CN101374713B - 检测及考虑行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法和所相应实施的其端部车厢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测行驶中轨道车辆所受侧风负荷的方法，所述方法包括以下步骤：a)在所述轨道车辆的至少一个第一侧表面区段处检测气动测量数据(例如压力)；b)检测所述轨道车辆的速度；c)访问参照表，所述参照表包含在步骤a)中所能检测的行驶中轨道车辆的气动测量数据与行驶中轨道车辆的相应迎流方向之间的关系；d)在步骤a)的测量数据、步骤b)的车速和在步骤c)中所访问的参照表的基础上计算占优势的侧风的量和方向；e)对轨道区段进行检测，在所述轨道区段内实施步骤a)的测量，以及；f)以分配给在步骤e)中所检测的轨道区段的方式作为位置坐标对在步骤d)中算得的侧风数据进行存储。此外，本发明还提供一种考虑侧风负荷的方法和用于实施上述两种方法的轨道车辆端部车厢。

Description

检测及考虑行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法和所相应实施的其端部车厢

技术领域

本发明涉及一种用于检测及考虑行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法，所述轨道车辆特别是以例如200至400km/h的较高行驶速度行进的这种轨道车辆。本发明还涉及轨道车辆的端部车厢，所述端部车厢被构造用于实施所述两种方法。

背景技术

尤其是在上述高速情况下、特别是当例如超过20m/s的强侧风与不利的轨道情况(例如弯道、几何位置误差)相遇时，出现的侧风对于列车而言是脱轨危险。很显然，可以使这种脱轨风险最小化。在这方面，德国铁路股份公司(DBAG)发布了一项新规程(Ril401)，其中通过所述规程，由于给快速旅游列车施加侧风所引起的潜在危险将被减小。这项规程规定，每个车辆在每个车轮处在任何时间都必须具有至少为其静止支承力10％的车轮支承力。在EI铁路工程师(53)(10/2002，第24页)中发表过题为“Seitenwindgefahr für schnelle Reisezüge(快速旅游列车的侧风危险)？”的有关专业论文。

为预防由于侧风而引起的脱轨危险，也可对车道的设计施加影响，其中例如搭建防风墙或防风栅栏。在车辆侧，可以通过气动成型和压载(Ballastierung)而恰好在通常最受影响的引领列车的端部车厢处增大支承力。行驶机构的行驶动态参数、例如质量、刚性、减震器及其几何布置通常也对列车或轨道车辆的侧风灵敏度产生影响。除了对车道和轨道车辆的措施外，通过降低行驶速度的操作措施来控制在极端的强风情况下在侧风中行驶安全问题。在这种强风情形下，根据轨道车辆的风特性曲线(WKK)规定降低了的最大速度。其前提是具有足够位置分辨率的适当的风测量可能性和报警可能性以及通过调度据此而实施的人工干预。

发明内容

从上述情况出发，本发明所基于的任务是提供一种方法，通过这种方法可实现轨道车辆在行驶过程中在出现侧风时的提高的脱轨安全性。

这个任务通过一种用于检测行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法而解决，所述方法包括以下步骤：

a)在轨道车辆的至少一个第一侧表面区段处检测气动测量数据(例如压力)，

b)检测轨道车辆的速度，

c)访问参照表，所述参照表包含行驶中的轨道车辆的在步骤a)中所能检测的气动测量数据与行驶中的轨道车辆的有关迎流方向之间的关系，

d)在步骤a)的测量数据、步骤b)的车速和在步骤c)中所访问的参照表基础上计算占优势的侧风的量和方向，

e)对轨道区段进行检测，其中在所述轨道区段之内实施步骤a)的测量，以及

f)以分配给在步骤e)中所检测的轨道区段的方式作为位置坐标对在步骤d)中所算得的侧风数据进行存储。

这种方法允许针对对行驶中的轨道车辆进行侧风数据测量的轨道区段说明当前侧风情况，并对将要驶过的轨道区段上的侧风情况作出预测。总体而言，不同的方法步骤允许分别获得当前侧风的值，结合位置信息并优选地还结合时间信息(日期与时钟时间)对其进行存储，并在预测到侧风的危害时促使减速。在特别简单的情况下，只在轨道路段的预先已知要考虑增大的侧风负荷的这种位置处实施上述方法。当然，在重复驶过轨道路段时，可重新实施上述方法，更确切地说为早前已针对其确定了侧风数据的相同轨道区段实施上述方法。这例如允许通过多次驶过轨道区段来对侧风测量值进行可靠的统计处理。

当然，如果在步骤a)中为轨道车辆的基本位于第一侧表面区段对面的至少一个第二侧表面区段检测附加测量数据，则是有利的。

当然，如果在步骤a)中在基本位于对面的第二侧表面区段上和在轨道车辆头部的基本位于纵向中心线上的测量部位处检测附加测量数据，也是有利的。如果为了实施所述方法在轨道车辆、特别是其端部车厢的头部区段的每一侧和中间设置气动传感器，则可检测所有传感器的测量值，以便获得有关侧风负荷的说明。

如果已经存在关于侧风负荷的潜在危险自哪一个值开始的信息(例如以轨道车辆的风特性曲线的形式)，则在步骤f)中可只有在超过预先规定的阈值的情况下才对在步骤d)中算得的侧风压力进行存储，用以限制数据量，其中，从所述阈值起对于轨道车辆可能出现危险。

为了获得特定轨道路段的侧风分布图，在驶过同一轨道路段时可重复实施所述方法的步骤a)至步骤f)。在用于实施所述方法的相应位置分辨率的情况下，获得相应精致的侧风分布图，所述侧风分布图可代表相应轨道路段的侧风负荷。

上述任务还通过一种用于考虑行驶中的轨道车辆所遇到的侧风情况的方法来解决，所述方法包括以下步骤：

A)在驶过确定的轨道路段时获取该确定的轨道区段的侧风分布图，

B)基于在步骤A)中所获得的侧风分布图来预测前方轨道路段的侧风情况。

为了实施这个方法，可尤其对上文所述的用于检测侧风负荷的方法及其实施形式加以利用，其中获得路段相关的侧风分布图。尤其以下步骤适用于根据步骤B)对侧风情况预测：

g)预测轨道车辆前方区段上的侧风情况，

h)通过访问分配表来确定轨道车辆前方区段上就侧风情况而言的最大允许的行驶速度，所述分配表包含对车辆结构系列特定的数据，

i)将就所预测的侧风情况而言最大允许的行驶速度转发给一个或多个列车驾驶员或技术设备，例如列车控制设备。

可以直接在已经驶过的轨道路段的所记录的侧风分布图的当前状况上来建立在步骤g)中进行的对前方轨道路段侧风情况的预测。当然，早前为相同的且位于前方的轨道路段记录的侧风分布图也可进入步骤g)的预测。

为了改善步骤g)的预测结果，在轨道路段附近的固定式测风设备的测量结果也可进入预测。一般情况下有利的是，对来自恰好当前所测量的侧风分布图或早前侧风分布图中的每一信息在沿着轨道路段侧风负荷方面进行分析来进行预测。

步骤g)中的侧风情况预测可通过计算上的相关性方法而实现，这种相关性方法对已经驶过的路段的在当前与过去所检测到的测量数据之间的相关性加以利用，以便借助于所属的过去的测量数据对行驶轨道车辆前方路段上的风况做出预报。

为步骤g)中的侧风预测所需的数据可在过程中或集中地被收集和存储。为了对为步骤g)所需的数据进行集中收集，将这些数据通知给位置固定的中央计算机，是有利的，其中所述位置固定的中央计算机力可以被分配给路段控制中心。在此可收集有关轨道路段侧风情况的一般信息，必要时使所述信息相互关联。在此情况下，对位置固定的中央计算机的数据进行访问，可进一步改善步骤g)的预测结果。

在步骤h)中，借助(例如用侧风速度描述的)所预测的侧风情况的分配表从在步骤g)中所建立的侧风预测来确定最大允许的行驶速度。侧风情况与就侧风而言最大允许的行驶速度之间的这种关系对于车辆结构系列是特定。

在步骤i)中，可将在步骤h)中所确定的最大允许的行驶速度传输给机车或机动车司机本身、或路段控制中心的相关人员或列车控制设备的技术设备。从中推导出来的处理或调整信号由相应的工作指令或在技术设备上所实现的流程。

如果在步骤g)在预测时对由在同一区段上以相同方向在前方或者在同一区段上以相反方向行驶的至少一个其他轨道车辆所确定的测风数据加以考虑，也是有利的。在这种情况下，基本上可实时地获得有关前方轨道路段的侧风测量数据。在这种情况下，对轨道车辆即将遇到的侧风情况得出特别可靠的预测。

除针对相关轨道车辆结构系列和确定的轨道路段的当前获得的侧风分布图或还有早前确定的侧风分布图外，在步骤g)中还可对其他功能加以考虑。这些功能优选地从组中选出，所述组包括两个轨道车辆的数据之间的合理性检查、数据冗余、以及对轨道路段的预定点的附加风数据的询问。这些功能部分局限于当前从其他轨道车辆收集测量数据的本发明实施形式。

步骤g)至步骤i)或者其的部分或者其他功能可在位置固定的中央计算机内实现，所述位置固定的中央计算机具有至轨道车辆的通信连接。也可直接在参与的轨道车辆之一上实现这些功能，和只需在轨道车辆之间的直接通信连接。

根据所述方法的改进方案，在建立了根据步骤B)的预测后的下一步骤是，在步骤C)中将步骤B)的有关侧风情况预测的结果转化为对轨道车辆速度控制设备的干预。这仅仅意味着，只要所预测的侧风情况要求这一点，则可对列车控制设备进行干预。在此，这种对列车控制设备的干预可以人工进行，其中，例如对操作人员可视化预测结果，所述操作任意随后对列车控制设备进行干预。但是，也可将预测结果转化为适当的控制信号，所述控制信号随后可自动地进入列车控制设备。

上述任务还通过轨道车辆的端部车厢而解决，所述端部车厢具有：

用于端部车厢的至少一个第一侧表面区段处的侧风测量数据的检测设备，

用于轨道车辆速度的检测设备，以及

用于访问参照表以及用于在侧风测量数据、轨道车辆速度和参照表的基础上计算表面区段处的侧风的量和方向的测量数据检测和处理设备，其中，所述参照表包含在可检测的侧风测量数据与有关的绝对侧风压力之间的关系。

这种端部车厢的改进方案可从从属权利要求20至26中获得，并且主要涉及技术装配元件，例如如上文所述的用于实施方法步骤的气动传感器。

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明，其中：

图1示出用于在对轨道车辆进行控制时考虑侧风负荷的系统的框图；

图2示出按照第二实施形式用于在轨道车辆的情况下考虑侧风负荷的系统的框图，其中，从其他轨道车辆接收侧风测量数据；以及

图3示出根据第三实施方式用于考虑轨道车辆的侧风负荷的系统的框图，其中，动用路段控制中心(Streckenzentrale)的位置固定的中央计算机的数据。

具体实施方式

用于考虑轨道车辆的侧风负荷的图1系统的框图在左侧示出多个测量值发送器、即三个气动压力传感器DS1、DS2、DS3、轨道车辆速度用的检测设备GE和对(例如)路段公里形式的轨道区段进行检测的位移传感器(Wegaufnehmer)WA。气动传感器DS1、DS2、DS3提供数据，所述数据的值与检测设备GE的和位移传感器WA的值一起被转发给测量数据检测和处理设备MEV。气动压力传感器DS1、DS2、DS3以有利的方式被安装在端部车厢或轨道车辆的头部区域，亦即DS1和DS2被安装在其相对的侧，DS3在前侧被安装在迎向的(angestroemt)端部车厢或轨道车辆的滞流点附近。测量数据检测和处理设备MEV从轨道车辆速度用的检测设备GE的测量数据和从压力传感器DS1、DS2、DS3的测量值来计算占优势的侧风以及特别是占优势的侧风速度，并对参照表进行访问，其中在所述参照表中，压力传感器DS1、DS2、DS3的测量值被分配给迎角(Anstr

mungswinkel)。事先可在计算机模拟计算、风道中或者牵引中的试验的范围内来建立这种参照表。所述参照表也可以以多维特性曲线族的形式存在。

基于所确定的侧风数据和所属的路段公里值和所属的日期戳，借助测量数据检测和处理设备MEV实现向存储器SP中录入，其中，连续的侧风数据以分配给路段公里的方式作为位置坐标被收集。图1中所示的装置通过这种方式“学习”在驶过预定的轨道路段时的侧风情况。

用于预测例如几公里的恰恰在前方的轨道路段的侧风情况的预测设备PE访问存储器SP中的数据，并对其进行分析。举例而言，在刚刚经过的路段公里的侧风数据与在前的路段公里的同一路段的较旧的侧风数据之间的相关性可以提供预测。为此目的，在存储器SP内不仅可以考虑当前所获得的侧风测量数据而且可以考虑为同一轨道区段早前所获得的侧风分布图。正是早前所获得的侧风分布图可能已事先对受侧风危害严重的轨道区段或其他方面进行过分析，使得预测设备PE可对这些分析的结果加以考虑。

预测设备PE的输出信号于是表明对到达的轨道区段预料的侧风负荷，并且被传输给轨道车辆的速度控制设备GS。如果可预料到意味着危害的侧风负荷时，所述速度控制设备GS可以以简单的方式发出报警信号或自动地对轨道车辆自身的速度控制设备进行干预。这种自动干预可以以轨道车辆的自动最高速度限制的形式存在。速度控制设备GS可位于路段控制中心，必要时通过通信连接对相应轨道车辆的最高速度施加影响。

根据图2的用于考虑行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的装置的实施形式与上文借助图1所说明的实施形式存在一点区别。预测设备PE与数据传输接收器D

E相连。这里被观测的轨道车辆通过这个数据传输接收器接收来自于其他轨道车辆的数据，所述其他轨道车辆在同一轨道路段上位于这里所观察的轨道车辆之前并且同向或反向行驶。所述其他轨道车辆配备有与上述类似的测量数据发送器，且同样配备有测量数据检测和处理设备MEV。来自于其他轨道车辆的由侧风数据、路段公里数据和时间戳构成的当前所确定的数据包由数据传输接收器D

E转发到预测设备PE，所述预测设备PE对这些测量数据进行预测，所述预测对于轨道车辆的前方路段公里应该是决定性的。如在图2中所示，轨道车辆自身可被布置与数据传输发送器D

S连接，使得这里被观测的轨道车辆也可起到发送测量数据的其他轨道车辆的作用。轨道车辆之间的数据传输可利用现有的通信媒介而实现。

相对于图1所示的装置而言，图3的装置的特点在于，与路段控制中心的位置固定的中央计算机ZR进行数据通信。通常再次选择现有的可靠的通信媒介，以便能够实现在一方面轨道车辆与另一方面位置固定的中央计算机ZR之间的数据通信，但其中在图3中未示出所属的发送/接收器。列车支持的测量数据检测和处理设备MEV将由侧风数据、路段公里数据和时间戳构成的数据包发送给位置固定的中央计算机ZR，使得在所述位置固定的中央计算机处获得已经驶过的轨道路段的侧风分布图。在位置固定的中央计算机ZR处同样对受强侧风危害的区段或类似情况进行分析。分析结果由位置固定的中央计算机ZR传输给预测设备PE。此外，在位置固定的中央计算机ZR处还存在补充信息，例如轨道路段的所选择的、有代表性的或无遮蔽的路段点的附加风数据或一个或多个专业气象服务的信息。如果将根据图3的实施形式与根据图2的实施形式相结合，即由其他轨道车辆提供其他侧风测量数据，则还可在位置固定的中央计算机ZR处进行例如合理性检查或冗余校验。通过这种方式检查：来自于两个参与的轨道车辆的侧风数据在量和方向方面是否彼此相配。

下面对通过本发明所能获得的主要优点进行简要概括：

轨道车辆即使在遭遇强侧风的情况下也能可靠运行。在此，对于安全性所需的减速基本上被最小化，也就是说，只有在预测到有危害性侧风存在的情况下，才降低最高速度。这一点可以完全不依赖于气象服务，而通过信令化的人工干预或优选自动地通过列车控制设备而实现。对于运营者和特别对于乘客而言的有利结果是，轨道车辆的准时性得以提高。此外，对轨道车辆的运营者的有利的是，在建造和维护成本高的路段施工措施(例如防风墙)方面与车辆方面的措施(例如通过压载将端部车厢主要转向架中的车轮支承力最大化)一样也可以取消。

Claims (28)

1.用于检测行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在所述轨道车辆的至少一个第一侧表面区段处检测气动测量数据，

b)检测所述轨道车辆的速度，

c)访问参照表，所述参照表包含行驶中轨道车辆的在步骤a)中能检测的气动测量数据与行驶中轨道车辆的所属迎流方向之间的关系，

d)在步骤a)的测量数据、步骤b)的车速和步骤c)中所访问的参照表的基础上计算占优势的侧风的量和方向，

e)对实施步骤a)的测量的轨道区段进行检测，以及

f)以分配给在步骤e)中所检测的轨道区段的方式作为位置坐标对在步骤d)中所算得的侧风数据进行存储。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中，为所述轨道车辆的位于所述第一侧表面区段对面的至少一个第二侧表面区段检测附加的气动测量数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a)中，在轨道车辆头部的位于车辆纵向中心线上的测量部位处检测附加的气动测量数据。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤f)中，只在预先规定的阈值被超过的情况下才对在步骤d)中所算得的侧风压力进行存储。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了获得确定的轨道路段的侧风分布图，在驶过该确定的轨道路段时重复实施步骤a)至步骤e)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤f)中，以分配给在步骤e)中所检测的轨道区段的方式作为位置坐标并配有所属的时间戳来对在步骤d)中所算得的侧风数据进行存储。

7.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，

所述气动测量数据是压力。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，

所述时间戳是日期与时钟时间。

9.用于考虑行驶中轨道车辆所遇到的侧风情况的方法，所述方法包括以下步骤：

A)在驶过确定的轨道路段时获取该确定的轨道路段的侧风分布图，

B)基于在步骤A)中所获得的侧风分布图来预测前方轨道路段的侧风情况。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，为步骤B)补充下列步骤：

g)预测所述轨道车辆前方区段上的侧风情况，

h)通过访问分配表来确定在所述轨道车辆前方区段上就侧风情况而言最大允许的行驶速度，所述分配表包含对车辆结构系列特定的数据，

i)将就所预测的侧风情况而言最大允许的行驶速度转发给一个或多个列车驾驶员或列车控制设备。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤g)中，通过位置固定的测风设备的测量结果来改善所述预测。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤g)中，借助于计算相关性方法进行所述侧风情况的预测。

13.根据权利要求9至11中任一项权利要求所述的方法，其中，将在步骤B)中所进行的侧风分布图分析的结果通知给路段控制中心的位置固定的中央计算机。

14.根据权利要求10至11中任一项权利要求所述的方法，其中，在步骤g)中，在预测时，对从至少一个其他轨道车辆所接收的有关侧风数据的测量数据加以考虑。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个其他轨道车辆在同一轨道路段上朝所述轨道车辆移动或行驶在所述轨道车辆前方。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，在步骤g)中，对从组中所选择的其他功能加以考虑，所述组包括：在两个轨道车辆的数据之间的合理性检查、数据冗余以及对所述轨道路段的预定点的附加风数据的询问。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在与所述轨道车辆具有通信连接的位置固定的中央计算机内实现所述功能。

18.根据权利要求9至11中任一项权利要求所述的方法，包括步骤C)，在步骤C)中将步骤B)有关侧风情况预测的结果转化为对所述轨道车辆的速度控制设备的干预。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，对所述列车控制设备的干预人工地进行。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，自动地进行对所述列车控制设备的干预。

21.轨道车辆的端部车厢，所述端部车厢具有：

用于所述端部车厢的至少一个第一侧表面区段处的侧风测量数据的检测设备(DS1，DS2，DS3)，

用于轨道车辆速度的检测设备(GE)，以及

用于访问参照表以及用于在侧风测量数据、轨道车辆速度和参照表的基础上计算侧风压力的量和方向的测量数据检测和处理设备(MEV)，其中，所述参照表包含能检测的侧风测量数据与所属的侧风之间的关系。

22.根据权利要求21所述的端部车厢，其特征在于，侧风测量数据的检测设备(DS1，DS2，DS3)被构造用于在所述端部车厢的位于所述第一侧表面区段对面的至少一个第二侧表面区段处检测所述测量数据。

23.根据权利要求22所述的端部车厢，其特征在于，侧风测量数据的检测设备(DS1，DS2，DS3)被构造用于附加地在轨道车辆头部的位于车辆纵向中心线上的测量部位处检测所述测量数据。

24.根据权利要求21至23中任一项权利要求所述的端部车厢，其特征在于，侧风测量数据的检测设备(DS1，DS2，DS3)布置在所述端部车厢的头部区域中，并在所述头部区域的每一侧处和纵向中心线中具有气动传感器。

25.根据权利要求21至23中任一项权利要求所述的端部车厢，其特征在于，测量数据检测和处理设备(MEV)被构造用于以分配给预定轨道区段的方式作为位置坐标和以分配给日期及时间数据的方式将所算得的绝对侧风数据存储在存储器(SP)中。

26.根据权利要求21至23中任一项权利要求所述的端部车厢，其特征在于，测量数据检测和处理设备(MEV)被构造用于将所存储的侧风转化为再现所述侧风的电信号，以及用于将电信号传输给其他轨道车辆进行进一步处理。

27.根据权利要求26所述的端部车厢，其特征在于，所述端部车厢具有用于预测前方轨道区段中的侧风负荷的预测设备(PE)，所述预测设备对存储在所述存储器(SP)中的侧风分布图进行访问。

28.根据权利要求27所述的端部车厢，其特征在于，所述预测设备(PE)提供再现前方轨道区段中侧风负荷预测的信号，并且设有速度控制设备(GS)，所述速度控制设备以所述预测设备(PE)的信号为出发点，在对所预测的侧风负荷加以考虑的情况下对所述轨道车辆的速度进行控制。

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