鐵路機車車輛的傾斜度控制裝置的製作方法

2023-09-23 11:05:05

專利名稱：鐵路機車車輛的傾斜度控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按第一項權利要求前序部分所述的傾斜度控制裝置。
在已知的這種類型的傾斜度控制裝置(DE3727768C1)中，為了產生取決於鐵路彎道地傾斜鐵路機車車輛車體的控制信號，除橫向加速度傳感器外還設有測量車體旋轉速度的陀螺儀和速度傳感器。橫向加速度傳感器和轉角傳感器的輸出信號輸入同類的低截止頻率的電的低通濾波器，以便從這些輸出信號濾出被寄生振蕩覆蓋著的基本信號。經濾波的取決於轉角的陀螺儀輸出信號與取決於車速和重力加速度的信號相乘，並接著與已濾波的橫向加速度傳感器信號一起作為合成信號輸入傾斜度控制設備，它根據輸入量實施車體繞其縱軸線相對於支承車體的走行裝置或轉向架裝置的傾斜。在這裡，低通濾波器有為2Hz的截止頻率。此低的截止頻率導致輸出信號有不希望的電的時延。為了補償這一缺點，因這種缺點會造成車體的一種有害地影響乘車舒適性的有延遲地傾斜，向經低通濾波器過濾的決定車體傾斜度的輸出信號輸入一個經多次倍增和相加獲得的校正信號，它由車體繞其豎軸的旋轉速度和它的行駛速度算出。為此所需的技術耗費並因而還有產生誤差的可能性都比較大。此外低通濾波器有一個與橫向加速度的變化速度相比為高的截止頻率。
本發明的目的是在按第一項權利要求前序部分所述的傾斜度控制裝置中採取措施，藉助於這些措施採用簡單的電路結構獲得傾斜度控制設備時延很小的控制。此目的按本發明通過特徵部分所述特徵達到。
在按本發明的傾斜度控制裝置的結構中，為了控制傾斜度控制設備中促使車體傾斜的執行機構，僅引入橫向加速度傳感器的輸出信號，它以其由於寄生振蕩而有噪聲的原始形式未濾波地輸入一特性曲線元件。在特性曲線元件中至少確定一條特性曲線，根據該曲線對一定的輸入信號值輸出一個相關的輸出信號值。在這種情況下以這樣的方式進行輸入信號的計算評估，即只有一個中間區才利用來控制車體傾斜度。此特性曲線元件尤其可設計為數字式的，其中，在一存儲器內根據橫向加速度傳感器輸出信號存放相關的輸出信號值。特性曲線元件的特性曲線有不予評估的起始區，在該區內輸入信號未產生輸出信號，也就是說，在車體內的橫向加速度如在軌道平面內的橫向加速度那樣改變。在緊接著被計算評估的中間區內，此特徵曲線元件定義為任意單調遞增的函數。尤其選擇為若干分段線性遞增的曲線部分。其中至少一個曲線部分必須如此之陡，使在此曲線區車體內的橫向加速度保持常數。由此至少可以部分補償下遊的低通濾波器的時延。從一預定的上限加速度值起，特性曲線元件重新提供一個不予評估的與輸入信號無關的恆定輸出信號值，所以在行駛中的車體內的橫向加速度由於車體沒有進一步傾斜而重新如在軌道平面內的橫向加速度那樣變化。在軌道平面內測得的起始區最好一直達到約0.4m/s2，被求值評估的中間區約為0.4至1.6m/s2。特性曲線元件的輸出信號可按選擇是一個經變換的橫向加速度值，或是一個確定車體額定傾斜角的值。在這種情況下此低通濾波器可以有小於1Hz的截止頻率。此截止頻率最好調整到約0.2Hz。儘管由此增加了濾波器的時延，但鑑於特性曲線元件的計值功能，仍能達到快速反應地控制執行機構，因為至少部分補償了低通濾波器的時延。低通濾波器的這種低的截止頻率，導致在車體上柔和的斜度改變，以及使得被評估的特性曲線區起點和終點處分別有一種圓滑的特性曲線過渡。由於省去了其他一些傳感器和相關的濾波和計算部件，所以獲得了一種簡單、不易受幹擾以及用小量技術性費用支出可經濟地實現的傾斜度控制裝置。
在軌道平面內允許的橫向加速度當前限制在0和2m/s2之間的值。在這種情況下，在車體內的橫向加速度如在軌道平面內那樣同步地在直至約0.4m/s2的範圍內變化，而在中間區段通過相應地啟動傾斜度控制裝置的執行機構它保持大體上為約0.4m/s2的常數，在超過1.6m/s2的區域內重新同步上升至當前的約0.8m/s2。
控制特性與不同的鐵路機車車輛類型相匹配還可以這樣來達到，即，在特性曲線元件內存放多個特性曲線族，它們可以在鐵路機車車輛上安裝時或在希望改變傾斜特性時有選擇地調用。在數字式的特性曲線族中，可為每根特性曲線的輸入信號變化曲線配設具有固定數據的存儲單元組，或在一個存儲器單元組內的數據值根據所要求的特徵曲線變化來改變。
下面藉助於實施例的附圖進一步說明本發明。其中

圖1鐵路機車車輛的車體傾斜度控制裝置方塊圖；圖2a特性曲線元件的求值評估函數；圖2b進入彎道時軌道平面內的橫向加速度隨時間變化的曲線圖；圖2c有和沒有特性曲線元件的額定傾斜角隨時間變化的曲線圖；以及圖3測得的可在車體內感覺到的橫向加速度曲線。
要控制的鐵路機車車輛有一車體，它可在至少兩個走行裝置或轉向架上藉助於傾斜度控制設備繞其縱軸線傾斜，其中在車體與走行裝置/轉向架之間設有形式上為電動機式或液壓式促動器的可控制的機械執行機構。當需要通過鐵路彎道時並且為了使鐵路機車車輛舒適地運行不會因過高的橫向力給予乘客不愉快的影響，要求控制車體的傾斜度。為了控制此處所需的執行機構，至少在一個走行裝置/轉向架或一根輪軸上或也在走行裝置或轉向架構架上設置一個傳感器1，它反應橫向加速度力並根據此力產生一個電信號。由於鐵路彎道的缺陷和車輛本身產生的振動等，此取決於加速度的信號作為用於控制傾斜角的基本額定值信號，由於相應地疊加頻率很高的寄生振蕩而含有噪聲。這種含噪聲的信號作為輸入信號未濾波地輸入特性曲線元件2，它根據其輸入信號aqe的量提供一個不成比例的輸出信號aqa，此輸出信號不僅取決於理想的基本額定值信號，而且還與疊加上去的寄生振蕩有關。
圖2b用實線表示在車輛進入彎道時在軌道平面內準靜態的橫向加速度aqe隨時間的變化曲線。此加速度信號aqe從車輛進入軌道起始的過渡弧起，從時刻to(這裡取為2秒鐘)時的0m/s2在一中間區段aqem內線性增加，並在緊接著的全弧形段中保持恆定直至最大允許的值2m/s2。在藉助於按圖2a的特性曲線元件2評估求值後產生一個相關的輸出信號變化曲線aqa，如在圖2b中用虛線所表示的那樣。它表示了一個經變換的加速度值，其中包含傾斜角基本值。因此，此輸出信號aqa在輸入信號超過值0.4m/s2前一直保持此值為零。然而在輸出信號為1.6m/s2時它已經達到其車體傾斜度的最大值。此曲線區aqa可按選擇由不同的曲線段組成。如此產生的輸出信號aqa因而在到達鐵路全弧形段前達到其最高值，此時在軌道平面內的加速度aqe為常數並達到當前的2m/s2。於是從1.6m/s2起便不再繼續控制車體傾斜度，所以在軌道平面內超過1.6m/s2的加速度值會導致在車體內相應的可感覺得到的橫向加速度增加(圖3)。
圖2a表示存儲在特性曲線元件2內的求值函數。在這裡起始區(沒有輸出信號)從0m/s2到0.4m/s2。在從0.4m/s2至1.6m/s2的區域aqm中，線性的遞增應選擇為，使對傾斜度控制有重要意義的輸出信號aqa與0m/s2和2m/s2之間的加速度值相對應。在緊接著的軌道平面內加速度值輸入信號aqc超過1.6m/s2的末端區aqemax內，對於車體傾斜度控制有重要意義的輸出信號aqa保持常數並且與對應於2m/s2的輸入信號無關。
特性曲線元件2的輸出信號aqa輸入低通濾波器3。由於低通濾波器3的滯後誤差或時延，產生在圖2c中用實線表示的濾波器輸出信號nsw，它相應於傾斜角額定值，車體在列車曲線行駛時，根據出現的橫向加速度aqe，藉助於有關的傾斜度控制設備，實際上在0.4m/s2和1.6m/s2範圍內按此額定值傾斜。反之，在圖2c中的虛線則表示在沒有使用特性曲線元件2的情況下按此虛線的額定傾斜角變化曲線控制車體。因此，使用特性曲線元件2導致額定傾斜角nsw對應於在可選擇的值0.4m/s2至1.6m/s2之間輸入信號aqe遞增的中間曲線部分中的輸出信號aqa更陡地上升。因此產生了傾斜角額定值信號nsw在時間上的領先。
圖3表示配備有按本發明的傾斜度控制裝置的鐵路機車車輛試車中的測量值。其中畫有在車體內測得的準靜態加速度值與在鐵路機車車輛走行裝置或轉向架軸上測得的準靜態(相當於在軌道平面內的橫向加速度)的橫向加速度值aqe。此曲線變化過程表示在鐵路弧形段行駛時在車體內加速度值起先上升至約0.4m/s2的值，然後由於主動控制車體傾斜度所以直至轉向架處的加速度值至約1.6m/s2在車體內的橫向加速度值近似保持常數，接著，隨著橫向加速度aqe增加它連續增大地上升。因此，在彎道行駛時給予旅客有與視覺上一致的感覺，即事實上在駛過一個彎道，然而沿全部高度感覺不到有實際的離心力。
權利要求
1．鐵路機車車輛車體傾斜度控制裝置，它有橫向加速度傳感器和受此傳感器控制的傾斜度控制設備，用於使車體繞其縱軸線相對於支承著車體的走行裝置或轉向架傾斜，以及有連接在橫向加速度傳感器與傾斜度控制設備之間信號路徑內的低通濾波器，其特徵為在橫向加速度傳感器(1)與低通濾波器(3)之間的信號路徑內連接一特性曲線元件(2)，它的輸出信號至少在要測量的橫向加速度值(aqe)預定測量範圍的中段(aqem)內按這樣的方式選擇，即，使車體內的橫向加速度在此中段(aqem)大約近似為常數。
2．按照權利要求1所述的傾斜度控制裝置，其特徵為在軌道平面內存在的橫向加速度值的中段(aqem)在約0.4m/s2至1.6m/s2之間。
3．按照權利要求1或2所述的傾斜度控制裝置，其特徵為當橫向加速度值(aqe)在0.4m/s2和1.6m/s2之間時，傾斜度控制設備只是將車體傾斜到這樣的程度，即，在車體內保持為約0.4m/s2的橫向加速度。
4．按照權利要求1或其以下諸權利要求之一所述的傾斜度控制裝置，其特徵為在特性曲線元件(2)內儲存多個不同的特性曲線族，它們可按選擇調用。
5．按照權利要求1或其以下諸權利要求之一所述的傾斜度控制裝置，其特徵為低通濾波器(3)的截止頻率小於1Hz。
6．按照權利要求1或其以下諸權利要求之一所述的傾斜度控制裝置，其特徵為低通濾波器(3)的截止頻率約等於0.2Hz。
7．實施按照權利要求1或其以下諸權利要求之一所述傾斜度控制裝置的方法，其特徵為傾斜度控制設備只有當軌道平面內的橫向加速度值在0.4m/s2與1.6m/s2之間時才啟動。
8．按照權利要求7所述的方法，其特徵為傾斜度控制設備按這樣的方式控制，即，保持車體內的橫向加速度近似為常數。
全文摘要
本發明涉及鐵路機車車輛車體的傾斜度控制裝置,它有橫向加速度傳感器(1)和受此傳感器控制的傾斜度控制設備(2－4),用於使車體繞其軸線相對於支承著車體的走行裝置或轉向架傾斜。其中,在橫向加速度傳感器(1)與傾斜度控制設備之間的信號路徑內連接一低通濾波器(3)。為了至少基本上補償低通濾波器的時延,在橫向加速度傳感器(1)與低通濾波器(3)之間的信號路徑內連接一特性曲線元件(2),它的輸出信號至少在要測量的橫向加速度值預定測量範圍的中段(aqem)內按這樣的方式選擇,即,使車體內的橫向加速度在此中段近似於常數。
文檔編號B61F5/02GK1234777SQ98801050
公開日1999年11月10日 申請日期1998年1月15日 優先權日1997年1月30日
發明者託馬斯·本克爾, 貝恩德·梅茨納 申請人:Abb戴姆勒－奔馳運輸(技術)公司, Esw－艾克斯特系統韋德爾設備公司