Im bisherigen Auslegungsprozess wird ein Bahnsystem in der Regel in Teilsysteme zerlegt, die nacheinander und für sich betrachtet entworfen werden. Das Verhalten des Gesamtsystems im geplanten täglichen Betrieb wird nur für wenige Varianten mittels Simulation überprüft. In dieser Arbeit wird der Ansatz vorgestellt, ein elektrisches Bahnsystem als Optimierungsaufgabe zu modellieren und diese mit einem geeigneten mathematischen Suchverfahren zu lösen, um Wechselwirkungen im Gesamtsystem bereits während der Dimensionierung berücksichtigen zu können. Zu diesem Zweck wird ein mehrkriterieller genetischer Algorithmus mit Zugfahrtsimulation und Netzberechnung gekoppelt, um ein für elektrische Bahnen entwickeltes Optimierungsmodell zu lösen. Am Beispiel einer realen Metrostrecke wird das Verfahren auf seine Eignung getestet und die erzielten Ergebnisse bewertet. / In the previous design process the electric railway system was subdivided into subsystems that are conceived one after the other and independent of each other. The performance of the complete railway system under realistic operation conditions can only be verified for some very few variants using simulation tools. The paper presents an approach to formulate an electric railway system as a self-contained optimization problem solved by means of a mathematical optimization method in order to consider interactions within the system in the early stage of the design process. Therefore a multi-objective genetic algorithm is coupled with both train simulation and electrical network calculation solving an optimization model specially designed for electrical railway systems. The proposed method is tested on an actual metro system. The results of this case study are presented and evaluated.

Railway safety is an issue that is closely related to people. Hazards such as a collision between two trains can result in severe casualties, necessitating the utmost level of safety measures. Linear actuators control the direction of the train and are critical devices in train operation. Therefore, the safety requirements for linear actuators are high; several internationally accepted standards can help regulate the design of railways and specify safety standards. EN 50129 and EN 50126 are critical standards to follow. This thesis presents two motor controller designs that can be used in linear actuators with high safety quality. This thesis contains two designs, a basic design and an advanced design. The first part of the thesis is the basic design. The basic design is based on the full bridge structure and combines two out of two logic. After integrating metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, gate drivers, and DC-DC converter, the basic design is presented following the safety integrated level 4 requirements of EN 50129. A fault tree analysis and a common cause failure analysis are added. The failure rate after fault tree analysis is 2E −14 . The second part of the thesis presents an advanced design based on the basic design and introduces an Automotive Safety Integrated Level D-compliant gate driver according to ISO 26262. It improves the previous design of the DC full bridge to have about 50 percent fewer components. Meanwhile, the advanced design also gives a supplement and refinement of the basic design to advance the possibility of practical application. Failure tree analysis failure mode effects, criticality analysis analysis, and availability argument are then carried out with the advanced design. According to fault tree analysis, the failure rate of the advanced design is 2E−14. / Järnvägssäkerhet är en fråga som är nära relaterad till människor. Faror som en kollision mellan två tåg kan resultera i allvarliga olyckor, vilket kräver högsta möjliga säkerhetsåtgärder. Linjära ställdon styr tågets riktning och är kritiska enheter i tågdrift. Därför är säkerhetskraven för linjära ställdon höga; flera internationellt accepterade standarder kan hjälpa till att reglera utformningen av järnvägar och specificera säkerhetsstandarder. EN 50129 och EN 50126 är kritiska standarder att följa. Denna avhandling presenterar två motorstyrningskonstruktioner som kan användas i linjära ställdon med hög säkerhetskvalitet. Detta examensarbete innehåller två designs, en grundläggande design och en avancerad design. Den första delen av examensarbetet är den grundläggande designen. Den grundläggande designen är baserad på hela brostrukturen och kombinerar två av två logik. Efter att ha integrerat metall-oxid-halvledarfälteffekttransistorer, gate-drivrutiner och DC-DC-omvandlare presenteras den grundläggande designen enligt de säkerhetsintegrerade nivå 4-kraven i EN 50129. En felträdsanalys och en analys av vanlig orsaksfel läggs till. Felfrekvensen efter felträdsanalys är 2E−14. Den andra delen av avhandlingen presenterar en avancerad design baserad på den grundläggande designen och introducerar en Automotive Safety Integrated Level D-kompatibel grinddrivare enligt ISO 26262. Den förbättrar den tidigare designen av DC-fullbryggan för att ha cirka 50 procent färre komponenter. Samtidigt ger den avancerade designen också ett komplement och förfining av den grundläggande designen för att främja möjligheten till praktisk tillämpning. Felträdanalys fellägeseffekter, analys av kritikalitet och tillgänglighetsargument utförs sedan med den avancerade designen. Enligt felträdsanalys är felfrekvensen för den avancerade designen 2E−14.