PL190447B1 - Układ sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego - Google Patents

Abstract

1 Uklad sterowania pochylenia skrzyni wa- gonu pojazdu szynowego z czujnikiem przy- spieszenia poprzecznego i sterowanym przez ten czujnik czlonem sterujacym pochylenie skrzyni wagonu wokól swej osi wzdluznej wzgledem wspierajacego te skrzynie wagonu zespolu jezdnego lub wózka oraz z dolnoprze- pustowym filtrem wlaczonym w droge sygnalu pomiedzy czujnikiem przyspieszenia poprzecz- nego a czlonem sterujacym pochylenie, zna- m ienny tym , ze w droge sygnalu pomiedzy czujnikiem (1) przyspieszenia poprzecznego a dolnoprzepustowym filtrem (3) jest wlaczony zespól (2) charakterystyki, którego sygnal wyj- sciowy przynajmniej w srodkowej czesci (aqem ) przewidzianego zakresu pomiarowego mierzonych wartosci (aqe) przyspieszenia po- przecznego jest nastawiony na wartosc, przy której przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu dla tej czesci (aqem ) jest w przyblize- niu stale Fig. 1 PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy układu sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego z czujnikiem przyspieszenia poprzecznego i sterowanym przez ten czujnik członem sterującym pochylenie skrzyni wagonu wokół swej osi wzdłuznej względem wspierającego tę skrzynię wagonu zespołu jezdnego lub wózka oraz z dolnoprzepustowym filtrem włączonym w drogę sygnału pomiędzy czujnikiem przyspieszenia poprzecznego a członem sterującym pochylenie

W znanym z DE 37 27 768 Cl tego rodzaju układzie sterowania pochylenia do wytwarzania sygnału sterującego zaleznym od łuku toru pochyleniem skrzyni pojazdu szynowego, oprócz czujnika przyspieszenia poprzecznego, przewidziano giroskop do określania prędkości obrotowej skrzyni wagonu i czujnik prędkości Sygnały wyjściowe czujnika przyspieszenia poprzecznego i czujnika kąta obrotu podawane są na takiego samego rodzaju elektryczne filtry dolnoprzepustowe z dolną częstotliwością graniczną, aby z tych sygnałów wyjściowych wyfiltrować sygnały podstawowe, na które nałożone są drgania zakłócające. Odfiltrowany, zalezny od kąta obrotu sygnał wyjściowy giroskopu jest mnożony przez sygnał zalezny od prędkości pojazdu i przyspieszenia ziemskiego, a następnie wraz z odfiltrowanym sygnałem czujnika przyspieszenia poprzecznego podawany jako sygnał sumy na urządzenie sterowania pochyleniem, które zalezme od wielkości wejściowych realizuje pochylenie skrzyni wagonu wokół jej osi wzdłuznej względem wspierającego skrzynię układu mechanizmów jezdnych lub wózków Filtry dolnoprzepustowe mają przy tym częstotliwość graniczną 2 Hz. Ta niska częstotliwość graniczna powoduje niepożądane opóźnienie elektryczne sygnału wyjściowego. Aby wyrównać tę wadę, która ma szkodliwy wpływ na komfort jazdy, powodując opóźnione pochylenie

190 447 skrzyni wagonu, do przefiltrowanego przez filtr dolnoprzepustowy sygnału wyjściowego określającego pochylenie skrzyni wagonu doprowadzany jest sygnał korekcji uzyskany przez wielokrotne mnożenie i dodawanie, który jest obliczany z prędkości obrotowej skrzyni wagonu wokół swej osi pionowej i zjej prędkości jazdy. Koszt techniczny takiego rozwiązania jest stosunkowo duzy, podobnie jak i możliwość błędów. Dochodzi do tego duza, w porównaniu z prędkością zmian przyspieszenia poprzecznego, częstotliwość graniczna filtru dolnoprzepustowcgo

U podstaw wynalazku lezy zadanie zastosowania w układzie sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego środków, za pomocą których, przy uproszczonej budowie układu uzyskuje się wysterowanie bez opóźnienia urządzenia sterującego pochyleniem skrzyni wagonu

Układ sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego z czujnikiem przyspieszenia poprzecznego i sterowanym przez ten czujnik członem sterującym pochylenie skizyni wagonu wokół swej osi wzdłuznej względem wspierającego tę skrzynię wagonu zespołu jezdnego lub wózka oraz z dolnoprzepustowym filtrem włączonym w drogę sygnału pomiędzy czujnikiem przyspieszenia poprzecznego a członem sterującym pochylenie, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, ze w drogę sygnału pomiędzy czujnikiem przyspieszenia poprzecznego a dolnoprzepustowym filtrem jest włączony zespół charakterystyki, którego sygnał wyjściowy przynajmniej w środkowej części przewidzianego zakresu pomiarowego mierzonych wartości przyspieszenia poprzecznego jest nastawiony na wartość, przy której przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu dla tej części jest w przybliżeniu stałe

Korzystnie, środkowa część dla panujących w płaszczyźnie toru wartości przyspieszenia poprzecznego jest w zakresie w przybliżeniu 0,4-1,6 m/s²

Sygnał wyjściowy zespołu charakterystyki przy mierzonych wartościach przyspieszenia poprzecznego w zakresie 0,4-1,6 m/s2 jest dobrany tak, ze w skrzyni wagonu utrzymywane jest przyspieszenie poprzeczne w przyblizemu 0,4 m/s.

Korzystnie, w zespole charakterystyki zawarte jest wiele różnych pól charakterystyk, które są wywoływane według wyboru.

W układzie sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego do sterowania powodującego pochylenie skrzyni wagonu układu członów nastawczych wykorzystuje się tylko sygnał wyjściowy czujnika przyspieszenia poprzecznego, który w swej postaci pierwotnej, obciążony drganiami zakłócającymi, jest podawany na zespół charakterystyki. W tym zespole charakterystyki zawarta jest co najmniej jedna charakterystyka, według której dla określonej wartości sygnału wejściowego wyprowadzana jest przyporządkowana jej wartość sygnału wyjściowego. Przetwarzanie sygnału wejściowego następuje przy tym w taki sposób, ze do sterowania pochylenia skrzyni wagonu wykorzystywany jest tylko obszar środkowy. Zespół charakterystyki może być wykonany zwłaszcza jako zespół cyfrowy, przy czym w pamięci zawarte są wartości sygnału wyjściowego przyporządkowane wielkościom sygnału wyjściowego czujnika przyspieszenia poprzecznego. Charakterystyka tego zespołu charakterystyki ma obszar początkowy bez przetwarzania, w którym sygnał wyjściowy nie daje żadnego sygnału wyjściowego, to znaczy przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu zmienia się jak przyspieszenie poprzeczne w płaszczyźnie toru. W następnym środkowym obszarze z przetwarzaniem zespół charakterystyki zdefiniowany jest jako funkcja dowolnie narastająca monotonicznic

W szczególności wybiera się części krzywej narastające odcinkami liniowo Co najmniej jedna część krzywej musi być przy tym tak stroma, ze przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu pozostaje stałe dla tego obszaru krzywej. Dzięki temu opóźnienie dołączonego filtru dolnoprzepustowego może być przynajmniej częściowo kompensowane. Od zadanej górnej wartości przyspieszenia zespół chaiakterystyki wytwarza ponownie nie przetworzoną stalą wartość sygnału wyjściowego niezaleznąod sygnału wejściowego, tak ze przyspieszenie popizeczne w jadącej skrzyni wagonu przy braku dalszego pochylenia skrzyni zmienia się znów tak jak przyspieszenie poprzeczne w płaszczyźnie toru Ujmowany w płaszczyźnie toru obszar początkowy sięga korzystnie w przybliżeniu do 0,4 m/s, środkowy obszar przetwarzania obejmuje zaś 0,4-1,6 m/s² Sygnał wyjściowy zespołu charakterystyki może według wyboru mieć nie przetworzoną wartość przyspieszenia poprzecznego lub wartość określającą

190 447 zadany kąt pochylenia skrzyni wagonu Taki filtr dolnoprzepustowy może mieć przy tym częstotliwość graniczną mniejszą mz 1 Hz. Korzystnie tę częstotliwość graniczną ustawia się na w przyblizemu 0,2 Hz. Pomimo zwiększonego na skutek tego opóźnienia filtru poprzez funkcję przetwarzania zespołu charakterystyki otrzymuje się szybko reagujące wysterowanie układu członów nastawczych, ponieważ opóźnienie filtru dolnoprzepustowego jest przynajmniej częściowo kompensowane Niska częstotliwość graniczna filtru dolnoprzepustowego prowadzi do miękkiej zmiany pochylenia skrzyni wagonu i do łagodnego przejścia charakterystyki na początku i przy końcu obszaru charakterystyki z przetwarzaniem. Dzięki brakowi dalszych czujników i odpowiednich zespołów filtrujących i zliczających uzyskuje się proste, niepodatne na zakłócenia i realizowane tamo z małymi nakładami technicznymi sterowanie pochylenia.

Dopuszczalne przyspieszenie poprzeczne w płaszczyźnie toru jest przykładowo ograniczone do wartości w zakresie 0-2 m/s². Przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu zmienia się przy tym w zakresie do około 0,4 m/s ² tak samo jak w płaszczyźnie toru, natomiast w środkowej części na skutek odpowiedniego uaktywnienia członów nastawczych sterowania pochyleniem jest utrzymywane jako w przybliżeniu stałe na wartości 0,4 m/s2, aby w zakresie powyżej 1,6 m/s znowu wzrastać równobiezme az przykładowo do około 0,8 m/s .

Dopasowanie przebiegu sterowania do różnych rodzajów pojazdów szynowych można jeszcze osiągnąć przez to, ze w zespole charakterystyki zawarte jest wiele pól charakterystyk, które mogą być wywołane przy instalowaniu na pojeździe szynowym lub na żądanie według zmiany charakterystyki pochylenia. W cyfrowym zespole charakterystyki pewnemu przebiegowi sygnału wejściowego według charakterystyki może być przyporządkowana pewna grupa komórek pamięci ze stałymi danymi, albo tez wartości danych w pewnej grupie komórek pamięci mogą być zmieniane w zalezności od wymaganego przebiegu charakterystyki.

Wynalazek jest dokładniej objaśniony na przykładach wykonania uwidocznionych na rysunku, na którym fig 1 przedstawia układ sterowania pochyleniem skrzyni wagonu pojazdu szynowego, w schemacie blokowym, fig. 2a - funkcję przetwarzania zespołu charakterystyki, fig 2b - krzywe przebiegu czasowego opóźnienia poprzecznego w płaszczyźnie toru przy wjeżdżaniu w luk, fig. 2c - krzywe przebiegu czasowego zadanego kąta pochylenia z zespołem charakterystyki i bez niego, a fig. 3 przedstawia zmierzoną krzywą przyspieszenia poprzecznego odczuwanego w skrzyni wagonu.

Sterowany pojazd szynowy ma skrzynię wagonu, która może być pochylana wokół swej osi wzdłuznej przez układ sterowania pochylenia na co najmniej dwóch zespołach jezdnych lub wózkach, przy czym zastosowano sterowane mechaniczne człony nastawcze w postaci elektromotorycznych lub hydraulicznych serwomotorów pomiędzy skrzynią wagonu a zespołem jezdnym/wózkiem Sterowanie pochyleniem skrzyni wagonu jest przy tym potrzebne wtedy, gdy trzeba pokonać łuk toru, i służy do komfortowej eksploatacji pojazdu szynowego bez nieprzyjemnego działania nadmiernych sił poprzecznych na użytkowników. W celu sterowania potrzebnych do tego celu członów nastawczych przewidziano przynajmniej na zespole jezdnym/wózku lub na osi koła albo tez na ramie zespołu jezdnego lub wózka czujnik 1, który reaguje na siły przyspieszenia poprzecznego i w zalezności od nich generuje sygnał elektryczny.

Na podstawie błędów łuku toru, drgań wytwarzanych przez sam pojazd itp. sygnał zalezny od przyspieszenia jako podstawowy sygnał wartości zadanej do sterowania kąta pochylenia jest zaszumiony przez odpowiednie nałożone, zasadniczo wysokoczęstotliwościowe drgania zakłócające. Ten zaszumiony sygnał jest jako sygnał wejściowy bez filtrowania doprowadzany do zespołu 2 charakterystyki, który zaleznie od wielkości swego sygnału wejściowego aqe wytwarza nieproporcjonalny sygnał wyjściowy aqa, który jest zalezny nie tylko od idealnego podstawowego sygnału wartości zadanej, ale również od nałożonych drgań zakłócających.

Na fig 2b przedstawiono linią ciągłą w funkcji czasu przebieg ąuasi-statycznego przyspieszenia poprzecznego w płaszczyźnie toru aqe przy wjeżdżaniu wagonu w zakręt. Ten sygnał przyspieszenia aqe wzrasta przy tym od wjechania wagonu w początkowy przejściowy łuk toru liniowo od 0 m/s2 w chwili tO (w danym przypadku przyjęto drugą sekundę) w odcinku środkowym aqem i pozostaje w dalszym pełnym łuku stały az do maksymalnej dopuszczalnej wartości 2 m/s2. Po przetworzeniu przez zespół 2 charakterystyki według

190 447 fig 2a otrzymuje się odpowiedni przebieg sygnału wyjściowego aqa przedstawiony linią przerywaną na fig 2b. Przedstawia on przetworzoną wartość przyspieszenia, która zawiera wartość podstawową kąta pochylenia. Ten sygnał wyjściowy aqa pozostaje więc na wartości zerowej az sygnał wejściowy przewyzszy wartość 0,4 m/s ². Osiąga on jednak swą wartość maksymalną dla pochylenia skrzyni wagonu juz przy sygnale wejściowym 1,6 m/s² Ten obszar krzywej aqa moze się przy tym składać ewentualnie z różnych segmentów krzywej. Tak wytworzony sygnał wyjściowy aqa osiąga swą maksymalną wartość przed osiągnięciem pełnego łuku toru, gdzie przyspieszenie w płaszczyźnie toru aqe jest stałe i w przedstawionym przypadku osiąga 2 m/s2. Dalsze sterowane pochylenie skrzyni wagonu od 1,6 m/s2 nie następuje juz tak, ze wartości przyspieszenia w płaszczyźnie toru powyżej 1,6 m/s' nie powodują odpowiedniego odczuwalnego zwiększenia poprzecznego przyspieszenia w skrzyni wagonu (fig. 3).

Figura 2a przedstawia funkcję przetwarzania realizowaną w zespole 2 charakterystyki Obszar początkowy (brak sygnału wyjściowego) sięga tu od 0 m/s2 do 0,4 m/s2. W obszarze aqem od 0,4 m/s² do 1,6 m/s² wzrost liniowy jest wybrany tak, ze sygnał wyjściowy aqa odpowiedzialny za sterowanie pochyleniem odpowiada wartościom przyspieszenia w zakresie 0-2 m/s W dalszym obszarze końcowym aqcmax sygnału wejściowego aqe dla wartości przyspieszenia w płaszczyźnie toru powyżej 1,6 m/s sygnał wyjściowy aqa odpowiedzialny za sterowanie pochyleniem skrzyni wagonu jest stały i niezaleznie od sygnału wejściowego wynosi odpowiednio 2 m/s“.

Sygnał wyjściowy aqa zespołu 2 charakterystyki podawany jest na dolnoprzepustowy filtr 3. Na podstawie błędu opóźnienia lub czasu przejścia dolnoprzepustowego filtru 3 wytwarzany jest pokazany na fig. 2c linią ciągłą wyjściowy sygnał nsw filtru, odpowiadający wartości zadanej kąta pochylenia, aby skrzynia wagonu przy pokonywaniu zakrętu w zalezności od występującego przyspieszenia poprzecznego aqe była za pomocą przyporządkowanego urządzenia sterowania pochylenia rzeczywiście pochylona w zakresie 0,4-1,6 m/s2. Linia przerywana na fig 2c przedstawia natomiast przebieg zadanego kąta pochylenia, na który skrzynia wagonu byłaby wysterowana bez stosowania zespołu 2 charakterystyki. Stosowanie zespołu 2 charakterystyki powoduje zatem bardziej strome narastanie zadanego kąta pochylenia nsw w zalezności od sygnału wyjściowego aqa w środkowej, narastającej części krzywej sygnału wejściowego aqe pomiędzy wybranymi wartościami 0,4 m/s² do 1,6 m/s². Otrzymuje się zatem czasowe wyprzedzenie sygnału wartości zadanej nsw kąta pochylenia.

Na fig. 3 przedstawiono wartości zmierzone podczas jazdy próbnej pojazdu szynowego wyposażonego w sterowanie pochylenia według wynalazku Zmierzone w skrzyni wagonu wartości quasi-statycznego przyspieszenia przedstawiono w funkcji zmierzonych na osi zespołu jezdnego lub wózka pojazdu szynowego wartości aqe quasi-statyczncgo przyspieszenia poprzecznego (odpowiada przyspieszeniu poprzecznemu w płaszczyźnie toru). Przebieg krzywej pokazuje przy tym wzrost wartości przyspieszenia w skrzyni wagonu przy jeździe na łuku toru najpierw do wartości około 0,4 m/s2, po czym wartość przyspieszenia poprzecznego w skrzyni wagonu na skutek aktywnie sterowanego pochylenia skrzyni wagonu pozostaje w przybliżeniu stała az do wartości przyspieszenia na wózku az do około 1,6 m/s“, a następnie ciągle coraz silniej narasta wraz z rosnącym przyspieszeniem poprzecznym aqe. Podczas jazdy na zakręcie pasażer zgodnie z optycznym postrzeganiem ma wrażenie, ze rzeczywiście pokonuje zakręt, nie podlegając jednak rzeczywistej sile odśrodkowej w pełnej wysokości.

Claims (6)

1. Układ sterowania pochylenia skrzyni wagonu pojazdu szynowego z czujnikiem przyspieszenia poprzecznego i sterowanym przez ten czujnik członem sterującym pochylenie skrzyni wagonu wokół swej osi wzdłuznej względem wspierającego tę skrzynię wagonu zespołu jezdnego lub wózka oraz z dolnoprzepustowym filtrem włączonym w drogę sygnału pomiędzy czujnikiem przyspieszenia poprzecznego a członem sterującym pochylenie, znamienny tym, ze w drogę sygnału pomiędzy czujnikiem (1) przyspieszenia popizecznego a dolnoprzepustowym filtrem (3) jest włączony zespół (2) charakterystyki, którego sygnał wyjściowy przynajmniej w środkowej części (aqem) przewidzianego zakresu pomiarowego mierzonych wartości (aqe) przyspieszenia poprzecznego jest nastawiony na wartość, przy której przyspieszenie poprzeczne w skrzyni wagonu dla tej części (aqem) jest w przybliżeniu stałe.

2. Układ sterowania według zastrz 1, znamienny tym, ze środkowa część (aqem) dla panujących w płaszczyźnie tom wartości przyspieszenia poprzecznego jest w zakresie w przybliżeniu 0,4-1,6 m/s“.

3. Układ sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał wyjściowy zespołu (2) charakterystyki przy mierzonych wartościach (aqe) przyspieszenia poprzecznego w zakresie 0,4-1,6 m/s jest dobrany tak, ze w skrzyni wagonu utrzymywane jest przyspieszenie poprzeczne w przybliżeniu 0,4 m/s²

4 Układ sterowania według zastrz 1, znamienny tym, ze w zespole (2) charakterystyki zawarte jest wiele różnych pól charakterystyk, które są wywoływane według wyboru.

5. Układ sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, ze częstotliwość graniczna dolnoprzepustowego filtru (3) jest mniejsza niz 1 Hz.

6 Układ sterowania według zastrz 1, znamienny tym, ze częstotliwość graniczna dolnoprzepustowego filtru (3) wynosi w przyblizemu 0,2 Hz.