SK285777B6 - Spôsob riadenia sklonu koľajových vozidiel a zariadenie na jeho uskutočnenie - Google Patents

Abstract

V signálovej ceste je medzi snímačom (1) priečneho zrýchlenia a dolnopriepustným filtrom (3) zaradený korekčný člen (2), ktorého výstupný signál je aspoň v strednom úseku (aqem) určeného meracieho rozsahu detekovanej hodnoty (aqe) priečneho zrýchlenia zvolený tak, že priečne zrýchlenie vo vozovej skrini v tomto úseku (aqem) je približne konštantné.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka riadenia sklonu podľa všeobecného pojmu prvého patentového nároku.

Doterajší stav techniky

Pri jednom známom riadení sklonu tohto druhu (DE 37 27 768 Cl) je na získavanie nastavovacieho signálu na sklon koľajového vozidla-vozňovej skrine závislý od koľajového oblúka okrem snímača priečneho zrýchlenia určený aj zotrvačník na získanie rýchlosti otáčania vozňovej skrine a snímač rýchlosti. Výstupné signály snímača priečneho zrýchlenia a snímača uhla otáčania sú vedené cez rovnaké elektrické dolné priepusty s nízkou hraničnou frekvenciou, ktoré z tohto výstupného signálu odfiltrujú rušivé kmitanie základného signálu. Prefiltrovaný výstupný signál zotrvačníka, ktorý je závislý od uhla otáčania, sa násobí signálom závislým od rýchlosti vozňa a zemského tiažového zrýchlenia a nakoniec sa spolu s prefiltrovaným signálom snímača priečneho zrýchlenia privedie ako sumárny signál k zariadeniu na riadenie sklonu, ktoré v závislosti od vstupných veľkostí uskutoční naklonenie vozovej skrine okolo jej pozdĺžnej osi proti usporiadaniu chodového mechanizmu alebo otočného podvozku nesúceho túto vozovú skriňu. Dolnopriepustný filter má pritom hraničnú frekvenciu od 2 Hz. Táto nízka hraničná frekvencia má za následok neželané elektrické časové oneskorenie výstupného signálu, ktoré bude nepriaznivo vplývať na pohodlnú jazdu a oneskorený sklon vozňovej skrine. Aby sa toto oneskorenie vyrovnalo, k výstupnému signálu prefiltrovanému dolným priepustom určujúcemu náklon vozovej skrine, sa privádza korekčný signál, získaný viacnásobným násobením a sčítavaním, ktorý sa vypočítava z rýchlosti otáčania vozovej skrine okolo jej kolmej osi a jej jazdnej rýchlosti. Preto technické náklady a tým aj možnosť chyby sú relatívne vysoké. K tomu pristupuje aj hraničná frekvencia dolnopriepustného filtra, ktorá je vysoká v porovnaní s rýchlosťou zmien priečneho zrýchlenia.

Základnou úlohou vynálezu je, pri riadení sklonu podľa všeobecného pojmu prvého patentového nároku, poskytnúť také riešenie, pomocou ktorého by sa dosiahlo pri zjednodušenej štruktúre zapojenia riadenie zariadenia na nastavovanie sklonu bez oneskorenia.

Podstata vynálezu

Riešenie tejto úlohy je podľa vynálezu dosiahnuté pomocou znakov uvedených vo význakovej časti hlavného nároku.

Výhodné uskutočnenia sú uvedené v nasledujúcich nárokoch.

Pri jednom z uskutočnení riadenia sklonu podľa vynálezu sa na riadenie sklonu vozňovej skrine, ktorý je vyvolaný akčným členom zariadenia na riadenie sklonu, použije iba výstupný signál snímača priečneho zrýchlenia, ktorý sa vo svojej pôvodnej forme s rušivým kmitaním privedie neprefiltrovaný ku korekčnému členu. V korekčnom člene je stanovená minimálne jedna charakteristika, v závislosti od ktorej bude nejakej určitej hodnote vstupného signálu priradená zodpovedajúca hodnota výstupného signálu. Pritom nasleduje vyhodnotenie vstupného signálu takým spôsobom, že bude využitý iba v strednom rozsahu na riadenie sklonu vozovej skrine. Korekčný člen môže byť postavený predovšetkým na digitálnej báze, pričom v pamäti sú ulo žené príslušné hodnoty výstupného signálu v závislosti od veľkosti výstupného signálu snímača priečneho zrýchlenia. Charakteristika korekčného člena má nevyhodnotený počiatočný rozsah, v ktorom vstupný signál nevedie k žiadnemu výstupnému signálu, t. j. priečne zrýchlenie vo vozovej skrini sa mení ako priečne zrýchlenie v koľajovej rovine. V nasledujúcom vyhodnocovanom strednom rozsahu bude korekčný člen definovaný ako ľubovoľná monotónne stúpajúca funkcia. Predovšetkým sa zvolia po častiach lineárne stúpajúce časti krivky. Aspoň jedna časť krivky musí byť pritom taká strmá, že priečne zrýchlenie vo vozňovej skrini pre tento rozsah krivky zostáva konštantné. Tým môže byť aspoň čiastočne kompenzované oneskorenie pri prenose v sérii zapojeného dolnopriepustného filtra. Od vopred nastavenej hornej hodnoty zrýchlenia poskytne korekčný člen opäť konštantné hodnoty výstupného signálu, nezávislé od vstupných signálov, takže sa priečne zrýchlenie v idúcej vozňovej skrini mení pre nedostatok ďalšieho sklonu vozňovej skrine opäť ako priečne zrýchlenie v koľajovej rovine. Zachytený počiatočný rozsah v koľajovej rovine je výhodne asi po 0,4 m/s², vyhodnotený stredný rozsah asi od 0,4 po 1,6 m/s². Výstupným signálom korekčného člena môže byť podľa voľby zmenená hodnota priečneho zrýchlenia alebo hodnota zodpovedajúca požadovanému uhlu sklonu vozňovej skrine. Pritom tento dolnopriepustný filter môže mať hraničnú frekvenciu nižšiu ako 1 Hz. Výhodne bude táto hraničná frekvencia nastavená na asi 0,2 Hz. Napriek tým zvýšenému času oneskorenia filtra sa v dôsledku hodnotiacej funkcie korekčného člena docieli rýchlo reagujúce nastavenie akčného člena, pretože čas oneskorenia dolnopriepustného filtra bude aspoň čiastočne kompenzovaný. Nizka hraničná frekvencia dolnopriepustného filtra vedie k mäkkým zmenám sklonu na vozňovej skrini a k zaokrúhlenému prechodu charakteristiky tak na začiatku, ako aj na konci hodnoteného rozsahu charakteristiky. Vynechaním ďalších snímačov a príslušných filtrovacích a počítacích jednotiek sa dosiahne jednoduché riadenie sklonu, nenáchylné na rušenia a s nepatrnými technickými nákladmi, ktoré je lacnejšie zrealizovateľné.

Prípustné priečne zrýchlenie v koľajovej rovine je tu obmedzené na hodnotu medzi 0 a 2 m/s². Priečne zrýchlenie vo vozňovej skrini, ktoré sa pritom mení v rozsahu až po asi 0,4 m/s² rovnako ako v koľajovej rovine, medzitým bude v strednom úseku pôsobením zodpovedajúceho aktivovania akčného člena zariadenia udržané približne konštantné pri 0,4 m/s², aby v rozsahu nad 1,6 m/s² opäť súbežne stúplo až na uvedených približne 0,8 m/s².

Prispôsobenie riadiacej reakcie na rozličné typy koľajových vozidiel sa dosahuje aj tak, že v korekčnom člene budú uložené viaceré charakteristické polia, ktoré sa pri inštalácii na koľajové vozidlo alebo pri požiadavke na zmenu charakteristiky sklonu uplatnia podľa potreby. V digitálnom korekčnom člene môže byť pritom každému priebehu vstupného signálu priradená charakteristika určitej skupiny pamäťových miest s pevnými dátami alebo hodnota dát v skupine pamäťových miest môže byť zmenená podľa požadovaného priebehu charakteristiky.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený na príkladoch uskutočnenia s využitím výkresov, na ktorých predstavuje:

obr. 1 blokovú schému zapojenia na riadenie sklonu vozovej skrine koľajového vozidla, obr. 2a vyhodnocovanú funkciu korekčného člena, obr. 2b krivkové zobrazenie časového priebehu priečneho zrýchlenia v koľajovej rovine pri vstupe do oblúka, obr. 2c krivkové zobrazenie časového priebehu požadovaného uhla sklonu s korekčným členom alebo bez korekčného člena, a obr. 3 nameraná krivka citeľného priečneho zrýchlenia vozovej skrine.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Riadené koľajové vozidlo je vybavené vozovou skriňou, ktorá na minimálne dvoch pohybových mechanizmoch alebo otočných podvozkoch môže byť zariadením na nastavenie sklonu naklonená okolo svojej pozdĺžnej osi, pričom ovládateľné mechanické akčné členy vo forme elektromotorických alebo hydraulických pohonov sú usporiadané medzi vozovou skriňou a pohybovým mechanizmom/otočným podvozkom. Riadenie sklonu vozovej skrine sa pritom požaduje vtedy, keď sa prechádza koľajovým oblúkom a slúži na komfortný chod koľajového vozidla bez nepríjemného vplyvu na užívateľa pôsobením zvýšenej priečnej sily. Na riadenie akčného člena, ktorý je na tento účel určený, je minimálne na jednom pohybovom zariadení/otočnom podvozku prípadne náprave alebo aj na ráme pohybového zariadenia - alebo ráme otočného podvozku usporiadaný snímač 1, ktorý reaguje na sily priečneho zrýchlenia a v závislosti od nich generuje elektrický signál. Na základe chýb koľajového oblúka, kmitania zapríčineného vozidlom a pod., je tento signál, závislý od zrýchlenia ako signál základnej požadovanej hodnoty na riadenie uhla sklonu, zašumený nasuperponovanými v podstate vysokofrekvenčnými rušivými kmitmi. Tento zašumený signál bude privedený ako vstupný neprefiltrovaný signál do korekčného člena 2, ktorý v závislosti od veľkosti svojho vstupného signálu aqe poskytuje neproporcionálny výstupný signál aqa, ktorý je závislý nielen od ideálneho signálu základnej požadovanej hodnoty, ale aj od superponovaných rušivých kmitaní.

Obr. 2b znázorňuje plnou čiarou časový priebeh kvázistatického priečneho zrýchlenia aqe v koľajovej rovine pri vchádzaní vozňa do oblúka. Tento signál zrýchlenia aqe stúpa pritom od vstupu voza v počiatočnom prechodnom oblúku koľaje lineárne od 0 m/s² v bode tO (v predloženom prípade daný sekundou 2) v strednom úseku aqem a zostáva v nasledujúcom plnooblúku konštantný až po maximálne prípustnú hodnotu 2 m/s². Po vyhodnotení korekčným členom 2 podľa obr. 2a vyplýva zodpovedajúci priebeh výstupného signálu aqa, ako je zobrazený prerušovanou čiarou na obr. 2b. Tento zobrazuje premenenú hodnotu zrýchlenia, ktorá obsahuje základnú hodnotu uhla sklonu. Tento výstupný signál aqa zostáva v dôsledku toho tak dlho na nulovej hodnote, až vstupný signál prekročí hodnotu 0,4 m/s². Dosiahne však svoju maximálnu hodnotu pre sklon vozňovej skrine práve pri vstupnom signále 1,6 m/s”. Tento oblúkový rozsah aqa sa môže pritom skladať z rôzne volených oblúkových segmentov. Takto vygenerovaný výstupný signál aqa dosiahne svoju najvyššiu hodnotu teda pred dosiahnutím plného oblúka koľaje, v ktorom je zrýchlenie v koľajovej rovine aqe konštantné a toto dosiahne podľa príkladu 2 m/s². Ďalší riadený sklon vozovej skrine od 1,6 m/s² viac nenastáva, takže hodnoty zrýchlenia v koľajovej rovine vyššie ako 1,6 m's² majú za následok zodpovedajúce, citeľné zvýšenie priečneho zrýchlenia vo vozňovej skrini (obr. 3).

Obr. 2a ukazuje vyhodnocovaciu funkciu vloženú v korekčnom člene 2. Počiatočná oblasť (žiadny výstupný sig nál) tu siaha od 0 m/s² po 0,4 m/s². V rozsahu aqem od 0,4 m/s² po 1,6 m/s² je lineárny vzostup volený tak, že na riadenie sklonu relevantný výstupný signál aqa zodpovedá hodnote zrýchlenia medzi 0 m/s² a 2 m/s². V nasledujúcom koncovom rozsahu aqemax vstupného signálu aqe pre hodnoty priečneho zrýchlenia v koľajovej rovine vyššie ako 1,6 m/s², tento výstupný signál aqa, relevantný na riadenie sklonu vozovej skrine, zostáva konštantný a nezávislý od vstupného signálu zodpovedajúceho 2 m/s².

Výstupný signál aqa korekčného člena 2 je privedený do dolnopriepustného filtra 3. Na základe vlečných chýb, prípadne doby oneskorenia dolnopriepustného filtra 3 sa získa výstupný signál filtra nsw, na obr. 2c vyznačený plnou čiarou, ktorý zodpovedá požadovanej hodnote uhlu sklonu, o ktorý sa vozová skriňa pri prechádzaní zákruty, v závislosti od skutočného priečneho zrýchlenia aqe prostredníctvom príslušného zariadenia na riadenie sklonu skutočne nakloní v rozsahu do 0,4 m/s² do 1,6 m/s². Prerušovaná čiara na obr. 2c znázorňuje naproti tomu priebeh uhla požadovaného sklonu, na ktorý by bola vozová skriňa riadená bez použitia korekčného člena 2. Použitie korekčného člena 2 vedie tým k strmšiemu nárastu uhlu požadovaného sklonu nsw zodpovedajúceho výstupnému signálu aqa v strednej, stúpajúcej časti krivky vstupného signálu aqe medzi voliteľnými hodnotami od 0,4 m/s² po 1,6 m/s². Tým sa teda získa aj časový náskok požadovanej hodnoty signálu uhla sklonu nsw.

Na obr. 3 sú zobrazené namerané hodnoty zo skúšobnej jazdy koľajového vozidla vybaveného riadením sklonu podľa predloženého vynálezu. Pritom sú vyznačené kvázistatické hodnoty zrýchlenia namerané vo vozovej skrini vyššie ako kvázistatické hodnoty priečneho zrýchlenia aqe namerané na osi chodového mechanizmu alebo podvozku koľajového vozidla (čo zodpovedá priečnemu zrýchleniu v koľajovej rovine). Priebeh krivky ukazuje pritom vzostup hodnoty zrýchlenia vo vozovej skrini pri prejazde koľajovým oblúkom najskôr na hodnotu asi 0,4 m/s², potom hodnota priečneho zrýchlenia vo vozňovej skrini v dôsledku aktívne riadeného sklonu vozovej skrine až po hodnoty zrýchlenia na otočnom podvozku až do asi 1,6 m/s² zostáva približne konštantná, a následne kontinuálne stúpa so zväčšujúcim sa priečnym zrýchlením aqe. Takto sa cestujúcemu pri jazde do zákruty sprostredkuje v súlade s optickým vnemom pocit, že prechádza zákrutou, ale bez cítenia reálnej odstredivej sily v plnej miere.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na riadenie sklonu vozovej skrine koľajového vozidla so snímačom (1) priečneho zrýchlenia a ním ovládaným zariadením na riadenie sklonu, na nakláňanie vozovej skrine okolo svojej pozdĺžnej osi proti pohybovému mechanizmu alebo otočnému podvozku nesúcemu vozovú skriňu, a s dolnopriepustným filtrom (3) zaradeným v signálovej ceste medzi snímačom (1) priečneho zrýchlenia a zariadením na riadenie sklonu, vyznačujúce sa t ý m , že v signálovej ceste je medzi snímačom (1) priečneho zrýchlenia a dolnopriepustným filtrom (3) zaradený korekčný člen (2), ktorého výstupný signál je aspoň v strednom úseku (aqem) vopred určeného meracieho rozsahu meranej hodnoty (aqe) priečneho zrýchlenia zvolený tak, že priečne zrýchlenie vo vozovej skrini v tomto úseku (aqem) je približne konštantné.
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že stredný úsek (aqem) hodnoty priečneho zrýchlenia vyskytujúceho sa v koľajovej rovine, je v rozsahu približne od 0,4 m/s² do 1,6 m/s².
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že zariadenie na riadenie sklonu vozovej skrine pri hodnotách priečneho zrýchlenia (aqe) medzi 0,4 m/s² až 1,6 m/s² sa nakláňa len potiaľ, že vo vozovej skrini bude zachované priečne zrýchlenie asi 0,4 m/s².
4. 4. Zariadenie podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že v korekčnom člene (2) sú uložené viaceré rozdielne charakteristické polia, ktoré sú vyvolateľné podľa voľby.
5. 5. Zariadenie podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že hraničná frekvencia dolnopriepustného filtra (3) je nižšia ako 1 Hz.
6. 6. Zariadenie podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že hraničná frekvencia dolnopriepustného filtra (3) jc približne 0,2 Hz.
7. 7. Spôsob uskutočnenia riadenia sklonu zariadením na riadenie sklonu podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že zariadenie na riadenie sklonu bude aktivované iba pri hodnotách priečneho zrýchlenia v koľajovej rovine medzi 0,4 m/s² až 1,6 m/s².
8. 8. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa t ý m , že zariadenie na riadenie sklonu bude riadené tak, že priečne zrýchlenie vo vozovej skrini bude udržiavané približne konštantné.