DE2051272A1 - Control device for influencing the rolling movement of a vehicle - Google Patents
Control device for influencing the rolling movement of a vehicleInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, ΔΌΟ I Z / £■ Patent attorneys Dipl.-Ing. R Weickmann, ΔΌΟ IZ / £ ■
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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15 5-ChoBie, Kitahama, Higashi-Ku, Osaka-City, Japan15 5-ChoBie, Kitahama, Higashi-Ku, Osaka City, Japan
Steuervorrichtung zur Beeinflussung der Rollbewegung eines FahrzeugesControl device for influencing the rolling movement of a vehicle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung der Rollbewegung eines Fahrzeuges, insbesondere zum Reduzieren der Auswirkung der Querbeschleunigung bei einem Eisenbahnwagen, bei dem zu beiden Seiten Luftfedern vorgesehen sind, deren Luftmenge vergrößert bzw. verkleinert wird. \ The invention relates to a control device for influencing the rolling movement of a vehicle, in particular for reducing the effect of the lateral acceleration in a railroad car, in which air springs are provided on both sides, the air volume of which is increased or decreased. \
Im Falle der Verminderung der von den Passagieren feststellbaren Querbeschleunigung durch Zuführen oder Abblasen von Luft in den Luftfedern an der rechten oder linken Seite des Fahrzeugs wird bei der Störung der lufttechnischen Einrichtung vom Standpunkt der Kompressibilität der Luft, der Luftdichheit und der Einfachheit der Einrichtung die Ein-Aus-Steuerung stärker bevorzugt als eine Proportionalsteuerung.In the event of a reduction in the transverse acceleration noticeable by the passengers by supplying or blowing off air in the air springs on the right or left side of the vehicle, if the ventilation system malfunctions Device from the standpoint of the compressibility of the air, the air tightness and the simplicity of the device, the on-off control more preferred than proportional control.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anordnung einer Vielzahl von Reihen und Stufen von Zuführ- und Abblaseventilen zwischen den LuftfedernThe invention is characterized by the arrangement of a plurality of Rows and stages of supply and relief valves between the air springs
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und einem Vorratsbehälter und zwischen den Luftfedern und der Atmosphäre und durch Ein-Aus-Steuerung des Ausflußkoeffizienten der Zuführ- und Abblaseeinrichtung in Abhängigkeit von der Regelgröße der Querbeachleunigung derart, daß bei großer Regelgröße der Querbeschleunigung der Ausflußkoeffizient groß und bei kleiner Regelgröße klein ist.and a reservoir and between the air springs and the atmosphere and by on-off controlling the outflow coefficient of the supply and blow-off means depending on the controlled variable of the lateral acceleration in such a way that with a large controlled variable of the transverse acceleration the outflow coefficient is large and with a small controlled variable it is small.
Weiterbildungen der Erfindung sowie weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung, die in der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist. In dieser zeigt:Developments of the invention and further details and advantages of Invention emerge from the subclaims and the following description of the invention, which is shown in the drawing, for example. In this shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch einen Eisenbahnwagen entsprechend dem Stand der Technik;Fig. 1 is a schematic representation of a cross section through a railroad car according to the state of the art;
Fig. 2 ein Blockschema einer bekannten Steuervorrichtung;Fig. 2 is a block diagram of a known control device;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Arbeitsweise eines Zuführungs- und Abblaseventils bei der Veränderung der auf den Wagen einwirkenden Querbeschleunigung zeigt;Fig. 5 is a diagram showing the operation of a supply and relief valve shows the change in the lateral acceleration acting on the carriage;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung gemäß der Erfindung;4 is a block diagram of a control device according to the invention;
Fig. 5 ein Diagramm, das den Ausflußkoeffizienten in Abhängigkeit von
der Veränderung der auf den Wagen einwirkenden Querbeschleunigung zeigt; undFig. 5 is a diagram showing the outflow coefficient as a function of
shows the change in the lateral acceleration acting on the carriage; and
Fig. 6 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Querbeschleunigung und der Arbeitsweise des Zuführungs- und Abblaseventils der Steuervorrichtung darstellt.Fig. 6 is a graph showing the relationship between the lateral acceleration and the operation of the supply and relief valve of the control device.
Als Beispiel einer üblichen Ein-Aus-Steuerung entsprechend den Figuren 1 bis 3, sind zwei rechte und linke Luftfedern 1 und 1' am Bodenteil B eines Eisenbahnwagens H angeordnet und mit einer Achse A, die mit Rädern W versehen ist, über ein Stützglied S verbunden.As an example of a conventional on-off control according to FIGS to 3, two right and left air springs 1 and 1 'on the bottom part B are one Railroad car H and arranged with an axle A, which W is provided with wheels is connected via a support member S.
Bei der üblichen Steuervorrichtung zur Beeinflussung der Kollbewegung einesIn the usual control device for influencing the Kollmovement of a
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Fahrzeuges, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, sind elektromagnetische Luftzuführungsventile 2 und 2' zwischen der rechten und der linken Luftfeder 1 und 1' und einem Luftvorratsbehälter 6 sowie elektromagnetische Abblaseventile 3 und 3' zwischen den Luftfedern und der Atmosphäre vorgesehen, so daß bei Überschreiten der auf den Wagen einwirkenden Querbe3chleunigung über einen festen Wert ^d, das elektromagnetische Luftzuführungsventil 2 auf der einen Seite und das elektromagnetische Abblaseventil 31 auf der anderen Seite betätigt werden bzw. wenn die Querbeschleunigung den Wert -^d übersteigt und das elektromagnetische Luftzuführungsventil 2' und das elektromagnetische Abblaseventil 3 betätigt werden, um den Wagenkörper in einer solchen Richtung um seine Rollachse zu bewegen, daß die parallel zum Wagenboden wirkende Querbeschleunigung aufgehoben wird.Vehicle, as shown in Figures 2 and 3, electromagnetic air supply valves 2 and 2 'are provided between the right and left air springs 1 and 1' and an air reservoir 6 and electromagnetic relief valves 3 and 3 'between the air springs and the atmosphere, so that when the transverse acceleration acting on the carriage exceeds a fixed value ^ d, the electromagnetic air supply valve 2 on the one hand and the electromagnetic blow-off valve 3 1 on the other hand are actuated or if the transverse acceleration exceeds the value - ^ d and that electromagnetic air supply valve 2 'and the electromagnetic blow-off valve 3 are actuated to move the car body in such a direction around its roll axis that the lateral acceleration acting parallel to the car floor is canceled.
In einem solche Falle ist die Größe der strömenden Luftmenge pro Zeiteinheit durch den wirksamen Rechnungsdurchmesser des elektromagnetischen Ventiles oder der gesondert angeordneten Drosselöffnungen 4i 4'ι 5 und 5' eingestellt. Der Üffnungsdurchmesser ist derart bedeutsam für die Steuerung und das 'i'rägheitsmoment des Wagenkörpers bzw. die Zeitverzögerung der Steuerung ist so eng mit dem Öffnungsdurchnesser verbunden, daß, falls der Öffnuni-sdurchmesser klein ist, um einen kleinen Ausflußkoeffizienten zu erhalten, die wirkliche Steuerung bei hoher Geschwindigkeit unzureichend ist, um die Querbeschleunigung zu verringern. Falls der üffnungsdurchmesser groß gemacht ist, um einen großen Ausflußkoeffizienten zu erhalten, tritt bei einer geringen Querbeschleunigung, wenn der Wagen mit geringer Geschwindigkeit durch eine Kurve fährt, eine Übersteuerung ein, die eine Gegensteuerung bewirkt, um den Wagenkörper zurückzuziehen, Dieser Vorgang wiederholt sich und es ist wahrscheinlich, daß sich dieser Vorgang aufschaukelt, wodurch der Wagen instabil wird. Barüberhinaus sind bei einem gekrümten Schienenstück der Krümungsradius, die Schienenüberhöhung und die Fahrgeschwindigkeit so unterschiedlich, daß es unmöglich ist, sämtlichen Bedingungen in jedem Fall gerecht zu werden.In such a case, the amount of air flowing per unit of time is the size by the effective calculation diameter of the electromagnetic valve or the separately arranged throttle openings 4i 4'ι 5 and 5 ' set. The opening diameter is so important for the control and the 'i' moment of inertia of the car body or the time delay the control is so closely related to the orifice diameter that if the opening diameter is small by a small outflow coefficient the actual control at high speed is insufficient to reduce the lateral acceleration. If the opening diameter is made large in order to obtain a large discharge coefficient, if the lateral acceleration is low and the car drives through a curve at low speed, an oversteer occurs, which counteracts it to retract the carriage body. This process repeats itself and is likely to occur The process rocks, making the car unstable. In addition, in the case of a curved piece of rail, the radius of curvature, the rail camber and the speed of travel so different that it is impossible is to meet all conditions in any case.
Wie in dem Steuerbeispiel in Figur 6 dargestellt, wirkt beim DurchfahrenAs shown in the control example in Figure 6, acts when driving through
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einer Kurve entsprechend der Darstellung I eine Querbeschleunigung <. L parallel zur Beiregungsebene ein. Wenn der Öffnungsdurchmesser klein ist, verbleibt, wie in II dargestellt eine beträchtliche Querbeschleunigung Λ, woraus sich ergibt, daß die Steuerung unzureichend ist. Im Idealfall ist j ständig Null. <■" >~ stellt ein Zuführungs- oder Abblasesignal für die Luftfeder an der rechten Seite dar. Signale oberhalb der Bezugslinie sind Zuführungssignale. Im Gegensatz hierzu, wenn der Öffnungsdurchmesser groß ist, tritt wie in III dargestellt, eine Übersteuerung ein, wobei sich der gesamte Vorgang aufschaukelt, in welchem unbrauchbare Zuführungs- und Abblasesteuerungen durchgeführt werden.a curve corresponding to the representation I a transverse acceleration <. L. parallel to the excitation level. If the opening diameter is small, there remains, as shown in II, a considerable lateral acceleration Λ, as a result, the control is insufficient. Ideally, j is always zero. <■ " > ~ represents a supply or blow-off signal for the air spring on the right-hand side. Signals above the reference line are supply signals. In contrast, when the opening diameter is large, as shown in III, overdrive occurs one, with the whole process rocking, in which unusable Feed and blow-off controls are carried out.
Wie weiter oben erwähnt, ist im Falle einer Ein-Aus-Steuerung mit einer üblichen Steuervorrichtung die Steuerfähigkeit bei geringem Öffnungsdurchmesser gering, jedoch neigt bei großem Öffnungsdurchmesser das System zum Aufschaukeln, wodurch der Wagen instabil wird. Bei der vorliegenden Erfindung sind zur Vermeidung solcher Nachteile elektromagnetische Zuführungs- und Abblaseventile jeweils parallel geschaltet, so daß bei einer kleinen Steuergröße der Querbeschleunigung die Anzahl der arbeitenden Zuführungs- und Abblaseventile gering ist und bei einer großen Regelgröße die Anzahl der arbeitenden Zuführungs- und Abblaseventile groß ist. Auf diese Weise ist eine mehrstufige Steuerung verwirklicht, bei der es schwierig ist, einen sich aufschaukelnden Vorgang zu erzeugen und bei der eine stabile und ausreichende Steuerung erzielbar ist.As mentioned above, in the case of on-off control with a conventional control device, the controllability is low with a small opening diameter, but tends to be with a large opening diameter System for rocking, which makes the car unstable. In the present invention, in order to avoid such disadvantages, electromagnetic Supply and blow-off valves are each connected in parallel, so that with a small control variable of the lateral acceleration, the number of working Feed and blow-off valves is small and with a large controlled variable the number of working feed and blow-off valves is large is. In this way, a multi-stage control is realized in which it is difficult to generate a surging process and in which stable and sufficient control can be obtained.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In Fig. 4 ist eine Steuervorrichtung mit drei Reihen und drei Stufen Elektronagnetventilen dargestellt. Elektromagnetische Luftzuführungsventile 2.J, 22 und 2 sind parallel zwischen einer Luftfeder 1 und einem Luftvorratsbehälter 6 und elektromagnetische Luftzuführungsventile 2'.J, 2'2 und 2' sind parallel zwischen einer Luftfeder 1' und dem Luftvorratsbehälter 6 angeordnet. Elektromagnetische Abblaseventile 3 , 32 und 3 sind zwischen der Luftfeder 1 und der Atmosphäre und elektromagnetische Abblaseventile 3^, 3'2 und 3' sind zwischen der Luftfeder 1' und der Atmosphäre angeordnet. Diese elektromagnetischen Luftzuführungs-An embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. 4 shows a control device with three rows and three stages of electronic solenoid valves. Electromagnetic air supply valves 2.J, 2, 2 and 2 are arranged in parallel between an air spring 1 and an air reservoir 6 and electromagnetic air supply valves 2'.J, 2 ' 2 and 2' are arranged in parallel between an air spring 1 'and the air reservoir 6. Electromagnetic relief valves 3, 3, 2 and 3 are disposed between the air spring 1 and the atmosphere and electromagnetic relief valves 3 ^, 3 ', 2 and 3' are disposed between the air spring 1 'and the atmosphere. These electromagnetic air supply
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und Abblaseventile haben derartige wirksame Öffnungsdurchmesser, daß sie bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges durch eine Reihe nicht ausreichend gesteuert werden können oder sie sind durch Öffnungen 4^» 42f 43, 41.,, 4'2, 4'5i S1, 52» 55f 51.,, 5'2 und 5'5 gedrosselt, so daß sie bei hohen Geschwindigkeiten nicht durch eine einzige Reihe steuerbar sind.and relief valves have such effective opening diameters that they cannot be adequately controlled at high vehicle speeds through a series or they are through openings 4 ^ »4 2 f 4 3 , 4 1. ,, 4 ' 2 , 4' 5 i S 1 , 5 2 »5 5 f 5 1. ,, 5 ' 2 and 5' 5 throttled so that they cannot be controlled by a single row at high speeds.
Wie in Figur 5 dargestellt, sollen die toten Zonen der Querbeschleunigungsgröße für die jeweiligen elektromagnetischen Ventile / '■- d j <£Jjid j <'.| id J sein. Wenn eine Querbeschleunigung größer als /-) cL ,jedoch kleiner als ■', d einwirkt, wird eine einzige Reihe der Zuführungs- und Abblaseventile 2 und 3' bzw. 3^ und 2^ betätigt. Wenn eine Querbeschleunigung größer als d2 ,jedoch kleiner als :} d, einwirkt, werden zwei Reihen der Zuführungs- und AbblaseventileAs shown in FIG. 5, the dead zones of the transverse acceleration quantity for the respective electromagnetic valves should be / '■ - dj <£ Jjid j <'. | id be j. If a lateral acceleration greater than / -) cL, but less than ■ ', d acts, a single row of the supply and blow-off valves 2 and 3' or 3 ^ and 2 ^ is actuated. If a lateral acceleration greater than d 2 , but less than : } d, acts, two rows of supply and blow-off valves are activated
21' 22' ^'i 1^10 ^*2 Oder ^I' ^2' 2'i "1^ 2I;) ^e'tä*1^· Wenn eine Querbeschleunigung größer als d, einwirkt, werden drei Reihen der Zuführungs- und Abblaseventile betätigt. 2 1 ' 2 2' ^ 'i 1 ^ 10 ^ * 2 Or ^ I' ^ 2 ' 2 ' i " 1 ^ 2I;) ^ e'tä * 1 ^ · If a lateral acceleration greater than d, acts, three Rows of supply and relief valves operated.
Deshalb wird in Abhängigkeit von der Größe der Querbeschleunigung irgendeine Zahl paralleler Reihen der Zuführungs- und Abblaseventile zur Steuerung des Fahrzeuges betätigt. Wenn deshalb die Querbeschleunigung klein ist, wird nur so wenig Luft zugeführt bzw. abgeführt, daß kein Aufschaukel-Vorgang eintritt.. Wenn eine umfangreiche Regelung bei einer hohen Geschwindigkeit erforderlich ist, wird genügend Luft zugeführt und abgelassen und es ist eine stabile Steuerung mit hoher Steuerfähigkeit erzielbar. Therefore, depending on the magnitude of the lateral acceleration, it becomes any Number of parallel rows of supply and blow-off valves actuated to control the vehicle. Therefore, if the lateral acceleration is small is, only so little air is supplied or discharged that no rocking process Entering .. When extensive control at high speed is required, sufficient air is supplied and exhausted and stable control with high controllability can be achieved.
Das Ergebnis der Verwendung einer Zweireihen- und Zweistufensteuervorrichtung gemäß der Erfindung ist bei IV in Figur 6 dargestellt. Beim Vergleich des Ergebnisses mit dem einer üblichen Steuervorrichtung ist die Überlegenheit in der Steuerfähigkeit augenscheinlich und es ist klar, daß alle Probleme bei der üblichen Einreihensteuervorrichtung gelöst sind und daß eine ausreichende Wirksamkeit erzielt ist.The result of using a two-tier and two-stage controller according to the invention is shown at IV in FIG. When comparing the result with that of a conventional control device the superiority in controllability is evident, and it is clear that all the problems in the conventional single-line control device have been solved and that sufficient effectiveness is achieved.
Je mehr parallele Reihen und Stufen von elektromagnetischen Luftzuführungs-The more parallel rows and stages of electromagnetic air supply
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und Abblaseventilen vorgesehen sind, desto vorteilhafter arbeitet die Steuervorrichtung, jedoch wird diese Steuervorrichtung mit zunehmender Anzahl der Ventile komplizierter im Aufbau und in der Wartung. Aus diesem Grund sind zwei bis vier Reihen mit zwei bis vier Stufen brauchbar. Weiterhin kann die Querbeschleunigung Ί d^ ,/^d2, 'id ungleichmäßig verteilt sein. Zum Beispiel, je logarithmisch größer die Beschleunigungen umso kleiner die Teilungsabstände: Die jeweiligen Öffnungsdurchmesser brauchen nicht die gleichen sein, sondern können unter Berücksichtigung des Luftvorrates, der Luftfedern und der Druckdifferenz zur Atmosphäre verschieden sein.and blow-off valves are provided, the more advantageously the control device works, but this control device becomes more complicated in structure and in maintenance as the number of valves increases. For this reason, two to four rows with two to four steps are useful. Furthermore, the lateral acceleration Ί d ^ , / ^ d 2 , 'id can be distributed unevenly. For example, the logarithmically greater the accelerations, the smaller the spacing: The respective opening diameters do not need to be the same, but can be different, taking into account the air supply, the air springs and the pressure difference to the atmosphere.
Die Vergleiche einer Ausführun^sform gemäß der Erfindung und einer Ausführungsform nach dem Stande der Technik sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.The comparisons of an embodiment according to the invention and an embodiment according to the state of the art are summarized in the following table.
Anzahl der
Stufennumber of
stages
Öffnungsdurchmesser und AusflußkoeffizientOrifice diameter and outflow coefficient
gesteuerter Zustand Zeichnungcontrolled state drawing
1 mm. (10 g/sec.)1 mm. (10 g / sec.)
kein Aufschaukeln Fig.5 II die Steuerkraft ist unzureichendno rocking Fig. 5 II the tax power is insufficient
3 mm. (17 g/sec.)3 mm. (17 g / sec.)
Aufschaukelvorgang Fig.5 III die Steuerkraft 1st beträchtlichRocking process Fig. 5 III the control force is considerable
1 mm. (10-20 g/sec.)1 mm. (10-20 g / sec.)
kein Aufschaukeln es liegt eine ausreichende Steuerkraft vorno rocking, there is sufficient steering force
Fig.5Fig. 5
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Rollbewegung des Fahrzeuges durch die Verwendung von Reihen und Stufen von elektromagnetischen Luftzuführungs- und Abblaseventilen gesteuert. Jede Anzahl von Reihen und Stufen der elektromagnetischen Luftzuführungs- und Abblaseventile kann ent-In the present invention, the rolling motion of the vehicle is through controlled the use of rows and stages of electromagnetic air supply and relief valves. Any number of rows and levels the electromagnetic air supply and blow-off valves can be
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sprechend der Größe der Querbeschleunigung betätigt werden und deshalb kann immer eine angemessene Steuerung durchgeführt werden, ohne daß sich dieser Steuervorgang aufschaukelt·are actuated speaking the size of the lateral acceleration and therefore Appropriate control can always be carried out without this control process building up
Unter Querbeschleunigung parallel zum Fahrzeugboden wird nicht nur die Querbeschleunigung parallel zum Fahrzeugboden sondern auch die Größe der fehlenden Fahrzeugrollbewegung· verstanden.Under lateral acceleration parallel to the vehicle floor, not only the Lateral acceleration parallel to the vehicle floor but also the size of the missing vehicle rolling movement.
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