DE19910256A1

DE19910256A1 - Aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE19910256A1
Application number: DE19910256A
Authority: DE
Inventors: Manfred Klingebiel
Original assignee: ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG; ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-14

Abstract

Es wird eine aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug im Gleisbogen vorgeschlagen, bei der ein Speicher (3) vorgesehen ist, in dem die Streckendaten (S) der Gleisanlage, wie insbesondere Geraden, Übergangsbögen, Gleisbögen mit konstantem Bogenradius, Weichen und Überhöhungen, wegabhängig und/oder geodätisch abgespeichert sind. Aus diesen Streckendaten (S) sind in Abhängigkeit des laufend erfaßten aktuellen Standortes des Schienenfahrzeuges (1) Steuersignale (N) für zur aktiven Radialsteuerung dienende aktive Stellglieder (9) in Verbindung mit aktuellen Fahrzeugdaten ableitbar. DOLLAR A Vorteilhaft kann die Steuerung der Radialeinstellung im Gleisbogen derart optimal, insbesondere exakt, eingesetzt werden, daß stets die maximale Geschwindigkeit und Antriebsleistung des Fahrzeuges unter Ausnutzung und Einhaltung der maximal vom Fahrzeug auf das Gleis wirkenden Kräfte erzielt wird. Die Stellglieder zur aktiven Radialsteuerung werden stets unverzögert mit den optimalen Steuersignalen angesteuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nachstehend kurz "Radialsteuerung" genannt.

Die Tendenz zu immer höheren Geschwindigkeiten und Antriebsleistungen bei Schienenfahrzeugen ist begrenzt durch die vom Fahrzeug auf das Gleis wirkenden Kräfte, welche bestimmte zulässige Grenzwerte nicht überschreiten dürfen.

Im Gleisbogen sind bekanntermaßen die Kräfte zwischen Radsatz und Gleis am niedrigsten, wenn die Radsätze genau radial zum Mittelpunkt des Gleisbogens stehen. In der Praxis ist dies aber bedingt durch die Bauart der Fahrzeuge (Fahrzeug kasten, Führung der Radsätze im Drehgestell u. a.) und durch die Längskräfte am Radsatz (Zug/Bremskräfte) nur annäherungsweise realisierbar oder nur für bestimmte Bogenradien gegeben.

Passive, d. h. selbststeuernde Radialsteuerungen sind beispielsweise in Längsrichtung des Fahrzeuges weiche Radsatzführungen oder Kopplung von Radsätzen untereinander. Solche passiven Radialsteuerungen sind in ihrer Wirksamkeit eingeschränkt, da die Steuerung nur für einen bestimmten Radien- Bereich effektiv ist, da Weichendurchfahrten nicht von Gleisbögen unterschieden werden können und da Zug- und Bremskräfte nicht kompensiert werden, was teilweise zur nachteiligen Falschsteuerung führt.

Aktive Steuerungen der Radialeinstellung im Bogen sind ebenfalls noch nicht optimal bzw. ausgereift, da die genaue Kenntnis der Gleisbogen-Daten fehlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug anzugeben, die einen optimierten und unverzögerten Einsatz der Steuerung der Radialeinstellung im Gleisbogen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs durch im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die aktive Radialsteuerung des Schienenfahrzeuges derart optimal und exakt eingesetzt werden kann, daß bei jeder Geschwindigkeit, Antriebsleistung des Fahrzeuges und bei jedem Bogen über die gesamte Länge die vom Fahrzeug auf das Gleis wirkenden Kräfte minimiert werden. Die Stellglieder zur aktiven Radialsteuerung werden zu jedem Zeitpunkt mit den optimalen Steuersignalen angesteuert. Der Beginn der aktiven Steuerung der Radialeinstellung erfolgt bereits bei Einfahrt der einzelnen Fahrzeuge eines Zuges in einen Gleisbogen. Am Ende des Gleisbogens erfolgt die selbsttätige Zurücknahme der aktiven Radialsteuerung ebenfalls ohne Verzögerungen, da die Länge des Gleisbogens bekannt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile der vorgeschlagenen aktiven Radialsteuerung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Grundausführung der aktiven Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug,

Fig. 2 eine erste Variante der aktiven Radialsteuerung,

Fig. 3 eine zweite Variante der aktiven Radialsteuerung.

In Fig. 1 ist eine Grundausführung der aktiven Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug dargestellt. Es ist ein strichpunktiert umrandetes Schienenfahrzeug 1 mit einer Steuer/Regeleinrichtung 2 zur aktiven Radialsteuerung zu erkennen. Die gestrichelt umrandete Steuer/Regeleinrichtung 2 zur aktiven Radialsteuerung weist insbesondere einen Speicher 3 und eine Recheneinheit 8 auf. Der Speicher 3 empfängt eingangsseitig Signale G eines zum Empfang von GPS-Signalen eingerichteten Sensors 4 (GPS = Global Positioning System, satellitengestütztes Navigationssystem) und/oder Wegsignale W eines zur Wegbestimmung über Grund dienenden Sensors 5.

Im Speicher 3 sind alle wesentlichen Streckendaten der vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleisanlage, wie insbesondere Geraden, Gleisbögen mit konstantem Bogenradius, Übergangsbögen, Weichen und Überhöhungen wegabhängig (beispielsweise über eine "Kilometrierung" der Strecke) und/oder geodätisch (beispielsweise über eine präzise Land/Feldmessung) fest abgespeichert, beispielsweise in Form einer CD (Compact Disc). Aus den eingangsseitig erhaltenen, zur Standortbestimmung dienenden Signalen G und/oder Wegsignalen W ermittelt der Speicher 3 laufend die zugehörigen, abgespeicherten Streckendaten S, beispielsweise die Länge der momentan befahrenen Geraden und den Bogenradius des nächstfolgenden Gleisbogens und führt diese Streckendaten S der Recheneinheit 8 zu.

Die Erfassung der Wegsignale W ist insbesondere dann von Wichtigkeit, wenn die Gleisanlage auch Tunnelstrecken umfaßt, in denen ein Empfang der Signale G nicht möglich ist. Im Falle einer Verwendung sowohl von Signalen G als auch Wegsignalen W erfolgt vorzugsweise eine Synchronisation beider Signale nach vorgebbaren Zeitabschnitten.

Die Recheneinheit 8 gibt in Abhängigkeit der eingangsseitig empfangenen Streckendaten S ausgangsseitig Steuersignale N an aktive, insbesondere weggesteuerte Stellglieder 9 (mechanisch, hydraulisch, elektrisch) zur Radialsteuerung ab, d. h. die erforderlichen Wege für die Radialsteuerung der Radsätze für den jeweiligen Gleisbogen werden bzw. sind exakt berechnet. Beginn der Radialsteuerung bei Erreichen des Bogens und Zurücknahme der Radialsteuerung in die Ausgangsstellung (Parallel-Stellung) bei Ende des Gleisbogens sind durch die Streckendaten S präzise vorgegeben. In den Übergängen bzw. Übergangsbögen zwischen geradem Gleis und dem Bogen mit konstanten Parametern, wie Radius und Überhöhung, kann aufgrund der Länge und der Parameter des Übergangsbogens die Radialsteuerung mit einem der aktuellen Fahrgeschwindigkeit angepaßten Zeitgradient optimal erfolgen, damit am Beginn des konstanten Bogens (bzw. am Beginn der Geraden bei Bogenausfahrt) bereits die optimale Steuerung gegeben ist. Dabei können Speicher 3 und Recheneinheit 8 selbstverständlich auch zu einer einzigen Einheit zusammengefaßt werden, welche eingangsseitig Signale G und/oder Wegsignale W empfängt und ausgangsseitig entsprechende Steuersignale N abgibt.

In Fig. 2 ist eine erste Variante der aktiven Radialsteuerung dargestellt. Die Variante entspricht der Grundausführung, jedoch empfängt die Recheneinheit 8 zusätzlich eingangsseitig aktuelle Zugdaten Z, wie insbesondere die momentane Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges, die momentane Zugkraft, die momentane Bremskraft, die Gesamtlänge des Zuges und die Länge des Fahrzeugs und die Position innerhalb des Zuges. Ausgangsseitig gibt die Recheneinheit 8 an die Zugdaten Z optimal angepaßte Steuersignale N an aktive Stellglieder 9 zur Radialsteuerung ab. Da die Einzellängen der einzelnen Fahrzeuge eines Zugverbandes bekannt sind, erfolgt die aktive Radialsteuerung jedes einzelnen Fahrzeuges vorteilhaft in Abhängigkeit seiner tatsächlichen momentanen Lage vor dem Gleisbogen, im Gleisbogen und nach dem Gleisbogen. Von großer Wichtigkeit und großem Vorteil ist insbesondere die mittels der Recheneinheit 8 durchgeführte Kompensation von Zug- bzw. Bremskräften bei der Vorgabe der Steuersignale N, insbesondere bei weggesteuerter Radialsteuerung.

In Fig. 3 ist eine zweite Variante der aktiven Radialsteuerung dargestellt. Die Variante entspricht der Grundausführung, jedoch empfängt die Recheneinheit 8 eingangsseitig sowohl die Zugdaten Z als auch zusätzlich Positionssignale P eines zur Positionsbestimmung eingerichteten, auf dem Schienenfahrzeug montierten Sensors 6 (welcher Signale von längs der Gleisanlage montierten Positionsmeldern empfängt) und/oder Richtungssignale R eines auf dem Schienenfahrzeug montierten Richtungssensors 7.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß der präzise Zeitpunkt des Beginns und/oder der Zurücknahme der aktiven Radialsteuerung zusätzlich über die Positionssignale P und/oder Richtungssignale R beeinflußt werden kann. Die Recheneinheit 8 setzt die ihr zugeführten Streckendaten S in Abhängigkeit der aktuellen Zugdaten Z in Steuersignale N für die aktiven Stellglieder 9 um, sobald der Sensor 6 und/oder der Richtungssensor 7 den Beginn des Gleisbogens anzeigt (siehe Positionssignale P und/ oder Richtungssignale R).

Gemäß weiteren, nicht dargestellten Varianten ist es möglich, die Positionssignale P und/oder Richtungssignale R ebenfalls oder ausschließlich dem Speicher 3 zuzuführen, um einen ständigen Signalabgleich bzw. eine Signaladaption zu bewirken, welche die Genauigkeit der aktiven Radialsteuerung weiter erhöht. Eine weitere Variante ist möglich, bei der an Stelle der Wegsignale W die Positionssignale P verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Schienenfahrzeug

2

Steuer/Regeleinrichtung zur aktiven Radialsteuerung

3

Speicher

4

Sensor zum Empfang von GPS-Signalen

5

Sensor zur Wegbestimmung über Grund

6

Sensor zur Positionsbestimmung

7

Richtungssensor

8

Recheneinheit

9

aktive Stellglieder zur aktiven Radialsteuerung
G Signale
N Steuersignale
P Positionssignale
R Richtungssignale
S Streckendaten
W Wegsignale
Z aktuelle Zugdaten

Claims

1. Aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug im Gleisbogen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (3) vorgesehen ist, in dem die Streckendaten (S) der Gleisanlage, wie insbesondere Geraden, Gleisbögen mit genauem Bogenradius, Weichen und Überhöhungen wegabhängig und/oder geodätisch abgespeichert sind und daß aus diesen Streckendaten (S) in Abhängigkeit des laufend erfaßten aktuellen Standortes des Schienenfahrzeuges (1) Steuersignale (N) für zur aktive Radialsteuerung dienende aktive Stellglieder (9) ableitbar sind.

2. Aktive Radialsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung Signale (G) eines zum Empfang von GPS-Signalen eingerichteten Sensors (4) dienen.

3. Aktive Radialsteuerung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung Wegsignale (W) eines zur Wegbestimmung über Grund dienenden Sensors (5) dienen.

4. Aktive Radialsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung Positionssignale (P) eines zur Positionsbestimmung eingerichteten Sensors (6) dienen.

5. Aktive Radialsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Standortbestimmung Richtungssignale (R) eines Richtungssensors (7) dienen.

6. Aktive Radialsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der Steuersignale (N) in Verbindung mit aktuellen Fahrzeugdaten (Z), wie insbesondere momentane Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges, momentane Zugkraft, momentane Bremskraft, Fahrzeugbauart, Position innerhalb des Zuges und Länge des Fahrzeugs erfolgt.

7. Aktive Radialsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Radsätze des Schienenfahrzeugs erfolgt.

8. Aktive Radialsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Übergangsbögen zwischen Geraden und Bögen mit konstanten Parametern der Zeitgradient und der Zeitverlauf der Radialsteuerung in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und der Länge und Parametern des Übergangsbogens derart bemessen wird, daß auch im Übergangsbogen eine optimale Einstellung der Radsätze gegeben ist und am Beginn des konstanten Bogens (bzw. der Gerade) die optimale Radialsteuerung erreicht ist.