CN102481941A - 用于轨道车辆的侧滚补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的侧滚补偿系统，其中为了有针对性地调整转向架框架的高度，在转向架的主螺旋压力弹簧内部设置致动器。

Description

用于轨道车辆的侧滚补偿系统

技术领域

本发明涉及一种用于轨道车辆的侧滚补偿系统。

背景技术

在轨道车辆弯道行驶时由于离心力产生转矩，由此使车辆在圆弧外侧方向上倾斜。由于这个倾斜使坐标系对于位于车厢中的乘客也旋转并且重力加速度的分量现在作为侧向加速度起作用，这会感受为特别的干扰。

尤其在轮对上在以高的横向加速度快速驶过弯道时，没有附加措施，会明显超过对于乘客允许的值。

由现有技术已知所谓的倾斜技术、与轨道弯道有关的车厢控制，其中铁路车辆的车厢可能倾斜到曲线内侧，并由此减少感受到的侧向加速度。

由此可以更快地驶过轨道弧（“快速驶过弯道”），或者可以对于乘客舒适地实现曲线行驶（“舒适倾斜”）。

由现有技术已知的倾斜技术系统例如在EP 0619212中描述，能够实现高达8°的曲线倾斜。由此可以不影响行驶舒适度地通过提高侧向加速度使在曲线中的速度提高了高达30%。

已知倾斜技术系统的缺陷是相对较高的结构费用，它也带来加工、性能需求、传感系统和维护方面的费用。

发明内容

本发明的目的是，改进已知的方法。

这个目的按照本发明通过如权利要求1所述的侧滚补偿系统得以实现。

由从属权利要求给出按照本发明的侧滚补偿系统的有利扩展结构。

附图说明

借助于附图详细解释本发明。附图中：

图1示出按照本发明的侧滚补偿系统的基本构思，

图2a和2b示出主弹簧连同集成的液压缸的截面图，

图3简示出在第一实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置向下变化”，

图4示出在第二实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置中间变化连同位移测量系统”，

图4a示出位移测量系统在致动器中的集成，

图5示出在第三实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置中间变化连同辅助活塞“，

图5a示出致动器连同辅助活塞的结构，

图6示出在第四实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置上面变化”，

图7示出在第五实施例中的液压线路图，所谓的“变化致动器并联”，

图8示出压力与主弹簧行程之间的关系。

具体实施方式

按照图1的视图示出侧滚补偿系统，具有通过液压缸进行的转向架框架的高度调整，液压缸设置在主螺旋压力弹簧内部并且总是在弯道外侧上反克服重力抬起，并且在弯道内侧上下降。

这个功能以有利的方式起到加大在弯道中的轨道超高效应的作用，由此通过提高在弯道中的行驶速度可以缩短轨道车辆在相应路段上的行驶时间，无需改变线路铺设。

通过调整高度，不仅补偿在主弹簧级和次弹簧级中由于弹簧刚性形成的侧滚角，而且有意识地过补偿，由此使作用于乘客的最大横向加速度保持在要求的范围内。

在达到确定的横向加速度阈值时，通过控制器以由控制器/调节器预定的值使转向架框架抬起/下降。

这还在过渡弯道中行驶期间发生，由此在达到恒定半径的弯道时已经占据最终位置，并且近似静态的横向加速度在弯道行驶期间（没有其它控制/调节）保持恒定。

按照本发明的构思与已知的解决方案相比在多个方面提供优点。

在走行技术方面，以公知的方式可以优化走行技术，即通过使来自现有车辆的认识转用到按照本发明的构思。在车辆允许方面的措施也可以由现有车辆转用。

在车辆宽度方面，不存在对现有的在系列R中的方案的构思限制。

能够实现对现有车辆的简单改装或部分改装，因为在基本构思中为此规定了结构空间。

在液压故障时（断电，电动机失效…），车辆通过其自重再占据最小势能的状态，并且在这个状态下可以在系列R中运行。

按照图2a和2b的视图示出按照本发明的主弹簧的截面图，具有集成的液压缸。图2a示出液压缸伸出的情况，图2b示出液压缸缩回的情况。

借助于其它附图解释本发明的不同的可设想的实施例。这些实施例的区别尤其在于在基本位置中车厢的位置。图3简示出在第一实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置向下变化”。

所有描述和性能数据涉及转向架。在项目研发期间决定特定的零部件（例如油箱和泵）对于每个车厢或每个转向架是否中心地布置。

在这个第一实施例中有利地无需位移传感器，串联的液压缸的调整行程机械地通过固定止挡确定，并且通过纯粹的压力加载来达到，并且利用压力传感器监控。

日常运行通过下面的功能确定：

1）无电流状态：所有阀门（DRV、换向阀、卸载阀）完全打开，系统包括高压储存器是无压力的。车厢占据其最深（fail safe（故障安全））位置。

2）通过电流和控制器的电信号关闭压力卸载阀和DRV，电动机旋转，并且泵提供恒定的输送流，并且由此将高压储存器泵送到名义压力（p=350bar）。

3）压力传感器识别完全加载的高压储存器，并且控制器释放DRV，由此使到储存器的供给管道中的压力降低到0bar（节省能量），并且RV防止储存器卸载到油箱中。系统准备好运行。

4）在弯道行驶时，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别，转向架框架的哪一侧必须抬起并且将换向阀接通到相应侧上。转向架一侧的两个液压缸在约2s后伸出直至止挡，并且在整个弯道行驶期间保留在这个位置。对面一侧继续是无压力的（连接到油箱）。

5）在此高压储存器给出约0.7升的油，并由此使压力从350bar减小到250bar。控制器通过压力传感器识别到这一点并且再关闭DRV，由此提高管道中的压力并且泵通过RV再输送到高压储存器中。系统设计保证，高压储存器直到下一弯道再加载。

6）如果驶过弯道，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别到这一点并且从换向阀撤销控制信号，由此使阀门占据其（通过弹簧保证的）中间位置并且抬起的一侧又向下移动到基本位置。

7）从4）起继续如常进行。

8）在结束日常运行时，通过压力卸载阀保证，在无电流的车辆中，液压系统包括所有部件是无压力的并且可以安全地停止或维护。

图4简示出在第二实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置中间变化连同位移测量系统”。

这个方案的优点是，为了径向调整轮对可以利用摆动控制的几何结构并由此使车轮磨损最小化。如图4a所示，致动器与主弹簧串联地设置并且位移测量系统（4# 每个转向架）受保护地安置在致动器中（测量致动器行程，不包括主弹簧的弹簧行程）。

通过下面的功能确定日常运行：

1）无电流状态：所有阀门（DRV、换向阀、卸载阀）完全打开，系统包括高压储存器是无压力的。车厢占据其最深（fail safe（故障安全））位置。

2）通过电流和控制器的电信号关闭压力卸载阀和DRV，电动机旋转，并且泵提供恒定的输送流，并且由此将高压储存器泵送到名义压力（p=350bar）。

3）压力传感器识别完全加载的高压储存器，并且控制器释放DRV，由此使到储存器的供给管道中的压力降低到0bar（节省能量），并且RV防止储存器卸载到油箱中。

4）位移传感器（转向架每侧2个）在基本阶段中识别实际的高度，并且控制器使高度调节阀将转向架框架在基本位置中提高到确定的高度（但不是直至止挡）。系统准备好运行。

5）在弯道行驶时，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别，转向架框架的哪一侧必须抬起和哪一侧必须降低，并且换向阀接通到相应的位置。转向架一侧的两个液压缸在约2s后伸出或缩回直至止挡并且在整个弯道行驶期间保留在这个位置。

6）在此高压储存器给出约0.35升的油，并由此使压力从350bar减小到300bar。

7）如果驶过弯道，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别到这一点并且高度调节阀再调节到基本位置。用于调节的油需求也对应于约0.35升的油，并且在高压储存器中的压力从300bar下降到250bar。

8）控制器通过压力传感器识别在高压储存器中下降的压力水平并且再关闭DRV，由此提高管道中的压力并且泵通过RV再输送到高压储存器中。系统设计保证，高压储存器直到下一弯道再加载。

9）从4）起继续如常进行。

10）在结束日常运行时，通过压力卸载阀保证，在无电流的车辆中，液压系统包括所有部件是无压力的并且可以安全地停止或维护。

图5简示出在第三实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置中间变化连同辅助活塞”。由图5a给出致动器连同辅助活塞的结构形式。

这个结构的优点是，为了径向调整轮对可以利用摆动控制的几何结构并由此使车轮磨损最小化。但是为了调整基本位置，无需位移传感器，而是通过伸缩式致动器和适当地选择主活塞和辅助活塞的活塞面积和控制压力保证高度。由于辅助活塞的较大面积使油需求并由此也使高压储存器更大。

缩写：

p0…用于完全缩回的液压缸的无压力（0bar）

p1…用于中间位置的控制压力（约80bar）

p2…用于完全伸出的致动器的最大压力（约250bar）

Aw…主活塞的有效面积（Dw=约60mm）

Ah…辅助活塞的有效面积（Dh=约100mm）

压力与活塞面积之间的关系通过下面的条件定义：

·压力p1在辅助活塞的有效面积上必须可以抬起完全加载的车辆包括动态力（p1*Ah>Fz_max）。

·压力p1在主活塞的有效面积上不能抬起空的车辆包括动态回弹（p1*Aw<Fz_min）。

·压力p2在主活塞的有效面积上必须可以抬起完全加载的车辆包括动态力（p2* Aw>Fz_max）。

在日常运行中的功能如下：

1）无电流状态：所有阀门（DRV、换向阀、卸载阀）完全打开，系统包括高压储存器是无压力的。车厢占据其最深（fail safe（故障安全））位置。

2）通过电流和控制器的电信号关闭压力卸载阀和DRV，电动机旋转，并且泵提供恒定的输送流，并且由此将高压储存器泵送到名义压力（p=350bar）。

3）压力传感器识别完全加载的高压储存器，并且控制器释放DRV，由此使到储存器的供给管道中的压力降低到0bar（节省能量），并且RV防止储存器卸载到油箱中。

4）压力p1对于中间位置必需的并且两个阀门打开，用于抬起转向架框架的两侧。

5）压力传感器在基本阶段识别到，何时达到p1（约80bar）并关闭阀门。达到在基本位置的确定高度（辅助活塞的止挡）。系统准备好运行。

6）在弯道行驶时，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别，转向架框架的哪一侧必须抬起（控制压力p2=约250bar）和哪一侧必须降低（控制压力p0=0bar）并且换向阀接通到相应的位置。转向架一侧的两个液压缸在约2s后伸出或缩回直至止挡，并且在整个弯道行驶期间保留在这个位置。通过压力（p0=下面止挡，p2=上面止挡）可明确确定并监控最终位置。

7）在此高压储存器给出约0.35升的油（抬起到Aw上）并由此使压力从350bar减小到320bar。

8）如果驶过弯道，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别到这一点并且阀门再接通到p1上，用于移到基本位置。用于调节的油需求对应于约1.0升的油（抬起到Ah上）并且在高压储存器中的压力从320bar下降到250bar。

9）控制器通过压力传感器识别在高压储存器中下降的压力水平并且再关闭DRV，由此提高管道中的压力并且泵通过RV再输送到高压储存器中。系统设计保证，高压储存器直到下一弯道再加载。

10）从6）起继续如常进行。

11）在结束日常运行时，通过压力卸载阀保证，在无电流的车辆中，液压系统包括所有部件是无压力的并且可以安全地停止或维护。

图6简示出在第四实施例中的液压线路图，所谓的“基本位置向上变化”

这个实施例的优点尤其是无需位移传感器，因为串联液压缸的调整行程机械地通过固定止挡确定，并且通过纯粹的压力加载来达到，并且利用压力传感器监控。可以通过摆动效应实现轮对的径向调整，但是在系统故障时又失去这个优点。

日常运行：

1）无电流状态：所有阀门（DRV、换向阀、卸载阀）完全打开，系统包括高压储存器是无压力的。车厢占据其最深（fail safe（故障安全））位置。

2）通过电流和控制器的电信号关闭压力卸载阀和DRV，电动机旋转，并且泵提供恒定的输送流，并且由此将高压储存器泵送到名义压力（p=350bar）。

3）压力传感器识别完全加载的高压储存器，并且控制器释放DRV，由此使到储存器的供给管道中的压力降低到0bar（节省能量），并且RV防止储存器卸载到油箱中。

4）阀门在两侧上接通压力并且所有4个致动器抬起转向架框架直到止挡。系统准备好运行。

5）在弯道行驶时，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别，转向架框架的哪一侧（弯道内侧）必须降低并且换向阀接通到相应侧。转向架一侧的两个液压缸在约2s后向下移动直至止挡，并且在整个弯道行驶期间保留在这个位置。此外对置的一侧继续压力加载（连接到高压储存器）。

6）如果驶过弯道，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别到这一点并且从换向阀撤销控制信号，由此使阀门占据其（通过弹簧保证的）中间位置并且再抬起下降的一侧。

7）在此高压储存器给出约0.7升的油，并且压力由此从320bar下降到250bar。控制器通过压力传感器识别到这一点并且再关闭DRV，由此提高管道中的压力并且泵通过RV再输送到高压储存器中。系统设计保证，高压储存器直到下一弯道再加载。

8）从5）起继续如常进行。

9）在结束日常运行时，通过压力卸载阀保证，在无电流的车辆中，液压系统包括所有部件是无压力的并且可以安全地停止或维护。

图7简示出在第五实施例中的液压线路图，所谓的“致动器平行变化”，其中致动器的力平行于主弹簧悬挂起作用。

这个变化具有实施例“基本位置中间”的优点，但是可以在此省去位移测量系统，因为主弹簧本身的特征曲线用作致动器中的压力与弹簧级中的行程之间的关系。

该致动器可以同时满足液压阻尼器的功能。

日常运行：

1）无电流状态：所有阀门（DRV、换向阀、卸载阀）完全打开，系统包括高压储存器是无压力的。车厢占据其最深（fail safe（故障安全））位置。

2）通过电流和控制器的电信号关闭压力卸载阀和DRV，电动机旋转，并且泵提供恒定的输送流，并且由此将高压储存器泵送到名义压力（p=350bar）。

3）压力传感器识别完全加载的高压储存器，并且控制器释放DRV，由此使到储存器的供给管道中的压力降低到0bar（节省能量），并且RV防止储存器卸载到油箱中。

4）在直线行驶时致动器作为被动阻尼器起作用。

5）在弯道行驶时，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别，转向架框架的哪一侧必须抬起和哪一侧必须降低，并且压力阀使在两侧起作用的致动器（可以传递拉力和压力）以所计算的控制压力加载。通过基本阶段的特性曲线，每个转向架侧调整出减小或加大的高度，转向架框架倾斜。

6）致动器在弯道行驶期间保持压力恒定，但是弹簧执行动态的弹簧行程，致动器必须跟随这些弹簧行程，但是不加入附加的刚性到主弹簧中。液压供应源和高压储存器提供对此所需的油。

7）如果驶过弯道，控制器（陀螺仪+横向加速度）识别到这一点并且从压力阀撤销控制信号，并且转向架框架返回到其初始位置。

8）控制器通过压力传感器识别在高压储存器中下降的压力水平并且再关闭DRV，由此提高管道中的压力并且泵通过RV再输送到高压储存器中。系统设计保证，高压储存器直到下一弯道再加载。

9）从4）起继续如常进行。

10）在结束日常运行时，通过压力卸载阀保证，在无电流的车辆中，液压系统包括所有部件是无压力的并且可以安全地停止或维护。

图8简示出在第六实施例中的液压线路图，所谓的“销引导致动器变化”。

Claims (5)

1.用于轨道车辆的侧滚补偿系统，其特征在于，为了有针对性地调整转向架框架的高度，在转向架的主螺旋压力弹簧内部设置致动器。

2.如权利要求1所述的侧滚补偿系统，其特征在于，对行驶的车辆配有运行模式，并且对每个运行模式配有利用所述致动器进行的转向架框架的预定控制。

3.如权利要求2所述的侧滚补偿系统，其特征在于，作为运行模式规定“直线行驶”、“曲线左”和“曲线右”，并且在两个“曲线”运行模式中实现预定的单侧的转向架框架的高度调整。

4.如权利要求3所述的侧滚补偿系统，其特征在于，通过预定的高度调整以约3度角补偿斜度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的侧滚补偿系统，其特征在于，作为致动器设有液压缸。

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