DE3935740C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Maßnahmen sind bei Personenzügen bekannt, die kurvenreiche Strecken mit hoher Reisegeschwindigkeit durchfahren sollen, vgl. den Beitrag "Umbau für den Super-Zug" in NÜRNBERGER NACHRICHTEN vom 12.3.1989, Seite 17 rechts oben. Dabei wird während schneller Kurvenfahrt die für den Fahrgast unangenehme, nach bogenaußen wirkende Fliehkraft durch entsprechende Neigung des Wagenkastens gemindert.

Solche Neigung des Wagenkastens wird mittels einer sogenannten gleisbogenabhängigen Wagenkastensteuerung (GSt), die die Hydrau­ likeinrichtung des Neigungsmechanismus ansteuert, bewirkt, vgl. den Beitrag "Der neue elektrische Triebzug der Italienischen Staatsbahnen, Baureihe ETR 450, für den Hochgeschwindigkeits­ verkehr" - eine Fortentwicklung des "Pendolino" in "Zeitschrift für Eisenbahnwesen und Verkehrstechnik, ZEV-Glas.Ann." 112 (1988) Nr.5, S.163-168.

Die gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung enthält Beschleuni­ gungsaufnehmer, die an der Zugspitze im Fahrgestell auftretende Beschleunigungen messen. Aus den Beschleunigungsmeßwerten be­ stimmte Steuersignale für die Neigungshydraulik werden gemäß der momentanen Fahrgeschwindigkeit längs des Zuges weitergeschaltet, um nacheinander die einzelnen Wagen dem von ihnen augenblicklich überfahrenen Streckenabschnitt entsprechend zu neigen. Dabei wird jedoch aufgrund von Messungen gesteuert, die erheblichen Störeinflüssen, wie z. B. von Schienen- und Weichenstößen, unterliegen. Um die gewünschte Meßgröße (Nutzsignal) möglichst deutlich von diesen Störeinflüssen (Störsignale) abzuheben, werden deshalb eigens im Schienenweg sogenannte Ansprechpunkte in Form von markanten, d. h. unsanften und eigentlich uner­ wünschten Übergängen zwischen Streckenstücken unterschiedlicher Krümmungsradien geschaffen. Das aber bedeutet nicht nur hohe Umbaukosten für die Strecken, damit sie für den Einsatz dieser Züge optimiert werden, sondern auch erhöhten Erhaltungsaufwand. Da die für den Einsatz solcher Züge in Frage kommenden Strecken zudem stets im Gemischtverkehr mit Güter- und konventionellen Reisezügen betrieben werden, ergeben sich für die konven­ tionellen Züge aus solchen Streckenumbauten auch merkliche betriebliche Nachteile.

Weiterhin ist das gesamte System dieser gleisbogenabhängigen Wagenkastensteuerung mit erheblichen Trägheiten behaftet, so daß auf Kurzzügen die streckengerechte Neigung des Wagenkastens bei Fahrt mit hoher Geschwindigkeit kaum erreicht werden kann. Dadurch wird bei diesen Zügen die Wirksamkeit des neigbaren Wagenkastens zum Abbau der Fliehkraft im Wageninneren bei schneller Fahrt deutlich verringert.

Aus der FR-OS 24 60 827 ist ein Steuerverfahren zum Anhalten eines Zuges an einem Zielpunkt bekannt, das darauf beruht, in einer Recheneinheit die aus einem Tachogenerator gewonnene Information über die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit zu verknüpfen mit längs der Strecke ausgelösten Positionsinformationen, um Steuersignale für die zielannäherungsabhängige Verringerung der Fahrtgeschwindigkeit zu gewinnen. Es wird aber weder irgend ein Hinweis auf eine Streckendaten-Speicherung an Bord des Zuges, zu einer Echtzeit-Verknüpfung mit aktuellen Fahrtinformationen, gegeben; noch ist überhaupt eine streckenabhängige Wagenkasten­ steuerung vorgesehen.

Eine Variante der Übergabe streckenabhängiger Relativpositionen an einen Zug ist das Auszählen von an Bord empfangenen Linien­ leiter-Informationen zur Überprüfung und Korrektur der an Bord inkremental aus der Raddrehung abgeleiteten aktuellen Positions­ information, wie in Kapitel 5.5 der Arbeit von W. Köth "Vergleich der Systemmerkmale verschiedener Zugbeeinflussungs­ einrichtungen" in ETR 1971, Heft 7/8 S.326-334, beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung gattungsgemäßer Art so auszulegen, daß keine, vor allem keine anderweitig betriebsnachteiligen, Umbauten des Schienenstrangs erforderlich sind und doch insbesondere auch bei Kurzzügen die dynamischen Eigenschaften der Wagenkastensteuerung, also die Wirksamkeit des neigbaren Wagenkastens, besser zur Geltung kommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Steuerung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 die Maßnahmen gemäß dessen kennzeichnenden Teils vorgesehen werden.

Nach dieser Lösung wird die Neigungsbewegung des Wagenkastens nicht erst aufgrund von momentanen, ggf. gestörten und jeden­ falls relativ langwierigen Beschleunigungsmessungen an Bord des fahrenden Zuges gesteuert, sondern es liegen im Zug bereits alle dafür erforderlichen Streckendaten gespeichert und somit schnell auslesbar vor. Mit Hilfe dieser Daten ist die automatische Steuerung optimaler Neigungsbewegungen während einer vollstän­ digen Reise des Zuges über seine vorgegebene Einsatzstrecke hinweg möglich. Denn diese an Bord abgespeichert vorgegebenen Streckendaten brauchen dann nur noch fahrtabhängig ausgelesen und mit der aktuellen Fahrgeschwindigkeit verknüpft zu werden. Die Streckendaten stehen damit insbesondere auch bereits vor dem Erreichen des nächsten Streckenabschnitts mit anderer Krümmung oder Überhöhung zur Verfügung, so daß auch schon für den ersten Wagen die entsprechende Neigungsbewegung des Wagenkastens vorausschauend rechtzeig eingeleitet werden kann. Es muß also nicht erst zugewartet werden, bis Ergebnisse von Querbeschleunigungsmessungen die Notwendigkeit einer Neigungsänderung aufzeigen; denn auch der Fahrgast hat die Querkräfte dann bereits verspürt. Statt dessen wird nun durch streckengerechte und vorausschauende Funktionen der Steuerung für die Wagenkasten-Neigungsvorrichtung deren Wirksamkeit zur Steigerung des Wohlbefindens der Reisenden deutlich erhöht.

Es können von der Steuerung auch aktuelle Streckeninformationen, z. B. bei außerplanmäßiger Überleitung auf ein anderes vorberei­ tetes Gleis, die von einer Leitstelle, z. B. über Linienleiter oder über Funk, vorgegeben werden, automatisch berücksichtigt werden. Solche Informationen können bedarfsweise auch vom Lokführer manuell eingegeben werden, oder es können zusätzliche Bedingungen, z. B. aufgrund von aktuellen Meßwerten, selbsttätig in die Steuerung eingehen. Um den Aufwand günstig zu halten, ist es ohnehin zweckmäßig, eine Zentralsteuereinheit z. B. im Triebfahrzeug, funktionell an den Streckendaten-Speicher und die Kommunikations- und Meßmittel angeschlossen, vorzusehen, von der aus etwa über einen Systembus die Neigungsinformationen zu untergeordneten Neigungssteuerungen der einzelnen Wagen über­ mittelt werden. Diese Neigungssteuerungen steuern, regeln und überwachen die Funktion der allgemein zwei Hydraulikaggregat- Bereiche eines jeden Wagens, die sich an den beiden Wagenenden befinden, und geben Betriebs- und Störungsmeldungen an die zentrale Steuereinheit zurück.

Die Züge mit der determinierten, gleisbogenabhängigen Wagenka­ sten-Steuerung können ferner auch auf mehreren erfaßten und mit dem Streckensynchronisations-System ausgestatteten Strecken eingesetzt werden, wenn der Speicher für die Streckendaten entsprechend groß oder leicht auswechselbar ist. Eine Auswech­ selbarkeit sollte ohnehin auch für die laufende einfache Aktualisierung der Streckendaten gegeben sein: So können dann z. B. im Betriebswerk der Züge, aufgrund der dort vorliegenden genauen aktuellen Meß- und Baudaten der zu befahrenden Strecke, die vorbearbeiteten geeigneten Streckendaten schon ermittelt und in den Streckendaten-Speicher eingegeben werden, womit der dafür erforderliche Rechner- und Programmieraufwand nur einmal zentral für z. B. einen ganzen Direktionsbereich vorzuhalten ist. Dazu kommen noch Daten der fraglichen Zuggattung und spezifische Daten des speziellen Zuges in den Speicher. Es können dann aus diesen vorbearbeiteten Informationen mit entsprechend redu­ ziertem Rechenaufwand an Bord des Zuges während der Fahrt über die vorbestimmte Fahrtstrecke orts- und geschwindigkeitsabhängig die aktuellen Vorgaben, insbesondere die Neigungswinkel-Vorgaben für die einzelnen Wagen-Neigungssteuerungen, einfach und schnell ermittelt werden.

Auch sind zweckmäßigerweise längs der Strecke in als solcher bekannter Weise ortsfeste Positionsgeber, mit entsprechenden Aufnehmern an den Zügen, eingerichtet, mit deren Hilfe sich auch diese determinierte, gleisbogenabhängige Wagenkasten-Steuerung an Bord des Zuges zur genauen Ortsbestimmung in gewissen Abständen an der tatsächlichen Strecke synchronisieren kann. In den Intervallen zwischen zwei solchen Synchronisationspunkten bestimmt die Steuerung selbst mittels laufender genauer Weg­ messungen die aktuelle Position des Zuges auf der Strecke.

Bei den in Zusammenhang mit vorliegender Erfindung in Betracht kommenden Fahrzeugen kann es sich um jede Art spurgebundener Einrichtungen handeln, insbesondere neben herkömmlichen Schienenfahrzeugen auch um Hänge- und Schwebebahnen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 symbolisch vereinfacht ein Schienenfahrzeug mit zwei Wagen mit seitlich neigbar aufgehängten Wagenkästen und den Grundelementen einer determinierten, gleisbogenabhängigen Wagenkastensteuerung im erfindungsgemäßen Sinne,

Fig. 2 ein vereinfachtes einpoliges Blockschaltbild (Funktions­ schaltbild) einer determinierten, gleisbogenabhängigen Wagenkastensteuerung.

Eine Neigungssteuerung 1 dient der Steuerung von z. B. zwei Hydraulikaggregaten 11 für den Neigungsmechanismus eines Wagenkastens 20 und zur Regelung des von einer Zentralsteuer­ einheit 3 vorgegebenen und von der Hydraulik mittels der Nei­ gungsmechanik eingestellten Neigungswinkels des Wagenkastens 20 sowie zur Überwachung aller Funktionen und zur Rückmeldung an die Zentralsteuereinheit 3. Ein Systembus 2 ist als leistungs­ fähiger Informationskanal zwischen den einzelnen Steuerungs­ teilen, wie der Zentralsteuereinheit 3 und den Neigungssteuerun­ gen 1 der einzelnen Wagen vorgesehen. Die Zentralsteuereinheit 3 ist mit Prozessor und Ein- und Ausgabeschnittstellen ausgestat­ tet. Ein Anzeige- und Bedienungsgerät 4 ist integriert in den Führerstand des Lokführers. Für Bereitstellung von Strecken- und Fahrzeugdaten ist an Bord des Zuges ein auswechselbarer Streckendaten-Speicher 6 vorgesehen. An Bord liefert ein Wegaufnehmer 7 Positions-Istinformationen. Ortsfeste Geber 8 und ein fahrzeugfester Aufnehmer dienen der zusätzlichen Synchro­ nisation mit der Strecke.

Zweckmäßig ist ferner eine Fernübertragungseinrichtung 6 für zusätzliche aktuelle Streckeninformationen aus einer Zugleit- Zentrale, z. B. für Langsamfahrstrecken, Überleitungen auf ein alternatives Gleis etc., die von der Zentralsteuereinheit 3 dann an Bord automatisch bearbeitet und für die Neigungssteuerungen 1 berücksichtigt werden können.

Auf die Wagenkasten-Neigungsmechanik, z. B. Hydraulikaggregate, wirken Stelleinrichtungen 11. Ein Überwachungssystem 12 dient unter anderem zur Überwachung der wesentlichen Teile der Wagenkasten-Steuerung, wie z. B. der Zentralsteuereinheit 3, der Neigungssteuerungen 1 der Wagen und von Meßaufnehmern 7, 8 sowie zur automatischen Fehlerbearbeitung und zur Fehlermeldung über das Anzeige- und Bedienungsgerät 4 im Führerstand.

Der Wagenkasten 20 eines jeden Wagens ist um seine Längsachse etwa in Höhe der Schwerpunkte der Passagiere neigbar. Die Neigungsmechanik für den Wagenkasten 20 baut auf dem Fahrwerk 21 jeden Wagens auf, der hier spurgebunden auf Schienen 30 läuft.

Im einzelnen weist das in Fig. 1 in Seitenansicht skizzierte Schienenfahrzeug, das hier aus zwei Wagen besteht, an jedem seiner beiden Fahrgestelle 21 eine spezielle Aufhängeeinrichtung für seinen Wagenkasten 20 auf. Dadurch ist dieser mittels beispielsweise elektromechanischer oder elektrohydraulischer Stelleinrichtungen 11 um eine etwa in Höhe der Schwerpunkte der Reisenden in Fahrtrichtung verlaufenden Achse seitlich neigbar. Die Neigung des Wagenkastens 20 bei Kurvenfahrt längs der Schienen 30 soll möglichst vermeiden, daß im Innern des Wagenka­ stens 20 unangenehm große Querkräfte auftreten. Eine optimal an die befahrene Kurvenstrecke und an die Fahrgeschwindigkeit angepaßte Neigung des Wagenkastens 20 bewirkt, daß auf die in ihren Sesseln sitzenden Reisenden eine resultierende Kraft aus der Schwerkraft und den Fliehkräften wirkt, die senkrecht gegen die Sitzfläche bzw. den Wagenkasten-Boden gerichtet ist. Diese Kraft ist zwar größer als die normale Erdanziehungskraft, wird aber nicht störend empfunden, da sie nicht die Sitzposition beeinflußt, also keine Gegenbewegung des Körpers zur Korrektur der Sitzposition erfordert. Gleiches gilt natürlich für Gegen­ stände im Wagen, die dann nicht verrutschen oder kippen.

Um im Normalbetrieb eine strecken- und geschwindigkeitsgerechte Neigung aller Wagen im Zug zu erreichen, ist eine Ansteuerung der Zentralsteuereinheit 3 der determinierten, gleisbogen­ abhängigen Wagenkasten-Neigungssteuerung mit aus einem Strecken­ datenspeicher 5 fahrtabhängig abgerufenen Streckeninformationen vorgesehen. Die Streckeninformationen werden entsprechend der zurückgelegten Strecke längs der Schiene 30 rechtzeitig, d. h. vorausschauend abgerufen und von der Zentralsteuereinheit 3 bearbeitet, so daß die Führungsinformationen für die Neigungs­ steuerungen 1 der einzelnen Wagen dort so frühzeitig anstehen, daß die Wagenneigung dem gerade überfahrenen Streckenab­ schnitt der Schiene 30 günstigst angepaßt ist.

Die zurückgelegte Fahrtstrecke des Fahrzeuges wird mittels mehrerer etwa die Rollbewegungen oder den Schlupf der Räder ausmittelnden Wegaufnehmer 7 bestimmt und in entsprechenden Abständen durch ein System, z. B. aus ortsfestem Positionsgeber auf der Strecke und etwa einem Positionsaufnehmer am Zug, d. h. durch ein Strecken-Synchronisationssystem 8, präzise mit der tatsächlichen Strecke längs der Schiene 30 synchronisiert. Da das nach der Zeit differenzierte Bewegungssignal der Wegauf­ nehmer 7 die aktuelle Fahrgeschwindigkeit ergibt, stehen somit der Zentralsteuereinheit 3 alle Daten zur Verfügung, um den günstigsten, unter Berücksichtigung von Sicherheits- und be­ sonderen Streckenkriterien geeigneten aktuellen Neigungswinkel für jeden Wagen des Zuges zu bestimmen. Diese Neigungswinkel, ggfls. verbunden mit Zusatz- und Sicherheitsinformationen, werden etwa über einen leistungsfähigen Systembus (2 in Fig. 2) an die Neigungssteuerungen 1 der einzelnen Wagen so zeitgerecht gesendet, daß diese Steuerungen eine Neigungsänderung entsprechend den normalen sanften Krümmungsübergängen der Strecke frühzeitig einleiten können. Damit können Querkräfte im Wageninneren auch in diesem Bereich bereits weitgehend ausge­ glichen oder zumindest angenehme sanfte Übergänge erreicht werden. So ist eine außerordentlich ruhige Fahrweise erreichbar, indem die Neigung der Wagenkästen 20 orts- und geschwindigkeits­ abhängig gemäß den abgespeicherten Streckendaten des Schienen­ weges 30 gesteuert wird.

Zum Befahren unterschiedlicher Strecken eines Fahrtgebietes wird der Streckendaten-Speicher 5 im Schienenfahrzeug jeweils, z. B. über eine manuelle Eingabe am Gerät 4 oder über ein Fernüber­ tragungs-Streckeninformations-System (6 in Fig. 2, wie das Leitstellen-Funknetz oder das Linien-Zugbeeinflussungs-System), auf einen anderen zugeordneten Bereich im Streckendaten-Speicher 5 umgeschaltet. Das gilt entsprechend für weitere Parametersätze im Speicher 5, mit deren Hilfe die Steuerung auch an die spe­ ziellen Fahrzeugdaten, wie z. B. die Anzahl der Wagen, Sicher­ heitsgrenzen der Neigung u. a., anpaßbar ist. Bei Einsatz des Zuges in einem ganz anderen Fahrtgebiet wird der Streckendaten- Speicher 5 zweckmäßigerweise ausgewechselt.

Claims (6)

1. Neigungs-Steuerung für den Wagenkasten (20) eines spurgebun­ denen Fahrzeuges, das mit bei Kurvenfahrt durch Stellsignale beaufschlagten Neigungs-Stelleinrichtungen (11) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Stellsignale aus von einem Streckendaten-Speicher (5) lieferbaren Streckendaten ableitbar sind,
• - daß der Streckendaten-Speicher (5) über eine Folge von Bewe­ gungssignalen aus einem fahrzeugfesten Wegaufnehmer (7) aus­ lesbar ist, und
• - daß die Ableitung der Stellsignale durch Verknüpfung der Streckendaten mit der aktuellen Fahrtgeschwindigkeit erfolgt.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur fahrzeugeigenen Wegmessung (7) ein Strecken-Synchronisationssystem (8) mit ortsfesten Gebern und fahrzeugfestem Aufnehmer zum Setzen der aktuellen Information der Wegmessung (7) auf absolute Ortsin­ formationen längs der Schienenstrecke (30) vorgesehen ist.

3. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach Maßgabe der vorgesehenen Schienenstrecke (30) und ggf. der gegebenen Fahrzeugdaten austauschbarer oder umschaltbarer Speicher (5) vorgesehen ist.

4. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen kurzer Reaktions­ zeiten arbeitsteilig in dem Speicher (5) Streckendaten abgelegt sind, die nach Maßgabe genauer Daten der Schienen­ strecke (30) und der Fahrzeuge in einem ortsfesten Rechner vorbearbeitet wurden, ehe diese Streckendaten gespeichert an Bord des Zuges gegeben werden und dort anhand der Fahrzeug­ position auf der Strecke aus dem Speicher (5) ausgelesen, in einer Zentralsteuereinheit (3) unter Verknüpfung mit anderen aktuellen Informationen, insbesondere der Fahrgeschwindig­ keit, zu Neigungswinkel-Vorgaben zeitgerecht verarbeitet werden, die wiederum zeitgerecht an die Neigungssteuerungen (1) der einzelnen Wagenkästen (20) weitergegeben werden und dort als Sollwert für eine Neigungs-Regelung dienen.

5. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch qekennzeichnet, daß die aktuell aus dem Speicher (5) auszulesenden Streckendaten mittels einer Fernübertragungs- Streckeninformation (6) oder per Bedienung durch den Lokführer individualisierbar sind.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Bord des Zuges über eine An­ zeige- und Bedieneinrichtung (4) manuell auf die Arbeitsweise der Steuerung und auf die aus dem Streckendaten-Speicher (5) ableitbaren Vorgaben für die Arbeitsweise der Steuerung (1) eingewirkt werden kann.