Verfahren zur Minimierung des Radverschleisses eines Schienenfahrzeuges

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung des Radverschleißes eines Schienenfahrzeuges.

[0002] Bekannte Verfahren zur Minimierung der Reibleistung und damit des Radverschleißes im Rad/Schiene-Kontakt bei Schienenfahrzeugen versuchen während einer Bogenfahrt die Stellung der Räder relativ zum Gleis so zu beeinflussen, dass Gleiteffekte im Kontaktpunkt vermieden bzw. minimiert werden. Bei allen bekannten Verfahren sollte daher die vermeintlich optimale Stellung im Voraus bekannt sein.

[0003] Der größte Teil der heute im Einsatz befindlichen Schienenfahrzeuge ist mit Radsätzen (mehr oder weniger starre Kopplung der Radscheiben über die Radsatzwelle) ausgestattet. Bei solchen Fahrzeugen wird davon ausgegangen, dass die optimale Stellung der Räder im Gleis der Radialstellung entspricht. Dies findet sich unter anderem in der EP 0 600 172 A1, DE 30 04 082 A1, EP 0 007 225 A1.

[0004] Bei dem aus der EP 0 600 172 A1 bekannten Verfahren stellt sich zwar in vielen Betriebszuständen ein günstiges Verschleißverhalten ein, jedoch entspricht dieses nicht dem Optimum. Das Reibleistungsoptimum hängt bei Radsätzen vielmehr von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibungskoeffizienten, der Fahrzeuggeometrie, dem Bogenradius der Gleise, der Rad/Schiene-Geometrie etc. Im Allgemeinen entspricht das Reibleistungsoptimum nicht der Radialstellung, sondern einer Stellung im Gleis, bei welcher sowohl Längs- als auch Querschlüpfe auftreten.

[0005] Außerdem wird bei dem aus der EP 0 600172 A1 bekannten Verfahren keine Radialstellung der Radsätze relativ zum Gleis realisiert, sondern nur der Winkel zwischen Radsatz und Fahrwerksrahmen entsprechend der Radialstellung eingestellt. Die tatsächliche Stellung der Räder relativ zum Gleis bleibt bei diesem Verfahren jedoch unbekannt.

[0006] Ähnlich stellt sich die Situation bei Fahrzeugen mit Einzelrädern dar.

[0007] Zwar entspricht dort die Radialstellung der Räder so lange dem Reibleistungsoptimum, so lange aufgrund der Rad/Schiene Kontakt-Geometrie kein Mehrpunktkontakt auftritt. Tritt jedoch ein Mehrpunktkontakt bei Radialstellung der Räder auf, treten hohe Längsschlupfe auf. Die tatsächliche optimale Radsstellung hängt dann wiederum von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibungskoeffizienten, der Fahrzeuggeometrie, dem Bogenradius der Gleise, der Rad/Schiene-Geometrie, usw.

[0008] Auch die bekannten Verfahren, die sich auf die Reibleistungsminimierung bei Schienenfahrzeugen mit Einzelrädern beziehen, gehen im Allgemeinen davon aus, dass die Radialstellung der Räder im Gleis immer dem Reibleistungsoptimum entspricht.

[0009] So offenbart die DE 198 26 452 ein Verfahren zur Antriebskoordinierung eines einzelradgetriebenen, spurgeführten Fahrzeuges bei Bogenfahrten. Das Fahrzeug weist mindestens eine gegenüber dem Fahrwerkrahmen drehbar gelagerte Achse auf, wobei in einer Variante der bekannten Ausführungsform die Winkelstellung der Achse gegenüber dem Fahrwerkrahmen so geregelt ist, dass die Räder tangential zur Schiene stehen (= "Radialstellung"). Die Regelung erfolgt hierbei dadurch, dass die Winkelstellung der Achse über die Drehmoment Sollwerte der Einzelradantriebe eingestellt wird. Zwar stellt sich bei diesem Verfahren in vielen Betriebszuständen ein günstigeres Verschleißverhalten ein, jedoch ist auch hier das erzielbare Verschleißverhalten im Allgemeinen nicht optimal. Außerdem wird auch bei diesem Verfahren nur der Winkel der Radachsen relativ zum Fahrwerksrahmen entsprechend der Radialstellung erzeugt. Die tatsächliche Stellung im Gleis bleibt auch bei diesem Verfahren unbekannt.

[0010] Aus der DE 199 10 256 A1 ist eine aktive Radialsteuerung für ein Schienenfahrzeug im Gleisbogen bekannt. Eine Recheneinheit gibt in Abhängigkeit der eingansseitig empfangenen Streckendaten ausgangsseitig Steuersignale an aktive Stellglieder ab.

[0011] Die DE 197 02 409 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung der Position von Rädern spurgeführter Fahrzeuge im Spurkanal durch Messung der lokalen momentenabhängigen Vorformung der Lagerumgebung als Element einer Einzelrad- oder Radsatzsteuerung.

[0012] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu schaffen, der es ermöglicht, bei einem Schienenfahrzeug den Radverschleiß weiter zu verringern und somit die Lebensdauer der Räder zu erhöhen.

[0013] Diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1.

[0014] Variable, für die Reibleistung relevante Größen stellen beispielsweise Parameter, wie Trassierungsdaten (Bogenradius, Gleisüberhöhung, etc), Rad/Schienekontaktverhältnissse (Gleitreibungskoeffizienten für den Rad/Schienekontakt, Kontaktgeometrie, etc), Fahrzeuggeschwindigkeit, Zuladungsmasse sowie Antriebs- bzw. Bremsmomente, dar.

[0015] Parameter für eine eine minimale Reibleistung der Räder beschreibende Optimalstellung sind beispielsweise eine Querauslenkung der Achsen relativ zum Gleis, der Anlaufwinkel relativ zum Gleis (=Gierwinkel relativ zum Gleis) oder auch eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse (bei Einzelradfahrzeugen).

[0016] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die tatsächlich optimale Stellung der Räder in Abhängigkeit von den relevanten Daten, wie Trassierungsdaten, Daten über Rad/Schienekontaktverhältnisse, Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie Daten über Antriebs- und Bremsmomente bzw. der Zuladungsmasse des Schienenfahrzeuges ermittelt und eingestellt werden kann, wodurch sich der Radverschleiß wesentlich minimieren lässt.

[0017] Zur Bestimmung der der minimalen Reibleistung entsprechenden Stellung des zumindest einen Rades bei einer Bogenfahrt kann aus einem mathematischen Modell für einen quasistationären Bogenlauf des Schienenfahrzeuges, wobei das Modell die zumindest eine variable, für die Reibleistung relevante Größe enthält, eine Gleichung für die Reibleistung gewonnen, minimiert und mit den Momentanwerten der variablen Größen ausgewertet werden.

[0018] Weiters kann die Radstellung im Gleis so berechnet werden, dass die Reibleistung hinsichtlich einer Profilstandzeit minimiert wird (Fig. 2).

[0019] In einer einfach zu realisierenden Variante der Erfindung kann abhängig vom Bogenradius der Gleise ein Winkel zwischen einer Radachse des zumindest einen Rades und einem Fahrwerksrahmen mittels Steuerung eingestellt werden.

[0020] Weiters kann bei Einzelradfahrzeugen als Stellgröße für die Regelung der Radsstellung ein den Antriebs und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment zwischen den Rädern einer Achse vorgesehen sein. Hierzu kann eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse gemessen und mittels des Differenzdrehmoments auf eine rechnerisch ermittelte Solldrehzahldifferenz hin geregelt werden, wobei die Solldrehzahldifferenz vorteilhafterweise unter Annahme zylindrischer Räder berechnet wird. Prinzipiell kann die Solldrehzahldifferenz jedoch auch unter Annahme beliebiger Rad/Schiene Profilpaarungen berechnet werden. Insbesondere kann die Solldrehzahldifferenz für eine Bogenfahrt so berechnet werden, dass die unterschiedlichen Wege schlupffrei abrollender, bogenäußerer und bogeninnerer Räder ausgeglichen werden.

[0021] Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann bei Einzelradfahrzeugen die Querauslenkung der Radachse des zumindest einen Rades relativ zu den Gleisen gemessen und auf eine rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. So kann die Querauslenkung beispielsweise mittels eines den Antriebs- und Bremsmomenten überlagerten Differenzdrehmomentes zwischen den Rädern einer Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. Die Querauslenkung kann aber auch mittels eines Lenkmomentes um die Hochachse der Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt werden. Eine besonders einfach zu realisierende Variante der Erfindung sieht vor, dass die Sollquerauslenkung auf den Wert Null hin geregelt wird.

[0022] Die Erfindung samt weiterer Vorteile wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:

Fig. 1

ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2

Profile mit unterschiedlichem Materialabtrag.

[0023] Gemäß Fig. 1 können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Daten DAT der variablen, für die Reibleistung relevanten Größe bzw. Größen, beispielsweise Trassierungsdaten, Daten über Rad/Schienekontaktverhältnisse, Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, sowie Daten über Antriebs- Bremsmomente eines Schienenfahrzeuges SCH während einer Fahrt aufgenommen werden, beispielsweise mittels hierfür geeigneter Sensoren SE1.

[0024] Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Daten DAT der variablen Größe bzw. Größen, die zur Berechnung herangezogen wird bzw. werden, nicht während einer Fahrt aufgenommen sondern z. B. abhängig vom Fahrweg aus einer Datenbank abgefragt werden. So können beispielsweise Trassierungsdaten vorgebbarer Strecken in einer Datenbank abgelegt sein. Prinzipiell ist auch die Erfassung von Trassierungsdaten mittels eines Navigations- bzw. Ortungssystems möglich, beispielsweise mittels eines satellitengestützten Navigations- bzw. Ortungssystems, wie des GPS-Systems.

[0025] Die Daten DAT werden an eine Auswerteeinheit ASW weitergeleitet, welche aus den Daten DAT anhand eines Algorithmus, der ein mathematisches Modell beinhaltet, welches die Interaktion des Schienenfahrzeuges SCH mit der Stecke beschreibt, die optimale Stellung der Räder PAO hinsichtlich der Reibleistung ermittelt.

[0026] Dem Algorithmus liegt eine mathematische Modellierung des Schienenfahrzeuges zugrunde, die im allgemeinen den Bewegungsgleichungen des Schienenfahrzeuges SCH entspricht. Die mathematische Modellierung ist im einfachsten Fall linear, kann prinzipiell aber auch nichtlinear sein. Zur mathematischen Modellbildung von Schienenfahrzeugen SCH mit Radsätzen bzw. Losrädern siehe beispielsweise: Kalman Filter for the State Estimation of a 2 Axle Railway Vehicle; T. X. Mei (UK), R. M. Goodall (UK), H. Li (UK) European Control Conference 99, Karlsruhe, Germany, August Sept. bzw. "State Estimaton for active Steering of Railway Vehicles"; H. Li and R. M. Goodall 1999 IFAC oder auch das Vorlesungsskript "Lateraldynamik von Schienenfahrzeugen" von Prof. Dr.-Ing K. Knothe bzw. die DE 4309183 A1.

[0027] Anhand des mathematischen Modells des Schienenfahrzeuges SCH wird für dynamische bzw. quasistationäre Zustände im Bogen die Gleichung für die Reibleistung bestimmt.

[0028] Für linearisierte Lauffahrzeuge mit starren Radsätzen kann die quasistationäre Reibleistung beispielsweise die folgende Form annehmen

wobei P_1,2 die Reibleistung in den Radschienekontakten eines ersten und eines zweiten Radsatzes, f₁₁ und f₂₂ den Kraftschlussbeiwert längs bzw. quer zum Gleisverlauf, λ die Konizität der Räder, r den Radradius, y_1,2 die Querverschiebung der Radsätze relativ zum Gleis, R den Bogenradius eines durchfahrenen Gleisbogens, b die halbe Spurweite, v die Fahrzeuggeschwindigkeit und ψ_1,2 die Verdrehung der Radsätze relativ zu einem Gleis (=Gierwinkel, bzw. Anlaufwinkel) bedeuten. Natürlich kann anstelle der quasistationären Reibleistung, wie bereits oben erwähnt, auch die dynamische Reibleistung betrachtet werden.

[0029] Die Gleichung für die Reibleistung beinhaltet direkt und indirekt, je nach Modelltiefe Größen, die aus dem mathematischen Modell der Interaktion des Fahrzeuges mit der Strecke stammen wie z. B. Fahrzeuggeometriedaten, Steifigkeiten, Massendaten sowie die erwähnten variablen Größen - indirekt deshalb da y_1,2 und ψ_1,2 ebenfalls von den erwähnten Größen abhängen.

[0030] Die Gleichung der Reibleistung wird zur Bestimmung des Reibleistungsoptimums minimiert. Eine optimale Radstellung ist durch die berechnete Lage eines betrachteten Rades bei dem ermittelten Reibleistungsminimum abhängig von den Momentanwerten der variablen Größen DAT bestimmt.

[0031] Die Minimierung der obigen Gleichung für die Reibleistung kann beispielsweise gemäß den Randbedingungen

und

erfolgen, worin T1 und T2 auf die Radsätze wirkende Lenkmomente bedeuten, die die Stellung y_1,2 und ψ_1,2 der Radsätze und somit die Reibleistung P_1,2 beeinflussen und somit Variablen der Funktionen y_1,2 sowie ψ_1,2 darstellen.

[0032] Diese Ausführungsform der Erfindung führt beispielsweise zu einem hinsichtlich der Reibleistung optimalen Lenkmoment T_opt, gemäß welchem eine reibleistungsoptimierte Steuerung erfolgen kann.

[0033] Weiters kann der Betriebspunkt (Radstellung im Gleis) so berechnet werden, dass die Reibleistung hinsichtlich der Profilstandzeit minimiert wird, wodurch sich ein gleichmäßiger Verschleiß über das Profil ergibt (Fig. 2). In Fig. 2 entspricht PR1 einem unverschlissenen Profil, PR2 einem Materialabtrag bei einem Reibleistungsminimum hinsichtlich der Profilstandzeit und PR3 einem Materialabtrag bei dem Reibleistungsminimum.

[0034] Als Ausgangsgröße des Algorithmus können je nach Ausführungsform der Erfindung beispielsweise eine Sollquerauslenkung der Achsen relativ zum Gleis, ein Sollanlaufwinkel relativ zum Gleis (=Gierwinkel relativ zum Gleis) oder auch eine Solldrehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse erhalten werden. Die Einstellung der Radposition kann mittels Steuerung oder Regelung oder auch mittels einer Kombination von beiden erfolgen. Zur Steuerung können beispielsweise an den Rädern des Schienenfahrzeuges SCH entsprechende mit einer Steuerungseinheit STR verbundene Stellglieder STG angeordnet sein. Zur Regelung kann eine Regeleinheit REG vorgesehen sein. Die Regelung kann beispielsweise als Zustandsregelung mit oder ohne Beobachter, als Regelung mit Ausgangsrückführung oder als Fuzzy-Logic Regelung ausgeführt sein.

[0035] Bei einem Einzelradfahrzeug ergibt sich aus dem Modell der Interaktion Fahrzeug-Schiene, dass für einen großen Bereich der möglichen Betriebszustände jene Stellung der Räder relativ zum Gleis nahe am Reibleistungsoptimum liegt, bei der bei kleinen Anlaufwinkeln die Querauslenkungen der Radachsen gegenüber einer symmetrischen Stellung im Gleis nur sehr kleine Werte annimmt. Dadurch ist es möglich, auf die Erfassung der Rad/Schienekontaktverhältnisse und der Zuladungsmasse, der Schienengeometrie und des Gleitreibungskoeffizienten zu verzichten. Daraus resultieren die im Folgenden erläuterten vorteilhaften Varianten der Erfindung.

[0036] Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Kombination von Steuerung und Regelung. Die Steuerung besteht hierbei darin, dass bei einem Fahrzeug mit Einzelradachsen der Winkel zwischen den Einzelradachsen und dem Fahrwerks- bzw. Fahrzeugrahmen durch die Stellglieder STG, die vom Fahrwerks- bzw. Fahrzeugrahmen auf die Einzelradachsen wirken, eingestellt werden. Um eine mit der Steuerung kombinierte Regelung zu verwirklichen, kann mindestens ein Einzelrad je Achse über einen eigenen Antrieb ANT bzw. eine Bremse verfügen, wodurch es möglich ist, ein Differenzdrehmoment zwischen einander gegenüberliegenden Einzelrädern über die Regeleinheit REG so zu erzeugen, dass eine optimale Stellung der Einzelradachsen in dem Gleis realisiert werden kann. Dieses Differenzdrehmoment wird bei angetriebenen Systemen den Antriebsmomenten überlagert.

[0037] Zur Realisierung der Regelung kann die Ist-Drehzahldifferenz der Räder einer Achse gemessen und die Differenz zu der Soll-Drehzahldifferenz ermittelt werden. Die ermittelte Differenz stellt die Eingangsgröße des Reglers dar, der die Differenz über das oben genannte Differenzdrehmoment auf Null regelt. Die Solldrehzahldifferenz ist im geraden Gleis Null, wodurch ein einseitiges Anlaufen der Räder verhindert wird. Im gekrümmten Gleis wird die Soll-Drehzahldifferenz beispielsweise so berechnet, dass die unterschiedlichen Wege der schlupffrei abrollenden bogenäußeren und bogeninneren Räder bei Annahme zylindrischer Räder in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Radradius und dem Bogenradius ausgeglichen werden. Dies hat den Effekt, dass im Bogen aufgrund der realen konischen Radprofile die Regelung die Einzelradachsen immer in Richtung Gleismitte führt, da nur dort die Einzelräder einer Achse den gleichen Rollradius - wie bei den zur Ermittlung der Soll-Drehzahldifferenz vorausgesetzten zylindrischen Rädern - haben. Auf diese Weise wird ein Mehrpunktkontakt vermieden und das System bewegt sich zusammen mit der oben ausgeführten Steuerung in der Nähe des Reibleistungsoptimums. Der Regler wird hierbei so ausgelegt, dass eine ausreichende Stabilität für alle Betriebszustände gewährleistet ist.

[0038] In einer weiteren Variante der Erfindung können zusätzlich Sensoren vorgesehen sein, welche die Querauslenkung der Einzelradachsen relativ zum Gleis erfassen. Diese Querauslenkung stellt hierbei die Eingangsgröße des Reglers dar, der über das beschriebene Differenzdrehmoment die Querauslenkung auf den Sollwert regelt. Dieser Sollwert ist im geraden Gleis Null wodurch das einseitige Anlaufen verhindert wird. Im gekrümmten Gleis kann der Sollwert der Querauslenkung beispielsweise ebenfalls Null sein, wodurch wieder ein Mehrpunktkontakt vermieden wird und zusammen mit der oben beschriebenen Steuerung ein Betrieb in der Nähe des Reibleistungsoptimums realisiert werden kann. Der Regler wird hierbei wieder so ausgelegt, dass eine ausreichende Stabilität für alle Betriebszustände gewährleistet ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Minimierung des Radverschleißes eines Schienenfahrzeuges (SCH), bei dem anhand von Daten (DAT) von zumindest einer während einer Fahrt des Schienenfahrzeuges (SCH) variablen, für die Reibleistung relevanten Größe zumindest ein einer minimalen Reibleistung zwischen zumindest einem Rad und einem Gleis entsprechender Sollwert (PAO) eines die Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisierenden Parameters rechnerisch ermittelt wird, wobei die Gradstellung gemäß dem Sollwert mittels Steuerung, Regelung oder einer Kombination von beiden eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug (SCH) und dem Gleis beschreibenden, mathematischen Modells des Schienenfahrzeuges (SCH) sowie der Daten (DAT) der zumindest einen variablen für die Reibleistung relevanten Größe die der minimalen Reibleistung zwischen dem zumindest einem Rad und dem Gleis entsprechende Stellung des zumindest einen Rades berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der der minimalen Reibleistung entsprechenden Stellung des zumindest einen Rades bei einer Bogenfahrt aus einem mathematischen Modell für einen quasistationären Bogenlauf des Schienenfahrzeuges (SCH), das die zumindest eine variable, für die Reibleistung relevante Größe enthält, eine Gleichung für die Reibleistung gewonnen, minimiert und mit den Momentanwerten der variablen Größen (DAT) ausgewertet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radstellung im Gleis so berechnet wird, dass die Reibleistung hinsichtlich einer Profilstandzeit minimiert wird (Fig. 2).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass abhängig vom Bogenradius der Gleise ein Winkel zwischen einer Radachse des zumindest einen Rades und einem Fahrwerksrahmen mittels Steuerung eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einzelradfahrzeugen als Stellgröße für die Regelung der Radsstellung ein den Antriebs- und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment zwischen den Rädern einer Achse vorgesehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse gemessen und mittels des Differenzdrehmoments auf eine rechnerisch ermittelte Solldrehzahldifferenz hin geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass die Solldrehzahldifferenz unter Annahme beliebiger Rad/Schiene Profilpaarungen berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahldifferenz unter Annahme zylindrischer Rädern berechnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahldifferenz für eine Bogenfahrt so berechnet wird, dass die unterschiedlichen Wege schlupffrei abrollender, bogenäußerer und bogeninnerer Räder ausgeglichen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einzelradfahrzeugen die Querauslenkung der Radachse des zumindest einen Rades relativ zu den Gleisen gemessen und auf eine rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querauslenkung mittels eines den Antriebs- und Bremsmomenten überlagerten Differenzdrehmomentes zwischen den Rädern einer Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querauslenkung mittels eines Lenkmoments um die Hochachse der Achse auf die rechnerisch ermittelte Sollquerauslenkung hin geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass die Sollquerauslenkung auf den wert Null hin geregelt wird.

Claims

1. Method for minimising the wheel wear of a rail vehicle (SCH), wherein on the basis of data (DAT) for at least one quantity relevant to friction which is variable during a journey of the rail vehicle (SCH), at least one desired value (PAO) is mathematically calculated, corresponding to a minimum friction between at least one wheel and one track, of a parameter characterising the position of the at least one wheel relative to the track, with the wheel position being adjusted according to the desired value by means of an open-loop control, closed-loop control or a combination of both,
characterised in that
the position of the at least one wheel corresponding to the minimum friction between the at least one wheel and the track is calculated using a mathematical model of the rail vehicle (SCH) describing the interaction between the rail vehicle (SCH) and the track, and also of the data (DAT) of the at least one variable quantity relevant to the friction.

2. Method according to claim 1, characterised in that to determine the position, corresponding to the minimum friction, of the at least one wheel when running on a bend, an equation is obtained from a mathematical model, containing at least one variable for the friction-relevant quantity, for a quasi-steady-state bend run of the rail vehicle (SCH), is minimised and is evaluated using the momentary values of the variable quantities (DAT).

3. Method according to one of claims 1 to 2, characterised in that the wheel position on the track is calculated so that the friction is minimised with regard to a service life of the profile (Figure 2).

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that by means of an open-loop control system an angle is set between one wheel axle of the at least one wheel and an undercarriage frame, depending on the bend radius of the track.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that with individual-wheel vehicles a differential torque, superimposed on the drive and brake torques, is provided between the wheels of an axle as a correcting variable for the closed-loop control of the wheel position.

6. Method according to claim 5, characterised in that a speed differential between the wheels of an axle is measured and corrected to a mathematically determined desired speed differential by means of the differential torque.

7. Method according to claim 6, characterised in that the desired speed differential is calculated assuming any wheel/rail profile pairs.

8. Method according to claim 6, characterised in that the desired speed differential is calculated assuming cylindrical wheels.

9. Method according to claim 7 or 8, characterised in that the desired speed differential for running on a bend is calculated so that the different paths of slip-free rolling outer and inner wheels on the bend can be balanced.

10. Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that for individual-wheel vehicles the transverse displacement of the rear axle of the at least one wheel is measured relative to the tracks and corrected to a mathematically determined desired transverse displacement.

11. Method according to claim 10, characterised in that the transverse displacement is corrected to the mathematically calculated desired transverse displacement by means of a differential torque between the wheels of an axle, superimposed on the drive and brake torques.

12. Method according to claim 10, characterised in that the transverse displacement is corrected to the mathematically determined desired transverse displacement by means of a steering torque about the vertical axis of the axle.

13. Method according to claims 10 to 12, characterised in that the desired transverse displacement is corrected to the value zero.

Revendications

1. Procédé destiné à minimiser l'usure des roues d'un véhicule sur rails (SCH), dans lequel au moins une valeur théorique (PAO), correspondant à une puissance de frottement minimale entre au moins une roue et une voie, d'un paramètre caractérisant la position de l'au moins une roue par rapport à la voie, est déterminée par calcul à l'aide de données (DAT) d'au moins une grandeur variable pendant une course du véhicule sur rails (SCH) et pertinente pour la puissance de frottement, la position des roues étant réglée, suivant la valeur théorique, par commande, par réglage ou par une combinaison des deux, caractérisé en ce que la position, correspondant à la puissance de frottement minimale entre l'au moins une roue et la voie, de l'au moins une roue est calculée à l'aide d'un modèle mathématique du véhicule sur rails (SCH), décrivant l'interaction entre le véhicule sur rails (SCH) et la voie, ainsi qu'à l'aide des données (DAT) de l'au moins une grandeur variable et pertinente pour la puissance de frottement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une équation pour la puissance de frottement est obtenue, minimisée et évaluée avec les valeurs momentanées des grandeurs variables (DAT) à partir d'un modèle mathématique pour une courbe quasi stationnaire du véhicule sur rails qui contient l'au moins une grandeur variable, pertinente pour la puissance de frottement, dans le but de déterminer la position, correspondant à la puissance de frottement minimale, de l'au moins une roue lors d'un trajet en courbe.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la position de roue dans la voie est calculée de manière à ce que la puissance de frottement soit minimisée au regard d'une durée de vie du profil (Fig. 2).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un angle compris entre un essieu de l'au moins une roue et un cadre de châssis est réglé par commande en fonction du rayon de courbe des voies.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un couple différentiel, superposé aux couples d'entraînement et de freinage, entre les roues d'un essieu est prévu en tant que grandeur de réglage de la position des roues dans les véhicules à roues indépendantes.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une différence de vitesse de rotation est mesurée entre les roues d'un essieu et est réglée au moyen du couple différentiel de manière à tendre vers une différence de vitesse de rotation théorique déterminée par calcul.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la différence de vitesse de rotation théorique est calculée en supposant des paires de profils roues/rails quelconques.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la différence de vitesse de rotation théorique est calculée en supposant des roues cylindriques.

9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la différence de vitesse de rotation théorique est calculée pour un trajet en courbe de manière à ce que les trajets différents de roues roulant sans glissement, à l'intérieur de la courbe et à l'extérieur de la courbe, soient compensés.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans les véhicules à roues indépendantes, la déviation transversale de l'essieu de l'au moins une roue est mesurée par rapport aux voies et est réglée de manière à tendre vers une déviation transversale théorique déterminée par calcul.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la déviation transversale est réglée au moyen d'un couple différentiel, superposé aux couples d'entraînement et de freinage, entre les roues d'un essieu, de manière à tendre vers la déviation transversale théorique déterminée par calcul.

12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la déviation transversale est réglée au moyen d'un couple de direction de l'axe vertical de l'essieu, de manière à tendre vers la déviation transversale théorique déterminée par calcul.

13. Procédé selon les revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la déviation transversale théorique est réglée de manière à tendre vers la valeur zéro.

Zeichnung