CN1071650C - 铁路机车车辆的倾斜度控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁路机车车辆车体的倾斜度控制装置，它有横向加速度传感器(1)和受此传感器控制的倾斜度控制设备(2-4)，用于使车体绕其轴线相对于支承着车体的走行装置或转向架倾斜。其中，在横向加速度传感器(1)与倾斜度控制设备之间的信号路径内连接一低通滤波器(3)。为了至少基本上补偿低通滤波器的时延，在横向加速度传感器(1)与低通滤波器(3)之间的信号路径内连接一特性曲线元件(2)，它的输出信号至少在要测量的横向加速度值预定测量范围的中段(aqem)内按这样的方式选择，即，使车体内的横向加速度在此中段近似于常数。

Description

铁路机车车辆的倾斜度控制装置
本发明涉及一种按第一项权利要求前序部分所述的倾斜度控制装置。
在已知的这种类型的倾斜度控制装置(DE3727768C1)中，为了产生取决于铁路弯道地倾斜铁路机车车辆车体的控制信号，除横向加速度传感器外还设有测量车体旋转速度的陀螺仪和速度传感器。横向加速度传感器和转角传感器的输出信号输入同类的低截止频率的电的低通滤波器，以便从这些输出信号滤出被寄生振荡覆盖着的基本信号。经滤波的取决于转角的陀螺仪输出信号与取决于车速和重力加速度的信号相乘，并接着与已滤波的横向加速度传感器信号一起作为合成信号输入倾斜度控制设备，它根据输入量实施车体绕其纵轴线相对于支承车体的走行装置或转向架装置的倾斜。在这里，低通滤波器有为2Hz的截止频率。此低的截止频率导致输出信号有不希望的电的时延。为了补偿这一缺点，因这种缺点会造成车体的一种有害地影响乘车舒适性的有延迟地倾斜，向经低通滤波器过滤的决定车体倾斜度的输出信号输入一个经多次倍增和相加获得的校正信号，它由车体绕其竖轴的旋转速度和它的行驶速度算出。为此所需的技术耗费并因而还有产生误差的可能性都比较大。此外低通滤波器有一个与横向加速度的变化速度相比为高的截止频率。
本发明的目的是在按第一项权利要求前序部分所述的倾斜度控制装置中采取措施，借助于这些措施采用简单的电路结构获得倾斜度控制设备时延很小的控制。此目的按本发明通过特征部分所述特征达到。
在按本发明的倾斜度控制装置的结构中，为了控制倾斜度控制设备中促使车体倾斜的执行机构，仅引入横向加速度传感器的输出信号，它以其由于寄生振荡而有噪声的原始形式未滤波地输入一特性曲线元件。在特性曲线元件中至少确定一条特性曲线，根据该曲线对一定的输入信号值输出一个相关的输出信号值。在这种情况下以这样的方式进行输入信号的计算评估，即只有一个中间区才利用来控制车体倾斜度。此特性曲线元件尤其可设计为数字式的，其中，在一存储器内根据横向加速度传感器输出信号存放相关的输出信号值。特性曲线元件的特性曲线有不予评估的起始区，在该区内输入信号未产生输出信号，也就是说，在车体内的横向加速度如在轨道平面内的横向加速度那样改变。在紧接着被计算评估的中间区内，此特征曲线元件定义为任意单调递增的函数。尤其选择为若干分段线性递增的曲线部分。其中至少一个曲线部分必须如此之陡，使在此曲线区车体内的横向加速度保持常数。由此至少可以部分补偿下游的低通滤波器的时延。从一预定的上限加速度值起，特性曲线元件重新提供一个不予评估的与输入信号无关的恒定输出信号值，所以在行驶中的车体内的横向加速度由于车体没有进一步倾斜而重新如在轨道平面内的横向加速度那样变化。在轨道平面内测得的起始区最好一直达到约0.4m/s2，被求值评估的中间区约为0.4至1.6m/s2。特性曲线元件的输出信号可按选择是一个经变换的横向加速度值，或是一个确定车体额定倾斜角的值。在这种情况下此低通滤波器可以有小于1Hz的截止频率。此截止频率最好调整到约0.2Hz。尽管由此增加了滤波器的时延，但鉴于特性曲线元件的计值功能，仍能达到快速反应地控制执行机构，因为至少部分补偿了低通滤波器的时延。低通滤波器的这种低的截止频率，导致在车体上柔和的斜度改变，以及使得被评估的特性曲线区起点和终点处分别有一种圆滑的特性曲线过渡。由于省去了其他一些传感器和相关的滤波和计算部件，所以获得了一种简单、不易受干扰以及用小量技术性费用支出可经济地实现的倾斜度控制装置。
在轨道平面内允许的横向加速度当前限制在0和2m/s2之间的值。在这种情况下，在车体内的横向加速度如在轨道平面内那样同步地在直至约0.4m/s2的范围内变化，而在中间区段通过相应地启动倾斜度控制装置的执行机构它保持大体上为约0.4m/s2的常数，在超过1.6m/s2的区域内重新同步上升至当前的约0.8m/s2。
控制特性与不同的铁路机车车辆类型相匹配还可以这样来达到，即，在特性曲线元件内存放多个特性曲线族，它们可以在铁路机车车辆上安装时或在希望改变倾斜特性时有选择地调用。在数字式的特性曲线族中，可为每根特性曲线的输入信号变化曲线配设具有固定数据的存储单元组，或在一个存储器单元组内的数据值根据所要求的特征曲线变化来改变。
下面借助于实施例的附图进一步说明本发明。其中：
图1铁路机车车辆的车体倾斜度控制装置方块图；
图2a特性曲线元件的求值评估函数；
图2b进入弯道时轨道平面内的横向加速度随时间变化的曲线图；
图2c有和没有特性曲线元件的额定倾斜角随时间变化的曲线图；以及
图3测得的可在车体内感觉到的横向加速度曲线。
要控制的铁路机车车辆有一车体，它可在至少两个走行装置或转向架上借助于倾斜度控制设备绕其纵轴线倾斜，其中在车体与走行装置/转向架之间设有形式上为电动机式或液压式促动器的可控制的机械执行机构。当需要通过铁路弯道时并且为了使铁路机车车辆舒适地运行不会因过高的横向力给予乘客不愉快的影响，要求控制车体的倾斜度。为了控制此处所需的执行机构，至少在一个走行装置/转向架或一根轮轴上或也在走行装置或转向架构架上设置一个传感器1，它反应横向加速度力并根据此力产生一个电信号。由于铁路弯道的缺陷和车辆本身产生的振动等，此取决于加速度的信号作为用于控制倾斜角的基本额定值信号，由于相应地叠加频率很高的寄生振荡而含有噪声。这种含噪声的信号作为输入信号未滤波地输入特性曲线元件2，它根据其输入信号aqe的量提供一个不成比例的输出信号aqa，此输出信号不仅取决于理想的基本额定值信号，而且还与叠加上去的寄生振荡有关。
图2b用实线表示在车辆进入弯道时在轨道平面内准静态的横向加速度aqe随时间的变化曲线。此加速度信号aqe从车辆进入轨道起始的过渡弧起，从时刻to(这里取为2秒钟)时的0m/s2在一中间区段aqem内线性增加，并在紧接着的全弧形段中保持恒定直至最大允许的值2m/s2。在借助于按图2a的特性曲线元件2评估求值后产生一个相关的输出信号变化曲线aqa，如在图2b中用虚线所表示的那样。它表示了一个经变换的加速度值，其中包含倾斜角基本值。因此，此输出信号aqa在输入信号超过值0.4m/s2前一直保持此值为零。然而在输出信号为1.6m/s2时它已经达到其车体倾斜度的最大值。此曲线区aqa可按选择由不同的曲线段组成。如此产生的输出信号aqa因而在到达铁路全弧形段前达到其最高值，此时在轨道平面内的加速度aqe为常数并达到当前的2m/s2。于是从1.6m/s2起便不再继续控制车体倾斜度，所以在轨道平面内超过1.6m/s2的加速度值会导致在车体内相应的可感觉得到的横向加速度增加(图3)。
图2a表示存储在特性曲线元件2内的求值函数。在这里起始区(没有输出信号)从0m/s2到0.4m/s2。在从0.4m/s2至1.6m/s2的区域aqm中，线性的递增应选择为，使对倾斜度控制有重要意义的输出信号aqa与0m/s2和2m/s2之间的加速度值相对应。在紧接着的轨道平面内加速度值输入信号aqc超过1.6m/s2的末端区aqemax内，对于车体倾斜度控制有重要意义的输出信号aqa保持常数并且与对应于2m/s2的输入信号无关。
特性曲线元件2的输出信号aqa输入低通滤波器3。由于低通滤波器3的滞后误差或时延，产生在图2c中用实线表示的滤波器输出信号nsw，它相应于倾斜角额定值，车体在列车曲线行驶时，根据出现的横向加速度aqe，借助于有关的倾斜度控制设备，实际上在0.4m/s2和1.6m/s2范围内按此额定值倾斜。反之，在图2c中的虚线则表示在没有使用特性曲线元件2的情况下按此虚线的额定倾斜角变化曲线控制车体。因此，使用特性曲线元件2导致额定倾斜角nsw对应于在可选择的值0.4m/s2至1.6m/s2之间输入信号aqe递增的中间曲线部分中的输出信号aqa更陡地上升。因此产生了倾斜角额定值信号nsw在时间上的领先。
图3表示配备有按本发明的倾斜度控制装置的铁路机车车辆试车中的测量值。其中画有在车体内测得的准静态加速度值与在铁路机车车辆走行装置或转向架轴上测得的准静态(相当于在轨道平面内的横向加速度)的横向加速度值aqe。此曲线变化过程表示在铁路弧形段行驶时在车体内加速度值起先上升至约0.4m/s2的值，然后由于主动控制车体倾斜度所以直至转向架处的加速度值至约1.6m/s2在车体内的横向加速度值近似保持常数，接着，随着横向加速度aqe增加它连续增大地上升。因此，在弯道行驶时给予旅客有与视觉上一致的感觉，即事实上在驶过一个弯道，然而沿全部高度感觉不到有实际的离心力。

Claims (8)

1．铁路机车车辆车体的倾斜度控制装置，它有横向加速度传感器(1)和受此传感器控制的倾斜度控制设备，用于使车体绕其纵轴线相对于支承着车体的走行装置或转向架倾斜，以及有连接在横向加速度传感器(1)与倾斜度控制设备之间信号路径内的低通滤波器，其特征为：在横向加速度传感器(1)与低通滤波器(3)之间的信号路径内连接一特性曲线元件(2)，它的输出信号至少在要测量的横向加速度值(aqe)预定测量范围的中段(aqem)内按这样的方式选择，即，使车体内的横向加速度在此中段(aqem)大约近似为常数。
2．按照权利要求1所述的倾斜度控制装置，其特征为：在轨道平面内存在的横向加速度值的中段(aqem)在约0.4m/s2至1.6m/s2之间。
3．按照权利要求1或2所述的倾斜度控制装置，其特征为：当横向加速度值(aqe)在0.4m/s2和1.6m/s2之间时，倾斜度控制设备只是将车体倾斜到这样的程度，即，在车体内保持为约0.4m/s2的横向加速度。
4．按照权利要求1至3中至少一项所述的倾斜度控制装置，其特征为：在特性曲线元件(2)内储存多个不同的特性曲线族，它们可按选择调用。
5．按照权利要求1至4中至少一项所述的倾斜度控制装置，其特征为：低通滤波器(3)的截止频率小于1Hz。
6．按照权利要求1至5中至少一项所述的倾斜度控制装置，其特征为：低通滤波器(3)的截止频率约等于0.2Hz。
7．实施按照权利要求1至6中至少一项所述倾斜度控制装置的方法，其特征为：倾斜度控制设备只有当轨道平面内的横向加速度值在0.4m/s2与1.6m/s2之间时才启动。
8．按照权利要求7所述的方法，其特征为：倾斜度控制设备按这样的方式控制，即，保持车体内的横向加速度近似为常数。
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