Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Neigung wenigstens eines WagenkastensMethod and device for controlling the inclination of at least one car body
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Neigung wenigstens eines Wagenkastens bei einem Fahrzeug, das minde¬ stens einen Wagenkasten umfaßt, wobei die Neigung durch we¬ nigstens einen Neigeantrieb erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit wenigstens einem Neigeantrieb zur Neigung wenigstens ei¬ nes Wagenkastens bei einem Fahrzeug, das mindestens einen Wa¬ genkasten umfaßt.The invention relates to a method for regulating the inclination of at least one car body in a vehicle which comprises at least one car body, the inclination being effected by at least one tilt drive. The invention further relates to an apparatus for performing this method with at least one tilt drive for tilting at least one car body in a vehicle, which comprises at least one car body.
Bei Schienenfahrzeugen, deren Wagenkästen aktiv geneigt wer¬ den, darf aus Gründen der Entleisungssicherheit das Verhält¬ nis von senkrechten und waagrechten Rad-Schiene-Kräften sich nur in bestimmten Bereichen bewegen. Bei einer starken Tor¬ sion des Wagenkastens, der sich über die Räder des Fahrwerks auf dem Gleis abstützt, wird diese Bedingung verletzt.In the case of rail vehicles whose car bodies are actively inclined, the relationship between vertical and horizontal wheel-rail forces may only move in certain areas for reasons of derailment security. This condition is violated in the event of a strong torsion of the car body, which is supported on the track by the wheels of the running gear.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ei¬ ne Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist durch die WO 91/00815 AI bekannt. Im bekannten Fall wird der Forderung nach Vermeidung einer Torsion des Wagenkastens dadurch Rech¬ nung getragen, daß die als hydraulische Aktuatoren ausgebil¬ deten Neigeantriebe von einem gemeinsamen Ventil aus mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden. Durch diese konstruk- tive Maßnahme soll erreicht werden, daß in den hydraulischen Aktuatoren beider Fahrwerke die gleichen Kräfte wirken. Weil das Übertragungsverhältnis von Motordrehmomenten zu Wagenka¬ sten-Drehmomenten eine nichtlineare Funktion des Neigewinkels ist, und weil prinzipbedingt zwischen den beiden Fahrwerken eine Neigewinkeldifferenz in der Größenordnung der Differenz der Gleisüberhδhungen an den beiden Fahrwerken auftritt, ist
das Wagenkasten-Torsionsmoment abhängig von dieser Nichtli- nearität und der Neigewinkeldifferenz.A method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 4 for carrying out the method according to claim 1 is known from WO 91/00815 AI. In the known case, the requirement for avoiding torsion of the car body is taken into account by supplying the tilt drives designed as hydraulic actuators with hydraulic fluid from a common valve. This design measure is intended to ensure that the same forces act in the hydraulic actuators of both running gears. Because the transmission ratio of engine torques to wagon body torques is a non-linear function of the tilt angle, and because, due to the principle, a tilt angle difference of the order of magnitude of the difference in track excesses between the two trolleys occurs the car body torsional moment depending on this non-linearity and the inclination angle difference.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß der WO 91/00815 AI ist nicht für Fahrzeuge geeignet, deren Wagenkästen durch elektrisch angetriebene Aktuatoren geneigt werden.The method and the device according to WO 91/00815 AI is not suitable for vehicles whose car bodies are inclined by electrically driven actuators.
Weiterhin ist durch die EP 0 557 893 AI ein Verfahren be¬ kannt, bei dem der Neigewinkel zwischen den beiden Fahrwerken und dem Wagenkasten duch Regeleinrichtungen auf den gleichen Wert geregelt und durch hydraulische Aktuatoren auf diesen Wert eingestellt wird. Damit bewirkt, wie bei einem Wagen ohne Neigetechnik, die Anregung aus dem Gleis, speziell in Übergangsbögen, eine Torsion des Wagenkastens. Bei diesem Verfahren muß sichergestellt werden, daß die ohnehin vorhan¬ dene Torsion durch eine Asynchronität der Neigewinkel an den beiden Fahrwerken nicht noch zusätzlich unzulässig erhöht wird.Furthermore, EP 0 557 893 A1 discloses a method in which the inclination angle between the two undercarriages and the car body is regulated to the same value by means of regulating devices and is set to this value by hydraulic actuators. As with a car without tilting technology, the excitation from the track, especially in transition arches, causes the car body to twist. With this method it must be ensured that the torsion which is present anyway is not additionally increased inadmissibly by an asynchronism of the inclination angles on the two running gears.
Ferner ist in der US 4 693 185 A ein luftgefedertes Schienen¬ fahrzeug beschrieben, bei dem die Druckverhältnisse in den uftrfedern der Sekundärfederεtufe gemessen und so einge¬ stellt werden, daß die Wagenkastentorsion minimal wird.Furthermore, an air-sprung rail vehicle is described in US Pat. No. 4,693,185 A, in which the pressure conditions in the springs of the secondary spring stage are measured and set so that the body torsion is minimal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die auch bei Wagenkästen, die durch elektrisch angetriebene Aktuatoren geneigt werden, selbst unter ungünstigen Betriebsbedingungen, die Torsion des Wagenkastens minimal hält.The object of the present invention is to provide a method and a device which keeps the torsion of the car body to a minimum even in car bodies which are inclined by electrically driven actuators, even under unfavorable operating conditions.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeich¬ nenden Teil dieses Anspruchs gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken eines Fahrzeugs bei wenigstens einem elektrischen Neigeantrieb ein Motordrehmoment-Sollwert derart vorgegeben, daß die Wagenkastentorsion minimal wird.In a method according to the preamble of claim 1, the object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of this claim. A device for carrying out the method according to the invention is the subject of claim 4. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims. In the method according to the invention, a motor torque setpoint is specified for a predeterminable number of undercarriages of a vehicle with at least one electric tilt drive in such a way that the body torsion is minimal.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens nach Anspruch 1 umfaßt für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken eines Fahrzeugs jeweils wenigstens einen elektri¬ schen Neigeantrieb, wobei dem elektrischen Neigeantrieb je- weils ein Motordrehmoment-Sollwert derart vorgebbar ist, daß die Wagenkastentorsion minimal ist.The device according to the invention for carrying out the method according to claim 1 comprises at least one electric tilt drive for a predeterminable number of undercarriages of a vehicle, the electric tilt drive being able to be given a setpoint of engine torque in such a way that the body torsion is minimal.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung hierzu sind sowohl für Straßenfahrzeuge als auch für Schienenf hr- zeuge geeignet. Da eine nennenswerte Torsionsbelastung jedoch nur bei Schienenfahrzeugen auftritt, dürfte der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung bei Straßenfahrzeugen nur in Ausnahmefällen erfor¬ derlich sein.The method according to the invention and the device therefor are suitable both for road vehicles and for rail vehicles. However, since a significant torsional load only occurs in rail vehicles, the use of the method according to the invention or the device according to the invention should only be necessary in road vehicles in exceptional cases.
Erfindungsgemäß ist der Neigeantrieb als elektrisch angetrie¬ bener Aktuator ausgebildet. Ein derartiger Neigeantrieb be¬ nötigt gegenüber einem hydraulischen Aktuator einen deutlich geringeren Leistungsbedarf, da bei dem hohen Druck des hydraulischen Systems ein Großteil der Hydraulikflüssigkeit nicht in mechanische Arbeit, sondern als Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird. Weiterhin läßt der Einsatz von elektri¬ schen Aktuatoren in Summe eine kompaktere Bauweise zu, da ei¬ ne voluminöse hydraulische Kraftversorgung entfällt. Zusammen mit der Einsparung an Einbauvolumen im Fahrzeug ergibt sich eine erhebliche Gewichtsverminderung des Neigesystems. Wei¬ terhin sind die elektrischen Neigeantriebe geräuschärmer als hydraulische Aktuatoren, da keine störenden Geräusche durch das Schalten von Hydraulikventilen und durch die Pumpe mit zugehörigem Antriebsaggregat auftreten.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen gegenüber einem Hydraulikεystem geringeren Wartungsaufwand sowie größere Umweltfreundlichkeit aus, da keine Entsor¬ gungsprobleme bezüglich der Hydraulikflüssigkeit beim Ölwech- sei bzw. bei einer Beschädigung des Hydrauliksystems auftre¬ ten.According to the invention, the tilt drive is designed as an electrically driven actuator. Compared to a hydraulic actuator, such a tilt drive requires a significantly lower power requirement, since at the high pressure of the hydraulic system a large part of the hydraulic fluid is not converted into mechanical work, but as heat dissipation. Furthermore, the use of electrical actuators allows a more compact design overall, since there is no need for a voluminous hydraulic power supply. Together with the saving in installation volume in the vehicle, the weight of the tilt system is considerably reduced. Furthermore, the electric tilt drives are less noisy than hydraulic actuators, since there are no disturbing noises from the switching of hydraulic valves and from the pump with the associated drive unit. Furthermore, the solution according to the invention is characterized by less maintenance effort and greater environmental friendliness compared to a hydraulic system, since there are no disposal problems with regard to the hydraulic fluid when changing the oil or if the hydraulic system is damaged.
Bei einem Verfahren nach Anspruch 2, das vorzugsweise mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5 durchgeführt wird, kann in vorteilhafter Weise .die neigewinkelabhängige Nichtlinearität vom Motormoment zu Wagenkastendrehmoment auf elektronischem Weg kompensiert werden. Durch diese Möglichkeit wird die Dif¬ ferenz der von den elektrischen Neigeantrieben ausgeübten Wagenkastendrehmomente an beiden Fahrgestellen nochmals ver- ringert.In a method according to claim 2, which is preferably carried out with a device according to claim 5, the inclination-dependent non-linearity from engine torque to car body torque can be compensated for electronically in an advantageous manner. This possibility further reduces the difference in the car body torques exerted by the electric tilt drives on both chassis.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der in einem Blockschaltbild das erfin¬ dungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel erläutert wird, das einen Wagenkasten mit zwei Fahrwerken umfaßt.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which the method according to the invention is explained in a block diagram using an exemplary embodiment which comprises a car body with two running gears.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Neigeregler bezeichnet, der über seinen Ausgang einen Wagenkastendrehmoment-Sollwert MW* parallel auf eine Kompensationseinrichtung 2 und eine Kompen- sationseinrichtung 3 gibt. Die Kompensationseinrichtung 2 ist dem ersten Fahrwerk des Wagens und die Kompensationseinrich¬ tung 3 ist dem zweiten Fahrwerk dieses Wagens zugeordnet.In the drawing, 1 designates a tilt controller which, via its output, outputs a set body torque value MW * in parallel to a compensation device 2 and a compensation device 3. The compensation device 2 is assigned to the first undercarriage of the car and the compensation device 3 is assigned to the second undercarriage of this car.
In der Kompensationseinrichtung 2 wird das Übertragungsver- hältnis vom Motordrehmoment MMι_ des elektrischen Neigean¬ triebs am ersten Fahrwerk zum Wagenkasten-Drehmoment MW]_ am ersten Fahrwerk kompensiert, das eine nichtlineare Funktion des Neigewinkels γι_ des Wagenkastens gegenüber dem ersten Fahrwerk ist. Analog wird in der Kompensationseinrichtung 3 das Obertragungsverhältnis vom Motordrehmoment M 2 des elek¬ trischen Neigeantriebs am zweiten Fahrwerk zum Wagenkasten¬ drehmoment MW2 am zweiten Fahrwerk kompensiert, das eine
nichtlineare Funktion des Neigewinkels 72 des Wagenkastens gegenüber dem zweiten Fahrwerk ist.In the compensation device 2, the transmission ratio from the motor torque MMι_ of the electric tilt drive on the first undercarriage to the body torque MW] _ on the first undercarriage is compensated, which is a non-linear function of the tilt angle γι_ of the body over the first undercarriage. Analogously, the transmission ratio from the motor torque M 2 of the electric tilt drive on the second chassis to the car body torque MW2 on the second chassis is compensated in the compensation device 3, the one is non-linear function of the tilt angle 72 of the car body relative to the second chassis.
Am Ausgang der Kompensationseinrichtungen 2 und 3 liegt dann jeweils der Motordrehmoment-Sollwert MM*χ bzw.MM*2 für den elektrischen Neigeantrieb am ersten bzw. zweiten Fahrwerk an. Der Motordrehmoment-Sollwert MM*ι bzw. MM*2 wird dann jeweils auf einen Momentenregelkreis 4 bzw.5 (geschlossener Regel¬ kreis für das Motordrehmoment) gegeben. Der Momentenregel- kreis 4 bzw.5 regelt die mechanische Antriebsleistung des Motors, der an ein Neigesystem 6 bzw.7 ein Motordrehmoment MMι_ bzw.MM2 abgibt. Das Neigesystem 6 neigt den Wagenkasten gegenüber dem ersten Fahrwerk, das Neigesystem 7 neigt den Wagenkasten gegenüber dem zweiten Fahrwerk.At the output of the compensation devices 2 and 3, the motor torque setpoint MM * χ orMM * 2 for the electrical tilt drive is then applied to the first or second undercarriage. The motor torque setpoint MM * ι or MM * 2 is then given to a torque control loop 4 or 5 (closed control loop for the engine torque). The torque control circuit 4 or 5 regulates the mechanical drive power of the motor, which outputs a motor torque MMι_ orMM2 to a tilting system 6 or 7. The tilting system 6 tilts the car body relative to the first undercarriage, the tilting system 7 tilts the car body over the second undercarriage.
Beide Neigesysteme 6 und 7 umfassen im erläuterten Ausfüh¬ rungsbeispiel jeweils einen Aktuator und ein Viergelenk (Gelenk zwischen Wagenkasten und Pendelträger, der gefedert auf einem Fahrwerk sitzt) . Aufgrund des vom elektrischen An- trieb aufgebrachten Motordrehmoments M^ bzw. MM2 wird vom Neigesystem 6 bzw. 7 über das Viergelenk des betreffenden Fahrwerks ein Wagenkasten-Drehmoment MW^ bzw. MW2 aufge¬ bracht.
In the illustrated exemplary embodiment, both tilting systems 6 and 7 each include an actuator and a four-bar linkage (joint between the car body and the pendulum carrier, which is suspended on a chassis). Due to the motor torque M ^ or MM2 applied by the electric drive, a tilt body torque MW ^ or MW2 is applied by the tilting system 6 or 7 via the four-bar linkage of the relevant chassis.