DE69108122T2 - Damping devices. - Google Patents

Abstract

A damping arrangement for use on a train of railway vehicles (1, 2, 3) for damping unwanted motion of a vehicle body (8) transmitted by a supporting bogie (5), the bogie being subject to shock movement resulting from track irregularity. Hydraulic dampers (7) fitted between the bogie (5) and body (8) are adapted (12, 14, 15, 16, 17 - Figure 2; 12, 18, 19, 20, 21 - Figure 3) to provide a number of discrete values of damping resistance. Shock movement is detected by accelerometers (23) fitted on one or more bogies ahead in the train. With a knowledge of the train speed (22) and the bogie spacing, the occurrence of jerks, etc. is 'predicted' for the following bogies and their dampers (7) controlled (12, 24) to provide the optimum resistance value for a smooth ride. No stored record of the track profile is required. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Dämpfungsvorrichtungen zur Verwendung an Zügen.The invention relates to damping devices for use on trains.

Zur Begrenzung der auf Schienenfahrzeuge durch unerwünschte Bewegung der Radergestelle ausgeübten störenden Beschleunigungen wird der Fahrzeugkörper gewöhnlich über Federn auf dem Rädergestell abgestützt, die die natürliche Frequenz der Schwingung des Körpers in bezug auf das Rädergestell verringern. Zur Dämpfung auftretender Schwingungen sind Hydraulische Dämpfer zwischen dem Fahrzeugkörper und den Rädergestellen angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Art, in der die hydraulische Dämpfung in herkömmlicher Weise ausgeübt wird, im Sinne einer Verringerung der Amplitude einer niederfrequenten Schwingung wirkt jedoch bestrebt ist, hochfrequente Kräfte, die auf das Fahrzeug übertragen werden, zu verstärken. Um diese hochfrequenten Kräfte zu verringern, können die hydraulschen Dämper mit "Sicherheitsventilen" ausgerüstet sein, um den maximalen Druck im Dämpfer und damit die auf den Fahrzeugkörper durch den Dämpfer ausgeübten maximalen Kräfte zu begrenzen.To limit the disturbing accelerations exerted on rail vehicles by undesired movement of the wheel frames, the vehicle body is usually supported on the wheel frame by springs which reduce the natural frequency of the vibration of the body in relation to the wheel frame. To dampen any vibrations that occur, hydraulic dampers are arranged between the vehicle body and the wheel frames. It should be noted that the way in which hydraulic damping is conventionally applied acts to reduce the amplitude of a low frequency vibration but tends to amplify high frequency forces transmitted to the vehicle. To reduce these high frequency forces, the hydraulic dampers can be equipped with "safety valves" to limit the maximum pressure in the damper and thus the maximum forces exerted on the vehicle body by the damper.

Es sind auch steuerbare hydraulische Dämpfer vorgeschlagen worden, deren Dämpfungswiderstand so gesteuert werden kann, daß er der Art der Vibration oder Schwingung, der der Körper unterliegt, angepaßt ist. Derartige Dämpfer haben bislang jedoch keine so hohe Ansprechgeschwindigkeit, wie sie bei Schienenfahrzeugen erforderlich ist, insbesondere bei der zunehmenden mittleren Geschwindigkeit einiger moderner Züge. Die französische Patentschrift 2312402 offenbart ein Beispiel eines derartigen Dämpfungssystems, bei dem jedes Rädergestell einen Beschleunigungsmesser und einen Dämpfer aufweist, der in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsmeßsignal gesteuert wird. Eine solche Anordnung stellt zwar eine Verbesserung gegenüber früheren massiven Systemen dar, hat jedoch immer noch nicht die erforderliche Ansprechgeschwindigkeit.Controllable hydraulic dampers have also been proposed, the damping resistance of which can be controlled to match the type of vibration or oscillation to which the body is subjected. However, such dampers do not yet have the high response speed required for rail vehicles, particularly with the increasing average speed of some modern trains. French patent specification 2312402 discloses an example of such a damping system in which each wheel frame comprises an accelerometer and a damper controlled in response to the accelerometer signal. Such an arrangement, while representing an improvement over earlier massive systems, still does not have the required speed of response.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die erwähnten Dämpfungsanordnungen zu verbesern.One aim of the invention is to improve the mentioned damping arrangements.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen eine Dämpfungsvorrichtung für einen Zug von Schienenfahrzeugen zur Dämfpung einer unerwünschten Bewegung eines Fahrzeugkörpers, die durch ein tragendes Rädergestell übertragen wird, das einer Stoßbewegung aufgrund von Gleisunregelmäßigkeiten unterliegt, wobei die Vorrichtung ein den Fahrzeugkörper mit dem Rädergestell verbindendes Dämpfungsmittel aufweist, das in Abhängigkeit von einem an einer oder mehreren Stellen des Zuges vor dem Rädergestell festgestellten Stoßbewegungsmaß so steuerbar ist, daß sich temporar ein geänderter Dämpfungswiderstand ergibt.According to one aspect of the invention, a damping device is provided for a train of rail vehicles for damping an undesirable movement of a vehicle body which is transmitted by a supporting wheel frame which is subject to a shock movement due to track irregularities, the device having a damping means connecting the vehicle body to the wheel frame which can be controlled as a function of a shock movement amount determined at one or more points on the train in front of the wheel frame so that a temporarily changed damping resistance results.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die ein oder mehreren Stellen ein oder mehrere Rädergestelle in dem Zug vor dem erwähnten Rädergestell. Das oder die erwähnte(n) vordere(n) Rädergestell(e) kann (können) ein weiteres den Fahrzeugkörper tragendes Rädergestell aufweisen oder enthalten.In a preferred embodiment of the invention, the one or more locations comprise one or more wheel frames in the train in front of the mentioned wheel frame. The mentioned front wheel frame(s) may have or contain a further wheel frame supporting the vehicle body.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Dämpfungsvorrichtung ferner ein Mittel zum Feststellen der Stoßbewegung und ein Steuermittel zum Steuern des Dämpfungsmittels in Abhängigkeit von der festgestellten Stoßbewegung und der Zuggeschwindigkeit auf. Das Steuermittel kann zur Ermittlung der mittleren Stoßbewegung, der eine Anzahl vorderer Rädergestelle in dem Zug unterliegt, ausgebildet sein.According to a further aspect of the invention, the damping device further comprises a means for detecting the shock movement and a control means for controlling the damping means depending on the detected shock movement and the train speed. The control means can be designed to determine the average shock movement to which a number of front wheel frames in the train are subject.

Das Dämpfungsmittel Kann so steuerbar sein, daß es zwei oder mehr vorbestimmte Werte des Dämpfungswiderstands ausbilden. Alternativ kann das Dämpfungsmittel so steuerbar sein, daß es einen kontinuierlich veränderbaren Wert des Dämpfungswiderstands eusbildet. Das Dämpfungsmittel kann einen hydrauliscnen Dämpfer aufweisen; in diesem Falle kann die kontinuierliche Steuerung durch die Verwendung eines Fluids mit steuerbarer Viskosität erzielt werden.The damping means may be controllable to provide two or more predetermined values of damping resistance. Alternatively, the damping means may be controllable to provide a continuously variable value of damping resistance. The damping means may comprise a hydraulic damper; in this case, the continuous control may be achieved by using a fluid with controllable viscosity.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen beshrieben. Es zeigen:An embodiment of a damping device according to the invention is described below with reference to the accompanying drawings. They show:

Fig. 1 einen Fahrzeugzug,Fig. 1 a vehicle train,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines steuerbaren hydraulischen Dämpfers, der zur Ausführung der Erfindung geeignet ist,Fig. 2 is a schematic representation of a controllable hydraulic damper suitable for implementing the invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren hydraulischen Dämpfers undFig. 3 is a schematic representation of another hydraulic damper and

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Steuerung der einem Fahrzeug in dem Zug nach Fig. 1 angebrachten Dämpfer darstellt.Fig. 4 is a block diagram showing the control of the dampers fitted to a vehicle in the train of Fig. 1.

Nachstehend wird auf die Zeichnungen bezug genommen. In Fig. 1 bewegt sich ein Zug aus Schienenfahrzeugen, von denen nur die ersten drei (1, 2, 3) dargestellt sind, in einer Richtung vorwärts, die durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Das vordere Fahrzeug kann eine den Zug ziehende Lokomotive sein. Jeder Fahrzeugkörper 8 wird an seinen Enden durch jeweils ein Rädergestell 5 getragen; die Rädergestelle sind in herkömmlicher Weise durch steife Federn 6 mit dem Körper 8 verbunden. An jedem Rädergestell sind hydraulische Dämpfer 7 angebracht, um Kräfte zu dämpfen, die auf den Fahrzeugkörper 8 als Folge einer Stoßbewegung übertragen werden, wobei die Stoßbewegung beispielsweise aus einer Gleisunregelmäßigkeit resultiert.Soweit beschrieben, stellt Fig. 1 eine herkömmliche Dämpfungsvorrichtung eines Zuges dar.Reference is now made to the drawings. In Fig. 1 a train of rail vehicles, of which only the first three (1, 2, 3) are shown, is moving forward in a direction indicated by arrow 4. The leading vehicle may be a locomotive pulling the train. Each vehicle body 8 is supported at its ends by a respective wheel frame 5; the wheel frames are connected to the body 8 in a conventional manner by stiff springs 6. Hydraulic dampers 7 are mounted on each wheel frame to dampen forces transmitted to the vehicle body 8 as a result of a jolt, the jolt resulting, for example, from a track irregularity. As described so far, Fig. 1 represents a conventional train damping device.

Erfindungsgemäß wird das Dämpfungsverhalten durch Steuerung des Widerstands der Dämpfer 7 verbessert. Bei dieser Steuerung wird die Bewegung des Rädergestells und/oder des Körpers berücksichtigt und der Widerstand des Dämpfers in Abhängigkeit von der Zeit so eingestellt, daß er in denjenigen Augenblicken, in denen das Rädergestell große Kräfte über einen herkömmlichen Dämpfer auf den Körper übertragen würde, niedrig ist, dagegen dann, wenn das Rädergestell ruhig ist und der Körper einen Dämpfer mit hohem Widerstand benötigt, groß ist, um die niederfrequente Schwingung zu verringern.According to the invention, the damping behavior is improved by controlling the resistance of the dampers 7. In this control, the movement of the wheel frame and/or the body is taken into account and the resistance of the damper is adjusted as a function of time so that it is low at those moments in which the wheel frame would transmit large forces to the body via a conventional damper, but is high when the wheel frame is at rest and the body requires a damper with high resistance in order to reduce the low-frequency vibration.

Eine Möglichkeit zur Ausbildung eines steuerbaren Dämpfungswiderstands in einem hydraulischen Dämpfer ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Hier enthält der Dämpfer 7 einen Kolben 9, der in einem Zylinder 10 über ein viskoses Fluid beweglich ist, das den "Widerstand bildet". Im Kolbenkopf 11 ist eine Anzahl von Öffnungen 13, 14 und 15 ausgebildet, um zu ermöglichen, daß der Kolben 9 durch das Fluid gegen veränderliche Widerstandswerte bewegt wird. Die Öffnungen 13 sind ständig offen. In Fig. 2 sind nur zwei Öffnungen 13 dargestellt, doch kann auch irgendeine andere Anzahl vorgesehen sein, deren Größe und Anzahl den maximal erreichbaren Dämpfungswiderstandswert bestimmen. Die anderen beiden Öffnungen 14 und 15 können wahlweise geöffnet der geschlossen werden, die jeweils durch ein elektrohydraulisches, beispielsweise elektromagnetisch betätigtes, Ventil 16 bzw. 17 gesteuert werden. Der Zustand jedes Ventils 16, 17 wird durch eine Steuerschaltung 12 bestimmt. Wenn die Öffnungen 14, 15 unterschiedlich groß sind, können vier verschiedene Widerstandswerte gewählt werden. Wenn nur eine durch ein Ventil gesteuerte Öffnung vorgesehen ist, stehen nur zwei Widerstandswerte zur Verfügung. Werden dagegen drei oder mehr steuerbare Öffnungen verwendet, ergibt sich eine größere Anzahl von Widerstandswerten, jedoch auf Kosten eines größeren Aufwands.One way of creating a controllable damping resistance in a hydraulic damper is shown schematically in Fig. 2. Here, the damper 7 contains a piston 9 which is movable in a cylinder 10 via a viscous fluid which forms the "resistance". A number of openings 13, 14 and 15 are formed in the piston head 11 to enable the piston 9 to be moved by the fluid against varying resistance values. The openings 13 are permanently open. In Fig. 2, only two openings 13 are shown, but any other number can be provided, the size and number of which determine the maximum achievable damping resistance value. The other two openings 14 and 15 can be selectively opened or closed, each of which is controlled by an electrohydraulic, for example electromagnetically operated, valve 16 or 17. The state of each valve 16, 17 is determined by a control circuit 12. If the openings 14, 15 are of different sizes, four different resistance values can be selected. If only one opening controlled by a valve is provided, only two resistance values are available. If, on the other hand, three or more controllable openings are used, a larger number of resistance values are obtained, but at the cost of greater effort.

Wie Fig. 2 zeigt, ist es möglich, statt ventilgesteuerte Öffnungen im Kolbenkopf 11 zu verwenden, den Dämpfungswiderstand dieser Art von hydraulischem Dämpfer dadurch einstellbar zu machen, daß ein oder mehrere "by-pass"- Kanäle 19, 20 für Fluid vorgesehen sind, die die Fluidteile im Zylinder 10 verbinden, die durch den Kolbenkopf 11 getrennt sind, wobei in dem oder jedem Kanal ein Steuerventil 18, 21 vorgesehen ist.As shown in Fig. 2, instead of using valve-controlled openings in the piston head 11, it is possible to make the damping resistance of this type of hydraulic damper adjustable by providing one or more "by-pass" channels 19, 20 for fluid, which connect the fluid parts in the cylinder 10 which are connected by the piston head 11 are separated, wherein a control valve 18, 21 is provided in the or each channel.

Die Beschleunigungen des Rädergestells in seitlicher und vertikaler Richtung können durch am Rädergestell angebrachte Beschleunigungsmesser gemessen werden, und diese Beschleunigungen können integriert werden, um die Geschwindigkeit und auch den Weg bzw. die Verschiebung zu erhalten.The accelerations of the wheel frame in lateral and vertical directions can be measured by accelerometers attached to the wheel frame, and these accelerations can be integrated to obtain the velocity and also the path or displacement.

Damit die Steuereinrichtung den Augenblickswert des Widerstands des Dämpfers optimal einstellt, muß der Steueralgorithmus offensichtlich in der Lage sein, in "negativer Zeit" zu arbeiten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Steuersignal vom nächsten vorderen Rädergestell verwendet wird, so daß in Verbindung mit der gemessenen Zuggeschwindigkeit das wahrscheinliche zukünftige Verhalten des betreffenden Fädergestells vorhergesagt werden kann. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellt. Es sind zwei Eingangsgrößen erforderlich, um zu bestimmen, welcher Dämpfungswiderstandswert gebildet werden soll. Die eine ist die Zuggeschwindigkeit 22, die als gemeinsame, zentral gemessene Eingangsgröße für alle Fahrzeuge vorgesehen sein kann. Die zweite Eingangsgröße umfaßt die Ausgangsgröße(n) eines oder mehrerer Beschleunigunsmesser am nächsten vorderen Rädergestell. Diese beiden Eingangsgrößen 22, 23 werden einem Steuerungsprozessor 24 zugeführt, der in der Lage ist, anhand der festgestellten Stoßbewegung und der Zuggeschwindigkeit vorherzusagen, welche "optimale" Dämpfung bei dem fraglichen Fahrzeug vorgesehen sein sollte. Auf diese Weise werden Steuerausgangsgrößen 25 zur entsprechenden Steuerung der Dämpfer 7 an den Rädergestellen dieses Fahrzeugs gebildet. Da jedes Fahrzeug zwei oder mehrere Rädergestelle 5 hat, können verschiedene Steuerausgangsgrößen für die Dämpfer 7 dieser Rädergestelle erzeugt werden, bei denen die Verzögerung zwischen den verschiedenen Rädergestellen desselben Fahrzeugs, das einer festgestellten Stoßbewegung unterliegt, berücksichtigt wird. Vergleicht man gleichzeitig Fig. 1, dann ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß - beispielsweise - eine durch Beschleunigungsmesser 33 am vorhergehenden Fahrzeug 1 gemessene Stoßbewegung zur Steuerung der Dämpfung des folgenden Fahrzeugs 2 verwendet wird. Die Ausgangsgrößen der Beschleunigungsmesser 23 am Fahrzeug 2 werden in ähnlicher Weise zur Steuerung der Dämpfung des Fahrzeugs 3 verwendet, und so weiter längs des gesamten Zuges.In order for the control device to optimally adjust the instantaneous value of the damper's resistance, the control algorithm must obviously be able to operate in "negative time". This can be achieved by using a control signal from the nearest front bogie so that, in conjunction with the measured train speed, the likely future behaviour of the bogie in question can be predicted. Such an arrangement is shown in block diagram form in Fig. 4. Two inputs are required to determine which damping resistance value is to be formed. One is the train speed 22, which may be provided as a common, centrally measured input for all vehicles. The second input comprises the output(s) of one or more accelerometers on the nearest front bogie. These two inputs 22, 23 are fed to a control processor 24 which is able to predict, from the detected jolt and train speed, which "optimum" damping should be provided for the vehicle in question. In this way, control outputs 25 are provided for the corresponding Control of the dampers 7 on the bogies of this vehicle. Since each vehicle has two or more bogies 5, different control outputs can be generated for the dampers 7 on these bogies, taking into account the deceleration between the different bogies of the same vehicle undergoing a detected shock. Comparing at the same time Fig. 1, it can be seen from Fig. 4 that - for example - a shock measured by accelerometers 33 on the preceding vehicle 1 is used to control the damping of the following vehicle 2. The outputs of the accelerometers 23 on vehicle 2 are used in a similar way to control the damping of vehicle 3, and so on along the entire train.

Bei dieser Ausbildung kann jedoch die Stoßbewegung des vordersten Fahrzeugs 1 nicht vorausgesagt werden. Natürlich kann eine herkömmliche Dämpfung verwendet werden. Da es sich bei diesem Fahrzeug jedoch gewöhnlich entweder um eine Lokomotive oder um ein Antriebsfahrzeug handelt, stellt dies in der Praxis kein Problem dar. Bei einer Abwandlung der soeben beschriebenen Anordnung kann die bei dem vordersten Rädergestell eines Fahrzeugs gemessene Stoßbewegung zur Steuerung der Dämpfung eines oder mehrerer hinterer Rädergestelle desselben Fahrzeugs, zusätzlich zu dem vordersten Rädergestell des folgenden Fahrzeugs, verwendet werden. Auf diese Weise ist nur die Verbesserung des Fahrkomforts am vorderen Ende des ersten Fahrzeugs geringer als beim Rest des Zuges.However, in this arrangement the shock of the frontmost vehicle 1 cannot be predicted. Of course, conventional damping can be used. However, since this vehicle is usually either a locomotive or a traction vehicle, this does not pose a problem in practice. In a variation of the arrangement just described, the shock measured at the frontmost bogie of a vehicle can be used to control the damping of one or more rear bogies of the same vehicle, in addition to the frontmost bogie of the following vehicle. In this way, only the improvement in ride comfort at the front end of the first vehicle is less than for the rest of the train.

Es ist natürlich nicht möglich, eine kleine Amplitude aufweisende sinusförmige Bewegungen des Rädergestells aufgrund des inhärenten Verhaltens perfekt konischer Räder auf perfekten Gleisen vorherzusagen. Diese Bewegungen sind jedoch klein und stellen kein Problem beim Fahren mit dem Fahrzeug dar. Dagegen beeinflussen die "Gierungen" mit großer Amplitude aufgrund von Gleisunregelmäßigkeiten, bei denen es sich um die Stoßbewegungen handelt, die Fahrprobleme verursachen, alle Rädergestelle nacheinander, während der Zug über die Gleisunregelmäßigkeiten fährt. Das Auftreten dieser "Gierungen" kann daher vorausgesagt und zur "Voreinstellung" der folgenden Dämpfer verwendet werden.It is of course not possible to predict small amplitude sinusoidal movements of the bogie due to the inherent behavior of perfectly conical wheels on perfect tracks. However, these movements are small and do not pose a problem when driving the vehicle. On the other hand, the large amplitude "yaws" due to track irregularities, which are the shock movements that cause driving problems, affect all the bogies one after the other as the train passes over the track irregularities. The occurrence of these "yaws" can therefore be predicted and used to "pre-set" the following dampers.

Alternativ kann das erste, d.h. vorderste, Rädergestell des Zuges zur Steuerung aller folgenden Rädergestelle herangezogen werden, indem eine ganze Folge zunehmender Zeitverzögerungen aus der Zuggeschwindigkeit und dem Rädergestell-Abstand ermittelt wird.Alternatively, the first, i.e. frontmost, wheel frame of the train can be used to control all subsequent wheel frames by determining a whole series of increasing time delays from the train speed and the wheel frame distance.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, den Mittelwert entsprechend verzögerter Signale aus einer Anzahl vorderer Rädergestelle zu verwenden und auf diese Weise die Wirkung unterschiedlicher Übertragungsfunktionen bzw. Ansprechempfindlichkeiten verschiedener Rädergestelle zu verringern, die offensichtlich nicht alle gleich auf einen Gleisfehler reagieren, wenn sie diesen erreichen.A third possibility is to use the average of appropriately delayed signals from a number of front bogies and thus reduce the effect of different transfer functions or response sensitivities of different bogies, which obviously do not all react in the same way to a track fault when they reach it.

Statt den Dämpfungswiderstand schrittweise zu ändern, kann er auch kontinuierlich geändert werden, indem beispielsweise ein Proportionalventil oder ein Fluid, dessen Viskosität gesteuert werden kann, beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes (ein elektrorheologisches Fluid) oder eines Magnetfeldes, verwendet wird. Auf diese Weise läßt sich eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit erzielen, die zu einem sehr guten Fahrverhalten führt. In den meisten Fällen sind jedoch Zwei-Ventil- Anordnungen, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, und die Einstellung von vier Dämpfungswiderstandswerten ermöglichen, mehr als ausreichend, um den Fahrkomfort erheblich zu verbessern.Instead of changing the damping resistance step by step, it can also be changed continuously, for example by using a proportional valve or a fluid whose viscosity can be controlled, for example by Applying an electric field (an electrorheological fluid) or a magnetic field is used. In this way, a very high response speed can be achieved, which leads to very good driving behavior. In most cases, however, two-valve arrangements, as shown in Figs. 2 and 3, which allow the setting of four damping resistance values, are more than sufficient to significantly improve driving comfort.

Es können aber auch andere Arten von Dämpfern, deren Widerstand veränderbar ist und gesteuert werden kann, verwendet werden, z B. Pneumatische, elektromagnetische oder mechanische, doch wird der hydraulische Dämpfer in vielen Fällen bevorzugt, weil es gewöhnllch möglich ist, ihn anstelle eines vorhandenen hydraulischen Dämpfers einzubauen, so daß das System sowohl zur Nachrüstung als auch für eine Neuherstellung geeignet ist.Other types of dampers whose resistance can be changed and controlled can also be used, e.g. pneumatic, electromagnetic or mechanical, but the hydraulic damper is preferred in many cases because it is usually possible to install it in place of an existing hydraulic damper, so that the system is suitable for both retrofitting and new manufacture.

Erfindungsgemäße Dämpfungsanordnungen werden normalerweise sowohl zur Steuerung seitlicher Dämpfer als auch vertikaler Dämpfer verwendet. Gesteuerte seitliche Dämpfer sind häufig hydraulische Dämpfer, während gesteuerte vertikale Dämpfer hydraulisch oder pneumatisch oder beides sind. Gewöhnlich ist dafür gesorgt, daß bei fehlender elektrischer Stromversorgung für die Steuereinrichtung die Dämpfer-Steuerventile mittels Federn die Bedingung erfüllen, daß die durch die Dämpfer bewirkte Dämpfung das beste Fahrverhalten mit konstanter Dämpfung ergibt.Damping arrangements according to the invention are normally used to control both lateral dampers and vertical dampers. Controlled lateral dampers are often hydraulic dampers, while controlled vertical dampers are hydraulic or pneumatic or both. Normally, in the absence of electrical power to the control device, the damper control valves are provided by means of springs to satisfy the condition that the damping provided by the dampers gives the best driving behavior with constant damping.

Die steuerbaren Dämpfer können auch mit Druckentlastungsventilen, wie herkömmliche Dämpfer, ausgerüstet sein, um die maximalen Dämpfungskräfte automatisch zu begrenzen. Das grundsätzliche Verfahren, wie die steuerbaren Dämpfer gesteuert werden, kann auf den folgenden allgemeinen Prinzipien beruhen:The controllable dampers can also be equipped with pressure relief valves, like conventional dampers, to automatically limit the maximum damping forces. The basic method of controlling the controllable dampers can be based on the following general principles:

1. Wenn sich ein Rädergestell nicht bewegt (seitlich oder vertikal, welche Richtung auch immer gerade betrachtet wird), dann wird der Wert des Dämpfungswiderstands so gesteuert, daß der Fahrzeugkörper sich auf irgendeine akzeptable Weise in Richtung auf ein Gleichgewicht bewegen kann. Es ist wahrscheinlich, daß ein Widerstandswert, bei dem sich eine kritische oder etwas zu hohe Dämpfung ergibt, gewählt werden könnte. Wenn die Dämpfer jedoch kontinuierlich veränderbar sind oder mehrere Werte zur Verfügung stehen, kann der Widerstand mit der Zeit so geändert werden, daß sich irgendeine andere gewünschte Annäherung an das Gleichgewicht ergibt. Insbesondere kann ein sich ändernder Widerstandswert den Körper rascher, aber stetig ohne Überschießen ins Gleichgewicht bringen, als ein konstanter Widerstandswert für eine kritische Dämpfung.1. If a bogie is not moving (laterally or vertically, whichever direction is being considered), then the value of the damping resistance is controlled to allow the vehicle body to move toward equilibrium in some acceptable manner. It is likely that a resistance value that would give critical or slightly excessive damping could be chosen. However, if the dampers are continuously variable or multiple values are available, the resistance can be changed over time to give any other desired approximation to equilibrium. In particular, a changing resistance value can bring the body to equilibrium more quickly, but steadily, without overshooting, than a constant resistance value for critical damping.

2. Der Wert des Dämpfungswiderstands jedesmal dann auf relativ höhere Werte erhöht wird, wenn sich der Körper und das Rädergestell in entgegengesetzten absoluten Richtungen bewegen. Der Augenblickswert des Widerstands sollte so gewählt werden, daß sich die maximal gewünschte Abbremsung ergibt, wenn die Bewegung des Körpers von der Gleichgewichtslage weg gerichtet ist. Wenn die Bewegung des Körpers zur Gleichgewichtslage hin gerichtet ist und das Rädergestell sich in entgegengesetzter Richtung bewegt, dann können ähnliche Prinzipien wie die in Abs. 1 oben erwähnten angewandt werden.2. The value of the damping resistance is increased to relatively higher values each time the body and the wheel frame move in opposite absolute directions. The instantaneous value of the resistance should be chosen so that the maximum desired deceleration is obtained when the movement of the body is directed away from the equilibrium position. When the movement of the body is directed towards the equilibrium position and the wheel frame moves in the opposite direction, then similar principles to those mentioned in paragraph 1 above can be applied.

3. Der Wert des Dämpfungswiderstands sollte zu relativ höheren Werten hin erhöht werden, wenn das Rädergestell und der Körper sich in derselben absoluten Richtung bewegen und der Betrag der Geschwindigkeit des Körpers größer als der des Rädergestells ist und sich der Körper aus der Gleichgewichtslage wegbewegt. Wenn sich der Körper in Richtung auf die Gleichgewichtslage bewegt, dann können ähnliche allgemeine Prinzipien angewandt werden, wie sie oben in Absatz 1 dargelegt wurden.3. The value of the damping resistance should be increased to relatively higher values when the frame and the body are moving in the same absolute direction and the magnitude of the velocity of the body is greater than that of the frame and the body is moving away from the equilibrium position. If the body is moving towards the equilibrium position, then similar general principles as those set out in paragraph 1 above can be applied.

4. In Fällen, in denen die Bewegung des Rädergestells bestrebt ist, den Körper aus der Gleichgewichtslage weg zu beschleunigen, entweder direkt weg oder so schnell in Richtung auf die Gleichgewichtslage, daß er die Gleichgewichtslage durchläuft, dann sollten verhältnismäßig niedrige Dämpfungswiderstandswerte gewählt werden.4. In cases where the motion of the wheel frame tends to accelerate the body away from the equilibrium position, either directly away or so quickly towards the equilibrium position that it passes through the equilibrium position, then relatively low damping resistance values should be chosen.

5. In allen Fällen werden die Augenblickswerte des Dämpfungswiderstands durch den Steuerungsprozessor so gewählt, daß die Dampfer keine übermäßige Beschleunigung des Fahrzeugkörpers bewirken.5. In all cases, the instantaneous values of the damping resistance are selected by the control processor so that the dampers do not cause excessive acceleration of the vehicle body.

Eine Möglichkeit der Auslegung der Steuereinrichtung kann darin bestehen, die Eigenfrequenz des Fahrzeugkörpers niedriger als diejenigen Frequenzkomponenten von Gleisstörungen (der anregenden Kraft) zu legen, die das Fahrverhalten erheblich beeinträchtigen, und dann die aktiven Dämpfer so einzusetzen, daß verhindert wird, was ohne Dämpfung ein Fahren wie mit sehr gleichmäßig rollenden Rädern ergibt. Wenn dieses Fahrverhalten mit herkömmlichen Dämpfern korrigiert würde, würde das Fahren wie mit gleichmäßig rollenden Rädern zwar verhindert, doch würden durch Gleisunregelmäßigkeiten verursachte Sprünge und Stöße über die Dämpfer auf den Fahrzeugkörper übertragen. Wenn jedoch die aktiven Dämpfer verwendet werden, werden keine Stöße auf den Fahrzeugkörper übertragen, weil die Ausgangsgröße des relevanten Beschleunigungsmessers an wenigstens einem vorderen Rädergestell die Dämpfer-Steuerungseinrichtung vorwarnt, daß zu einem bekannten zukünftigen Zeitpunkt ein Stoß auftritt, so daß der Dämpfer in dem Augenblick, in dem die Bewegung des Rädergestells auftritt, auf einen niedrigen Dämpfungswert eingestellt wird. Das Rädergestell würde daher springen, der Körper jedoch nicht. Wenn sich wieder eine gleichmäßigere Fahrt eingestellt hat (und für eine längere Zeit durch das vordere Rädergestell vorhergesagt wurde), dann wird wieder ein höherer Dämpfungswiderstand eingestellt.One way of designing the control system could be to set the natural frequency of the vehicle body lower than those frequency components of track disturbances (the exciting force) that significantly affect the driving behavior, and then use the active dampers in such a way that the driving behavior that would result without damping would be like driving with very evenly rolling wheels. If this driving behavior is not possible with conventional dampers, smooth-rolling ride would be prevented, but jumps and shocks caused by track irregularities would be transmitted to the vehicle body via the dampers. However, when the active dampers are used, no shocks are transmitted to the vehicle body because the output of the relevant accelerometer on at least one front bogie warns the damper controller that a shock will occur at a known future time, so that the damper is set to a low damping value at the instant the bogie movement occurs. The bogie would therefore jump, but the body would not. When a smoother ride has resumed (and has been predicted for a longer period by the front bogie), a higher damping resistance is resumed.

Ebenso wie die Beschleunigung, kann auch die Geschwindigkeit und die Verschiebung (der Weg oder Ausschlag) gemessen werden. Der Abstand zwischen Rädergestell und Körper kann entweder direkt gemessen oder aus der Differenz der Integrale der Beschleunigung des Rädergestells und des Körpers ermittelt werden. Eine direkte Messung ist gewöhnlich besser. Die Abstandsmessung kann herangezogen werden, um sicherzustellen, daß eine Folge sich wiederholender Gleisunregelmäßigkeiten den Körper nicht zu den Stoßanschlägen hinüberstößt. Dies kann generell dadurch geschehen, daß sichergestellt wird, daß die während ruhiger Perioden durch die Steuereinrichtung gewählte "hohe" Dämpfung verringert wird, wenn sich der Körper den Stoßanschlägen dichter annähert. Dann kann in einer vorgegebenen ruhigen Periode der Dämpfungswiderstand erhöht werden, während sich der Körper seiner stationären Lage (d.h. ohne Auslenkung) annähert, um ihn weich zur Ruhe zu bringen. Sobald sich der Körper in der Lage ohne Auslenkung befindet, stellt die Steuereinrichtung die Dämpfung auf einen niedrigen Wert ein, um "Rausch-"Auslenkungen des Körpers mit kleiner Amplitude und hoher Frequenz zu minimieren.As well as acceleration, velocity and displacement (the path or deflection) can be measured. The distance between the bogie and the body can either be measured directly or determined from the difference between the integrals of the acceleration of the bogie and the body. A direct measurement is usually better. The distance measurement can be used to ensure that a series of repeated track irregularities does not push the body over to the bump stops. This can generally be done by ensuring that the "high" damping selected by the controller during quiet periods is reduced as the body approaches the bump stops. Then, in a given During the quiet period, the damping resistance can be increased as the body approaches its stationary position (ie, no deflection) to bring it to rest smoothly. Once the body is in the no deflection position, the controller sets the damping to a low value to minimize "noise" small amplitude, high frequency deflections of the body.

Eine andere Möglichkeit der Steuerung kann darin bestehen, den "mittleren" durch die Steuereinrichtung gewählten Dämpfungswiderstand anhand der Stärke der Körperbewegung zu bestimmen, noch durch eine frühere Messung der Rädergestell-Sprünge moduliert. Wenn sich der Körper daher seitlich bewegt oder zu stark im Raum rollt, wird ein hoher Dämpfungswiderstandswert gewählt, jedoch nur für diejenigen Zeiten, in denen das Rädergestell ruhig ist.Another way of controlling can be to determine the "average" damping resistance selected by the control device based on the strength of the body movement, modulated by a previous measurement of the bogie jumps. Therefore, if the body moves sideways or rolls too much in space, a high damping resistance value is selected, but only for those times when the bogie is at rest.

Die zuletzt erwähnte Einrichtung würde normalerweise keinen Dämpfer aufweisen, bei dem keine steuerbare Dämpfung erforderlich ist, z.B. Seitenbewegungs-Dämpfer (Gehrungs- Dämpfer). Wenn jedoch eine Einstellung einer Seitenbewegungs-Dämpfung durch Abnutzung bewirkte Änderungen der Radkonizität berücksichtigen müßte, dann könnte dies offensichtlich geschehen.The latter arrangement would not normally include a damper where controllable damping is not required, e.g. side-movement dampers (mitre dampers). However, if side-movement damping adjustment had to take into account changes in wheel taper caused by wear, then this could obviously be done.

Die Verbesserung des Fahrverhaltens, die durch erfindungsgemäße Dämpfungsanordnungen erreicht werden kann, hängt von dem Übertragungsfrequenzgang des Systems ab. Selbst bei verhältnismäßig niederfrequenter Empfindlichkeit lassen sich jedoch erhebliche Verbesserungen erzielen. Wenn beispielsweise die Rädergestelle eines Fahrzeugs 10 m auseinanderliegen und das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von 300 km/h (80 m/s) hat, dann beträgt die Übergangszeit von Rädergestell zu Rädergestell 125 ms. Daher braucht ein elektromagnetisches Ventil in nicht weniger als etwa 60 ms zu öffnen, was ohne Schwierigkeit erreichbar ist.The improvement in driving behavior that can be achieved by damping arrangements according to the invention depends on the transmission frequency response of the system. However, even with relatively low frequency sensitivity, significant improvements can be achieved. For example, if the wheel frames of a vehicle If the axles are 10 m apart and the vehicle has a speed of 300 km/h (80 m/s), the transition time from wheel frame to wheel frame is 125 ms. Therefore, an electromagnetic valve needs to open in no less than about 60 ms, which is achievable without difficulty.

Wenn die seitliche Eigenfrequenz des Fahrzeugkörpers beispielsweise 1 Hz beträgt, dann müssen die Ventile in einem kleinen Bruchteil eines Viertels einer Periodendauer, d.h. innerhalb von 250 ms, öffnen und schließen können. Eine Öffnungszeit von 60 ms ist daher ersichtlich ausreichend, um dem gesteuerten Dämpfer zu ermöglichen, in berechenbarer Weise eine 1Hz-Schwingung zu verarbeiten.If the lateral natural frequency of the vehicle body is, for example, 1 Hz, then the valves must be able to open and close in a small fraction of a quarter of a period, i.e. within 250 ms. An opening time of 60 ms is therefore clearly sufficient to enable the controlled damper to process a 1 Hz vibration in a predictable manner.

Da selbst dann, wenn ein Rädergestell nominell ruhig ist und der gesteuerte Dämpfer durch die Steuereinrichtung auf einen hohen Wert eingestellt ist, so daß der Körper sich dem Gleichgewichtszustand langsam annähern kann, erzeugen die Rädergestelle "Störungen" ("Rauschen") mit unvorhersehbarer hoher Frequenz und niedriger Amplitude, können die Dämpfer in der gleichen Weise wie herkömmliche Dämpfer gelagert sein, d.h. an den Enden in Gummilagern, um einen geringen Widerstand bei kleinen Bewegungen zu bieten. Ein derartiger aktiver Dämpfer gestattet die Anwendung einer maximalen Dämpfung oberhalb einer kritischen Dämpfung, wie sie bei bekannten "passiven" Dämpfern nicht möglich ist.Since even when a bogie is nominally still and the controlled damper is set by the control device to a high value so that the body can slowly approach the equilibrium state, the bogies generate "disturbances" ("noise") with unpredictable high frequency and low amplitude, the dampers can be mounted in the same way as conventional dampers, i.e. at the ends in rubber bearings, to provide low resistance to small movements. Such an active damper allows the application of maximum damping above a critical damping, which is not possible with known "passive" dampers.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die elektrohydraulischen Ventile nicht nur zur Auswahl verschiedener Dämpfungswiderstandswerte, sondern auch zur Auswahl asymmetrischer Dämpfungswiderstände verwendet werden, d.h. zur Ausübung verschiedener Dämpfungswiderstände über Dämpfer auf beiden Seiten eines Rädergestell- Räderpaares. Hierbei weicht der Bewegungswiderstand in der einen Richtung von dem in der anderen Richtung ab. Dies kann dazu benutzt werden wenn es bei vertikalen Dämpfern angewandt wird, auf ein Fahrzeug eine Neigung auszuüben. Die Energie zur Ausübung der Neigung kann aus einer teilweisen Gleichrichtung des Rädergestell- Rauschens abgeleitet werden.In a further embodiment of the invention, the electrohydraulic valves can be used not only to select different damping resistance values, but also to Selection of asymmetric damping resistors, ie applying different damping resistors across dampers on either side of a bogie-wheel pair, where the resistance to motion in one direction differs from that in the other. This can be used when applied to vertical dampers to apply a tilt to a vehicle. The energy to apply the tilt can be derived from a partial rectification of the bogie noise.

In ähnlicher Weise kann die teilweise Gleichrichtung des Rädergestell-Rauschens zur Erzielung seitlicher Bewegungen des Fahrzeugkörpers bei Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz angewandt werden, um sehr langwellige Störungen des Gleises zu korrigieren. In der Praxis können diese langwelligen Störungen durch Beschleunigungsmesser an der Lokomotive oder dem Zugfahrzeug festgestellt und gefiltert werden, um alle Frequenz, bis auf die relevanten Frequenzen, zu entfernen.Similarly, partial rectification of bogie noise can be used to achieve lateral movements of the vehicle body at frequencies below the resonance frequency to correct very long-wave disturbances on the track. In practice, these long-wave disturbances can be detected by accelerometers on the locomotive or traction vehicle and filtered to remove all but the relevant frequencies.

Bei einer weiteren Ausführungform der Erfindung können die Dämpfer mit hydraulischen Akkumulatoren verbunden sein, so daß Energie, die ansonsten in Wärme umgewandelt würde, in Form von komprimiertem Stickstoff oder auf andere geeignete Weise gespeichert werden kann. Die Steuereinrichtung kann diese Energie dann in geeigneten Augenblicken wieder in die Dämpfer-Zylinder zurückführen, so daß die Einrichtung zu einer aktiven Suspensionseinrichtung wird, ohne jedoch äußere Energiequellen zu benötigen. Dieses Verfahren trägt zur Verringerung von Fahrzeugkörper-Bewegungen mit unterhalb der Eigenfrequenz des Fahrzeugs liegenden Frequenzen bei, so daß eine steifere Federung verwendet werden kann.In a further embodiment of the invention, the dampers can be connected to hydraulic accumulators so that energy that would otherwise be converted into heat can be stored in the form of compressed nitrogen or in another suitable way. The control device can then feed this energy back into the damper cylinders at suitable moments so that the device becomes an active suspension device, but without the need for external energy sources. This method contributes to reducing vehicle body movements below the natural frequency of the frequencies outside the vehicle's range, allowing a stiffer suspension to be used.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann eine externe Stromversorgungseinrichtung verwendet werden, beispielsweise wenn starke Schräglagen erforderlich sind. Soweit es die Steuereinrichtung betrifft, ist es prinzipiell möglich, daß wenigstens eine Steuereinrichtung in dem Zug eine hinreichende Speicherkapazität hat, um den "Weg zu lernen" und zukünftige Störungen als Funktion derjenigen vorherzusagen, die bereits aufgetreten sind.In yet another embodiment, an external power supply device may be used, for example when severe inclines are required. As far as the control device is concerned, it is in principle possible for at least one control device in the train to have sufficient memory capacity to "learn the path" and predict future failures as a function of those that have already occurred.

Claims (9)

1. Dämpfungsvorrichtung für einen Zug von Schienenfahrzeugen (1, 2, 3) zur Dämpfung einer unerwünschten Bewegung eines Fahrzeugkörpers (8), die durch ein tragendes Rädergestell (5) übertragen wird, das einer Stoßbewegung aufgrund von Gleisunregelmäßigkeiten unterliegt, wobei die Vorrichtung ein den Fahrzeugkörper (8) mit dem Rädergestell (5) verbindendes Dämpfungsmittel (7) aufweist, das in Abhängigkeit von einem an einer oder mehreren Stellen des Zuges vor dem Rädergestell (5) festgestellten (23) Stoßbewegungsmaß so steuerbar (12, 24) ist, daß sich temporär ein geänderter Dämpfungswiderstand ergibt.1. Damping device for a train of rail vehicles (1, 2, 3) for damping an undesirable movement of a vehicle body (8) which is transmitted by a supporting wheel frame (5) which is subject to a shock movement due to track irregularities, the device having a damping means (7) connecting the vehicle body (8) to the wheel frame (5) which can be controlled (12, 24) as a function of a shock movement measure determined (23) at one or more points of the train in front of the wheel frame (5) so that a temporarily changed damping resistance results. 2. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ein oder mehreren Stellen ein oder mehrere in dem Zug vor dem erwähnten Rädergestell liegende vordere Rädergestelle aufweisen.2. A damping device according to claim 1, wherein the one or more locations comprise one or more front wheel frames located in the train in front of the mentioned wheel frame. 3. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das oder die erwähnte(n) vordere(n) Rädergestell(e) ein weiteres den Fahrzeugkörper tragendes Rädergestell aufweist (aufweisen) oder enthält (enthalten).3. Damping device according to claim 2, in which the mentioned front wheel frame(s) has (have) or contains (contain) another wheel frame supporting the vehicle body. 4. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, die ferner ein Mittel (23) zum Feststellen der Stoßbewegung und ein Steuermittel (24) zum Steuern des Dämpfungsmittels (7) in Abhängigkeit von der festgestellten Stoßbewegung und der Zuggeschwindigkeit aufweist.4. Damping device according to claim 2 or claim 3, further comprising means (23) for detecting the impact movement and control means (24) for controlling the damping means (7) depending on the detected impact movement and the pulling speed. 5. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Steuermittel (24) zur Ermittlung der mittleren Stoßbewegung, der eine Anzahl vorderer Rädergestelle in dem Zug unterliegt, ausgebildet ist.5. Damping device according to claim 4, wherein the control means (24) for determining the average impact movement, which a number of front wheel frames in the train are subject to. 6. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dämpfungsmittel (7) so steuerbar ist (12, 14, 15, 16, 17 - Fig. 2; 12, 18, 19, 20, 21 - Fig. 3), daß es zwei oder mehr vorbestimmte Dämpfungswiderstandswerte ausbildet.6. Damping device according to one of the preceding claims, in which the damping means (7) is controllable (12, 14, 15, 16, 17 - Fig. 2; 12, 18, 19, 20, 21 - Fig. 3) so that it forms two or more predetermined damping resistance values. 7. Dämpfungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Dämpfungsmittel (7) derart steuerbar ist, daß es einen kontinuierlich veränderbaren Dämpfungswiderstandswert bildet.7. Damping means according to one of claims 1 to 5, in which the damping means (7) is controllable in such a way that it forms a continuously variable damping resistance value. 8. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dämpfungsmittel einen hydraulischen Dämpfer (7) aufweist.8. Damping device according to one of the preceding claims, in which the damping means comprises a hydraulic damper (7). 9. Dämpfungsmittel nach Anspruch 8, zurückbezogen auf Anspruch 7, bei der der kontinuierlich veränderbare Dämpfungswiderstandswert durch ein Fluid mit steuerbarer Viskosität gebildet ist.9. Damping means according to claim 8, dependent on claim 7, in which the continuously variable damping resistance value is formed by a fluid with controllable viscosity.