SE519932C2 - Förfarande och anordning för att bestämma en parameter för ett spårbundet fordon - Google Patents

Description

519 952 remål och informationen är inte heller tillgänglig överallt, såsom exempelvis i tunnlar.

Exempel på tillämpningar som kräver en mycket hög noggrannhet på positionsbestämningen är sådana där vagnskorgens position relativt boggin styrs under fordonets gång i syfte att öka komfor- ten för passagerare i fordonet. Med boggier menas de åtminstone i horlsontalplanet vridbara hjulställ, i vilka hjul och axlar är lagra- de. Komforten för passagerarna kan exempelvis ökas genom att man kompenserar för ojämnheter i spåret och för accelerations- påkänningar vid färd genom spårkurvor. l dess tillämpningar är det den lokala positionen, exempelvis fordonets position relativt ojämnheterna i spåret eller relativt spårkurvorna, som är viktig att bestämma med stor noggrannhet. Fordonets globala position, exempelvis relativt någon större stad är ointressant l dessa till- lämpningar.

För att förhindra att ojämnheter i spåret fortplantar sig till vagns- korgen anordnas en fjädring mellan boggin och vagnskorgen.

Fjädringen kan vara passiv eller aktiv. Vid aktiv fjädring styrs fjädringen, som exempelvis kan utgöras av en hydraulcylinder, av en styrsignal som baserar sig på mätvärden under färden från en detektor, vars utsignal beror av ojämnheter i spåret. Detektorn utgörs vanligtvis av en accelerometer, vilken mäter fordonets ac- celeration i sidled. En nackdel med att styra fjädringen i beroen- de av mätvärden direkt uppmätta under fordonets färd är att när störningen väl är detekterad, är det för sent att göra en bra kom- penserlng. Dessutom fördröjs mätsignalen av den signalbehand- ling som behövs för att få fram en lämplig styrsignal för fjädring- en. För att kunna göra en riktigt bra kompenserlng är det nöd- vändigt att i förväg veta när nästa störning kommer. För att kun- na förutsäga när nästa störning kommer behöver fordonets posi- tion vara känd med stor noggrannhet.

Vid färd genom en kurva med ett fordon som är försett med fjäd- ring mellan vagnskorgen och boggin kommer accelerationskraf- ten att vilja trycka ut vagnskorgen i sidled. För att förhindra att 10 15 20 25 30 35 519 932 3 vagnskorgen överskrider tillåten fordonsprofil och stöter emot ett lateralt stopp som finns anordnat på fordonet, används en så kallad HOD (Hold Of Device). HOD har till uppgift att hålla vagns- korgen centrerad över boggin under kurvtagningen. HOD styrs av mätvärden från en detektor inrättad på tåget, vars utsignal beror av spårets geometri, exempelvis en accelerometer, och uppvisar samma nackdel som den aktiva fjädringen.

För att minska påkänningarna av sidoaccelerationen vid kurvtag- ning lutas vagnskorgarna inåt kurvan under fordonets färd genom kurvan. För att åstadkomma en lutning av vagnskorgarna i de passagerarfordon som ingår i ett sammankopplat tågsätt är for- donet försett med ett särskilt inrättat korglutningssystem, vilket åstadkommer lutning av vagnskorgen i förhållande till fordonets boggier. Styrningen av korglutningen vid respektive fordon i ett tågsätt kan åstadkommas på olika sätt. Ett vanligt sätt är att styrsignalen för korglutningen baserar sig på mätvärden från en accelerometer som uppmäter accelerationen i sidled i tågsättets främsta boggi.

I den svenska patentansökan nr 96039037 visas en metod för att styra vagnskorgens lutning i beroende av en spårkurvas geome- tri, vilken bygger på att spårets ideala kurvgeometri registreras och lagras i förväg. Tågets position under färd bestämmes punkt- vis med någon känd metod och de tidigare lagrade kurvgeomet- riska data används för styrning av vagnskorgens lutning vid pas- sage av kurvorna. Den ideala kurvgeometrin erhålles genom att registrerade mätvärden från en tidigare färd filtreras från brus.

Spårets ideala kurvgeometri registreras och lagras i en databas för varje färd med fordonet. På så sätt uppdateras spårgeomet- riska data kontinuerligt och förändringar i spårgeometrin kan an- vänds redan vid nästkommande körning med tåget över ban- sträckan. För att kunna ge en god åkkomfort för passagerare i fordonet är det viktigt att vagnskorgens lutning ligger rätt i för- hållande till spårets kurvgeometri. Om vagnskorgen börjar att luta för sent eller för tidigt resulterar det i en sämre åkkomfort.

Därför är det viktigt att positionen bestäms med en hög nog- 10 15 20 25 30 35 519 932 grannhet. Nackdelen med de kända metoderna för att bestämma fordonets position är att de inte kan bestämma positionen med tillräckligt hög noggrannhet.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en anordning som ger möjlighet att med hög noggrannhet bestämma positionen för ett spårbundet fordon under färd och ger möjlighet att skapa en styrsignal för att kompensera för ojämnheter i spåret och spårets kurvgeometri.

Vad som kännetecknar en anordning och ett förfarande enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Enligt uppfinningen bestämmes en parameter vid färd över ett spåravsnitt utgående från jämförelser mellan under färd registre- rade mätvärden och tidigare lagrade mätvärden som beror av fordonets rörelser orsakade av spårets kurvgeometri och ojämn- heter i spåret. Genom att man kontinuerligt under färden jämför de senaste mätvärdena med mätvärden från en tidigare färd över samma spåravsnitt kan en parameter bestämmas som beror av fordonets position inom spåravsnittet. Den bestämda parametern innehåller information om fordonets lokala position, d.v.s. posi- tionen relativt ojämnheter i spåret eller relativt spårets geometri, och kan exempelvis utnyttjas för att bestämma fordonets globala position eller för att generera en signal för styrning av vagnskor- gens position relativt boggin i syfte att kompensera för spårets kurvgeometri och ojämnheter i spåret.

De registrerade mätvärdena beror av fordonets rörelser orsakade dels av spårets kurvgeometri och dels av spårets ojämnheter. I en utföringsform av uppfinningen separeras ur de registrerade mätvärdena en första serie mätvärden, vilka beror av fordonets rörelser orsakade av spårets ojämnheter, varvid nämnda jämfö- relse sker mellan mätvärden från den första serien. Det som se- pareras från mätsignalen är egentligen bruset och parametern 10 15 20 25 30 35 519 932 bestäms genom att man jämför uppmätt och lagrat brus. I bruset finns ett karakteristiskt mönster som ser olika ut beroende på var i spåravsnittet tåget befinner sig, men som ser lika ut varje gång tåget passerar samma ställe på spåret. Genom att man kontinu- erligt jämför mönstret i det nya bruset med mönstret i det lagrade bruset kan en parameter som beror av fordonets lokala position bestämmas med hög noggrannhet. l en utföringsform av uppfinningen bildar parametern en styrpa- rameter för styrning av vagnskorgens position relativt boggin. I ett utföringsexempel används styrparametern för att korrigera för ojämnheter i spåret. Styrparametern genereras då i beroende av de lagrade mätvärdena som beror av ojämnheterna i spåret och jämförelsen. Styrparametern kan exempelvis användas för att generera en styrsignal för att styra en aktiv fjädring mellan vagnskorgen och boggin. Genom den aktiva fjädringen mellan vagnskorgen och boggin styrs med en styrsignal som baserar sig på lagrade och redan signalbehandlade mätvärden, istället för direkt uppmätta värden, sker kompenseringen för ojämnheter i spåret i rätt tid och blir således bättre. Det är den noggranna lo- kala positionsbestämningen som möjliggör att styrsignalen kan baseras på lagrade mätvärden istället för på direkt uppmätta mätvärden. l en annan utföringsform av uppfinningen används styrparame- tern för att korrigera för spårets kurvgeometri. Ur de registrerade mätvärdena separeras en andra serie mätvärden, vilka beror av fordonets rörelser orsakade av spårets kurvgeometri. Styrpara- metern genereras i beroende av dessa under en tidigare färd lag- rade mätvärden för spårets kurvgeometri och nämnda jämförelse.

Styrparametern kan användas för att generera en styrsignal för att styra lutningen av vagnskorgen i beroende av spårets kurv- geometri. Styrparametern kan även användas för att generera en styrsignal för att centrera vagnskorgen över boggin och därmed undvika att vagnskorgen överskrider fordonsprofilen. l och med att fordonets lokala position kan bestämmas med hög noggrann- 10 15 20 25 30 35 519 95 het kan vagnskorgens position styras i rätt tid i förhållande till dess inträde i kurvorna så att maximal àkkomfort erhålles.

FIGURBESKRIVNING Ett utföringsexempel av anordningen enligt uppfinningen skall härefter beskrivas med stöd av den bifogade ritningen.

Figuren visar en anordning för att bestämma en parameter för ett spàrbundet fordon.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Ett spårs ideala geometri består av raksträckor, cirkulära kurvor med konstant radie och övergàngskurvor som förbinder rak- sträckorna med de cirkulära kurvorna. l kurvorna är spåret dose- rat, vilket innebär att den inre skenan är lägre än den yttre ske- nan. En anordning för att bestämma en parameter enligt uppfin- ningen visas i figuren. Anordningen innefattar ett detektororgan 1, vars utsignal S beror på fordonets rörelser när det färdas över spåret. Fordonets rörelser beror i sin tur pà kurvornas kröknings- radie eller rälsförhöjningsvinkeln, d.v.s. skillnaden i höjd mellan den inre och den yttre skenan. Detektororganet kan exempelvis vara en accelerometer, vilken mäter fordonets sidoacceleration eller ett gyro som mäter vinkelhastigheten antingen runt en längdaxel (rollvinkelhastigheten) eller runt en vertikal axel (gir- vinkelhastigheten).

Signalen (S) från detektorn som visas i figuren beror av inversen på kurvans radie och har överlagrade dynamiska störningar föror- sakade av ojämnheter i spåret. De dynamiska störningarna i sig- nalen är en form av brus och kommer i fortsättningen att omnäm- nas som brus. Enligt uppfinningen används bruset för att be- stämma en parameter som beror av fordonets position och därför separeras bruset från mätsignalen. Bruset separeras genom att mätsignalen först passerar genom ett filterorgan 2 där bruset filt- reras bort fràn mätsignalen. Eftersom spàrkurvorna idealt har 10 15 20 25 30 35 \l konstant radie, kommer signalen som representerar den ideala spårgeometrin att bestå av ett antal räta linjer som binds sam- man i vissa punkter. I en föredragen utföringsform sker filtrering- en i en dator genom att man på bästa sätt försöker anpassa räta linjer till kurvan. Denna anpassning kan exempelvis ske med minsta kvadrat-metoden. När signalen som representerar den ideala spårgeometrin, i fortsättningen kallad den ideala signalen A, finns framtagen kan brussignalen B separeras från den ur- sprungliga mätsignalen S genom att man subtraherar den ideala signalen A från mätsignalen i ett organ 3.

När signalerna har separerats, lagras brussignalen B och den ideala signalen A i en databas i ett minne 4. l databasen finns redan separerade brussignaler BL och ideala signaler AL lagrade från föregående färd över samma spåravsnitt. De lagrade signa- lerna uppdateras varje gång fordonet färdas över spåravsnittet så att det alltid finns aktuella signaler att tillgå. De nya signaler- na A, B och signalerna från den förra färden AL, BL lagras var för sig. Ett avsnitt av den nya brussignalen, exempelvis de senaste tio sekunderna, jämförs med den lagrade brussignalen BL från den förra färden i ett jämförelseorgan 5. Jämförelsen kan exem- pelvis tillgå så att differensen beräknas mellan det senaste av- snittet av den nya brussignalen och ett antal avsnitt som är något förskjutna i tiden i förhållande till varandra av brussignalen från den förra färden. De beräknade differenserna jämförs i syfte att hitta det avsnitt av den lagrade signalen som ger minsta differen- sen mellan signalerna. När avsnittet som ger den minsta diffe- rensen har hittats, är positionen i den lagrade brussignalen känd.

På så vis är det möjligt att under färden följa med i den lagrade brussignalen och erhålls en positionsbestämning relativt bruset.

Bruset beror i sin tur på ojämnheter i spåret och därför erhålles också en indirekt positionsbestämning i förhållande till spåret. I jämförelseorganet 5 avgörs vilket avsnitt som har minsta diffe- rensen och en parameter p genereras som beror av fordonets position relativt bruset. 10 15 20 25 30 35 519 952 8 Om differensen aldrig understiger ett givet minimivärde, kan det bero på att det har skett någon förändring av spåret sedan förra färden. Det gäller då att inte tappa bort positionen och att hitta rätt i brussignalen när fordonet har passerat förändringen. Det kan därför vara bra om det finns ytterligare en positionsbestäm- ning som är grövre men som ändå ger en indikation om var på spåret fordonet befinner sig. För detta ändamål kan den lagrade ideala signalen användas. Genom att lokalisera brytpunkterna i den ideala kurvan erhåller man en grov positionsbeståmning som kan komma till användning för att hitta en lämplig utgångspunkt för att hitta rätt i brussignalen. Brytpunkterna kan lokaliseras ge- nom att man jämför den lagrade ideala signalen från förra färden med den nya ideala signalen. l detta utföringsexempel används parametern p, som är ett mått på fordonets position relativt bruset, för att styra lutningen av ett järnvägsfordons vagnskorg relativt boggin vid fordonets passage genom en spårkurva. I och med att positionen relativt bruset är känd kan positionen relativt den lagrade ideala signalen be- stämmas. De i databasen lagrade ideala signalerna AL och pa- rametern p från jämförelseorganet 5 utgör indata till ett beräk- ningsorgan 6 som beräknar en styrparameter q som är ett mått på fordonets position relativt den ideala spårkurvan. Utifrån styr- parametern q styrs vagnskorgens lutning sedan på känt sätt av ett korglutningssystem.

I en annan utföringsform av uppfinningen kan styrparametern q användas för att centrera vagnskorgen över boggin vid kurvtag- ning med fordonet. Styrparametern q utgör då indata till ett sys- tem som har till uppgift att hålla vagnskorgen på plats vid kurv- tagning (HOD). Systemet erhåller på så sätt information som mö- jliggör att det kan styra vagnskorgen i förhållande till boggin i be- roende av fordonets position relativt den ideala kurvgeometrin.

Positionsbestämningen relativt bruset kan också användas för att styra en aktiv fjädring mellan vagnskorgen och boggierna, se fi- guren. Styrningen av fjädringen sker i beroende av det lagrade 10 15 519 932 9 bruset BL från en tidigare färd och parametern p. Tack vare att positionen relativt bruset är känd genom parametern p är det möjligt att följa med i den lagade brussignalen och att i god tid styra fjädringen så att ojämnheter i spåret kompenseras. l ett be- räkningsorgan 7 bildas en styrparameter r utifrån parametern p och det lagrade bruset BL från databasen. Styrparametern r ut- gör indata till ett system som styr den aktiva fjädringen. l en annan tillämpning av uppfinningen kan parametern p använ- das för att bestämma fordonets globala position, d.v.s. positionen relativt en fast punkt i omgivningen. För att man skall kunna be- stämma fordonets globala position måste det finnas positions- data lagrade i databasen som kan kopplas till parametern p. For- donets globala positionen beräknas i ett beräkningsorgan och in- data till beräkningsorganet utgörs av parametern p och posi- tionsdata frán databasen.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 519 952 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för bestämning av en parameter (p, q, r) för ett spårbundet fordon som innefattar minst en vagnskorg anordnad på minst en boggi, varvid mätvärden (S) från åtminstone ett de- tektororgan (1), vars utsignal beror av fordonets rörelser orsaka- de av spårets kurvgeometri och ojämnheter i spåret, registreras under fordonets färd över ett spåravsnitt, varvid ur de registrera- de mätvärdena (S) separeras och lagras en serie mätvärden (B, BL), vilka beror av fordonets rörelser orsakade av nämnda ojämnheter i spåret, varvid de separerade mätvärdena (B) jäm- förs med separerade och lagrade mätvärden (BL), som beror av nämnda ojämnheter, från åtminstone en tidigare färd och nämnda parameter (p, q, r) inom spåravsnittet bestämmes utgående från jämförelsen.

2. Förfarande enligt krav 1 varvid nämnda parameter (p, q, r) innefattar fordonets position.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid nämnda parameter bildar en styrparameter (q, r) för styrning av vagnskorgens posi- tion relativt boggin.

4. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, varvid nämnda styrparameter (r) genereras i beroende av nämnda under en tidi- gare färd separerad och lagrad serie mätvärden (BL), varvid styrparametern används för att korrigera för ojämnheter i spåret.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid styrparameten (r) används för att styra en aktiv fjädring mellan vagnskorgen och boggierna.

6. Förfarande enligt krav 5, varvid ur de registrerade mätvär- dena separeras och lagras en andra serie mätvärden (A, AL), vil- ka beror av fordonets rörelser orsakade av spårets kurvgeometri.

7. Förfarande enligt krav 3 och 6, varvid nämnda styrparame- ter (q) genereras i beroende av en under en tidigare färd lagrad 10 15 20 25 30 35 519 932 11 andra serien mätvärden (AL), varvid styrparametern används för att korrigera för spårets kurvgeometri.

8. Förfarande enligt krav 7, varvid styrparametern (q) används för att styra lutningen av vagnskorgen i beroende av spårets kurvgeometri.

9. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att styrparame- tern (q) används för att centrera vagnskorgen över boggin.

10. Förfarande enligt krav 1, varvid utsignalen från detektoror- ganet beror av fordonets laterala acceleration.

11. Förfarande enligt krav 1, varvid utsignalen (S) från detek- tororganet beror av fordonets rälsförhöjningsvinkel.

12. Anordning för att bestämma en parameter (p) för ett spår- bundet fordon som innefattar en vagnskorg som vilar på minst en boggi, varvid anordningen innefattar åtminstone ett detektoror- gan (1) anordnat att under fordonets färd generera en utsignal (S) i beroende av fordonets rörelser orsakade av spårets kurv- geometri och ojämnheter i spåret, minnesorgan (4) anordnade för att lagra mätvärden från detektororganet vid fordonets färd över ett spåravsnitt, kännetecknad av att den innefattar ett separe- ringsorgan (2, 3) anordnat att ur mätvärdena (S) från detektorn separera en serie mätvärden (B), vilka beror av fordonets rörel- ser orsakade av ojämnheter i spåret, ett jämförelseorgan (5) an- ordnat att jämföra nämnda separerade serie mätvärden (B) med lagrade separerade mätvärden (BL) från åtminstone en tidigare färd och att bestämma nämnda parameter i beroende av jämfö- relsen.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av att nämnda pa- rameter (p) innefattar fordonets position. 10 15 20 25 519 952 12

14. Anordning enligt krav 12 eller 13, kännetecknad av att nämnda parameter (p) bildar en styrparameter (r, q) för styrning av vagnskorgens position relativt boggin.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att den innefat- tar ett första beräkningsorgan (6) inrättat att bilda nämnda styr- parameter (r) i beroende av en, under en tidigare färd separerad och lagrad serie mätvärden (BL).

16. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av att nämnda se- pareringsorgan (2, 3) är anordnat att ur mätvärdena fràn detek- torn (S) separera en andra serie mätvärden (A), vilka beror av fordonets rörelser orsakade av spårets kurvgeometri.

17. Anordning enligt kraven 14 och 15, kännetecknad av att den innefattar ett andra beräkningsorgan (7) inrättat att bilda nämnda styrparameter (q) i beroende av en, under en tidigare färd lagrad, andra serie mätvärden (AL).

18. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av att detektoror- ganet (1) innefattar en accelerometer.

19. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av att detektoror- ganet (1) innefattar ett gyro.