Schienenfahrzeuge

Der Schienenverkehr muss attraktiver werden und sein Angebot im Wettbewerb um Fahrgäste und Güter signifikant verbessern. Mit einem deutlich höheren Anteil der Schiene am weiter steigenden Transportaufkommen wird ein wesentlicher Beitrag zur Dekarbonisierung des Verkehrs geleistet.

Um einen ganzheitlichen Lösungsansatz vorzuschlagen zu können, sind die Schienenfahrzeug-Aktivitäten im DLR an dem Fahrzeugkonzept des Next Generation Train, einer Familie von doppelstöckigen Hochgeschwindigkeitszügen in Leichtbauweise, ausgerichtet. Als Beitrag dazu erforschen und entwickeln wir am Institut Konzepte, Methoden und Technologien, die die Fahrwerke von Schienenfahrzeugen verschleißärmer, leichter, energieeffizienter, komfortabler, zuverlässiger und digitaler machen. Die Ergebnisse zum Beispiel in Bezug auf die mechatronische Spurführung von Einzelrad-Fahrwerken demonstrieren wir in der Simulation sowie beim Hardwaretest auf unseren Prüfständen.

Konkret bearbeiten wir derzeit die folgenden Aufgaben:

Systemdynamiksimulation

Das dynamische Verhalten von Schienenfahrzeugen wird anhand von Mehrkörpermodellen untersucht. Deren Implementierung in offene Multiphysik-Umgebungen wie Modelica oder Modia erlaubt die ganzheitliche Betrachtung von Fahrzeugen oder Teilsystemen inklusive Regelungsalgorithmen.

Simulation von Bremsvorgängen

Die Forschung befasst sich mit der Entwicklung von Modellen für die Auslegung von Bremssystemen. Mittels Systemsimulation werden physikalische Prozesse während des Bremsvorgangs vorhergesagt und untersucht. Die Arbeit beinhaltet neben der Betrachtung der Bremspneumatik sowie momentaner Reibkräfte und Scheibentemperaturen auch die Analyse der Bremswegstreuung.

Zustandsbeobachtung

Zustandsbeobachtung in Schienenfahrzeugen im Hinblick auf Lateral- und Längsdynamik bildet einen wichtigen Forschungsschwerpunkt. Die Beobachtung ist eine zentrale Komponente, um Monitoring- und Instandhaltungsaufgaben zu erfüllen und Digitalisierungskonzepte umzusetzen.

Spurführungs- und Traktionsregelung

Aufbauend auf der Zustandsbeobachtung wird am Institut an innovativen Konzepten für die Spurführungs- und Traktionsregelung mechatronischer Hochgeschwindigkeitsfahrwerke geforscht. Ein zentraler Aspekt ist die Kombination dieser beiden Konzepte in einer integrierten Fahrdynamikregelung, um Verschleiß zu reduzieren, Bremswege zu verkürzen und Sicherheitsstandards einhalten zu können.

Fahrkomfortregelung

Mittels (semi-) aktiver Federungskomponenten lässt sich in modernen mechatronischen Fahrwerken eine signifikante Erhöhung des Fahrkomforts erzielen. Hierfür werden Ansteuerungsverfahren mit Preview-Funktion auf Basis eines digitalen Streckenatlas entwickelt.

Kommunikationsbasierte Fahrwerksanwendungen

Mit kommunikationsbasierten Ansteuerverfahren, die Vorausinformationen für lokale Fahrwerksanwendungen nutzbar machen, lassen sich Verbesserungen der Fahrdynamik bei kontinuierlichen Anregungen, aber besonders bei diskreten Ereignissen wie Weichenüberfahrten erzielen. Durch die Kopplung von lokalen Fahrwerksregelungen lassen sich wagenübergreifende Anwendungen zur Verbesserung der Fahreigenschaften umsetzen.

Kontakt

Dr.-Ing. Andreas Heckmann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, Fahrzeug-Systemdynamik
Oberpfaffenhofen-Wessling
Tel.: +49 8153 28-1699
Fax: +49 8153 28-44-3883