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Fahrzeug und Fahrweg -
eine gemeinsame Interaktion
Ein transeuropäisches Eisenbahnsystem erfordert einen sicheren und durchgehenden Zugverkehr. Am VIRTUAL
VEHICLE werden hierfür neue effiziente Methoden zur Bewertung des Zusammenspiels von Fahrzeug und
Fahrweg entwickelt, welche eine gemeinsame Anwendung bei Fahrzeughersteller und Infrastrukturbetreiber
ermöglichen.
Das Zusammenwirken von Fahrzeug und
Fahrweg spielt in vielen Bereichen des Eisenbahnbetriebs
eine wichtige Rolle. Für Fahrzeughersteller
sind in Bezug auf die Auslegung
von Schienenfahrzeugen die Bereiche Fahrsicherheit,
Fahrkomfort und Akustik von großer
Bedeutung. Für die Infrastrukturbetreiber ist
ein gutes Zusammenwirken wesentlich für eine
möglichst kosteneffiziente Instandhaltung.
Zur Berücksichtigung dieser gemeinsamen Interaktion
von Fahrzeug und Fahrweg müssen
sowohl den Fahrzeugherstellern als auch den
Infrastrukturbetreibern sinnvolle und effiziente
Methoden zur Bewertung des Zusammenspiels
zur Verfügung gestellt werden. Die derzeit gültigen
Europäischen Normen EN 14363 und EN
13848 bieten hierfür jedoch beiden Partnern
keine zufriedenstellenden Lösungen.
Problematik der normativen
Bewertungsmethoden
Die Untersuchungen des Fahrzeug-Fahrweg-
Systems zeigen, dass neben den Betriebsbe-
Abbildung 1: Darstellung von Gleislageabweichungen im Wellenlängenbereich als Basis
für eine Interaktionsanalyse
Quelle: VIRTUAL VEHICLE
8 magazine Nr. 14, II-2013
dingungen das dynamische System im Wesentlichen
von den Gleislageabweichungen
angeregt wird. Das Fahrzeug wird bei der Überfahrt
in Schwingung versetzt, wodurch sich
wiederum Beschleunigungen im Fahrzeug und
auch rückwirkende Fahrzeugreaktionskräfte
auf den Fahrweg ergeben.
Die in den Europäischen Normen definierten
Methoden zur Bewertung von Gleislageabweichungen
berücksichtigen diese Interaktion jedoch
nicht. Als Beurteilungsgrößen werden in
den beiden genannten Normen nur die Kenngrößen
‚Maximalwert‘ und ‚Standardabweichung‘
der geometrischen Gleislageabweichungen
herangezogen. Verschiedene Fahrzeugtypen
in Kombination mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen
wie Fahrzeuggeschwindigkeit,
Rad/Schiene-Profilpaarungen und Kontaktbedingungen
reagieren dagegen unterschiedlich
auf die gleichen geometrischen Gleislageabweichungen.
Diese Variationen bleiben in den
aktuellen normativen Gleislage-Bewertungsmethoden
durch die reine Beurteilung von geometrischen
Kenngrößen völlig unberücksichtigt.
TGA-Methode berücksichtigt
Interaktion
Am VIRTUAL VEHICLE wurde im Rahmen
eines Forschungsprojekts in Kooperation mit
Siemens AG Österreich und der voestalpine
Schienen GmbH die sogenannte Track Geometry
Assessment (TGA) Methode entwickelt.
Diese Methode berücksichtigt im Vergleich zu
den normativen Bewertungsmethoden die Interaktion
von Fahrzeug und Fahrweg durch eine
Abschätzung der zu erwartenden Fahrzeugreaktionen.
Hierfür werden nicht nur wie in der
Europäischen Norm die Störungsamplituden
der Gleislageabweichungen, sondern auch
die in Abbildung 1 dargestellten Wellenlängenanteile
der Abweichungen und folglich deren
Auswirkungen auf das Fahrzeugverhalten bewertet.
Theoretische Überlegungen und auch
praktische Erfahrungen der Projektpartner zeigen,
dass die Überfahrt eines Fahrzeugs über
zwei, in Abb. 1 dargestellten geometrischen
Gleislagefehler (Einzelfehler und Fehler mit
charakteristischer Störung) trotz gleicher Störungsamplituden
ein stark unterschiedliches
dynamisches Fahrzeugverhalten verursachen
kann.
Zur Berücksichtigung dieses Effekts werden bei
der TGA-Methode die Gleislageabweichungen
in den Wellenlängenbereich transformiert und
mit sogenannten repräsentativen empirischen
Übertragungsfunktionen gewichtet. Durch die
Verwendung solcher Übertragungsfunktionen
kann das Verhalten von verschiedenen Fahrzeugen
bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen
optimal berücksichtigt werden. Nach
der Gewichtung erfolgt wiederum eine Rücktransformation
in den Wegbereich. Die damit im
Wegbereich vorliegenden geschätzten dynamischen
Verläufe der Fahrzeugreaktionen ermöglichen
eine ausgezeichnete Bewertung des
Zusammenspiels von Fahrzeug und Fahrweg.
Ergebnisse der TGA-Methode
Zur Analyse der Ergebnisse der TGA-Methode