Identificazione delle irregolarità del profilo dei binari a partire da misure di dinamica di marcia del treno

The document describes the establishment of an identification procedure to estimate the track irregularity from on board measurement by diagnostic train. The track irregularity is one of the cause of vibration found on railway vehicle and it is directly connected to the comfort perceived by passengers. There are different methods to estimate the profile of track irregularities; traditional track measuring systems cannot evaluate the wavelengths larger than 25 meters. Because of this are required new measurement or condition monitoring solutions to keep under control the long wavelength part of the track irregularity spectrum. This work focused on the analysis of the irregularity is vertical and on the definition of a similar estimate for the lateral dynamics. Using data available from the diagnostic trains is possible to estimate the track irregularity moving the maximum wavelength of around 200 meters. The estimation algorithm is model based and considers the system forced by the irregularity of track. The rail vehicle is model by a linear model and, considering the problem in the frequency domain, the identification is made by the pseudo-inversion of the matrix of frequency responses and the least squares minimization. The reconstruction algorithm, as implemented, was tested through numerical simulations with the software ADTreS developed in Mechanics Department of Politecnico di Milano. Validation is made comparing the results of the identification method. This identification method was then applied to test runs conducted in 2009 by the diagnostic train of RFI. The results obtained are quite satisfactory for vertical track irregularity; for lateral track irregularity, because of there are no methods to evaluate the validity, there has been limited to showing the good repeatability of the reconstruction.

Il presente lavoro ha come obiettivo la definizione di una procedura di identificazione per ricavare la stima dell’irregolarità di binario a partire dalle misure di dinamica di marcia eseguite dai treni diagnostici. L’irregolarità di binario è una delle principali cause delle sollecitazioni rilevate sul veicolo ferroviario durante la marcia; a queste è direttamente connesso il comfort percepito dai viaggiatori. Sono presenti diverse metodologie per la misura o la stima del profilo di irregolarità di binario; allo stato attuale le tecnologie esistenti risultano insufficienti per valutare le lunghezze d’onda dell’irregolarità superiori ai 25 metri. Questa limitazione impedisce di valutare le sollecitazioni percepite dai passeggeri alle basse frequenze (dell'odine di qualche Hertz). Il presente lavoro si è concentrato sia sull’analisi dell’irregolarità verticale sia sulla definizione di una stima analoga per la dinamica trasversale. Utilizzando i dati disponibili dai treni diagnostici è stato possibile effettuare una stima dell’irregolarità innalzando la massima lunghezza d’onda nell’ordine dei 200 metri. L’algoritmo di stima è di tipo model based e considera il sistema forzato dall’irregolarità di binario. E’ stato definito un modello lineare del veicolo ferroviario e, considerando il problema nel dominio delle frequenze, l’identificazione avviene attraverso la pseudo inversione della matrice delle risposte in frequenza e la minimizzazione ai minimi quadrati. Il metodo di ricostruzione, così implementato, è stato successivamente testato grazie a delle simulazioni numeriche con l’applicativo ADTreS del Dipartimento di Meccanica; per confronto si sono validati i risultati del metodo di identificazione. Questa metodologia di identificazione è stata infine applicata a tre corse prova effettuate nell’anno 2009 dal treno diagnostico di RFI. I risultati ottenuti risultano del tutto soddisfacenti per l’irregolarità verticale mentre per l’irregolarità laterale, non essendoci un sistema per poterne valutare la validità, ci si è limitati a mostrare la buona ripetibilità del metodo.