CN110914651B - 用于车辆的负荷确定的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的、特别是带有至少一个车身（1）和至少一个底盘（2）的轨道车辆的负荷确定的装置，其中，设置了带有至少一个压力传感器（4）的至少一个空气波纹管（3）以及至少一个加速度传感器（5），并且其中，所述至少一个空气波纹管（3）和所述至少一个加速度传感器（5）与至少一个计算单元（6）连接。为了创造出有利的结构设计条件而建议，所述至少一个空气波纹管（3）仅用于负荷确定。由此可以取消从悬架系统确定负荷并且获得负荷确定的准确度的提升。

Description

用于车辆的负荷确定的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于车辆的、特别是带有至少一个车身和至少一个底盘的轨道车辆的负荷确定的装置，其中，设置了带有至少一个压力传感器的至少一个空气波纹管（Luftbalg）以及至少一个加速度传感器，并且其中，至少一个空气波纹管和至少一个加速度传感器与至少一个计算单元连接。

背景技术

为了例如能以正确的程度制动车辆，这就是说，不施加过少和不施加过多的制动矩到车轮上，车辆的、特别是轨道车辆的精确的负荷确定很重要。在客车车厢或动车组中停留的乘客例如是作用到底盘和车轮上的负荷。这些负荷具有特定的大小和在车辆上的特定的分布。货车车厢的货物同样作为负荷作用到车辆的底盘和车轮或车轮组上。

经常使用负荷制动阀来调整压缩空气制动系统的制动压力。这些负荷制动阀经常与构造成空气弹簧的次级悬架以及与制动缸连接。根据在空气弹簧中的空气压力，借助负荷制动阀调整制动缸压力。由此达到了与负荷相关的制动。

由现有技术例如已知DE 40 11 205 A1。其中说明了一种用于控制轨道车辆的压缩空气制动器的与负荷相关的制动阀。设置了一种能枢转的杠杆，该杠杆根据轨道车辆的负荷状态偏转，并且视负荷状态而定地接触制动阀的活塞的第一边缘或第二边缘并且将力施加到其上。由此造成了与轨道车辆的负荷成比例的制动力。

此外，在DE 10 2016 007 453 A1中公开了一种用于轨道车辆的负荷传感器，该负荷传感器用于调整制动压力。这个负荷传感器具有弹簧加负荷的鞍形阀、圆盘、环形的机构、其它的部件以及空腔。借助环形的机构减少了负荷传感器的部件的相对运动并且因此改进了负荷传感器的制造和运行安全。

此外，WO 2008/007067 A1示出了一种用于连续地确定轨道车辆的垂直负荷的阀。所述阀布置在弹簧和底盘上的楔形的导向元件之间并且随这个导向元件运动。底盘的转向运动对阀或对垂直的负荷的确定的影响由此减小。

发明内容

本发明的任务是，说明一种相对于现有技术进一步研发后的用于负荷确定的装置。

按照本发明，该任务用一种本文开头所述类型的装置解决，在该装置中，至少一个空气波纹管仅用于负荷确定。由此可以取消从悬架系统确定负荷并且获得负荷确定的准确度的提升。准确度的提升归因于检测车辆加速度的加速度传感器的使用。车辆加速度在负荷确定中被考虑到。准确度的提升引起了较为精确地调整与负荷相关的制动器的制动压力。由此又减小了制动器磨损和与之相关的保养和维护费用。此外，在使用按本发明的装置时可以取消磨损的部件，如能枢转的杠杆或导向元件。

有利的是，至少一个空气波纹管靠近车身重心布置，特别是当空气波纹管纵轴线延伸穿过车身重心时。通过这种措施减小由从车身引入到空气波纹管中的力产生的扭矩。在空气波纹管中的基于这些扭矩的压力比的影响和因此空气需求确定的影响因而仅以能忽略的程度发生。

当至少一个加速度传感器靠近至少一个空气波纹管布置时，特别是当空气波纹管纵轴线延伸穿过至少一个加速度传感器时，就得到了一种有利的设计方案。通过这种措施达到了这样的优点，即，检测在空气波纹管附近出现的车辆加速度。由此能尽可能精确地检测车辆加速度对在空气波纹管中的歪曲负荷确定的压力比的影响并且可以以计算的方式将所述影响从负荷确定中排除。

附图说明

接下来借助实施例详细阐释本发明。

示例性地：

图1示出了按本发明的空气波纹管的示例性的实施变型方案的侧视图；

图2示出了轨道车辆的示意图，该轨道车辆带有第一车厢、第二车厢和第三车厢，其中，在车身和底盘之间布置着用于负荷确定的按本发明的装置的示例性的实施变型方案；

图3示出了针对按本发明的空气波纹管的连接的空气压力简图；并且

图4示出了用于负荷确定的按本发明的方法的流程图。

具体实施方式

用于轨道车辆的负荷确定的按本发明的装置的空气波纹管3的在图1中示出的示例性的实施变型方案，与滚动活塞7连接并且围绕空气波纹管纵轴线9布置，止挡缓冲器8设置在该滚动活塞上。通过盖板10、带第一螺纹的第一固定钻孔12以及通过未示出的第一螺钉，将空气波纹管3与轨道车辆的在图2中示出的车身1拧紧。通过基板11、带第二螺纹的第二固定钻孔13以及未示出的第二螺钉，将空气波纹管3与在图2中示出的底盘2拧紧。在车身1和底盘2之间的相对运动造成了在空气波纹管3内的空气压力的改变。由此同样完成了滚动活塞7相对盖板10的运动。止挡缓冲器8保护滚动活塞7和盖板10不受损伤，所述损伤可能在滚动活塞7和盖板10相撞时出现。

图2示出了带有第一车厢14的轨道车辆，该车厢包括车身1和底盘2。底盘2具有第一轮对17、第二轮对18以及底盘框架33并且布置在车身1下方。在底盘2和车身1之间设有次级悬架34，该次级悬架支承在底盘框架33上。第一车厢过渡部19将第一车厢14与第二车厢15连接起来，第二车厢过渡部20将第一车厢14与第三车厢16连接起来。在图2中示出了轨道车辆的一种状态，在该状态下，这个轨道车辆在静止状态下处在水平的平面上。

车身1具有车身竖轴21，底盘2具有底盘竖轴22。车身竖轴21和底盘竖轴22在轨道车辆的所示状态中交互延伸并且平行于彼此地取向。车身重心23处在车身竖轴21上，底盘重心24处在底盘竖轴22上。车身重心23和底盘重心24在轨道车辆的所示状态中具有相同的水平的位置。第一车厢14的总重心25因此在轨道车辆的所示状态中水平地与车身重心23和底盘重心24相同地定位。

在车身1和底盘2之间布置着用于负荷确定的装置的空气波纹管3。空气波纹管纵轴线9在轨道车辆的所示状态中延伸穿过车身重心23、底盘重心24以及总重心25并且因此平行于车身竖轴21以及底盘竖轴22。车身1将重力、基于第一车厢14的装载的力和能沿所有空间方向起作用的其它力施加到空气波纹管3上。基于空气波纹管3相对车身重心23、底盘重心24和总重心25的位置，在轨道车辆的所示状态中将车身1的重力，并且在乘客均匀地分布在车身1中时将基于装载的力，在没有扭矩的情况下作用到空气波纹管3上。

空气波纹管3用压缩空气填充并且具有与轨道车辆的压缩空气系统的连接。在图3中示出了相应的压缩空气简图。

由现有技术公知的和特别是也针对空气弹簧而公知的压力传感器4，检测在空气波纹管3中作用的空气压力。在空气波纹管3中的空气压力，乘以空气波纹管3的横截面26以高的准确度说明了来自车身1的上述的力（重力和来自装载的力）并且因此说明了到底盘2上的负荷。

但例如当轨道车辆运动时，可能出现车身重心23的、底盘重心24的和总重心25的位置变化，所述位置变化影响或歪曲借助空气波纹管3和压力传感器4进行的负荷确定，这就是说，造成了误差。此外，车辆加速度或力可以沿纵向和横向作用到空气波纹管3上并且同样引起了负荷确定中的误差。出于这个原因，大约在空气波纹管3的下方，被构造成由现有技术公知的压电传感器的加速度传感器5布置在底盘框架33的上侧上或车身1和底盘2之间。加速度传感器5检测关于沿三个空间方向的平移的车辆加速度，由所述车辆加速度可以求出和在计算上补偿负荷确定的误差。加速度传感器5靠近空气波纹管3布置，空气波纹管纵轴线9延伸穿过加速度传感器5。加速度传感器5因此以高准确度说明了作用到空气波纹管3上的车辆加速度。因此以大的精确度在计算上补偿基于上述误差的误差。

压力传感器4和加速度传感器5为了传递压力信号（由所检测到的空气压力形成）和加速度信号（由所检测到的加速度信号形成）而通过未示出的线路路径与计算单元6连接，在该计算单元中进行负荷确定。计算单元6布置在车身1中。但作为按本发明的备选方案，该计算单元也可以例如设置在底盘2中。按照本发明也还能设想的是，压力信号和加速度信号的传递借助无线电连接完成。

按照本发明，还能想到的是，例如当在车身1下方布置着两个底盘2时，空气波纹管纵轴线9不延伸穿过车身重心23或不延伸穿过总重心25。在这种布置中，至少部分地充分利用了按本发明的用于负荷确定的装置的上述优点。负荷确定的归因于这种布置的误差基于在空气波纹管3和车身重心23或总重心25之间的间距通过在计算上考虑到借助加速度传感器5检测到的车辆加速度加以补偿。

此外，按照本发明还能设想的是，在车身1和底盘2之间布置着多于一个的空气波纹管3和多于一个的加速度传感器5，并且基于用由空气波纹管3检测的空气压力进行的第一次平均值计算和用由加速度传感器5测得的车辆加速度进行的第二次平均值计算来执行负荷确定。

图3示出了轨道车辆的由现有技术公知的压缩空气系统的一部分的压力简图，按本发明的用于负荷确定的装置的示例性的实施变型方案与其连接。也在图1和图2中示出并说明的空气波纹管3，被供给了压缩空气，该压缩空气的压力比通过溢流阀27和减压阀28加以调整或影响。空气波纹管3通过第一压力管路29与减压阀28和溢流阀27连接。减压阀28和溢流阀27循序地沿着第一压力管路29布置并且对应于现有技术来设计。

此外，第一压力管路29与第二压力管路30连接。第一压力管路29与第二压力管路30的分支直接构造在空气波纹管3的区域中。也在图2中示出的检测空气波纹管3的空气压力的压力传感器4连接到了第二压力管路30上。按照本发明也可以设想的是，压力传感器4如在图2中所示的那样直接布置在空气波纹管3上。压力传感器4通过未示出的线路路径与在图2中示出的计算单元6连接。空气压力在压力传感器4中转换成压力信号并且传递到计算单元6中。在计算单元6中，基于压力信号或空气压力以及其它的信号完成了结合图4所说明的在计算上的负荷确定。

通过第一压力管路29和第二压力管路30将空气波纹管3与由现有技术公知的负荷制动阀31连接，所述负荷制动阀又未示出地、气动地连接到了轨道车辆的摩擦制动器的制动钳的制动缸上。通过负荷制动阀31完成了摩擦制动器的制动缸压力或制动力的影响以及因此轨道车辆的减速的影响。此外，通过在计算单元6中的计算上的负荷确定调整轨道车辆的减速，所述计算单元与在图4中示出的制动控制器32连接。

在图4中作为流程图示出了用于轨道车辆的负荷确定的按本发明的方法的一种实施变型方案。通过在图1、图2和图3中示出的空气波纹管3的压力传感器4检测空气波纹管3的空气压力。通过也在图2中示出的加速度传感器5检测沿三个空间方向的关于平移的车辆加速度。检测到的空气压力被转换成压力信号，检测到的车辆加速度被转换成加速度信号。压力信号和加速度信号传递给也在图2中示出的计算单元6。在计算单元6中在计算上执行负荷确定。车辆加速度使用在关于三个空间方向的三个动量定律中，所述动量定律如从现有技术公知的那样，说明了在一方面由质量和加速度得出的乘积以及另一方面外力的总和之间的相互关系作为方程式。由三个动量定律通过恰当的数学变换确定了外力。外力结合图2所说明的负荷确定的误差加以说明。空气波纹管3的空气压力与在图2中所示的横截面26相乘，由此形成了波纹管力。从这个波纹管力减去外力，由此形成了结果力。这个结果力说明了由在图2中所示的车身1的重力和车身的装载构成的负荷。

计算单元6通过相应的线路路径与制动控制器32连接，在该制动控制器中基于结果力和其它的参数调整轨道车辆的摩擦制动器的制动压力并且因此调整轨道车辆的减速。

按照本发明也可以设想的是，计算单元6是制动控制器32的一部分或负荷确定在制动控制器32本身中进行。

附图标记列表：

1 车身

2 底盘

3 空气波纹管

4 压力传感器

5 加速度传感器

6 计算单元

7 滚动活塞

8 止挡缓冲器

9 空气波纹管纵轴线

10 盖板

11 基板

12 第一固定钻孔

13 第二固定钻孔

14 第一车厢

15 第二车厢

16 第三车厢

17 第一轮对

18 第二轮对

19 第一车厢过渡部

20 第二车厢过渡部

21 车身竖轴

22 底盘竖轴

23 车身重心

24 底盘重心

25 总重心

26 横截面

27 溢流阀

28 减压阀

29 第一压力管路

30 第二压力管路

31 负荷制动阀

32 制动控制器

33 底盘框架

34 次级悬架。

Claims (10)

1.用于车辆的负荷确定的装置，其中，设置了带有至少一个压力传感器的至少一个空气波纹管以及至少一个加速度传感器，并且其中，所述至少一个空气波纹管和所述至少一个加速度传感器与至少一个计算单元连接，其特征在于，所述至少一个空气波纹管（3）仅用于负荷确定。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述车辆是带有至少一个车身和至少一个底盘的轨道车辆。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个空气波纹管（3）靠近车身重心（23）布置。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个加速度传感器（5）靠近所述至少一个空气波纹管（3）布置。

5.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个空气波纹管（3）和所述至少一个加速度传感器（5）布置在所述至少一个车身（1）和所述至少一个底盘（2）之间的区域中。

6.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个计算单元（6）布置在所述至少一个车身（1）中。

7.按照权利要求1、2、3中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个空气波纹管（3）与车辆的压缩空气系统连接。

8.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，空气波纹管纵轴线（9）延伸穿过所述车身重心（23）。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述空气波纹管纵轴线（9）延伸穿过所述至少一个加速度传感器（5）。

10.用于借助按照权利要求1至9中任一项所述的装置确定负荷的方法，其特征在于，借助所述至少一个压力传感器（4）测量所述至少一个空气波纹管（3）的空气压力，以及借助所述至少一个加速度传感器（5）测量车辆加速度，将压力信号和加速度信号传递给所述至少一个计算单元（6），并且在所述至少一个计算单元（6）中由所述空气压力和所述车辆加速度确定车辆的负荷。

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