WO2010113045A2 - Fahrzeug mit wankkompensation - Google Patents

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WO2010113045A2
WO2010113045A2 PCT/IB2010/001593 IB2010001593W WO2010113045A2 WO 2010113045 A2 WO2010113045 A2 WO 2010113045A2 IB 2010001593 W IB2010001593 W IB 2010001593W WO 2010113045 A2 WO2010113045 A2 WO 2010113045A2
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WO
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vehicle
car body
transverse
roll
compensation device
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PCT/IB2010/001593
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French (fr)
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WO2010113045A3 (de
Inventor
Richard Schneider
Volker Brundisch
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Bombardier Transportation Gmbh
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Priority to RU2011143762/11A priority patent/RU2011143762A/ru
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, comprising a vehicle body, a first chassis and a second chassis spaced from the first chassis in the direction of a vehicle longitudinal axis, wherein the vehicle body via a first spring means in the direction of
  • Vehicle vertical axis is supported on the first chassis and the car body is supported via a second spring means in the direction of the vehicle vertical axis on the second chassis.
  • the vehicle body is coupled to the first chassis via a first roll compensation device, while it is coupled to the second chassis via a second roll compensation device.
  • the first roll compensation device and the second roll compensation device counteract roll movements of the car body towards the outside of the bow about a roll axis parallel to the vehicle longitudinal axis.
  • the present invention further relates to a method for adjusting roll angles on a vehicle body of a vehicle.
  • the car body In rail vehicles - but also in other vehicles - the car body is usually resiliently mounted relative to the wheel units, for example, wheel pairs or sets of wheels via one or more spring stages. Due to the comparatively high center of gravity of the car body, the tendency of the car body to tilt towards the wheel units towards the bow, ie to perform a rolling motion about a roll axis parallel to the vehicle longitudinal axis, thus occurring during the arc run, transverse to the driving movement and thus transversely to the vehicle longitudinal axis.
  • anti-roll devices are usually used in the form of roll stabilizers. Their task is to oppose the rolling motion of the car body to resist them, while the lifting and diving movements of the car body relative to the wheel units should not be hindered.
  • roll stabilizers are known in various hydraulic or purely mechanical embodiments.
  • a torsion shaft extending transversely to the vehicle longitudinal direction is used, as is known, for example, from EP 1 075407 B1.
  • levers extending in the vehicle longitudinal direction.
  • levers are in turn connected to links or the like, which are arranged kinematically parallel to the spring means of the vehicle.
  • links or the like which are arranged kinematically parallel to the spring means of the vehicle.
  • the torsion wave is thus subjected to a torsional moment which, depending on its torsional stiffness, is compensated for at a certain torsion angle by a counter-torque resulting from its elastic deformation and thus prevents further rolling movement.
  • the anti-roll device d. H. between a chassis frame and the car body act.
  • the anti-roll device can also be used in the primary stage, d. H. between the wheel units and a chassis frame or - in the absence of secondary suspension - act a car body.
  • Such roll stabilizers are also used in generic rail vehicles, as they are known for example from EP 1 190925 A1.
  • the upper ends of the two links of the roll stabilizer (in a plane perpendicular to the vehicle longitudinal axis) are offset towards the center of the vehicle.
  • the car body is at a deflection in the vehicle transverse direction (as caused for example by the centrifugal acceleration at Bogenfahrt) performed such that a rolling motion of the car body counteracted to the bow and it is impressed on a bow inside directed rolling motion.
  • this counter-rotating roll movement towards the bow serves to increase the so-called tilt comfort for the passengers of the vehicle.
  • a high tendency to inclination is usually understood the fact that the passengers at bow travel as low as possible lateral acceleration in the transverse direction of her Learn reference system, which is usually defined by the internals of the car body (floor, walls, seats, etc.). Due to the inclination of the car body resulting from the roll motion, the passengers (depending on the degree of inclination) perceive at least part of the lateral acceleration actually acting in the ground reference frame only as increased acceleration in the direction of the vehicle floor, which as a rule is less disturbing or less disturbing . is perceived as unpleasant.
  • the maximum permissible values for the lateral acceleration acting in the reference system of the passenger (and the resulting ultimately resulting values for the inclination angle of the car body) are usually specified by the operators of a rail vehicle. Evidence of this is provided by national and international standards (such as EN 12299).
  • the roll axis or the instantaneous pole of the roll motion must be comparatively far above the center of gravity of the car body.
  • the suspension in the transverse direction must be made relatively soft, in order to achieve the desired deflections alone with the acting centrifugal force.
  • Such a transverse soft suspension also has a positive effect on the so-called vibration comfort in the transverse direction, since shocks in the transverse direction can be absorbed and damped by the soft suspension.
  • the roll motion tuned to the curvature of the currently traversed track curve and the current travel speed can also be actively influenced or adjusted by an actuator connected between the vehicle body and the chassis frame become.
  • a setpoint value for the roll angle of the car body is determined from the current Glei ⁇ krümmung and the current driving speed, which is then used for setting the roll angle on the actuator.
  • WO 90/03906 A1 proposes for a passive system to bring in kinematically in series with the roll compensation device a comparatively short crossover additional spring stage.
  • this solution has the disadvantage that on the one hand by the additional components increases the required space.
  • This side wind force effect causes a so-called yaw movement of the car body (ie, a rotation of the car body about its vertical axis), wherein the leading part of the car body is deflected with the crosswind, while the trailing part is rotated against the crosswind.
  • the deflection goes so far until the restoring forces of the support of the car body on the landing gear compensate for the yaw moment by the side wind load.
  • the present invention is therefore based on the object, a vehicle or a
  • the present invention solves this problem starting from a vehicle according to the preamble of claim 1 by the characterizing part of claim 1 specified characteristics. It solves this problem further starting from a method according to the preamble of claim 24 by the features stated in the characterizing part of claim 24.
  • the present invention is based on the technical teaching that achieved in a simple and reliable way a reduced cross-wind sensitivity or an increase in the permissible speed of the vehicle despite the use of rolling compensation devices when a resulting from the torsion of the car body component of the wheel relief, as For example, occurs in crosswind, is at least reduced by an active engagement on one of the two anti-roll devices and / or a coupling of the two anti-roll devices. It has thus been found that a reduction of the torsion of the car body (up to a value of zero) is possible in a simple manner by such an active intervention on one of the Wa ⁇ k spainraumen or a suitable mechanical and / or control technology coupling of the two anti-roll devices.
  • the present invention therefore relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, comprising a vehicle body, a first chassis and a second chassis arranged at a distance from the first chassis in the direction of a vehicle longitudinal axis, the vehicle body being mounted in the direction of a vehicle vertical axis on the vehicle via a first spring device first chassis is supported, while the car body is supported via a second spring means in the direction of the vehicle vertical axis on the second chassis.
  • the car body is coupled via a first roll compensation device with the first chassis, while the
  • Car body is coupled via a second roll compensation device with the second chassis.
  • the first roll compensation device and the second roll compensation device act in the case of curved roll movements of the car body toward the outside of the bend about a roll axis parallel to the vehicle longitudinal axis opposite.
  • the first roll compensation device is designed such that a torsional load on the car body is counteracted about the vehicle longitudinal axis, which is in particular caused by wind loads acting on the car body. Additionally or alternatively, the first roll compensation device and the second roll compensation device are coupled to one another in such a way that such, in particular due to wind loads, torsional load is counteracted.
  • the torsional load on the vehicle body can in principle be counteracted in any suitable manner by in-vehicle measures in the region of at least one of the two roll compensation devices.
  • the first roll compensation device is configured to impart a first roll angle about the roll axis with respect to the first landing gear in the direction of a vehicle transverse axis to the car body
  • the second roll compensation device is configured to move the car body under a second transverse deflection of the car body relative to the vehicle body second landing gear in the direction of a vehicle transverse axis to impose a second roll angle about the roll axis.
  • the first roll compensation device is then designed to reduce the torsional load on the car body in such a way that a deviation between the first transverse deflection and the second transverse deflection and / or a deviation between the first roll angle and the second roll angle is counteracted. Additionally or alternatively, the first roll compensation device and the second
  • Roll compensation device coupled to each other such that such a deviation between the first transverse deflection and the second transverse deflection and / or a deviation between the first roll angle and the second roll angle is counteracted.
  • the first roll compensation device comprises a first actuator device having at least one Having controlled by a control device first actuator unit.
  • the first actuator device is preferably designed to contribute, under control of the control device, to adjust the first transverse deflection in order to at least reduce the deviation between the first transverse extension and the second transverse deflection and / or the deviation between the first roll angle and the second roll angle.
  • the second roll compensation device has a second actuator device with at least one second actuator unit controlled by the control device, wherein the second actuator device is then preferably designed to contribute to setting the second transverse deflection in a controlled manner by the control device in order to determine the deviation between the first transverse deflection and at least reduce the second transverse deflection and / or the deviation between the first roll angle and the second roll angle.
  • control device has at least one detection device for detecting at least one detection variable, which for the voltage applied to the car body
  • Torsion load is representative.
  • the control device is designed to control the first actuator unit and / or the second actuator unit in such a way that the torsional load is reduced, possibly even eliminated substantially completely.
  • control device may be designed to control the first actuator unit and / or the second actuator unit such that a deviation between a first transverse deflection of the car body with respect to the first chassis and a second transverse deflection of the car body with respect to the second chassis is reduced in the direction of a vehicle transverse axis , It goes without saying that, of course, the corresponding roll angle of the car body with respect to the respective chassis can be turned off.
  • the required degree of reduction of the deviation between the transverse deflections or the roll angles depends in particular on the design of the vehicle. Relevant influencing factors here include the torsional rigidity of the car body about the vehicle longitudinal axis and the distance between the two running gears in the direction of the vehicle longitudinal axis. The stiffer the car body is or the smaller the distance between the two running gears, the smaller the deviation between the transverse deflections or the roll angles must be to achieve a predetermined reduction of the torsional load.
  • control device controls the first actuator unit and / or the second actuator unit in dependence on the detection variable such that the deviation between the first transverse deflection and the second transverse deflection is less than 40 mm, preferably less than 25 mm, more preferably less than 10 mm.
  • control device can control the first actuator unit and / or the second actuator unit in dependence on the detection variable such that a deviation between a first roll angle of the car body with respect to the first chassis and a second roll angle of the car body with respect to the second chassis less than 2 ° is preferably less than 1 ", more preferably less than 0.5 °, and it is understood that as a rule, of course, the greatest possible reduction of the relevant deviation is advantageous or desirable.
  • any size can be determined as the detection variable, which allows conclusions to be drawn about the current torsional load on the vehicle body and thus ultimately on the wheel relief resulting from this torsional load.
  • the detection device detects, as the at least one detection variable, a variable representative of the first transverse deflection of the carbody and / or a variable representative of the second transverse displacement of the carbody, which then controls the further activation of the active components is used. This is advantageous inasmuch as, if appropriate, the quantity which is to be set anyway via the active components is immediately determined immediately.
  • the detection device can detect, as the at least one detection variable, a variable representative of a deflection of a component of the first roll compensation device and / or detect a variable representative of a deflection of a component of the second roll compensation device, which variable is then used for the further activation of the active components ,
  • an active component in the range of only one of the two rolling compensation devices can be sufficient.
  • the preceding landing gear can be counteracted by the yawing moment on the vehicle body resulting from the wind load, by counteracting the deflection of the vehicle body by a corresponding force action in the area of the rolling compensation device of the leading chassis, while the deflection is permitted on the trailing chassis.
  • control device can be designed by suitable measures to the above-described side wind conditional influences of other dynamic driving influences (eg., The entrance to or exit from track overshoots, changes in the radius of curvature of the same, etc. ) can differ.
  • corresponding filters as well as previously generated models of the
  • Vehicle are used. This can be taken into account in particular the fact that side wind induced influences have a quasi-static character, so therefore come into play in a relatively low frequency range, which is usually below 2 Hz, so in particular a differentiation of higher-frequency dynamic influences usually without Further is possible.
  • a passive reduction of the torsional load on the vehicle body can also be provided. This can be realized via a corresponding mechanical coupling of the two rolling compensation devices.
  • Roll compensation device and the second roll compensation device are mechanically coupled to each other via a passive coupling device, wherein the coupling device for reducing the torsional load on the car body in the direction of Vehicle transverse axis concurrent adjusting movements generated in the region of the first roll compensation device and the second roll compensation device.
  • the mechanical coupling between the two rolling compensation devices can be realized in any suitable manner.
  • any mechanical gear can be used to realize this coupling.
  • the coupling is realized at least in sections via a fluidic action principle, since hereby a particularly simple, space-saving design of the bridging of the distance between the two chassis is possible.
  • the coupling device therefore preferably comprises a fluidic coupling between the first roll compensation device and the second roll compensation device.
  • the desired high travel comfort for the passengers at high transport capacity of the vehicle is made possible by selecting an active solution with an active first roll compensation device, which can be arranged in particular kinematically parallel to the first spring means
  • the first roll compensation device is for Increasing the inclination comfort is designed to impart a first roll angle component of the first roll angle to the car body in a first frequency range under a first transverse deflection of the car body in the direction of the vehicle transverse axis, which corresponds to a current curvature of a track section currently being traveled.
  • the first roll compensation device may be designed to impart to the car body in a second frequency range, which is at least partially above the first frequency range, a second transverse deflection component (possibly also a second roll angle component about the roll axis).
  • a second transverse deflection component possibly also a second roll angle component about the roll axis.
  • Transverse deflection component in the first frequency range an increase in tilt comfort is realized via the second transverse deflection component (and optionally the second roll angle component) in the (at least partially above the first frequency range) second frequency range advantageously a Increased vibration comfort achieved.
  • Due to the design of the roll compensation device as at least in the second frequency range active system it is advantageously possible to make the support of the car body on the chassis in the transverse direction of the vehicle relatively stiff, in particular the roll axis or the instantaneous center of the car body comparatively close to the center of gravity to put the car body, so that on the one hand, the desired roll angle associated with comparatively small transverse deflections and on the other hand in case of failure of the active components as far as possible passive provision of the car body is possible in a neutral position.
  • the active solution has the particular advantage that all functions, thus the reduction of cross-wind sensitivity, increasing the tilt comfort, and increasing the vibration comfort can be realized by appropriately designed, superimposed control algorithms in the controller, which may only a single active Device in the range of at least one of the roll compensation device must control. In other words, this makes it possible to realize a high degree of functional integration or a very compact design, which is particularly advantageous in view of the already cramped space conditions in modern chassis systems.
  • the second roll compensation device may possibly also be designed deviating from the first roll compensation device.
  • the first roll compensation device and the second roll compensation device are designed substantially identical, so that the following statements with regard to the features, functions and advantages of the first roll compensation device can equally be realized in the second roll compensation device.
  • Roll compensation device for increasing the inclination comfort designed to impart a first roll angle component of the first roll angle to the car body in a first frequency range under a first Querauslenkungskompo ⁇ ente the first transverse deflection of the car body, which corresponds to a current curvature of a currently traversed track section. Furthermore, the first roll compensation device is designed to increase the vibration comfort to impart to the car body, in a second frequency range, a second transverse deflection component superimposed on the first transverse deflection component, wherein the second frequency range lies at least partially, in particular completely, above the first frequency range.
  • the first roll compensation device may be designed such that it is active only in the second frequency range, and thus only actively adjusts only the second transverse deflection component or optionally the second roll angle component, while the
  • Adjustment of the first roll angle component purely passive is effected by acting on cornering on the car body lateral acceleration or the resulting centrifugal force.
  • the first roll compensation device can in principle be designed in any suitable manner.
  • the first roll compensation device comprises an actuator device having at least one actuator unit controlled by a control device, the actuator force of which supplies at least a portion to the force for setting the roll angle or the transverse deflection on the car body.
  • the actuator device is designed to at least predominantly contribute to generating the first roll angle component in the first frequency range, in particular to substantially generate the first roll angle component or the first transverse deflection component.
  • the first frequency range is preferably the frequency range in which quasi-static rolling movements corresponding to the current curvature of the track curve passed through and the current driving speed occur.
  • Frequency range may vary depending on the specifications of the route network and / or the operator of the vehicle (for example, due to the use of the vehicle in local traffic, in long-distance traffic, especially in high-speed traffic, etc.).
  • the first frequency range preferably extends from 0 Hz to 2 Hz, preferably from 0.5 Hz to 1.0 Hz.
  • the active setting of the roll angle or the transverse deflection via the roll compensation device takes place exclusively during curved travel in the curved track, and therefore the first roll compensation device is active only in such a driving situation.
  • the roll compensation device is active even when driving straight ahead, so that the vibration comfort is ensured in an advantageous manner in these driving situations.
  • a limitation of the transverse deflections of the vehicle body ie the deflections in the vehicle transverse direction
  • a neutral position of the vehicle body is realized via the first rolling-contact device.
  • the neutral position is defined by the position of the car body, which it occupies when the vehicle is in a straight flat track. This makes it possible in an advantageous manner to realize particularly wide car bodies with a high transport capacity, which are tuned to the predetermined by the operator of the rail vehicle B ⁇ grenzungsprofil.
  • the limitation of the transverse deflections can be realized by any suitable components of the roll compensation device.
  • An actuator device of the first roll compensation device preferably makes it possible to limit the transverse deflections, since in this way a particularly compact, space-saving design can be realized.
  • the limitation of the transverse deflections can be adjusted to the limiting profile specified by the operator of the vehicle.
  • Particularly advantageous designs result when the first roll compensation device, in particular an actuator device of the first roll compensation device, is designed such that a first maximum transverse width of the car body from the neutral position is limited to 80 mm to 150 mm in the transverse direction of the vehicle in the transverse direction of the vehicle limited to 100 mm to 120 mm.
  • a second maximum transverse deflection of the car body from the neutral position which occurs during bow travel after bowing, also has a negative value, for example -20 mm.
  • the car body is therefore also deflected on the inside of the sheet to the outside of the bow to be able to realize, for example, compliance with a given clearance gauge with particularly wide car bodies.
  • the limitation of the transverse deflections can preferably be realized by an actuator device of the first roll compensation device. It is preferably provided that the actuator device is designed to act as an end stop device for defining at least one end stop for the rolling movement of the car body. For this purpose, a defined by the construction of the actuator device stop (for example, a simple mechanical stop) may be provided. Preferably, the actuator device is designed to variably define the position of the at least one end stop for the rolling movement of the car body.
  • this stop by an active inhibition of the actuator (for example, by appropriate energy supply to the actuator) and / or by a passive inhibition of the actuator (for example, a deactivation of a self-locking actuator device) at any point in the travel of the actuator is freely definable.
  • the actuator device of the first roll compensation device can basically be designed in any suitable manner.
  • the actuator device in the case of their inactivity of a rolling movement of the car body at most a low resistance, in particular substantially no resistance opposes.
  • the actuator device is therefore preferably not designed to be self-locking, so that in case of failure of the actuator device, among other things, a provision of the car body is ensured towards its neutral position.
  • the first roll compensation device is designed so that even if the active components of the first roll compensation device nor an emergency operation of the vehicle with possibly deteriorated comfort properties (in particular with regard to the inclination comfort and / or the vibration comfort) but in compliance with the predetermined limiting profile possible is.
  • the spring device in the inactivity of an actuator of the first roll compensation device on the car body exerts a restoring moment about the roll axis
  • the return torque is measured at inactive actuator such that a transverse deflection of the car body from the neutral position at a nominal load of the car body and at is less than 10 mm to 40 mm, preferably less than 20 mm in a maximum allowable track cantilever vehicle.
  • the spring device (In particular, the stiffness in the vehicle transverse direction) preferably designed so that a vehicle, which for any reason (for example, due to damage to the vehicle or track) comes to a halt at such an unfavorable place, still complies with the predetermined limiting profile.
  • the restoring torque is dimensioned with inactive actuator device such that a transverse deflection of the car body from the neutral position at a nominal load of the car body and in a maximum permissible in the direction of a vehicle transverse axis lateral acceleration of the vehicle less than 40 mm to 80 mm, preferably less than less than 60 mm.
  • the Federein direction (in particular their stiffness in the vehicle transverse direction) is preferably designed so that a vehicle in an emergency operation in case of failure of the actuator when driving at normal driving speed still complies with the predetermined limiting profile.
  • the rigidity, in particular the transverse stiffness in the vehicle transverse direction, the support of the car body on the respective chassis can have any suitable characteristic as a function of the transverse deflection.
  • a linear or even progressive course of the transverse rigidity in dependence on the transverse deflection can be provided.
  • a degressive course is provided, so that an initial transverse deflection of the car body from the neutral position, a relatively high resistance is opposed, but the resistance decreases with increasing deflection.
  • the spring device defines a return characteristic, wherein the return characteristic reflects the dependence of the restoring torque of the roll angle deflection and the return characteristic has a degressive course.
  • the course of the return characteristic can in principle be adapted in any suitable manner to the present application.
  • the return characteristic curve preferably has a first gradient in a first roll angle range or first transverse deflection range, and in one above the first roll angle range or of the first one that the deviation between the roll angle range and the second transverse deflection range has a second slope that is less than the first slope wherein the ratio of the second slope to the first slope is in particular in the range of 0 to 1, Range is 0 to 1, preferably in the range of 0 to 0.5.
  • the two roll angle ranges or transverse deflection ranges can be selected in any suitable manner.
  • the first transverse deflection range extends from 0 mm to 60 mm, preferably from 0 mm to 40 mm
  • the second transverse deflection range extends in particular from 20 mm to 120 mm, preferably from 40 mm to 100 mm.
  • the roll angle ranges then correspond to the transverse deflection ranges, depending on the given kinematics.
  • the determination of the characteristic of the spring device depends primarily on the transverse deflections, which may still be achieved in the event of failure of active components.
  • the first slope usually defines the residual cross-path in the event of failure of an active component, while the second slope determines the Aktuator structure for larger deflections and if possible selected so that these Aktuator concept can be kept low for larger deflections.
  • the second slope is therefore preferably kept as close to zero as possible. If necessary, even negative values of the second slope may be permissible or provided.
  • the support of the car body on the chassis may have any suitable rigidity.
  • a substantially independent of the transverse deflection stiffness can be provided.
  • the respective spring device has a transverse rigidity in the direction of a
  • Vehicle transverse axis which is dependent on a transverse deflection of the car body in the direction of the vehicle transverse axis from the neutral position, so that at deflections in the vicinity of the neutral position, a different stiffness (for example, a higher stiffness) prevails than in the region of greater deflections.
  • a different stiffness for example, a higher stiffness
  • the respective spring device preferably has a first transverse rigidity in a first transverse deflection region, while in a second transverse deflection region located above the first transverse deflection region it has a second transverse rigidity which is less than the first transverse rigidity. It is understood that the transverse stiffness can vary within the respective transverse deflection range. In addition, the course of the transverse rigidity as a function of the transverse deflection can in principle be matched in any suitable manner to the present application.
  • the first transverse stiffness is in the range of 100 N / mm to 800 N / mm, more preferably in the range of 300 N / mm to 500 N / mm, while the two transverse stiffness is preferably in the range of 0 N / mm to 300 N / mm is more preferably in the range of 0 N / mm to 100 N / mm.
  • the two transverse deflection ranges can also be selected in any suitable manner adapted to the respective application.
  • the first transverse deflection range extends from 0 mm to 60 mm, preferably from 0 mm to 40 mm, while the second transverse deflection range preferably extends from 20 mm to 120 mm, more preferably extends from 40 mm to 100 mm. This can be achieved with a view to limiting the maximum transverse deflection of the car body with the least possible use of energy particularly favorable designs.
  • the above-described advantageous behavior of the vehicle in the event of failure of one or more of the active components of the roll compensation device can preferably be realized via a corresponding design of the respective spring device, in particular its transverse rigidity.
  • the respective spring device in the direction of a vehicle transverse axis has a transverse rigidity, wherein the transverse stiffness of the spring device is dimensioned such that in case of inactivity of an actuator device of the rolling compensation device at bow travel with a maximum allowable in Direction of a vehicle transverse axis acting lateral acceleration of the vehicle in a vehicle transverse direction to bow out first outside transverse deflection of the car body from the neutral position is limited to 40 mm to 120 mm, preferably limited to 60 mm to 80 mm.
  • a second maximum transverse deflection of the car body taking place in a vehicle transverse direction is limited from 0 to 60 mm, preferably to 20 mm to 40 mm, from the neutral position.
  • the roll angle ranges then correspond to the above transverse deflection ranges, depending on the given kinematics
  • the transverse rigidity of the spring device is dimensioned such that, in the event of inactivity of an actuator device of the respective roll compensation device, a transverse deflection (and thus a corresponding horizontal deflection) of the vehicle body from the neutral position at the nominal load and is less than 10 mm to 40 mm, preferably less than 20 mm, when the vehicle is in a maximum permissible track cant.
  • the active components of the respective roll compensation device can in principle be designed in any suitable manner.
  • at least one actuator device is provided, which is connected between the car body and the chassis and realizes the adjustment of the roll angle in the second frequency range.
  • linear actuators are preferably used, in which preferably the travel path and / or the actuator forces are suitably limited in order to meet the requirements for the dynamics of the adjustment of the transverse deflection or the roll angle in the second frequency range with satisfactory results to fulfill.
  • the roll compensation device is designed such that an actuator device of the respective roll compensation device in the first frequency range from the neutral position has a maximum deflection of 60 mm to 110 mm, preferably from 70 mm to 85 mm, while it additionally or alternatively in the second frequency range from a starting position, a maximum deflection of 10 mm to 30 mm, preferably from 10 mm to 20 mm.
  • the actuator device in the first frequency range has a maximum actuator force of 10 kN to 40 kN, preferably 15 kN to 30 kN, while in the second frequency range it has a maximum actuator force of 5 kN to 35 kN, preferably from 5 kN to 20 kN.
  • the present (in the neutral position of the car body) distance of the roll axis of the car body to the center of gravity of the car body in the direction of the vehicle vertical axis is matched to the particular application.
  • the center of gravity of the car body usually has a first height (H1) above the track (typically above the rail top edge SOK), while the roll axis in the neutral position in the direction of the vehicle vertical axis has a second height (H2) above the track.
  • the ratio of the difference between the second height and the first height (H2-H1) to the first height (H1) is at most 2.2, preferably at most 1.3, more preferably 0.8 to 1.3.
  • the difference between the second height and the first height (H2-H1) can be between 1.5 m and approximately 4.5 m, preferably approximately 1.8 m.
  • H2-H1 the difference between the second height and the first height
  • the respective roll compensation device can in principle be designed in any suitable manner in order to realize the adjustment of the roll angle of the car body in the two frequency ranges.
  • the respective roll compensation device comprises an anti-roll device which is arranged kinematically parallel to the spring device and is designed to counteract rolling movements of the car body about the roll axis when driving straight ahead.
  • anti-roll devices are well known, so it should not be discussed in detail here.
  • they can be based on different principles of action. So they can be based on a purely mechanical action principle. But there are also fluid (hydraulic) solutions, electromechanical solutions or any combinations of all these principles of action possible.
  • the anti-roll device comprises two links which are articulated at one of their ends respectively articulated to the car body and at the other end at each articulated at opposite ends of a torsion element, which is mounted on the chassis, as has already been described ,
  • the respective roll compensation device may also comprise a guide device, which is arranged kinematically in series with the spring device.
  • the guide device comprises a guide element which is arranged between the chassis and the car body, and is designed to define a movement of the guide element with respect to the car body or the chassis during rolling movements of the car body.
  • the guide device can in turn be designed in any suitable manner to realize the described guide. For example, it can be realized by sliding and / or unrolling the guide element on a guideway.
  • the guide device comprises in particular at least one
  • the laminated spring device can be realized as a simple rubber layer spring whose layers are arranged inclined to the vehicle vertical axis and the vehicle transverse axis, so that they define the roll axis of the car body. It should be noted at this point that the design of the respective roll compensation device with such a laminated spring device for defining the rolling axis of the car body is an independently protectable idea of the invention, which is in particular independent of the above-described adjustment of the roll angle in the first frequency range and the second frequency range.
  • the present invention can be used in conjunction with any configuration of the support of the car body on the chassis.
  • it can be used in conjunction with a single-stage suspension, which supports the car body directly on a wheel unit.
  • the chassis accordingly preferably comprises a chassis frame and at least one wheel unit, while the spring device has a primary suspension and a secondary suspension.
  • the chassis frame is supported by the primary suspension on the wheel unit, while the car body is supported on the chassis frame via the, in particular designed as air suspension, secondary suspension.
  • the roll compensation device is then preferably arranged kinematically parallel to the secondary suspension between the chassis frame and the car body. This integration into a majority of the vehicles typically used is possible.
  • the rigidity of the respective spring device may optionally be determined solely by the primary suspension and the secondary suspension.
  • the spring device preferably comprises a transverse spring device, which advantageously serves to adapt or optimize the transverse rigidity of the spring device for the respective application. This simplifies the design of the spring device considerably despite the simple optimization of the transverse rigidity.
  • the transverse spring device may be connected on the one hand to the chassis frame and on the other hand to the car body. Additionally or alternatively, the transverse spring means may also be connected on the one hand to the chassis frame or to the car body and on the other hand to be connected to the roll compensation device.
  • the transverse spring device is designed to increase the rigidity of the respective spring device in the direction of the transverse axis of the vehicle. In this case, it can have any characteristic adapted to the respective application.
  • the transverse spring device preferably has a degressive stiffness characteristic in order to achieve overall a degressive stiffness characteristic of the spring device.
  • the respective spring device has an emergency spring device, which is arranged centrally on the chassis in order to enable emergency operation of the vehicle even in the event of failure of the supporting components of the spring device.
  • the emergency spring device can in principle be designed in any suitable manner.
  • the emergency spring device is designed such that it supports the compensation effect of the roll compensation device.
  • the emergency spring device may comprise a sliding and / or rolling guide, which follows the compensation movement.
  • the present invention further relates to a method for adjusting roll angles on a vehicle body of a vehicle, in particular a rail vehicle, about a roll axis parallel to a vehicle longitudinal axis of the vehicle, wherein a first roll angle and / or a first transverse deflection of the car body is adjusted with respect to a first landing gear and a second roll angle and / or a second transverse deflection of the car body with respect to a second chassis is adjusted, which is arranged spaced in the direction of a vehicle longitudinal axis of the first chassis.
  • Car body is coupled via a first roll compensation device with the first chassis, while the car body is coupled via a second roll compensation device with the second chassis.
  • the first roll compensation device and the second roll compensation device counteract roll movements of the car body towards the outside of the bow about a roll axis parallel to the vehicle longitudinal axis.
  • the first roll angle and / or the second roll angle are coupled to one another in such a way that a torsional load on the car body is counteracted about the vehicle longitudinal axis.
  • the first transverse deflection and / or the second transverse deflection are coupled to one another in such a way that a torsional load on the body about the vehicle longitudinal axis is counteracted.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of the vehicle according to the invention in neutral position (along the line II of Figure 3);
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the vehicle of Figure 1 at Bogenfahrt;
  • Figure 3 is a schematic side view of the vehicle of Figure 1;
  • Figure 4 is a schematic perspective view of a part of the vehicle of Figure 1;
  • Figure 5 is a transverse force-displacement characteristic of the spring device of the vehicle of Figure 1;
  • Figure 6 is a schematic sectional view of another preferred embodiment of the vehicle according to the invention in neutral position
  • Figure 7 is a schematic sectional view of another preferred embodiment of the vehicle according to the invention in neutral position
  • Figure 8 is a schematic view of part of another preferred embodiment of the vehicle according to the invention.
  • a first preferred exemplary embodiment of the vehicle according to the invention in the form of a rail vehicle 101, which has a vehicle longitudinal axis 101.1, will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the vehicle 101 comprises a car body 102, which is supported in the region of its first end via a first spring device 103 on a first chassis in the form of a first bogie 104 and in the region of its second end via a second spring device 113 on a second chassis in the form of a second Bogie 114 is supported.
  • the first bogie 104 and the second bogie 114 are designed identically so that the features of the first bogie 104 are primarily discussed below. The same applies to the first spring device 103 and the second spring device 113.
  • an absolute coordinate system (given by the direction of the gravitational force G) x, y, z and a passenger coordinate system X p , y p , Zp (predefined by the vehicle body 102) are defined.
  • the bogie 104 comprises two wheel units in the form of wheelsets 104.1, on each of which a bogie frame 104.2 is supported via a primary suspension 103.1 of the first spring device 103.
  • the car body 102 is in turn supported by a secondary suspension 103.2 on the bogie frame 104.2.
  • the primary suspension 103.1 and the secondary suspension 103.2 are simplified in FIG. 1 as coil springs. It is understood, however, that the primary suspension 103.1 or secondary suspension 103.2 can be any suitable spring device.
  • the secondary suspension 103.2 is preferably a well-known air suspension or the like.
  • the vehicle 101 further comprises a first roll compensation device 105 in the region of the first bogie 104 and a second roll compensation device 115 in the region of the second bogie 114.
  • the first roll compensation device 105 and the second roll compensation device 115 are again designed identically, so that the following is primarily based on the features of the first Roll compensation device 105 is received.
  • the first roll compensation device 105 acts kinematically parallel to the secondary suspension 103.2 between the bogie frame 104.2 and the car body 102 in the manner described in more detail below.
  • the first roll compensation device 105 comprises a well-known roll support 106, which is connected on the one hand to the bogie frame 104.2 and on the other hand to the car body 102.
  • 4 shows a perspective view of this roll support 106.
  • the roll support 106 comprises a torsion arm in the form of a first lever 106.1 and a second torsion arm in the form of a second lever 106.2.
  • the two lifting! 106.1 and 106.2 sit on both sides of the longitudinal center plane (x f z r plane) of the vehicle 101 respectively rotationally fixed on the ends of a torsion shaft 106.3 of the roll support 106.
  • the torsion 106.3 extends in the transverse direction (y r direction) of the Vehicle and is rotatably mounted in bearing blocks 106.4, which in turn are firmly connected to the bogie frame 104.2.
  • a first link 106.5 is articulated, while at the free end of the second lever 106.2, a second link 106.6 is articulated.
  • the roll support 106 is pivotally connected to the car body 102.
  • the roll support 106 allows a well-known on both sides of the vehicle synchronous compression of the secondary suspension 103.2, while preventing a pure rolling motion about the roll axis or the instantaneous pole MP. Furthermore, as can be seen in particular Figure 2, due to the inclination of the handlebars 106.5, 106.6 by the roll support 106 kinematics with a combined movement of a rolling motion about the roll axis or the instantaneous pole MP and a transverse movement in the direction of the vehicle transverse axis (y r Axis). It is understood that the intersection MP and thus the roll axis due to the predetermined by the handlebars 106.5, 106.6 kinematics at a deflection of the car body 102 from the neutral position usually also sideways emigrated.
  • FIG. 2 shows the vehicle 101 when traveling on a curve in a track cant.
  • the centrifugal force F y acting on the bogie frame 104. 2 at the center of gravity SP of the vehicle body 102 causes a rolling movement towards the bow which results from a greater compression of the primary suspension 103. 1 on the outside of the bow.
  • the described design of the roll support 106 causes a bow travel of the vehicle 101 in the area of the secondary suspension 103.2 Compensating movement, which counteracts the roll movement of the car body 102 (compared to the dashed contour 102.1 indicated neutral position in a straight flat track) outward in the absence of the roll support 106 due to acting in the center of gravity SP of the car body 102 centrifugal force (analogous to non-uniform compression of the primary suspension 103.1) would be caused by a stronger compression of the secondary suspension 103.2 on the outside of the bow.
  • the maximum permissible values for the transverse acceleration ayp, ma ⁇ acting in the reference system (x p , y p , Z p ) of the passengers are generally specified by the operators of the vehicle 101. Evidence of this is provided by national and international standards (such as EN 12299).
  • the lateral acceleration a yp acting in the reference system (x p , y p , z ") of the passengers (in the direction of the y p axis) is composed of two components, namely a first acceleration component a 1 and a second acceleration component a ypd according to the equation :
  • the current value of the first acceleration component a ⁇ results from traversing the current track curve with the current vehicle speed, while the current value of the second acceleration component a ⁇ o resulting from current (periodic or mostly singular) events (such as driving over an impurity in the track, such as a switch or the like). Since the curvature of the track curve and the current driving speed of the vehicle 101 change only comparatively slowly in normal operation, this first acceleration component ayp S is a quasi-static component. By contrast, the second acceleration component ayp d (occurring mostly as a result of impacts) is a dynamic component.
  • ay p From the current lateral acceleration ay p can be according to the present invention ultimately determine a minimum target value for a Querauslenkung dy « , « * ⁇ «of the car body 102 to the vehicle vertical axis (z r axis). This is the transverse deflection (and thus possibly the corresponding roll angle), which is at least necessary in order to fall below the maximum permissible transverse gradient a yp ma) ⁇ .
  • a target value for the transverse deflection dy Wso n of the car body 102 in the direction the vehicle transverse axis (y r axis) are given, which corresponds to the current driving condition.
  • This setpoint is set for the transverse deflection dyw, «*! of the car body 102 in turn from a quasi-static component dy Ws, soi ⁇ and a dynamic component dy W ( j, soi ⁇ together, where:
  • the quasi-static component dyws.soii is the quasi-static setpoint value for the lateral deflection (and thus the roll angle) which is relevant for the inclination comfort, which results from the current quasi-static lateral acceleration a m (which in turn depends on the curvature of the track curve and the current driving speed v depends).
  • this is thus the setpoint for the transverse deflection, as it is used in the known from the prior art vehicles with active adjustment of Wa ⁇ kwinkels for controlling the roll angle.
  • the First roll compensation device 105 in the present example further comprises an actuator 107, which in turn comprises an actuator 107.1 and a control device 107.2 connected thereto.
  • the actuator 107.1 is on the one hand hingedly connected to the bogie frame 104.2 and on the other hand articulated to the car body 102.
  • the actuator 107.1 is designed as an electro-hydraulic actuator.
  • an actuator can be used, which operates on any other suitable action principle.
  • hydraulic, pneumatic, electrical and eiektromechanische Wirk fingerien alone or in any combination can be used.
  • the actuator 107.1 is arranged so that the actuator force exerted by it between the bogie frame 104.2 and the body 102 acts (in the neutral position) parallel to the vehicle transverse direction (yr direction). It is understood, however, that in other variants of the invention, a different arrangement of the actuator may be provided, as long as the force exerted by him between the chassis and the car body actuator force has a component in the vehicle transverse direction.
  • the control device 107.2 controls or regulates the actuator force and / or the deflection of the actuator 107.1 according to the present invention such that a quasi-static first transverse deflection component dyws of the car body 102 and a dynamic second transverse deflection component dy Wd of the car body 102 are superimposed, so that a total of Transverse deflection dy w of the car body 102 results, for which applies:
  • the adjustment of the transverse deflection dy w is carried out according to the invention using the desired value for the transverse deflection dy WiSoB of the car body 102, which is composed of the quasi-static component dyws, so ⁇ and the dynamic component dyw d .soii, as defined for example in equation (2) is.
  • the setting of the first transverse deflection component dy W ⁇ (supported by the centrifugal force F y ) takes place in the present example in a first frequency range F1 which extends from 0 Hz to 1.0 Hz.
  • the first frequency range is thus the frequency range in which quasi-static, the current curvature of the traversed curve and the current rolling speed corresponding rolling movements of the car body 102 done.
  • the second frequency range is a frequency range which is tuned to the dynamic disturbances to be expected during operation of the vehicle (possibly periodic, but typically rather singular or statistically scattered), which are perceived by passengers as disturbing.
  • the first frequency range and / or the second frequency range also vary depending on the specifications of the route network and / or the operator of the vehicle (for example, due to the use of the vehicle in local traffic, in long-distance traffic, especially in high-speed traffic, etc.) can.
  • the first transverse deflection component dyws of the car body 102 whose setting ultimately represents a quasi-static adaptation of the transverse deflection (and thus the roll angle) to the current track curvature and the current vehicle speed, thus superimposing a second transverse deflection component dywd of the car body 102, their attitude ultimately represents a dynamic adaptation to current, introduced into the car body disturbances, so that a total of high comfort for the passengers can be achieved.
  • the control device 107.2 realizes the actuation of the actuator 107.1 as a function of a series of input variables which are supplied to it by a higher-level vehicle control and / or by separate sensors (such as the sensor 107.3) or the like.
  • the input variables taken into account during the control include, for example, variables which correspond to the current driving speed v of the vehicle 101, the curvature x of the track section currently being traveled, the track cant angle Y of the track section currently being traveled, and the magnitude and frequency of disturbances (for example track position disturbances). of the currently traversed track section are representative.
  • These quantities processed by the control device 107.2 can be determined in any suitable manner.
  • the disturbances or the resulting lateral accelerations a y whose impact on the passengers on the dynamic portion dywa are at least to be mitigated, sufficiently accurate and with a sufficient range to determine (ie, for example, to measure directly and / or via suitable pre-established models of the vehicle 101 and / or the track).
  • the control device 107.2 can be realized in any suitable manner, provided that it meets the appropriate safety requirements imposed by the operator of the rail vehicle.
  • it can be constructed from a single, processor-based system; in the present example, different control circuits or control circuits are specified for the control in the first frequency range F1 and the control in the second frequency range F2.
  • the actuator 107.1 in the first frequency range F1 from the neutral position to a maximum deflection of 80 mm to 95 mm, while in the second frequency range from a starting position has a maximum Ausle ⁇ kung of 15 mm to 25 mm. Furthermore, in the first frequency range F1, the actuator 107.1 exerts a maximum actuator force of 15 kN to 30 kN, while in the second frequency range it exerts a maximum actuator force of 10 kN to 30 kN. As a result, a particularly favorable configuration is achieved under static and dynamic aspects.
  • the roll compensation device 105 By designing the roll compensation device 105 as an active system, it is also advantageously possible to make the support of the car body 102 on the bogie 104 relatively stiff in the transverse direction of the vehicle 101. In particular, it is possible to place the roll axis or the instantaneous pole MP of the car body 102 comparatively close to the center of gravity SP of the car body 102.
  • the secondary suspension 103.2 is designed such that it has a restoring force transverse deflection characteristic curve 108, as shown in FIG.
  • the force characteristic curve 108 indicates the dependence of the restoring force Fy exerted by the secondary suspension 103.2 on the vehicle body 102, which acts on a transverse deflection y f of the vehicle body 102 relative to the bogie frame 104.2.
  • a return characteristic in the form of a torque characteristic can also be specified, which determines the dependence of the secondary suspension 103.2 on the Car body 102 exerted restoring torque M * of the Wankwinkela ⁇ slenkung ⁇ w from the neutral position reproduces.
  • the secondary suspension 103.2 has a first transverse rigidity R1 in a first transverse deflection region Q1, while it is located in a second transverse stiffness R1 above the first transverse deflection region Q1
  • Transverse deflection region Q2 has a second transverse rigidity R2, which is less than the first transverse rigidity R1.
  • the transverse rigidity (as can also be seen from FIG. 5 with reference to the dashed force characteristics 109.1 109.2 of other exemplary embodiments) within the respective transverse deflection range Q1 or Q2 (possibly also strongly) can vary.
  • the respective transverse rigidity R1 or R2 is selected such that the level of the first transverse rigidity R1 is at least partially, preferably substantially completely, above the level of the second transverse rigidity R2.
  • a transition region between the first transverse deflection region Q1 and the second transverse deflection region Q2 may also be provided, in which an overlap or overlap of the rigidity levels occurs.
  • the course of the transverse rigidity depending on the transverse deflection can be matched in any suitable manner to the present application.
  • a second gradient in the second transverse deflection region Q2, can also be provided at least close to the value zero, preferably equal to zero, as indicated in FIG. 5 by the contour 109.3.
  • a negative second gradient may also be provided in the second transverse deflection region Q2, as indicated by the contour 109.4 in FIG.
  • the Aktuator technique can be kept particularly low for larger transverse deflections in an advantageous manner.
  • the rigidity level in the first lateral displacement range Q1 is set so that the first lateral rigidity R1 is in the range of 100 N / mm to 800 N / mm, while the rigidity level in the second transverse displacement range Q2 is selected to be the second transverse stiffness R2 is in the range of 0 N / mm to 300 N / mm.
  • the two transverse deflection ranges Q1 and Q2 can likewise be selected in any suitable manner adapted to the respective application.
  • the first transverse deflection range Q1 extends from 0 mm to 40 mm
  • the second transverse deflection range Q2 extends from 40 mm to 100 mm.
  • a torque characteristic curve can be defined for the vehicle 101 analogously to the force line 108.
  • the return characteristic in a first roll angle range W1 has a first slope S1 and in a second roll angle range W2 lying above the first roll angle range W1 a second slope which is less than the first slope.
  • the first roll angle range W1 then extends, for example, from 0 ° to 1.3 °, depending on the given kinematics, while the second roll angle range W2 extends from 1.0 ° to 4.0 ".
  • a degressive profile of the transverse stiffness of the secondary suspension 103.2 is provided in the present example, so that an initial transverse deflection of the car body 102 from the neutral position is opposed to a comparatively high resistance.
  • the initial high resistance to a transverse deflection has the advantage that in case of failure of the active components (for example, the actuator 107.1 or the control 107.2) even in curved drive (depending on the currently present lateral acceleration a y or centrifugal force F x ) a far-reaching passive Resetting the car body 102 is at least possible in the vicinity of the neutral position.
  • This passive recovery in the event of a fault makes it possible advantageously to realize particularly wide car bodies 102 and consequently a high transport capacity for the vehicle 101.
  • the actuator 107.1 in the present example is designed such that in the case of its Inactivity of a rolling motion of the car body 102 substantially no resistance opposes.
  • the actuator 107.1 is therefore not designed to be self-locking.
  • the degressive characteristic curve 108 Thanks to the degressive characteristic curve 108, the increase in the resistance to the transverse deflection decreases with increasing deflection (in the case of a negative gradient, even the resistance itself can decrease). This is advantageous in view of the dynamic adjustment of the second transverse deflection dyw d in the second frequency range F2 when the vehicle 101 is driven, since the roll compensation device 105 must then provide comparatively small forces for these dynamic deflections in the second frequency range F2.
  • the degressive characteristic of the secondary suspension can be achieved in any suitable manner.
  • the springs, over which the car body 102 is truncated on the bogie frame 104.2 be designed according to realize this characteristic out of itself.
  • this can be done for example by a suitable design of the support of the bellows of the respective air spring.
  • the spring device 103 can have one or more additional transverse springs, as indicated by the dashed contour 110 in FIG.
  • the cross spring 110 is used to adapt or optimize the Quersteif technik the secondary suspension 103.2 for the particular application.
  • the design of the secondary suspension 103.2 is considerably simplified despite the simple optimization of the transverse rigidity.
  • the cross spring 110 may be connected as shown in the present example, on the one hand with the chassis frame and on the other hand with the car body. Additionally or alternatively, such a cross spring may also be connected on the one hand to the chassis frame or to the car body, while on the other hand with the
  • Roll compensation device 105 (for example, with one of the links 106.5, 106.6) is connected.
  • the transverse spring can also act exclusively within the roll compensation device 105, for example between one of the links 106.5, 106.6 and the associated lever 106.1 or 106.2 or the torsion bar 106.3.
  • the transverse spring 110 can be designed to increase the rigidity of the spring device in the direction of the vehicle transverse axis. In this case, it can have any characteristic adapted to the respective application.
  • the cross spring 110 itself a degressive stiffness characteristic in order to achieve a total degressive stiffness techniks characterizing the secondary suspension 103.2.
  • the cross spring 110 can be designed in any suitable manner and work according to any suitable principles of action. Thus, tension springs, compression springs, torsion springs or any combinations thereof can be used. Furthermore, it may be a purely mechanical spring, an electromechanical spring, a pneumatic spring, a hydraulic spring or any combinations thereof.
  • the secondary suspension 103.2 is designed in such a way that the vehicle 101, if it comes to a standstill for such an arbitrary reason (for example because of a damage to the vehicle or the travel path) at such an unfavorable position, still fulfills a predetermined limiting profile.
  • Vehicle is less than 2 °.
  • first maximum transverse deflection dy a, notmax (m m ⁇ x ; ayf.max) of the car body 102 from the neutral position to the outside of the bend in the present example, this is limited to 60 mm.
  • second maximum transverse deflection dy ⁇ , not, max (m m s ⁇ ; ayfmax) of the car body 102 from the neutral position to the inside of the bow it applies here that this is limited to 20 mm.
  • the spring device in particular its stiffness in the vehicle transverse direction
  • Another advantageous aspect of the design according to the invention which is advantageous in view of the high width of the car bodies 102 and thus with regard to the high transport capacity, in the present example is that the design and arrangement of the links 106.5, 106.6 (in the neutral position of the car body 102 present) distance .DELTA.H of the roll axis of the car body 102 and the instantaneous center MP to the center of gravity SP of the car body 102 in the direction of the vehicle vertical axis (z r direction) is selected to be comparatively small.
  • the comparatively small distance .DELTA.H of the instantaneous pole MP to the center of gravity SP on the one hand has the advantage that even with comparatively small transverse deflections of the Wagenkastens 102 a comparatively large roll angle ⁇ w is achieved.
  • a relatively small transverse deflections of the car body 102 are required to realize the quasi-static component ⁇ ws the roll angle ⁇ w or the quasi-static component dy Ws of the transverse deflection dy w even at high speeds v and high track curvature.
  • even strong transverse joints can be compensated by comparatively small transverse deflections of the car body 102 with which the dynamic component ⁇ W d of the roll angle ⁇ w is realized.
  • the centrifugal force F y acting in the center of gravity SP has to the instantaneous pole MP.
  • the centrifugal force F y thus exerts a lower roll moment on the vehicle body 102 during travel (as a function of the currently present lateral acceleration a y), so that a far-reaching passive provision of the car body 102 at least in the vicinity of the neutral position by the secondary suspension 103.2 is possible.
  • the roll axis or the instantaneous MP of the car body on or close to the center of gravity of the SP Car body is so that the centrifugal force F y no (or at least no notable) contribution to the generation of rolling motion.
  • the setting of the roll angle ⁇ w then takes place exclusively actively via the actuator 107.1.
  • Vehicle provided limit profile tuned limitation of the transverse deflections, which comes in borderline situations of operation of the vehicle 101 for engagement. It is understood, however, that in other variants of the vehicle according to the invention such a limitation can already be used during normal operation. Likewise, however, it may also be provided that such a limitation is also missing, that is to say that no such limitation becomes effective under all possible driving situations or load situations of the vehicle.
  • transverse deflections can be realized by any suitable measures, such as corresponding stops between the car body 102 and the bogie 104, in particular the bogie frame 104.2.
  • a corresponding design of the roll compensation device 105 may be provided.
  • corresponding stops for the handlebars 106.5, 106.6 may be provided.
  • the actuator 107.1 is designed in such a way that a first maximum transverse deflection dya max of the car body 102 in the vehicle transverse direction (y r axis) takes place from the neutral position to 120 mm when the sheet is curved. Since the bogies 104 are arranged in the vehicle 101 in the end region of the car body 102, it is of particular interest to limit the transverse deflections according to arc inside accordingly. Therefore, the actuator 107.1 limited additionally in the vehicle transverse direction takes place during arc drive to bow inwardly second maximum transverse deflection dy, TM ,, of the car body 102 of the car body from the neutral position to 20 mm.
  • control device 107.2 controls the actuator 107.1 for this purpose (depending on the direction of the currently traversed curve) such that it on reaching the respective maximum transverse deflection (dyi, max or dy a, max), a further transverse deflection beyond the maximum value prevented.
  • control device 107.2 varies the maximum transverse deflection to the inside of the bow dy i mai ⁇ (P) and / or to the bow outer dy ⁇ imax (P) as a function of the current position P of the vehicle 101 on the traveled route network.
  • a smaller maximum transverse deflection of the car body 102 may be permitted in certain sections according to the inside and / or outside of the bow than in other sections. It goes without saying that the control device 107.2 then has to have corresponding information about the current position P.
  • the first roll compensation device 105 and the second roll compensation device 115 are coupled to each other in terms of control technology in order to reduce crosswind sensitivity or to increase the permissible speed of the vehicle 101 by virtue of the control device 107.2 selecting both the actuator 107.1 of the first roll compensation device 105 and the corresponding one Actuator 117.1 of the second roll compensation device 115 controls such that, for example, upon the action of a side wind load SW, a reduction of the torsional moment MTx acting on the car body 102 (possibly up to a value of zero) is realized.
  • a resulting side wind load SW usually offset towards the head end and above with respect to the (usually) in the vehicle longitudinal direction approximately centrally arranged vehicle center of gravity SP of the vehicle center of gravity SP on the vehicle body 102 (as shown in Figure 1).
  • the controller 107.2 controls the actuator 107.1 of the first roll compensation device 105 and the corresponding actuator 117.1 of the second roll compensation device 115 such that they reduce the deviation dy, so as to reduce the torsional moment MTx acting on the car body 102 (possibly up to a value of zero ) to realize. This makes it possible, at least to reduce a possibly resulting from the torsion of the car body 102 component of Radentlastung, possibly even completely eliminate.
  • the active reduction or elimination of the torsional load MTx is realized in the present example in that the control device 107.2 has at least one detection device for detecting at least one detection variable which is representative of the torsional load MTx applied to the vehicle body 102.
  • the control device 107.2 is configured to control the actuator 107.1 of the first roll compensation device 105 and the corresponding actuator 117.1 of the second roll compensation device 115 in such a way that the torsional load MTx is reduced, if necessary, even eliminated substantially completely.
  • control device 107.2 is designed to control the first actuator 107.1 and the second actuator 117.1 in such a way that both the first transverse deflection and the second transverse deflection are reduced, so that overall a reduction of the deviation dy results.
  • control device controls the first actuator 107.1 and the second actuator 117.1 as a function of the detection variable such that the deviation dy between the first transverse deflection and the second transverse deflection is less than 10 mm.
  • any size can be determined as the detection variable, which allows conclusions to be drawn about the current torsion load MTx on the vehicle body 102 and thus ultimately on the wheel relief resulting from this torsion load MTx.
  • the detection device of the control device 107.2 detects, as the at least one detection variable, a variable representative of the first transverse deflection of the car body 102 and a variable representative of the second transverse deflection of the car body 102, which then controls the further activation of the first actuator 107.1 and the second actuator 117.1 is used.
  • the detection device can thereby be realized by an integrated in the respective actuator 107.1, 117.1 displacement sensor or the like.
  • an active component in the range of only one of the two rolling compensation devices can be sufficient.
  • control device 107.2 can be embodied by suitable measures for influencing the above-described side-wind influences from other dynamic driving influences (eg entry into or exit from track cant, changes in the radius of curvature of the same, etc.).
  • corresponding filters as well as previously generated models of the vehicle can be used. This can be taken into account in particular the fact that side wind induced influences have a quasi-static character, so therefore come into play in a relatively low frequency range, which is usually below 2 Hz, so in particular a differentiation of higher-frequency dynamic influences usually without Further is possible.
  • control device 107.2 the difference
  • a passive reduction of the torsional load on the body 102 can also be provided, as shown schematically in FIG. This can be realized via a corresponding mechanical coupling of the two roll compensation devices 105 and 115.
  • FIG. 8 it is provided for this purpose that the first roll compensation device 105 and the second roll compensation device 115 are mechanically coupled to one another via a passive coupling device 120, wherein the coupling device 120 for adjusting the torsional load MTx on the car body 102 in the direction of a vehicle transverse axis concurrent positioning movements in the first Roll compensation device 105 and the second roll compensation device 115 generates.
  • the mechanical coupling between the two rolling compensation devices can be realized in any suitable manner.
  • any mechanical gear can be used to realize this coupling.
  • the coupling is realized in sections via a fluidic action principle, since hereby a particularly simple, space-saving design of the bridging of the distance between the two chassis is possible.
  • the coupling device 120 each comprises a hydraulic cylinder 120.1, 120.2, with the car body 102 and the respective link 106.6 and 116.6 of the first roll compensation device 105 and the second
  • Roll compensation device 115 are coupled.
  • the working chambers of the hydraulic cylinders 120.1, 120.2 are coupled in opposite directions via a Hydraulikieitung to achieve the desired concurrent positioning movements.
  • the spring device 103 furthermore comprises a
  • the emergency spring device 103.3 which is arranged in the vehicle transverse direction centered on the bogie frame 104.2, even in case of failure of the secondary suspension 103.2 an emergency operation of the Vehicle 101 to allow.
  • the emergency spring device 103.3 can in principle be designed in any suitable manner.
  • the emergency spring device 103.3 is designed such that it supports the compensation effect of the roll compensation device 105.
  • the emergency spring device 103.3 may comprise a sliding and / or rolling guide, which (in the case of its use, and thus therefore in emergency operation) may follow the compensation movement of the roll compensation device 105.
  • Transverse deflection via the roll compensation device 105 takes place exclusively in the case of curved travel in the curved track, and therefore the roll compensation device 105 is active only in such a driving situation.
  • the roll compensation device 105 is active only in such a driving situation.
  • Roll compensation device 105 is active even when driving straight ahead of the vehicle 101, so that in each driving situation at least one adjustment of the transverse deflection dy w or optionally of the roll angle ⁇ w in the second frequency range F2 and thus the vibration comfort is ensured in an advantageous manner in these driving situations.
  • FIG. 1 A further advantageous embodiment of the vehicle 201 according to the invention is shown in FIG.
  • the vehicle 201 corresponds in its basic design and operation of the vehicle 101 of Figure 1 to 5, so here only on the
  • the roll compensation device 205 comprises a guide device 211, which is arranged kinematically in series with the spring device 103.
  • the guide device 211 comprises two guide elements 211.1, which are supported on the one hand on a support 211.2 and on the other hand on the car body 102.
  • the carrier 211.2 extends in the vehicle transverse direction and in turn is supported on the bogie frame 104.2 via the secondary suspension 103.2.
  • the guide elements 211.1 define during rolling movements of the car body 102, the movement of the carrier 211.2 with respect to the car body 102.
  • the respective guide element 211.1 is designed as a simple Schichtfeder ⁇ inutter comprising a multi-layer rubber layer spring 211.3.
  • the rubber layer spring 211.3 is composed of several layers, wherein, for example, metallic layers and rubber layers are different.
  • Rubber-layer spring 211.3 is pressure-rigid in one direction perpendicular to its layers (so that the layer thickness does not appreciably change under load in this direction) while being shovel-soft in one direction parallel to its layers (so that significant deformation results under shear loading in that direction).
  • the layers of the rubber layer spring 211.3 are inclined in the present example to the vehicle vertical axis and the vehicle transverse axis, so that they define the roll axis or the instantaneous MP of the car body 102.
  • the layers of the rubber layer spring 211.3 are designed as simple planar layers and in such a way that the point of intersection of their center verticals 211.4 defines the roll axis or instantaneous pole MP of the car body 102.
  • another simple or multiple curved design of these layers can be provided.
  • it may be concentric cylinder jacket segments whose centers of curvature lie in the instantaneous pole MP.
  • the center verticals 211.4 lie in the present example in a common plane which is perpendicular to the vehicle longitudinal axis (x r axis). Accordingly, the arrangement of the two rubber-layer springs 211.3 in the vehicle transverse direction can transmit comparatively high forces even without additional aids, while they can transmit forces only to a limited extent or under considerable shear deformation in the direction of the vehicle's longitudinal axis. Accordingly, is usually between the car body 102 and the
  • Bogie frame 104.2 provided a longitudinal articulation, which allows a corresponding transmission of forces of the direction of the vehicle longitudinal axis. It is understood, however, that in other variants of the invention, a design of the two rubber layer springs 211.3 may be provided, which allows the transmission of such longitudinal forces. For example, two-fold curved layers can be provided. Likewise, however, more than two rubber layer springs can be provided, which are not collinear and distributed in space so that their center verticals or their radii of curvature intersect in the instantaneous pole MP of the car body.
  • the roll compensation device 205 in turn comprises an actuator device 207 with an actuator 207.1 and a control device 207.2 connected thereto.
  • the actuator 207.1 acts in the vehicle transverse direction between the carrier 211.2 and the vehicle body 102.
  • the roll angle ⁇ w or the transverse deflection dy w is adjusted via the actuator 207.1 (as indicated by the dashed contour 102.2 in FIG. 6).
  • the control device 207.2 operates analogously to the control device 107.2 in the present example.
  • the control device 207.2 controls or regulates the actuator force and / or the deflection of the actuator 207.1 according to the present invention such that a quasi-static first transverse deflection dy Ws of the car body 102 and a dynamic second transverse deflection dy W d of the car body 102 are superimposed, so that a total of one
  • Transverse deflection dy w w of the car body 102 results, for which the above equation (2) applies. Again, the quasi-static first transverse deflection dy W9 is again set in the first frequency range F1, while the dynamic second transverse deflection dywo is set in the second frequency range F2.
  • the rubber layer springs 211.3 can be designed such that they have a similar characteristic as the secondary suspension 103.2 from the first exemplary embodiment, so that reference is made in this respect to the above statements.
  • a conventional roll support 206 with mutually parallel arms 206.5, 206.6 is provided counteracts an uneven deflection of the secondary suspension 103.2.
  • another actuator 212 of the roll compensation device 205 acts between the bogie frame 104.2 and the carrier 211.2 in the vehicle transverse direction, via which the transverse deflection of the carrier 211.2 and thus of the car body 102 with respect to the bogie frame 104.2 can be influenced. It is understood, however, that in other variants of the invention, on the one hand, such a further actuator may possibly also be absent and, on the other hand, an inclined arrangement of the links may also be provided.
  • the actuator 212 is likewise triggered by the control device 207.2, so that the control device 207.2 via the activation of the actuators 207.1 and 212 a
  • Operating behavior of the roll compensation device 205 can produce, as described above in connection with the first embodiment of the roll compensation device 105.
  • FIG. 3 A further advantageous embodiment of the vehicle 301 according to the invention is shown in FIG.
  • the vehicle 301 corresponds in its basic design and mode of operation to the vehicle 201 from FIG. 6, so that only the differences should be discussed here.
  • identical components are provided with the identical reference numerals, while similar components are provided with reference numbers increased by the value 100.
  • the roll compensation device 305 in turn comprises a guide device 311 with two guide elements 311.1, which are respectively supported on the one hand on a support 311.2 and on the other hand on the bogie frame 104.2.
  • a support 311.2 which extends in the vehicle transverse direction, the car body 102 is truncated on the secondary suspension 103.2.
  • the guide elements 311.1 are designed like the guide elements 211.1 and define during rolling movements of the car body 102, the movement of the carrier 311.2 with respect to the bogie frame 104.2.
  • the respective guide element 311.1 is in turn designed as a simple laminated spring device which comprises a multi-layer rubber layer spring 311.3, which is designed analogously to the rubber layer spring 211.3.
  • the roll compensation device 305 in turn comprises an actuator device 307 with an actuator 307.1 and a control device 307.2 connected thereto, which operate in an analogous manner to the actuator 207.1 and the control device 207.2.
  • the actuator 312 is likewise actuated by the control device 307.2, so that the control device 307.2 can produce an operating behavior of the roll compensation device 305 via the actuation of the actuators 307.1 and 312, as described above in connection with the first and second exemplary embodiments.
  • the present invention has been described above solely by means of examples of rail vehicles. It goes without saying that the invention can also be used in conjunction with any other vehicles.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten (102), einem ersteπ Fahrwerk (104) und einem in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk (104) beabstandet angeordneten zweiten Fahrwerk (114), wobei dβr Wagenkasten (102) ϋber eine erste Federeinrichtung (103) in Richtung einer Fahrzeughochachse auf dem ersten Fahrwerk (104) abgestϋtzt ist, der Wagenkasten (102) ϋber eine zweite Federeinrichtung (113) in Richtung der Fahrzeughochachse auf dem zweiten Fahrwerk (114) abgestϋtzt ist, der Wagenkasten (102) ϋber eine erste Wankkompensationseinrichtung (105) mit dem ersten Fahrwerk (104) gekoppelt ist, der Wagenkasten ( 102) ϋber eine zweite Wankkompensationseinrichtung (115) mit dem zweiten Fahrwerk (114) gekoppelt ist, die erste Wankkompensationseinrichtung (105) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115) bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens (102) nach bogenauβien um eine zu der FahrzeuglSngsachse parallele Wankachse entgegenwirken, wobei die erste Wankkompensationseinrichtung (105) derart ausgebildet ist und/oder die erste Wankkompensationseinrichtung (105) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115) derart miteinander verkoppelt sind, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten (102) um die Fahrzeuglangsachse, die insbesondere durch an dem Wagenkasten (102) wirkende Windlasten bedingt ist, entgegengewirkt wird.

Description

Fahrzeug mit Wankkompensation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten, einem ersten Fahrwerk und einem in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk beabstandet angeordneten zweiten Fahrwerk, wobei der Wagenkasten über eine erste Federeinrichtung in Richtung einer
Fahrzeughochachse auf dem ersten Fahrwerk abgestützt ist und der Wagenkasten über eine zweite Federeinrichtung in Richtung der Fahrzeughochachse auf dem zweiten Fahrwerk abgestützt ist. Der Wagenkasten ist über eine erste Wankkompensationseinrichtung mit dem ersten Fahrwerk gekoppelt, während er über eine zweite Wankkompensationseinrichtung mit dem zweiten Fahrwerk gekoppelt ist. Die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung wirken bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens nach bogenaußen um eine zu der Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse entgegen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Einstellung von Wankwinkeln an einem Wagenkasten eines Fahrzeugs.
Bei Schienenfahrzeugen - aber auch bei anderen Fahrzeugen - ist der Wagenkasten in der Regel gegenüber den Radeinheiten, beispielsweise Radpaaren oder Radsätzen, über eine oder mehrere Federstufen federnd gelagert. Die bei Bogenfahrt auftretende, quer zur Fahrbewegung und damit quer zur Fahrzeuglängsachse wirkende Zentrifugalbeschleunigung bedingt wegen des vergleichsweise hoch liegenden Schwerpunkts des Wagenkastens die Tendenz des Wagenkastens, sich gegenüber den Radeinheiten nach bogenaußen zu neigen, mithin also eine Wankbewegung um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse auszuführen.
Solche Wankbewegungen sind oberhalb bestimmter Grenzwerte zum einen dem Fahrkomfort abträglich. Zum anderen bringen sie die Gefahr einer Verletzung des zulässigen Lichtraumprofils sowie im Hinblick auf die Kippsicherheit und damit auch die
Entgleisungssicherheit die Gefahr unzulässiger einseitiger Radentlastungen mit sich. Um dies zu verhindern, werden in der Regel Wankstützeinrichtungen in Form so genannter Wankstabilisatoren eingesetzt. Deren Aufgabe ist es, der Wankbewegung des Wagenkastens einen Widerstand entgegenzusetzen, um sie zu mindern, während die Hub- und Tauchbewegungen des Wagenkastens gegenüber den Radeinheiten nicht behindert werden sollen. Solche Wankstabilisatoren sind in verschiedenen hydraulisch oder rein mechanisch wirkenden Ausführungen bekannt. Häufig kommt eine sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Torsionswelle zum Einsatz, wie sie beispielsweise aus der EP 1 075407 B1 bekannt ist. Auf dieser Torsionswelle sitzen zu beiden Seiten der Fahrzeuglängsachse drehfest angebrachte Hebel, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Diese Hebel sind wiederum mit Lenkern oder dergleichen verbunden, welche kinematisch parallel zu den Federeinrichtungen des Fahrzeugs angeordnet sind. Beim Einfedern der Federeinrichtungen des Fahrzeugs werden die auf der Torsionswelle sitzenden Hebel über die mit ihnen verbundenen Lenker in eine Drehbewegung versetzt.
Kommt es bei der Bogenfahrt zu einer Wankbewegung mit unterschiedlichen Federwegen der Federeinrichtungen auf den beiden Seiten des Fahrzeugs, ergeben sich hieraus unterschiedliche Drehwinkel der auf der Torsionswelle sitzenden Hebel. Die Torsionswelle wird demgemäß mit einem Torsionsmoment beaufschlagt, welches sie -je nach ihrer Torsionssteifigkeit - bei einem bestimmten Torsionswinkel durch ein aus ihrer elastischen Verformung resultierendes Gegenmoment ausgleicht und so eine weitere Wankbewegung verhindert. Dabei kann bei mit Drehgestellen ausgestatteten Schienenfahrzeugen die Wankstützeinrichtung sowohl für die Sekundärfederstufe vorgesehen sein, d. h. zwischen einem Fahrwerksrahmen und dem Wagenkasten wirken. Ebenso kann die Wankstützeinrichtung auch in der Primärstufe eingesetzt werden, d. h. zwischen den Radeinheiten und einem Fahrwerksrahmen oder - bei fehlender Sekundärfederung - einem Wagenkasten wirken.
Solche Wankstabilisatoren werden auch bei gattungsgemäßen Schienenfahrzeugen eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der EP 1 190925 A1 bekannt sind. Bei dem aus diesem Dokument bekannten Schienenfahrzeug sind die oberen Enden der beiden Lenker des Wankstabilisators (in einer senkrecht zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Ebene) zur Fahrzeugmitte hin versetzt. Hierdurch wird der Wagenkasten bei einer Auslenkung in Fahrzeugquerrichtung (wie sie beispielsweise durch die Zentrifugalbeschleunigung bei Bogenfahrt verursacht wird) derart geführt, dass einer Wankbewegung des Wagenkastens nach bogenaußen entgegengewirkt und ihm eine nach bogeninnen gerichtete Wankbewegung aufgeprägt wird.
Diese gegenläufige Wankbewegung nach bogeninnen dient unter anderem dazu, den so genannten Neigungskomfort für die Passagiere des Fahrzeugs zu erhöhen. Unter einem hohen Neigungskomfort wird dabei üblicherweise die Tatsache verstanden, dass die Passagiere bei Bogenfahrt eine möglichst geringe Querbeschleunigung in Querrichtung ihres Bezugssystems erfahren, welches in der Regel durch die Einbauten des Wagenkastens (Boden, Wände, Sitze etc.) definiert ist. Durch die aus der Wankbewegung resultierende Neigung des Wagenkastens nach bogeninnen nehmen die Passagiere (je nach Grad der Neigung) zumindest einen Teil der im erdfesten Bezugssystem tatsächlich wirkenden Querbeschleunigung lediglich als erhöhte Beschleunigung in Richtung des Fahrzeug bodens wahr, die in der Regel als weniger störend bzw. unangenehm empfunden wird.
Die maximal zulässigen Werte für die im Bezugssystem der Passagiere wirkende Querbeschleunigung (und die daraus letztlich resultierenden Sollwerte für die Neigungswinkel des Wagenkastens) werden in der Regel von den Betreibern eines Schienenfahrzeugs vorgegeben. Anhaltspunkte hierfür liefern auch nationale und internationale Normen (wie beispielsweise die EN 12299).
Hierbei ist es bei dem Fahrzeug aus der EP 1 190 925 A1 möglich, ein rein passives System zu realisieren, bei dem die Komponenten der Federung und der Wankstabilisatoren so aufeinander abgestimmt sind, dass die gewünschte Neigung des Wagenkastens alleine durch die bei Bogenfahrt wirkende Querbeschleunigung erzielt wird.
Für eine solche passive Lösung muss zum einen die Wankachse bzw. der Momentanpol der Wankbewegung vergleichsweise weit oberhalb des Schwerpunktes des Wagenkastens liegen. Zum anderen muss die Federung in Querrichtung vergleichsweise weich ausgeführt werden, um alleine mit der wirkenden Zentrifugalkraft die gewünschten Auslenkungen zu erzielen. Eine solche querweiche Federung wirkt sich auch positiv auf den so genannten Schwingungskomfort in Querrichtung aus, da Stöße in Querrichtung durch die weiche Federung aufgenommen und gedämpft werden können.
Diese passiven Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass aufgrund der querweichen Federung und des hoch liegenden Momentanpols im Normalbetrieb aber auch in nicht planmäßigen Situationen (z. B. einem unvorhergesehenen Halt des Fahrzeugs in einem Gleisbogen mit starker Gleisüberhöhung) vergleichsweise große Querauslenkungen in Querrichtung resultieren, durch die entweder das typischerweise vorgegebene Begrenzungsprofil verletzt wird oder (um dies zu verhindern) nur vergleichsweise schmale Wagenkästen mit einer reduzierten Transportkapazität realisiert werden können.
Zwar kann das Problem der großen Auslenkungen für die Erzielung eines bestimmten Wankwinkels durch eine Verlagerung der Wankachse bzw. des Momentanpols reduziert werden. Hierdurch können aber passiv nur noch geringere Wankwinkel erzielt werden. Mithin versteift das System hierdurch in Querrichtung, sodass nicht nur Abstriche im Neigungskomfort, sondern auch Abstriche im Schwingungskomfort hingenommen werden müssen.
Die auf die Krümmung des aktuell durchfahrenen Gleisbogens und die aktuelle Fahrgeschwindigkeit (mithin also auf die aktuell hieraus resultierende Querbeschleunigung) abgestimmte Wankbewegung kann bei dem Fahrzeug aus der EP 1 190925 A1 auch aktiv durch einen zwischen den Wagenkasten und den Fahrwerksrahmβn geschalteten Aktuator beeinflusst bzw. eingestellt werden. Hierbei wird aus der aktuellen Gleiεkrümmung und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit ein Sollwert für den Wankwinkel des Wagenkastens ermittelt, der dann für die Einstellung des Wankwinkels über den Aktuator genutzt wird.
Diese Variante eröffnet zwar die Möglichkeit quersteifere Systeme mit geringerer Querauslenkung zu realisieren. Sie hat jedoch den Nachteil, dass der Schwingungskomfort durch die über den Aktuator eingebrachte Quersteifigkeit leidet, sodass beispielsweise Querstöße am Fahrwerk (beispielsweise beim Überfahren von Weichen oder Störstellen im Gleis) weniger gedämpft in der Wagenkasten eingeleitet werden.
Um zumindest die Nachteile hinsichtlich des Schwingungskomforts durch eine quersteife Federung zu kompensieren, wird in der WO 90/03906 A1 für ein passives System vorgeschlagen, kinematisch in Serie zu der Wankkompensationseinrichtung eine vergleichsweise kurze querweiche zusätzliche Federstufe einzubringen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sie zum einen durch die zusätzlichen Komponenten den erforderlichen Bauraum erhöht. Zum anderen bestehen auch hier dann wieder die oben geschilderten Probleme hinsichtlich der großen Querauslenkungen bzw. der reduzierten Transportkapazität.
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit dem Einsatz derartiger Wankstützeinrichtungen liegt in der Seitenwindempfindlichkeit des Fahrzeugs. Insbesondere im Bereich eines vorlaufenden Fahrzeugs, und dort speziell im Bereich des vorlaufenden Fahrwerks, kommt es bei einer durch die Einwirkung von Seitenwind bedingten Anström ung des Fahrzeugs schräg zur Fahrtrichtung zu einer Kraftwirkung auf das Fahrzeug, deren effektiver Angriffspunkt meist (in Fahrtrichtung) vor dem (meist etwa in der Längsmitte des Wagenkastens liegenden) Schwerpunkt.
Diese seitenwindbedingte Kraftwirkung bewirkt eine so genannte Gierbewegung des Wagenkastens (also eine Drehung des Wagenkastens um seine Hochachse), wobei der vorlaufende Teil des Wagenkastens mit dem Seitenwind ausgelenkt wird, während der nachlaufende Teil gegen den Seitenwind gedreht wird. Die Auslenkung geht so weit, bis die Rückstellkräfte der Abstützung des Wagenkastens auf den Fahrwerken das Giermoment durch die Seitenwindlast ausgleichen.
Problematisch hierbei ist, dass es durch diese Gierbewegung des Wagenkastens in der Regel zu einer Reduktion der Radaufstandskräfte (also einer so genannten Radeπtlastung) auf jeweils einer der Fahrwerksseiten der beiden Fahrwerke kommt. So kommt es bei dem vorlaufenden Fahrwerk zu einer Radentlastung auf der dem Seitenwind zugewandten Fahrwerksseite (also der Luv-Seite des Fahrwerks), die durch den in diesem Bereich in der Regel wirkenden Auftrieb noch zusätzlich verstärkt wird.
Gerade bei dem Einsatz der beschriebenen Wankstützeinrichtungen kommt es zusätzlich durch die gegenläufigen Querauslenkungen und die damit erzwungenen gegenläufigen Wankauslenkungen im Bereich der beiden Fahrwerke zu einer Torsion des Wagenkastens, welche die Radentlastung noch weiter verstärkt. Insbesondere bei Doppelstockfahrzeugen kann es wegen der großen Angriffsfläche für den Seitenwind und dem vergleichsweise hoch liegenden Schwerpunkt zu einer erheblichen Radentlastung kommen, die aber aus Gründen der Entgleisungssicherheit in der Regel vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten darf.
Um das Entgleisungsrisiko zu reduzieren, bestand für ein bestehendes Fahrzeug bisher lediglich die Möglichkeit, die Stärke des Seitenwindes über geeignete Mittel zu erfassen und dementsprechend die Fahrgeschwindigkeit anzupassen. Alternativ wurde eine entsprechend niedrige maximale Fahrgeschwindigkeit festgelegt, bis zu der das Entgleisungsrisiko bei den auf der Fahrstrecke zu erwartenden Seitenwindstärken in dem vorgegebenen Grenzen blieb. Derartige Reduktionen der Fahrgeschwindigkeit sind natürlich von den Betreibern des Fahrzeugs höchst unerwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug bzw. ein
Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere auf einfache und zuverlässige Weise eine reduzierte Seitenwindempfindlichkeit sowie gegebenenfalls einen hohen Reisekomfort für die Passagiere bei hoher Transportkapazität des Fahrzeugs ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 24 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 24 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man auf einfache und zuverlässige Weise eine reduzierte Seitenwindempfindlichkeit bzw. eine Erhöhung der zulässigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs trotz des Einsatzes von Wankkompensationseinrichtungen erzielt, wenn eine aus der Torsion des Wagenkastens resultierende Komponente der Radentlastung, wie sie beispielsweise bei Seitenwind auftritt, durch einen aktiven Eingriff an einer der beiden Wankstützeinrichtungen und/oder eine Verkoppelung der beiden Wankstützeinrichtungen zumindest reduziert wird. So hat sich gezeigt, dass durch einen solchen aktiven Eingriff an einer der Waπkstützeinrichtungen bzw. eine geeignete mechanische und/oder steuerungstechnische Verkoppelung der beiden Wankstützeinrichtungen in einfacher Weise eine Reduktion der Torsion des Wagenkastens (bis hin zu einem Wert Null) möglich ist.
Hiermit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die im Hinblick auf die Seitenwindempfindfichkeit nachteiligen Eigenschaften solcher Wankkompensationseinrichtungen zumindest teilweise zu kompensieren, gegebenenfalls sogar vollständig zu eliminieren. Mit anderen Worten können dann ohne Weiteres die im Hinblick auf den hohen Reisekomfort für die Passagiere und die hohe Transportkapazität des Fahrzeugs vorteilhaften Effekte solcher Wankkompensationseinrichtungen realisiert werden, ohne dass nennenswerte Abstriche bei der Seitenwindempfindlichkeit bzw. der zulässigen Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemacht werden müssen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten, einem ersten Fahrwerk und einem in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk beabstandet angeordneten zweiten Fahrwerk, wobei der Wagenkasten über eine erste Federeinrichtung in Richtung einer Fahrzeughochachse auf dem ersten Fahrwerk abgestützt ist, während der Wagenkasten über eine zweite Federeinrichtung in Richtung der Fahrzeughochachse auf dem zweiten Fahrwerk abgestützt ist. Der Wagenkasten ist über eine erste Wankkompensationseinrichtung mit dem ersten Fahrwerk gekoppelt, während der
Wagenkasten über eine zweite Wankkompensationseinrichtung mit dem zweiten Fahrwerk gekoppelt ist. Die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung wirken bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens nach bogenaußen um eine zu der Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse entgegen. Die erste Wankkompensationseinrichtung ist derart ausgebildet, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten um die Fahrzeuglängsachse, die insbesondere durch an dem Wagenkasten wirkende Windlasten bedingt ist, entgegengewirkt wird. Zusätzlich oder alternativ sind die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung derart miteinander verkoppelt, dass einer solchen, insbesondere durch Windlasten bedingten, Torsionslast entgegengewirkt wird.
Der Torsionslast am Wagenkasten kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise durch fahrzeuginterne Maßnahmen im Bereich wenigstens einer der beiden Wankkompensationseinrichtungen entgegengewirkt werden. Vorzugsweise ist die erste Wankkompensationseinrichtung dazu ausgebildet, dem Wagenkasten unter einer ersten Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich des ersten Fahrwerks in Richtung einer Fahrzeugquerachse einen ersten Wankwinkel um die Wankachse aufzuprägen, während die zweite Wankkompensationseinrichtung dazu ausgebildet ist, dem Wagenkasten unter einer zweiten Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich des zweiten Fahrwerks in Richtung einer Fahrzeugquerachse einen zweiten Wankwinkel um die Wankachse aufzuprägen. Die erste Wankkompensationseinrichtung ist zur Reduzierung der Torsionslast an dem Wagenkasten dann derart ausgebildet, dass einer Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung und/oder einer Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel entgegengewirkt wird. Zusätzlich oder alternativ sind die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite
Wankkompensationseinrichtung derart miteinander verkoppelt, dass einer solchen Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung und/oder einer Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel entgegengewirkt wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass je nach Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung in der Regel eine vorgegebene Beziehung zwischen der betreffenden Querauslenkung und dem dazugehörigen Wankwinkel besteht, sodass eine Berücksichtigung der Querauslenkungen und eine Berücksichtigung der Wankwinkel gegebenenfalls zueinander äquivalente bzw. gleichwertige Maßnahmen darstellen können.
Die Reduktion der Torsionslast an dem Wagenkasten kann, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, durch rein passive Maßnahmen (d. h. Maßnahmen ohne externe Energiezufuhr) realisiert werden. Bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird jedoch eine aktive Lösung realisiert. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Wankkompensationseinrichtung eine erste Aktuatoreinrichtung mit wenigstens einer durch eine Steuereinrichtung angesteuerten ersten Aktuatoreinheit aufweist. Die erste Aktuatoreinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, gesteuert durch die Steuereinrichtung zur Einstellung der ersten Querauslenkung beizutragen, um hierüber die Abweichung zwischen der ersten Querausienkuπg und der zweiten Querauslenkung und/oder die Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel zumindest zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ weist die zweite Wankkompensationseinrichtung eine zweite Aktuatoreinrichtung mit wenigstens einer durch die Steuereinrichtung angesteuerten zweiten Aktuatoreinheit auf, wobei die zweite Aktuatoreinrichtung dann bevorzugt dazu ausgebildet ist, gesteuert durch die Steuereinrichtung zur Einstellung der zweiten Querauslenkung beizutragen, um hierüber die Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung und/oder die Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel zumindest zu reduzieren.
Die aktive Reduktion bzw. Eliminierung der Torsionslast wird bevorzugt dadurch realisiert, dass die Steuereinrichtung wenigstens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Erfassungsgröße aufweist, welche für die an dem Wagenkasten anliegende
Torsionslast repräsentativ ist. Die Steuereinrichtung ist in diesem Fall dazu ausgebildet, die erste Aktuatoreinheit und/oder die zweite Aktuatoreinheit derart anzusteuern, dass die Torsionslast reduziert wird, gegebenenfalls sogar im Wesentlichen vollständig eliminiert wird.
So kann die Steuereinrichtung beispielsweise dazu ausgebildet sein, die erste Aktuatoreinheit und/oder die zweite Aktuatoreinheit derart anzusteuern, dass in Richtung einer Fahrzeugquerachse eine Abweichung zwischen einer ersten Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich des ersten Fahrwerks und einer zweiten Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich des zweiten Fahrwerks reduziert wird. Hierbei versteht es sich, dass natürlich auch auf die entsprechenden Wankwinkel des Wagenkastens bezüglich des jeweiligen Fahrwerks abgestellt werden kann.
Der erforderliche Grad der Reduktion der Abweichung zwischen den Querauslenkungen bzw. den Wankwinkeln richtet sich insbesondere nach der Gestaltung des Fahrzeugs. Relevante Einflussgrößen sind hier unter anderem die Torsionssteifigkeit des Wagenkastens um die Fahrzeuglängsachse sowie der Abstand der beiden Fahrwerke in Richtung der Fahrzeuglängsachse. Je steifer der Wagenkasten ist bzw. je kleiner der Abstand der beiden Fahrwerke ist, desto kleiner muss die Abweichung zwischen den Querauslenkungen bzw. den Wankwinkeln sein, um eine vorgegebene Reduktion der Torsionslast zu erzielen. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die erste Aktuatoreinheit und/oder die zweite Aktuatoreinheit in Abhängigkeit von der Erfassungsgröße derart ansteuert, dass die Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung weniger als 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 25 mm beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 10 mm beträgt. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung die erste Aktuatoreinheit und/oder die zweite Aktuatoreinheit in Abhängigkeit von der Erfassungsgröße derart ansteuern, dass eine Abweichung zwischen einem ersten Wankwinkel des Wagenkastens bezüglich des ersten Fahrwerks und einem zweiten Wankwinkel des Wagenkastens bezüglich des zweiten Fahrwerks weniger als 2° beträgt, vorzugsweise weniger als 1" beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 0,5° beträgt. Hierbei versteht es sich, dass in der Regel natürlich eine möglichst weit gehende Reduzierung der betreffenden Abweichung von Vorteil bzw. erwünscht ist.
Als Erfassungsgröße kann grundsätzlich jegliche Größe ermittelt werden, welche Rückschlüsse auf die aktuelle Torsionslast am Wagenkasten und damit letztlich auf die aus dieser Torsionslast resultierende Radentlastung zulässt. Beispielsweise ist es möglich, unmittelbar am Wagenkasten (beispielsweise über einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen oder dergleichen) eine für die aktuelle Torsionslast am Wagenkasten repräsentative Größe zu ermitteln und für die weitere Ansteuerung der aktiven Komponenten zu verwenden. Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für die erste Querauslenkung des Wagenkastens repräsentative Größe und/oder eine für die zweite Querauslenkung des Wagenkastens repräsentative Größe erfasst, welche dann für die weitere Ansteuerung der aktiven Komponenten verwendet wird. Dies ist insoweit von Vorteil als gegebenenfalls unmittelbar die ohnehin über die aktiven Komponenten einzustellende Größe unmittelbar ermittelt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für eine Auslenkung einer Komponente der ersten Wankkompensationseinrichtung repräsentative Größe erfassen und/oder eine für eine Auslenkung einer Komponente der zweiten Wankkompensationseinrichtung repräsentative Größe erfassen, die dann für die weitere Ansteuerung der aktiven Komponenten verwendet wird.
Es sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass die Nutzung einer aktiven Komponente im Bereich nur einer der beiden Wankkompensationseinrichtungen ausreichen kann. So kann es zur Reduktion der Torsionslast beispielsweise ausreichen, dass über einen aktiven Eingriff an dem vorlaufenden Fahrwerk dem aus der Windlast resultierenden Giermoment an dem Wagenkasten entgegengewirkt werden kann, indem der Auslenkung des Wagenkastens durch eine entsprechende Kraftwirkung im Bereich der Wankkompensationseinrichtung des vorlaufenden Fahrwerks entgegengewirkt wird, während die Auslenkung am nachlaufenden Fahrwerk zugelassen wird.
Ebenso kann natürlich isoliert auch im Bereich des nachlaufenden Fahrwerks über einen aktiven Eingriff dem aus der Windlast resultierenden Giermoment an dem Wagenkasten entgegengewirkt werden, indem der Auslenkung des Wagenkastens durch eine entsprechende Kraftwirkung im Bereich der Wankkompensationseinrichtung des nachlaufenden Fahrwerks entgegengewirkt wird, während die Auslenkung am vorlaufenden Fahrwerk zugelassen wird.
Schließlich kann natürlich auch eine Kombination der beiden Varianten vorgesehen sein, bei der im Bereich beider Wankkompensationseinrichtungen ein abgestimmter aktiver Eingriff erfolgt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Auslegung der aktiven Komponenten von Vorteil, da diese dann für eine entsprechend geringere Leistung ausgelegt sein müssen.
Es sei an dieser Stelle weiterhin erwähnt, dass die Steuereinrichtung durch geeignete Maßnahmen dazu ausgebildet sein kann, die oben beschriebenen Seitenwind bedingten Einflüsse von anderen fahrdynamischen Einflüssen (z. B. die Einfahrt in bzw. Ausfahrt aus Gleisüberhöhungen, Änderungen des Krümmungsradius des Gleiches etc.) unterscheiden kann. Hierfür können entsprechende Filter ebenso wie zuvor generierte Modelle des
Fahrzeugs eingesetzt werden. Hierbei kann insbesondere der Tatsache Rechnung getragen werden, dass seitenwindbedingte Einflüsse einen quasistatischen Charakter haben, mithin also in einem vergleichsweise niedrigen Frequenzbereich zum Tragen kommen, der in der Regel unterhalb von 2 Hz liegt, sodass insbesondere eine Differenzierung von höherfrequenten dynamischen Einflüssen in der Regel ohne Weiteres möglich ist.
Wie bereits oben erwähnt wurde, kann zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen aktiven Lösung auch eine passive Reduktion der Torsionslast an dem Wagenkasten vorgesehen sein. Diese kann über eine entsprechende mechanische Koppelung der beiden Wankkompensationseinrichtungen realisiert sein. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist hierzu vorgesehen, dass die erste
Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung über eine passive Kopplungseinrichtung mechanisch miteinander verkoppelt sind, wobei die Kopplungseinrichtung zur Reduktion der Torsionslast an dem Wagenkasten in Richtung einer Fahrzeugquerachse gleichlaufende Stellbewegungen im Bereich der ersten Wankkompensationseinrichtung und der zweiten Wankkompensationseinrichtung erzeugt.
Die mechanische Kopplung zwischen den beiden Wankkompensationseinrichtungen kann auf beliebige geeignete Weise realisiert sein. So können beispielsweise beliebige mechanische Getriebe verwendet werden, um diese Kopplung zu realisieren. Bei besonders vorteilhaften Varianten der Erfindung wird die Kopplung zumindest abschnittsweise über ein fluidisches Wirkprinzip realisiert, da hiermit eine besonders einfache, Platz sparende Gestaltung der Überbrückung des Abstandes zwischen den beiden Fahrwerken möglich ist. Vorzugsweise umfasst die Kopplungseinrichtung daher Eine fluidische Kopplung zwischen der ersten Wankkompensationseinrichtung und der zweiten Wankkompensationseinrichtung.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten der Erfindung wird der gewünschte hohe Reisekomfort für die Passagiere bei hoher Transportkapazität des Fahrzeugs dadurch ermöglicht, dass man eine aktive Lösung mit einer aktiven ersten Wankkompensationseinrichtung wählt, die insbesondere kinematisch parallel zu der ersten Federeinrichtung angeordnet sein kann Die erste Wankkompensationseinrichtung ist zur Erhöhung des Neigungskomforts dazu ausgebildet, dem Wagenkasten in einem ersten Frequenzbereich unter einer ersten Querauslenkung des Wagenkastens in Richtung der Fahrzeugquerachse eine ersten Wankwinkelkomponente des ersten Wankwinkels aufzuprägen, welche einer aktuellen Krümmung eines aktuell durchfahrenen Gleisabschnitts entspricht. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Wankkompensationseinrichtung dazu ausgebildet sein, dem Wagenkasten in einem zweiten Frequenzbereich, der zumindest teilweise oberhalb des ersten Frequenzbereichs liegt, eine zweite Querauslenkungskomponente (gegebenenfalls also auch eine zweite Wankwinkelkomponente um die Wankachse) aufzuprägen. Hierdurch kann der aus der ersten Wankwinkelkomponente resultierenden Querauslenkungskomponente, deren Einstellung letztlich eine quasi-statische Anpassung des Wankwinkels und damit der Querauslenkung an die aktuelle Gleiskrümmung und die aktuelle Fahrgeschwindigkeit darstellt, eine zweite Querauslenkungskomponente (gegebenenfalls also auch eine zweite Wankwinkelkomponente) überlagert werden, deren Einstellung letztlich eine dynamische Anpassung an aktuelle, in den Wagenkasten eingeleitete Störungen repräsentiert.
Während also über die erste Wankwinkelkomponente und damit die erste
Querauslenkungskomponente in dem ersten Frequenzbereich eine Erhöhung des Neigungskomforts realisiert wird, wird über die zweite Querauslenkungskomponente (und gegebenenfalls die zweite Wankwinkelkomponente) in dem (zumindest teilweise oberhalb des ersten Frequenzbereichs liegenden) zweiten Frequenzbereich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung des Schwingungskomforts erzielt. Durch die Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung als zumindest in dem zweiten Frequenzbereich aktives System ist es in vorteilhafter Weise möglich die Abstützung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk in der Querrichtung des Fahrzeugs vergleichsweise steif zu gestalten, insbesondere die Wankachse bzw. den Momentanpol des Wagenkastens vergleichsweise nahe an den Schwerpunkt des Wagenkastens zu legen, sodass zum einen die gewünschten Wankwinkel mit vergleichsweise geringen Querauslenkungen einhergehen und zum anderen bei Ausfall der aktiven Komponenten eine möglichst weit gehende passive Rückstellung des Wagenkastens in eine Neutralstellung möglich ist. Diese geringen Querauslenkungen im Normalbetrieb sowie die passive Rückstellung im Falle einer Störung ermöglichen es in vorteilhafterweise, besonders breite Wagenkästen mit einer hohen Transportkapazität zu realisieren.
Die aktive Lösung hat dabei insbesondere den Vorteil, dass sämtliche Funktionen, mithin also die Reduktion der Seitenwindempfindlichkeit, die Erhöhung des Neigungskomforts, und die Erhöhung des Schwingungskomforts durch entsprechend gestaltete, einander überlagerte Regelungsalgorithmen in der Steuereinrichtung realisiert werden können, die gegebenenfalls nur eine einzige aktive Einrichtung im Bereich mindestens einer der Wankkompensationseinrichtung ansteuern muss. Mit anderen Worten lässt sich hierdurch eine hohe Funktionsintegration bzw. eine sehr kompakte Gestaltung realisieren, die insbesondere im Hinblick auf die ohnehin beengten Platzverhältnisse in modernen Fahrwerken von besonderem Vorteil ist.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die zweite Wankkompensationseinrichtung gegebenenfalls auch abweichend von der ersten Wankkompensationseinrichtung gestaltet sein kann. Vorzugsweise sind jedoch die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung im Wesentlichen identisch gestaltet, sodass die nachfolgenden Ausführungen hinsichtlich der Merkmale, Funktionen und Vorteile der ersten Wankkompensationseinrichtung gleichermaßen auch bei der zweiten Wankkompensationseinrichtung realisiert sein können.
In diesem Zusammenhang ist weiterhin anzumerken, dass die zweiten Querauslenkungskomponenten je nach der Gestaltung und Anbindung der
Wankkompensationseinrichtung gegebenenfalls nicht zwingend mit einem der (statischen) Kinematik der ersten Wankkompensationseinrichtung entsprechenden zweiten Wankwinkelkomponente einhergehen, die der ersten Wankwinkelkomponente in dem zweiten Frequenzbereich überlagert ist. Dies rührt daher, dass beispielsweise bei einer vergleichsweise weichen, elastischen Anbindung der ersten Wankkompensationseinrichtung an dem ersten Fahrwerk und/oder dem Wagenkasten aufgrund der Trägheitskräfte in dem zweiten Frequenzbereich in gewissen Grenzen eine kinematische Entkopplung der Querbewegungen des Wagenkastens von der (bei langsamen, quasi statischen Bewegungen) durch die Kinematik der Wankkompensationseinrichtung vorgegebenen
Wankbewegung erfolgt. Je starrer also die Anbindung der Wankkompensationseinrichtung an dem Fahrwerk und dem Wagenkasten ausgeführt ist und je starrer die Wankkompensationseinrichtung in sich gestaltet ist, desto geringer fällt diese Entkopplung aus. Mithin wird der ersten Wankwinkelkomponente also bei einer Gestaltung mit einer starren Ankopplung einer in sich starren Wankkompensationseinrichtung in dem zweiten Frequenzbereich letztlich eine zweite Wankwinkelkomponente überlagert.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung ist die erste
Wankkompensationseinrichtung zur Erhöhung des Neigungskomforts dazu ausgebildet, dem Wagenkasten in einem ersten Frequenzbereich unter einer ersten Querauslenkungskompoπente der ersten Querauslenkung des Wagenkastens eine erste Wankwinkelkomponente des ersten Wankwinkels aufzuprägen, die einer aktuellen Krümmung eines aktuell durchfahrenen Gleisabschnitts entspricht. Weiterhin ist die erste Wankkompensationseinrichtung zur Erhöhung des Schwingungskomforts dazu ausgebildet, dem Wagenkasten in einem zweiten Frequenzbereich eine der ersten Querauslenkungskomponente überlagerte zweite Querauslenkungskomponeπte aufzuprägen, wobei der zweite Frequenzbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, oberhalb des ersten Frequenzbereichs liegt.
Die erste Wankkompensationseinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie lediglich in dem zweiten Frequenzbereich aktiv ist, mithin also nur die zweite Querauslenkungskomponente bzw. gegebenenfalls die zweite Wankwinkelkomponente aktiv einstellt, während die
Einstellung der ersten Wankwinkelkomponente rein passiv durch die bei Kurvenfahrt auf den Wagenkasten wirkende Querbeschleunigung bzw. die daraus resultierende Zentrifugalkraft bewirkt wird. Ebenso ist es aber auch möglich, in beiden Frequenzbereichen eine zumindest teilweise aktive Einstellung des Wankwinkels bzw. der Querauslenkung über die Wankkompensationseinrichtung zu realisieren, die gegebenenfalls durch die Zentrifugalkraft unterstützt wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, die Einstellung des Wankwinkels bzw. der Querauslenkung über die erste Wankkompensationseinrichtung ausschließlich aktiv zu realisieren. Dies ist dann der Fall, wenn die Waπkachεe bzw. der Momentanpol des Wagenkastens auf oder nahe an dem Schwerpunkt des Wagenkastens liegt, sodass die Zentrifugalkraft keinen (oder zumindest keinen nennenswerten) Beitrag zur Erzeugung der Wankbewegung bzw. der Querauslenkuπg liefern kann.
Die erste Wankkompensationseinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Bevorzugt umfasst die erste Wankkompensationseinrichtung eine Aktuatoreinrichtung mit wenigstens einer durch eine Steuereinrichtung angesteuerten Aktuatoreinheit, deren Aktuatorkraft zumindest einen Anteil zu der Kraft zur Einstellung des Wankwinkels bzw. der Querauslenkung am Wagenkasten liefert. Bei einer zumindest teilweisen aktiven Einstellung des Wankwinkels bzw. der Querauslenkung im ersten Frequenzbereich ist die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet, zur Erzeugung der ersten Wankwinkelkomponente in dem ersten Frequenzbereich zumindest überwiegend beizutragen, insbesondere die erste Wankwinkelkomponβnte bzw. die erste Querauslenkungskomponente im Wesentlichen zu erzeugen.
Bei dem ersten Frequenzbereich handelt es sich vorzugsweise um den Frequenzbereich, in dem quasi statische, der aktuellen Krümmung des durchfahrenen Gleisbogens und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit entsprechende Wankbewegungen erfolgen. Dieser
Frequenzbereich kann je nach den Vorgaben des Streckennetzes und/oder des Betreibers des Fahrzeugs (beispielsweise aufgrund des Einsatzes des Fahrzeugs im Nahverkehr, im Fernverkehr, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsverkehr, etc.) variieren. Bevorzugt erstreckt sich der erste Frequenzbereich von 0 Hz bis 2 Hz, vorzugsweise von 0,5 Hz bis 1,0 Hz. Ahnliches gilt für Bandbreite des zweiten Frequenzbereichs, wobei dieser natürlich auf die im Betrieb des Fahrzeugs zu erwartenden (gegebenenfalls periodischen, typischerweise aber eher singulären bzw. statistisch gestreuten) dynamischen Störungen abgestimmt ist, die von den Passagieren wahrgenommen und als störend empfunden werden. Bevorzugt erstreckt sich der zweite Frequenzbereich daher von 0,5 Hz bis 15 Hz, vorzugsweise von 1 ,0 Hz bis 6,0 Hz.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die (zumindest in dem zweiten Frequenzbereich erfolgende) aktive Einstellung des Wankwinkels bzw. der Querauslenkung über die Wankkompensationseinrichtung ausschließlich bei Bogenfahrt im gekrümmten Gleis erfolgt, mithin also die erste Wankkompensationseinrichtung nur in einer solchen Fahrsituation aktiv ist. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Wankkompensationseinrichtung auch bei Geradeausfahrt aktiv ist, sodass der Schwingungskomfort in vorteilhafter Weise auch in diesen Fahrsituationen gewährleistet ist. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeuges wird über die erste Wankkompeπsationseinrichtung eine Begrenzung der Querauslenkungen des Wagenkastens (also der Auslenkungen in der Fahrzeugquerrichtung) bezüglich einer Neutralstellung des Wagenkastens realisiert. Die Neutralstellung ist durch die Stellung des Wagenkastens definiert, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, besonders breite Wagenkästen mit einer hohen Transportkapazität zu realisieren, welche auf das seitens des Betreibers des Schienenfahrzeugs vorgegebene Bβgrenzungsprofil abgestimmt sind. Die Begrenzung der Querauslenkungen kann durch beliebige geeignete Komponenten der Wankkompensationseinrichtung realisiert sein. Vorzugsweise stellt eine Aktuatoreinrichtung der ersten Wankkompensationseinrichtung die Begrenzung der Querauslenkungen zur Verfügung, da hiermit eine besonders kompakte, Platz sparende Gestaltung realisiert werden kann.
Wie erwähnt, kann die Begrenzung der Querauslenkungen auf das seitens des Betreibers des Fahrzeugs vorgegebenen Begrenzungsprofil abgestimmt werden. Besonders vorteilhafte Gestaltungen ergeben sich, wenn die erste Wankkompensationseinrichtung, insbesondere eine Aktuatoreinrichtung der ersten Wankkompensationseinrichtung, derart ausgebildet ist, dass eine in der Fahrzeugquerrichtung bei Bogenfahrt nach bogenaußen erfolgende erste maximale Querausfenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung auf 80 mm bis 150 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 100 mm bis 120 mm begrenzt ist. Während im Hinblick auf die Einhaltung des vorgegebenen Begrenzungsprofils die Begrenzung der Querauslenkungen bei Fahrzeugen mit (in Längsrichtung des Fahrzeugs) mittig unter den Wagenkästen angeordneten Fahrwerken von besonderer Bedeutung ist, ist es bei Fahrzeugen mit im Endbereich der Wagenkästen angeordneten Fahrwerken von besonderen Interesse, die Querauslenkungen nach bogeninnen entsprechend zu begrenzen.
Vorzugsweise ist daher zusätzlich oder alternativ eine in der Fahrzeugqueσichtung bei Bogenfahrt nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung auf 0 mm bis 40 mm begrenzt, vorzugsweise auf 20 mm begrenzt. Es versteht sich, dass bei gewissen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass eine bei Bogenfahrt nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung auch einen negativen Wert aufweist, beispielsweise -20 mm. In diesem Fall wird der Wagenkasten also auch auf der Bogeninnenseite nach bogenaußen ausgelenkt, um beispielsweise eine Einhaltung eines vorgegebenen Lichtraumprofils mit besonders breiten Wagenkästen realisieren zu können. Wie bereits erwähnt, kann die Begrenzung der Querauslenkungen bevorzugt durch eine Aktuatoreinrichtung der ersten Wankkompensationseinrichtung realisiert sein. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet, als eine Endanschlagseinrichtung zur Definition wenigstens eines Endanschlags für die Wankbewegung des Wagenkastens zu wirken. Hierzu kann ein durch die Konstruktion der Aktuatoreinrichtung definierter Anschlag (beispielsweise eine einfacher mechanischer Anschlag) vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet ist, die Position des wenigstens einen Endanschlagε für die Wankbewegung des Wagenkastens variabel zu definieren. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass dieser Anschlag durch eine aktive Hemmung der Aktuatoreinrichtung (beispielsweise durch entsprechende Energiezufuhr zur Aktuatoreinrichtung) und/oder durch eine passive Hemmung der Aktuatoreinrichtung (beispielsweise eine Deaktivierung einer selbsthemmend gestalteten Aktuatoreinrichtung) an einer beliebigen Stelle im Stellweg der Aktuatoreinrichtung frei definierbar ist.
Die Aktuatoreinrichtung der ersten Wankkompensationseinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung im Falle ihrer Inaktivität einer Wankbewegung des Wagenkastens höchstens einen geringen Widerstand, insbesondere im Wesentlichen keinen Widerstand entgegensetzt. Mithin ist die Aktuatoreinrichtung also vorzugsweise nicht selbsthemmend gestaltet, sodass im Falle eines Ausfalls der Aktuatoreinrichtung unter anderem eine Rückstellung des Wagenkastens hin zu seiner Neutralstellung gewährleistet ist.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die erste Wankkompensationseinrichtung so gestaltet, dass auch bei Ausfall der aktiven Komponenten der ersten Wankkompensationseinrichtung noch ein Notbetrieb des Fahrzeugs mit gegebenenfalls verschlechterten Komforteigenschaften (insbesondere hinsichtlich des Neigungskomforts und/oder des Schwingungskomforts) aber unter Einhaltung des vorgegebenen Begrenzungsprofils möglich ist.
Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Federeinrichtung bei Inaktivität einer Aktuatoreinrichtung der ersten Wankkompensationseinrichtung auf den Wagenkasten ein Rückstellmoment um die Wankachse ausübt, wobei das Rückstellmoment bei inaktiver Aktuatoreinrichtung derart bemessen ist, dass eine Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung des Wagenkastens und bei in einer maximal zulässigen Gleisüberhöhung stehendem Fahrzeug weniger als 10 mm bis 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 20 mm beträgt. Mit anderen Worten ist die Federeinrichtung (insbesondere deren Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung) bevorzugt so gestaltet, dass ein Fahrzeug, welches aus beliebigen Gründen (beispielsweise aufgrund eines Schadens am Fahrzeug oder Fahrweg) an einer derart ungünstigen Stelle zum Stehen kommt, nach wie vor das vorgegebene Begrenzungsprofil einhält.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Rückstellmoment bei inaktiver Aktuatoreinrichtung derart bemessen ist, dass eine Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung des Wagenkastens und bei in einer maximal zulässigen in Richtung einer Fahrzeugquerachse wirkenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs weniger als 40 mm bis 80 mm beträgt, vorzugsweise weniger als weniger als 60 mmbeträgt. Mit anderen Worten ist die Federein richtung (insbesondere deren Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung) bevorzugt so gestaltet, dass ein Fahrzeug in einem Notbetrieb bei Ausfall der Aktuatoreinrichtung bei Fahrt mit normaler Fahrgeschwindigkeit nach wie vor das vorgegebene Begrenzungsprofil einhält.
Die Steifigkeit, insbesondere die Quersteifigkeit in Fahrzeugquerrichtung, der Abstützung des Wagenkastens auf dem jeweiligen Fahrwerk kann eine beliebige geeignete Charakteristik in Abhängigkeit von der Querauslenkung aufweisen. So kann beispielsweise ein linearer oder sogar progressiver Verlauf der Quersteifigkeit in Abhängigkeit von der Querauslenkung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch ein degressiver Verlauf vorgesehen, sodass einer anfänglichen Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung ein vergleichsweise hoher Widerstand entgegengesetzt wird, der Widerstand jedoch mit zunehmender Auslenkung abnimmt. Dies ist im Hinblick auf die dynamische Einstellung des zweiten Wankwinkels in dem zweiten Frequenzbereich bei Bogenfahrt von Vorteil, da die erste Wankkompensationseinπchtung für diese dynamischen Auslenkungen in dem zweiten Frequenzbereich geringere Kräfte zur Verfügung stellen muss.
Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Federeinrichtung eine Rückstellkennlinie definiert, wobei die Rückstellkennlinie die Abhängigkeit des Rückstellmoments von der Wankwinkelauslenkung wiedergibt und die Rückstellkennlinie einen degressiven Verlauf aufweist. Der Verlauf der Rückstellkennlinie kann dabei grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise auf den vorliegenden Anwendungsfall angepasst sein. Vorzugsweise weist die Rückstellkennlinie in einem ersten Wankwinkelbereich bzw. ersten Querauslenkungsbereich eine erste Steigung und in einem oberhalb des ersten Wankwinkelbereichs bzw. des ersten zeichnet, dass die Abweichung zwischen n Wankwinkelbereich bzw. zweiten Querauslenkungsbereich eine zweite Steigung aufweist, die geringer ist als die erste Steigung, wobei das Verhältnis der zweiten Steigung zu der ersten Steigung insbesondere im Bereich von 0 bis 1 liegt, Bereich von 0 bis 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,5 liegt. Die beiden Wankwinkelbereiche bzw. Querauslenkungsbereiche können auf beliebige geeignete Weise gewählt sein. Bevorzugt erstreckt sich der erste Querauslenkungsbereich von 0mm bis 60 mm erstreckt, vorzugsweise von 0 mm bis 40 mm erstreckt, und sich der zweite Querauslenkungsbereich insbesondere von 20 mm bis 120 mm erstreckt, vorzugsweise von 40 mm bis 100 mm erstreckt. Die Wankwinkelbereiche entsprechen dann je nach der vorgegebenen Kinematik den Querauslenkungsbereichen.
Hierbei versteht es sich, dass sich die Bestimmung der Charakteristik der Federeinrichtung vorwiegend nach den Querauslenkungen richtet, welche im Fall eines Ausfalls aktiver Komponenten noch erreicht werden dürfen. Die erste Steigung definiert dabei in der Regel den Restquerweg beim Ausfall einer aktiven Komponente, während die zweite Steigung die Aktuatorkräfte bei größeren Auslenkungen bestimmt und möglichst so gewählt ist, dass diese Aktuatorkräfte bei größeren Auslenkungen gering gehalten werden können. Die zweite Steigung ist daher bevorzugt möglichst nahe dem Wert Null gehalten. Es können gegebenenfalls sogar negative Werte der zweiten Steigung zulässig bzw. vorgesehen sein.
Um die beschriebene Rückstellung des Wagenkastens in seine Neutralstellung zu erzielen, kann die Abstützung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk eine beliebige geeignete Steifigkeit aufweisen. Hierbei kann eine von der Querauslenkung im Wesentlichen unabhängige Steifigkeit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch wiederum vorgesehen, dass die jeweilige Federeinrichtung eine Quersteifigkeit in Richtung einer
Fahrzeugquerachse aufweist, die von einer Querauslenkung des Wagenkastens in Richtung der Fahrzeugquerachse aus der Neutralstellung abhängig ist, sodass bei Auslenkungen in der Nähe der Neutralstellung eine andere Steifigkeit (beispielsweise eine höhere Steifigkeit) vorherrscht als im Bereich größerer Auslenkungen. Hiermit lassen sich wiederum die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich der dynamischen Einstellung des zweiten Wankwinkels bei Bogenfahrt erzielen.
Bevorzugt weist die jeweilige Federeinrichtung in einem ersten Querauslenkungsbereich eine erste Quersteifigkeit auf, während sie in einem oberhalb des ersten Querauslenkungsbereichs liegenden zweiten Querauslenkungsbereich eine zweite Quersteifigkeit aufweist, die geringer ist als die erste Quersteifigkeit. Hierbei versteht es sich, dass die Quersteifigkeit innerhalb des jeweiligen Querauslenkungsbereichs variieren kann. Zudem kann der Verlauf der Quersteifigkeit in Abhängigkeit von der Querauslenkung grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise auf den vorliegenden Anwendungsfall abgestimmt sein. Vorzugsweise liegt die erste Quersteifigkeit im Bereich von 100 N/mm bis 800 N/mm, weiter vorzugsweise im Bereich von 300 N/mm bis 500 N/mm, während die zwette Quersteifigkeit vorzugsweise im Bereich von 0 N/mm bis 300 N/mm liegt, weiter vorzugsweise im Bereich von 0 N/mm bis 100 N/mm liegt. Die beiden Querauslenkungsbereiche können ebenfalls auf beliebige geeignete, an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Weise gewählt sein. Bevorzugt erstreckt sich der erste Querauslenkungsbereich von 0 mm bis 60 mm, vorzugsweise von 0 mm bis 40 mm, während sich der zweite Querauslenkungsbereich vorzugsweise von 20 mm bis 120 mm erstreckt, weiter vorzugsweise von 40 mm bis 100 mm erstreckt. Hiermit lassen sich im Hinblick auf eine Begrenzung der maximalen Querauslenkung des Wagenkastens bei möglichst geringem Energieeinsatz besonders günstige Gestaltungen erzielen.
Das oben bereits beschriebene vorteilhafte Verhalten des Fahrzeugs bei Ausfall einer oder mehrerer der aktiven Komponenten der Wankkompensationseinrichtung kann bevorzugt über eine entsprechende Gestaltung der jeweiligen Federeinrichtung, insbesondere von deren Quersteifigkeit, realisiert werden.
Vorzugsweise ist daher für ein günstiges Verhalten in einem solchen Notbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen, dass die jeweilige Federeinrichtung in Richtung einer Fahrzeugquerachse eine Quersteifigkeit aufweist, wobei die Quersteifigkeit der Federeinrichtung derart bemessen ist, dass bei Inaktivität einer Aktuatoreinrichtung der Wankkompensationseinrichtung bei Bogenfahrt mit einer maximal zulässigen in Richtung einer Fahrzeugquerachse wirkenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs eine in einer Fahrzeugquerrichtung nach bogenaußen erfolgende erste maximale Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung auf 40 mm bis 120 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 60 mm bis 80 mm begrenzt ist. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass eine in einer Fahrzeugquerrichtung nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung des Wagenkastens aus der Neutralstellung auf 0 mm bis 60 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 20 mm bis 40 mm begrenzt ist. Die Wankwinkelbereiche entsprechen dann je nach der vorgegebenen Kinematik wiederum den obigen Querauslenkungsbereichen
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ (im Hinblick auf ein günstiges Verhalten bei stehendem Fahrzeug) vorgesehen sein, dass die Quersteifigkeit der Federeinrichtung derart bemessen ist, dass bei Inaktivität einer Aktuatoreinnchtung der jeweiligen Wankkompensationseinrichtung eine Querauslenkung (und damit eine entsprechende Waπkwinkelauslenkung) des Wagenkastens aus der Neutralstellung bei der Nennbeladung und bei in einer maximal zulässigen Gleisüberhöhung stehendem Fahrzeug weniger als 10 mm bis 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 20 mm beträgt.
Die aktiven Komponenten der jeweiligen Wankkompensationseinrichtung können grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist (wie bereits erwähnt) wenigstens eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen, die zwischen den Wagenkasten und das Fahrwerk geschaltet ist und die Einstellung des Wankwinkels in dem zweiten Frequenzbereich realisiert. Wegen ihrer besonders einfachen und robusten Gestaltung werden bevorzugt Linearaktuatoren eingesetzt, bei denen vorzugsweise der Verfahrweg und/oder die Aktuatorkräfte auf geeignete Weise begrenzt sind, um die Anforderungen an die Dynamik der Einstellung der Querauslenkung bzw. des Wankwinkels in dem zweiten Frequenzbereich mit zufrieden stellenden Ergebnissen zu erfüllen.
Bei Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit besonders günstigen dynamischen Eigenschaften ist die Wankkompensationseinrichtung derart ausgebildet, dass eine Aktuatoreinrichtung der jeweiligen Wankkompensationseinrichtung in dem ersten Frequenzbereich aus der Neutralstellung eine maximale Auslenkung von 60 mm bis 110 mm aufweist, vorzugsweise von 70 mm bis 85 mm aufweist, während sie zusätzlich oder alternativ in dem zweiten Frequenzbereich aus einer Ausgangsstellung eine maximale Auslenkung von 10 mm bis 30 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 20 mm, aufweist. Weiterhin kann im Hinblick auf die maximale Aktuatorkraft vorgesehen sein, dass die Aktuatoreinrichtung in dem ersten Frequenzbereich eine maximale Aktuatorkraft von 10 kN bis 40 kN, vorzugsweise von 15 kN bis 30 kN, ausübt, während sie in dem zweiten Frequenzbereich eine maximale Aktuatorkraft von 5 kN bis 35 kN, vorzugsweise von 5 kN bis 20 kN, ausübt.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist der (in der Neutralstellung des Wagenkastens vorliegende) Abstand der Wankachse des Wagenkastens zu dem Schwerpunkt des Wagenkastens in Richtung der Fahrzeughochachse auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt. So weist der Schwerpunkt des Wagenkastens in der Regel eine erste Höhe (H1) über dem Gleis (typischerweise über der Schienenoberkante SOK) auf, während die Wankachse in der Neutralstellung in Richtung der Fahrzeughochachse eine zweite Höhe (H2) über dem Gleis aufweist. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Differenz aus der zweiten Höhe und der ersten Höhe (H2 - H1) zu der ersten Höhe (H1) höchstens 2,2, vorzugsweise höchstens 1,3, weiter vorzugsweise 0,8 bis 1,3. Insbesondere kann die Differenz aus der zweiten Höhe und der ersten Höhe (H2 - H1) zwischen 1 ,5 m und ca. 4,5 m betragen, vorzugsweise ca 1,8 m betragen. Hiermit lassen sich Gestaltungen realisieren, die hinsichtlich der oben bereits erwähnten Begrenzung der Querauslenkungen und damit der Realisierbarkeit breiter Wagenkästen mit hoher Transportkapazität besonders günstig sind.
Die jeweilige Wankkompensationseinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein, um die Einstellung des Wankwinkels des Wagenkastens in den beiden Frequenzbereichen zu realisieren. Bei besonders einfach gestalteten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist hierzu vorgesehen, dass die jeweilige Wankkompensationseinrichtung eine Wankstützeinrichtung umfasst, die kinematisch parallel zu der Federeinrichtung angeordnet und dazu ausgebildet ist, Wankbewegungen des Wagenkastens um die Wankachse bei Geradeausfahrt entgegenzuwirken. Derartige Wankstützeinrichtungen sind hinlänglich bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Insbesondere können sie auf unterschiedlichen Wirkprinzipien basieren. So können sie auf einem rein mechanischen Wirkprinzip basieren. Es sind aber auch fluidische (beispielsweise hydraulische) Lösungen, elektromechanische Lösungen oder beliebige Kombinationen aus allen diesen Wirkprinzipien möglich.
Bei einer besonders einfach gestalteten Variante umfasst die Wankstützeinrichtung zwei Lenker, die an einem ihrer Enden jeweils gelenkig an dem Wagenkasten und an ihrem anderen Ende jeweils gelenkig an entgegengesetzten Enden eines Torsionselements angeienkt sind, das an dem Fahrwerk gelagert ist, wie dies eingangs bereits beschrieben wurde.
Zusätzlich oder alternativ kann die jeweilige Wankkompensationseinrichtung auch eine Führungseinrichtung umfassen, die kinematisch seriell zu der Federeinrichtung angeordnet ist. Die Führungseinrichtung umfasst ein Führungselement, das zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten angeordnet ist, und ist dazu ausgebildet, bei Wankbewegungen des Wagenkastens eine Bewegung des Führungselements bezüglich des Wagenkastens oder des Fahrwerks zu definieren. Die Führungseinrichtung kann wiederum auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein, um die beschriebene Führung zu realisieren. So kann sie beispielsweise durch Gleiten und/oder Abrollen des Führungselements auf einer Führungsbahn realisiert sein.
Bei besonders einfach gestalteten und robusten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs umfasst die Führungseinrichtung insbesondere wenigstens eine
Schichtfedereinrichtung. Die Schichtfedereinrichtung kann als einfache Gummischichtfeder realisiert sein, deren Schichten zur Fahrzeughochachse und zur Fahrzeugquerachse geneigt angeordnet sind, sodass sie die Wankachse des Wagenkastens definieren. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Gestaltung der jeweiligen Wankkompensationseinrichtung mit einer solchen Schichtfedereinrichtung zur Definition der Wankachse des Wagenkastens einen eigenständig schutzfähigen Erfindungsgedanken darstellt, der insbesondere von der vorstehend beschriebenen Einstellung des Wankwinkels in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich unabhängig ist.
Die vorliegende Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit beliebigen Gestaltungen der Abstützung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk einsetzen. So lässt sie sich beispielsweise im Zusammenhang mit einer einstufigen Federung einsetzen, welche den Wagenkasten direkt auf einer Radeinheit abstützt. Besonders vorteilhaft lässt sie sich im Zusammenhang mit zweistufig gestalteten Federungen einsetzen. Vorzugsweise umfasst das Fahrwerk demgemäß einen Fahrwerksrahmen und wenigstens eine Radeinheit, während die Federeinrichtung eine Primärfederung und eine Sekundärfederung aufweist. Der Fahrwerksrahmen ist über die Primärfederung auf der Radeinheit abgestützt, während der Wagenkasten über die, insbesondere als Luftfederung ausgeführte, Sekundärfederung auf dem Fahrwerksrahmen abgestützt ist. Die Wankkompensationseinrichtung ist dann bevorzugt kinematisch parallel zu der Sekundärfederung zwischen dem Fahrwerksrahmen und dem Wagenkasten angeordnet. Hiermit ist eine Integration in einen Großteil der typischerweise verwendeten Fahrzeuge möglich.
Die Steifigkeit der jeweiligen Federeinrichtung, insbesondere ihre Quersteifigkeit, kann gegebenenfalls alleine durch die Primärfederung und die Sekundärfederung bestimmt sein. Vorzugsweise umfasst die Federeinrichtung eine Querfedereinrichtung, die in vorteilhafter Weise zur Anpassung bzw. der Optimierung der Quersteifigkeit der Federeinrichtung für den jeweiligen Anwendungsfall dient. Hierdurch vereinfacht sich die Gestaltung der Federeinrichtung trotz der einfachen Optimierung der Quersteifigkeit erheblich. Die Querfedereinrichtung kann einerseits mit dem Fahrwerksrahmen und andererseits mit dem Wagenkasten verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Querfedereinrichtung auch einerseits mit dem Fahrwerksrahmen oder mit dem Wagenkasten verbunden sein und andererseits mit der Wankkompensationseinrichtung verbunden sein.
Bevorzugt ist die Querfedereinrichtung zur Erhöhung der Steifigkeit der jeweiligen Federeinrichtung in Richtung der Fahizeugquerachse ausgebildet. Hierbei kann sie eine beliebige für den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Charakteristik aufweisen. Bevorzugt weist die Querfedereinrichtung eine degressive Steifigkeitscharakteristik auf, um insgesamt eine degressive Steifigkeitscharakteristik der Federeinrichtung zu erzielen. Bei bevorzugten Ausführungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist weiterhin vorgesehen, dass die jeweilige Federeinrichtung eine Notfedereinrichtung aufweist, die mittig am Fahrwerk angeordnet ist, um auch bei Ausfall der tragenden Komponenten der Federeinrichtung einen Notbetrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die Notfedereinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist die Notfedereinrichtung derart ausgebildet, dass sie die Kompensationswirkung der Wankkompensationseinrichtung unterstützt. Hierzu kann die Notfedereinrichtung eine Gleit- und/oder Rollführung umfassen, welche der Kompensationsbewegung folgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einstellen von Wankwinkeln an einem Wagenkasten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, um eine zu einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs parallele Wankachse, bei dem ein erster Wankwinkel und/oder eine erste Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich eines ersten Fahrwerks eingestellt wird und ein zweiter Wankwinkel und/oder eine zweite Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich eines zweiten Fahrwerks eingestellt wird, das in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk beabstandet angeordnet ist. Der
Wagenkasten ist über eine erste Wankkompensationseinrichtung mit dem ersten Fahrwerk gekoppelt, während der Wagenkasten über eine zweite Wankkompensationseinrichtung mit dem zweiten Fahrwerk gekoppelt ist. Die erste Wankkompensationseinrichtung und die zweite Wankkompensationseinrichtung wirken bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens nach bogenaußen um eine zu der Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse entgegen. Der erste Wankwinkel und/oder der zweite Wankwinkel werden derart miteinander verkoppelt eingestellt, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten um die Fahrzeuglängsachse entgegengewirkt wird. Zusätzlich oder alternativ werden die erste Querauslenkung und/oder die zweite Querauslenkung derart miteinander verkoppelt eingestellt, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten um die Fahrzeuglängsachse entgegengewirkt wird. Hiermit lassen sich die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung (entlang der Linie l-l aus Figur 3); Figur 2 eine schematische Schnittansicht des Fahrzeugs aus Figur 1 bei Bogenfahrt;
Figur 3 eine schematische Seitenansicht des Fahrzeugs aus Figur 1 ;
Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugs aus Figur 1 ;
Figur 5 eine Querkraft-Weg-Charakteristik der Federeinrichtung des Fahrzeugs aus Figur 1;
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung;
Figur 7 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung;
Figur 8 eine schematische Ansicht eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Erstes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben, welches eine Fahrzeuglängsachse 101.1 aufweist.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht des Fahrzeugs 101 in einer Schnittebene senkrecht zur Fahrzeuglängsachse 101.1. Das Fahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seines ersten Endes über eine erste Federeinrichtung 103 auf einem ersten Fahrwerk in Form eines ersten Drehgestells 104 abgestützt ist und im Bereich seines zweiten Endes über eine zweite Federeinrichtung 113 auf einem zweiten Fahrwerk in Form eines zweiten Drehgestells 114 abgestützt ist. Das erste Drehgestell 104 und das zweite Drehgestell 114 sind identisch gestaltet, sodass im Folgenden primär auf die Merkmale des ersten Drehgestells 104 eingegangen wird Gleiches gilt für die erste Federeinrichtung 103 und die zweite Federeinrichtung 113. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen andere Fahrwerksgestaltungen verwendet werden. Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen ist in den Figuren ein (durch die Radaufstandsebene des Drehgestells 104 bzw. 114 vorgegebenes) Fahrzeug- Koordinatensystem Xf , yf,zt angegeben, in dem die xrKoordinate die Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 101 , die yrKoordinate die Querrichtung des Schienenfahrzeugs 101 und die Zf-Koordinate die Höhenrichtung des Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen. Weiterhin sind ein (durch die Richtung der Gravitationskraft G vorgegebenes) absolutes Koordinatensystem x,y,z und ein (durch den Wagenkasten 102 vorgegebenes) Passagier-Koordinatensystem Xp , yp,Zp definiert.
Das Drehgestell 104, umfasst zwei Radeinheiten in Form von Radsätzen 104.1 , auf denen sich jeweils über eine Primärfederung 103.1 der ersten Federeiπrichtung 103 ein Drehgestellrahmen 104.2 abstützt. Der Wagenkasten 102 ist wiederum über eine Sekundärfederung 103.2 auf dem Drehgestellrahmen 104.2 abgestützt. Die Primärfederung 103.1 und die Sekundärfederung 103.2 sind in Figur 1 vereinfachend als Schraubenfedern dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass es sich bei der Primärfederung 103.1 bzw. Sekundärfederung 103.2 um eine beliebige geeignete Federeinrichtung handeln kann.
Insbesondere bei der Sekundärfederung 103.2 handelt es sich bevorzugt um eine hinlänglich bekannte Luftfederung oder dergleichen.
Das Fahrzeug 101 umfasst weiterhin im Bereich des ersten Drehgestells 104 eine erste Wankkompensationseinrichtuπg 105 und im Bereich des zweiten Drehgestells 114 eine zweite Wankkompensationseinrichtung 115. Die erste Wankkompensationseinrichtung 105 und die zweite Wankkompensationseinrichtung 115 sind wiederum identisch gestaltet, sodass im Folgenden primär auf die Merkmale der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 eingegangen wird. Die erste Wankkompensationseinrichtung 105 wirkt kinematisch parallel zu der Sekundärfederung 103.2 zwischen dem Drehgestellrahmen 104.2 und dem Wagenkasten 102 in der nachfolgend noch näher beschriebenen Weise.
Wie insbesondere Figur 1 zu entnehmen ist umfasst die erste Wankkompensationseinrichtung 105 eine hinlänglich bekannte Wankstütze 106, die einerseits mit dem Drehgestellrahmen 104.2 und andererseits mit dem Wagenkasten 102 verbunden ist. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Wankstütze 106. Wie Figur 1 und 4 zu entnehmen ist, umfasst die Wankstütze 106 einen Torsionsarm in Form eines ersten Hebels 106.1 und einen zweiten Torsionsarm in Form eines zweiten Hebels 106.2. Die beiden Hebe! 106.1 und 106.2 sitzen zu beiden Seiten der Längsmittenebene (xfzrEbene) des Fahrzeugs 101 jeweils drehfest auf den Enden einer Torsionswelle 106.3 der Wankstütze 106. Die Torsionswelle 106.3 erstreckt sich in Querrichtung (yrRichtung) des Fahrzeugs und ist drehbar in Lagerblöcken 106.4 gelagert, die ihrerseits fest mit dem Drehgestellrahmen 104.2 verbunden sind. An dem freien Ende des ersten Hebels 106.1 ist ein erster Lenker 106.5 angelenkt, während an dem freien Ende des zweiten Hebels 106.2 ein zweiter Lenker 106.6 angelenkt ist. Über die beiden Lenker 106.5, 106.6 ist die Wankstütze 106 gelenkig mit dem Wagenkasten 102 verbunden.
In den Figuren 1 und 4 ist der Zustand in der Neutralstellung des Fahrzeugs 101 dargestellt, welche sich bei einer Fahrt in einem geraden und nicht verwundenen Gleis 108 ergibt. In dieser Neutralstellung verlaufen die beiden Lenker 106.5, 106.6 in der Zeichnungsebene der Figur 1 (yfZrEbene) im vorliegenden Beispiel derart zur Hochachse (ZrAchse) des Fahrzeugs 101 geneigt, dass ihre oberen (am Wagenkasten 102 angelenkten) Enden zur Fahrzeugmitte hin versetzt sind und sich ihre Längsachsen in einem Punkt MP schneiden, der in der Längsmittenebene (XfZrEbene) des Fahrzeugs liegt. Durch die Lenker 106.5, 106.6 ist in hinlänglich bekannter Weise eine (in der Neutralstellung) zur Fahrzeuglängsachse 101.1 parallel verlaufende Wankachse definiert, welche durch den Punkt MP verläuft. Der Schnittpunkt MP der Längsachsen der Lenker 106.5, 106.6 bildet mit anderen Worten den Momentanpol einer Wankbewegung des Wagenkastens 102 um diese Wankachse.
Die Wankstütze 106 erlaubt in hinlänglich bekannter Weise ein auf beiden Seiten des Fahrzeugs synchrones Einfedern der Sekundärfederung 103.2, während sie eine reine Wankbewegung um die Wankachse bzw. den Momentanpol MP verhindert. Weiterhin ist, wie insbesondere Figur 2 zu entnehmen ist, aufgrund der Schrägstellung der Lenker 106.5, 106.6 durch die Wankstütze 106 eine Kinematik mit einer kombinierten Bewegung aus einer Wankbewegung um die Wankachse bzw. den Momentanpol MP und einer Querbewegung in Richtung der Fahrzeugquerachse (yrAchse) vorgegeben. Hierbei versteht es sich, dass der Schnittpunkt MP und damit die Wankachse aufgrund der durch die Lenker 106.5, 106.6 vorgegebenen Kinematik bei einer Auslenkung des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung in der Regel ebenfalls seitlich auswandert.
Figur 2 zeigt das Fahrzeug 101 bei Bogenfahrt in einer Gleisüberhöhung. Wie Figur 2 zu entnehmen ist, bewirkt die bei Bogenfahrt im Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 (aufgrund der vorherrschenden Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung) angreifende Zentrifugalkraft Fy am Drehgestellrahmen 104.2 eine Wankbewegung nach bogenaußen, die aus einem stärkeren Einfedern der Primärfederung 103.1 auf der Bogenaußenseite resultiert.
Wie Figur 2 weiterhin zu entnehmen ist, bewirkt die beschriebene Gestaltung der Wankstütze 106 bei einer Bogenfahrt des Fahrzeugs 101 im Bereich der Sekundärfederung 103.2 eine Kompensationsbewegung, welche der Wankbewegung des Wagenkastens 102 (gegenüber der durch die gestrichelte Kontur 102.1 angedeuteten Neutralstellung im geraden ebenen Gleis) nach bogenaußen entgegenwirkt, die bei Fehlen der Wankstütze 106 aufgrund der im Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 angreifenden Zentrifugalkraft (analog zum ungleichmäßigen Einfedern der Primärfederung 103.1) durch ein stärkeres Einfedem der Sekundärfederung 103.2 auf der Bogenaußenseite entstehen würde.
Dank dieser durch die Kinematik der Wankstütze 106 vorgegebenen Kompensationsbewegung wird unter anderem der Neigungskomfort für die Passagiere des Fahrzeugs 101 erhöht, da die Passagiere (in ihrem durch den Wagenkasten 102 vorgegebenen Bezugssystem xp, yp, Zp) einen Teil der im erdfesten Bezugssystem tatsächlich wirkenden Querbeschleunigung ay bzw. Zentrifugalkraft Fy lediglich als erhöhte Beschleunigungskomponente azp bzw. Kraftwirkung Fzp in Richtung des Bodens des Wagenkastens 102 wahrnehmen, die in der Regel als weniger störend bzw. unangenehm empfunden wird. Die von den Passagieren in ihrem Bezugssystem als störend empfundene, in Querrichtung wirkende Querbeschleunigungskomponente ayp bzw. Zentrifugalkraftkomponente Fn, wird somit in vorteilhafter Weise reduziert.
Die maximal zulässigen Werte für die im Bezugssystem (xp, yp, Zp) der Passagiere wirkende Querbeschleunigung ayp,maχ werden in der Regel von den Betreibern des Fahrzeugs 101 vorgegeben. Anhaltspunkte hierfür liefern auch nationale und internationale Normen (wie beispielsweise die EN 12299).
Die im Bezugssystem (xp, yp, z„) der Passagiere (in Richtung der yp-Achse) wirkende Querbeschleunigung ayp setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich einer ersten Beschleunigungskomponente a^ und einer zweiten Beschleunigungskomponente aypd gemäß der Gleichung:
S, = <V +V . (1)
Der aktuelle Wert der ersten Beschleunigungskomponente a^ resultiert aus dem Durchfahren des aktuellen Gleisbogens mit der aktuellen Fahrgeschwindigkeit, während der aktuelle Wert der zweiten Beschleunigungskomponente a^o aus aktuellen (periodischen oder meist singulären) Ereignissen resultiert (wie beispielsweise dem Überfahren einer Störstelle im Gleis, wie beispielsweise einer Weiche oder dergleichen). Da sich die Krümmung des Gleisbogens und die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 101 im Normalbetrieb nur vergleichsweise langsam ändern, handelt es sich bei dieser ersten Beschleunigungskomponente aypS um eine quasi statische Komponente. Demgegenüber handelt es sich bei der (meist als Folge von Stößen auftretenden) zweiten Beschleunigungskomponente aypd um eine dynamische Komponente.
Aus der aktuellen Querbeschleunigung ayp lässt sich gemäß der vorliegenden Erfindung letztlich ein minimaler Sollwert für eine Querauslenkung dy«,«*^« des Wagenkastens 102 zur Fahrzeughochachse (zrAchse) ermitteln. Hierbei handelt es sich um die Querauslenkung (und damit gegebenenfalls den entsprechenden Wankwinkel), die mindestens erforderlich ist, um die maximal zulässige Querbeschteunigung ayp ma)< zu unterschreiten. Je nachdem, wie hoch der Komfort für die Passagiere des Fahrzeugs 101 ausfallen soll (mithin also je nachdem, wie weit diese maximal zulässige Querbeschleunigung ayp,mωι unterschritten werden soll), kann ein Sollwert für die Querauslenkung dyWson des Wagenkastens 102 in Richtung der Fahrzeugquerachse (yrAchse) vorgegeben werden, die dem aktuellen Fahrzustand entspricht. Hierbei setzt sich dieser Sollwert für die Querauslenkung dyw,«*! des Wagenkastens 102 wiederum aus einer quasi statischen Komponente dyWs,soiι und einer dynamischen Komponente dyW(j,soiι zusammen, wobei gilt:
dywjoa ~ 4y»,.*u + dywi.vii ■ (2)
Bei der quasi statischen Komponente dyws.soii handelt es sich um den für den Neigungskomfort relevanten quasi statischen Sollwert für die Querauslenkung (und damit den Wankwinkel), welche sich aus der aktuellen quasi statischen Querbeschleunigung am ergibt (die wiederum von der Krümmung des Gleisbogens und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v abhängt). Mithin handelt es sich hierbei also um den Sollwert für die Querauslenkung, wie er bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugen mit aktiver Einstellung des Waπkwinkels zur Regelung des Wankwinkels herangezogen wird.
Bei der dynamischen Komponente dyWd,soiι handelt es sich hingegen um den für den Schwingungskomfort relevanten dynamischen Sollwert für den die Querauslenkung (und damit gegebenenfalls für den Wankwinkel), welcher sich aus der aktuellen dynamischen Querbeschleunigung aypo ergibt (die wiederum von periodischen oder singulären Störungen des Gleises herrührt).
Um die Querauslenkung dyw des Wagenkastens 102 gegenüber der Neutralstellung aktiv einzustellen (wie dies in Figur 1 durch die gestrichelte Kontur 102.2 angedeutet ist), weist die erste Wankkompensationseinrichtung 105 im vorliegenden Beispiel weiterhin eine Aktuatoreinrichtung 107 auf, die ihrerseits einen Aktuator 107.1 und eine damit verbundene Steuereinrichtung 107.2 umfasst. Der Aktuator 107.1 ist einerseits gelenkig mit dem Drehgestellrahmen 104.2 und andererseits gelenkig mit dem Wagenkasten 102 verbunden.
Im vorliegenden Beispiel ist der Aktuator 107.1 als elektro-hydraulischer Aktuator gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch ein Aktuator verwendet werden kann, der nach einem beliebigen anderen geeigneten Wirkprinzip arbeitet. So können beispielsweise hydraulische, pneumatische, elektrische und eiektromechanische Wirkprinzipien alleine oder in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen.
Der Aktuator 107.1 ist im vorliegenden Beispiel so angeordnet, dass die von ihm zwischen dem Drehgestellrahmen 104.2 und dem Wagenkasten 102 ausgeübte Aktuatorkraft (in der Neutralstellung) parallel zu der Fahrzeugquerrichtung (yrRichtung) wirkt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine anderweitige Anordnung des Aktuator vorgesehen sein kann, solange die von ihm zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten ausgeübte Aktuatorkraft eine Komponente in Fahrzeugquerrichtung aufweist.
Die Steuereinrichtung 107.2 steuert oder regelt die Aktuatorkraft und/oder die Auslenkung des Aktuators 107.1 gemäß der vorliegenden Erfindung derart, dass einander eine quasi statische erste Querauslenkungskomponente dyws des Wagenkastens 102 und eine dynamische zweite Querauslenkungskomponente dyWd des Wagenkastens 102 überlagert werden, sodass sich insgesamt eine Querauslenkung dyw des Wagenkastens 102 ergibt, für die gilt:
<fyw =<fyWs + dym . (3)
Die Einstellung der Querauslenkung dyw erfolgt erfindungsgemäß unter Verwendung des Sollwerts für die Querauslenkung dyWiSoB des Wagenkastens 102, der sich aus der quasi statischen Komponente dyws,soιι und der dynamischen Komponente dywd.soii zusammensetzt, wie dies beispielsweise in Gleichung (2) definiert ist.
Um den Neigungskomfort für die Passagiere zu erhöhen, erfolgt die (durch die Zentrifugalkraft Fy unterstützte) Einstellung der ersten Querauslenkungskomponente dyWε im vorliegenden Beispiel in einem ersten Frequenzbereich F1 , der sich von 0 Hz bis 1,0 Hz erstreckt. Bei dem ersten Frequenzbereich handelt es sich somit um den Frequenzbereich, in dem quasi statische, der aktuellen Krümmung des durchfahrenen Gleisbogens und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit entsprechende Wankbewegungen des Wagenkastens 102 erfolgen.
Um zusätzlich zu dem Neigungskomfort auch den Schwingungskomfort für die Passagiere zu erhöhen, erfolgt die Einstellung der zweiten Querauslenkungskomponente dyWd im vorliegenden Beispiel erfindungsgemäß in einem zweiten Frequenzbereich F2, der sich von 1,0 Hz bis 6,0 Hz bis erstreckt. Bei dem zweiten Frequenzbereich handelt es sich um einen Frequenzbereich, der auf die im Betrieb des Fahrzeugs zu erwartenden (gegebenenfalls periodischen, typischerweise aber eher singulären bzw. statistisch gestreuten) dynamischen Störungen abgestimmt ist, die von den Passagieren wahrgenommen und als störend empfunden werden.
Es versteht sich jedoch, dass der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich je nach den Vorgaben des Streckennetzes und/oder des Betreibers des Fahrzeugs (beispielsweise aufgrund des Einsatzes des Fahrzeugs im Nahverkehr, im Fernverkehr, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsverkehr, etc.) auch variieren kann.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der ersten Querauslenkungskomponente dyws des Wagenkastens 102, deren Einstellung letztlich eine quasi-statische Anpassung der Querauslenkung (und damit des Wankwinkels) an die aktuelle Gleiskrümmung und die aktuelle Fahrgeschwindigkeit darstellt, mithin also eine zweite Querauslenkungskomponente dywd des Wagenkastens 102 überlagert, deren Einstellung letztlich eine dynamische Anpassung an aktuelle, in den Wagenkasten eingeleitete Störungen repräsentiert, sodass insgesamt ein hoher Komfort für die Passagiere erzielt werden kann.
Die Steuereinrichtung 107.2 realisiert die Ansteuerung des Aktuators 107.1 in Abhängigkeit von einer Reihe von Eingangsgrößen, welche ihr von einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung und/oder von separaten Sensoren (wie beispielsweise dem Sensor 107.3) oder dergleichen zugeführt werden. Zu den bei der Ansteuerung berücksichtigten Eingangsgrößen zählen beispielsweise Größen, die für die aktuelle Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 101, für die Krümmung x des aktuell durchfahrenen Gleisabschnitts, den Gleisüberhöhungswinkel Y des aktuell durchfahrenen Gleisabschnitts, und die Stärke sowie die Frequenz von Störungen (beispielsweise Gleislagestörungen) des aktuell durchfahrenen Gleisabschnitts repräsentativ sind.
Diese durch die Steuereinrichtung 107.2 verarbeiteten Größen können auf beliebige geeignete Weise ermittelt werden. Insbesondere für die Ermittlung des Sollwerts der dynamischen zweiten Querauslenkungskomponente dywd.soiι ist es erforderlich, die Störungen bzw. die daraus resultierenden Querbeschleunigungen ay, deren Auswirkungen auf die Passagiere über den dynamischen Anteil dywa zumindest gemildert werden sollen, ausreichend genau und mit einer ausreichenden Bandbreite zu ermitteln (also beispielsweise direkt zu messen und/oder über geeignete, vorab erstellte Modelle des Fahrzeugs 101 und/oder des Gleises zu berechnen).
Die Steuereinrichtung 107.2 kann dabei auf beliebige geeignete Weise realisiert sein, sofern sie die entsprechenden seitens des Betreibers des Schienenfahrzeugs vorgegebenen Sicherheitsanforderungen erfüllt. So kann sie beispielsweise aus einem einzigen, prozessorbasierten System aufgebaut sein, im vorliegenden Beispiel sind für die Regelung in dem ersten Frequenzbereich F1 und die Regelung in dem zweiten Frequenzbereich F2 unterschiedliche Steuerschaltungeπ bzw. Regelkreise vorgegeben.
Im vorliegenden Beispiel weist der Aktuator 107.1 in dem ersten Frequenzbereich F1 aus der Neutralstellung eine maximale Auslenkung von 80 mm bis 95 mm auf, während er in dem zweiten Frequenzbereich aus einer Ausgangsstellung eine maximale Ausleπkung von 15 mm bis 25 mm aufweist. Weiterhin übt der Aktuator 107.1 in dem ersten Frequenzbereich F1 eine maximale Aktuatorkraft von 15 kN bis 30 kN aus, während er in dem zweiten Frequenzbereich eine maximale Aktuatorkraft von 10 kN bis 30 kN ausübt. Hierdurch wird eine unter statischen und dynamischen Gesichtspunkten besonders günstige Konfiguration erzielt.
Durch die Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung 105 als aktives System ist es in vorteilhafterweise weiterhin möglich, die Abstützung des Wagenkastens 102 auf dem Drehgestell 104 in der Querrichtung des Fahrzeugs 101 vergleichsweise steif zu gestalten. Insbesondere ist es möglich, die Wankachse bzw. den Momentanpol MP des Wagenkastens 102 vergleichsweise nahe an den Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 zu legen.
Im vorliegenden Beispiel ist die Sekundärfederung 103.2 so gestaltet, dass sie eine Rückstellkraft-Querauslenkungs-Kennlinie 108 aufweist, wie sie in Figur 5 dargestellt ist. Die Kraftkennlinie 108 gibt dabei die Abhängigkeit der durch die Sekundärfederung 103.2 auf den Wagenkasten 102 ausgeübten Rückstellkraft Fy, wieder, die bei einer Querauslenkung yf des Wagenkastens 102 gegenüber dem Drehgestellrahmen 104.2 wirkt. Analog kann für die Sekundärfederung 103.2 auch eine Rückstellkennlinie in Form einer Momentenkennlinie angegeben werden, welche die Abhängigkeit des von der Sekundärfederung 103.2 auf den Wagenkasten 102 ausgeübten Rückstellmoments M* von der Wankwinkelaυslenkung αw aus der Neutralstellung wiedergibt.
Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, weist die Sekundärfederung 103.2 in einem ersten Querauslenkungsbereich Q1 eine erste Quersteifigkeit R1 auf, während sie in einem oberhalb des ersten Querauslenkungsbereichs Q1 liegenden zweiten
Querauslenkungsbereich Q2 eine zweite Quersteifigkeit R2 aufweist, die geringer ist als die erste Quersteifigkeit R1.
Hierbei versteht es sich, dass die Quersteifigkeit (wie auch aus Figur 5 anhand der gestrichelten Kraftkennlinien 109.1 109.2 anderer Ausführungsbeispiele ersichtlich ist) innerhalb des jeweiligen Querauslenkungsbereichs Q1 bzw. Q2 (gegebenenfalls auch stark) variieren kann. Bevorzugt ist die jeweilige Quersteifigkeit R1 bzw. R2 so gewählt, dass das Niveau der ersten Quersteifigkeit R1 zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, oberhalb des Niveaus der zweiten Quersteifigkeit R2 liegt. Es kann natürlich auch ein Übergangsbereich zwischen dem ersten Querauslenkungsbereich Q1 und dem zweiten Querauslenkungsbereich Q2 vorgesehen sein, in dem es zu einer Überschneidung bzw. Überlappung der Steifigkeitsniveaus kommt. Grundsätzlich kann der Verlauf der Quersteifigkeit in Abhängigkeit von der Querauslenkung in beliebiger geeigneter Weise auf den vorliegenden Anwendungsfall abgestimmt sein.
Insbesondere kann bei vorteilhaften Varianten der Erfindung in dem zweiten Querauslenkungsbereich Q2 auch eine zweite Steigung zumindest nahe dem Wert Null, vorzugsweise gleich Null vorgesehen sein, wie es in Figur 5 durch die Kontur 109.3 angedeutet ist. Ebenso kann bei anderen Varianten der Erfindung in dem zweiten Querauslenkungsbereich Q2 auch eine negative zweite Steigung vorgesehen sein, wie es in Figur 5 durch die Kontur 109.4 angedeutet ist. Hiermit können die Aktuatorkräfte bei größeren Querauslenkungen in vorteilhafter Weise besonders gering gehalten werden.
Im vorliegenden Beispiel ist das Steifigkeitsniveau in dem ersten Querauslenkungsbereich Q1 so gewählt, dass die erste Quersteifigkeit R1 im Bereich von 100 N/mm bis 800 N/mm liegt, während das Steifigkeitsniveau in dem zweiten Querauslenkungsbereich Q2 so gewählt ist, dass die die zweite Quersteifigkeit R2 im Bereich von 0 N/mm bis 300 N/mm liegt.
Im vorliegenden Beispiel weist die Kraftkennlinie 108 folglich in dem ersten Querauslenkungsbereich Q1 eine erste Steigung S1 = dF^dy^QI) und in dem Querauslenkungsbereich Q2 eine zweite Steigung S2 = dFyf/dyf(Q2) auf, die geringer ist als die erste Steigung. Das Verhältnis V = S2/S1 der zweiten Steigung S2 zu der ersten Steigung S1 liegt im Bereich von O bis 3. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch andere Werte für das Verhältnis V gewählt sein können.
Die beiden Querauslenkungsbereiche Q1 und Q2 können ebenfalls auf beliebige geeignete, an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Weise gewählt sein. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich der erste Querauslenkungsbereich Q1 von 0 mm bis 40 mm, während sich der zweite Querauslenkungsbereich Q2 von 40 mm bis 100 mm erstreckt. Hiermit lassen sich im Hinblick auf eine Begrenzung der maximalen Querauslenkung des Wagenkastens 102 bei möglichst geringem Energieeinsatz für die Wankkompensationseinrichtung 105 besonders günstige Gestaltungen erzielen.
Wie bereits erwähnt, kann für das Fahrzeug 101 analog zu der Kraftkeπnlinie 108 eine Momentenkennlinie definiert sein. Bei dieser Betrachtungsweise weist die Rückstellkennlinie in einem ersten Wankwinkelbereich W1 eine erste Steigung S1 und in einem oberhalb des ersten Wankwinkelbereichs W1 liegenden zweiten Wankwinkelbereich W2 eine zweite Steigung auf, die geringer ist als die erste Steigung. Auch bei dieser Betrachtungsweise liegt das Verhältnis V = S2/S1 der zweiten Steigung S2 zu der ersten Steigung S1 im Bereich von 0 bis 3 . Der erste Wankwinkelbereich W1 erstreckt sich dann je nach der vorgegebenen Kinematik beispielsweise von 0° bis 1,3°, während sich der zweite Wankwinkelbereich W2 von 1,0° bis 4,0" erstreckt.
Mit anderen Worten ist im vorliegenden Beispiel also ein degressiver Verlauf der Quersteifigkeit der Sekundärfederung 103.2 vorgesehen, sodass einer anfänglichen Querauslenkung des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung ein vergleichsweise hoher Widerstand entgegengesetzt wird.
Der anfängliche hohe Widerstand gegen eine Querauslenkung hat den Vorteil, dass bei Ausfall der aktiven Komponenten (beispielsweise des Aktuators 107.1 oder der Steuerung 107.2) auch bei Bogenfahrt (in Abhängigkeit von der aktuell vorliegenden Querbeschleunigung ay bzw. Zentrifugalkraft Fx) eine weit gehende passive Rückstellung des Wagenkastens 102 zumindest in die Nähe der Neutralstellung möglich ist. Diese passive Rückstellung im Falle einer Störung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, besonders breite Wagenkästen 102 und folglich eine hohe Transportkapazität für das Fahrzeug 101 zu realisieren. Um zu verhindern, dass der Aktuator 107.1 diese passive Rückstellung behindert, ist der Aktuator 107.1 im vorliegenden Beispiel derart gestaltet, dass er im Falle seiner Inaktivität einer Wankbewegung des Wagenkastens 102 im Wesentlichen keinen Widerstand entgegensetzt. Mithin ist der Aktuator 107.1 also nicht selbsthemmend gestaltet.
Dank der degressiven Kennlinie 108 nimmt der Anstieg des Widerstands gegen die Querauslenkung mit zunehmender Auslenkung ab (bei negativer Steigung kann sogar der Widerstand selbst abnehmen). Dies ist im Hinblick auf die dynamische Einstellung der zweiten Querauslenkung dywd in dem zweiten Frequenzbereich F2 bei Bogeπfahrt des Fahrzeugs 101 von Vorteil, da die Wankkompensationseinrichtung 105 für diese dynamischen Auslenkungen in dem zweiten Frequenzbereich F2 dann vergleichsweise geringe Kräfte zur Verfügung stellen muss.
Die degressive Kennlinie der Sekundärfederung kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. So können beispielsweise wie im vorliegenden Beispiel die Federn, über die der Wagenkasten 102 auf dem Drehgestellrahmen 104.2 abgestutzt ist, entsprechend ausgestaltet sein, um aus sich heraus diese Charakteristik zu realisieren. Im Falle einer Luftfederung kann dies beispielsweise durch eine geeignete Gestaltung der Abstützung des Balgs der jeweiligen Luftfeder erfolgen.
Es versteht sich jedoch, dass die Federeinrichtung 103 bei anderen Varianten der Erfindung eine oder mehrere zusätzliche Querfedern aufweisen kann, wie dies in Figur 1 durch die gestrichelte Kontur 110 angedeutet ist. Die Querfeder 110 dient zur Anpassung bzw. der Optimierung der Quersteif igkeit der Sekundärfederung 103.2 für den jeweiligen Anwendungsfall. Hierdurch vereinfacht sich die Gestaltung der Sekundärfederung 103.2 trotz der einfachen Optimierung der Quersteifigkeit erheblich.
Die Querfeder 110 kann wie im vorliegenden Beispiel gezeigt einerseits mit dem Fahrwerksrahmen und andererseits mit dem Wagenkasten verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine derartige Querfeder auch einerseits mit dem Fahrwerksrahmen oder mit dem Wagenkasten verbunden sein, während sie andererseits mit der
Wankkompensationseinrichtung 105 (beispielsweise mit einem der Lenker 106.5, 106.6) verbunden ist. Ebenso kann die Querfeder auch ausschließlich innerhalb der Wankkompensationseinrichtung 105 wirken, beispielsweise zwischen einem der Lenker 106.5, 106.6 und dem zugehörigen Hebel 106.1 bzw. 106.2 oder der Torsionsstange 106.3.
Die Querfeder 110 kann dabei zur Erhöhung der Steifigkeit der Federeinrichtung in Richtung der Fahrzeugquerachse ausgebildet sein. Hierbei kann sie eine beliebige für den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Charakteristik aufweisen kann. Bevorzugt weist die Querfeder 110 selbst eine degressive Steifigkeitscharakteristik auf, um insgesamt eine degressive Steif igkeitscharakteristik der Sekundärfederung 103.2 zu erzielen.
Die Querfeder 110 kann auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein und nach beliebigen geeigneten Wirkprinzipien arbeiten. So können Zugfedern, Druckfedem, Torsionsfedern oder beliebige Kombinationen hieraus verwendet werden. Weiterhin kann es sich um eine rein mechanische Feder, eine elektromechanische Feder, eine pneumatische Feder, eine hydraulische Feder oder beliebige Kombinationen hieraus handeln.
Die Quersteifigkeit der Sekundärfederung 103.2 ist im vorliegenden Beispiel so bemessen, dass bei Inaktivität des Aktuators 107.1 (beispielsweise wegen eines Ausfalls des Aktuators 107.1 oder der Steuerung 107.2) auf den Wagenkasten 102 ein Rückstellmoment M* um die Wankachse ausgeübt wird, das derart bemessen ist, dass eine Wankwinkelauslenkung αnot,max(nw;v<>;Ymax) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung (d. h. m = mmax) des Wagenkastens 102 und bei in einer maximal zulässigen Gleisüberhöhung (d. h. y = γmax) stehendem Fahrzeug (d. h. v = v0 = 0) weniger als 2° beträgt. Für die erste maximale Querauslenkung dya,not,max(mmax;vo;γmax) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung nach bogenaußeπ gilt im vorliegenden Beispiel, dass diese auf 60 mm begrenzt ist. Für die zweite maximale Querauslenkung dyi,no,,max(mmax;vo;γmax) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung nach bogeninnen gilt hierbei, dass diese auf 20 mm begrenzt ist.
Mit anderen Worten ist die Sekundärfederung 103.2 so gestaltet, dass das Fahrzeug 101 , wenn es aus beliebigen Gründen (beispielsweise aufgrund eines Schadens am Fahrzeug oder Fahrweg) an einer derart ungünstigen Stelle zum Stehen kommt, nach wie vor ein vorgegebenes Begrenzungsprofil einhält.
Weiterhin ist das Rückstellmoment M* bei inaktivem Aktuator 107.1 so bemessen, dass eine Wankwinkelauslenkung αnoi,maχ(mma1£; aΛmax) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung (d. h. m = mmaj() des Wagenkastens 102 und bei einer maximal zulässigen in Richtung einer Fahrzeugquerachse wirkenden Querbeschleunigung (a^max) des
Fahrzeugs weniger als 2° beträgt. Für die erste maximale Querauslenkung dya,notmax(mmβx; ayf.max) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung nach bogenaußen gilt im vorliegenden Beispiel, dass diese auf 60 mm begrenzt ist. Für die zweite maximale Querauslenkung dyι,not,max(mmsκ; ayfmax) des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung nach bogeninnen gilt hierbei, dass diese auf 20 mm begrenzt ist. Mit anderen Worten ist die Federeinrichtung (insbesondere deren Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung) bevorzugt so gestaltet, dass ein Fahrzeug in einem Notbetrieb bei Ausfall der Aktuatoreinrichtung bei Fahrt mit normaler Fahrgeschwindigkeit nach wie vor das vorgegebene Begrenzungsprofi! einhält.
In jedem Fall ist somit im vorliegenden Beispiel sichergestellt, dass auch bei Ausfall der aktiven Komponenten der Wankkompensationseinrichtung 105 noch ein Notbetrieb des Fahrzeugs 101 mit gegebenenfalls verschlechterten Komforteigenschaften (insbesondere hinsichtlich des Neigungskomforts und/oder des Schwingungskomforts) aber unter Einhaltung des vorgegebenen Begrenzungsprofils möglich ist.
Ein weiterer im Hinblick auf die realisierbare hohe Breite der Wagenkästen 102 und damit im Hinblick auf die hohe Transportkapazität vorteilhafter Aspekt der erfindungsgemäßen Gestaltung liegt im vorliegenden Beispiel darin, dass durch die Gestaltung und Anordnung der Lenker 106.5, 106.6 der (in der Neutralstellung des Wagenkastens 102 vorliegende) Abstand ΔH der Wankachse des Wagenkastens 102 bzw. des Momentanpols MP zu dem Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 in Richtung der Fahrzeughochachse (zrRichtung) vergleichsweise klein gewählt ist.
So weist der Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 im vorliegenden Beispiel eine erste Höhe H1 = 1970 mm über dem Gleis, genauer gesagt über der Schienenoberkante SOK auf, während die Wankachse in der (in Figur 1 gezeigten) Neutralstellung in Richtung der Fahrzeughochachse eine zweite Höhe H2 über der Schienenoberkante SOK aufweist, die im vorliegenden Beispiel im Bereich von 3700 mm bis 4500 mm liegt. Demgemäß ergibt sich im vorliegenden Beispiel ein Verhältnis
H2 - HI
VH = (4) Hl
welches das Verhältnis der Differenz aus der zweiten Höhe H2 und der ersten Höhe H1 zu der ersten Höhe H1 wiedergibt, und welches im Bereich von etwa 0,8 bis etwa 1,3 liegt. Hiermit lassen sich Gestaltungen realisieren, die hinsichtlich der oben bereits erwähnten Begrenzung der Querauslenkungen und damit der Realisierbarkeit breiter Wagenkästen mit hoher Transportkapazität besonders günstig sind.
So hat der vergleichsweise geringe Abstand ΔH des Momentanpols MP zu dem Schwerpunkt SP zum einen den Vorteil, dass schon mit vergleichsweise kleinen Querauslenkungen des Wagenkastens 102 ein vergleichsweise großer Wankwinkel αw erzielt wird. Bei Bogenfahrt sind hiermit zum einen selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten v bzw. hohen Gleiskrümmungen nur vergleichsweise geringe Querauslenkungen des Wagenkastens 102 erforderlich, um die quasi statische Komponente σws des Wankwinkels αw bzw. die quasi statische Komponente dyWs der Querauslenkung dyw zu realisieren. Ebenso können gegebenenfalls auch starke Querstöße durch vergleichsweise geringe Querauslenkungen des Wagenkastens 102 kompensiert werden, mit denen die dynamische Komponente αWd des Wankwinkelε αw realisiert wird.
Mit anderen Worten sind also im Normalbetrieb des Fahrzeugs 101 vergleichsweise geringe Querauslenkungen erforderlich, um den gewünschten Fahrkomfort für die Passagiere zu erzielen. Dank der geringen Querauslenkungen im Normalbetrieb kann ein für das Streckennetz, auf dem das Fahrzeug 101 betrieben wird, vorgegebenes Begrenzungsprofil im Normalbetrieb auch mit breiten Wagenkästen 102 angehalten werden.
Ein wetterer Vorteil des geringen Abstands ΔH des Momentanpols MP zu dem Schwerpunkt SP liegt in dem sich hierdurch ergebenden vergleichsweise kleinen Hebelarm, den die im Schwerpunkt SP angreifende Zentrifugalkraft Fy zum Momentanpol MP aufweist. Im Falle einer Störung der aktiven Komponenten der Wankkompensationseinrichtung 105 (beispielsweise bei Ausfall des Aktuators 107.1 oder der Steuerung 107.2) übt die Zentrifugalkraft Fy somit bei Bogenfahrt (in Abhängigkeit von der aktuell vorliegenden Querbeschleunigung ay) ein geringeres Wankmoment auf den Wagenkasten 102 aus, sodass eine weit gehende passive Rückstellung des Wagenkastens 102 zumindest in die Nähe der Neutralstellung durch die Sekundärfederung 103.2 möglich ist.
Mit anderen Worten kommt es also auch im Fall einer solchen Störung bzw. eines Notbetriebs des Fahrzeugs 101 zu vergleichsweise geringen Querauslenkungen des Wagenkastens 102. Dank der geringen Querauslenkungen im Notbetrieb kann ein für das Streckennetz, auf dem das Fahrzeug 101 betrieben wird, vorgegebenes Begrenzungsprofil auch in einem solchen Notbetrieb mit breiten Wagenkästen 102 eingehalten werden.
Es versteht sich, dass bei bestimmten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit besonders geringen Querauslenkungen vorgesehen sein kann, dass (beispielsweise durch entsprechende Gestaltung und Anordnung der Lenker 106.5, 106.6) die Wankachse bzw. der Momentanpol MP des Wagenkastens auf oder nahe an dem Schwerpunkt SP des Wagenkastens liegt, sodass die Zentrifugalkraft Fy keinen (oder zumindest keinen nennenswerten) Beitrag zur Erzeugung der Wankbewegung liefern kann. Die Einstellung des Wankwinkels αw erfolgt dann ausschließlich aktiv über den Aktuator 107.1.
Generell ist somit festzustellen, dass sich der Beitrag der Zentrifugalkraft Fy zur Einstellung des Wankwinkels αw nach dem Abstand ΔH des Momentanpols MP zu dem Schwerpunkt SP richtet. Die geringer dieser Abstand ΔH ist, desto größer ist der Anteil der Aktuatorkraft des Aktuators 107.1, der zur Einstellung des Wankwinkels αw benötigt wird (welcher der aktuellen Fahrsituation entspricht und für den gewünschten Fahrkomfort der Passagiere erforderlich ist).
Um die Einhaltung eines vorgegebenen Begrenzungsprofils im Normalbetrieb in jedem Fall sicherzustellen, ist im vorliegenden Beispiel eine auf das seitens des Betreibers des
Fahrzeugs vorgegebene Begrenzungsprofil abgestimmte Begrenzung der Querauslenkungen vorgesehen, die in Grenzsituationen des Betriebs des Fahrzeugs 101 zum Eingriff kommt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten des erfindungsgemäßan Fahrzeugs eine solche Begrenzung bereits im Normalbetrieb zum Einsatz kommen kann. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass eine solche Begrenzung auch fehlt, mithin also unter allen möglichen Fahrsituationen bzw. Lastsituationen des Fahrzeugs keine derartige Begrenzung wirksam wird.
Die Begrenzung der Querauslenkungen kann durch beliebige geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise entsprechende Anschläge zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104, insbesondere dem Drehgestellrahmen 104.2, realisiert sein. Ebenso kann eine entsprechende Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung 105 vorgesehen sein. So können beispielsweise entsprechende Anschläge für die Lenker 106.5, 106.6 vorgesehen sein.
Im vorliegenden Beispiel ist der Aktuator 107.1 derart ausgebildet, dass eine in der Fahrzeugquerrichtung (yrAchse) bei Bogenfahrt nach bogenaußen erfolgende erste maximale Querauslenkung dya max des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung auf 120 mm begrenzt ist. Da die Drehgestelle 104 bei dem Fahrzeug 101 im Endbereich des Wagenkastens 102 angeordnet sind, ist es von besonderem Interesse, die Querauslenkungen nach bogeninnen entsprechend zu begrenzen. Der Aktuator 107.1 begrenzt daher zusätzlich eine in der Fahrzeugquerrichtung bei Bogenfahrt nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung dy,,™,, des Wagenkastens 102 des Wagenkastens aus der Neutralstellung auf 20 mm. Diese unterschiedliche Begrenzung der maximalen Querauslenkung nach bogeninnen (dyi,max) und nach bogenaußen (Uy8^ax) wird im vorliegenden Beispiel über die Steuereinrichtung 107.2 realisiert. Die Steuereinrichtung 107.2 steuert den Aktuator 107.1 zu diesem Zweck (in Abhängigkeit von der Richtung des aktuell durchfahrenen Gleisbogens) derart an, dass er bei Erreichen der jeweiligen maximalen Querauslenkung (dyi,max bzw. dya,max) eine weitere Querauslenkung über den Maximalwert hinaus verhindert.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 107.2 die maximale Querauslenkung nach bogeninnen dyi mai<(P) und/oder nach bogenaußen dyβimax(P) in Abhängigkeit von der aktuellen Position P des Fahrzeugs 101 auf dem befahrenen Streckennetz variiert. So kann beispielsweise in bestimmten Streckenabschnitten nach bogeninnen und/oder nach bogenaußen eine geringere maximale Querauslenkung des Wagenkastens 102 zugelassen werden als in anderen Streckenabschnitten. Es versteht sich hierbei, dass der Steuereinrichtung 107.2 dann eine entsprechende Information über die aktuelle Position P vorliegen muss.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die erste Wankkompensationseinrichtung 105 und die zweite Wankkompensationseinrichtung 115 zur Reduzierung der Seitenwindempfindlichkeit bzw. zur Erhöhung der zulässigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 101 steuerungstechnisch miteinander verkoppelt sind, indem die Steuereinrichtung 107.2 sowohl den Aktuator 107.1 der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 als auch den entsprechenden Aktuator 117.1 der zweiten Wankkompensationseinrichtung 115 derart ansteuert, dass beispielsweise bei Einwirken einer Seitenwindlast SW eine Reduktion des an dem Wagenkasten 102 wirkenden Torsionsmoments MTx (gegebenenfalls bis hin zu einem Wert Null) realisiert wird.
Bei einer Gestaltung, bei welcher das Fahrzeug 101 beispielsweise den Kopf eines Zuges bildet, greift im Falle des Auftretens von Seitenwind eine resultierende Seitenwindlast SW in der Regel bezüglich des (in der Regel) in Fahrzeuglängsrichtung etwa mittig angeordneten Fahrzeugschwerpunkts SP zum Kopfende hin versetzt und oberhalb des Fahrzeugschwerpunkts SP an dem Wagenkasten 102 an (wie dies in Figur 1 dargestellt ist).
Bei einer Inaktivität der Aktuatoren 107.1 ergäbe sich bei dem außermittigen, zum Schwerpunkt SP versetzten Angreifen der Seitenwindlast SW (mit den in Figur 1 dargestellten Kräften bzw. Momenten) an dem Wagenkasten 102 durch das hiermit eingeleitete Giermoment im Bereich des vorlaufenden (am Kopfende angeordneten) ersten Drehgestells 104 bedingt durch die Gestaltung der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 eine erste Querauslenkung des Wagenkastens 102 bezüglich des ersten Drehgestells 104, wie sie in Figur 1 durch die strichzweipunktierte Kontur 102.3 angedeutet ist. Demgegenüber ergäbe sich an dem nachlaufenden zweiten Drehgestell 114 bedingt durch die Gestaltung der zweiten Wankkompensationseinrichtung 115 eine zur ersten Querauslenkung gegenläufige zweite Querauslenkung des Wagenkastens 102 bezüglich des zweiten Drehgestells 114, wie sie in Figur 1 durch die gestrichelte Kontur 102.2 angedeutet ist.
Aus den Kräftegleichgewichten und Momentengleichgewichten ergeben sich dabei die folgenden Werte für die vertikalen Radaufstandskräfte Fzr, FzI auf den beiden Fahrwerksseiten:
-G - a + MTx + SW - {c + H\) a + b
_ , G -b + MTx + SW -(c + HV)
PZl = - . (D) a + b
Aus den Gleichungen (5) und (6) wird deutlich, dass das durch die Abweichung dy zwischen der ersten Querauslenkung (des Wagenkastens 102 bezüglich des ersten Drehgestells 104) und der gegenläufigen zweiten Querauslenkung (des Wagenkastens 102 bezüglich des zweiten Drehgestells 114) eine Torsion des Wagenkastens und damit das Torsionsmoment MTx resultiert, welches zu einer erheblichen Reduktion des Betrags der Radaufstandskraft Fzr auf der rechten Seite führt.
Die Steuerung 107.2 steuert den Aktuator 107.1 der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 und den entsprechenden Aktuator 117.1 der zweiten Wankkompensationseinrichtung 115 derart an, dass sie die Abweichung dy reduzieren, um so eine Reduktion des an dem Wagenkasten 102 wirkenden Torsionsmoments MTx (gegebenenfalls bis hin zu einem Wert Null) zu realisieren. Hierdurch ist es möglich, eine aus der Torsion des Wagenkastens 102 resultierende Komponente der Radentlastung zumindest zu reduzieren, gegebenenfalls sogar vollständig zu eliminieren.
Es sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass je nach Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung in der Regel eine vorgegebene Beziehung zwischen der betreffenden Querauslenkung und dem dazugehörigen Wankwinkel besteht, sodass eine Berücksichtigung der Querauslenkungen und eine Berücksichtigung der Wankwinkel gegebenenfalls zueinander äquivalente bzw. gleichwertige Maßnahmen darstellen können.
Die aktive Reduktion bzw. Eliminierung der Torsionslast MTx wird im vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass die Steuereinrichtung 107.2 wenigstens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Erfassungsgröße aufweist, welche für die an dem Wagenkasten 102 anliegende Torsionslast MTx repräsentativ ist. Die Steuereinrichtung 107.2 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, den Aktuator 107.1 der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 und den entsprechenden Aktuator 117.1 der zweiten Wankkompensationseinrichtung 115 derart anzusteuern, dass die Torsionslast MTx reduziert wird, gegebenenfalls sogar im Wesentlichen vollständig eliminiert wird.
Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 107.2 dazu ausgebildet, den ersten Aktuator 107.1 und den zweiten Aktuator 117.1 derart anzusteuern, dass sowohl die erste Querauslenkung als auch die zweite Querauslenkung reduziert werden, sodass sich insgesamt eine Reduktion der Abweichung dy ergibt.
Im vorliegenden Beispiel ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die den ersten Aktuator 107.1 und den zweiten Aktuator 117.1 in Abhängigkeit von der Erfassungsgröße derart ansteuert, dass die Abweichung dy zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung weniger als 10 mm beträgt.
Als Erfassungsgröße kann grundsätzlich jegliche Größe ermittelt werden, welche Rückschlüsse auf die aktuelle Torsionslast MTx am Wagenkasten 102 und damit letztlich auf die aus dieser Torsionslast MTx resultierende Radentlastung zulässt. Beispielsweise ist es möglich, unmittelbar am Wagenkasten 102 (beispielsweise über einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen oder dergleichen) eine für die aktuelle Torsionslast am Wagenkasten repräsentative Größe zu ermittein und für die weitere Ansteuerung der aktiven Komponenten zu verwenden. Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung der Steuereinrichtung 107.2 als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für die erste Querauslenkung des Wagenkastens 102 repräsentative Größe und eine für die zweite Querauslenkung des Wagenkastens 102 repräsentative Größe erfasst, welche dann für die weitere Ansteuerung des ersten Aktuators 107.1 und des zweiten Aktuators 117.1 verwendet wird. Dies ist insoweit von Vorteil als gegebenenfalls unmittelbar die ohnehin über die aktiven Komponenten einzustellende Größe unmittelbar ermittelt wird, im einfachsten Beispiel kann die Erfassungseinrichtung dabei durch einen in dem jeweiligen Aktuator 107.1 , 117.1 integrierten Wegsensor oder dergleichen realisiert sein.
Es sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass die Nutzung einer aktiven Komponente im Bereich nur einer der beiden Wankkompensationseinrichtungen ausreichen kann. So kann es zur Reduktion der Torsionslast beispielsweise ausreichen, dass über einen aktiven Eingriff an dem vorlaufenden Fahrwerk 104 dem aus der Windlast SW resultierenden Giermoment an dem Wagenkasten 102 entgegengewirkt werden kann, indem der Auslenkung des Wagenkastens 102 durch eine entsprechende Kraftwirkung im Bereich der Wankkompensationseinrichtung 105 des vorlaufenden Fahrwerks 104 entgegengewirkt wird, während die Auslenkung am nachlaufenden Fahrwerk 114 zugelassen wird.
Ebenso kann natürlich isoliert auch im Bereich des nachlaufenden Fahrwerks über einen aktiven Eingriff dem aus der Windlast resultierenden Giermoment an dem Wagenkasten entgegengewirkt werden, indem der Auslenkung des Wagenkastens durch eine entsprechende Kraftwirkung im Bereich der Wankkompensationseinrichtung des nachlaufenden Fahrwerks entgegengewirkt wird, während die Auslenkung am vorlaufenden Fahrwerk zugelassen wird.
Es sei an dieser Stelle weiterhin erwähnt, dass die Steuereinrichtung 107.2 durch geeignete Maßnahmen dazu ausgebildet sein kann, die oben beschriebenen seitenwindbedingten Einflüsse von anderen fahrdynamischen Einflüssen (z. B. die Einfahrt in bzw. Ausfahrt aus Gleisüberhöhungen, Änderungen des Krümmungsradius des Gleiches etc.) unterscheiden kann Hierfür können entsprechende Filter ebenso wie zuvor generierte Modelle des Fahrzeugs eingesetzt werden. Hierbei kann insbesondere der Tatsache Rechnung getragen werden, dass seitenwindbedingte Einflüsse einen quasistatischen Charakter haben, mithin also in einem vergleichsweise niedrigen Frequenzbereich zum Tragen kommen, der in der Regel unterhalb von 2 Hz liegt, sodass insbesondere eine Differenzierung von höherfrequenten dynamischen Einflüssen in der Regel ohne Weiteres möglich ist.
Weiterhin kann somit also vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 107.2 den Unterschied
Δaw = awι -aW2 (7)
zwischen dem Wankwinkel αWi an dem vorlaufenden Drehgestell 104 und dem Wankwinkel αW2 an dem nachlaufenden Drehgestell 114 begrenzt bzw. den Unterschied Adyw = dyWi - dyW2 (8)
zwischen der Querauslenkung dywi an dem vorlaufenden Drehgestell 104 und der Querauslenkung dyW2 an dem nachlaufenden Drehgestell 104 begrenzt. Auch hier kann eine ähnliche aktive, gegebenenfalls von dem aktuellen Streckenabschnitt und/oder anderen Größen (wie beispielsweise der Wankgeschwindigkeit im Bereich der jeweiligen Drehgestells 104) abhängige Einstellung der Begrenzung vorgenommen werden.
Wie bereits oben erwähnt wurde, kann zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen aktiven Lösung auch eine passive Reduktion der Torsionslast an dem Wagenkasten 102 vorgesehen sein, wie dies schematisch in Figur 8 gezeigt ist. Dies kann über eine entsprechende mechanische Koppelung der beiden Wankkompensationseinrichtungen 105 und 115 realisiert sein. Gemäß Figur 8 ist hierzu vorgesehen, dass die erste Wankkompensationseinrichtung 105 und die zweite Wankkompensationseinrichtung 115 über eine passive Kopplungseinrichtung 120 mechanisch miteinander verkoppelt sind, wobei die Kopplungseinrichtung 120 zur Reduktion der Torsionslast MTx an dem Wagenkasten 102 in Richtung einer Fahrzeugquerachse gleichlaufende Stellbewegungen im Bereich der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 und der zweiten Wankkompensationseinrichtung 115 erzeugt.
Die mechanische Kopplung zwischen den beiden Wankkompensationseinrichtungen kann auf beliebige geeignete Weise realisiert sein. So können beispielsweise beliebige mechanische Getriebe verwendet werden, um diese Kopplung zu realisieren. Im vorliegenden Beispiel wird die Kopplung abschnittsweise über ein fluidisches Wirkprinzip realisiert, da hiermit eine besonders einfache, Platz sparende Gestaltung der Überbrückung des Abstandes zwischen den beiden Fahrwerken möglich ist.
Zu diesem Zweck umfasst die Kopplungseinrichtung 120 jeweils einen Hydraulikzylinder 120.1 , 120.2, die mit dem Wagenkasten 102 und dem jeweiligen Lenker 106.6 bzw. 116.6 der ersten Wankkompensationseinrichtung 105 und der zweiten
Wankkompensationseinrichtung 115 gekoppelt sind. Die Arbeitsräume der Hydraulikzylinder 120.1 , 120.2 sind über eine Hydraulikieitung gegenläufig gekoppelt, um die gewünschten gleichlaufenden Stellbewegungen zu erzielen.
Wie Figur 1 zu entnehmen ist, umfasst die Federeinrichtung 103 weiterhin eine
Notfedereinrichtung 103.3, die in Fahrzeugquerrichtung mittig am Drehgestellrahmen 104.2 angeordnet ist, um auch bei Ausfall der Sekundärfederung 103.2 einen Notbetrieb des Fahrzeugs 101 zu ermöglichen. Die Notfedereinrichtung 103.3 kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Im vorliegenden Beispiel ist die Notfedereinrichtung 103.3 derart ausgebildet, dass sie die Kompensationswirkung der Wankkompensationseinrichtung 105 unterstützt. Hierzu kann die Notfedereinrichtung 103.3 eine Gleit- und/oder Rollführung umfassen, welche (im Falle ihrer Nutzung, mithin also im Notbetrieb) der Kompensationsbewegung der Wankkompensationseinrichtung 105 folgen kann.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die aktive Einstellung des Wankwinkels bzw. der
Querauslenkung über die Wankkompensationseinrichtung 105 ausschließlich bei Bogenfahrt im gekrümmten Gleis erfolgt, mithin also die Wankkompensationseinrichtung 105 nur in einer solchen Fahrsituation aktiv ist. Im vorliegenden Beispiel ist die
Wankkompensationseinrichtung 105 auch bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs 101 aktiv, sodass in jeder Fahrsituation zumindest eine Einstellung der Querauslenkung dyw bzw. gegebenenfalls des Wankwinkels αw in dem zweiten Frequenzbereich F2 erfolgt und somit der Schwingungskomfort in vorteilhafter Weise auch in diesen Fahrsituationen gewährleistet ist.
Zweites Aυsführungsbeispiel
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 201 ist in Figur 6 dargestellt. Das Fahrzeug 201 entspricht dabei in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise dem Fahrzeug 101 aus Figur 1 bis 5, sodass hier lediglich auf die
Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen, während gleichartige Komponenten mit um den WeI 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Merkmale, Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied zur Ausführung aus Figur 1 bis 5 besteht in der Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung 205. Diese ist im Gegensatz zu dem Fahrzeug 101 kinematisch seriell zu der Federeinrichtung 103 angeordnet, über welche der Wagenkasten 102 auf den Radeinheiten 104.1 des jeweiligen Drehgestells 104 abgestützt ist.
Die Wankkompensationseinrichtung 205 umfasst eine Führungseinrichtung 211 , die kinematisch seriell zu der Federeinrichtung 103 angeordnet ist. Die Führungseinrichtung 211 umfasst zwei Führungselemente 211.1, die jeweils einerseits auf einem Träger 211.2 und andererseits an dem Wagenkasten 102 abgestützt sind. Der Träger 211.2 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung und ist seinerseits über die Sekundärfederung 103.2 auf dem Drehgestellrahmen 104.2 abgestützt.
Die Führungselemente 211.1 definieren bei Wankbewegungen des Wagenkastens 102 die Bewegung des Trägers 211.2 bezüglich des Wagenkastens 102. Das jeweilige Führungselement 211.1 ist als einfache Schichtfederβinrichtung gestaltet, die eine mehrschichtige Gummischichtfeder 211.3 umfasst.
Die Gummischichtfeder 211.3 ist aus mehreren Schichten aufgebaut, wobei sich beispielsweise metallische Schichten und Gummischichten abwechsein. Die
Gummischichtfeder 211.3 ist in einer Richtung senkrecht zu ihren Schichten drucksteif (sodass sich die Schichtdicke unter Belastung in dieser Richtung nicht nennenswert ändert) während sie in einer Richtung parallel zu ihren Schichten schubweich ist (sodass sich unter Schubbelastung in dieser Richtung eine nennenswerte Verformung ergibt). Die Schichten der Gummischichtfeder 211.3 sind im vorliegenden Beispiel zur Fahrzeughochachse und zur Fahrzeugquerachse geneigt angeordnet, sodass sie die Wankachse bzw. den Momentanpol MP des Wagenkastens 102 definieren.
Im vorliegenden Beispiel sind die Schichten der Gummischichtfeder 211.3 als einfache ebene Schichten und derart ausgeführt, dass der Schnittpunkt ihrer Mittensenkrechten 211.4 die Wankachse bzw. den Momentanpol MP des Wagenkastens 102 definiert. Es versteht sich jedoch aber, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere einfach oder mehrfach gekrümmte Gestaltung dieser Schichten vorgesehen sein kann. Insbesondere kann es sich um konzentrische Zylindermantelsegmente handeln, deren Krümmungsmittelpunkte im Momentanpol MP liegen.
Die Mittensenkrechten 211.4 liegen im vorliegenden Beispiel in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Fahrzeuglängsachse (xrAchse) verläuft. Demgemäß kann die Anordnung aus den beiden Gummischichtfedern 211.3 in Fahrzeugquerrichtung auch ohne zusätzliche Hilfsmittel vergleichsweise hohe Kräfte übertragen, während sie in Richtung der Fahrzeuglängsachse nur bedingt bzw. unter erheblicher Scherdeformation Kräfte übertragen kann. Demgemäß ist in der Regel zwischen dem Wagenkasten 102 und dem
Drehgestellrahmen 104.2 eine Längsanlenkung vorgesehen, die eine entsprechende Übertragung von Kräften der Richtung der Fahrzeuglängsachse ermöglicht. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine Gestaltung der beiden Gummischichtfedern 211.3 vorgesehen sein kann, welche die Übertragung solcher Längskräfte ermöglicht. So können beispielsweise zweifach gekrümmte Schichten vorgesehen sein. Ebenso können aber auch mehr als zwei Gummischichtfedern vorgesehen sein, die nicht kollinear und derart im Raum verteilt angeordnet sind, dass sich ihre Mittensenkrechten bzw. ihre Krümmungsradien im Momentanpol MP des Wagenkastens schneiden.
Wie Figur 6 weiterhin zu entnehmen ist, umfasst die Wankkompensationseinrichtung 205 wiederum eine Aktuatoreinrichtung 207 mit einem Aktuator 207.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 207.2. In analoger Weise zu dem Aktuator 107.1 wirkt der Aktuator 207.1 in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem Träger 211.2 und dem Wagenkasten 102.
Gesteuert durch die Steuereinrichtung 207.2 wird über den Aktuator 207.1 der Wankwinkel αw bzw. die Querauslenkung dyw eingestellt (wie dies in Figur 6 durch die gestrichelte Kontur 102.2 angedeutet ist). Hierbei arbeitet die Steuereinrichtung 207.2 im vorliegenden Beispiel analog zu der Steuereinrichtung 107.2. Insbesondere steuert oder regelt die Steuereinrichtung 207.2 die Aktuatorkraft und/oder die Auslenkung des Aktuators 207.1 gemäß der vorliegenden Erfindung derart, dass einander eine quasi statische erste Querauslenkung dyWs des Wagenkastens 102 und eine dynamische zweiter Querauslenkung dyWd des Wagenkastens 102 überlagert werden, sodass sich insgesamt eine
Querauslenkung dyw des Wagenkastens 102 ergibt, für welche die obige Gleichung (2) gilt. Auch hier wird die quasi statische erste Querauslenkung dyW9 wiederum in dem ersten Frequenzbereich F1 eingestellt, während die dynamische zweite Querauslenkung dywo in dem zweiten Frequenzbereich F2 eingestellt wird.
Bei Inaktivität der aktiven Komponenten (also beispielsweise des Aktuators 207.1 oder der Steuerung 207.2) der Wankkompensationseinrichtung 205 erfolgt die passive Rückstellung des Wagenkastens über die elastische Rückstellkraft der Gummischichtfedern 211.3. Die Gummischichtfedem 211.3 können dabei so gestaltet sein, dass sie eine ähnliche Charakteristik aufweisen wie die Sekundärfederung 103.2 aus dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass insoweit auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Wie Figur 6 weiterhin zu entnehmen ist, ist zwischen dem Drehgestellrahmen 104.2 und dem Träger 211.2 (kinematisch parallel zu der Sekundärfederung 103.2) eine herkömmliche Wankstütze 206 mit zueinander parallel verlaufenden Lenkern 206.5, 206.6 vorgesehen, die einem ungleichmäßigen Einfedern der Sekundärfederung 103.2 entgegenwirkt. Weiterhin wirkt zwischen dem Drehgestellrahmen 104.2 und dem Träger 211.2 in Fahrzeugquerrichtung ein weiterer Aktuator 212 der Wankkompensationseinrichtung 205, über den die Querauslenkung des Trägers 211.2 und damit auch des Wagenkastens 102 bezüglich des Drehgestellrahmens 104.2 beeinflusst werden kann. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung zum einen ein solcher weiterer Aktuator gegebenenfalls auch fehlen kann und zum anderen auch wieder eine geneigte Anordnung der Lenker vorgesehen sein kann.
Der Aktuator 212 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 207.2 angesteuert, sodass die Steuereinrichtung 207.2 über die Ansteuerung der Aktuatoren 207.1 und 212 ein
Betriebsverhalten der Wankkompensationseinrichtung 205 herstellen kann, wie es oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel für die Wankkompensationseinrichtung 105 beschrieben wurde.
Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass die Gestaltung der Wankkompensationseinrichtung mit einer solchen Schichtfedereinrichtung zur Definition der Wankachse des Wagenkastens einen eigenständig schutzfähigen Erfindungsgedanken darstellt, der insbesondere von der vorstehend beschriebenen Einstellung der Querauslenkung (bzw. gegebenenfalls des Wankwinkels) in dem ersten Frequenzbereich F1 und dem zweiten Frequenzbereich F2 unabhängig ist.
Drittes Ausführunαsbeispial
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 301 ist in Figur 7 dargestellt. Das Fahrzeug 301 entspricht dabei in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise dem Fahrzeug 201 aus Figur 6, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen, während gleichartige Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten Bezugszeicheπ versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Merkmale, Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied zur Ausführung aus Figur 6 besteht lediglich in der Anordnung der Wankkompensationseinrichtung 305. Diese ist im Gegensatz zu dem Fahrzeug 201 kinematisch seriell zwischen der Primärfederung 103.1 und der Sekundärfederung 103.2 angeordnet, über welche der Wagenkasten 102 auf den Radeinheiten 104.1 des jeweiligen Drehgestells 104 abgestützt ist.
Die Wankkompensationseinrichtung 305 umfasst wiederum eine Führungseinrichtung 311 mit zwei Führungselementen 311.1 , die jeweils einerseits auf einem Träger 311.2 und andererseits an dem Drehgestellrahmen 104.2 abgestützt sind. Auf dem Träger 311.2, der sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckt, ist über die Sekundärfederung 103.2 der Wagenkasten 102 abgestutzt.
Die Führungselemente 311.1 sind wie die Führungselemente 211.1 gestaltet und definieren bei Wankbewegungen des Wagenkastens 102 die Bewegung des Trägers 311.2 bezüglich des Drehgestellrahmens 104.2. Das jeweilige Führungselement 311.1 ist wiederum als einfache Schichtfedereinrichtung gestaltet, die eine mehrschichtige Gummischichtfeder 311.3 umfasst, die analog zu der Gummischichtfeder 211.3 gestaltet ist.
Wie Figur 7 weiterhin zu entnehmen ist, umfasst die Wankkompensationseinrichtung 305 wiederum eine Aktuatoreinrichtung 307 mit einem Aktuator 307.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 307.2, die in analoger Weise zu dem Aktuator 207.1 und der Steuereinrichtung 207.2 arbeiten.
Wie Figur 7 weiterhin zu entnehmen ist, ist zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Träger 311.2 (kinematisch parallel zu der Sekundärfederung 103.2) eine herkömmliche Waπkstütze 306 mit zueinander parallel verlaufenden Lenkern 306.5, 306.6 vorgesehen, die einem ungleichmäßigen Einfedern der Sekundärfederung 103.2 entgegenwirkt. Weiterhin wirkt zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Träger 311.2 in Fahrzeugquenichtung ein weiterer Aktuator 312 der Wankkompensationseinrichtung 305, über den die Querauslenkung des Wagenkastens 102 bezüglich des Trägers 311.2 und damit auch bezüglich des Drehgestelirahmens 104.2 beeinflusst werden kann.
Der Aktuator 312 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 307.2 angesteuert, sodass die Steuereinrichtung 307.2 über die Ansteuerung der Aktuatoren 307.1 und 312 ein Betriebsverhalten der Wankkompensationseinrichtung 305 herstellen kann, wie es oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen für Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht sich weiterhin, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit
- einem Wagenkasten (102),
- einem ersten Fahrwerk (104) und - einem in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk (104) beabstandet angeordneten zweiten Fahrwerk (114), wobei
- der Wagenkasten (102) über eine erste Federeinrichtung (103) in Richtung einer Fahrzeughochachse auf dem ersten Fahrwerk (104) abgestützt ist,
- der Wagenkasten (102) über eine zweite Federeinrichtung (113) in Richtung der Fahrzeughochachse auf dem zweiten Fahrwerk (114) abgestützt ist,
- der Wagenkasten (102) über eine erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) mit dem ersten Fahrwerk (104) gekoppelt ist,
- der Wagenkasten (102) über eine zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) mit dem zweiten Fahrwerk (114) gekoppelt ist, - die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite
Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens (102) nach bogenaußen um eine zu der Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) derart ausgebildet ist und/oder die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) derart miteinander verkoppelt sind, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten (102) um die Fahrzeuglängsachse, die insbesondere durch an dem Wagenkasten (102) wirkende Windlasten bedingt ist, entgegengewirkt wird.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) dazu ausgebildet ist, dem Wagenkasten (102) unter einer ersten Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich des ersten Fahrwerks (104) in Richtung einer Fahrzeugquerachse einen ersten Wankwinkel um die Wankachse aufzuprägen,
- die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) dazu ausgebildet ist, dem Wagenkasten (102) unter einer zweiten Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich des zweiten Fahrwerks (114) in Richtung einer
Fahrzeugquerachse einen zweiten Wankwinkel um die Wankachse aufzuprägen,
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) derart ausgebildet ist und/oder die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) derart miteinander verkoppelt sind, dass einer Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Queraυslenkung und/oder einer Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel entgegengewirkt wird.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) mit wenigstens einer durch eine
Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) angesteuerten ersten Aktuatoreinheit (107.1; 207.1; 307.1) aufweist, wobei die erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) insbesondere dazu ausgebildet ist, zur Einstellung der ersten Querauslenkung beizutragen, und/oder
- die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) eine zweite Aktuatoreinrichtung (117; 217; 317) mit wenigstens einer durch die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) angesteuerten zweiten Aktuatoreinheit (117.1; 217.1; 317.1) aufweist, wobei die zweite Aktuatoreinrichtung (117; 217; 317) insbesondere dazu ausgebildet ist, zur Einstellung der zweiten
Querauslenkung beizutragen.
4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) wenigstens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Erfassungsgröße aufweist, welche für die an dem Wagenkasten (102) anliegende Torsionslast repräsentativ ist, und - die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) dazu ausgebildet ist, die erste Aktuatoreinheit (107.1 ; 207.1; 307.1) und/oder die zweite Aktuatoreinheit (117.1; 217.1 ; 317.1) derart anzusteuern, dass die Torsionslast reduziert wird, wobei
- die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) insbesondere dazu ausgebildet ist, die erste Aktuatoreinheit (107.1; 207.1; 307.1) und/oder die zweite Aktuatoreinheit
(117.1; 217.1; 317.1) derart anzusteuern, dass in Richtung einer Fahrzeugquerachse eine Abweichung zwischen einer ersten Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich des ersten Fahrwerks (104) und einer zweiten Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich des zweiten Fahrwerks (114) reduziert wird.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) die erste Aktuatoreinheit (107.1 ; 207.1 ; 307.1) und/oder die zweite Aktuatoreinheit (117.1; 217.1; 317.1) irt Abhängigkeit von der Erfassungsgröße derart ansteuert, dass die Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung weniger als 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 25 mm beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 10 mm beträgt. und/oder
- die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) die erste Aktuatoreinheit (107.1 ; 207.1; 307.1) und/oder die zweite Aktuatoreinheit (117.1; 217.1; 317.1) in Abhängigkeit von der Erfassungsgröße derart ansteuert, dass eine Abweichung zwischen einem ersten Wankwinkel des Wagenkastens (102) bezüglich des ersten Fahrwerks (104) und einem zweiten Wankwinkel des Wagenkastens (102) bezüglich des zweiten Fahrwerks (114) weniger als 2° beträgt, vorzugsweise weniger als 1 β beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 0,5° beträgt.
6. Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Erfassungseinrichtung als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für die erste Querauslenkung des Wagenkastens (102) repräsentative Größe und/oder eine für die zweite Querauslenkung des Wagenkastens (102) repräsentative Größe erfasst und/oder - die Erfassungseinrichtung als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für eine Auslenkung einer Komponente der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) repräsentative Größe erfasst und/oder eine für eine Auslenkung einer Komponente der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) repräsentative Größe erfasst
7. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) über eine passive Kopplungseinrichtung mechanisch miteinander verkoppelt sind, wobei
- die Kopplungseinrichtung zur Reduktion der Torsionslast an dem Wagenkasten (102) in Richtung einer Fahrzeugquerachse gleichlaufende Stellbewegungen im Bereich der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) erzeugt, wobei - die Kopplungseinrichtung insbesondere eine fluidische Kopplung zwischen der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) umfasst.
8. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) zur Erhöhung des
Neigungskomforts dazu ausgebildet ist, dem Wagenkasten (102) in einem ersten Frequenzbereich unter einer ersten Querauslenkungskomponente der ersten Querauslenkung des Wagenkastens (102) in Richtung einer Fahrzeugquerachse eine erste Wankwinkelkomponente des ersten Wankwinkels um die Wankachse aufzuprägen, die einer aktuellen Krümmung eines aktuell durchfahrenen
Gleisabschnitts entspricht. und/oder
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) zur Erhöhung des Schwingungskomforts dazu ausgebildet ist, dem Wagenkasten (102) in einem zweiten Frequenzbereich eine der ersten Querauslenkungskomponente überlagerte zweite Querauslenkungskomponente aufzuprägen, wobei - der zweite Frequenzbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, oberhalb des ersten Frequenzbereichs liegt.
9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) mit wenigstens einer durch eine
Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) angesteuerten ersten Aktuatoreinheit (107.1; 207.1; 307.1) aufweist, wobei
- die erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) insbesondere dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung des ersten Wankwinkels in dem ersten Frequenzbereich zumindest überwiegend beizutragen, insbesondere den ersten Wankwinkel im Wesentlichen zu erzeugen.
10. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- sich der erste Frequenzbereich von 0 Hz bis 2 Hz, vorzugsweise von 0,5 Hz bis 1,0 Hz, erstreckt, und/oder
- sich der zweite Frequenzbereich von 0,5 Hz bis 15 Hz, vorzugsweise von 1 ,0 Hz bis 6,0 Hz, erstreckt und/oder
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) auch bei Geradeausfahrt aktiv ist.
11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt, und
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305), insbesondere eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der ersten Wankkompensationseinrichtung
(105; 205; 305), derart ausgebildet ist, dass
- eine in einer Fahrzeugquerrichtung bei Bogenfahrt nach bogenaußen erfolgende erste maximale Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der Neutralstellung auf 80 mm bis 150 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 100 mm bis 120 mm begrenzt ist, und/oder
- eine in einer Fahrzeugquerrichtung bei Bogenfahrt nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der
Neutralstellung auf 0 mm bis 40 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 20 mm begrenzt ist,
12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
- eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) dazu ausgebildet ist, als eine
Endanεchlagseinrichtung zur Definition wenigstens eines Endanschlags für die Wankbewegung des Wagenkastens (102) zu wirken, wobei
- die erste Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet ist, die Position des wenigstens einen Endanschlags für die Wankbewegung des Wagenkastens (102) variabel zu definieren.
13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) im Falle ihrer Inaktivität einer Wankbewegung des Wagenkastens (102) höchstens einen geringen Widerstand, insbesondere im Wesentlichen keinen Widerstand entgegensetzt.
14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt,
- die erste Federeinrichtung (103) bei Inaktivität einer Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) auf den Wagenkasten
(102) ein Rückstellmoment um die Wankachse ausübt, wobei
- das Rückstellmoment bei inaktiver Aktuatoreinrichtung (107; 207: 307) derart bemessen ist, dass
- eine Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung des Wagenkastens (102) und bei in einer maximal zulässigen Gleisüberhöhung stehendem Fahrzeug weniger als10 mm bis 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als weniger als 20 mm beträgt, und/oder
- eine Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der Neutralstellung bei einer Nennbeladung des Wagenkastens (102) und bei in einer maximal zulässigen in Richtung einer Fahrzeugquerachse wirkenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs weniger als 40 mm bis 80 mm beträgt, vorzugsweise weniger als weniger als 60 mm beträgt,
15. Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Federeinrichtung (103) eine Rückstellkennlinie definiert, wobei
- die Rückstellkennlinie die Abhängigkeit des Rückstellmoments von der Wankwinkelauslenkung wiedergibt und
- die Rückstellkennlinie einen degressiven Verlauf aufweist, wobei
- die Rückstellkennlinie insbesondere in einem ersten Querauslenkungsbereich eine erste Steigung und in einem oberhalb des ersten Querauslenkungsbereich liegenden zweiten Querauslenkungsbereich eine zweite Steigung aufweist, die geringer ist als die erste Steigung, wobei
- das Verhältnis der zweiten Steigung zu der ersten Steigung insbesondere im Bereich von 0 bis 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,5 liegt, weiter vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,1 liegt, und/oder
- sich der erste Querauslenkungsbereich insbesondere von 0 mm bis 60 mm erstreckt, vorzugsweise von 0 mm bis 40 mm erstreckt, und sich der zweite Querauslenkungsbereich insbesondere von 20 mm bis 120 mm erstreckt, vorzugsweise von 40 mm bis 100 mm erstreckt.
16. Fahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt, und
- die erste Federeinrichtung (103) eine Quersteifigkeit in Richtung einer Fahrzeugquerachse aufweist, die von einer Querauslenkung des Wagenkastens (102) in Richtung der Fahrzeugquerachse aus der Neutralstellung abhängig ist, wobei
- die erste Federeinrichtung (103) insbesondere in einem ersten Querauslenkungsbereich eine erste Quersteifigkeit aufweist und in einem oberhalb des ersten Querauslenkungsbereichs liegenden zweiten Querauslenkungsbereich eine zweite Quersteifigkeit aufweist, die geringer ist als die erste Quersteifigkeit, wobei
- die erste Quersteifigkeit insbesondere im Bereich von 100 N/mm bis 800 N/mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 300 N/mm bis 500 N/mm liegt, und die zweite Quersteifigkeit insbesondere im Bereich von 0 N/mm bis 300 N/mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 0 N/mm bis 100 N/mm liegt, und/oder
- sich der erste Querauslenkungsbereich insbesondere von 0 mm bis 60 mm erstreckt, vorzugsweise von 0 mm bis 40 mm erstreckt, und sich der zweite Querauslenkungsbereich insbesondere von 20 mm bis 120 mm erstreckt, vorzugsweise von 40 mm bis 100 mm erstreckt.
17. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Nennbeladung und eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt, und - die erste Federeinrichtung (103) in Richtung einer Fahrzeugquerachse eine
Quersteifigkeit aufweist, wobei
- die Quersteifigkeit der ersten Federeinrichtung (103) derart bemessen ist, dass bei Inaktivität einer ersten Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) bei Bogenfahrt mit einer maximal zulässigen in Richtung einer Fahrzeugquerachse wirkenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs
- eine in einer Fahrzeugquerrichtung nach bogenaußen erfolgende erste maximale Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der Neutralstellung auf 40 mm bis 120 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 60 mm bis 80 mm begrenzt ist, und/oder - eine in einer Fahrzeugquerrichtung nach bogeninnen erfolgende zweite maximale Querauslenkung des Wagenkastens (102) aus der Neutralstellung auf 0 mm bis 60 mm begrenzt ist, vorzugsweise auf 20 mm bis 40 mm begrenzt ist.
18. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt, und
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) derart ausgebildet ist. dass eine erste Aktuatoreinrichtung (107; 207; 307) der ersten o Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305)
- in dem ersten Frequenzbereich aus der Neutralstellung eine maximale Auslenkung von 60 mm bis 110 mm aufweist, vorzugsweise von 70 mm bis 85 mm aufweist, und/oder 5 - in dem zweiten Frequenzbereich aus einer Ausgangsstellung eine maximale
Auslenkung von 10 mm bis 30 mm aufweist, vorzugsweise von 15 mm bis 25 mm aufweist, und/oder
- in dem ersten Frequenzbereich eine maximale Aktuatorkraft von 10 kN biso 40 kN ausübt, vorzugsweise von 15 kN bis 30 kN ausübt, und/oder
- in dem zweiten Frequenzbereich eine maximale Aktuatorkraft von 5 kN bis 35 kN ausübt, vorzugsweise von 5 kN bis 20 kN ausübt.
19. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass5 - der Wagenkasten (102) eine Neutralstellung aufweist, die er bei stehendem
Fahrzeug im geraden ebenen Gleis einnimmt,
- der Wagenkasten (102) einen Schwerpunkt aufweist, der in der Neutralstellung in Richtung der Fahrzeughochachse eine erste Höhe über dem Gleis aufweist - die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) derart ausgebildet ist, dass die Wankachse in der Neutralstellung in Richtung der Fahrzeughochachse eine zweite Höhe über dem Gleis aufweist, wobei
- das Verhältnis der Differenz aus der zweiten Höhe und der ersten Höhe zu der ersten Höhe höchstens 2,2 beträgt, vorzugsweise höchstens 1,3 beträgt, weiter vorzugsweise 0,8 bis 1 ,3 beträgt.
20. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105) eine erste Wankstützeinrichtung (106) umfasst, die kinematisch parallel zu der ersten Federeinrichtung (103) angeordnet und dazu ausgebildet ist, Wankbewegungen des Wagenkastens (102) um die Wankachse bei Geradeausfahrt entgegenzuwirken, wobei
- die erste Wankstützeinrichtung (106) insbesondere zwei Lenker (106.5, 106.6) umfasst, die an einem ihrer Enden jeweils gelenkig an dem Wagenkasten (102) und an ihrem anderen Ende jeweils gelenkig an entgegengesetzten Enden eines Torsionselements (106.3) angelenkt sind, das an dem ersten Fahrwerk (104) gelagert ist. und/oder
- die erste Wankkompensationseinrichtung (205; 305) eine Führungseinrichtung (211; 311) umfasst, ■ die Führungseinrichtung (211 ; 311) kinematisch seriell zu der ersten
Federeinrichtung (103) angeordnet ist,
- die Führungseinrichtung (211; 311) ein Führungselement (211.1; 311.1) umfasst, das zwischen dem ersten Fahrwerk (104) und dem Wagenkasten (102) angeordnet ist, und - die Führungseinrichtung (211 ; 311 ) dazu ausgebildet ist, bei Wankbewegungen des Wagenkastens (102) eine Bewegung des Führungselements (211.1; 311.1) bezüglich des Wagenkastens (102) oder des ersten Fahrwerks (104) zu definieren, wobei
- die Führungseinrichtung (211; 311) insbesondere wenigstens eine Schichtfedereinrichtung (211.3; 311.3) umfasst.
21. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Fahrwerk (104) einen Fahrwerksrahmeπ (104.2) und wenigstens eine Radeinheit (104.1) aufweist und
- die erste Federeinrichtung (103) eine Primärfederung (103.1) und eine Sekundärfederung (103.2) aufweist, wobei
- der Fahrwerksrahmen (104.2) über die Primärfederung (103.1) auf der Radeinheit
(104.1) abgestützt ist und der Wagenkasten (102) über die, insbesondere als Luftfederung ausgeführte, Sekundärfederung (103.2) auf dem Fahrwerksrahmen
(104.2) abgestützt ist und - die erste Wankkompensationseinrichtung (105) kinematisch parallel zu der
Sekundärfederung (103.2) zwischen dem Fahrwerksrahmen (104.2) und dem Wagenkasten (102) angeordnet ist.
22. Fahrzeug nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Federeinrichtung (103) eine Querfedereinrichtung (110) umfasst, wobei - die Querfedereinrichtung (110)
- einerseits mit dem Fahrwerksrahmen (104.2) und andererseits mit dem Wagenkasten (102) verbunden ist und/oder
- einerseits mit dem Fahrwerksrahmen (104,2) oder mit dem Wagenkasten (102) verbunden ist und andererseits mit der ersten Wankkompensationseinrichtung
(105) verbunden ist und
- die Querfedereinrichtung (110) insbesondere zur Erhöhung der Steifigkeit der ersten Federeinrichtung (103) in Richtung einer Fahrzeugquerachse ausgebildet ist, wobei die Querfedereinrichtung (110) insbesondere eine degressive
Steifigkeitscharakteristik aufweist.
23. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Federeinrichtung (103) eine Notfedereinrichtung (103.3) aufweist, die in Fahrzeugquerrichtung mrttig am ersten Fahrwerk (104) angeordnet ist, wobei - die Notfedereinrichtung (103.3) insbesondere derart ausgebildet ist, dass sie die Kompensationswirkung der ersten Wankkompensationseinrichtung (105) unterstützt.
24. Verfahren zum Einstellen von Wankwinkeln an einem Wagenkasten (102) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, um eine zu einer
Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs parallele Wankachse, bei dem
- ein erster Wankwinkel und/oder eine erste Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich eines ersten Fahrwerks (104) eingestellt wird, und
- ein zweiter Wankwinkel und/oder eine zweite Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich eines zweiten Fahrwerks (114) eingestellt wird, das in Richtung einer Fahrzeuglängsachse von dem ersten Fahrwerk (104) beabstandet angeordnet ist, wobei
- der Wagenkasten (102) über eine erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) mit dem ersten Fahrwerk (104) gekoppelt ist, - der Wagenkasten (102) über eine zweite Wankkompensationseinrichtung (115;
215; 315) mit dem zweiten Fahrwerk (114) gekoppelt ist,
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens (102) nach bogenaußen um eine zu der Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Wankwinkel und/oder der zweite Wankwinkel derart miteinander verkoppelt eingestellt werden, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten (102) um die Fahrzeuglängsachse entgegengewirkt wird und/oder
• die erste Querauslenkung und/oder die zweite Querauslenkung derart miteinander verkoppelt eingestellt werden, dass einer Torsionslast an dem Wagenkasten (102) um die Fahrzeuglängsachse entgegengewirkt wird, wobei
- die Torsionslast insbesondere durch an dem Wagenkasten ( 102) wirkende Windlasten bedingt ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass
- einer Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung und/oder einer Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel entgegengewirkt wird, wobei - die erste Querauslenkung und/oder die zweite Querauslenkung insbesondere zumindest teilweise aktiv mittels einer durch eine Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) gesteuerten Aktuatoreinheit eingestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens einer Erfassungsgröße erfasst wird, welche für die an dem Wagenkasten (102) anliegende Torsionslast repräsentativ ist, und
- die aktive Einstellung der ersten Querauslenkung und/oder die zweiten Querauslenkung durch die Steuereinrichtung (107.2; 207.2; 307.2) in Abhängigkeit von der Erfassungsgröße erfolgt, wobei
- als die wenigstens eine Erfassungsgröße insbesondere eine für die erste Querauslenkung repräsentative Größe und/oder eine für die zweite
Querauslenkung repräsentative Größe erfasst wird und/oder
- als die wenigstens eine Erfassungsgröße eine für eine Auslenkuπg einer Komponente der ersten Wankkompensationseinrichtuπg (105; 205; 305) repräsentative Größe erfasst wird und/oder eine für eine Auslenkung einer
Komponente der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) repräsentative Größe erfasst wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Abweichung zwischen der ersten Querauslenkung und der zweiten Querauslenkung insbesondere derart eingestellt wird, dass sie weniger als 40 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 25 mm beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 10 mm beträgt. und/oder
- die Abweichung zwischen dem ersten Wankwinkel und dem zweiten Wankwinkel insbesondere derart eingestellt wird, dass sie weniger als 2° beträgt, vorzugsweise weniger als 1° beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 0,5° beträgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und die zweite Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) über eine passive Kopplungseinrichtung mechanisch miteinander verkoppelt werden, wobei - über die Kopplungseinrichtung zur Reduktion der Torsionslast an dem
Wagenkasten (102) in Richtung einer Fahrzeugquerachse gleichlaufende Stellbewegungen im Bereich der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) erzeugt werden, wobei - die Kopplungseinrichtung insbesondere eine fluidische Kopplung zwischen der ersten Wankkompensationseinrichtung (105; 205; 305) und der zweiten Wankkompensationseinrichtung (115; 215; 315) umfasst.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Wankwinkel aktiv eingestellt wird, wobei - bei Bogenfahrt Wankbewegungen des Wagenkastens (102) nach bogenaußen um die Wankachse entgegenwirkt wird und
- dem Wagenkasten (102) zur Erhöhung des Neigungskomforts in einem ersten Frequenzbereich unter einer ersten Querauslenkungskomponente der ersten Querauslenkung eine erste Wankwinkelkomponente des ersten Wankwinkels aufgeprägt wird, die einer aktuellen Krümmung eines aktuell durchfahrenen
Gleisabschnitts entspricht, und/oder
- dem Wagenkasten (102) zur Erhöhung des Schwingungskomforts in einem zweiten Frequenzbereich eine der ersten Querauslenkungskomponente überlagerte zweite Querauslenkungskomponente der ersten Querauslenkung aufgeprägt wird, wobei
- der zweite Frequenzbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, oberhalb des ersten Frequenzbereichs liegt.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wankwinkel in dem ersten Frequenzbereich zumindest überwiegend, insbesondere im Wesentlichen vollständig, aktiv erzeugt wird.
31. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass
- sich der erste Frequenzbereich von 0 Hz bis 2 Hz, vorzugsweise von 0,5 Hz bis 1 ,0 Hz, erstreckt, und/oder - sich der zweite Frequenzbereich von 0,5 Hz bis 15 Hz, vorzugsweise von 1 ,0 Hz bis 6,0 Hz, erstreckt,
32. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der zweiten Querauslenkungskomponente in dem zweiten Frequenzbereich zur Erhöhung des Schwingungskomforts auch bei Geradeausfahrt erfolgt.
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