EP3145788A1 - Verfahren zur stabilisierung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur stabilisierung eines schienenfahrzeugs

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EP3145788A1
EP3145788A1 EP15739234.1A EP15739234A EP3145788A1 EP 3145788 A1 EP3145788 A1 EP 3145788A1 EP 15739234 A EP15739234 A EP 15739234A EP 3145788 A1 EP3145788 A1 EP 3145788A1
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EP
European Patent Office
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speed
rail vehicle
vibration
changed
wheelset
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EP3145788B1 (de
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Fabian Wennekamp
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP3145788A1 publication Critical patent/EP3145788A1/de
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/12—Measuring or surveying wheel-rims
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. GPS

Definitions

  • the invention relates to a method for stabilizing a rail vehicle with a wheelset in which the speed of the rail vehicle is changed when a critical vibration condition of the wheelset occurs.
  • Rail vehicles usually have on the axle side rigidly connected to a wheel set wheels.
  • the wheels usually have conical wheel profiles whose outer diameters taper towards the vehicle outside. This type of profiling allows despite a pairwise rigid connection of the wheels wear and a ⁇ low-noise cornering, as radii-related path differences between inside and outside wheels can be compensated by rolling on different outer diameters.
  • Rail vehicle is changed using a vibration state value of the wheelset.
  • the invention is based on the consideration that a permanent reduction of the speed to a Budapest ⁇ voted value - which may be 180 km / h and below in a high-speed train 180 km / h - may lead to a reduction in timeliness and the availability of the rail vehicle.
  • the speed is changed using the vibration state quantity, so that the change can be brought into a functional dependence on the vibration state quantity.
  • the ALTERATION can be used as a function of swing state variable Vari ⁇ ation of the vibration condition size also vary.
  • the speed can be increased by a decrease again, in particular in dependence on the Schwingungszu ⁇ stand size, and thereby achieved an increased schedule fidelity and punctuality of the rail vehicle.
  • an attenuation of a lateral vibration can at least be the verstan ⁇ a wheelset of the rail vehicle. This attenuation can be achieved by reducing excitation forces of the vibration, changing a damping of the vibration, or the like.
  • the wheelset may comprise two wheels rotationally locked together about an axle or a shaft.
  • the wheelset can be arranged on a bogie.
  • two wheelsets are arranged on a bogie.
  • the bogie may be disposed on the underside of the rail vehicle and rotatably supported about a vertical axis of the rail vehicle.
  • the bogie comprises a damper - also called roll damper - for damping a Drehbewe- movement of the bogie.
  • a vibration state may be understood, in which the vibrational state quantity such as an acceleration support ⁇ be moderately reaches a predetermined limit and / or exceeds.
  • the predetermined limit may be specified in a relevant standard.
  • An oscillation state quantity can be a time-dependent physi ⁇ cal size - for example, a deflection, a Ge ⁇ speed or an acceleration - which, if necessary, together with another size uniquely describes a state of a periodically moving system.
  • the stabilization of the rail vehicle can be accompanied by an amount ⁇ moderate reduction in the vibration state variable of the vibration of the wheelset.
  • An oscillation S (t) of the rail vehicle is dependent on the speed v (t) of the rail vehicle and other parameters such as track direction, track condition, equivalent taper, crosswind, loading of the rail vehicle and the like:
  • S (t) f (v (t) , t).
  • the function f (v (t), t) will be difficult to determine analytically because of its high variability.
  • the function ⁇ is conveniently for different amounts of oscillations ⁇ s supply state quantity different velocities at v, where s clearly a speed-can be assigned to speed v at each oscillation state variable ⁇ .
  • the speed change dv / dt or v 'can be used.
  • the change in velocity v of the shooting ⁇ nen povertys, so the velocity and / or the End point of the change, ie the target speed, he ⁇ conveniently follows using the function ⁇ , so that in the presence of a critical state of vibration, the reduction in function of the vibration state variable corresponding to the function ⁇ . Different amounts of vibration condition size can therefore lead to differing ⁇ chen changes of speed.
  • the change in the speed preferably takes place at least predominantly automatically, ie while avoiding manual intervention by a vehicle driver.
  • an excessive duration and amount or extent Ver ⁇ ring réelle - ie, a reduction, beyond adequate for stabilization of the rail vehicle over time and / or amount-reduction - avoid increase a reachable average speed of the rails ⁇ vehicle and thus Improved timeliness and punctuality allows.
  • the vibration state quantity is used as a control variable for changing the speed.
  • the Ge ⁇ speed is changed so that the oscillation state ⁇ size the predetermined limit below magnitude lower.
  • the vibration state quantity is detected by metrology at predetermined time intervals, preferably continuously or quasi-continuously.
  • the vibration state amount is compared with a default value ⁇ and the speed changed in dependence on a difference between the set value and the detected value of the vibration state variable. It is advantageous if the speed is changed within a control loop for controlling the vibration state quantity. Within a control loop, the speed can be a manipulated variable.
  • the vibration state quantity is an acceleration.
  • the acceleration may be substantially transverse to the direction of travel of the vehicle Rail vehicle extending, so be a lateral or lateral ⁇ acceleration.
  • the acceleration may be an acceleration of an element of the rail vehicle, in particular a wheel, a wheel set or a bogie.
  • the acceleration is determined on the bogie of the rail vehicle. It is also conceivable that the acceleration is determined on a wheelset, a wheel and / or another element of the rail vehicle.
  • the determination can take place via a measuring device prepared for this purpose.
  • the measuring device may comprise a sensor, preferably a piezoelectric acceleration sensor.
  • the determination of the oscillation state variable can take place with a position transducer, in particular in combination with a time measuring device.
  • a driving range can be understood as a driving time or a driving distance, generally a time duration or a distance.
  • the specified differently bene driving range can be a driving time of 30 minutes, a driving distance of 50 km or the like. It is advantageous if a plurality of driving ranges, in particular in dependence on a current speed of the rail vehicle, are predetermined. Expressed greatly simplifies the process can be performed in such a way from ⁇ that the speed occurs when a critical oscillation condition of the wheel set, the example embodiment ⁇ at 275 km / h until the stabilization of the
  • Rail vehicle or a sufficient reduction of the vibration state quantity is reduced.
  • the thus verrin ⁇ crop speed can Betra ⁇ gen. Traverses example 254.5 km / h, the rail vehicle a predetermined ride ⁇ range, for example 20 km, without that a new critical If the oscillation state occurs, the speed is increased again. In this way, a possible Fahrplanab ⁇ deviation of the rail vehicle, ie a loss of time due to the previous instability-induced reduction in speed, minimized and the punctuality of the rail ⁇ nenhuss be increased.
  • the instability can be influenced by vehicle-side and / or track bed or trackside dimensions. Examples game instance, a worn or damaged track segment occurrence of a critical vibration ⁇ influence, states. By specifying the driving range until the speed is increased again, it is particularly avoided that critical oscillation states repeatedly occur on such a track section as a result of a premature increase in the speed.
  • the average speed can be for example between 70% and 80%, preferably between 80% and 95%, a UNMIT ⁇ telbar achieved by a method according to the variation of the speed rate. This can be avoided that the speed is increased prematurely or before driving through a sufficiently wide route and, for example, again a critical vibration condition is triggered by a too fast ride on a worn track ⁇ track section.
  • the vibration state or the vibration of the wheelset can be significantly influenced by the forces acting on the wheelset or on the wheels.
  • it can be prepared by a braking of the rail vehicle and the thereby occurring frictional forces between wheel and rail come to an embedding ⁇ unitung the vibration of the wheel set. Therefore, it may happen that the rail vehicle is stabilized by a braking process and the associated reduction in speed. is lome, after an at least predominantly reducing the braking force-dh in an at least partial release of the brake-but immediately again a critical Schwingungszu ⁇ occurs.
  • Vibration state can be avoided as a result of a partial or kompli ⁇ gene reduction in braking force in a simple manner.
  • the safety factor can be between 0.85 and 0.95, preferably between 0.95 and 0.99. In particular, with a safety factor of 0.98, sufficient stabilization of the rail vehicle can be achieved with minimal additional reduced speed.
  • the maximum speed is limited to a driving range, so that after passing through the speed can be increased beyond the maximum speed.
  • a predetermined driving range - this may be a driving distance or a driving time - no renewed te instability is canceled, the last set VELOCITY ⁇ keitsbegrenzung.
  • multiple speed limits may be sequentially set during a trip having multiple unstable states. To increase the speed, it has been reported he ⁇ be advantageous if the speed limits after passing through the predetermined travel range consecutively - ie the first time last set, then the penultimate time to set and so on - are removed. In this context, it can be said that the rail vehicle approaches the speed, which still allows a stable driving condition.
  • the speed is reduced continuously until the vibration state variable falls below a predetermined limit.
  • Kon ⁇ continuously that the rail vehicle is braked with a non-zero velocity gradient ⁇ an unknown at the beginning of the braking process speed in this context. In this way, it can be ⁇ enough that the speed is not braked necessary for stabilizing the rail vehicle necessary.
  • the predetermined limit may be set in a relevant standard and / or be an empirical value.
  • the speed is reduced, the oscillation state variable is measured during the reduction in the speed and the speed is reduced until the oscillation state variable falls below a predetermined limit value as a result of the reduction in the speed.
  • the speed is changed to one or successively several discrete speed values and thus stepwise.
  • the change in the rate is carried out on a VELOCITY ⁇ Speed Interval evenly distributed speed values.
  • the speed values can be measured at a distance of 50 km / h, vorzugt at a distance of 10 km / h within the VELOCITY ⁇ keitsintervalls.
  • the VELOCITY ⁇ Speed Interval between 210 km / h and 330 km / h discrete intermediate values 300 km / h 270 km / h have 240 km / h.
  • the speed is reduced to a pre-set speed value ⁇ when a critical Vibration state repeatedly occurs within a speed ⁇ keitsintervalls.
  • the speed is reduced to a predetermined speed value when a critical vibration state occurs ⁇ as repeated on one and the same wheelset of the rail vehicle.
  • Critical vibration states can occur more than once within a speed interval and / or at one and the same wheelset, if they are influenced at least predominantly by a vehicle-side size.
  • a size may be a wear of a wheel, a wheel set, a bogie or the like.
  • ⁇ sondere may favor the wear state of a bogie damper, a wheel or wheel set bearing or the like, the occurrence of a critical oscillation condition.
  • the speed is permanently verrin ⁇ Gert, for example up to a next regularly scheduled maintenance, preferably until the next maintenance of the rail vehicle.
  • a speed-induced overstressing of worn components and / or safety-critical driving conditions of the rail vehicle occurs.
  • the predetermined one Minimum speed can be between 160 km / h and 200 km / h, preferably between 200 km / h and 220 km / h.
  • the speed of the rail vehicle is changed using GPS information about the current position of the rail vehicle.
  • a position to initiate a braking operation, a delay value, an acceleration value or the like for loading optimized stabilization of the rail vehicle can be determined using the GPS information to the current position of the rail vehicle.
  • the use of current location or position information of the rail vehicle may be particularly advantageous in connection with stored position information upon the occurrence of a critical vibration condition.
  • positional information in conjunction with stored information on the location of a damaged, worn, generally critical, track section that may promote instability of the rail vehicle may be advantageous.
  • a characteristic element of the track or a track installed in locating feature or a tracking system can be used.
  • Rail vehicle in front of a known critical Gleisstre ⁇ ckenabites or the like. As a result, the rail vehicle can be stabilized in a manner adapted to the route.
  • the speed of the rail vehicle is used tion of a measurement signal of a vehicle mounted track ⁇ measuring device changed.
  • the track measuring device may be a device for metrological detection of a rail profile or a track position error.
  • a track position error may be a deviation of the position of a track in a horizontal or vertical direction from a target position.
  • a track position error may be a mistake in the mutual altitude of two rails forming the track, which may arise during construction or changes in the track substructure.
  • the measurement signal can be used as a variable for determining a deceleration or acceleration adapted to a current track state represented by the measurement signal.
  • the measurement signal may be used as a variable in a speed-change control loop.
  • the measurement signal can be used as a variable in a control loop for determining a manipulated variable, in particular an acceleration or deceleration, for stabilizing the rail vehicle. From the rail profile, for example, the deviation of the profile from a desired profile
  • the damping can be a damping of a bogie damper, a wheel or a
  • Wheelset damper or the like of the rail vehicle When a critical vibration condition occurs, the change in damping, in addition to the change in the speed of the rail vehicle, can be used as an additional measure to stabilize the rail vehicle.
  • the invention is also directed to an arrangement for stabilizing a rail vehicle comprising a wheelset and a drive unit for acceleration and / or deceleration of the rail vehicle, with a determination device for determining a vibration state variable (66) of the wheelset.
  • the arrangement has a control unit which is prepared for driving the drive unit using the vibration state quantity of the wheelset to change the speed of the rail vehicle.
  • FIG 1 shows a rail vehicle with an arrangement for stabilization ⁇ capitalization of the rail vehicle
  • FIG 2 is a schematic representation of a control circuit for the stabilization of the rail vehicle of Figure 1
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a supervisedsgemä ⁇ SEN velocity profile of the rail vehicle of Figure 1,
  • FIG 5 is a schematic representation of a further Ge ⁇ schwindtechniksverlaufs having a predetermined Ge ⁇ schwindtechniksbegrenzung and
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an exemplary
  • FIG. 1 shows a rail vehicle 2 with an arrangement 4 for stabilizing the rail vehicle 2.
  • the rail vehicle 2 comprises a plurality of carriages 6, 8 of which only one carriage 6 is shown completely and the other two carriages 8 are partially shown for the purpose of simplified depiction.
  • a rail vehicle has only a single car, which may be a traction vehicle, a wagon or the like.
  • the rail vehicle 2 has two arranged at the bottom of Wa ⁇ gens 6, rotatably mounted bogies 10 each with a wheel set ⁇ wells 12th Each bogie 10 is depending ⁇ wells connected via a damper 14 for damping rotary motion with the Wa gen.
  • Each of the wheelsets 12 comprises two wheels 16, each rigidly connected to one another via an axle, wherein only one wheel can be seen in the selected side view.
  • the arrangement 4 for stabilizing the rail vehicle 2 comprises a plurality of detection devices 18, a track measuring device 20 and a control unit 26.
  • a drive unit 22 and a position determining device 24 of the rail vehicle 2 can optionally also be seen as components of the arrangement 4.
  • the detection means 18 are arranged in the present embodiment of the bogies 10, more precisely on the wheels 16 of the wheelsets 12, and in each case for determining a SchwingungsSchs fois foi each of a wheelset 12 before ⁇ prepares.
  • the Schwingungszu ⁇ stand size is a lateral acceleration, which is substantially perpendicular to the direction of travel 28 of the rail vehicle 2 and in particular runs horizontally.
  • the track measuring device 20 is prepared for a metrological detection of a track position error of a track 30, which describes a deviation of the position of the track 30 in the horizontal or vertical direction of a desired position.
  • the drive unit 22 is prepared for accelerating and decelerating the rail vehicle 2. Deviating from vorlie ⁇ constricting embodiment, a rail vehicle and a plurality of drive units that can be arranged, for example, set to the bogies or distributed on individual car of the railway vehicle having.
  • the position determining device 24 is a receiving unit for receiving signals for the satellite-based determination of a current position of the rail vehicle 2.
  • the control unit 26 is by means of the signal connections 32, 34, 36 and 38 with the position detection means 24, the detection means 18 of the front bogie in the direction 28 of 10 Car 6, the drive unit 22 and the track measuring device 20 connected.
  • control unit 26 is connected via the signal connections 40 and 42 to the detection devices 18 of the rear bogie 10 in the direction of travel 28 and optionally further determination devices , in particular those which are present in the further carriages 8 of the rail vehicle 2. It is of course also conceivable that each car of a rail vehicle, each bogie of a car, each wheel ei ⁇ nes bogie or each wheel of a wheelset has a ge ⁇ separate control unit.
  • the control unit 26 is prepared for controlling the drive unit 22 with a control signal 44 via the signal connection 36 for accelerating or decelerating the rail vehicle 2 using the measurement signals 46, 48 and the position signal 50 or a GPS information 50. Furthermore, this preparation consists of the use of measurement signals 52 and 54, which are conducted via the signal connections 40 and 42.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a control circuit 56 for stabilizing the rail vehicle 2 from FIG. 1.
  • the control circuit 56 has a controller 58, an actuator 60 and a controlled system 62.
  • the actuator 58 is part of the control unit 26 described in the previous embodiment ⁇ example with reference to FIG.
  • the actuator 60 is part of the drive unit 22 and the controlled system 62 a vibration state of a wheel 12 of the rail vehicle 2. It is also conceivable, the controlled system 62 in general as the driving state of Rail vehicle 2, rotary To describe stella- or wheelset vibration or the like.
  • a Schwingungszu- stand size 66 as a controlled variable 68, which in the present exemplary embodiment ⁇ an acceleration of a wheel 16 of
  • This (La ⁇ teral-) acceleration 66 is finished for the metrological detection of an instability or a sinusoidal travel of the rail car 2 is advantageous.
  • the controlled variable 68 ie the acceleration, is determined at the output 64 of the control circuit 56 and fed as a measured variable 70 via a feedback 72 to the input 74 of the control circuit 56.
  • These metrological determination of Accelerati ⁇ supply or of the measured variable 70 is performed by the detection device 18 on a wheel 12 of the rail vehicle 2.
  • a guide variable is present, which in the present exemplary embodiment is a predetermined limit value 76 for the acceleration of the wheel set 12.
  • the controller 58 - ie the control unit 26 - fed.
  • the subtraction 78 takes place by a function of the control unit 26.
  • the controller 58 and the control unit 26 generates the control signal 44 (see also Figure 1) using the thus ge ⁇ formed control deviation 80, implicitly using the vibration state of size 66 and the control variable 68, and controlled by means of this the actuator 60 or the drive ⁇ unit 22 at.
  • the controller 58 further uses a GPS information 82 or the measurement signal 50 and the measurement signal 46 of the track measuring device 20 for generating the -
  • Control value 84 i.
  • the drive unit 22 delays or accelerates the rail vehicle 2, so that the manipulated variable 84 acts on the control path 62 or the wheel set 12 in the form of a changed speed 86.
  • the rule change ⁇ stretch their condition 62, ie it adjusts to now modified vibration state 66 of the wheel 12 a, which in turn metrologically as changed (lateral) acceleration - that do not use a longitudinal acceleration in the direction of travel 28 of the rail vehicle 2 to is confused - recorded and fed back.
  • a disturbance variable 88 acts on the controlled system 62 or on the wheelset 12.
  • the disturbance variable 88 is here a force which acts on the wheel set 12, more precisely a braking or accelerating force generated by the drive unit 22 as a result of the control signal 44.
  • the described control process is carried out continuously or quasi ⁇ continuously for a plurality of successive times until an alignment between the measured variable 70 and the limit value 76 is established.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a supervisedsge ⁇ MAESSEN course of a speed v (84, 86, see FIG. 2) of the railway vehicle 2 of FIG 1.
  • the depicting ⁇ lung shows a corresponding timing of a vibration ⁇ state SZ (66, 68, 70, see FIG 2). Both curves are plotted over the time t, with the two abscissas of the representation being identical.
  • the speed v is the speed 86 of the rail vehicle 2
  • the oscillation state SZ is the magnitude of the oscillation quantity 66 or the (late ⁇ term ) acceleration of a wheel set 12 of the rail vehicle 2. Since an accurate description of the state of vibration SZ over time t at this point to explain the method is not necessary and for the purpose of an improved representability, the course of SZ is greatly simplified il ⁇ lustriert. Consequently, the course of the oscillation state SZ merely reflects the change between two discrete states, namely a critical oscillation state KSZ and an uncritical oscillation state USZ.
  • the rail vehicle 2 accordingly moves from the time t7a until further notice at the speed vm3a.
  • the speed v is increased again because the rail vehicle 2 has traveled for a predetermined driving range T within a non-critical vibration state area USZ.
  • the speed limit G3 set at time t6a is deleted, and the rail vehicle 2 is accelerated.
  • the rail vehicle 2 is accelerated up to the speed limit G2 set and still existing at the time t4a and reaches it at the time t9a.
  • the speed v is increased again because the rail vehicle 2 has traveled for another predetermined driving range T with a non-critical vibration state USZ.
  • the speed limit G2 set at the time t4a is removed, and the rail vehicle 2 is accelerated.
  • the rail running ⁇ convincing 2 to set the time t 2 a and still be standing ⁇ speed limit Eq accelerates and reaches tlla at the time.
  • the predetermined driving range T is a driving time between two driving times. But it is also possible that the driving range is a driving distance between two track points of the rail vehicle 2.
  • Such disturbances may be the forces at the wheel 12 that occur in a pulsed manner, a fluctuating, varying, or the like Wei ⁇ se in particular.
  • the speed v is decreased by one between the times tla and t2a, t3a and t4a, and t5a and t6a each with a substantially constant delay bl, b2 and b3, respectively.
  • a stabilization of the braking forces acting on the wheel set 12 during deceleration can be achieved, so that the influence of braking force fluctuations as a disturbance variable 88 on the stabilization of the rail vehicle 2 or on the controlled system 62 is minimized.
  • normal driving conditions of the rail vehicle ⁇ zeugs 2 at low or moderate speeds v such as driving through a switch, rapidly leads to a critical oscillation condition KSZ.
  • KSZ critical oscillation condition
  • the speed is only changed when a kri ⁇ tic vibration state KSZ above a predetermined minimum speed vOO.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further ver ⁇ drive according to the speed curve v and one to kor ⁇ respond Schlierenden course of a vibration state SZ, depending ⁇ wells over time t, wherein the two abscissae of the representation position are again identical.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences from the respective preceding exemplary embodiments, to which reference is made with regard to features and functions that remain the same.
  • the rail vehicle 2 is moving (see FIG 1) at a speed VOB, wherein a unkri ⁇ genetic vibration state of the gear set 12 and a stable le ride of the railway vehicle 2 is present.
  • the speed v is increased again and the speed limit G4 is removed because the rail vehicle 2 has traveled for a predetermined driving range T within a non-critical vibration state area USZ.
  • the velocity v is but one VELOCITY ⁇ v2b keitswert with v2b> VOB increased, and for the establishment of an external v2b - not process-related - factor is decisive.
  • a critical oscillations ⁇ supply state KSZ again occurs a critical oscillations ⁇ supply state KSZ and the velocity v of the rails ⁇ vehicle 2 is reduced again.
  • the speed v is reduced again to the predetermined speed value vlb, which in turn is used as the speed limit G4, at the time t7b.
  • a non-critical Schwingungszu ⁇ stand is achieved USZ already at the time T6b with T6b ⁇ T7B.
  • a critical oscillations ⁇ supply state KSZ occurs, and the speed v of the vehicle 2 ⁇ rails is again reduced.
  • the speed v is reduced to a predetermined speed value v3b, which is used as the speed limit G5, at the time tlOb.
  • v3b which is used as the speed limit G5
  • the remaining speed limit G4 is also removed and the rail vehicle 2 is accelerated.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further procedural proper speed curve v, and an korres ⁇ pondierenden waveform of a vibration state SZ.
  • a permanent Ge ⁇ schwindtechniksbegrenzung occurs here after repeated occurrence of a critical oscillation condition KSZ at a predetermined, substantially reduced, speed value. In this way it can be avoided ver ⁇ , that there is a speed-related overuse of worn components of the rail nenEnglishs 2 and / or safety-critical driving conditions.
  • the VELOCITY ⁇ ness is tlc v of the rail vehicle 2 in the event of critical vibrational states KSZ at times, t3c, and T5C successively VLC on the velocity values v2c and v3c that are reached in each case at the times t2c, T4C and t6c , reduced.
  • KSZ critical vibrational states
  • the speed v is decelerated as a result of the now multiple occurred instability of the rail vehicle 2 to a predetermined, significantly reduced, speed value v4c, wherein the occurred at time t7c critical vibration state KSZ is already left at time t8c.
  • the speed value v4c thus achieved at the time t9c is set as the speed limit G6, and the rail vehicle 2 is operated at the maximum speed for the time being.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an exemplary process sequence.
  • the rails ⁇ vehicle 2 moves at a speed v (see FIG. 3, VOA) in a stable driving state (see FIG. 3, USZ).
  • v see FIG. 3, VOA
  • USZ stable driving state
  • the speed VOA under USAGE ⁇ dung an oscillation state quantity 66 is, more specifically, the loading ⁇ acceleration - that the control variable 68 - changed 110.
  • the speed is reduced until the oscillation state ⁇ size 66 a predetermined limit (see Figures 2, 76) reached.
  • different maximum speed eg. Vmla
  • Gl speed limit
  • the speed is again reduced 140.
  • Another speed limit is determined and set 150.
  • the process steps changing a speed and setting a speed limit are repeated if further instabilities occur before passing through predetermined driving ranges. This is repeated until, for example, a maximum number of speed limits ⁇ is set, reaches a predetermined minimum speed or below or the like.
  • a continuation 160 of the method is indicated in FIG. 3 by the puncturing.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs (2) mit einem Radsatz (12) bei dem die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands (KSZ) des Radsatzes (12) verändert wird. Ein vorteilhaftes Verfahren kann erreicht werden, wenn die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) unter Verwendung einer Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12) verändert (110, 140) wird.

Description

Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs mit einem Radsatz bei dem die Geschwindig- keit des Schienenfahrzeugs bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands des Radsatzes verändert wird.
Schienenfahrzeuge weisen üblicherweise achsseitig starr zu einem Radsatz verbundene Räder auf. Zur Spurführung auf einer Schiene weisen die Räder üblicherweise konische Radprofile auf, deren Außendurchmesser sich zur Fahrzeugaußenseite hin verjüngen. Diese Art der Profilierung ermöglicht trotz paarweise starrer Verbindung der Räder eine verschleiß- und ge¬ räuscharme Kurvenfahrt, da radienbedingte Wegunterschiede zwischen kurveninneren und kurvenäußeren Rädern durch Abrollbewegungen auf unterschiedlichen Außendurchmessern kompensiert werden können.
Bei einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit auf einem geraden Gleis oder in Kurven mit großen Radien kann ein derartig profilierter Radsatz in einen kritischen Schwingungszustand geraten. Dabei führt der Radsatz periodische, laterale - also quer zur Fahrtrichtung verlaufende - Bewegungen aus, die zu einer sicherheitskritischen Instabilität des Schienenfahr- zeugs führen können. Diese derart verursachte Instabilität kann insbesondere mit einer übermäßigen Beanspruchung des Gleisbetts oder mit Komforteinbußen für die Fahrgäste einhergehen . Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Schienenfahrzeug zuverlässig stabilisiert werden kann .
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Geschwindigkeit des
Schienenfahrzeugs unter Verwendung einer Schwingungszustands- größe des Radsatzes verändert wird. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine dauerhafte Verringerung der Geschwindigkeit auf einen vorbe¬ stimmten Wert - der bei einem Hochgeschwindigkeitszug 180 km/h und darunter betragen kann - zu einer Verminderung der Fahrplantreue und der Verfügbarkeit des Schienenfahrzeugs führen kann. Durch die Erfindung wird die Geschwindigkeit unter Verwendung der Schwingungszustandsgröße verändert, so dass die Veränderung in eine funktionale Abhängigkeit von der Schwingungszustandsgröße gebracht werden kann. Die Verände- rung kann als Funktion der Schwingungszustandsgröße mit Vari¬ ation der Schwingungszustandsgröße ebenfalls variieren. Somit kann eine nach Dauer, Art und/oder Umfang an die tatsächlichen Umstände des kritischen Schwingungszustands angemessene Veränderung der Geschwindigkeit zur Stabilisierung des Schie- nenfahrzeugs erreicht werden. Auf diese Weise kann zum einen eine sicherheitstechnische Anforderung erfüllt werden, zum anderen kann eine nach Dauer und Umfang übermäßigen Verringerung der Geschwindigkeit vermieden werden. Insbesondere kann die Geschwindigkeit nach einer Verringerung wieder erhöht werden, insbesondere in Abhängigkeit von der Schwingungszu¬ standsgröße, und dadurch eine gesteigerte Fahrplantreue bzw. Pünktlichkeit des Schienenfahrzeugs erreicht werden.
Unter einer Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs im Sinne der Erfindung kann eine Abschwächung einer lateralen Schwingung zumindest eines Radsatzes des Schienenfahrzeugs verstan¬ den werden. Diese Abschwächung kann durch eine Verringerung von Anregungskräften der Schwingung, eine Veränderung einer Dämpfung der Schwingung oder dergleichen erreicht werden.
Der Radsatz kann zwei über eine Achse oder eine Welle drehstarr miteinander verbundene Räder umfassen. Der Radsatz kann an einem Drehgestell angeordnet sein. Vorzugsweise sind zwei Radsätze an einem Drehgestell angeordnet. Das Drehgestell kann an der Unterseite des Schienenfahrzeugs angeordnet und um eine Hochachse des Schienenfahrzeugs drehbar gelagert sein. Vorzugsweise umfasst das Drehgestell einen Dämpfer - auch Schlingerdämpfer genannt- zur Dämpfung einer Drehbewe- gung des Drehgestells.
Unter einem kritischen Schwingungszustand des Radsatzes kann ein Schwingungszustand verstanden werden, bei dem die Schwin- gungszustandsgröße, beispielsweise eine Beschleunigung, be¬ tragsmäßig einen vorherbestimmten Grenzwert erreicht und/oder überschreitet. Der vorherbestimmte Grenzwert kann in einer einschlägigen Norm festgelegt sein. Eine Schwingungszustandsgröße kann eine zeitabhängige physi¬ kalische Größe - beispielsweise eine Auslenkung, eine Ge¬ schwindigkeit oder eine Beschleunigung - sein, die gegebenenfalls zusammen mit einer weiteren Größe einen Zustand eines sich periodisch bewegenden Systems eindeutig beschreibt. Die Stabilisierung des Schienenfahrzeugs kann mit einer betrags¬ mäßigen Verringerung der Schwingungszustandsgröße der Schwingung des Radsatzes einhergehen.
Eine Schwingung S (t) des Schienenfahrzeugs ist abhängig von der Geschwindigkeit v(t) des Schienenfahrzeugs sowie anderen Parametern, wie Gleisrichtung, Gleiszustand, äquivalenter Konizität, Seitenwind, Beladung des Schienenfahrzeugs und dergleichen: S (t) = f(v(t), t) . Die Funktion f(v(t), t) wird wegen ihrer hohen Variabilität schwer analytisch festzu- legen sein. Dennoch ist in einer Steuereinheit des Schienenfahrzeugs zweckmäßigerweise eine Funktion φ hinterlegt, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Schwingungszustandsgröße s und der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs angibt, insbesondere mit der Geschwindigkeit als abhängige Variable v = ())(s), wobei v und s wiederum von der Zeit t und φ von weiteren Variablen abhängig sein können. Die Funktion φ gibt zweckmäßigerweise für verschiedene Beträge der Schwin¬ gungszustandsgröße s verschiedene Geschwindigkeiten v an, wo¬ bei jeder Schwingungszustandsgröße s eindeutig eine Geschwin- digkeit v zugeordnet sein kann. Anstelle der Geschwindigkeit v kann die Geschwindigkeitsveränderung dv/dt bzw. v' verwendet werden. Die Veränderung der Geschwindigkeit v des Schie¬ nenfahrzeugs, also der Geschwindigkeitsgradient und/oder der Endpunkt der Veränderung, also die Zielgeschwindigkeit, er¬ folgt zweckmäßigerweise unter Verwendung der Funktion φ, so dass bei Vorliegen eines kritischen Schwingungszustands die Verringerung in Abhängigkeit von der Schwingungszustandsgröße entsprechend der Funktion φ erfolgt. Unterschiedliche Beträge der Schwingungszustandsgröße können somit zu unterschiedli¬ chen Veränderungen der Geschwindigkeit führen.
Bevorzugt erfolgt die Veränderung der Geschwindigkeit zumin- dest überwiegend automatisch, d.h. unter Vermeidung eines manuellen Eingriffs eines Fahrzeugführers. Auf diese Weise wird eine nach Dauer und Betrag bzw. Umfang übermäßig starke Ver¬ ringerung - d.h. eine Verringerung, die über eine zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs hinreichende zeitliche und/oder betragsmäßige Verringerung hinausgeht - vermieden, eine erreichbare Durchschnittsgeschwindigkeit des Schienen¬ fahrzeugs erhöht und somit eine verbesserte Fahrplantreue bzw. Pünktlichkeit ermöglicht. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Schwingungszustandsgröße als Regelgröße zur Veränderung der Geschwindigkeit verwendet. Zweckmäßigerweise wird die Ge¬ schwindigkeit derart verändert, dass die Schwingungszustands¬ größe den vorherbestimmten Grenzwert betragsmäßig unter- schreitet. Vorzugsweise wird die Schwingungszustandsgröße in vorbestimmten zeitlichen Abständen, bevorzugt kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich, messtechnisch erfasst. Zweckmäßigerweise wird die Schwingungszustandsgröße mit einem Vorgabe¬ wert verglichen und die Geschwindigkeit in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Vorgabewert und dem erfassten Wert der Schwingungszustandsgröße verändert. Es ist vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit innerhalb eines Regelkreises zur Regelung der Schwingungszustandsgröße verändert wird. Innerhalb eines Regelkreises kann die Geschwindigkeit eine Stellgröße sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schwingungszustandsgröße eine Beschleunigung. Die Beschleunigung kann insbesondere eine im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufende, also eine Quer- bzw. Lateral¬ beschleunigung, sein. Die Beschleunigung kann eine Beschleunigung eines Elementes des Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Rades, eines Radsatzes oder eines Drehgestells, sein.
Zweckmäßigerweise wird die Beschleunigung am Drehgestell des Schienenfahrzeugs ermittelt. Es ist auch denkbar, dass die Beschleunigung an einem Radsatz, einem Rad und/oder einem anderen Element des Schienenfahrzeugs ermittelt wird. Die Er- mittlung kann über eine hierfür vorbereitete Messeinrichtung erfolgen. Die Messeinrichtung kann einen Sensor, bevorzugt einen piezoelektrischen Beschleunigungssensor, aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Ermittlung der Schwingungszu- standsgröße mit einem Wegaufnehmer, insbesondere in Kombina- tion mit einer Zeitmesseinrichtung, erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Geschwindigkeit erhöht, wenn das Schienenfahrzeug für einen vorgegebenen Fahrbereich innerhalb eines unkritischen Schwin- gungszustandsbereichs des Radsatzes gefahren ist. Unter einem Fahrbereich im Sinne dieser Erfindung kann eine Fahrdauer oder eine Fahrstrecke, generell eine Zeitdauer oder eine Strecke, verstanden werden. Beispielsweise kann der vorgege¬ bene Fahrbereich eine Fahrdauer von 30 min, eine Fahrstrecke von 50 km oder dergleichen sein. Es ist vorteilhaft, wenn mehrere Fahrbereiche, insbesondere in Abhängigkeit von einer aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, vorgegeben sind . Stark vereinfacht ausgedrückt kann das Verfahren derart aus¬ geführt werden, dass die Geschwindigkeit bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands des Radsatzes, der beispiels¬ weise bei 275 km/h auftritt, bis zur Stabilisierung des
Schienenfahrzeugs bzw. einer ausreichenden Verminderung der Schwingungszustandsgröße verringert wird. Die derart verrin¬ gerte Geschwindigkeit kann beispielsweise 254,5 km/h betra¬ gen. Durchfährt das Schienenfahrzeug einen vorgegebenen Fahr¬ bereich, beispielsweise 20 km, ohne, dass ein erneuter kriti- scher Schwingungszustand auftritt, wird die Geschwindigkeit wieder erhöht. Auf diese Weise kann eine etwaige Fahrplanab¬ weichung des Schienenfahrzeugs, also ein Zeitverlust infolge der vorangegangenen instabilitätsbedingten Verringerung der Geschwindigkeit, minimiert und die Pünktlichkeit des Schie¬ nenfahrzeugs erhöht werden.
Die Instabilität kann durch fahrzeugseitige und/oder gleis- bett- bzw. gleiskörperseitige Größen beeinflusst werden. Bei- spielsweise kann ein verschlissener oder beschädigter Gleisstreckenabschnitt das Auftreten eines kritischen Schwingungs¬ zustands beeinflussen. Durch die Vorgabe des Fahrbereichs bis zur erneuten Erhöhung der Geschwindigkeit wird insbesondere vermieden, dass es auf einem derartigen Gleisstreckenab- schnitt durch eine vorzeitige Erhöhung der Geschwindigkeit wiederholt zu kritischen Schwingungszuständen kommt.
Zweckmäßigerweise wird die Geschwindigkeit erst wieder er¬ höht, sofern das Schienenfahrzeug den Fahrbereich mit einer vorgegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit durchfahren hat.
Die Durchschnittsgeschwindigkeit kann beispielsweise zwischen 70 % und 80 %, bevorzugt zwischen 80 % und 95 %, einer unmit¬ telbar nach einer verfahrensgemäßen Veränderung der Geschwindigkeit erreichten Geschwindigkeit betragen. Dadurch kann vermieden werden, dass die Geschwindigkeit vorzeitig bzw. vor durchfahren einer genügend weiten Fahrstrecke erhöht wird und beispielsweise erneut ein kritischer Schwingungszustands durch eine zu schnelle Fahrt auf einem verschlissenen Gleis¬ streckenabschnitt ausgelöst wird.
Der Schwingungszustand bzw. die Schwingung des Radsatzes kann maßgeblich durch die am Radsatz bzw. an dessen Rädern angreifenden Kräfte beeinflusst sein. Insbesondere kann es durch ein Abbremsen des Schienenfahrzeugs und die dabei auftreten- den Reibungskräfte zwischen Rad und Schiene zu einer Beein¬ flussung der Schwingung des Radsatzes kommen. Deshalb kann es vorkommen, dass das Schienenfahrzeug durch einen Bremsvorgang und die einhergehende Verringerung der Geschwindigkeit stabi- lisiert wird, nach einer zumindest überwiegenden Verringerung der Bremskraft -d.h. bei einem zumindest teilweisen Lösen der Bremse- jedoch umgehend erneut ein kritischer Schwingungszu¬ stand auftritt.
Es hat sich insbesondere deshalb als vorteilhaft erwiesen, eine von der veränderten Geschwindigkeit verschiedene Maxi¬ malgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit der veränderten Geschwindigkeit zu ermitteln. Zweckmäßigerweise ist diese Maximalgeschwindigkeit niedriger als die veränderte Geschwindigkeit, sodass ein Auftreten eines kritischen
Schwingungszustands infolge einer teilweisen oder vollständi¬ gen Verringerung der Bremskraft auf einfache Weise vermieden werden kann.
Es ist zweckmäßig, die Maximalgeschwindigkeit als ein Produkt aus einem Sicherheitsfaktor und der veränderten Geschwindigkeit zu ermitteln. Der Sicherheitsfaktor kann zwischen 0,85 und 0,95, bevorzugt zwischen 0,95 und 0,99, betragen. Insbe- sondere mit einem Sicherheitsfaktor von 0,98 kann eine ausreichende Stabilisierung des Schienenfahrzeugs bei minimal zusätzlich verringerter Geschwindigkeit erzielt werden.
Vorteilhafterweise ist die Maximalgeschwindigkeit auf einen Fahrbereich begrenzt, sodass nach dessen Durchfahren die Geschwindigkeit über die Maximalgeschwindigkeit hinaus erhöht werden kann.
Das Bisherige verkürzt und vereinfacht ausgedrückt kann das Verfahren derart ausgeführt werden, dass bei Auftreten einer Instabilität durch Schwingung die Geschwindigkeit bis zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs verringert und eine ent¬ sprechende Maximalgeschwindigkeit bzw. eine Geschwindigkeits¬ begrenzung ermittelt und zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Schwingungszustandsgröße gesetzt wird.
Tritt innerhalb eines vorbestimmten Fahrbereichs - dieser kann eine Fahrstrecke oder eine Fahrdauer sein - keine erneu- te Instabilität auf, wird die zuletzt gesetzte Geschwindig¬ keitsbegrenzung aufgehoben. Verfahrensgemäß können während einer Fahrt mit mehreren instabilen Zuständen mehrere Geschwindigkeitsbegrenzungen nacheinander gesetzt werden. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit hat es sich als vorteilhaft er¬ wiesen, wenn die Geschwindigkeitsbegrenzungen nach Durchfahren des vorbestimmten Fahrbereichs nacheinander - also zunächst die zeitlich zuletzt gesetzte, dann die zeitlich zu vorletzt gesetzte usw. - entfernt werden. In diesem Zusammen- hang kann von einem Herantasten des Schienenfahrzeugs an die Geschwindigkeit, die gerade noch einen stabilen Fahrzustand erlaubt, gesprochen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Geschwindigkeit kontinuierlich verringert, bis die Schwingungs- zustandsgröße unter einen vorbestimmten Grenzwert sinkt. Kon¬ tinuierlich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Schienenfahrzeug mit einem nicht verschwindenden Geschwindigkeits¬ gradienten auf eine zu Beginn des Bremsvorgangs unbekannte Geschwindigkeit abgebremst wird. Auf diese Weise kann er¬ reicht werden, dass die Geschwindigkeit nicht stärker als zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs notwendig abgebremst wird. Der vorbestimmte Grenzwert kann in einer einschlägigen Norm festgelegt und/oder ein empirischer Wert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Geschwindigkeit verringert, die Schwingungszustandsgröße während des Verrin- gerns der Geschwindigkeit gemessen und die Geschwindigkeit so lange verringert, bis die Schwingungszustandsgröße durch die Verringerung der Geschwindigkeit unter einen vorbestimmten Grenzwert sinkt.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit auf einen oder sukzessive mehrere diskrete Geschwindigkeitswerte und somit schrittweise verändert wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Veränderung der Geschwindigkeit auf in einem Geschwindig¬ keitsintervall gleichmäßig verteilte Geschwindigkeitswerte. Die Geschwindigkeitswerte können im Abstand von 50 km/h, be- vorzugt im Abstand von 10 km/h, innerhalb des Geschwindig¬ keitsintervalls liegen. Beispielsweise kann das Geschwindig¬ keitsintervall zwischen 210 km/h und 330 km/h die diskreten Zwischenwerte 300 km/h, 270 km/h und 240 km/h aufweisen. Auf diese Weise kann eine vereinfachte Implementierung des Ver¬ fahrens, insbesondere eine vereinfachte Umsetzung von Teilen des Verfahrens in einen Softwareprogrammcode, erreicht wer¬ den . Es kann wünschenswert sein, die Stabilisierung des Schienenfahrzeugs unter Minimierung von zwangsläufig auftretenden Störgrößen herbeizuführen. Solche Störgrößen können insbesondere Kräfte am Radsatz sein, die impulsartig, fluktuierend, schwankend oder auf dergleichen Weise auftreten. Es ist des- halb vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit mit einer konstan¬ ten Verzögerung verringert wird. Auf diese Weise kann eine Verstetigung der während des Abbremsens am Radsatz angreifenden Bremskräfte erreicht werden. Infolgedessen wird ein Ein- fluss von Bremskraftschwankungen als Störgröße auf die Stabi- lisierung des Schienenfahrzeugs minimiert.
Zudem ist es wünschenswert, einem wiederholten Wechsel zwi¬ schen einem stabilen und einem instabilen Fahrzustand des Schienenfahrzeugs bzw. einem unkritischen und einem kriti- sehen Schwingungszustand des Radsatzes entgegenzuwirken. Der¬ artige Zustandswechsel können einen sägezahn-, zickzack- und/oder wellenartigen Geschwindigkeitsverlauf des Schienenfahrzeugs herbeiführen und sind aus technischer und ökonomischer Hinsicht unerwünscht.
Insbesondere deshalb ist es vorteilhaft, wenn bei mehrfachem Auftreten eines kritischen Schwingungszustands des Radsatzes die Geschwindigkeit dauerhaft auf einen vorgegebenen Ge¬ schwindigkeitswert verringert wird.
Vorteilhafterweise wird die Geschwindigkeit auf einen vorge¬ gebenen Geschwindigkeitswert verringert, wenn ein kritischer Schwingungszustand wiederholt innerhalb eines Geschwindig¬ keitsintervalls auftritt.
Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ge- schwindigkeit auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert verringert wird, wenn ein kritischer Schwingungszustand wie¬ derholt an ein und demselben Radsatz des Schienenfahrzeugs auftritt . Kritische Schwingungszustände können insbesondere dann mehr¬ fach innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls und/oder an ein und demselben Radsatz auftreten, wenn sie zumindest überwiegend durch eine fahrzeugseitige Größe beeinflusst werden. Eine derartige Größe kann ein Verschleiß eines Rades, eines Radsatzes, eines Drehgestells oder dergleichen sein. Insbe¬ sondere kann der Verschleißzustand eines Drehgestelldämpfers, eines Rad- bzw. Radsatzlagers oder dergleichen das Auftreten eines kritischen Schwingungszustands begünstigen. Vorteilhafterweise wird die Geschwindigkeit dauerhaft verrin¬ gert, beispielsweise bis zu einem nächsten fahrplanmäßigen Halt, bevorzugt bis zur nächsten Wartung des Schienenfahrzeugs. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass es durch zu einer geschwindigkeitsbedingten Überbeanspruchung von ver- schlissenen Komponenten und/oder zu sicherheitskritischen Fahrzuständen des Schienenfahrzeugs kommt.
Es ist möglich, dass übliche Fahrzustände des Schienenfahr¬ zeugs bei niedrigen oder moderaten Geschwindigkeiten, bei- spielsweise das Durchfahren einer Weiche mit 100 km/h, kurz¬ fristig zu lateralen Schwingungen des Radsatzes führen. Insbesondere um zu vermeiden, dass infolge solcher Fahrzustände eine verfahrensgemäße, insbesondere automatische, Veränderung der Geschwindigkeit vorgenommen wird, ist es sinnvoll, wenn die Geschwindigkeit erst bei Auftreten eines kritischen
Schwingungszustands des Radsatzes oberhalb einer vorbestimm¬ ten Mindestgeschwindigkeit verändert wird. Die vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit kann zwischen 160 km/h und 200 km/h, bevorzugt zwischen 200 km/h und 220 km/h, betragen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs unter Verwendung einer GPS-Information zur aktuellen Position des Schienenfahrzeugs verändert. Bei¬ spielsweise können unter Verwendung der GPS-Information zur aktuellen Position des Schienenfahrzeugs eine Position zur Einleitung einer Bremsung, ein Verzögerungswert, ein Be- schleunigungswert oder dergleichen zur optimierten Stabilisierung des Schienenfahrzeugs ermittelt werden.
Die Verwendung einer aktuellen Orts- bzw. Positionsinformation des Schienenfahrzeugs, beispielsweise aus einer GPS-, GLONASS oder Galileo-Information, kann in Verbindung mit gespeicherten Informationen zur Position bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands besonders vorteilhaft sein. Außerdem kann die Verwendung der Positionsinformation in Verbindung mit einer gespeicherten Information zur Position ei- nes schadhaften, verschlissenen, im weitesten Sinne kritischen Gleisstreckenabschnitts, der eine Instabilität des Schienenfahrzeugs begünstigen kann, vorteilhaft sein. Zur Er¬ mittlung der Position des Schienenfahrzeugs kann auch ein charakteristisches Element des Fahrwegs oder ein im Fahrweg installiertes Ortungsmerkmal oder ein Ortungssystem verwendet werden .
Es ist auch denkbar, dass unter Verwendung der Orts- bzw. Positionsinformation das Auftreten eines kritischen Schwin- gungszustands bzw. eines instabilen Fahrzustands vermieden wird, beispielsweise durch ein frühzeitiges Bremsen des
Schienenfahrzeugs vor einem bekannten kritischen Gleisstre¬ ckenabschnitt oder dergleichen. Dadurch kann das Schienenfahrzeug in an den Streckenverlauf angepasster Weise stabili- siert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs unter Verwen- dung eines Messsignals einer fahrzeugseitig montierten Gleis¬ messeinrichtung verändert. Die Gleismesseinrichtung kann eine Einrichtung zur messtechnischen Erfassung eines Schienenprofils oder eines Gleislagefehlers sein. Ein Gleislagefehler kann eine Abweichung der Lage eines Gleises in horizontaler oder vertikaler Richtung von einer Solllage sein. Zudem kann ein Gleislagefehler ein Fehler in der gegenseitigen Höhenlage zweier das Gleis bildenden Schienen sein, der beim Bau oder durch Veränderungen des Gleisunterbaus entstehen kann.
Das Messsignal kann als Größe zur Ermittlung einer an einen durch das Messsignal repräsentierten aktuellen Gleiszustand angepassten Verzögerung oder Beschleunigung verwendet werden. Das Messsignal kann als eine Größe in einem Regelkreis zur Veränderung der Geschwindigkeit verwendet werden. Außerdem kann das Messsignal als eine Größe in einem Regelkreis zur Ermittlung einer Stellgröße, insbesondere einer Beschleunigung oder Verzögerung, zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs verwendet werden. Aus dem Schienenprofil kann beispiel- weise die Abweichung des Profils von einem Sollprofil
und/oder die äquivalente Konizität ermittelt werden.
Dadurch kann in einfacher Weise eine verbesserte - auf den aktuellen Gleiszustand abgestimmte - Reaktion zur Stabilisie- rung des Schienenfahrzeugs bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands erreicht werden.
Zudem ist es von Vorteil, wenn eine Dämpfung der Schwingung des Schienenfahrzeugs verändert wird. Die Dämpfung kann eine Dämpfung eines Drehgestelldämpfers, eines Rad- oder eines
Radsatzdämpfers oder dergleichen des Schienenfahrzeugs sein. Bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands kann die Veränderung der Dämpfung -neben der Veränderung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs- als zusätzliche Maßnahme zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs eingesetzt werden.
Dabei ist es möglich, dass zunächst die Geschwindigkeit und danach die Dämpfung verändert werden. Außerdem kann vorteil- haft zuerst die Dämpfung und hiernach die Geschwindigkeit verändert werden. Des Weiteren ist denkbar, dass beide Ma߬ nahmen gleichzeitig durchgeführt werden. Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf eine Anordnung zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs, das einen Radsatz und eine Antriebseinheit zur Beschleunigung und/oder Verzögerung des Schienenfahrzeugs umfasst, mit einer Ermittlungseinrich¬ tung zur Ermittlung einer Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes.
Die Anordnung weist erfindungsgemäß eine Steuereinheit auf, die zur Ansteuerung der Antriebseinheit unter Verwendung der Schwingungszustandsgröße des Radsatzes zur Veränderung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs vorbereitet ist.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite¬ ren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der er- findungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die da- rin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso¬ liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge¬ bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden . Es zeigen:
FIG 1 ein Schienenfahrzeug mit einer Anordnung zur Stabi¬ lisierung des Schienenfahrzeugs, FIG 2 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs aus FIG 1,
FIG 3 eine schematische Darstellung eines verfahrensgemä¬ ßen Geschwindigkeitsverlaufs des Schienenfahrzeugs aus FIG 1,
FIG 4 eine schematische Darstellung eines weiteren ver¬ fahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs mit Verrin¬ gerungen der Geschwindigkeit auf vorbestimmte Wer- te,
FIG 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ge¬ schwindigkeitsverlaufs mit einer vorbestimmten Ge¬ schwindigkeitsbegrenzung und
FIG 6 eine schematische Darstellung eines exemplarischen
Verfahrensablaufs .
FIG 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 2 mit einer Anordnung 4 zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2. Das Schienenfahrzeug 2 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Wagen 6, 8 von denen zur vereinfachten Darstellbarkeit lediglich der eine Wagen 6 vollständig und die zwei weiteren Wagen 8 teilweise dargestellt sind. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass ein Schienenfahrzeug lediglich einen einzelnen Wagen, der ein Triebfahrzeug, ein Waggon oder dergleichen sein kann, aufweist. Das Schienenfahrzeug 2 weist zwei an der Unterseite des Wa¬ gens 6 angeordnete, drehbar gelagerte Drehgestelle 10 mit je¬ weils einem Radsatz 12 auf. Jedes Drehgestell 10 ist über je¬ weils einen Dämpfer 14 zur Drehbewegungsdämpfung mit dem Wa- gen 6 verbunden. Jeder der Radsätze 12 umfasst zwei - jeweils über eine Achse drehstarr miteinander verbundene - Räder 16, wobei in der gewählten Seitenansicht jeweils lediglich ein Rad ersichtlich ist. Die Anordnung 4 zu Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2 umfasst mehrere Ermittlungseinrichtungen 18, eine Gleismesseinrichtung 20 und eine Steuereinheit 26. Eine Antriebseinheit 22 und eine Positionsermittlungseinrichtung 24 des Schienenfahrzeugs 2 können optional auch als Bestandteile der Anord- nung 4 gesehen werden.
Die Ermittlungseinrichtungen 18 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel an den Drehgestellen 10, genauer an den Rädern 16 der Radsätze 12, angeordnet und jeweils zur Ermittlung ei- ner Schwingungszustandsgröße jeweils eines Radsatzes 12 vor¬ bereitet. Im vorliegenden Beispiel ist die Schwingungszu¬ standsgröße eine Querbeschleunigung, die im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung 28 des Schienenfahrzeugs 2 und insbesondere horizontal verläuft.
Die Gleismesseinrichtung 20 ist zu einer messtechnischen Erfassung eines Gleislagefehlers eines Gleises 30 vorbereitet, der eine Abweichung der Lage des Gleises 30 in horizontaler oder vertikaler Richtung von einer Solllage beschreibt.
Die Antriebseinheit 22 ist zum Beschleunigen und Abbremsen des Schienenfahrzeugs 2 vorbereitet. Abweichend vom vorlie¬ genden Ausführungsbeispiel kann ein Schienenfahrzeug auch mehrere Antriebseinheiten, die beispielsweise an den Drehge- stellen angeordnet oder über einzelne Wagen des Schienenfahrzeugs verteilt sein können, aufweisen. Die Positionsermittlungseinrichtung 24 ist eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Ermittlung einer aktuellen Position des Schienenfahrzeugs 2. Die Steuereinheit 26 ist mittels der Signalverbindungen 32, 34, 36 und 38 mit der Positionsermittlungseinrichtung 24, den Ermittlungseinrichtungen 18 des in Fahrtrichtung 28 vorderen Drehgestells 10 des Wagens 6, der Antriebseinheit 22 bzw. der Gleismesseinrichtung 20 verbunden. Außerdem ist die Steuer- einheit 26 über die Signalverbindungen 40 und 42 mit den Ermittlungseinrichtungen 18 des in Fahrtrichtung 28 hinteren Drehgestells 10 und gegebenenfalls weiteren Ermittlungsein¬ richtungen, insbesondere denen, die in den weiteren Wagen 8 des Schienenfahrzeugs 2 vorhanden sind, verbunden. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass jeder Wagen eines Schienenfahrzeugs, jedes Drehgestell eines Wagens, jeder Radsatz ei¬ nes Drehgestells oder jedes Rad eines Radsatzes über eine ge¬ sonderte Steuereinheit verfügt. Die Steuereinheit 26 ist zur Ansteuerung der Antriebseinheit 22 mit einem Steuersignal 44 über die Signalverbindung 36 zum Beschleunigen oder Verzögern des Schienenfahrzeugs 2 unter Verwendung der Messsignale 46, 48 und des Positionssignals 50 bzw. einer GPS-Information 50 vorbereitet. Ferner besteht diese Vorbereitung für die Verwendung von über die Signalverbindungen 40 und 42 geleitete Messsignale 52 bzw. 54.
FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises 56 zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2 aus FIG 1. Der Regelkreis 56 weist einen Regler 58, ein Stellglied 60 und eine Regelstrecke 62 auf.
Der Regler 58 ist Bestandteil der im vorherigen Ausführungs¬ beispiel anhand FIG 1 beschriebenen Steuereinheit 26. Das Stellglied 60 ist Bestandteil der Antriebseinheit 22 und die Regelstrecke 62 ein Schwingungszustand eines Radsatzes 12 des Schienenfahrzeugs 2. Denkbar ist auch, die Regelstrecke 62 allgemein als Fahrzustand des Schienenfahrzeugs 2, Drehge- stell- oder Radsatzschwingung oder dergleichen zu beschreiben .
Am Ausgang 64 des Regelkreises 56 liegt eine Schwingungszu- Standsgröße 66 als Regelgröße 68 an, die im vorliegenden Aus¬ führungsbeispiel eine Beschleunigung eines Rades 16 des
Schienenfahrzeugs 2 quer zur Fahrtrichtung 28 ist. Diese (La¬ teral- ) Beschleunigung 66 ist zur messtechnischen Erfassung einer Instabilität bzw. eines Sinuslaufs des Schienenfahr- zeugs 2 vorteilhaft.
Die Regelgröße 68, also die Beschleunigung, wird am Ausgang 64 der Regelkreises 56 ermittelt und als eine Messgröße 70 über eine Rückführung 72 dem Eingang 74 des Regelkreises 56 zugeleitet. Diese messtechnische Ermittlung der Beschleuni¬ gung bzw. der Messgröße 70 erfolgt durch die Ermittlungseinrichtung 18 an einem Radsatz 12 des Schienenfahrzeugs 2.
Außerdem liegt am Eingang 74 des Regelkreises 56 eine Füh- rungsgröße an, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein vorbestimmter Grenzwert 76 für die Beschleunigung des Radsatzes 12 ist. Nach einer Differenzbildung 78 wird die Differenz zwischen der Messgröße 70 und dem Grenzwert 76 als Regelab¬ weichung 80 dem Regler 58 - d.h. der Steuereinheit 26 - zuge- leitet. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Differenzbildung 78 durch eine Funktion der Steuereinheit 26 erfolgt .
Der Regler 58 bzw. die Steuereinheit 26 generiert das Steuer- signal 44 (siehe auch FIG 1) unter Verwendung der derart ge¬ bildeten Regelabweichung 80, also implizit unter Verwendung der Schwingungszustandsgröße 66 bzw. der Regelgröße 68, und steuert mittels diesem das Stellglied 60 bzw. die Antriebs¬ einheit 22 an.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet der Regler 58 ferner eine GPS-Information 82 bzw. das Messsignal 50 und das Messsignal 46 der Gleismesseinrichtung 20 zur Generierung des -
Steuersignals 44. Das Stellglied 60 gibt daraufhin eine
Stellgröße 84 aus, d.h. die Antriebeinheit 22 verzögert oder beschleunigt das Schienenfahrzeug 2, sodass die Stellgröße 84 in Form einer geänderten Geschwindigkeit 86 auf die Regel- strecke 62 bzw. dem Radsatz 12 einwirkt.
Infolge der veränderten Geschwindigkeit 86 ändert die Regel¬ strecke 62 ihren Zustand, d.h. es stellt sich ein nunmehr veränderter Schwingungszustand 66 des Radsatzes 12 ein, der wiederum messtechnisch als veränderte (Lateral ) Beschleunigung - die nicht mit einer Längsbeschleunigung in Fahrtrichtung 28 des Schienenfahrzeugs 2 zu verwechseln ist - erfasst und rückgekoppelt wird.
Ferner wirkt eine Störgröße 88 auf die Regelstrecke 62 bzw. auf den Radsatz 12 ein. Die Störgröße 88 ist hier eine Kraft, die am Radsatz 12 angreift, genauer eine von der Antriebseinheit 22 infolge des Steuersignals 44 erzeugte Brems- oder Be¬ schleunigungskraft .
Der beschriebene Regelprozess wird kontinuierlich bzw. quasi¬ kontinuierlich für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte durchlaufen, bis eine Angleichung zwischen der Messgröße 70 und dem Grenzwert 76 hergestellt wird.
FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung eines verfahrensge¬ mäßen Verlaufs einer Geschwindigkeit v (84, 86, vgl. FIG 2) des Schienenfahrzeugs 2 aus FIG 1. Zudem zeigt die Darstel¬ lung einen korrespondierenden Zeitverlauf eines Schwingungs¬ zustands SZ (66, 68, 70, vgl. FIG 2) . Beide Kurvenverläufe sind jeweils über der Zeit t aufgetragen, wobei die beiden Abszissen der Darstellung identisch sind.
Dabei ist die Geschwindigkeit v die Geschwindigkeit 86 des Schienenfahrzeugs 2 und der Schwingungszustand SZ ist der Zu¬ stand der Schwingungsgröße 66 bzw. die (Late¬ ral ) Beschleunigung eines Radsatzes 12 des Schienenfahrzeugs 2. Da eine realitätsgetreue Darstellung des Schwingungszustands SZ über der Zeit t an dieser Stelle zur Erläuterung des Verfahrens nicht notwendig ist und zwecks einer verbesserten Darstellbarkeit, ist der Verlauf von SZ stark vereinfacht il¬ lustriert. Folglich gibt Verlauf des Schwingungszustands SZ lediglich den Wechsel zwischen zwei diskreten Zuständen, nämlich einem kritischen Schwingungszustand KSZ und einem unkritischen Schwingungszustand USZ, wieder.
Zu einem Zeitpunkt tOa bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 (siehe FIG 1) mit einer Geschwindigkeit vOa, wobei ein unkri¬ tischer Schwingungszustands USZ des Schienenfahrzeugs 2 bzw. des Radsatzes 12 vorliegt.
Gleiche Merkmale, die jedoch geringfügige Unterschiede auf¬ weisen können, z.B. in Betrag bzw. Zahlenwert, in Abmessung, Position und/oder Funktion oder dergleichen, sind mit der gleichen Bezugsziffer und anderen Bezugsbuchstaben gekenn- zeichnet. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Bezugs¬ buchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungsbeispiele angesprochen .
Zu einem Zeitpunkt tla tritt ein kritischer Schwingungszu- stand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird verfahrensgemäß, beispielsweise nach dem in FIG 2 be¬ schriebenen Regelprozess , verringert. Die Geschwindigkeit v wird soweit verringert, bis der Schwingungszustand SZ einen unkritischen Wert USZ erreicht, was zum Zeitpunkt t2a bei ei- ner Geschwindigkeit via der Fall ist.
Durch das Abbremsen des Schienenfahrzeugs 2 zwischen tla und t2a und die dabei auftretenden Reibungskräfte zwischen Rad 16 und Gleis 30 kann zu einer Beeinflussung des Schwingungszu- Stands SZ kommen. Deshalb kann es vorkommen, dass das Schie¬ nenfahrzeug 2 durch einen Bremsvorgang und die einhergehende Verringerung der Geschwindigkeit v stabilisiert wird, nach einer zumindest überwiegenden Verringerung der Bremskraft - d.h. bei einem zumindest teilweisen Lösen der Bremse - jedoch umgehend erneut ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf¬ tritt . Um dies zu vermeiden, wird In Abhängigkeit der derart verän¬ derten Geschwindigkeit via eine Maximalgeschwindigkeit vmla, mit vmla < via, ermittelt und bis auf weiteres als Geschwin¬ digkeitsbegrenzung Gl für das Schienenfahrzeug 2 gesetzt. Das Schienenfahrzeug 2 bewegt sich dementsprechend bis zum Zeit- punkt t3a mit der Geschwindigkeit vml .
Zum Zeitpunkt t3a tritt erneut ein kritischer Schwingungszu¬ stand KSZ auf, die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird erneut verringert, bis der Schwingungszustand SZ einen unkritischen Wert USZ erreicht, was zum Zeitpunkt t4a bei ei¬ ner Geschwindigkeit v2a der Fall ist. Wiederum wird In Abhän¬ gigkeit der derart veränderten Geschwindigkeit v2a eine Maxi¬ malgeschwindigkeit vm2a, mit vm2a < v2a, ermittelt und bis auf weiteres als Geschwindigkeitsbegrenzung G2 für das Schie- nenfahrzeug 2 gesetzt. Das Schienenfahrzeug 2 bewegt sich dementsprechend bis zum Zeitpunkt t5a mit der Geschwindigkeit vm2.
Zum Zeitpunkt t5a tritt nochmals ein kritischer Schwingungs- zustand KSZ auf, die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird nochmals verringert, bis der Schwingungszustand SZ ei¬ nen unkritischen Wert USZ erreicht, was zum Zeitpunkt t6 bei einer Geschwindigkeit v3a der Fall ist. Nochmals wird In Ab¬ hängigkeit der derart veränderten Geschwindigkeit v3a eine Maximalgeschwindigkeit vm3a, mit vm3a < v3a, ermittelt und bis auf weiteres als Geschwindigkeitsbegrenzung G3 für das Schienenfahrzeug 2 gesetzt.
Das Schienenfahrzeug 2 bewegt sich dementsprechend vom Zeit- punkt t7a bis auf weiteres mit der Geschwindigkeit vm3a.
Sollte streckenseitig bzw. fahrplanseitig eine geringere Ge¬ schwindigkeit v erforderlich sein, kann die Geschwindigkeit selbstverständlich entsprechend verringert bzw. das Schienenfahrzeug gestoppt werden.
Zum Zeitpunkt t8a wird die Geschwindigkeit v wieder erhöht, da das Schienenfahrzeug 2 für einen vorgegebenen Fahrbereich T innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs USZ gefahren ist.
D.h. zum Zeitpunkt t8a wird die zum Zeitpunkt t6a gesetzte Geschwindigkeitsbegrenzung G3 entfernt bzw. gelöscht und das Schienenfahrzeug 2 wird beschleunigt. Das Schienenfahrzeug 2 wird bis zur zum Zeitpunkt t4a gesetzten und noch bestehenden Geschwindigkeitsbegrenzung G2 beschleunigt und erreicht diese zum Zeitpunkt t9a.
Zum Zeitpunkt tlOa wird die Geschwindigkeit v erneut erhöht, da das Schienenfahrzeug 2 für einen weiteren vorgegebenen Fahrbereich T mit einem unkritischen Schwingungszustand USZ gefahren ist. Zum diesem Zeitpunkt tlOa wird die zum Zeit- punkt t4a gesetzte Geschwindigkeitsbegrenzung G2 entfernt und das Schienenfahrzeug 2 wird beschleunigt. Das Schienenfahr¬ zeug 2 wird bis zur zum Zeitpunkt t2a gesetzten und noch be¬ stehenden Geschwindigkeitsbegrenzung Gl beschleunigt und erreicht diese zum Zeitpunkt tlla.
Nach einem weiteren stabilen Durchlaufen eines Fahrbereichs T zwischen den Zeitpunkten tlla und tl2a wird auch die letzte verbleibende Geschwindigkeitsbegrenzung Gl entfernt und das Schienenfahrzeug 2 beschleunigt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Fahrbereich T eine Fahrdauer zwischen zwei Fahrzeitpunkten. Es ist aber auch möglich, dass der Fahrbereich eine Fahrstrecke zwischen zwei Streckenpunkten des Schienenfahrzeugs 2 ist.
Ferner ist es wünschenswert, die Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2 unter Minimierung von zwangsläufig auftretenden Störgrößen (88, siehe FIG 2) herbeizuführen. Solche Störgrößen können insbesondere Kräfte am Radsatz 12 sein, die impulsartig, fluktuierend, schwankend oder auf dergleichen Wei¬ se auftreten.
Deshalb wird die Geschwindigkeit v mit einer zwischen den Zeitpunkten tla und t2a, t3a und t4a und t5a und t6a jeweils mit einer im Wesentlichen konstanten Verzögerung bl, b2 bzw. b3 verringert. Auf diese Weise kann eine Verstetigung der während des Abbremsens am Radsatz 12 angreifenden Bremskräfte erreicht werden, sodass der Einfluss von Bremskraftschwankungen als Störgröße 88 auf die Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2 bzw. auf die Regelstrecke 62 minimiert wird. Es ist möglich, dass übliche Fahrzustände des Schienenfahr¬ zeugs 2 bei niedrigen oder moderaten Geschwindigkeiten v, beispielsweise das Durchfahren einer Weiche, kurzfristig zu einem kritischen Schwingungszustand KSZ führen. Um zu vermeiden, dass infolge solcher Fahrzustände eine ver¬ fahrensgemäße Veränderung der Geschwindigkeit vorgenommen wird, wird die Geschwindigkeit erst bei Auftreten eines kri¬ tischen Schwingungszustands KSZ oberhalb einer vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit vOO verändert wird.
FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren ver¬ fahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs v und eines dazu kor¬ respondierenden Verlaufs eines Schwingungszustands SZ, je¬ weils über der Zeit t, wobei die beiden Abszissen der Dar- Stellung wiederum identisch sind. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den jeweils vorhergehenden Ausführungsbeispielen, auf die bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird .
Im Unterschied zu dem in FIG 3 illustrierten Ausführungsbei¬ spiel erfolgt die Geschwindigkeitsverringerung hier auf vorbestimmte, diskrete Geschwindigkeitswerte, wodurch eine ver- einfachte Implementierung des Verfahrens, insbesondere eine vereinfachte Umsetzung von Teilen des Verfahrens in einen Softwareprogrammcode, erreicht werden kann. Bezüglich der vereinfachten Illustration des Zeitverlaufs des Schwingungs- zustands SZ gelten die Erläuterungen zu FIG 3.
Zu einem Zeitpunkt tOb bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 (siehe FIG 1) mit einer Geschwindigkeit vOb, wobei ein unkri¬ tischer Schwingungszustands des Radsatzes 12 bzw. eine stabi- le Fahrt des Schienenfahrzeugs 2 vorliegt.
Zu einem Zeitpunkt tlb tritt ein kritischer Schwingungszu¬ stand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird verringert. Die Geschwindigkeit v wird auf einen vor- bestimmten Geschwindigkeitswert vlb, der bis auf weiteres als vorbestimmte Geschwindigkeitsbegrenzung G4 verwendet wird, verringert, die zum Zeitpunkt t3b erreicht wird. Dabei wird bereits zum Zeitpunkt t2b mit t2b < t3b ein unkritischer Schwingungszustand USZ erreicht.
Zum Zeitpunkt t4b wird die Geschwindigkeit v wieder erhöht und die Geschwindigkeitsbegrenzung G4 entfernt, da das Schienenfahrzeug 2 für einen vorgegebenen Fahrbereich T innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs USZ gefahren ist. Die Geschwindigkeit v wird bis auf einen Geschwindig¬ keitswert v2b mit v2b > vOb erhöht, wobei für die Festlegung von v2b ein äußerer - also nicht verfahrensbedingter - Umstand maßgeblich ist. Zu einem Zeitpunkt t5b tritt erneut ein kritischer Schwin¬ gungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienen¬ fahrzeugs 2 wird erneut verringert. Die Geschwindigkeit v wird nochmals auf den vorbestimmten Geschwindigkeitswert vlb, der wiederum als Geschwindigkeitsbegrenzung G4 verwendet wird, zum Zeitpunkt t7b verringert. Dabei wird bereits zum Zeitpunkt t6b mit t6b < t7b ein unkritischer Schwingungszu¬ stand USZ erreicht. Zu einem Zeitpunkt t8b tritt nochmals ein kritischer Schwin¬ gungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienen¬ fahrzeugs 2 wird nochmals verringert. Die Geschwindigkeit v wird auf einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert v3b, der als Geschwindigkeitsbegrenzung G5 verwendet wird, im Zeitpunkt tlOb verringert. Dabei wird bereits zum Zeitpunkt t9b mit t9b < tlOb ein unkritischer Schwingungszustand USZ er¬ reicht . Darauffolgend wird die Geschwindigkeit nach Durchlaufen des Fahrbereichs T zum Zeitpunkt tllb durch Entfernen der Ge¬ schwindigkeitsbegrenzung G5 auf vlb erhöht.
Nach einem weiteren Durchlaufen eines weiteren Fahrbereichs T zwischen den Zeitpunkten tl2b und tl3b wird auch die noch verbleibende Geschwindigkeitsbegrenzung G4 entfernt und das Schienenfahrzeug 2 beschleunigt.
FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren ver- fahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs v und eines korres¬ pondierenden Verlaufs eines Schwingungszustands SZ.
Im Unterschied zu den mittels FIG 3 und FIG 4 illustrierten Ausführungsbeispielen erfolgt hier nach mehrmaligem Auftreten eines kritischen Schwingungszustands KSZ eine permanente Ge¬ schwindigkeitsbegrenzung auf einen vorbestimmte, deutlich verringerten, Geschwindigkeitswert. Auf diese Weise kann ver¬ mieden werden, dass es zu einer geschwindigkeitsbedingten Überbeanspruchung von verschlissenen Komponenten des Schie- nenfahrzeugs 2 und/oder zu sicherheitskritischen Fahrzuständen kommt .
Ausgehend von einer Geschwindigkeit vOc wird die Geschwindig¬ keit v des Schienenfahrzeugs 2 bei Auftreten von kritischen Schwingungszuständen KSZ zu den Zeitpunkten tlc, t3c und t5c aufeinanderfolgend auf die Geschwindigkeitswerte vlc, v2c und v3c, die jeweils zu den Zeitpunkten t2c, t4c und t6c erreicht werden, verringert. Zum Zeitpunkt t7c tritt erneut eine Instabilität bzw. ein kritischer Schwingungszustands KSZ auf. Die Geschwindigkeit v wird infolge der nun mehrfach aufgetretenen Instabilität des Schienenfahrzeugs 2 auf einen vorbestimmten, deutlich verrin- gerten, Geschwindigkeitswert v4c abgebremst, wobei der zum Zeitpunkt t7c aufgetretene kritische Schwingungszustand KSZ bereits zum Zeitpunkt t8c verlassen wird.
Der derart zum Zeitpunkt t9c erreichte Geschwindigkeitswert v4c wird als Geschwindigkeitsbegrenzung G6 gesetzt und das Schienenfahrzeug 2 wird bis auf weiteres mit maximal dieser Geschwindigkeit betrieben.
FIG 6 zeigt eine schematische Darstellung eines exemplari- sehen Verfahrensablaufs. Zunächst bewegt sich das Schienen¬ fahrzeug 2 mit einer Geschwindigkeit v (vgl. FIG 3, vOa) in einem stabilen Fahrzustand (vgl. FIG 3, USZ) . In diesem Verfahrensschritt 100 ist demnach keine verfahrensgemäße Ge¬ schwindigkeitsbegrenzung gesetzt bzw. aktiv.
Bei Auftreten eines kritischen Geschwindigkeitszustands KSZ des Radsatzes 12 wird die Geschwindigkeit vOa unter Verwen¬ dung einer Schwingungszustandsgröße 66, genauer, der Be¬ schleunigung - also der Regelgröße 68 - verändert 110. Die Geschwindigkeit wird verringert, bis die Schwingungszustands¬ größe 66 einen vorbestimmten Grenzwert (vgl. FIG 2, 76) erreicht .
Im nächsten Schritt wird eine von der derart veränderten Ge- schwindigkeit , die beispielsweise via betragen kann (siehe
FIG 3), verschiedene Maximalgeschwindigkeit (bspw. vmla) er¬ mittelt und als Geschwindigkeitsbegrenzung (vgl. Gl, FIG 3) gesetzt 120. Das Schienenfahrzeug 2 wird bis auf weiteres mit einer Geschwindigkeit betrieben, die diese Geschwindigkeits- begrenzung nicht übersteigt.
Wenn das Schienenfahrzeug 2 für einen vorgegebenen Fahrbe¬ reich (vgl. bspw. FIG 3, T) innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs des Radsatzes 12 gefahren ist, wird die zuvor ermittelte und gesetzte 120 Geschwindigkeits¬ begrenzung aufgehoben 130 und die Geschwindigkeit des Schie¬ nenfahrzeugs 2 gegebenenfalls erhöht.
Tritt erneut eine Instabilität auf, bevor der vorbestimmte Fahrbereich durchlaufen ist, wird die Geschwindigkeit erneut verringert 140. Eine weitere Geschwindigkeitsbegrenzung wird ermittelt und gesetzt 150.
Die Verfahrensschritte Verändern einer Geschwindigkeit und Setzen einer Geschwindigkeitsbegrenzung werden wiederholt, sofern vor dem Durchlaufen vorherbestimmter Fahrbereiche weitere Instabilitäten auftreten. Dies wird sooft wiederholt, bis beispielsweise eine maximale Anzahl an Geschwindigkeits¬ begrenzungen gesetzt ist, eine vorbestimmte Minimalgeschwindigkeit erreicht oder unterschritten wird oder dergleichen. Eine Fortsetzung 160 des Verfahrens ist in FIG 3 durch die Punktierung angedeutet.
Wenn das Schienenfahrzeug 2 ausgehend vom Setzen 150 der Ge¬ schwindigkeitsbegrenzung für einen vorgegebenen Fahrbereich innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs ge¬ fahren ist, wird die zuletzt ermittelte und gesetzte 150 Ge- schwindigkeitsbegrenzung aufgehoben bzw. gelöscht 170. Die ermittelte und gesetzte 120 Geschwindigkeitsbegrenzung bleibt allerdings aktiviert.
Durchfährt das Schienenfahrzeug 2 erneut den vorbestimmten Fahrbereich, ohne dass Instabilitäten auftreten, wird auch diese Geschwindigkeitsbegrenzung aufgehoben 130. Hiernach sind sämtliche verfahrengemäßen Geschwindigkeitsbegrenzung inaktiv und das Fahrzeug bewegt sich wiederum im Zustand 100.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs (2) mit einem Radsatz (12) bei dem die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands (KSZ) des Radsatzes (12) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) unter Verwendung einer Schwingungs- zustandsgröße (66) des Radsatzes (12) verändert (110, 140) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungszustandsgröße (66) als Regelgröße (68) zur Veränderung der Geschwindigkeit (84, 86, v) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungszustandsgröße (66) eine im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung (28) des Schienenfahrzeugs (2) verlaufende Beschleunigung ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) erhöht (130, 170) wird, wenn das Schienenfahrzeug (2) für ei- nen vorgegebenen Fahrbereich (T) innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs (USZ) des Radsatzes (12) gefahren ist .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der veränderten Ge¬ schwindigkeit (84, 86, v, vla-v3a) verschiedene Maximalge¬ schwindigkeit (vmla-vm3a, G1-G3) des Schienenfahrzeugs (2) in Abhängigkeit von der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, vla-v3a) ermittelt wird (120, 150).
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalgeschwindigkeit
(vmla-vm3a, G1-G3) als ein Produkt aus einem Sicherheitsfak¬ tor und der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, vla-v3a) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) verringert wird, die Schwingungszustandsgröße (66) während des Verringerns der Geschwindigkeit (84, 86, v) gemessen wird und die Geschwindigkeit (84, 86, v) so lange verringert wird, bis die Schwingungszustandsgröße (66) durch die Verringerung der Geschwindigkeit (84, 86, v) unter einen vorbestimmten Grenzwert (76) sinkt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) auf einen diskreten Geschwindigkeitswert (vlb, v3b) und somit schrittweise verändert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) mit einer konstanten Verzögerung (bl-b3) verringert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrfachem Auftreten eines kritischen Schwingungszustands (KSZ) des Radsatzes (12) die Geschwindigkeit (84, 86, v) dauerhaft auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert (G6) verringert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) erst bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands (KSZ) des Radsatzes (12) oberhalb einer vorbestimmten Mindestge- schwindigkeit (vOO) verändert wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) unter Verwendung einer GPS- Information (82, 50) zur aktuellen Position des Schienenfahr- zeugs (2) verändert wird.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) unter Verwendung eines Messsignals (46) einer fahrzeugseitig montierten Gleismesseinrichtung (20) verändert wird.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfung (14) der Schwin- gung des Schienenfahrzeugs (2) verändert wird.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Geschwindig¬ keit (84, 86, v) in eine funktionale Abhängigkeit von der Schwingungszustandsgröße (66) gebracht wird.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung eine Abschwä- chung einer lateralen Schwingung des Radsatzes (12) des
Schienenfahrzeugs (2) ist.
17. Anordnung (4) zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs (2), das einen Radsatz (12) und eine Antriebseinheit (22) zur Beschleunigung und/oder Verzögerung des Schienenfahrzeugs (2) umfasst, mit einer Ermittlungseinrichtung (18) zur Ermittlung einer Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12), gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (26), die zur An- steuerung der Antriebseinheit (22) unter Verwendung der
Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12) zur Verände- rung der Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) vorbereitet ist.
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