[发明专利]具有侧倾补偿功能的车辆

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆，特别是轨道车辆，包括一车身、一第一行走机构和一第二行走机构，该第二行走机构沿一车辆纵轴方向与第一行走机构间隔放置，所述车身借助一第一弹簧装置沿一车辆竖轴方向支承在一第一行走机构上，借助一第二弹簧装置沿一车辆竖轴方向支承在一第二行走机构上，所述车身借助一第一侧倾补偿装置与所述第一行走机构配合，同时借助一第二侧倾补偿装置与所述第二行走机构配合，所述第一侧倾补偿装置和所述第二侧倾补偿装置在车辆转弯时对所述车身绕一平行于一车辆纵轴的侧倾轴朝弯道外侧的侧倾运动施加阻力。本发明还涉及一种调节车辆车身侧倾角的方法。

背景技术

轨道车辆的车身一般是通过一个或多个弹簧级悬挂安装在车轮单元(例如轮对或轮副)上，其它类型的车辆也是如此。车辆转弯时会在横向于行驶运动以及横向于车辆纵轴的方向上受到离心加速度的作用，由于车身重心较高，车身有可能相对于车轮单元朝弯道外侧倾斜，即绕平行于车辆纵轴的侧倾轴做侧倾运动。

这种侧倾运动超过一定极限值时会影响乘坐舒适度。还有可能超越允许限界，使单侧车轮承受不允许的负荷，从而危及车辆的抗倾覆稳定性和脱轨安全性。为避免发生这些情况，通常会使用形式为横向稳定器形式的防倾装置。这种装置的任务是在车身相对于车轮单元的上升下沉运动不受影响的情况下，对车身的侧倾运动施加阻力从而减轻侧倾程度。

现有技术中存在各种各样基于液压或纯机械作用原理的横向稳定器。通常使用例如EP 1 075 407 B1中所公开的横向于车辆纵向延伸的扭力轴。扭力轴上固定有以抗扭转方式安装在车辆纵轴两侧的沿车辆纵向延伸的杠杆。这些杠杆又和与车辆弹簧装置动态并联放置的控制杆或类似元件相连。车辆的弹簧装置压缩时，固定在扭力轴上的杠杆在与之相连的控制杆作用下开始旋转。

车辆转弯发生侧倾运动时，如果车辆两侧的弹簧装置的弹簧行程彼此不同，固定在扭力轴上的杠杆就会产生不同的旋转角。在此情况下，扭力轴会受到扭矩的作用，达到一定扭转角(具体大小视扭力轴的抗扭刚度而定)时，扭力轴通过弹性变形所产生的反力矩将该扭矩抵消，从而阻止车辆发生进一步的侧倾。配备转向架的轨道车辆既可为次弹簧级设置防倾装置，即，防倾装置在行走机构框架和车身之间发生作用。也可在主弹簧级中使用防倾装置，即，防倾装置在车轮单元和行走机构框架或车身(适用于未设二系悬挂的情况)之间发生作用。

例如EP 1 190 925 A1中所公开的同类型轨道车辆也采用上述横向稳定器。在该文献所公开的轨道车辆中，横向稳定器的两个控制杆的上端(在垂直于车辆纵轴的平面内)朝车辆中心偏移。这样一来，车身在沿车辆横向偏斜(例如由车辆转弯时的离心加速度引起)时就会受到相应导引，车身朝弯道外侧的侧倾运动受到抑制，在外力作用下发生朝弯道内侧的侧倾运动。

这种朝弯道内侧的反向侧倾运动的另一个作用是提高车辆乘客的倾斜舒适度。一般情况下，“倾斜舒适度高”指的是车辆转弯时，乘客在其参考系(通常由车身的内部结构如底板、壁部、座椅等等界定)的横向上尽可能感受最小横向加速度这一事实。车身因侧倾而朝弯道内侧倾斜后，至少一部分(具体大小视倾斜程度而定)在地固系中实际产生作用的横向加速度给乘客的感觉仅仅是车辆底板方向上的加速度有所提高，一般情况下这并不会给乘客带来多大的不适感。

在乘客的参考系中发生作用的横向加速度的允许最大值(以及从中得出的车身倾斜角额定值)通常由轨道车辆的运营商规定。相关依据另见有关的国家及国际标准(例如EN 12299)。

EP 1 190 925 A1中所公开的车辆能够实现纯被动式系统，悬挂系统的组件与横向稳定器的组件彼此相配，其中仅借助车辆转弯时起作用的横向加速度来使车身发生程度符合要求的倾斜。

这种被动式解决方案一方面要求侧倾轴或侧倾运动的瞬心在车身重心上方较远处。另一方面要求悬挂系统在横向上采用较为柔性的设计，以便仅借助有效离心力就能获得想要的偏斜效果。这种横向柔性悬挂能吸收抑制横向冲击，因而还能对横向上的振动舒适度产生有利影响。

然而，这些被动式解决方案也有其弊端：横向柔性悬挂和较高的瞬心无论在正常还是非常规运行情况(例如，车辆意外停靠在超高度极大的轨道弯曲段)下都会在横向上引起较大的横向偏斜，从而导致按常规条件确定的限界被超越，而若想避免这种情况，就只能减小车身宽度，降低运力。

需要达到一定侧倾角时，可以通过转移侧倾轴或瞬心来缓解偏斜较大这一问题。但是这种方法只能被动地达到较小的侧倾角。其结果是系统的横向刚度变大，最终导致倾斜舒适度和振动舒适度都下降。