Analyse des Neigemoduls des Shuttles

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1 Analyse des Neigemoduls des Shuttles Nils Bandener Martin Hirsch Gliederung n Funktionsweise der Neigetechnik n Mögliche Hazards Ł Risk Analysis I n Fault Tree Analysis Ł Risk Analysis II n Design Vorschläge 2 1

2 Neigetechnik n Es kombiniert: Niederfrequent abgestimmte passive Aufhängung des Wagenkastens mittels einer Luftfeder (Sekundärfederung) aktiven Fußpunktverstellung des Wagenkastens durch hydraulische Zylinder aktive Dämpfung Neigetechnik 3 Neigetechnikrahmen Aufnahme der Neigetechnik 4 2

3 Neigetechnik Anbindung an Aufbau Neigung des Aufbaus (Fahrgastzelle) Dämpfung des Aufbaus 5 Neigetechnik Längslenker Anbindung an Aufbau Kopplung des Fahrwerks mit dem Fahrzeug Fixierung von Freiheitsgraden - 1 translatorisch - 2 rotatorisch 6 3

4 Ergebnis n Mehrgrößenregelung: weitgehend dynamische Entkopplung des Wagenkastens, vor allem im oberen Frequenzbereich erreicht, d.h. die von den Unebenheiten in der Schiene (quer und vertikal) eingeleiteten Störungen werden so gut wie nicht mehr auf den Wagenkasten übertragen. Das Ergebnis ist ein bisher unerreichter Fahrkomfort 7 Mögliche Hazards (1/4) Beschädigung des Chassis Aufhängung verbiegt sich Unvorhergesehene Kräfte auf andere Fahrzeugteile Kette von Beschädigungen

5 Mögliche Hazards (2/4) Komfortverlust Unwohlsein bei den Passagieren Fliegende Gepäckstücke Ł Verletzungen 9 Mögliche Hazards (3/4) Entgleisung des Shuttles Blockierung, Beschädigung der Strecke Personenschäden Im Bereich von leichten Verletzungen bis zu Toten 10 5

6 Mögliche Hazards (4/4) Zusammenstoß durch zu starke Neigung mit Gegenständen, z.b.: Shuttle auf Nebengleis Brückenpfeiler Bäumen/Ästen Folgen: Viele Verletzte (Personenschäden) Viele Tote Beschädigung, Blockierung der Strecke 11 Risk Analysis I n Zu 1. Marginal n Zu 2. Marginal n Zu 3. Critical n Zu 4. Catastrophic 12 6

7 Fault Tree (1/6) Kurzfristig falsche Neigung kurzfristige leicht abweichende falsche Neigung falsche Berechnung falsche Umsetzung falsche Sensorwerte (Hardware) falsche Verarbeitung (Software) falsche Eichung Wird vom System erkannt und augeglichen 13 Fault Tree (2/6) Langfristig falsche Neigung Unfall (Entgleisung) Hohe Geschwindigkeit Langfristige falsche Neigung Ausbleiben der Notbremsung dauerhafte falsche Berechnung dauerhafte falsche Umsetzung

8 Fault Tree (3/6) Dauerhafte falsche Berechnung 1 falsche Sensorwerte (Hardware) falsche Verarbeitung (Software) Software erkennt falsche Werte nicht 1a 1b 15 Fault Tree (4/6) Falsche Sensorenwerte 1a fehlerhafte Übertragung fehlerhafte Wertermittlung Störeffekt Falscher Sensor angeschlossen Sensor lose Sensor defekt Abschirmung defekt Kabel/Steckverbindung defekt 16 8

9 Fault Tree (5/6) Falsche Verarbeitung (Software) 1b falsche Werte Versagen der Fehlerkorrektur Rechenungenauigkeit Zu hohe Datenrate für die Software Ausfall der redundanten Recheneinheiten Alle Kontrolleinheiten errechnen fehlerhafte Werte 17 Fault Tree (6/6) Dauerhafte falsche Umsetzung 2 Falsche Umsetzung Kein Ausgleich/Fallback Falsche Eichung -> falsche Grundstellung der Zylinder Fehlverhalten des Zylinders Keine Fehlermeldung von defekter Hardware Software erkennt falsche Umsetzung nicht Fehlende Schmierung defekter Zylinder Falsche Druckübertragung Zusammenstoß Konstruktionsfehler 18 9

10 Risk Analysis II n Zu 1. Marginal/Remote n Zu 2. Marginal/Probable n Zu 3. Critical/Remote Ł III Ł II Ł III n Zu 4. Catastrophic/Improbable Ł III 19 Verbessertes Architektur Design Hazard elimination n Geschwindigkeitsreduzierung Löst z.b. den Hazard Komfortverlust n Ausreichender Abstand zu Hindernissen neben der Bahnstrecke (Tunnel, Brückepfeiler, Parallelgleis ) n Absicherung der Gepäckstücke im Inneren n Ausschalten der Neigetechnik Shuttle kann sich nun nicht mehr in Gegenspur neigen Hazard des Komfortverlustes bleibt 20 10

11 Verbessertes Architektur Design Hazard reduction n Model-Checking der Software n Sensoren an Fahrzeugende und -spitze Anbringen von Redundanten Sensoren n Möglichst lokale Überprüfung von Aktoren und Sensoren: Kontrollsoftware direkt an Sensoren und Aktoren, die Fehlermeldungen an Zentralsoftware senden kann 21 Verbessertes Architektur Design Hazard control n Fallback: Einrichten von geeigneten Fallback-Ebenen Zentralsoftware hat kurze Modulwege zu verschiedenen Fallback-Ebenen 22 11

12 Verbessertes Architektur Design Damage minimization n Extra Verstärkung des Chassis n Nicht bzw. schwer entflammbare Materialien (siehe Flugzeugbau) n Schnelle Vororthilfe n Zusammenfassung Leichte, kurz abweichende Neigungen haben keine gravierenden Auswirkungen Dauerhafte falsche Neigung kann katastrophale Auswirkungen haben Geeignete Maßnahmen im Architekturdesign können die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Hazards vermindern/ausschließen, jedoch lassen sich nicht alle Hazards ausschließen! 24 12