具有转向致动器的走行部、相关的轨道车辆及控制方法与流程

本发明涉及一种用于轨道车辆的具有独立车轮的走行部(runninggear)。
背景技术：
：用于轨道车辆的走行部包括具有轮对(即与轴共同旋转的附接到公共轴的成对的车轮)的走行部，以及具有独立(即彼此独立旋转)的车轮的走行部。两种类型的走行部都有不同的优点和缺点。具有轮对的走行部会受蛇行振荡(即粘着轨道的方向稳定性所依赖的圆锥运动引起的走行部的摇摆运动)的影响。可以开发出各种策略来抵消这种不期望的振荡，包括转向，如例如在ep1193154a1中所公开的。蛇行振荡取决于以相同角速度旋转的轮对的两个车轮。因此，具有独立车轮的走行部不会受到蛇行振荡的影响。尽管没有蛇行振荡，但是在ep1063143a1中已经提出，借助于与对左右车轮提供动力的独立电机的自适应控制相结合的无源定心机构，抵消设有由一个共同的框架支撑的两个独立的左轮和右轮的动力走行部的横摆振荡。但是，具有独立车轮的走行部会受相对于导轨的另一种不可控的定位的影响，而无源定心系统不会抵消这种不可控的定位：更具体地讲，在某些情况下，在直轨上，当走行部在行走时，在走行部一侧的车轮的凸缘可能会与轨道的头部接触并保持相当长时间的接触，这会导致在走行部左侧和右侧上的车轮产生不期望的差异磨损。技术实现要素：本发明的目的是提供一种用于使设有独立车轮的走行部上的轮缘的差异磨损最小化的装置。根据本发明的第一方面，提供了一种用于轨道车辆的走行部，其包括在走行部的纵向竖直中间平面的相对的第一侧和第二侧上第一和第二独立车轮组件，第一和第二独立车轮组件中的每个独立车轮组件包括独立车轮和轴承组件，该轴承组件用于围绕相对于轴承组件固定的转轴引导独立车轮，其中，在走行部的参考位置中，第一独立车轮组件的转轴和第二独立车轮组件的转轴是同轴的并且垂直于纵向竖直中间平面，其特征在于，走行部还包括：一个或多个转向致动器，用于使两个独立的第一和第二车轮组件中的至少一个的轴承组件在平行于纵向竖直中间平面的纵向方向上远离参考位置移动；轮缘接触检测单元，用于检测两个独立的第一和第二车轮组件中的任一个的独立车轮的凸缘与轨道之间的接触；以及控制器，用于基于来自轮缘接触检测单元的信号控制一个或多个转向致动器。由于轮缘接触检测单元和控制器，无论车轮是否被提供动力，都可以采取适当的措施使轮缘和轨道之间的接触最小化。根据优选实施例，该控制器使得，当走行部在行走方向上行走时，每当检测到两个独立的第一和第二车轮组件中的给定一个的独立车轮的凸缘之间的接触时，控制器就控制一个或多个转向致动器，使实现：-所述第一和第二车轮组件中的给定一个的轴承组件在行走方向上远离参考位置移动，或在行走方向上保持在远离参考位置的过渡位置中；和/或-两个独立的第一和第二车轮组件中的另一个的轴承组件在与行走方向相反的方向上远离参考位置移动，或在与行走方向相反的方向上保持在远离参考位置的过渡位置中。优选地，控制器包括用于确定走行部的行走方向的装置。这种简单的策略证明可以有效地使受影响的轮缘远离轨道头移动。控制器可以包括行走方向检测器，用于检测走行部向哪个方向行走。根据一个优选实施例，轮缘接触检测单元包括以下传感器中的一个或多个：-横向加速度计，用于检测两个独立的第一和第二车轮组件中各一个的轴承组件在平行于所述两个独立的第一和第二车轮组件中各一个的转轴的横向方向上的横向加速度；-轴向负载测力传感器，用于检测两个独立的第一和第二车轮组件中各一个在平行于所述两个独立的第一和第二车轮组件中各一个的转轴的横向方向上的轴向负载；-光学检测器，用于检测相对于两个独立的第一和第二车轮组件中各一个的轴承组件的非旋转部分固定的预定位置与轨道的目标部分之间的距离，所述两个独立的第一轮和第二轮组件中各一个在轨道的目标部分上行走。实际上，对来自一个或多个传感器的输出信号的处理可以包括以下一项或多项：-低通滤波，-rms值的计算。根据优选实施例，轮缘接触检测单元包括：至少一个用于检测第一独立车轮组件的物理参数的第一传感器，用于检测第二独立车轮组件的物理参数的第二传感器和用于基于来自第一和第二传感器的信号之间的比较来传递凸缘接触检测信号的比较器。比较第一独立车轮组件和第二独立车轮组件上的测量有助于区分轮缘接触与伪影(artefact)。有利地可以在已经预处理传感器的输出信号之后进行比较。例如，如果传感器是第一和第二轴承组件上的横向加速度计，则通过低通滤波器处理加速度计的输出信号，并在比较rms值之前为每一侧计算rms值。如果两个rms值之差的绝对值大于预定阈值，则检测到轮缘接触。两个rms值之间的代数差的符号定义了两侧中的哪一侧经受轮缘接触。根据一个实施例，第一独立车轮组件的轴承组件和第一独立车轮组件的轴承组件通过走行部的柔性框架连接。优选地，一个或多个转向致动器连接到柔性框架。根据一个实施例，柔性框架包括一个或多个横向梁，该一个或多个横向梁彼此连接第一和第二独立车轮组件并且在参考位置中位于第一和第二独立车轮组件的转轴下方。优选地，轮缘接触检测单元包括第一横向加速度计和第二横向加速度计，该第一横向加速度计用于检测第一独立车轮组件的轴承组件在平行于第一独立车轮组件的转轴的第一横向方向上的横向加速度，该第二横向加速度计用于检测第二独立车轮组件的轴承组件在平行于第二独立车轮组件的转轴的第二横向方向上的横向加速度。根据优选实施例，第一横向加速度计位于第一独立车轮组件的转轴上方，并且第二横向加速度计位于第二独立车轮组件的转轴上方。该构造利用以下事实：柔性框架的柔性导致在走行部的纵向竖直中间平面的第一和第二手侧上的不同的横向加速度。根据本发明的另一方面，提供了一种用于轨道车辆的走行部，其包括在走行部的纵向竖直中间平面的相对的第一和第二侧上的第一和第二独立车轮组件，第一和第二独立车轮组件的每个包括独立车轮和轴承组件，该轴承组件用于围绕相对于轴承组件固定的转轴引导独立车轮，其中，在走行部的参考位置中，第一独立车轮组件的转轴和第二独立车轮组件的转轴同轴并且垂直于纵向竖直中间平面，其特征在于，走行部还包括柔性框架，该柔性框架连接第一独立车轮组件的轴承组件和第一独立车轮组件的轴承组件。“柔性框架”是指在标准操作条件下实际上会弹性变形的框架。柔性框架可以包括一个或多个横向梁，该一个或多个横向梁彼此连接第一和第二独立车轮组件，并在参考位置位于第一和第二独立车轮组件的转轴下方。结构的主要的正常变形模式的特征在于横向梁的(特别是在竖直平面中)弯曲变形。轮缘接触检测单元优选地包括：第一横向加速度计，用于在平行于第一独立车轮组件的转轴的第一横向方向上检测第一独立车轮组件的轴承组件的横向加速度；和第二横向加速度计，用于在平行于第二独立车轮组件的转轴的第二横向方向上检测第二独立车轮组件的轴承组件的横向加速度。优选地，第一横向加速度计位于第一独立车轮组件的转轴上方，第二横向加速度计位于第二独立车轮组件的转轴上方。根据优选实施例，走行部还包括轮缘接触检测单元，该轮缘接触检测单元用于检测两个独立的第一和第二车轮组件中的任一个的独立车轮的凸缘与轨道之间的接触，其中，轮缘接触检测单元至少包括：用于检测第一独立车轮组件的物理参数的第一传感器、用于检测第二独立车轮组件的物理参数的第二传感器、和用于基于来自第一和第二传感器的信号之间的比较来传递凸缘接触检测信号的比较器。根据优选实施例，走行部还包括一个或多个转向致动器，用于使两个独立的第一和第二车轮组件中的至少一个的轴承组件在平行于所述纵向竖直中间平面的纵向方向上远离参考位置移动。根据优选实施例，所述走行部还包括控制器，用于基于来自轮缘接触检测单元的信号来控制一个或多个转向致动器。根据本发明的另一方面，提供了轨道车辆，其包括车身和根据前述权利要求中的任一项所述的一个或多个走行部，其中，一个或多个转向致动器连接至车身。优选地，轨道车辆是低地板轻轨车辆。因此，车身的一部分位于第一和第二车轮组件的车轮的上端的下方。根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制轨道车辆的走行部的控制方法，该走行部包括在走行部的纵向竖直中间平面的相对的第一和第二侧上的第一和第二独立车轮组件，第一和第二独立车轮组件中的每一个均包括独立车轮和轴承组件，该轴承组件用于围绕相对于轴承组件固定的转轴引导独立车轮，其中，在走行部的参考位置，第一独立车轮组件的转轴和第二独立车轮组件的转轴是同轴的并且垂直于纵向竖直中间平面，该方法包括以下步骤：-检测两个独立的第一和第二车轮组件中的任一个的独立车轮的凸缘与轨道之间的接触，以及-基于所述检测步骤的结果，使两个独立的第一和第二车轮组件中的至少一个的轴承组件在平行于纵向竖直中间平面的纵向方向上远离参考位置移动。有利地，走行部在行走方向上行走，并且基于所述检测步骤的结果，使两个独立的第一和第二车轮组件中的至少一个的轴承组件在平行于纵向竖直中间平面的纵向方向远离参考位置移动的步骤包括：每当走行部在行走方向上行走时，检测两个独立的第一和第二车轮组件中的给定一个的独立车轮的凸缘之间的接触时，执行以下两个步骤的至少一个：-使所述第一和第二车轮组件中的给定一个的轴承组件在行走方向上远离参考位置移动，或者将所述第一和第二车轮组件中的给定一个的轴承组件在行走方向上保持在远离参考位置的过渡位置中；和/或-使两个独立的第一和第二车轮组件中的另一个的轴承组件在与行走方向相反的方向上远离参考位置移动，或者使两个独立的第一和第二车轮组件中的另一个在与行走方向相反的方向上保持在远离参考位置的过渡位置中。该方法可以包括检测预定行走方向的步骤。根据优选实施例，检测两个第一和第二独立车轮组件中的任一个的独立车轮的凸缘与轨道之间的接触包括：检测第一独立车轮组件的物理参数、检测第二独立车轮组件的物理参数、并基于检测到的第一独立车轮组件的物理参数与检测到的第二独立车轮组件的物理参数之间的比较来发出输出信号。附图说明从仅作为非限制性示例给出并在附图中表示的本发明的特定实施例的以下描述，本发明的其他优点和特征将变得更加明显：图1是根据本发明的实施例的走行部的俯视图；图2是图1的走行部的正视图；图3是控制图1的走行部的方法的流程图；在每个附图中，对应的附图标记指代相同或对应的部件。具体实施方式图1和图2所示的低地板轻轨车辆的一部分10包括车身12，该车身12支撑在走行部14上，该走行部14在导轨15的平行轨道15.1、15.2上行走。在图1和图2中，已经形成走行部14的中间纵向竖直参考平面100。当轨道车辆处于直的参考位置时，走行部14的参考平面100与车身12的中间纵向竖直参考平面共面。走行部14包括轻型矩形铸造框架16，在其上，第一和第二独立车轮组件18.1、18.2安装在走行部14的纵向竖直中间平面100的相对的第一和第二(左和右)侧上。第一和第二独立车轮组件18.1、18.2中的每一个包括车轮20.1、20.2和轴承组件22.1、22.2，轴承组件22.1、22.2用于围绕相对于轴承组件22.1、22.2固定的转轴200.1、200.2引导独立车轮20.1、20.2。铸造框架16由两个平行的可弯曲的横向梁24、26以及两个短的第一和第二纵向梁28.1、28.2组成，它们与相应的轴承组件22.1、22.2的固定部分成一体。横向梁24、26具有刚度，该刚度允许在走行部14的标准操作条件下发生弹性变形。结构变形的主要正常模式的特征在于横向梁24、26的(特别是在竖直平面上的)弯曲变形。在走行部14的参考位置中，两个车轮组件18.1、18.2的转轴200.1、200.2是同轴的并且垂直于走行部14的竖直中间纵向参考平面100。在参考位置中，两个转轴200.1、200.2在横向梁24、26的上方。更具体地，两个转轴200.1、200.2平行于包含两个横向梁24、26的中性轴的水平面且在包含两个横向梁24、26的中性轴的水平面上方的一定距离处。该布置在某种程度上类似于机动车辆中的中凹式前轴布置(droppedaxlearrangement)，并且具有降低车身12的地板而不减小车轮20.1、20.2的直径的优点。车身12借助于包括竖直弹簧30的竖直悬架连接至框架16，竖直弹簧30已经示出为螺旋弹簧，但是替代地可以是空气弹簧或任何合适类型的竖直悬架元件。框架16还借助于在框架16的一侧上的双向转向致动器32和在另一侧上的连杆34连接到车身16。在本文中，表述“转向致动器”是指能够实现框架16的相应部分在走行部14的纵向方向上的位移的任何类型的致动器。转向致动器32本身可以是液压缸，该液压缸可以如图1所示在纵向方向上或在另一方向上定向，并通过曲拐(bellcrank)与框架连接。它也可以集成在系杆轴承(tierodbearing)中，如ep1457706b1中所公开的，其内容通过引用并入本文。其他类型的致动器(例如蜗轮电动机)也可以。如将容易理解的那样，连接到转向致动器32的框架的侧面在走行部14的纵向方向上的位移导致整个框架16和走行部14围绕由框架16的相对侧上的连杆连接件限定的假想的瞬时竖直的枢转运动。走行部14设有连接到处理单元38的一对加速度计36.1、36.2。每个加速度计36.1、36.2固定到轴承组件22.1、22.2或纵向梁28.1、28.2中的一个，并且定位成尽可能远离包含横向梁24、26的中性轴的水平面。每个加速度计36.1、36.2定向为测量横向加速度，即，在平行于相关车轮的转轴200.1或200.2的方向上的加速度。由于走行部框架16的弹性，两个加速度计36.1、36.2测得的加速度不同，并且每个加速度计信号传递的信息主要反映相关车轮20.1、20.2在其转轴200.1、200.2方向上的加速度。处理单元38包括：轮缘接触检测单元40，用于检测第一和第二独立车轮组件18.1、18.2中的任一个的轮缘20.1、20.2与对应的轨道15.1、15.2之间的接触；和控制器42，用于基于来自轮缘接触检测单元40的信号来控制一个或多个转向致动器32。如图3的流程图所示，轮缘接触检测单元40包括模拟和/或数字电路，它们分别通过低通滤波器46.1、46.2处理来自第一和第二加速度计36.1、36.2的输出信号44.1、44.2，并以给定的采样率(例如0.5秒)并行计算两个通道的滤波信号的连续rms值(步骤48.1、48.2)。在步骤50中，利用比较器比较来自第一和第二通道的rms值，比较器52计算在该采样率的第一和第二rms值之间的代数差。在步骤54中，如果代数差的绝对值低于预定阈值，则轮缘接触检测单元的输出为“0”，即，未检测到轮缘接触。在步骤54中，如果代数差的绝对值高于所述预定阈值，则在步骤56中，已经检测到轮缘接触并且轮缘接触检测单元的输出是：如果代数差为正，则输出为“+1”；或如果代数差为负，则输出为“-1”。值“+1”表示第一和第二rms值之间的代数差为正且大于预定阈值，这对应于第一车轮组件18.1的轮缘与轨道接触的情况。另一方面，值“-1”表示第一和第二rms值之间的代数差为负，并且其绝对值大于预定阈值，这对应于第二轮组件18.2的轮缘与轨道接触的情况。控制器42编程为基于轮缘接触检测单元40的输出和轨道车辆的行走方向来控制双向转向致动器32，可以例如利用容纳在轴承组件的一个中的或者从车辆上的另一个来源获得的旋转传感器58来局部检测轨道车辆的行走方向。行走方向的输入信号可以是“+1”或“-1”，例如如果在行走方向上的左侧与走行部14的第一侧重合，则为“+1”，如果在行走方向上的左侧与走行部14的第二侧重合，则为“-1”。如果轮缘接触检测单元40的输出为“0”，则不采取任何措施，即转向致动器不会改变走行部框架的位置。如果轮缘接触检测单元40的输出为“+1”(第一轮缘与轨道的接触)或“-1”(第二轮缘与轨道的接触)，则控制器42将控制转向致动器32以实现走行部框架16的增量位移，从而在行走方向上使已经检测到接触的车轮20.1、20.2向前移动，或者使相对的车轮20.1、20.2在向后的方向(即与行走方向相反的方向)上移动。在两种情况下，这导致框架16围绕假想的瞬时竖直的轴的枢转运动，该假想的瞬时竖直的轴由连杆34在一个相同旋转方向上的铰接连接件限定。让我们假设连杆34位于走行部框架16的第二侧，并且走行部的该第一侧对应于走行部的行走方向上的右侧。如果轮缘接触检测单元的输出为“+1”，即，如果在第一车轮(即行走方向上的左轮)上检测到轮缘接触，则将控制转向致动器以在行走方向上以给定的增量移动第一车轮，该增量在下表1的第三列中标识为“+1”。这导致走行部相对于车身绕图1中的连杆34的假想的瞬时竖直的轴的顺时针增量旋转。如果轮缘接触检测单元40的输出为“-1”，即，如果已经在第二车轮22.2(即，在行走方向的右轮)上检测到轮缘接触，则将控制转向致动器以使第一车轮22.1在与行走方向相反的方向上以给定的增量移动，该增量在下表1中标识为“-1”。这导致走行部14相对于车身12绕图1中的连杆34的假想瞬时竖直的轴的逆时针增量旋转。如果走行部的行走方向相反，则情况相反。表1总结了所有情况，如下所示：轮缘接触检测单元的输出值行走方向转向致动器的增量+1+1+1+1-1-10+100-10-1+1-1-1-1+1表1以轮缘接触检测单元40的采样率重复该过程。如将容易理解的那样，使与轨道15.1、15.2接触的轮缘相对于相对的车轮和相对于作为参考的车身在行走方向上移动，这减小了轮缘与轨道之间的接触力，并且最后使轮缘远离轨道移动。根据转向致动器的类型，受控的物理参数可以是力、压力或位移。如果受控参数是力或压力，则相应的位移增量将根据行走条件而变化。根据一个非限制性示例，控制物理参数是力，并且对于2hz的采样率，每个增量是200n。作为变型，可以用第二转向致动器代替连杆34，以与第一转向致动器相同的大小但是在相反的方向上操作该第二转向致动器。结果，走行部框架18绕假想的枢转轴枢转，该假想的枢转轴位于中间竖直纵向平面100中。用于检测两个独立的第一和第二车轮组件18.1、18.2中的任一个的车轮20.1、20.2的凸缘与轨道15.1、15.2之间的接触的轮缘接触检测单元40可以包括连接到第一和第二车轮组件的轮轴或轴承组件的多个轴向负载传感器，以测量平行于车轮的转轴的每个车轮上的轴向负载。这样的轴向负载传感器可以集成到轴承组件的滚动轴承中。具有轴向力传感器的滚动轴承在本领域中是公知的，例如参见de102011085711a1、us2014/0086517、de4218949。在图1和2中，车轮20.1、20.2位于纵向梁28.1、28.2之间且位于第一和第二加速度计36.1、36.2之间。但是，也可以相反，纵向梁28.1、28.2位于车轮20.1、20.2的外侧。用于引导独立车轮20.1、20.2围绕转轴200.1、200.2的轴承组件22.1、22.2可包括与相应的纵向梁28.1、28.2成一体的销以及位于相应的车轮20.1、20.2内的轴承。可替代地，每个车轮20.1、20.2可以设置有单独的轴，在与纵向梁28.1、28.2中的相应一个成一体的轴箱中引导该单独的轴。当前第1页12