CN109937167A - 用于识别轨道车辆车身相对于底盘的摇摆运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于识别轨道车辆车身（1）相对于轨道车辆（3）的底盘（2）的摇摆运动的方法和装置，其中，对与摇摆角成比例的信号（S）进行带通滤波，并且将经过带通滤波的信号（S_滤波器）的量值与极限值（S_lim）进行比较，并且借助于在观察时间段（T）内多次超过极限值（S_lim）来确定摇摆。

Description

用于识别轨道车辆车身相对于底盘的摇摆运动的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于识别轨道车辆车身相对于底盘的摇摆运动的方法和装置。

背景技术

轨道车辆可以被激发围绕其纵轴线进行振动运动。在此，车右侧的和左侧的行驶机构弹簧交替地弹动，这导致车身的相应的摇摆运动。乘客可以感觉到这种运动是不舒服的，并且在极端情况下这种运动也会与安全有关。为了减小摇摆运动，根据现有技术，使用了平行于行驶机构弹簧的缓冲器，所述缓冲器将车身的动能转换成热量。摇摆运动的激发通常通过与行驶速度有关的路径来实现，例如通过以适合激发车辆的摇摆固有频率的速度行驶通过软质道路来实现。这种触发的摇摆运动是不严重的并且很快就会消退。然而，还有另一种可能性，故意地通过乘客的协调的错误行为导致这种摇摆运动。例如，一组乘客可能通过在扶手处一起摇晃而引起这种摇摆运动。如此触发的摇摆运动不快速消退并且只要进行激发就存在。有可能精确地并在较长的时间段上碰到该摇摆固有频率，这会导致车身的相当大的摇摆角。车辆驾驶员不会立即意识到这种摇摆运动，只有当牵引车辆受到其影响时才能识别出该状态并对之做出响应。在无驾驶员操作的车辆中，例如现代地铁，没有可行方案来识别出这种状态。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出用于识别轨道车辆车身相对于底盘的摇摆运动的方法和装置，该方法能够可靠地识别出持久的摇摆运动（围绕纵轴线的振动）并且将其与瞬态的摇摆运动区分开。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法和根据权利要求5的装置来实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的基本思想，用以下方法步骤来描述用于识别轨道车辆车身相对于底盘（2）的摇摆运动的方法：

-获取与车身围绕轨道车辆的纵轴线的瞬时扭转成比例的信号，

-将该信号输送给带通滤波器，

-将在前一步骤中经过滤波的信号与极限值进行比较，

-当经过滤波的信号超过所述极限值时，触发具有确定长度的观察时间段，

- 统计所述经过滤波的信号在所述观察时间段内超过极限值的数量，

-如果在观察时间段内已统计出所述经过滤波的信号多次超过极限值，则识别出摇摆运动，

-发出表明摇摆运动的信号。

由此，可以实现下述优点：能够识别持久的摇摆运动并且能够进行报警。特别地，可以区分短期的（瞬态的）摇摆和故意引发的摇摆之间的区别。

根据本发明的方法使用一信号，该信号与车身围绕轨道车辆的纵轴线相对于底盘的瞬时扭转成比例。这种信号可以例如通过倾斜角传感器来获得，该倾斜角传感器直接确定车身和底盘之间的摇摆角。另一种可行方案在于：在车身上设置转动率传感器并且其输出信号在时间积分之后作为表明摇摆角的信号来考虑。

本发明的一种特别有利的实施方式规定：将空气弹簧波纹气囊中的压力差作为摇摆角的量度来考虑。

描述摇摆角的该信号可在第一步骤中进行带通滤波，以滤除信号中的无关频率。带通滤波器的通频带的中心在此基本上应解释为由车身和空气弹簧构成的弹簧-质量-系统的摇摆固有频率。该摇摆固有频率取决于轨道车辆的负载，因为通常用于水平调节的空气弹簧中的静态的气体压力是可变地设计的，并且压力变化引起弹簧常数的变化。常见的轨道车辆的摇摆固有频率典型地为0.5Hz。可以根据空气弹簧中的静态的气体压力重新调节带通滤波器的通频带的中心频率，以确保在所有负载状态下都给出精确的摇摆识别并避免错误警告。

现代轨道车辆的最常见的构造形式规定：每个车厢具有两个转向架，所述转向架各具有两个车桥，其中每个转向架各布置有一个左边的空气弹簧和一个右边的空气弹簧。如果空气弹簧波纹气囊中的压力差被作为摇摆角的量度来考虑，那么有利的是：将各个转向架（转向架的空气弹簧波纹气囊）处的相应的压力差相加。这样，反相的摇摆运动就不能导致摇摆识别的触发。

在带通滤波之后对经过带通滤波的信号形成量值并且将该量值信号与预先给定的极限值进行比较。该极限值与下述摇摆角成比例，自该摇摆角开始应该进行摇摆警告。但是，不应该在单次瞬态超过该摇摆角时进行警告，而是仅仅在已经确定了恒定的、不再消退的振动时才进行警告。为此，在超过应该进行警告的角度时，在确定的观察时间段内触发限时元件，并且统计在该观察时间段内超过的数量。如果该数量超过数值3，那么这以十分高的可能性表明车身相对于底盘的不再消退的或者太慢地消退的振动并且发出警告信号。

该警告信号在此能够被有利地带到车辆驾驶员的视野中。特别有利的是，将该警告信号输送给车辆控制器，该车辆控制器于是限制最大的行驶速度。对于无驾驶员操作的车辆而言，除此之外将该警告信号传输给位置固定的装置是有利的，从而可以相应地控制驾驶操作。

有利地借助于摇摆识别装置来执行根据本发明的方法，该摇摆识别装置包括控制装置，在该控制装置中执行处理步骤。该控制装置可输送与车身围绕轨道车辆的纵轴线相对于底盘的瞬时扭转成比例的信号。在控制单元中可布置带通滤波器，该带通滤波器对所输送的信号进行带通滤波。带通滤波器的通频带的中心频率在此基本上可与轨道车辆的摇摆固有频率相一致。此外，控制装置包括量值形成单元，该量值形成单元用于形成经过滤波的信号的量值。此外，可设置用于将信号的量值与确定的极限值进行比较的比较装置，其中在超过极限值时，可触发限时元件，这引起针对确定的观察时间段对超过极限值的情况进行统计。观察时间段典型地可确定为摇摆固有频率的三个以上的振荡周期的长度。例如，观察时间段可以在摇摆固有频率为0.5Hz时确定为6至7秒的数值。由此确保了，在一观察时间段内可以确定多次超过极限值。在实际应用情况下，三个连续的极限值被超过的情况可靠地标志了：车身围绕纵轴线发生了恒定的振动，该振动并不是通过驾驶操作激发的，而是其原因在于多个乘客的协调的错误行为并且因此故意引起的，或者在行驶机构上存在损伤，通过其不能进行合适的摇摆缓冲。

应该引起警告的超过极限值的具体数量应根据相应的具体应用情况来分配。但是，无论如何，仅仅需要小数量的极限值超过情况，从而在潜在地出现危险的运行状态之前就能够非常早地进行警告。

如果观察时间段到期，在该观察时间段内可统计较少的极限值超过情况，那么就不发出警告并且重新开始该过程。

如果确定了足够数量的超过情况，那么控制装置就传输警告信号，该警告信号向车辆驾驶员指出在列车的车厢中的这种异常状态。特别地有利的是，进行最大行驶速度的自动限制。

此外，可以是有利的是，规定将该警告消息传输给位置固定的装置，这尤其对于无驾驶员操作的车辆来说是重要的。

附图说明

其中示例性地：

图1示出了用于进行摇摆识别的方法的流程图；

图2示出了轨道车辆、剖视图；

图3示出了用于进行摇摆识别的装置。

具体实施方式

图1示例性地和示意性地示出了用于进行摇摆识别的方法的流程图。在流程图中示出的方法流程规定：将摇摆信号S输送给带通滤波器。在进一步的顺序中，确定输出信号S_滤波器的量值。将带通滤波器的量值信号与极限值S_lim进行比较。根据关系∣S_滤波器∣≥S_lim做出决定，其中在不满足关系∣S_滤波器∣≥S_lim时不识别出摇摆并且从第一处理步骤再次开始该方法。如果满足关系∣S_滤波器∣≥S_lim，也就是说，所述量值信号大于极限值时，那么就开始具有确定长度的观察时间段T的过程。同时，统计在观察时间段T内的超过数量，其中触发观察时间段T的过程的第一次超过也被统计在内。示出的实施例所具有的要求超过的数量为三个。因此，如果在观察时间段T内识别到三次超过，则识别出摇摆并发出警告信号10。如果在观察时间段T内统计了少于三次超过，则未识别出摇摆，并且以第一处理步骤继续运行该方法。

图2示例性地和示意性地示出了轨道车辆的剖视图。在底盘2的区域中示出了轨道车辆3横向于纵向方向的断面。在底盘2和车身1之间布置左边的空气弹簧4和右边的空气弹簧5。其他部件，例如摇摆缓冲器在图2中未示出。另外，车身在另一位置1’中示出，在该另一位置中，所述车身处于强烈的摇摆运动中。在所示出的位置1’中，由于摇摆运动，左边的空气弹簧4中的气体压力相对于右边的空气弹簧5中的气体压力增加。该压力差可以在用于进行摇摆识别的具体方法中被考虑。通常设置空气弹簧4、5的气体空间的连接，然而，相比于由于摇摆而进行的压力调节，在压力差的情况下的溢流明显慢得多。

图3示例性地和示意性地示出了用于进行摇摆识别的装置。该装置包括控制装置11，用于确定左边的空气弹簧4中的气体压力的左边的压力测量装置6和用于确定右边的空气弹簧5中的气体压力的右边的压力测量装置7。压力测量装置6、7将与测量的气体压力成比例的信号p1和p2传输给在控制装置11中的差值形成器8。由差值形成器8获取的差压信号Δp被传递给逻辑电路9，该逻辑电路执行如在关于图1的说明中所列举的那样的其他的方法步骤。逻辑电路9被设置用于发出警告信号10。

附图标记列表：

1 轨道车辆车身

2 底盘

3 轨道车辆

4 左边的空气弹簧

5 右边的空气弹簧

6 左边的压力测量装置

7 右边的压力测量装置

8 差值形成器

9 逻辑电路

10 警告信号

11 控制装置

S 摇摆信号

S_滤波器 经过带通滤波的摇摆信号

S_lim 极限值

T 观察时间段

p1 左边的空气弹簧的气体压力

p2 右边的空气弹簧的气体压力

Δp 差压。

Claims (11)

1.一种用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的方法，所述方法具有以下方法步骤：

-获取与车身围绕轨道车辆（3）的纵轴线的瞬时扭转成比例的信号（S），

-将该信号（S）输送给带通滤波器，

-对在前一步骤中经过滤波的信号（S_滤波器）形成量值并且将所述信号（S_滤波器）的量值与极限值（S_lim）进行比较，

-当经过滤波的信号（S_滤波器）的量值超过所述极限值（S_lim）时，触发具有确定长度的观察时间段（T），

- 统计所述经过滤波的信号（S_lim）在所述观察时间段（T）内超过极限值的数量，

-如果在观察时间段（T）内已统计出所述经过滤波的信号（S_滤波器）多次超过极限值，则识别出摇摆运动，

-发出表明摇摆运动的信号（10）。

2.根据权利要求1所述的用于识别摇摆运动的方法，其特征在于，所述表明摇摆运动的信号（10）引起了对所述轨道车辆（3）的最大行驶速度的限制。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的用于识别摇摆运动的方法，其特征在于，所述表明摇摆运动的信号（10）被考虑用于对车辆驾驶员做出警告。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的用于识别摇摆运动的方法，其特征在于，所述表明摇摆运动的信号（10）被传输给位置固定的装置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于识别摇摆运动的方法，其特征在于，如果在观察时间段（T）内已统计出所述经过滤波的信号（S_滤波器）超过极限值三次，则识别出所述摇摆运动。

6.一种用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的装置，其特征在于，

设置有控制装置（11）和用于获取车身（1）围绕轨道车辆（3）的纵轴线相对于底盘（2）的瞬时扭转的装置，其中，用于获取车身（1）围绕轨道车辆（3）的纵轴线相对于底盘（2）的瞬时扭转的装置将与所述扭转成比例的信号（S）传输给所述控制装置（11），其中，所述控制装置（11）包括用于对所述信号（S）进行滤波的带通滤波器，并且包括比较单元，该比较单元用于将所述带通滤波器的输出信号（S_滤波器）的量值与极限值（S_lim）进行比较，其中，在超过所述极限值（S_lim）时，针对具有确定长度的观察时间段（T）触发限时元件，并且其中，统计装置获取在所述观察时间段（T）内超过所述极限值（S_lim）的数量，并且其中当在观察时间段（T）内出现多次超过时，所述控制装置（11）发出表明摇摆运动的信号（10）。

7.根据权利要求6所述的用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的装置，其特征在于，用于获取车身围绕轨道车辆的纵轴线相对于底盘的瞬时扭转的装置包括两个压力测量装置（6、7），所述压力测量装置分别被设置用于获取在行驶机构的各一个空气弹簧（4、5）中的气体压力，并且其中与所述气体压力的差成比例的信号（Δp）作为与所述扭转成比例的信号被传输给所述控制装置（11）。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的装置，其特征在于，当在观察时间段（T）内出现三次超过所述极限值（S_lim）时，所述控制装置（11）发出指示摇摆运动的信号（10）。

9.根据权利要求6所述的用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的装置，其特征在于，用于获取车身（1）围绕轨道车辆（3）的纵轴线相对于底盘（2）的瞬时扭转的装置包括倾斜角传感器。

10.根据权利要求6所述的用于识别轨道车辆车身（1）相对于底盘（2）的摇摆运动的装置，其特征在于，用于获取车身（1）围绕轨道车辆（3）的纵轴线相对于底盘（2）的瞬时扭转的装置包括转动率传感器。

11.一种轨道车辆，其包括根据权利要求6至10中任一项所述的用于识别摇摆运动的装置。