[发明专利]车轮轨道相互作用力评估

说明书

本申请是申请日为2006年6月8日提交的、申请号为200680026068.0、发明名称为“车轮轨道相互作用力评估”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种评估铁路车辆车轮和铁轨之间相互作用的方法和装置，特别但不仅仅涉及评估由于轨道不规则表面引起的接触力。

背景技术

关于诸如运输车这样的轨道车辆的轮-轨相互作用的信息可以以多种方式被使用，例如用于提供车辆可能出轨的指示以及分析车轮或轨道的损害。但是，由于接触位置难以接近，所以一般不可能对轨道车辆的车轮和车轮在其上运动的轨道之间的相互作用力进行直接测量。

间接确定这些相互作用的一系列商业产品已经是可用的，例如已知的软件包。这些产品包括车辆轨道系统的前向动力学模型，其中首先测量轨道的不规则，然后利用运行速度和已知的车辆特征来预估接触力。但是，在整个技术中存在大量缺陷，包括提供轨道数据的测量系统的成本以及其对于维持正常全部车辆的困难。

采用（人工神经网络：Artificial Neutral Network）ANN建模用于轨道车辆和相互作用力的一系列模拟包也是可获得的。这些也要求轨道几何形状和运行速度作为输入来计算车轮和轨道之间的相互作用。ANN模型要求足够的现场测试数据来为每种车型建立模拟模型。因此，处理过程是昂贵的，并且仍然存在以下限制，即其依赖于最新轨道数据来对车辆性能进行每日评估。

至今还没有一种成功的产品可以基于车辆参数和车辆运动测量来实时计算轮-轨力。这是涉及轮组（wheelset）中摩擦和衰减的非线性逆问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供改进系统来评估轨道车辆的车轮和轨道之间的接触力，或者至少提供对现有技术系统的替换。

在一个方面中，本发明因此可以被宽泛地认为涉及一种评估轨道运输车的车轮和运输车沿其运动的轨道之间的接触力的方法，包括：确定运输车的车体的加速度，基于运输车的车体的加速度和车体的预定参数来计算运输车的侧架上的力，基于运输车的车体的加速度和车体的预定参数来计算运输车的车轮上的力，基于为侧架和车轮所计算的力来计算车轮和轨道之间的接触力。

优选地，通过在运输车车体上与运输车质心间隔开的位置处安装运动传感器，并在也位于运输车上的处理器处从这些传感器接收数据来确定运输车车体的加速度。从运动传感器所接收的数据被转换为表示运输车的车体相对于质心的横向、竖向、倾斜（pitch）、滚转（roll）和偏航（yaw）的加速度。该计算基于包括利用赫兹弹簧和粘滞阻尼参数对运输车的车体、侧架和轮组的近似的模型。

在另一方面，本发明还提供一种评估轨道运输车的车轮和轨道之间的接触力的装置，包括：一组设置在多个相对于运输车质心的位置处的运动传感器，以及从这些传感器接收数据的处理器，其中处理器包含计算机程序代码，而计算机程序代码基于车体的加速度和车体的预定参数计算运输车的侧架上的应力，基于车体的加速度和车体的预定参数来计算运输车的车轮上的力，基于为侧架和车轮所计算的力来计算车轮和轨道之间的接触力。还可以包括发射器，用于将有关接触力的数据从处理器传送到收集站点。

本发明还包括在本说明书中所指出的特征的任何替换性组合。这些特征的所有等同特征不管是否被明确表述都被认为包括在本发明内。

附图说明

结合以下的附图将对于本发明的优选实施例进行介绍，其中：

附图1示意性地示出了有轨运输车，

附图2表示可能在轨道上产生的轮-轨力，

附图3是运输车或其他车辆上的轮组的简化模型图，

附图4表示可以被用于监视运输车运动的装置，

附图5显示该装置中的运动传感器的特性，

附图6显示运输车的反车辆动力学模型，

附图7显示运输车车体上惯性力的确定，

附图8显示装置中的程序代码的操作流程图，

附图9显示横向轮-轨接触力的典型变化，

附图10显示竖直轮-轨接触力的典型变化。

附图11显示附图9和10中的横向和竖向力的比率。

附图12显示所测的运输车车体的加速度。

附图13显示对于所测量的加速度的估计的竖向车轮力。

附图14显示对于所测量的加速度的估计的水平车轮力。

附图15显示对于所测量的加速度的横向力和竖直力的比率。

具体实施方式

参照附图可以理解，本发明可以以各种方式应用于各种车辆系统。这些实施例涉及轨道运输车并仅仅通过举例给出。