用于在铁路轨道上被引导的车辆的轮组件的制作方法

本发明针对一种由权利要求限定的可转向轮组件和包括此可转向轮组件的在铁路轨道上被引导的车辆。

背景技术：

诸如火车或有轨电车的有轨车辆通常呈现出与轨道没有最佳对准的轮，导致轨道和轮辋之间的摩擦力较高。特别是在半径较小的曲线中，这种接触会导致轮廓磨损和噪音污染增加。在低地板车辆的情况下，这种效果更加明显：低地板车辆特征是每辆车具有较小和较少的轮，以通过具有连续的低地板结构来增加乘客舒适性和车辆的内部空间。然而，这进一步导致每个轮的负载增加以及轮材料的更明显的疲劳，从而引起较小的裂缝或甚至较大的材料破裂。

已知若干种解决方案来减少轨道和轮的磨损。在20世纪90年代，已经开发出能够使轮弯曲转向的系统。然而，结果表明，这些解决方案通常在直线轨道区段中遭受不期望的副作用，使得轮在轮辋在轨道上的情况下单侧粘附，导致直线轨道区段中的增强的磨损和噪音。因此，几年后，这些构想中的大多数被废弃，并且再次追求与轮噪音吸收器和先进工业润滑剂相结合的常规构想。

该主题的一个实例是由siemensag在1994年3月24日公开的文献de4231346，其涉及具有至少一个电感传感器布置和计算单元的导轨路线测量装置。用于每个单独轮的传感器布置检测对应于导轨位置变化的电感变化。传感器布置可在相关联的轮的前面和后面包含至少一个传感器，并且结合固定在可旋转地悬置的伸缩摆(telescope-pendulum)上的磁性载体。因此，磁传感器可在水平面内移动并沿轨道的方向。

由josefstaltmeir于2016年1月16日公布de102013001973涉及高速列车的概念，其中导向装置具有传感器，即用于提供关于驱动模块和铁路上的头部转向架的操作行为的测量信号的距离传感器。传感器布置在轮的凸缘内，并检测轮凸缘和轨头之间的横向距离。将距离的值与转向架到轨道中部的中部偏差值进行比较并传递给控制器。控制牵引马达以优化行为，并向后引导转向架进入中心位置。传感器设计为惯性传感器、信号发射器或脱轨探测器。

由universityofpaderborn于2010年10月23日公布的us2010294163a涉及一种轨道车辆，其包括设有单独轮的底盘，单独轮分别以这种方式安装在轮轴载体上，使得它们能够在水平方向上围绕垂直转向轴线枢转。轨道车辆还包括与每个轮相关联的转向致动器，用于调整围绕垂直转向轴线的预定转向角。另外，轮轴的轮以这种方式安装，使得其可在垂直方向上围绕水平外倾轴线枢转，并且可借助于外倾致动器在其上作用，以便调整预定的外倾角。

技术实现要素：

为了解决上述问题中的至少一个，在铁路轨道上被引导的车辆包括底盘和与底盘互连的根据本发明的至少一个轮组件。底盘包括具有第一端和第二端的横向构件。第一毂通过围绕以竖直方式布置的第一转向轴线回转的第一转向接头互连到横向构件的第一端。在横向构件的第二端处，第二毂通过第二转向接头互连，该第二转向接头包括接头轴和接头套管。转向接头允许围绕以竖直方式布置的第二转向轴线的回转运动。

转向接头一般包括接头轴和接头套管。转向轴线同心地定向在接头轴内，轮可围绕该接头轴转向。接头轴以基本垂直的方式延伸穿过横向构件的区段，并且穿入毂的指定凹部，将毂和横向构件互连。优选地，横向构件布置在轮的旋转轴线下方，并且接头轴在毂的下侧与毂相互连接，因为低横向构件对于低地板电车是有利的。

第一轮绕第一旋转轴线可旋转地附接到第一毂。第二轮绕第二旋转轴线可旋转地附接到第二毂。第一轮和第二轮各自包括滚动表面，该滚动表面在操作期间通过支承区域与铁路轨道的导轨相互作用。支承区域的确切形状尤其取决于轮的运行表面的表面形状以及轨道和轮的磨损以及单独的表面压力。在优选的变型中，每个转向轴线与相关支承区域的中心之间的中心距离在0.1m的最大距离内。

此外，第一传感器确定第一传感器(自身)相对于轨道的横向位置。第一传感器通过第一传感器安装件附接到第一毂。第一传感器优选相对于行进方向(x方向)布置在第一轮的支承区域前方，在水平方向上相对于相应支承区域的中心间隔开距离a1。可存在传感器调整装置，通过该传感器调整装置可关于在导轨上方的高度(z方向)和到导轨的横向位移(y方向)在其位置上调整传感器。由此，传感器放置在导轨上方约0.04m-0.5m范围内的高度处。

行进方向(x方向)上的位移固定在距离a处。a1的范围可通过将轮直径的一半作为下限来确定，同时由于底盘下方和轮前方的最大可用空间而设定上限。对于本发明的优选变型，对于低流量有轨电车的较小轮，该范围在0.1-1.2m之间。

此外，致动器与第一轮和第二轮中的至少一个互连，以使至少一个互连的轮绕相应的转向轴线旋转转向角。第一传感器通过控制单元互连到致动器，该控制单元根据第一传感器所确定的位置计算至少一个互连轮的校正转向角。

在本发明的变型中，第二传感器通过第二传感器安装件附接到第二毂。至少一个传感器安装件优选地设计为机械刚性且坚固的结构，其防止传感器通过传感器安装件相对于毂的大范围振动或振荡。第二传感器相对于行进方向(x方向)布置在第二轮的支承区域前方，在水平方向上相对于相关支承区域的中心间隔开距离a2。距离a2的范围可与距离a1的范围以相同的方式确定。

在本发明的变型中，轮组件包括第三传感器，该第三传感器互连到第一毂，其中第三传感器互连或直接地附接到第一轮上的第一传感器安装件。然而，传感器安装件也可实现第一传感器和第三传感器的单独传感器安装，传感器安装件也通过刚性结构制成，以抑制传感器相对于毂的振动或振荡。第三传感器相对于行进方向布置在第一轮的支承区域的后部，在水平方向上相对于相关支承区域的中心间隔开距离a3。

在本发明的一个变型中，轮组件包括第四传感器，该第四传感器互连到第二毂并且相对于行进方向布置在第二轮的支承区域的后部，在水平方向上相对于相应支承区域的中心间隔开距离a4。

a1到a4的这些距离会影响整个系统的灵敏度。较大的距离a1,a2导致整个系统的更灵敏的行为，因为轮位置的微小变化导致相应传感器的较强偏转。同时，在半径特别小的曲线的情况下，传感器不会保持在导轨上方的风险变得更大。如果距离a1到a4在0.1-1.2米的范围内，则可实现良好的结果。通过选择距离a1和距离a3、相应地选择a2和a4在可用公差内相等，可实现与方向无关的行为。

第一毂和第二毂可通过转向杆彼此直接互连。这具有的优点在于，可仅使用一个致动器来同时操纵两个轮。转向杆可具有可变长度以在操作期间进行调整。当致动器附接到横向构件并且以横向方向(y方向)布置在轮组件的两个轮之间时，可实现简单但稳健的构造。

在优选实施例中，为了将轮保持在导轨上，至少一个传感器测量其相对于导轨的内引导边缘和/或内侧面的位置。使用导轨的内边缘和/或侧面作为主要引导装置是有利的，因为即使在恶劣条件下它们也是可确定的，例如雪等。然而，在导轨包括作为用于轮凸缘的引导装置的凹槽的情况下，凹槽本身或其细节可用作用于至少一个传感器的引导装置。由此，至少一个传感器确定其相对于凹槽的至少一个上边缘和/或至少一个侧面的位置以使其自身定向。

如果条件需要，在操作期间切换控制引导装置和/或组合不同传感器的信号以确定控制引导装置是可能的。例如，如果在直线轨道或曲线上运行，则可能使用不同的传感器组合及其相关信号。此外，可能同时使用不同的模式，例如，相对长的车辆的情况下，其部分地在直线轨道上并且部分地在弯曲区域中。在直线轨道上，如果(相对于车辆的行驶方向)只有前传感器处于活动状态并且在曲线中前传感器和后传感器都受到控制就足够了。通过控制单元将若干传感器互连，甚至可能的是，在曲线中的每个轮组件仅曲线内部或曲线外部传感器开始活动。即，在轨道困难的情况下，例如通过交叉连接板，在车辆的长度上给轮组件添加轮变得可能。

至少一个传感器可为电感传感器和/或激光传感器和/或电容传感器和/或超声传感器和/或光学传感器，其中至少一个传感器布置成与导轨无接触。此外，在某些条件下，激光边缘传感器已证明是准确地检测到物体边缘的距离的好装置。大体上，这些系统基于由传感器投射、从边缘和/或表面反射并由接收器收集的激光线。通过基础算法从这些信号计算到边缘和/或表面的精确距离。

如果传感器布置在导轨上方0.04-0.5m处，以便在导轨和传感器之间留出一定间隙，则可实现良好的结果。至少一个传感器可由保护装置配备，该保护装置相对于行进方向定位在至少一个传感器的前方。保护装置保护传感器免受环境影响和/或位于铁路上的污染和/或碎片的破坏。为了避免传感器与可能的干扰件的碰撞，保护装置优选具有清除装置，例如铲，其将可能的干扰件引导离导轨并因此引导远离传感器。

在根据本发明的轮组件的变型中，每个轮与制动盘互连，其中制动盘布置在轮外部。此外，驱动马达可优选地布置在轮外部并且通过变速箱互连到轮。由此，制动盘的旋转轴线相对于相应轮的旋转轴线成角度布置。然而，也可能将制动盘布置在轮内部，该制动盘与附接到相应毂的制动钳互连。

控制单元与至少一个传感器、致动器和转向单元互连。控制单元从至少一个互连传感器接收数据。它将从至少一个传感器接收的数据与预定参数进行比较。一旦至少一个传感器的测量值与预定参数偏离某个值，其就触动致动器以反向转向。结果，应该改变至少一个传感器的即将到来的测量值，以便减少与预定参数的偏差。在多个传感器的情况下，对于每个传感器的多个预定参数是可能的。此外，每个预定参数可进一步互连到至少一个其它预定参数和/或可取决于多个传感器。

如果合适的话，可存在第五传感器，其与底盘和控制单元互连。其中，控制单元在第五传感器的测量的量中确定在行驶方向上的轮组件前方的导轨的轨道类型和/或轨道曲率和/或轨道异常。

附加地或补充地，控制单元可互连到位置确定系统，该位置确定系统提供关于轮组件沿轨道的位置的信息，例如，如gps传感器。第五传感器将位置传输到控制单元，其返回到具有导轨信息的存储数据集。以此方式，可检索在行驶方向上的轮组件前方的导轨的轨道类型和/或轨道曲率和/或轨道异常。即将到来的轨道状态的数据可用于预设某些控制策略，如曲线半径或轨道类型的改变。在铁路轨道上被引导的车辆底盘一般包括至少两个如上所述的轮组件。轮的滚动表面可为例如圆锥形或圆柱形或桶形。取决于应用领域，多组轮组件也是可能的，它们通过控制单元彼此联结。通过将轮组件的传感器彼此联结，可实现非常稳固和自稳定的行为。

备选地或另外地，代替一个传感器，可使用传感器阵列代替单个传感器来增强例如准确性。阵列可构造为矩阵(n×m)，其中矩阵的列(m)优选垂直于相应的轮并且行(n)平行于相应的轮布置。在操作期间，阵列的一些传感器可在导轨上方感测其位置，同时其它传感器可在导轨旁边。以此方式，可通过添加多个传感器的信息来确定轮前方的导轨的准确位置。一个不太复杂的系统(如果替代整个矩阵)将是矩阵的对角线用传感器实现，使得宽度(垂直于导轨的方向)和幅度(与轮成直线的方向)的信息仍然是可用的。备选地，行数(n)或列数(m)等于为1的值，以便减小矩阵的维数。如果行数等于1，则剩余的一行放置在轮前方并且位于轨道的(优选内边缘)边缘上方。在曲线中，距离轮最远的传感器将首先失去其在导轨上方的位置，并因此失去关于导轨精确放置位置的信息。然而，对于小半径，远离轮的传感器将具有比位于轮前方的传感器更高的准确性。所有传感器(成曲线基本上位于导轨上方)的信息可由控制单元使用和添加，以计算用于制动器的适当的控制信号/校正转向角。在仅有单列传感器的情况下，准确性取决于轮前方的距离以及列中的传感器之间的距离。

如上所述，在铁路轨道上被引导的车辆的底盘上使用至少一个轮组件，包括以下步骤的方法可应用于使轨道引导车辆的底盘转向：a)测量至少一个传感器相对于中性位置的位移，其中至少一个传感器的中心位于导轨的内引导边缘上方，b)将测量的位移传递到互连到至少一个传感器的控制单元，c)通过控制单元计算校正转向角，其中校正转向角由至少一个传感器的所测量的位移确定，d)将计算的校正转向角传递给与至少一个轮和控制单元互连的至少一个致动器，e)通过至少一个致动器使至少一个互连的轮绕相应的转向轴线回转校正转向角，使得至少一个传感器处于目标位置，其中至少一个互连轮的凸缘具有到导轨的内引导边缘的目标位移。可选择凸缘到导轨的内引导边缘的目标位移。该范围有利地为约0.001m-0.06m。应理解，目标位移不一定必须是固定值。由于曲线中导轨的距离确实取决于曲线的半径变化，因此最佳目标位移(表明轮组件位于导轨之间的中心，其中轮凸缘到相应导轨的距离相同)也可变化。

备选地，第二传感器可互连到轮组件，使得在通过转向杆彼此互连的第一轮和第二轮的前方存在附加的传感器。在此情况下，两个传感器都具有单独的中性位置，测量至中性位置的位移并将其传递给控制单元。控制器有利地通过第一传感器和第二传感器的测量的位移的平均值来计算目标位置。然而，可应用更复杂的计算方法来确定单独传感器的每个目标位移。然而，对于简单的算法，有利的是，传感器到导轨的相应内引导边缘的目标位移是相等的。

如上所述，在一个变型中，第三传感器可附接在第一轮后面，并且第四传感器可附接在第二轮后面。因此，每个传感器单独测量其相对于单独中性位置的位移并将其传递给控制单元。然后，控制单元可进一步使用第一传感器和第二传感器的测量的位移来计算第一传感器和第二传感器的第一目标位置，其中第一传感器和第二传感器的位移的绝对值有利地相等。此外，第一传感器和第三传感器的测量的位移可用于计算第一传感器和第三传感器的第二目标位置，其中第一传感器和第三传感器的位移也有利地相等。另外，第二传感器和第四传感器的测量的位移可用于计算第三目标位置，其中第二传感器和第四传感器的位移有利地相等。根据该信息，控制单元可确定校正转向角，通过该校正转向角，致动器将第一轮和第二轮转向到限定位置，其中在限定位置，第一传感器和第二传感器处于第一目标位置中的一个，并且第一传感器和第三传感器位于第二目标位置中的一个，并且第二传感器和第四传感器位于第三目标位置中的一个。

附图说明

从下面给出的详细描述和附图中将更全面地理解本文描述的发明，这些描述不应视为限制所附权利要求中描述的本发明。

图1以透视图示意性地示出了根据本发明的可转向轮轴的第一变型；

图2示出了图1的细节；

图3以正视图示意性地示出了根据本发明的可转向轮轴的第一变型；

图4示出了图3的细节；

图5示出了源自图4的本发明的变型；

图6示出了图1和3的可转向轮轴的截面；

图7以透视图示意性地示出了根据本发明的具有包括两个可转向轮轴的底盘的第二变型；

图8以侧视图示意性地示出了图6的底盘。

零件清单

1底盘

2轮组件

3导轨

4横向构件

5第一端(横向构件)

6第二端(横向构件)

7第一毂

8第二毂

9第一转向接头

10第二转向接头

11第一转向轴线

12第二转向轴线

13第一轮

14第二轮

15第一旋转轴线

16第二旋转轴线

17轮凸缘

18滚动表面

19支承区域

20传感器

21致动器

22控制单元

23转向杆

24内引导边缘

25侧面

26凹槽

27凹槽的上边缘

28保护装置

29制动盘

30驱动马达

31变速箱

32制动钳

33磁场

34第一传感器安装件

35第二传感器安装件

36弹簧组件

37电磁导轨制动器

38轮轴承

39接头轴

40接头套管

41框架

42轮辐条

43传感器调整装置

具体实施方式

当结合附图阅读时，可更好地理解前述发明内容以及本发明优选变型的以下详细描述。出于说明本发明的目的，目前优选的实施例，其中相似的参考标记在附图的若干视图中表示相似的部分，然而，应理解，本发明不限于所公开的具体方法和手段。

图1示出了根据本发明的轮组件2的第一变型。轮组件2包括第一轮13和第二轮14，每个轮具有轮凸缘17和轮滚动表面18。每个轮13,14围绕旋转轴线15,16转动并且可绕转向轴线11,12回转。两个转向轴线都定向在相应的导轨上方并且在每个轮13,14与相应的导轨3之间的支承点19的区域中。可转向轮13,14进一步互连到横向构件4和转向杆23。通过转向杆23，致动器21可同时使两个轮13,14转向。致动器21附接到横向构件4并且放置在两个轮13,14之间。在每个轮13,14a的前面和后面放置传感器20a-d，其通过传感器安装件34,35附接到轮13,14的毂7,8。因此，如果轮13,14相对于导轨3具有一定角度，则传感器20a-d与轮13,14一起倾斜。传感器20a-d感测其相对于在其下方的导轨3的内引导边缘24和/或侧面的位置，并且因此获得了轮相对于相应导轨3的角的量度。在此情况下，传感器20a-d是电感传感器，然而，其它传感装置(例如，如激光和/或光学传感器)也是可能的。

图2示出了图1的传感器20a的传感器布置的详细视图(细节d)。第一传感器20a互连到第一传感器安装件34，第一传感器安装件34互连到可转向轮13。可通过传感器调整装置43调整第一传感器20a相对于导轨3的高度和横向位移。

图3以正视图示出了轮组件2，同时图4示出了图3的第一传感器安装件34的细节和第一传感器20a的位置。这里，可在中性位置看到第一传感器20a相对于导轨3的精确放置。在调整装置43的帮助下，传感器20a在导轨24的内引导边缘上方的大致中心处定向在优选在0.04m和0.5m之间的高度。示意性地示出了来自电感传感器20a的磁场33到达导轨3。

图5示出了具有凹槽25的导轨3，轮13,14的凸缘17在该凹槽中引导。凹槽25由凹槽26的两个侧面27和两个上边缘形成。在带槽的铁路的情况下，轮组件2通过至少一个传感器20转向，该传感器20测量其相对于凹槽25的位置。因此，传感器可使用凹槽25的上边缘24和/或侧面27作为参考。如果条件需要，有可能切换相关参考和/或组合不同传感器的信号。

图6描绘了第一轮13的截面视图，第一轮13包括轮滚动表面18以及轮凸缘17和围绕第一旋转轴线15转动的轮辐条42。轮13还包括第一毂7，第一毂7不绕第一旋转轴线15转动。因此，轮轴承38放置在第一毂7上。第一毂7还通过第一转向接头9互连到横向构件4，第一转向接头9包括接头轴39和接头套管40，轮可围绕该接头套管40转向。这通过第一转向轴线11进一步指出，第一转向轴线11同心地放置在接头轴39内。接头轴39延伸穿过横向构件4的区段并且穿入第一毂7的指定凹部中。在横向构件4上布置有弹簧组件36。此外，可看到第一传感器安装件34与第一毂7的互连；同时，在该截面视图中无法看到轮13与转向杆23的以使轮围绕第一转向轴线11转向的互连。

图7和图8示出了包括根据本发明的两个轮组件2的底盘1。在每个轮组件2上，弹簧组件36附接在横向构件4上，并且框架41嵌在每个轮组件2的弹簧组件36上。在轮组件2的两个外侧上，布置有变速箱31并互连到轮13,14。驱动马达30以这种方式在第一端与变速箱31互连，使得驱动马达放置在底盘1任一侧的两个变速箱31之间。因此，驱动马达30的旋转轴线和轮13,14的旋转轴线15,16基本上彼此垂直，并且变速箱31是直角变速箱。制动盘29互连到每个驱动马达30的第二端，使得一个导轨3上的两个轮13,14的两个制动盘29紧邻面对彼此。电磁导轨制动器37放置在底盘1的每一侧上(在每个导轨3上)的两个驱动马达30下方，位于两个轮13,14之间。