DE4230061C2

DE4230061C2 - Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4230061C2
Application number: DE19924230061
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Talke; Dietrich Ennulat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2012-09-08
Also published as: CH687014A5; DE4230061A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis, bei dem unter bekannten äußeren Bedingungen die Rollwiderstände der einzelnen Wagen ermittelt werden, und die Anwendung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren (DE-OS 22 46 306) erfolgt eine Messung der Laufeigenschaften (zum Beispiel Roll widerstände) der Wagen mittels einer Geschwindigkeitsmeß anordnung. Die von dieser Meßanordnung gewonnene Infor mation wird einem Elektronenrechner zur Weiterverarbeitung zugeführt. Der Elektronenrechner berechnet die von einer Gleisbremse für den betreffenen Wagen einzustellende Soll auslaufgeschwindigkeit derart, daß der Wagen mit einer vor gegebenen Auflaufgeschwindigkeit im zur Zugzusammenstel lung vorgesehenen Richtungsgleis eintrifft.

Durch Messungen lassen sich zwar die Rollwiderstände der einzelnen Wagen bei vorgegebenen äußeren Bedingungen be stimmen, jedoch läßt sich aus diesen individuellen Meß werten keine das Laufverhalten des Wagenparks (Grund gesamtheit) allgemein beschreibende Verteilungsfunkion herleiten. Daher liegen bei den Betreibern von Rangier anlagen keine - insbesondere im Hinblick auf sich ändernde äußere Bedingungen (zum Beispiel jahreszeitabhängige Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten) - gesicherten statistischen An gaben über das Laufverhalten des Wagenparks vor. Außerdem ist mit einmaligen Messungen ein Driftverhalten der Laufeigenschaften des Wagenparks nicht erfaßbar.

Bei dem bekannten Verfahren tritt die vorgenannte Proble matik in den Hintergrund, weil über fest installierte Rollwiderstandsmeßeinrichtungen bei jeder Zugzusammenstel lung jeweils wagenspezifische Meßwerte aufgenommen werden. Dies erfordert einen hohen meßtechnischen Aufwand; die sich anschließende rechnergestützte Verarbeitung der gewonnenen Meßwerte wirkt sich geschwindigkeitsmindernd auf das bekannte Verfahren aus und läßt längerfristige Prognosen nicht zu.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen in einem Richtungsgleis zu schaffen, das mit äußerst geringem anlagentechnischen Aufwand unter den jeweils aktuell gegebenen äußeren Bedingungen eine zuverlässige Prognose der statistisch zu erwartenden Verteilung der Wagen in dem Richtungsgleis ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summenhäufigkeiten der Rollwiderstände bestimmt werden, daß zur Bildung einer linearen Funktion zwischen den Roll widerständen und den Summenhäufigkeiten die Werte der Rollwiderstände logarithmiert werden, während auf die zugeordneten Summenhäufigkeiten das Gauß'sche Wahrschein lichkeitsintegral angewendet wird, daß der Einfluß einer Änderung mindestens einer äußeren Bedingung auf die lineare Funktion bestimmt wird und daß unter Berück sichtigung der aktuell gegebenen mindestens einen äußeren Bedingung die statistisch zu erwartende Vertei lung der Wagen auf dem Richtungsgleis abgeschätzt wird. Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß eine logarthmische Darstellung bzw. Bewertung der Rollwiderstände und eine mit dem Gauß'schen Wahrschein lichkeitsintegral

dargestellte bzw. bewertete Summenhäufigkeit eine lineare Funktion zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten liefert. Erst ein derartiger linearer funktioneller Zusammenhang erlaubt in vorteilhafter Weise eine einfache Beschreibungs- und Speichermöglichkeit, beispielsweise in Form einer Geradengleichung. Das er findungsgemäße Verfahren nutzt so einen funktionellen Zusammenhang (Verteilungsfunktion der Grundgesamtheit), der äußerst schnell ausgewertet werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Änderung äußerer Be dingungen auf den Funktionstyp keinen Einfluß hat (der funktionelle Zusammenhang ist weiterhin linear und zum Beispiel als Gerade darstellbar); lediglich die Steigung und/ oder der Achsenabschnitt der Funktion variieren mit ge änderten äußeren Bedingungen. Die Gerade wird leicht mit bekannten Verfahren der Statistik auf zum Beispiel zeichneri schen Wegen gefunden, indem für eine vorliegende Statistik mehrere Punkte in ein Diagramm eingetragen werden. Das Ergebnis ist diejenige Gerade, die ähnlich einer linearen Regressionsgeraden die eingetragenen Punkte am besten annähert.

Die jeweilige Funktion läßt sich mathematisch einfach mittels Koeffizienten beschreiben, so daß eine hinreichend genaue Prognose der statistisch zu erwartenden Verteilung der Wagen im Richtungsgleis möglich ist, ohne daß be triebsbegleitende Messungen oder ein aufwendiges Suchen in vorab abgelegten Tabellen erforderlich sind.

In diesem Zusammenhang sehen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass der Einfluss der Tem peratur und/oder der Luftfeuchtigkeit, insbesondere als Nässe oder Niederschlag auf der Schiene, auf den Verlauf der linea ren Funktion bestimmt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 4 bis 7 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand einer Anwendung des Verfahrens noch einmal veranschaulicht werden.

Aufgrund unterschiedlicher Laufeigenschaften (Rollwider stände) der Wagen eines Wagenparks bei ihrem Lauf auf dem Richtungsgleis hat sich in der Praxis eine verhältnismäßig geringe Wahrscheinlichkeit dafür gezeigt, dass ein Wagen sein Laufziel erreicht. Bei einer gewünschten Wagen-Laufweite von zum Beispiel 600 m (Laufziel) dürfte in der Praxis der Rollwider stand höchstens circa 1,5‰ betragen. (Die verwendete Einheit ‰ bedeutet die wirkende hemmende Kraft bezogen auf die Eigengewichtskraft des Wagens). In üblichen Wagenparks weisen aber nur wenige (zum Beispiel 10%) der Wagen einen derartigen Roll widerstand auf; daher bleiben circa 90% der Wagen vor Errei chen des Laufziels stehen. Üblicherweise haben die Wagen im Mittel einen Rollwiderstand von 2-3‰. Die Wagen müssen daher gegebenenfalls mehrfach durch Räumen mittels einer Beidrück- oder Räumlokomotive aus dem Sammelbereich in den Laufzielbereich verschoben werden.

Da die Räumlokomotive möglichst optimal genutzt werden soll, besteht ein erheblicher Bedarf an einem in Abhängigkeit von der Länge des Richtungsgleises und des Wagenparks optimierten Räumweg (Räumhub) für die Räumlokomotive.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft zum Bestimmen eines optimalen Räumhubs für eine kuppelreife Füllung eines Richtungsgleises einer Ablaufanlage mit Laufzielbremsung anwenden, wobei unter Berücksichtigung der äußeren Bedingungen die zu erwartende statistische Verteilung der Wagen im Richtungsgleis abgeschätzt wird, wobei aus dieser Abschätzung eine mittlere zu er wartende Laufweite ermittelt wird und wobei der Räum hub annähernd der mittleren zu erwartenden Laufwei te entsprechend bemessen wird. In Kenntnis der gemessenen Rollwiderstände läßt sich nämlich in für sich bekannter Weise (Eisenbahntechnische Rundschau, 36, 1987 S. 582) die Summenhäufigkeit der zu erwartenden Laufweiten in das Richtungsgleis abschätzen. In vorteilhafter Weise lassen sich erfindungsgemäß unter Ausnutzung des gebildeten linearen Zusammenhangs zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten dabei die Einflüsse der genannten äußeren Bedingungen berücksichtigen. Der Räumweg wird also in vorteilhafter Weise unmittelbar aus der einfach auszu wertenden linearen Funktion zwischen den Rollwiderständen und deren Summenhäufigkeiten bzw. den daraus ableitbaren mittleren zu erwartenden Laufweiten gewonnen. Damit kann für die Räumlokomotive ein annähernd optimaler Räumhub vorgegeben werden, nach dessen Abfahrt die Räumlokomotive bereits umkehren und sich anderen Räumaufgaben zuwenden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anwendung des er findungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die er mittelte Laufweite mit einem der Wagenbelastung, einem der Anzahl der gemeinsam in das Richtungsgleis zu laufenden Wagen (Wagengruppe) und/oder mit einem den ermittelten Windverhältnissen entsprechenden Korrektur faktor bewertet wird. Damit kann der für die Räum lokomotive vorgesehene optimierte Räumweg vorzugsweise automatisch an die jeweiligen äußeren Gegebenheiten, insbesondere an die Witterungseinflüsse, angepaßt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ermittelte lineare funktionelle Zusammenhänge zwischen Rollwiderständen und Summenhäufigkeiten,

Fig. 3 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kuppelreifen Füllung eines Richtungsgleises und

Fig. 4 Summenhäufigkeiten von Laufweiten in einem Richtungsgleis.

Gemäß Fig. 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt 1 bei bekannten äußeren Bedingungen (zum Beispiel bei einer Tempe ratur T = T1) zunächst die Rollwiderstände WR der einzelnen Wagen eines Wagenparks bestimmt.

In einem weiteren Verfahrensschritt 2 wird in an sich bekannter Weise die Summenhäufigkeit SH der gemessenen Roll widerstände WR bestimmt. In anschließenden Verfahrens schritten 3 und 4 werden die Werte der Rollwiderstände WR logarithmiert, während auf die Summenhäufigkeiten SH das Gauß'sche Wahrscheinlichkeitsintegral

angewendet wird. Der sich dadurch ergebe ne lineare funktionelle Zusammenhang (lineare Funktion) ist zur Auswertung direkt auf einer Anzeigeeinheit dar stellbar oder auf einem Drucker ausgebbar (Verfahrens schritt 5).

Fig. 2 zeigt in detaillierter Darstellung aus der Summen häufigkeit (in %) der Rollwiderstände gewonnene Funktionen für verschiedene Wagenparks (DR 1985 und SBB 1981) bei 20° C und bei -10°C für den Wagenpark DR 1985. Die Summenhäu figkeitswerte der (logarithmisch aufgetragenen) Rollwider stände WR (in ‰) liegen jeweils annähernd im Verlauf einer Geraden, so daß sich der lineare funktionelle Zu sammenhang äußerst einfach durch mathematische Koeffi zienten oder eine Geradengleichung beschreiben läßt. Die gezeigten Geraden werden leicht mit bekannten Ver fahren, beispielsweise auf zeichnerischem Weg, gefunden, indem für eine vorliegende Statistik mehrere Punkte in das Diagramm gemäß Fig. 2 eingetragen werden. Das Ergebnis ist in derjenigen Geraden zu sehen, die ähnlich einer li nearen Regressionsgeraden die eingetragenen Punkte am besten annähert. Die statistisch besonders aussagekräfti gen Größen Mittelwert µ und Standardabweichung τ können aus den Schnittpunkten der Geraden leicht ermittelt werden. µ wird am Schnittpunkt der Geraden mit der 50 %-Linie, die Differenz (µ - τ) am Schnittpunkt der Gera den mit der 16%-Linie (statistische Sicherheit (S)) und die Summe (µ + τ) am Schnittpunkt der Geraden mit der 84%- Linie (S) abgelesen.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten Verhältnissen läßt sich ableiten, daß und in welchem Umfang die Temperatur als äußere Einflußgröße die Summenhäufigkeiten der Roll widerstände beeinflußt. So weisen bei Temperaturen von circa 20°C 50% des Wagenparks DR 1985 einen Rollwiderstand von 2‰ auf, während bei -10°C eine 50%ige Summenhäufig keit für circa 3,1‰ Rollwiderstand zu erkennen ist.

Diese Zusammenhänge sind in dem Verfahrensschritt 6 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei die ermittelte lineare Funktion in Form einer Geradengleichung

H = mx + b(T)

mit einem temperaturabhängigen Parameter b(T) darge stellt ist. Dies symbolisiert den im Zusammenhang mit Fig. 2 dargestellten Einfluß der Temperatur T auf den Achsenabschnitt, während die Steigung der Geraden gemäß Fig. 2 unverändert ist. Selbstverständlich können an stelle oder neben der Temperatur auch weitere Einfluß größen, beispielsweise die Luftfeuchtigkeit, in ent sprechender Weise berücksichtigt werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt 7 wird die aktuelle Temperatur T₂ gemessen und dementsprechend eine Bewer tung des linearen Zusammenhangs

H' = mx + b(T₂)

vorgenommen. Ausgehend von den auf diese Weise ermittelten aktuellen gegebenen äußeren Bedingungen (Temperatur) wird ein linearer funktioneller Zusammenhang generiert, mit dem die zu erwartende Verteilung der Wagen auf dem Richtungs gleis vorherbestimmt wird. Dazu wird, wenn die Temperatur T₂ beispielsweise 10°C beträgt, in entsprechender Inter polation der Geraden gemäß Fig. 2 eine Hilfsgerade erzeugt, mittels derer bei dieser Temperatur die einzelnen Summenhäufigkeiten für die jeweiligen Rollwiderstände ermittelbar sind. In Kenntnis der einzelnen Rollwider stände können durch Erfahrungswerte oder bekannte Ab schätzungsformeln die Summenhäufigkeiten der rollwider standsabhängigen Laufweiten abgeschätzt werden.

Fig. 3 illustriert die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines optimalen Räumhubs BH für eine kuppelreife Füllung eines Richtungsgleises RG mit einer Länge von 800 m. Das Richtungsgleis RG ist Teil einer Ablauf anlage mit Laufzielbremsung;

Bei Ablaufanlagen mit Laufzielbremsung werden die Wagen durch entsprechend gesteuerte Gleisbremsen derart abgebremst, dass sie ihr Laufziel mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit er reichen. Um eine kuppelfreie Füllung im Zielbereich Z des Richtungsgleises RG zu gewährleisten, ist eine Räumlokomotive RL vorgesehen, die einen vorgegebenen Räumhub BH zurücklegend zwischenzeitlich in das Richtungsgleis RG eingelaufene Wagen W zusammendrückt. In Abhängigkeit von der Länge des Rich tungsgleises RG und des Laufverhaltens des Wagenparks ist es wünschenswert, einen auf die zu erwartende mittlere Laufweite LW der einlaufenden Wagen W hin optimierten Raumhub BH vor zugeben, so dass die Räumlokomotive RL optimal genutzt werden kann, da in der Regel in jeder Rangieranlage nur eine Räumlo komotive vorhanden ist.

Die Räumlokomotive RL sorgt für die Räumung des Abschnittes, der für die Laufzeitbremsung voll genutzt werden kann. Unter Berücksichtigung der äußeren Bedingungen (vergleiche Fig. 1 und 2) wird die zu erwartende statistische Verteilung der einge laufenen Wagen W abgeschätzt. Dies basiert auf den gemessenen Rollwiderständen und deren Summehäufigkeiten nach Bildung der linearen Funktion (Fig. 2). In Kenntnis dieser Funktion wird zum Beispiel unter Berücksichtigung der Temperatur T die jeweils zu erwartende Laufweite für jeden Wagen oder für einen repräsen tativen Teil des Wagenparks nach bekannter Formel abgeschätzt und deren Summenhäufigkeiten gebildet.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so der Einfluss der auf die Schienen und Lager der Wagen einwirkenden Außentemperatur berücksichtigt werden. In entsprechender Weise könnte auch eine bei dem Wagenpark beobachtete Drift der Rollwiderstände kompensiert werden.

Das Ergebnis einer solchen Abschätzung mit und ohne Ein wirkung einer weiteren äußeren Bedingung (Gegenwind) ist in Fig. 4 dargestellt. Bei einer Summenhäufigkeit von 50% wird ohne Windeinfluß eine mittlere Laufweite LW von circa 320 m abgeschätzt. Der Räumhub BH bei diesen Ver hältnissen wird annähernd der mittleren zu erwartenden Laufweite LW von 320 m entsprechend bemessen, so daß für die Räumlokomotive RL ein Räumhub von (vorzugsweise höch stens) 320 m vorgeschlagen wird. Bei einem äußeren Einfluß (Gegenwind von circa 3 m/s) verschieben sich die linearen Funktionen gemäß Fig. 2 derart, daß mittlere Laufweiten LW von nur circa 270 m (Fig. 4) für 50% des Wagenparks zu erwarten sind. Daher sollte der Räumhub BH für die Räum lokomotive RL in diesem Fall auf (vorzugsweise höchstens) circa 270 m bemessen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine einfache Funktion (Geradengleichung) zur Beschreibung der Grundge samtheit eines Wagenparks zur Verfügung, mit der insbe sondere optimale Räumhübe bestimmt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Prognose des Laufverhaltens von Wagen (W) in einem Richtungsgleis (RG)

- bei dem unter bekannten äußeren Bedingungen (T) die Roll widerstände (WR) der einzelnen Wagen (W) ermittelt werden,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Summenhäufigkeiten (SH) der Rollwiderstände (WR) bestimmt werden,
- daß zur Bildung einer linearen Funktion (H) zwischen den Rollwiderständen (WR) und den Summenhäufigkeiten (SH) die Werte der Rollwiderstände (WR) logarithmiert werden, während auf die zugeordneten Summenhäufigkeiten (SH) das Gauß'sche Wahrscheinlichkeitsintegral (Φ) angewendet wird,
- daß der Einfluß einer Änderung mindestens einer äußeren Bedingung (T) auf die lineare Funktion (H') bestimmt wird und
- daß unter Berücksichtigung der aktuell gegebenen min destens einen äußeren Bedingung (T) die statistisch zu erwartende Verteilung der Wagen (W) auf dem Richtungs gleis (RG) abgeschätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Temperatur (T) auf den Verlauf der linearen Funktion (H) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Luftfeuchtigkeit auf den Verlauf der line aren Funktion (H) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter Heranziehung der abgeschätzten Verteilung der Wagen im Richtungsgleis eine mittlere zu erwartende Laufweite (LW) der Wagen ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem der Wagenbeladung entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem der Anzahl gemeinsam auf das Richtungsgleis (RG) zulaufender Wagen (W) entspre chenden Korrekturfaktor bewertet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Laufweite (LW) mit einem den ermittelten Wind verhältnissen entsprechenden Korrekturfaktor bewertet wird.