DE2217450C3 - Einrichtung zur Verminderung der Einwirkung von Querkräften auf in einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, befindliche Personen oder Gegenstände - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Sie ist vorzugsweise für schnell fahrende Schienenfahrzeuge jeglicher Art gedacht, kann aber ebenso vorteilhaft auch bei schnell fahrenden Straßenfahrzeugen eingesetzt werden.

Alle bisher bekannten auf dem Fahrzeug selbst untergebrachten Einrichtungen dieser Art messen die beim Durchfahren einer Kurve auftretenden Trägheitskräfte bzw. andere aus diesen ableitbare Größen und regeln damit zur Kompensation der Querkräfte die Neigung des Fahrzeugoberteils gegenüber dem Fahrgestell. Neuere Anlagen kompensieren außerdem den durch die Überhöhung der Fahrbahn in einem in der Kurve ruhenden Fahrzeug verursachten Hangabtrieb. Neben den kurvenbedingten wirken aber auch durch die Fahrbahn, z. B. Schienenstöße, Weichen u. dgL verursachte Trägheitskräfte auf das Fahrzeug ein und treten als Störgrößen bei der Regelung der kurvenbedingten Querkräfte auf. Diese vorwiegend als sehr kurze Stöße auftretenden Größen suchte man bisher durch Verwendung entsprechend träger Meßfühler auszuschalten.

Das Hauptpatent 19 61553 löst diese Aufgabe mit einem dem Meßfühler nachgeschalteten Tiefpaßfilter. Auf diese Weise werden ohne Verringerung der Empfindlichkeit des Meßfühlers alle kurzzeitigen Querbeschleunigungen, die ihren Ursprung in geringfügigen Gleisverwerfungen oder sonstigen Gleisabweichungen haben, ausgeschaltet Die Verwendung eines solchen Tiefpaßfilters führt durch Ausschaltung der genannten Störgrößen trotz hoher Empfindlichkeit der Meßfühler zu einer beachtlichen Stabilisierung des die Lage des Fahrzeugoberteils, oder im speziellen Falle des Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs, steuernden Reglers.

Nun treten aber gerade bei Schienenfahrzeugen infolge der dort bestehenden Federungsverhältnisse beim Heben oder Senken des Wagenkastens durch entsprechende Stellantriebe verzögerte Stellkraftkomponenten auf, die bei bisher bekannten Vorrichtungen zur Kompensation der beim Durchfahren von Kurven auftretenden Querbeschleunigungskräfte unberücksichtigt geblieben sind. So verursacht insbesondere bei Schienenfahrzeugen, die außer der Federung des Drehgestells zwischen diesem Drehgestell und dem Wagenkasten eine sehr weich gefederte Wiege verwenden, diese Wiegenfederung die Speicherung einer bestimmten Komponente der zur Lageregelung des Wagenkastens kommandierten Stellkräfte. Diese Komponente wird aber erst nach Abschalten der Stellkräfte von der Federung auf den Wagenkasten übertragen. Das heißt, daß diese gespeicherte Stellkraftkomponente, die bisher vom Meßfühler nicht erfaßt werden konnte, die durch die Einrichtung zwecks Kompensation auftretender Querkräfte kommandierte Lage des Wagenkastens verändert und somit als systeminterne Störgröße auftritt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Patent 19 61 553 beschriebene Regeleinrichtung durch Berücksichtigung der in der Fahrzeugfederung gespeicherten und somit verzögert wirksam werdenden Stellkraftkomponente zu verbessern.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von der Tatsache aus, daß die vom Steuergerät geschaltete Stellkraft eine ihrem Betrag nach konstante Größe ist Daraus ergibt sich, daß bei jedem Schalten der Stellantriebe eine konstante Stellkraftkomponente in der Wiegenfederung gespeichert wird. Erfindungsgemäß wird daher zur Ausschaltung der als Störgröße wirkenden Stellkraftkomponente dem Eingang eines die Stellantriebe schaltenden Steuergerätes außer dem über das Tiefpaßfilter zugeleiteten Signal des Beschleunigungsfühlers ein Gegenkopplungssignal zugeführt, welches in einer Gegenkopplungsschaltung aus dem Stellsignal für den Stellantrieb abgeleitet ist und die beim Einwirken eines Stellsignals vorübergehend von der Fahrzeugfederung aufgenommene Stellkraftkomponente simuliert. Das Ausgangssignal des Steuergeräts

wird aufgrund der Übertragungseigenschaften der Simulationsschaltung so verändert, daß das Steuergerät, das ohne den als Simulationsschaltung ausgebildeten Gegenkopplungskreis zur Zeit t2 den Stellantrieb ausgeschaltet hätte, jetzt schon zur Zeit ti< t₂ die Wirkung der Stellkraft aufhebt Der Betrag t₂ bis ti ist dann proportional der in der Federung vorübergehend gespeicherten Stellkraftkomponente. Die Übertragung der in der Federung vorübergehend gespeicherten Kraftkomponente auf das Fahrzeugoberteil erfolgt ι ο wegen der relativ großen Masse des Fahrzeugoberteils gegenüber der Einspeicherung in einem zeitlich verzögerten Ablauf. Die so bedingte Verzögerung ist als positive Begleiterscheinung zu sehen, da sie sich stoßmildernd auswirkt >s

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Zeichnung enthält in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Es zeigt za

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Reglers der Einrichtung mit nachgeschalteten Stellantrieben und

Fig.2 eine Verzögerungsschaltung in einer Betätigungslogik zum Ansteuern der Stellantriebe.

Beim Durchfahren einer Kurve zeigt ein gemäß F i g. 1 zu einem Regler 3 gehöriger auf Querbeschleunigungen ansprechender Meßfühler 1 infclge der auftretenden Radialbeschleunigung einen der Kurvenüberhöhung, der Geschwindigkeit und dem Kurvenradius entsprechenden Ausschlag. Das dabei vom Beschleunigungsfühler 1 abgegebene Signal wird über die Leitung 21 gleichzeitig einem Tiefpaßfilter 2 und einer dazu parallelgeschalteten Differenzierstufe 12 zugeführt, die aus dem Hauptpatent bekannt sind. Die Ausgänge dieser beiden Schaltungen sind über die Leitungen 22 und 23 an einen Summierpunkt 5 angeschlossen, dessen Ausgang über die Leitung 24 mit einem Eingang 25 eines in F i g. 1 punktiert umrandeten Steuergeräts 30 verbunden ist.

Das vom Beschleunigungsfühler 1 ausgehende Signal durchläuft, wie im Hauptpatent beschrieben, bei entsprechend niedriger Frequenz das Tiefpaßfilter 2, die Differenzierstufe 12 sowie den Summierpunkt 5 und schaltet das Steuergerät 30 ein. Ist das am Eingang des Steuergerätes 30 liegende Signal positiv, so steht am 4s Ausgang 26 ein konstantes positives Signal an. Ist das Eingangssignal hingegen negativ, so liegt am Ausgang 27 ein konstantes negatives Signal. Beide Signale treten einander auschließend auf und haben den gleichen Betrag.

Der Ausgang 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel direkt über die Leitungen 28 und 29 mit einem ersten Eingang 31 einer Betätigungslogik 32 für die Stellantriebe 4 verbunden, während der Ausgang 27 über eine Leitung 33, eine Umkehrstufe 34 und eine Leitung 35 an einen zweiten Eingang 36 der Betätigungslogik 32 angeschlossen ist Außerdem sind die Ausgänge 26 und 27 des Steuergerätes 30 über einen aus den Leitungen 41 bzw. 42 einer Simulationsschaltung 44, einer Leitung 43, dem Summierpunkt 5 und der Leitung 24 gebildeten Gegenkopplungskreis mit seinem Eingang 25 verbunden. Die Simulationsschaltung 44 besteht je nach Erfordernis entweder aus einem einfach Spannungsteiler oder aus einer Verzögerungsschaltung erster oder zweiter Ordnung.

Tritt am Eingang 25 des Steuergerätes 30 ein positives Signal auf, so schaltet das Steuergerät ein ebenfalls positives, während der Einschaltdauer konstant bleibendes Signal, das der Ansteuerung der Betätigungslogik 32 dient, auf den Ausgang 26. Dieses Signal, das gleichzeitig an der Simuiationsschaltung 44 auftritt, wird in dieser Schaltung zu einem der in der Federung gespeicherten Stellkraftkomponente analogen Signal umgeformt und auf den Eingang 25 des Steuergerätes 30 rückgekoppelt Die Ausführung der Simulationsschaltung 44 als Spannungsteiler bleibt dabei auf den Fall beschränkt daß das Steuergerät 30 aus einem doppelten Zweipunktschalter besteht bei dem der absolute Betrag der Summe der beiden Ansprechschwellen zum Umschalten in den positiven oder negativen Bereich größer ist als das von der Simulationsschaltung 44 abgegebene, der in der Federung gespeicherten Stellkraftkomponente analoge Signal. Wird hingegen im Gegenkopplungskreis ein Verzögerungsglied erster oder zweiter Ordnung als Simulationsschaltung verwendet so läßt sich diese Schaltung jeweils an die Eigenart des verwendeten Steuergerätes 30 anpassen.

Im Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 30, wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, als doppelter Zweipunktschalter mit Hysterese ausgebildet Sein Eingang 25 ist gleichzeitig an zwei parallele Kanäle 46 und 47 angeschlossen, die durch ihre Kennlinien dargestellt sind. Die Ausgänge 48 und 49 der beiden Kanäle 46 und 47 bilden die Ausgänge des Steuergeräts 30 und stehen mit den Ausgängen 26 und 27 in Verbindung.

Erhält der Eingang 25 des Steuergerätes 30 ein Signal, so spricht je nach Polarität dieses Signals beim Überschreiten einer vorgegebenen Ansprechschwelle der entsprechende Kanal 46 oder 47 an und liefert an seinem Ausgang 48 bzw. 49 für die Einschaltdauer des Signals ein konstantes Signal.

So schaltet z. B. ein positives Signal, das größer ist als die vorgegebene Ansprechschwelle, den Kanal 46 durch und gibt ein konstantes Signal sowohl über die Leitungen 28 und 29 an den Eingang 31 der Betätigungslogik 32 für die Stellantriebe 4 als auch über Leitung 41 an die Simulationsschaltung 44 und von dieser über die Leitung 43 und den Summierpunkt 5 an den Eingang 25 des Steuergerätes 30. Das so mit dem Gegenkopplungssignal überlagerte Eingangssignal des Steuergerätes 30 enthält damit, wie in diesem Ausführungsbeispiel bereits beschrieben, die notwendige Information über die im Federungssystem gespeicherte Stellkraftkomponente, die nach Abschalten des Steuergerätes 30 von der Federung auf das Fahrzeugoberteil bzw. auf den Wagenkasten übertragen wird.

Die als Steuergerät arbeitenden Zweipunktschalter sind so konstruiert daß das Verhalten beider Kanäle 46 und 47 durch eine Hysterese charakterisiert ist Der Schalter läßt sich infolgedessen so gestalten, daß der Abschaltwert immer unterhalb der Ansprechschwelle liegt und gegebenenfalls kleiner als Null ist Dadurch wird erreicht, daß die Stellantriebe 4 so lange arbeiten, bis das Eingangssignal am Eingang 25 des Steuergerätes 30 Null wird oder sogar, je nach Erfordernis, kleine negative Werte annimmt Entspricht die Ansprechschwelle des Schalters genau der noch zulässigen Querkraft, so wird durch seine Verwendung die Schalthäufigkeit der Einrichtung wesentlich herabgesetzt und damit ihre Zuverlässigkeit beachtlich erhöht. Der Schalter hat weiterhin den Vorteil, daß er, wie schon oben erwähnt die Verwendung eines Spannungsteilers als Simulationsschaltung 44 ohne weiteres zuläßt

In einem zweiten, ebenfalls in F i g. 1 dargestellten und dort durch eine gestrichelte Umrandune hervoree-

hobenen Ausführungsbeispiel sind bei Wegfall der Direktleitungen 29 und 35 der Ausgang 26 und die Umkehrstufe 34 mit den Eingängen 52 bzw. 54 einer Logikschaltung 56 verbunden. Diese beiden Eingänge führen zu je einem Schalter 58 bzw. 60, die wiederum über die Ausgänge 62 und 64 der Logikschaltung 56 an die Eingänge 31 und 36 der Betätigungslogik 32 angeschlossen sind. Die Betätigung der beiden Schalter 58 und 60 erfolgt über eine bekannte verzögernde Schaltlogik 66 mit den Eingängen 68,70 und 72 und den Ausgängen 74 und 76. Diese Logikschaltung 56 dient dem Zweck, beim Abschalten des einen und gleichzeitigen Anschalten des anderen Kanals 46 bzw. 47 im Steuergerät 30 das Signal dieses Kanals mit einer bestimmten Zeitverzögerung an die Betäligungslogik 32 weiterzuleiten. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein kurzzeitiges Aufeinanderfolgen von Anheb- und Absenksignalen, die durch zufällige komplexe Störsignale, die nicht durch die bei der Kurvenfahrt auftretenden Querbeschleunigungen bedingt sind, unwirksam bleiben. Die Funktion der Logikschaltung 56 wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert:

Wird beispielsweise das Signal vom Kanal 46 des Steuergerätes 30 zu Null oder sogar kleiner, so entsteht am Eingang 68 der Schaltlogik 66 ein Spannungssprung, der bewirkt, daß der Schalter 60 unmittelbar öffnet und damit die Verbindung des Kanals 47 des Steuergerätes 30 mit der Betätigungslogik 32 unterbricht. Erst nach einer durch die Schaltlogik 66 vorgegebenen Zeitverzögerung wird der Schalter 60 wieder geschlossen und so die Verbindung zur Betätigungslogik 32 wieder hergestellt. Bricht ein am Eingang 54 der Logikschaltung 56 anstehendes Signal ab, so betätigt die Schaltlogik 66 in gleicher Weise den Schalter 58.

Im Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den F i g. 1 und 2 wird eine an sich bekannte Betätigungslogik 32 so mit Verzögerungsgliedern versehen, daß die an den Ausgängen 78 für die Stellantriebe 4 auftretenden Signale in vorausbestimmter Weise gegeneinander verzögert sind. Die Erläuterung von Aufbau und Funktion einer solchen verzögernden Betätigungslogik erfolgt anhand von F i g. 2.

Die Betätigungslogik 32 nach F i g. 1 besteht aus einer hier nicht gezeigten als Bewegungslogik bezeichneten Baugruppe, welche das vom Steuergerät 30 kommende Signal mit Lagesignalen des Fahrzeugoberteils kombiniert und sie den logischen Eingängen der in Fig.2 dargestellten und nachfolgend als logische Verzögerungsschaltung der Betätigungslogik 32 bezeichneten Schaltung zuführt Diese logische Verzögerungsschaltung besteht aus den Eingangsschaltern 252—255, die über eine Leitungsmatrix mit den Eingängen der ODER-Gatter 257—261 verbunden sind. Den Ausgängen dieser ODER-Gatter sind aus ÄC-Gliedern aufgebaute Verzögerungsschaltungen 264—268 nachgeschaltet, deren Ausgänge mit den Ausgängen 781—785 der Betätigungslogik 32 verbunden sind, die hier direkt an die Antriebssysteme der eine Stellhydraulik bildenden Ventile angeschlossen sind. Ferner ist das ODER-Gatter 258 über eine Verzögerungsschaltung 270 mit den beiden Eingangsschaltern 252 und 253 und der Ausgang der Verzögerungsschaltung 264 über eine Verzögerungsschaltung 272 mit den Eingangsschaltern 254 und 255 verbunden.

In der verzögernden Schaltung der Betätigungslogik 32 werden drei verschiedene Arten von Verzögerungsgliedern verwendet. Eine erste Gruppe umfaßt die beiden Verzögerungsschaltungen 264 und 265, die so aufgebaut sind, daß sie beim öffnen des vorgeschalteten ODER-Gatters 257 bzw. 261 Verzögerungen bewirken, die sich von denen unterscheiden, die beim Schließen der Gatter auftreten. Eine zweite Gruppe, der die Verzögerungsschaltungen 266—268 angehören, rufen nur beim Schließen der vorgeschalteten ODER-Gatter 258—260 Verzögerungen der sie passierenden Signale hervor, während beim Einschalten die Signale unverzögert die Schaltung durchlaufen. Bei den Verzögerungsschaltungen 270 und 272 handelt es sich um einfache Verzögerungsglieder, welche das Signal aus der Verzögerungsschaltung 264 bzw. aus dem ODER-Gatter 258 mit den erforderlichen Verzögerungen an die Eingangsschalter 254 und 255 bzw. 252 und 253 weiterleiten.

Auf diese Weise wurde eine Betätigungslogik 32 geschaffen, die es ermöglicht, die Ventile der ihr nachgeschalteten hydraulischen Stellantrieb« in einer vorgegebenen zeitlichen Folge zu öffnen oder zu schließen. Da im speziellen Anwendungsfall die Schaltfoige der Ventile vorgegeben ist, werden die durch die Verzögerungsglieder zu bewirkenden Verzögerungszeiten von den speziell verwendeten Ventilen, der Art ihrer Zusammenschaltung und der Länge ihrer Verbindungsleitungen bestimmt In den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann als Steuergerät der im Hauptpatent beschriebene Regler verwendet werden, sofern in der Simulationsschaltung 44 eine hinreichende Verzögerung erfolgt

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, daß die in der Fahrzeugfederung bzw. Wiegenfederung beim Schaltvorgang vorübergehend gespeicherte Stellkraftkomponente simuliert und als Störgröße dem Regler aufgeschaltet wird, daß durch die Verwendung eines doppelten Zweipunktschalters mit Hysterese die Schalthäufigkeit beachtilich herabgesetzt wird, daß durch eine Logikschaltung zur Verzögerung von Gegenrichtungssignalen weitere Störgrößen, die sowohl über den Meßfühler als auch geräteintern entstehen und eine andere Polarität als das Schaltsignal haben, unterdrückt werden und daß schließlich durch die vorgeschlagene verzögernde Logikschaltung in der Betätigungslogik sich das Arbeiten der Stellantriebe optimal gestalten läßt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verminderung der Einwirkung von Querkräften bei Kurvenfahrt auf in einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, befindliche Personen oder Gegenstände, wobei am Wagenkasten ein auf Querbeschleunigungen ansprechender Fühler angebracht ist und das Ausgangssignal eines unter Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters "> an den Ausgang des Fühlers angeschlossenen Steuergerätes auf einen Antrieb zum Kippen des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Achse einwirkt, gemäß Patent 1961553, dadurch gekenn- '5 zeichnet, daß dem Eingang des Steuergerätes (30) außer dem über das Tiefpaßfilter (2) zugeleiteter* Signal des Beschleunigungsfühlers (1) ein Gegenkopplungssignal zugeführt wird, welches in einer Gegenkopplungsschaltung (44,43; 5) aus dem Stellsignal für den Stellantrieb (4) abgeleitet ist und die beim Einwirken eines Stellsignals vorübergehend von der Fahrzeugfederung aufgenommene Stellkraftkomponente simuliert

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Schaltung (44) im Gegenkopplungszweig aus einem Spannungsteiler besteht

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Schaltung (44) im Gegenkopplungskreis aus einem Verzögerungsglied erster oder zweiter Ordnung besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltwert des Steuergerätes (30) von seiner Ansprechschwelle verschieden ist

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet daß der Abschaltwert des Steuergerätes (30) kleiner als die Ansprechschwelle, gegebenenfalls kleiner als Null ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (30) eine die Schalthäufigkeit herabsetzende Logikschaltung (56) zur zeitlich begrenzten Unterdrückung von Gegenrichtungssignalen nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet daß die Logikschaltung (56) dann unwirksam wird, wenn das Ausgangssignal des Steuergerätes (30) einen einstellbaren Schwellwert überschreitet

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Steuergerät (30) und einem unstetig schaltenden hydraulischen Stellantrieb (4) eingeschaltete Betätigungslogik (25) Verzögerungsglieder zur zeitlichen Folgesteuerung der Hydraulikventile des Stellan- SS triebs enthält.