EP1977950B1 - Verfahren zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Lagequalität eines Gleises - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung fahrzeugspezifischer Bewertungsfunktionen zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Lagequalität eines Gleises, wobei die Abweichungen des Gleises von seiner Solllage als Störgrößen gemessen und anhand der dazugehörigen berechneten Fahrzeugreaktionen bewertet werden.
• An das Gesamtsystem "Fahrzeug-Fahrweg" werden bestimmte Anforderungen bezüglich Sicherheit, Beanspruchung und Fahrkomfort gestellt. Um diese Anforderungen gewährleisten zu können, sind die Systemreaktionen (Radkräfte und Wagenkastenbeschleunigungen) bzw. die Einflussgrößen des Systems (Störungen) zu begrenzen. Dies wird bei der Herstellung durch die konstruktive Auslegung der Fahrzeug- und Fahrwegkomponenten erreicht. Da sowohl Fahrzeuge wie auch der Fahrweg dem Verschleiß unterliegen, muss die Gewährleistung der Systemanforderungen zusätzlich durch entsprechende Instandhaltungsmaßnahmen sichergestellt werden. Den Fahrweg betreffend ist hier vor allem die Instandhaltung der Gleislage zu nennen. Durch regelmäßige Inspektionen des Fahrweges müssen unzulässige Gleislagefehler detektiert und anschließend instand gesetzt werden.
• Um einen wirtschaftlichen Eisenbahnbetrieb zu gewährleisten, soll der Aufwand für die Gleislageinstandhaltung möglichst gering ausfallen, ohne die Systemsicherheit zu gefährden und den Fahrkomfort in inakzeptabler Weise zu beeinträchtigen. Daher wird seit vielen Jahren nach einem Inspektionsverfahren gesucht, das diese Anforderungen bestmöglich erfüllt.
• Bekannt ist ein Verfahren zur Zustandsdatenerfassung von Fahrwegen, wobei die Ortszuordnung der Zustandsdaten zum Fahrweg im mobilen Zustandsdatenerfassungssystem dadurch erfolgt, dass zunächst die geografische Position mittels eines satellitengebundenen Positionsbestimmungssystems ermittelt wird, dass die Zuordnung zwischen einer Koordinate des Positionsbestimmungssystems und dem Fahrweg durch Vorgabe von mindestens einem festen Bezugspunkt und der Bewegungsrichtung auf dem Fahrweg durch den Inspizierenden erfolgt und dass die Entfernungsbestimmung entlang des Fahrweges durch Rückrechnung der Koordinaten des Positionsbestimmungssystems auf den Fahrweg erfolgt, indem der zurückgelegte Weg zum Bezugspunkt hin, oder von diesem weg in eine Position auf dem Fahrweg umgerechnet wird ( DE 101 25 515 A1 ).
• Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Simulation des Zustandes von Transportwegen bekannt, bei dem für eine Prognose der Zustandsentwicklung in einem Schritt Eingangsdaten erfasst werden und diese in einem nachfolgenden Schritt einer Verarbeitung zugeführt werden, wobei ein zu optimierendes neuronales Netzwerk eingesetzt wird, welches unter Verwendung von beliebigen Eingangsdaten eine Einteilung des Transportweges in homogene Abschnitte, die in Bezug auf einen oder mehrere Parameter einen gleichen Zustand oder ein gleiches Verhalten zeigen, vornimmt und für diese eine Klassifizierung und/oder eine Prognose der Zustandsentwicklung erstellt ( EP 1 271 364 A2 ).
• Die derzeit angewandten Verfahren zur Inspektion der Gleisgeometrie haben gravierende Schwachstellen:
• ■ Die Gleislagegeometrie wird lediglich anhand empirisch festgelegter Maßstäbe beurteilt, deren Zusammenhang mit den resultierenden Fahrzeugreaktionen und somit deren Auswirkung auf Sicherheit und Fahrkomfort oft unzureichend belegt ist.
• ■ Es wird stets nur die Amplitude der Gleislageabweichungen beurteilt. Die Form und die Länge der Gleislagefehler gehen in die Beurteilung nicht ein, obwohl sie die Auswirkung auf das Fahrzeug bei gleicher Amplitude erheblich beeinflussen.
• ■ Die bisherigen Beurteilungsmaßstäbe berücksichtigen nicht das evtl. gleichzeitige Auftreten verschiedener Gleislagefehler (z.B. Überlagerung von Längshöhen-und Richtungsfehler).
• ■ Die bisherigen Beurteilungsmaßstäbe berücksichtigen nicht den Einfluss der Gleistrassierung, obwohl sich die gleichen Gleislagefehler im Bogen anders auswirken als im geraden Gleis.
• Die Sicherheit und Systembeanspruchung sowie der Fahrkomfort werden nicht durch den geometrischen Verlauf des Gleislagefehlers selbst, sondern durch dessen Wirkung auf das Fahrzeug (Kräfte, Beschleunigungen) beeinflusst. Bei der Beurteilung der Fehler ist deshalb vor allem deren Auswirkung zu berücksichtigen. In der Vergangenheit wurden deshalb verschiedene Möglichkeiten zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Gleislage untersucht, die jedoch bisher nicht zum gewünschten Erfolg führten.
• Bei der Beurteilung gemessener Fahrzeugreaktionen werden die Gleise in regelmäßigen Zeitabständen mit einem Messzug befahren. Dabei werden die Radkräfte und Wagenkastenbeschleunigungen (Fahrzeugreaktionen) gemessen und anschließend beurteilt.
• Für die einzelnen Reaktionsgrößen (horizontale Radkraft, vertikale Radkraft, horizontale Beschleunigung, vertikale Beschleunigung) werden Grenzwerte definiert. Bei der Beurteilung werden die Stellen im Gleis, an denen der Verlauf einer Reaktionsmessgröße den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, festgestellt und als Überschreitung ausgegeben.
• Dieses Verfahren beinhaltet folgende Nachteile:
• ■ Die Beurteilungsergebnisse beziehen sich ausschließlich auf das Messfahrzeug. Man erhält keine Aussage darüber, welche Ergebnisse andere Fahrzeugtypen liefern würden.
• ■ Die Messergebnisse werden zudem vom Unterhaltungszustand der Messfahrzeuge, durch die Berührgeometrie zwischen Rad und Schiene, durch den Trassierungsverlauf und durch das Wetter beeinflusst. Die Beurteilung bezieht sich somit nicht eindeutig auf Gleislageabweichungen.
• Bei der Beurteilung berechneter Fahrzeugreaktionen wird der Zusammenhang zwischen Gleislageabweichungen und Fahrzeugreaktionen anhand von physikalischen Modellen beschrieben. Auf der Basis der Modelldaten werden für die gemessenen Gleislageparameter über Simulationsrechnungen die Fahrzeugreaktionen berechnet und diese wie gemessene Reaktionen (s. oben) beurteilt.
• Die Simulationsrechnung ist wegen der komplexen Fahrzeugmodelle sehr zeitaufwendig. Das Verfahren wird deshalb hauptsächlich für Untersuchungen im Laborbetrieb verwendet. Für den Einsatz bei der Gleislagebeurteilung ist die Simulationsrechnung aus zeitlichen Gründen nicht brauchbar.
• Aus der WO 2006/032307 ist ein Verfahren zur Diagnose und zum Zustandsmonitoring einer Weiche und/oder einer Kreuzung und/oder einer Kreuzungsweiche und/oder eines Schienenstoßes und/oder von Gleisinhomogenitäten eines Schienenverkehrsweges bekannt, wobei bei Überfahrt eines Schienenfahrzeuges über die Weiche, Kreuzung, Kreuzungsweiche, den Schienenstoß oder die Gleisinhomogenität an mindestens einem Bauteil des Schienenfahrzeuges Schwingungsbeschleunigungen in mindestens einer Raumrichtung gemessen und abgespeichert werden, die an dem Bauteil des Schienenfahrzeuges durch die Überfahrt des Schienenfahrzeuges über diese Bauteile erzeugt werden,
• die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges gemessen sowie gespeichert und die Befahrrichtung ermittelt sowie abgespeichert wird,
• eine Kontrolle durchgeführt wird, ob charakteristische, vorgegebene Grenzwerte der gemessenen Schwingungsbeschleunigungen überschritten werden und für den Fall, dass vorgegebene Grenzwerte der Schwingungsbeschleunigung überschritten werden, eine nachfolgende weitergehende Vermessung eines Zustandes von Bauteilen der Weiche, Kreuzung, Kreuzungsweiche, des Schienenstoßes oder der Gleisinhomogenität veranlasst wird.
• Dieses Verfahren ist nicht in der Lage, die Gleislage auf indirektem Wege wirkungsbezogen zu beurteilen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches die Gleislage auf indirektem Weg wirkungsbezogen(bzgl. der konkreten Auswirkungen auf die Fahrzeugreaktion) beurteilt und den Anforderungen an die Gleislageinspektion bezüglich Sicherheit und Fahrkomfort genügt.
• Dies wird erfindungemäß dadurch erreicht, dass
  die Abweichungen des Gleises von seiner Solllage als Störgrößen gemessen und anhand der zugehörigen berechneten Fahrzeugreaktionen bewertet werden. Die hierzu benötigten fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen werden mittels Simulationsrechnung auf der Basis eines Fahrzeugmodells und/oder aus Ergebnissen von Fahr- und/oder Prüfstandsversuchen mit einem Fahrzeug bestimmt, wobei
1. a) K Gleislageabweichungen (Teststörungen) TS_k=1..K mit unterschiedlicher Form, Amplitude und Länge und mit unterschiedlicher Überlagerung in horizontaler und vertikaler Richtung zur Abdeckung des Spektrums realer Gleislageabweichungen benutzt werden,
   wobei jeweils bei einer Gleislageabweichung TS=(y, z, gh) für jede Schiene getrennt die horizontale Abweichung y und die vertikale Abweichung z von ihrer Solllage sowie die Abweichung der gegenseitigen Höhenlage gh der beiden Schienen von der Sollüberhöhung betrachtet werden,
2. b) für jede Teststörung die charakteristischen Parameter p_m={y_St, y _Ew, z_St, z_Ew, gh_St, gh_Ew} durch die jeweilige Steigung der Größen y, z und gh und durch den Extremwert der Größen y, z und gh beschrieben werden, wodurch die den K Teststörungen zugeordneten charakteristischen Parameter p_{m=1..6, k=1..K}={y_St,k, y_Ew,k, z_St,k, z_Ew,k, gh_St,k, gh_Ew,k} ermittelt werden,
3. c) für alle Teststörungen unter Variation von Fahrgeschwindigkeit v und Gleiskrümmung kr die Extremwerte der zeitlichen Verläufe der J simulierten bzw. gemessenen Fahrzeugreaktionen berechnet werden,
4. d) und wobei schließlich mittels Regressionsanalyse für jede Fahrzeugreaktion j=1..J die Regressionskoeffizienten a_j bis i_j bestimmt werden durch Gleichsetzen der fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen $$R_j={\mathrm{a}}_{\mathrm{j}}+{\mathrm{b}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{St}}+{\mathrm{c}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{d}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{St}}+{\mathrm{e}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{f}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{St}}+{\mathrm{g}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\cdot v+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot \mathit{kr}$$
   
   mit den Extremwerten aus Schritt c) unter Einsetzen der charakteristischen Parameter p_m,k={y_St,k, y_Ew,k, z_St,k, z_Ew,k, gh_St,k, gh_Ew,k}, der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit v und der jeweiligen Gleiskrümmung kr.
• Das hier beschriebene Verfahren, bei dem die Gleislage auf indirektem Weg wirkungsbezogen beurteilt wird, genügt den Anforderungen an die Gleislageinspektion bezüglich Sicherheit und Fahrkomfort. Es basiert auf umfangreichen Untersuchungen der physikalischen Zusammenhänge von Fahrzeug und Fahrweg. Das Verfahren ermöglicht eine sehr detaillierte Bewertung von Gleislageabweichungen. Dadurch lassen sich unnötige Instandsetzungsmaßnahmen vermeiden.
• Überraschender Weise wurde der Ansatz gefunden, dass Sicherheit und Systembeanspruchung sowie der Fahrkomfort nicht vom zeit- oder wegabhängigen Verlauf der Fahrzeugreaktion R abhängen, sondern von deren Extremwert R _Extr, der sich aufgrund der Gleislageabweichung einstellt.
• Der Zusammenhang zwischen der Gleislageabweichung und dem entsprechenden Extremwert der Fahrzeugreaktion wird zunächst anhand physikalischer Modelle per Simulationsrechnung oder auf der Basis von Messergebnissen von Fahr- und/oder Prüfstandsversuchen mit realen Fahrzeugen untersucht. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden anschließend mathematische Funktionen zur näherungsweisen Beschreibung des Zusammenhangs hergeleitet. Mit Hilfe der Bewertungsfunktionen werden die bei der Inspektionsfahrt gemessenen Gleislageabweichungen beurteilt. Der Bezug zwischen Gleislagefehler und dessen Auswirkung auf das Fahrzeug wird dadurch auf indirektem Weg hergestellt.
• Die erfindungsgemäße Lösung zur indirekten wirkungsbezogenen Beurteilung der Gleislage hat gegenüber den derzeit angewandten Verfahren folgende Vorteile:
• ■ Die Gleislage wird nicht nach ihren geometrischen Abweichungen von der Solllage sondern nach ihren Auswirkungen auf das Gesamtsystem "Fahrzeug-Fahrweg", also wirkungsbezogen beurteilt.
• ■ Bei der Beurteilung werden die Trassierungsverhältnisse, also die Gleiskrümmung und die zulässige Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit der örtlich tatsächlich vorhandenen Größe berücksichtigt.
• ■ Die Gleislagefehler werden bezüglich ihrer Wirkrichtung nicht isoliert betrachtet. Bei der Beurteilung wird die Überlagerung der horizontalen und vertikalen Gleislageabweichungen berücksichtigt.
• ■ Die bei einer Reaktionsmessung vorhandenen Nachteile (Einfluss der Berührgeometrie und dgl.) werden eliminiert.
• ■ Der Zusammenhang zwischen Gleislageabweichung und Fahrzeugreaktion wird auf der Basis von sehr genauen Fahrzeugmodellen, welche auch Nichtlinearitäten berücksichtigen, hergestellt.
• - Der Zusammenhang zwischen den charakteristischen Parametern der Gleislageabweichung und der Fahrzeugreaktion wird nur einmal untersucht. Die Fahrzeugreaktionen müssen also nicht bei jeder Inspektionsmessfahrt aufwändig per Simulation berechnet werden.
• ■ Der Algorithmus des Beurteilungsverfahrens ist zeitunkritisch und kann im Online-Betrieb auf den vorhandenen Geometriemessfahrzeugen angewandt werden.
• ■ Bei der Beurteilung kann die Auswirkung von Gleislageabweichungen für verschiedene Fahrzeugtypen berücksichtigt werden.
• Da die Fahrzeugreaktion von der Form und Größe der Gleislageabweichung (Störgröße S), der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs v und der Trassierung der Strecke (Gleiskrümmung kr) abhängt, lässt sich der Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen und dem daraus resultierenden Extremwert der Fahrzeugreaktion R vereinfacht durch die lineare Funktionsgleichung $$R=f\left(S,v,\mathit{kr}\right)=\mathrm{a}+\mathrm{b}\cdot S+\mathrm{c}\cdot v+\mathrm{d}\cdot \mathit{kr}$$

  

  beschreiben. Für die praktische Anwendung ist diese allgemeine Form der Bewertungsfunktion allerdings meist nicht ausreichend. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Störgröße zusätzlich mit der Fahrgeschwindigkeit v gewichtet und bei der Bewertung eine weitere, für die quasistatische Fahrzeugreaktion im Gleisbogen maßgebende Komponente v ². kr berücksichtigt werden sollte: $$R=\mathrm{f}\left(S,v,\mathit{kr}\right)=\mathrm{a}+\mathrm{b}\cdot S\cdot v+\mathrm{c}\cdot v+\mathrm{d}\cdot \mathit{kr}+\mathrm{e}\cdot {\mathrm{v}}^2\cdot \mathit{kr}\mathrm{.}$$

  
• Außerdem sind die Beschreibungen der Störgröße S und der Fahrzeugreaktion R wie folgt zu konkretisieren:
• Die auf das Fahrzeug wirkende Gleislageabweichung setzt sich aus mehreren Komponenten wie beispielsweise Längshöhe z und Richtung y beider Schienen sowie der Abweichung der gegenseitigen Höhenlage gh von der Sollüberhöhung zusammen, die getrennt gemessen werden. Jedes Messsignal dieser Störgrößen S_n=1..N muss zunächst in Einzelfehler zerlegt werden, die dann entsprechend ihrer Überlappungsbereiche zusammen beurteilt werden können. Die Unterteilung in Einzelfehler kann beispielsweise anhand der Nulldurchgänge der mittelwertfreien Messsignale oder auch mittels der Schnittpunkte der Messsignale mit einer zur Wegachse (Abszisse) parallelen Schwellenwertlinie erfolgen, vgl. Figuren 1a und 1b. Es sind aber auch weitere Unterteilungsmethoden denkbar, siehe z.B. Figur 1c.
• Für jeden der separierten Einzelfehler lassen sich nun charakteristische geometrische Parameter p _m=1..M bestimmen. Als charakteristische Parameter können beispielsweise die maximale oder die mittlere Steigung St_max bzw. St, der Extremwert EW, die Höhe h, das Flächenintegral A u.ä. gewählt werden, siehe Figur 2. Die Beurteilungsfunktion nimmt somit die folgende Form an: $$R=f\left(p_{m=\mathit{1},\mathrm{..}M},v,\mathit{kr}\right)=\mathrm{a}+\left({\mathrm{b}}_{\mathit{1}}\cdot p_{\mathit{1}}++{\mathrm{b}}_{\mathrm{M}}\cdot p_{\mathrm{M}}\right)\cdot v+c\cdot v+\mathrm{d}\cdot \mathit{kr}+\mathrm{e}\cdot v^2\cdot \mathit{kr}\mathrm{.}$$

  
• Die Auswahl der zu bewertenden Fahrzeugreaktionen richtet sich nach dem Zweck der Gleislagebeurteilung. Prinzipiell können alle verfügbaren Auswertegrößen benutzt werden, wenn sie ausreichend empfindlich auf Gleislagestörungen reagieren. Da die Gleislagebeurteilung jedoch zumeist auf die Fahrsicherheit, die Fahrwegbeanspruchung und den Fahrkomfort ausgerichtet ist, sollten üblicherweise die entsprechenden Reaktionsgrößen wie die Kräfte zwischen Rad und Schiene und die Fahrzeugbeschleunigungen zur Beurteilung herangezogen werden. Dies hat zudem den Vorteil, dass für diese Größen bereits Grenzwerte festgelegt wurden, z.B. in der Euronorm EN 14363 für die Fahrzeugzulassung, die für die Gleislagebeurteilung direkt oder in abgewandelter Form als Basisgrößen R_Basis verwendbar sind. Damit lassen sich die ermittelten Extremwerte der Fahrzeugreaktionen R auch als prozentuale Ausnutzung des Abnutzungsvorrats angeben: $$R_{\%}=\frac{R}{R_{\mathit{Basis}}}\cdot 100\%\mathrm{.}$$

  
• Entsprechend der Anzahl der ausgewählten Reaktionsgrößen ergeben sich also je Fahrzeug mehrere Beurteilungsfunktionen R_j=1.._J = f (p₁, p₂, ..., p_M, v, kr). Da zur umfassenden Beurteilung der Gleislage zumeist mehrere Fahrzeugtypen (z.B. verschiedene Reisezugwagen, Lokomotiven und Güterwagen) berücksichtigt werden müssen, ist insgesamt eine relativ große Anzahl von Beurteilungsfunktionen notwendig. Aufgrund ihrer einfachen Struktur lassen sich diese jedoch sehr schnell auswerten, so dass schon während der Messfahrt eine Online-Beurteilung der Messergebnisse möglich ist.
• Bevor das Beurteilungsverfahren angewendet werden kann, müssen die Koeffizienten der Beurteilungsfunktionen bestimmt werden. Dies geschieht vorzugsweise mit Hilfe bekannter Simulationsverfahren. Dazu werden zunächst fiktive Gleislagestörungen erzeugt, die sich aus in unterschiedlichster Weise miteinander kombinierten Komponenten mit verschiedenen charakteristischen Parametern p_m=1..M zusammensetzen. Diese Störungen sind so zu wählen, dass sie in ihrer Form und Größe die in der Realität auftretenden Gleislagefehler möglichst gut abbilden. Weiterhin werden die Gleiskrümmung kr und die Fahrgeschwindigkeit v in mehreren Stufen vorgegeben, die den realen Einsatzbedingungen der ausgewählten Fahrzeuge entsprechen. Mit diesen Eingangsgrößen werden nun für jedes zu berücksichtigende Fahrzeugmodell mittels Simulationsrechnung die zu beurteilenden Fahrzeugreaktionen bestimmt. Aus den berechneten Zeitverläufen der Fahrzeugreaktionen werden dann für jeden Rechenfall deren Extremwerte R _j=1..J ermittelt.
• Auf diese Weise erhält man für die gesuchten Koeffizienten a_j, b_1j, ..., e_j der Beurteilungsfunktionen eines jeden Fahrzeuges ein überbestimmtes Gleichungssystem, das mit bekannten Methoden (Regressionsanalyse) gelöst werden kann.
Ausführungsbeispiel
• Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigen:
• Figuren 1a bis 1c - verschiedene Varianten der Unterteilung der gemessenen Störgrößenverläufe in Einzelfehler
• Figur 2 - verschiedene charakteristische Parameter der Störgrößen (Extremwert EW, mittlere Steigung St, maximale Steigung St_max, Fehlerfläche A, Spitze-Spitze-Wert h)
• Als Störgrößen S werden die Messsignale der Längshöhe z, der Richtung y und der gegenseitigen Höhenlage gh berücksichtigt. Diese Signale werden in Einzelfehler y_i , z _i und gh_i zerlegt, die beispielsweise durch ihre Nulldurchgänge voneinander abgegrenzt werden (Figur 1a). Dann werden für jeden Einzelfehler als charakteristische Parameter der zugehörige Extremwert EW und die mittlere Steigung St ermittelt (Figur 2). Für die Beurteilung der Gleislage werden folgende Fahrzeugreaktionen R_j herangezogen:

R₁ = ΣY

= Summe der horizontalen Radkräfte (Systembeanspruchung),

R₂ = Y/Q

= Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Radkraft (Sicherheit),

R₃ = Qmin

= minimale Radaufstandskraft (Sicherheit),

R₄ = Qmax

= maximale Radaufstandskraft (Systembeanspruchung),

R₅ = yb

= horizontale Wagenkastenbeschleunigung (Fahrkomfort),

R₆ = zb

= vertikale Wagenkastenbeschleunigung (Fahrkomfort).

• Mit der Fahrgeschwindigkeit v und der Gleiskrümmung kr ergeben sich folgende Beurteilungsfunktionen: $$R_j={\mathrm{a}}_{\mathrm{j}}+\left({\mathrm{b}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{St}}+{\mathrm{c}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{d}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{St}}+{\mathrm{e}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{f}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{St}}+{\mathrm{g}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{Ew}}\right)\cdot v+{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\cdot v^2\cdot \mathit{kr}+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot v+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot \mathit{kr}$$

  
• Die fahrzeugspezifischen Regressionskoeffizienten a_j bis j_j werden nun wie oben beschrieben z.B. auf der Basis von Simulationsrechnungen bestimmt, wobei die für das betrachtete Strecken(-teil-)netz typischen Gleislagefehler und die wichtigsten dort eingesetzten Fahrzeuge zugrunde gelegt werden. Ergebnis ist ein Satz von Bewertungsfunktionen, die für jedes Referenzfahrzeug in Abhängigkeit von seiner Fahrgeschwindigkeit die an jeder Stelle des Gleises zu erwartenden Extremwerte der Fahrzeugreaktionen liefern. Durch Bezug der ermittelten Fahrzeugreaktionen auf deren Eingriffsschwellwerte kann nun für jeden Punkt die Ausnutzung des Abnutzungsvorrates in Prozent angegeben werden. Dies wiederum ist Grundlage für die Planung der Instandhaltungsmaßnahmen auf der untersuchten Strecke.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung fahrzeugspezifischer Bewertungsfunktionen zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Lagequalität eines Gleises, wobei die Abweichungen des Gleises von seiner Solllage als Störgrößen gemessen und anhand der zugehörigen berechneten Fahrzeugreaktionen bewertet werden, gekennzeichnet dadurch, dass
   die fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen mittels Simulationsrechnung auf der Basis eines Fahrzeugmodells und/oder aus Ergebnissen von Fahr- und/oder Prüfstandsversuchen mit einem Fahrzeug bestimmt werden, wobei

   a) K Gleislageabweichungen, d.h. Teststörungen TS_k=1..K mit unterschiedlicher Form, Amplitude und Länge und mit unterschiedlicher Überlagerung in horizontaler und vertikaler Richtung zur Abdeckung des Spektrums realer Gleislageabweichungen benutzt werden,
   wobei jeweils bei einer Gleislageabweichung TS=(y, z, gh) für jede Schiene getrennt die horizontale Abweichung y und die vertikale Abweichung z von ihrer Solllage sowie die Abweichung der gegenseitigen Höhenlage gh der beiden Schienen von der Sollüberhöhung betrachtet werden,

   b) für jede Teststörung die charakteristischen Parameter p_m={y_St, y_Ew, z_St, z_Ew, gh_St, gh_Ew} durch die jeweilige Steigung der Größen y, z und gh und durch den Extremwert der Größen y, z und gh beschrieben werden, wodurch die den K Teststörungen zugeordneten charakteristischen Parameter p_{m=1..6, k=1..K}={y_St,k, y_Ew,k, z_St,k, z_Ew,k, gh_St,k, gh_Ew,k} ermittelt werden,

   c) für alle Teststörungen unter Variation von Fahrgeschwindigkeit v und Gleiskrümmung kr die Extremwerte der zeitlichen Verläufe von J simulierten bzw. gemessenen Fahrzeugreaktionen berechnet werden,

   d) und wobei schließlich mittels Regressionsanalyse für jede zu beurteilende Fahrzeugreaktion j=1..J die Regressionskoeffizienten a_j bis i_j bestimmt werden durch Gleichsetzen der fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen $$R_j={\mathrm{a}}_{\mathrm{j}}+{\mathrm{b}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{St}}+{\mathrm{c}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{d}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{St}}+e_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{f}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{St}}+{\mathrm{g}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\cdot v+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot \mathit{kr}$$

   

   
   mit den Extremwerten aus Schritt c) unter Einsetzen der charakteristischen Parameter p_m,k={y_St,k, y_Ew,k, z_St,k, z_Ew,k, gh_St,k, gh_Ew,k}, der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit v und der jeweiligen Gleiskrümmung kr.
2. Verfahren zum Bestimmen fahrzeugspezifischer Bewertungsfunktionen zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Lagequalität eines Gleises, das - bis auf die Definition der Bewertungsfunktionen - dieselben Merkmale wie der Patentanspruch 1 umfasst, wobei in den fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen aus Anspruch 1 die Größen y_St , y_Ew , z_St , z_Ew , gh_St , gh_Ew zusätzlich mit der Fahrgeschwindigkeit v gewichtet werden und bei der Bewertung eine weitere, für die quasistatische Fahrzeugreaktion maßgebende Komponente v ². kr berücksichtigt wird, womit die Bewertungsfunktionen die folgende Form annehmen: $$R_j={\mathrm{a}}_{\mathrm{j}}+\left({\mathrm{b}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{St}}+{\mathrm{c}}_{\mathrm{j}}\cdot y_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{d}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{St}}+{\mathrm{e}}_{\mathrm{j}}\cdot z_{\mathit{Ew}}+{\mathrm{f}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{St}}+{\mathrm{g}}_{\mathrm{j}}\cdot {\mathit{gh}}_{\mathit{Ew}}\right)\cdot v+{\mathrm{h}}_{\mathrm{j}}\cdot v^2\cdot \mathit{kr}+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot v+{\mathrm{i}}_{\mathrm{j}}\cdot \mathit{kr}$$

   
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagequalität des Gleises anhand der Bewertungsfunktionen für verschiedene Fahrzeuge wirkungsbezogen beurteilt wird, wobei sich die Regressionskoeffizienten der Bewertungsfunktionen für die unterschiedlichen Fahrzeuge voneinander unterscheiden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur wirkungsbezogenen Beurteilung der Lagequalität eines Gleises unter Verwendung der fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen, wobei die Abweichungen des Gleises von seiner Solllage als Störgrößenverlauf S=(y, z, gh) gemessen und anhand der zugehörigen berechneten Fahrzeugreaktionen bewertet werden, gekennzeichnet dadurch, dass

   a) die charakteristischen Parameter p _m=1..6 ={y_St, y_Ew, z_St, z_Ew, gh_St, gh_Ew} aus der jeweiligen Steigung der Größen y, z, gh und dem jeweiligen Extremwert der Größen y, z, gh bestimmt werden,

   b) anschließend diese charakteristischen Parameter ρ _m=1..6={y_St, y_Ew, z_St, z_Ew, gh_St, gh_Ew}, die örtlich zulässige Fahrgeschwindigkeit v und die örtlich vorhandene Gleiskrümmung kr in die fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen R_j eingesetzt werden, wodurch sich die zu erwartenden Extremwerte der Fahrzeugreaktionen ergeben,

   c) und dass diese mit zulässigen Werten der Fahrzeugreaktionen verglichen werden, wobei das Ergebnis dieses Vergleichs die wirkungsbezogene Beurteilung der Lagequalität eines Gleises darstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Störgrößenverlauf S=(y, z, gh) in Abschnitte S_n=(y_n, z_n, gh_n) unterteilt und für jeden Abschnitt S_n ein Satz charakteristischer Parameter p_m,n ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung des Störgrößenverlaufs in Abschnitte S_n=(y_n, z_n, gh_n) anhand der Nulldurchgänge eines modifizierten Störgrößenverlaufs erfolgt, wobei sich der modifizierte Störgrößenverlauf aus dem Störgrößenverlauf abzüglich seines Mittelwerts ergibt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung des Störgrößenverlaufs in Abschnitte S_n=(y_n, z_n, gh_n) anhand der Schnittpunkte des Störgrößenverlaufs mit einer zur Wegachse (Abszisse) parallelen Schwellenwertlinie erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsfunktionen R_j für folgende Fahrzeugreaktionen berücksichtigt werden:

   j=1: ΣY (Summe der horizontalen Radkräfte),

   j=2: Y/Q (Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Radkraft),

   j=3: Q_min (minimale Radaufstandskraft),

   j=4: Q_max (maximale Radaufstandskraft),

   j=5: yb (horizontale Wagenkastenbeschleunigung),

   j=6: zb (vertikale Wagenkastenbeschleunigung).

Images