JP2004535330A - 車両の車輪対又は一組の車輪を能動的にラジアル制御する方法及び装置 - Google Patents

車両の車輪対又は一組の車輪を能動的にラジアル制御する方法及び装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、シャーシ、特に軌条車両のシャーシの少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)を能動的にラジアル制御し、この場合、調節動作が、車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用される方法に関する。調節動作による集中制御が、少なくとも2つの同一でない周波数範囲内で実施され、この場合、第1調節動作が、第1周波数範囲内で車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用され、第2調節動作が、この第1周波数範囲からシフトしている第2周波数範囲内で重畳してこの車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用される。本発明は、この方法を実施する適した装置に関する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の車輪対又は一組の車輪を能動的にラジアル制御する方法及び装置に関する。本発明は、−限定されないものの−特に軌条車両の用途に適する。
【背景技術】
【0002】
曲線路内の以下では総称で車輪ユニットによって示す車輪対又は一組の車輪をほぼ静的に調節する一連の機械装置が公知である。これらの機械装置は、受動的な手段又は能動的な手段を有する。アクティブ制御の場合、車輪ユニットは、曲率半径にしたがって合わせられて保持される。これらの装置は、車輪ユニットを曲線路に対して一定の関係で操縦し、シャーシ又は車両の車輪ユニットに作用する最大で限定した領域に対する横方向の力の和を均等にする。この場合、走行安定性が、車輪ユニットを長手方向に一定に制御する従来の車輪のときよりも良好でない点が欠点である;一番うまくいた場合でも、特性が低下する。走行信頼性を保証するためには、機械的な装置、例えば横揺れ止めダンパ(Schlingerdaempfer) 又は摩擦回転止め部材(Reibungs-Drehhemmungen)も必要になる。これらの機械的な装置は、湾曲部分の良好な走行と走行安定性との間の妥協にすぎず、一般にボデー(Wagenkasten) 内の構造振動を助長する。多くの場合、追加のダンパ要素が、車輪ユニットの連結部内で必要である。
【0003】
ヨーロッパ特許発明第 0 785 123号明細書は、個々の車輪ユニットから車輪の追従に対するデータを得て評価する方法を記す。ここで開示した方法の場合、車輪の方向転換運動が、角度,角速度又は角加速度として角度センサによって動力なしに走査され、この測定された値又はこれらの測定された値が、その周波数成分に分解され、周波数スペクトルから突出している運動が、振幅,周波数及び位相位置に基づいてノイズと認識され、こうして認識されたベクトルが、これらのベクトルの 180°の位相回転及び評価後に車両の設定角度の変化に対する情報として制御部又は調節部に入力され、そして運動のノイズ成分が、この制御部又は調節部によって車輪の運動から分離される。この方法は、車輪対又は一組の車輪と軌道との間の横方向の力を考慮しない。
【0004】
ヨーロッパ特許発明第 0 374 290号明細書から、操縦によって旋回可能であるプリセット可能な数の個々の車輪を車両の長手方向軸線に沿って両側に有する列車が公知である。曲線路内の各々の車輪の軌道誤差のない操縦は、軌道走行測定装置が設けられていることによって実現されなければならない。この軌道変化測定装置は、軌道の変化からの車両軸線のずれを測定し、この測定されたずれに応じて各々の車輪に関する操縦信号をその他のそれぞれの個々の車輪に関係なく生成する。軌道変化測定装置としては、光電原理,磁気原理又は電磁原理に基づく非接触式に作動するシステムが提唱されている。本発明は、車輪対又は一組の車輪を有する車両には使用できない。
【0005】
日本の出願群の特開平6−199236号公開公報,特開平7−81564号公開公報及び特開平7−81565号公開公報は、台車枠と輪軸との間の流体アクチュエータによる波形又は正弦波形の影響を記す。これらの出願群は、記録される並進振動又はヨー振動のスペクトル中の波形の周波数の認識を基礎にする。これに対して、台車当たり少なくとも8個のセンサ及び引き続く周波数分析によるより長いデータ収集が必要である。
【0006】
車輪ユニットの経過状況の影響に関する上述した全ての方法及び装置は、
1.曲線を走行中に、すなわち曲線路内の走行時に操縦によって軌道を適切に走行するためだけに使用され、及び/又は、
2.波形の周波数を算定しかつ同じ周波数で作用する(これに対して、フーリエ変換が必要であり、このフーリエ変換は、車輪とレールとの接触中の急激に変化する分布パラメータに対する時間損失を意味する)ためだけに使用されるものの、一時的な負荷状況と運動状況に急激に変化しうるリアルタイムの応答の意味で車輪対又は一組の車輪に対して不安定に作用する点が、これらの方法及び装置の欠点である。それ故にこれらの手段は、直線区間上では軌道走行の改善に対して非常に限定的にしか寄与しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、従来の技術の説明した欠点を排除し、特に直線走行時と曲線走行時の双方でも磨耗のない快適で確実な走行を保証する特に車両の車輪ユニットを能動的にラジアル制御する方法及び装置を提供することにある。さらに本発明の課題は、リアルタイムの効果を奏さない周波数分析に対するより長いデータ収集が必要になることなしに、車輪の望ましくない煩わしい存在である運動を適した安定化手段によって直接排除することにある。さらに、車輪とレールの磨耗が減少する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この課題は、請求項1に記載の特徴による方法及び請求項16に記載の特徴による装置によって解決される。
【0009】
本発明の目的に適した構成及びその他の構成は、従属請求項中に記載されている。
【0010】
車両の少なくとも1つの車輪ユニットの車輪を半径方向にアクティブ制御する本発明の方法は、集中制御にある。この集中制御は、−台車、特に完全にシャーシ内部で、すなわち機械的な連結されていないボデーの場合−調節動作を少なくとも2つの同一でない周波数範囲内で車輪ユニットに作用させる。この場合、第1調節動作が、第1周波数範囲内で車輪ユニットに作用される。そして、この第2調節動作が、第1周波数範囲からシフトしている第2周波数範囲内で重畳して作用される。
【0011】
特にこの場合、車両の走行安定性が、第2周波数領域内の調節動作によって制御される。
【0012】
車両の−場合によっては台車内に又は台車に配置された−少なくとも1つの車輪ユニットを半径方向にアクティブ制御する本発明の装置は、車輪ユニットに接続されていて調節動作を車輪ユニットに作用する調節装置及びこの調節装置に接続されていてこの調節装置を制御する制御装置を有する。この場合、この調節装置は、特に垂直軸周りの回転に作用し、追加的に又は選択的に車輪ユニットに対する横方向の並進に作用するために使用される。車輪ユニットの調節装置が第1周波数範囲内で実際に走行すべき走行区間の曲率半径に応じて車輪ユニットのほぼ静的な調節を発生させる第1調節動作を作用するように、この制御装置は調節装置を制御するために構成されている。さらに、第1周波数範囲からシフトしている第2周波数範囲内で第1調節動作に重畳して第2調節動作が車輪ユニットに作用するように、安定制御の種類にしたがって調節装置を制御するこの制御装置は構成されている。これらの調節動作は、車輪ユニットの調節を発生させて車両の走行を安定化させるために使用される。
【0013】
換言すれば、簡単な調節駆動部として構成され得る調節装置は、制御装置の基準値に応じて調節して力を発生させる。その結果、車輪ユニット、すなわち車輪対又は一組の車輪が、垂直軸周りに回転する。そして追加的に又は選択的に、車輪ユニットが、横方向に並進する。調節装置が、通過すべき区間、例えば曲線路の極率半径に応じてほぼ静的に調節して応力を発生させ、曲線走行時でも直線走行時でも車両の走行を安定化させる一般により高い別の周波数で調節と応力を重畳するように、この調節装置、すなわち例えば調節駆動部は構成されている。この場合、車両の多数の、特に全ての車輪ユニットが本発明の半径方向の制御によって制御されるときに、横方向の力を特に良好に調節することができ、そして特に効果的に安定化させることができる。
【0014】
第1調節動作及び第2調節動作の周波数が、一定にプリセットされている周波数ではなくて、時間的に変化する周波数であることが分かっている。この時間的に変化する周波数は、最終的には車両の実際の運動状況によって、すなわち特に車両の瞬間速度と実際に走行する区間部分によってプリセットされる。
【0015】
本発明の方法の好適な実施の形態の場合、第2周波数範囲の少なくとも一部が、第1周波数範囲から成る周波数よりも高い周波数を含む。特に第2周波数範囲は、第1周波数範囲よりも上にある。特に第2周波数範囲は、第1周波数範囲に隣接している。この場合、第1周波数範囲に対して好ましい値は0Hz〜3Hzである一方で、第2周波数範囲は0Hz〜10Hz、特に3Hz〜10Hzである。
【0016】
本発明の利点は、曲線路内の車輪ユニットの正確な調節を保証する点にある。その結果、車輪とレールとの接触中に伝達される台車の全ての車輪ユニットの横方向の力の総和が全ての運転条件の下で等しい。すなわち換言すれば、台車の個々の車輪ユニットに作用するベクトル和が少なくとも量的にほぼ零に等しいように、それぞれの車輪対に作用する複数の横方向の力から成るそれぞれのベクトル和(合力)が調節される。
【0017】
さらに、全ての車輪ユニットの走行の安定性が、直線軌道内の走行時でも曲線路内でも保証される。この調節は、曲線内では高い張力でも望まない車輪・レール・パラメータでも可能である。それ故に、本発明の好適な実施の形態の場合、車両の車輪ユニットの車輪に作用する横方向の力の総和が均等化されるように、車輪ユニットの車輪のほぼ静的な調節が曲線走行時に第1 周波数範囲内の調節動作によって実行されることが提唱されている。換言すれば、横方向のベクトル和がそれぞれ各車輪ユニットに作用し、少なくともこの横方向のベクトル和の値が別の車輪ユニットに作用する横方向のベクトル和の値にほぼ一致する。
【0018】
本発明のもう1つの利点は、適切な調節及びアルゴリズムによって、車輪ユニット間の特別な横方向の力の分布を実現すること、及び/又は車輪若しくは車両の車輪ユニットに対する車輪とレールとの間の特別な磨耗条件をもたらして走行状況、例えば特別な運転条件及び/又は維持条件を最適に合わせることを可能にする点にある。すなわち、車輪とレールの分布対(Rad-Schiene-Profilpaarung) の発生を制御するため、磨耗の適切な分布、例えば所定の磨耗の形成が個々の車輪に対して引き起こされ得る。本発明の方法のさらに好適な構成の場合、それ故に第1 周波数範囲内の調節動作による曲線走行時に、車両の車輪ユニットの車輪に作用する横方向の力が分散するように、車輪ユニットの車輪がほぼ静的に調節される。この分散の場合、走行状況が、プリセット可能な運転条件と維持条件に適合されている。
【0019】
さらに、本発明の方法にしたがって作動する装置の全ての要素の正常な機能の診断が、それぞれの車輪ユニットの走行安定性及び調節を監視することによって可能である。
【0020】
本発明の方法の好適な実施の形態は、車両の走行安定性が第2周波数範囲内の第2調節動作によって制御される点に特徴がある。特にこのことは、機械的な系の瞬間の状況の表示が制御中にこの系の1つ又は多数の状況値の測定される瞬時値から例えば対応する安定性マトリクスの形態で確認されることによって実現される。この場合、調節動作を発生させる調節装置の可変性も当然に考慮される。特に横方向の、すなわち車両の長手方向に対して横の車輪ユニットの速度及び加速度並びに垂直軸周りの車輪ユニットの速度及び加速度がこれらの状況値に属する。
【0021】
機械的な系の瞬間の状況のこの表示は、適切な数学的アルゴリズムによって安定性に基づいて検査される。不安定な場合、安定な系が得られるまで、系を示す調節装置に起因する変数パラメータが変更される。次いで、調節装置に起因する変数パラメータに対してこうして得られた「安定な」瞬時値は、それぞれの調節装置に対する制御信号を生成するためにアクセスされてこれらの調節装置によって安定な系の状況を得る。より長い時間にわたる測定値の記録及び(例えば、フーリエ変換による)これらの一連の測定の分析が必要である安定化制御に対する公知の方法とは違って、速くて直接的で有効な系の安定化がこれによって保証されている。
【0022】
したがって、本発明の解決手段は、例えば横揺れ止めダンパや摩擦回転止め部材のような走行状況用の車両とボデーとの間の機械的な安定化装置を省略できる。車輪ユニットの連結部内の、特に連結ロッド内の減衰要素も省略できる。さらに、始動角度(Anlaufwinkel)、すなわち走行負荷の減少及び車輪とレールの磨耗の減少又は最適化が利点である。高い速度でも、車両の安定な走行が全ての速度範囲にわたって実現される。連結ロッドが車輪ユニット間及びボデーに対して存在しないために、より簡単な構造に加えて、これらの連結要素による衝撃音及び振動が伝達しない。
【0023】
特に、集中制御がボデーに対する機械的な作用連結なしに車両内部で作用して、上述したようにより簡単な機械的な構造に加えて、ボデーに対する連結要素による衝撃音及び振動の伝達を阻止するように、台車を有する車輪を備えた車両が集中制御される。この場合、信号を処理する装置等をボデー内やボデー面上に配置してもよいし、しかしながらこの装置等をケーブル等に対応する制御導線だけを介して調節装置の作用要素に接続してもよいことが自明である。
【0024】
本発明の方法の好適な実施の形態の場合、制御部が少なくとも1つの迅速に応答する調節装置、例えば迅速に応答するアクチュエータを制御することが提唱されている。このアクチュエータは、車両のシャーシ又はボデーに対する車輪ユニットの角度位置を調節して、例えば車輪ユニットを曲線路に対して半径方向に最適に方向合わせさせる。
【0025】
別の好適な実施の形態の場合、車両の外輪ユニット(Ausseneinheiten) 間の相対角度が少なくとも2つの車輪ユニットを使って調節動作によって調節されて、例えば曲線路内の車両の車輪ユニットを最適に方向合わせ可能にすることが提唱されている。
【0026】
この調節に対しては、基本的に任意の入力値が使用され得る。これらの入力値は、個々に又は組み合わせて実際の状況、特に車両及び/又は車輪ユニットの実際の移動状況の推測を可能にする。好ましくは、車輪ユニットの位置が、曲率半径及び/又は走行速度及び/又は一様でない横加速度及び/又は摩擦係数及び/又は車輪とレールとの間の分布パラメータに応じて調節される。
【0027】
さらにこの調節方法に対しては、台車シャーシ又はボデーに対する少なくとも1つの車輪ユニットの算出された横方向の変位,台車シャーシ又はボデーに対する少なくとも1つの車輪ユニットの算出されたヨー角度が利用される。同様に追加で又は新たに、少なくとも1つの調節装置の算出された調節変位又は調節角度又は少なくとも1つの調節装置の算出された制御トルクを利用してもよい。同様に、算出された走行速度,横方向の車輪ユニットの算出された速度又は加速度又は車輪ユニットの算出されたヨー速度若しくはヨー加速度を利用してもよい。最後に、追加で又は新たに、走行路の曲率半径を利用してもよい。
【0028】
適切な調節動作を実現するため、調節装置が基本的に任意に構成され得る。基本的には、第1調節動作及び第2調節動作がただ1つの調節装置によって生成されることが提唱され得る。この場合、第2調節動作を第2周波数範囲内で生成するため、調節装置を十分迅速に反応するように構成する必要がある。異なる調節装置が第1調節動作及び第2調節動作の生成に対して設けられ得ることも当然に自明である。特に調節装置は、電気式か油圧式か又は気圧式のアクチュエータとして構成されている。
【0029】
調節装置の数と配置は、基本的に任意に選択され得る。適切な調節動作が確実に生成され得るだけで済む。本発明の装置の好適な実施の形態の場合、車輪ユニットの1車輪当たり、さらに又は別に車輪ユニットの1車輪軸受当たり、そしてさらに又は別に車輪ユニットの連結された複数の車輪当たり、少なくとも1つの調節装置が設けられている。
【0030】
調節装置と車輪ユニットとの間の連結部分は、基本的に任意に構成され得る。本発明の装置の好適な実施の形態の場合、所望の大きさの調節動作又は制御トルクを簡単な調節装置で簡単に実現するため、変速機が調節装置と車輪ユニットの車輪又は車輪軸受との間に配置され得る。
【0031】
動作、特に調節装置の動作が、必要な調節動作に合わせられ得る。例えば線形な調節動作が必要であるか又は望ましい場合、調節装置が線形動作を呈することが特に提唱されている。これに対して回転的な調節動作が必要であるか又は望ましい場合、調節装置が回転的な動作を呈することが特に提唱されている。
【0032】
調節装置は、個々の車輪ユニット間の望ましい連結に応じて基本的に任意に配置できる。すなわち、調節装置が、異なる車両側の車輪間に配置され得る。その一方で調節装置を車両側に、特に車両側の車輪間に配置してもよい。
【0033】
個々の調節装置が故障したときでも可能な動作を保証するため、本発明の装置の好適な実施の形態の場合、多数の調節装置を組合わせて冗長性をもたせることが提唱されている。このとき、これらの調節装置は、調節動作を有効に生成するために使用される。これらの調節装置は、その他の1つの又は複数の調節装置が故障したときでもそれぞれそれ自体単独で生成できる。
【0034】
以下に、本発明を図中に示された実施の形態に基づいて詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
図1は、軌条車両用の3軸シャーシ1、例えば3軸台車又はボデーに装着されて連結された一組の車輪若しくは車輪対の携帯の3つの車輪ユニットを示す。この3軸シャーシ1は、図中に示さなかった縦ビームと横ビームとから構成されている台車シャーシ又はボデーシャーシを有する。3つの車輪ユニット8,9,10の車輪軸受ハウジング2〜7が、図示しなかったバネ要素を介して縦ビームに固定されている。つまり、第1車輪ユニット8(外輪)用の車輪軸受ハウジング2,3,第2車輪ユニット9(中輪)用の車輪軸受ハウジング4,5及び第3車輪ユニット10(外輪ユニット)用の車輪軸受ハウジング6,7が、図示しなかったバネ要素を介して縦ビームに固定されている。これらの車輪ユニット8,9,10は、複数の車輪11を有する。これらの車輪ユニット8,9,10は、図示しなかった駆動モータ、例えばサスペンションモータ又はかご形モータによって駆動され得る。
【0036】
両外輪ユニット8,10の車輪軸受ハウジング2,3、4,5は、特に軌条車両の走行方向に又は走行方向に対して逆の方向に可動である。このことは、方向矢印x1,x2によって示されている。中輪ユニット9の車輪軸受ユニット9の車輪軸受ハウジング4,5は、特に軌条車両の走行方向に対して垂直に可動である。このことは、方向矢印y1,y2によって示されている。
【0037】
車輪軸受ハウジング2,3、4,、6,7はそれぞれ、同一のシャーシの側方上だけでステアリングロッド回転レバー構成を介して連結されている。
【0038】
直角レバー14が、シャーシ固定回転軸16を有し、かつステアリングジョイント17を介して、このステアリングジョイント17の第2アームを介して中央の車輪ユニット9の車輪軸受5の側面に連結されている。
【0039】
シャーシ固定中央回転軸19を有する回転レバー18が、車輪軸受ハウジング7に割当てられている。この場合、車輪軸受ハウジング7に向かって延在するステアリングロッド20が、この回転レバー18の第1ステアリングジョイント21に係合し、この回転レバー18の第2ステアリングジョイント22が、ステアリングロッド23に連結されている。このステアリングロッド23は、他方では直角レバー14の既に説明したステアリングジョイント13に向かって延在する。
【0040】
この実施の形態では、シャーシの一方の側面の車輪軸受ハウジング3,5,7の軸継手が、軌条車両の縦軸に対して対称にシャーシの他方の側面の車輪軸受ハウジング2,4,6でも実現されている。
【0041】
傾斜ステアリングロッド24が、直角レバー26のステアリングジョイント25と車輪軸受ハウジング2のステアリングジョイント27との間に配置されている。
【0042】
直角レバー26が、シャーシ固定回転軸28を有し、かつステアリングジョイント29を介して、このステアリングジョイント29の第2アームを介して中央の車輪ユニット9の車輪軸受4の側面に連結されている。
【0043】
シャーシ固定中央回転軸31を有する回転レバー30が、車輪軸受ハウジング6に割当てられている。この場合、車輪軸受ハウジング6に向かって延在するステアリングロッド32が、この回転レバー30の第1ステアリングジョイント33に係合し、この回転レバー30の第2ステアリングジョイント34が、ステアリングロッド35に連結されている。このステアリングロッド35は、他方では直角レバー26の既に説明したステアリングジョイント25に向かって延在する。
【0044】
第1調節動作と第2調節動作を車輪ユニット8,9,10で生成するため、一連の調節ユニットが、簡単なアクチュエータの形態で設けられている。以下で、これらの調節ユニットの配置と作用を説明する。
【0045】
走行方向(x1)に又は走行方向とは逆(x2)に作用する線形のアクチュエータ36が、車輪軸受ハウジング2に対して配置されている。
【0046】
走行方向(y1,y2)に対して垂直に作用する線形のアクチュエータ37が、車輪軸受ハウジング4に対して配置されている。これとは別に又はこれと組合わせて、図1中では回転的に作用するアクチュエータ38が配置されている。このアクチュエータ38は、回転軸28周りに回転する。
【0047】
走行方向(x1)に又は走行方向の逆(x2)に作用する線形のアクチュエータ39が、車輪軸受ハウジング6に対して配置されている。これとは別に又はこれと組合わせて、図1中では走行方向(x1)に又は走行方向の逆(x2)に作用するアクチュエータ40及び回転的に作用するアクチュエータ41が回転レバー30のステアリングジョイント33に対して配置されている。アクチュエータ41は、回転軸31周りに回転する。
【0048】
アクチュエータ36〜41は、選択的に個々に又は組み合わせて使用され得る。これによって、多数のアクチュエータ36〜41を組合わせた場合、冗長性が提供される。その結果、1つ又は多数のアクチュエータ36〜41が故障した場合、その他の故障していないアクチュエータが、その少なくとも一部の機能を引き継ぐ。
【0049】
本発明の方法は、シャーシ内で、すなわちボデーに対する機械的な作用連結なしに、同時に又は集中的に少なくとも2つの周波数範囲内で実施される集中制御にある。
【0050】
第1周波数範囲内では、シャーシ又は車両の車輪ユニット8,9,10に作用する横方向の力の総和を均等化しつつ、車輪ユニット8,9,10が、曲線路内でほぼ静的に調節される。換言すれば、横方向の力の合力が、各車輪ユニットに作用する。この合力は、別の車輪ユニットの横方向の力の合力に少なくとも動作モードで一致する。
【0051】
既に上述したように第2周波数範囲内では、走行安定性が制御される。すなわち、以下でさらに詳しく説明する系の1つ又は多数の状況値の測定される瞬時値から、機械的な系の瞬時の状況の表示が得られる。このことは、例えば適切な安定性マトリクスの形態で起こる。このマトリックスは、一方では例えばバネ等のように能動的に制御不可能な系の要素の変更不可能な機械的なパラメータによって影響を受ける。しかしながら、アクチュエータの変動パラメータも、このマトリックスの算出に同様に使用される。
【0052】
この瞬間の安定性マトリクスが、適切な数学的アルゴリズムによってこれらの安定性に関して検査される。不安定な場合、安定な安定性マトリクスが得られるまで、すなわち安定な系が得られるまで、アクチュエータに起因し、能動的に影響を受ける系記述部(Systembeschreibung)の変動パラメータが適切に変更される。次いで、アクチュエータに起因する変動パラメータに対してこうして得られた「安定な」瞬時値が、それぞれのアクチュエータに対する制御信号を生成するために利用される。したがって、アクチュエータが、迅速に、簡単にかつ有効に安定な系の状況を取得できる。安定性を制御する公知の方法のときとは違って、ここではより長い時間にわたる測定値の記録及び(例えば、フーリエ変換による)これらの一連の測定の分析が不必要である。系の実際の運動状況に対して遅延した反応だけが、この分析によって可能である。特に横方向、すなわち車両の長手方向に対して垂直の車輪ユニットの速度及び加速度並びに垂直軸周りの車輪ユニットの速度及び加速度が、上述した状況値に属する。選択された制御概念に応じて、これらの測定される状況値のうちの少なくとも1つの状況値又はこれらの測定される状況値の組合わせが、上述した安定性の制御に対して利用される。
【0053】
第2周波数範囲の少なくとも一部は、第1周波数範囲から成る周波数よりも高い。この制御は、迅速に応答するアクチュエータ36〜41を制御する。これらのアクチュエータ36〜41は、車輪ユニット8,10の角度位置又はシャーシに対する車輪ユニット9の横方向のずれを調節する。
【0054】
この実施の形態では、外輪ユニット8,10間の相対角度及び中輪ユニット9の横方向のずれが制御される。
【0055】
これとは別に又はこれと組合わせて、シャーシ又はボデーに対する1つ、多数及び/又は多数の車輪ユニット8,9,10の絶対角度がさらに制御され得る。該当する車輪ユニット8,9,10のほぼ静的な調節が、この実施の形態では実際に走行する軌道区間の曲率半径だけに依存して制御される。この曲率半径は、適切なセンサ、例えば横加速度センサ及び/又は回転加速度センサ,回転速度センサ及び/又は横速度センサの測定信号によって算定される。
【0056】
これとは別に、該当する車輪ユニット8,9,10の調節は、曲率半径,走行速度,一様でない横加速度,摩擦係数及び/又は走行車輪11とレールとの間の分布パラメータに応じて制御してもよい。これらの値も、適切なセンサ機器によって算定される。
【0057】
この制御方法に対しては、例えばシャーシに対する各車輪ユニット8,9,10の横方向の変位,シャーシに対する各車輪ユニット8,9,10のヨー角度,アクチュエータ36〜41の調節変位又は調節角度,アクチュエータ36〜41の調節出力又は制御トルク,(絶対)走行速度,横方向の車輪ユニットの(絶対)速度又は(絶対)加速度,車輪ユニットの(絶対)ヨー速度又は(絶対)ヨー加速度,及び/又は曲率半径が、適切なセンサ、例えば横加速度センサ及び/又は横加速度センサ,回転速度センサ及び/又は横速度センサによって感知され得る。
【0058】
しかも、車輪対又は一組の車輪の運動の周波数分析が不必要であり実施されない。
【0059】
本発明の装置は、−図1中に示さなかった−アクチュエータ36〜41に対応する制御入力部に接続されている制御装置を有する。この制御装置は、少なくとも2つ、この実施の形態では3つの車輪ユニット8,9,10を有する軌条車両又は少なくとも2つの車輪ユニットを有する軌条車両の台車のこれらの車輪ユニット8,9,10のほぼ静的な調節と安定性制御とに使用される。アクチュエータ36〜41は、一方ではほぼ静的な操舵形態の第1調節動作及び走行すべき軌道区間、例えば曲線路の曲率半径に応じた出力を生成し、そして曲線走行時と直線走行時の双方の操舵形態の第2調節動作及び車両走行を安定化するより高い周波数を有する出力を重畳させる。
【0060】
アクチュエータ36〜41は、調節装置の基準に応じた操舵及び出力を生成する。
【0061】
アクチュエータ36〜41は、車輪ユニット8,10を垂直軸周りに回転させ、及び/又は車輪ユニット9を横方向に並進させる。
【0062】
出力は、電気式に、油圧式に、空気式に又はこれらの方法を組合わせることによってアクチュエータ36〜41で生成される。
【0063】
この実施の形態のように、車輪ユニット8,9,10の1車輪11又は車輪軸受当たり少なくとも1つのアクチュエータ36〜41が、シャーシの側面上に設けられている。
【0064】
1つのアクチュエータ36〜41が、互いに連結されている少なくとも2つの車輪に対して作用する。この連結部分は、この実施の形態のように同一の車輪ユニット8,9,10の車輪11ともう1つの車輪11又は同一の車両側面若しくは対向する車両側面上の別の車輪ユニットの車輪との間に配置してもよい。
【0065】
アクチュエータ36〜41の出力及びトルクが、調節に又は変速機の中間切換の下で伝達される。
【0066】
この実施の形態では、アクチュエータ36,37,39,40の動作が線形である。これらのアクチュエータ36,37,39,40は、同時にステアリングロッドの機能を請け負う。これらのアクチュエータ36,37,39,40は、さらに場合によっては存在する受動的な連結部分に作用し、レバー又はロッドを介してこの連結部分に連結されている。
【0067】
さらにアクチュエータは、アクチュエータ38,41の実施の形態のときのように回転的に作用してもよい。このとき、このアクチュエータは、回転軸受の機能を同時に請け負う。このアクチュエータは、さらに場合によっては存在する受動的な連結部分に作用し、レバー又はロッドを介して又は回転連結部分を介してこの受動的な連結部分に連結されている。
【0068】
図2は、軌条車両のシャーシを示す。1つの台車シャーシ又はボデーシャーシ50,複数の車輪53を有する2つの車輪ユニット51,52及び車輪軸受ハウジング54〜57が示されている。車輪ユニット51,52は、回転軸58,回転レバー59,60及びステアリングロッド61によってラジアルに制御可能に軸支され、主バネ要素62によってシャーシ50に連結されている。
【0069】
アクチュエータ63〜65は、ほぼ静的な操舵の形態の調節動作及び走行すべき走行路区間、例えば曲線路の曲率半径に応じた出力を生成し、そして操舵形態の第2調節動作及び車両走行を安定化させるより高い周波数の出力を曲線走行時と直線走行時の双方で重畳させる。
【0070】
アクチュエータ63〜65は、これらのアクチュエータに接続されている−図2中に示さなかった−本発明の制御装置の基準に応じた操舵及び出力を生成する。
【0071】
アクチュエータ63〜65は、車輪ユニット51,52を垂直軸周りに回転させる。
【0072】
出力は、電気式に、油圧式に、空気式に又はこれらの方法を組合わせることによってアクチュエータ63〜65で生成される。
【0073】
アクチュエータ63〜65が回転軸58,回転レバー59,60及びステアリングロッド61を介して連結されているので、これらのアクチュエータは、この実施の形態では両車輪ユニット51,52に対して作用する。線形のアクチュエータ63は、回転レバー59のジョイント点66に配置されている。線形のアクチュエータ64は、車輪ユニット52の車輪軸受ハウジング56に配置されている。回転式のアクチュエータ65は、回転レバー59に配置されていて、水平方向に延在する回転軸67周りに回転する。
【0074】
アクチュエータ63〜65のうちの1つ、多数又は全てのアクチュエータを設けてもよい。アクチュエータ63〜65のうちの多数が使用される場合、所定のアクチュエータが、第1調節動作の生成に、すなわち曲線路にしたがう車輪ユニットのほぼ静的な調節に(すなわち、特により低い周波数範囲内で)使用され、その他のアクチュエータは、第2調節動作の生成に、すなわち安定化制御に(すなわち、特により高い周波数範囲内で)使用されることが考えられる。
【0075】
多数のアクチュエータ63〜65を組合わせた場合、これによって冗長性が提供される。その結果、1つ又は多数のアクチュエータ63〜65が故障した場合、その他の故障していないアクチュエータが、その機能の少なくとも一部を引き継ぐ。
【0076】
回転軸58は省略してもよい;それ故にこの場合は、この種類の少なくとも1つのアクチュエータ63〜65が各側面に配置される。
【0077】
第1周波数範囲内では、シャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪51に作用する横方向の力の総和を均等化しつつ、車輪ユニット51,52が、曲線路内でほぼ静的に調節される。換言すれば、横方向の力のベクトル和が、それぞれの車輪ユニットに作用する。このベクトル和は、その他の車輪ユニットに作用する横方向の力のベクトル和に少なくとも動作モードで一致する。
【0078】
第2周波数範囲内では、走行安定性の上述した制御が実施される。この場合、この第2周波数範囲の少なくとも一部が、第1周波数範囲から成る周波数よりも高くある周波数を呈する。制御装置が、迅速に反応するアクチュエータ63〜65を制御する。この制御は、この制御装置によって実現される。これらのアクチュエータ63〜65は、シャーシに対する車輪ユニット51,52の角度位置を調節する。
【0079】
この実施の形態でも、車輪ユニット51,52間の相対角度が制御される。該当する車輪ユニット51,52のほぼ静的な調節が、この実施の形態でも走行すべき走行路区間の曲率半径だけに応じて制御される。
【0080】
図3,4中にはそれぞれ、能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の個々の車輪ユニット及び1つ又は多数のアクチュエータ68〜76の異なる配置の可能性が示されている。
【0081】
図3中には、線形のアクチュエータ68が、車輪軸受ハウジング77に配置されている。線形のアクチュエータ69が、ステアリングビーム79の端部のステアリングジョイント78に配置されている。ステアリングジョイント78が、同時にステアリングロッド80を介して車輪軸受ハウジング77に接続されている。ステアリングロッド80が、垂直回転軸81周りに回転可能に軸支されている。この垂直回転軸81は、車両の中心線と交差する。線形のアクチュエータ70が、ステアリングビーム79に沿って回転軸81の外側に配置されたステアリングジョイント82に配置されている。回転式アクチュエータ71が、ステアリングビーム79の回転点81に配置されている。回転式アクチュエータ72が、回転レバー83及びステアリングロッド84を介して回転軸81の外側のステアリングビーム79のステアリングジョイント85に連結されている。ステアリングビーム79が、このステアリングビーム9の端部に配置されたステアリングジョイント86及びこのステアリングジョイント86に固定されたステアリングロッド87を介して車輪軸受ハウジング88に連結されている。
【0082】
走行方向に作用する線形のアクチュエータ73(図4)が、ステアリングジョイント89を介して直角レバー90の脚と共に作動し、ステアリングロッド91が、車輪軸受ハウジング92に作用する。直角レバー90が、水平な回転軸93周りに軸支されている。回転式アクチュエータ76が、この回転軸93に係合する。これらの線形なアクチュエータ74,75は、ステアリングビーム94に平行に作用する。このことは、ステアリングジョイント95を介してステアリングビーム94で又は直角レバー97の脚のステアリングジョイント96に対して実施される。直角レバー97は、垂直な回転軸98周りに軸支されていて、他方の端部でステアリングジョイントとステアリングロッド99を介して車輪軸受ハウジング100に連結されている。これらのアクチュエータ73〜76も、冗長性を高めるために個々に又は組み合わせて使用可能である。
【0083】
図5〜7中には、それぞれ1つのアクチュエータ101,102を有するシャーシ又は車両の個々の車輪ユニットが示されている。
【0084】
回転式アクチュエータ101が、対応するステアリングジョイント104,両端部に対して 90 °だけ屈曲し、その縦軸周りに回転可能に軸支された回転軸105,ステアリングロッド106及び車輪軸受ハウジング107を介して両車輪103の連結部分の機能を同時に請け負う。したがって、アクチュエータ101は、安定性制御に応じて両車輪103を同時に調節して、車輪103を垂直軸周りに回転させる。換言すれば、このアクチュエータ101は、第1調節動作及び第2調節動作を同時に生成する。
【0085】
図6中には、2つの車輪108が、ステアリングロッド110,ステアリングジョイント111及び両端部に対して反対方向に 90 °だけ屈曲し、その縦軸周りに回転可能に軸支された回転軸を介してこれらの車輪108の車輪軸受ハウジング109に連結されている。回転式アクチュエータ102が、ステアリングジョイント113及びステアリングロッド114を介して回転軸112の屈曲された端部間に配置されている。この回転式アクチュエータ102は、回転軸112をその縦軸周りに回転させ、同時に車輪108を垂直軸周りに回転させる。
【0086】
図5の実施の形態でも図6の実施の形態でも、アクチュエータ101、102が、車輪103,108間でほぼ中央に配置され得る。最適な取付け場所は、所要面積及び個々の要素の重量分布にしたがって調整される。
【0087】
図7は、連結された車輪115を有する個々の車輪ユニットのもう1つの実施の形態を示す。この連結は、車輪軸受ハウジング116,この車輪軸受ハウジング116に配置されたステアリングロッド117,118,119,ステアリングジョイント120及び回転軸121を介して実現される。この回転軸121は、シャーシに固定された軸受122によってその縦軸周りに回転可能に軸支されている。ステアリングロッド118,119に連結するため、レバー123が、ステアリングジョイント120を介して回転軸121の端部に配置されている。両ステアリングロッド117,119が、回転式アクチュエータ124に連結されている。このアクチュエータ124は、車輪115を垂直軸周りに回転させる。したがって、回転式アクチュエータ124は、シャーシの横に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】自己誘導式の3軸シャーシ又は車両を概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図2】2軸車輪又は車両を概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図3】能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪を異なる構成でそれぞれ概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図4】能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪を異なる構成でそれぞれ概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図5】能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪を異なる構成でそれぞれ概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図6】能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪を異なる構成でそれぞれ概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【図7】能動的なラジアル制御部を有するシャーシ又は車両の車輪対又は一組の車輪を異なる構成でそれぞれ概略的にかつ縮尺に従わないで示す。
【符号の説明】
【0089】
1 3軸シャーシ
2 車輪軸受ハウジング
3 車輪軸受ハウジング
4 車輪軸受ハウジング
5 車輪軸受ハウジング
6 車輪軸受ハウジング
7 車輪軸受ハウジング
8 車輪ユニット
9 車輪ユニット
10 車輪ユニット
11 車輪
12 ステアリングロッド
13 ステアリングジョイント
14 直角レバー
15 ステアリングジョイント
16 回転軸
17 ステアリングジョイント
18 回転レバー
19 回転軸
20 ステアリングロッド
21 第1ステアリングジョイント
22 第2ステアリングジョイント
23 ステアリングロッド
24 ステアリングロッド
25 ステアリングジョイント
26 直角レバー
27 ステアリングジョイント
28 回転軸
29 ステアリングジョイント
30 回転レバー
31 回転軸
32 ステアリングロッド
33 第1ステアリングジョイント
34 第2ステアリングジョイント
35 ステアリングロッド
36 アクチュエータ
37 アクチュエータ
38 アクチュエータ
39 アクチュエータ
40 アクチュエータ
41 アクチュエータ
50 ボデーシャーシ
51 車輪ユニット
52 車輪ユニット
53 車輪
54 車輪軸受ハウジング
55 車輪軸受ハウジング
56 車輪軸受ハウジング
57 車輪軸受ハウジング
58 回転軸
59 回転レバー
60 回転レバー
61 ステアリングロッド
62 主バネ要素
63 アクチュエータ
64 アクチュエータ
65 アクチュエータ
66 ジョイント点
68 アクチュエータ
69 アクチュエータ
70 アクチュエータ
71 アクチュエータ
72 アクチュエータ
73 アクチュエータ
74 アクチュエータ
75 アクチュエータ
76 アクチュエータ
77 車輪軸受ハウジング
78 ステアリングジョイント
79 ステアリングビーム
80 ステアリングロッド
81 回転軸
82 ステアリングジョイント
83 回転レバー
84 ステアリングロッド
85 ステアリングジョイント
86 ステアリングジョイント
87 ステアリングロッド
88 車輪軸受ハウジング
89 ステアリングジョイント
90 直角レバー
91 ステアリングロッド
92 車輪軸受ハウジング
93 回転軸
94 ステアリングビーム
95 ステアリングジョイント
96 ステアリングジョイント
97 直角レバー
98 回転軸
99 ステアリングロッド
100 車輪軸受ハウジング
101 アクチュエータ
102 アクチュエータ
103 車輪
104 ステアリングジョイント
105 回転軸
106 ステアリングロッド
107 車輪軸受ハウジング
108 車輪
109 車輪軸受ハウジング
110 ステアリングロッド
111 ステアリングジョイント
112 回転軸
113 ステアリングジョイント
114 ステアリングロッド
115 車輪
116 車輪軸受ハウジング
117 ステアリングロッド
118 ステアリングロッド
119 ステアリングロッド
120 ステアリングジョイント
121 回転軸
122 軸受
123 レバー
124 アクチュエータ

Claims (26)

  1. シャーシ、特に軌条車両のシャーシの少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)を能動的にラジアル制御し、この場合、調節動作が、車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用される方法において、調節動作による集中制御が、少なくとも2つの同一でない周波数範囲内で実施され、この場合、第1調節動作が、第1周波数範囲内で車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用され、第2調節動作が、この第1周波数範囲からシフトしている第2周波数範囲内で重畳してこの車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用されることを特徴とする方法。
  2. 集中制御がシャーシ内で機械的な作用連結なしにボデーに作用するように、この集中制御は、台車を有するシャーシを備えた車両で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. シャーシの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)に作用する横方向の力の総和が均等化されるように、車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)が、第1周波数範囲内の調節動作によって曲線走行時にほぼ静的に調節されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. シャーシの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)に作用する横方向の力の分布が生じ、この分布の場合、走行状況がプリセット可能な運転条件及び保守条件に合わせられているように、車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)が、第1周波数範囲内の調節動作によって曲線走行時にほぼ静的に調節されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 車両の走行安定性が、第2周波数範囲内の調節動作によって制御されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 第2周波数範囲の少なくとも一部が、第1周波数範囲から成る周波数よりも高くある周波数を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 第2周波数範囲は、第1周波数範囲よりも上にあることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 第2周波数範囲は、第1周波数範囲に隣接していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 第1周波数範囲は、0Hz〜3Hzであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 第2周波数範囲は、0Hz〜10Hz、特に3Hz〜10Hzであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 制御部が、少なくとも1つの迅速に反応する調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)を制御し、この調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)は、シャーシ又はボデーに対する車輪ユニット(8,10,51,52)の角度位置を調節することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 少なくとも2つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)を有する車両の外輪ユニット(8,10,51,52)間の相対角度が、調節動作によって制御されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. シャーシ又はボデーに対する少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の絶対角度が、調節動作によって制御されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 車輪ユニット(8,9,10,51,52)の調節が、曲率半径及び/又は走行速度及び/又は一様でない横加速度及び/又は摩擦係数及び/又は車輪(11,53,103,108,115)とレールとの間の分布パラメータに応じて制御されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 台車のシャーシ又はボデーに対する少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の算出された横方向の変位,台車のシャーシ又はボデーの少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)の算出されたヨー角度,少なくとも1つの調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)の算出された調節変位又は調節角度,少なくとも1つの調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)の算出された調節量,算出された走行速度,車輪ユニット(8,9,10,51,52)の横方向の算出された速度又は加速度,車輪ユニット(8,9,10,51,52)の算出されたヨー速度又はヨー加速度及び/又は走行路の曲率半径が、制御方法に対して利用されることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
  16. −調節動作を車輪ユニット(8,9,10,51,52)に対して作用させるため、特に垂直軸周りに回転及び/又は横方向に並進させるため、車輪ユニット (8,9,10,51,52)に連結されている少なくとも1つの調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)を有し、
    −この調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)を制御するため、この調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)に連結されている制御装置を有する、特に請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法を使用するための車両の少なくとも1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)を能動的にラジアル制御する装置において、
    −実際に走行すべき走行路区間の曲率半径に応じて車輪ユニット(8,9,10,51,52)のほぼ静的な操舵を生成するため、第1調節動作を第1周波数範囲内でこの車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用され、
    −この車輪ユニット(8,9,10,51,52)の操舵を生成して車両の走行を安定化させるため、第1調節動作に重畳した第2調節動作を第1周波数範囲からシフトしている第2周波数範囲内でこの車輪ユニット(8,9,10,51,52)に作用されるように、調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)を制御する制御装置が構成されていることを特徴とする装置。
  17. 調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)は、電気式、油圧式又は空気式のアクチュエータ(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)として構成されていることを特徴とする請求項16に記載の装置。
  18. 少なくとも1つの調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)が、車輪ユニットの1車輪(11,53,103,108,115)当たり及び/又は車輪ユニット(8,9,10,51,52)の1車輪軸受当たり及び/又は連結された複数の車輪(11,53,103,108,115)当たり設けられていることを特徴とする請求項16又は17に記載の装置。
  19. 少なくとも2つの車輪(11,103,108,115)が、互いに連結されていることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の装置。
  20. 少なくとも2つの連結された車輪(11,53,103,108,115)が1つの車輪ユニット(8,9,10,51,52)に属し、及び/又は2つの連結された車輪が異なる車輪ユニットに属し、この場合、これらの連結された車輪は、同一の又は対向する車両面上に配置されていることを特徴とする請求項19に記載の装置。
  21. 変速機が、調節装置(36〜41,63〜65,68〜76,101,102,124)と車輪ユニット(8,9,10,51,52)の車輪(11,53,103,108,115)又は車輪軸受との間に配置されていることを特徴とする請求項16〜20のいずれか1項に記載の装置。
  22. 調節装置(36,37,39,40,63,64,68〜70)は、線形動作することを特徴とする請求項16〜21のいずれか1項に記載の装置。
  23. 調節装置(38,41,65,71,72,101,102,124)は、回転動作することを特徴とする請求項16〜22のいずれか1項に記載の装置。
  24. 調節装置(71,101,102)は、車両の異なる側面の車輪(11,53,103,108,115)間に配置されていることを特徴とする請求項16〜23のいずれか1項に記載の装置。
  25. 調節装置(36〜41,63〜65,68,69,72,75,76,124)は、車両面上に、特に車両面の車輪(11,53,103,108,115)間に配置されていることを特徴とする請求項16〜24のいずれか1項に記載の装置。
  26. 多数の調節装置(36〜41)が、冗長性を提供するために組み合わされることを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の装置。
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