侧风稳定方法和相关的轨道交通工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道交通工具的侧风稳定性，特别涉及例如城际轨道交通工具的高速轨道交通工具和/或例如双层轨道交通工具的承受高侧风负荷的交通工具的侧风稳定性。
【背景技术】
[0002]轨道交通工具的侧风稳定性受交通工具主体的形状、交通工具主体和驱动装置架(running gear frame)的惯性的影响，并且受交通工具悬挂系统影响。轨道交通工具设置有被动悬挂系统，并且暴露于与交通工具主体的摇摆运动起反应的侧风。交通工具主体的横摆运动特别是在阵风的影响下也可以被观测到。交通工具响应于侧风的测量结果显示:特别是二系悬挂(secondary suspens1n)的横向刚度和较少程度上的侧倾刚度影响在负荷作用下的交通工具的稳定性。然而，空气动力学负荷的强度经常高到使得证明没有可能使被动悬挂系统充分适应侧风而不妥协或甚至恶化乘坐舒适度。
[0003]轨道交通工具现今越来越多地装配有用于乘坐舒适目的的主动悬挂系统。当这样的交通工具暴露于高侧风负荷时，主动二系悬挂可以稍微减少侧风在交通工具上的影响。然而，空气动力学负荷在交通工具上的强度和突发性是经常的，使得主动二系悬挂的响应是不充分的或不适当的。
[0004]因此，存在对侧风在轨道交通工具上的更具体响应的需要。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供了用于稳定轨道交通工具的方法，轨道交通工具包括放置在两个纵向隔开的驱动装置上的交通工具主体，驱动装置中的每个驱动装置包括驱动装置架、在驱动装置架和一组轮子之间的一系悬挂、和包括在驱动装置架和交通工具主体之间的一个或多个横向致动器的二系悬挂，该方法包括:
[0006]-处理来自直接或间接地测量轮子卸荷状况(wheelunloading condit1n)的传感器的信号以检测侧风和迎风侧；和
[0007]-控制驱动装置中的至少一个驱动装置或两个驱动装置的一个或多个横向致动器中的至少一个横向致动器以根据侧风稳定性定向控制策略，响应于检测到的侧风而朝向迎风侧移动交通工具主体。
[0008]传递到交通工具主体的侧向移动减少了在迎风侧上的轮子卸荷，轮子卸荷使倾覆风险减到最小并且增加了交通工具的稳定性。提出的方法可以利用现有的主动悬挂系统或使用专用的致动器，特别是一个或多个专用的横向致动器，在缺少侧风时不使用专用的横向致动器。
[0009]轮子卸荷可以估计为实际垂直轮轨作用力(wheel-rail force)Q与水平导轨上的相应的静态作用力Qtl的归一化的偏差(Q-Qtl)/U。然而，直接地测量轮轨作用力需要测力轮组(instrumented wheelset),测力轮组在日常操作中是昂贵的和不切实际的。因此,传感器优选地测量一系悬挂的垂直偏转和/或作用力。具体地，直接测量一系悬挂的垂直偏转证明是特别容易和适当的。
[0010]虽然轮子卸荷可以在单个轮子上进行测量或估计，但是优选地是，计算关于每个驱动装置或轨道交通工具的两个驱动装置的左侧负荷值和右侧负荷值。
[0011]信号处理还可以包括将左侧负荷值和右侧负荷值中的至少一个与卸荷阈值进行比较以决定侧风的发生。卸荷阈值优选地由于来自在静态情况下(即，静止在水平导轨上或以恒定速度处于直的水平导轨上)的传感器的信号的先前处理而确定。
[0012]优选地，信号处理还包括将左侧负荷值与右侧负荷值进行比较以确定迎风方向。
[0013]信号优选地用低通滤波器进行滤波，优选地，低通滤波器是优选地具有0.1Hz和4Hz之间的截止频率的一阶低通滤波器，以避免在响应时不必要的时间延迟。
[0014]侧风稳定性定向控制策略优选地包括在检测到侧风时，用预定的侧风稳定性定向常数设定值控制横向致动器中的至少一个横向致动器。该策略特别简单地实施。预定的常数侧风稳定性定向设定值可以是用横向致动器可实现的最大作用力或偏转值。
[0015]可选地，如果横向致动器是足够大功率的，它可以用一组作用力值或偏转值进行控制，偏转值是预定的侧风稳定性定向常数平均值和叠加的动态值的总和。特别地，叠加的动态值可以根据已知的舒适度定向控制策略进行确定。动态值不应当干扰常数平均值并且因此应当在给定的分裂频率(split frequency)下没有频率分量。如果已知的舒适度定向控制策略产生低频信号，则可能有必要处理根据舒适度定向控制策略通过具有处于分裂频率的截止频率的高通滤波器计算的设定值，分裂频率优选地多于0.1Hz并且小于3Hz。
[0016]如果驱动装置中的一个驱动装置设置有一个以上的横向致动器，则横向致动器中的一个横向致动器可以专用于侧风稳定性定向控制策略，而如果有必要，另一个横向致动器可以在通过高通滤波器处理之后根据舒适度定向控制策略进行控制，以便不干扰第一致动器。
[0017]二系悬挂可以设置有左垂直致动器和右垂直致动器。在这样的情况下，侧风稳定性定向控制策略可以包括控制二系悬挂的至少一个垂直致动器以响应于检测到的侧风而朝向迎风侧倾斜交通工具主体。特别地，该方法可以包括在交通工具的背风侧上提升交通工具主体，并且在交通工具的迎风侧上降低交通工具主体。
[0018]垂直致动器中的至少一个垂直致动器可以在检测到侧风时用预定的常数设定值进行控制。该预定的常数设定值可以是垂直致动器的最大作用力或偏转值。
[0019]垂直致动器中的至少一个垂直致动器、并且优选地是全部的垂直致动器可以用设定作用力或偏转值进行控制，偏转值是预定的常数平均值和叠加的动态值的总和。特别地，叠加的动态值可以根据已知的舒适度定向控制策略来确定。如上关于横向致动器所讨论的，用于控制垂直致动器的动态值不应当干扰常数平均值并且因此应当在给定的分裂频率下不具有频率分量。如果已知的舒适度定向控制策略产生低频信号，则可能有必要处理根据舒适度定向控制策略通过具有处于分裂频率的截止频率的高通滤波器计算的设定值，分裂频率优选地多于0.1Hz并且小于3Hz。
[0020]优选地，该方法包括在检测侧风的过渡阶段中逐渐采用侧风稳定性定向控制策略并且同时逐渐停止舒适度定向控制策略。过渡阶段应当足够短以对侧风迅速做出反应，但是还确保在两种控制方法之间的相对平稳的过渡。
[0021]该方法优选地还包括处理来自测量一系悬挂的垂直偏转和/或作用力的传感器的信号以检测侧风的结束。特别地，该方法可以包括将左侧负荷值和右侧负荷值中的至少一个与结束卸荷阈值(end-of-unloading threshold)进行比较以检测侧风的结束。结束卸荷阈值可以等于卸荷阈值。该方法优选地还包括在结束侧风过渡阶段中逐渐停止侧风稳定性定向控制策略并且同时逐渐采用舒适度定向控制策略。因为返回舒适度定向控制策略不涉及安全，故该过渡阶段可以长于先前的检测侧风的过渡阶段。
[0022]该方法还包括结合定位系统和来自传感器的信号来处理存储的数据，以提高将侧风与导轨布置(即，曲线过渡)进行区分的能力。
[0023]如果轨道交通工具是例如多个单元或火车的一组轨道交通工具的一部分，则该方法可以包括结合来自传感器的信号处理来自该组轨道交通工具中的另一个轨道交通工具的数据以检测侧风。
[0024]根据本发明的另一个方面，提供了控制轨道交通工具的方法，轨道交通工具包括放置在两个纵向隔开的驱动装置上的交通工具主体，驱动装置中的每个驱动装置包括驱动装置架、在驱动装置架和一组轮子之间的一系悬挂、和包括在驱动装置架和交通工具主体之间的一个或多个横向致动器的二系悬挂，该方法的特征在于，其包括:
[0025]-处理来自直接或间接地测量轮子卸荷状况的传感器的