CH687014A5 - Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis und Anwendung des Verfahrens. - Google Patents

Description

1

CH 687 014 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis, bei dem unter bekannten äusseren Bedingungen die Rollwiderstände der einzelnen Wagen ermittelt werden, und eine Anwendung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren (DE-OS 2 246 306) erfolgt eine Messung der Laufeigenschaften (z.B. Rollwiderstände) der Wagen mittels einer Geschwindigkeitsmessanordnung. Die von dieser Messanordnung gewonnene Information wird einem Elektronenrechner zur Weiterverarbeitung zugeführt. Der Elektronenrechner berechnet die von einer Gleisbremse für den betreffenden Wagen einzustellende Sollauslaufgeschwindigkeit derart, dass der Wagen mit einer vorgegebenen Auflaufgeschwindigkeit im zur Zugzusammenstellung vorgesehenen Richtungsgleis eintrifft.

Durch Messungen lassen sich zwar die Rollwiderstände der einzelnen Wagen bei vorgegebenen äusseren Bedingungen bestimmen, jedoch lässt sich aus diesen individuellen Messwerten keine das Laufverhalten des Wagenparks (Grundgesamtheit) allgemein beschreibende Verteilungsfunkion herleiten. Daher liegen bei den Betreibern von Rangieranlagen keine - insbesondere im Hinblick auf sich ändernde äussere Bedingungen (z.B. jahreszeitabhängige Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten) - gesicherten statistischen Angaben über das Laufverhalten des Wagenparks vor. Ausserdem ist mit einmaligen Messungen ein Driftverhalten der Laufeigenschaften des Wagenparks nicht erfassbar.

Bei dem bekannten Verfahren tritt die vorgenannte Problematik in den Hintergrund, weil über fest installierte Rollwiderstandsmesseinrichtungen bei jeder Zugzusammenstellung jeweils wagenspezifische Messwerte aufgenommen werden. Dies erfordert einen hohen messtechnischen Aufwand; die sich anschliessende rechnergestützte Verarbeitung der gewonnenen Messwerte wirkt sich geschwindigkeits-mindernd auf das bekannte Verfahren aus und lässt längerfristige Prognosen nicht zu.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis zu schaffen, das mit äusserst geringem anlagentechnischen Aufwand unter den jeweils aktuell gegebenen äusseren Bedingungen eine zuverlässige Prognose der statistisch zu erwartenden Verteilung der Wagen in dem Richtungsgleis ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfin-dungsgemäss dadurch gelöst, dass die Summenhäufigkeiten der Rollwiderstände bestimmt werden, dass zur Bildung einer linearen Funktion zwischen den Rollwiderständen und den Summenhäufigkeiten die Werte der Rollwiderstände logarithmiert werden, während auf die zugeordneten Summenhäufigkeiten das Gauss'sche Wahrscheinlichkeitsintegral angewendet wird, dass der Einfluss einer Änderung mindestens einer äusseren Bedingung auf die lineare Funktion bestimmt wird und dass unter Berücksichtigung der aktuell gegebenen mindestens einen äusseren Bedingung die statistisch zu erwartende Verteilung der Wagen auf dem Richtungsgleis abgeschätzt wird. Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass eine logarithmische Darstellung bzw. Bewertung der Rollwiderstände und eine mit dem Gauss'schen Wahrscheinlichkeitsintegral

1 } -uVl $ (x) = A— Je du

» —00

dargestellte bzw. bewertete Summenhäufigkeit eine lineare Funktion zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten liefert. Erst ein derartiger linearer funktioneller Zusammenhang erlaubt in vorteilhafter Weise eine einfache Besch reibungs-und Speichermöglichkeit, beispielsweise in Form einer Geradengleichung. Das erfindungsgemässe Verfahren nutzt so einen funktionellen Zusammenhang (Verteilungsfunktion der Grundgesamtheit), der äusserst schnell ausgewertet werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungs-gemässen Verfahrens besteht darin, dass eine Änderung äusserer Bedingungen auf den Funktionstyp keinen Einfluss hat (der funktionelle Zusammenhang ist weiterhin linear und z.B. als Gerade darstellbar); lediglich die Steigung und/oder der Achsenabschnitt der Funktion variieren mit geänderten äusseren Bedingungen. Die Gerade wird leicht mit bekannten Verfahren der Statistik auf z.B. zeichnerischen Wegen gefunden, indem für eine vorliegende Statistik mehrere Punkte in ein Diagramm eingetragen werden. Das Ergebnis ist diejenige Gerade, die ähnlich einer linearen Regressionsgeraden die eingetragenen Punkte am besten annähert.

Die jeweilige Funktion lässt sich mathematisch einfach mittels Koeffizienten beschreiben, so dass eine hinreichend genaue Prognose der statistisch zu erwartenden Verteilung der Wagen im Richtungsgleis möglich ist, ohne dass betriebsbegleitende Messungen oder ein aufwendiges Suchen in vorab abgelegten Tabellen erforderlich sind.

In diesem Zusammenhang sehen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens vor, dass der Einfluss der Temperatur und/ oder der Luftfeuchtigkeit, insbesondere als Nässe oder Niederschlag auf der Schiene, auf den Verlauf der linearen Funktion bestimmt wird.

Aufgrund unterschiedlicher Laufeigenschaften (Rollwiderstände) der Wagen eines Wagenparks bei ihrem Lauf auf dem Richtungsgleis hat sich in der Praxis eine verhältnismässig geringe Wahrscheinlichkeit dafür gezeigt, dass ein Wagen sein Laufziel erreicht. Bei einer gewünschten Wagen-Laufweite von z.B. 600 m (Laufziel) dürfte in der Praxis der Rollwiderstand höchstens ca. 1,5%o betragen. (Die verwendete Einheit %o bedeutet die wirkende hemmende Kraft bezogen auf die Eigengewichtskraft des Wagens). In üblichen Wagenparks weisen aber nur wenige (z.B. 10%) der Wagen einen derartigen Rollwiderstand auf; daher bleiben ca. 90% der Wagen vor Erreichen des Laufziels stehen. Üblicherweise haben die Wagen im Mittel einen Rollwiderstand von 2-3%o. Die Wagen müssen daher ggf. mehrfach durch Räumen mittels einer Beidrück-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 687 014 A5

4

oder Räumlokomotive aus dem Sammelbereich in den Laufzielbereich verschoben werden.

Da die Räumlokomotive möglichst optimal genutzt werden soll, besteht ein erheblicher Bedarf an einem in Abhängigkeit von der Länge des Richtungsgleises und des Wagenparks optimierten Räumweg (Räumhub) für die Räumlokomotive.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich vorteilhaft zum Bestimmen eines optimalen Räumhubs für eine kuppelreife Füllung eines Richtungsgleises einer Ablaufanlage mit Laufzielbremsung anwenden, wobei unter Berücksichtigung der äusseren Bedingungen die statistisch zu erwartende Verteilung der Wagen auf dem Richtungsgleis abgeschätzt wird, wobei aus dieser Abschätzung eine mittlere zu erwartende Laufweite ermittelt wird und wobei der Räumhub annähernd der mittleren zu erwartenden Laufweite entsprechend bemessen wird. In Kenntnis der gemessenen Rollwiderstände lässt sich nämlich in für sich bekannterweise (Eisenbahntechnische Rundschau, 36, 1987 S. 582) die Summenhäufigkeit der zu erwartenden Laufweiten in das Richtungsgleis abschätzen. In vorteilhafter Weise lassen sich erfindungsgemäss unter Ausnutzung des gebildeten linearen Zusammenhangs zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten dabei die Einflüsse der genannten äusseren Bedingungen berücksichtigen. Der Räumweg wird also in vorteilhafter Weise unmittelbar aus der einfach auszuwertenden linearen Funktion zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten bzw. den daraus ableitbaren mittleren zu erwartenden Laufweiten gewonnen. Damit kann für die Räumlokomotive ein annähernd optimaler Räumhub vorgegeben werden, nach dessen Abfahrt die Räumlokomotive bereits umkehren und sich anderen Räumaufgaben zuwenden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass die ermittelte Laufweite mit einem der Wagenbeladung, einem der Anzahl der gemeinsam in das Richtungsgleis zulaufenden Wagen (Wagengruppe) und/oder mit einem den ermittelten Windverhältnissen entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird. Damit kann der für die Räumlokomotive vorgesehene optimierte Räumweg vorzugsweise automatisch an die jeweiligen äusseren Gegebenheiten, insbesondere an die Witterungseinflüsse, angepasst werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens

Fig. 2 ermittelte lineare funktionelle Zusammenhänge zwischen Rollwiderständen und Summenhäufigkeiten,

Fig. 3 die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur kuppelreifen Füllung eines Richtungsgleises und

Fig. 4 Summenhäufigkeiten von Laufweiten in einem Richtungsgleis.

Gemäss Fig. 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt 1 bei bekannten äusseren Bedingungen (z.B. bei einer Temperatur T = T1) zunächst die Rollwiderstände WR der einzelnen Wagen eines Wagenparks bestimmt. Dies kann beispielsweise in einer aus der eingangs genannten DE-OS 2 246 306 bekannten Weise erfolgen. In einem weiteren Verfahrensschritt 2 wird in an sich bekannter Weise (vgl. «Einführung in die Grundlagen der mathematischen Statistik», V. Fetzer, Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg, S. 76 ff.) die Summenhäufigkeit SH der gemessenen Rollwiderstände WR bestimmt. In anschliessenden Verfahrensschritten 3 und 4 werden die Werte der Rollwiderstände WR logarith-miert, während auf die Summenhäufigkeiten SH das Gauss'sche Wahrscheinlichkeitsintegral

(vgl. aaO. S. 84) angewendet wird. Der sich dadurch ergebene lineare funktionelle Zusammenhang (lineare Funktion) ist zur Auswertung direkt auf einer Anzeigeeinheit darstellbar oder auf einem Druk-ker ausgebbar (Verfahrensschritt 5).

Fig. 2 zeigt in detaillierter Darstellung aus der Summen- häufigkeit (in %) der Rollwiderstände gewonnene Funktionen für verschiedene Wagenparks (DR 1985 und SBB 1981) bei 20°C und bei -10°C für den Wagenpark DR 1985. Die Summenhäufigkeitswerte der (logarithmisch aufgetragenen) Rollwiderstände WR (in %o) liegen jeweils annähernd im Verlauf einer Geraden, so dass sich der lineare funktionelle Zusammenhang äusserst einfach durch mathematische Koeffizienten oder eine Geradengleichung beschreiben lässt. Die gezeigten Geraden werden leicht mit bekannten Verfahren, beispielsweise auf zeichnerischem Weg, gefunden, indem für eine vorliegende Statistik mehrere Punkte in das Diagramm gemäss Fig. 2 eingetragen werden. Das Ergebnis ist in derjenigen Geraden zu sehen, die ähnlich einer linearen Regressionsgeraden die eingetragenen Punkte am besten annähert. Die statistisch besonders aussagekräftigen Grössen Mittelwert n und Standardabweichung 6 können aus den Schnittpunkten der Geraden leicht ermittelt werden. Ii wird am Schnittpunkt der Geraden mit der 50%-Linie, die Differenz (n-6) am Schnittpunkt der Geraden mit der 16%-Linie (statistische Sicherheit (S)) und die Summe (fi+8) am Schnittpunkt der Geraden mit der 84%-Linie (S) abgelesen.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten Verhältnissen lässt sich ableiten, dass und in welchem Umfang die Temperatur als äussere Einflussgrösse die Summenhäufigkeiten der Rollwiderstände beeinflusst. So weisen bei Temperaturen von ca. 20°C 50% des Wagenparks DR 1985 einen Rollwiderstand von 2%. auf, während bei -10°C eine 50%ige Summenhäufigkeit für ca. 3,1%. Rollwiderstand zu erkennen ist.

Diese Zusammenhänge sind in dem Verfahrensschritt 6 gemäss Fig. 1 dargestellt, wobei die ermittelte lineare Funktion in Form einer Geradengleichung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 687 014 A5

6

H = mx + b (T)

mit einem temperaturabhängigen Parameter b (T) dargestellt ist. Dies symbolisiert den im Zusammenhang mit Fig. 2 dargestellten Einfluss der Temperatur T auf den Achsenabschnitt, während die Steigung der Geraden gemäss Fig. 2 unverändert ist. Selbstverständlich können anstelle oder neben der Temperatur auch weitere Einflussgrössen, beispielsweise die Luftfeuchtigkeit, in entsprechender Weise berücksichtigt werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt 7 wird die aktuelle Temperatur Tz gemessen und dementsprechend eine Bewertung des linearen Zusammenhangs

H' = mx + b (T2)

vorgenommen. Ausgehend von den auf diese Weise ermittelten aktuellen gegebenen äusseren Bedingungen (Temperatur) wird ein linearer funktioneller Zusammenhang generiert, mit dem die zu erwartende Verteilung der Wagen auf dem Richtungsgleis vorherbestimmt wird. Dazu wird, wenn die Temperatur T2 beispielsweise 10°C beträgt, in entsprechender Interpolation der Geraden gemäss Fig. 2 eine Hilfsgerade erzeugt, mittels derer bei dieser Temperatur die einzelnen Summenhäufigkeiten für die jeweiligen Rollwiderstände ermittelbar sind. In Kenntnis der einzelnen Rollwiderstände können durch Erfahrungswerte oder bekannte Abschätzungsformeln (Eisenbahntechnische Rundschau, 36, 1987, S. 582) die Summenhäufigkeiten der rollwiderstandsabhängigen Laufweiten abgeschätzt werden.

Fig. 3 illustriert die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Bestimmen eines optimalen Räumhubs BH für eine kuppelreife Füllung eines Richtungsgleises RG mit einer Länge von 800 m. Das Richtungsgleis RG ist Teil einer Ablaufanlage mit Laufzielbremsung, die ausführlich in der DE-OS 2 246 306 beschrieben ist. Bei derartigen Ablaufanlagen werden die Wagen durch entsprechend gesteuerte Gleisbremsen derart abgebremst, dass sie ihr Laufziel mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit erreichen. Um eine kuppelreife Füllung im Zielbereich Z des Richtungsgleises RG zu gewährleisten, ist eine Räumlokomotive RL vorgesehen, die einen vorgegebenen Räumhub BH zurücklegend zwischenzeitlich in das Richtungsgleis RG eingelaufene Wagen W zusammendrückt. In Abhängigkeit von der Länge des Richtungsgleises RG und des Laufverhaltens des Wagenparkes ist es wünschenswert, einen auf die zu erwartende mittlere Laufweite LW der einlaufenden Wagen W hin optimierten Räumhub BH vorzugeben, so dass die Räumlokomotive RL optimal genutzt werden kann, da in der Regel in jeder Rangieranlage nur eine Räumlokomotive vorhanden ist.

Die Räumlokomotive RL sorgt für die Räumung des Abschnittes, der für die Laufzielbremsung voll genutzt werden kann. Unter Berücksichtigung der äusseren Bedingungen (vgl. Fig. 1 und 2) wird die zu erwartende statistische Verteilung der eingelaufenen Wagen W abgeschätzt. Dies basiert auf den gemessenen Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten nach Bildung der linearen Funktion (Fig. 2). In Kenntnis dieser Funktion wird z.B. unter Berücksichtigung der Temperatur T die jeweils zu erwartende Laufweite für jeden Wagen oder für einen repräsentativen Teil des Wagenparks nach bekannter Formel abgeschätzt und deren Summenhäufigkeiten gebildet.

Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann so der Einfluss der auf die Schienen und Lager der Wagen einwirkenden Aussentempe-ratur berücksichtigt werden. In entsprechender Weise könnte auch eine bei dem Wagenpark beobachtete Drift der Rollwiderstände kompensiert werden.

Das Ergebnis einer solchen Abschätzung mit und ohne Einwirkung einer weiteren äusseren Bedingung (Gegenwind) ist in Fig. 4 dargestellt. Bei einer Summenhäufigkeit von 50% wird ohne Windeinfluss eine mittlere Laufweite LW von ca. 320 m abgeschätzt. Der Räumhub BH bei diesen Verhältnissen wird annähernd der mittleren zu erwartenden Laufweite LW von 320 m entsprechend bemessen, so dass für die Räumlokomotive RL ein Räumhub von (vorzugsweise höchstens) 320 m vorgeschlagen wird. Bei einem äusseren Einfluss (Gegenwind von ca. 3 m/s) verschieben sich die linearen Funktionen gemäss Fig. 2 derart, dass mittlere Laufweiten LW von nur ca. 270 m (Fig. 4) für 50% des Wagenparks zu erwarten sind. Daher sollte der Räumhub BH für die Räumlokomotive RL in diesem Fall auf (vorzugsweise höchstens) ca. 270 m bemessen werden. Das erfindungsgemässe Verfahren stellt eine einfache Funktion (Geradengleichung) zur Beschreibung der Grundgesamtheit eines Wagenparks zur Verfügung, mit der insbesondere optimale Räumhübe bestimmt werden können.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen (W) in einem Richtungsgleis (RG) - bei dem unter bekannten äusseren Bedingungen (T) die Rollwiderstände (WR) der einzelnen Wagen (W) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet,

   - dass die Summenhäufigkeiten (SH) der Rollwiderstände (WR) bestimmt werden,

   - dass zur Bildung einer linearen Funktion (H) zwischen den Rollwiderständen (WR) und den Summenhäufigkeiten (SH) die Werte der Rollwiderstände (WR) logarithmiert werden, während auf die zugeordneten Summenhäufigkeiten (SH) das Gauss'sche Wahrscheinlichkeitsintegral (0) angewendet wird,

   - dass der Einfluss einer Änderung mindestens einer äusseren Bedingung (T) auf die lineare Funktion (H') bestimmt wird und

   - dass unter Berücksichtigung der aktuell gegebenen mindestens einen äusseren Bedingung (T) die statistisch zu erwartende Verteilung der Wagen (W) auf dem Richtungsgleis (RG) abgeschätzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Temperatur (T) auf den Verlauf der linearen Funktion (H) bestimmt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   4

   7

   CH 687 014 A5

   zeichnet, dass der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf den Verlauf der linearen Funktion (H) bestimmt wird.

   4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 zum Bestimmen eines optimalen Räumhubs (BH) für eine kuppelreife Füllung eines Richtungsgleises (RG) einer Ablaufanlage mit Laufzielbremsung, wobei unter Berücksichtigung der äusseren Bedingungen (T) die statistisch zu erwartende Verteilung der Wagen (W) auf dem Richtungsgleis (RG) abgeschätzt wird, wobei aus dieser Abschätzung eine mittlere zu erwartende laufweite (LW) ermittelt wird und wobei der Räumhub (BH) annähernd der mittleren zu erwartenden Laufweite (LW) entsprechend bemessen wird.

   5. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem der Wagenbeladung entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird.

   6. Anwendung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem der Anzahl gemeinsam auf das Richtungsgleis (RG) zulaufender Wagen (W) entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird.

   7. Anwendung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem den ermittelten Windverhältnissen entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird.

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   5