EP3145788B1 - Verfahren zur stabilisierung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

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EP3145788B1
EP3145788B1 EP15739234.1A EP15739234A EP3145788B1 EP 3145788 B1 EP3145788 B1 EP 3145788B1 EP 15739234 A EP15739234 A EP 15739234A EP 3145788 B1 EP3145788 B1 EP 3145788B1
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EP
European Patent Office
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speed
rail vehicle
vibration state
wheelset
changed
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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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    • 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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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2201/00—Control methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [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 in spite of pairwise rigid connection of the wheels a low-wear and quiet cornering, as radii-related path differences between inside and outside wheels can be compensated by rolling on different outer diameters.
  • WO 01/94176 describes a method and apparatus for detecting and signaling a derailment condition.
  • DE 10 2010 052 667 A1 describes a device for detecting disturbances of a rolling motion of a wagon wheel of a train.
  • a vibration sensor isL is arranged on a wheel hub of the Wagonrades, whose rolling motion is monitored by the device.
  • the invention is based on the consideration that a permanent reduction of the speed to a predetermined value - which may be 180 km / h and below for a high-speed train - can lead to a reduction of timetable reliability and the availability of the rail vehicle.
  • the speed is changed using the vibration state quantity, so that the change is brought into a functional dependency on the vibration state quantity.
  • the change may also vary as a function of the vibrational state quantity with variation of the vibrational state quantity.
  • a change in the speed for stabilizing the rail vehicle which is appropriate for the duration, type and / or extent of the actual circumstances of the critical vibration state, can be achieved.
  • the speed can be increased again after a reduction, in particular as a function of the oscillation state variable, and as a result an increased timeliness of the timetable and punctuality of the rail vehicle can be achieved.
  • a stabilization of a rail vehicle in the sense of the invention can be understood as a weakening of a lateral oscillation of at least one wheelset of the rail vehicle. This attenuation may be due to a reduction of excitation forces of the vibration, a change of a Attenuation of the vibration or the like can be achieved.
  • 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 includes a damper - also called roll damper- for damping a rotational movement of the bogie.
  • a critical vibration state of the wheelset can be understood to mean a vibration state in which the vibration state variable, for example an acceleration, reaches and / or exceeds a predetermined limit in terms of magnitude.
  • the predetermined limit may be specified in a relevant standard.
  • a vibration state quantity may be a time-dependent physical quantity-for example, a displacement, a velocity, or an acceleration-which, if appropriate, together with another variable, unambiguously describes a state of a periodically moving system.
  • the stabilization of the rail vehicle may be accompanied by a reduction in magnitude of 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 ⁇ expediently indicates different speeds v for different amounts of the oscillation state variable s, wherein each oscillation state variable s can unambiguously be assigned a velocity v.
  • the end point of the change is carried out using the function ⁇ , so that, when a critical vibration state is present, the reduction takes place as a function of the vibration state variable in accordance with the function ⁇ . Different amounts of the vibration state quantity can thus lead to different changes in the speed.
  • the change in speed is at least predominantly automatic, i. while avoiding manual intervention by a driver.
  • a reduction that is excessively long in duration and amount - i. avoiding a reduction in time and / or amount sufficient to stabilize the rail vehicle increasing the achievable average speed of the rail vehicle, thus enabling improved timeliness and punctuality.
  • the vibration state quantity is used as a control variable for changing the speed.
  • the speed is expediently changed in such a way that the oscillation state variable undershoots the predetermined limit value.
  • the vibration state quantity is detected by metrology at predetermined time intervals, preferably continuously or quasi-continuously.
  • the vibration state quantity is compared with a default value, and the velocity is varied in response to a difference between the default value and the detected value of the vibration state quantity. 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 be made via a measuring device prepared for this purpose.
  • the measuring device may comprise a sensor, preferably a piezoelectric acceleration sensor.
  • the determination of the vibration state variable with a displacement transducer, in particular in combination with a time measuring device, take place.
  • the speed is increased when the rail vehicle is driven for a predetermined driving range within a non-critical vibration state region of the wheelset.
  • a driving range can be understood as a driving time or a driving distance, generally a time duration or a distance.
  • the predetermined driving range may be a driving time of 30 minutes, a driving distance of 50 kilometers 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.
  • the method can be carried out in such a way that the speed is reduced when a critical vibration condition of the wheelset occurs, which occurs, for example, at 275 km / h, until the stabilization of the rail vehicle or a sufficient reduction in the vibration state quantity.
  • the thus reduced speed may be, for example, 254.5 km / h.
  • the instability can be influenced by vehicle-side and / or track bed or trackside dimensions.
  • a worn or damaged track section may affect the occurrence of a critical vibration condition.
  • the speed is only increased again, if the rail vehicle has passed through the driving range at a predetermined average speed.
  • the average speed may be, for example, between 70% and 80%, preferably between 80% and 95%, of a speed reached immediately after a speed change according to the method. 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 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.
  • braking of the rail vehicle and the frictional forces occurring between the wheel and rail can influence the vibration of the wheelset. Therefore, it may happen that the rail vehicle is stabilized by a braking operation and the concomitant reduction in speed
  • a critical vibration condition occurs.
  • 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 minimally 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.
  • the method may be carried out such that when vibration instability occurs, the speed to stabilize the rail vehicle is reduced and a corresponding maximum speed or speed limit is determined and expediently set as a function of the vibration state quantity.
  • a predetermined driving range - this can be a distance or a driving time - no renewed Instability, the last set speed limit is canceled.
  • multiple speed limits may be sequentially set during a trip having multiple unstable states. To increase the speed, it has proved to be advantageous if the speed limits after passing through the predetermined driving range one after the other - so first the time last set, then the time set to penultimate set, etc. - 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 continuously reduced until the vibration state quantity drops below a predetermined limit.
  • Continuously in this context means that the rail vehicle is braked with a non-vanishing speed gradient to an unknown speed at the beginning of the braking process. In this way it can be achieved that the speed is not decelerated more than necessary for the stabilization of the rail vehicle.
  • the predetermined limit may be set in a relevant standard and / or be an empirical value.
  • the speed is reduced, the vibration state quantity is measured during the reduction of the speed, and the speed is reduced until the vibration 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 speed takes place in a speed interval uniformly distributed speed values.
  • the speed values can be at a distance of 50 km / h, preferred at a distance of 10 km / h, lie within the speed interval.
  • the speed interval between 210 km / h and 330 km / h may have the discrete intermediate values 300 km / h, 270 km / h and 240 km / h.
  • Such disturbance variables may in particular be forces on the wheel set which occur in a pulse-like, fluctuating, fluctuating or in the same way. It is therefore advantageous if the speed is reduced with a constant delay. In this way, a stabilization of the braking forces acting on the wheel set during deceleration can be achieved. As a result, an influence of braking force fluctuations as a disturbance on the stabilization of the rail vehicle is minimized.
  • the speed is permanently reduced to a predetermined speed value in the event of a multiple occurrence of a critical vibration state of the wheelset.
  • the speed is reduced to a predetermined speed value, if a critical one Vibration state repeatedly occurs within a speed interval.
  • Critical vibration states can occur in particular several times within a speed interval and / or on one and the same wheelset, if they are influenced at least predominantly by an on-board size.
  • Such a size may be a wear of a wheel, a wheel set, a bogie or the like.
  • the state of wear of a bogie damper, a wheel or wheel bearing or the like may favor the occurrence of a critical vibration condition.
  • the speed is reduced permanently, for example until a next scheduled stop, preferably until the next maintenance of the rail vehicle.
  • the speed is reduced permanently, for example until a next scheduled stop, preferably until the next maintenance of the rail vehicle.
  • 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. For example, using the GPS information on the current position of the rail vehicle, a position for initiating braking, a deceleration value, an acceleration value or the like for optimized stabilization of the rail vehicle can be determined.
  • 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 defective, worn, generally critical, track section that may promote instability of the rail vehicle may be advantageous.
  • To determine the position of the rail vehicle it is also possible to use a characteristic element of the travel path or a location feature or a location system installed in the travel path.
  • the speed of the rail vehicle is using 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 and / or the equivalent conicity can be determined.
  • the damping may be a damping of a bogie damper, a wheel or Radsatzdämpfers or the like of the rail vehicle.
  • 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 wheel set 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 according to the invention comprises a control unit, which is prepared for driving the drive unit using the vibration state quantity of the wheel set for changing the speed of the rail vehicle, wherein in the control unit of the rail vehicle, a function is deposited, the a functional relationship between the vibration state variable and the speed of Rail vehicle indicates, and the change in speed using the function takes place.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle 2 with an arrangement 4 for stabilizing the rail vehicle 2.
  • the rail vehicle 2 comprises in the present embodiment, a plurality of cars 6, 8 of which for ease of illustration only one car 6 complete and the two other carriages 8 are partially shown.
  • 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 on the underside of the carriage 6, rotatably mounted bogies 10, each with a set of wheels 12.
  • Each bogie 10 is connected via a respective damper 14 for rotational damping with the carriage 6.
  • 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 each prepared to determine a vibration state variable each of a wheelset 12.
  • the vibration state variable is a lateral acceleration that 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.
  • a rail vehicle can also have a plurality of drive units, which can be arranged, for example, on the bogies or distributed over individual carriages of the rail vehicle.
  • the position determining device 24 is a receiving unit for receiving signals for satellite-based determination of a current position of the rail vehicle 2.
  • the control unit 26 is connected by means of the signal connections 32, 34, 36 and 38 to the position determining device 24, the detection means 18 of the front in the direction of travel 28 bogie 10 of the carriage 6, the drive unit 22 and the track measuring device 20.
  • the control unit 26 via the signal connections 40 and 42 with the detection means 18 of the rear bogie 10 in the direction of travel 28 and optionally further detection means, in particular those which are present in the other car 8 of the rail vehicle 2 connected. It is of course also conceivable that each car of a rail vehicle, each bogie of a car, each wheel of a bogie or each wheel of a wheelset has a 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 controller 58 is part of the previous embodiment with reference FIG. 1
  • the control element 60 is a component of the drive unit 22 and the controlled system 62 a vibration state of a wheelset 12 of the rail vehicle 2. It is also conceivable, the controlled system 62 generally as driving condition of the rail vehicle 2, bogie or wheelset vibration or the like.
  • a vibration state quantity 66 as a controlled variable 68, which is an acceleration of a wheel 16 of the rail vehicle 2 transverse to the direction of travel 28 in the present embodiment.
  • This (lateral) acceleration 66 is advantageous for the metrological detection of an instability or a sinusoidal run of the rail vehicle 2.
  • the controlled variable 68 ie the acceleration
  • the controlled variable 68 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.
  • This metrological determination of the acceleration or the measured variable 70 is carried out by the determination device 18 on a wheelset 12 of the rail vehicle 2.
  • a reference variable which is a predetermined limit value 76 for the acceleration of the wheelset 12 in the present embodiment.
  • the difference between the measurand 70 and the threshold 76 as control deviation 80 is applied to the controller 58 - i.e. the control unit 26 - supplied.
  • the subtraction 78 takes place by a function of the control unit 26.
  • the controller 58 or the control unit 26 generates the control signal 44 (see also FIG. 1 ) using the thus formed control deviation 80, ie implicitly using the vibration state quantity 66 or the controlled variable 68, and controls by means of this the actuator 60 and 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
  • the actuator 60 then outputs a manipulated variable 84, ie the drive unit 22 delays or accelerates the rail vehicle 2, so that the manipulated variable 84 acts in the form of a modified speed 86 on the controlled system 62 or the wheelset 12.
  • the controlled system 62 changes state, i. E. A changed state of oscillation 66 of the wheel set 12 occurs, which in turn is detected and fed back as a measurement (lateral) acceleration - which is not to be confused with a longitudinal acceleration in the direction of travel 28 of the rail vehicle 2.
  • a disturbance variable 88 acts on the controlled system 62 or on the wheelset 12.
  • the disturbance variable 88 here is a force which acts on the wheel set 12, more precisely a braking or acceleration 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 multiplicity of consecutive times until an alignment between the measured quantity 70 and the limit value 76 is established.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a process according to the course of a speed v (84, 86, see. FIG. 2 ) of the rail vehicle 2 FIG. 1 .
  • the illustration shows a corresponding time curve of a vibration state SZ (66, 68, 70, cf. 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 and the vibration state SZ is the state of the vibration magnitude 66 or the (lateral) acceleration of a wheel set 12 of the rail vehicle 2.
  • the rail vehicle 2 moves (see FIG. 1 ) at a speed v0a, wherein a non-critical vibration state USZ of the rail vehicle 2 or the wheel set 12 is present.
  • a critical state of vibration KSZ and the speed v of the rail vehicle 2 is according to the method, for example, after the in FIG. 2 described control process, reduced.
  • the speed v is reduced until the oscillation state SZ reaches a non-critical value USZ, which is the case at the time t2a at a speed v1a.
  • the oscillation state SZ can be influenced. Therefore, it may happen that the rail vehicle 2 is stabilized by a braking operation and the concomitant reduction of the speed v, after at least a predominant reduction of the braking force, ie at an at least partial release of the brake - but immediately again a critical state of vibration KSZ occurs.
  • a maximum speed vm1a is determined as a function of the speed v1a changed in this way and is set as the speed limit G1 for the rail vehicle 2 until further notice.
  • the rail vehicle 2 accordingly moves at time t3a at the speed vm1.
  • a critical oscillation state KSZ occurs again, the speed v of the rail vehicle 2 is reduced again until the oscillation state SZ reaches an uncritical value USZ, which is the case at the time t4a at a speed v2a.
  • a maximum speed vm2a is determined and until further notice set as the speed limit G2 for the rail vehicle 2.
  • the rail vehicle 2 accordingly moves at time t5a at the speed vm2.
  • a critical oscillation state KSZ occurs again, the speed v of the rail vehicle 2 is reduced again until the oscillation state SZ reaches a non-critical value USZ, which is the case at the time t6 at a speed v3a.
  • a maximum speed vm3a is determined and until further notice set as the speed limit G3 for the rail vehicle 2.
  • the rail vehicle 2 accordingly moves from the time t7a until further at the speed vm3a. If lower speed v is required on the trackside or on the timetable side, the speed may be higher of course, correspondingly reduced or the rail vehicle to be stopped.
  • 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 vehicle 2 is accelerated up to the speed limit G1 set and still existing at the time t2a and reaches it at the time t11a.
  • 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 in particular be forces on the wheel set 12 which occur in a pulse-like, fluctuating, fluctuating or the like manner.
  • the speed v is decreased at one between the times t1a and t2a, t3a and t4a, and t5a and t6a each with a substantially constant deceleration b1, 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.
  • the speed is changed only when a critical state of vibration KSZ occurs above a predetermined minimum speed v00.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further process according to speed course v and a corresponding course of a vibration state SZ, respectively over the time t, wherein the two abscissa of the representation 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 speed reduction is here to predetermined, discrete speed values, whereby a simplified Implementation of the method, in particular a simplified implementation of parts of the method in a software program code, can be achieved.
  • a simplified Implementation of the method in particular a simplified implementation of parts of the method in a software program code, can be achieved.
  • the rail vehicle 2 moves (see FIG. 1 ) at a speed v0b, wherein a non-critical vibration state of the wheelset 12 or a stable ride of the rail vehicle 2 is present.
  • a critical oscillation state KSZ occurs and the speed v of the rail vehicle 2 is reduced.
  • the speed v is reduced to a predetermined speed value v1b, which is used until further notice as a predetermined speed limit G4, which is reached at time t3b.
  • a predetermined speed limit G4 which is reached at time t3b.
  • an uncritical vibration state USZ is already reached at time t2b with t2b ⁇ t3b.
  • 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 increased up to a velocity value v2b with v2b> v0b, whereby for the determination of v2b an external - ie non-procedural - circumstance is decisive.
  • a critical oscillation state KSZ occurs again and the speed v of the rail vehicle 2 is reduced again.
  • the speed v is reduced again to the predetermined speed value v1b, which in turn is used as the speed limit G4, at time t7b.
  • an uncritical vibration state USZ is already reached at time t6b with t6b ⁇ t7b.
  • a critical state of vibration KSZ is reduced.
  • the speed v is reduced to a predetermined speed value v3b, which is used as the speed limit G5, at the time t10b.
  • v3b which is used as the speed limit G5
  • an uncritical vibration state USZ is already reached at time t9b with t9b ⁇ t10b.
  • the speed after passing through the traveling range T is increased to v1b at time t11b by removing 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 another method according to the velocity course v and a corresponding course of a vibration state SZ.
  • FIG. 3 and FIG. 4 illustrated embodiments takes place here after repeated occurrence of a critical state of vibration KSZ a permanent speed limit to a predetermined, significantly reduced, speed value. In this way it can be avoided that there is a speed-related overuse of worn components of the rail vehicle 2 and / or safety-critical driving conditions.
  • the speed v of the rail vehicle 2 is reduced at the times t1c, t3c and t5c consecutively to the speed values v1c, v2c and v3c respectively reached at the times t2c, t4c and t6c at occurrence of critical vibration states KSZ ,
  • 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 flow.
  • the rail vehicle 2 moves at a speed v (see FIG. FIG. 3 , v0a) in a stable driving condition (cf. FIG. 3 , USZ).
  • v see FIG. FIG. 3 , v0a
  • a stable driving condition cf. FIG. 3 , USZ.
  • no procedural speed limit is set or active.
  • the speed v0a is changed 110 using a vibration state quantity 66, more precisely, the acceleration - ie the controlled variable 68.
  • the speed is reduced until the vibration state variable 66 reaches a predetermined limit value (cf. FIG. 2 , 76).
  • one of the speeds thus changed which may for example be v1a (see FIG. 3 ), different maximum speed (eg vm1a) and as speed limit (see G1, FIG. 3 ) 120.
  • the rail vehicle 2 is operated at a speed that does not exceed this speed limit until further notice.
  • the previously determined and set 120 speed limit lifted 130 and the speed of the rail vehicle 2 may be increased.
  • 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, a predetermined minimum speed is reached or undershot, or the like.
  • a continuation 160 of the method is in FIG. 3 indicated by the punctuation.
  • the last detected and set 150 speed limit is canceled 170. However, the determined and set 120 speed limit remains activated.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs mit einem Radsatz bei dem die Geschwindigkeit 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 geräuscharme 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 Schienenfahrzeugs führen können. Diese derart verursachte Instabilität kann insbesondere mit einer übermäßigen Beanspruchung des Gleisbetts oder mit Komforteinbußen für die Fahrgäste einhergehen.
  • WO 01/94176 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren und Signalisieren einer Entgleisungsbedingung.
  • DE 10 2010 052 667 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung von Störungen einer Rollbewegung eines Wagonrades eines Zuges. Ein Vibrationssensor isL an einer Radnabe des Wagonrades angeordnet, dessen Rollbewegung durch die Vorrichtung überwachbar ist.
  • 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 Schwingungszustandsgröße des Radsatzes verändert wird.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine dauerhafte Verringerung der Geschwindigkeit auf einen vorbestimmten 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 wird. Die Veränderung kann als Funktion der Schwingungszustandsgröße mit Variation 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 Schienenfahrzeugs 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 Schwingungszustandsgröße, 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 verstanden 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 Drehbewegung des Drehgestells.
  • Unter einem kritischen Schwingungszustand des Radsatzes kann ein Schwingungszustand verstanden werden, bei dem die Schwingungszustandsgröße, beispielsweise eine Beschleunigung, betragsmäßig einen vorherbestimmten Grenzwert erreicht und/oder überschreitet. Der vorherbestimmte Grenzwert kann in einer einschlägigen Norm festgelegt sein.
  • Eine Schwingungszustandsgröße kann eine zeitabhängige physikalische Größe - beispielsweise eine Auslenkung, eine Geschwindigkeit 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 betragsmäßigen 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 festzulegen sein. Dennoch ist in einer Steuereinheit des Schienenfahrzeugs erfindungsgemäß 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 = φ(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 Schwingungszustandsgröße s verschiedene Geschwindigkeiten v an, wobei jeder Schwingungszustandsgröße s eindeutig eine Geschwindigkeit v zugeordnet sein kann. Anstelle der Geschwindigkeit v kann die Geschwindigkeitsveränderung dv/dt bzw. v' verwendet werden. Die Veränderung der Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs, also der Geschwindigkeitsgradient und/oder der Endpunkt der Veränderung, also die Zielgeschwindigkeit, erfolgt erfindungsgemäß 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 unterschiedlichen Veränderungen der Geschwindigkeit führen.
  • Bevorzugt erfolgt die Veränderung der Geschwindigkeit zumindest überwiegend automatisch, d.h. unter Vermeidung eines manuellen Eingriffs eines Fahrzeugführers. Auf diese Weise wird eine nach Dauer und Betrag bzw. Umfang übermäßig starke Verringerung - d.h. eine Verringerung, die über eine zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs hinreichende zeitliche und/oder betragsmäßige Verringerung hinausgeht - vermieden, eine erreichbare Durchschnittsgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 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 Geschwindigkeit derart verändert, dass die Schwingungszustandsgröße den vorherbestimmten Grenzwert betragsmäßig unterschreitet. Vorzugsweise wird die Schwingungszustandsgröße in vorbestimmten zeitlichen Abständen, bevorzugt kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich, messtechnisch erfasst. Zweckmäßigerweise wird die Schwingungszustandsgröße mit einem Vorgabewert 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. Lateralbeschleunigung, 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 Ermittlung kann über eine hierfür vorbereitete Messeinrichtung erfolgen. Die Messeinrichtung kann einen Sensor, bevorzugt einen piezoelektrischen Beschleunigungssensor, aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Ermittlung der Schwingungszustandsgröße mit einem Wegaufnehmer, insbesondere in Kombination mit einer Zeitmesseinrichtung, erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Geschwindigkeit erhöht, wenn das Schienenfahrzeug für einen vorgegebenen Fahrbereich innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs 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 vorgegebene 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 ausgeführt werden, dass die Geschwindigkeit bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands des Radsatzes, der beispielsweise bei 275 km/h auftritt, bis zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs bzw. einer ausreichenden Verminderung der Schwingungszustandsgröße verringert wird. Die derart verringerte Geschwindigkeit kann beispielsweise 254,5 km/h betragen. Durchfährt das Schienenfahrzeug einen vorgegebenen Fahrbereich, beispielsweise 20 km, ohne, dass ein erneuter kritischer Schwingungszustand auftritt, wird die Geschwindigkeit wieder erhöht. Auf diese Weise kann eine etwaige Fahrplanabweichung des Schienenfahrzeugs, also ein Zeitverlust infolge der vorangegangenen instabilitätsbedingten Verringerung der Geschwindigkeit, minimiert und die Pünktlichkeit des Schienenfahrzeugs erhöht werden.
  • Die Instabilität kann durch fahrzeugseitige und/oder gleisbett- bzw. gleiskörperseitige Größen beeinflusst werden. Beispielsweise kann ein verschlissener oder beschädigter Gleisstreckenabschnitt das Auftreten eines kritischen Schwingungszustands beeinflussen. Durch die Vorgabe des Fahrbereichs bis zur erneuten Erhöhung der Geschwindigkeit wird insbesondere vermieden, dass es auf einem derartigen Gleisstreckenabschnitt durch eine vorzeitige Erhöhung der Geschwindigkeit wiederholt zu kritischen Schwingungszuständen kommt.
  • Zweckmäßigerweise wird die Geschwindigkeit erst wieder erhöht, 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 unmittelbar 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 Gleisstreckenabschnitt 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 auftretenden Reibungskräfte zwischen Rad und Schiene zu einer Beeinflussung der Schwingung des Radsatzes kommen. Deshalb kann es vorkommen, dass das Schienenfahrzeug durch einen Bremsvorgang und die einhergehende Verringerung der Geschwindigkeit stabilisiert wird, nach einer zumindest überwiegenden Verringerung der Bremskraft -d.h. bei einem zumindest teilweisen Lösen der Bremse- jedoch umgehend erneut ein kritischer Schwingungszustand auftritt.
  • Es hat sich insbesondere deshalb als vorteilhaft erwiesen, eine von der veränderten Geschwindigkeit verschiedene Maximalgeschwindigkeit 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 vollständigen 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. Insbesondere 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 entsprechende Maximalgeschwindigkeit bzw. eine Geschwindigkeitsbegrenzung ermittelt und zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Schwingungszustandsgröße gesetzt wird.
  • Tritt innerhalb eines vorbestimmten Fahrbereichs - dieser kann eine Fahrstrecke oder eine Fahrdauer sein - keine erneute Instabilität auf, wird die zuletzt gesetzte Geschwindigkeitsbegrenzung aufgehoben. Verfahrensgemäß können während einer Fahrt mit mehreren instabilen Zuständen mehrere Geschwindigkeitsbegrenzungen nacheinander gesetzt werden. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, 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 Zusammenhang 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 Schwingungszustandsgröße unter einen vorbestimmten Grenzwert sinkt. Kontinuierlich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Schienenfahrzeug mit einem nicht verschwindenden Geschwindigkeitsgradienten auf eine zu Beginn des Bremsvorgangs unbekannte Geschwindigkeit abgebremst wird. Auf diese Weise kann erreicht 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 Verringerns 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 Geschwindigkeitsintervall gleichmäßig verteilte Geschwindigkeitswerte. Die Geschwindigkeitswerte können im Abstand von 50 km/h, bevorzugt im Abstand von 10 km/h, innerhalb des Geschwindigkeitsintervalls liegen. Beispielsweise kann das Geschwindigkeitsintervall 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 Verfahrens, insbesondere eine vereinfachte Umsetzung von Teilen des Verfahrens in einen Softwareprogrammcode, erreicht werden.
  • 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 deshalb vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit mit einer konstanten Verzögerung verringert wird. Auf diese Weise kann eine Verstetigung der während des Abbremsens am Radsatz angreifenden Bremskräfte erreicht werden. Infolgedessen wird ein Einfluss von Bremskraftschwankungen als Störgröße auf die Stabilisierung des Schienenfahrzeugs minimiert.
  • Zudem ist es wünschenswert, einem wiederholten Wechsel zwischen einem stabilen und einem instabilen Fahrzustand des Schienenfahrzeugs bzw. einem unkritischen und einem kritischen Schwingungszustand des Radsatzes entgegenzuwirken. Derartige 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 Geschwindigkeitswert verringert wird.
  • Vorteilhafterweise wird die Geschwindigkeit auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert verringert, wenn ein kritischer Schwingungszustand wiederholt innerhalb eines Geschwindigkeitsintervalls auftritt.
  • Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Geschwindigkeit auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert verringert wird, wenn ein kritischer Schwingungszustand wiederholt an ein und demselben Radsatz des Schienenfahrzeugs auftritt.
  • Kritische Schwingungszustände können insbesondere dann mehrfach 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. Insbesondere kann der Verschleißzustand eines Drehgestelldämpfers, eines Rad- bzw. Radsatzlagers oder dergleichen das Auftreten eines kritischen Schwingungszustands begünstigen.
  • Vorteilhafterweise wird die Geschwindigkeit dauerhaft verringert, 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 verschlissenen Komponenten und/oder zu sicherheitskritischen Fahrzuständen des Schienenfahrzeugs kommt.
  • Es ist möglich, dass übliche Fahrzustände des Schienenfahrzeugs bei niedrigen oder moderaten Geschwindigkeiten, beispielsweise das Durchfahren einer Weiche mit 100 km/h, kurzfristig 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 vorbestimmten 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. Beispielsweise können unter Verwendung der GPS-Information zur aktuellen Position des Schienenfahrzeugs eine Position zur Einleitung einer Bremsung, ein Verzögerungswert, ein Beschleunigungswert 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 eines schadhaften, verschlissenen, im weitesten Sinne kritischen Gleisstreckenabschnitts, der eine Instabilität des Schienenfahrzeugs begünstigen kann, vorteilhaft sein. Zur Ermittlung 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 Schwingungszustands bzw. eines instabilen Fahrzustands vermieden wird, beispielsweise durch ein frühzeitiges Bremsen des Schienenfahrzeugs vor einem bekannten kritischen Gleisstreckenabschnitt oder dergleichen. Dadurch kann das Schienenfahrzeug in an den Streckenverlauf angepasster Weise stabilisiert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs unter Verwendung eines Messsignals einer fahrzeugseitig montierten Gleismesseinrichtung 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 beispielweise 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 Stabilisierung 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 vorteilhaft zuerst die Dämpfung und hiernach die Geschwindigkeit verändert werden. Des Weiteren ist denkbar, dass beide Maßnahmen 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 Ermittlungseinrichtung 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, wobei in der Steuereinheit des Schienenfahrzeugs eine Funktion hinterlegt ist, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Schwingungszustandsgröße und der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs angibt, und die Veränderung der Geschwindigkeit unter Verwendung der Funktion erfolgt. Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen 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 darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    ein Schienenfahrzeug mit einer Anordnung zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs,
    FIG 2
    eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs aus FIG 1,
    FIG 3
    eine schematische Darstellung eines verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs des Schienenfahrzeugs aus FIG 1,
    FIG 4
    eine schematische Darstellung eines weiteren verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs mit Verringerungen der Geschwindigkeit auf vorbestimmte Werte,
    FIG 5
    eine schematische Darstellung eines weiteren Geschwindigkeitsverlaufs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsbegrenzung 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 Wagens 6 angeordnete, drehbar gelagerte Drehgestelle 10 mit jeweils einem Radsatz 12 auf. Jedes Drehgestell 10 ist über jeweils einen Dämpfer 14 zur Drehbewegungsdämpfung mit dem Wagen 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 Anordnung 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 einer Schwingungszustandsgröße jeweils eines Radsatzes 12 vorbereitet. Im vorliegenden Beispiel ist die Schwingungszustandsgröße 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 vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Schienenfahrzeug auch mehrere Antriebseinheiten, die beispielsweise an den Drehgestellen 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 Steuereinheit 26 über die Signalverbindungen 40 und 42 mit den Ermittlungseinrichtungen 18 des in Fahrtrichtung 28 hinteren Drehgestells 10 und gegebenenfalls weiteren Ermittlungseinrichtungen, 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 eines Drehgestells oder jedes Rad eines Radsatzes über eine gesonderte 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 Ausführungsbeispiel 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, Drehgestell- oder Radsatzschwingung oder dergleichen zu beschreiben.
  • Am Ausgang 64 des Regelkreises 56 liegt eine Schwingungszustandsgröße 66 als Regelgröße 68 an, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Beschleunigung eines Rades 16 des Schienenfahrzeugs 2 quer zur Fahrtrichtung 28 ist. Diese (Lateral-)Beschleunigung 66 ist zur messtechnischen Erfassung einer Instabilität bzw. eines Sinuslaufs des Schienenfahrzeugs 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 Beschleunigung 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 Führungsgröße 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 Regelabweichung 80 dem Regler 58 - d.h. der Steuereinheit 26 - zugeleitet. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Differenzbildung 78 durch eine Funktion der Steuereinheit 26 erfolgt.
  • Der Regler 58 bzw. die Steuereinheit 26 generiert das Steuersignal 44 (siehe auch FIG 1) unter Verwendung der derart gebildeten Regelabweichung 80, also implizit unter Verwendung der Schwingungszustandsgröße 66 bzw. der Regelgröße 68, und steuert mittels diesem das Stellglied 60 bzw. die Antriebseinheit 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 Regelstrecke 62 bzw. dem Radsatz 12 einwirkt.
  • Infolge der veränderten Geschwindigkeit 86 ändert die Regelstrecke 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 Beschleunigungskraft.
  • Der beschriebene Regelprozess wird kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich 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 verfahrensgemäßen Verlaufs einer Geschwindigkeit v (84, 86, vgl. FIG 2) des Schienenfahrzeugs 2 aus FIG 1. Zudem zeigt die Darstellung einen korrespondierenden Zeitverlauf eines Schwingungszustands 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 Zustand der Schwingungsgröße 66 bzw. die (Lateral)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 illustriert. 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 t0a bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 (siehe FIG 1) mit einer Geschwindigkeit v0a, wobei ein unkritischer Schwingungszustands USZ des Schienenfahrzeugs 2 bzw. des Radsatzes 12 vorliegt.
  • Gleiche Merkmale, die jedoch geringfügige Unterschiede aufweisen können, z.B. in Betrag bzw. Zahlenwert, in Abmessung, Position und/oder Funktion oder dergleichen, sind mit der gleichen Bezugsziffer und anderen Bezugsbuchstaben gekennzeichnet. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Bezugsbuchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungsbeispiele angesprochen.
  • Zu einem Zeitpunkt t1a tritt ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird verfahrensgemäß, beispielsweise nach dem in FIG 2 beschriebenen Regelprozess, verringert. Die Geschwindigkeit v wird soweit verringert, bis der Schwingungszustand SZ einen unkritischen Wert USZ erreicht, was zum Zeitpunkt t2a bei einer Geschwindigkeit v1a der Fall ist.
  • Durch das Abbremsen des Schienenfahrzeugs 2 zwischen t1a und t2a und die dabei auftretenden Reibungskräfte zwischen Rad 16 und Gleis 30 kann zu einer Beeinflussung des Schwingungszustands SZ kommen. Deshalb kann es vorkommen, dass das Schienenfahrzeug 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 auftritt.
  • Um dies zu vermeiden, wird In Abhängigkeit der derart veränderten Geschwindigkeit v1a eine Maximalgeschwindigkeit vm1a, mit vm1a < v1a, ermittelt und bis auf weiteres als Geschwindigkeitsbegrenzung G1 für das Schienenfahrzeug 2 gesetzt. Das Schienenfahrzeug 2 bewegt sich dementsprechend bis zum Zeitpunkt t3a mit der Geschwindigkeit vm1.
  • Zum Zeitpunkt t3a tritt erneut ein kritischer Schwingungszustand 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 einer Geschwindigkeit v2a der Fall ist. Wiederum wird In Abhängigkeit der derart veränderten Geschwindigkeit v2a eine Maximalgeschwindigkeit vm2a, mit vm2a < v2a, ermittelt und bis auf weiteres als Geschwindigkeitsbegrenzung G2 für das Schienenfahrzeug 2 gesetzt. Das Schienenfahrzeug 2 bewegt sich dementsprechend bis zum Zeitpunkt t5a mit der Geschwindigkeit vm2.
  • Zum Zeitpunkt t5a tritt nochmals ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf, die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird nochmals verringert, bis der Schwingungszustand SZ einen unkritischen Wert USZ erreicht, was zum Zeitpunkt t6 bei einer Geschwindigkeit v3a der Fall ist. Nochmals wird In Abhängigkeit 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 Zeitpunkt t7a bis auf weiteres mit der Geschwindigkeit vm3a. Sollte streckenseitig bzw. fahrplanseitig eine geringere Geschwindigkeit 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 t10a 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 t10a wird die zum Zeitpunkt t4a gesetzte Geschwindigkeitsbegrenzung G2 entfernt und das Schienenfahrzeug 2 wird beschleunigt. Das Schienenfahrzeug 2 wird bis zur zum Zeitpunkt t2a gesetzten und noch bestehenden Geschwindigkeitsbegrenzung G1 beschleunigt und erreicht diese zum Zeitpunkt t11a.
  • Nach einem weiteren stabilen Durchlaufen eines Fahrbereichs T zwischen den Zeitpunkten t11a und t12a wird auch die letzte verbleibende Geschwindigkeitsbegrenzung G1 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 Weise auftreten.
  • Deshalb wird die Geschwindigkeit v mit einer zwischen den Zeitpunkten t1a und t2a, t3a und t4a und t5a und t6a jeweils mit einer im Wesentlichen konstanten Verzögerung b1, 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 Schienenfahrzeugs 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 verfahrensgemäße Veränderung der Geschwindigkeit vorgenommen wird, wird die Geschwindigkeit erst bei Auftreten eines kritischen Schwingungszustands KSZ oberhalb einer vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit v00 verändert wird.
  • FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs v und eines dazu korrespondierenden Verlaufs eines Schwingungszustands SZ, jeweils über der Zeit t, wobei die beiden Abszissen der Darstellung 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 Ausführungsbeispiel erfolgt die Geschwindigkeitsverringerung hier auf vorbestimmte, diskrete Geschwindigkeitswerte, wodurch eine vereinfachte Implementierung des Verfahrens, insbesondere eine vereinfachte Umsetzung von Teilen des Verfahrens in einen Softwareprogrammcode, erreicht werden kann. Bezüglich der vereinfachten Illustration des Zeitverlaufs des Schwingungszustands SZ gelten die Erläuterungen zu FIG 3.
  • Zu einem Zeitpunkt t0b bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 (siehe FIG 1) mit einer Geschwindigkeit v0b, wobei ein unkritischer Schwingungszustands des Radsatzes 12 bzw. eine stabile Fahrt des Schienenfahrzeugs 2 vorliegt.
  • Zu einem Zeitpunkt t1b tritt ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird verringert. Die Geschwindigkeit v wird auf einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert v1b, 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 Geschwindigkeitswert v2b mit v2b > v0b erhöht, wobei für die Festlegung von v2b ein äußerer - also nicht verfahrensbedingter - Umstand maßgeblich ist.
  • Zu einem Zeitpunkt t5b tritt erneut ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird erneut verringert. Die Geschwindigkeit v wird nochmals auf den vorbestimmten Geschwindigkeitswert v1b, der wiederum als Geschwindigkeitsbegrenzung G4 verwendet wird, zum Zeitpunkt t7b verringert. Dabei wird bereits zum Zeitpunkt t6b mit t6b < t7b ein unkritischer Schwingungszustand USZ erreicht.
  • Zu einem Zeitpunkt t8b tritt nochmals ein kritischer Schwingungszustand KSZ auf und die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 wird nochmals verringert. Die Geschwindigkeit v wird auf einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert v3b, der als Geschwindigkeitsbegrenzung G5 verwendet wird, im Zeitpunkt t10b verringert. Dabei wird bereits zum Zeitpunkt t9b mit t9b < t10b ein unkritischer Schwingungszustand USZ erreicht.
  • Darauffolgend wird die Geschwindigkeit nach Durchlaufen des Fahrbereichs T zum Zeitpunkt t11b durch Entfernen der Geschwindigkeitsbegrenzung G5 auf v1b erhöht.
  • Nach einem weiteren Durchlaufen eines weiteren Fahrbereichs T zwischen den Zeitpunkten t12b und t13b wird auch die noch verbleibende Geschwindigkeitsbegrenzung G4 entfernt und das Schienenfahrzeug 2 beschleunigt.
  • FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs v und eines korrespondierenden 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 Geschwindigkeitsbegrenzung auf einen vorbestimmte, deutlich verringerten, Geschwindigkeitswert. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass es zu einer geschwindigkeitsbedingten Überbeanspruchung von verschlissenen Komponenten des Schienenfahrzeugs 2 und/oder zu sicherheitskritischen Fahrzuständen kommt.
  • Ausgehend von einer Geschwindigkeit v0c wird die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 bei Auftreten von kritischen Schwingungszuständen KSZ zu den Zeitpunkten t1c, t3c und t5c aufeinanderfolgend auf die Geschwindigkeitswerte v1c, 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 verringerten, 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 exemplarischen Verfahrensablaufs. Zunächst bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 mit einer Geschwindigkeit v (vgl. FIG 3, v0a) in einem stabilen Fahrzustand (vgl. FIG 3, USZ). In diesem Verfahrensschritt 100 ist demnach keine verfahrensgemäße Geschwindigkeitsbegrenzung gesetzt bzw. aktiv.
  • Bei Auftreten eines kritischen Geschwindigkeitszustands KSZ des Radsatzes 12 wird die Geschwindigkeit v0a unter Verwendung einer Schwingungszustandsgröße 66, genauer, der Beschleunigung - also der Regelgröße 68 - verändert 110. Die Geschwindigkeit wird verringert, bis die Schwingungszustandsgröße 66 einen vorbestimmten Grenzwert (vgl. FIG 2, 76) erreicht.
  • Im nächsten Schritt wird eine von der derart veränderten Geschwindigkeit, die beispielsweise v1a betragen kann (siehe FIG 3), verschiedene Maximalgeschwindigkeit (bspw. vm1a) ermittelt und als Geschwindigkeitsbegrenzung (vgl. G1, FIG 3) gesetzt 120. Das Schienenfahrzeug 2 wird bis auf weiteres mit einer Geschwindigkeit betrieben, die diese Geschwindigkeitsbegrenzung nicht übersteigt.
  • Wenn das Schienenfahrzeug 2 für einen vorgegebenen Fahrbereich (vgl. bspw. FIG 3, T) innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs des Radsatzes 12 gefahren ist, wird die zuvor ermittelte und gesetzte 120 Geschwindigkeitsbegrenzung aufgehoben 130 und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 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 Geschwindigkeitsbegrenzungen 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 Geschwindigkeitsbegrenzung für einen vorgegebenen Fahrbereich innerhalb eines unkritischen Schwingungszustandsbereichs gefahren ist, wird die zuletzt ermittelte und gesetzte 150 Geschwindigkeitsbegrenzung 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 (16)

  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 und die Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) unter Verwendung einer Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12) verändert (110, 140) wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Steuereinheit (26) des Schienenfahrzeugs (2) eine Funktion hinterlegt ist, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Schwingungszustandsgröße (66) und der Geschwindigkeit (84, 86, v)des Schienenfahrzeugs (2) angibt, und die Veränderung der Geschwindigkeit (84, 86, v) unter Verwendung der Funktion erfolgt.
  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 einen 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 Geschwindigkeit (84, 86, v, v1a-v3a) verschiedene Maximalgeschwindigkeit (vm2a-vm3a, G1-G3) des Schienenfahrzeugs (2) in Abhängigkeit, von der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, v1a-v3a) ermittelt wird (120, 150).
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalgeschwindigkeit (vm1a-vm3a, G1-G3) als ein Produkt aus einem Sicherheitsfaktor und der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, v1a-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 (v1b, 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 (b1-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 Mindestgeschwindigkeit (v00) 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 Schienenfahrzeugs (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 Schwingung des Schienenfahrzeugs (2) verändert wird.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung eine Abschwächung einer lateralen Schwingung des Radsatzes (12) des Schienenfahrzeugs (2) ist.
  16. 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 Ansteuerung der Antriebseinheit (22) unter Verwendung der Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12) zur Veränderung der Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) vorbereitet ist, wobei in der Steuereinheit (26) des Schienenfahrzeugs (2) eine Funktion hinterlegt ist, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Schwingungszustandsgröße (66) und der Geschwindigkeit (84, 86, v) des Schienenfahrzeugs (2) angibt, und die Veränderung der Geschwindigkeit (84, 86, v) unter Verwendung der Funktion erfolgt.
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