AT504539A1

AT504539A1 - METHOD FOR MINIMIZING THE WHEEL WEAR OF A RAIL VEHICLE

Info

Publication number: AT504539A1
Application number: AT0108304A
Authority: AT
Inventors: Klaus Six; Martin Teichmann; Christian Kitzmueller
Original assignee: Siemens Transportation Systems
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2008-06-15
Also published as: DE502005007766D1; EP1609691B1; EP1609691A1; ATE437786T1

Abstract

The railway wheel slipping minimization system aims to keep each axle radially aligned when the vehicle (SCH) is negotiating a curve. Several sensors (SE1) transmit data (DAT) to an evaluation circuit (ASW). The computer calculation system may involve fuzzy logic. The evaluation circuit produces a desired value signal (PAO) which is passed to a control circuit (STR) and a regulating circuit (REG). A further sensor (S2) is connected to the regulating circuit. The regulating circuit is connected to a drive or braking system for the individual wheels (ANT). The control circuit is connected to an actuator (STG) for swiveling each individual axle. Calculations may be made using coefficient of friction, vehicle speed and relative speed of separately rotating wheels.

Description

Verfahren zur Minimierung des Radverschleißes eines SchienenfahrzeugesMethod for minimizing the wheel wear of a rail vehicle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung des Radverschleißes eines Schienenfahrzeuges.The invention relates to a method for minimizing the wheel wear of a rail vehicle.

Bekannte Verfahren zur Minimierung der Reibleistung und damit des Radverschleißes im Rad/Schiene-Kontakt bei Schienenfahrzeugen versuchen während einer Bogenfahrt die Stellung der Räder relativ zum Gleis so zu beeinflussen, dass Gleiteffekte im Kontaktpunkt vermieden bzw. minimiert werden. Bei allen bekannten Verfahren sollte daher die vermeintlich optimale Stellung im voraus bekannt sein.Known methods for minimizing the friction loss and thus the wheel wear in the wheel / rail contact in rail vehicles try during a bow ride to influence the position of the wheels relative to the track so that sliding effects are avoided or minimized at the contact point. In all known methods, therefore, the supposedly optimal position should be known in advance.

Der größte Teil der heute im Einsatz befindlichen Schienenfahrzeuge ist mit Radsätzen (mehr oder weniger starre Kopplung der Radscheiben über die Radsatzwelle) ausgestattet. Bei solchen Fahrzeugen wird davon ausgegangen, dass die optimale Stellung der Räder im Gleis der Radialstellung entspricht. Dies findet sich unter anderem in der EP 0 600 172 Al, DE 30 04 082 Al, EP 0 007 225 Al.The majority of rail vehicles in use today are equipped with wheelsets (more or less rigid coupling of the wheel disks via the wheelset shaft). In such vehicles it is assumed that the optimum position of the wheels in the track corresponds to the radial position. This can be found inter alia in EP 0 600 172 A1, DE 30 04 082 A1, EP 0 007 225 A1.

Bei dem aus der EP 0 600 172 Al bekannten Verfahren stellt sich zwar in vielen Betriebszuständen ein günstiges Verschleißverhalten ein, jedoch entspricht dieses nicht dem Optimum. Das Reibleistungsoptimum hängt bei Radsätzen vielmehr von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibungskoeffizienten, der Fahrzeuggeometrie, dem Bogenradius der Gleise, der Rad/Schiene-Geometrie etc. Im Allgemeinen entspricht das Reibleistungsoptimum nicht der Radialstellung, sondern einer Stellung im Gleis, bei welcher sowohl Längs- als auch Querschlüpfe auftreten.In the method known from EP 0 600 172 A1, although a favorable wear behavior arises in many operating states, this does not correspond to the optimum. Rather, the friction optimum for wheel sets depends on a number of factors, such as vehicle speed, friction coefficient, vehicle geometry, radius of curvature of the tracks, wheel / rail geometry, etc. In general, the friction optimum does not correspond to the radial position but to a position in the track in which both longitudinal and transverse slips occur.

Außerdem wird bei dem aus der EP 0 600 172 Al bekannten Verfahren keine Radialstellung der Radsätze relativ zum Gleis realisiert, sondern nur der Winkel zwischen Radsatz und Fahrwerksrahmen entsprechend der Radialstellung eingestellt. Die tatsächliche Stellung der Räder relativ zum Gleis bleibt bei diesem Verfahren jedoch unbekannt. Ähnlich stellt sich die Situation bei Fahrzeugen mit Einzelrädem dar.In addition, in the method known from EP 0 600 172 A1, no radial position of the wheelsets relative to the track is realized, but only the angle between the wheelset and the chassis frame is set in accordance with the radial position. However, the actual position of the wheels relative to the track remains unknown in this method. The situation is similar for vehicles with single wheels.

Zwar entspricht dort die Radialstellung der Räder so lange dem Reibleistungsoptimum, so lange aufgrund der Rad/Schiene Kontakt-Geometrie kein Mehrpunktkontakt auftritt. Tritt jedoch ein Mehrpunktkontakt bei Radialstellung der Räder auf, treten hohe Längsschlupfe auf. Die tatsächliche optimale Radsstellung hängt dann wiederum von einer Reihe von -2 ·· ···· ··· « • · ·· ··Although there corresponds to the radial position of the wheels as long as the friction optimum, as long as due to the wheel / rail contact geometry no multipoint contact occurs. However, if a multipoint contact occurs when the wheels are in a radial position, high longitudinal slippage occurs. The actual optimal wheel position then depends on a number of -2 ·· ···· ··· «· · ·· ··

Faktoren ab, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibungskoeffizienten, der Fahrzeuggeometrie, dem Bogenradius der Gleise, der Rad/Schiene-Geometrie, usw..Factors such as vehicle speed, coefficient of friction, vehicle geometry, rail radius of the track, wheel / rail geometry, etc.

Auch die bekannten Verfahren, die sich auf die Reibleistungsminimierung bei Schienenfahrzeugen mit Einzelrädem beziehen, gehen im Allgemeinen davon aus, dass die Radialstellung der Räder im Gleis immer dem Reibleistungsoptimum entspricht.The known methods, which relate to the friction minimization in rail vehicles with single wheels, generally assume that the radial position of the wheels in the track always corresponds to the friction power optimum.

So offenbart die DE 198 26 452 ein Verfahren zur Antriebskoordinierung eines einzelradgetriebenen, spurgeführten Fahrzeuges bei Bogenfahrten. Das Fahrzeug weist mindestens eine gegenüber dem Fahrwerkrahmen drehbar gelagerte Achse auf, wobei in einer Variante der bekannten Ausführungsform die Winkelstellung der Achse gegenüber dem Fahrwerkrahmen so geregelt ist, dass die Räder tangential zur Schiene stehen (="Radialstellung"). Die Regelung erfolgt hierbei dadurch, dass die Winkelstellung der Achse über die Drehmoment Sollwerte der Einzelradantriebe eingestellt wird. Zwar stellt sich bei diesem Verfahren in vielen Betriebszuständen ein günstigeres Verschleißverhalten ein, jedoch ist auch hier das erzielbare Verschleißverhalten im Allgemeinen nicht optimal. Außerdem wird auch bei diesem Verfahren nur der Winkel der Radachsen relativ zum Fahrwerksrahmen entsprechend der Radialstellung erzeugt. Die tatsächliche Stellung im Gleis bleibt auch bei diesem Verfahren unbekannt.Thus, DE 198 26 452 discloses a method for the drive coordination of a single-wheel drive, track-guided vehicle when bow trips. The vehicle has at least one axis rotatably mounted relative to the chassis frame, wherein in a variant of the known embodiment, the angular position of the axle relative to the chassis frame is controlled so that the wheels are tangential to the rail (= "Radial position"). The regulation is carried out by adjusting the angular position of the axis via the torque setpoints of the individual wheel drives. Although this method provides more favorable wear behavior in many operating states, the achievable wear behavior is generally not optimal here as well. In addition, also in this method, only the angle of the wheel axles is generated relative to the chassis frame corresponding to the radial position. The actual position in the track remains unknown even in this procedure.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu schaffen, der es ermöglicht, bei einem Schienenfahrzeug den Radverschleiß weiter zu verringern und somit die Lebensdauer der Räder zu erhöhen.It is therefore an object of the invention to provide a way which makes it possible to further reduce wheel wear on a rail vehicle and thus increase the life of the wheels.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass anhand von Daten von zumindest einer während einer Fahrt des Schienenfahrzeuges variablen, für die Reibleistung relevanten Größe zumindest ein einer minimalen Reibleistung zwischen zumindest einem Rad und einem Gleis entsprechender Sollwert eines die Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisierenden Parameters rechnerisch ermittelt wird, wobei die Radstellung gemäß dem Sollwert mittels Steuerung, Regelung oder einer Kombination von beiden eingestellt wird.This object is achieved with a method of the type mentioned in the present invention that based on data from at least one variable during travel of the rail vehicle, relevant for the friction size at least a minimum friction between at least one wheel and a track corresponding setpoint of a position the parameter characterizing the at least one wheel relative to the track is determined by calculation, wherein the wheel position is set in accordance with the desired value by means of control, regulation or a combination of both.

Variable, für die Reibleistung relevante Größen stellen beispielsweise Parameter, wie Trassierungsdaten (Bogenradius, Gleisüberhöhung, etc), Rad/ Schienekontaktverhältnissse (Gleitreibungskoeffizienten für den Rad/Schienekontakt, Kontaktgeometrie, etc), Fahrzeuggeschwindigkeit, Zuladungsmasse sowie Antriebs- bzw. Bremsmomente, dar.Variables that are relevant for the friction performance represent, for example, parameters such as routing data (radius of curvature, track cant, etc.), wheel / rail contact ratio (sliding friction coefficient for the wheel / rail contact, contact geometry, etc.), vehicle speed, payload mass and drive or braking torques.

Parameter für eine eine minimale Reibleistung der Räder beschreibende Optimalstellung sind beispielsweise eine Querauslenkung der Achsen relativ zum Gleis, der Anlaufwinkel relativ zum Gleis (=Gierwinkel relativ zum Gleis) oder auch eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse (bei Einzelradfahrzeugen).Parameters for an optimal position describing a minimum friction loss of the wheels are, for example, a transverse deflection of the axles relative to the track, the angle of approach relative to the track (= yaw angle relative to the track) or else a rotational speed difference between the wheels of an axle (in the case of individual wheeled vehicles).

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die tatsächlich optimale Stellung der Räder in Abhängi-keit von den relevanten Daten, wie Trassierungsdaten, Daten über Rad/Schienekontaktverh ältnisse, Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie Daten über Antriebs- und Bremsmomente bzw. der Zuladungsmasse des Schienenfahrzeuges ermittelt und eingestellt werden kann, wodurch sich der Radverschleiß wesentlich minimieren lässt.It is an advantage of the invention that the actual optimum position of the wheels as a function of the relevant data, such as routing data, data on wheel / Schienekontaktverh, vehicle speed, as well as data on driving and braking torques or the payload of the rail vehicle determined and can be adjusted, whereby the wheel wear can be substantially minimized.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird anhand eines die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Gleis beschreibenden mathematischen Modells des Schienenfahrzeuges, das auch zumindest eine der erwähnten variablen für die Reibleistung relevanten Größen enthält, die der minimalen Reibleistung zwischen dem zumindest einem Rad und dem Gleis entsprechende Stellung des zumindest einen Rades berechnet.In the preferred embodiment of the invention, based on a mathematical model of the rail vehicle describing the interaction between the rail vehicle and the track, which also includes at least one of the mentioned variables relevant to the friction power, the minimum friction between the at least one wheel and the track will correspond Calculated position of at least one wheel.

Zur Bestimmung der der minimalen Reibleistung entsprechenden Stellung des zumindest einen Rades bei einer Bogenfahrt kann aus einem mathematischen Modell für einen quasistationären Bogenlauf des Schienenfahrzeuges, wobei das Modell die zumindest eine variable, für die Reibleistung relevante Größe enthält, eine Gleichung für die Reibleistung gewonnen, minimiert und mit den Momentanwerten der variablen Größen ausgewertet werden.In order to determine the position of the at least one wheel corresponding to the minimum friction power during a curved journey, a mathematical model for a quasi-stationary arc run of the rail vehicle, wherein the model contains at least one variable that is relevant for the friction power, minimizes an equation for the friction power and evaluated with the instantaneous values of the variable quantities.

Weiters kann die Radstellung im Gleis so berechnet werden, dass die Reibleistung hinsichtlich einer Profilstandzeit minimiert wird (Fig. 2).Furthermore, the wheel position in the track can be calculated so that the friction power is minimized with regard to a profile life (FIG. 2).

In einer einfach zu realisierenden Variante der Erfindung kann abhängig vom Bogenradius der Gleise ein Winkel zwischen einer Radachse des zumindest einen Rades und einem Fahrwerksrahmen mittels Steuerung eingestellt werden.In an easily implemented variant of the invention, depending on the radius of curvature of the tracks, an angle between a wheel axle of the at least one wheel and a chassis frame can be adjusted by means of control.

Weiters kann bei Einzelradfahrzeugen als Stellgröße für die Regelung der Radsstellung ein den Antriebs und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment zwischen den Rädern einer Achse vorgesehen sein. Hierzu kann eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse gemessen und mittels des Differenzdrehmoments auf eine rechnerisch ermittelte Solldrehzahldifferenz hin geregelt werden, wobei die Solldrehzahldifferenz vorteilhafterweise unter Annahme zylindrischer Räder berechnet wird. Prinzipiell kann die Solldrehzahldifferenz jedoch auch unter Annahme beliebiger Rad/Schiene Profilpaarungen berech- net werden. Insbesondere kann die Solldrehzahldifferenz für eine Bogenfahrt so berechnet werden, dass die unterschiedlichen Wege schlupffrei abrollender, bogenäußerer und bogeninnerer Räder ausgeglichen werden.Furthermore, in single-wheel vehicles as a control variable for the regulation of the wheel position, a differential torque between the wheels of an axle superimposed on the drive and braking torques can be provided. For this purpose, a speed difference between the wheels of an axle can be measured and regulated by means of the differential torque to a calculated target speed difference out, wherein the target speed difference is advantageously calculated assuming cylindrical wheels. In principle, however, the setpoint speed difference can also be calculated assuming any desired wheel / rail profile pairings. In particular, the target speed difference for a bow travel can be calculated so that the different ways are balanced slip-rolling off, bow outer and inner bow wheels.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann bei Einzelradfahrzeugen die Queraus-lenkung der Radachse des zumindest einen Rades relativ zu den Gleisen gemessen und auf eine rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. So kann die Queraus-lenkung beispielsweise mittels eines den Antriebs- und Bremsmomenten überlagerten Differenzdrehmomentes zwischen den Rädern einer Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. Die Querau slenkung kann aber auch mittels eines Lenkmomentes um die Hochachse der Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. Eine besonders einfach zu realisierende Variante der Erfindung sieht vor, dass die Sollquerauslenkung auf den Wert Null hin geregelt wird.According to a further variant of the invention, the transverse deflection of the wheel axle of the at least one wheel can be measured relative to the tracks in single-wheeled vehicles and regulated to a calculated nominal transverse deflection. Thus, the Queraus steering can be controlled, for example, by means of a differential torque between the wheels of an axle superimposed on the drive and braking torques on the calculated Sollquerauslenkung calculated. The Querau slash can also be controlled by means of a steering torque about the vertical axis of the axis to the calculated Sollquerauslenkung out. A particularly easy-to-implement variant of the invention provides that the desired transverse deflection is regulated to the value zero.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:The invention together with further advantages will be explained below with reference to some non-limiting embodiments, which are illustrated in the drawing. In this show schematically:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 Profile mit unterschiedlichem Materialabtrag.Fig. 1 is a block diagram of the method according to the invention and Fig. 2 profiles with different material removal.

Gemäß Fig. 1 können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Daten DAT der variablen, für die Reibleistung relevanten Größe bzw. Größen, beispielsweise Trassierungsdaten, Daten über Rad/Schienekontaktverhältnissse, Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, sowie Daten über Antriebs- Bremsmomente eines Schienenfahrzeuges SCH während einer Fahrt aufgenommen werden, beispielsweise mittels hierfür geeigneter Sensoren SEI.According to FIG. 1, in the method according to the invention, data DAT of the variable size or variables relevant for the friction power, for example routing data, data on wheel / rail contact ratio, vehicle speed data, as well as data on drive braking torques of a rail vehicle SCH can be recorded during a journey, for example by means of suitable sensors SEI.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Daten DAT der variablen Größe bzw. Größen, die zur Berechnung herangezogen wird bzw. werden, nicht während einer Fahrt aufgenommen sondern z.B. abhängig vom Fahrweg aus einer Datenbank abgefragt werden. So können beispielsweise Trassierungsdaten vorgebbarer Strecken in einer Datenbank abgelegt sein. Prinzipiell ist auch die Erfassung von Trassierungsdaten mittels eines Navigations-bzw. Ortungssystems möglich, beispielsweise mittels eines satellitengestützten Navigations-bzw. Ortungssystems, wie des GPS-Systems.Another possibility is that the variable size data DAT used for calculation is not picked up during travel, but is e.g. be queried from a database depending on the route. For example, routing data of predefinable routes can be stored in a database. In principle, the collection of routing data by means of a navigation or. Location system possible, for example by means of a satellite-based navigation or. Location system, such as the GPS system.

Die Daten DAT werden an eine Auswerteeinheit ASW weitergeleitet, welche aus den Daten DAT anhand eines Algorithmus, der ein mathematisches Modell beinhaltet, welches dieThe data DAT are forwarded to an evaluation unit ASW, which from the data DAT based on an algorithm that includes a mathematical model, the

Interaktion des Schienenfahrzeuges SCH mit der Stecke beschreibt, die optimale Stellung der Räder PAO hinsichtlich der Reibleistung ermittelt.Interaction of the rail vehicle SCH with the Steck describes the optimum position of the wheels PAO determined in terms of friction.

Dem Algorithmus liegt eine mathematische Modellierung des Schienenfahrzeuges zugrunde, die im allgemeinen den Bewegungsgleichungen des Schienenfahrzeuges SCH entspricht. Die mathematische Modellierung ist im einfachsten Fall linear, kann prinzipiell aber auch nichtlinear sein. Zur mathematischen Modellbildung von Schienenfahrzeugen SCH mit Radsätzen bzw. Losrädem siehe beispielsweise: Kalman Filter for the State Esti mation of a 2 Axle Railway Vehicle; T.X. Mei (UK), R.M. Goodall (UK), H. Li (UK) European Control Conference 99, Karlsruhe, Germany, August Sept. bzw. „State Estimaton for active Steering of Railway Vehicles"; H. LiandR.M. Goodall 1999 IFAC oder auch das Vorlesungsskript „Lateraldynamik von Schienenfahrzeugen" von Prof. Dr.-Ing K. Knothe bzw. die DE 4309183 Al.The algorithm is based on a mathematical modeling of the rail vehicle, which generally corresponds to the equations of motion of the rail vehicle SCH. The mathematical modeling is in the simplest case linear, but can in principle also be nonlinear. For the mathematical modeling of rail vehicles SCH with wheelsets or idler wheels, see for example: Kalman Filter for the State Estimation of a 2 Axle Railway Vehicle; T.X. Mei (UK), R.M. Goodall (UK), H. Li (UK), European Control Conference 99, Karlsruhe, Germany, August Sept., and "State Estimaton for Active Steering of Railway Vehicles"; H. Liand R.M. Goodall 1999 IFAC or also the lecture script "Lateraldynamik von Schienenfahrzeugen " by Prof. Dr.-Ing K. Knothe and DE 4309183 Al.

Anhand des mathematischen Modells des Schienenfahrzeuges SCH wird für dynamische bzw. quasistationäre Zustände im Bogen die Gleichung für die Reibleistung bestimmt. Für linearisierte Lauffahrzeuge mit starren Radsätzen kann die quasistationäre Reibleistung beispielsweise die folgende Form annehmenBased on the mathematical model of the rail vehicle SCH, the equation for the frictional power is determined for dynamic or quasi-stationary states in the arc. For linearized rigid-wheeled vehicles, for example, the quasi-stationary friction power may take the following form

wobei Pi,2 die Reibleistung in den Radschienekontakten eines ersten und eines zweiten Radsatzes, fn und f22 den Kraftschlussbeiwert längs bzw. quer zum Gleisverlauf, λ die Konizität der Räder, r den Radradius, yw die Querverschiebung der Radsätze relativ zum Gleis, R den Bogenradius eines durchfahrenen Gleisbogens, b die halbe Spurweite, v die Fahrzeuggeschwindigkeit und ψι,2 die Verdrehung der Radsätze relativ zu einem Gleis (“Gierwinkel, bzw. Anlaufwinkel) bedeuten. Natürlich kann anstelle der quasistationären Reibleistung, wie bereits oben erwähnt, auch die dynamische Reibleistung betrachtet werden.where Pi, 2 is the friction power in the wheel slide contacts of a first and a second wheelset, fn and f22 is the coefficient of adhesion along or transverse to the track, λ the conicity of the wheels, r the wheel radius, yw the transverse displacement of the wheelsets relative to the track, R the radius of curvature a track curve passed through, b half the track width, v the vehicle speed and ψι, 2 the rotation of the wheel sets relative to a track ("yaw angle, or start-up angle). Of course, instead of the quasi-stationary friction, as already mentioned above, the dynamic friction power can also be considered.

Die Gleichung für die Reibleistung beinhaltet direkt und indirekt, je nach Modelltiefe Größen, die aus dem mathematischen Modell der Interaktion des Fahrzeuges mit der Strecke stammen wie z.B. Fahrzeuggeometriedaten, Steifigkeiten, Massendaten sowie die erwähnten variablen Größen - indirekt deshalb da yi,2 und ψι,2 ebenfalls von den erwähnten Größen abhängen.The friction performance equation includes, directly and indirectly, depending on the model depth, magnitudes derived from the mathematical model of the vehicle's interaction with the track, such as, for example. Vehicle geometry data, stiffness, mass data and the variables mentioned - indirectly therefore da yi, 2 and ψι, 2 also depend on the mentioned sizes.

Die Gleichung der Reibleistung wird zur Bestimmung des Reibleistungsoptimums minimiert. Eine optimale Radstellung ist durch die berechnete Lage eines betrachteten Rades bei dem ermittelten Reibleistungsminimum abhängig von den Momentanwerten der variablen Größen DAT bestimmt.The friction energy equation is minimized to determine the friction power optimum. An optimal wheel position is determined by the calculated position of a considered wheel at the determined friction power minimum depending on the instantaneous values of the variable quantities DAT.

Die Minimierung der obigen Gleichung für die Reibleistung kann beispielsweise gemäß den dTlThe minimization of the above equation for the friction power can, for example, according to the dTl

Randbedingungen -= 0 und -= 0 erfolgen, worin TI und T2 auf die Radsätze ητι 8T2 wirkende Lenkmomente bedeuten, die die Stellung yiz und ψι,2 der Radsätze und somit die Reibleistung Pi,2 beeinflussen und somit Variablen der Funktionen yi,2 sowie ψλ 2 darstellen.Boundary conditions - = 0 and - = 0 take place, in which TI and T2 on the wheelsets ητι 8T2 acting steering moments mean that the position yiz and ψι, 2 of the wheelsets and thus the friction power Pi, 2 influence and thus variables of the functions yi, 2 and represent ψλ 2.

Diese Ausführungsform der Erfindung führt beispielsweise zu einem hinsichtlich der Reibleistung optimalen Lenkmoment Topt, gemäß welchem eine reibleistungsoptimierte Steuerung erfolgen kann.This embodiment of the invention leads, for example, to an optimal steering torque Topt with respect to the friction power, according to which a friction-optimized control can take place.

Weiters kann der Betriebspunkt (Radstellung im Gleis) so berechnet werden, dass die Reibleistung hinsichtlich der Profilstandzeit minimiert wird, wodurch sich ein gleichmäßiger Verschleiß über das Profil ergibt (Fig. 2). In Fig. 2 entspricht PR1 einem unverschlissenen Profil, PR2 einem Materialabtrag bei einem Reibleistungsminimum hinsichtlich der Profilstandzeit und PR3 einem Materialabtrag bei dem Reibleistungsminimum.Furthermore, the operating point (wheel position in the track) can be calculated so that the friction loss is minimized in terms of profile life, resulting in a uniform wear over the profile (Fig. 2). In FIG. 2, PR1 corresponds to an unworn profile, PR2 to a removal of material at a friction power minimum with regard to the service life of the profile and PR3 to a removal of material at the friction power minimum.

Als Ausgangsgröße des Algorithmus können je nach Ausführungsform der Erfindung beispielsweise eine Sollquerauslenkung der Achsen relativ zum Gleis, ein Sollanlaufwinkel relativ zum Gleis (=Gierwinkel relativ zum Gleis) oder auch eine Solldrehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse erhalten werden. Die Einstellung der Radposition kann mittels Steuerung oder Regelung oder auch mittels einer Kombination von beiden erfolgen. Zur Steuerung können beispielsweise an den Rädern des Schienenfahrzeuges SCH entsprechende mit einer Steuerungseinheit STR verbundene Stellglieder STG angeordnet sein Zur Regelung kann eine Regeleinheit REG vorgesehen sein. Die Regelung kann beispielsweise als Zustandsregelung mit oder ohne Beobachter, als Regelung mit Ausgangsrückführung oder als Fuzzy-Logic Regelung ausgeführt sein.Depending on the embodiment of the invention, the output variable of the algorithm can be, for example, a desired transverse deflection of the axes relative to the track, a nominal start angle relative to the track (= yaw angle relative to the track) or even a nominal rotational speed difference between the wheels of an axle. The setting of the wheel position can be done by means of control or regulation or by a combination of both. For controlling, for example, corresponding control elements STR connected to a control unit STR may be arranged on the wheels of the rail vehicle SCH. For regulating purposes, a control unit REG may be provided. The control can be designed, for example, as state control with or without observer, as control with output feedback or as fuzzy logic control.

Bei einem Einzelradfahrzeug ergibt sich aus dem Modell der Interaktion Fahrzeug-Schiene, dass für einen großen Bereich der möglichen Betriebszustände jene Stellung der Räder relativ zum Gleis nahe am Reibleistungsoptimum liegt, bei der bei kleinen Anlaufwinkeln die Querauslenkungen der Radachsen gegenüber einer symmetrischen Stellung im Gleis nur sehr kleine Werte annimmt. Dadurch ist es möglich, auf die Erfassung der Rad/Schienekontaktverhältnisse und der Zuladungsmasse, der Schienengeometrie und des ·· • ·· ···· ·· • · • · «· • • · · • · · • · • • ♦ *·· · • • « • # · • ·· »· ·· 7- ···· #·In a single wheel vehicle arises from the model of the interaction vehicle rail, that for a large range of possible operating conditions that position of the wheels relative to the track is close to the frictional optimum, where at small starting angles, the transverse deflections of the axles compared to a symmetrical position in the track only very small values. This makes it possible to detect the wheel / rail contact ratios and the payload mass, the rail geometry and of the ···································································································. ·············································

Gleitreibungskoeffizienten zu verzichten. Daraus resultieren die im Folgenden erläuterten vorteilhaften Varianten der Erfindung.To dispense with sliding friction coefficients. This results in the advantageous variants of the invention explained below.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Kombination von Steuerung und Regelung. Die Steuerung besteht hierbei darin, dass bei einem Fahrzeug mit Einzelradachsen der Winkel zwischen den Einzelradachsen und dem Fahrwerks- bzw. Fahrzeugrahmen durch die Stellglieder STG, die vom Fahrwerks- bzw. Fahrzeugrahmen auf die Einzelradachsen wirken, eingestellt werden. Um eine mit der Steuerung kombinierte Regelung zu verwirklichen, kann mindestens ein Einzelrad je Achse über einen eigenen Antrieb ANT bzw. eine Bremse verfügen, wodurch es möglich ist, ein Differenzdrehmoment zwischen einander gegenüberliegenden Einzelrädem über die Regeleinheit REG so zu erzeugen, dass eine optimale Stellung der Einzelradachsen in dem Gleis realisiert werden kann. Dieses Differenzdrehmoment wird bei angetriebenen Systemen den Antriebsmomenten überlagert.A particularly favorable embodiment of the invention consists in a combination of control and regulation. The control here is that in a vehicle with Einzelradachsen the angle between the Einzelradachsen and the chassis or vehicle frame by the actuators STG, which act from the chassis or vehicle frame on the Einzelradachsen be set. In order to realize a control combined with the control, at least one individual wheel per axle may have its own drive ANT or a brake, whereby it is possible to generate a differential torque between opposing individual wheels via the control unit REG so that an optimal position the Einzelradachsen can be realized in the track. This differential torque is superimposed on the drive torque in driven systems.

Zur Realisierung der Regelung kann die Ist-Drehzahldifferenz der Räder einer Achse gemessen und die Differenz zu der Soll-Drehzahldifferenz ermittelt werden. Die ermittelte Differenz stellt die Eingangsgröße des Reglers dar, der die Differenz über das oben genannte Differenzdrehmoment auf Null regelt. Die Solldrehzahldifferenz ist im geraden Gleis Null, wodurch ein einseitiges Anlaufen der Räder verhindert wird. Im gekrümmten Gleis wird die Soll-Drehzahldifferenz beispielsweise so berechnet, dass die unterschiedlichen Wege der schlupffrei abrollenden bogenäußeren und bogeninneren Räder bei Annahme zylindrischer Räder in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Radradius und dem Bogenradius ausgeglichen werden. Dies hat den Effekt, dass im Bogen aufgrund der realen konischen Radprofile die Regelung die Einzelradachsen immer in Richtung Gleismitte führt, da nur dort die Einzelräder einer Achse den gleichen Rollradius - wie bei den zur Ermittlung der Soll-Drehzahldifferenz vorausgesetzten zylindrischen Rädern - haben. Auf diese Weise wird ein Mehrpunktkontakt vermieden und das System bewegt sich zusammen mit der oben ausgeführten Steuerung in der Nähe des Reibleistungsoptimums. Der Regler wird hierbei so ausgelegt, dass eine ausreichende Stabilität für alle Betriebszustände gewährleistet ist.To realize the control, the actual speed difference of the wheels of an axle can be measured and the difference to the desired speed difference can be determined. The determined difference represents the input variable of the controller, which regulates the difference over the above-mentioned differential torque to zero. The target speed difference is in the straight track zero, whereby a one-sided start of the wheels is prevented. In the curved track, the target speed difference is calculated, for example, so that the different paths of the slip-rolling outside and bow inner wheels are compensated assuming cylindrical wheels as a function of the vehicle speed, the wheel radius and the radius of curvature. This has the effect that in the curve due to the real conical wheel profiles, the control always leads the Einzelradachsen towards track center, since only there the individual wheels of an axle the same rolling radius - as in the assumed for determining the target speed difference cylindrical wheels - have. In this way, multipoint contact is avoided and the system moves together with the above control in the vicinity of the friction power optimum. The controller is designed so that sufficient stability is ensured for all operating conditions.

In einer weiteren Variante der Erfindung können zusätzlich Sensoren vorgesehen sein, welche die Querauslenkung der Einzelradachsen relativ zum Gleis erfassen. Diese Queraus-lenkung stellt hierbei die Eingangsgröße des Reglers dar, der über das beschriebene Differenzdrehmoment die Querauslenkung auf den Sollwert regelt. Dieser Sollwert ist im geraden Gleis Null wodurch das einseitige Anlaufen verhindert wird. Im gekrümmten Gleis kann der Sollwert der Querauslenkung beispielsweise ebenfalls Null sein, wodurch wieder ein Mehrpunktkontakt vermieden wird und zusammen mit der oben beschriebenen Steuerung ein Betrieb in der Nähe des Reibleistungsoptimums realisiert werden kann. Der Regler wird hierbei wieder so ausgelegt, dass eine ausreichende Stabilität für alle Betriebszustände gewährleistet ist.In a further variant of the invention, sensors can additionally be provided which detect the transverse deflection of the individual wheel axles relative to the track. This Queraus-steering here represents the input of the controller, which controls the transverse deflection to the setpoint via the difference torque described. This setpoint is in the straight track zero which prevents unilateral starting. In the curved track, the desired value of the transverse deflection, for example, also be zero, which again a multi-point contact is avoided and together with the control described above, an operation in the vicinity of the friction power optimum can be realized. The controller is again designed so that a sufficient stability for all operating conditions is guaranteed.

Claims

»** · .1. ·· ···· ··· ί ϊ! ::. ··: ·· •: ·· * · · · · · · · · · · · · · ··· 7 PATENT CLAIMS 1. A method for minimizing the wheel wear of a rail vehicle (SCH), characterized in that based on data (DAT) of at least one variable, which is variable during the travel of the rail vehicle (SCH), relevant for the friction power at least one of a minimum friction between at least A setpoint value (PAO) corresponding to a wheel and a track of a parameter characterizing the position of the at least one wheel relative to the track is determined by calculation, wherein the wheel position is set according to the desired value by means of control, regulation or a combination of both.

2. The method according to claim 1, characterized in that on the basis of a the interaction between the rail vehicle and the track descriptive, mathematical model of the rail vehicle (SCH) and the data (DAT) of the at least one variable relevant for the friction size that of the minimum friction between the at least one wheel and the track corresponding position of the at least one wheel is calculated.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for determining the minimum friction power corresponding position of the at least one wheel in a curved trip from a mathematical model for a quasi-stationary sheet travel of the rail vehicle (SCH), the at least one variable, for the Friction power contains relevant variable, an equation for the friction power is obtained, minimized and evaluated with the instantaneous values of the variable quantities (DAT).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the wheel position in the track is calculated so that the friction loss is minimized in terms of a profile life (Fig. 2).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that depending on the radius of curvature of the tracks an angle between a wheel axis of the at least one wheel and a chassis frame is adjusted by means of control.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in Einzelradfahrzeugen as a control variable for the control of the wheel position a drive and braking torque superimposed differential torque between the wheels of an axle is provided. ··· ·· · · · · · ♦

• · · · · · · · ····································

7. The method according to claim 6, characterized in that a speed difference between the wheels of an axle is measured and regulated by means of the differential torque to a calculated target speed difference out.

8. The method according to claim 7, characterized in that the target speed difference is calculated assuming any wheel / rail profile pairings.

9. The method according to claim 7, characterized in that the target speed difference is calculated assuming cylindrical wheels.

10. The method according to claim s or 9, characterized in that the target speed difference for a bow travel is calculated so that the different ways are balanced slip-rolling off, bow outer and inner bow wheels.

11. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that measured at Einzelradfahrzeugen the transverse deflection of the wheel axle of the at least one wheel relative to the tracks and is regulated to a mathematically determined Sollquerauslen-kung out.

12. The method according to claim 11, characterized in that the transverse deflection is controlled by means of a drive torque and braking torque superimposed differential torque between the wheels of an axle on the calculated Sollquerauslen-kung out.

13. The method according to claim 11, characterized in that the transverse deflection is controlled by means of a steering torque about the vertical axis of the axis to the calculated Sollquerauslenkung out.

14. The method according to claim 11 to 13, characterized in that the desired Querauslenkung is controlled to zero value.