专利名称：包括用于控制车轮驱动的装置的轨道车转向架及相应控制方法
技术领域：
本发明涉及一种这样类型的铁路车辆转向架，其包括转向架底盘、用于沿 城支撑和引导转向架的车轮、减速器和悬挂装置，其中车轮絲安絲録 上，该减速器包括至少一传动元件和壳体，该传动元件或者每个传动元件转 动安装在该壳体内，连接到至少一个车轮上并且用于连接到电机上，该壳M 过悬M置安^^^JUi，具有可相对于M移动壳体的性能。
背景狄
在铁*辆中，希^J&控从电才/M专it^每个连接到该电机的驱动轮的驱动 扭矩，例如，为了维护目的或者为了监控扭矩峰值的出现。
为此目的，可能将扭矩传感器设置在传动装置的其中一^M专动元件上，该
传动装置将驱动电机的输出轴可,的连接到驱动轮。 然而，扭矩传感器^^^f狄并且^p很大。
发明内容
本发明的目的是提^"-种4iU^辆转向架，该转向架设有易于^^1并且紧 凑的控制装置。
为此目的，本发明提出一种上述类型的转向架，包括包含用于感知壳糾目 对于底盘的运动的传感器的控制装置。
才娘其它实施例，单独的或者才M^壬意技术上的可纟U且合，该转向架包括 一个或多个下述特征
-该控制装置包^^制单元，该控制单元能够才^:动传感器的测量信号 来确定在^ii器的输A^提供的扭矩；
-该运动传感器^巨离传感器；
-该距离传感器是霍尔雌传感器；
-该距离传感器设置为测量底盘与借助于悬挂装置的弹性元件连接到底 盘上的悬a^置的刚'f^L件之间的ii巨离；-该刚'I^L件是悬^i^接杆，该杆在一端处通itf 一举f4JL件连接到城 上，并iUi其相对端处通过第二萍^L件连接到减速器的壳体上。
本发明还涉及一种用于控制^it车转向架的驱动轮的驱动的方法，其中车 舰逸咸速器驱动，该减速器包括至少一转动元件和壳体，该传动元件絲 安絲壳体上并且絲连接到车轮，该减速器用于连接到车轮的驱动电才;Ui， 该壳体通过悬a^置安装到转向架的^J:上，该悬M置提供壳糾目对于^J: 运动的可能性，并且其中为了控制车轮的旋转驱动，测量壳体相对于底盘的运 动。
在一个实施方法中，测量了M与借助于悬M置的举1^L件连接到M 上的悬M置的刚'^L件之间的距离。
在一个实施方法中，根悟所测量的壳体和M之间的运动，确定提供给减 速器的扭矩。
通ii^"下文^it过示例并且参照附图给出的说明书的阅读，可以更好的理 解本发明及M点，其中
-图1是##本发明的4^4辆转向架的示奮性#^见—图2是沿图i中的n-n线的截面局部f见图； -图3是沿图2中的m-m线的截面视图；以及
-图4是图2视图中区域IV的放大视图。 ^f^实施方式
正如图1所示，该转向架2包括城4、絲安絲絲4上的两个轮轴6 和两个才;i^^i且件8，它们中^"个都与各自的轮轴6相关耽
从上方看去时底盘4是H形的。它包括两*行的细长#鄉元件10和大 体在它们的中心处连接细长侧部元件10的^^J元件12。
该细长侧部元件10 ^Nt^元件12从该横向元件12的^HW艮^JD于^！ !^轴6 ^^亥关联的才;L^^i且件8的空间14。
每个轮轴6包括轴16和由轴16承载的一对支撑和导向轮18。
每个轮轴6的轴16在细长元件10之间横向延伸，并且安装在细长的侧部 元件10上，由此围绕其轴线A转动。
每个轮轴的车轮18沿轴线A共轴。为了支撑转向架2并且沿轨道引导它，
5它们用于支撑在^ii的4失mi。
为了树驱动该轮轴6的车轮18，每个才A^^i且件8用于可絲^区动相 关联的轮轴6的车轮18。以这种方式，每个轮轴6是"驱动的"，每个车轮18 是"受驱动"。
这两个才;i^^i且件8是相似的。在下文中仅详细描述位于图i右手侧的机
械她件8。
该才/L^^i且件8包括电机20、联轴器22、减速器24、悬錄置25和控制 装置26。
电机20刚性固定到冲躺元件12上。它包括沿电^线M延伸的4^/输出 轴28。电机20设置^向位置上:电机轴线M与相关联的轮轴6的轴16的轴 线A平行。
可以从图2和3更清楚的看到，减速器24包括壳体30、输入轴32、输入
齿轮34和输出齿轮36。
壳体30具有一同限定了箱体40的两付行壁38 (图3)。 壁38设有对齐的第一开口 42。轮轴的轴16延伸穿过壳体30，通it^-^f
口 42。壳体30安装为通过it^在开口 42内的第一滚子轴承44围^^轴的轴
16絲。
输出齿轮36容纳在箱体40内，位于壁38之间，并JL^J己到轮轴的轴16 上。输出齿轮36^/连接到轮轴的轴16上。
壁38设有对齐的第二开口 46。输入轴32在壁38之间平行于轮轴的轴16 延伸，并皿由其中一个第二开口 46离开壳体30。输入轴32通过iM在开口 46内的第二滚子轴承48可,地安f^壳体30内。
输入齿轮34叙内在箱体40，位于壁38之间，并JL^SeJ'j输入轴32上。输 出齿轮34可,iife^接到输入轴32上。
输入轴32经由联轴器22可絲^J^接到输出轴28 (图1)。
联轴器22是已知类型的联轴器，例如是絲万向节，其能够通it^i午在这 两个轴之间存在失准而在输出轴28和输入轴32之间来传递4a矩。
g器24部分地由车轴16 (壳体30可^/地安#该车轴上)支撑，并 JL部^^地由转向架M 4支撑(该^t^f^助iS经在壳体30 g向元件12 之间的悬#^置25被悬^该转向^Jt上)，以抵消壳体30围绕车轴16的树，同时容许壳体30的振动，从而为该组件提供自由度。减速器24被称为"半 悬挂"。
正如图2所示，悬錄置25包括金属悬挂连接杆50、两个举性铰4沐52 和两个才区轴54。
连接杆50包括位于连4^杆50端部的两个环形连接杆头56。该连接杆50 具有穿iii^接杆头56的中心延伸的连接杆轴线B。
每个枢轴54延伸穿iti^接杆头56并iL^由^^^f牛52连接到连接杆头56。
每^^^牛52都是由弹^H"辨'J造的环形套的形式，例如合^#^材料。 每^4^^f牛52 ^NiAJ'J相关^^接杆头56的内部，其轴线与连接杆头56的轴 线P对齐，并JL^应的枢轴54點e^铰4^f牛52内。
每^N^M 52容许枢轴54 M应的连接杆头56内相对于连接杆头56的 轴线P沿径向的运动，伴随铰掩fr 52的弹I"生变形。
其中一个枢轴54通过其端部固定到自身固定在壳体30上的帽60上。另一 个枢轴54通过其端部固定到自身固定^^J元件12的盖62上。
正如图4所示，控制装置26包括霍尔雌传感器70，该传感器通过支架 74固定到4黄向元件12上，并JUM在连接杆头56上方^it过铰接件52和其枢 轴54连接到^^元件12。传感器70安装为朝着测量方向D。
连接杆轴线B相对于测量方向D以角度a倾斜。
传感器70能#递传感器70和固定到横向元件12的连接杆头56之间的 距离的测量信号。
控制装置26包括棒I"生保护裙座72，该举l"生保护裙座72围绕传感器70并且 ^向元件12 —测的传感器70和连接杆头56之间P艮^S^密封的空间。 控制装置26包括用于处理由传感器70传递的测量信号的单元76。 ite将参照图14描述转向架2的操怍。
在辦期间，电机20产生用于絲驱动输出轴28的扭矩Ce(以N.m表示)。 驱动扭矩Ce由联轴器22传iHf'jg器24的输入轴32，接着通iM速器24转 换为施加到轮轴的轴16上的车轮扭矩Cs。
由于输入齿轮34和输出齿轮36之间的反作用絲，输入齿轮34趋于围绕 输出齿轮36移动。结果，产生反作用扭矩Cr,其^口到壳体30上并iL^于促使壳体30围^^轴的轴16絲。扭矩Ce、 Cr和Cs在图2中示出。
连接杆50 i^壳体30的#^/起作用。它i^4"^^作用:^矩Cr以通过连接杆
B沿其连接杆轴线B传递的力F起作用。
由于铰^f牛52的存在，连接杆50中力F的出现导致连^^f50相对于^Jt
4的运动。
正如下丈J斤描述的，沿测量方向D所测的连"^杆50的运动与驱动4a矩Ce 关联。
反作用扭矩Cr等于减速器24输入处的驱动扭矩Ce与减速器24输出处的 输出扭矩Cs之间的差值，也#^1 口到轮轴的轴16上的扭矩。而且，输出扭 矩Cs等于驱动扭矩Ce乘以减速器24的减速比R。得到下面的等式(1):
(1) Cr = Ce (R-l)
由连接杆50 口到壳体30上的连接杆扭矩Cb等于力F乘以杠杆臂L(从 连接杆轴线B到轮轴的轴16的轴线A的距离)。力F等于连接杆50相对于底 盘4沿连接杆轴线B的位移Y (以m表示)乘以铰接降52的径向强度K (以 N/m表示)。连接杆50沿连接杆轴线B的位移Y等于连接杆50在测量方向D 上的位移X乘以连接杆轴线B和测量方向D之间的角度《的余弦值。得到下面 的等式(2):
(2) Cb = K.X.cos (a )丄
在平衡状态下，反作用扭矩Cr等于由连接杆50淑P的反向扭矩Cb。以这 种方式，通过联合等式(1)和(2)，电机发出的扭矩和由传感器测量的位移 之间获得下面的等式(3):
(3) Ce = X.K.Lcos ( a ) / (R-l)
如果优选的话，等式(3)可以表示为轴线A和固定到壳体30上的连接杆 头56的轴线P之间的轴间间距E的函貌^ff臂L差^^上等于轴间间距E乘 以轴间间距E和详x^f臂L之间的角度/ 的余弦值。
在该示例中，测量方向D是大体竖直的，轴线A和固定到壳体30上的连 接杆头56的轴线位于相同的^7K平的平面内，由此角度々和角度"同样相等。 将这个考虑进去，等式(3)可以以下i^M示的示例表示
(4)
严格"i脉，当壳体30相对于餘4移动时，角度 、角度々、轴间间距E和;Mf臂L改变。然而，这些改变非常孩吏小，由jtbit些值可以iA^A恒定的。 应当注意，由于扭矩Ce与^^多X^Jt比，等式(3)或(4)是简单的。 为了按照4i^多X的测量值4^f^驱动扭矩值Ce,对处理单元76进4彌程。 驱动扭矩Ce的确定以及其随时间#的控制实现了对任意异常的检测。 以这种方式，就可肖^_控驱动扭矩Ce不超过特定的临界值(在制动阶^
负或者勤口速阶^正)。这归功于对转向架2的维护。
才娥本发明的控制装置26很简单，狄因为它仅仅包括一个距离传感器。
而且它牢固、紧凑并且易于生产。它可以很容易的增添到已经使用的转向袈上。 itW卜，为了方便维护或者为了扭/f"则J^序，该控制装置26可从开始就固
定到所有转向^Ji。
通过位移X的测量值#测驱动扭矩Ce的一*势在于为了监控铰接
件52,可以iMJ位移X的测量值。以这种方式，测量值X的偏离实现了随时间
^5则铰^#的蠕变。在铰^fr 52损坏itl之前，可更换连<^杆50。
应当注意，等式(1)对于具有多于两个串联布置的齿轮机构的减速器##有效。
本发明用于劲ii车转向架，例如用于城市交通的主干线列车或者有轨车辆。
权利要求
1.一种轨道车转向架，该类型的转向架包括转向架底盘(4)、用于沿轨道支撑和引导转向架的车轮(18)、减速器(24)和悬挂装置(25)，其中车轮可转动地安装在底盘(4)上，该减速器(24)包括至少一个传动元件(34，36)和壳体(30)，该传动元件或者每个传动元件(34，36)可转动地安装在该壳体(30)内，连接到至少一个车轮上并且用于连接到电机(20)上，该壳体(30)通过悬挂装置(25)安装在底盘(4)上，具有可相对于底盘(4)移动壳体(30)的能力，其特征在于该转向架包括控制装置(26)，该控制装置包括用于感测壳体(30)相对于底盘(4)的运动的传感器(70)。
2. 才鹏权利要求1的转向架，*#棘于该控制装置(26)包括能够根 据运动传感器(70)的测量信号确定在4i4器(24)的输A^所^^供的扭矩的 控制单元(76)。
3. 才娥权利要求1或2的转向架，其特棘于该运动传感器(70)B巨 离传感器。
4.才娥4WJ要求3的转向架，其特^E^于该距离传感器(70)是霍尔效 应传感器。
5. 才財居权利要求3或4的转向架，^#棘于该距离传感器(70)iM 为测量底盘(4)与借助于悬錄置(25)的J^生元件(52)连接到底盘(4) 上的悬M置(25)的刚'^it件(50)之间的if巨离。
6. 才娥权利要求5的转向架，^#棘于该刚'1^L件(50)是悬^^接 杆(50)，该杆在一端处通过第一萍fc L件(52)连接到餘(4)上，并JLlt 其相对端处通过第二举f生元件(52)连接到减速器(24)的壳体(30)上。
7. —种用于控制轨道车转向架的至少一个车轮(18)的#^/驱动的方法， 其中该车舰iM速器(24)驱动，该;絲器包括至少一传动元件(34, 36) 和壳体(30)，该传动元件(34， 36)可M地安装在壳体(30)上并且可转 动^i^接到车轮(18)，该减速机构用于连接到车轮(18)的驱动电机上，该 壳体(30)通过悬a置(25)连接到转向架的底盘(4)上，该悬M置能够 使得壳体(30)相对于M (4)运动，其中为了控制车轮(18)的旋转驱动，测量壳体(30)相对于餘(4)的 运动。
8. 才Mt^U，J要求7的方法，其特4iL^于测量底盘(4)与借助于悬^ 置(25)的沣f生元件(52 )连接到底盘(4)上的悬錄置(25)的刚'fc L件(50) 之间的3巨离。
9. 才娥权利要求7或8的方法，絲4iE^于才娘在壳体(30)和鍾(4) 之间所测量的运动，确定提供给减速器(24)的扭矩。
全文摘要
本发明公开一种转向架，这种类型的转向架包括转向架底盘(4)、用于沿轨道支撑和和引导转向架的车轮(18)、减速器(24)和悬挂装置(25)，其中车轮转动安装在底盘(4)上，该减速器(24)包括至少一个传动元件(34，36)和壳体(30)，该传动元件或者每个传动元件(34，36)转动安装在该壳体(30)内，连接到至少一个车轮上并且用于连接到电机(20)上，该壳体(30)通过悬挂装置(25)安装在底盘(4)上，具有可相对于底盘(4)移动壳体(30)的性能。根据本发明的一方面，该转向架包括控制装置(26)，该控制装置包括用于感测壳体(30)相对于底盘(4)的运动的传感器(70)。
文档编号B61F5/02GK101513882SQ20081020989
公开日2009年8月26日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月9日
发明者F·莱萨尔 申请人:阿尔斯通运输股份有限公司