Download - Virtual Vehicle

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

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
wurden Mehrkörpersystem (MKS) Simulationen durchgeführt. Hierfür wurde ein Fahrzeugmodell mit sehr hoher Modelltiefe gewählt und mit realen Gleislagestörungen angeregt. Als Referenzgröße für die Interaktion wird in diesem Beispiel die laterale Fahrzeugreaktionskraft herangezogen. In Abbildung 2 ist der Zusammenhang von Abschnittsmaximalwerten zwischen MKS-Referenzsimulation und TGA-Schätzung (violett) und MKS-Referenzsimulation und Regressionsmodell mit normativen Bewertungsgrößen (orange) dargestellt. Die Qualität der Maximalwertschätzung wird in der Punktwolkendarstellung durch die Streuung der Punkte um die Proportionalitätsgerade (grüne Linie) ausgedrückt. In der Abbildung ist ersichtlich, dass die TGA-Methode auf Grund des berücksichtigten Fahrzeugverhaltens bei der Interaktionsbewertung eine deutlich geringere Streuung und somit bessere Ergebnisse gegenüber den Methoden der Europäischen Normen liefert. Daraus können schlussendlich sehr effiziente Maßnahmen für die Fahrzeugauslegung bzw. Fahrweginstandhaltung abgeleitet werden. Interaktionsrelevante Systemparameter In einem aktuellen Forschungsprojekt wird ein Verfahren für die Bewertung der Interaktion von Fahrzeug und Fahrweg entwickelt, welches neben den Betriebsbedingungen auch noch die nichtlinearen Effekte des Fahrzeug- Fahrweg-Systems (z.B. Bauteilkennlinien oder Rad-Schiene Kontakt) in ausreichendem Maße mit einbezieht. Hierfür ist es notwendig, die Interaktionsrelevanz von unterschiedlichen Betriebsbedingungen bzw. von nichtlinearen Effekten mit Methoden der Statistik - insbeson- Abbildung 2: Vergleich der TGA-Methode mit aktuellen Methoden aus den Europäischen Normen dere der Sensitivitätsanalyse - zu bestimmen. Basierend auf einer systematischen Versuchsplanung kann damit ein Verfahren entwickelt werden, welches die Systemparameter entsprechend ihrer Interaktionsrelevanz berücksichtigt. Zu beachten ist dabei jedoch, dass die dafür notwenigen Systeminformationen wie z.B. Reibungsverhältnisse im Rad-Schiene Kontakt nicht immer hinreichend bekannt sind. Die daraus resultierenden Auswirkungen werden daher hinsichtlich Robustheit des Verfahrens zurzeit untersucht. Zeitliche Interaktionsveränderung Aufgrund der begrenzten Mittel und des Abbildung 3: Betrachtung der gemeinsamen Interaktion und Ableitung von Maßnahmen zur Optimierung des Gesamtsystems Quelle: VIRTUAL VEHICLE wachsenden Kostendrucks ist eine strikte Ausrichtung der Instandhaltung nach den Life- Cycle-Costs des Fahrwegs und einer grenzwertorientierten Instandhaltung erforderlich. Dies bedeutet, dass ein Verfahren zur Bewertung der Interaktion, wie in Abb. 3 dargestellt, auch eine Prognose der zeitlichen Entwicklung der zu erwartenden Interaktion bieten soll. Hierfür werden ebenfalls Prognosemodelle entwickelt, welche die interaktionsrelevanten Parameter in Hinblick auf die zeitliche Veränderung entsprechend berücksichtigen. Anwendung und Ausblick Die Entwicklung des Interaktions-Bewertungsverfahrens wird durch die intensive Mitarbeit der Industriepartner - auf Seiten der Fahrzeughersteller Siemens AG Österreich und auf Seiten der Bahnbetreiber Schweizerische Bundesbahnen SBB Infrastruktur, DB Netz AG und ÖBB Infrastruktur AG in Kombination mit dem wissenschaftlichen Partner der TU Graz / Institut für Mechanik - optimal ermöglicht. Diese gemeinsame Entwicklung bietet ein großes Potenzial für eine gemeinsam verwendbare und akzeptierte Methode für die Fahrzeughersteller und Infrastrukturbetreiber. ■ Zum Autor Dr. Bernd Luber ist Lead Researcher im Bereich <strong>Vehicle</strong> Dynamics – Rail Applications am VIRTUAL VEHICLE. magazine Nr. 14, II-2013 Quelle: VIRTUAL VEHICLE 9
Seite 1 und 2: Schwerpunkt-Thema: Gesamtsystem Rai
Seite 3 und 4: Schiene mit System Der Bereich Rail
Seite 5 und 6: lich. Die Rail-Experten am VIRTUAL
Seite 7: VVM: Sie waren 25 Jahre lang Univer
Seite 11 und 12: gungen eingestellt werden. Ändern
Seite 13 und 14: Abbildung 2: Gegenüberstellung der
Seite 15 und 16: einzelnen Kooperationspartner unter
Seite 17 und 18: Abbildung 2: Darstellung der berech
Seite 19 und 20: damit die Performance des Gesamtsys
Seite 21 und 22: VVM: Wann wird das erste Schienenfa
Seite 23 und 24: Dank Optimierung effizient auf der
Seite 25 und 26: Abbildung 3: Sandstrahl im Realbetr
Seite 27 und 28: höhten Dämpfung der Starrkörpere
Seite 29 und 30: 3. Austausch von Daten über Nachri
Seite 31 und 32: schichten, Schwellenbesohlungen, Ra
Seite 33 und 34: Als maßgebende Phänomene wurden d
Seite 35 und 36: Der Rad-Schiene Kontakt ist für di

Download - Virtual Vehicle

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?