可控制的轨道调节单元的制作方法

本发明涉及一种轨道调节单元-校准装置。此外，本发明还涉及一种轨道车辆。此外，本发明还涉及一种用于校准所述轨道调节单元的方法。

轨道车辆的车轮与供行驶的钢轨之间的接触以及进而的附着系数受到外部条件、例如湿度、污垢等的巨大影响。为了提高轨道车辆的车轮与供行驶的钢轨之间的附着系数，使用轨道调节单元(或者说轨道处理单元)。可以通过机械打磨或通过在钢轨上施加一种或多种辅助介质、例如砂子、水或空气或者通过将这两种方法相结合来实现附着系数提高。轨道调节单元可以布置在相关轨道车辆的车厢上或者转向架上，并且直接且点状地作用于供行驶的钢轨。轨道线路的走向、例如出现曲线或轨距空槽拓宽以及不同的车辆状态可能由于相对于钢轨的横向错移而导致轨道调节单元的非理想位置。针对这种错误位置的示例在图1中示出。横向错移的值的大小取决于轨道调节单元在轨道车辆的车厢上或者在转向架上的安装位置。因横向错移可能会发生的是，钢轨不再被轨道调节单元的作用范围覆盖，这是因为轨道调节单元只点状地作用。也就是说，轨道调节单元可能会因相对于钢轨的横向偏移而不再最佳地作用或者甚至不再发挥作用，这是因为所述作用范围处于钢轨旁边。由此使得附着系数提高效果降低或甚至完全丧失。

如果将轨道调节单元参照车辆纵向布置在转向架的旋转点附近，则可以减少在轨道曲线处的横向错移。然而在轨距空槽拓宽时，轨道调节单元在旋转点附近的布置没有产生积极效果。在一些情况下，也可以通过辅助介质、例如砂子、水或空气的更高的投放量来补偿轨道调节单元的削减的效果。

那么所要解决的技术问题在于，提供一种装置和方法，借助所述装置和方法实现轨道车辆的更好的附着系数。

所述技术问题通过根据权利要求1所述的轨道调节单元-校准装置、根据权利要求14所述的轨道车辆和根据权利要求15所述的用于校准轨道调节单元的方法解决。

根据本发明的轨道调节单元-校准装置(或者说用于轨道调节单元的校准装置)具有至少一个测量单元，其用于确定供轨道车辆行驶(或者说被轨道车辆行驶)的钢轨相对于轨道车辆的轨道调节单元的作用范围的横向错移。所述作用范围包括轨道调节单元在其上产生影响的面区段。在此，轨道调节单元的辅助介质例如命中到面区段上，所述面区段呈现轨道调节单元的作用范围。作为备选，根据本发明的轨道调节单元-校准装置具有至少一个测量单元，其用于确定轨道车辆的至少一个转向架与车厢之间的相对位置。作为备选或补充，还可以通过测量转向架的旋转间接地确定横向错移。根据本发明的轨道调节单元-校准装置的部件还有确定单元，用于根据所确定的横向错移和轨道调节单元的作用范围的面积尺寸来确定用于触发单元的触发指令(或者说驱动指令)。所述触发指令实现的是，通过校准过程增大有效的作用范围，也就是作用范围与钢轨面的重叠面，以便由此改善轨道调节单元的有效性。

作为备选，根据本发明的轨道调节单元-校准装置还具有确定单元，其用于根据转向架与车厢之间的相对位置确定触发指令。在该变型方案中，直接基于走行机构位置实现控制。控制值与走行机构位置之间的相应关联可以凭经验获得或者通过利用公式的计算获得。

在这两种变型方案中，至少可以间接地兼顾到轨道调节单元的作用范围的面积尺寸和/或该面的形状和供行驶的钢轨的滚动面的宽度，以便根据当前及校准之后存在的、作用范围与供行驶的钢轨的滚动面之间的重叠面来确定当前的附着系数和所期望的附着系数。

此外，根据本发明的轨道调节单元-校准装置还具有触发单元，其用于基于触发指令利用调节指令触发轨道调节单元的执行器单元。此外，轨道调节单元-校准装置还包括执行器单元，其用于基于调节指令调整轨道调节单元的作用范围。有利地，在钢轨导向发生改变、例如在轨道曲线或轨距拓宽处实现轨道调节单元的改进的作用。通过更高的附着系数带来轨道车辆的更高的制动作用以及改善的牵引性能。通过改善轨道调节单元的作用，可以节省辅助介质、例如砂子、水或空气。因此可以将用于形成和存储辅助介质的装置的尺寸设计得更小，并且由此降低用于实现轨道车辆车轮与钢轨的更好的附着(力)的耗费和成本。

作为备选，根据本发明的轨道调节单元-校准装置可以具有机械传动装置，所述机械传动装置将轨道车辆的车厢与转向架之间的相对运动转换为用于调整轨道调节单元的作用范围的调节运动。

此外，根据本发明的轨道调节单元-校准装置还可以具有执行器单元，其用于基于由机械传动装置产生的调节运动来调整轨道调节单元的作用范围。

有利地，在该变型方案中可以省去用于校准轨道调节单元的耗费的电子元件。该布置由此更简单、更牢固且更不易受干扰。

根据本发明的轨道车辆具有轨道调节单元和根据本发明的轨道调节单元-校准装置，所述轨道调节单元-校准装置用于根据供轨道车辆行驶的钢轨的横向错移调整轨道调节单元的作用范围(或者说使作用范围与横向错移适配)。

根据本发明的轨道车辆享有根据本发明的轨道调节单元-校准装置的优点。

在根据本发明的用于校准轨道调节单元的方法中，确定供轨道车辆行驶的钢轨相对于轨道车辆的轨道调节单元的作用范围的横向错移。作为备选，确定轨道车辆的至少一个转向架与车厢之间的相对位置。

此外，根据所确定的横向错移或者转向架相对于车厢的相对位置和轨道调节单元的作用范围的面积尺寸产生用于控制触发单元的触发指令，并且所产生的触发指令被传送至触发单元。

由触发单元基于触发指令产生调节指令，并且调节指令从触发单元被传送至执行器单元。最后，通过执行器单元的基于调节指令所实现的调节运动调整轨道调节单元的作用范围。根据本发明的用于校准轨道调节单元的方法享有根据本发明的轨道调节单元-校准装置的优点。

从属权利要求以及以下的说明书分别包含本发明的特别有利的设计方案和扩展设计。在此，尤其是一个权利要求类别中的多个权利要求也可以与另一个权利要求类别中的从属权利要求及其说明部分相类似地改进。此外，在本发明的范畴内还可以将不同实施例和权利要求的不同技术特征组合成新的实施例。

在根据本发明的轨道调节单元-校准装置的一种优选的设计方案中，确定单元设计用于确定触发指令，从而能够调节提高附着系数的作用。改善的附着系数的大小取决于作用范围的有效面积或者说有效的作用范围的尺寸。此外，更大的有效作用范围允许更节省地使用辅助介质，以便实现改善的附着系数。

在根据本发明的轨道调节单元-校准装置的一种变型方案中，确定单元设计用于确定触发指令，从而实现提高附着系数的作用的最佳值。在有效的作用范围最大且最佳地使用辅助介质的情况下实现提高附着系数的最佳作用。在该变型方案中，有利地实现了轨道车辆的最大制动作用和最佳的牵引性能。

在根据本发明的轨道调节单元-校准装置的一种设计方案中，所述确定单元设计用于确定触发指令，从而实现作用范围与轨道面之间的重叠面的尺寸、即有效的作用范围的尺寸的预先确定的最小值。如上所述，在辅助介质的使用量被给定的情况下，能够通过改变有效的作用范围的尺寸来实现改善的附着系数。

在根据本发明的轨道调节单元-校准装置的一种特殊的变型方案中，确定单元设计用于确定触发指令，从而实现作用范围与轨道面之间的最大重叠面。如上所述，在有效的作用范围最大且辅助介质的使用量被给定的情况下实现了最大的附着系数，这有助于轨道车辆的最佳制动性能和最大牵引力。

根据本发明的轨道调节单元-校准装置的执行器单元可以设计用于，调整轨道调节单元的位置和/或定向，以便校准轨道调节单元的作用范围。随着轨道调节单元的位置和/或定向的改变，还实现了轨道调节单元的作用范围的位置的改变。通过该方式能够增大有效的作用范围的面积，由此在作用介质的使用量恒定的情况下实现轨道车辆的改善的附着系数。

在根据本发明的轨道调节单元-校准装置的一种设计方案中，测量单元针对每个钢轨具有至少一个传感器单元，所述传感器单元设计用于检测供轨道车辆行驶的钢轨的传感器数据，并且基于所述传感器数据确定轨道调节单元与钢轨之间的横向错移。借助传感器单元可以检测并监控有效的作用范围的当前位置和面积。一条轨道通常具有两条相互平行设置的钢轨。为了能够考虑所述两条钢轨的各自的偏差或者说横向错移，在该变型方案中针对每条钢轨使用至少一个传感器单元。

如上所述，作为对直接方法的备选，也存在间接方法。在此，并非直接测量轨道调节单元相对于钢轨的横向位移并且将其用作用于触发单元的触发指令，而是借助传感器单元测量一个转向架或两个转向架相对于车厢的位置，并且由此间接地确定轨道调节单元相对于钢轨的位置。以下测量原理原则上能够用于两种横向错移确定方式。

所使用的传感器单元的技术功能可以例如基于以下测量原理之一：

-光学式，

-电感式，

-超声波，

-电容式。

光学式的传感器单元可以例如检测图像数据，借助图像分析能够阐释所述图像数据。电感式或电容式的传感器可以例如作为距离传感器发挥作用，其中，可以利用这一事实，即钢轨由铁金属材料制成并且因此是导电的。利用超声波同样可以完成钢轨区域的一种粗略图像。

根据本发明的轨道调节单元-校准装置的确定单元可以包括具备至少一个适当的开关阈值的开关逻辑，所述开关阈值表明不再达到所述钢轨上的最佳的或预先确定的作用范围。在此，所述开关阈值以轨道调节单元的几何布置和作用范围的预先确定的最小尺寸为基础。

在轨道调节单元-校准装置的一种变型方案中，执行器设计用于使轨道调节单元的作用方向围绕平行于钢轨走向的纵轴线旋转。通过轨道调节单元的作用方向的旋转，可以使作用范围的位置与发生改变的相对轨道位置适配，以便由此增大有效的作用范围的面积并且提高钢轨与轨道车辆之间的附着系数。

执行器还可以构造为平移式的执行器，并且设计用于使轨道调节单元的作用范围沿相对于行驶方向的横向发生移动。有利地，还可以利用该方法使作用范围的位置与发生改变的相对轨道位置适配，以便由此增大有效的作用范围的面积并且提高钢轨与轨道车辆之间的附着系数。

上述两种设计方案相组合也是可行的。也就是说，还可以将平移式的和旋转式的运动相结合，以校准轨道调节单元。

作为备选，执行器还可以设计用于使轨道调节单元-校准装置的作用范围移动，其方式为多个沿横向错移的用于辅助介质的排放口中的作用范围对于所确定的横向错移最为合适的一个排放口被打开。有利地，还可以利用该方法使作用范围的位置与发生改变的相对轨道位置适配，以便由此增大有效的作用范围的面积并且提高钢轨与轨道车辆之间的附着系数。

以下通过结合实施例对附图的说明进一步更详细地阐述本发明。在附图中：

图1示出轨道车辆的车轮的俯视图和轨道调节单元的作用范围的横向错移的示意图，

图2示出根据本发明的一个实施例的轨道调节单元-校准装置的示意图，

图3示出借助传感器的钢轨探测的示意图，

图4示出可摆动的轨道调节单元的示意性俯视图，

图5示出可移动的轨道调节单元的示意性俯视图，

图6示出自前方观察轨道调节单元的示意图，其带有多个可开关的、用于辅助介质的出口，

图7示出流程图，该流程图说明了根据本发明的一个实施例的用于校准轨道调节单元的方法，

图8示出轨道车辆的示意性俯视图，

图9示出根据本发明的一个实施例的带有机械传动装置的轨道调节单元-校准装置。

在图1中示出轨道车辆(未示出)的车轮11的俯视图10和轨道调节单元的作用范围的横向错移qv的示意图。

车轮11在轨道上滚动并且与该轨道的弧形段相切地定向，为进行比较，沿车轮11的滚动方向示出车轮11的实际方向的实线和具有期望的作用范围13的弧形的轨道走向的虚线。由此，轨道调节单元的实际作用范围12位于实线上，并且不再命中弧形的轨道以及期望的作用范围13，因此在提高附着系数的作用方面不再具有效果。沿横向在实际作用范围12与轨道弧形段或者说处于轨道弧形段上的期望作用范围13之间的间距qv被称作横向错移qv。

图2示出根据本发明的一个实施例的轨道调节单元-校准装置20的示意图。轨道调节单元-校准装置20包括测量单元21。测量单元21包括三个传感器单元21a，所述传感器单元在这个具体的实施例中包括光学摄像头，利用所述光学摄像头拍摄在轨道车辆前的待行驶的钢轨区域的图像数据bd，在所述轨道车辆上布置有轨道调节单元-校准装置20。在同样是测量单元21的部件的钢轨探测单元21b中，在图像中的钢轨的位置相对于作用范围的预先确定的位置方面分析图像数据bd。由所述位置，确定作用范围与由摄像头21a确定的钢轨位置之间的横向错移qv。关于横向错移qv的信息被传送至确定单元22，所述确定单元基于所述横线错移qv和轨道调节单元的作用范围的已知的面积尺寸确定是否需要对轨道调节单元25的位置和/或定向进行校正，以便实现附着系数的充分改善。对于需要校正的情况，确定单元22基于计算出的校正值确定触发指令ab，所述触发指令被传送至触发单元23。触发单元23借助以接收到的触发指令ab为基础的调节指令sb来控制执行器单元24，所述执行器单元同样是轨道调节单元-校准装置20的部件。所述执行器单元24执行调节指令sb，并且调整由执行器单元24驱动的轨道调节单元25的位置和/或定向，以便使轨道调节单元的作用范围适配于钢轨与迄今的作用范围的当前的横向错移。

在图3中示出横截面视图30，在所述横截面视图中阐释了借助摄像头21a(以实线在右侧示出)对钢轨位置的探测。摄像头21a可以既在右侧装配在轨道车辆的车轮11前方，还可以在左侧装配在轨道车辆的车轮11前方(虚线示出)。摄像头21a拍摄供轨道车辆行驶的钢轨31的图像数据。对检测到的图像数据的分析以及摄像头21a与钢轨之间的高度差的认知实现了对钢轨31的准确定位，并且进而实现沿箭头方向的横向错移的确定。横向错移的确定总是通过连续的图像拍摄和分析完成。

在图4中示出可摆动的轨道调节单元25的俯视图40。所述轨道调节单元25在轨道车辆(未示出)上被装配在轨道车辆的车轮11前方。轨道调节单元25与执行器单元24机械连接，并且能够通过执行器单元24围绕沿轨道车辆纵向延伸的纵轴线摆动。由此能够补偿在横向上存在于钢轨与轨道调节单元25之间的错移。作用方向不是竖直的而是略微(对角线式地)斜向的，从而使轨道调节单元25的作用方向即使在轨道调节单元25与钢轨31之间有横向错移时也仍位于钢轨31的上侧。在图4所示的实施例中，一种辅助介质h或者不同辅助介质h、例如砂子、水或空气的组合通过校准后的轨道调节单元25安放在钢轨31上。

在图5中示出可移动的轨道调节单元25的示意性俯视图50。不同于图4，所述轨道调节单元25不是可摆动的，而是能够沿横向移动其位置。为此，所述轨道调节单元通过定位在侧向的执行器24沿横向、即沿箭头方向移动，以便补偿轨道调节单元25与轨道31之间的错移。在图5所示的实施例中，也通过轨道调节单元25将辅助介质h施加在轨道车辆(未示出)的车轮11前方的钢轨31上。

在图6中示出自前方观察轨道调节单元25的视图60。轨道调节单元25定位在轨道车辆的车轮11的前方，并且具有多个可开关的用于辅助介质h、例如砂子、水或空气的出口25a、25b。轨道调节单元25定位在轨道车辆的车轮11的前方。如果现在轨道车辆行驶所处的钢轨31从前方观察、即从所示视角观察具有相对于轨道调节单元25向左的错移，则左侧的出口25a打开，而右侧的出口25b关闭。左侧的出口25a则基本上垂直地处于横向错移的钢轨31上方。相反，如果钢轨31具有相对于轨道调节单元25向右的错移，则右侧的出口25b打开，而左侧的出口25a关闭。如果不存在错移，则必要时可将任一出口25a、25b或者可以将两个出口25a、25b都打开。

在图7中示出流程图，所述流程图阐释了用于校准轨道车辆的轨道调节单元的方法。在步骤7.i中，首先借助传感器单元连续地检测传感器数据sd。在步骤7.ii中，根据所述传感器数据sd确定供轨道车辆行驶的钢轨相对于轨道车辆的轨道调节单元的作用范围的横向错移qv。横向错移的确定既可以直接地、即通过借助传感器单元对钢轨位置的测量完成，也可以间接地通过借助传感器对车厢与转向架之间的相对位置的确定完成。根据横向错移qv或备选地根据转向架与车厢之间的相对位置，还可以在步骤7.iii中确定用于触发单元的触发指令ab。基于所述触发指令ab，在步骤7.iv中通过触发单元产生调节指令sb，利用所述调节指令控制执行器的运动。在步骤7.v中，执行器使轨道调节单元根据所获得的调节指令sb移动至这样的位置，所述位置被选择为，使得轨道调节单元的作用范围与钢轨或者说该钢轨的滚动面的位置一致。

图8示出轨道车辆的示意性俯视图80。所述轨道车辆具有车厢81，在所述车厢上装配有两个转向架82。如果轨道车辆驶入弯道，则形成转向架82以表征性的旋转角dw(以沿圆的周向延伸的箭头示出)相对于车厢81的旋转。同样，在此还形成转向架的轮子相对于车厢81的横向错移v(以沿横向的箭头示意)。转向架82的轮子的旋转角dw或横向错移v可以例如借助传感器被检测。在知晓两个值dw、v中的至少一个的情况下，能够计算出供轨道车辆行驶的钢轨相对于轨道车辆的轨道调节单元的作用范围之间的横向错移qv。

在图9中示出根据本发明的一个实施例的带有机械传动装置f的轨道调节单元-校准装置91的俯视图90。借助机械传动装置f，车厢相对于转向架的偏移被用作用于轨道调节单元25的强制追踪的机械位移控制参数，所述机械传动装置在图9中示出为弹簧元件。在图9所示的实施例中，轨道调节单元25固定在转向架上，并且机械传动装置f固定在车厢81上。作为备选(未示出)，轨道调节单元也可以固定在车厢上，为机械传动装置则选择处于转向架上的固定点。机械传动装置的机理例如可以包括杠杆、弹簧、铰链或上述元件的组合。

最后还应再次明确的是，上述方法和装置只是本发明的优选实施例，而且本发明可以由本领域技术人员改变，只要不脱离由权利要求给定的本发明保护范围即可。为完整起见也应明确的是，不定冠词“一个(阳性、中性)”或“一个(阴性)”的使用不排除所涉及的技术特征还可以以多重的复数方式存在。同样地，术语“单元”并不排除其由多个部件组成，所述部件必要时也可以是在空间上分散的。

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