DE69026838T2

DE69026838T2 - Anordnung zum neigen eines schienengebundenen fahrzeugs in gleiskurven

Info

Publication number: DE69026838T2
Application number: DE69026838T
Authority: DE
Inventors: Hans Baengtsson; Nils Nilstam; Rickard Persson
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-06-30
Also published as: WO1991000815A1; SE8902526D0; ES2089019T3; FI109673B; NO174288C; EP0532493B1; FI109672B; EP0532493A1; SE9001041L; CA2064059C; SE467155B; US5295443A; DE69026838D1; NO920139D0; ATE137453T1; SE8902526L; FI920119A0; SE465667B; FI920120A0; NO920139L

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Schienenfahrzeug mit hydraulischen Zylindern zur Neigung des Fahrzeugkörpers in Gleiskurven.

Stand der Technik

In Fahrzeugen mit aktiver hydraulischer Neigung des Fahrzeugkörpers wird die Neigung gewöhnlich von zwei Servofunktionen, je einer pro Drehgestell, gesteuert, wobei zu jeder Funktion ein Servoventil, ein oder mehrere hydraulische Zylinder und ein irgendwie geeigneter mechanischer Achsenträger gehören. Solche Multifunktionssysteme bergen die Gefahr in sich, daß die beiden (oder die verschiedenen) Servofunktionen über den relativ torsionssteifen Fahrzeugkörper gegeneinander zu arbeiten beginnen, was zu diagonalen Entlastungen und Belastungen der Räder der beiden Drehgestelle führt. Dies wiederum kann die Gefahr einer Entgleisung begründen, und diese Möglichkeit verlangt daher nach einem umfangreichen Überwachungssystem (siehe ferner Figur 1 und den zugehörigen Text).
Die DE-A-2 129 716 beschreibt eine Anordnung zur Neigung des Fahrzeugkörpers eines Schienenfahrzeuges. Die Anordnung ist individuell und unabhängig für jedes Drehgestell des Fahrzeugs. Die hydraulischen Zylinder jedes Drehgestells werden über ein individuelles Servoventil in Abhängigkeit der radialen Beschleunigung des Fahrzeugkörpers und der Neigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugkörpers um sein Kippzentrum gesteuert. Um eine hohe Betriebssicherheit zu erreichen, sind die Steuervorrichtung und die Anordnung für ein hydraulisches Kippzylinderpaar für jedes Drehgestell doppelt vorhanden.
Beispielsweise aus der schwedischen Patentanmeldung 381 012 ist bereits eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der der Abstand zwischen dem Fahrzeugkörper und den verschiedenen Drehgestellen an beiden Seiten des Fahrzeugkörpers gemessen wird, um eine Ausgangsgröße zu erhalten, die ein Maß für die Drehung der verschiedenen Drehgestelle relativ zum Fahrzeugkörper darstellt. Hiermit wird beabsichtigt, eine schnelle Anzeige darüber zu erhalten, ob das Fahrzeug in eine Gleiskurve einfährt oder eine solche verläßt. Dieses Signal, zusammen mit beispielsweise dem seitlichen Beschleunigungssignal, können als Steuersignal(e) für das Neigungssystem des Fahrzeugs verwendet werden. Es ist beabsichtigt, ein Neigungssystem zu entwickeln, welches ein angenehmes Reisen der Passagiere ohne nennenswerte Belästigung oder seitliche Beschleunigung ermöglicht und welches größere Zuggeschwindigkeiten ermöglicht. Es ist auch erwünscht, ein Ansprechen auf jede Unebenheit des Gleises zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Lösung der obengenannten und anderer damit zusammenhängender Probleme. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Zylinder miteinander verbunden sind (kommunizieren) und daß die Neigung des Fahrzeugkörpers von einer Servofunktion gesteuert wird, die ein Servoventil pro Fahrzeug enthält.
Durch Steuerung der Neigungsbewegung der beiden (oder der mehreren) Drehgestelle durch ein einziges Servoventil, also parallel, wobei die hydraulischen Zylinder frei miteinander kommunizieren, wird verhindert, daß die hydraulischen Kräfte der beiden Drehgestelle im Falle eines Systemfehlers gegeneinander arbeiten.
Beispielsweise aus der Publikation "Querneigesystem für Schnellzugwagen" von Rolf Wipf, Sonderdruck aus "Technische Rundschau", Nr. 22/1976, ist ein Steuersystem bekannt, bei dem ein geschlossenes Regelsystem ein Hauptventil steuert, welches seinerseits die Arbeitszylinder an den beiden Drehgestellen des Fahrzeugs steuert. Bei dieser Vorrichtung werden jedoch die Arbeitszylinder nicht direkt durch das Hauptventil beeinflußt, da zusätzlich hydraulische Ventile (Bild 3) an dem entsprechenden Drehgestell angeordnet sind, was bedeutet, daß die beiden Arbeitszylinder nicht zu jedem Zeitpunkt miteinander in Verbindung stehen (kommunizieren).
Die Messung einer seitlichen Beschleunigung gibt normalerweise ein Steuersignal für das Neigungssystem. Vorzugsweise wird die seitliche Beschleunigung im vorderen Drehgestell der Zugeinheit gemessen. Das gemessene Signal wird dann an alle Neigungswagen des Zuges übertragen und stellt ein Steuersignal für das Neigungssystem des jeweiligen Wagens dar.
Wenn jedoch nur seitliche Beschleunigungen verwendet werden, ist es schwierig, zu einem ausreichend frühen Zeitpunkt eine Information darüber zu erhalten, wann eine Gleiskurve unter einem Schienenfahrzeug mit einem kippbaren Fahrzeugkörper erscheint. Im gleichen Augenblick,in welchem eine seitliche Beschleunigung in einer Gleiskurve zunimmt oder abnimmt, nimmt normalerweise auch die Überhöhung zu/ab. Es ist bereits bekannt, das Maß der Veränderung der Überhöhung mittels eines Kreiselgeschwindigkeitsmesser zu messen; auch ist die Möglichkeit bekannt, die Verwindung (Torsion) zwischen Fahrzeugkörper und Drehgestellen zu messen. Durch parallele Steuerung der Neigungsbewegung der beiden Drehgestelle mittels nur eines Ventils und in der Weise, daß die hydraulischen Zylinder der beiden Drehgestelle miteinander verbunden sind, werden die entsprechenden Größen intern in den beiden Drehgestellen gebildet. Größen erscheinen als Differenz zwischen den Drehungen (φ&sub1; beziehungsweise φ&sub2;) des mechanischen Achsenträgers (der dem Fahrzeugkörper folgt) der Drehgestelle gegenüber den Drehgestellen (welche dem Gleis folgen), das heißt ( Δφ = φ&sub1; - φ&sub2;). Dieses Signal ist somit ein Indikator für einen Übergangsbogen und wird zur beschleunigten Bereitstellung eines Sollwertsignales für die Neigung des Fahrzeugkörpers verwendet.
Der Drehwinkel wird mittels eines Winkelgebers, beispielsweise eines elektromechanischen Gebers, oder alternativ mittels eines Kreiselmeßgerätes (Gyrometer) oder eines anderen Winkelmeßgerätes gemessen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen Übergangsbogen von einem Gleisfehler dadurch zu unterscheiden, daß die Korrelation zwischen der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung und der Zeit- oder Raumänderungsgeschwindigkeit der Überhöhung zu gebildet wird. Durch die Korrelation wird diesem Signal ein großes Verhältnis von Signal zu Störpegel verliehen. (Siehe insoweit weiter unten).

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen
Figur 1 den Stand der Technik zeigt,
Figur 2 eine Einventil-Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Figur 3 das Neigungsverhältnis der beiden mit dem Fahrzeug verbundenen Drehgestelle zeigt, und
Figuren 4a bis 4e Kurven zur Anzeige von Übergangskurven zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt Gefahrenelemente im Falle von Systemfehlern in Servosystemen für verschiedene mit dem Fahrzeug verbundene Drehgestelle, von denen jedes mit einem separaten Servoventil 11, 12 versehen ist. Man erkennt, wie die auftretenden Drehmomente M&sub1;&sub1; und M&sub1;&sub2; einander entgegenwirken und dadurch eine Radentlastung bewirken.
8 Durch Verwendung eines einzigen Servoventils 13 (siehe Figur 2) werden die hydraulischen Zylinder 14a, 14b, beziehungsweise 15a, 15b der beiden Drehgestelle parallel gesteuert. Wie man sieht, sind auch die hydraulischen Zylinder miteinander verbunden (siehe die hydraulischen Verbindungspunkte 16a, 16b). 14a und 15a sind beispielsweise miteinander verbunden, und die Druckdifferenz zwischen ihnen wird schnell ausgeglichen.
Die Winkeldifferenz, die zwischen Drehgestell 1 und Drehgestell 2 in einem Fahrzeug auftreten kann (siehe Figur 3, Δφ = φ&sub1; - φ&sub2;), wird durch die Geometrie der Überhöhung bestimmt.
Die Differenz der Neigungswinkel zwischen verschiedenen zu einem Wagen gehörenden Drehgestellen wird gemessen, wobei das Meßsignal Übergangsbögen anzeigt.
Sowohl die zeitliche als auch die räumliche Änderungsgeschwindigkeit der Überhöhung und der seitlichen Beschleunigung können in dem Fahrzeug gemessen werden. Durch Multiplikation von dacc/dt und dre/dt erhält man ein Korrelationssignal. Ein positiver Wert zeigt einen Übergangsbogen an, während niedrige oder negative Werte ein gerades Gleis, ein kreisförmiges Gleis oder einen Gleisfehler anzeigen. Es ist erwünscht, eine schnelle Anzeige der seitlichen Beschleunigung zu erhalten, die sowenig wie möglich vom idealen Verlauf abweicht. Normalerweise werden die Signale an die verschiedenen Steuersystemen gefiltert, um Störungen, den Störpegel und so weiter, zu beseitigen. Wenn ein Gleisfehler auftritt, findet eine Abweichung von der idealen Kurve statt, und der Grad der Filterung kann dadurch (nach oben) angepaßt werden. Dies ist ein Beispiel für die Benutzung eines Korrelationssignals.
Figur 4a zeigt die Beschleunigungssignale, und zwar sowohl das ideale als auch das tatsächliche beim Einfahren in einen Übergangsbogen. Figur 4b zeigt die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit dacc/dt. Die Figur 4c zeigt die Überhöhung (re) und Figur 4d zeigt deren zeitliche Änderung dre/dt. Es ist auch möglich, deren räumliche Änderungsgeschwindigkeit zu messen, beispielsweise durch Verwendung der oben genannten Winkeldifferenz Δφ. Das ideale und das tatsächliche Korrelationssignal zeigt Figur 4d.
Bei einem Fahrzeug mit Neigung des Fahrzeugkörpers wird der gewünschte Wert der Neigung normalerweise unter Berücksichtigung der seitlichen Beschleunigung gemäß den obigen Ausführungen gebildet. Um eine große Neigungsbewegung zu vermeiden, ist diese normalerweise auf einen maximalen Wert begrenzt. Unter Winterbedingungen kann Schnee, welcher zwischen die beweglichen Teile des Neigungssystems geraten ist, eine Neigungsbewegung verhindern, was dann zu ungünstigen Radentlastungen und unbequemem Fahrgefühl führen kann. Im Falle solcher Schneepackungen entstehen große Winkeldifferenzen, Steuerfehler und Kräfte im Servosystem. Eine oder mehrere dieser Größen können als Indikator für das Vorhandensein einer Schneepackung, zur Anzeige der Größe der Schneepackung sowie auch zur Minimierung der Gefahr von Radentlastungen verwendet werden.
Die Winkeldifferenz wird wie oben beschrieben gemessen. Der Steuerfehler wird gebildet als Differenz zwischen dem Istwert und dem gewünschten Wert, während die Kräfte beispielsweise als Differenz des hydraulischen Druck in den Zylindern gemessen werden kann.
Durch Anzeige des Überschreitens eines erwarteten normalen Schwellwertes durch die Größe und anschließende Messung des augenblicklichen Neigungswinkels erhält man ein Maß für die Größe der Schneepackung. Durch Anpassung der maximalen Begrenzung des gewünschten Wertes und damit des Neigungswinkels unmittelbar nach der Anzeige derart, daß die Anzeige verschwindet, wird die Gefahr einer Radentlastung minimiert, während man gleichzeitig eine Angabe über die Größe der Schneepackung erhält.
Die oben genannten Einrichtungen können im Rahmen der folgenden Ansprüche in vielfacher Weise variierte werden.

Claims

1. Anordnung bei einem Schienenfahrzeug mit hydraulischen Zylinder (14a, 14b, 15a, 15b) an den Drehgestellen eines Fahrzeugkörpers zur Neigung des Fahrzeugkörpers in Gleiskurven, dadurch gekennzeichnet, daß alle hydraulischen Zylinder zur Neigung eines Fahrzeugkörpers miteinander in Verbindung stehen (kommunizieren) und daß die Neigung des Fahrzeugkörpers durch eine Servofunktion steuerbar ist, die nur ein einziges Servoventil (13) pro Fahrzeug enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Beschleunigung in einem oder mehreren der Drehgestelle des Zuges gemessen werden kann und daß dieses Meßsignal die Grundlage für die Steuerung der Servofunktion des Neigungssystems bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel in jedem einzelnen zu dem Fahrzeug gehörenden Drehgestell gemessen werden kann, wodurch ein von der Neigung in jedem Drehgestell abhängiges Meßsignal gewonnen wird, und daß die Differenz der er haltenen gemessenen Signale gebildet werden kann, wobei das so entstandene Differenzsignal eine Übergangsbogen anzeigt und zur Beschleunigung (beschleunigten Bereitstellung) eines Sollwertsignales zur Steuerung der Neigung des Fahrzeugkörpers verwendet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die zeitliche oder räumliche Änderungsgeschwindigkeit der Überhöhung und der seitlichen Beschleunigung in dem Fahrzeug gemessen werden können und daß die Korrelation zwischen der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung und der zeitlichen oder räumlichen Anderungsgeschwindigkeit der Überhöhung gebildet werden kann, wodurch ein Korrelationssignal gewonnen wird, welches Übergangsbögen anzeigt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrelationssignal zur Steuerung einer Filtrierung der gemessenen Größen dient zur Eliminierung des Geräuschpegels und so weiter und daß das Ausmaß der Filterung einstellbar ist, beispielsweise bei Anzeige eines Gleisfehlers.