KR20090026801A - 철도 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축 캐리어 상에 배치된 개별 휠들 그리고 상기 휠들에 각각 할당되어 있고 수직의 조향 축을 중심으로 하여 사전에 결정된 조향 각을 설정하기 위한 조향 액추에이터를 구비하는 레일 차량에 관한 것으로서, 상기 개별 휠들은 각각 수평 방향으로 하나의 수직 조향 축을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있으며, 이 경우 상기 수직 조향 축의 휠(1)들은 각각 수직 방향으로 하나의 수평 캠버 축(S)을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있고, 캠버 액추에이터(7)에 의해서 사전에 결정된 캠버 각(α_S)을 설정하기 위하여 작동될 수 있다.

Description

철도 차량 {RAIL VEHICLE}

본 발명은 축 캐리어 상에 배치된 개별 휠들 그리고 상기 휠들에 각각 할당되어 있고 수직의 조향 축을 중심으로 하여 사전에 결정된 조향 각을 설정하기 위한 조향 액추에이터를 구비하는 레일 차량에 관한 것으로서, 상기 개별 휠들은 각각 수평 방향으로 하나의 수직 조향 축을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있다.

DE 40 40 303 A1호에는 개별 휠들을 갖춘 축 캐리어가 제공된 섀시 프레임(chassis frame)을 구비하는 레일 차량이 공지되어 있으며, 상기 개별 휠들은 각각 수평 방향으로 수직의 조향 축을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있다. 상기 휠들이 조향 액추에이터와 상호 작용함으로써, 결과적으로 주행 중에 휠들은 사전에 결정된 조향 각에 상응하게 설정될 수 있다. 레일 차량은 개별-휠-섀시 프레임을 구비하고, 조향 액추에이터에 의한 상기 휠들의 작동에 의해서 능동적으로 조종될 수 있다.

상기 공지된 레일 차량에서의 단점은, 트랙 가이드 및 트랙 조정이 곡선 또는 패시브 전철기(轉轍器)를 통과할 때에는 신뢰할만한 수준으로 보증되지 않고, 바람직하지 않은 조건에서는 레일 차량의 탈선을 야기할 수 있다는 것이다.

본 발명의 과제는, 레일 차량의 안전하고 신뢰할만하며 견고한 트랙 가이드가 보증될 수 있도록 레일 차량을 개선하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 전제부와 결합된 본 발명에서, 축의 휠들이 각각 수직 방향으로 하나의 수평 캠버 축을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있고, 캠버 액추에이터에 의해서 사전에 결정된 캠버 각을 설정하기 위하여 작동될 수 있음으로써 해결된다.

본 발명의 특이한 장점은, 휠-레일-접촉점의 마찰 계수와 무관하게 신뢰할만하고 견고한 트랙 가이드 및 트랙 조정이 가능해진다는 것이다. 예를 들어 레일 상에 얼음 또는 낙엽이 존재하는 경우와 같은 기상 상황으로 인해 마찰 계수가 낮아지더라도, 곡선 주행시 차량 속도를 줄일 필요가 없어진다.

본 발명의 기본 사상은 마찰에 대한 트랙 가이드 파워의 의존성을 제거하는 것이다. 본 발명에 따르면 이와 같은 의존성 제거는 휠들의 캠버(camber)가 변경되거나 또는 상기 휠들이 측면에서 차량 종축에 대하여 기울어짐으로써 이루어진다. 레일들이 왕관 모양의 횡단면 프로파일을 가짐으로써, 휠들은 상기 횡단면 프로파일 상에 지지가 될 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 캠버 액추에이터는 휠이 중앙 위치 또는 캠버 위치에 있게 되도록 트리거링 되는데, 이와 같은 중앙 위치 또는 캠버 위치에서는 휠 접촉점에서 오로지 수직력만 전달된다. 따라서, 휠은 가로 방향으로는 마찰력이 전혀 작용하지 않도록 측면으로 기울어진다. 이로써 곡선 주행의 경우에 발생하는 가로 가속은 완전히 프로파일 측면 파워를 통해서 지지가 될 수 있다. 휠-레일-접촉점에서의 마모도 줄어들 수 있다. 가로 방향으로는 미끄럼 자유도(slip freedom)가 보증될 수 있다.

본 발명의 한 개선예에 따르면 휠은 4-링크-체인을 통해서 섀시 프레임 안에 지지가 된다. 그럼으로써 바람직하게는 섀시 프레임의 바람직하지 않은 동작들이 피해질 수 있다. 이 경우 회전 순간 중심(instantaneous center of rotation)과 휠-레일-접촉 점(휠 접촉점)의 간격은 작게 유지된다.

본 발명의 한 개선예에 따르면 휠은 축 레그 조향 장치에 의해서 섀시 프레임 내에 지지가 된다.

본 발명의 한 특이한 실시예에 따르면 휠 마다 고정된 캠버 축이 제공될 수 있으며, 상기 캠버 축은 조향 축에 대하여 수직으로 그리고 차량의 세로 방향에 대하여 평행하게 연장된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면 캠버 축은 또한 캠버 각에 따라서도 변경될 수 있다. 이 경우 휠은 가로 조향 로드를 통해서 축 캐리어와 결합한다.

본 발명의 추가의 장점들은 추가의 종속 청구항들에서 드러난다.

본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1a는 제 1 실시예에 따른 레일 차량의 섀시 프레임의 개략적인 수직 단면도고,

도 1b는 제 1 실시예에 따른 섀시 프레임의 수평 단면도며,

도 2a는 제 2 실시예에 따른 섀시 프레임의 개략적인 수직 단면도고,

도 2b는 제 2 실시예의 섀시 프레임의 수평 단면도며,

도 3은 휠의 캠버 위치를 도시한 개략도다.

레일 차량은 도면에 도시되지 않은 구동- 및/또는 제동 유닛에 의해 휠(1)이 레일(4) 상에서 롤링 됨으로써 차량의 세로 방향으로(도 1a에 따른 플레이트 평면에 대하여 가로로) 움직인다.

휠(1)은 도면에 도시되지 않은 차체(car-body) 내에 배치된 섀시 프레임(2)의 구성 부품이다.

섀시 프레임(2)은 연장된 축 캐리어(3)를 포함하고, 상기 축 캐리어의 마주 놓인 단부 영역들에 휠(1)들이 각각 개별적으로 지지가 되어 있다.

수직의 조향 축(V)을 중심으로 하여 사전에 결정된 조향 각(α_L)을 설정하기 위하여 조향 액추에이터(5)가 제공된다. 조향 액추에이터(5)는 축 암(6)과 도면에 도시되어 있지 않고 휠(1) 안에 설치되어 있는 휠 허브 사이에 장착되어 있다. 상기 수직의 조향 축(V)은 휠(1)의 중앙 방사 평면(M_R) 안에서 연장된다.

조향 액추에이터(5)는 도면에 도시되지 않은 제어 유닛에 의하여, 하나의 축 캐리어(3)의 휠(1)들이 상기와 같은 조향 각(α_L)에 상응하게 조정될 수 있도록 그리고 휠(1)들이 레일(4)에 의해 사전에 결정된 곡선 반경(r)을 따라서 움직일 수 있도록 트리거링 된다.

사전에 결정된 휠(1)의 각(α_F)을 설정하기 위하여 캠버 액추에이터(7)가 제공되며, 상기 캠버 액추에이터는 축 암(8)과 축 캐리어(3) 사이에 설치되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 따른 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 휠(1)은 고정된 수평의 캠버 축(S)을 중심으로 선회할 수 있고, 상기 수평의 캠버 축은 휠(1)의 수평의 축 평면 아래에 있는 수직 높이로 뻗는다. 캠버 액추에이터(7)는 휠(1)의 수평의 축 평면 위에 결합한다.

캠버 축(S)은 수직의 종축(V)에 대하여 수직으로 그리고 차량의 세로 방향으로 배치되어 있다. 상기 수평의 캠버 축(S)과 수직의 종축(V)은 휠(1)의 중앙 방사 평면(M_R)에서 교차한다.

캠버 액추에이터(7)는 도면에 도시되지 않은 제어 유닛에 의하여 트리거링 되며, 휠(1)이 세로 각(α_L)에 따라 캠버 각(α_S)을 중심으로 측면에서 중앙 위치로부터 캠버 위치로 선회됨으로써, 휠 접촉 점(P)에서는 오로지 수직력만 전달된다. 도 3에 도시된 휠(1)의 캠버 위치로부터 알 수 있는 바와 같이, 휠(1)의 캠버 각(α_S)은 각(α_F)에 상응하며, 상기 각(α_F)은 한편으로는 수직력(F_V)에 의해서 그리고 다른 한편으로는 수직력(F_V) 및 가로력(F_Q)으로 구성되어 결과적으로 나타나는 파워(F_R)에 의해서 형성된다.

캠버 액추에이터(7)는 캠버 각(α_S)이 아래의 관계식으로부터 산출되도록 곡선 주행 중에 트리거링 될 수 있으며:

,

상기 관계식에서 v는 차량 속도고, r은 조향 반경이며, g는 중력 가속도다.

도 2a 및 도 2b에 따른 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 캠버 액추에이터(7)는 가로 조향 유닛(10)의 트윈-가로 조향 로드(9)를 통해서 휠(1)에 관절 형태로 연결된다. 동일한 부품 또는 부품 기능부에는 동일한 도면 부호가 제공되었다.

가로 조향 유닛(10)은 두 개의 트윈-가로 조향 로드(9, 9')로 이루어지며, 상기 트윈-가로 조향 로드들은 하나의 공통된 축 암(11)으로부터 휠(1)의 중앙 방사 평면(M_R)의 양측으로 연장된다. 캠버 각(α_S)을 중심으로 휠(1)을 조정하는 경우에 휠(1)의 선회 동작은 가변적인 캠버 축(S)을 중심으로 이루어진다. 상기 캠버 축은 바람직하게 휠(1)의 수평의 축 평면 아래에 배치되어 있다. 트윈-가로 조향 로드(9 또는 9')는 각각 평행한 가로 조향 축(12)을 갖는다.

조향 액추에이터(5)는 커플링 로드(13)와 도면에 도시되어 있지 않고 휠(1) 안에 설치된 휠 허브 사이에 장착된다.

휠(1)은 4-링크-체인을 통해 섀시 프레임(2) 내부에 지지가 될 수 있다. 바람직하게 휠(1)은 축 레그 조향 장치에 의해서 섀시 프레임(2) 내부에 지지가 된다.

수직의 조향 축(V)은 바람직하게 휠(1)의 중앙 방사 평면(M_R)에서 뻗는다.

Claims (10)

1. 축 캐리어 상에 배치된 개별 휠들 그리고 상기 휠들에 각각 할당되어 있고 수직의 조향 축을 중심으로 하여 사전에 결정된 조향 각을 설정하기 위한 조향 액추에이터를 구비하며, 상기 개별 휠들이 각각 수평 방향으로 하나의 수직 조향 축을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되는, 레일 차량에 있어서,

   상기 수직 조향 축의 휠(1)들은 각각 수직 방향으로 하나의 수평 캠버 축(S)을 중심으로 선회 가능하도록 지지가 되어 있고, 캠버 액추에이터(7)에 의해서 사전에 결정된 캠버 각(α_S)을 설정하기 위하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캠버 액추에이터(7)는 휠(1)에 결합되어 있으며,

   상기 캠버 액추에이터(7)는 휠(1)이 중앙 위치 또는 캠버 위치에 있도록 트리거링 되고, 상기 중앙 위치 또는 캠버 위치에서는 휠 접촉 점(P)에서 오로지 수직력만 전달되는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캠버 액추에이터(7)는 캠버 각(α_S)이 예각(α_F)과 같도록 트리거링 되 며, 이때 상기 예각은 한편으로는 수직 방향으로 진행하는 수직력(F_V)과 수평 방향으로 진행하는 가로력(F_Q)으로 구성되고 레일의 휠 접촉 점(P)에 작용하여 결과적으로 나타나는 파워(F_R)와 다른 한편으로는 수직력(F_V) 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캠버 액추에이터(7)는 휠(1)의 캠버 각(α_S)이 아래의 관계식에 따라 설정되도록 곡선 주행 중에 트리거링 될 수 있으며:

   

   ,

   상기 관계식에서 v는 레일 차량의 속도고, r은 레일 차량이 통과한 곡선의 조향 반경이며, g는 중력 가속도인 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 휠(1)은 4-링크-체인을 통해 섀시 프레임(2)에 지지가 되는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 휠(1)은 축 레그 조향 장치에 의해서 섀시 프레임(2) 내부에 지지가 되 는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 휠(1)에 관절 형태로 결합하는 캠버 액추에이터(7)에 제어 유닛이 작용함으로써, 상기 휠(1)은 조향 각(α_L)에 따라서 캠버 각(α_S)을 중심으로 하는 중앙 위치(M)로부터 캠버 위치(S)로 선회되는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캠버 액추에이터(7)가 휠(1)에 직접 관절 형태로 연결됨으로써, 상기 휠(1)은 고정된 캠버 축(S)을 중심으로 선회될 수 있고, 상기 캠버 축은 휠(1)의 레일에 가까운 영역의 높이로 뻗는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캠버 액추에이터(7)는 조향 유닛(10)의 트윈-가로 조향 로드(9, 9')를 통해 휠(1)에 관절 형태로 연결되며, 상기 트윈-가로 조향 로드(9, 9')는 캠버 액추에이터(7)의 중앙 위치에서는 중앙 방사 평면(R_M)에 대하여 대칭으로 뻗는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 수직의 조향 축(V)은 휠(1)의 중앙 방사 평면(M_R)에서 뻗는 것을 특징으로 하는, 레일 차량.

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