A new approach for calibration of an instrumented wheelset

In this thesis work a new calibration method for measuring contact forces at the wheel-rail interface is proposed. With the standard calibration method some problems were encountered related to the reliability and signal drift. To deal with that, the wheel web signals are to be eliminated from the calibration matrix. The results obtained by means of such elimination are not satisfactory. The new method gives sufficiently successful force estimation although the wheel web signals are eliminated. By dividing the calibration into three conditional groups, the estimations could be made accurately enough. The instrumented wheelset is calibrated for three different cases, which are coarsely the three positions the wheelset can assume during ride. Estimating the position of the wheelset is performed by the proposed calibration method. After the successful estimation of the position, the force estimation can be done by the specified calibration matrices. The results are accurate enough, showing an improvement with respect to the standard method not using the wheel web signals. Thanks to this new method, the lateral and the vertical force components can be estimated without using the wheel web instrumentation. The troubles caused by those sensors could be surmounted with acceptable levels of estimation error.

In questo lavoro di tesi viene proposto un nuovo metodo di calibrazione per la misurazione delle forze di contatto all'interfaccia ruota-rotaia. Con il metodo classico di taratura sono stati identificati alcuni problemi legati alla affidabilità e alla deriva di alcuni segnali (tipicamente la vela della ruota). Per far fronte a questo, i segnali della vela delle ruote devono essere eliminati dalla matrice di calibrazione. I risultati ottenuti mediante tale eliminazione non sono in generale soddisfacenti. Il nuovo metodo garantisce una sufficiente accuratezza della stima, anche se i segnali della vela delle ruote sono eliminati. Dividendo la calibrazione in tre gruppi, le stime potrebbe essere fatte con sufficiente accuratezza. La sala dinamometrica viene calibrata in tre diverse condizioni, che sono approssimativamente le tre posizioni laterali (rispetto al binario) che la sala può assumere durante la corsa. La stima della posizione della sala è stata effettuata mediante un apposito stimatore. Effettuata la stima della posizione laterale della sala, la stima delle forze può essere fatta attraverso le tre matrici di calibrazione specificate. I risultati sono abbastanza soddisfacenti, e garantiscono un miglioramento rispetto al metodo classico non utilizzando i segnali della vela delle ruote. Grazie a questo nuovo metodo, le componenti laterale e verticale della forza possono essere stimati senza utilizzare le vele delle ruote. I problemi causati da tali sensori possono, quindi, essere superati con errori di stima ai livelli accettabili.