substituição equivalente e aprimoramento feito por aqueles versados na técnica sem se afastar do espírito da invenção devem estar abrangidos pelo escopo da invenção definida pelas reivindicações anexas.

Claims

1. SISTEMA DE CONTROLE ATIVO PARA O MOVIMENTO ROTACIONAL DE UM TREM DE ALTA VELOCIDADE compreende: um sensor disposto no trem; um controlador; e um dispositivo de saída (1); caracterizado por dispositivo de saída (1) disposto na junção entre dois vagões adjacentes do trem; o dispositivo de saída (15) compreende uma unidade de energia (14), uma unidade de saída (15) e um revestimento de sondagem; e a unidade de energia (14) e a unidade de saída (15) são fornecidas dentro do revestimento de sondagem (16); o revestimento de sondagem (16) compreende uma chapa inferior (2), uma chapa de lado anular (3) e uma chapa de cobertura (4); o revestimento de sondagem (16) é dotado adicionalmente de um orifício atravessante (5) que penetra através da chapa inferior (2) e a chapa de cobertura (4); e a chapa inferior (2) e a chapa de cobertura (4) são dispostas entre dois vagões adjacentes, respectivamente; a unidade de energia (14) compreende um motor (6) e um conjunto de engrenagens de aumento de velocidade (13); o conjunto de engrenagens de aumento de velocidade (13) compreende uma engrenagem de aumento de velocidade principal (7) e uma engrenagem de aumento de velocidade secundária (8); diâmetro da engrenagem de aumento de velocidade secundária (8) é menor do que o da engrenagem de aumento de velocidade principal (7); o motor (6) é fixado na chapa inferior (2); a engrenagem de aumento de velocidade principal (7) é disposta no motor (6) e a engrenagem de aumento de velocidade secundária (8) é fixada na chapa inferior (2); a engrenagem de aumento de velocidade principal (7) se acopla à engrenagem de aumento de velocidade secundária (8); e o sensor e o motor (6) são eletricamente conectados ao controlador, respectivamente; e a unidade de saída (15) compreende um anel de inércia rotacional (9), um anel de transmissão de torque (10) e um anel de conexão (11) que são anéis circulares ocos; e o centro dos anéis (9), (10) e (11) ocos coincide com o centro do orifício atravessante (5); o anel de conexão (11) é fixado na chapa inferior (2); o anel de transmissão de torque (10) é feito de borracha e é conectado entre o anel de inércia rotacional (9) e o anel de conexão (11); uma circunferência externa do anel de inércia rotacional (9) é provida de dentes; o anel de inércia rotacional (9) se acopla à engrenagem de aumento de velocidade secundária (8) através dos dentes; em que o anel de inércia rotacional (9) e o anel de transmissão de torque (10) são formados em um único componente; o anel de conexão (11) é dotado de um encaixe anular (12); e o anel de transmissão de torque (10) é inserido no encaixe anular (12) e fixado ao anel de conexão (11); e unidade de energia (14) compreende quatro unidades de energia (14); e as quatro unidades de energia (14) são dispostas uniformemente ao redor da unidade de saída (15).

2. SISTEMA DE CONTROLE ATIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o centro do dispositivo de saída (1) é localizado no eixo geométrico central do vagão.

3. SISTEMA DE CONTROLE ATIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é disposto no topo do vagão; e o controlador é fixado em um fundo do motor (6).