DE4114860C1 - Railed vehicle drive using digital track guidance - uses opto-electric triangulation sensor pair comprising transmitter and receiver using laser measuring beams - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Betrieb eines schienengebundenen Fahrzeuges mit einzeln aufgehängten Lauf­ rädern und digitaler Spurführung auf zumindest einer Spur­ führungsschiene, und zumindest einer Führungsspur, wobei die Führungsspur von zumindest einem optoelektrischen Triangu­ lationssensorenpaar abgefahren wird, dessen Triangulations­ sensoren Sender und Empfänger aufweisen, mit Lasermeß­ strahlen arbeiten und im Bereich vor den zu führenden Lauf­ rädern an dem Fahrzeug befestigt sind, wobei die Lasermeß­ strahlen bei spurtreuem Lauf der zu steuernden Laufräder am Fahrzeug an der Führungsspur reflektiert werden und über Reflexion in dem Empfänger Ja-Impulse erzeugen und bei spur­ fremdem Lauf der zu steuernden Laufräder am Fahrzeug wegen fehlender Reflexion Nein-Impulse erzeugen und wobei gegen­ überliegende Laufräder eines zu führenden Laufräderpaares nach Maßgabe zumindest eines Triangulationssensorenpaares über zumindest einen Stellmotor auf spurtreuen Lauf ge­ schwenkt werden.

Eine solche Einrichtung zur Spurführung von Schienenfahrzeugen ist in der Patentanmeldung P 41 09 403.4 beschrieben worden. Nach dem Verfahren zur Spurführung von Schienenfahrzeugen gemäß der Patentanmeldung P 41 09 403.4 erfolgt die Steue­ rung der Laufräder bzw. Laufräderpaare unabhängig voneinan­ der und auf technisch einfache Weise. An und für sich hat sich dieses Verfahren zur Spurführung von schienengebundenen Fahrzeugen bewährt. In Hinsicht auf das Fahrverhalten des schienengebundenen Fahrzeuges sind jedoch Verbesserungen des beschriebenen Spurführungsverfahrens möglich. In erster Linie sind diesbezüglich zu nennen:

• - zusätzliche dynamische Stabilisierung des Geradeauslaufs bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten,
• - zusätzliche dynamische Stabilisierung der Kurvenfahrt bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten,
• - Verbesserung der Spurführung bei Kurvenfahrt und bei allen Geschwindigkeiten durch Berücksichtigung der Fahrzeuggeo­ metrie und der Spurführungsschienengeometrie und
• - Erhöhung der Betriebssicherheit bei Betriebsstörungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einrichtung zum Betrieb eines schienengebundenen Fahrzeuges anzugeben, mit deren Hilfe das Fahrverhalten sowie die Betriebssicherheit erheb­ lich verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß eine Steuereinrichtung, vorgegeben ist, welche zumindest einen digitalen Rechner aufweist, daß die zu steuernden Laufräder in diskreten positiven oder negativen Winkelinkrementen bezüglich der Geradeausposition geschwenkt werden, daß Lauf­ räderdrehzahlen gemessen werden und als elektrische Größen dem Rechner zugeführt werden, wobei mit Hilfe des Rechners auf Laufräderdrehzahlen Translationsgeschwindigkeiten der Laufräder sowie des Fahrzeuges ermittelt werden, daß Lauf­ räderschwenkwinkel bestimmt werden und als elektrische Größen mit Hilfe des Rechners verarbeitet werden, und daß mit Hilfe des Rechners nach Maßgabe der Laufräderdrehzahlen und der Laufräderschwenkwinkel sowie nach Maßgabe der Im­ pulse der Triangulationssensorenpaare über zumindest einen Stellmotor die Laufräderschwenkwinkel auf spurtreuen Lauf des Fahrzeuges gesteuert werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit Hilfe eines Rechners verschiedene Eingangsgrößen nahezu simultan verarbeitet und miteinander in Beziehung gesetzt werden können. Die Ausgangsgrößen können nach Maßgabe der Eingangsgrößen so gesteuert werden, daß das Fahrverhalten des schienengebundenen Fahrzeuges optimiert wird. Überraschenderweise kann das Fahrverhalten eines schienengebundenen Fahrzeuges erheblich verbessert werden, wenn neben den Ja/Nein-Informationen der Triangula­ tionssensorenpaare lediglich die Laufräderdrehzahlen sowie die Laufräderschwenkwinkel bestimmt werden und als Eingangs­ größen einer Steuereinrichtung mit Rechner zugeführt werden, und wenn mit Hilfe des Rechners die zu steuernden Laufräder in diskreten Winkelinkrementen geschwenkt werden. - In begrifflicher Strenge, handelt es sich bei der erfindungs­ gemäß arbeitenden Einrichtung nicht um eine reine Steuerungseinrichtung sondern um eine Überlagerung bzw. Kombination von Steuerung und Regelung. Der Laufräderschwenkwinkel ist eine geregelte Größe, d.h. Teil eines Regelkreises, während die Laufräder­ drehzahlen lediglich Steuerungs- (Eingangs-) Größen sind.

Für die Verarbeitung der Eingangsgrößen und für die Steue­ rung der Laufräderschwenkwinkel können verschiedene Auffüh­ rungen der Steuerungseinrichtung zweckmäßig sein. Jedes zu steuernde Laufräderpaar kann mit Hilfe eines Rechners ge­ steuert werden. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß mit Hilfe eines Rechners alle zu steuernden Laufräderpaare eines Fahrzeugwaggons gesteuert werden. In einer weiteren Aus­ führungsform werden mit Hilfe eines Rechners alle zu steuernden Laufräderpaare des gesamten Fahrzeugs gesteuert. Weist ein Fahrzeug mehr als einen Rechner auf, so können diese Rechner miteinander verknüpft sein. In dieser Ausfüh­ rungsform findet zwischen den verschiedenen Rechnern ein Informationsaustausch statt bezüglich der Eingangsgrößen, und die Rechner können sich gegenseitig beeinflussen bezüglich der Steuerung der Laufräderschwenkwinkel. Ebenso kann es zweckmäßig sein, daß den einzelnen Rechnern des Schienen­ fahrzeugs ein Zentralrechner übergeordnet ist. Die einzelnen Rechner haben dann die Funktion sogenannter Subprozessoren die die Eingangsgrößen in eine zweckmäßige Form umwandeln und dem Zentralrechner zuleiten. Der Zentralrechner ermit­ telt dann unter Berücksichtigung aller Eingangsgrößen den für jedes Laufrad optimalen Laufräderschwenkwinkel und leitet diese Steuerbefehle wiederum den Subprozessoren zu, welche die Laufräder auf spurtreuen Lauf schwenken.

Zum Erreichen eines erheblich verbesserten Fahrverhaltens eines Schienenfahrzeuges können verschiedene spezielle Steuerungsmaßnahmen für sich allein oder in Kombination miteinander vorteilhaft sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe zumindest eines Rechners nach Maßgabe der elek­ trischen Größen zwischen Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Kurveneinfahrt und Kurvenausfahrt differenziert. Diese Differenzierung kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Laufräderdreh­ zahlen zu messen. Bei Geradeausfahrt drehen alle Laufräder des Schienenfahrzeuges mit nahezu gleicher Laufräderdreh­ zahl. Bei der Kurvenfahrt dagegen unterscheiden sich die Laufräderdrehzahlen einer Fahrzeugseite von den Laufräder­ drehzahlen der zweiten Fahrzeugseite bei allen Laufräder­ paaren um den gleichen Betrag. Bei der Kurveneinfahrt weisen die Laufräder eines in Fahrtrichtung vorne liegenden Lauf­ räderpaars eine Laufräderdrehzahldifferenz auf, während die Laufräder eines in Fahrtrichtung hinten liegenden Laufräder­ paars mit nahezu gleichen Laufräderdrehzahlen drehen. Bei der Kurvenausfahrt sind die Verhältnisse entsprechend umge­ kehrt. Eine Differenzierung kann natürlich auch durch die Ermittelung der Laufräderschwenkwinkel erfolgen. Bei der Geradeausfahrt sind alle Laufräderschwenkwinkel näherungs­ weise Null, d.h. in Geradeausposition. Bei der Kurvenfahrt sind die Laufräderschwenkwinkel der bei einem Fahrzeugwaggon vorne liegenden Laufräder und der hinten liegenden Laufräder betragsmäßig gleich, ungleich Null und weisen unterschied­ liche Vorzeichen auf. Bei der Kurveneinfahrt sind die Laufräderschwenkwinkel der bei einem Waggon vorne liegenden Laufräder betragsmäßig größer als die Laufräderschwenkwinkel der bei einem Waggon hinten liegenden Laufräder und von umgekehrtem Vorzeichen. Bei der Kurvenausfahrt liegen die Verhältnisse bezüglich der Beträge der Laufräder­ schwenkwinkel entsprechend umgekehrt. Es versteht sich, daß auch beide Eingangsgrößen, Laufräderdrehzahlen und Lauf­ räderschwenkwinkel, gemeinsam für die Differenzierung ge­ nutzt werden können.

Zumindest das in Fahrtrichtung vorne liegende Laufräderpaar eines Fahrzeugwaggons kann mit Hilfe zumindest eines Rech­ ners nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer Vorspur gesteuert werden. Die Einrichtung einer Vorspur, deren Größe von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, stabi­ lisiert insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten die Gerade­ ausfahrt, da mit einer Vorspur der Geradeauslauf der fahr­ dynamisch stabilste Zustand ist. Die für die jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeiten optimale Vorspur kann mit Hilfe eines Rechners durch Messung der Laufräderdrehzahlen, Um­ rechnung der Laufräderdrehzahlen in Translationsgeschwindig­ keiten der Laufräder und mit einer dem Fahrzeug angepaßten und in einem Rechner gespeicherten Vorspurkennlinie ermit­ telt und gesteuert werden.

Bei der Geradeausfahrt kann es sich als zweckmäßig erweisen, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners die Laufräderschwenk­ winkel bei Geradeausfahrt mit zunehmender Fahrzeuggeschwin­ digkeit zunehmend verstarrt werden. - Zunehmende Verstarrung bedeutet, daß die Beträge der Laufräderschwenkwinkel bei einer gegebenen Steuerungsgröße mit zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit kleiner werden. - Durch eine solche Maßnahme wird ein Schienenfahrzeug aus mehreren Waggons bei der Geradeausfahrt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten stabilisiert, weil sich das Schienenfahrzeug mit zunehmender Geschwindigkeit wie ein einziger starrer Waggon mit sehr langem Achsabstand verhält. Schlängelnde Fahrzeugbe­ wegungen werden reduziert. Da bei Kurvenfahrt die Fahrzeug­ geschwindigkeit in der Regel um so kleiner ist, je kleiner der Kurvenhalbmesser ist, wird bei einem Schienenfahrzeug aus einer Mehrzahl von Waggons dennoch eine hohe Flexibili­ tät erhalten. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wirkt, die geschwindigkeitsabhängige Verstarrung nur geringfügig, oder kann unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit völlig abgeschaltet werden. Es ver­ steht sich, daß diese fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Ver­ starrung auch mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Dif­ ferenzierung bei Kurvenfahrt und unabhängig von der Fahr­ zeuggeschwindigkeit abgeschaltet werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform dieses Verfahrens besteht darin, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners bei der Kurveneinfahrt, Kurvenfahrt und Kurvenausfahrt die Laufräderschwenkwinkel eines gesteuerten Laufräderpaares unterschiedlich gesteuert werden, nach Maß­ gabe der unterschiedlichen Kurvenhalbmesser einer innen­ liegenden Spurführungsschiene und einer außenliegenden Spur­ führungsschiene. Mit Hilfe einer vorstehend beschriebenen Differenzierung wird von der Steuereinrichtung erkannt, ob eine Geradeausfahrt vorliegt. Der Unterschied der Lauf­ räderschwenkwinkel für spurtreuen Lauf eines Laufräderpaares richtet sich bei der Kurvenfahrt nach den unterschiedlichen Kurvenhalbmessern der innenliegenden Spurführungsschiene und der außenliegenden Spurführungsschiene. Der Unterschied der Kurvenhalbmesser kann beispielsweise bestimmt werden durch den Unterschied der Laufräderdrehzahlen der Laufräder eines Laufräderpaares. Alternativ kann aus dem Laufräderschwenk­ winkel eines Laufrades eines Laufräderpaares der Kurvenhalb­ messer der zugehörigen Spurführungsschiene ermittelt werden und daraus der Kurvenhalbmesser der zweiten Spurführungs­ schiene errechnet sowie der für spurtreuen Lauf erforderliche Laufräderschwenkwinkel des zweiten Laufrades des Laufräderpaares eingestellt werden. Hierbei wird die Tatsache genutzt, daß der Abstand der Spurführungsschienen konstant und bekannt ist und somit die Kurvenhalbmesser beider Spurführungsschienen nach Maßgabe der Kurvengeometrie, in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners bei Kurveneinfahrt, Kurvenfahrt und Kurvenausfahrt die Laufräderschwenkwinkel übersteuert werden nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Kurvenhalbmesser der Spurführungsschienen. - Über­ steuerung meint, daß ein Laufrad hinsichtlich seiner Dreh­ ebene nicht mit der Tangente der zugehörigen Spurführungs­ schiene durch den Aufstandspunkt des Laufrades fluchtet, sondern demgegenüber einen betragsmäßig um eine Übersteue­ rungskomponente größeren Laufräderschwenkwinkel aufweist. Es ist zweckmäßig, wenn die Übersteuerungskomponente nach Maß­ gabe der Fahrzeuggeschwindigkeit und damit nach Maßgabe der Querreibung im Aufstandpunkt des Laufrades gesteuert wird. Durch die Übersteuerung wird das Fahrverhalten des Schienen­ fahrzeuges bei der Kurvenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten erheblich verbessert, weil trotz der erheblichen Zentrifugal­ kräfte, welche dann an dem Schienenfahrzeug angreifen, ein spurtreuer Lauf gewährleistet wird.

Es ist weiterhin eine, vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgelegten Einrichtung, wenn die Laufräderschwenk­ winkel aufeinander folgender Laufräderpaare eines Fahrzeug­ waggons mit Hilfe zumindest eines Rechners unterschiedlich nach Maßgabe der unterschiedlichen geometrischen Verhält­ nisse bei der Kurveneinfahrt und der Kurvenausfahrt einer­ seits und der Kurvenfahrt andererseits gesteuert werden.

Hierfür wird eine Differenzierung zwischen Kurvenfahrt, Kurveneinfahrt und Kurvenausfahrt mit Hilfe eines Rechners genutzt, und es ist auf einfache Art und Weise möglich, bei der Steuerung der Laufräderpaare eines Fahrzeugwaggons die für spurtreuen Lauf erforderliche Lenkgeometrie nach Maßgabe der Fahrzeuggeometrie und Spurführungsschienengeometrie ein­ zurichten.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird die erfindungsge­ mäße Einrichtung in einer Ausführungsform vorteilhaft so ausgelegt, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners das einem Triangulationssensorenpaar zugeordnete Laufräderpaar in den momentanen Laufräderschwenkwinkeln verstarrt wird, wenn von beiden Triangulationssensoren des Triangulations­ sensorenpaares Nein-Impulse abgegeben werden. Nein-Impulse von beiden Triangulationssensoren eines Triangulations­ sensorenpaares stellen im normalen Betrieb einen unmöglichen Zustand dar. Eine solche Impulskombination wird nur möglich, wenn beispielsweise einer oder beide Triangulationssensoren gleichsam erblinden. Eine andere Ursache kann darin be­ stehen, daß - beispielsweise aufgrund von Sabotage - in einer Spurführungsschiene ein Teilstück fehlt. Andere Ur­ sachen sind gleichfalls denkbar. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn beim Auftreten von Nein-Im­ pulsen von beiden Triangulationssensoren eines Triangula­ tionssensorenpaares beim Zugführer beispielsweise ein Bahn­ signal ausgelöst wird und/oder rechnergesteuert eine Ge­ schwindigkeitsverminderung des Schienenfahrzeuges bewirkt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein mit der Einrichtung ausgerüstetes Schienenfahrzeug,

Fig. 2 die Steuerung eines Laufräderpaares mit Vorspur,

Fig. 3 die unterschiedliche Steuerung der Laufräderschwenk­ winkel der Laufräder eines Laufräderpaares nach Maßgabe der Kurvenhalbmesser von zwei Spurführungs­ schienen,

Fig. 4 die Steuerung des Laufräderschwenkwinkels eines Lauf­ rades mit einer Übersteuerungskomponente bei der Kurvenfahrt, und

Fig. 5 die Steuerung der Laufräderschwenkwinkel eines in Fahrtrichtung vorne liegenden Laufrades und eines in Fahrtrichtung hinten liegenden Laufrades eines Fahr­ zeugwaggons nach Maßgabe der geometrischen Verhält­ nisse bei der Kurveneinfahrt und bei der Kurven­ fahrt (Fig. 5a bzw. 5b).

In der Fig. 1 erkennt man ein schienengebundenes Fahrzeug 1, welches aus mehreren Fahrzeugwaggons 2 bestehen kann und auf zwei Spurführungsschienen 3a und 3b betrieben wird. Jedes Fahrzeug bzw. jeder Waggon 2 weist zwei Laufraderpaare auf. Die Lauf­ räderpaare bestehen aus den Laufrädern 4a und 4b bzw. 4a′ und 4b′, welche einzeln aufgehängt und einzeln steuerbar sind. Vor jedem Laufrad 4a und 4b bzw. 4a′ und 4b′ ist mit dem Laufrad schwenkbar jeweils ein Triangulationssensor 5a, 5b, 5a′ bzw. 5b′ angeordnet. Die beiden Triangulationssensoren 5a und 5b sowie 5a′ und 5b′ bilden jeweils ein Triangulations­ sensorenpaar. Die Triangulationssensoren 5a und 5a′ fahren die linke Kante der Spurführungsschiene 3a ab und die Triangulationssensoren 5b und 5b′ fahren die rechte Kante der Spurführungsschiene 3b ab.

Die Laufräder 4a, 4b, 4a′ und 4b′ und mit ihnen die Triangulationssensoren 5a, 5b, 5a′ bzw. 5b′ können jeweils durch Stellmotore 6a, 6b, 6a′ bzw. 6b′ geschwenkt werden. Die Schwenkwinkel der Laufräder 4a, 4b, 4a′ und 4b′ werden mit Hilfe von Sensoren 7a, 7b, 7a′ bzw. 7b′ welche mit den Stellmotoren 6a, 6b, 6a′ bzw. 6b′ gekoppelt sind, bestimmt. Solche Sensoren 7a, 7b, 7a′ und 7b′ können beispielsweise Wegstreckenaufnehmer sein, welche eine Wegstrecke in eine elektrische Größe umwandeln. Die Laufräderdrehzahlen der Laufräder 4a, 4b, 4a′ und 4b′ werden durch Tachometer 8a, 8b, 8a′ bzw. 8ab′ gemessen und in elektrische Größen umge­ wandelt. Den Laufräderpaaren 4a und 4b bzw. 4a′ und 4b′ sind die Subprozessoren 9 bzw. 9′ zugeordnet. Die Subprozessoren 9 und 9′ sowie weitere Subprozessoren in anderen Waggons 2 des Schienenfahrzeuges 1, welche Waggons insoweit analog aufge­ baut sind, sind miteinander verknüpft. Allen Subprozessoren ist ein Zentralrechner 10 übergeordnet, welcher ein Daten­ terminal 11 aufweist. In dem dargestellten Beispiel sind die Subprozessoren sowie der Zentralrechner 10 über einen soge­ nannten Parallelbus verknüpft. Es versteht sich, daß eine solche Verknüpfung der Subprozessoren untereinander und mit dem Zentralrechner auch seriell erfolgen kann. Der Sub­ prozessor 9 empfängt die Eingangsgrößen, welche von den Triangulationssensoren 5a und 5b, den Laufräderschwenkwinkel­ sensoren 7a und 7b und von den Tachometern 8a und 8b erzeugt werden und sendet Ausgangsgrößen zu den Stellmotoren 6a und 6b. Ent­ sprechend funktioniert Subprozessor 9′. Der Empfang von Eingangsgrößen ist in der Darstellung durch Pfeile zu den Subprozessoren 9 bzw. 9′ hin angedeutet, während die Sendung von Ausgangsgrößen durch Pfeile von den Subprozessoren 9 und 9′ hinweg dargestellt ist. Es versteht sich, daß der Bus bidirektional arbeitet, was ebenfalls durch Pfeile ange­ deutet ist. Mit Hilfe des Datenterminals 11 können dem Zentralrechner 10 die erforderlichen Betriebsparameter eingegeben werden bzw. geändert werden. Erforderlichenfalls kann das Schienenfahrzeug mit Hilfe des Datenterminals 11 über den Zentralrechner 10 und die Subprozessoren manuell gesteuert werden.

Fig. 2 zeigt ein Laufräderpaar 4a und 4b, welches auf den Spurführungsschienen 3a bzw. 3b mit einer Vorspur betrieben wird. Die Fahrtrichtung ist mit einem Pfeil angedeutet. In die Fig. 2 eingetragen sind das Maß B, welches auf der Verbindung der Mittelpunkte der Laufräder 4a und 4b abgetragen ist, und das Maß A, welches auf der Verbindung der in Fahrtrichtung zuvorderst liegenden Radkanten abgetragen ist. Vorspur bedeutet, daß das Maß A kleiner als das Maß B ist. Die Vorspur läßt sich auch durch den Vorspurwinkel γ defi­ nieren, der zwischen der Laufräderdrehachse, welche bei parallelen Drehebenen der Laufräder 4a und 4b gegeben ist, und den Drehachsen der Laufräder 4a und 4b bei Einrichtung der Vorspur eingetragen ist. Der Vorspurwinkel γ wird mit Hilfe eines Rechners nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit und gemäß einer Vorspurkennlinie gesteuert.

In der Fig. 3 erkennt man einen Fahrzeugwaggon 2, dessen Laufräder 4a und 4b, sich auf Kurvensegmenten einer Rechtskurve der Spurführungsschienen 3a bzw. 3b befinden. Die Kurvensegmente der Spurführungsschienen 3a und 3b weisen unterschiedliche Kurvenhalbmesser r_a bzw. r_b auf. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse ist es für spurtreuen Lauf der Laufräder 4a und 4b auf den Spurführungsschienen 3a bzw. 3b erforderlich, daß die Laufräderschwenkwinkel β_a und β_b der Laufräder 4a bzw. 4b eines Laufräderpaares eine Differenz aufweisen, welche gleich dem ebenfalls eingetragenen Differenzwinkel α ist. Eine Steue­ rung der Laufräderschwenkwinkel β_a und β_b, kann derart erfol­ gen, daß aus der von dem in der Kurve innenliegenden Sensor 7b gelieferten Eingangsgröße β_b mit Hilfe des Rechners der Kurvenhalbmesser r_a bestimmt wird, daß mit Hilfe des Rech­ ners aus dem Kurvenhalbmesser r_a der Kurvenhalbmesser r_b errechnet wird, aus welchem nach Maßgabe der Geometrie des Fahrzeugwaggons 2 der Differenzwinkel α errechnet wird und nach Maßgabe des Differenzwinkels α das Laufrad 4a auf den Laufräderschwenkwinkel β_a gesteuert wird. Die Steuerung in einer Linkskurve erfolgt entsprechend umgekehrt.

In der Fig. 4 erkennt man ein Laufrad 4a, welches in der durch den Pfeil angedeuteten Fahrtrichtung auf der Spurfüh­ rungsschiene 3a in einer Rechtskurve läuft. In der Darstel­ lung mit durchgezogenen Linien fluchtet die Drehebene des Laufrades 4a mit der Tangente der Spurführungsschiene 3a durch den Aufstandspunkt P. Diese Darstellung stellt den in statischer Hinsicht spurtreuen Lauf des Laufrades 4a auf der Spurführungsschiene 3a dar. Bei hohen Kurven­ geschwindigkeiten des schienengebundenen Fahrzeuges 1 ist es jedoch zweckmäßig das Laufrad 4a mit dem Übersteuerungs­ winkel δ_a zu übersteuern, wie in der Darstellung mit strich­ punktierten Linien. Der Betrag des Übersteuerungswinkels δ_a richtet sich nach der Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit und somit nach der Maßgabe der Zentrifugalkraft Z, welche in dem Aufstandpunkt P an dem schienengebundenen Fahrzeug 1 angreift. Mit Hilfe eines Rechners kann der erforderliche Übersteuerungswinkel δ_a errechnet werden, indem die Fahrzeug­ geschwindigkeit sowie der Kurvenhalbmesser der Spurführungs­ schiene 3a bestimmt werden und als Eingangsgrößen der Berechnung dienen und wobei ein abgespeichertes Übersteue­ rungskennfeld verwendet werden kann. Der Rechner steuert den Stellmotor 6a so, daß der Laufräderschwenkwinkel β_a um δ_a erhöht wird. Es versteht sich, daß das zugeordnete Laufrad 4b entsprechend übersteuert wird. Das gesagte ist auf analoge Weise auf eine Linkskurve anzuwenden.

In der Fig. 5 ist die linke Seite eines Fahrzeugwaggons 2 mit den Laufrädern 4a und 4a′ dargestellt, welche auf der Spurführungsschiene 3a geführt werden. Die Fahrtrichtung ist durch Pfeile angezeigt. Die Fig. 5a zeigt den Fahrzeug­ waggon 2 auf der Kurveneinfahrt in eine Rechtskurve, d.h. das Laufrad 4a befindet sich im Kurvenbereich der Spurfüh­ rungsschiene 3a während das Laufrad 4a′ sich noch im geraden Bereich der Spurführungsschiene 3a befindet. Die Fig. 5b ist eine Darstellung der Kurvenfahrt, d.h. beide Laufräder 4a und 4a′ befinden sich in einem Kurvensegment der Spur­ führungsschiene 3a. Aus der Fig. 5a wird deutlich, daß bei der Kurveneinfahrt aufgrund der geometrischen Verhältnisse der Laufräderschwenkwinkel β_a ein gegenüber dem Laufräder­ schwenkwinkel β_a′ umgekehrtes Vorzeichen aufweist, daß die Laufräderschwenkwinkel β_a und β_a′ unterschiedliche Beträge haben. Aus der Abbildung Fig. 5b entnimmt man, daß bei der Kurvenfahrt die für die optimale Spurführung erforderlichen Laufräderschwenkwinkel β_a und β_a′ von unterschiedlichem Vorzeichen aber gleichem Betrag sind. Mit Hilfe eines Rechners wird zwischen der Kurveneinfahrt und der Kurven­ fahrt differenziert, und die Laufräderschwenkwinkel β_a und β_a′ werden nach Maßgabe des Kurvenhalbmessers r_a, des Ab­ stands der Aufstandspunkte der Laufräder 4a und 4a′ und der Position des Fahrzeugwaggons 2 auf der Spurführungsschiene 3a berechnet. Dann werden mit Hilfe eines Rechners die Laufräderschwenkwinkel β_a und β_a′ über die Stellmotore 6a und 6a′ eingestellt. Die in der Fig. 5 dargestellten geometrischen Verhältnisse gelten selbstverständlich in ent­ sprechender Art und Weise bei der Kurveneinfahrt in eine Linkskurve sowie bei der Kurvenausfahrt. Bei dem Vergleich der Laufräderschwenkwinkel β in der Fig. 5 mit den Laufräderschwenkwinkeln β in der Fig. 3 ist zu beachten, daß sie einander entsprechen, weil beide Bezugslinien, die den Laufräderschwenkwinkel β aufspannen, lediglich um 90° ge­ dreht sind.

Ein optimales Fahrverhalten des Schienenfahrzeuges 1 wird erreicht, wenn die beschriebenen Steuerungsmaßnahmen mit­ einander kombiniert werden.

Claims (13)

1. Einrichtung zum Betrieb eines schienengebundenen Fahrzeuges mit einzeln aufgehängten Laufrädern und digitaler Spur­ führung auf zumindest einer Spurführungsschiene und zumin­ dest einer Führungsspur, wobei

• a) die Führungsspur von zumindest einem optoelektrischen Triangulationssenssorenpaar abgefahren wird, dessen Trian­ gulationssensoren Sender und Empfänger aufweisen, mit Laser­ meßstrahlen arbeiten und im Bereich vor den zu führenden Laufrädern an dem Fahrzeug befestigt sind,
• b) die Lasermeßstrahlen bei spurtreuem Lauf der zu steuernden Laufräder am Fahrzeug an der Führungsspur re­ flektiert werden und über Reflexion in dem Empfänger Ja-Im­ pulse erzeugen und bei spurfremden Lauf der zu steuernden Laufräder am Fahrzeug wegen fehlender Reflexion Nein-Impulse erzeugen und
• c) gegenüberliegende Laufräder eines zu führenden Lauf­ räderpaares nach Maßgabe zumindest eines Triangulations­ sensorenpaares über zumindeste einen Stellmotor auf spur­ treuen Lauf geschwenkt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zumindest einen digitalen Rechner aufweist,
• e) die zu steuernden Laufräder in diskreten positiven oder negativen Winkelinkrementen bezüglich der Geradeausposition geschwenkt werden,
• f) die Laufräderdrehzahlen gemessen werden und als elektrische Größen dem Rechner zugeführt werden, wobei mit Hilfe des Rechners aus Laufräderdrehzahlen Translationsgeschwindig­ keiten der Laufräder sowie des Fahrzeuges ermittelt werden,
• g) die Laufräderschwenkwinkel bestimmt werden und als elek­ trische Größen mit Hilfe des Rechners verarbeitet werden, und daß
• h) mit Hilfe des Rechners nach Maßgabe der Laufräderdreh­ zahlen und der Laufräderschwenkwinkel sowie nach Maßgabe der Impulse der Triangulationssensorenpaare über zumindest einen Stellmotor die Laufräderschwenkwinkel auf spurtreuen Lauf des Fahrzeuges gesteuert werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zu steuernde Laufräderpaar mit Hilfe eines Rechners gesteuert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Rechners alle zu steuernden Laufräderpaare des gesamten Fahrzeuges gesteuert werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den gesteuerten Laufräderpaaren zugeord­ neten Rechner miteinander verknüpft sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Rechnern ein Zentralrechner überge­ ordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners nach Maßgabe der elektrischen Größen zwischen Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Kurveneinfahrt und Kurvenausfahrt differenziert wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners zumindest das in Fahrtrichtung vorneliegende Laufräderpaar eines Fahrzeugwaggons nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindig­ keit mit einer Vorspur gesteuert wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners die Laufräderschwenkwinkel bei Geradeausfahrt mit zunehmender Geschwindigkeit zunehmend verstarrt werden.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners bei der Kurveneinfahrt, Kurvenfahrt und Kurvenausfahrt die Lauf­ räderschwenkwinkel eines gesteuerten Laufräderpaars unter­ schiedlich gesteuert werden nach Maßgabe der unterschied­ lichen Kurvenhalbmesser einer innenliegenden Spurführungs­ schiene und einer außenliegenden Spurführungsschiene.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners bei Kurveneinfahrt, Kurvenfahrt und Kurvenausfahrt die Lauf­ räderschwenkwinkel eines gesteuerten Laufräderpaares über­ steuert werden nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Kurvenhalbmesser der Spurführungsschienen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners die Laufräderschwenkwinkel aufeinander folgender Laufräderpaare eines Fahrzeugwaggons nach Maßgabe der unterschiedlichen geometrischen Verhältnisse bei der Kurveneinfahrt und der Kurvenausfahrt einerseits und der Kurvenfahrt andererseits gesteuert werden.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe zumindest eines Rechners das einem Triangulationssensorenpaar zugeordnete Laufräderpaar in den momentanen Laufräderschwenkwinkeln verstarrt wird, wenn von beiden Triangulationssensoren des Triangulations­ sensorenpaares Nein-Impulse abgegeben werden.