CN101489851B - 控制轨道车辆的主动运行机构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种调节轨道车辆主动底盘的方法，所述底盘包括具备两个车轮的至少一个第一车轮单元。根据本发明的方法，利用至少一个第一促动器(109)在第一频率范围内调节第一车轮单元(105)围绕垂直底盘轴线相对于车辆结构(102)的转向角度，所述车辆结构借助第一主弹簧机构(107)支撑在第一车轮单元上，且所述第一促动器作用在第一车轮单元(105)和车辆结构(102)之间，这种调节根据轨迹实际曲率来进行；和/或在第二频率范围内调节第一车轮单元(105)围绕垂直地板轴线相对于车辆结构(102)的转向角度，以补偿由轨迹位移或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动。在第一频率范围内，利用与第一理想值乘以第一校正因子(K₁)之积对应的第一希望值调节第一车轮单元(105)的转向角度，所述第一理想值经过选择，以使第一希望值符合第一理想值(即，K₁＝1)时，至少大约借助曲率半径调节第一车轮单元(105)，和/或在第二频率范围内，利用与第二理想值乘以预定第二校正因子(K₂)之积对应的第二希望值调节第一车轮单元(105)的转向角度，以使在第二希望值符合第二理想值(即，K₂＝1)时，基本上补偿由轨迹位移或正弦行程导致的至少第一车轮单元(105)的横向运动。

Description

控制轨道车辆的主动运行机构的方法

技术领域

本发明涉及一种控制轨道车辆主动运行机构的方法，所述轨道车辆包括至少一个带有两个车轮的第一车轮单元，借助于至少一个作用在第一车轮单元和利用第一主弹簧机构支撑在第一车轮单元上的车辆结构之间的第一促动器，第一车轮单元围绕垂直运行机构轴线相对于车辆结构的转向角度可以在第一频率范围内根据轨迹实际曲率进行调节，和/或第一车轮单元围绕垂直运行机构轴线相对于车辆结构的转向角度可以在第二频率范围内调节，以使至少所述第一车轮单元因轨迹轮廓波动或正弦行程导致的横向运动得以抵消。本发明还涉及一种控制轨道车辆主动运行机构的设备，以及涉及装备有本发明设备的轨道车辆。 

背景技术

轨道车辆的运行机构通常面临平直区段高速运行的轨迹稳定性和弯曲区段良好的曲线柔顺性特征之间的目标冲突。平直区段高速运行的轨迹稳定性要求车轮单元(车轮组或车轮对)刚性纵向导向，而良好的曲线柔顺性特征要求曲线径向调节车轮单元，因此较软的纵向导向。针对标准规格的轨迹上的已知方案来说，曲线柔顺性特征良好的轨道车辆通常具有既定的最高速度，该速度基本上小于高速列车的情形，这种高速列车设计用于弯道非常少的路段，或者曲线半径非常大的路段。因此，高速列车的运行机构并不非常适合曲线。被动式方案显然仅能在这两种发生冲突的需求之间求得一种妥协。 

此外，在轨迹曲线非常紧凑的情况下，正如例如发生在轨迹网络中的时候，车轮单元自身调节曲线半径的能力因物理原因而无法成功。为了克服这种缺陷，德国专利DE19861086A1例如提出了一种主动系统，用来根据曲率半径调节车轮组，但是这种系统无法改善高速稳定运行一在轨迹操作中无论如何根本不会出现。 

与此方案相对照的是DE10137443A1中的方案，消除了上述的目标冲突。针对运行机构说明了主动控制方法和相应设备，实现了两个目标的优化操作特征，该运行机构具有可导向地连接到转向架框架的车轮组。因此，通过在第一、优选较低的频率范围进行控制，可以实 现根据曲线中出现的轨迹曲率来调节车轮组，而在第二优选较高的频率范围内，补偿了车轮组对于轨迹轮廓波动的反应并防止出现不稳定。 

针对用于控制输入数目以及调节车轮组的促动器的控制方案及其工作原理以及轨道车辆中运行机构的布置，DE10137443A1给出了一系列替代实施方式，它们都能实现既定目标。 

但是，这种控制方案的缺陷在于，由于在轨迹上运行时遵循理想线路，可能会在车轮上相对较快地形成非常明显限定的磨损图案，因此，可能显著缩短车轮使用寿命。 

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种最初指定的那种方法和设备，其不具备以上所述的缺陷或者至少在较少的程度上存在上述缺陷，特别是以简单可靠的方式改善了车轮的磨损特性。 

本发明通过一种用于控制轨道车辆的主动运行机构的方法来实现所述目标，该轨道车辆包括至少一个具备两个车轮的第一车轮单元，其中借助于作用在第一车轮单元和由第一主弹簧机构支撑在第一车轮单元上的车辆结构之间的至少一个第一促动器，在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率，调节第一车轮单元围绕竖直运行机构轴线相对于车辆结构的转向角度；和/或在第二频率范围内调节第一车轮单元围绕竖直运行机构轴线相对于车辆结构的转向角度，从而抵消由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动；其中，利用第一目标值在第一频率范围内调节第一车轮单元的转向角度，该第一目标值对应于第一理想目标值乘以预定的第一校正因子，其中第一理想目标值经过选择，以使得在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，即，第一校正因子等于1时，至少大约向曲线径向调节第一车轮单元；和/或利用第二目标值在第二频率范围内调节第一车轮单元的转向角度，该第二目标值对应于第二理想目标值乘以预定的第二校正因子，其中第二理想目标值经过选择，以使得在第二目标值符合第二理想目标值时，即第二校正因子等于1时，基本上补偿由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动。本发明还通过一种用来控制轨道车辆的主动运行机构的设备实现了该目标，所述轨道车辆包括具备两个车轮的至少一个第一车轮单元，该设备包括：控制单元和至少一个第一促动器，所述第一促动器由所述控制单元控制并作用于第一车轮单元和车辆结构之间，车辆结构借助第一主弹簧机构支撑在第一车辆单元上；其中所述控制单元借助所述至少一个第一促动器，在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率，调节第一车轮单 元围绕车辆竖直运行机构轴线相对于车辆结构的转向角度；和/或所述控制单元借助所述至少一个第一促动器，在第二频率范围内，抵消由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动；其中，所述控制单元配置成，利用第一目标值在第一频率范围内调节第一车轮单元的转向角度，该第一目标值对应于第一理想目标值乘以预定的第一校正因子，其中第一理想目标值经过选择，以使在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，即第一校正因子等于1时，第一车轮单元至少大致向着曲线径向调节；和/或所述控制单元配置成，利用第二目标值在第二频率范围内调节第一车轮单元的转向角度，该第二目标值对应于第二理想目标值乘以预定的第二校正因子，其中第二理想目标值经过选择，使得在第二目标值符合第二理想目标值时，即第二校正因子等于1时，基本上补偿了由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动。 

本发明建立在这样的技术教导基础之上：车轮磨损特性可以通过简单可靠的方式改善，如果对应于理想目标值乘以预定校正因子的目标值用在控制方案的各频率范围的话。借助于该校正因子，则可以通过受控方式相对于理想控制方案将控制进行离调，而不会丧失理想控制方案的优势，理想控制方案非常容易在车轮上产生局部磨损。已经示出，即使存在背离理想控制的较小的、既定的偏移，但仍然具有良好的曲线柔顺性特征以及平直区段的良好稳定性，可以实现磨损部在车轮接触表面明显更好的分布，形成显然更为有利的磨损图案，因此延长使用寿命。 

在这种情况下，提出了甚至可以在更长的距离范围内实施理想控制，即相关校正因子选定为等于1，而仅偶尔对控制进行限定，从而相对于理想控制方案离调，即相关校正因子选定为不等于1。此外，提出了借助校正因子相对于理想控制方案进行控制方案离调根据预定时间安排而发生变化，例如持续发生变化。因此，可以实现随机磨损分布。 

两个频率范围内的调节运动可以通过一种方式叠加，可能由单一促动器施加在各车轮单元上。 

因此根据本发明提出了，在第一频率范围内利用第一目标值调节第一车轮单元的转向角度，该第一目标值对应于第一理想目标值乘以预定第一校正因子(K₁)，第一理想目标值经过选择，以便在第一目标值符合第一理想目标值的情况下(即，K₁＝1)，对应于轨迹的实际曲率，则至少大约曲线径向地调节第一车轮单元。此外，或者可以作为替代，提出了在第二频率范围内利用第二目标值调节第一车轮单元 的转向角度，该第二目标值对应于第二理想目标值乘以预定第二校正因子(K₂)，其中第一理想目标值经过选择，以便在第一目标值符合第一理想目标值(即，K₁＝1)的情况下，基本上可以补偿由轨迹轮廓波动或正弦行程所导致的至少第一车轮单元的横向运动。 

优选地，在轨迹实际曲率的情况下，如果第一目标值符合希望的第一理想目标值，则精确地曲线径向调节第一车轮单元，并且第一主弹簧机构的复位转向力矩与成对车轮轨道产生的转向力矩平衡，以使至少一个第一促动器瞬时基本上不必施加任何转向力矩。 

换句话说，在通过曲线时，优选在第一频率范围内，允许促动器跟随车轮单元因轨迹曲率产生的偏移运动，直到与被动式曲线友好的运行机构一样，车轮单元至少大约曲线径向调节。因此，可以省略实际轨迹曲率的测量或其他计算，并且可以最终得出仅在第一频率范围内，在促动器上的载荷的基础上，向曲线径向调节车轮单元，或者根据运行机构的参数以及实际运行状态(速度、横向加速度等)得出向曲线径向进行精确调节所需的转向角度的结论。这样做的优势在于，较之通常轨迹实际曲率或多或少的复杂计算而言，显著缩短了调节过程中的时间延迟。 

此处说明，分别允许或遵循车轮单元被动式偏移运动表示单独的可授予专利的构思，该构思独立于使用校正因子。 

在本发明方法的优选衍生方案中，提出了在第一频率范围内调节至少一个第一促动器，以跟随由轨迹曲率变化导致的第一车轮单元的旋转运动，以便在第一目标值符合与轨迹实际曲率相应的第一理想目标值的时候，所述至少一个第一促动器在第一频率范围内基本上不施加任何旋转运动。 

对于第一频率范围，即调节转向角度以遵循曲线，控制构思建立在平衡旋转力矩(或力偶)的基础之上，车轮单元向曲线径向调节之后，该旋转力矩就围绕垂直运行机构轴线作用在各车轮单元上。这种情况如下式这样计算： 

M_Tx+M_cxp+M_Akt＝0    (1) 

其中，M_Tx表示在车轮的两个接触点上来自成对车轮轨道的力偶(例如纵向滑动力的力偶)产生的旋转力矩； 

M_cxp表示主弹簧机构的复位力产生的旋转力矩： 

M_Akt表示第一频率范围内促动器的调节力的分量所产生的旋转力矩。 

在第一理想目标值处，不受载荷(M_Akt＝0)地调节第一促动器时，正如已经叙述过的，方程(1)的结果为： 

M_Tx＝-M_cxp    (2) 

根据本发明的衍生控制方案最终表示，主弹簧机构复位力的转向力矩补偿了成对车轮轨道的转向力矩，正如被动式曲线友好的运行机构(不带促动器)那样。这里，换句话说，模拟了被动式曲线友好的运行机构，其中通过具有优势的方式，在促动器处仅需要最小的能耗，用于从各位置偏移，不同于根据轨迹曲线主动调节转向角度的方法。根据需要，仅近似不受载荷地将促动器带到各位置。但是，被动式曲线友好的运行该机构仅具有有限的稳定性，原因在于降低了车轮组导向件的纵向刚性，利用本发明的主动控制方案消除了这种缺陷。 

用在控制方案中的第一目标值可以借助于第一校正因子K₁相对于第一理想目标值离调。因此，正如所述，还可以实现过补偿或欠补偿，但是这是与能耗相关的，因此使得M_Akt≠0。例如在K₁＝0时，甚至可以实现刚性车轮组导向件，正如传统被动式车辆中那样。 

在这种情况下，可以为促动器间断地或连续地设置新的理想目标值，用于其偏移，则利用该偏移达到希望实现的载荷自由度。换句话说，可以间断地或连续地调节理想目标值，以跟随偏移运动，因此跟随实际轨迹曲率。任何表示促动器载荷自由度的量值都可以作为调节理想目标值的基准量值。因此，该量值优选根据确定促动器上的载荷所用的测量原理来选择。 

可以通过任何适当方式，根据轨迹曲率调节第一理想目标值。优选，获取第一车轮单元的转向角度以及表示促动器上的载荷的量值(例如，力值、力矩值、压力值、电流值等)。如果促动器上的载荷从零偏离，则预先确定对应的新的第一理想目标值，这种情况可以间断地或连续地发生，例如，通过对表示促动器上的载荷的量值进行瞬时积分，可以保证仅在第一频率范围内获得促动器上的载荷情形。 

第一理想目标值可以是任何适当的量值，借助该量值，可以实现车轮单元希望的调节。特别是，根据需要，还可以直接使用表示促动器载荷自由度的量值。优选，第一理想目标值是第一理想目标转向角度 

，该角度调节为轨迹曲率。 

正如上述，可以让第一校正因子(K₁)至少偶尔选择成不等于1，以实现车轮接触表面上磨损部的分布。此外，或者作为替代，可以让第一校正因子(K₁)至少偶尔选择成等于1，从而在该期间内实现至少近似理想线路的行程性能。同样，可以另外地或替代地让第一校正因子(K₁)根据预定机制变化，特别是可以发生连续变化以实现有利的磨损分布。 

上述控制方案可以用于本发明方法的优选第一衍生方法中，用于运行机构的全部车轮单元，以使对于它们全部来说，可以最终模拟曲线柔顺特征，就像被动式曲线友好的运行机构一样。显然，特别是从方程(1)，利用这种控制方案，M_Tx＝0(即，不存在由成对车轮轨道产生的转向力矩)且取向径向横向轨迹力得以平衡的理想曲线依从性构思尚未实现，但是可以在高度可达的轨迹稳定性以及非常少的能耗的条件下，实现非常优越的曲线依从性和磨损特征。 

例如，在通常轨道车辆中，车辆主体借助辅助弹簧机构支撑在两个运行机构上，每个运行机构具有两个车轮单元，可以根据下式为向着行进方向引导的运行机构计算曲线径向侧横向轨迹力的总和： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}+\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}-\frac{(M_{\mathrm{Tx}1}+M_{\mathrm{Tx}2})}{2a}---\left(3\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}-\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}+\frac{(M_{\mathrm{Tx}1}+M_{\mathrm{Tx}2})}{2a}---\left(4\right)$

并且对于在行进方向从动的运行机构，为下式： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}-\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}-\frac{(M_{\mathrm{Tx}1}+M_{\mathrm{Tx}2})}{2a}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}+\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}+\frac{(M_{\mathrm{Tx}1}+M_{\mathrm{Tx}2})}{2a}---\left(6\right)$

其中：∑Y₁为在行进方向引导的各车轮单元上的侧向轨迹力的总和； 

∑Y₁为在行进方向从动的各车轮单元上的侧向轨迹力的总和； 

F_aq离心力，作用在轨道车辆上； 

M_Tx1为成对车轮轨道作用于在行进方向引导的各车轮单元上的转向力矩； 

M_Tx2为成对车轮轨道作用于在行进方向从动的各车轮单元上的转向力矩 

M_cxs为成对车轮轨道作用于在行进方向从动的各车轮单元上的转向力矩； 

2a为各运行机构上的车轮单元的轴向距离。 

已经得出仅在促动器上具有显著的能耗时(M_Akt＞＞0)时，才可 能相对于被动式的径向可调节的曲线柔顺(M_Akt＝0且M_Tx＝-M_cxp)得到改进，以便更为接近于理想曲线柔顺性(此时M_Tx＝0且∑Y₁＝∑Y₂)。但是，利用以下所述的本发明方法的衍生方案，可以通过相应减少能耗来实现对理想曲线柔顺性的良好近似。 

因此，在本发明方法的第二优选衍生方案中，让运行机构包括具有两个车轮的第二车轮单元，这两个车轮跟随第一车轮单元从动，车辆机构借助第二辅助弹簧机构支撑在第二车轮单元上。借助作用于第二车轮单元和车辆机构之间的至少一个第二促动器来调节第二车轮单元的转向角度。在根据上述第一衍生方案(即，M_Akt＝0)调节第一车轮单元的转向角度时，利用第三目标值在第一频率范围内调节第二车轮单元的转向角度，第三目标值对应于第三理想目标值乘以预定第三校正因子(K₃)。在这种情况下，第三理想目标值经过选择，以便在第三目标值符合第三理想目标值(即，K₃＝1)的情况下，由成对车轮轨道在轨迹实际曲率时在第一车轮单元上产生的转向力矩反向等于成对车轮轨道在轨迹实际曲率时在第二车轮单元上产生的转向力矩(即，M_Tx1＝-M_Tx2)。 

从方程(3)至6，得出： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(7\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(8\right)$

换句话说，由此实现了除了各辅助弹簧机构的复位力分量之外还平衡了测量轨迹力之和∑Y₁和∑Y₂。 

第三理想目标值也是可以为任何适当的量值，由此可以实现对车轮单元希望的调节。优选第三理想目标值是第三理想目标转向角度 

优选根据以下项目计算该值：成对车轮轨道在轨迹实际曲率时在第一车轮单元上产生的转向力矩(M_Tx1)、具体运行机构中第二辅助弹簧机构的转向力矩(M_cxp2)对于第二车轮单元转向角度 

的依存关系、以及具体运行机构中第二促动器转向力矩(M_Akt2)对于第二车轮单元转向角度( 

)的依存关系。第二促动器的转向力矩(M_Akt2) 对于第二车轮单元转向角度( 

)的这种依存关系可以通过任何方式预先确定，例如借助提前为车辆确定的预定方程、特征线或特征谱等等来确定。 

而且，可以借助第三校正因子(K₃)相对于第三理想目标值实现所用的第三目标值任意、可能依赖时间的离调。因此，第三校正因子(K₃)，类似于第一校正因子(K₁)，至少偶尔选择成不等于1和/或至少偶尔选择成等于1和/或根据预定顺序变化。 

在本发明方法的第三优选衍生方法中，在第一频率范围内调节至少第一促动器，以跟随由轨迹曲率变化导致的第一车轮单元的转动，以便在轨迹实际曲率上第一目标值符合第一理想目标值的时候，至少一个第一促动器在第一频率范围内瞬间施加转向力矩，该转动力反向等于第一主弹簧机构的转向力矩(即，M_Akt1＝-M_cxp1)。 

在本发明方法的第三衍生方法的进一步优选实施方式中，运行机构具有带两个车轮的第二车轮单元，该第二车轮单元跟随第一车轮单元从动，车辆结构借助于第二主弹簧机构支撑在第二车轮单元上，且借助至少一个作用于第二车轮单元和车辆机构之间的第二促动器调节第二车轮单元的转向角度。这里，仍然根据该第三衍生方法控制第二车轮单元。因此，在第一频率范围内，利用第三目标值调节第二车轮单元的转向角度，该第三目标值对应于第三理想目标值乘以预定第三校正因子(K₃)。第三理想目标值仍然经过选择，以便在第三目标值符合第三理想目标值(即，K₃＝1)的时候，在第一频率范围内调节至少一个第二促动器，以跟随由轨迹曲率变化导致的第二车轮单元的转动，以使在轨迹实际曲率上、在第一频率范围内、至少一个第二促动器瞬间施加转向力矩，该转向力矩反向等于第二主弹簧结构的转向力矩(即，M_Akt2＝-M_cxp2)。 

因此，同样，在第一车轮单元向曲线径向调节之后，成对车轮轨道产生的转向力矩消失(即，M_Tx2＝0)，从方程(1)和方程(3)至(6)得出： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(7\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(8\right)$

换句话说，由此还实现了由各辅助弹簧机构的复位力分量平衡了侧向轨迹力的总和∑Y₁和∑Y₂。 

第一和/或第三理想目标值仍然可以为任意适当的量值，由此可以对相关车轮单元进行希望的调节。这里仍然优选第一和/或第三理想目标值为第一和/或第三理想目标转向角度( )，该角度经过调节以跟随轨迹曲率。 

第一理想目标值或第一理想目标转向角度( 

)可以通过任意适当方式调节，以跟随轨迹曲率。优选，获取第一车轮单元的转向角度以及表示促动器上的载荷的量(例如，力值、力矩值、压力值、电流值等)。如果促动器上的载荷从主弹簧机构的复位力矩在该转向角度产生的载荷偏离，则预先确定新的第一理想目标值或理想目标转向角度( )。 

而且，相对于第一理想目标值，可以借助第一校正因子(K₁)，如上所述那样，为第一目标值实现一种任意的、可能依赖时间的、依赖驱动情形和/或依赖轨迹情形的离调。因此，第一校正因子(K₁)至少偶尔可以选择成不等于1和/或至少偶尔可以选择成等于1和/或根据预定机制变化。 

在本发明方法的第四或第五优选衍生方法中，运行机构具有带两个车轮的第二车轮单元，第二车轮单元跟随第一车轮单元从动，车辆结构借助第二主弹簧机构支撑在第二车轮单元上，并且可以借助至少一个作用于第二车轮单元和车辆结构之间的促动器调节第二车轮单元的转向角度。此外，车辆结构借助辅助弹簧机构支撑在第一车轮单元和第二车轮单元上。这里，设置了根据上述第一衍生方案(M_Akt＝0)或第三衍生方案(M_Akt＝-M_cxp1)控制第一车轮单元，而利用对应于第三理想目标值乘以预定第三校正因子(K₃)的第三目标值在第一频率范围内调节第二车轮单元的转向角度。第三理想目标值在这种情况下经过选择，以使在第三目标值符合第三理想目标值(即，K₃＝1)的时候，由成对车轮轨道在轨迹实际曲率上在第二车轮单元上的产生的转 向力矩对应于行进方向因子(L)与辅助弹簧机构上存在的实际复位转向力矩之积与成对车轮轨道在轨迹实际曲率时在第一车轮单元上产生的转向力矩所产生的转向力矩差异，其中引导运行机构的行进方向因子(L)等于1而从动运行机构的行进方向因子等于-1(即，对于引导运行机构为M_Tx2＝M_cxs-M_Tx1，而对于从动运行机构为M_Tx2＝-M_cxs-M_Tx1)。 

在第四衍生方案(M_Akt1＝0和M_Tx2＝±M_cxs-M_Tx1)和在第五衍生方案(M_Akt1＝-M_cxp1和M_Tx2＝±M_cxs-M_Tx1)，在每一种情况下，从方程(3)至(6)得出： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(9\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(10\right)$

换句话说，从而实现了横向轨迹力之和∑Y₁和∑Y₂得到平衡(即，∑Y₁＝∑Y₂)。 

优选运行机构在此情况下包括运行机构框架，该框架下借助主弹簧机构支撑在第一车轮单元和第二车轮单元上，在每一种情况下，车辆机构借助辅助弹簧机构支撑在运行机构框架上。为了确定辅助弹簧机构产生的复位转向力矩，先确定运行机构框架和车辆结构之间的转向角度。 

第三理想目标值仍然可以为任何适当的量值，由此可以实现对第二车轮单元的调节。这里也优选第三理想目标值是第三目标转向角度( 

)，该角度可以调节以遵循轨迹曲率。 

而且仍然可以如上所述，借助于第三校正因子(K₃)实现将第三目标值相对于第三理想目标值进行任意的、可能依赖时间的离调。因此，第三校正因子(K₃)至少耦合可以选择成不等于1和/或至少偶尔可以选择成等于1和/或根据预定序列发生变化。 

第一频率范围原则上可以处于任何适当较低的水平，用于车轮单元的曲线径向调节。优选第一频率范围包括0到1Hz，特别是0到0.5Hz。 

第二频率范围原则上可以处于任何水平，用来控制车轮单元在平直区段以及弯曲区段的稳定性。优选第二频率范围至少局部位于第一频率范围之上，以允许简单地将这两个频率范围分开。优选，第二频率范围包括4到8Hz。 

为了控制平直区段以及弯曲区段上车轮单元的稳定性，需要确定第一车轮单元的瞬时横向速度以及轨道车辆的瞬时运行速度。对于第二频率，从所确定的第一车轮单元的瞬时横向速度和轨道车辆的瞬时运行速度计算第二理想目标转向角度( 

)作为第二理想目标值。在这种情况下，第二理想目标转向角度经过选择，使得在表示第二目标值第二目标转向角度符合第二理想目标转向角度(即，K₂＝1)时，产生与经计算的第一车轮单元横向速度反向相等的第一车轮单元横向速度。因此，换句话说，可以将得到的车轮单元横向速度控制在零。 

优选，在这种情况下，借助速度传感器获得第一车轮单元的瞬时横向速度或者由加速度传感器获得的第一车轮单元的瞬时横向加速度进行积分，以获得车轮单元的瞬时横向速度。此外，或者可以选择的是，超常列车控制系统获得瞬时运行速度用作轨道车辆的瞬时运行速度。此外，或者可以选择的是，通过测量轨道车辆至少一个车轮的旋转速度来确定轨道车辆的瞬时运行速度。 

同样，对于稳定性控制来说，如上所述，借助于第二校正因子(K₂)可以实现所用的第二目标值相对于第二理想目标值的一种任意的、可能依赖时间的离调，以用于曲线径向调节。因此，第二校正因子(K₂)至少偶尔可以选择成不等于1和/或至少偶尔可以选择成等于1和/或根据预定序列发生变化。 

本发明还涉及控制轨道车辆的主动运行机构的设备，包括带有两个车轮的至少一个第一车轮单元、包括控制单元以及由控制单元控制的至少一个第一促动器，该促动器作用在第一车轮单元和借助第一主弹簧机构支撑在第一车轮单元上的车辆结构之间。在这种情况下，控制单元借助至少一个第一促动器，在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率，调节第一车轮单元围绕垂直运行机构轴线相对于车轮机构的转 向角度。此外，或者可以选择的是，控制单元，借助至少一个第一促动器，在第二频率范围内，至少抵消由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的第一车轮单元的横向运动。根据本发明，控制单元配置成利用与第一理想目标值乘以预定第一校正因子(K₁)的乘积对应的第一目标值，在第一频率范围内调节第一车轮单元的转向角度，其中第一理想目标值经过选择，以使在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值(即，K₁＝1)时，第一车轮单元至少大约向曲线径向调节。此外，或者可以选择的是，根据本发明控制单元配置成利用与第二理想目标值乘以预定第二校正因子(K₂)的乘积对应的第二目标值，在第二频率范围内，调节第一车轮单元的转向角度，其中第二理想目标值经过选择，以使在第二目标值符合第二理想目标值(即，K₂＝1)时，基本上至少补偿由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的第一车轮单元的横向运动。 

本发明的设备适合于实施本发明的方法。利用本发明的设备，以上所述本发明方法的衍生方案和优势可以实施到同等的程度，以便这里的论述可以参照以上解释。 

本发明还涉及具备主动运行机构的轨道车辆，该轨道车辆包括至少一个第一车轮单元，该第一车轮单元具有两个车轮和本发明用来控制主动运行机构的设备。同样利用本发明的轨道车辆，上述本发明方法的衍生方案和优势可以实施到同等程度，以使类似的论述可以参照以上解释。 

附图说明

本发明进一步优选的实施方式来源于本发明优选方面以及优选实施例的以下说明，所述说明参照附图，其中： 

图1示出了本发明轨道车辆优选实施方式的一部分从下面观察的示意图； 

图2示出了图1所示的轨道车辆细节的示意图，以便解释在第一频率范围内进行曲线拟合控制； 

图3示出了轨道车辆细节的示意图，以便解释在第二频率范围内实施稳定性控制。 

具体实施方式

以下将在本发明方法的若干实施例的基础上说明本发明，该方法在每种情况下都可以与图1至3所示的轨道车辆一起使用。 

图1以底视图，即从轨迹方向示出了本发明带有车身102的轨道车辆101的一部分，该轨道车辆支撑在转向架103形式的主动运行机构上。转向架103包括转向架框架104、表现为第一车轮组105的第一车轮单元和表现为第二车轮组106形式的第二车轮单元。在本例中，转向架框架104借助第一主弹簧机构107支撑在第一车轮组105上，借助第二主弹簧结构108支撑在第二车轮组106上。 

为了主动影响转向架103的运行性能，第一促动器109作用在第一车轮组105和转向架框架104之间，而第二促动器110作用在第二车轮组106和转向架框架104之间。为此，各促动器109、110一方面联系到转向架框架104，另一方面联系到相关车轮组105、106的一个载轮壳体。 

两个促动器109、110主动产生相关车轮组105、106围绕轨道车辆10垂直轴线的转向运动，该轴线垂直于图1纸面。换句话说，两个促动器109、110主动影响相关车轮组105、106围绕轨道车辆101垂直轴线的转向角度，该轴线垂直于图1纸面。 

为此，各促动器109、110在相关车轮组105、106处产生围绕轨道车辆101垂直轴线的转向运动。在所示示例中，每个车轮组105、106仅有一个促动器109、110，由支撑力在各车轮组105、106上施加力偶的第二分量，该支撑力作用在转向架框架104各相对载轮壳体的对应耦接点(止挡件等)上。 

当然，根据本发明的其他衍生方案，还可以为每个车轮组提供若干促动器，如图1中虚线111、112所示。为了清楚，促动器109、110在图1中示为线性促动器。但是，当然也可以在车轮组和转向架框架 之间设置其他任意线性促动器或旋转促动器以及其他任意联杆系或传动系。对此，许多可能的示例可见于例如开头引述的DE10137443A1中。此外，促动器109、110可以建立在任何工作原理之上。因此，可以设置流体机械、机电工作原理或它们的任意组合。 

连接到各促动器109、110并在各种情况下相应控制它们的控制单元113控制所述转向架。可以实现本发明控制方案的不同衍生方案，以下将借助示例进行说明。 

这些衍生方案的共同之处在于，在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率来调节各车轮组105、106的转向角度，并在第二频率范围内，对各车轮组105、106转向角度的调节进行叠加，以便抵消由轨迹轮廓(outlay)波动或由正弦行程导致的横向运动。 

因此，换句话说，在第一频率范围内发生曲线拟合(curvenegotiation)控制，而在第二频率范围内发生叠加稳定性控制。在本例中，第一频率范围从0到0.5Hz，而第二频率范围从4到8Hz。从而，可以优化转向架以及轨道车辆在曲线路段的性能以及在平直路段的高速性能。 

第一实施例 

在根据本发明的第一优选衍生控制方案中，曲线拟合控制，即在第一频率范围内调节第一车轮组105的转向角度，通过控制单元113采用第一目标转向角度 

来发生作用，该转向角度对应于第一理想目标转向角度 

乘以预定第一校正因子K₁，即适用以下方程： 

第一理想目标转向角度经过选择，以使在K₁＝1时，即第一目标转向角度 

在轨迹实际曲率上符合第一理想目标转向角度时，第一车轮组105向着曲线径向调节。 

此外，进行控制，以使第一促动器109在第一频率范围内瞬时基本上不会施加任何转向力矩，即适用M_Akt1＝0。根据方程(1)力矩平衡的结果，同时利用图2中所示的第一车轮组105上的转向力矩，因 此适用：第一主弹簧机构107的复位转向力矩M_cxp1基本上与成对车轮轨迹施加在第一车轮组105上的转向力矩M_Tx1平衡，对于被动式的曲线友好的运行机构来说，也是这个样子，即适用： 

M_Tx1＝-M_cxp1    (2) 

换句话说，利用这种衍生方案，在拟合曲线时，允许在第一频率范围内让第一促动器109遵循由轨迹曲率导致的第一车轮组105的漂移运动，直到像被动式曲线友好的运行机构那样，至少大约向着曲线径向调节第一车轮组105。 

当第一车轮组105从实际位置转出时，间歇地或连续地为第一促动器109预定新的第一理想目标转向角度 

则针对第一促动器109上的实际载荷，预期将实现承载自由度。换句话说，第一理想目标转向角度 

可以间隙地或连续地调节，以遵循漂移运动，因此遵循实际轨迹曲率。代表促动器承载自由度的任何量值都可以用作调节第一理想目标转向角度 

的引导量值。因此，该量值优选选择为确定促动器载荷所用测量原理的函数。 

优选第一车轮组105的实际转向角度和代表第一促动器109实际载荷的量值借助适当的传感器进行获取(例如，力值、力矩值、压力值、电流值等)。然后，如果第一促动器109上的载荷从零点偏移，则预定相应的新第一理想目标转向角度 

这种情况可以间隙地或连续地发生，例如可能通过暂时积分代表促动器109上载荷的量值来保证在第一频率范围内仅获取促动器109上的载荷状况。 

因此，可以省略对实际轨迹曲率的测量或者其他确定过程，但是可能仅在第一频率范围内存在于第一促动器109上的载荷的基础得出车轮应该向曲线径向调节，或者可以在转向架103参数以及实际驱动状态(速度、横向加速度等)的基础上得出精确曲线径向调节所需的转向角度结论。这样做的优势在于，较之通常实际轨迹曲率或多或少的复杂计算而言，可以在调节过程中显著缩短时间。 

借助第一校正因子K1，以限定的方式与所述控制一起使用的第一目标转向角度 

可能相对于第一理想目标转向角度 失调。因此， 还可以实现上下补偿，但是，这种补偿与能耗有关，并导致M_Akt≠0。例如，在K₁＝0时，甚至可以出现与传统被动式车辆那样的刚性车轮组引导。 

因此，可以以限定的方式将所述控制相对于采用第一目标转向角度 

的理想控制进行离调，而不会丧失理想控制的优势，第一理想目标转向角将非常容易在车轮上造成局部磨损。已经证明，利用背离理想控制少量、限定的偏移，利用仍然良好的曲线拟合特征以及平直区段的良好稳定性，可以实现车轮接触表面上的磨损部更为均匀的分布，产生基本上更为有利的磨损图案，因此带来更长的使用寿命。 

在这种情况下，设置地让理想控制在更长的距离范围内可以实施，即选择校正因子K₁＝1，仅偶尔相对于理想控制以限定的方式将控制离调，即选择相关的K₁≠1。此外，设置地借助校正因子K₁将控制相对于理想控制离调，根据预定的时间机制变化，例如连续变化。同样，校正因子K₁自然还可以作为实际或预期运行状态(速度等)或者实际或预期轨迹条件(轨迹轮廓等)的函数而发生变化。因此，可以实现随机磨损分布。 

上述控制发生在第一控制衍生方案也用于转向架103的第二车轮组106的情况下，以使可以最终模拟全部车轮组的曲线拟合特征以及被动式曲线友好的运行机构。特别从上述方程(1)中体现的是，利用这种控制，并不能实现M_Tx＝0(即，不存在来自成对车轮轨道的转向力矩)以及曲线径向轨迹横向力平衡的曲线柔顺性理想概念，而是可以实现良好的曲线拟合和磨损特征，并且可以获得的轨迹稳定性高，且能耗非常小。 

当运行到轨迹的横向波动上的时候，驱动轨道车辆101的第一车轮组105经历其中心从中部轨迹位置出现特定横向漂移，以及由此导致的横向角速度，该横向加速度导致第一车轮组105相对于轨迹出现横向速度。在车轮和轨道的相应轮廓组合在两个车轮旋转速度耦合的作用下在接合它们的轴向轴上以弱阻尼刚性滑动的情况下，车轮组105的正弦横向运动和旋转运动-在车轮组105、106的情况下，正如 这里用在转向架103中，也即整个运行机构-将在其中部位置周围出现。这种横向运动和旋转运动，速度高于稳定性极限，将被逐渐激发，并导致失稳。相同的情形适用于同时发生的初始漂移导致的逐渐增大的正弦行程，该正弦行程将退化为失稳的折线运行。这种现象导致在车轮和轨道之间出现增大的横向力，该横向力可以导致磨损加剧，甚至轨迹床漂移以及脱轨危险。 

为了避免这种情况，利用第一种控制衍生方案，在平直区段控制第一车轮组105的稳定性，在曲线区段也进行控制，因此由控制单元113利用第二目标转向角度在第二频率范围内调节第一车轮组105的转向角度，该第二目标转向角度对应于第二理想目标转向角度乘以预定第二校正因子K₂，即以下方程成立： 

第二理想目标转向角度 

在这种情况下经过选择，以使在K₂＝1时，即如果第二目标转向角度符合第二理想目标转向角度，则由轨迹轮廓波动或者正弦行程导致的第一车轮组105横向运动基本上可以得到补偿。 

为此，确定了第一车轮组105的瞬时横向速度以及轨道车辆101的瞬时运行速度。从所确定的第一车轮组105瞬时横向速度以及轨道车辆瞬时运行速度，可以为第二频率范围计算第二理想目标转向角度，作为第二理想目标值。在这种情况下，第二理想目标转向角度经过选择，以使如果表示第二目标值的、希望的第二转向角度匹配第二理想目标转向角度(即，K₂＝1)，则出现反向等于所确定的第一车轮单元的第一车轮组105的横向速度的第一车轮单元的第一车轮组105的横向速度。因此，换句话说，产生的车轮单元的第一车轮组105的横向速度可以控制到零。 

另一方面，利用本发明的方法，由适当传感器感知车轮组的瞬时横向速度v_y，该传感器例如连接到轮轴轴承。所述传感器例如可以是横向作用的加速度传感器，其信号随着时间进行积分。此外，来自超常规列车控制系统或已知速度记录仪器的作为示例的轨道车辆瞬时运 行速度馈送到控制器。 

理想控制(K₂＝1)的目标如上所述是借助第一促动器109向具有由波动或正弦行程感生出的横向速度v_y的第一车轮组105施加反向相等的横向速度。这种操作经由瞬时第二理想目标转向角度 

来实现，该瞬时第二理想目标转向角度经过持续计算，作为导向量，在第一车轮组105相对于其实际联杆系进行对应调节的过程中，例如相对于运行机构框架进行调节的过程中，导致所希望的、同样大但相反的横向速度v_yc(见图3)。 

理想目标转向角度 

的该计算值馈送到第一促动器109的控制单元113，控制单元具有足够高的动特性以及足够低的相移。作为其动作的结果，来源于轨迹轮廓波动或正弦行程的横向运动在其发生时就被消灭，以便第一车轮组105，不考虑纵向软导向，也能保持横向静止并相对于其旋转运动保持静止。 

转向架103的第二车轮组106同样根据稳定性控制方法受到控制，从而将其保持横向静止并相对于其旋转运动保持静止，而不考虑其纵向软导向。 

而且在稳定性控制过程中，借助如上所述用于曲线径向调节的第二校正因子(K₂)，可以实现所用的第二目标值相对于第二理想目标值的可能依赖时间的离调。因此，还可以让稳定性控制以限定的方式将所述控制相对于具有第二理想目标转向角度的理想控制进行离调，而不会丧失理想控制的优势，所述的理想控制非常易于在车轮上发生局部磨损。已经证明，利用背离理想控制的少量的、限定的偏移，以及利用良好的曲线拟合特性以及平直区段上良好的稳定性，可以实现车轮接触表面上磨损部更好地分布，形成基本上更为有利的磨损图案，因此带来更长的使用寿命。 

可以设置地让理想控制甚至在更长的距离范围内可以实施，即第二校正因子选择为K₂＝1，并且仅偶尔以限定的方式将所述控制相对于理想控制离调，即K₂≠1。此外，可以设置地让所述控制借助校正因子K₂相对于理想控制进行离调的过程可以根据预定时间机制发生变化， 例如连续变化。同样，校正因子K₂当然也可以作为实际或预期运行状态(速度等)或实际或预期轨迹条件(轨迹轮廓等)的函数进行变化。因此，可以实现随机磨损分布。 

因此，对于较差的轨迹质量，即轨迹轮廓波动的幅值较高且集中度较大，或者作为运行速度的函数，可以适配控制规则的参数化过程。例如在不良轨迹质量“更为严重”的时候，例如可以调节自动控制器113，以更为快速地做出反应；或者“更为缓和”的时候，例如处于较低的运行速度，从而防止各促动器109、110上的负载过重。 

稳定性控制方法的优势在在于非常简单，因为不需要记录时间历史，而是在每个时间点上仅观察第一车轮组105的瞬时运动状态。 

此外，每个车轮组105、106可以独立于同一运行机构103或车辆101的其他车轮组进行控制。对于轨迹位移以及可能的失稳作出的反应被所述控制过程立即消灭于车轮组105、106上。车轮组105、106即使存在纵向软车轮组导向，但是仍保持静止，即相对于横向方向的运动以及围绕其垂直轴线的运动保持稳定。因此，在车轮组105、106和运行机构103之间或者在运行机构103和车身102或车轮组105、106和车身102之间，不需要抵抗围绕其垂直轴线的旋转运动的阻尼装置。因此，取代衰减失稳性，后者甚至可能无法出现，车身102也可以基本上比传统方案表现地更为平静。 

已经示出了相对于被动式径向可调曲线拟合(M_Akt＝0和M_Tx＝-M_cxp)实现的改进，正如利用上述第一衍生控制方案所实现的那样，这种改进仅在各促动器109、110(M_Akt＞＞0)存在显著的能耗时才可以实现，以近似曲线拟合理想概念(即M_Tx＝0且∑Y₁＝∑Y₂)。但是，利用以下所述本发明方法的衍生方案，可以通过相应减少能耗来实现对理想曲线拟合的良好近似。 

第二实施例 

因此，利用优选的第二衍生控制方案，虽然根据以上第一衍生控制方案可以类似的调节第一车轮组105的转向角度(即，M_Akt1＝0)， 但是利用第三目标转向角度 

在第一频率范围内调节第二车轮组106的转向角度，其对应于第三理想目标转向角度 

乘以预定第三校正因子K₃。第三理想目标转向角度 经过选择，以使在K₃＝1时，即如果第三目标转向角度 符合第三理想目标转向角度 

则成对车轮轨道在轨迹实际曲线上产生于第一车轮组105上的转向力矩Mtx1反向等于成对车轮轨道在轨迹实际曲线上产生于第二车轮单元上的转向力矩M_Tx2(即，M_Tx1＝-M_Tx2)。 

从以上方程(3)至(6)，上述关系如下所述： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(7\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(8\right)$

换句话说，由此实现了第一车轮组105上的横向轨迹力之和∑Y₁与第二车轮组106上的横向轨迹力之和∑Y₂由辅助弹簧机构114的复位转向力矩M_cxs的分量所平衡，车身102借助该辅助弹簧机构支撑在转向架框架104上。 

控制单元113优选利用成对车轮轨道在轨迹实际曲线上产生于第一车轮组105上的转向力矩M_Tx1、与转向架103有关的第二主弹簧机构108的转向力矩M_cxp2对第二车轮组106的转向角度的依存关系、以及与转向架103有关的第二促动器110的转向力矩M_Akt2对第二车轮组106的转向角度 

的依存关系，来计算第三理想目标转向角度 

第二促动器110的转向力矩M_Akt2对第二车轮组106的转向角度 的这种依存关系可以通过任意方式预先确定，例如通过方程、特征线或特征谱等来确定，它们提前确定用于转向架103或车辆101。 

同样，借助第三校正因子K₃，通过以上针对第一校正因子K₁所述的相同方式，可以实现所用的第三目标转向角度 相对于第三理想目标转向角度 

的一种随机、可能依赖时间、依赖驱动条件和/或依赖轨迹条件的离调。因此，第三校正因子K₃，类似于第一校正因子K₁，至少偶尔可以选择成不等于1和/或至少偶尔选择成等于1和/或根据预定机制发生变化。 

为了避免不稳定的运行状态，就像第一衍生控制方案中那样，在平直区段以及弯曲区段对车轮组105、106进行稳定性控制，即在第二频率范围内调节第一和第二车轮组105、106的转向角度。这里，控制单元113如以上针对第一衍生控制方案所述那样发挥作用，即利用第二目标转向角度，其对应于第二理想目标转向角度乘以预定第二校正因子K₂。因此，可以参照上述解释。 

第三实施例 

在优选第三衍生控制方案中，曲线拟合控制，即在第一频率范围内调节第一车轮组105的转向角度，经由控制单元113利用第一目标转向角度 

来实施，该第一目标转向角度又对应于第一理想目标转向角度 

乘以预定第一校正因子K₁，即以下方程也适用： 

在这种情况下，设置地在第一频率范围内调节第一促动器109，以跟随轨迹曲率改变导致的第一车轮单元的转动，以使第一促动器109在K₁＝1时，即第一目标转向角度 

在轨迹实际曲线上符合第一理想目标转向角度 时，在第一频率范围内瞬时应用第一转向力矩M_Akt1，该转向力矩与第一主弹簧机构107的转向力矩M_cxp1反向相等(即，M_Akt1＝-M_cxp1)。 

根据该方法类似地控制第二车轮组106。因此，利用第三目标转向角度 

在第一频率范围内调节第二车轮组106的转向角度，该第三目标转向角度对应于第三理想目标转向角度 乘以预定第三校正因子K₃。第三理想目标转向角度 

又经过选择，以使K₃＝1时，即第三目标转向角度 

符合第三理想目标转向角度 

时，在第一频率范围内调节至少第二促动器110，以跟随由轨迹曲率变化导致的第二车轮单元的转动，以使第二促动器110在轨迹实际曲线上，在第一频率范围内瞬时应用转向力矩M_Akt2，该转向力矩与第一主弹簧机构108的转向力矩M_cxp2反向相等(即，M_Akt2＝-M_cxp2)。 

这里，来自成对车轮轨道的转向力矩消失(即，M_Tx1＝M_Tx2＝0) 来源于方程(1)，即当第一车轮组105和第二车轮组105曲线径向调节时，同时又来源于方程(3)至(6)，适用： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(7\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}---\left(8\right)$

换句话说，以及由此实现了-利用第二衍生控制方案-第一车轮组105上的横向轨迹力之和∑Y₁和第二车轮组106上的横向轨迹力之和∑Y₂被辅助弹簧机构114的复位转向力矩M_cxs的分量平衡。 

可以通过任意适当方式将第一理想目标转向角度 

或第三理想目标转向角度 

调节到轨迹的曲率。优选，可以获得第一车轮组105的实际转向角度 

或第二车轮组106的实际转向角度 

以及各促动器109、110上的载荷的量化表示(例如，力值、力矩值、压力值、电流值等)。如果所关注的促动器109、110上的载荷偏离该值，则限定新的第一理想目标转向角度 

或新的第三理想目标转向角度 

在这种情况下，转向角度 

或 

将来自于主弹簧机构107或108的复位力矩。 

此外，借助如上所述的第一校正因子K₁或第三校正因子K₃，可以将所用的第一或第三目标值相对于第一或第三理想目标值进行一种仍然为随机、可能依赖时间、依赖驱动情形和/或依赖轨迹情形的离调。因此，第一校正因子K₁或第三校正因子K₃各自至少偶尔可以选择成不等于1和/或至少偶尔选择成等于1和/或根据预定机制发生变化。 

为了避免不稳定的运行状态，正如第一衍生控制方案中的那样，在平直区段和弯曲区段上对车轮组105、106进行稳定性控制，即在第二频率范围内调节第一和第二车轮组105、106的转向角度。这里，控制单元113如以上针对第一衍生控制方案所述的那样发生作用，即利用第二目标转向角度 

发生作用，该第二转向角度对应于第二理想目标转向角度 

乘以预定第二校正因子K₂。因此，在这里仅说明参照以上解释。 

第四实施例 

在优选的第四衍生控制方案中，曲线拟合控制，即在第一频率范围内调节第一车轮组105的转向角度，如同第一衍生控制方案(即，M_Akt1＝0)中那样发生。但是，利用第三目标转向角度 

在第一频率范围内调节第二车轮组106的转向角度，该第三目标转向角度对应于第三理想目标转向角度 

乘以预定第三校正因子K₃。第三理想目标转向角度 

经过选择，以使K₃＝1时，即第三目标转向角度 符合第三理想目标转向角度 

时，成对车轮轨道在轨迹实际曲线上产生于第二车轮组106上的转向力矩M_Tx2对应于转向力矩差异，该力矩差异来源于行进方向因子L与辅助弹簧机构108的复位转向力矩M_cxs以及成对轨道车轮在轨迹实际曲线上产生于第一车轮组105上的转向力矩M_Tx1的乘积。在行进方向，引导转向架103的行进方向因子L等于1，而从动转向架103的行进方向因子L等于-1(即，对于引导转向架103来说，M_Tx2＝M_cxs-M_Tx1，和/或对于从动转向架103来说，M_Tx2＝-M_cxs-M_Tx1)。 

在第一衍生控制方案的情况下(M_Akt1＝0且M_Tx2＝±M_cxs-M_Tx1)，该关系在这里来源于方程(3)至(6)： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(9\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(10\right)$

换句话说，由此实现了第一车轮组105上的横向轨迹力之和∑Y₁与第二车轮组106上的横向轨迹力之和∑Y₂平衡(即，∑Y₁＝∑Y₂)。 

为了确定辅助弹簧机构108的复位转向力矩M_cxs，借助连接到控制单元113的传感器115确定转向架框架104和车身102之间的转向角度。 

此外，分别借助如上所述的第一校正因子K₁或第三校正因子K₃，实现了所用的第一或第三目标值相对于第一或第三理想目标值的一种随机的、可能依赖时间、依赖驱动条件和/或依赖轨迹情形的离调。因此，第一校正因子K₁或第三校正因子K₃至少偶尔可以选择成不等于 1和/或至少偶尔可以选择成等于1和/或根据预定机制发生变化。 

为了避免不稳定的运行状态，正如第一衍生控制方案中的那样，在平直区段和弯曲区段对车轮组105、106进行稳定性控制，即在第二频率范围内调节第一和第二车轮组105、106的转向角度。这里，控制单元113如同以上针对第一衍生控制方案所述的那样发生作用，即利用第二目标转向角度 发生作用，该第二目标转向角度 

对应于第二理想目标转向角度 

乘以预定第二校正因子K₂。因此，这里仅说明可以参照以上解释。 

第五实施例 

在优选的第五衍生控制方案中，曲线拟合控制，即在第一频率范围内调节第一车轮组105的转向角度，如同第三衍生控制方案中那样(即，M_Akt1＝-M_cxp1)发生。但是，在第一频率范围内调节第二车轮组106的转向角度如同第四衍生控制方案那样(即，分别是，对于引导转向架103来说，M_Tx2＝M_cxs-M_Tx1，或对于从动转向架103来说，M_Tx2＝-M_cxs-M_Tx1)。因此，在这方面，这里仅说明参照以上解释。 

在第五衍生控制方案且在第五变形中(M_Akt1＝-M_cxp1且M_Tx2＝±M_cxs-M_Tx1)，该关系来源于方程(3)至(6)： 

$\mathrm{\Σ}{Y}_1=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(9\right)$

$\mathrm{\Σ}{Y}_2=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}\mathrm{\μ}\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}\±\frac{M_{\mathrm{cxs}}}{2a}=\frac{F_{\mathrm{aq}}}{2}---\left(10\right)$

换句话说，还由此实现了，第一车轮组105上的横向轨迹力之和∑Y₁与第二车轮组106上的横向轨迹力之和∑Y₂平衡(即，∑Y₁＝∑Y₂)。 

此外，借助如上所述的第一校正因子K₁或第三校正因子K₃，分别实现了所用的第一或第三目标值相对于第一或第三理想目标值的一种随机的、可能依赖时间、依赖驱动条件和/或依赖轨迹情形的离调。因此，第一校正因子K₁或第三校正因子K₃至少偶尔可以选择成不等于1和/或至少偶尔可以选择成等于1和/或根据预定机制发生变化。 

为了避免不稳定的运行状态，正如第一衍生控制方案中的那样， 在平直区段和弯曲区段对车轮组105、106进行稳定性控制，即在第二频率范围内调节第一和第二车轮组105、106的转向角度。这里，控制单元113如同以上针对第一衍生控制方案所述的那样发生作用，即利用第二目标转向角度 

发生作用，该第二目标转向角度 

对应于第二理想目标转向角度 

乘以预定第二校正因子K₂。因此，这里仅说明可以参照以上解释。 

自然，对于以上所述的全部衍生控制方案，驱动和制动力矩影响曲线控制的动作，特别是在如图1所示的非对称情况下。它们在各促动器杆上产生力，该力导致各车轮组可以叠加在控制器环路上，并因此经由适当测量值进行平衡(例如，在非促动器一侧测量杆力)，或借助列车控制系统的传动来平衡。 

本发明已经在以理想目标转向角为理想目标值的例子的基础上进行了清楚地说明。但是，对于本发明其他衍生方案来说，所关心的车轮组实现希望的调整所凭借的任何其他适当量值也可以作为理想目标值。 

本发明已经在具有两个车轮组的转向架的例子的基础上进行了详尽的说明。但是，在本发明其他衍生方案的情况下，也可以使用任意其他运行机构类型。 

Claims (29)

1.一种用于控制轨道车辆的主动运行机构(103)的方法，该轨道车辆包括至少一个具备两个车轮的第一车轮单元(105)，其中借助于作用在第一车轮单元(105)和由第一主弹簧机构(107)支撑在第一车轮单元上的车辆结构(102)之间的至少一个第一促动器(109)，

在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率，调节第一车轮单元(105)围绕竖直运行机构轴线相对于车辆结构(102)的转向角度；

和/或在第二频率范围内调节第一车轮单元(105)围绕竖直运行机构轴线相对于车辆结构(102)的转向角度，从而抵消由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元(105)的横向运动；

其特征在于，

利用第一目标值在第一频率范围内调节第一车轮单元(105)的转向角度，该第一目标值对应于第一理想目标值乘以预定的第一校正因子(K₁)，其中

第一理想目标值经过选择，以使得在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，即，第一校正因子(K₁)等于1时，至少大约向曲线径向调节第一车轮单元(105)；

和/或

利用第二目标值在第二频率范围内调节第一车轮单元(105)的转向角度，该第二目标值对应于第二理想目标值乘以预定的第二校正因子(K₂)，其中

第二理想目标值经过选择，以使得在第二目标值符合第二理想目标值时，即第二校正因子(K₂)等于1时，基本上补偿由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元(105)的横向运动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值，则

精确地向着曲线径向调节第一车轮单元(105)和

第一主弹簧机构(107)的复位转向力矩与成对车轮轨道产生的转向力矩基本上平衡，所以至少一个第一促动器(109)瞬时基本上不施加任何转向力矩。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一频率范围内调节至少一个第一促动器(109)，以遵循轨迹曲率变化导致的第一车轮单元(105)的转动，以使第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，所述至少一个第一促动器(109)在第一频率范围内瞬时基本上不施加任何转向力矩。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一理想目标值是第一理想目标转向角度

其经过调节，以遵循轨迹曲率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一校正因子(K₁)

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述运行机构(103)包括具备两个车轮的第二车轮单元(106)，其跟随第一车轮单元(105)从动，车辆结构(102)借助第二主弹簧机构(108)支撑在第二车轮单元上，

借助作用在第二车轮单元(106)和车辆结构(102)之间的至少一个第二促动器(110)调节第二车轮单元(106)的转向角度；和

利用第三目标值，在第一频率范围内，调节第二车轮单元(106)的转向角度，该第三目标值对应于第三理想目标值乘以预定的第三校正因子(K₃)，其中

第三理想目标值经过选择，以使得在第三目标值在轨迹实际曲率上符合第三理想目标值时，即第三校正因子(K₃)等于1时，成对车辆轨道在第一车轮单元(105)上产生的转向力矩反向等于成对车轮轨道在轨迹实际曲率时在第二车轮单元(106)上产生的转向力矩。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，第三理想目标值是第三理想目标转向角度其从以下项目计算而得：

在轨迹实际曲率上，由成对车轮轨道在第一车轮单元(105)上产生的转向力矩(M_Tx1)；

为运行机构(103)预定的、第二辅助弹簧机构(109)的转向力矩(M_cx2)对于第二车轮单元(106)的转向角度

的依存关系；和

为运行机构(103)预定的、第二促动器(110)的转向力矩对于第二车轮单元(106)的转向角度的依存关系。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，第三校正因子(K3)：

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一频率范围内，调节至少一个第一促动器(109)，以遵循由于轨迹曲率变化所导致的第一车轮单元(105)的转动，使得在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，至少一个第一促动器(109)在第一频率范围内瞬时施加转向力矩，该转向力矩反向等于第一主弹簧机构(107)的转向力矩。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，第一理想目标值是第一理想目标转向角度

其被调节为轨迹曲率。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，第一校正因子(K₁)：

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述运行机构(103)包括具备两个车轮的第二车轮单元(106)，其跟随第一车轮单元(105)从动，车辆结构(102)借助第二主弹簧机构(108)支撑在第二车轮单元上，

借助作用在第二车轮单元(106)和车辆结构(102)之间的至少一个第二促动器(110)调节第二车轮单元(106)的转向角度；和

利用第三目标值，在第一频率范围内，调节第二车轮单元(106)的转向角度，该第三目标值对应于第三理想目标值乘以预定的第三校正因子(K₃)，其中

第三理想目标值经过选择，以使得在第三目标值符合第三理想目标值时，即第三校正因子(K₃)等于1时，在第一频率范围内调节至少一个第二促动器(110)，以遵循由于轨迹曲率变化导致的第二车轮单元(106)的转动，以使至少一个第二促动器(110)在轨迹实际曲率上，在第一频率范围内，瞬时施加转向力矩，该转向力矩反向等于第二主弹簧机构(108)的转向力矩。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第三理想目标值是第二理想目标转向角度

其经过调节以遵循轨迹曲率。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，第一校正因子(K₁)：

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

15.如权利要求1至5任一项所述的方法，或者如权利要求9至10任一项所述的方法，其特征在于，

运行机构(103)包括具有两个车轮的第二车轮单元(106)，其跟随第一车轮单元(105)从动，车辆结构(102)借助第二主弹簧机构(108)支撑在第二车轮单元上；

借助至少一个作用在第二车轮单元(106)和车辆结构(102)之间的第二促动器(110)调节第二车轮单元(106)的转向角度；

车辆结构(102)借助主弹簧机构(107、108)和辅助弹簧机构(114)支撑在第一车轮单元(105)和第二车轮单元(106)上；和

利用第三目标值在第一频率范围内调节第二车轮单元(106)的转向角度，该第三目标值对应于第三理想目标值乘以预定的第三校正因子(K₃)，其中

第三理想目标值经过选择，以使在第三目标值符合第三理想目标值时，即第三校正因子(K₃)等于1时，成对车轮轨道在轨迹实际曲率上在第二车轮单元(106)上产生的转向力矩对应于转向力矩差异，该转向力矩差异来源于行进方向因子(L)与辅助弹簧机构(114)实际复位转向力矩之积与成对车轮轨道在轨道实际曲率上在第一车轮单元(105)上产生的转向力矩量，其中

行进方向因子(L)对于引导运行机构(103)来说等于1，而对于从动运行机构(103)来说等于-1。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，

运行机构(103)包括运行机构框架(104)，该框架在各种情况下借助主弹簧机构(107、108)支撑在第一车轮单元(105)和第二车轮单元(106)上；

车辆结构(102)借助辅助弹簧机构(114)支撑在运行机构框架(104)上；和

为了确定辅助弹簧机构(114)的复位转向力矩，确定运行机构框架(104)和车辆结构(102)之间的转向角度。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，第三理想目标值是第三理想目标转向角度

其受到调节以遵循轨迹的曲率。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，第三校正因子(K₃)

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一频率范围包括0到1Hz。

20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二频率范围至少局部位于第一频率范围之上。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，第二频率范围包括4到8Hz。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

确定第一车轮单元(105)的瞬时横向速度以及轨道车辆(101)的瞬时运行速度；和

利用确定的第一车轮单元(105)的瞬时横向速度以及轨道车辆(101)的瞬时运行速度，在第二频率范围内计算第二理想目标转向角度

作为第二理想目标值，其中

第二理想目标转向角度

经过选择，以使在表示第二目标值的第二目标转向角度符合第二理想目标转向角度时，即第二校正因子(K₂)等于1时，产生第一车轮单元(105)的横向速度，其反向等于经计算的第一车轮单元(105)的横向速度。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，

借助速度传感器获得第一车轮单元(105)的瞬时横向速度，或者将加速度传感器获得的第一车轮单元(105)的瞬时横向加速度积分，以提供第一车轮单元(105)的瞬时横向速度；

和/或

由超常列车控制系统提供的运行速度用作轨道车辆(101)的瞬时运行速度；

和/或

通过测量轨道车辆(101)的至少一个车轮的旋转速度来确定轨道车辆(101)的瞬时运行速度。

24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二校正因子(K₂)

至少偶尔选择成不等于1

和/或

至少偶尔选择成等于1

和/或

根据预定机制发生变化。

25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一频率范围包括0到0.5Hz。

26.一种用来控制轨道车辆(101)的主动运行机构(105)的设备，所述轨道车辆包括具备两个车轮的至少一个第一车轮单元(105)，该设备包括：

控制单元(113)和至少一个第一促动器(109)，所述第一促动器由所述控制单元(113)控制并作用于第一车轮单元(105)和车辆结构(102)之间，车辆结构借助第一主弹簧机构(107)支撑在第一车辆单元上；

其中

所述控制单元(113)借助所述至少一个第一促动器(109)，在第一频率范围内，根据轨迹实际曲率，调节第一车轮单元(105)围绕车辆竖直运行机构轴线相对于车辆结构(102)的转向角度；

和/或

所述控制单元(113)借助所述至少一个第一促动器(109)，在第二频率范围内，抵消由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元(105)的横向运动；

其特征在于，

所述控制单元(113)配置成，利用第一目标值在第一频率范围内调节第一车轮单元(105)的转向角度，该第一目标值对应于第一理想目标值乘以预定的第一校正因子(K₁)，其中

第一理想目标值经过选择，以使在第一目标值在轨迹实际曲率上符合第一理想目标值时，即第一校正因子(K₁)等于1时，第一车轮单元(105)至少大致向着曲线径向调节；

和/或

所述控制单元(113)配置成，利用第二目标值在第二频率范围内调节第一车轮单元(105)的转向角度，该第二目标值对应于第二理想目标值乘以预定的第二校正因子(K₂)，其中

第二理想目标值经过选择，使得在第二目标值符合第二理想目标值时，即第二校正因子(K₂)等于1时，基本上补偿了由轨迹轮廓波动或正弦行程导致的至少第一车轮单元的横向运动。

27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，

第一理想目标值是第一理想目标转向角度和

控制单元(113)调节第一理想目标转向角度

以遵循轨迹曲率；

和/或

第二理想目标值是第二理想目标转向角度

28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，第二频率范围至少局部位于第一频率范围之上。

29.一种具备主动运行机构(103)的轨道车辆，该轨道车辆包括具备两个车轮的至少一个第一车轮单元(105)和如权利要求26至28中任一项所述的用来控制所述主动运行机构的设备。

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