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WO1996003303A1 - Verfahren zur querstabilisierung von schienenfahrzeugen mit gleisbogenabhängiger wagenkastensteuerung - Google Patents

Verfahren zur querstabilisierung von schienenfahrzeugen mit gleisbogenabhängiger wagenkastensteuerung Download PDF

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Publication number
WO1996003303A1
WO1996003303A1 PCT/CH1995/000169 CH9500169W WO9603303A1 WO 1996003303 A1 WO1996003303 A1 WO 1996003303A1 CH 9500169 W CH9500169 W CH 9500169W WO 9603303 A1 WO9603303 A1 WO 9603303A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
car body
bogie
track
acceleration
control loop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH1995/000169
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ferdinand Haberstock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schweizerische Industrie Gesellschaft
Alstom Schienenfahrzeuge AG
Original Assignee
Schweizerische Industrie Gesellschaft
Fiat Sig Schienenfahrzeuge AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schweizerische Industrie Gesellschaft, Fiat Sig Schienenfahrzeuge AG filed Critical Schweizerische Industrie Gesellschaft
Priority to EP95924824A priority Critical patent/EP0720556B1/de
Priority to DE59503690T priority patent/DE59503690D1/de
Priority to FI961275A priority patent/FI961275A7/fi
Publication of WO1996003303A1 publication Critical patent/WO1996003303A1/de
Priority to NO961177A priority patent/NO961177L/no
Priority to BG100521A priority patent/BG100521A/xx
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the maximum speeds that can be achieved when traveling by rail vehicles in passenger transport depend not only on design and safety aspects, but also on ergonomic demands on the comfort of the passengers.
  • the permissible speed in the curve is thus limited by the radius of the bend, which is fixed in terms of distance and cannot be changed, and the existing track elevation, which can be influenced indirectly, because the effect of a track elevation can be related to the the centrifugal force acting on the travelers is also achieved by a tilting device that rotates the car body about its longitudinal axis with respect to the plane of the track.
  • GSt derived from “rail-dependent wagon body control”
  • NEITEC from Neigetechnik
  • the active NEITEC systems described there work consistently with position-controlled actuating cylinders hydraulically driven by servo valves as actuators for the inclination adjustment of the car body relative to the bogie.
  • the kinematics of the inclination movement is essentially determined by the structural design of the pendulum arrangement 5, via which the body 2 is connected to the cross member 3.
  • the track bogie of a rail vehicle is exposed to unavoidable jerky bumps, especially in the transverse direction, due to track position errors, when driving over switches, when entering a transition arch or when directly entering a straight line into an arch, even when exiting the arch or when changing arches , from which the car body should be decoupled if possible.
  • This is done with the aid of a suspension and damping system, which is usually referred to as "secondary suspension” and is constructed in the example in FIG. 1 from spring assemblies 6 with parallel dampers 7 and is combined with an active transverse suspension 8 consisting of one or more pneumatic cylinders.
  • the active transverse suspension compensates for the outward inertia of the car body depending on the lateral acceleration when cornering, so that the cross member 3 carrying the car body 2 remains centered with respect to its central position above the bogie 9, which is achieved in that the Pneumatic cylinder 8 applies a pneumatic force of equal magnitude to the inertia force of the car body 2 and opposes it.
  • This pneumatic force is activated by the same signal that controls the body inclination. It is derived from a measurement of the unbalanced lateral acceleration by an acceleration sensor 10 attached to the bogie 9.
  • the desired useful signal i.e. the centrifugal acceleration occurring when traveling through bends, however, is still superimposed on the acceleration spectrum which is characteristic of the unavoidable jerky disturbance movements on the bogie mentioned above.
  • these short-term interference components are filtered out of the acceleration measurement signal by a low-pass filter before they are fed to the control and regulation for further processing, so that the tilt drive (in the example of the Fig. 1 also the active transverse suspension) can not be caused z undesirably harsh reactions.
  • FIG. 2 Another previously known system is outlined in FIG. 2.
  • the inclination kinematics are effected via a pendulum arrangement 1.
  • Servo-valve-controlled hydraulic cylinders 2 in turn serve as actuators, which, in contrast to the example according to FIG. 1, are arranged below the car body 3.
  • the secondary suspension 4, which here consists of air bellows, is located between the upper weighing beam 5 of the bogie 6 and the floor of the car body 3. The disturbing movements excited by the bogie 6 are damped in the vertical and lateral directions.
  • An active transverse suspension for centering the car body on its central position in the longitudinal direction, as in the example in FIG. 1, is not provided here because the secondary suspension is not subjected to as high transverse forces when traveling through bends as in the construction according to FIG.
  • the invention is based on the object, in rail vehicles with track-dependent car body control, the transverse stabilization of the car body against e.g. to be brought about by jerky transverse faults caused by track position errors, driving over switches, bend entries and bends which are transmitted from the bogie to the car body, primarily by means of an active stabilization method with the aid of the tilt drive.
  • the mechanical system shown in FIG. 2 is considered.
  • the upper weighing beam 5 is held there in its desired angular position by the two hydraulic adjusting pistons 2.
  • the mechanical system formed from bogie 6, pendulum arrangement 1, actuator 2 and cradle 5 can be regarded as rigid, ie a jerky movement of the bogie 6 occurring in the transverse direction is fully transmitted to the cradle as a side fault of the same amplitude and frequency and reaches the car body 3 via the secondary suspension 4.
  • the otherwise "rigid" connection to the cradle is briefly removed by the fact that the actuator of the tilting system executes a relative movement of the cradle that runs counter to the lateral movement of the bogie, that is to say to a certain extent the disturbing movement by an evasive movement into Empty runs.
  • the aim of this new method is to inertially stabilize the cradle in the transverse direction with respect to the movements of the bogie.
  • a control structure with which, for example, an active transverse stabilization of the car body can be achieved, is shown on the basis of the block diagram in FIG. 3.
  • the bogie 1 and cradle 3 are connected between the pendulum device 2 which determines the kinematics of the tilting system the cradle 3 and the car body 5 there is the secondary suspension 4.
  • the forces with which the car body 5 is positioned and held there in the angle of inclination desired when traveling through bends are brought up by the actuating device 6 which is located between the bogie 1 and the Cradle 3 is effective.
  • the actuating device 6 can be either servo-valve-controlled hydraulic cylinders or electromotive actuators, one or two for each bogie.
  • a usually attached to the front bogie of each car ter accelerometer 7 measures the transverse acceleration not compensated for by track superelevation, which is referred to in the technical language as a ".
  • the output of the position controller sends control commands to the drive until the desired angle of inclination is reached.
  • the position controller 11 controls bypassing the frame framed in FIG. 3 Blocks directly on the actuator 6 in the known hydraulic drives, for example in that the position controller output signal is fed to a servo valve, which in turn performs the power amplification and controls the oil flow for the actuating cylinder or actuators.
  • an additional control loop is now introduced (shown within the dashed frame in FIG. 3), at the input of which there is a summing point 12, in which the output of the position controller 11 is compared with a signal which corresponds to the between Bogie 1 and cradle 3 acting force is proportional.
  • the force measurement required for this can be carried out by means of a commercially available sensor 13, which works on the basis of changes in length due to stretching and compression.
  • the holding force is constant when cornering (when driving straight ahead, it is zero); then the force control loop is also at rest. If the force sensor now reports a brief disturbance of the equilibrium of forces in the drive mechanism caused by jerky lateral acceleration on the bogie, then the equilibrium in the summing point 12 is also disturbed, to which the force controller 14 reacts so that it detects the previous force ratio in the Actuator tries to maintain, ie the actuator no longer holds the cradle rigidly with respect to the bogie as before, but instead allows the cradle to perform an evasive movement in accordance with the malfunction.
  • the side stabilization of the cradle and thus also the body which can be achieved with the aid of the force control circuit, can be improved even further by adding an additional signal to the summing point 12 with an acceleration signal 15 derived from the side fault. If it is measured at the cradle and fed into 12, this results in a Another control loop It can be called an acceleration control loop.
  • Another possibility is the feeding of the interference components contained in the a_ signal of the accelerometer 7 into the summing point 12 as a so-called "interference magnitude suppression (here the disturbances in the a_ signal, which are filtered out in all known versions of NEITEC systems, are targeted for stabilization of the car body inserted).
  • this innermost control loop can be omitted as an alternative solution and instead only an acceleration loop can be set up.
  • the best stabilizing effect against transverse disturbances is achieved in the car body when the method according to the invention is applied to the drive devices on both bogies of a rail vehicle, each of the two arrangements being equipped with its own sensors and controllers independently of the other.

Landscapes

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Abstract

Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Querstabilisierung von Schienenfahrzeugen werden seitliche Störbewegungen dadurch stabilisiert, dass der Wagenkasten (3) während des Störvorganges dynamisch gegenüber dem Drehgestell (6) entkoppelt wird, wobei für die Störung repräsentative Zustandsgrössen mit Hilfe von Sensoren erfasst und aufgrund der ermittelten Werte regelungstechnisch den Störbewegungen gegenläufige Bewegungen hergestellt werden, dies unter Verwendung der für gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerungen vorhandenen Antriebs-Baugruppen (1, 2).

Description

Verfahren zur Querstabilisierung von Schienenfahrzeugen mit gleisbogenabhängiger Wagenkastensteuerung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die bei Bogenfahrt von Schienenfahrzeugen im Personenverkehr erzielbaren maximalen Geschwindigkeiten hängen neben kon¬ struktiven und sicherheitstechnischen Aspekten auch von ergo- nomischen Forderungen an den Komfort der Fahrgäste ab. So ist z.B. in der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung der Deutschen Bundesbahn genau festgelegt, welche nach der Bogenaussenseite hin gerichtete Zentrifugalbeschleunigung dem Reisenden höch¬ stens zugemutet werden darf. Die zulässige Geschwindigkeit in der Kurve wird somit begrenzt durch den Bogenradius, der streckenmässig fest vorgegeben ist und nicht verändert werden kann, und die gegebenenfalls vorhandene Gleisüberhöhung, auf die indirekt Einfluss genommen werden kann, denn der Effekt einer Gleisύberhöhung lässt sich in bezug auf die auf die Reisenden einwirkende Fliehkraft auch dadurch erzielen, dass eine Neigevorrichtung den Wagenkasten um seine Längsachse gegenüber der Gleisebene dreht. Durch Anwendung einer solchen Massnahme lässt sich die maximal zulässige Geschwindigkeit im Gleisbogen deutlich erhöhen, wodurch sich besonders bei bogenreichen Strecken beachtliche Fahrzeitverkürzungen erzie¬ len lassen.
Als Oberbegriff für technische Einrichtungen, die eine solche Querneigung ermöglichen, werden in der Fachsprache vielfach die Ausdrücke GSt (abgeleitet von "Gleisbogenabhängige Wagen¬ kastensteuerung") oder NEITEC (von Neigetechnik) gebraucht. Es wird zwischen "aktiven" und "passiven" Neigesystemen un¬ terschieden. Die nachfolgenden Betrachtungen beziehen sich ausschliesslich auf aktive Systeme, die sich gegenüber den passiven Systemen dadurch auszeichnen, dass die Neigung durch lagegeregelte Stellantriebe bewerkstelligt wird.
Für den antriebstechnischen Teil von NEITEC-Systemen gibt es verschiedene Ausführungsformen, ebenso für die jeweils zuge¬ ordnete Steuerung und Regelung.
Ausführliche Beschreibungen der theoretischen Grundlagen, des Aufbaus realer Systeme sowie vergleichende Betrachtungen zu verschiedenen Systemen liegen vor in Form von Aufsätzen in der Fachliteratur, z.B. in den Zeitschriften ETR-Eisenbahn¬ technische Rundschau 36/1987 H. 11-November bzw. ETR-Eisen- bahntechnische Rundschau 42/1993, H. 1-2, Januar/Februar, verfasst von Volker Kottenhahn unter den Titeln "Schneller fahren auf vorhandenen Strecken - Die gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung", bzw. "NEITEC-Syteme im Vergleich" .
Die dort beschriebenen aktiven NEITEC-Systeme arbeiten durch¬ wegs mit lagegeregelten, über Servoventile hydraulisch ange¬ triebenen Stellzylindern als Aktuatoren für die Neigungsein¬ stellung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell.
Weitere ausführliche Darstellungen über den konzeptionellen Aufbau von Systemen die seit einigen Jahren bereits fahrplan- mässig verkehren, liefern die Aufsätze "Der neue dieselek- trische Triebzug der Baureihe VT 610 der Deutschen Bundesbahn mit gleisbogenabhängiger Wagenkastensteuerung", ZEV + DET Glas.Ann. 115 (1991) Nr. 7/8 Juli/August, "Wagenkastenneigung in Schienenfahrzeugen" ZEV Glas.Ann. 113 (1989) Nr. 6/7 Juni/Juli und "Elektrischer Schnelltriebzug X2 der Schwedi¬ schen Staatsbahnen" Elektrische Bahnen ab 88 (1990) 7. Repräsentative, aus diesen Beschreibungen hervorgehende Aus¬ führungsformen sind in Fig. 1 und 2 dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher sich an der linken und rechten Seitenwand des Wagenkastens je ein Hydraulikzy¬ linder 1 befindet, der im Wagenkasten 2 einerseits und auf einem Querträger 3 des Drehgestells andererseits abgestützt ist. Durch gegenläufige Bewegung der Kolben in den Stellzy- lindern 1 lässt sich der Wagenkasten um einen Wankpol 4 nei¬ gen, der etwa 500-550 mm über dem Fussboden des Wagenkasten liegt.
Die Kinematik der Neigungsbewegung wird im wesentlichen be¬ stimmt durch die konstruktive Gestaltung der Pendelanordnung 5, über die der Wagenkasten 2 mit dem Querträger 3 verbunden ist.
Durch Gleislagefehler, bei Fahrt über Weichen, beim Einlauf in einen Uebergangsbogen oder beim direkten Einlauf aus der Geraden in einen Bogen, auch bei Ausfahrt aus dem Bogen oder beim Bogenwechsel ist das Drehgestell eines Schienenfahrzeu¬ ges unvermeidbaren ruckartigen Stössen, insbesondere in der Querrichtung, ausgesetzt, von denen der Wagenkasten nach Mög¬ lichkeit entkoppelt sein soll. Dies geschieht mit Hilfe eines Federungs- und Dämpfungssystems, das üblicherweise als "Se¬ kundärfederung" bezeichnet wird und im Beispiel der Fig. 1 aufgebaut ist aus Federpaketen 6 mit parallel liegenden Dämp¬ fern 7 und ist kombiniert mit einer aktiven Querfederung 8, bestehend aus einem oder mehreren Pneumatikzylindern. Mit der aktiven Querfederung wird die bei Kurvenfahrt nach aussen ge¬ richtete Trägheitskraft des Wagenkastens querbeschleunigungs- abhängig kompensiert, so dass der den Wagenkasten 2 tragende Querträger 3 in bezug auf seine Mittellage über dem Drehge¬ stell 9 zentriert bleibt, was dadurch erreicht wird, dass der Pneumatikzylinder 8 eine der Trägheitskraft des Wagenkastens 2 gleich grosse pneumatische Kraft aufbringt und dieser ent¬ gegensetzt. Diese pneumatische Kraft wird durch dasselbe Si¬ gnal aktiviert, das auch die Wagenkastenneigung einsteuert. Es wird hergeleitet aus einer Messung der nicht ausgegliche¬ nen Seitenbeschleunigung durch einen am Drehgestell 9 ange¬ brachten Beschleunigungsaufnehmer 10.
Dem gewünschten Nutzsignal, d.h. die bei Bogenfahrt auftre¬ tende Zentrifugalbeschleunigung, ist jedoch noch das Be¬ schleunigungsspektrum überlagert, das den vorstehend erwähn¬ ten unvermeidbaren ruckartigen Stδrbewegungen am Drehgestell eigen ist.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden in allen bishe bekannten NEITEC-Systemen diese kurzzeitigen Stδrkomponenten aus dem Beschleunigungs-Messignal durch einen Tiefpass her¬ ausgefiltert, bevor sie der Steuerung und Regelung zur Wei¬ terverarbeitung zugeführt werden, damit der Neigeantrieb (un im Beispiel der Fig. 1 auch die aktive Querfederung) nicht z unerwünscht harten Reaktionen veranlasst werden kann.
Wegen des gezielten Fernhaltens des gesamten Spektrums der seitlichen Stδrbeschleunigungen aus dem Steuerungs- und Rege lungsteil des Neigesystems ist hier die Feststellung wichtig dass die aktive Querfederung nur in dem Sinne als aktiv ar¬ beitend angesehen werden kann, sofern damit die von der Steuerung und Regelung bewirkte automatische Anpassung der vom Pneumatikzylinder aufzubringenden Kraft gegen die jewei¬ lige, bei Bogenfahrt anliegende quasistationäre Trägheits¬ kraft des Wagenkastens erfolgt. Die durch die ruckartigen Störbewegungen an dieser Stelle entstehenden kurzzeitigen Störungen des Kräftegleichgewichts werden demzufolge nur pas siv abgefangen, aber unzureichend, weswegen für die wirkungs volle Dämpfung von Querkraftspitzen zusätzliche passive pneu¬ matische Zylinder 11 vorgesehen sind, die quer zur Fahrtrich¬ tung zwischen dem Drehgestell 9 und dem Wagenkasten 2 ange¬ bracht sind.
Ein weiteres vorbekanntes System ist in Fig. 2 skizziert. Auch hier wird die Neigungskinematik über eine Pendelanord¬ nung 1 bewirkt. Als Stellantriebe dienen wiederum servoven- tilgesteuerte Hydraulikzylinder 2, die im Gegensatz zum Bei¬ spiel gemäss der Fig. 1 unterhalb des Wagenkastens 3 angeord¬ net sind. Die Sekundärfederung 4, die hier aus Luftbälgen be¬ steht, befindet sich zwischen dem oberen Wiegebalken 5 des Drehgestells 6 und dem Boden des Wagenkastens 3. Damit werden die vom Drehgestell 6 angeregten Stδrbewegungen in vertikaler und seitlicher Richtung gedämpft. Eine aktive Querfederung zur Zentrierung des Wagenkastens auf seine Mittellage in Längsrichtung, wie im Beispiel der Fig. 1, ist hier nicht vorgesehen, weil die Sekundärfederung bei Bogenfahrt hier nicht so hohen Querkräften ausgesetzt ist wie bei der Konstruktion gemäss Fig. 1. Dort wirkt nämlich die Trägheits¬ kraft des Wagenkastens seitlich voll auf den Wagenkasten ein, während die Sekundärfederung nach Fig. 2 nur der nicht ausge¬ glichenen Seitenbeschleunigung unterworfen ist. Dennoch kön¬ nen sich bei dieser Anordnung Schwierigkeiten bezüglich des angestebten Dämpfungsverhaltens ergeben, denn der seitliche Bewegungsspielraum der Luftfeder ist auf nur wenige cm be¬ grenzt, und die Federcharakteristik verläuft progressiv, d.h. die Federung wird mit zunehmender Auslenkung härter, bis sie ganz zum Anschlag kommt. Dies bewirkt, dass bei ungünstigen fahrdynamischen Zuständen, besonders bei den gleisbedingten ruckartigen Querbeschleunigungen, die seitliche Dämpfung oft¬ mals keine befriedigenden Ergebnisse liefert. Ueber die in Fig. 1 und 2 aufgezeigten konstruktiven Ausge¬ staltungen hinaus sind weitere GSt-Anordnungen möglich, z.B. bei den Stellantrieben durch den Einsatz von elektromotori¬ schen Linearantrieben anstelle der hydraulischen Stellkolben, oder durch Verwendung von nur einem Stellantrieb (hydraulisch oder elektrisch) je Drehgestell in vorzugsweise horizontaler Anordnung unter dem Wagenkasten, doch haben derartige Varian¬ ten praktisch keinen Einfluss auf die prinzipielle Funktions¬ weise der hier beschriebenen Federungs- und DämpfungsSysteme für den Wagenkasten.
Es bleibt festzuhalten, dass es nach dem derzeitigen Stand der Technik bei Schienenfahrzeugen mit gleisbogenabhängiger Wagenkastensteuerung keine aktive Stabilisierung des Wagenka¬ stens gegen ruckartige seitliche Stδrbewegungen gibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Schienenfahr¬ zeugen mit gleisbogenabhängiger Wagenkastensteuerung die Querstabilisierung des Wagenkastens gegen die z.B. durch Gleislagefehler, Fahrt über Weichen, Bogenein- und Bogenaus- fahrten bedingten ruckartigen Querstδrungen, die vom Drehge¬ stell her in den Wagenkasten übertragen werden, primär durch ein aktives Stabilisierungsverfahren mit Hilfe des Neigean¬ triebs zu bewerkstelligen.
Zur Erläuterung des neuen Verfahrens wird ausgegangen von ei¬ ner Betrachtung des in Fig. 2 gezeigten mechanischen Systems. Bei eingeschalteter GSt wird dort der obere Wiegebalken 5 in seiner Soll-Winkellage durch die beiden hydraulischen Stell¬ kolben 2 gehalten. Abgesehen von praktisch vernachlässigbaren Biegesteifigkeiten und einer gewissen Elastizität des Oelvo- lumens in den Zylindern und ihren Zuleitungen kann das aus Drehgestell 6, Pendelanordnung 1, Stellantrieb 2 und Wiege 5 gebildete mechanische System als starr angesehen werden, d.h. eine in Querrichtung auftretende ruckartige Bewegung des Drehgestells 6 wird voll als Seitenstδrung gleicher Amplitude und Frequenz auf die Wiege übertragen und erreicht über die Sekundärfederung 4 den Wagenkasten 3.
Es hängt von der zeitlichen Folge der Stδsse und den jeweili¬ gen dynamischen Anfangsbedingungen, denen die einzelnen Teile des Fahrzeugs ausgesetzt sind, ab, wie stark sich im Wagenka¬ sten derartige Störungen auswirken. Sie können gegebenenfalls weiter gedämpft werden und weitgehend abgeklungen sein bis zum Einsatz der nächsten Störung, sie können sich unter un¬ günstigen Umständen aber auch aufschaukeln und zu harten Querbelastungen des Wagenkastens führen, womit dann auch für die Reisenden der Fahrkomfort beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäss wird nun beim Auftreten von ruckartigen Querstδrungen am Drehgestell die sonst "starre" Verbindung zur Wiege kurzfristig dadurch aufgehoben, dass der Stellan¬ trieb des Neigesystems eine zur Seitenbewegung des Drehgestells gegenläufige Relativbewegung der Wiege ausführt, also gewissermassen die Störbewegung durch eine Ausweichbewe¬ gung ins Leere laufen lässt. Je besser diese Entkopplung ge¬ lingt, umso kleiner werden die über die Sekundärfederung noch im Wagenkasten ankommenden Restbewegungen.
Regelungstechnisch gesprochen wird also bei diesem neuen Ver¬ fahren das Ziel verfolgt, die Wiege in Querrichtung gegenüber den Bewegungen des Drehgestells inertial zu stabilisieren.
Eine regelungstechnische Struktur, mit welcher sich z.B. eine aktive Querstabilisierung des Wagenkastens erzielen lässt, wird anhand der Blockdarstellung in Fig. 3 aufgezeigt. Dreh¬ gestell 1 und Wiege 3 sind über die die Kinematik des Neige¬ systems bestimmende Pendeleinrichtung 2 verbunden, zwischen der Wiege 3 und dem Wagenkasten 5 befindet sich die Sekundär federung 4. Die Kräfte, mit denen der Wagenkasten 5 in den bei Bogenfahrt gewünschten Neigungswinkel positioniert und dort gehalten wird, werden von der Stelleinrichtung 6 aufge¬ bracht, die zwischen dem Drehgestell 1 und der Wiege 3 wirk¬ sam ist. Als Stelleinrichtung 6 können, wie vorstehend be¬ reits dargelegt, entweder servoventilgesteuerte Hydraulikzy¬ linder oder elektromotorisch angetriebene Aktuatoren, einzel oder zweifach je Drehgestell, zu Einsatz kommen. Ein üblicherweise am vorderen Drehgestell jedes Wagens angebrach ter Beschleunigungsaufnehmer 7 misst die nicht durch Gleis- Überhöhung ausgeglichene Querbeschleunigung, die in der Fach sprache mit a„ bezeichnet wird. Die im Nutzsignal a_ enthal¬ tenen Störanteile (das sind die durch Gleislagefehler usw. bedingten Beschleunigungskomponenten) werden durch einen Tiefpass 8 herausgefiltert, bevor das Signal zum Neigungswin kel-Sollwert c-goll weiterverarl3eitet wird, der dann nach Ver gleich mit dem Neigungswinkel-Istwert 0-j.st (gemessen zwische Drehgestell 1 und Wiege 3 durch eine Einrichtung 9) in der Summierstelle 10 dem Lageregler 11 zugeführt wird.
Es gibt auch Systeme, bei denen anstelle von a_ die in Quer¬ richtung des Wagenkastens angreifende Beschleunigung gemesse und der Weiterverarbeitung durch den Lageregler 11 zugeführt wird. Aber auch in diesen Fällen wird vorher das Nutzsignal durch einen bei etwa 2 Hz liegenden Tiefpass von den hδher- frequenten Stδranteilen befreit, (s. hierzu Deutsches Paten¬ tamt, Auslegeschrift 1961553, Akt.-Z. P 19 61 553.3-21).
Der Ausgang des Lagereglers gibt solange Stellbefehle an den Antrieb ab, bis der gewünschte Neigungswinkel erreicht ist.
Bei den konventionellen NEITEC-Systemen steuert der Lagereg¬ ler 11 unter Umgehung der in Fig. 3 gestrichelt umrahmten Blöcke direkt den Stellantrieb 6 an, bei den bekannten Hydro- antrieben, z.B. dadurch, dass das Lageregler-Ausgangssignal einem Servoventil zugeführt wird, das seinerseits die Leistungsverstärkung vornimmt und den Oelstrom für den bzw. die Stellzylinder steuert.
Neuerungsgemäss wird jetzt ein zusätzlicher Regelkreis einge¬ bracht (in Fig. 3 innerhalb der gestrichelten Umrahmung dar¬ gestellt) , an dessen Eingang sich eine Summierstelle 12 be¬ findet, in welcher der Ausgang des Lagereglers 11 mit einem Signal verglichen wird, das der zwischen Drehgestell 1 und Wiege 3 wirkenden Kraft proportional ist. Die hierzu erfor¬ derliche Kraftmessung kann mittels eines handelsüblichen, auf der Basis von Längenänderungen durch Dehnung und Stauchung arbeitenden Sensors 13 erfolgen, der z.B. am Gehäuse des Stellzylinders bei einem Hydroantrieb oder am Spindelgehäuse bei einem Elektroantrieb angebracht sein kann, gegebenenfalls auch an der Montagehaiterung der Stelleinrichtung. Bei hydraulischen Stellantrieben lässt sich auch daran denken, anstelle einer Längenänderungsmessung in der Antriebsmechanik eine Druckmessung am Stellzylinder vorzunehmen, da der dort gemessene Druck der am Antrieb wirkenden Kraft proportional ist.
Bei störungsfreiem Betrieb des Neigesystems, wenn also keine gleisfehlerbedingten oder ähnliche Störungen auf die Stell¬ einrichtung einwirken, ist die Haltekraft bei Bogenfahrt kon¬ stant (bei Geradeausfahrt ist sie Null) ; dann ist auch der Kraftregelkreis in Ruhe. Meldet nun der Kraftsensor eine durch ruckartige Querbeschleunigung am Drehgestell verursach¬ te kurzzeitige Störung des Kräftegleichgewichtes in der An¬ triebsmechanik, so wird auch das Gleichgewicht in der Sum¬ mierstelle 12 gestört, worauf der Kraftregler 14 so reagiert, dass er das vorherige Kräfteverhältnis in der Stelleinrich- tung aufrechtzuerhalten sucht, d.h. der Stellantrieb hält d Wiege in bezug auf das Drehgestell nicht mehr starr fest wi vorher, sondern er lässt die Wiege nach Massgabe der Störun eine Ausweichbewegung ausführen. Diese spielt sich aufgrund der kinematischen Gegebenheiten zwar als Drehbewegung um de Wankpol ab, im interessierenden Arbeitsbereich ist jedoch d erforderliche horizontale Ausweichlänge jederzeit sicherge¬ stellt. Die sich durch die erwähnte Kreisbogengeometrie gleichzeitig dabei ergebende vertikale Lageänderung der Wie hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Lagestabilität de Wagenkastens, da ihre Wirkung durch die Sekundärfederung weitgehend abgefangen wird.
Die mit Hilfe des Kraftregelkreises erzielbare Seitenstabil sierung der Wiege und somit auch des Wagenkastens lässt sic noch verbessern durch eine zusätzliche Beaufschlagung der Summierstelle 12 mit einem von der Seitenstδrung abgeleitete Beschleunigungssignal 15. Wird es an der Wiege gemessen und in 12 eingespeist, so entsteht damit ein weiterer Regelkreis Man kann ihn als Beschleunigungsregelkreis bezeichnen. Eine andere Möglichkeit ist die Einspeisung der im a_-Signal des Beschleunigungsaufnehmers 7 enthaltenen Stδrkomponenten in die Summierstelle 12 als sogenannte "Stδrgrδssenaufschaltung (hier werden die Störungen im a_-Signal, die bei allen bishe bekannten Ausführungen von NEITEC-Systemen herausgefiltert werden, gezielt zur Stabilisierung des Wagenkastens einge¬ setzt) .
Sollte es bei einem GSt-Projekt Gründe geben, einen Kraft¬ bzw. Druckregelkreis nicht in der vorgeschlagenen Weise real isieren zu können, so kann als alternative Lösung dieser in¬ nerste Regelkreis weggelassen werden und statt dessen nur ei Beschleunigungskreis aufgebaut werden. Die beste Stablisierungswirkung gegen Querstδrungen wird im Wagenkasten dann erzielt, wenn das erfindungsgemässe Verfah¬ ren auf die Antriebseinrichtungen an beiden Drehgestellen eines Schienenfahrzeuges angewendet wird, wobei jede der bei¬ den Anordnungen unabhängig von der anderen mit eigener Senso- rik und Reglern ausgestattet ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Querstabilisierung eines mit einer gleisbo¬ genabhängigen Wagenkastensteuerung ausgestatteten Schienen¬ fahrzeugs bei Geradeaus- und Bogenfahrt gegen ruckartige seitliche Stδrbewegungen, die durch Gleislagefehler, Fahrt über Weichen, Bogenein- und Bogenausfahrten oder sonstige Unregelmässigkeiten in der Gleisführung am Drehgestell auf¬ treten und von dort auf den Wagenkasten einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten während des Stδrvorgan- ges dynamisch gegenüber dem Drehgestell entkoppelt wird, in¬ dem mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren, die eine oder mehrere für die Störung repräsentative Zustandsgrδsse erfas¬ sen, eine regelungstechnisch eingesteuerte, der Stδrbewegung gegenläufige Bewegung zwischen Drehgestell und Wagenkasten hergestellt wird, wobei als Aktuator für diesen Bewegungsvor¬ gang die gleiche Antriebsbaugruppe Verwendung findet, mit der auch der Neigungswinkel bei der gleisbogenabhängigen Wagenka¬ stensteuerung eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Entkopplung zwischen Drehgestell und Wagenka¬ sten mit Hilfe eines dem Lageregelkreis der Neigungseinrich¬ tung unterlagerten Kraftregelkreises bewerkstelligt wird, und dass bei Bedarf zur weiteren Verbesserung der Entkopplung der Kraftregelkreis zusätzlich noch mit einem Beschleunigungssi¬ gnal beaufschlagt wird, das vorzugsweise an der Tragevorrich¬ tung des Wagenkastens oder am Wagenkasten selbst gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer servoventilgesteuerten hydraulischen An- triebsbaugruppe dem Lageregelkreis der Neigungseinrichtung ein Druckregelkreis unterlagert wird, und dass bei Bedarf zur weiteren Verbesserung der Entkopplung der Druckregelkreis zusätzlich noch mit einem Beschleunigungssignal beaufschlagt wird, das vorzugsweise an der Tragevorrichtung des Wagenkastens oder am Wagenkasten selbst gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Entkopplung zwischen Drehgestell und Wagenkasten mit Hilfe eines Beschleunigungsregelkreises bewerkstelligt wird, dessen Sensor vorzugsweise an der Tragevorrichtung des Wagenkastens oder am Wagenkasten selbst angebracht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer elektromotorischen Antriebsbaugruppe ein der Stδrbeschleunigung proportionales Signal in den Stromregelkeis des Motors eingegeben wird.
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