CN103547473A - 具有集电器的非轨行的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非轨行的车辆（10），特别是载货汽车或公共汽车，具有用于由具有至少一个滑接馈电线（1，2）的高架线装置馈入电能的集电器（20），其中所述集电器（20）具有至少一个滑片（23），其带有用于接触至少一个所述滑接馈电线（1，2）的工作范围（b）。车辆（10）包括与集电器（20）耦合的用于调节至少一个滑片（23）的执行机构（30），其中所述至少一个滑片（23）水平延伸并且能够横向垂直于车辆纵轴（11）进行调节。车辆（10）还包括用于采集车辆（10）相对于至少一个滑接馈电线（1，2）的位置的传感器机构（40）。车辆（10）还包括与所述传感器机构（40）和所述执行机构（30）相连的控制装置（50），所述控制装置被构造为，依据由所述传感器机构（40）采集的车辆位置这样控制所述执行机构（30），使得至少一个滑片（23）在其工作范围（b）内保持与至少一个滑接馈电线（1，2）接触。由此，车辆（10）通过其集电器（20）在具有至少部分电气化行驶车道的多车道行车道上运行时，在例如80至100km/h的较高行驶速度的情况下，也能够可靠地保持与滑接馈电线（1，2）的接触。

Description

具有集电器的非轨行的车辆

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的非轨行的车辆。

背景技术

众所周知，轨行的车辆，诸如电牵引机车、列车和路面电车，利用集电器进行牵引供电，其为了将电能馈入车辆而滑动接触车辆导线装置的滑接馈电线（Fahrdraht）。通过轨道的车道引导可以保持在至少一个滑接馈电线和轨道车辆之间的定义的相对位置，其在正常运行中能够可靠地维持在集电器与滑接馈电线之间的滑动接触。将外部能量馈入到电运行的非轨行的车辆中则远未广泛使用。

由此例如由专利文件DE3244945C1公知一种用于短途公共交通的电驱动车辆的双极高架线系统。在两个平行延伸的高架线中，一个相对于地极具有电压，而另一个用作零线。电车（O-Bus）装备了一对杆式集电器，以便能够在高架线系统中行驶。在运行中，这对杆式集电器处于相对于水平线放置的状态，在该状态下其触靴符合规定地应用到两个高架线上。集电器杆受到竖起弹簧力，该力确保了触靴压到高架线上所需的压力。杆式集电器铰接在电车的顶部围绕水平的并且横向垂直于行驶方向延伸轴上，以便能够下降并且再次升起。为了补偿相对于高架线延伸方向的侧向行驶偏差，杆式集电器也可以围绕竖直的轴旋转，以便能够保持与高架线的滑接。但电车是轨行车辆，因为导致脱离行驶车道的强烈的闪避操作或超车操作导致杆式集电器与高架线断开接触。

公开文件DE10256705A1公开了一种非轨行的车辆，如其作为货车在露天采矿中用于传输矿石、煤或废料。为了给车辆的电动机供电存在两个受电弓（Pantografen），其在运行中通过滑片与双极高架线的滑接馈电线接触。为了始终仅在滑片不脱离滑接馈电线下操纵车辆，在受电弓上布置带有磁场传感器的传感器片。其这样精确地确定由滑接馈电线上的电流产生的磁场的磁场强度，使得由所测量的场强值可以确定传感器与滑接馈电线的距离。关于传感器相对于滑接馈电线的位置的信息以及由此关于受电弓和整个车辆相对于滑接馈电线的位置的信息可以借助显示单元一起显示给驾驶员，从而使驾驶员可以立即实施合适的转向运动。还可能的是，将传感器的信息传送到控制单元来自动地操纵车辆。

由电车公知的杆式集电器存在如下缺陷：滑接馈电线与车辆的接触和分离相对难，并且在突然的转向运动的情况下会导致所谓的杆出轨，即导致触靴与高架线分离。由此该系统不适用于以下行驶车道，其具有一个至少部分段是电气化的行驶车道，而非电气化的行驶车道与之并行地延伸，例如在多车道高速公路上。最后，在例如商用车在高速公路上允许行驶的80至100km/h的较高行驶速度的情况下，杆式集电器也是不可靠的。

由露天采矿车辆所知的每个滑接馈电线具有各一个集电器的解决方案也具有缺陷，即，在超过0.4m的较大的侧向车辆运动时会导致与高架线分离。为了避免这样的接触分离，也可以将集电器装置比车辆更宽地构造，这在露天采矿区域之外的公路上是危险的，并且按照公共交通规则是不允许的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种这类的车辆，其集电器在具有至少部分电气化行驶车道的多车道行车道上运行时，在例如80至100km/h的较高行驶速度的情况下，也可以可靠地与滑接馈电线接触和分离，并且可靠地保持与滑接馈电线的接触。

按照本发明，上述技术问题通过开头所述具有权利要求1的特征部分给出的特征的非轨行的车辆来解决。相应地，集电器与用于调节至少一个滑片的执行机构耦合，其中至少一个滑片水平延伸并且可以横向垂直于车辆纵轴进行调节。传感器装置用于采集车辆相对于至少一个滑接馈电线的位置，特别是与高架线中心的偏差。与传感器机构和执行机构相连的控制装置被构造为，依据由传感器机构采集的车辆位置的比较这样控制执行机构，使得至少一个滑片在其工作范围内保持与至少一个滑接馈电线接触。滑片的工作范围可以延伸超出长形的碳接触片的一部分。传感器机构、控制设备和执行机构由此构成用于持续跟踪集电器的一个或多个滑片的自动控制电路，其中依据车辆的实际位置计算用于执行机构的调节参数，根据该调节参数通过横向位移来补偿行驶引起的与位于滑片的工作范围中的预期位置的偏差。滑片横向垂直于车辆纵轴的可移动性可以通过在车辆上合适的布置和集电器的铰接来实现。由此，主动的集电器控制在一定范围内自动地均衡由于车辆驾驶员在车道上运行中的不准确性，从而也在较高的车辆速度以及轻微的闪避操作的情况下，确保了在集电器与滑接馈电线之间维持滑动接触。

在按照本发明的车辆的优选的实施方式中，集电器具有两个支承杆，该支承杆这样可旋转地在车辆上铰接，使得其可以在共同的摆动平面中横向垂直于车辆纵轴地摆动，其中支承杆铰接地与承载至少一个滑片的跷板相连。由此提供了一种集电器的稳定框架结构，其在摆动平面内实施横向垂直于行驶方向取向的摆动运动，以便能够补偿车辆的侧向转向运动。摆动平面基本上垂直于车辆纵轴。由此，集电器的滑片能够可靠地保持与高架线接触。

在按照本发明的车辆的优选的实施方式中，执行机构具有调节驱动和线性引导的调节杆，其中调节杆与集电器耦合并且借助调节驱动能够横向垂直于车辆纵轴移动。在该实施中，调节运动可以快速并精确地通过稳健的电子机械部件实施。调节杆例如可以具有与齿轮啮合的齿轮架部分，该齿轮与调节驱动的轴抗扭地相连。

在按照本发明的车辆的优选的实施方式中，执行机构具有用于确定执行器位置的测量装置，其中控制装置与测量装置相连，以便也依据确定的执行器位置控制传动机构。通过关于瞬时执行器位置的附加信息，即例如关于调节杆的位置或电机轴的旋转角度的附加信息，控制装置在确定所需的调节参数时可以考虑至少一个滑片与车辆的相对位置。由此，不需要在每个车辆位置或执行器位置中通过执行机构进行调节介入。由此尤其可能的是，将传感器机构布置在可动的集电器上，例如布置在滑片附近，因为在此可以直接采集滑片相对于滑接馈电线的位置。

在按照本发明的车辆的优选的实施方式中，构造控制执行机构的控制装置，使得至少一个滑片关于其工作范围来回移动。为了实现滑片的接触单元的均匀磨损，控制装置可以在运行按照本发明的车辆期间这样周期地来回调节集电器，使得滑片在其整个工作范围上均匀地接触滑接馈电线。结果，滑片的该调节运动相当于通过按照本发明的车辆的调节可能性而可以弃用的常规高架线装置的滑接馈电线的之字形导引。

在按照本发明的车辆的优选的实施方式中，控制装置与驾驶员辅助系统相连，通过该驾驶员辅助系统依据确定的执行器位置和/或采集的车辆位置可以对驾驶员输出转向建议，和/或可以执行自动的转向介入。由此在临界地接近滑片的工作范围的界限时，和/或在临界地偏离车辆与行车道或与高架线中心时，通过驾驶员辅助系统可以输出具有反向驾驶的行动建议的声和/或光的警报信号。在具有自动转向辅助的车辆中也可能的是，该自动转向辅助为了沿着高架线装置行车而与控制装置耦合，以便允许进行自动的转向介入。

在按照本发明的车辆的另一种优选的实施方式中，传感器机构具有至少一个用于确定由至少一个滑接馈电线产生的物理场、特别是磁场或电场或电磁交变场的场强的测量设备。在此，使用高架线装置来产生物理场具有优势，该高架线装置主要用于为按照本发明的车辆供电，并且因此将电能馈入其滑接馈电线。可以便宜地在市场上买到具有足够的测量精确性和测量有效范围的用于确定电磁场的场强的测量设备，以便通过在传感器机构位置处的场强值获得与滑接馈电线的距离的度量。由此可以导出车辆与高架线装置的相对位置。

优选地，通过将能量馈入高架线装置向车辆牵引供电来产生物理场。在直流电压供电的情况下总是围绕滑接馈电线构成的电场和磁场，或在交流电压供电的情况下发射的电磁交变场足以能够通过在车辆侧测量其场强获得关于车辆与高架线装置的相对位置的信息。不需要在高架线侧采取其它措施。在直流电压的情况下，使用在其中作为剩余波纹度存在的交流电压分量来产生物理测量场具有优势。

进一步优选地，通过附加地在至少一个滑接馈电线中施加的电压或电流产生物理场。为了改善可测量的场强值可以施加与牵引电压叠加的高频电压或电流。

另外，优选地通过布置在高架线装置上的发送单元产生物理场。当以MHz或GHz范围施加高频电压或电流时，可以采用这样的发送单元，因为其由于发射而仅具有小的有效范围。

在按照本发明的车辆的另一种优选的实施方式中，将集电器构造成用于从具有两个滑接馈电线的高架线装置馈入电能，其中传感器机构具有两个按照横向距离布置的用于确定场强的测量设备，其中横向距离与滑接馈电线之间的距离不同。横向距离可以小于或大于滑接馈电线距离地选择。如果车辆位于双极高架线装置的两个滑接馈电线下方中间，则由两个测量设备测量的场强值大小相等。在中间之外则场强值不同。由此可以实现，传感器机构可以识别车辆是否过左或过右地偏离高架线中心。

附图说明

按照本发明的车辆的其它优点和特征借助于附图由下面对实施例的描述给出。附图中：

图1示出了在车辆纵轴方向上的按照本发明的车辆，

图2示出了按照图1的两个滑接馈电线和车辆的传感器机构的相互位置，

图3示出了按照在滑接馈电线下方的不同高度由两个滑接馈电线产生的磁场的场强变化。

具体实施方式

按照图1设置具有出线1和与之平行延伸的回线2的用于电气化行驶车道3的双极高架线装置。高架线装置的出线1和回线2下面也称为单个滑接馈电线或共同称为滑接馈电线。借助未示出的基础设施装置，诸如电线杆、支架、稳定杆、承重钢索、悬架等，将其大约布置在行驶车道3上方中间。行驶车道3例如可以是多车道高速公路的右侧行驶车道。由此可以利用集电器20将电能馈入到车辆10，以便向车辆10的电驱动或混合驱动提供牵引能量或者将车辆10的制动能量引出到高架线装置。

将集电器20关于车辆10的车辆纵轴11布置在驾驶室后面以及装载结构前面，它们未详细示出。集电器20具有两个基本上竖直布置的支承杆21，该支承杆21在其下端与车辆10铰接并且在其上端承载跷板22。支承杆21位于摆动平面12中，该摆动平面12基本上横向垂直于车辆纵轴11并且位于驾驶室和装载结构之间。在该摆动平面12中，跷板22相应地可以实施侧面的、也就是基本上水平的并横向垂直于车辆纵轴11延伸的摆动运动12，以便使在跷板22上布置的滑片23保持与滑接馈电线1或2的滑接。

集电器20具有两个平行对齐的支承杆21，该支承杆21各通过摆动联轴器可旋转地与车辆10铰接。摆动联轴器允许支承杆21在共同的摆动平面12中摆动运动，该摆动平面12在图1中通过附图平面构成；也就是摆动联轴器的旋转轴平行于车辆纵轴11延伸。支承杆21可以具有未示出的调节圆柱，以便其能够可伸缩地伸出或缩回。支承杆21各具有一个水平布置的并且横向垂直于车辆纵轴11延伸的跷板22，该跷板22经由摆动联轴器与调节圆柱的活塞杆的上端相连。跷板22各包含两个在行驶方向上前后布置的并且安装在悬架装置上的滑片23，在该滑片上安装了接触单元，并且在其侧端布置向下倾斜的伸缩触角（

）。每对前后布置的滑片23接触滑接馈电线1或2中的一个。跷板22可以围绕水平的并且横向垂直于车辆纵轴11延伸的跷板轴旋转，以便在滑片23伸缩到滑接馈电线1或2处受到阻碍时能够随之倾斜。

两个支承杆21通过水平的、在摆动平面12中线性引导的调节杆32连接。调节杆32借助调节驱动31可以横向垂直于车辆纵轴11移动，该调节驱动31被设计为具有传动装置的线性驱动，并且固定在车辆10上。该调节运动通过活节联轴器传导至支承杆21。通过控制系统预先给定调节运动的调节参数，控制系统包含：用于采集车辆10相对于高架线滑接馈电线1或2的位置的传感器机构40；通过调节杆32和调节驱动31构成的执行机构30；以及与传感器机构40和执行机构30相连的控制装置50。

传感器机构40例如可以由具有图像分析的摄影机构成。但在示出的实施例中，传感器机构40包含两个测量设备41，该测量设备41用于测量由滑接馈电线1或2在测量设备41位置处产生的磁场的磁场强度H。例如通过为了牵引供电而施加到滑接馈电线1或2的电压或电流来测量磁场。按照图2，将两个测量设备41的横向距离l比两个滑接馈电线1或2彼此的距离d选择得更大。对于不同的滑接馈电线高度h，得到在图3中示出的磁场强度H的变化，其由安装在车辆顶部的测量设备41测量。滑接馈电线高度h选择得越小，则在滑接馈电线1或2的位置处的最大值越突出。如果车辆10在滑接馈电线1或2下方中间行驶，则两个测量设备41测量相同的磁场强度H。如果车辆10不在中间行驶，则由一个测量设备41测量的磁场强度上升，而由另一个测量设备41测量的磁场强度下降，反之亦然。由此可以采集车辆10与高架线装置的相对位置。

此外，执行机构30还包括用于确定执行器位置的测量装置33，例如调节杆32的瞬时侧向偏移，其还相应于滑片相对于车辆的明确位置。执行器位置和/或车辆位置的信息持续地向控制装置50传送。在控制装置50中，现在这样控制执行机构30，使得依据由传感器机构40采集的车辆位置，至少一个滑片23在其工作范围b内保持与至少一个滑接馈电线1或2接触。控制装置50进而确定必须围绕哪个路径侧向偏转跷板22，以便滑片23在其工作范围b中与滑接馈电线1或2接触。在行驶不准确的情况下以及在闪避或超车操作的情况下，这样的控制干预可能是必须的。当滑接馈电线1或2不在行驶车道3上方中间延伸时，如其例如在转弯的情况下，其也可能是必须的。

由于跷板22并且滑片23随其在侧向调节运动12的情况下轻微下沉，可以伸长调节圆柱来平衡该高度降低。缩短和伸长调节圆柱也具有如下优点：可以以均匀压力接触在电线杆之间垂落的滑接馈电线1或2。最后，当车辆10驶入或脱离电气化行驶车道3时，伸长和缩短调节圆柱用于与滑接馈电线连接或断开，例如在驶入、驶出或横越高速公路的情况下以及在超车操作的情况下或在路边紧急停车的情况下。为了补偿纵向压缩，每个支承杆21具有未示出的弹簧机构，该弹簧机构例如通过空气悬架构成。除了由此获得的抑制之外，支承杆21附加地还可以抬高或降下。在此，为了传送支承杆21以及由此滑片23的小的弹簧运动和较大的抬高或降下运动，设置传动装置。这样构造弹簧机构，使得滑片23始终以恒定的力压向滑接馈电线1或2。为了使车辆10和集电器20电分离，支承杆21分别经由电支撑绝缘子（未示出）与车辆10相连。

总之，集电器20可以可靠地与滑接馈电线连接或断开，并且可以在车辆10与高架线装置之间的侧向相对位移直至0.4m的情况下，可靠地将滑片23与滑接馈电线1或2保持接触。具有滑片23的U形跷板22也可以在行驶速度在80至100km/h的情况下可靠地使用高架线装置。

Claims (11)

1.一种非轨行的车辆（10），特别是载货汽车或公共汽车，具有用于由具有至少一个滑接馈电线（1，2）的高架线装置馈入电能的集电器（20），其中所述集电器（20）具有至少一个滑片（23），该滑片带有用于接触至少一个所述滑接馈电线（1，2）的工作范围（b），其特征在于：与所述集电器（20）耦合的执行机构（30），用于调节至少一个所述滑片（23），其中至少一个所述滑片（23）水平延伸并且能够横向垂直于车辆纵轴（11）进行调节；传感器装置（40），用于采集车辆（10）相对于至少一个滑接馈电线（1，2）的位置；以及与所述传感器机构（40）和所述执行机构（30）相连的控制装置（50），其被构造为，依据由所述传感器机构（40）采集的车辆位置控制所述执行机构（30），使得至少一个所述滑片（23）在其工作范围（b）内保持与至少一个滑接馈电线（1，2）接触。

2.根据权利要求1所述的非轨行的车辆（10），其中，所述集电器（20）具有两个支承杆（21），该支承杆被可旋转地在车辆（10）上铰接，使得其能够在共同的摆动平面（12）中横向垂直于车辆纵轴（11）摆动，其中所述支承杆（21）铰接地与承载至少一个滑片（23）的跷板（22）相连。

3.根据权利要求1或2所述的非轨行的车辆（10），其中，所述执行机构（30）具有调节驱动（31）和线性引导的调节杆（32），其中所述调节杆（32）与所述集电器（20）耦合，并且借助所述调节驱动（31）能够横向垂直于车辆纵轴（11）移动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，所述执行机构（30）具有用于确定执行器位置的测量装置（31），其中所述控制装置（50）与所述测量装置（31）相连，以便也依据确定的执行器位置控制所述执行机构（30）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，将控制执行机构（30）的控制装置（50）构造为，使得至少一个所述滑片（23）关于其工作范围（b）来回移动。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，将所述控制装置（50）与驾驶员辅助系统相连，通过该驾驶员辅助系统依据确定的执行器位置和/或采集的车辆位置，能够对驾驶员输出转向建议和/或能够执行自动的转向介入。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，所述传感器机构（40）具有至少一个测量设备（41），用于确定由至少一个滑接馈电线（1，2）产生的物理场、特别是磁场或电场或电磁交变场的场强（H）。

8.根据权利要求7所述的非轨行的车辆（10），其中，通过将能量馈入高架线装置向车辆（10）牵引供电来产生所述物理场。

9.根据权利要求7或8所述的非轨行的车辆（10），其中，通过附加地在至少一个滑接馈电线（1，2）中施加的电压或电流产生所述物理场。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，通过布置在高架线装置上的发送单元产生所述物理场。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的非轨行的车辆（10），其中，将所述集电器构造成用于从具有两个滑接馈电线（1，2）的高架线装置馈入电能，其中所述传感器机构（40）具有两个按照横向距离（1）彼此布置的用于确定场强的测量设备（41），其中所述横向距离（1）与滑接馈电线（1，2）之间的距离（d）不同。

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