EP1977950B1 - Method for effect-related assessment of the placing of a track - Google Patents
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- EP1977950B1 EP1977950B1 EP08003150.3A EP08003150A EP1977950B1 EP 1977950 B1 EP1977950 B1 EP 1977950B1 EP 08003150 A EP08003150 A EP 08003150A EP 1977950 B1 EP1977950 B1 EP 1977950B1
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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.The invention relates to a method for determining vehicle-specific evaluation functions for effect-related assessment of the position quality of a track, wherein the deviations of the track from its desired position are measured as disturbance variables and evaluated on the basis of the associated calculated vehicle responses.
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.The overall system "vehicle infrastructure" is subject to certain safety, stress and comfort requirements. In order to be able to guarantee these requirements, the system reactions (wheel forces and car body accelerations) or the influencing variables of the system (faults) must be limited. This is achieved in the production by the structural design of the vehicle and track components. Since both vehicles and the track are subject to wear, the guarantee of the system requirements must be additionally ensured by appropriate maintenance measures. In terms of the track, the maintenance of the track position is to be mentioned here. Due to regular inspections of the track, impermissible track position errors must be detected and then repaired.
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.In order to ensure economical rail operation, the effort for the track maintenance should be as low as possible without endangering the system security and compromising the ride comfort in an unacceptable manner. Therefore, for many years, an inspection process has been sought that meets these requirements in the best possible way.
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 (
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 (
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.
- ■ The track geometry is assessed only on the basis of empirically determined standards, the relationship between which and the resulting vehicle reactions and thus their impact on safety and ride comfort is often insufficiently documented.
- ■ Only the amplitude of track deviations is assessed. The shape and length of the track position errors are not included in the assessment, although they significantly affect the effect on the vehicle at the same amplitude.
- ■ The previous assessment criteria do not take into account the possible simultaneous occurrence of different track position errors (eg superposition of longitudinal heights and direction errors).
- ■ The previous assessment criteria do not take into account the influence of the track assignment, although the same track position errors in the bow have a different effect than in the straight track.
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.The safety and system stress as well as the driving comfort are not influenced by the geometric course of the track position error itself, but by its effect on the vehicle (forces, accelerations). When assessing the errors, therefore, their impact must be taken into account. In the past, therefore, various options for the impact-related assessment of the track situation were investigated, which, however, have so far not led to the desired success.
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.When assessing measured vehicle reactions, the tracks are used at regular intervals with a measuring train. The wheel forces and car body accelerations (vehicle reactions) are measured and subsequently assessed.
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.Limit values are defined for the individual reaction quantities (horizontal wheel force, vertical wheel force, horizontal acceleration, vertical acceleration). at the assessment the points in the track at which the course of a reaction variable exceeds the specified limit are detected and output as exceeded.
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.
- ■ The evaluation results refer exclusively to the measuring vehicle. There is no statement as to what results other types of vehicles would deliver.
- ■ Measurement results are also influenced by the state of entertainment of the measuring vehicles, by the contact geometry between wheel and rail, by the routing process and by the weather. The assessment thus does not clearly refer to track position deviations.
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.When assessing calculated vehicle responses, the relationship between track position deviations and vehicle responses is described using physical models. On the basis of the model data, the vehicle reactions are calculated for the measured track position parameters by means of simulation calculations and these are assessed as measured reactions (see above).
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.The simulation calculation is very time-consuming because of the complex vehicle models. The method is therefore used mainly for investigations in the laboratory. For use in the track position assessment, the simulation calculation is not useful for time reasons.
Aus der
- 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.
- the speed of the rail vehicle is measured and stored and the direction of travel is determined and stored,
- a check is made as to whether characteristic predetermined limits of the measured vibration accelerations are exceeded and in the event that predetermined limits of the vibration acceleration are exceeded, a subsequent further measurement of a state of components of the switch, intersection, intersection, of the rail joint or the track inhomogeneity is caused.
Dieses Verfahren ist nicht in der Lage, die Gleislage auf indirektem Wege wirkungsbezogen zu beurteilen.This method is not able to evaluate the track position indirectly by means of an effect.
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.The object of the invention is to develop a method which evaluates the track position in an indirect way with regard to the effect (with regard to the specific effects on the vehicle reaction) and meets the requirements of the track position inspection with regard to safety and driving comfort.
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
- a) K Gleislageabweichungen (Teststörungen) TSk=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 pm={ySt, y Ew, zSt, zEw, ghSt, ghEw} 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 pm=1..6, k=1..K={ySt,k, yEw,k, zSt,k, zEw,k, ghSt,k, ghEw,k} ermittelt werden,
- 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,
- d) und wobei schließlich mittels Regressionsanalyse für jede Fahrzeugreaktion j=1..J die Regressionskoeffizienten aj bis ij bestimmt werden durch Gleichsetzen der fahrzeugspezifischen Bewertungsfunktionen
the deviations of the track from its nominal position are measured as disturbance variables and evaluated on the basis of the associated calculated vehicle reactions. The vehicle-specific evaluation functions required for this purpose are determined by simulation calculation on the basis of a vehicle model and / or from the results of driving and / or test bench tests with a vehicle, wherein
- a) K track deviations (test disturbances) TS k = 1..K are used with different shape, amplitude and length and with different superimposition in the horizontal and vertical direction to cover the spectrum of real track position deviations,
in each case with a track position deviation TS = (y, z, gh) separately for each rail, the horizontal deviation y and the vertical deviation z from its desired position and the deviation of the mutual altitude gh of the two rails are considered by the target overshoot, - b) for each test disturbance, the characteristic parameters p m = {y St , y Ew , z St , z Ew , gh St , gh Ew } by the respective slope of the quantities y, z and gh and by the extreme value of the quantities y , z and gh , whereby the characteristic parameters p m = 1..6, k = 1..K = {y St, k , y Ew, k , z St, k , z Ew, k , gh assigned to the K test disturbances are described St, k , gh Ew, k } are determined
- c) the extreme values of the time lapses of the J simulated or measured vehicle reactions are calculated for all test disturbances while varying the vehicle speed v and the track curvature kr ,
- d) and finally using regression analysis for each vehicle reaction j = 1..J determines the regression coefficients a j to i j by equating the vehicle-specific evaluation functions
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.The method described here, in which the track position is assessed indirectly by means of an effect, meets the requirements of the trackside inspection with regard to safety and driving comfort. It is based on extensive investigations of the physical relationships between vehicle and track. The method allows a very detailed evaluation of track deviations. As a result, unnecessary repair measures can be avoided.
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.Surprisingly, the approach has been found that safety and system stress as well as the ride comfort does not depend on the time or path-dependent course of the vehicle reaction R , but on their extreme value R Extr , which sets due to the track deviation .
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.The relationship between the track deviation and the corresponding extreme value of the vehicle reaction is first examined on the basis of physical models by simulation calculation or on the basis of measurement results from driving and / or bench tests with real vehicles. On the basis of the examination results, mathematical functions are derived for an approximate description of the relationship. With the aid of the evaluation functions, the track position deviations measured during the inspection run are assessed. The relationship between track position error and its effect on the vehicle is thereby established indirectly.
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.
- ■ The track position is not judged according to its geometrical deviations from the nominal position but according to their effects on the overall system "vehicle driveway", ie in terms of performance.
- ■ In the assessment, the track conditions, ie the track curvature and the permissible travel speed of the vehicle with the locally actual size are taken into account.
- ■ The track position errors are not considered in isolation with respect to their effective direction. The assessment takes into account the superposition of horizontal and vertical track deviations.
- ■ The disadvantages of a reaction measurement (influence of the contact geometry and the like) are eliminated.
- ■ The relationship between track deviation and vehicle response is established on the basis of very accurate vehicle models, which also take into account nonlinearities.
- - The relationship between the characteristic parameters of the track deviation and the vehicle reaction is examined only once. The vehicle reactions therefore do not have to be complexly calculated by simulation at every inspection test drive.
- ■ The algorithm of the assessment procedure is non-time critical and can be used in online mode on the existing geometric measurement vehicles.
- ■ Assessment may take into account the effect of track deviations for different types of vehicles.
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
Außerdem sind die Beschreibungen der Störgröße S und der Fahrzeugreaktion R wie folgt zu konkretisieren:In addition, the descriptions of the disturbance S and the vehicle response R are to be specified as follows:
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 Sn=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.
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 Stmax bzw. St, der Extremwert EW, die Höhe h, das Flächenintegral A u.ä. gewählt werden, siehe
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 RBasis verwendbar sind. Damit lassen sich die ermittelten Extremwerte der Fahrzeugreaktionen R auch als prozentuale Ausnutzung des Abnutzungsvorrats angeben:
Entsprechend der Anzahl der ausgewählten Reaktionsgrößen ergeben sich also je Fahrzeug mehrere Beurteilungsfunktionen Rj=1..J = f (p1, p2, ..., pM, 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.Corresponding to the number of selected reaction quantities, therefore, there are several evaluation functions R j = 1 ... J = f (p 1 , p 2 , ..., P M , v, kr ) per vehicle. Since for the comprehensive assessment of the track situation usually several types of vehicles (eg, various passenger cars, locomotives and freight cars) must be considered, a total of a relatively large number of assessment functions is necessary. Due to their simple structure, however, they can be evaluated very quickly so that an online assessment of the measurement results is possible even during the test drive.
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 pm=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.Before the assessment procedure can be used, the coefficients of the assessment functions must be determined. This is preferably done using known simulation methods. For this purpose, first fictitious track position disturbances are generated, which are composed of components combined in various ways with different characteristic parameters p m = 1..M . These disturbances should be chosen in such a way that their shape and size are the ones that occur in reality Map track position errors as well as possible. Furthermore, the track curvature kr and the vehicle speed v are given in several stages, which correspond to the real operating conditions of the selected vehicles. With these input variables, the vehicle reactions to be assessed are then determined for each vehicle model to be considered by means of simulation calculation. From the calculated time courses of the vehicle reactions, their extreme values R j = 1 ... J are then determined for each calculation case.
Auf diese Weise erhält man für die gesuchten Koeffizienten aj, b1j, ..., ej der Beurteilungsfunktionen eines jeden Fahrzeuges ein überbestimmtes Gleichungssystem, das mit bekannten Methoden (Regressionsanalyse) gelöst werden kann.In this way one obtains for the desired coefficients a j , b 1j ,..., E j of the assessment functions of each vehicle an overdetermined system of equations which can be solved by known methods (regression analysis).
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 Stmax, Fehlerfläche A, Spitze-Spitze-Wert h)
-
FIGS. 1a to 1c - Different variants of the subdivision of the measured Störgrößenverläufe in single error -
FIG. 2 - various characteristic parameters of the disturbance variables (extreme value EW , average gradient St , maximum gradient St max , error surface A , peak-to-peak value h )
Als Störgrößen S werden die Messsignale der Längshöhe z, der Richtung y und der gegenseitigen Höhenlage gh berücksichtigt. Diese Signale werden in Einzelfehler yi , z i und ghi zerlegt, die beispielsweise durch ihre Nulldurchgänge voneinander abgegrenzt werden (
- 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).
- R 1 = Σ Y
- = Sum of horizontal wheel forces (system load),
- R 2 = Y / Q
- = Ratio of horizontal to vertical wheel force (safety),
- R 3 = Q min
- = minimum wheel contact force (safety),
- R 4 = Qmax
- = maximum wheel contact force (system load),
- R 5 = yb
- = horizontal car body acceleration (ride comfort),
- R 6 = eg
- = vertical car body acceleration (ride comfort).
Mit der Fahrgeschwindigkeit v und der Gleiskrümmung kr ergeben sich folgende Beurteilungsfunktionen:
Die fahrzeugspezifischen Regressionskoeffizienten aj bis jj 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.The vehicle-specific regression coefficients a j to j j are now determined as described above, for example on the basis of simulation calculations, wherein the for the considered routes (partial) network typical track position error and the main vehicles used there are used. The result is a set of evaluation functions, which for each reference vehicle, depending on its driving speed, provide the extreme values of the vehicle reactions to be expected at each point of the track. By referring the determined vehicle reactions to their intervention threshold values, the utilization of the wear stock in percent can now be specified for each point. This in turn is the basis for the planning of the maintenance measures on the examined route.
Claims (8)
- A method for determining vehicle-specific weighting functions for an effect-related evaluation of the positional quality of a track, wherein the deviations of the track from its nominal position are measured in the form of disturbance variables and evaluated based on the corresponding calculated vehicle reactions,
characterized in that
the vehicle-specific weighting functions are determined by means of a simulation calculation that is based on a vehicle model and/or from results of driving tests and/or bench tests with a vehicle, whereina) K track position deviations, i.e., test disturbances TSk=1..K with different shape, amplitude and length and with different superposition in the horizontal and the vertical direction, are used for covering the spectrum of real track position deviations,
wherein the horizontal deviation y and the vertical deviation z of each rail from its nominal position, as well as the deviation of the mutual elevation gh of the two rails from the nominal cant, are respectively examined separately for each rail for a track position deviation TS=(y, z, gh),b) the characteristic parameters pm={ySt, yEw, zSt, zEw, ghSt, ghEw} for each test disturbance are described by the respective slope of the variables y, z and gh and by the extreme value of the variables y, z and gh such that the characteristic parameters pm=1..6, k=1..K={ySt,k , yEw,k, zSt,k, zEw,k, ghSt,k, ghEw,k} assigned to the K test disturbances are determined,c) the extreme values of the time histories of J simulated or measured vehicle reactions are calculated for all test disturbances while varying the driving speed v and the track curvature kr,d) and wherein the regression coefficients aj to ij are ultimately determined for each vehicle reaction j=1..J to be evaluated by equating the vehicle-specific weighting functions
with the extreme values from step c) and inserting the characteristic parameters pm,k={ySt,k , y Ew,k, zSt,k , zEw,k , gh St,k, ghEw,k} of the respective driving speed v and the respective track curvature kr. - A method for determining vehicle-specific weighting functions for an effect-related evaluation of the positional quality of a track which - except for the definition of the weighting functions - comprises the same characteristics as in Claim 1, wherein the variables ySt, yEw , zSt , zEw , gh St, ghEw are additionally weighted with the driving speed v in the vehicle-specific weighting functions according to Claim 1 and another component v2 . kr that is decisive for the quasi-static vehicle reaction is taken into consideration in the evaluation such that the weighting functions assume the following form:
- The method according to Claim 1 or 2, characterized in that the positional quality of the track is evaluated in an effect-related fashion for different vehicles based on the weighting functions, wherein the regression coefficients of the weighting functions differ for the different vehicles.
- The method according to one of the preceding claims for an effect-related evaluation of the positional quality of a track by utilizing the vehicle-specific weighting functions, wherein the deviations of the track from its nominal position are measured in the form of a disturbance variable curve S=(y, z, gh) and evaluated based on the corresponding calculated vehicle reactions, characterized in thata) the characteristic parameters p m=1..6={ySt, yEw, zSt, ZEw, ghSt, ghEw} are determined from the respective slope of the variables y, z, gh and the respective extreme value of the variables y, z, gh,b) these characteristic parameters p m=1..6={ySt, yEw, zSt, zEw, ghSt, ghEw}, the locally permitted vehicle speed v and the local track curvature kr are subsequently inserted into the vehicle-specific weighting functions Rj such that the expected extreme values of the vehicle reactions result, andc) these values are compared with permitted values of the vehicle reactions, wherein the result of this comparison represents the effect-related evaluation of the positional quality of a track.
- The method according to Claim 4, characterized in that the disturbance variable curve S=(y, z, gh) is divided into sections Sn=(yn, zn, ghn) and a set of characteristic parameters pm,n is determined for each section Sn.
- The method according to Claim 5, characterized in that the division of the disturbance variable curve into sections Sn=(yn, zn, ghn) is carried out based on the zero crossings of a modified disturbance variable curve, wherein the modified disturbance variable curve results from the disturbance variable curve minus its average value.
- The method according to Claim 5, characterized in that the division of the disturbance variable curve into sections Sn=(yn, zn, ghn) is carried out based on the intersecting points of the disturbance variable curve with a threshold value line extending parallel to the path axis (abscissa).
- The method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the weighting functions Rj for the following vehicle reactions are taken into consideration:j=1: ΣY (sum of horizontal wheel forces),j=2: Y/Q (ratio of horizontal wheel force to vertical wheel force),j=3: Qmin (minimal wheel contact force),j=4: Qmax (maximal wheel contact force),j=5: yb (horizontal vehicle body acceleration),j=6: zb (vertical vehicle body acceleration).
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