WO1996017761A1 - Führungssystem und verfahren zur steuerung der querneigung an einem schienenfahrzeug - Google Patents

Führungssystem und verfahren zur steuerung der querneigung an einem schienenfahrzeug Download PDF

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WO1996017761A1
WO1996017761A1 PCT/CH1995/000289 CH9500289W WO9617761A1 WO 1996017761 A1 WO1996017761 A1 WO 1996017761A1 CH 9500289 W CH9500289 W CH 9500289W WO 9617761 A1 WO9617761 A1 WO 9617761A1
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track
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bank
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PCT/CH1995/000289
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Inventor
Uwe Joos
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Sig Schweizerische Industrie-Gesellschaft
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies

Definitions

  • the lateral acceleration is dependent on the radius of the curve and the driving speed, the angle by which the load floor is to be placed with respect to the chassis in order to meet the above-mentioned conditions, additionally on the track elevation.
  • the instantaneous transverse acceleration is fundamentally measured on the vehicle, for which purpose suitable measuring devices, such as gyroscopes, pendulums, etc., are provided on the vehicle.
  • the control element for the load-bearing floor bank inclination is intervened in a controlling or regulating sense.
  • the simplest possibility of position control is given by the use of a pendulum, the deflection of which is a direct measure of the bank angle to be set on the load receiving floor, because the mass of the load is not taken into account in the acceleration considerations.
  • the aim of the present invention is to create a guidance system which comprises:
  • a rail vehicle with a load floor which can be tilted in the transverse direction and with a tilt adjustment device which acts on the load floor, and an actuator control which adjusts the load floor incline in such a way that disturbing lateral acceleration influences are reduced,
  • FIG. 2 shows, in a representation analogous to that of FIG. 1, a preferred embodiment of the guide system according to the invention
  • FIG. 5 schematically shows an implementation of two guide systems according to the invention as master and slave, as a preferred form of implementation of redundant systems.
  • FIG. 1 shows the guide system according to the invention in a first embodiment variant, working according to the method according to the invention, on the basis of a signal flow / function block diagram.
  • the position address parts and speed address parts are stored directly associated with inclination control signals ⁇ s , thus inclination control signals as a function of the positions and the possible speeds ⁇ s (POS, V).
  • the instantaneous or actual speed of the vehicle 3 is recorded with a speed detection device 9; On the output side, a signal A 9 (v) identifying the instantaneous speed v IST of the vehicle 3 appears, which is also fed to the memory device 7.
  • bank tilt control signals ⁇ s are fed to a bank tilt actuator arrangement 11 on the vehicle 3 or on another vehicle of a rail vehicle train, namely a control input E, which actuating device controls the bank tilt ⁇ of a load, such as people to be transported, on the vehicle 3 adjusted according to the respective requirements. If the actual position is set on one vehicle, the bank on another of a train, so the known actual POS difference is of course taken into account.
  • the implementation according to FIG. 1 is possible, but it is extremely memory-intensive, considering that the instantaneous speed is quadratic in the lateral acceleration and therefore the speed has to be taken into account finely graduated in curve sections.
  • the pre-stored amount of data can be kept to a minimum for straight track sections, in that the vehicle can be switched to freewheeling after passing a curve and only has to be locked onto the model again before the next curve or locked.
  • all system function units 1, 7 and 9 can be provided on the vehicle 3 or implemented outside the vehicle.
  • a position detector 1 for example the known satellite-based GPS system, can be used as an example of a position detection system that is not vehicle-based.
  • the position detection device for the vehicle 3 external to the vehicle can at the same time, by time derivative of the position signal, determine the speed. speed detection device 9 form.
  • the position detection device can also be wired, formed by a position monitoring system for the vehicle 3 external to the vehicle or can be implemented by a detector on the vehicle which registers markings provided at appropriate intervals along the track, such as, for example, counts.
  • bank setting signals ⁇ s (POS, v) are given to the control input E 1: L supplied to the bank adjustment device 11 on the vehicle 3.
  • the optoelectronic converter 31 thus simultaneously forms the position detector 1 and the instantaneous speed detector 9, as indicated by the reference numerals in parentheses.
  • the characteristic track data are preferably determined in the sense of a "teach-in" by not necessarily having these sizes themselves, but directly dependent on them, such as lateral acceleration and their direction, during a teach-in trip of the Vehicle 3 with known measuring devices, such as gyroscopes, pens, inclination sensors etc., is detected and, for example are stored in the memory 27 of FIG. 2. If the respective teach-in travel speed is used as a standardization variable, the data determined in this way can be evaluated together with an actual speed normalized to the teach-in speed by the speed detection device 9, as shown in FIG. 2.
  • the guide system is shown schematically in block 41 up to the output of the transverse inclination control signal ⁇ s , here referred to as ⁇ SE .
  • the guide system 41 according to the invention comprises a memory of the type 7, 27, 5 shown with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the system 43 measures the lateral acceleration conditions on the vehicle in terms of measurement technology, such a system 43 is used in this case, even if it is far less precise in terms of control technology, as a “makeshift system” for controlling or guiding the bank on the vehicle 3.
  • the comparison unit 45 switches the input E 11 of the transverse inclination actuator 11 according to FIGS. 1 to 3 to the makeshift system 43 based on the lateral acceleration measurement, for example already known. At the same time, as shown in FIG. 4 at 49, this situation is displayed, for example.
  • sensors for transverse acceleration detection must inevitably be provided on the vehicle, which sensors are used in a teach-in phase for the system 41 according to the invention can, as described above, travel a distance with the vehicle and load the track characteristics recorded by measurement technology into a storage device.
  • FIG. 5 shows a train composition, for example with railcars 1 and 5, configured for travel in the direction of v. If required, each vehicle 1 to 5 has an actuator unit 11 for the load floor transverse position, as has been described.
  • a motor vehicle according to the invention is the A suitable guide system 43 M is provided as well as a system 41 M based, for example, on transverse acceleration measurement, as has already been described with reference to FIG. 4.
  • a guide system 43 s according to the invention and a system 41 s based on lateral acceleration measurement, as already explained with reference to FIG. 4, are provided on the railcar 5, completely symmetrically.
  • the systems on the railcar 1 act as a master system (M), those on the carriage 5 as a slave system (S).
  • the bank of the bank is assigned to the proposed systems as follows:
  • the master system 43 M supplies the actuating signals ⁇ for all carriages 1 to 5 equipped with bank control of the type described.
  • the overall master system on the carriage 1 monitors itself, for example by the current actuating variable for the load floor on one of the carriages, output by the system 43 M according to the invention, is compared with that of the system 41 M. If these control signals differ from one another in such a way that this is no longer plausible, then the control of the laser floor cross-inclinations of all carriages 1 to 5 is transferred to the slave system 43 s according to the invention, as is shown schematically in FIG. 5 by the switchover unit 60 .
  • Plausibility is also monitored on the overall slave system in the rearmost car 5, for example by comparing the control signals of the system 43 s according to the invention and the 41 s based on measurement. If a no longer plausible deviation of these control signals is detected, it is again concluded that the system 43 s according to the invention is faulty is whereupon the system based on measurement 41 M temporarily takes over the bank control. If this system is also faulty, which can be detected, for example, by comparing the chassis twist and bank setting signal, or if one or more of the bank setting members 11 is defective, the system is switched to emergency operation and the train is operated at control speed.

Abstract

Werden an einem Schienenfahrzeug die Querbeschleunigungsverhältnisse gemessen und eine Lastbodenneigung dementsprechend optimiert, so ergeben sich Probleme durch Zeitverzögerungen zwischen Messung und Stellung sowie durch in die Messung eingehende Störungen. Dies wird behoben dadurch, dass querneigungsrelevante Geleisedaten in einem Geleisemodellspeicher (27) abgespeichert werden, mit der detektierten IST-Position (1), die eben oder zukünftig relevanten Geleisedaten abgerufen werden und in Funktion der ermittelten Momentangeschwindigkeit (9) des Fahrzeuges die exakt aktuell notwendige Lastbodenneigung (αs) berechnet (29) und eingestellt (11) wird.

Description

FührungsSystem und Verfahren zur Steuerung der Querneigung an einem Schienenfahrzeug
Es ist bekannt, an Schienenfahrzeugen, insbesondere für den Personentransport, die Querneigung des Lastaufnahmebodens, d.h. derjenigen Fläche, worauf Last, wie insbesondere Perso¬ nen, getragen wird, nach Massgabe der in Radiusfahrten erfol¬ genden Querbeschleunigungen so zu neigen, dass die aus Erd¬ beschleunigung und Querbeschleunigung resultierende Be¬ schleunigung auf die Last nach Möglichkeit in die Senkrechte des Lastau nahmebodens gelegt wird.
Die Querbeschleunigung ist von Kurvenradius und Fahrgeschwin¬ digkeit abhängig, der Winkel, um den der Lastboden bezüglich des Fahrgestells zu stellen ist, um oben erwähnte Bedingungen zu erfüllen, zusätzlich von der Geleiseüberhöhung.
Es sind verschiedene Ansätze bekannt, das erwähnte Problem zu lösen. Es kann verwiesen werden auf DE-GM-93 13 792.3, WO- 91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858, CH-A-534 391.
Dabei wird am Fahrzeug grundsätzlich die momentane Querbe¬ schleunigung messtechnisch erfasst, wozu geeignete Messein¬ richtungen, wie Kreisel, Pendel etc., am Fahrzeug vorgesehen werden. Nach Massgabe der momentanen Messungen wird in steu¬ erndem oder in regelndem Sinne auf das Stellglied für die Lastaufnahmeboden-Querneigung eingegriffen. Dabei ist die einfachste Möglichkeit einer Lageregelung durch den Einsatz eines Pendels gegeben, dessen Auslenkung direkt ein Mass für den zu stellenden Querneigungswinkel am Lastaufnahmeboden ist, weil ja die Masse der Last in die Beschleunigungsbe¬ trachtungen nicht eingeht.
Alle diese Ansätze haben einen wesentlichen Nachteil, nämlich denjenigen, dass es im Moment, in welchem Querbeschleuni- gungsverhältnisse messtechnisch erfasst werden, bereits zu spät ist, die Querneigung des Lastaufnahmebodens zu stellen. Die gestellte Querneigung hinkt immer den tatsächlich momen¬ tanen Erfordernissen nach. Dies führt zu relativ komplizier¬ ten signaltechnischen Lösungsansätzen, welche darauf abzie¬ len, die Einleitung einer Kurvenfahrt möglichst frühzeitig zu erfassen, wozu sich z.B. die Fahrgestellausdrehung als gemes¬ sene Grosse eignet.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Führungs- system zu schaffen, welches umfasst:
ein Schienenfahreug mit in Querrichtung neigbar gelager¬ tem Lastboden und mit einer Neigungsstelleinrichtung, die auf den Lastboden wirkt, sowie einer Stellersteue¬ rung, die die Lastbodenneigung so stellt, dass störende Querbeschleunigungseinflüsse reduziert werden,
und bei dem die obgenannten Nachteile behoben werden sollen.
Dies wird bei Ausbildung des genannten Führun sSystems nach dem Wortlaut von Anspruch 1 erreicht bzw. durch das Verfahren nach Anspruch 11.
Bevorzugte Ausführungsvarianten dieses FührungsSystems, wie sie in den Ansprüchen 2 bis 10 spezifiziert sind, sowie des erfindungsge ässen Steuerungsverfahrens nach den Ansprüchen 12 bis 14 werden anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Dabei zeigen: Fig. 1 in Form eines vereinfachten Signalfluss/Funktions- blockdiagram es eine erste mögliche Form des erfin- dungsgemässen FuhrungsSystems, welches nach dem er- findungsgemässen Verfahren an einem erfindungsge- mässen Schienenfahrzeug arbeitet;
Fig. 2 in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1 eine bevorzugte Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen FuhrungsSystems;
Fig. 3 anhand eines vereinfachten Funktionsblock/Signal- flussdiagram es eine weitere Realisationsform der Erfindung, bei der der Schienenzug für ein Schie¬ nenfahrzeug selbst als inhärenten Speicher einge¬ setzt wird;
Fig. 4 anhand eines vereinfachten Funktionsblock/Signal- flussdiagrammes eine Weiterentwicklung des erfin- dungsgemässen Systems mit Zusatz eines Redundanz- Systems;
Fig. 5 schematisch eine Implementierung zweier erfindungs- gemässer FuhrungsSysteme als Master und Slave, als bevorzugte Realisationsform redundanter Systeme.
In Fig. 1 ist anhand eines Signalfluss/Funktionsblockdiagram- es das erfindungsgemasse FuhrungsSystem in einer ersten Aus- führungsvariante, arbeitend nach dem erfindungsgemässen Ver¬ fahren, dargestellt.
Mittels eines Positionsdetektors 1 wird die Momentanposition des schematisch bei 3 dargestellten Schienenfahrzeuges auf Schienen 5 ermittelt. A Detektor 1 bzw. der Positionserfas- sungseinrichtung 1 erscheint ausgangsseitig ein die IST-Posi- tion des Fahrzeuges 3 identifizierendes Signal A1(POS). In einer Speichereinrichtung 7 sind, tabellenförmig, einerseits die vom Fahrzeug 3 beispielsweise auf einer bestimmten Fahr¬ strecke von einem zum anderen Ort durchlaufenen Positionen, wie mit a, b, ... dargestellt, abgespeichert, als Ausgabe¬ adressenteil, sowie die unterschiedlichen Geschwindigkeiten vlf v2, ..., vn, welche das Fahrzeug auf der gegebenen Strecke fahren kann, hier ebenfalls als Adressenteil.
Den Positionsadressteilen sowie Geschwindigkeitsadressteilen sind, wie dargestellt, direkt Neigungsstellsignale αs zuge¬ ordnet abgespeichert, mithin Neigungsstellsignale in Funktion der Positionen sowie der möglichen Geschwindigkeiten αs(POS, V) . Die Momentan- bzw. IST-Geschwindigkeit des Fahrzeuges 3 wird mit einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9 er- fasst; ausgangsseitig erscheint ein die Momentangeschwindig¬ keit vIST des Fahrzeuges 3 identifizierendes Signal A9 (v) , welches ebenfalls der Speichereinrichtung 7 zugeführt wird. Dabei wirken die Ausgangssignale der Positionserfassungsein- heit 1 und der Geschwindigkeitserfassungseinheit 9 auf Adres¬ sierungseingänge ADR an der Speichereinheit 7, an welcher nun, getaktet, ausgangsseitig, wie dargestellt am Ausgang A7, abhängig von der Momentanposition und der Momentangeschwin¬ digkeit des Fahrzeuges 3, zugeordnete Neigungsstellsignale αs (POS, v) ausgegeben werden.
Diese Querneigungs-Stellsignale αs werden einer Querneigungs- Stelleranordnung 11 am Fahrzeug 3 oder an einem weiteren Fahrzeug eines Schienenfahrzeugzuges zugeführt, und zwar einem Steuereingang E , welche Stelleinrichtung die Quernei¬ gung α eines eine Last, wie beispielsweise zu befördernde Personen, am Fahrzeug 3 den jeweiligen Erfordernissen ent¬ sprechend verstellt. Wird die IST-Position am einen Fahrzeug, die Querneigung an einem anderen eines Zuges gestellt, so wird der bekannte IST-POS-Unterschied selbstverständlich be¬ rücksichtigt.
Weil für jede Position entlang des Geleisezuges 5 die jewei¬ ligen Kurvenverhältnisse und Geleise-Ueberhöhungsverhältnisse des Trassees bekannt sind, kann für jede solche Position a, b, ... für jede Fahrzeuggeschwindigkeit v der erforderte Querneigungswinkel α des Lastaufnahmebodens 13 vorab bestimmt werden und ist als Stellsignal αs in der Speichereinrichtung 7 abgelegt.
Die Ausnützung dieser Tatsache, nämlich dass die Geleisecha- rakteristika bekannt sind, erlaubt es, gemäss vorliegender Erfindung grundsätzlich in Funktion der Fahrzeuggeschwindig¬ keit, den Querneigungswinkel α verzugslos, und zwar ideal verzugslos, zu stellen. Im Unterschied zur messtechnischen Querbeschleunigungserfassung am Fahrzeug, wie bis anhin be¬ kannt, sind ja auch die zukünftig zu durchfahrenden Geleise- abschnitte bekannt, z.B. an der Speichereinrichtung 7 abge¬ speichert, d.h. die vom Fahrzeug 3 noch nicht durchlaufenen Streckenabschnitte, was die verzugslose NeigungsSteuerung "vorausschauend" erlaubt.
Signaltechnische Zeitverzögerungen, wie beispielsweise durch Federungen zwischen Geleise und Beschleunigungssensoren, die in der Praxis kaum auszuschliessen sind, und Stδreinflüsse auf Querbeschleunigungssensoren am Fahrzeug, wie Querschläge durch Weichen etc., die wohl an messtechnischen Anordnungen registriert und fälschlicherweise zu einer Reaktion des Quer- neigungs-Stellsystems führen könnten, sind beim erfindungsge¬ mässen Vorgehen ausgeschlossen, weil eindeutig den Fahrzeug¬ positionen entlang des Geleisezuges 5 und in Funktion seiner Geschwindigkeit Querneigungs-Stellsignale zugeordnet bzw. er¬ mittelt werden. Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, dass ein Ge¬ leisestreckenmodell ja besteht bzw. erfassbar ist, sei dies gegeben durch den realen Streckenzug selbst oder dessen auf¬ genommene und abgespeicherte charakteristische Daten.
Für die Querneigungsstellung muss das betrachtete Fahrzeug lediglich positionsrichtig auf dem Modell eingelockt werden und seine Momentangeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Die Realisation nach Fig. 1 ist wohl möglich, jedoch äusserst speicheraufwendig, bedenkt man, dass die Momentangeschwindig¬ keit quadratisch in die Querbeschleunigung eingeht und des¬ halb in Kurvenstrecken die Geschwindigkeit fein abgestuft zu berücksichtigen ist. Allerdings kann für gerade Geleise¬ strecken die vorabgespeicherte Datenmenge minimal gehalten werden, indem das Fahrzeug nach Durchlaufen einer Kurve in Freilauf geschaltet werden kann und erst vor der nächsten Kurve wieder auf das Modell eingelockt bzw. damit verriegelt werden muss.
Dem Fachmann eröffnen sich bereits nach dem Gesagten die ver¬ schiedensten Realisationsmöglichkeiten, wovon einige erläu¬ tert seien:
Abgesehen von der Querneigungs-Stelleinrichtung 11 können sämtliche Systemfunktionseinheiten 1, 7 und 9 je nach Konfi¬ guration auf dem Fahrzeug 3 vorgesehen sein oder ausserhalb des Fahrzeuges implementiert sein. Als Positionsdetektor 1 kann, als Beispiel eines nicht fahrzeuggestützten Positions- erfassungssyste s, beispielsweise das bekannte satellitenge¬ stützte GPS-Syste , eingesetzt werden. Bei einer solchen Aus¬ führungsvariante kann die fahrzeugexterne Positionserfas- sungseinrichtung für das Fahrzeug 3 gleichzeitig auch, durch zeitliche Ableitung des Positionssignals, die Geschwindig- keitserfassungseinrichtung 9 bilden.
Die Positionserfassungseinrichtung kann weiter, drahtgebun¬ den, durch ein fahrzeugexternes Positionsüberwachungssystem für das Fahrzeug 3 gebildet sein oder kann durch einen Detek¬ tor am Fahrzeug realisiert sein, welcher in entsprechenden Abständen entlang des Geleisezuges vorgesehene Markierungen registriert, wie beispielsweise zählt.
Als drahtgebundenes System kann z.B. ein bekanntes Linienzug- leiter-System eingesetzt werden. Auch können beispielsweise optisch oder magnetisch vom Fahrzeug aus detektierbare Mar¬ ken, wie sie z.B. für signaltechnische Belange eingesetzt werden, entlang dem Geleise gesetzt werden und dazu verwendet werden, die physikalische IST-Position des Fahrzeuges mit seiner Position auf dem abgespeicherten Geleisemodell zu syn¬ chronisieren bzw. die Position des Fahrzeuges am Modell wie¬ der exakt mit der physikalischen IST-Position des Fahrzeuges zu verriegeln.
Fahrzeuggestützt kann weiter die Positionserfassungseinrich¬ tung 1 beispielsweise durch einen Radumgangszähler gebildet sein und somit eine gefahrene Distanz registrieren, welche durch in-Beziehung-Setzen mit externen Markierungen der er¬ wähnten Art oder mit zugeführten Referenzsignalen an vorgege¬ benen Positionen entlang dem Geleisezug mit der physikali¬ schen IST-Position synchronisiert wird, so dass die gemessene Fahrdistanz die IST-Position des Fahrzeuges angibt, wie er¬ wähnt, kann dabei das Geschwindigkeitssignal bei vorliegendem IST-Positionssignal durch dessen zeitliche Ableitung gebildet werden.
Ein mit Blick auf Fig. 1 reduzierter Speicheraufwand ergibt sich bei einer bevorzugten Realisationsform des erfindungsge- ässen Führungssystems, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitet und in Fig. 2 dargestellt ist.
Die bereits anhand des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 be¬ schriebenen Funktionsblöcke und -Signale sind in Fig. 2 mit den gleichen Positionszeichen versehen.
Das Ausgangssignal A-^.POS) der Positionserfassungseinheit 1 wirkt wiederum auf den Adressierungseingang EADR einer Spei¬ chereinrichtung 27, worin zu vorgegebenen Positionen entlang des Geleisezuges 5, entsprechend a, b, ..., Geleisecharakte- ristika abgespeichert sind, insbesondere, vorzeichenrichtig, Krümmungsradien r von Kurven und, ebenso vorzeichenrichtig, dort vorherrschende Geleiseüberhöhungen αG. Die durch das Ausgangssignal der Positionserfassungseinheit 1 abgerufenen momentanen Geleisecharakteristika werden ausgangs der Spei¬ chereinrichtung 27, entsprechend dem Signal" A27 (r, αG) , einer Recheneinrichtung 29 zugeführt, ebenso wie das der Momentan- geschwindigkeit des Fahrzeuges 3 entsprechende Ausgangssignal A9 (v) der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9. Anhand be¬ kannter, die physikalischen Gesetze wiedergebender Rechen¬ algorithmen werden in der Recheneinrichtung 29, anhand der momentan vorherrschenden Geleisecharakteristika sowie der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, Querneigungs-Stellsignale αs(POS, v) dem Steuereingang E1:L der Querneigungs-Stellein¬ richtung 11 am Fahrzeug 3 zugeführt.
Selbstverständlich können auch hier die jeweils notwendigen Stellsignale, wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert wurde, "vorausschauend" unter Berücksichtigung noch nicht erreichter Positionen bzw. der dort vorherrschenden Geleisecharakteri¬ stika berechnet werden, wenn man berücksichtigt, dass die Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges bei genügend engen Abständen zwischen den Positionen a, b etc. als gleichblei- bend oder durch Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsextrapola¬ tion berechnet eingesetzt werden können. Hierzu wird dem Momentan-Positionssignal ein konstanter oder z.B. je nach Kurvenverhältnissen variierender Offset Δpos überlagert.
So kann z.B. an einem Mehrwagenzug gegebener Länge die Quer- neigung im vordersten agen nach Massgabe seiner erfassten IST-Position gestellt werden, an den nachfolgenden Wagen, ausgehend von der erfassten IST-Position am vordersten Wagen und unter Berücksichtigung der Längsabstände, vom vordersten Wagen zum betrachteten nachfolgenden. Selbstverständlich kann auch von der erfassten IST-Position des hintersten oder eines beliebig dazwischen gelegenen Wagens ausgegangen werden und in der Wagenkomposition nach vorwärts bzw. rückwärts, die je¬ weiligen Abstände berücksichtigend, die Neigung der Wagen¬ lastboden gestellt werden.
Bezüglich der Betrachtungen, welche Funktionen fahrzeuggebun¬ den und welche extern vorgenommen werden können, sowie bezüg¬ lich verschiedener Möglichkeiten der Realisation von Posi- tionserfassungseinrichtungen und Geschwindigkeitserfassungs- einrichtungen gilt das zu Fig. 1 Ausgeführte auch bezüglich der Realisation von Fig. 2.
Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 sind in der Speicher¬ einrichtung 27 ausschliesslich Geleisecharakteristika in Funktion der Position auf dem Geleisezug abgespeichert.
Ohne das Funktionsbild von Fig. 2 grundsätzlich zu verlassen, besteht nun eine weitere Realisationsmöglichkeit darin, den Geleisezug selbst als Speichereinrichtung auszunützen, woran bzw. worin die Geleisecharakteristika inhärent abgespeichert sind. Bei Erkennen dieses Sachverhaltes eröffnet sich nun die Möglichkeit, mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, beispielswei- se einer Videokamera oder einem Nachtsichtgerät, z.B. front¬ seitig des Fahrzeuges das vor dem Fahrzeug liegende Geleise optisch zu erfassen und aus den unschwer am Bild zu diskrimi¬ nierenden Geleisezügen durch Bildauswertung die vor dem Fahr¬ zeug liegenden Geleisecharakteristika zu ermitteln. Weil in einem solchen Fall, wo das Fahrzeug selbst seine Momentan- Position ja innehat und die Geleisecharakteristika in der Mo¬ mentanposition des Fahrzeuges ermittelt werden, erübrigt sich das Vorsehen einer Positionserfassungseinrichtung. Die Erfas¬ sung der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges erfolgt ent¬ weder in einer der beschriebenen Weisen, wie durch Ermittlung der Radumdrehungsgeschwindigkeit, oder ebenfalls durch schnelle Auswertung der mit einer solchen Bildaufnahmeein¬ richtung ermittelten Bildabfolge.
Dieses Vorgehen ist schematisch an einer weiteren Ausfüh¬ rungsvariante des erfindungsgemässen Führungssystems in Fig. 3 dargestellt, wiederum sind für gleiche Funktionsblöcke, Si¬ gnale und Systemteile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 zur Erleichterung der Analogieerkenntnis einge¬ setzt.
Das hier in Aufsicht schematisch dargestellte Fahrzeug 3 trägt frontseitig bezüglich seiner Fahrtrichtung f einen optoelektronischen Wandler 31. Während der Fahrt nimmt er das Bild des vor ihm liegenden Geleisezuges 5 auf, welcher gleichzeitig als inhärenter Geleisecharakteristika-Speicher 27 ausgenützt wird. Das mit dem optoelektronischen Wandler 31 ermittelte Bild wird an einer Bildauswerteeinheit 33 verar¬ beitet, daran insbesondere die Abfolge der Geleisebilder dis¬ kriminiert und daraus Geleisecharakteristika GC, wie die er¬ wähnten Radien und Geleiseüberhöhung, ausgegeben. Die Momen¬ tangeschwindigkeit wird entweder, wie bereits beschrieben wurde, fahrzeuggebunden oder von ausserhalb des Fahrzeuges erfasst oder aber, wie in Fig. 3 dargestellt, anhand der Bildabfolge des optoelektronischen Wandlers 31 ermittelt.
Somit bildet in diesem Falle der optoelektronische Wandler 31 gleichzeitig Positionsdetektor 1 und Momentangeschwindig- keitsdetektor 9, wie die in Klammern gesetzten Bezugszeichen andeuten.
Ausgangsseitig der Bildverarbeitungseinheit 33 wird, mit den Geleisecharakteristika GC und der Momentangeschwindigkeit v, an einer Speichereinrichtung 37 das dem Signalpaar GC/v ent¬ sprechende Stellsignal αs(GC, v) ausgegeben und wiederum dem Steuereingang E11 des Querneigungs-Stellgliedes 11 zugeführt. Vorzugsweise wird aber auch hier aus den Geleisecharakteri¬ stika und der Momentangeschwindigkeit das Stellsignal an ei¬ ner Recheneinheit anstelle der Speichereinrichtung 37 ermit¬ telt.
Die charakteristischen Geleisedaten, wie Kurvenradius und Ge¬ leiseüberhöhung, werden vorzugsweise im Sinne eines "teach- in" dadurch ermittelt, dass nicht unbedingt diese Grossen selbst, aber davon direkt abhängige, wie Querbeschleunigung und deren Richtung, während einer teach-in-Fahrt des Fahr¬ zeuges 3 mit bekannten Messeinrichtungen, wie Kreisel, Pen¬ del, Neigungssensoren etc., erfasst und z.B. im Speicher 27 von Fig. 2 abgelegt werden. Wird die jeweilige teach-in- Fahrtgeschwindigkeit als Normierungsgrösse eingesetzt, lassen sich die so ermittelten Daten zusammen mit einer jeweils auf die teach-in-Geschwindigkeit normierten IST-Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9, wie in Fig. 2 dargestellt, verwerten.
Es wird weiter vorgeschlagen, wie auch immer das erfindungs¬ gem sse Führungssystem realisiert wird, dem erfindungsge äs- sen Führungssystem mindestens ein zweites Fuhrungssystem par¬ allelzuschalten, um einerseits eine Redundanzüberprüfung der von beiden Systemen gelieferten Stellsignale für die Quernei¬ gungs-Stelleinrichtung vornehmen zu können und um bei Abwei¬ chungen der Stellsignale αs, die ein vorgegebenes Mass über¬ schreiten, am Fahrzeug adäquate Vorkehrungen einzuleiten, so z.B. die Querneigungsführung dem zweiten FuhrungsSystem zu überbinden, falls letzteres z.B. störungssicherer ist. Dass nämlich ein als redundantes Führungssystem vorgesehenes, z.B. an sich bekanntes messendes FuhrungsSystem die Querneigungs- Steuerung weniger effizient den momentanen Erfordernissen entsprechend vornimmt, stört dann nicht, weil dieser Fall nur als Behelfsbetriebsfall eintritt.
In Fig. 4 ist anhand eines Funktionsblockdiagrammes eine Re¬ dundanzführung erwähnter Art schematisch dargestellt.
In Fig. 4 ist schematisch im Block 41 das wie auch immer er- findungsgemäss realisierte FuhrungsSystem bis zur Ausgabe des Querneigungs-Stellsignales αs, hier als αSE bezeichnet, dar¬ gestellt. Als charakteristischer Block umfasst das erfin- dungsgemässe Fuhrungssystem 41 einen Speicher der anhand von Fig. 1 bis 3 dargestellten Art 7, 27, 5.
Ein weiteres, gegebenenfalls vom erfindungsgemässen abwei¬ chendes Fuhrungssystem ist schematisch mit Block 43 darge¬ stellt und beruht vorzugsweise auf der messtechnischen Erfas¬ sung einer mit der Querbeschleunigung ag zusammenhängenden Grosse, wie schematisch mit dem Kreisel im Block 43 darge¬ stellt. Auch dieses Führungssystem liefert, in der diesem Sy¬ stem eigenen Art, ein Stellsignal αSm. Beide Stellsignale αs oder diese eindeutig bestimmende andere Signale werden an ei¬ ner Vergleichseinheit 45 daraufhin miteinander verglichen, ob sie nicht mehr als ein an einer Vorgabeeinheit 47 vorgebbares Maximal ass Δmax voneinander abweichen. Es kann nun dann, wenn die beiden redundanten Signale αSE, αSm mehr als das vorgegebene Mass voneinander abweichen, das Fahrzeug 3 z.B. mit dem sichereren der beiden FuhrungsSysteme 41, 43 geführt werden, auch wenn das sicherere System im Sinne der' Eingangs- bemerkungen steuerungstechnisch weniger präzise ist.
Wenn das System 43 esstechnisch die Querbeschleunigungsver- hältnisse am Fahrzeug erfasst, wird in diesem Falle ein sol¬ ches System 43, auch wenn steuerungstechnisch weit weniger präzise, als "Behelfssystem" zur Querneigungssteuerung bzw. - führung am Fahrzeug 3 eingesetzt. Die Vergleichseinheit 45 schaltet den Eingang E11 des Querneigungs-Stellgliedes 11 gemäss den Fig. 1 bis 3 auf das auf dem Querbeschleunigungs- messen basierende, beispielsweise bereits bekannte Behelfs- system 43 um. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 4 bei 49 darge¬ stellt, diese Situation z.B. angezeigt.
Durch Vorsehen des im genannten Sinne als Behelfssystem wir¬ kenden, die Querbeschleunigung bzw. die diese definierende Grossen messenden Systems 43 müssen zwangsläufig am Fahrzeug Sensoren zur Querbeschleunigungserfassung vorgesehen sein, welche in einer teach-in-Phase für das erfindungsgemasse Sy¬ stem 41 eingesetzt werden können, indem, wie vorgängig be¬ schrieben wurde, mit dem Fahrzeug eine Strecke abgefahren wird und die messtechnisch erfassten Geleisecharakteristika in eine Speichereinrichtung geladen werden.
In Fig. 5 ist eine Zugkomposition, beispielsweise mit Trieb¬ wagen 1 und 5, dargestellt, konstelliert für Fahrt in Rich¬ tung v. Soweit benötigt, weist jedes Fahrzeug 1 bis 5 eine Stellereinheit 11 auf zur Lastboden-Querneigungsstellung, wie dies beschrieben wurde. Am bezüglich der Fahrrichtung gemäss v vordersten Wagen, dem Triebwagen 1, ist ein erfindungsge- mässes Führungssystem 43M vorgesehen sowie ein z.B. auf Quer- beschleunigungsmessung beruhendes System 41M, wie bereits an¬ hand von Fig. 4 beschrieben wurde.
Für Fahrtrichtungsumkehr ist am Triebwagen 5, völlig symme¬ trisch, ein erfindungsgemässes Führungssystem 43s und ein auf Querbeschleunigungsmessung beruhendes System 41s, wie dies bereits anhand von Fig. 4 erläutert wurde, vorgesehen. In der eingezeichneten Fahrtrichtung wirken die Systeme am Triebwa¬ gen 1 als Mastersystem (M) , diejenigen am Wagen 5 als Slave- syste (S) .
An einer solchen bevorzugten Konstellation wird die Quernei- gungsfύhrung wie folgt den vorgesehenen Systemen zugeordnet:
Das erfindungsgem sse Mastersystem 43M liefert die Stellsi¬ gnale α für alle mit Querneigungssteuerung der beschriebenen Art ausgerüsteten Wagen 1 bis 5. Das Mastergesamtsystem am Wagen 1 überwacht sich selbst, beispielsweise, indem die mo¬ mentane Stellgrösse für den Lastboden an einem der Wagen, ausgegeben vom erfindungsgemässen System 43M, mit demjenigen des Systems 41M verglichen wird. Weichen diese Stellsignale so voneinander ab, dass dies nicht mehr plausibel ist, so wird die Steuerung der Las boden-Querneigungen aller wagen 1 bis 5 dem erfindungsgemässen Slavesystem 43s übertragen, wie dies schematisch in Fig. 5 durch die Umschalteinheit 60 dar¬ gestellt ist.
Auch am Slavegesamtsystem im hintersten wagen 5 wird, bei¬ spielsweise durch Vergleich der Stellsignale des erfindungs¬ gemässen Systems 43s und des auf Messung beruhenden 41s, Plausibilität überwacht. Falls eine nicht mehr plausible Ab¬ weichung dieser Stellsignale erfasst wird, wird wiederum ge¬ schlossen, dass das erfindungsgemasse System 43s fehlerhaft ist, worauf das auf Messung beruhende System 41M behelfsmäs- sig die Querneigungssteuerungen übernimmt. Ist auch dieses System fehlerbehaftet, was beispielsweise durch Vergleich von Fahrgestellausdrehung und Querneigungs-Stellsignal detektiert werden kann, oder falls eines oder mehrere der Querneigungs- Stellglieder 11 defekt ist, so wird auf Notbetrieb geschaltet und der Zug mit Regelgeschwindigkeit betrieben.
Bei Umkehr der Fahrrichtung übernehmen selbstverständlich die Systeme im Wagen 5 die Masterfunktion, die Systeme im Wagen 1 die Slavefunktion.
Auch wenn im Zusammenhang mit der Beschreibung einfacher Rea¬ lisationsformen des erfindungsgemässen FuhrungsSystems je¬ weils die Querneigungssteuerung in Funktion von Momentanposi¬ tion und Momentangeschwindigkeit beschrieben worden sind, ist es ohne weiteres ersichtlich, dass, weil mindestens teilweise auch steuerwirksame Informationen bezüglich eines in unmit¬ telbarer Zukunft zu durchfahrenden Geleiseabschnittes be¬ kannt, d.h. abgespeichert sind, die momentane Querneigungs- führung wie erwähnt unter "Vorausschau" auf unmittelbar fol¬ gende Zustände erfolgen kann, womit eine optimale sanfte Querneigungsführung erzielbar ist. Probleme bezüglich zeit- verzögerlicher Signalübertragung, wie sie bei vorbekannten Systemen auftreten, bedingt durch Federübertragungen, Sensor- trägheiten etc., fallen beim erfindungsgemässen Vorgehen weg.

Claims

Patentansprüche:
1. Fuhrungssystem, umfassend
mindestens ein Schienenfahrzeug (3) mit in Querrichtung schwenkbar gelagertem Lastboden (13) und einer Stellein¬ richtung (11) für die Lastboden-Querneigungsstellung,
eine Stellersteuerung, die in Funktion der Beschleuni¬ gung, die auf eine Last wirkt, auf die Stelleinrichtung so wirkt, dass der Winkel zwischen Lastbodensenkrechter und Beschleunigungsrichtung verringert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen sind
eine Positionserfassungseinrichtung (1, 31) für die Schienenfahrzeug-IST-Position (POS) ,
eine IST-Geschwindigkeitser ittlungseinrichtung (9, 31),
eine Speichereinrichtung (7, 5, 27),
wobei der Ausgang der Positionserfassungseinrichtung (1, 31) auf einen Ausgabewahleingang der Speichereinrichtung (7, 27, 5) wirkt, deren Ausgang mit demjenigen der Geschwindigkeits- er ittlungseinrichtung (9, 31) auf die Stelleinrichtung (11) für die Lastboden-Querneigung (α) wirkt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung eine Synchronisationseinrich¬ tung zur Synchronisation der erfassten Fahrzeugposition mit der physikalischen IST-Position des Fahrzeuges umfasst.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die IST-Geschwindigkeitser ittlungseinrichtung (9) auf einen Ausgabewahleingang der Speichereinrichtung (7) wirkt und über die Speichereinrichtung (7) auf die Stellein¬ richtung (11) .
4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgang (A27) der Speichereinrichtung (27) eine Re¬ cheneinheit (29) nachgeschaltet ist, deren Ausgang auf die Stelleinrichtung (11) wirkt, und dass die Geschwindigkeits- erπύttlungseinrichtung (9) über die Recheneinheit (29) auf die Stelleinrichtung (11) wirkt.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung durch das Geleise (5) selbst gebildet ist, am Schienenfahrzeug (3) eine Geleisebild-Erfassungs- und -Auswerteeinrichtung (31) vorgesehen ist zum Bestimmen der geleiseinhärenten Geleisedaten, wobei das Fahrzeug (3) selbst die Positionserfassungseinrichtung bildet.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass am Fahrzeug (3) gelagert sind:
die Positionserfassungseinrichtung (1, 31) und/oder
die Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (9, 31) und/oder
die Speichereinrichtung (7, 27),
und dass Verbindungen zwischen fahrzeuggestützten Einrichtun¬ gen und nichtfahrzeuggestützten drahtlos und/oder über eine Da enleiteranordnung erstellt sind.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass am Schienenfahrzeug (3) mindestens eine mess- technische Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (43) vorgesehen ist, deren Ausgang auf die Stelleinrichtung wirkt.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stelleinrichtung (11) eine Vergleichseinrichtung (45) vorge¬ schaltet ist, eingangsseitig mit dem Ausgang der Speicherein¬ richtung (7, 27, 5) und demjenigen der messtechnischen Quer¬ beschleunigungs-Erfassungseinrichtung (43) verbunden ist und dass der Ausgang der Vergleichseinrichtung (45) entweder den Ausgang der Speichereinrichtung oder den Ausgang der mess- technischen Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung auf die Stelleinrichtung (11) wirksam schaltet.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass an einem Schienenfahrzeugwagen mindestens die Positionserfassungseinrichtung vorgesehen ist und die Stell¬ einrichtung auf mindestens einem weiteren, damit gekoppelten Wagen, wobei als Wagen generell ein Teil einer Schienenfahr¬ zeug-Komposition verstanden sei.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass an einer Fahrzeugkomposition zwei der Wagen als die Schienenfahrzeuge ausgebildet sind, je mindestens mit einer Positionserfassungseinrichtung, und dass je nach Fahr¬ richtung das eine Fahrzeug als Masterfahrzeug, das andere als Slavefahrzeug wirkt, wobei die QuerneigungsSteuerung minde¬ stens bei Ausfall der Positionserfassungseinrichtung am Masterfahrzeug auf Abhängigkeit von der Positionserfassungs¬ einrichtung am Slavefahrzeug umgeschaltet wird.
11. Verfahren zur Steuerung der Querneigung des Lastaufnah¬ mebodens (13) eines Schienenfahrzeuges (3) , welcher, getrie¬ ben, in seiner Querneigung (α) verstellbar ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass man aus dem vorbekannten Verlauf des Ge¬ leises (5) sowie der Momen.tanposition des Fahrzeuges und sei¬ ner Momentangeschwindigkeit die Querneigung des Lastaufnahme- bodens bestimmt und einstellt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Modell des Geleiseverlaufes abspeichert und in Funk¬ tion der Momentanposition des Fahrzeuges die momentan und ge¬ gebenenfalls in naher Zukunft querneigungsrelevanten Daten aus dem Geleisemodell abgerufen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich¬ net, dass man querneigungsrelevante Daten des Geleises durch Abfahren misst, abspeichert und nachmals für die Quernei- gungsbestimmung und -Verstellung einsetzt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man an einem Schienenfahrzeugzug das Verfahren unabhängig zweimal durchführt, die Querneigungs- Steuerung nach dem einen Verfahren realisiert, das Quernei- gungs-Stellsignal dabei auf Plausibilität überprüft und bei Nicht-Plausibilität die Querneigungssteuerung dem zweiten Verfahren übergibt.
15. Schienenfahrzeug mit einem Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder mit einer Lastboden-Querneigungs¬ steuerung, nach dem Verfahren der Ansprüche 11 bis 14 arbei¬ tend.
16. Schienenfahrzeug mit zwei unabhängig voneinander als Master und Slave betriebenen Fuhrun sSystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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