DE102014213863A1

DE102014213863A1 - Verfahren zur Stabilisierung eines Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014213863A1
Application number: DE102014213863.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Wennekamp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-21
Also published as: US20170158212A1; RU2017101304A; EP3145788A1; RU2017101304A3; PL3145788T3; EP3145788B1; US10538258B2; PT3145788T; ES2671424T3; WO2016008871A1; DK3145788T3; RU2665992C2; CN106573628A

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

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.
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 werden kann. 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 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 = 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 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 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.
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:
1 ein Schienenfahrzeug mit einer Anordnung zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs,
2 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs aus 1,
3 eine schematische Darstellung eines verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs des Schienenfahrzeugs aus 1,
4 eine schematische Darstellung eines weiteren verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs mit Verringerungen der Geschwindigkeit auf vorbestimmte Werte,
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Geschwindigkeitsverlaufs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsbegrenzung und
6 eine schematische Darstellung eines exemplarischen Verfahrensablaufs.
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.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises 56 zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs 2 aus 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 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 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.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines verfahrensgemäßen Verlaufs einer Geschwindigkeit v (84, 86, vgl. 2) des Schienenfahrzeugs 2 aus 1. Zudem zeigt die Darstellung einen korrespondierenden Zeitverlauf eines Schwingungszustands SZ (66, 68, 70, vgl. 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 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 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 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.
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 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 3.
Zu einem Zeitpunkt t0b bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 (siehe 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.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren verfahrensgemäßen Geschwindigkeitsverlaufs v und eines korrespondierenden Verlaufs eines Schwingungszustands SZ.
Im Unterschied zu den mittels 3 und 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.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines exemplarischen Verfahrensablaufs. Zunächst bewegt sich das Schienenfahrzeug 2 mit einer Geschwindigkeit v (vgl. 3, v0a) in einem stabilen Fahrzustand (vgl. 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. 2, 76) erreicht.
Im nächsten Schritt wird eine von der derart veränderten Geschwindigkeit, die beispielsweise v1a betragen kann (siehe 3), verschiedene Maximalgeschwindigkeit (bspw. vm1a) ermittelt und als Geschwindigkeitsbegrenzung (vgl. G1, 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. 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 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

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 Schwingungszustandsgröße (66) des Radsatzes (12) verändert (110, 140) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungszustandsgröße (66) als Regelgröße (68) zur Veränderung der Geschwindigkeit (84, 86, v) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungszustandsgröße (66) eine Beschleunigung ist, die am Radsatz (12) des Schienenfahrzeugs (2) ermittelt wird.
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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, v1a–v3a) verschiedene Maximalgeschwindigkeit (vm1a–vm3a, G1–G3) des Schienenfahrzeugs (2) in Abhängigkeit von der veränderten Geschwindigkeit (84, 86, v, v1a–v3a) ermittelt wird (120, 150).
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.
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.
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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (84, 86, v) mit einer konstanten Verzögerung (b1–b3) verringert wird.
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.
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.
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.
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.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfung (14) der Schwingung des Schienenfahrzeugs (2) verändert wird.
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.