Vibroakustische Überwachung des Schienenzustandes durch Regelfahrzeuge im Straßnbahnnetz

Zusammenfassung

Ein heutzutage maßgeblicher Aspekt in der Attraktivitäts- und Akzeptanzsteigerung des innerstädtischen, öffentlichen Verkehrs ist die Minimierung seiner im Betrieb erzeugten Schallemissionen. Insbesondere der schienengebundene Verkehr stellt besondere Herausforderungen für die Oberbau- und Fahrzeugplanung dar, um Feder- und Dämpfungseigenschaften des Gesamtsystems entsprechend an die vorherrschenden Umgebungsbedingungen anzupassen. Durch die Rad-Schiene-Interaktion, das Abrollen der Stahlräder auf Stahlschienen inklusive verschiedener elastischer Komponenten im System, kommt es, bedingt durch Inhomogenitäten oder Unebenheiten, zu einer Schwingungsanregung im für Menschen spür- und hörbaren Frequenzbereich. Ziel der in diesem Beitrag beschriebenen Forschungsarbeit ist die Verwendung von instrumentierten Regelfahrzeugen, um anhand netzweiter Fahrten eine Lärm- und Erschütterungskarte des zu untersuchenden Schienennetzes zu erzeugen. Die dabei gewonnene Datengrundlage ermöglicht eine aktuelle Aussage über die relativen Zustände des Netzes, um Immissions-Hotspots zu ermitteln und zu vergleichen, während langfristig durch regelmäßige Befahrungen ein Degradationsmonitoring des Netzes aus vibroakustischer Sicht ermöglicht werden soll. In die Beurteilung fließen ausgewählte Kennwerte je nach zu ermittelndem Schienenkopffehler ein, wie zum Beispiel Bandpasspegel, Fast-gewichtete Maximalpegel oder Lautheit, die in weiterer Folge – bei ausreichender Information über das Schienennetz – auch zum Trainieren von Klassifikationsalgorithmen verwendet werden können, wie am Beispiel des Wiener Straßenbahnnetzes beschrieben wird.

Abstract

Society’s increasing awareness of being more sustainable in everyday life has driven public transport operators to focus their attention on minimizing noise emissions in their network. In densely populated areas, operators strive to raise their attractiveness and gain acceptance from both passengers and residents. In particular, rail-bound traffic faces the challenge of multi-body systems, which ideally require a joint track and vehicle design in order to account for all spring-damper subsystems that represent the interaction between a vehicle and its environment. Despite manifold elastic components in the track and vehicle structure, inhomogeneities and unevenness lead to the excitation of vibrations in the tactile and audible range of humans during wheel-rail interaction. The goal of this paper is to use instrumented fleet vehicles in a tram network to produce a map of noise and vibration emissions as recorded onboard. The data gathered can be used to provide operators with up-to-date information concerning the relative rail condition across their network in order to find and compare hotspots, while in the long run, regular surveys can assist degradation monitoring and maintenance planning. Depending on the type of rail damage to be evaluated, different vibro-acoustic features can be used in data analysis. Typical performance indicators include bandpass levels, maximum fast-weighted levels or loudness, which can subsequently be used – together with auxiliary information about the rail network – to train classification algorithms for automatic fault detection.