Entwicklung einer Methode zur verbesserten Beschreibung von Gleislagefehlern für die Auslegung von Straßenbahnfahrzeugen

Abstract

In dieser Arbeit werden Methoden zur Beschreibung von Gleislagefehlern sowie deren Einfluss auf das Fahrverhalten von Straßenbahnen untersucht. Die Gleislage spielt eine wichtige Rolle in der Auslegung von Schienenfahrzeugen, da diese die auftretenden Kräfte, die Sicherheit gegen Entgleisen und den Fahrkomfort entscheidend beeinflussen kann. Eine einheitliche Auslegung wird aufgrund großer Unterschiede in der Gleisqualität und in den Trassierungseigenschaften der einzelnen Straßenbahnnetze erschwert. Häufig stehen zur Auslegung auch keine gemessenen Gleisdaten zur Verfügung. Ziel der Arbeit ist daher die Erstellung virtueller Teststrecken, um die Auslegung zukünftiger Fahrzeuge zu erleichtern. Es wurden Gleismessdaten des Grazer Straßenbahnnetzes untersucht und zur Erstellung von Leistungsdichtespektren (PSD) verwendet. PSDs werden üblicherweise zur Beschreibung von Gleislagefehlern eingesetzt. Sind keine gemessenen Gleislagefehler vorhanden, so können mit PSDs auch synthetische Gleislagefehler erstellt werden. Synthetische Gleislagefehler beinhalten jedoch keine lokalen Störstellen und stellen daher keinen vollwertigen Ersatz für gemessene Gleisdaten dar. Es wird in dieser Arbeit eine Methode zur Gleislagesynthese vorgestellt, die die Veränderung des Störniveaus entlang einer Strecke besser berücksichtigt. Mittels Mehrkörpersimulationen wurde der Einfluss der Gleislage auf das Fahrverhalten untersucht. Es wurden Ergebnisse von Simulationen mit gemessenen Gleisdaten mit jenen mit synthetischen Gleislagefehlern verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die in dieser Arbeit entwickelte Methode zu besseren Ergebnissen als die üblicherweise verwendeten synthetischen Gleislagen führt. Gemessene Gleisdaten können damit dennoch nicht ersetzt werden. Die fahrdynamisch kritischste Situation wurde stets zu Beginn eines engen Bogens bei fehlendem Übergangsbogen festgestellt. Bei höheren Geschwindigkeiten vergrößert sich der Einfluss von Gleislagefehlern auf das Fahrverhalten.

In this thesis the description of track excitations and their influence on rail vehicles is investigated. Track layout and excitations are important factors for vehicle dimensioning. They can have influence on working loads, derailment safety and ride comfort. The work is focused on investigations of tramways. Between the various tramway track systems, big differences in quality and characteristics can occur. Mostly there is no measured data available, so a reliable dimensioning is difficult. The aim of this work is to create representative virtual test-tracks to facilitate vehicle dimensioning in future works. Measured data from the track system of Graz was analyzed and used to create Power-Spectral-Densities (PSD). PSDs are commonly used to describe track irregularities. They are also used to generate excitations for Multi-Body-Simulations (MBS), if no measured data is available. These synthesized excitations are not equal to real ones and local events cannot be taken into account. A method for an improved description of track irregularities is introduced. The influence of track excitations and track layout on vehicle dynamics was investigated by MBS-Simulations. Results from simulations with measured track-data were compared to results from simulations with synthesized excitations. It can be stated that the developed method creates more realistic track irregularities than commonly used synthetic excitations. Nevertheless this method cannot substitute measured data. The most critical situation was always caused by track layout at the beginning of narrow curves with missing transitional curve. At higher velocities the influence of track irregularities is increasing.