Raylı Sistemlerde Fonksiyonel Emniyet Kapsamında Frenleme, Hata, Acil Frenleme ve Kaza Simülasyonları

Year 2023, Issue: 18, 121 - 132, 31.07.2023

Seçkin Uluskan , Ahmet Mert Akdağlı

https://doi.org/10.47072/demiryolu.1304112

Abstract

Raylı sistemlerde günümüzde otonomlaşma artarken, hata durumlarında sistemin kendi güvenliğini sağlayarak olumsuz durumu ortadan kaldırmasını sağlayacak fonksiyonel emniyet tasarımlarının oluşturulması, emniyet için oldukça önemlidir. Bu çalışmada, raylı sistem sinyalizasyonunda fonksiyonel emniyet kapsamında, bir engel önünde durmak üzere fren yapan trenler için bir hata durumunda kaza yapma simülasyonları oluşturulmuştur. Avrupa Demiryolları Ajansının dokümanı yardımıyla Metro ve Yüksek Hızlı Tren için frenleme eğrileri üretilmiştir. Daha sonra, UNISIG konsorsiyumun belirlediği emniyet analizi dokümanından, frenleme öncesi ve sonrasında meydana gelebilecek çeşitli hatalar seçilerek ve hata durumlarında acil fren önerileri eklenerek örnek bir hata ağacı analizi oluşturulmuştur. Bu işlemin ardından, Matlab ortamında programlar yazılarak, hata ve kaza simülasyonları oluşturulmuştur. Hataların rassal olarak meydana geldiği Monte Carlo simülasyonları ile kaza oranları belirlenmiş, acil frenlerin devreye girme sürelerinin kaza olasılığı üzerine etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar çeşitli açılardan değerlendirilmiş ve tartışılmıştır. Sonuç olarak, kazaların mümkün olduğunca önlenebilmesi için, ileri düzey teknolojiye dayanan fonksiyonel emniyet sistemlerinin gerekliliğine vurgu yapılmış ve yeni önerilerde bulunulmuştur.

Keywords

Raylı sistemlerde sinyalizasyon, Fonksiyonel güvenlik, Frenleme eğrileri, Hata ağacı analizi, Monte Carlo simülasyonu

Supporting Institution

Eskişehir Teknik Üniversitesi

Project Number

22LÖT195

Thanks

Bu çalışma Eskişehir Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje Numarası: 22LÖT195

Braking, Failure, Emergency Braking and Accident Simulations from the Perspective of Functional Safety in Rail Systems

Abstract

While autonomy is increasing in rail systems today, it is very important for safety to create functional safety designs that ensure the system's own safety and eliminate the negative situation in case of failures. In this study, within the scope of functional safety in rail system signaling, accident simulations are created for trains which are braking to stop in front of an obstacle. With the help of the document of the European Railways Agency, braking curves have been obtained for the Metro and High Speed Trains. Then, a sample fault tree analysis has been created by selecting various failures that may occur before and after braking via the safety analysis document of the UNISIG consortium, as well as by adding emergency brake suggestions in case of failures. Then, failure and accident simulations have been created by writing codes in Matlab. The accident rates have been determined with the help of Monte Carlo Simulations in which failures occur randomly, and the effect of the activation time of the emergency brakes on the probability of accidents have been investigated. The results are evaluated and discussed from various perspectives. Consequently, the necessity of functional safety systems based on advanced technology is emphasized, and new suggestions are made in order to remove the accidents as much as possible.

Keywords

Signaling in rail systems, Functional safety, Braking curves, Fault tree analysis, Monte Carlo simulation

Project Number

22LÖT195

References

• [1] S. Vlasenko, E. Anders, J. Arndt, T. Berndt, and J. Braband, Railway signalling and interlocking International compendium. Leverkusen: PMC Media House GmbH, 2020.
• [2] L. L. Presti and S. & Sabina, GNSS for Rail Transportation. Switzerland: Springer, 2018.
• [3] UNISIG, Functional Safety Analysis of ETCS DMI for ETCS Auxiliary Hazard-SUBSET-118, 2021.
• [4] A. Joanni, Q. Mahboob, and E. Zio, "Basic Methods for RAM Analysis and Decision Making," Handbook of RAMS in Railway Systems. CRC Press, 2018, pp. 13-38.
• [5] A. Joanni, Q. Mahboob, and E. Zio, "Advanced Methods for RAM Analysis and Decision Making," Handbook of RAMS in Railway Systems. CRC Press, 2018, pp. 39-62.
• [6] Q. Mahboob and E. Zio, Handbook of RAMS in railway systems: theory and practice. CRC Press, 2018.
• [7] M. Nalçakan and S. Uluskan, "Structural equation modeling of macro factors of railway accidents: a worldwide analysis," International Journal of Transport Economics, vol. 48, no. 2, pp. 251-273, 2021.
• [8] M. S. Durmuş, U. Yıldırım, and M. T. Söylemez, "Demiryolu Sinyalizasyon Tasarımında Fonksiyonel Güvenlik ve Ayrık Olay Sistem Yaklaşımı," Elektrikli Ulaşım Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi - EUSİS, 2011.
• [9] IEEE Vehicular Technology Society, IEEE Standard for Communications-Based Train Control (CBTC) Performance and Functional Requirements. New York: IEEE, 2004.
• [10] IEEE Vehicular Technology Society, IEEE Guide for the Calculation of Braking Distances for Rail Transit Vehicles. New York: IEEE, 2009.
• [11] European Railway Agency, Braking curves simulation tool v4.2.xls.: European Railway Agency, 2018.
• [12] UNISIG, ETCS Application Level 2 - Safety Analysis Part 1 - Functional Fault Tree-SUBSET-088-2 Part 1, 2019.
• [13] UNISIG, ETCS Application Level 2 - Safety Analysis Part 2 - Functional Analysis-SUBSET-088-2 Part 2, 2019.
• [14] UNISIG, Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 & 2-SUBSET-091, 2016.
• [15] The MathWorks Inc., MATLAB, Licence Number: 40994073, 2023.
• [16] S. Küçük, "ETCS (European Train Control System) Seviye 3," Demiryolu Mühendisliği, vol. 18, no. 2, pp. 6-12, 2018.
• [17] C. Özarpa , İ. Avcı ve B. F. Kınacı, "Akıllı Raylı Sistemlerde Kullanılan Alt Sistemlerin Kritik Seviye Analizi," Demiryolu Mühendisliği, no. 14, pp. 143-153, 2021.