DE102022113515A1

DE102022113515A1 - Method and device for analyzing the operational behavior of technical systems

Info

Publication number: DE102022113515A1
Application number: DE102022113515.2A
Authority: DE
Inventors: Ernst Hohmann; Stefan Schneider
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse des betrieblichen Verhaltens technischer Systeme und betrifft insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Analyse mittels statistischer Auswertung. Offenbart wird ein Analyseverfahren für technische Systeme, das die Schritte aufweist: Bestimmen der Reaktion des technischen Systems mittels einer Monte-Carlo-Analyse mit mehreren Stichproben, wobei eine Abweichung eines gewünschten Zielzustands von einem tatsächlichen Zielzustand des technischen Systems durch Änderung von einer Stellgröße (u(i;n)) in einem Regelkreis (400) minimiert werden, und eine Störgröße (d(i)) des Regelkreises (400) und/oder eine Regelungsgüte eines Reglers (402) in den Stichproben zufällig bestimmt werden.

The invention relates to a method and a device for analyzing the operational behavior of technical systems and in particular relates to such a method and such a device for analysis by means of statistical evaluation. An analysis method for technical systems is disclosed, which has the steps: determining the reaction of the technical system using a Monte Carlo analysis with several samples, whereby a deviation of a desired target state from an actual target state of the technical system is determined by changing a manipulated variable (including (i;n)) are minimized in a control loop (400), and a disturbance variable (d(i)) of the control loop (400) and / or a control quality of a controller (402) are randomly determined in the samples.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse des betrieblichen Verhaltens technischer Systeme und betrifft insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Analyse mittels statistischer Auswertung.The invention relates to a method and a device for analyzing the operational behavior of technical systems and in particular relates to such a method and such a device for analysis by means of statistical evaluation.

Zur Ermittlung des Verhaltens technischer Systeme, beispielsweise bei einer Gefährdungsbewertung, beispielsweise im Rahmen einer ETCS (European Train Control System) Gefährdungsanalyse oder bei einer ETCS-Bremskurvenermittlung, ist es erforderlich, das Verhalten technischer Systeme, beispielsweise eines Bremssystems eines Schienenfahrzeugs zu analysieren und zu bewerten.In order to determine the behavior of technical systems, for example in a risk assessment, for example as part of an ETCS (European Train Control System) risk analysis or in an ETCS braking curve determination, it is necessary to analyze and evaluate the behavior of technical systems, for example a braking system of a rail vehicle .

Beispielsweise aus dem Standard UIC B 127 /DT 414:2006 ist bekannt, für die Analyse des Bremsvermögens von Schienenfahrzeugen, basierend auf einem Hierarchiemodell, das ein technisches System, beispielsweise ein Bremssystem eines Schienenfahrzeugs mathematisch modelliert, Monte-Carlo-Analysen anzuwenden. Das Hierarchiemodell ist eine mathematische Modellierung der Systemarchitektur, hier eines Bremssystems für Schienenfahrzeuge, und der Eigenschaften der einzelnen Systemkomponenten hinsichtlich der stochastischen Streuung deren Kennwerte, deren Zuverlässigkeits- und Ausfallwahrscheinlichkeiten und ihrer Abhängigkeiten untereinander zur Erfüllung der Funktion des Gesamtsystems. Angewandt auf technische Systeme sind Monte-Carlo-Analysen in der Lage die statistische Verteilung funktionsrelevanter Eigenschaften zu beschreiben und dabei die Ausfall- und Abweichungswahrscheinlichkeiten mit Einfluss auf die gewünschte Funktion, hier die Bremsfunktion, zu berücksichtigen.For example, from the standard UIC B 127 / DT 414:2006 it is known to use Monte Carlo analyzes for the analysis of the braking ability of rail vehicles, based on a hierarchy model that mathematically models a technical system, for example a braking system of a rail vehicle. The hierarchy model is a mathematical modeling of the system architecture, here a braking system for rail vehicles, and the properties of the individual system components with regard to the stochastic spread of their characteristics, their reliability and failure probabilities and their interdependencies to fulfill the function of the overall system. Applied to technical systems, Monte Carlo analyzes are able to describe the statistical distribution of functionally relevant properties and take into account the failure and deviation probabilities that influence the desired function, here the braking function.

Im Stand der Technik ist nachteilhaft, dass die dort gelehrten Verfahren zwar geeignet sind, gesteuerte Systeme mit fest vorgegebenen Nominalwerten der Systemparameter ohne ein Nachregeln im Fall von Abweichungen in der Reaktion des Gesamtsystems zu analysieren, sich aber nicht dazu eignen, den Ausgleich unerwünschter Funktionsabweichungen zu berücksichtigen. Insbesondere ist es nicht möglich, das Verhalten eines im System integrierten Regelkreises entsprechend zu berücksichtigen.The disadvantage of the prior art is that the methods taught there are suitable for analyzing controlled systems with fixed nominal values of the system parameters without readjusting in the event of deviations in the reaction of the overall system, but are not suitable for compensating for undesirable functional deviations take into account. In particular, it is not possible to take the behavior of a control loop integrated into the system into account accordingly.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile zu beseitigen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine genauere Analyse von technischen Systemen mit integriertem Regelkreis zu erlauben.It is therefore the object of the invention to eliminate the disadvantages present in the prior art and, in particular, to provide a method and a device which allow a more precise analysis of technical systems with an integrated control loop.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.This task is solved by the subordinate claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Offenbart wird ein Analyseverfahren für technische Systeme, das die Schritte aufweist: Bestimmen der Reaktion des technischen Systems mittels einer Monte-Carlo-Analyse mit mehreren Stichproben, wobei eine Abweichung eines gewünschten Zielzustands von einem tatsächlichen Zielzustand des technischen Systems durch Änderung von einer Stellgröße in einem Regelkreis minimiert wird, und eine Störgröße des Regelkreises und/oder eine Regelungsgüte eines Reglers in den Stichproben zufällig bestimmt werden.An analysis method for technical systems is disclosed, which has the steps: determining the reaction of the technical system using a Monte Carlo analysis with several samples, whereby a deviation of a desired target state from an actual target state of the technical system is determined by changing a manipulated variable in one Control loop is minimized, and a disturbance variable of the control loop and / or a control quality of a controller are randomly determined in the samples.

Offenbart wird ferner, dass das Bestimmen der Reaktion des technischen Systems die Schritte aufweist: a) Initiieren eines Analysezyklus für jede Stichprobe, wobei die Störgröße des Regelkreises und/oder eine Regelgüte des Reglers in den Stichproben zufällig bestimmt werden, b) Durchführen des Analysezyklus für jede Stichprobe, wobei die Durchführung die Schritte aufweist: ba) Durchführen von mindestens einem Regelzyklus, wobei die Abweichung des gewünschten Zielzustands von dem tatsächlichen Zielzustand durch die Änderung der Stellgröße minimiert wird, und bb) Speichern der Regelgröße als Ergebnis des Analysezyklus für die Stichprobe.It is further disclosed that determining the reaction of the technical system comprises the steps: a) initiating an analysis cycle for each sample, whereby the disturbance variable of the control loop and/or a control quality of the controller are randomly determined in the samples, b) carrying out the analysis cycle for each sample, the implementation comprising the steps: ba) carrying out at least one control cycle, wherein the deviation of the desired target state from the actual target state is minimized by changing the manipulated variable, and bb) storing the controlled variable as a result of the analysis cycle for the sample.

Offenbart wird ferner, dass der Schritt ba) ferner mindestens einen der Schritte aufweist: Durchführen eines weiteren Regelzyklus wenn die Regelgröße außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt, Durchführen eines weiteren Regelzyklus wenn eine vorbestimmte Anzahl an Regelzyklen in dem Analysezyklus nicht überschritten wurde, Anwenden einer Regelgüte auf den Regler, oder Modifizieren der Stellgröße gemäß der Regelgüte des Reglers.It is further disclosed that step ba) further comprises at least one of the steps: carrying out a further control cycle if the controlled variable is outside a predetermined value range, carrying out a further control cycle if a predetermined number of control cycles has not been exceeded in the analysis cycle, applying a control quality the controller, or modifying the manipulated variable according to the control quality of the controller.

Offenbart wird ferner, dass der Schritt bb) ferner mindestens einen der Schritte aufweist: Ermitteln der Regelgröße unter Zugrundelegung einer Modifizierten Stellgröße.It is further disclosed that step bb) further comprises at least one of the steps: determining the controlled variable based on a modified manipulated variable.

Offenbart wird ferner, dass der Schritt a) ferner mindestens einen der Schritte aufweist: Bestimmen der Regelgüte des Reglers aus einer stochastischen Verteilungsfunktion und den zugehörigen Abweichungswerten, Bestimmen der Störgröße der Regelstrecke aus einer stochastischen Verteilungsfunktion und den zugehörigen Abweichungswerten.It is further disclosed that step a) further comprises at least one of the steps: determining the control quality of the controller from a stochastic distribution function and the associated deviation values, determining the disturbance variable of the controlled system from a stochastic distribution function and the associated deviation values.

Offenbart wird ferner, dass der Regler wahlweise mit Regelgrenzen oder ohne Regelgrenzen konfiguriert ist, der Regler wahlweise als kontinuierlicher Regler oder als Stufenregler konfiguriert ist, oder der Regler wahlweise als zweiseitiger Regler oder als einseitiger Regler konfiguriert.It is further disclosed that the controller is optionally configured with control limits or without control limits, the controller is optionally configured as a continuous controller or as a step controller, or the controller is optionally configured as a two-sided controller or as a one-sided controller.

Offenbart wird ferner, dass die Störgröße Teilausfälle und Abweichungen der Systemkomponenten für einen spezifischen Analysezyklus abbilden.It is also revealed that the disturbance variable represents partial failures and deviations of the system components for a specific analysis cycle.

Offenbart wird ferner, dass eine Regelstrecke des Regelkreises ein Hierarchiemodell beinhaltet, das das technische System mathematisch modelliert.It is also revealed that a controlled system of the control loop contains a hierarchy model that mathematically models the technical system.

Offenbart wird ferner ein Analysesystem für technische Systeme, das eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche auszuführen.Furthermore, an analysis system for technical systems is disclosed, which has an electronic data processing device which is set up to carry out a method according to one of the preceding method claims.

Offenbart wird ferner ein Analyse-Computerprogramm für technische Systeme, das eingerichtet ist, eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche ausführen zu lassen, wenn das Analyse-Computerprogramm auf der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Furthermore, an analysis computer program for technical systems is disclosed, which is set up to allow an electronic data processing device to carry out a method according to one of the preceding method claims when the analysis computer program is executed on the electronic data processing device.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

1 zeigt einen Schienenfahrzeugverbund mit Bremssystemen.
2 zeigt das Bremssystem des Schienenfahrzeugs.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer Monte-Carlo-Simulation gemäß der Erfindung.
5 zeigt ein Ablauf-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt ein Ablauf-Diagramm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Diagramm zur ETCS Gefährdungswahrscheinlichkeit.

Exemplary embodiments of the invention are described using the figures.

1 shows a rail vehicle network with braking systems.
2 shows the braking system of the rail vehicle.
3 shows a block diagram of a control loop.
4 shows a block diagram of a Monte Carlo simulation according to the invention.
5 shows a flow chart according to an exemplary embodiment of the invention.
6 shows a flow chart according to a further exemplary embodiment of the invention.
7 shows a diagram of the ETCS threat probability.

Anhand 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.Based 1 A first exemplary embodiment of the invention is described.

1 offenbart einen Schienenfahrzeugverbund 1 mit Schienenfahrzeugen 110, 150, 160. Der Schienenfahrzeugverbund weist einen angetriebenen Wagen 110 auf, bei dem ein Antriebsmittel 112, das im Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor implementiert wird, vorgesehen ist. Die durch das Antriebsmittel 112 bereitgestellte Antriebskraft wird über angetriebene Radachsen 114 auf Antriebsräder 116 übermittelt. Die Antriebsräder 116 laufen auf Schienen 118. 1 discloses a rail vehicle group 1 with rail vehicles 110, 150, 160. The rail vehicle group has a driven car 110, in which a drive means 112, which in the exemplary embodiment is implemented by an electric motor, is provided. The driving force provided by the drive means 112 is transmitted to drive wheels 116 via driven wheel axles 114. The drive wheels 116 run on rails 118.

Ferner weist der angetriebene Wagen 110 einen Stromabnehmer 120 auf, über den der Zugverbund 1 über eine Oberleitung 122 und die Schiene 118 mit elektrischer Energie versorgt wird. Über einen Akkumulator 123 wird elektrische Energie zwischengespeichert.Furthermore, the driven car 110 has a pantograph 120, via which the train combination 1 is supplied with electrical energy via an overhead line 122 and the rail 118. Electrical energy is temporarily stored via an accumulator 123.

Der angetriebene Wagen 110 weist einen Führerstand 124 auf. In diesem kann der Zugverbund von einem Zugführer (nicht dargestellt) gesteuert werden.The driven car 110 has a driver's cab 124. In this, the train combination can be controlled by a train driver (not shown).

Über ein Bremssystem 200, über das der Zugverbund 1 verzögert werden kann, wird später anhand von 2 beschrieben.A braking system 200, via which the train combination 1 can be decelerated, will be discussed later using 2 described.

Über eine Kupplung 140 ist der angetriebene Wagen 110 mit einem oder mehreren gezogenen Wagen 150 verbunden. Beim Vorhandensein mehrerer gezogener Wagen 150 sind diese untereinander ebenfalls mit einer Kupplung 140 verbunden. Der gezogene Wagen 150 weist nicht angetriebene Radachsen 154 mit nicht angetriebenen Rädern 156 auf.The driven carriage 110 is connected to one or more pulled carriages 150 via a coupling 140. If there are several towed cars 150, these are also connected to one another with a coupling 140. The towed carriage 150 has non-driven wheel axles 154 with non-driven wheels 156.

Der gezogene Wagen 150 weist ein Bremssystem 152 auf, über das der Zugverbund 1 verzögert werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist das Bremssystem 152 des gezogenen Wagens identisch aufgebaut, wie das Bremssystem 200 des angetriebenen Wagens. Zu dessen Beschreibung wird auf die Beschreibung des Bremssystems 200 des angetriebenen Wagens verwiesen.The towed car 150 has a braking system 152, via which the train combination 1 can be slowed down. In the exemplary embodiment, the brake system 152 of the towed car is constructed identically to the brake system 200 of the driven car. For its description, reference is made to the description of the braking system 200 of the driven car.

Ein letzter gezogener Wagen 160 im Zugverbund 1 ist als Endwagen konfiguriert. Er ist aufgebaut wie der gezogene Wagen 150, verfügt für die Rückwärtsfahrt aber über einen eigenen Führerstand 162.A last pulled car 160 in the train combination 1 is configured as the end car. It is constructed like the towed car 150, but has its own driver's cab 162 for reversing.

Über die Kupplungen 140 werden Zug- und Druckkräfte zwischen den jeweiligen Wagen 110, 150, 160 des Zugverbunds übertragen. Ferner werden über die Kupplungen 140 über eine elektrische Versorgungsleitung 126 alle Wagen des Zugverbundes über den angetriebenen Wagen 110 und den Stromabnehmer 120 mit elektrischer Energie versorgt. Ferner werden über die Kupplungen 140 über eine Steuerleitung 128 alle Wagen des Zugverbundes 1 verbunden, sodass Datenkommunikation zwischen den Wagen 110, 150, 160 des Zugverbundes 1 erfolgen kann. Im Ausführungsbeispiel ist die Steuerleitung als CAN-Bus ausgestaltet, über den Komponenten in den Wagen 110, 150, 160 miteinander Sensor- und Steuerdaten austauschen können.Tensile and compressive forces are transmitted between the respective cars 110, 150, 160 of the train combination via the couplings 140. Furthermore, all wagons in the train combination are supplied with electrical energy via the couplings 140 via an electrical supply line 126 via the driven wagon 110 and the pantograph 120. Furthermore, all cars of the train group 1 are connected via the couplings 140 via a control line 128, so that data communication can take place between the cars 110, 150, 160 of the train group 1. In the exemplary embodiment, the control line is designed as a CAN bus, via which components in the carriages 110, 150, 160 can exchange sensor and control data with one another.

Anhand von 2 wird das Bremssystem 200 beschrieben. Das Bremssystem 200 ist ein mechanisches Bremssystem, beispielsweise ein pneumatisches oder elektromechanisches Bremssystem. Ein Pneumatisches Bremssystem ist ein Bremssystem, das die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verzögerungs-/Bremskraft eines Fahrzeugs mittels druckluftbetriebener Komponenten bereitstellt. Ein elektromechanisches Bremssystem ist ein Bremssystem, das die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verzögerungs-/Bremskraft eines Fahrzeuges mittels elektronischer, elektrischer und mechanischer Komponenten bereitstellt. Das Bremssystem 200 verfügt über eine Energieversorgungsschnittstelle 202, die mit der elektrischen Versorgungsleitung 126 verbunden ist und über das das Bremssystem mit Betriebsenergie versorgt wird. Ferner verfügt das Bremssystem 200 über eine Steuerleitungsschnittstelle 204, die mit der Steuerleitung 128 verbunden ist. Das Bremssystem 200 verfügt über ein bewegtes, insbesondere rotatorisches Reibelement in Form einer Bremsscheibe 206, die drehfest mit einer der Achsen 114, 154 so verbunden ist, dass Drehmoment zwischen der Radachse 114, 154 und der Bremsscheibe 206 übertragen werden kann. Ein Bremssattel 208 ist so im Wagen angebracht, dass er sich relativ zum Wagen nicht bewegt und weist statische Reibelemente in Form von Bremsbacken 210 auf, die so im Bremssattel 208 gelagert sind, dass sie zur Bremsscheibe 206 hin und weg bewegt werden können. Über Reibelementantriebsmittel in Form eines Bremsaktuatormotors 212 und eines Spindelantriebs 214 können die Bremsbacken 210 mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Rotationsachse der Bremsscheibe 206 bewegt und zwischen den Bremsbacken 210 und der Bremsscheibe 206 Reibung erzeugt werden, zwischen dem Bremssattel 208 und der Bremsscheibe ein Drehmoment übertragen werden und der Wagen damit verzögert werden.Based on 2 the braking system 200 is described. The braking system 200 is a mechanical braking system, for example a pneumatic or electromechanical braking system. A pneumatic braking system is a braking system that has the ability to generate a deceleration/braking force of a vehicle using compressed air-operated components. An electromechanical braking system is a braking system that provides the ability to generate deceleration/braking force of a vehicle using electronic, electrical and mechanical components. The brake system 200 has a power supply interface 202, which is connected to the electrical supply line 126 and via which the brake system is supplied with operating energy. Furthermore, the brake system 200 has a control line interface 204 which is connected to the control line 128. The brake system 200 has a moving, in particular rotary, friction element in the form of a brake disk 206, which is connected in a rotationally fixed manner to one of the axles 114, 154 so that torque can be transmitted between the wheel axle 114, 154 and the brake disk 206. A brake caliper 208 is mounted in the car so that it does not move relative to the car and has static friction elements in the form of brake shoes 210 which are mounted in the brake caliper 208 so that they can be moved back and forth towards the brake disc 206. Via friction element drive means in the form of a brake actuator motor 212 and a spindle drive 214, the brake shoes 210 can be moved with a movement component perpendicular to the axis of rotation of the brake disk 206 and friction can be generated between the brake shoes 210 and the brake disk 206, a torque can be transmitted between the brake caliper 208 and the brake disk and the car will be delayed.

Anhand von 3 wird ein Regelkreis 300 für das Bremssystem 200 beschrieben.Based on 3 a control loop 300 for the brake system 200 is described.

Als Regelkreis 300 wird der dynamische Wirkungsablauf zwischen einem Regler 300 und einer Regelstrecke 302 zur Beeinflussung einer Regelgröße y(t) in einem geschlossenen System bezeichnet, bei dem die Regelgröße y(t) fortlaufend gemessen und mit der Führungsgröße w(t) verglichen wird. Wesentlich hierbei ist die Gegenkopplung (negative Rückkopplung) des aktuellen Wertes der Regelgröße y(t) an den Regler als Regelabweichung e(t) = w(t) - y(t), der einer Abweichung von der Führungsgröße kontinuierlich entgegenwirkt. Eine Führungsgröße wird als Sollwert bezeichnet. Die Regelabweichung e(t) wird an einen Regler (300) übermittelt, der eine Stellgröße u(t) ermittelt und auf eine Regelstrecke anwendet, die Störgrößen d(t) ausgesetzt ist. Es können Regelgrenzen gegeben sein, innerhalb derer sich die Stellgröße u(t) bewegen muss. Sind solche nicht gegeben, handelt es sich bei dem Regler 300 um einen idealen Regler, der jede Regelabweichung e(t) ausgleichen kann.The control loop 300 refers to the dynamic sequence of actions between a controller 300 and a controlled system 302 for influencing a controlled variable y(t) in a closed system, in which the controlled variable y(t) is continuously measured and compared with the reference variable w(t). What is essential here is the feedback (negative feedback) of the current value of the controlled variable y(t) to the controller as a control deviation e(t) = w(t) - y(t), which continuously counteracts a deviation from the reference variable. A reference variable is called a setpoint. The control deviation e(t) is transmitted to a controller (300), which determines a manipulated variable u(t) and applies it to a controlled system that is exposed to disturbance variables d(t). There may be control limits within which the manipulated variable u(t) must move. If these are not the case, the controller 300 is an ideal controller that can compensate for any control deviation e(t).

Im vorliegenden Beispiel eines Bremssystems für Schienenfahrzeuge besteht die Führungsgröße beispielsweise in einer vorgegebenen Verzögerung von beispielsweise -2m/s². Bei Einleitung der Bremsung wird dieser Wert als Regelabweichung e(t) an den Bremsregler 300 übermittelt, der daraus eine Stellgröße u(t) ermittelt, beispielsweise eine auf die Bremsbacke 210 wirkende Kraft, mit der diese gegen die Bremsscheibe 206 gepresst wird und so eine Verzögerung des Schienenfahrzeugs 1 bewirkt wird. Die aus dieser Steuerung resultierende Regelgröße y(t) in Form einer gemessenen Verzögerung des Schienenfahrzeugs 1 ist abhängig von Störgrößen, wie beispielsweise Abweichungen im Reibungskoeffizienten µ der Bremsbacken 210 und der Bremsscheibe 208, dem Gefälle der Fahrstrecke oder Teilausfällen einzelner Elemente des Bremssystems wie Ausfällen des Bremssystems an einer oder mehreren Achsen. Die gemessene Regelgröße y(t) wird rückgekoppelt und in der Regelabweichung e(t) = w(t) - y(t) berücksichtigt.In the present example of a braking system for rail vehicles, the reference variable is, for example, a predetermined deceleration of, for example, -2m/s ² . When braking is initiated, this value is transmitted as a control deviation e(t) to the brake controller 300, which uses it to determine a manipulated variable u(t), for example a force acting on the brake shoe 210 with which it is pressed against the brake disc 206 and so on Deceleration of the rail vehicle 1 is effected. The controlled variable y(t) resulting from this control in the form of a measured deceleration of the rail vehicle 1 is dependent on disturbance variables, such as deviations in the friction coefficient μ of the brake shoes 210 and the brake disc 208, the gradient of the route or partial failures of individual elements of the brake system such as failures of the Braking system on one or more axles. The measured controlled variable y(t) is fed back and taken into account in the control deviation e(t) = w(t) - y(t).

Anhand von 4 wird eine erfindungsgemäße Monte-Carlo-Analyse des betrieblichen Verhaltens eines geregelten Systems im Allgemeinen und eines Bremssystems für Schienenfahrzeuge im Besonderen beschrieben.Based on 4 A Monte Carlo analysis according to the invention of the operational behavior of a controlled system in general and of a braking system for rail vehicles in particular is described.

Eine Monte-Carlo-Analyse oder Monte-Carlo-Simulation ist ein Verfahren aus der Stochastik oder Wahrscheinlichkeitstheorie, bei dem wiederholt Zufallsstichproben einer Verteilung mit Hilfe von Zufallsexperimenten gezogen werden. Ziel ist es, analytisch nicht oder nur aufwendig lösbare Probleme mithilfe der gezogenen Stichproben numerisch zu lösen. Die Zufallsexperimente können entweder real durchgeführt werden oder in Computerberechnungen simuliert werden. Letzteres ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gegeben.A Monte Carlo analysis or Monte Carlo simulation is a method from stochastics or probability theory in which random samples of a distribution are repeatedly taken using random experiments. The aim is to numerically solve problems that cannot be solved analytically or can only be solved with great difficulty using the samples taken. The random experiments can either be carried out in real life or simulated in computer calculations. The latter is the case in the present exemplary embodiment.

In 4 sind:

a: stochastisch streuende Verzögerung
a0: nominelle Verzögerung
i: laufende Nummer der Monte-Carlo-Analysezyklen
Kdry: Verhältnis der durch einen Monte-Carlo-Analysezyklus bestimmten stochastisch streuenden Verzögerung a und nomineller Verzögerung a0 bei ausreichend verfügbarem Kraftschluss
n: laufende Nummer des Regelzyklus des Regelkreises für einen Monte-Carlo-Berechnungszyklus

In 4 are:

a: stochastically scattering delay
a0: nominal delay
i: Consecutive number of the Monte Carlo analysis cycles
Kdry: Ratio of the stochastically scattering delay a determined by a Monte Carlo analysis cycle and the nominal delay a0 with sufficient available adhesion
n: Consecutive number of the control cycle of the control loop for a Monte Carlo calculation cycle

Für die Analyse wird das technische System, hier das Bremssystem 200 als aktiviert betrachtet. Eine solche Aktivierung kann durch Aktivierungskriterien ausgelöst werden. Solche Aktivierungskriterien können beispielsweise das Unter- oder Überschreiten von vorbestimmten Sollwerten, wie das Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, der Zustand eines Systems oder Teilsystems, beispielsweise die Überhitzung eines Betriebsbremssystems, eine Fehlerreaktion des Systems oder Teilsystems, beispielsweise der Ausfall eines Betriebsbremssystems, oder dergleichen sein.For the analysis, the technical system, here the braking system 200, is considered activated. Such activation can be triggered by activation criteria. Such activation criteria can, for example, be below or above progression of predetermined target values, such as exceeding a certain speed of the rail vehicle, the state of a system or subsystem, for example the overheating of a service brake system, an error reaction of the system or subsystem, for example the failure of a service brake system, or the like.

Der Regelkreis wird durch die Aktivierungskriterien, Regelgrenzen und Regelgüte charakterisiert.The control loop is characterized by the activation criteria, control limits and control quality.

Die Reaktion des zu analysierenden Systems wird mittels einer Monte-Carlo-Analyse und seinen nominellen Parameterzuständen bestimmt. Der sich durch die Regelung einstellende Zustand, d.h. die Reaktion des Systems ist unter Einwirkung von Teilsystemfehlern und Toleranzen der Teilfunktionen ermittelt.The response of the system to be analyzed is determined using a Monte Carlo analysis and its nominal parameter states. The state resulting from the control, i.e. the reaction of the system, is determined under the influence of subsystem errors and tolerances of the subfunctions.

Die Abweichung des sich einstellenden Zustands, d.h. von dem gewünschten Zustand wird mit dem Regelkreis aus 4 durch Variation der Stellgrößen ausgeglichen Dabei ist die gewünschte Reaktion des Systems die Führungsgröße und der sich einstellende Zustand die Regelgröße.The deviation of the resulting state, ie from the desired state, is determined by the control loop 4 balanced by varying the manipulated variables. The desired reaction of the system is the reference variable and the resulting state is the controlled variable.

Eine Führungsgröße w(i) ist als Sollwert der Quotient aus einer stochastisch steuernden Verzögerung und einer nominellen Verzögerung: $a / a_{0} = K_{d r y} = 1$

A reference variable w(i) is the setpoint of the quotient of a stochastically controlling delay and a nominal delay:

a / a_{0} = K_{d r y} = 1

Ein Regler 402 im Regelkreis 400 erhält als Eingabe die Regelabweichung e(i;n), d.h. eine Regelabweichung in Abhängigkeit des laufenden Monte-Carlo-Analysezyklus i und aktuellen Regeldurchgangs n und gibt eine Stellgröße u(i;n) aus. Der Regler 402 kann hierbei Regelgrenzen aufweisen, d.h. die Ausgabewerte der Stellgröße u(i;n) können vorbestimmte Schwellenwerte nicht über- oder unterschreiten, oder kann solche Regelgrenzen nicht aufweisen. Ferner kann der Regler 402 ein kontinuierlich regelnder Regler, der die Stellgröße u(i;n) kontinuierlich vergrößern oder verkleinern kann, oder ein abgestuft regelnder Regler, der als Stellgrößen u(i;n) nur bestimmte diskrete Werte ausgeben kann, sein. Ferner kann der Regler ein zweiseitig regelnder Regler, der die Stellgröße u(i;n) vergrößern oder verkleinern kann, oder ein einseitig regelnder Regler, der die Stellgröße u(i;n) nur in einer Richtung manipulieren kann, oder eine Kombination daraus sein.A controller 402 in the control loop 400 receives the control deviation e(i;n) as input, i.e. a control deviation depending on the current Monte Carlo analysis cycle i and current control cycle n and outputs a manipulated variable u(i;n). The controller 402 can have control limits, i.e. the output values of the manipulated variable u(i;n) cannot exceed or fall below predetermined threshold values, or cannot have such control limits. Furthermore, the controller 402 can be a continuously regulating controller, which can continuously increase or decrease the manipulated variable u(i;n), or a graduated controller, which can only output certain discrete values as manipulated variables u(i;n). Furthermore, the controller can be a two-way controller that can increase or decrease the manipulated variable u(i;n), or a one-way controller that can only manipulate the manipulated variable u(i;n) in one direction, or a combination thereof .

Eine Regelstrecke 404 modelliert ein Hierarchiemodell der Systemfunktionen/Komponenten. Das Hierarchiemodell ist eine mathematische Modellierung der Systemarchitektur, hier eines Bremssystems für Schienenfahrzeuge, und der Eigenschaften der einzelnen Systemkomponenten hinsichtlich der stochastischen Streuung deren Kennwerte, deren Zuverlässigkeits- und Ausfallwahrscheinlichkeiten und ihrer Abhängigkeiten untereinander zur Erfüllung der Funktion des Gesamtsystems.A controlled system 404 models a hierarchy model of the system functions/components. The hierarchy model is a mathematical modeling of the system architecture, here a braking system for rail vehicles, and the properties of the individual system components with regard to the stochastic spread of their characteristics, their reliability and failure probabilities and their interdependencies to fulfill the function of the overall system.

Anhand von 5 wird der Ablauf eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens beschrieben. In diesem ersten Ausführungsbeispiel wird im Anfangszustand des Regelkreises 400 eine vollständige Regelgüte angenommen.Based on 5 The process of a first exemplary embodiment of the analysis method according to the invention is described. In this first exemplary embodiment, complete control quality is assumed in the initial state of the control loop 400.

In einem Schritt S101 (Initialisierungsschritt) wird im Anfangszustand des Regelkreises eine vollständige Regelgüte angenommen und a/a₀ = K_dry = 1 als Monte-Carlo-Analysezyklus-abhängige Führungsgröße w(1) gesetzt. Der Regler 402 ist wahlweise mit Regelgrenzen oder ohne Regelgrenzen konfiguriert. Ferner ist der Regler 402 wahlweise als kontinuierlicher Regler oder als Stufenregler, oder als zweiseitiger Regler oder als einseitiger Regler konfiguriert. Ferner wird die Regelstrecke 404 mit als Hierarchiemodell definiert und vorbestimmten Störgrößen d(1) aus (Teil-)Ausfällen und Toleranzabweichungen von Systemkomponenten konfiguriert.In a step S101 (initialization step), complete control quality is assumed in the initial state of the control loop and a/a ₀ = K _dry = 1 is set as the Monte Carlo analysis cycle-dependent reference variable w(1). The controller 402 is configured either with control limits or without control limits. Furthermore, the controller 402 is configured either as a continuous controller or as a step controller, or as a two-sided controller or as a single-sided controller. Furthermore, the controlled system 404 is defined as a hierarchy model and configured with predetermined disturbance variables d(1) from (partial) failures and tolerance deviations of system components.

In einem Schritt S102 (Regelungsschritt) wird der Regelungszyklus des ersten Monte-Carlo-Analysezyklus gestartet. Aus der Regelabweichung e(1;1) = 0 ermittelt der Regler 402 eine Stellgröße u(1;1), die bestimmt ist, a/a₀ = K_dry = 1 zu erreichen, falls a/a₀ ≠ 1. Dies geschieht gegebenenfalls unter Berücksichtigung vorhandener Regelgrenzen. Die Stellgröße u(1;1) wird auf die Regelstrecke 404 angewandt und ist dort den vorkonfigurierten Störgrößen d(1) ausgesetzt.In a step S102 (control step), the control cycle of the first Monte Carlo analysis cycle is started. From the control deviation e(1;1) = 0, the controller 402 determines a manipulated variable u(1;1), which is intended to achieve a/a ₀ = K _dry = 1 if a/a ₀ ≠ 1. This happens if necessary, taking existing control limits into account. The manipulated variable u(1;1) is applied to the controlled system 404 and is exposed there to the preconfigured disturbance variables d(1).

Bewegt sich die daraus ergebende Regelgröße y(1;1) innerhalb vorbestimmter Grenzen, oder ist ein anderes Abbruchkriterium wie das Durchlaufen einer Vorbestimmten Anzahl an Regelzyklen n erreicht, wird mit Schritt S 103 fortgesetzt, andernfalls wird der Regelkreis 400 am Schritt S102 erneut durchlaufen.If the resulting controlled variable y(1;1) moves within predetermined limits, or if another termination criterion such as running through a predetermined number of control cycles n is reached, the process continues with step S 103, otherwise the control loop 400 is run through again at step S102.

In dem Schritt S103 (Bewertungsschritt) wird die Stellgröße u(i;n) aus dem letzten Regelungsdurchgang, die einer idealen Stellgröße entspricht, um eine vorab bestimmte Regelgüte modifiziert, wobei die Regelgüte durch eine stochastische Verteilungsfunktion und den zugehörigen Abweichungswerten beschrieben ist. Die modifizierte Stellgröße u(i;n) wird auf die Regelstrecke angewandt und die sich ergebende Regelgröße K_dry;i als Ergebnis der Stichprobe des Monte-Carlo-Analysezyklus abgespeichert.In step S103 (evaluation step), the manipulated variable u(i;n) from the last control pass, which corresponds to an ideal manipulated variable, is modified by a predetermined control quality, the control quality being described by a stochastic distribution function and the associated deviation values. The modified manipulated variable u(i;n) is applied to the controlled system and the resulting controlled variable K _dry;i is saved as the result of the sample of the Monte Carlo analysis cycle.

Ist eine ausreichend große Stichprobenmenge erreicht, wird das Analyseverfahren beendet, andernfalls wird das Verfahren ab Schritt S101 mit geänderten Störgrößen d(i) im nächsten Analysezyklus erneut durchlaufen.If a sufficiently large sample quantity is reached, the analysis process is ended, otherwise the process continues from step S101 Changed disturbance variables d(i) run through again in the next analysis cycle.

Anhand von 6 wird der Ablauf eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens beschrieben. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird im Anfangszustand des Regelkreises 400 eine zufällige Regelgüte angenommen.Based on 6 The process of a second exemplary embodiment of the analysis method according to the invention is described. In this second exemplary embodiment, random control quality is assumed in the initial state of the control loop 400.

In einem Schritt S201 (Initialisierungsschritt) wird im Anfangszustand des Regelkreises eine Regelgüte mit einer Monte-Carlo-Analysezyklus-spezifischen zufälligen Regelgenauigkeit angenommen. Hierbei bestimmt sich die Regelgüte durch eine stochastische Verteilungsfunktion, beispielsweise einer Normalverteilung mit zugehörigen Abweichungswerten. Darüber hinaus wird a/a₀ = K_dry = 1 als Monte-Carlo-Analysezyklus-abhängige Führungsgröße w(1) gesetzt. Der Regler 402 ist wahlweise mit Regelgrenzen oder ohne Regelgrenzen konfiguriert. Ferner ist der Regler 402 wahlweise als kontinuierlicher Regler oder als Stufenregler, oder als zweiseitiger Regler oder als einseitiger Regler konfiguriert. Ferner wird die Regelstrecke 404 mit als Hierarchiemodell definiert und vorbestimmten Störgrößen d(1) aus (Teil-)Ausfällen und Toleranzabweichungen von Systemkomponenten konfiguriert.In a step S201 (initialization step), a control quality with a Monte Carlo analysis cycle-specific random control accuracy is assumed in the initial state of the control loop. The control quality is determined by a stochastic distribution function, for example a normal distribution with associated deviation values. In addition, a/a ₀ = K _dry = 1 is set as a Monte Carlo analysis cycle-dependent reference variable w(1). The controller 402 is configured either with control limits or without control limits. Furthermore, the controller 402 is configured either as a continuous controller or as a step controller, or as a two-sided controller or as a single-sided controller. Furthermore, the controlled system 404 is defined as a hierarchy model and configured with predetermined disturbance variables d(1) from (partial) failures and tolerance deviations of system components.

In einem Schritt S202 (Regelungsschritt) wird der Regelungszyklus des ersten Monte-Carlo-Analysezyklus gestartet. Unter Berücksichtigung der vorbestimmten Regelgenauigkeit ermittelt der Regler 402 eine Stellgröße u(1;1), die bestimmt ist, a/a₀ = K_dry = 1 zu erreichen, falls a/a₀ ≠ 1. Dies geschieht gegebenenfalls unter Berücksichtigung vorhandener Regelgrenzen. Die Stellgröße u(1;1) wird auf die Regelstrecke 404 angewandt und ist dort den im Schritt S201 bestimmten Störgrößen d(1) ausgesetzt.In a step S202 (control step), the control cycle of the first Monte Carlo analysis cycle is started. Taking into account the predetermined control accuracy, the controller 402 determines a manipulated variable u(1;1), which is intended to achieve a/a ₀ = K _dry = 1 if a/a ₀ ≠ 1. This happens, if necessary, taking existing control limits into account. The manipulated variable u(1;1) is applied to the controlled system 404 and is exposed there to the disturbance variables d(1) determined in step S201.

Bewegt sich die daraus ergebende Regelgröße y(1;1) innerhalb vorbestimmter Grenzen, oder ist ein anderes Abbruchkriterium wie das Durchlaufen einer vorbestimmten Anzahl an Regelzyklen n erreicht, wird mit Schritt S203 fortgesetzt, andernfalls wird der Regelkreis 400 am Schritt S202 erneut durchlaufen.If the resulting controlled variable y(1;1) moves within predetermined limits, or if another termination criterion such as running through a predetermined number of control cycles n is reached, the process continues with step S203, otherwise the control loop 400 is run through again at step S202.

In dem Schritt S203 (Bewertungsschritt) werden mit den im Schritt S202 ermittelten Stellgrößen u(i;n) die Systemreaktion ermittelt, d.h. die Monte-Carlo-Analysezyklusspezifische Regelgröße K_dry;i, als Ergebnis eines Monte-Carlo-Analysezyklus gespeichert und damit der laufende Monte-Carlo-Analysezyklus beendet. In step S203 (evaluation step), the system reaction is determined using the manipulated variables u(i;n) determined in step S202, ie the Monte Carlo analysis cycle-specific controlled variable K _dry;i , stored as the result of a Monte Carlo analysis cycle and thus the ongoing Monte Carlo analysis cycle ended.

Ist eine ausreichend große Stichprobenmenge erreicht, wird das Analyseverfahren beendet, andernfalls wird das Verfahren ab Schritt S201 mit geänderter Regelgenauigkeit und geänderten Störgrößen d(i) im nächsten Analysezyklus erneut durchlaufen.If a sufficiently large sample quantity is reached, the analysis process is ended, otherwise the process is run through again from step S201 with changed control accuracy and changed disturbance variables d(i) in the next analysis cycle.

Offenbart wird ein System zur Monte-Carlo-Analyse. Das System weist eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist, die oben beschriebenen Analyseverfahren durchzuführen. Insbesondere weist die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung eine Programmierung durch ein Computerprogramm auf, das so eingerichtet ist, dass die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung eines der Analyseverfahren durchführen kann.A system for Monte Carlo analysis is disclosed. The system has an electronic data processing device that is set up to carry out the analysis methods described above. In particular, the electronic data processing device has programming by a computer program that is set up so that the electronic data processing device can carry out one of the analysis methods.

7 zeigt ein Diagramm zur ETCS Gefährdungswahrscheinlichkeit. 7 zeigt in der Ordinate die für das ETCS angesetzte Gefährdungswahrscheinlichkeit P(k≥K_{dry_rst}) und in der Abszisse den ETCS Korrekturfaktor K_{dry_rst}. Wie sich aus 7 entnehmen lässt erlaubt die durch diese Erfindung ermöglichte Berücksichtigung adaptiver Systeme einen größeren Korrekturfaktor bei gleicher Gefährdungswahrscheinlichkeit. Der Korrekturfaktor bildet den Anteil von der nominell zu erwartenden Verzögerung ab, der mit der angesetzten Gefährdungswahrscheinlichkeit nicht kleiner zu erwarten ist. Das bedeutet, größere Korrekturfaktoren lassen eine höhere Verzögerungen erwarten als kleinere Korrekturfaktoren. 7 shows a diagram of the ETCS threat probability. 7 shows on the ordinate the hazard probability P(k≥K _{dry_rst} ) used for the ETCS and on the abscissa the ETCS correction factor K _{dry_rst} . How out 7 As can be seen, the consideration of adaptive systems made possible by this invention allows a larger correction factor with the same probability of danger. The correction factor represents the proportion of the nominally expected delay that cannot be expected to be smaller given the hazard probability assumed. This means that larger correction factors lead to higher delays than smaller correction factors.

Die hier offenbarte Lehre, die es erlaubt, auch die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bremssystemkomponenten berücksichtigen zu können, generiert in mindestens einem der folgenden Punkte Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

Systementwicklern ist mit den Monte-Carlo-generierten K_{dry_rst}-Werten eine modulare Auslegungsunterstützung verfügbar, die die bisherige Beschränkung auf eine bestimmte definierte Bremssystemarchitektur aufhebt.

The teaching disclosed here, which also allows the interactions between the individual brake system components to be taken into account, generates advantages over the prior art in at least one of the following points:

The Monte Carlo-generated K _{dry_rst} values provide system developers with modular design support that removes the previous limitation to a specific, defined brake system architecture.

Monte-Carlo-Analysen können Systementwickler bei der Berechnung des dynamischen Bremsverhaltens unterstützen und damit auch konkret beziffern, inwieweit sich Toleranzen oder der angenommene Ausfall einer beliebigen Systemkomponente von einer anderen im Zug verfügbaren Bremsfunktion belastbar durch eine Bremsregelung kompensieren lässt.Monte Carlo analyzes can support system developers in calculating the dynamic braking behavior and thus also specifically quantify the extent to which tolerances or the assumed failure of any system component can be reliably compensated for by a brake control system by another braking function available in the train.

Die Erfindung wurde mittels Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind lediglich erläuternder Natur und beschränken nicht die Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist. Erkennbar für den Fachmann sind Abweichungen von dem Ausführungsbeispiel möglich, ohne dass der Schutzbereich der Ansprüche verlassen wird.The invention was described using exemplary embodiments. The embodiments are merely illustrative in nature and do not limit the invention as defined by the claims. As will be apparent to those skilled in the art, deviations from the exemplary embodiment are possible without departing from the scope of protection of the claims.

So wurde die Analyse des technischen Systems anhand eines elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugs- und Fahrzeugverbundes beschrieben. Die Analyse des technischen Systems ist jedoch nicht nur auf solche Fahrzeuge, sondern auf jedwede Art von Fahrzeugen oder noch weitergehend auf jedwedes technische System anwendbar.The analysis of the technical system was described using an electrically operated rail vehicle and vehicle network. However, the analysis of the technical system is not only applicable to such vehicles, but to any type of vehicle or, even further, to any technical system.

Ferner wurde das Analyseverfahren anhand eines Bremssystems beschrieben. Das Analyseverfahren ist jedoch auf andere technischen Systeme, beispielsweise Systeme zur Vortriebsregelung von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen geeignet.Furthermore, the analysis method was described using a brake system. However, the analysis method is suitable for other technical systems, for example systems for propulsion control of vehicles, in particular rail vehicles.

Insbesondere ist es möglich, Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu kombinieren.In particular, it is possible to combine features from different exemplary embodiments.

Die Junktoren ... „und“, „oder“ und „entweder ... oder“ werden in der Bedeutung verwendet, die an die logische Konjunktion (logisches UND), die logische Adjunktion (logisches ODER, oft „und/oder“), bzw. die logische Kontravalenz (logisches Exklusiv-ODER) angelehnt sind. Insbesondere kann im Gegensatz zu „entweder ... oder“ der Junktor „oder“ das gemeinsame Vorliegen beider Operanden beinhalten.The junctions ... "and", "or" and "either ... or" are used in the meaning reminiscent of the logical conjunction (logical AND), the logical adjunction (logical OR, often "and/or") , or the logical contravalence (logical exclusive OR). In particular, in contrast to “either ... or,” the junctor “or” can contain the joint presence of both operands.

Eine Auflistung von Verfahrensschritten hat in der Beschreibung und den Ansprüchen lediglich aufzählende Funktion der erforderlichen Verfahrensschritte. Sie impliziert keine notwendige Ordnung oder Reihenfolge der Verfahrensschritte, es sei denn, eine solche Ordnung oder Reihenfolge wird explizit angegeben oder ergibt sich für den Fachmann in offensichtlicher Weise. Ferner ergibt sich aus einer solchen Auflistung nicht deren Abgeschlossenheit.A list of process steps in the description and the claims only has the function of listing the required process steps. It does not imply any necessary order or sequence of the procedural steps, unless such order or sequence is explicitly stated or is obvious to the person skilled in the art. Furthermore, such a list does not mean that it is complete.

Der Begriff „Aufweisen“ bedingt in den Ansprüchen keine abschließende Auflistung; das Vorhandensein weiterer Elemente und Schritte ist möglich.The term “having” does not imply an exhaustive list in the claims; the presence of additional elements and steps is possible.

Die Verwendung des unbestimmten Artikels „ein“ oder „eine“ schließt das Vorhandensein einer Mehrzahl nicht aus, sondern ist als „mindestens ein“ oder „mindestens eine“ zu verstehen, es sei denn, er wird als „genau ein“ oder „genau eine“ eingeschränkt.The use of the indefinite article "a" or "an" does not exclude the presence of a plural, but is to be understood as "at least one" or "at least one", unless it is translated as "exactly one" or "exactly one". " restricted.

Ferner werden im Rahmen dieser Erfindung die nachfolgenden Begriffe in der folgend angegebenen Bedeutung verstanden.Furthermore, within the scope of this invention, the following terms are understood in the meaning given below.

Verzögerung beschreibt die relative Geschwindigkeitsreduktion eines Fahrzeugs in Form einer negativen Beschleunigung durch Aufbringen einer Kraft, die entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist und meist durch Erhöhung eines Reibungswiderstandes an Laufrädern oder -achsen erzeugt wird.Deceleration describes the relative reduction in speed of a vehicle in the form of a negative acceleration by applying a force that is directed against the direction of travel of the vehicle and is usually generated by increasing frictional resistance on the wheels or axles.

Regelgüte beschreibt die bleibende Regelabweichung. Bei einer vollständigen Regelgüte ist die verbleibende Regelabweichung Null. Zur Beschreibung der Regelgüte kann die bleibende Regelabweichung fest oder auch als stochastische Verteilungsfunktion für Zufallsexperimente vorgegeben werden.Control quality describes the permanent control deviation. With complete control quality, the remaining control deviation is zero. To describe the control quality, the remaining control deviation can be specified or as a stochastic distribution function for random experiments.

Monte-Carlo-Analyse / Monte-Carlo-Simulation beschreibt Verfahren aus der Stochastik oder Wahrscheinlichkeitstheorie, bei denen wiederholt Zufallsstichproben einer Verteilung mit Hilfe von Zufallsexperimenten gezogen werden. Ziel ist es, analytisch nicht oder nur aufwendig lösbare Probleme mithilfe der gezogenen Stichproben numerisch zu lösen. Die Zufallsexperimente können entweder real durchgeführt werden oder in Computerberechnungen simuliert werden. Die Monte-Carlo-Analyse besteht hier im speziellen aus mehreren Monte-Carlo-Analysezyklen zur Abarbeitung einer ausreichend großen Menge an Stichproben. Monte Carlo analysis / Monte Carlo simulation describes methods from stochastics or probability theory in which random samples of a distribution are repeatedly taken using random experiments. The aim is to numerically solve problems that cannot be solved analytically or can only be solved with great difficulty using the samples taken. The random experiments can either be carried out in real life or simulated in computer calculations. In particular, the Monte Carlo analysis consists of several Monte Carlo analysis cycles to process a sufficiently large number of samples.

Monte-Carlo-Analysezyklus / Analysezyklus beschreibt die Abarbeitung einer Stichprobe zur Ermittlung eines auf die Stichprobe bezogenen Ergebnisses. Er besteht hier aus einem oder mehreren Regelzyklen.Monte Carlo analysis cycle / analysis cycle describes the processing of a sample to determine a result related to the sample. Here it consists of one or more control cycles.

Regelzyklus beschreibt einen Durchgang durch den Regelkreis.Control cycle describes a passage through the control loop.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11: SchienenfahrzeugverbundRail vehicle network
110110: angetriebener Wagenpowered car
112112: Antriebsmittel, ElektromotorDrive means, electric motor
114114: angetriebene Radachsedriven wheel axle
116116: Antriebsraddrive wheel
118118: Schienerail
120120: Stromabnehmerpantograph
122122: OberleitungOverhead line
123123: Akkumulatoraccumulator
124124: Führerstand des angetriebenen WagensDriver's cab of the driven car
126126: elektrische Versorgungsleitungelectrical supply line
128128: SteuerleitungControl line
140140: Kupplungcoupling
150150: gezogener Wagenpulled wagon
154154: nicht angetriebene Achsennon-driven axles
156156: nicht angetriebene Rädernon-driven wheels
160160: EndwagenEnd car
162162: Führerstand des EndwagensDriver's cab of the final car
200200: Bremssystem (erstes Ausführungsbeispiel)Brake system (first embodiment)
202202: EnergieversorgungsschnittstellePower supply interface
204204: SteuerleitungsschnittstelleControl line interface
206206: bewegtes Reibelement, rotatorisches Reibelement, Bremsscheibemoving friction element, rotary friction element, brake disc
208208: Bremssattelcaliper
210210: statisches Reibelement, Bremsbackenstatic friction element, brake shoes
212212: Reibelementantriebsmittel, BremsaktuatormotorFriction element drive means, brake actuator motor
214214: SpindelantriebSpindle drive
300300: Regelkreis (Bremssystem)Control circuit (brake system)
302302: Regler/Bremsregler (Bremssystem)Regulator/brake controller (brake system)
304304: Regelstrecke (Bremssystem)Controlled system (braking system)
400400: Regelkreis (Systemanalyse)Control loop (system analysis)
402402: Regler/Bremsregler (Systemanalyse)Controller/brake controller (system analysis)
404404: Regelstrecke (Systemanalyse)Controlled system (system analysis)

Claims

An analysis method for technical systems that has the steps: Determine the response of the technical system using a multi-sample Monte Carlo analysis, where a deviation of a desired target state from an actual target state of the technical system is minimized by changing a manipulated variable (u(i;n)) in a control loop (400), and a disturbance variable (d(i)) of the control loop (400) and/or a control quality of a controller (402) are randomly determined in the samples.

The procedure according to Claim 1 , wherein determining the reaction of the technical system comprises the steps: a) initiating an analysis cycle for each sample, the disturbance variable (d(i)) of the control loop (400) and/or a control quality of the controller (402) being random in the samples b) carrying out the analysis cycle for each sample, the implementation having the steps: ba) carrying out at least one control cycle, the deviation of the desired target state from the actual target state being determined by changing the manipulated variable (u(i;n)). is minimized, and bb) storing the controlled variable (K _dry;i ) as a result of the analysis cycle for the sample.

The method according to the preceding claim, wherein: step ba) further comprises at least one of the steps: Carrying out another control cycle if the controlled variable is outside a predetermined value range, Carrying out another control cycle if a predetermined number of control cycles has not been exceeded in the analysis cycle, Applying a control quality to the controller (402), or Modifying the manipulated variable (u(i;n)) according to the control quality of the controller (400).

The procedure according to one of the Claims 2 or 3 , where: step bb) further comprises at least one of the steps: determining the controlled variable (K _dry;i ) based on a modified manipulated variable u(i;n).

The procedure according to one of the Claims 2 or 3 , wherein: step a) further comprises at least one of the steps: determining the control quality of the controller (402) from a stochastic distribution function and the associated deviation values, determining the disturbance variable (d (i)) of the controlled system (404) from a stochastic distribution function and the associated deviation values.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the controller (402) is configured either with control limits or without control limits, the controller (402) is configured either as a continuous controller or as a step controller, or The controller (402) can be configured either as a two-sided controller or as a one-sided controller.

The method according to one of the preceding claims, wherein the disturbance variable (u(i,n)) represents partial failures and deviations of the system components for a specific analysis cycle.

The method according to one of the preceding claims, wherein a controlled system (404) of the control loop (400) contains a hierarchy model that mathematically models the technical system.

An analysis system for technical systems, which has an electronic data processing device that is set up, a method to carry out according to one of the preceding method claims.

An analysis computer program for technical systems, which is set up to allow an electronic data processing device to carry out a method according to one of the preceding method claims when the analysis computer program is executed on the electronic data processing device.