EP0860341B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung von Wagenkasten-Neigesystemen - Google Patents
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- EP0860341B1 EP0860341B1 EP97122497A EP97122497A EP0860341B1 EP 0860341 B1 EP0860341 B1 EP 0860341B1 EP 97122497 A EP97122497 A EP 97122497A EP 97122497 A EP97122497 A EP 97122497A EP 0860341 B1 EP0860341 B1 EP 0860341B1
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- tilt
- tilting
- car body
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- tilting system
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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 and a device for control and / or Regulation of a car body tilt system for a rail vehicle according to Preambles of claims 1 and 11.
- a combination of regulation and control system is described in WO 96/02027 described.
- the control system shown therein uses the angle of inclination Car body as a relevant parameter for the effective lateral acceleration.
- a pilot control device is used to compare a target / actual comparison Presetting of the car body inclination made. The one to increase dynamics
- the proposed pilot control relieves the control loop, but is not based on the tilt system / Tilt device adjusted yourself. An unwanted jump in the default Overriding / controlling the car body inclination can follow.
- inclination values are determined that implement regulation or control.
- the invention is based on the object of specifying a method for adjusting the inclination of a rail vehicle, in which comfort and / or safety in driving operation is produced in the best possible way. Another object is to provide an apparatus for performing the method.
- the solution according to the invention takes up the idea of taking limit values with regard to comfort into account, which are equivalent to a comfort scale of a track elevation in accordance with CEN / TC 256 (European railways Committee for Standardization) as inclination setpoints for controlling or regulating a car body as a relevant variable according to Specify system limits and only allow a subsequent regulation within a positioning system of the car body to run within these limits. If at least one limit value for comfort and / or parameters describing the system would be exceeded, these tilt setpoints will be adjusted taking this at least one limit value into account and converted into adjusted tilt setpoints that are used to adjust a car body tilt system.
- the tilting setpoints are adjusted according to the invention with the aid of a tilting setpoint adjuster upstream of the tilting system.
- a signal that can be used to determine the limit values, taking into account a track elevation, can currently be generated from signals from the gyroscope and accelerometer. Such a method for generating an actuating signal from a sensor package is disclosed in DE 1970175.
- the tilt setpoints are made up of a sensor package, of route response bars, one GPS receiver, determined from data stored in tabular form or similar specifications.
- the movement behavior i.e. the tilt system states of the by its parameters like Mass moment of inertia etc. as well as the operating behavior of the control system such as spring and Due to this initially theoretical inclination setpoint, cylinder travel becomes one Research simulates.
- tilt system states obtained from the simulation are then when at their Realization of limit values for comfort and / or parameters describing the system, such as for example, maximum spring or cylinder travel would be exceeded by maximum permissible tilt system states taking these limit values into account.
- the permissible tilt system states are then turned up by an inverse simulation calculated back a permissible, adjusted tilt setpoint. This is done by a inverse image of the simulated tilt system in the computer.
- the adjustment of the tilt setpoints only becomes active if a predefined one Limitation is addressed in the online simulated model of the tilt system.
- the tilt setpoints determined in this way can be directly related to the body tilt or indirectly, i.e. from a control and / or regulation system.
- the influencing factors of the dissatisfaction factor are acceleration and jerk in Car body and rolling speed of the car body. Depending on the application can be used to control and / or regulate the respective tilting system one of these influencing factors can be placed. In the sleeping car e.g. the jerk, im Dining car the roll speed can be set particularly low.
- Another advantage of adjusting the setpoint is the reduction in wear and tear on the tilt system. The reliability of the tilt system is also increased.
- the signals of the car body tilt angle once determined apply to everyone with a time delay following car bodies.
- a real car body tilt system consisting of a car body 2, a bogie 3 with actuating system 4 and a car body suspension 5 is shown.
- a sensor package 6, which is arranged on the bogie 3 in the case of a control system or on the car body suspension 5 of the car body 2 in the case of control (not shown), generates tilt setpoints for the real car body tilting system 1, for example a tilt angle setpoint ⁇ should , a tilting speed setpoint ⁇ gset and one Tilt acceleration setpoint ⁇ bset .
- the tilting speed setpoint ⁇ g setpoint and the tilting acceleration setpoint ⁇ bsetpoint have functions that support the method.
- tilt setpoints arrive at an online simulated model of a shown in FIG Tilt system 7, the output of which has an input E1 of a tilt condition limiter 8 is connected to the tilt condition limiter 8, the input 2 of which is connected to a Tolerance specification unit 9 is connected and to a tilt condition limiter 8 downstream inverted simulated tilting system 10, in order to then be adapted Tilt setpoints for adjusting the car body 2 to be provided. This can be done directly or indirectly via a subsequent control and / or Regulatory system.
- the simulated tilt system 7 is the Tilt state limiter 8 and the inverse simulated tilt system 10 are combined.
- the simulated tilt system 7 simulates the real vehicle body tilt system 1 and exists from a simulated control system controller 12 and a likewise simulated car body and car body suspension 13 and with simulated positioning system 14 (Fig. 3).
- the inverse simulated tilt system 10 is the inverse image with several inverse Components of the simulated tilt system 7.
- the number of inverse components results from the tilt system states to be limited to adapt the Tilt setpoints.
- Adjusting the tilt setpoints causes the real body tilt system 1 is not driven into impermissible states (tilt system states), and thus the already influencing factors of the dissatisfaction factor mentioned are taken into account.
- Neigesollwertanpasser 11 reach the desired tilt values generated should ⁇ , for example, from the sensor pack 6 as signals to the simulated tilting system 7.
- should ⁇ example, from the inclination angle devoted simulated tilting system states are, for example, the acceleration of the control system, the kinematic deflection, the spring deformation Tilt acceleration.
- the simulated actuator system controller 12 performs a desired / actual comparison of the adjusted tilting angle should ⁇ and a simulated current tilt angle ⁇ is off.
- the signal resulting from the controller 12 reaches the simulated control system 14 and simultaneously sets the tilt system states.
- These tilting system states generated by the simulated positioning system 14 are approximately identical to the tilting system states of the real vehicle body tilting system 1.
- maximum permissible tilting system states are present at the tilting state limiter 8, which are stored in the tolerance specification unit 9 and reflect system-describing parameters and comfort values.
- tilt system states generated in the simulated tilt system 7 smaller than the max. permissible tilt system states from the tolerance specification unit 9, these generated signals pass through the tilt state limiter 8 without being processed. There is only a comparison to determine the admissibility.
- the unlimited signals at the output of the tilting state limiter 8 are then transformed back by the tilting system 10, which works inversely compared to the simulated tilting system 7, so that, for example, the original tilting angle ⁇ should be present in the same size / value as the tilting angle ⁇ ' should be the output signal of a simulated inverted tilting system 10 .
- This tilt angle ⁇ ' is intended is then forwarded to the adjustment of the real car body tilt system 1 so that by means of inclination angle ⁇ ' should takes place of the real car body tilt system 1 a real adjustment.
- the inclination state limiter 8 becomes active, only a maximum inclination system state having to be exceeded for activation.
- the exceeded signals generated in the simulated tilt system 7 by the tilt state limiter 8 The limitation takes place for each tilt system state, so that a combination of the generated non-limited tilt system states of the simulated tilt system 7 and the limited, maximum permissible tilt system states from the tolerance specification unit 9 am Output of the tilt condition limiter 8 is present.
- These limited tilting system states reach the inverse simulated tilting system 10.
- this tilting system states are 'intended to ⁇ ' in adapted desired tilt values ⁇ Gsoll and ⁇ 'Bsoll transformed back and result in upper or lower boundary or adjustment lines for the desired tilt values ⁇ ' should ⁇ ' gsoll , and ⁇ ' bsoll .
- 3 tilting system states limited, resulting 3 fit lines of the desired tilt values ⁇ 'should ⁇ ' Gsoll, ⁇ 'Bsoll due to the fact that, for each limited tilting system state, an inverse simulation performed and the respective fit line is calculated.
- the resulting tilt setpoints which are determined by moving the adjustment lines, must not exceed a limit line, so that no unwanted tilt system state arises / or. entry.
- a permissible spring adjustment of maximum 5 cm by means of an adapted tilt angle ⁇ ' should be increased to 6 cm because the tilt setpoints ⁇ should , ⁇ gsoll , and ⁇ bshould not adhere to the tolerance range of the tilting system state "permissible spring adjustment" and the resulting reference line, and, for example, only the adjustment line of the "kinematic deflection" would be optimally extended, the resulting spring adjustment would result in an increase in the dissatisfaction factor in addition to a possible destruction of the spring.
- the so-adapted tilt values ⁇ 'should ⁇ ' g should and. ⁇ ' b should be used to adjust the real positioning system 4 of the real body tilt system 1.
- the tilt setpoints ⁇ ' should , ⁇ ' g should and. ⁇ ' b should be placed in a ring buffer, not shown, for example.
- the tilt setpoints are taken from the ring memory depending on the location and type of car body and fed to the respective control systems 4 of the car bodies 2 as a control and / or regulation variable.
- FIG. 4 A matched tilt angle ⁇ 'is intended to ⁇ compared to the generated tilt angle of the sensor package 6 is shown in FIG. 4.
- the forces acting on the sensor package 6 and measured there disturbances are limited so that the disturbance no longer with the subsequent real car body tilt system 1 real setting system 4 and real car body 2 can act.
- the real actuating system 4 is no longer burdened by disturbance variables, and wear is reduced.
- the tilt setpoints are continuously limited so that the predetermined maximum states are not exceeded.
- the continuity results from the simulation of all tilt system states.
- the adjusted tilt setpoints are sufficient to adjust the real car body in such a way that a track camber adjustment when a track camber angle ⁇ 0 occurs is quickly ensured by avoiding delayed filtering and a loss of driving comfort is avoided.
- this tilt condition is also simulated Tilt system 7 limits, so that the tilt system states in the real car body tilt system 1 and in the simulated tilt system 7 are approximately identical.
- the maximum permissible tilt system states are in the form of the tolerance specification unit 9 of data deposited.
- the simulated tilt system 7 is shown as a physical model.
- a current mathematical calculation is carried out for the sampling points (for example by an integral function).
- the calculated tilt system states are not stored as data. They are currently being determined and evaluated.
- reverse Tilt system 10 also does a current mathematical calculation, however inverse to the tilt system 7. (For a mathematical integral function that would be inverse calculation a differential function.)
- the tolerance specification unit 9 is also a direct component of the Tilt setpoint adjuster 11 and how it can be integrated in the associated computer.
- the maximum incline system states can be stored in tables that also take the track structure into account. These path-dependent maximum inclination system states are assigned to a route coding and can be used for control or regulation when driving through this coded route. The method and the device for tilt control / regulation can thus be used by constant maximum values of the tilt system states even when there is no data or only for certain areas.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Neigungsverstellung eines Schienenfahrzeuges anzugeben, bei dem ein Komfort und/oder die Sicherheit im Fahrbetrieb bestmöglich hergestellt wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Um ein Neigesystem, bestehend aus einem Stellsystem, einem Wagenkasten und einer Wagenfederung nicht in unzulässige Zustände zu fahren, erfolgt eine Anpassung der Neigesollwerte erfindungsgemäß mit Hilfe eines vor das Neigesystem vorgeschalteten Neigesollwertanpassers. Ein nutzbares Signal zur Bestimmung der Grenzwerte unter Berücksichtigung einer Gleisüberhöhung läßt sich derzeit aus Signalen von Kreisel und Beschleunigungsaufnehmer erzeugen. In der DE 1970175 wird ein solches Verfahren zur Generierung eines Stellsignals aus einem Sensorpaket offenbart.
Auch wird die Ausfallsicherheit des Neigesystems erhöht.
- Fig. 1
- schematische Darstellung eines Wagenkastens
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild zur Neigungssteuerung des Wagenkastens,
- Fig. 3
- ein Blockschaltbild eines simulierten Neigesystems,
- Fig. 4
- eine Darstellung eines gemessenen Wagenkastenneigungswinkels in Gegenüberstellung mit einem angepaßten Wagenkastenneigungswinkel
Die so angepaßten Neigesollwerte 'soll, 'g soll und. 'b soll werden zur Verstellung des reale Stellsystem 4 des realen Wagenkasten-Neigesystems 1 verwendet.
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Neigesteuerung/-regelung können somit durch konstante Maximalwerte der Neigesystemzustände selbst dann eingesetzt werden, wenn keine oder nur für bestimmte Bereiche Daten vorliegen.
- 1
- reales Wagenkasten-Neigesystem
- 2
- Wagenkasten
- 3
- Drehgestell
- 4
- Stellsvstem
- 5
- Wagenkastenfederung
- 6
- Sensorpaket
- 7
- simuliertes Neigesystem
- 8
- Neigezustandsbegrenzer
- 9
- Toleranzvorgabeeinheit
- 10
- inverses simuliertes Neigesystem
- 11
- Neigesollwertanpasser
- 12
- simulierter Stellsystemregler
- 13
- simulierter Wagenkasten mit Wagenkastenfederung
- 14
- simuliertes Stellsystem
Claims (17)
- Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Wagenkasten-Neigesystemen bei einem Schienenfahrzeug bei dem Neigewerte zur Verstellung des Wagenkasten-Neigesystems ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Neigewerte als Neigesollwerte (Neigewinkelsollwert soll, Neigegeschwindigkeitsollwert g soll, Neigebeschleunigungssollwert b soll ) dann, wenn zumindest ein Grenzwert für Komfort und/oder das System beschreibende Parameter überschritten würde, unter Berücksichtigung dieses zumindest einen Grenzwertes angepaßt, in angepaßte Neigesollwerte ('soll, 'b soll, 'g soll) überführt werden, die zur Verstellung des Wagenkasten-Neigesystems (1) genutzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigesollwerte ( Soll, b Soll, g Soll) als theoretische Neigesollwerte in einem Rechner simulierte Neigesystemzustände ergeben, die durch maximal zulässige Neigesystemzustände ersetzt werden, welche sich aus den Grenzwerten für Komfort und / oder die das System beschreibenden Pararneter bestimmen, und diese ersetzten Neigesystemzu stände durch eine inverse Simulation des im Rechner hinterlegten, das Wagenkasten-Neigesystem (1) beschreibenden System, auf einen zulässigen, angepaßten Neigesollwert (' Soll, ' b Soll, ' g Soll) zurückgerechnet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigesollwerte ( soll, b soll, g soll) aus einem Sensorpaket (6) ermittelt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigesollwerte (soll, b soll, g soll) aus tabellarisch abgelegten Streckendaten ermittelt werden.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigesollwerte ( soll, b soll, g soll) durch ein simuliertes Neigesystem (7) in zugehörige simulierte Neigesystemzustände transformiert werden, diese simulierten Neigesystemzustände mit den maximal zulässigen Neigesystemzuständen, die in einer Toleranzvorgabeeinheit (9) hinterlegt sind, verglichen und bei Werten außerhalb des Bereiches zulässiger Neigesystemzustände diese begrenzt werden, und diese begrenzten Neigesystemzustände in einem gegenüber dem simulierten Neigesystem (7) invers arbeitenden simulierten Neigesystem (10) in angepaßte Neigesollwerte ('soll, 'b soll, 'g soll) zurücktransformiert werden.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten angepaßten Neigesollwerte ('soll, 'b soll, 'g soll) für alle nachfolgenden Wagenkasten-Neigesysteme (1) benutzt werden , wobei der jeweilige Wagenkastentyp berücksichtigt wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Wankstabilisierung verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Neigesystemzuständen Einflußgrößen eines Unzufriedenheitsfaktors enthalten sind.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich oder anstelle der maximal zulässigen Neigesystemzuständen auch wegabhängige maximale Neigesystemzustände genutzt werden, die in einer Streckencodierung hinterlegt sind.
- Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigesollwerte Sollwerte für einen Neigewinkel (soll), eine Neigebeschleunigung (bsoll) oder eine Neigege-schwindigkeit (g soll) beinhalten.
- Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung von Wagenkasten-Neigesystemen eines Schienenfahrzeuges mit einem Stellsystem, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigesollwertanpasser (11) vor mindestens einem Wagenkasten-Neigesystem (1) angeordnet und mit diesem direkt oder indirekt verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigesollwertanpasser (11) aus einem dem Wagenkasten-Neigesystem (1) simuliert nachgestalteten Neigesystem (7), dessen Ausgang mit einem Eingang (El) eines Neigezustandsbegrenzers (8) verbunden ist, sowie einem dem Neigezustandsbegrenzer (8) nachgeschalteten simulierten jedoch gegenüber dem simulierten Neigesystem (7) invers aufgebauten Neigesystem (10) besteht.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das simulierte Neigesystem (7) aus einem simulierten Stellsystemregler (12) und einem simulierten Wagenkasten (13) besteht.
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Toleranzvorgabeeinheit (9) am Eingang (E2) des Neigezustandsbegrenzers (8) angeschlossen ist.
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Rechner der Neigesollwertanpasser (11) und auch die Toleranzvorgabeeinheit (9) integriert sind .
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Fahrtrichtung ein Sensorpaket (6) an einem Fahrgestell am ersten Wagenkasten angeordnet und mit dem Rechner elektrisch verbunden ist.
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein GPS-Empfänger mit dem Rechner verbunden ist.
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