EP0819077B1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der neigung wenigstens eines wagenkastens - Google Patents

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EP0819077B1
EP0819077B1 EP96907281A EP96907281A EP0819077B1 EP 0819077 B1 EP0819077 B1 EP 0819077B1 EP 96907281 A EP96907281 A EP 96907281A EP 96907281 A EP96907281 A EP 96907281A EP 0819077 B1 EP0819077 B1 EP 0819077B1
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railway
carriage body
chassis
inclination
torques
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Clemens Jungkunz
Siegbert Steidl
Günter Wagner
Herbert Müller
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the inclination at least one car body for a vehicle that has at least comprises two trolleys, two on each body tilt drives arranged one behind the other act for a predeterminable number of undercarriages of the vehicle is a body torque setpoint generated in a tilt controller becomes.
  • the invention further relates to a tilt angle control device for a vehicle consisting of at least two Running gear, at least one car body and at least two Tilt drives, two on each car body in a row arranged tilt drives act, as well as a tilt controller, with the for a predeterminable number of chassis A vehicle body torque setpoint can be generated.
  • the constructive Measure to be achieved in the hydraulic Actuators of both trolleys have the same forces. Because the transmission ratio of the through the hydraulic cylinder forces applied to the car body torques is a non-linear function of the tilt angle is the body torsional moment depending on this non-linearity.
  • the method or the tilt angle control device according to the WO 91/00815 A1 is not suitable for vehicles whose car bodies be inclined by electrically driven actuators.
  • a method is also known from EP 0 557 893 A1, at which the tilt angle between the two undercarriages and the car body by regulating devices on the same Value regulated and by hydraulic actuators on these Value is set. It works like a car without Tilting technology, the excitation from the track, especially in Transition arches, a torsion of the car body. With this Procedure must be ensured that the existing one Torsion due to an asynchronism of the tilt angle at the the two undercarriages are not additionally inadmissible becomes.
  • the object of the present invention is a method and to create a tilt angle control device that also at Car bodies inclined by electrically powered actuators even under unfavorable operating conditions keeps the body torsion minimal.
  • a tilt angle control device to carry out the method according to the invention is the subject of claim 3.
  • Advantageous refinements the invention are the subject matter of claims 2 and 4, respectively.
  • a specifiable Number of undercarriages of a vehicle in at least one electric tilt drive a motor torque setpoint such specified that the body twist is minimal.
  • the tilt angle control device for implementation of the method according to claim 1 comprises for a predeterminable Number of undercarriages of a vehicle at least in each case an electric tilt drive, the electric Tilt drive a motor torque setpoint can be specified in such a way is that the body twist is minimal.
  • the method according to the invention and the tilt angle control device for this are both for road vehicles and for Suitable for rail vehicles. Because a significant torsional load however only occurs in rail vehicles the use of the inventive method or the inventive Tilt angle control device for road vehicles may only be required in exceptional cases.
  • the tilt drive is electrically driven Actuator trained.
  • Such a tilt drive is required compared to a hydraulic actuator lower power requirement because of the high pressure of the hydraulic Systems a lot of the hydraulic fluid not in mechanical work, but in power dissipation Heat is implemented.
  • the use of electrical Actuators in total to a more compact design because a voluminous hydraulic power supply is eliminated.
  • the electric tilt drives are quieter than hydraulic actuators because no disturbing noises the switching of hydraulic valves and by using the pump associated drive unit occur.
  • the solution according to the invention is characterized by a compared to a hydraulic system, less maintenance as well as greater environmental friendliness, since there are no disposal problems regarding the hydraulic fluid when changing the oil or if the hydraulic system is damaged.
  • 1 denotes a tilt controller that a wagon body torque setpoint MW * via its output in parallel to a compensation device 2 and a compensation device 3 there.
  • the compensation device 2 is the first chassis of the car and the compensation device 3 is assigned to the second chassis of this car.
  • the transmission ratio from the motor torque MM 1 of the electric tilt drive on the first chassis to the car body torque MW 1 on the first chassis is compensated, which is a non-linear function of the tilt angle ⁇ 1 of the car body relative to the first chassis.
  • the transmission ratio from the motor torque MM 2 of the electrical tilt drive on the second chassis to the car body torque MW 2 on the second chassis is compensated, which is a non-linear function of the tilt angle ⁇ 2 of the car body relative to the second chassis.
  • the motor torque setpoint MM * 1 or MM * 2 for the electrical tilt drive is then applied to the first or second undercarriage.
  • the motor torque setpoint MM * 1 or MM * 2 is then given to a torque control loop 4 or 5 (closed control loop for the motor torque).
  • the torque control circuit 4 or 5 regulates the mechanical drive power of the motor, which outputs a motor torque MM 1 or MM 2 to a tilting system 6 or 7.
  • the tilting system 6 tilts the car body in relation to the first undercarriage
  • the tilting system 7 tilts the car body in relation to the second undercarriage.
  • both tilting systems 6 and 7 each comprise an actuator and a four-bar link (link between the car body and the pendulum support, which is suspended on a chassis). Due to the motor torque MM 1 or MM 2 applied by the electric drive, a tilt body torque MW 1 or MW 2 is applied by the tilting system 6 or 7 via the four-bar linkage of the relevant chassis.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Neigung mindestens eines Wagenkastens bei einem Fahrzeug, das mindestens zwei Fahrwerke umfaßt, wobei auf jeden Wagenkasten zwei hintereinander angeordnete Neigeantriebe einwirken und für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken des Fahrzeugs ein Wagenkastendrehmoment-Sollwert in einen Neigeregler erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Neigewinkelregeleinrichtung für ein Fahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Fahrwerken, mindestens einem Wagenkasten und mindestens zwei Neigeantrieben, wobei auf jeden Wagenkasten zwei hintereinander angeordnete Neigeantriebe einwirken, sowie einem Neigeregler, mit dem für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken des Fahrzeugs ein Wagenkastendrehmoment-Sollwert erzeugbar ist.
Bei Schienenfahrzeugen, deren Wagenkästen aktiv geneigt werden, darf aus Gründen der Entgleisungssicherheit das Verhältnis von senkrechten und waagrechten Rad-Schiene-Kräften sich nur in bestimmten Bereichen bewegen. Bei einer starken Torsion des Wagenkastens, der sich über die Räder des Fahrwerks auf dem Gleis abstützt, wird diese Bedingung verletzt.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Neigewinkelregeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist durch die WO 91/00815 A1 bekannt. Im bekannten Fall wird der Forderung nach Vermeidung einer Torsion des Wagenkastens dadurch Rechnung getragen, daß die als hydraulische Aktuatoren ausgebildeten Neigeantriebe von einem gemeinsamen Ventil aus mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden. Durch diese konstruktive Maßnahme soll erreicht werden, daß in den hydraulischen Aktuatoren beider Fahrwerke die gleichen Kräfte wirken. Weil das Übertragungsverhältnis von den durch die Hydraulikzylinder aufgebrachten Kräften zu den Wagenkastendrehmomenten eine nichtlineare Funktion des Neigewinkels ist, ist das Wagenkasten-Torsionsmoment abhängig von dieser Nichtlinearität.
Das Verfahren bzw. die Neigewinkelregeleinrichtung gemäß der WO 91/00815 A1 ist nicht für Fahrzeuge geeignet, deren Wagenkästen durch elektrisch angetriebene Aktuatoren geneigt werden.
Weiterhin ist durch die EP 0 557 893 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem der Neigewinkel zwischen den beiden Fahrwerken und dem Wagenkasten durch Regeleinrichtungen auf den gleichen Wert geregelt und durch hydraulische Aktuatoren auf diesen Wert eingestellt wird. Damit bewirkt, wie bei einem Wagen ohne Neigetechnik, die Anregung aus dem Gleis, speziell in Übergangsbögen, eine Torsion des Wagenkastens. Bei diesem Verfahren muß sichergestellt werden, daß die ohnehin vorhandene Torsion durch eine Asynchronität der Neigewinkel an den beiden Fahrwerken nicht noch zusätzlich unzulässig erhönt wird.
Ferner ist in der US 4 693 185 A ein luftgefedertes Schienenfahrzeug beschrieben, bei dem die Druckverhältnisse in den Luftfedern der Sekundärfederstufe gemessen und so eingestellt werden, daß die Wagenkastentorsion minimal wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Neigewinkelregeleinrichtung zu schaffen, die auch bei Wagenkästen, die durch elektrisch angetriebene Aktuatoren geneigt werden, selbst unter ungünstigen Betriebsbedingungen, die Torsion des Wagenkastens minimal hält.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs gelöst. Eine Neigewinkelregeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 2 und 4.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken eines Fahrzeugs bei wenigstens einem elektrischen Neigeantrieb ein Motordrehmoment-Sollwert derart vorgegeben, daß die Wagenkastentorsion minimal wird.
Die erfindungsgemäße Neigewinkelregeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 umfaßt für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken eines Fahrzeugs jeweils wenigstens einen elektrischen Neigeantrieb, wobei dem elektrischen Neigeantrieb jeweils ein Motordrehmoment-Sollwert derart vorgebbar ist, daß die Wagenkastentorsion minimal ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Neigewinkelregeleinrichtung hierzu sind sowohl für Straßenfahrzeuge als auch für Schienenfahrzeuge geeignet. Da eine nennenswerte Torsionsbelastung jedoch nur bei Schienenfahrzeugen auftritt, dürfte der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Neigewinkelregeleinrichtung bei Straßenfahrzeugen nur in Ausnahmefällen erforderlich sein.
Erfindungsgemäß ist der Neigeantrieb als elektrisch angetriebener Aktuator ausgebildet. Ein derartiger Neigeantrieb benötigt gegenüber einem hydraulischen Aktuator einen deutlich geringeren Leistungsbedarf, da bei dem hohen Druck des hydraulischen Systems ein Großteil der Hydraulikflüssigkeit nicht in mechanische Arbeit, sondern als Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird. Weiterhin läßt der Einsatz von elektrischen Aktuatoren in Summe eine kompaktere Bauweise zu, da eine voluminöse hydraulische Kraftversorgung entfällt. Zusammen mit der Einsparung an Einbauvolumen im Fahrzeug ergibt sich eine erhebliche Gewichtsverminderung des Neigesystems. Weiterhin sind die elektrischen Neigeantriebe geräuschärmer als hydraulische Aktuatoren, da keine störenden Geräusche durch das Schalten von Hydraulikventilen und durch die Pumpe mit zugehörigem Antriebsaggregat auftreten.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen gegenüber einem Hydrauliksystem geringeren Wartungsaufwand sowie größere Umweltfreundlichkeit aus, da keine Entsorgungsprobleme bezüglich der Hydraulikflüssigkeit beim Ölwechsel bzw. bei einer Beschädigung des Hydrauliksystems auftreten.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 1, das mit einer Neigewinkelregeleinrichtung nach Anspruch 3 durchgeführt werden kann, wird erfindungsgemäß die neigewinkelabhängige Nichtlinearität vom Motordrehmoment zu Wagenkastendrehmoment auf elektronischem Weg kompensiert. Durch diese Maßnahme wird die Differenz der von den elektrischen Neigeantrieben ausgeübten Wagenkastendrehmomente an beiden Fahrwerken verringert, wodurch die Wagenkastentorsion minimal wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel erläutert wird, das einen Wagenkasten mit zwei Fahrwerken umfaßt.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Neigeregler bezeichnet, der über seinen Ausgang einen Wagenkastendrehmoment-Sollwert MW* parallel auf eine Kompensationseinrichtung 2 und eine Kompensationseinrichtung 3 gibt. Die Kompensationseinrichtung 2 ist dem ersten Fahrwerk des Wagens und die Kompensationseinrichtung 3 ist dem zweiten Fahrwerk dieses Wagens zugeordnet.
In der Kompensationseinrichtung 2 wird das Übertragungsverhältnis vom Motordrehmoment MM1 des elektrischen Neigeantriebs am ersten Fahrwerk zum Wagenkastendrehmoment MW1 am ersten Fahrwerk kompensiert, das eine nichtlineare Funktion des Neigewinkels γ1 des Wagenkastens gegenüber dem ersten Fahrwerk ist. Analog wird in der Kompensationseinrichtung 3 das Übertragungsverhältnis vom Motordrehmoment MM2 des elektrischen Neigeantriebs am zweiten Fahrwerk zum Wagenkastendrehmoment MW2 am zweiten Fahrwerk kompensiert, das eine nichtlineare Funktion des Neigewinkels γ2 des Wagenkastens gegenüber dem zweiten Fahrwerk ist.
Am Ausgang der Kompensationseinrichtungen 2 und 3 liegt dann jeweils der Motordrehmoment-Sollwert MM*1 bzw. MM*2 für den elektrischen Neigeantrieb am ersten bzw. zweiten Fahrwerk an. Der Motordrehmoment-Sollwert MM*1 bzw. MM*2 wird dann jeweils auf einen Momentenregelkreis 4 bzw. 5 (geschlossener Regelkreis für das Motordrehmoment) gegeben. Der Momentenregelkreis 4 bzw.5 regelt die mechanische Antriebsleistung des Motors, der an ein Neigesystem 6 bzw. 7 ein Motordrehmoment MM1 bzw. MM2 abgibt. Das Neigesystem 6 neigt den Wagenkasten gegenüber dem ersten Fahrwerk, das Neigesystem 7 neigt den Wagenkasten gegenüber dem zweiten Fahrwerk.
Beide Neigesysteme 6 und 7 umfassen im erläuterten Ausführungsbeispiel jeweils einen Aktuator und ein Viergelenk (Gelenk zwischen Wagenkasten und Pendelträger, der gefedert auf einem Fahrwerk sitzt). Aufgrund des vom elektrischen Antrieb aufgebrachten Motordrehmoments MM1 bzw. MM2 wird vom Neigesystem 6 bzw. 7 über das Viergelenk des betreffenden Fahrwerks ein Wagenkasten-Drehmoment MW1 bzw. MW2 aufgebracht.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Regelung der Neigung mindestens eines Wagenkastens bei einem Fahrzeug, das mindestens zwei Fahrwerke umfaßt, wobei auf jeden Wagenkasten zwei hintereinander angeordnete Neigeantriebe (6, 7) einwirken und für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken des Fahrzeugs ein Wagenkastendrehmoment-Sollwert (MW*) in einem Neigeregler (1) erzeugt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in je einer Kompensationsvorrichtung (2, 3) für jeden der elektrischen Neigeantriebe (6, 7) aus diesem Wagenkastendrehmoment-Sollwert (MW*) jeweils ein Motordrehmoment-Sollwert (MM*1, MM*2) derart gebildet wird, daß ein nichtlineares Übertragungsverhalten von den Motordrehmomenten (MM1, MM2) der elektrischen Neigeantriebe (6, 7) zu den Wagenkastendrehmomenten (MW1, MW2) elektronisch kompensiert wird, und daß ferner jeder Motordrehmoment-Sollwert (MM*1, MM*2) als Eingangsgröße auf je einen Momentenregelkreis (4, 5) für jedes Motordrehmoment (MM1, MM2) gegeben wird, wobei die sich schließlich an den Fahrwerken des Wagenkastens ergebenden Wagenkastendrehmomente (MW1, MW2) aufgrund der Kompensation denselben Wert haben, so daß die Wagenkastentorsion minimal wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Wagenkastendrehmoment (MW1, MW2) von einem Neigeregler für den Neigewinkel des Wagenkastens gegenüber der Erde vorgegeben wird.
  3. Neigewinkelregeleinrichtung für ein Fahrzeug, bestehend aus mindestens zwei Fahrwerken, mindestens einem Wagenkasten und mindestens zwei Neigeantrieben (6, 7), wobei auf jeden Wagenkasten zwei hintereinander angeordnete Neigeantriebe einwirken, sowie einem Neigeregler (1), mit dem für eine vorgebbare Anzahl von Fahrwerken des Fahrzeugs ein Wagenkastendrehmoment-Sollwert (MW*) erzeugbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Betrieb der Einrichtung aus diesem Wagenkastendrehmoment-Sollwert (MW*) in jeweils einer Kompensationseinrichtung (2, 3) jeweils ein Motordrehmoment-Sollwert (MM*1, MM*2) für jeden der elektrischen Neigeantriebe (6, 7) derart gebildet wird, daß ein nichtlineares Übertragungsverhalten von den Motordrehmomenten (MM1, MM2) der elektrischen Neigeantriebe (6, 7) zu den Wagenkastendrehmomenten (MW1, MW2) elektronisch kompensiert wird, und daß ferner Jeder Motordrehmoment-Sollwert (MM*1, MM*2) als Eingangsgröße auf einen Momentenregelkreis (4, 5) für jedes Motordrehmoment (MM1, MM2) gegeben wird, wobei die sich schließlich an den Fahrwerken des Wagenkastens ergebenden Wagenkastendrehmomente (MW1, MW2) aufgrund der Wirkung der Kompensationseinrichtung (2) denselben Wert haben, so daß die Wagenkastentorsion minimal wird.
  4. Neigewinkelregeleinrichtung nach Anspruch 3,
    gekennzeichnet durch einen Neigeregler für den Neigewinkel des Wagenkastens gegenüber der Erde, wobei der Neigeregler das Wagenkastendrehmoment (MM1, MM2) vorgibt.
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