DE19542369A1 - Tilting train system for railway rolling stock - Google Patents
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Abstract
Description
Pendelzüge stellen eine Lösung für die Gewährleistung des Fahrkomforts bei Kurvenfahrten mit hohen Geschwindigkeiten dar. Die Geschwindigkeitserhöhung in der Kurve führt aller dings auch zu einer Zunahme der Reibungsbeanspruchung zwischen Rad und Schiene, wodurch meistens verhindert wird, daß alle Möglichkeiten zur Geschwindigkeitserhöhung durch das Pendelsystem ausgeschöpft werden können.Shuttle trains provide a solution for ensuring the Driving comfort when cornering at high speeds The speed increase in the curve leads everyone However, there is also an increase in friction between wheel and rail, which mostly prevents that all the ways to increase speed by the pendulum system can be exhausted.
Die Wirkungsweise der bisher konstruierten Pendelzüge basiert auf der Erkennung und Identifizierung der Merkmale einer durchfahrenen Kurve in Echtzeit. Dazu verwenden die Züge Parameter, die in Bezug zum dynamischen Ansprech verhalten des Fahrzeugs stehen, z. B. Geschwindigkeit und Beschleunigung, die von den im Zug angebrachten Sensoren gemessen werden. Wenn unter den Signalen, die durch Gleisstörungen erzeugt und von Bordsensoren (normalerweise Winkelgeschwindigkeits- und Beschleunigungsmesser) gemessen werden, ein Einlauf in einen Gleisbogen festgestellt wird, erfolgt eine Einwirkung auf die Pendelvorrichtungen, und damit wird eine Neigung des Fahrzeugs gegenüber dem Drehgestell über vorgegebene Steuerungsstrategien erzeugt.The mode of operation of the previously designed shuttle trains is based on the recognition and identification of the characteristics a driven curve in real time. Use the Trains parameters related to dynamic response behavior of the vehicle, e.g. B. speed and Acceleration by the sensors attached to the train be measured. If under the signals through Track disturbances generated and by on-board sensors (usually Angular velocity and accelerometer) measured an entry into a track curve is determined, there is an effect on the pendulum devices, and thus an inclination of the vehicle to the Bogie generated using specified control strategies.
Diese Wirkungsweise bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich, die im folgenden aufgezählt werden:This mode of operation has a number of disadvantages themselves, which are listed below:
- - Die Identifizierung der Kurve erfolgt definitions gemäß mit Verzug. Es ist immer ein bestimmtes Zeitintervall erforderlich, bis das System fest stellen kann, daß es sich in einer Kurve befindet.- The curve is identified by definition accordingly with delay. It is always a certain one Time interval required until the system is fixed can put it in a curve.
- - Der Algorithmus der Fahrzeugneigung, den die derzeit eingesetzten Pendelsysteme erzeugen, ist unter dem Gesichtspunkt des Fahrkomforts für die Reisenden nicht optimal.- The algorithm of the vehicle inclination that the currently Generate pendulum systems used is under the From the point of view of driving comfort for the travelers not optimal.
- - Die vorweggenommene Wirkung des Systems, soweit ein solches vorhanden ist, ist unabhängig von der Art der herannahenden Kurve.- The anticipated effect of the system, insofar as such is available, regardless of the type of approaching curve.
Um diese Unannehmlichkeiten zu vermeiden, geht das hier als Erfindungsgegenstand vorgestellte System von der ständigen Vorkenntnis des Laufwegs aus und verwendet dafür eine Einrichtung (das sogenannte Positionsdetektorsystem SDP), das die Zugposition ständig mit einer Genauigkeit von wenigen Metern erkennt; es besteht aus einer intelligenten Steuereinheit, die mit einem parametrisierten Befehlsalgo rithmus programmiert wird, das man über die Anwendung eines konventionellen Programms der dynamischen Simulation des Kurvenverhaltens des Fahrzeugs erhält; in diesem Programm ist eine Berechnung der umgekehrten Dynamik vorhanden, wobei festgelegt wird, daß der dynamische Parameter die Seitenbeschleunigung des Reisenden im Fahrzeug nach einer vorgegebenen Funktion ist.To avoid this inconvenience, this is as Subject of the invention presented by the permanent system Previous knowledge of the route and uses one Device (the so-called position detector system SDP), that the train position constantly with an accuracy of recognizes a few meters; it consists of an intelligent Control unit with a parameterized command algo is programmed using the application of a conventional program of dynamic simulation of the Receives cornering behavior of the vehicle; in this program there is a calculation of the reverse dynamics, where it is determined that the dynamic parameter is the Lateral acceleration of the passenger in the vehicle after a predetermined function.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems. Fig. 1 is a block diagram of the system according to the invention.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer praktischen Ausführung der Erfindung, bei der Drehgestellrahmen und Wagenkasten über eine Aufhängung gelenkig verbunden werden. Fig. 2 is a schematic representation of a practical embodiment of the invention in which the bogie frame and car body are articulated via a suspension.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer weiteren praktischen Ausführung der Erfindung. Fig. 3 is a sectional view of another practical embodiment of the invention.
Fig. 4 ist eine schematische Sicht des Pendelstellglieds aus Fig. 3. FIG. 4 is a schematic view of the pendulum actuator from FIG. 3.
Fig. 5 ist eine Koordinatendarstellung eines Beschleuni gungsverlaufs (a), das vom System zu verwenden ist. Fig. 5 is a coordinate representation of an acceleration course (a) to be used by the system.
Im folgenden wird ein Beispiel einer praktischen Ausführung dieser Erfindung beschrieben, das nicht einschränkend verstanden werden darf. Andere Ausführungen sind keineswegs ausgeschlossen, wenn die zusätzlich eingeführten Änderungen den Kern des Systems nicht verfälschen. Diese Erfindung umfaßt vielmehr alle ihre Varianten.The following is an example of a practical implementation of this invention, which is not limiting may be understood. Other designs are by no means excluded if the additional changes introduced not falsify the core of the system. This invention rather, encompasses all of its variants.
Dieses Pendelsystem besteht aus den folgenden Komponenten (Fig. 1):This pendulum system consists of the following components ( Fig. 1):
- - Das Positionsdetektorsystem (1) (als SDP bezeichnet) be stimmt kontinuierlich die Geschwindigkeit und die absolute Position des Fahrzeugs auf dem Gleis.- The position detector system ( 1 ) (referred to as SDP) continuously determines the speed and the absolute position of the vehicle on the track.
- - Die Pendelsteuereinheit (2) (UCB) erzeugt die Pendelan weisungen und steuert deren Ausführung in Echtzeit.- The pendulum control unit ( 2 ) (UCB) generates the pendulum instructions and controls their execution in real time.
- - Das Achsausrichtungssystem (3), das die Seitenbeanspru chungen zwischen Rad und Schiene an den zwei Achsen ein und desselben Drehgestells ausgleicht und außerdem deren Maximalwert in der Kurve verringert. Auf diese Weise wird die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Kurve gesteigert.- The axle alignment system ( 3 ), which balances the side loads between the wheel and rail on the two axles of the same bogie and also reduces their maximum value in the curve. In this way, the vehicle speed in the curve is increased.
- - Die Pendelstellglieder (4) führen den von der UCB erzeug ten Pendelbefehl mechanisch aus.- The pendulum actuators ( 4 ) carry out the pendulum command generated by the UCB mechanically.
- - Fahrzeug (6).- Vehicle ( 6 ).
- - Ein Speichermodul (5), in dem die Strecke in Streckenab schnitte unterteilt ist, die durch ihre Parameter, wie z. B. absolute Position, Krümmungsradius, Länge jedes Kurvenabschnitts, Überhöhung, identifiziert sind.- A memory module ( 5 ), in which the route is divided into route sections, which are determined by their parameters, such as, for. B. absolute position, radius of curvature, length of each curve section, elevation, are identified.
Jede Kurve hat einen Einlauf-Übergangsbogen (cte), die eigentliche Kurve (c) und einen Auslauf-Übergangsbogen (cts) (Fig. 5). Each curve has an entry transition curve (cte), the actual curve (c) and an exit transition curve (cts) ( FIG. 5).
In dem Modul (5) werden die Kurvenabschnitte identifiziert, in denen das Pendelsystem aktiviert wird.The curve sections in which the pendulum system is activated are identified in module ( 5 ).
Die Funktionsweise des Pendelsystems ist wie folgt: Das Positionsdetektorsystem (1) meldet an die Steuereinheit der Pendeleinrichtung (2) die absolute Istposition und die Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Steuereinheit (2) empfängt diese Information und fragt den Streckenspeicher (5) nach den Streckenparametern an diesem Punkt des Streckenverlaufs ab. Wenn diese Position mit einem Kurvenabschnitt zusammenfällt, in dem das Pendelsystem aktiviert werden soll, wird ein Anweisungssignal (cur) für die Pendelstellglieder (4) und für das Achsausrichtungssystem (3) erzeugt, wobei einem Algorithmus gefolgt wird, der abhängig von der Betriebsgeschwindigkeit und den Merkmalen des Streckenverlaufs parametrisiert ist.The pendulum system works as follows: The position detector system ( 1 ) reports the absolute actual position and the operating speed of the vehicle to the control unit of the pendulum device ( 2 ). The control unit ( 2 ) receives this information and queries the route memory ( 5 ) for the route parameters at this point in the route. If this position coincides with a section of curve in which the pendulum system is to be activated, an instruction signal (cur) is generated for the pendulum actuators ( 4 ) and for the axis alignment system ( 3 ), following an algorithm which is dependent on the operating speed and the Characteristics of the route is parameterized.
Dieser parametrisierte Algorithmus ist eine in folgender Weise standardisierte Funktion (cur) in Abszissen und Ordinaten:This parameterized algorithm is one of the following Way standardized function (cur) in abscissa and Ordinates:
cur = func-param(vel, Lt, R, per, pos).cur = func-param (vel, Lt, R, per, pos).
Dabei ist:
cur = Funktionswerte
func-param = Funktion der Parameter
vel = Betriebsgeschwindigkeit des
Fahrzeugs
Lt = Länge des Übergangsbogens
R = Krümmungsradius des
Streckenverlaufs
per = Kurvenüberhöhung
pos = absolute Position, für die cur
ermittelt wird.Here is:
cur = function values
func-param = function of the parameters
vel = operating speed of the vehicle
Lt = length of the transition arch
R = radius of curvature of the route
per = curve elevation
pos = absolute position for which cur is determined.
Die Parametrisierung wird erreicht, indem z. B. Polynome oder harmonische Funktionen verwendet werden.The parameterization is achieved by e.g. B. Polynomials or harmonic functions can be used.
Der parametrisierte Algorithmus (func-param) ist für alle Kurven und jeden Fahrzeugtyp identisch. Um die Funktionswerte (cur) zu erhalten, genügt es, jeweils die Werte von vel, Lt, R, per und pos in die obige Formel einzusetzen.The parameterized algorithm (func-param) is for everyone Curves and every vehicle type identical. To the To obtain function values (cur), it is sufficient to use the Values of vel, Lt, R, per and pos in the above formula to use.
Dieser parametrisierte Algorithmus bzw. dieser Algorithmus des Kurvenverhaltens des Fahrzeugs wird vom Benutzer als der am besten an den vom Fahrzeug zu durchfahrenden Streckenverlauf angepaßte Algorithmus definiert und hängt von den dynamischen Fahrzeugmerkmalen, vom verwendeten Stellgliedtyp sowie vom physikalischen Standort ab und kann auf traditionelle Weise über theoretische und praktische Analysemethoden gewonnen werden.This parameterized algorithm or this algorithm the cornering behavior of the vehicle is considered by the user the best one to be driven by the vehicle The route-adapted algorithm defines and hangs from the dynamic vehicle characteristics, from the used Actuator type and from the physical location and can in a traditional way about theoretical and practical Analysis methods can be obtained.
Ein Beispiel, wie man diesen parametrisierten Algorithmus in einem konkreten Fall erreicht, sei hier gegeben: Aufgrund des zu durchfahrenden Typs des Streckenverlaufs, der dynamischen Fahrzeugmerkmale, des Stellgliedtyps und dessen Lage im Fahrzeug erfolgt eine dynamische Computersimulation des Kurvenverhaltens des Fahrzeugs.An example of how to use this parameterized algorithm achieved in a specific case, here is given: Due to the type of route to be traveled, dynamic vehicle characteristics, actuator type and its position in the vehicle is dynamic Computer simulation of the vehicle's cornering behavior.
Diese (traditionellen) Simulationsprogramme enthalten neben anderen nützlichen Funktionen ein Rechenpaket der umgekehrten Dynamik. Mit dieser Funktion ist es möglich, den Algorithmus (Funktionsalgorithmus) zu ermitteln, dem ein Befehlssignal eines Stellglieds folgen muß, damit ein dynamischer Parameter des Fahrzeugs einem vorbestimmten Algorithmus folgt. Das heißt, wenn das Ansprechverhalten auf das Problem von vornherein bekannt ist (der vorgegebene Algorithmus für einen dynamischen Fahrzeugparameter), muß man die Problemfrage erhalten können (Algorithmus des Stellglieds). Der erhaltene Algorithmus wird über eine herkömmliche Methode angepaßt und parametrisiert, wie z. B. durch die Verwendung von Polynomen oder harmonischen Funktionen.These (traditional) simulation programs contain in addition other useful functions a computing package of reverse dynamics. With this function it is possible to determine the algorithm (functional algorithm) that a command signal from an actuator must follow in order for a dynamic parameters of the vehicle a predetermined Algorithm follows. That is, if the response behavior is known from the outset of the problem (the default Algorithm for a dynamic vehicle parameter) one can get the problem question (algorithm of the Actuator). The algorithm obtained is based on a conventional method adapted and parameterized, such as. B. through the use of polynomials or harmonics Functions.
Bei diesem Pendelsystem ist der als Zielwert festgelegte, vorgegebene Algorithmus ein trapezförmiger Verlauf für die seitliche Beschleunigung (a), die der Reisende (Fig. 5) erfährt. Die Form dieser Kurve ist zum Profil des Krümmungsverlaufs (l/R) proportional, und die Amplitude der maximalen seitlichen Beschleunigung (amax) des Reisenden ist z. B. auf 0,65 m/s² begrenzt.In this pendulum system, the predetermined algorithm defined as the target value is a trapezoidal profile for the lateral acceleration (a) which the traveler experiences ( FIG. 5). The shape of this curve is proportional to the profile of the curvature (l / R), and the amplitude of the maximum lateral acceleration (a max ) of the traveler is e.g. B. limited to 0.65 m / s².
cte = Einlauf-Übergangsbogen
c = eigentliche Kurve
cts = Auslauf-Übergangsbogen
Pa = absolute Position.cte = inlet transition arch
c = actual curve
cts = outlet transition arch
Pa = absolute position.
Die Stellglieder (4) sind die Elemente, die das Pendeln erzeugen. Diese sind zwischen dem Drehgestellrahmen (8) und direkt oder indirekt dem Fahrzeugkasten (7) angebracht. Es kann sich um verschiedene Antriebstypen handeln, z. B. hydraulisch, elektromechanisch u.ä. Um auf den Kasten (7) die gewünschte Pendelwirkung auszuüben, können verschiedene mechanische Elemente zwischen dem Drehgestell und dem Kasten vorgesehen werden, die eine relative Drehung zwischen beiden sicherstellen. Außerdem sind einige Drehgeber (9) eingebaut, welche die Steuereinheit UCB (2) rückkoppeln.The actuators ( 4 ) are the elements that produce the pendulum. These are mounted between the bogie frame ( 8 ) and directly or indirectly the vehicle body ( 7 ). There can be different types of drives, e.g. B. hydraulic, electromechanical, etc. In order to exert the desired pendulum effect on the box ( 7 ), various mechanical elements can be provided between the bogie and the box, which ensure a relative rotation between the two. In addition, some encoders ( 9 ) are installed, which feed back the control unit UCB ( 2 ).
Im folgenden werden zwei praktische, keineswegs einschränkende Anwendungsbeispiele der mechanischen Konfiguration eines Fahrzeugs mit Pendelsystem beschrieben: gelenkig verbundene Konfiguration und Konfiguration mit überhöhter Aufhängung.The following are two practical ones, by no means restrictive application examples of mechanical Configuration of a vehicle with a pendulum system described: articulated configuration and configuration with excessive suspension.
Konfiguration 1: gelenkig verbunden (Fig. 2).
Diese Konfiguration basiert auf der Anbringung eines
gelenkig verbundenen Pendelquerbalkens (10) zwischen dem
Drehgestellrahmen (8) und dem Kasten eines
Schienenfahrzeugs durch eine Aufhängung, z. B. mittels der
Pleuelstangen (11). Auf diesem pendelnden Querbalken (10)
liegt die Basis der vertikalen Sekundäraufhängung auf, die
ein herkömmlicher Federtyp oder pneumatisch sein kann. Die
einzige relative Bewegung, die zwischen dem Drehgestell
rahmen und dem pendelnden Querbalken zulässig ist, ist die
Drehung in Betriebsrichtung (Drehung um Längsachse).Configuration 1: articulated ( Fig. 2).
This configuration is based on the attachment of an articulated pendulum cross bar ( 10 ) between the bogie frame ( 8 ) and the body of a rail vehicle by a suspension, e.g. B. by means of the connecting rods ( 11 ). The base of the vertical secondary suspension, which can be a conventional spring type or pneumatic, rests on this oscillating crossbar ( 10 ). The only relative movement that is permitted between the bogie frame and the oscillating crossbeam is the rotation in the operating direction (rotation about the longitudinal axis).
Konfiguration 2: überhöhte Sekundäraufhängung
(Fig. 3 und 4).
Eine weitere mögliche Konfiguration für die
Pendeleinrichtung besteht im Anbringen von zwei
Pendelstellgliedern (4) in einem herkömmlichen Drehgestell
zwischen dem Drehgestellrahmen (8₁) und der Basis (b) der
vertikalen Sekundäraufhängung (13). Die Aufgabe dieser
Stellglieder (4) ist es, eine relative Verschiebung der
Basis (b) der vertikalen Sekundäraufhängung gegenüber dem
Drehgestellrahmen (81) zu erzeugen.Configuration 2: excessive secondary suspension ( Fig. 3 and 4).
Another possible configuration for the pendulum device consists in attaching two pendulum actuators ( 4 ) in a conventional bogie between the bogie frame ( 8 ₁) and the base (b) of the vertical secondary suspension ( 13 ). The task of these actuators ( 4 ) is to produce a relative displacement of the base (b) of the vertical secondary suspension with respect to the bogie frame ( 81 ).
Im folgenden wird ein Anwendungsbeispiel dieser Lösung beschrieben. Hier sind zwei Hydraulikzylinder eingebaut, die mit einfacher Wirkung und als Dämpfer einerseits den schraubenförmigen Federn (15) der Sekundäraufhängung eines herkömmlichen Reisezugdrehgestells aufliegen. Der Zylinder körper befindet sich im Innenraum der Feder.An application example of this solution is described below. Here two hydraulic cylinders are installed, which on the one hand rest on the helical springs ( 15 ) of the secondary suspension of a conventional passenger bogie with a simple effect and as a damper. The cylinder body is inside the spring.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der Zylinder (14) das Gewicht des Kastens (7) tragen muß, der sich auf ihm befindet.The disadvantage of this solution is that the cylinder ( 14 ) must bear the weight of the box ( 7 ) that is on it.
In Fig. 3 wird der Querschnitt eines herkömmlichen Drehgestells dargestellt, das mit einer vertikalen Aufhängung des Federtyps ausgerüstet ist, aus welcher der Aufbau des Pendelzylinders erkenntlich wird, der auf dieser Konfiguration beruht.In Fig. 3 the cross section of a conventional bogie is shown, which is equipped with a vertical suspension of the spring type, from which the structure of the pendulum cylinder can be seen, which is based on this configuration.
Es ist ersichtlich, daß statt dem Verlauf der Seiten- und Winkelbeschleunigung der Verlauf der Geschwindigkeit oder der Bewegung (muß nur abgeleitet werden) des Fahrzeugs/Reisenden vorbestimmt werden kann, oder bei der nicht kompensierten Beschleunigung die nicht durch die Schwerkraft ausgeglichene Seitenbeschleunigung, oder eine andere entsprechend Variable.It can be seen that instead of the course of the side and Angular acceleration of the course of the speed or the movement (only needs to be derived) of the Vehicle / traveler can be predetermined, or at the acceleration not compensated for by the Gravity balanced lateral acceleration, or a others corresponding to variable.
Claims (7)
- a) ein Speichermodul, bei dem jede Strecke in Abschnitte unterteilt ist, die zumindest durch die Parameter Krümmungsradius, Kurvenlänge, Kurvenüberhöhung und absolute Position gekennzeichnet sind;
- b) ein Positionsdetektorsystem, das immer die Parameter der Geschwindigkeit und der absoluten Istposition des Fahrzeugs meldet an
- c) eine intelligente Steuereinheit, in der ein Funktionsalgorithmus festgelegt ist, der über die Werte der Parameter quantifiziert wird, die vom Speichermodul und dem Positionsdetektorsystem empfangen werden, wobei ein Anweisungsalgorithmus festgelegt wird, der gesendet wird, an
- d) Pendelstellglieder, die zwischen dem Drehgestellrahmen und direkt/indirekt dem Wagenkasten angebracht sind, womit erreicht wird, daß eine Variable, die direkt/ indirekt mit der nicht ausgeglichenen Fahrzeugbe schleunigung verbunden ist, sich an einen vorgegebenen Verlauf anpaßt.
- a) a memory module, in which each section is divided into sections which are characterized at least by the parameters radius of curvature, curve length, curve elevation and absolute position;
- b) a position detector system that always reports the parameters of the speed and the absolute actual position of the vehicle
- c) an intelligent control unit in which a functional algorithm is defined, which is quantified by the values of the parameters received by the memory module and the position detector system, with an instruction algorithm being set which is sent to
- d) pendulum actuators, which are attached between the bogie frame and directly / indirectly the car body, which ensures that a variable that is directly / indirectly connected to the unbalanced vehicle acceleration adapts to a predetermined course.
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| DE19542369C2 (en) | 2000-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: B60G 21/10 |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140603 |