Verfahren zur Steuerung einer Luftfederanordnung eines Fahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Luftfederanordnung eines Fahrzeuges.

Luftfederanordnungen dienen bei Schienenfahrzeugen üblicher- weise als Sekundärfedern zwischen Wagenkasten und Fahrwerk zur elastischen Lagerung des Wagenkastens. Sie entkoppeln ihn weitgehend von den Unregelmäßigkeiten der Gleisanlage und ermöglichen ein Ausregeln der durch Beladungsänderungen in Stationen hervorgerufenen Höhenänderungen des Wagenkastens rela- tiv zum Fahrwerkrahmen.

Dazu ist aus der DE 296 20 200 Ul eine Luftfederung mit einem elektropneumatischen Luftsteuerventil bekannt, bei der zur Regulierung der Höhenlage des Fahrzeugaufbaues relativ zum Fahrwerkrahmen dieselbe durch einen Höhengeber mit einem elektrischen Ausgangssignal erfasst wird.

Mit dieser Federung ist einerseits eine genaue Erfassung der Höhenlage möglich, andererseits kann die Charakteristik der Federung an unterschiedliche Betriebsmodi angepasst werden, sodass beispielsweise im stehenden Betrieb die exakte Einstellung der Höhenlage des Fahrzeugkastens relativ zum Fahrwerkrahmen im Vordergrund steht, während hingegen bei dynamischen Belastungen während der Fahrt ein Nichtreagieren auf beispielsweise Wankbewegungen erreicht werden kann.

Aus der AT 503 256 ist eine Luftfederanordnung bekannt, bei der in eine Luftaustauschleitung zwischen einem Luftfedersteuerventil und der Luftfeder ein Schaltmittel eingefügt ist, mit dem die Luftströmung in der Luftaustauschleitung ge- drosselt oder unterbrochen werden kann, sodass sich unterschiedliche Eigenschaften der Höhenregelung der Luftfederanordnung einstellen lassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln.

Dies geschieht erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Steuerung einer Luftfederanordnung eines Fahrzeuges, bei dem aus dem Zustand des Fahrzeuges diskrete Zustandsparameter abgeleitet werden, die zu Parametersätzen zusammengefasst werden, bei dem weiterhin jedem Parametersatz ein definiertes Höhenregelungsverhalten zugeordnet wird, und bei dem durch entsprechende Ansteuerung zumindest eines Ventils der Luftfederanordnung ein einem bestimmten Zustand des Fahrzeuges zugeordnetes Höhenregelungsverhalten eingestellt wird.

Erfindungsgemäß wird der Zustand eines Fahrzeuges durch eine begrenzte Anzahl von Parametersätzen beschrieben, auf deren Basis in der Folge ein Höhenregelungsverhalten eingestellt wird.

Damit wird eine einfache Realisierung des Verfahrens mit elektronisch steuerbaren Ventilen ermöglicht.

Ein wesentlicher Parameter zur Beschreibung des Zustandes eines Fahrzeuges kann aus einem Druckwert der Luftfederanord- nung abgeleitet werden.

Sehr wichtig für die Einstellung des Höhenregelungsverhaltens ist der Betriebsmodus des Fahrzeuges, d.h. die Frage, ob sich das Fahrzeug im Stillstand, an einem Bahnsteig, auf freier Strecke mit hoher oder niedriger Geschwindigkeit befindet und ggf. auch wie der Zustand der Strecke selbst ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch entsprechende Ansteuerung zumindest eines Ventils der Luftfederanordnung eine bestimmte Höhe des Wagenkastens gegenüber dem Fahrweg eingestellt wird, wobei aus einem Druckwert der Luftfederanordnung das Verhalten einer Primärfederung des Fahrwerkes abgeleitet wird.

Beim Halt eines Schienenfahrzeuges an einem Bahnsteig ist das Anheben des Bodenniveaus des Fahrzeugkastens auf die Höhe der Bahnsteigkante eine wesentliche Forderung. Mit der erfindungsgemäßen Berücksichtigung des Federweges der Primärfederung bei der Einstellung des Höhenregelungsverhaltens kann diese Forderung sehr präzise erfüllt werden.

Günstig ist es, wenn als Ventil der Luftfederanordnung zumindest ein elektronisch steuerbares Proportionalventil vorgesehen wird. Derartige Ventile mit zum Teil integrierten Drucksensoren sind einfach anzusteuern und durch vielfachen Ein- satz erprobt.

Zur Verhinderung einer unkontrollierten Luftströmung in die Luftfeder in einem Fehlerfall ist es günstig, wenn ein weiteres Ventil vorgesehen wird, welches in diesem Fall betätigt wird und ein unkontrolliertes Anheben des Wagenkastens durch Ablassen von Luft verhindert.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l den schematischen Aufbau einer Luftfederanordnung

Fig. 2 die Kennlinie eines Ventils der Luftfederanordnung

Die Luftfederanordnung gemäß Fig. 1 umfasst ein elektronisch steuerbares Proportionalventil mit integriertem Drucksensor 1 und einer ebenfalls integrierten Steuerlogik, die beispielsweise mittels MikroController realisiert ist. Mit diesem Proportionalventil 1 wird die Luftzufuhr von einem nicht dargestellten Vorratsluftbehälter über eine Luftbehälterleitung 2 und eine Luftfederleitung 3 zur Luftfeder 4 bzw. die Luftabfuhr von der Luftfeder 4 über die Luftfederleitung 3 und den Ablass 5 in die Umgebung und damit das Höhenregelungsverhalten der Luftfeder 4 gesteuert.

Als Parameter für die Steuerung dienen der Abstand des Wagen- kastens vom Fahrwerkrahmen, der Druck im Ventil und Informationen über den Betriebsmodus des Fahrzeuges.

Der Abstand des Wagenkastens vom Fahrwerkrahmen wird über ein Messgestänge 6, 7 und einen Winkelsensor 8 in ein elektri- sches Eingangssignal umgesetzt.

Das Drucksignal wird mittels integriertem Drucksensor ermittelt. Aus diesem Signal kann auf den Beladungszustand des Fahrzeuges geschlossen werden, und aus diesem das Verhalten der Primärfederung errechnet werden.

Damit ist es mit der Erfindung auch möglich, die Höhe des Wagenkastens gegenüber dem Fahrweg zu ermitteln und diese Höhe genau einzustellen. Dies ist insbesondere beim Aufenthalt des Fahrzeuges in Bahnhöfen wichtig, um so Niveauunterschiede zwischen dem Boden des Wagenkastens und der Bahnsteigkante vermeiden zu können.

Während dieses Aufenthaltes ist überdies ein schnelles und genaues Höhenregelungsverhalten erwünscht, d.h. das Fahrzeug soll die durch das Aus- und Einsteigen der Passagiere bedingten Federwege möglichst schnell und genau ausgleichen.

Dieses mit hohem Luftbedarf verbundene Verhalten ist während der Fahrt unerwünscht, hier sollen vielmehr die durch Unregelmäßigkeiten im Fahrweg hervorgerufenen Erschütterungen möglichst weich durch die passiven Federungseigenschaften der Luftfedern kompensiert werden.

Die Betriebsmodi des Fahrzeuges, d.h. die unterschiedlichen Anforderungen an das Fahrzeug im Bahnhof und während der Fahrt stellen daher ebenfalls einen Zustandsparameter für die Steuerung des Höhenregelungsverhaltens der Luftfederanordnung dar .

Erfindungsgemäß werden diese Werte in diskrete Zustandspara- meter mit einer begrenzten Zahl von Werten umgewandelt und zu einer begrenzten Zahl von Parametersätzen zusammengefasst .

Jedem Parametersatz wird nun ein definiertes Höhenregelungsverhalten zugewiesen, das im Wesentlichen durch die Eigen- Schäften des Proportionalventils 1 bestimmt ist, die näherungsweise durch die in Fig. 2 dargestellte Ventilkennlinien Kl, K2 beschrieben werden.

Zu berücksichtigen ist dabei, dass diese Ventilkennlinien Kl, K2 keinen linearen, sondern einen definierten stufenförmigen Verlauf aufweisen, wodurch das Höhenregelungsverhalten gezielt vorgegeben wird.

Die Ventilkennlinien Kl, K2 beschreiben näherungsweise den Verlauf des Ventildurchflusses Dl, D2 in Abhängigkeit vom

Ventilwinkel VW, d.h. in Abhängigkeit von der Höhenlage des Wagenkastens relativ zum Fahrwerkrahmen. Durch Veränderung der Ventilkennlinie Kl, K2 wird das Höhenregelungsverhalten der Luftfederanordnung verändert. Hohe Durchflussmengen kom- biniert mit einem kleinen Bereich ohne Durchfluss wie in der ersten Kennlinie Kl dargestellt bedingen eine schnelle und genaue Höhenregelung, wie sie im Stationsbereich erwünscht ist, während geringe Durchflussmengen kombiniert mit einem großen Bereich ohne Durchfluss gemäß der Kennlinie K2 während der Fahrt gewünscht sind.

Die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Beladungszustandes des Fahrzeuges bzw. des Verhaltens der Primärfederung führt in der grafischen Darstellung gemäß Fig. 2 dazu, dass die Ventilkennlinie Kl in Abhängigkeit vom gemessenen Druck im

Luftfedersystem auf der Abszisse nach links verschoben wird. Dargestellt wird dies durch Verschieben der Ordinate D2 von einer zweiten Position, die der Referenzsituation der Primärfederung entspricht, zu einer Ordinate Dl der ersten Position, bei der auf Grund einer Beladungsänderung der Primärfede- rungszustand von der Referenzsituation abweicht.

Zur Verhinderung einer unkontrollierten Luftströmung in die Feder in einem Fehlerfall ist erfindungsgemäß ein weiteres Ventil 9 vorgesehen, welches in diesem Fall mittels Steuerstange 10 betätigt wird und ein unkontrolliertes Anheben des Wagenkastens durch Ablassen von Luft über eine Abblasleitung 11 verhindert.