DE19805268C1

DE19805268C1 - Method for tracking axle units of a rail vehicle and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE19805268C1
Application number: DE1998105268
Authority: DE
Inventors: Moritz Gretzschel; Alfred Dr Jaschinski
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: EP0936125A3; EP0936125A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurführung von Achseinheiten eines Schienenfahrzeugs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for tracking Axle units of a rail vehicle and a device to carry out the procedure.

Als Achseinheit wird nachfolgend eine Baugruppe bezeichnet, die zwei einander gegenüberliegende Schienenräder enthält, welche im Gegensatz zur starren Welle des herkömmlichen Rad satzes mechanisch oder elektrodynamisch derart gekoppelt sind, daß ein freier Eingriff in das von Rad zu Rad übertra gene Drehmoment und somit eine Beeinflussung der Relativbewe gung der Räder zueinander möglich ist.An assembly is referred to below as an axis unit, which contains two opposite rail wheels, which, in contrast to the rigid shaft of the conventional wheel mechanically or electrodynamically coupled in such a way are that a free interference in the transmission from wheel to wheel torque and thus influencing the relative movement tion of the wheels to each other is possible.

Mit bisher gebräuchlichen starren Radsätzen bzw. mit Losrä dern kann in die Fahrdynamik von Schienenfahrzeugen über die konstruktive Gestaltung von Rad- bzw. Radsatzaufhängung nur unbefriedigend eingegriffen werden. Eine Beeinflussung eines Fahrzeugslaufs, insbesondere hinsichtlich einer deutlichen Verschleißreduktion und einer entsprechenden Komfortverbesse rung auch bei hohen Geschwindigkeiten kann nur durch einen direkten Eingriff in die Radsatzkinematik erfolgen.With previously used rigid wheel sets or with loose wheels can change the driving dynamics of rail vehicles via the constructive design of wheel or wheelset suspension only interfered unsatisfactorily. Influencing a Vehicle run, especially with regard to a clear Reduction of wear and a corresponding improvement in comfort only at high speeds can only be done by one direct intervention in the wheelset kinematics.

In DE-PS 9 50 011 ist vorgeschlagen, die Achse zwischen den Rä dern eines Radsatzes aufzuschneiden, und eine einstellbare Reibbremse als Verbindungselement dazwischen einzusetzen. Ferner ist auch das Einsetzen eines Torsionsdämpfers als Ver bindungselement vorgeschlagen worden (siehe Benington C.K., The Railway Wheelset and Suspension Unit as a Closed Loop Guidance Control System, Journ. Of Mech. Eng. Science, Vol. 10, Nr. 2, 1968). Bei entsprechend ausgelegter Dämpfung konn te die Fahrstabilität im Geradeauslauf für ein Fahrzeug mit torsionsgedämpften Radsätzen erheblich gesteigert werden, wo bei die eingestellte Dämpfung für jeweils einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich optimal sein kann. In DE-PS 9 50 011 it is proposed that the axis between the Rä cut a wheel set, and an adjustable Use friction brake as a connecting element in between. Furthermore, the insertion of a torsion damper as Ver binding element has been proposed (see Benington C.K., The Railway Wheelset and Suspension Unit as a Closed Loop Guidance Control System, Journ. Of Mech. Eng. Science, Vol. 10, No. 2, 1968). With appropriately designed damping, the driving stability in straight-ahead running for a vehicle torsion damped wheelsets can be increased significantly where at the set damping for a specific one Speed range can be optimal.

Dieses Konzept ist in DE 30 19 573 C2 dadurch weiter entwickelt, daß anstelle eines fest eingestellten Drehdämpfers eine elektrisch ansteuerbare Magnetpulverkupplung benutzt wird, um das Relativmoment zwischen den beiden Rädern eines Radsatzes zu beeinflussen.This concept is further developed in DE 30 19 573 C2 that instead of a fixed rotary damper electrically controllable magnetic powder clutch is used to the relative torque between the two wheels of a wheelset to influence.

Um eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse vorzugeben, ist in DE 22 59 035 A1 ein Antrieb eines Radsat zes über ein Differentialgetriebe vorgeschlagen, wobei dem Getriebekäfig ein Elektromotor zugeordnet ist. In welcher Weise diese Drehzahldifferenz gewählt wird, ist nicht ausge führt, ferner ist bei diesem Vorschlag der Motor direkt auf der Radsatzwelle mit dieser mitdrehend gelagert. Hierdurch wird wiederum die ungefederte Masse erhöht und es ergeben sich zusätzliche elektrisch und schwingungstechnische Proble me.A speed difference between the wheels of an axle is to be specified in DE 22 59 035 A1 a drive of a Radsat zes proposed via a differential gear, the Gearbox cage is assigned to an electric motor. In which How this speed difference is chosen is not out leads, furthermore, the engine is directly on this proposal the axle shaft rotates with it. Hereby the unsprung mass is again increased and it results there are additional electrical and vibration problems me.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile der vorstehend beschriebenen Lösungsansätze ein Verfahren zur Spurführung bzw. zur passiven, semi-aktiven oder aktiven Be einflussung der Fahrdynamik von Fahrzeugen zu realisieren. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren zur Spurfüh rung von Achseinheiten eines Schienenfahrzeugs nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kenn zeichnenden Teil erreicht. Die weiteren Ansprüche beziehen sich auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the approaches described above a method for Tracking or for passive, semi-active or active loading to influence the driving dynamics of vehicles. According to the invention, this is in a tracking method Axle units of a rail vehicle according to the upper Concept of claim 1 by the features in its characteristics drawing part reached. The other claims relate on the device for performing the method.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Spurführung eines Schienenfahrzeugs zwischen den beiden Rädern einer Achs einheit ein Relativmoment zur Beeinflussung der Relativdreh zahl eingeleitet, und über eine Regelung werden verschiedene aktive, semi-aktive oder passive Charakteristiken einge stellt. Somit zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung da durch aus, daß ein zwischen den beiden Rädern einer Achs einheit wirkendes Relativmoment unabhängig von deren momenta ner Relativbewegung mit Hilfe von außen zugeführter Energie beliebig beeinflußbar ist.According to the invention, in a method for tracking a rail vehicle between the two wheels of an axle unit a relative torque to influence the relative rotation number initiated, and various regulations are regulated active, semi-active or passive characteristics poses. The solution according to the invention is thus distinguished by from that one between the two wheels of an axle Unit-acting relative moment regardless of their moment ner relative movement with the help of energy supplied from outside can be influenced as desired.

Wenn die Halbwellen mindestens einer Achseinheit die Wellen von zum Antrieb verwendeten Elektromotoren sind, wird gemäß einer ersten vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abhängig vom jeweiligen An triebs- oder Bremsmoment durch entsprechende Ansteuerungen der Antriebsmotore ein Relativmoment zur Beeinflussung der Relativdrehzahl der Räder überlagert, und es werden über eine Regelung unterschiedliche aktive Charakteristiken einge stellt.If the half-waves of at least one axle unit the waves of electric motors used for the drive is, according to a first advantageous device for performing the method according to the invention depending on the particular type driving or braking torque through appropriate controls the drive motors a relative torque to influence the Relative speed of the wheels superimposed, and there are over a Regulation different active characteristics turned on poses.

Wenn pro Achseinheit deren Halbwellen über ein von einem Ser vomotor beaufschlagtes Getriebe gekoppelt sind, steht gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausbildung unabhängig von der Ab solutdrehzahl der Räder einer Achseinheit die Relativdrehzahl dieser Räder in einem festen Verhältnis zur Drehzahl des Ser vomotors, von welchem dann über das Getriebe ein Relativmo ment zur Beeinflussung der Relativdrehzahl der Räder einge leitet wird. Am Servomotor werden dann verschiedene passive Charakteristiken eingestellt oder es werden über eine Rege lung verschiedene in Abhängigkeit von einer Gierbewegung des Fahrzeugs geregelte semi-aktive oder aktive Charakteristiken eingestellt.If the half-waves per axis unit are controlled by a Ser gearbox acted upon by the motor is coupled according to a second advantageous training regardless of the Ab The absolute speed of the wheels of an axle unit is the relative speed of these wheels in a fixed ratio to the speed of the Ser vomotors, of which then a relative mo ment to influence the relative speed of the wheels is leading. Various passive are then on the servo motor Characteristics set or there will be a rain different depending on a yaw movement of the Vehicle controlled semi-active or active characteristics set.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Servomotor mit einem feststehenden Gehäuse außerhalb der An triebseinheit und damit dann weitgehend getrennt von der Mas se der Achseinheit und deren Schwingungen angeordnet sein.According to a preferred embodiment of the invention, the Servo motor with a fixed housing outside the An drive unit and thus largely separate from the mas se the axis unit and its vibrations.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Differentialgetrieben ist gemäß der Erfindung ein Überlagerungsgetriebe vorgesehen, durch welches eine beliebige Relativverdrehung der beiden Räder un abhängig von deren absoluter Drehzahl übertragen wird. Es muß somit nur das für das Eigenlenkverhalten der Achseinheit re levante Relativmoment mit dem Servomotor erzeugt werden. Da her kann das erfindungsgemäße Prinzip beispielsweise auch bei nicht angetriebenen Achseinheiten Anwendung finden.In contrast to conventional differential gears is according to the invention provided a superposition gear, by which un arbitrary relative rotation of the two wheels depending on their absolute speed. It must thus only that for the self-steering behavior of the axle unit levante relative torque can be generated with the servo motor. There The principle according to the invention can also be used here, for example non-driven axle units are used.

Aufgrund der besonderen Gestaltung des Überlagerungsgetriebes wirkt sich eine eventuelle Relativbewegung der Schienenräder gegeneinander lediglich in einer Drehbewegung der Motorwelle aus, mit der beispielsweise ein Sonnenrad drehfest verbunden ist; alle anderen Komponenten eines über das Sonnenrad ange triebenen Planetengetriebes sind stets in immer gleichem Drehsinn im Umlauf.Due to the special design of the superposition gear a possible relative movement of the rail wheels affects against each other only in a rotary movement of the motor shaft with which, for example, a sun gear is connected in a rotationally fixed manner is; all other components one on the sun gear driven planetary gear are always in the same Direction of rotation in circulation.

Daher muß bei Auftreten einer Relativbewegung als mechani scher Widerstand nur der vernachlässigbare Reibwiderstand der Motorwelle selbst überwunden werden, so daß sich die Achsein heit ohne anliegendes Motormoment bzw. bei Ausfall der Elek tronik nahezu wie ein Losradsatz verhält.Therefore, when a relative movement occurs as mechani only the negligible frictional resistance of the Motor shaft itself can be overcome, so that the axis unit without applied engine torque or if the elec tronics behaves almost like a loose wheel set.

Beim Anliegen eines sehr kleinen, zur Steuerung des Laufs ausreichenden, gerichteten Motormoments wird dadurch einer eventuellen Relativbewegung der Räder in der einen Drehrich tung ein gewisser Widerstand entgegengesetzt, in der anderen Drehrichtung jedoch ein geringerer Widerstand, bzw. es wird die Relativbewegung unterstützt. Eine Relativbewegung ergibt sich stets nur als Folge einer unausgeglichenen Momentenbi lanz der von den im Radaufstandspunkt angreifenden Reibkräf ten erzeugten Momente und dem jeweils anliegenden Motormo ment.When a very small one is used to control the barrel sufficient, directed engine torque becomes one possible relative movement of the wheels in one direction one resistance against another, in the other Direction of rotation, however, a lower resistance, or it will supports the relative movement. A relative movement results always only as a result of an unbalanced moment lance of the friction forces attacking at the wheel contact point generated torques and the respective engine torque ment.

Ferner hat unabhängig von einer eventuellen Antriebs- oder Bremsleistung oder der Reibleistung einer Achseinheit der Servomotor nur eine vergleichsweise geringe, zur Lenkung der Achseinheit erforderliche Leistung aufgrund der Momentendif ferenz aufzubringen. Durch die Regelung von Relativmoment oder -drehzahl werden die Nachteile sowohl von herkömmlichen starren Radsätzen als auch von Losradsätzen vermieden.Furthermore, regardless of a possible drive or Braking power or the friction power of an axle unit Servo motor only a comparatively small one, for steering the Axis unit required power due to the moment diff to bring up the reference. By regulating relative torque or speed will be the disadvantages of both conventional rigid wheel sets as well as loose wheel sets avoided.

Das beim starren Radsatz kritische Aufklingen der sinusförmi gen Schlingerbewegung oberhalb einer bestimmten Geschwindig keit kann gemäß der Erfindung vermieden werden, indem durch die Regelung einzelnen, beispielsweise mittels eines Kreisel sensors erfaßten Gierbewegungen unmittelbar gegengesteuert wird.Critical sine wave formation in rigid wheelsets lurching movement above a certain speed speed can be avoided according to the invention by by the regulation individual, for example by means of a gyroscope sensors detected yaw movements immediately counteracted becomes.

Hingegen ist im Gegensatz zum Losradsatz die Fähigkeit zur Zentrierung der Achseinheit im Gleis durch passive oder akti ve Übertragung eines Relativdrehmomentes gegeben. Dieses Re lativmoment wird lediglich durch elektromagnetische Kräfte bewirkt, so daß der nachteilige Verschleiß mechanischer Reib kupplungen oder auch von Magnetpulverkupplungen vermieden ist. Ferner können ohne eine mechanische Umschaltung während eines Fahrzeugslaufs verschiedene Wirkcharakteristiken uni versell angewendet werden.In contrast to the idler gear set is the ability to Centering of the axis unit in the track by passive or active ve given a relative torque. This re The relative moment is only caused by electromagnetic forces causes, so the disadvantageous wear mechanical friction clutches or magnetic particle clutches avoided is. Furthermore, without mechanical switching during of a vehicle run different knitting characteristics uni be applied versel.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand von unmittelbar oder mittelbar auf die An sprüche 1 bis 4 rückbezogenen Ansprüchen.Advantageous developments of the method according to the invention are the subject of direct or indirect claims 1 to 4 related claims.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spurführung von Achseinheiten eines Schienenfahrzeugs sind die nachste hend geschilderten verschiedenen Betriebsarten möglich.With the aid of the tracking method according to the invention axle units of a rail vehicle are the next different operating modes described possible.

a) In a first possible operating mode is the servo motor mechanical or electrical - with the maximum holding torque of the engine - blocked, so that the speed difference between between the two wheels of an axle unit is zero and the axle unit is like a rigid wheel sentence behaves. Aside from a break in mechanical Blocking or exceeding the maximum stop moments is therefore a relative rotation between the two Wheels of an axle unit not possible.
b) In a second possible operating mode, the servo motor is switched as a brake with a braking torque that can be set below the maximum holding torque. In this passive mode of operation, the wheels can rotate relative to one another as a result of the frictional force induced by the longitudinal slip at the wheel contact point if the torque from the frictional forces and the current wheel radius exceeds the torque set in the servomotor.
This operating mode ensures stable vehicle running on a straight track even above the limit speed of a rigid wheel set. By electromagnetic setting of the most suitable braking characteristics, that is, the course of the braking torque over the relative speed, the vehicle running can be further improved in terms of interference behavior.
c) Another possible operating mode is the Servomo Tor switched as a brake and the braking torque is over a regulation for the respective vehicle speed or due to external interference provides to by appropriate relative rotation of the the wheels of the axle unit as optimally as possible to achieve low-wear vehicle running. With this semi active mode of operation can be used as sensors for example gyroscopic transducers are used, which on the Address yaw rate of the vehicle and a re arrange to keep it as small as possible.
d) In a fourth possible operating mode, the servomotor acts with a directional relative torque predetermined by a control on the wheels of the axle unit, regardless of the amount and direction of rotation of a possible relative movement of the wheels against one another.
Such a relative movement is supported in one direction of rotation, in the other it is opposed to resistance. The vehicle can thus be steered as desired within its track play predetermined by the track width of the track and the track dimension of the axle unit.
Faults in the course of the vehicle are regulated directly by applying a correspondingly regulated relative torque. Furthermore, the axle unit can be positioned anywhere within the track play.
In particular, when running straight from a track into a bog, a hard start on the wheel flange can be avoided. Within the arc, a suitable control of the servo motor enables the axis unit to run close to the ideal roll line, ie with very low longitudinal and transverse slip and correspondingly low wear.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zei gen:Exemplary embodiments of the invention are described below of the accompanying drawings. It shows gene:

Fig. 1 eine Prinzipskizze hinsichtlich der Funktion eines einer Achseinheit zugeordneten Überlagerungsgetrie bes; Fig. 1 is a schematic diagram regarding the function of an axle unit associated Überlagerungsgetrie bes;

Fig. 2 einen Signalflußplan für eine semi-aktive Regelung der Fahrstabilität am Beispiel einer mechanischen Überlagerung, und Fig. 2 shows a signal flow diagram for a semi-active control of driving stability using the example of a mechanical overlay, and

Fig. 3 einen Signalflußplan für eine aktive Regelung des Fahrzeuglaufs am Beispiel einer elektro-dynamischen Überlagerung. Fig. 3 shows a signal flow diagram for active control of vehicle running using the example of an electro-dynamic superposition.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Prinzipskizze erfolgt eine Beeinflussung der Relativverdrehungen von zwei Rädern 1l und 1r einer durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Achse eines nicht näher dargestellten Schienenfahrzeugs über einen Servomotor 2, der auch blockiert bzw. als Bremse betrieben werden kann.In the schematic diagram shown in FIG. 1, the relative rotations of two wheels 1 l and 1 r of an axis of a rail vehicle (not shown in detail by a dash-dotted line) are influenced by a servo motor 2 , which can also be blocked or operated as a brake.

Der Servomotor 2 treibt mit einem auf seiner Abtriebswelle sitzenden Sonnenrad 3 über Planetenräder 4, von welchen in Fig. 1 der Einfachheit halber nur zwei dargestellt sind, ein eine Innenverzahnung aufweisendes Hohlrad 5 an, welches durch schematisch angedeutete Verbindungselemente 11 mit ei nem Kegelrad 6 verbunden ist. In Fig. 1 wird über ein weiteres Kegelrad 7 das linke Rad 1l angetrieben, das drehfest mit einer Halbwelle 10l verbunden ist.The servo motor 2 drives a sun gear 3 located on its output shaft via planet gears 4 , of which only two are shown in FIG. 1 for the sake of simplicity, a ring gear 5 having internal teeth, which is connected by schematically indicated connecting elements 11 to a bevel gear 6 is. In Fig. 1, the left wheel 1 l is driven via a further bevel gear 7 , which is non-rotatably connected to a half shaft 10 l.

Die in dem Hohlrad 5 angeordneten Planetenräder 4 sind mit tels eines Planetenradträgers 8 in einem vorgegebenen Abstand voneinander und zueinander gehalten. Mit dem Planetenradträ ger 8 ist eine, in der dargestellten Prinzipskizze mit der Abtriebwelle des Servomotors 2 fluchtende Welle 8' vorgese hen, mit der an dem dem Planetenradträger abgewandten Ende ein Kegelrad 9 drehfest verbunden ist. Das Kegelrad 9 steht in kämmendem Eingriff mit einem Kegelrad 12, das wiederum drehfest mit einer Halbwelle 10r des in der Skizze rechten Rades 1r verbunden ist. Somit ergibt sich bei einer Drehung des Planetenradträgers 3 eine Drehbewegung des rechten Rades 1r.The planet gears 4 arranged in the ring gear 5 are held by means of a planet gear carrier 8 at a predetermined distance from one another and from one another. With the planetary gear 8 is a, in the illustrated sketch with the output shaft of the servo motor 2 aligned shaft 8 'vorgese hen, with which on the end facing away from the planet carrier a bevel gear 9 is rotatably connected. The bevel gear 9 is in meshing engagement with a bevel gear 12 , which in turn is rotatably connected to a half shaft 10 r of the right wheel 1 r in the sketch. Thus, when the planet carrier 3 rotates, the right wheel 1 r rotates.

In dem Sonderfall, daß der Servomotor 2 blockiert ist, ist die Drehzahl des Sonnenrades 3 Null und damit drehen sich die Räder 1r und 1l gleich schnell, d. h., bei blockiertem Servo motor entspricht diese Betriebsart derjenigen eines starren Radsatzes.In the special case that the servo motor 2 is blocked, the speed of the sun wheel 3 is zero and thus the wheels 1 r and 1 l rotate at the same speed, ie, when the servo motor is blocked, this operating mode corresponds to that of a rigid gear set.

Eine beliebig vorgehbare Relativverdrehung der Räder 1r und 1l ergibt sich somit aus der Drehzahl des Sonnenrads 3, wel che wiederum gleich der Drehzahl des Servomotors 2 ist, und ferner aus dem Übersetzungsverhältnis des Planeten-Kegelrad getriebes.An arbitrarily operable relative rotation of the wheels 1 r and 1 l thus results from the speed of the sun gear 3 , which in turn is equal to the speed of the servo motor 2 , and also from the gear ratio of the planetary bevel gear.

Mit der in Fig. 1 wiedergegebenen Prinzipskizze sowie der vor stehenden kurzen Funktionsbeschreibung ist lediglich das er findungsgemäße Überlagerungsprinzip nochmals veranschaulicht. Es wird jedoch ausdrücklich betont, daß die Anordnung von Ge triebestufen und eines Servomotors für die Anwendung des Prinzips nur eine der möglichen Lösungen und der vielfältigen Eingriffsmöglichkeiten in die Achseinheit-Kinematik dar stellt.With the schematic sketch shown in FIG. 1 and the brief functional description above, only the overlay principle according to the invention is illustrated again. However, it is expressly emphasized that the arrangement of Ge gear stages and a servo motor for the application of the principle is only one of the possible solutions and the various possibilities of intervention in the axle unit kinematics.

In Fig. 2 ist ein Signalflußplan für eine semi-aktive Regelung der Fahrstabilität am Beispiel einer mechanischen Überlage rung wiedergegeben. Zwischen den Rädern 1l und 1r einer Ach seinheit ist als Begrenzer für ein zu übertragendes Relativ moment beispielsweise ein Überlagerungsgetriebe 20 vorgese hen, das im Aufbau beispielsweise dem anhand von Fig. 1 be schriebenen Getriebe entsprechen kann.In Fig. 2, a signal flow diagram for a semi-active control of driving stability is shown using the example of a mechanical superposition. Between the wheels 1 l and 1 r of an axle unit, as a limiter for a relative torque to be transmitted, for example, a superposition gear 20 is provided, which in structure can correspond, for example, to the gear described with reference to FIG. 1.

Dem Überlagerungsgetriebe 20 ist ein beispielsweise dem Ser vomotor 2 in Fig. 1 entsprechender Motor 22 zugeordnet. Bei spielsweise an dem Rad 1l werden mittels eines geeigneten in Fig. 2 nicht näher dargestellten Sensors eine Seitenauslenkung y des Rades 1l sowie mit ebenfalls nicht näher dargestellten Sensoren sowohl der Gierwinkel ψ als auch die Gier- bzw. Winkelgeschwindigkeit abgenommen. The superposition gear 20 is assigned a motor 22 , for example corresponding to the motor 2 in FIG. 1. For example, on the wheel 1 l, a side deflection y of the wheel 1 l and also the sensors not shown in detail both the yaw angle ψ and the yaw or angular velocity are removed by means of a suitable sensor (not shown in FIG. 2).

Diese Meßwerte werden zusammen mit der am Motor 22 abgenomme nen relativen Drehzahldifferenz n_rel an eine Einheit 40 ange legt, in welcher die Amplitude einer Schlingerbewegung gebil det wird. Die gemessene Seitenauslenkung y und die am Motor 22 abgenommene relative Drehzahldifferenz n_rel werden an eine Einheit 30 angelegt, in welcher der Betrag der mittleren Sei tenabweichung eines mit der dargestellten Achseinheit ausge statteten Fahrzeugs gebildet wird.These measured values, together with the relative speed difference n _rel removed from the motor 22, are applied to a unit 40 in which the amplitude of a wobble movement is formed. The measured lateral deflection y and the relative speed difference n _rel taken from the motor 22 are applied to a unit 30 in which the amount of the average deviation of a side with a vehicle equipped with the illustrated axle unit is formed.

Die Ausgangswerte der beiden Einheiten 30 und 40 werden über ein Summierglied 60 an einen Regler 50 angelegt. Am Ausgang des Reglers 50 liegt der Betrag des maximalen, übertragbaren Relativmoments |M_rel|_max an, welches an den dem Überlagerungs getriebe 20 zugeordneten Motor 22 angelegt wird.The output values of the two units 30 and 40 are applied to a controller 50 via a summing element 60 . The amount of the maximum, transferable relative torque | M _rel | is at the output of the controller 50 _max on, which is applied to the superposition gear 20 associated motor 22 .

Fig. 3 zeigt einen Signalflußplan für eine aktive Regelung ei nes Fahrzeuglaufs am Beispiel einer elektro-dynamischen Über lagerung. In Fig. 3 sind die Räder 1'l und 1'r drehfest mit nicht näher bezeichneten Wellen eines Antriebsmotors 70l bzw. 70r verbunden. Die Drehzahlen n_l und n_r der beiden An triebsmotore 70l bzw. 70r werden über ein Summierglied 61 zusammen mit den beispielsweise vom Rad 1'l abgenommenen Größen, nämlich der Seitenauslenkung y, dem Gierwinkel ψ und der Gier- bzw. Winkelgeschwindigkeit an eine Regeleinheit 80 angelegt, in welcher das Relativmoment M_rel gebildet wird. Fig. 3 shows a signal flow diagram for active control egg nes vehicle running using the example of an electro-dynamic overlay. In Fig. 3, the wheels 1 'l and 1 ' r are rotatably connected to unspecified shafts of a drive motor 70 l and 70 r, respectively. The speeds n _l and n _{r of} the two drive motors 70 l and 70 r are via a summing element 61 together with the sizes taken, for example, from the wheel 1 ′ l, namely the lateral deflection y, the yaw angle der and the yaw or angular velocity a control unit 80 is created, in which the relative torque M _{rel is} formed.

Das am Ausgang der Regeleinheit 80 anliegende Relativmoment M_rel/2 wird an einen Eingang von Summiergliedern 62 bzw. 63 angelegt. An den anderen Eingang der Summierglieder 62 und 63 wird ein in einem weiteren Regler 81 gebildetes Gesamt- Antriebsmoment M_tract angelegt. Die Ausgangsgrößen M_l und M_r der Summierglieder 62 und 63 werden an den Antriebsmotoren 70l und 70r jeweils zugeordnete Steuerungseinheiten 90 bzw. 90' angelegt, die beispielsweise als Wechselrichter ausge führt sein können. Mit den Ausgangsströmen I_l und I_r der bei den Steuerungseinheiten 90 und 90' erfolgt eine entsprechende elektro-dynamische Überlagerung in den beiden oder in einem der beiden Antriebsmotoren 70l und 70r der Räder 1'l bzw. 1'r.The relative torque M _rel / 2 present at the output of the control unit 80 is applied to an input of summing elements 62 or 63 . A total drive torque M _tract formed in a further controller 81 is applied to the other input of the summing elements 62 and 63 . The output variables M _l and M _{r of} the summing elements 62 and 63 are applied to the drive motors 70 l and 70 r, respectively assigned control units 90 and 90 ', which can be implemented, for example, as inverters. With the output currents I ₁ and I _r of the control units 90 and 90 ', there is a corresponding electro-dynamic superimposition in the two or in one of the two drive motors 70 l and 70 r of the wheels 1 ' l and 1'r.

Nachstehend werden verschiedene Regelungsmöglichkeiten zur Stabilisierung eines Fahrzeugslaufs angegeben.Various control options are set out below Stabilization of a vehicle run specified.

Eine zwischen den beiden Rädern einer Achseinheit, beispiels weise den Rädern 1l und 1r übertragendes Relativmoment wird auf einen ganz bestimmten, von der Regelung vorgegebenen Wert beschränkt. Damit läßt sich die Charakteristik dieser Über tragung eines Relativmoments mit derjenigen einer idealisier ten Reibkupplung gemäß dem Coulomb'schen Reibgesetz verglei chen. Hierbei sind innerhalb der Achseinheit Relativverdre hungen beispielsweise zum Vermeiden eines Schlingerlaufs mög lich.A relative torque transmitted between the two wheels of an axle unit, for example the wheels 1 l and 1 r, is limited to a very specific value specified by the control system. The characteristic of this transmission of a relative torque can be compared with that of an idealized friction clutch according to Coulomb's law of friction. Here, relative rotations are possible within the axis unit, for example, to avoid a roll run.

Als Rückführgrößen für eine semi-aktive Regelung können hier bei verschiedene Größen bzw. Werte herangezogen werden, und zwar
eine beispielsweise mittels Gyrosensoren gemessene Giergeschwindigkeit;
eine relative Seitenabweichung einer Achseinheit bzw. des gesamten Fahrzeugs zur Gleismitte, wobei eine der artige Seitenabweichung beispielsweise mittels Wegsen soren erfaßbar ist;
eine Relativwinkelgeschwindigkeit innerhalb einer Achs einheit, welche beispielsweise mit Hilfe von Winkelsen soren am Servomotor bzw. an Antriebsmotoren gemessen wird, oder
ein Gierwinkel des Fahrzeugs oder ein Wendewinkel einer Achseinheit, wobei der jeweilige Winkel beispielsweise mit Wegsensoren gemessen wird.Various variables or values can be used as feedback variables for a semi-active control, namely
a yaw rate measured, for example, by means of gyro sensors;
a relative lateral deviation of an axle unit or of the entire vehicle to the center of the track, one of the lateral deviations of this type being detectable, for example, by means of displacement sensors;
a relative angular velocity within an axis unit, which is measured, for example, with the aid of angle sensors on the servo motor or on drive motors, or
a yaw angle of the vehicle or a turning angle of an axle unit, the respective angle being measured, for example, with displacement sensors.

Diese verschiedenen Größen können sowohl einzeln als auch in einer sinnvollen Kombination verwendet werden. Hierbei wirkt sich ein starker Schlingerlauf im Sinne einer Absenkung des übertragbaren relativen Drehmoments aus, während eine hohe Seitenabweichung bzw. eine hohe relative Winkelgeschwindig keit zu einer Anhebung des Relativmoments führt.These different sizes can be both individually and in a reasonable combination can be used. This works a strong lurching in the sense of lowering the transferable relative torque while a high Lateral deviation or a high relative angular velocity leads to an increase in the relative torque.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch kurzzeitig auftretende Störungen ausgeregelt werden. Hierbei kann einer derartigen Störung durch ein gezieltes, aktives Aufbringen eines Relativmomentes zwischen den beiden Rädern einer Achs einheit, beispielsweise den Rädern 1l und 1r in der Prin zipskizze, gegengelenkt werden. Hierbei können wiederum zur Rückführung in die Regelung die vorstehend angeführten ver schiedenen Sensoren eingesetzt werden.The method according to the invention can also be used to correct short-term faults. Here, such a disturbance by a targeted, active application of a relative torque between the two wheels of an axle unit, for example the wheels 1 l and 1 r in the principle sketch, can be counteracted. Here, in turn, the various sensors mentioned above can be used for feedback into the control.

Unter kurzzeitig auftretenden Störungen wird auch ein Bo geneinlauf verstanden. Durch Aufbringen eines richtig gerich teten Relativmoments wird durch ein aktives Einlenken einer Achseinheit in einen Bogen ein hartes Anlaufen am Spurkranz vermieden. Hierbei kann durch einen sogenannten Preview- Sensor, welche vorausschauend eine Abweichung des Gleises vom geraden Kurses registriert, ein sanftes Einlenken in den Bo gen erreicht werden.A Bo understood gene enema. By applying a real dish relative moment is an active steering one Axis unit in a curve a hard start on the wheel flange avoided. Here, a so-called preview Sensor, which anticipates a deviation of the track from the straight course registered, a gentle turning into the Bo conditions can be achieved.

Um hierbei einen optimalen Bogenlauf zu erreichen, ist das Relativmoment innerhalb einer Achseinheit so zu bemessen, daß die Summe aus Quer- und Längsschlupf bzw. eine kombinierte Größe aus beiden Schlupfwerten im Sinne einer Normgröße mini mal gehalten wird. Hierbei wird der Querschlupf in erster Li nie durch den Wendewinkel (Gierwinkel) der Achseinheit beein flußt, welcher beispielsweise über Wegsensoren ermittelt wer den kann. Der Längsschlupf läßt sich über die Drehzahlen der Räder einer Achseinheit, beispielsweise der Räder 1l und 1r in der Prinzipskizze, sowie aus der Fahrgeschwindigkeit be stimmen.In order to achieve optimum arch travel, the relative torque within an axle unit must be dimensioned so that the sum of transverse and longitudinal slip or a combined size of both slip values is kept to a minimum in the sense of a standard size. Here, the cross slip in the first Li is never influenced by the turning angle (yaw angle) of the axle unit, which can be determined, for example, by displacement sensors. The longitudinal slip can be determined from the speeds of the wheels of an axle unit, for example the wheels 1 l and 1 r in the schematic diagram, and from the driving speed.

Durch eine Minimierung des Schlupfes im Sinne der vorstehend angeführten Normgröße folgt eine Achseinheit nahezu der idea len Rollinie im Bogen. Hierbei können das vorstehend geschil derte Regelungskonzept mit dem zum Ausregeln von kurzzeitig auftretenden Störungen beschriebenen Konzept kombiniert wer den oder auch in einem einzigen Regelungskonzept zusammenge faßt werden.By minimizing the slip in the sense of the above The standard size given follows an axis unit almost the ideal len roll line in the arch. Here can be schil above Another control concept with that for the short-term correction occurring concept described who combined the or also combined in a single regulatory concept be grasped.

Festzuhalten ist insbesondere auch, daß die vorstehend skiz zierten Regelungskonzepte sowohl für angetriebene als auch für nicht angetriebene Achseinheiten anwendbar sind. Bei an getriebenen Fahrzeugen mit Einzelradantrieb werden die beiden Motoren einer Achseinheit so angesteuert, daß sich das An triebsmoment und der Relativmoment überlagern. Bei nicht an getriebenen Achseinheiten wird das Relativmoment mittels ei nes Überlagerungsgetriebes mechanisch in eine Achseinheit eingeleitet.It should also be noted that the above sketch graced control concepts for both driven and can be used for non-driven axle units. At at the two are driven vehicles with independent wheel drive Motors of an axis unit controlled so that the An drive torque and the relative torque overlap. When not on driven axis units is the relative torque by means of egg Overlay gearbox mechanically in an axle unit initiated.

Claims

1. A method for tracking axle units of a rail vehicle, the wheels of each axle unit are non-rotatably connected to each half shaft, characterized in that a relative torque is introduced to influence the relative speed between the two wheels of each axle unit and various active via a control, semi-active or passive characteristics can be set.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, wherein the half-waves of at least one axis unit are the wel len of electric motors used for driving, characterized in that
irrespective of the respective drive or braking torque, a relative torque for influencing the relative speed of the wheels ( 1 'l or 1 ' r) is superimposed by correspondingly controlling the drive motors ( 70 l or 70 r) and
Different active characteristics can be set via a control.

3. A device for performing the method according to claim 1, wherein the half-shafts per axis unit are coupled via a gear acted upon by a servo motor, characterized in that
regardless of the absolute speed of the wheels ( 1 l or 1 r) of an axle unit, the relative speed of these wheels ( 1 l or 1 r) is in a fixed ratio to the speed of the servo motor ( 2 ) and
from the servo motor ( 2 ) via the transmission (parts 3 to 9 , 11 and 12 ) a relative torque to influence the relative speed of the wheels is initiated and various passive characteristics are set on the servo motor ( 2 ).

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, wherein the half-shafts per axis unit are coupled via a transmission acted upon by a servomotor, characterized in that
regardless of the absolute speed of the wheels ( 1 l or 1 r) of an axle unit, the relative speed of these wheels ( 1 l or 1 r) is in a fixed ratio to the speed of the servo motor ( 2 ) and
from the servo motor ( 2 ) via the gear (parts 3 to 9 , 11 and 12 ) a relative torque to influence the relative speed of the wheels ( 1 l or 1 r) is initiated and
Various semi-active or active characteristics, which are regulated as a function of a yaw movement of the vehicle, can be set via a control.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the servo motor ( 2 ) is arranged with a fixed housing outside the drive unit.

6. The device according to claim 2 or 4, characterized net that for a semi-active or active regulation of both driven and non-driven vehicle shafts ei ne yaw rate measured by means of appropriate sensors speed is used as an input variable for control.

7. The device according to claim 2 or 4, characterized net that for a semi-active or active regulation of both driven and non-driven vehicle shafts ei ne measured relative sensors using appropriate sensors deviation of a wheel set or a vehicle Middle of the track is used as an input variable for control.

8. The device according to claim 2 or 4, characterized net that for a semi-active or active regulation of both driven and non-driven vehicle shafts ei ne using appropriate sensors on the servo motor or on drive motors measured relative angular velocity inside half an axis unit as an input variable for control is pulled.

9. The device according to claim 2 or 4, characterized net that for a semi-active or active regulation of both driven as well as non-driven vehicle shafts yaw angle measured by means of appropriate sensors Vehicle or a turning angle of the respective wheelset as Input variable is used for control.

10. The device according to claim 2 or 4, characterized net that to correct a malfunction of a vehicle sides run a relative torque between the two wheels of a wheel sentence is applied by active regulation.

11. The device according to claim 10, characterized in that the vehicle by actively introducing a relative torque in Track channel is positioned so that the track starts up wreaths on the rail profile is avoided.

12. The apparatus according to claim 10, characterized in that with one using a predictive preview sensor detected deviation of a track from the straight course steering of a wheel set initiated by active control in an arch by applying an appropriate dish ten relative torque is effected.

13. The apparatus according to claim 2 or 4, characterized net that the Rela Active torque is controlled within a gear set so that egg ne size, combined from longitudinal and transverse slip, minimal ge will hold.