DE69918530T2 - Eine vorrichtung zum abschätzen der seitlichen beschleunigung eines schienenfahrzeuges - Google Patents

Eine vorrichtung zum abschätzen der seitlichen beschleunigung eines schienenfahrzeuges Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine Messvorrichtung zum Messen und Ausgeben eines Messsignals, das proportional zu dem Wert der gemessenen seitlichen Beschleunigung ist, und eine Filtervorrichtung umfasst, die zum Herausfiltern von Störungen des Messsignals ausgebildet ist, sodass ihr Ausgangssignal für Anwendungen verwendbar ist, die durch die seitliche Beschleunigung gesteuert sind.
  • Es ist bisher bekannt, solche Vorrichtungen bei Hochgeschwindigkeitszügen mit seitlicher Neigung der Wagenkästen zu verwenden, wobei der abgeschätzte Wert der seitlichen Beschleunigung den Wert der Neigung bestimmt. Es ist in diesem Zusammenhang ein Problem, eine gute Abschätzung der realen seitlichen Beschleunigung zu treffen, da die gemessene seitliche Beschleunigung durch mehrere Störquellen beeinflusst wird. Diese Störquellen können sich beispielsweise aus Unregelmäßigkeiten der Schienen, aus den spezifischen dynamischen Bewegungen des einzelnen Zugs und aus Reaktionskräften während der Neigung des Wagenkastens ergeben.
  • EP 303 777 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals für die gleisbogenabhängige Rotation eines Wagenkastens, der auf dem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs angebracht ist. Die Querbeschleunigung wird hier gemessen, und das Messsignal wird in einem Tiefpassfilter gefiltert.
  • Zum Erzielen eines nutzbaren Seitenbeschleunigungssignals wird ein Tiefpassfilter als Filtervorrichtung verwendet, der die Frequenzen des Signals oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz herausfiltert. Dieser Tiefpassfilter weist eine Grenzfrequenz von 0,15 bis 0,30 Hz auf. Der Nachteil eines solchen starken Filterns ist, dass es zu einer Zeitverzögerung des Signals führt.
  • Für Hochgeschwindigkeitszüge ist diese Zeitverzögerung des Seitenbeschleunigungssignals nicht annehmbar, weil der Zug in diesem Falle weit in die Kurve hinein gefahren ist, bevor die Neigung der Wagenkästen eingeleitet wird. Zum Erzielen eines guten Reisekomforts für die Fahrgäste darf die Zeitverzögerung 200 bis 300 ms nicht überschreiten.
  • Durch Anordnen der Messanlage für die seitliche Beschleunigung im vorderen Drehgestell, ungefähr 8 m vor der Mitte der Zugkarosserie, kann zusätzliche Zeit zum Filtern des Messsignals gewonnen werden. Diese Zeit beträgt ungefähr 150 ms bei einer Geschwindigkeit von 200 km/h.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs der eingangs angeführten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, eine gute Abschätzung der seitlichen Beschleunigung mit einer kurzen Zeitverzögerung zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Filtervorrichtung gelöst, die ein erstes Filterglied umfasst, das ein modellbasierter zeitdiskreter Filter ist, der zum Berechnen eines Ausgangssignals der Filtervorrichtung mit Hilfe eines programmierten Störungsmodells der Störungen des Messsignals ausgebildet ist. Ein solcher Berechnungsfilter weist eine kürzere Zeitverzögerung auf, die wesentlich von der Charakteristik der herausgefilterten Störungen und von der Arbeitsfrequenz des Filters abhängt. Mit Hilfe eines solchen Berechnungsfilters ist es möglich, die Zeitverzögerung des Signals wesentlich zu reduzieren, da die Verzögerung eines Berechnungsfilters wesentlich kürzer als die entsprechende Verzögerung eines entsprechenden, herkömmlichen Tiefpassfilters ist. Dadurch kann die Gesamtzeitverzögerung dieses Filterglieds auf einem Niveau gehalten sein, das klar unterhalb der oben genannten Zeitverzögerung eines herkömmlichen Tiefpassfilters mit starker Filterung liegt. Zum Erzielen eines Seitenbeschleunigungssignals, das qualitativ akzeptabel ist, kann der Berechnungsfilter Information über die Mehrheit der häufigsten Störungen des Signals erhalten und dadurch diese Störungen herausfiltern.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Filterglied zum Berechnen des Ausgangssignals mit Hilfe von Information über die Frequenzcharakteristik der Störungen ausgebildet. Dies ist möglich, da die meisten individuellen Störungen auf vorgegebenen Frequenzen oder Frequenzbereichen auftreten. Es ist beispielsweise bekannt, dass eine Neigungsvorrichtung des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs selbst zu Störungen auf einer vorgegebenen Frequenz beiträgt, während Unregelmäßigkeiten der Schienen zu Störungen innerhalb eines Frequenzbereichs beitragen. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das erste Filterglied zum Berechnen des Ausgangssignals mit Hilfe von Information über die Frequenzcharakteristik der realen seitlichen Beschleunigung ausgebildet ist, die während des Fahrens des Schienenfahrzeugs durch eine Kurve entsteht. Das Abschätzen der seitlichen Beschleunigung kann eindeutig verbessert werden, wenn die Frequenzcharakteristik dieses Signals bestimmt werden kann.
  • Das oben beschriebene Filterglied kann als ein modellbasiertes zeitdiskretes Filterglied beschrieben werden und kann einen Wiener-Filter oder einen Kalman-Filter umfassen. Solche Filter werden zum Erzielen einer optimalen Lösung für das Abschätzungsproblem in linearen Systemen verwendet. Wiener-Filter werden in der Praxis vorzugsweise in Kommunikationssystemen und in Verbindung mit digitaler Bildwiederherstellung verwendet, während die Kalman-Filter hauptsächlich in Steuersystemen verwendet werden. In diesem Fall kann man durch die Kenntnis der Frequenzcharakteristik bekannter Störungen einen Wiener-Filter über mehrere Gleichungen berechnen, wonach der Wiener-Filter ein gefiltertes Ausgangssignal erzeugt. Der Kalman-Filter weist ein anderes Berechnungsverfahren auf, erbringt jedoch im Verlauf bestimmter Annahmen dasselbe Ergebnis wie der Wiener-Filter.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Filtervorrichtung weiterhin ein zweites Filterglied, das einen Tiefpassfilter umfasst, der zum Herausfiltern von Frequenzen des Messsignals oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz ausgebildet ist. Es ist bevorzugt, einen Berechnungsfilter mit einem weniger stark filternden Tiefpassfilter zu kombinieren. Die Grenzfrequenz eines solchen Tiefpassfilters kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Tiefpassfilter um einen Faktor 10 erhöht sein. Dadurch filtert der Tiefpassfilter einen geringeren Teil des Messsignals heraus, und die Zeitverzö gerung des Signals durch einen solchen Tiefpassfilter ist daher im Vergleich zu einem herkömmlichen Tiefpassfilter wesentlich reduziert.
  • Um ein geeignetes Filtern von Störungen mit hohen Frequenzen zu erzielen und gleichzeitig eine wesentlich kürzere Zeitverzögerung des Seitenbeschleunigungssignals durch den Tiefpassfilter zu erzielen, kann er geeigneter Weise eine Grenzfrequenz im Bereich von 1,5 bis 2,0 aufweisen. Ein solcher Tiefpassfilter in Reihe mit einem Wiener-Filter führt zu einer Zeitverzögerung von 250 bis 350 ms, was deutlich unterhalb der entsprechenden Zeitverzögerung eines herkömmlichen Tiefpassfilters liegt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Filterglied mehrere Berechnungsfilter umfassen, die parallel zueinander angeordnet sind und zum Filtern verschiedener Arten von Störungen ausgebildet sind. Da es schwierig sein kann, ein Störungsmodell zu erstellen, das zu allen Umgebungsarten passt, können stattdessen mehrere Varianten ausgearbeitet werden. Eine Signalverarbeitungseinheit kann zum Auswerten der Ausgangssignale der parallel zueinander angeordneten Filter vorgesehen sein, wobei das Signal des Filters benutzt wird, der momentan am besten geeignet ist. Der am besten geeignete Filter ist derjenige, der die schärfste Signalkurve mit den wenigsten Störungen aufweist.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung weiterhin eine zweite Messvorrichtung zum Messen der Rollwinkelgeschwindigkeit und zum Ausgeben eines zweiten Messsignals, das proportional zu dem Wert der gemessenen Rollwinkelgeschwindigkeit ist, und eine zweite Filtervorrichtung umfassen, die zum Her ausfiltern von Störungen des zweiten Messsignals ausgebildet ist. Durch Messen der Rollwinkelgeschwindigkeit im vorderen Drehgestell mit Hilfe von beispielsweise einem Gyroskop kann ein früher Anhaltspunkt erhalten werden, wann der Zug in eine Kurve einfährt bzw. wann er aus einer Kurve herausfährt. Dieses Messsignal der Rollwinkelgeschwindigkeit umfasst ebenfalls Störungen, wobei auch in diesem Fall geeigneterweise eine Filtervorrichtung zum Filtern des Signals der Rollwinkelgeschwindigkeit vorgesehen ist. Diese zweite Filtervorrichtung kann weiterhin ein zweites erstes Filterglied umfassen, das zum Berechnen eines zweiten Ausgangssignals der Filtervorrichtung mit Hilfe von Information über die Störungen des zweiten Messsignals ausgebildet ist. Vorzugsweise kann dieses Filterglied ebenfalls ein Wiener-Filter sein, und die Berechnung des zweiten Messsignals kann auf entsprechende Weise wie die des Seitenbeschleunigungssignals erfolgen. In der Praxis kann es angemessen sein, einen solchen Berechnungsfilter mit einem Tiefpassfilter zu kombinieren, der zum Herausfiltern von Frequenzen des zweiten Messsignals oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz ausgebildet ist. Ein solcher Tiefpassfilter kann so ausgelegt sein, dass er wesentlich weniger filtert, und er kann eine erheblich erhöhte Grenzfrequenz im Vergleich zu einem herkömmlichen Tiefpassfilter aufweisen, wobei die Zeitverzögerung durch einen solchen Filter sehr kurz ist. Schließlich kann das Ausgangssignal bezüglich der gemessenen seitlichen Beschleunigung und der Rollwinkelgeschwindigkeit an eine Signalverarbeitungseinheit geleitet werden, die vor dem Hintergrund dieser Signale zum Erzeugen eines Ausgangssignals zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung des Fahrzeugs ausgebildet ist. Dabei wird die Rollwinkelgeschwindigkeit zum schnellen Erfassen ge nutzt, wann das Schienenfahrzeug in eine Kurve einfährt bzw. wann die Kurve verlassen wird.
  • Bei einem Schienenfahrzeug, das zumindest ein vorderes und ein hinteres Drehgestell umfasst, können diese Messvorrichtungen zur Messung der seitlichen Beschleunigung und der Rollwinkelgeschwindigkeit im vorderen Drehgestell des Schienenfahrzeugs vorgesehen sein, um die Zeitverzögerung in bekannter Weise zu reduzieren. Durch diese Anordnung befindet sich das Messinstrument ungefähr 8 m vor der Mitte eines normalen Schienenfahrzeugs, wobei die Zeit, die das Fahrzeug zum Zurücklegen dieser 8 m benötigt, die Zeitverzögerung des Signals reduziert, die in der Filtervorrichtung entsteht.
  • Vorzugsweise wird das Ausgangssignal bezüglich der seitlichen Beschleunigung des Schienenfahrzeugs zum Steuern der Neigung der Wagenkästen von Schienenfahrzeugen in Kurven gebraucht, wie es für Hochgeschwindigkeitszüge zum Abschwächen der Auswirkungen der seitlichen Beschleunigung auf die Fahrgäste beim Durchfahren von Kurven üblich ist. Das Ausgangssignal kann weiterhin beispielsweise in einer so genannten „Rückhaltevorrichtung" eingesetzt sein, d.h. einer Vorrichtung, die der seitlichen Bewegung eines Wagenkastens während der Kurvenfahrt entgegenwirkt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
  • 2 Kurven der Beschleunigung als eine Funktion der Zeit für eine ideale seitliche Beschleunigung, für eine abgeschätzte seitliche Beschleunigung gemäß der Erfindung und für eine abgeschätzte seitliche Beschleunigung gemäß einer herkömmlichen Filtervorrichtung, die nur einen Tiefpassfilter aufweist, zeigt;
  • 3 eine obere Kurve, die die gemessene seitliche Beschleunigung wiedergibt, und untere Kurven zeigt, welche die abgeschätzte seitliche Beschleunigung einerseits für eine Filtervorrichtung gemäß der Erfindung und andererseits für eine herkömmliche Filtervorrichtung, die nur einen Tiefpassfilter aufweist, wiedergeben;
  • 4 entsprechende Kurven wie in 3 zeigt, jedoch über einen längeren Zeitraum hinweg;
  • 5 eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
  • 6 eine andere alternative Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDER ERFINDUNG
  • 1 zeigt schematisch, wie eine Vorrichtung zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung 1 ausgeführt sein kann. Ein Beschleunigungsmesser 2, der in der Praxis ein Pendel oder ein anderes Beschleunigungsmessinstrument sein kann, wird durch die seitliche Beschleunigung 1 betätigt. Außerdem wird dieser Beschleunigungsmesser 2 durch viele Störquellen 3 betätigt, die beispielsweise die Unregelmäßigkeiten der Schienen, die dynamischen Bewegungen des individuellen Zugs oder die Neigungsvorrichtung des Wagenkastens sein können. Diese Störungen 4 der Störquellen 3 sind kein unerheblicher Teil der gemessenen seitlichen Beschleunigung des Beschleunigungsmessers 2. Dementsprechend gibt der Beschleunigungsmesser 2 ein Messsignal 5 aus, das aus der seitlichen Beschleunigung 1 und Störungen 4 besteht. Gewöhnlich umfasst dieses Messsignal 5 derartige Beiträge der Störungen 4, dass es nicht auf ungefilterte Weise zum Steuern von zum Beispiel der Neigung der Wagenkästen eines Zugs verwendbar ist. Daher wird das Messsignal 5 an einen Tiefpassfilter 6 geleitet, der die Frequenzen oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz herausfiltert. Gemäß dieser Erfindung ist es angemessen, dass die Grenzfrequenz im Bereich von 1,5 bis 2,0 Hz liegt. Dabei kann der Tiefpassfilter nur einen kleineren Teil des gesamten Eingangssignals herausfiltern, und man erhält dementsprechend eine verhältnismäßig kurze Zeitverzögerung des Signals im Tiefpassfilter 6. Gleichzeitig beinhalten viele auftretende Störungen hohe Frequenzen und befinden sich auf einer Frequenz oberhalb dieser Grenzfrequenz, wobei diese Störungen gemäß der Erfindung ebenfalls entsprechend durch den Tiefpassfilter 6 herausgefiltert werden. Das in dem Tiefpassfilter 6 gefilterte Signal 7 wird danach an einen so genannten Wiener-Filter 8 geleitet. Der Wiener-Filter 8 ist ein modellbasierter zeitdiskreter Filter und wird gewöhnlich mit Hilfe eines Computers realisiert. Durch Eingeben von Information über die Frequenzen bekannter Störungen 4 berechnet der Wiener-Filter 8 mit Hilfe dieser Information und des Signals 7 des Tiefpassfilters einen Ausgangssignalwert 9 der seitlichen Beschleunigung. Die Qualität des Ausgangssignals 9 hängt in diesem Fall von der Detailfülle des Störungsmodells ab, das in den Wiener-Filter 8 eingegeben ist. Die Verzögerungszeit des Zeitsignals durch einen Wiener-Filter 8 ist wesentlich kürzer als durch einen herkömmlichen Tiefpassfilter, und der Wert dieser Verzögerung hängt von der Charakteristik der herausgefilterten Störungen ab. Ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 1,5 bis 2,0 Hz in Reihe mit einem Wiener-Filter ergibt eine Zeitverzögerung von ungefähr 250 bis 350 ms und somit einen annehmbaren Zeitverzögerungswert des Signals, das günstigerweise zum Steuern der Neigung von Wagenkästen eines Zugs verwendet werden kann.
  • 2 zeigt auf etwas vereinfachte Weise, wie eine ideale seitliche Beschleunigung 1 eines fahrenden Zugs in einer Kurve wirkt. Während des Zeitraums 0 bis 0,5 s fährt der Zug geradeaus, wobei die seitliche Beschleunigung 0 ist. Danach fährt der Zug in eine Kurve ein, wobei die ideale seitliche Beschleunigung während des Zeitraums 0,5 bis 2,5 s in im Wesentlichen gerader Linie ansteigt. In der Kurve ist der Zug während des Zeitraums 2,5 bis 4,5 s einer seitlichen Beschleunigung 1 unterworfen, die im Wesentlichen konstant ist. Danach wird die Kurve verlassen, wobei die seitliche Beschleunigung während des Zeitraums 4,5 bis 6,5 s in im Wesentlichen gerader Linie auf 0 zurückgeht. Zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung wird unter Verwendung der in 1 gezeigten Vorrichtung ein Ausgangssignal 9 erhalten, dessen zeitabhängiger Wert in dem Diagramm in 2 gezeigt ist. Wie gezeigt folgt die Kurve des Ausgangssignals 1 der Kurve für die ideale seitliche Beschleunigung sehr gut mit nur einer kleineren Zeitverzögerung. In dem Diagramm ist weiterhin eine entsprechende Abschätzung der seitlichen Beschleunigung 1 für eine herkömmliche Vorrichtung mit einem stark filternden Tiefpassfilter gezeigt. Diese Kurve ist in 2 mit 10 bezeichnet und weist bezüglich der idealen Kurve 1 der seitlichen Beschleunigung eine verhältnismäßig lange Zeitverzögerung auf.
  • 3 und 4 zeigen Kurven der seitlichen Beschleunigung während eines kürzeren bzw. längeren Zeitraums. Die oberen Diagramme zeigen, wie das Messsignal 5 der seitlichen Beschleunigung über die Zeit hinweg variieren kann, und die unteren Diagramme zeigen mit durchgezogener Linie den berechneten Ausgangssignalwert 9 der seitlichen Beschleunigung gemäß der Abschätzungsvorrichtung der Erfindung, während die gestrichelte Linie 10 die abgeschätzte seitliche Beschleunigung gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung, die nur einen Tiefpassfilter aufweist, zeigt. Aus den Figuren ist ersichtlich, dass das Messsignal 5 aufgrund der Störungen stark schwankt, weswegen es gefiltert werden muss, um ein brauchbares Ausgabesignal zu liefern. Aus den Figuren ist weiterhin ersichtlich, dass sich das Signal 9, beispielsweise bei der Einfahrt in und bei der Ausfahrt aus Kurven, schneller an das Messsignal 5 anpasst als das Signal 10.
  • 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin abweicht, dass die Vorrichtung in diesem Fall mehrere parallel zueinander angeordnete Wiener-Filter 8a bis 8d aufweist, die für verschiedene Störungsarten in verschiedenen Umgebungen ausgebildet sind. Um hinsichtlich der seitlichen Beschleunigung ein annehmbares gefiltertes Signal zu erzielen, muss in dem Wiener-Filter 8 ein gut funktionierendes, detailliertes Störungsmodell zur Verfügung gestellt sein. Unter gewissen Umständen kann es schwierig sein, ein solches gut funktionierendes Störungsmodell zu erhalten, das unter allen Umständen funktioniert. Deshalb wird das Signal 7 gemäß dieser Ausführungsform parallel im jeweiligen Wiener-Filter 8a bis 8d gefiltert, wonach jeder dieser Filter ein Ausgangssignal 9a bis 9d an eine Signalverarbeitungseinheit 11 überträgt. Danach wertet diese Signalverarbeitungseinheit 11 jedes der Signale 9a bis 9d aus und verwendet das Signal, das momentan am wenigsten gestört ist, als Ausgangssignal 12.
  • 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der außerdem die Rollwinkelgeschwindigkeit 13 abgeschätzt wird. Mit Rollwinkelgeschwindigkeit 13 ist die Winkelgeschwindigkeit eines oszillierenden Teils des Schienenfahrzeugs, vorzugsweise seines vorderen Drehgestells, gemeint. Dies kann mit Hilfe eines Gyroskops 14 gemessen werden, das vorzugsweise zusammen mit dem Beschleunigungsmesser 2 im vorderen Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Auch beim Messen der Rollwinkelgeschwindigkeit 13 treten Störungen 15 aus Störquellen 3 auf. Daher muss die gemessene Rollwinkelgeschwindigkeit 16 gefiltert werden, um ein brauchbares Signal zu liefern. Auf entsprechende Weise wie beim Abschätzen der seitlichen Beschleunigung wird dieses zweite Messsignal 16 durch einen Tiefpassfilter 17 gefiltert, wonach dieses teilweise gefilterte Signal 18 auf einen Wiener-Filter 19 geschaltet wird. Dieser Wiener-Filter 19 umfasst ein programmiertes Störungsmodell der Rollwinkelgeschwindigkeit, womit der Wiener-Filter 19 ein zweites Ausgangssignal 20 berechnet. Eine Signalverarbeitungseinheit 21 ist zum gleichzeitigen Empfangen des zweiten Ausgangssignals 20, das die Rollwinkelgeschwindigkeit betrifft, und des Ausgangssignals 9 der ersten Filtervorrichtung, das die seitliche Beschleunigung der Fahrzeuge betrifft, vorgesehen. Durch Messen der Rollwinkelgeschwindigkeit kann auf schnellere und wirksamere Art und Weise bestimmt werden, wann das Schienenfahrzeug in eine Kurve hinein bzw. aus einer Kurve herausfährt. Dadurch kann die Signalverarbeitungseinheit 21 in manchen Fällen ein besser abgeschätztes Ausgangssignal 22, das die seitliche Beschleunigung betrifft, als das Signal 9 bestimmen.
  • Die Erfindung ist vorzugsweise auf Schienenfahrzeuge mit einem vorderen und einem hinteren Drehgestell sowie einem Wagenkasten, der bezüglich dieser Drehgestelle neigbar ist, anwendbar.
  • Die Erfindung ist keineswegs auf die oben und in den Figuren beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche frei variieren. Es können beispielsweise andere Berechnungsfilterarten genutzt werden, wie ein Kalman-Filter. Ein Kalman-Filter ist ebenfalls ein modellbasierter zeitdiskreter Filter, der mit Hilfe eines Computers zum Berechnen eines Ausgangssignals aus eingegebenen Mess- und Störungssignalen ausgeführt ist.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Abschätzen der seitlichen Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine Messvorrichtung (2) zum Messen und Ausgeben eines Messsignals (5), das proportional zu dem Wert der gemessenen seitlichen Beschleunigung ist, und eine Filtervorrichtung umfasst, die zum Herausfiltern von Störungen (4) des Messsignals (5) ausgebildet ist, sodass ihr Ausgangssignal (9, 12, 22) für Anwendungen verwendbar ist, die durch die seitliche Beschleunigung gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein erstes Filterglied (8) umfasst, das ein modellbasierter zeitdiskreter Filter ist, der zum Berechnen eines Ausgangssignals (9, 12, 22) der Filtervorrichtung mit Hilfe eines programmierten Störungsmodells der Störungen (4) des Messsignals (5) ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterglied (8) zum Berechnen des Ausgangssignals (9, 12, 22) mit Hilfe von Information über die Frequenzcharakteristik der Störungen ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterglied (8) zum Berechnen des Ausgangssignals (9, 12, 22) mit Hilfe von Information über die Frequenzcharakteristik der realen seitlichen Beschleunigung ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterglied einen Wiener-Filter (8) umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterglied einen Kalman-Filter umfasst.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung weiterhin ein zweites Filterglied (6) umfasst, das einen Tiefpassfilter umfasst, der zum Herausfiltern von Frequenzen des Messsignals (5) oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filterglied (6) eine Grenzfrequenz im Bereich von 1,5 bis 2,0 Hz aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement (8) mehrere Filter (8a bis 8d) umfasst, die parallel zueinander angeordnet und zum Filtern verschiedener Arten von Störungen ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalverarbeitungseinheit (11) zum Auswerten der Ausgangssignale (9a bis 9d) der parallel zueinander angeordneten Filter (8a bis 8d), vorgesehen ist, wobei derjenige Filter (8a bis 8d) benutzt wird, der momentan am besten geeignet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Messvorrichtung (14) zum Messen der Rollwinkelgeschwindigkeit und zum Ausgeben eines zweiten Messsignals (16), das proportional zu dem Wert der gemessenen Rollwinkelgeschwindigkeit (13) ist, und eine zweite Filtervorrichtung umfasst, die zum Herausfiltern von Störungen (15) des zweiten Messsignals (16) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filtervorrichtung ein zweites Filterglied (19) umfasst, das zum Berechnen eines zweiten Ausgangssignals der Filtervorrichtung mit Hilfe von Information über die Störungen des zweiten Messsignals (16) ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filtervorrichtung weiterhin ein zweites Filterglied (17) umfasst, das einen Tiefpassfilter zum Herausfiltern von Frequenzen des zweiten Messsignals (16) oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz umfasst.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ausgangssignale bezüglich der gemessenen seitlichen Beschleunigung (9) und Rollwinkelgeschwindigkeit (20) an eine Signalverarbeitungseinheit (21) geleitet werden, die vor dem Hintergrund dieser Signale zum Erzeugen eines Ausgangssignals (22) zur Abschätzung der seitlichen Beschleunigung des Fahrzeugs ausgebildet ist.
  14. Schienenfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug zumindest ein vorderes und ein hinteres Drehgestell umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtungen (2, 14) zur Messung der seitlichen Beschleunigung (1) und der Rollwinkelgeschwindigkeit (13) im vorderen Drehgestell des Schienenfahrzeugs vorgesehen sind.
  15. Gebrauch einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Steuern der Neigung der Karosserie des Schienenfahrzeugs in Kurven.
DE69918530T 1998-01-27 1999-01-27 Eine vorrichtung zum abschätzen der seitlichen beschleunigung eines schienenfahrzeuges Expired - Lifetime DE69918530T2 (de)

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