ISO 20138-2:2019
(Main)Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and stationary braking) — Part 2: General algorithms utilizing step by step calculation
Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and stationary braking) — Part 2: General algorithms utilizing step by step calculation
This document specifies the methodologies for calculation of braking performance for railway rolling stock. This document describes the general algorithms/formulae using instantaneous value inputs to perform calculations of brake equipment and braking performance, in terms of stopping/slowing distances, braking power and energy for all types of rolling stock, either as vehicles or units. The calculations can be performed at any stage of the assessment process (design, manufacture, testing, verification, investigation, etc.) of railway rolling stock. This document does not set out specific acceptance criteria (pass/fail). This document is not intended to be used as a design guide for the selection of brake systems and does not specify performance requirements. This document does not provide a method to calculate the extension of stopping distances when the level of demanded adhesion exceeds the available adhesion (wheel slide activity). This document contains examples of the calculation of brake forces for different brake equipment types and examples of the calculation of stopping distance for vehicles or units.
Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage (freinage d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation) — Partie 2: Algorithmes généraux utilisant le calcul pas à pas
Le présent document décrit les méthodologies de calcul des performances de freinage du matériel roulant ferroviaire. Le présent document décrit les algorithmes et formules généraux qui utilisent des valeurs instantanées comme valeurs d'entrée pour effectuer les calculs de dimensionnement des équipements de frein et les performances de freinage, en termes de distances d'arrêt et de ralentissement, de puissance et d'énergie de freinage pour tous les types de matériels roulants, qu'il s'agisse de véhicules ou de rames. Les calculs peuvent être effectués à n'importe quelle étape du processus d'évaluation (conception, fabrication, essais, vérification, investigation, etc.) du matériel roulant ferroviaire. Le présent document ne spécifie pas les critères d'acceptation spécifiques (réussite/échec). Le présent document n'est pas destiné à servir de guide de conception pour le choix des systèmes de freinage et ne spécifie pas les exigences de performances. Le présent document ne spécifie pas de méthode pour calculer l'allongement des distances d'arrêt en cas de dégradation du niveau d'adhérence disponible (phénomène d'enrayage). Le présent document donne des exemples de calcul des efforts de freinage pour les différents types d'équipements de frein, ainsi que des exemples de la distance d'arrêt propre à un véhicule isolé ou à une composition de train.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20138-2
First edition
2019-11
Railway applications — Calculation
of braking performance (stopping,
slowing and stationary braking) —
Part 2:
General algorithms utilizing step by
step calculation
Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage
(freinage d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation) —
Partie 2: Algorithmes généraux utilisant le calcul pas à pas
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3	 Terms	and	definitions . 1
4 Symbols . 2
5 General explanation of step-by-step calculation . 3
5.1 Method . 3
5.2 Retarding force models . 3
5.3 Algorithm . 4
5.3.1 General description . 4
5.3.2 Time integration . . 4
5.3.3 Determination of time step/relative distance deviation ξ . 6
5.3.4 Equivalent system response time t .
e 6
5.4 Supplementary dynamic calculations . 7
5.4.1 Energy dissipated by each brake equipment type . 7
5.4.2 Value of the instantaneous adhesion required between wheel and rail for
the braked wheelset (τ ) . 7
ax
5.4.3 Maximum braking power of each brake equipment type . 8
6 Considerations for stopping/slowing distances and deceleration calculations .8
6.1 Accuracy of input values . 8
6.2 Distance calculations . 8
6.3 General characteristics . 8
6.4 Brake equipment type characteristics . 9
6.4.1 General. 9
6.4.2 Input data . 9
6.5 Initial and operating characteristics . 9
6.5.1 Nominal conditions . 9
6.5.2 Wheel diameter . . 9
6.5.3 Initial speed . 9
6.5.4 Gradient . 9
6.5.5 Level of the brake demand . 9
6.5.6 Degraded mode . 9
6.5.7 Degraded condition .10
6.5.8 Available coefficient of wheel and rail adhesion .10
6.6 Other deceleration calculations .10
6.6.1 General.10
6.6.2 Decelerations resulting from the force generated by each brake
equipment type (a ).10
j,n
6.6.3 Equivalent (mean) deceleration (a ) based on distance .10
e
7 Immobilization brake calculation .11
Annex A (normative)	Workflow	of	kinetic	calculations .12
Annex B (informative) Calculation of retarding forces (non-stationary) .13
Annex C (informative) Examples for brake calculation .18
Bibliography .33
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 269, Railway applications, Subcommittee
SC 2, Rolling stock.
A list of all parts in the ISO 20138 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Introduction
This document describes methodologies for calculation of braking performance such as stopping
distance, deceleration, power and energy for railway rolling stock.
The objective of this document is to enable the railway industry and operators to work with common
calculation methods.
The ISO 20138 series consists of two parts (ISO 20138-1 and this document) which complement
each other.
This document describes the step by step calculation methods for railway applications applicable to
all countries. In addition, the algorithms provide a means of comparing the results of other braking
performance calculation methods.
The methodology of step by step calculation is based on numerical time integration.
The step by step calculation method cannot be used for stationary braking. This document considers an
example for stationary braking of a multiple unit in accordance with ISO 20138-1.
When calculating stopping and slowing distances using the step by step calculation method, it is
intended that both ISO 20138-1 and this document be considered.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20138-2:2019(E)
Railway applications — Calculation of braking
performance (stopping, slowing and stationary braking) —
Part 2:
General algorithms utilizing step by step calculation
1 Scope
This document specifies the methodologies for calculation of braking performance for railway
rolling stock.
This document describes the general algorithms/formulae using instantaneous value inputs to perform
calculations of brake equipment and braking performance, in terms of stopping/slowing distances,
braking power and energy for all types of rolling stock, either as vehicles or units.
The calculations can be performed at any stage of the assessment process (design, manufacture,
testing, verification, investigation, etc.) of railway rolling stock. This document does not set out specific
acceptance criteria (pass/fail).
This document is not intended to be used as a design guide for the selection of brake systems and does
not specify performance requirements. This document does not provide a method to calculate the
extension of stopping distances when the level of demanded adhesion exceeds the available adhesion
(wheel slide activity).
This document contains examples of the calculation of brake forces for different brake equipment types
and examples of the calculation of stopping distance for vehicles or units.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 20138-1:2018, Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and
stationary braking) — Part 1: General algorithms utilizing mean value calculation
3	 Terms	and	definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 20138-1 and the following apply.
ISO and IEC maint
 ...
©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
Formatted:	Font:	10	pt,	Not	Bold
Formatted:	Font:	13	pt,	Bold,	Font
ISO/TC 269/SC 2
color:	Blue
Deleted: FDIS
Date:  2019‐10
Deleted: ¶
ISO/TC 269/SC 2/WG 1
Secretariat:  DIN
Formatted:	Font:	Bold,	Font	color:
Railway applications — Calculation of braking performance (stopping,
Blue
slowing and stationary braking) — Part 2: General algorithms utilizing
Formatted:	Font	color:	Black
step by step calculation
Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage (freinage d'arrêt, de ralentissement et
Formatted:	Font	color:	Blue
d'immobilisation) — Partie 2: Algorithmes généraux utilisant le calcul pas à pas
Deleted: /FDIS
COPYRIGHT	PROTECTED	DOCUMENT
All	rights	reserved.	Unless	otherwise	specified,	no	part	of	this	publication	may	be	reproduced	or
utilized	otherwise	in	any	form	or	by	any	means,	electronic	or	mechanical,	including	photocopying,
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©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
ii
Deleted: /FDIS
Formatted:	zzContents,	Don't
adjust	space	between	Latin	and
Asian	text,	Don't	adjust	space
Contents
between	Asian	text	and	numbers,
Tab	stops:		20	pt,	Left
Foreword . 5
Deleted: Foreword iv¶
Introduction v¶
Introduction . 6
1 Scope 1¶
2 Normative references 1¶
1  Scope . 1
3 Terms and definitions 1¶
2  Normative references . 1
4 Symbols and abbreviated
terms 2¶
3  Terms and definitions . 1
5 General explanation of
step-by-step calculation 3¶
4  Symbols and abbreviated terms . 2
5.1 Method 3¶
5.2 Retarding force
5  General explanation of step-by-step calculation . 3
models 3¶
5.1  Method . 3
5.3 Algorithm 4¶
5.2  Retarding force models . 3
5.3.1 General description 4¶
5.3  Algorithm . 4
5.3.2 Time integration 4¶
5.3.1  General description . 4
5.3.3 Determination of time
5.3.2  Time integration . 4  step/relative distance
deviation ξ 5¶
5.3.3  Determination of time step/relative distance deviation ξ . 6
5.3.4 Equivalent system
5.3.4  Equivalent system response time t . 6
e
response time te 6¶
5.4  Supplementary dynamic calculations . 7
5.4 Supplementary dynamic
5.4.1  Energy dissipated by each brake equipment type . 7
calculations 7¶
5.4.1 Energy dissipated by
5.4.2  Value of the instantaneous adhesion required between wheel and rail for the braked
each brake equipment
wheelset (τ ) . 7
ax
type 7¶
5.4.3  Maximum braking power of each brake equipment type . 8
5.4.2 Value of the
instantaneous adhesion
6  Considerations for stopping/slowing distances and deceleration calculations . 8
required between wheel and
6.1  Accuracy of input values . 8
rail for the braked wheelset
6.2  Distance calculations . 8
(τ ) 7¶
ax
6.3  General characteristics . 8
5.4.3 Maximum braking
power of each brake
6.4  Brake equipment type characteristics . 9
equipment type 8¶
6.4.1  General . 9
6 Considerations for
6.4.2  Input data . 9
stopping/slowing distances
6.5  Initial and operating characteristics . 9
and deceleration
6.5.1  Nominal conditions . 9
calculations 8¶
6.1 Accuracy of input
6.5.2  Wheel diameter . 9
values 8¶
6.5.3  Initial speed . 9
6.2 Distance calculations 8¶
6.5.4  Gradient . 9
6.3 General
6.5.5  Level of the brake demand . 9
characteristics 8¶
6.5.6  Degraded mode . 9
6.4 Brake equipment type
6.5.7  Degraded condition . 10  characteristics 8¶
6.4.1 General 8¶
6.5.8  Available coefficient of wheel and rail adhesion . 10
6.4.2 Input data 9¶
6.6  Other deceleration calculations . 10
6.5 Initial and operating
6.6.1  General . 10
characteristics 9¶
6.6.2  Decelerations resulting from the force generated by each brake equipment type
6.5.1 Nominal conditions 9¶
(a ) . 10  6.5.2 Wheel diameter 9¶
j,n
6.5.3 Initial speed 9¶
6.6.3  Equivalent (mean) deceleration (ae) based on distance . 10
6.5.4 Gradient 9¶
7  Immobilization brake calculation . 11
6.5.5 Level of the brake
demand 9¶
Annex A (normative) Workflow of kinetic calculations . 12
6.5.6 Degraded mode 9¶
6.5.7 Degraded condition 9¶
...	[1]
Annex B (informative) Calculation of retarding forces (non-stationary) . 13
©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
iii
Deleted: /FDIS
Annex C (informative) Examples for brake calculation . 18
Bibliography . 35
©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
iv
Deleted: /FDIS
Foreword
ISO	(the	International	Organization	for	Standardization)	is	a	worldwide	federation	of	national
standards	bodies	(ISO	member	bodies).	The	work	of	preparing	International	Standards	is	normally
carried	out	through	ISO	technical	committees.	Each	member	body	interested	in	a	subject	for	which	a
technical	committee	has	been	established	has	the	right	to	be	represented	on	that	committee.
International	organizations,	governmental	and	non‐governmental,	in	liaison	with	ISO,	also	take	part	in
the	work.	ISO	collaborates	closely	with	the	International	Electrotechnical	Commission	(IEC)	on	all
matters	of	electrotechnical	standardization.
The	procedures	used	to	develop	this	document	and	those	intended	for	its	further	maintenance	are
described	in	the	ISO/IEC	Directives,	Part	1.	In	particular,	the	different	approval	criteria	needed	for	the
different	types	of	ISO	documents	should	be	noted.	This	document	was	drafted	in	accordance	with	the
editorial	rules	of	the	ISO/IEC	Directives,	Part	2	(see	www.iso.org/directives).	 Deleted: www.iso.org/directives
Attention	is	drawn	to	the	possibility	that	some	of	the	elements	of	this	document	may	be	the	subject	of
patent	rights.	ISO	shall	not	be	held	responsible	for	identifying	any	or	all	such	patent	rights.	Details	of
any	patent	rights	identified	during	the	development	of	the	document	will	be	in	the	Introduction	and/or
on	the	ISO	list	of	patent	declarations	received	(see	www.iso.org/patents).
Deleted: www.iso.org/patents
Any	trade	name	used	in	this	document	is	information	given	for	the	convenience	of	users	and	does	not
constitute	an	endorsement.
For	an	explanation	of	the	voluntary	nature	of	standards,	the	meaning	of	ISO	specific	terms	and
expressions	related	to	conformity	assessment,	as	well	as	information	about	ISO's	adherence	to	the
World	Trade	Organization	(WTO)	principles	in	the	Technical	Barriers	 to	 Trade	 (TBT)
see	www.iso.org/iso/foreword.html.
Deleted: www.iso.org/iso/forewor
d.html
This	document	was	prepared	by	Technical	Committee	ISO/TC	269,	Railway applications,	Subcommittee
SC	2,	Rolling stock.
A	list	of	all	parts	in	the	ISO	20138	series	can	be	found	on	the	ISO	website.	 Deleted: This	document	is	intended
to	be	used	in	conjunction	with
ISO	20138‐1.¶
Any	feedback	or	questions	on	this	document	should	be	directed	to	the	user’s	national	standards	body.	A
complete	listing	of	these	bodies	can	be	found	at	www.iso.org/members.html.	 Deleted: www.iso.org/members.ht
ml
©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
v
Deleted: /FDIS
Introduction
This	document	describes	methodologies	for	calculation	of	braking	performance	such	as	stopping
distance,	deceleration,	power	and	energy	for	railway	rolling	stock.
The	objective	of	this	document	is	to	enable	the	railway	industry	and	operators	to	work	with	common
calculation	methods.
The	ISO	20138	series	consists	of	two	parts	(ISO	20138‐1	and	this	document)	which	complement	each
other.
This	document	describes	the	step	by	step	calculation	methods	for	railway	applications	applicable	to	all
countries.	In	addition,	the	algorithms	provide	a	means	of	comparing	the	results	of	other	braking
performance	calculation	methods.
The	methodology	of	step	by	step	calculation	is	based	on	numerical	time	integration.
The	step	by	step	calculation	method	cannot	be	used	for	stationary	braking.	This	document	considers	an
example	for	stationary	braking	of	a	multiple	unit	in	accordance	with	ISO	20138‐1.
When	calculating	stopping	and	slowing	distances	using	the	step	by	step	calculation	method,	it	is
intended	that	both	ISO	20138‐1	and	this	document	be	considered.
©	ISO	2019	–	All	rights	reserved
vi
Deleted: /FDIS
Error!	Reference	source	not	found. ISO 20138-2:2019(E)
Formatted:	Font:	(Default)
Cambria,	17	pt,	Font	color:	Blue
Railway applications — Calculation of braking performance
(stopping, slowing and stationary braking) — Part 2: General
Formatted:	Font	color:	Blue
algorithms utilizing step by step calculation
1 Scope
This	document	specifies	the	methodologies	for	calculation	of	braking	performance	for	railway	rolling
stock.
This	document	describes	the	general	algorithms/formulae	using	instantaneous	value	inputs	to	perform
calculations	of	brake	equipment	and	braking	performance,	in	terms	of	stopping/slowing	distances,
braking	power	and	energy	for	all	types	of	rolling	stock,	either	as	vehicles	or	units.	 Deleted: ,	with	respect	to	the
braking	distance
The	calculations	can	be	performed	at	any	stage	of	the	assessment	process	(design,	manufacture,	testing,
Deleted: used
verification,	investigation,	etc.)	of	railway	rolling	stock.	This	document	does	not	set	out	specific
acceptance	criteria	(pass/fail).
This	document	is	not	intended	to	be	used	as	a	design	guide	for	the	selection	of	brake	systems	and
 ...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20138-2
Première édition
2019-11
Applications ferroviaires — Calcul
des performances de freinage
(freinage d'arrêt, de ralentissement et
d'immobilisation) —
Partie 2:
Algorithmes généraux utilisant le
calcul pas à pas
Railway applications — Calculation of braking performance
(stopping, slowing and stationary braking) —
Part 2: General algorithms utilizing step by step calculation
Numéro de référence
©
ISO 2019
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3	 Termes	et	définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Description générale du calcul pas à pas . 3
5.1 Méthode . 3
5.2 Modèles d'efforts retardateurs . 3
5.3 Algorithme . 4
5.3.1 Description générale . 4
5.3.2 Intégration par intervalle de temps . 4
5.3.3 Détermination des intervalles de temps /écart relatif sur la distance ξ.6
5.3.4 Temps de réponse équivalent du système t .
e 7
5.4 Calculs dynamiques complémentaires . 7
5.4.1 Énergie dissipée par les différents types d'équipements de frein . 7
5.4.2 Valeur de l'adhérence roue-rail instantanée requise pour les essieux
freinés (τ ) . . 8
ax
5.4.3 Puissance de freinage maximale de chaque type d'équipement de frein . 8
6 Considérations relatives aux distances d'arrêt/ralentissement et aux calculs de
décélération . 9
6.1 Précision des valeurs d'entrée. 9
6.2 Calcul des distances . 9
6.3 Caractéristiques générales. 9
6.4 Caractéristiques des types d'équipement de frein . 9
6.4.1 Généralités . 9
6.4.2 Données d'entrée . .10
6.5 Caractéristiques initiales et d'exploitation .10
6.5.1 Conditions nominales .10
6.5.2 Diamètre de roue .10
6.5.3 Vitesse initiale .10
6.5.4 Déclivité de la voie .10
6.5.5 Niveau de demande de freinage .10
6.5.6 Mode dégradé .10
6.5.7 Conditions dégradées .10
6.5.8 Coefficient d'adhérence roue-rail disponible .11
6.6 Autres calculs de la décélération .11
6.6.1 Généralités .11
6.6.2 Décélérations dues aux efforts générés par chaque type d’équipement de
frein (a ) .11
j,n
6.6.3 Décélération équivalente (moyenne) (a ) basée sur la distance .11
e
7 Calcul pour de freinage d'immobilisation .12
Annexe A (normative) Diagramme des calculs cinématiques .13
Annexe B (informative) Calcul des efforts retardateurs (non statiques) .14
Annexe C (informative) Exemples de calculs de freinage.19
Bibliographie .34
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 269, Application ferroviaires, sous-
comité SC 2, Matériel roulant.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 20138 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
Le présent document décrit les méthodologies de calcul des performances de freinage telles que la
distance d'arrêt, la décélération, la puissance et l'énergie pour le matériel roulant ferroviaire.
Le présent document vise à permettre à l'industrie et aux exploitants ferroviaires d'utiliser des
méthodes de calcul communes.
La série ISO 20138 est composée de deux parties complémentaires (l'ISO 20138-1 et le présent
document).
Le présent document décrit les méthodes de calcul pas à pas destinées aux applications ferroviaires
dans tous les pays. En outre, les algorithmes permettent de comparer les résultats obtenus avec d'autres
méthodes de calcul des performances de freinage.
La méthode de calcul pas à pas repose sur une intégration numérique par intervalle de temps.
La méthode de calcul pas à pas ne peut pas être utilisée pour le freinage d’immobilisation. Le présent
document traite néanmoins un exemple de freinage d’immobilisation pour une rame automotrice,
conforme à l'ISO 20138-1.
Lors du calcul des distances d'arrêt et de ralentissement à l'aide de la méthode de calcul pas à pas, il est
prévu d'utiliser conjointement la norme ISO 20138-1 et le présent document.
NORME INTERNATIONALE ISO 20138-2:2019(F)
Applications ferroviaires — Calcul des performances
de freinage (freinage d'arrêt, de ralentissement et
d'immobilisation) —
Partie 2:
Algorithmes généraux utilisant le calcul pas à pas
1 Domaine d'application
Le présent document décrit les méthodologies de calcul des performances de freinage du matériel
roulant ferroviaire.
Le présent document décrit les algorithmes et formules généraux qui utilisent des valeurs instantanées
comme valeurs d'entrée pour effectuer les calculs de dimensionnement des équipements de frein et les
performances de freinage, en termes de distances d'arrêt et de ralentissement, de puissance et d'énergie
de freinage pour tous les types de matériels roulants, qu'il s'agisse de véhicules ou de rames.
Les calculs peuvent être effectués à n'importe quelle étape du processus d'évaluation (conception,
fabrication, essais, vérification, investigation, etc.) du matériel roulant ferroviaire. Le présent document
ne spécifie pas les critères d'acceptation spécifiques (réussite/échec).
Le présent document n'est pas destiné à servir de guide de conception pour le choix des systèmes de
freinage et ne spécifie pas les exigences de performances. Le présent document ne spécifie pas de
méthode pour calculer l'allongement des distances d'arrêt en cas de dégradation du niveau d'adhérence
disponible (phénomène d'enrayage).
Le
 ...
©	ISO	2019	–	Tous	droits	réservés
Style Definition:	Heading	1:
ISO/TC 269/SC 2
Indent:	Left:		0	pt,	First	line:		0	pt
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Date:  2019‐08‐08
Bold,	Tab	stops:	Not	at		18	pt
Bold
ISO/TC 269/SC 2/WG 1 Style Definition:	Heading	4:	Font:
Bold
Secrétariat:			Afnor Style Definition:	Heading	5:	Font:
Bold
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Bold
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Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage
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Style Definition:	Dimension_100
(freinage d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation) — Partie 2:
Style Definition:	Figure	subtitle
Algorithmes généraux utilisant le calcul pas à pas
Style Definition:	List	Number	1
Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and stationary braking) —
Style Definition:	AMEND	Terms
Part 2: General algorithms utilizing step by step calculation
Heading:	Font:	Bold
Style Definition:	AMEND	Heading
1	Unnumbered:	Font:	Bold
Deleted: /FDIS
Deleted: Avant-propos v¶
Introduction vi¶
1 Domaine d'application 1¶
2 Références normatives 1¶
Sommaire Page
3 Termes et définitions 1¶
4 Symboles et abréviations 2¶
Avant-propos . 4
5 Description générale du calcul pas
à pas 3¶
Introduction . 5
5.1 Méthode 3¶
5.2 Modèles d'efforts
1  Domaine d'application . 1
retardateurs 4¶
5.3 Algorithme 4¶
2  Références normatives . 1
5.3.1 Description générale 4¶
3  Termes et définitions . 1  5.3.2 Intégration par intervalle de
temps 5¶
4  Symboles . 2
5.3.3 Détermination des intervalles
de temps /écart relatif sur la distance
5  Description générale du calcul pas à pas . 3
ξ 6¶
5.1  Méthode . 3
5.3.4 Temps de réponse équivalent
5.2  Modèles d'efforts retardateurs . 3  du système t 7¶
e
5.4 Calculs dynamiques
5.3  Algorithme . 4
complémentaires 8¶
5.3.1  Description générale . 4
5.4.1 Énergie dissipée par les
5.3.2  Intégration par intervalle de temps . 5
différents types d'équipements de
5.3.3  Détermination des intervalles de temps /écart relatif sur la distance ξ . 7
frein 8¶
5.4.2 Valeur de l'adhérence roue et
5.3.4  Temps de réponse équivalent du système t . 8
e
rail instantanée requise pour les
5.4  Calculs dynamiques complémentaires . 8
essieux freinés	(τax) 9¶
5.4.1  Énergie dissipée par les différents types d'équipements de frein . 8
5.4.3 Puissance de freinage
5.4.2  Valeur de l'adhérence roue-rail instantanée requise pour les essieux freinés (τax) . 9
maximale de chaque type
5.4.3  Puissance de freinage maximale de chaque type d'équipement de frein . 9  d'équipement de frein 9¶
6 Considérations relatives aux
6  Considérations relatives aux distances d'arrêt/ralentissement et aux calculs de
distances d'arrêt/ralentissement et
décélération . 10  aux calculs de décélération 10¶
6.1 Précision des valeurs
6.1  Précision des valeurs d'entrée . 10
d'entrée 10¶
6.2  Calcul des distances . 10
6.2 Calcul des distances 10¶
6.3  Caractéristiques générales . 10
6.3 Caractéristiques générales 10¶
6.4  Caractéristiques des types d'équipement de frein . 10  6.4 Caractéristiques des types
d'équipement de frein 10¶
6.4.1  Gé né ralité s . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.4.1 Généralités 10¶
6.4.2  Données d'entrée . 10
6.4.2 Données d'entrée 11¶
6.5  Caractéristiques initiales et d'exploitation . 11
6.5 Caractéristiques initiales et
6.5.1  Conditions nominales . 11
d'exploitation 11¶
6.5.1 Conditions nominales 11¶
6.5.2  Diamètre de roue . 11
6.5.2 Diamètre de roue 11¶
6.5.3  Vitesse initiale . 11
6.5.3 Vitesse initiale 11¶
6.5.4  Déclivité de la voie . 11
6.5.4 Déclivité de la voie 11¶
6.5.5  Niveau de demande de freinage . 11
6.5.5 Niveau de demande de
6.5.6  Mode dégradé . 11
freinage 11¶
6.5.6 Mode dégradé 12¶
6.5.7  Conditions dégradées . 12
6.5.7 Conditions dégradées 12¶
6.5.8  Coefficient d'adhérence roue-rail disponible . 12
6.5.8 Coefficient disponible de
6.6  Autres calculs de la décélération . 12
l’adhérence roue/rail 12¶
6.6.1  Gé né ralité s . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6.6 Autres calculs de la
6.6.2  Décélérations dues aux efforts générés par chaque type d’équipement de frein (a ) . 12  décélération 12¶
j,n
6.6.1 Généralités 12¶
6.6.3  Décélération équivalente (moyenne) (a ) basée sur la distance . 12
e
6.6.2 Décélérations dues aux efforts
7  Calcul pour de freinage d'immobilisation . 13  générés par chaque type
d’équipement de frein (a ) 12¶
j,n
Annexe A	(normative) Diagramme des calculs cinématiques . 14
6.6.3 Décélération équivalente
(moyenne) (ae) basée sur la
Annexe B	(informative) Calcul des efforts retardateurs (non statiques) . 15
distance 12¶
...	[1]
©	ISO	2019	–	Tous	droits	réservés
ii
Annexe C	(informative) Exemples de calculs de freinage . 20
Bibliographie . 36
©	ISO	2019	–	Tous	droits	réservés
iii
Avant-propos
L'ISO	(Organisation	internationale	de	normalisation)	est	une	fédération	mondiale	d'organismes
Formatted:	Adjust	space	between	Latin	and
Asian	text,	Adjust	space	between	Asian	text
nationaux	de	normalisation	(comités	membres	de	l'ISO).	L'élaboration	des	Normes	internationales	est
and	numbers
en	général	confiée	aux	comités	techniques	de	l'ISO.	Chaque	comité	membre	intéressé	par	une	étude	a	le
droit	de	faire	partie	du	comité	technique	créé	à	cet	effet.	Les	organisations	internationales,
gouvernementales	et	non	gouvernementales,	en	liaison	avec	l'ISO	participent	également	aux	travaux.
L'ISO	collabore	étroitement	avec	la	Commission	électrotechnique	internationale	(IEC)	en	ce	qui
concerne	la	normalisation	électrotechnique.
Les	procédures	utilisées	pour	élaborer	le	présent	document	et	celles	destinées	à	sa	mise	à	jour	sont	 Formatted:	Adjust	space	between	Asian	text
and	numbers
décrites	dans	les	Directives	ISO/IEC,	Partie	1.	Il	convient,	en	particulier,	de	prendre	note	des	différents
critères	d'approbation	requis	pour	les	différents	types	de	documents	ISO.	Le	présent	document	a	été
rédigé	conformément	 aux	règles	 de	rédaction	données	 dans	les	 Directives	ISO/IEC,	 Partie	2
(voir	www.iso.org/directives).	 Deleted: 	www.iso.org/directives
L'attention	est	attirée	sur	le	fait	que	certains	des	éléments	du	présent	document	peuvent	faire	l'objet	de
droits	de	propriété	intellectuelle	ou	de	droits	analogues.	L'ISO	ne	saurait	être	tenue	pour	responsable
de	ne	pas	avoir	identifié	de	tels	droits	de	propriété	et	averti	de	leur	existence.	Les	détails	concernant	les
références	aux	droits	de	propriété	intellectuelle	ou	autres	droits	analogues	identifiés	lors	de
l'élaboration	du	document	sont	indiqués	dans	l'Introduction	et/ou	dans	la	liste	des	déclarations	de
brevets	reçues	par	l'ISO	(voir	www.iso.org/brevets).
Deleted: www.iso.org/brevets
Les	appellations	commerciales	éventuellement	mentionnées	dans	le	présent	document	sont	données	 Formatted:	Adjust	space	between	Latin	and
Asian	text,	Adjust	space	between	Asian	text
pour	information,	par	souci	de	commodité,	à	l’intention	des	utilisateurs	et	ne	sauraient	constituer	un
and	numbers
engagement.
Pour	une	explication	de	la	nature	volontaire	des	normes,	la	signification	des	termes	et	expressions	 Formatted:	Adjust	space	between	Asian	text
and	numbers
spécifiques	de	l'ISO	liés	à	l'évaluation	de	la	conformité,	ou	pour	toute	information	au	sujet	de	l'adhésion
de	l'ISO	aux	principes	de	l’Organisation	mondiale	du	commerce	(OMC)	concernant	les	obstacles
Deleted: d’application
techniques	au	commerce	(OTC),	voir	www.iso.org/avant‐propos.
Deleted: :
Deleted: www.iso.org/iso/fr/avant‐
Le	présent	document	a	été	élaboré	par	le	comité	technique	ISO/TC	269,	Application ferroviaires,	sous‐
propos.html
comité	SC	2,	Matériel roulant.
Une	liste	de	toutes	les	parties	de	la	série	ISO	20138	se	trouve	sur	le	site	web	de	l’ISO.	 Deleted: Le	présent	document	est	destiné	à
être	utilisé	conjointement	avec	la	norme
ISO	20138‐1.¶
Il	convient	que	l’utilisateur	adresse	tout	retour	d’information	ou	toute	question	concernant	le	présent
document	à	l’organisme	national	de	normalisation	de	son	pays.	Une	liste	exhaustive	desdits	organismes	 Formatted:	std_publisher
se	trouve	à	l’adresse	www.iso.org/fr/members.html.
Deleted: 20138se
Deleted: Web
Deleted: l'utilisateur
Deleted: d'information
Deleted: l'organisme
Deleted: l'adresse
www.iso.org/fr/members.html
Formatted:	Emphasis,	Font	color:	Black,
French	(Switzerland)
©	ISO	2019	–	Tous	droits	réservés
iv
Introduction
Le	présent	document	décrit	les	méthodologies	de	calcul	des	performances	de	freinage	telles	que	la
distance	d'arrêt,	la	décélération,	la	puissance	et	l'énergie	pour	le	matériel	roulant	ferroviaire.
Le	présent	document	vise	à	permettre	à	l'industrie	et	aux	exploitants	ferroviaires	d'utiliser	des
méthodes	de	calcul	communes.
La	série	ISO	20138	est	composée	de	deux	parties	complémentaires	(l'ISO	20138‐1	et	le	présent
document).
Le	présent	document	décrit	les	méthodes	de	calcul	pas	à	pas	destinées	aux	applications	ferroviaires
dans	tous	les	pays.	En	outre,	les	algorithmes	permettent	de	comparer	les	résultats	obtenus	avec
d'autres	méthodes	de	calcul	des	performances	de	freinage.
La	méthode	de	calcul	pas	à	pas	repose	sur	une	intégration	numérique	par	intervalle	de	temps.
La	méthode	de	calcul	pas	à	pas	ne	peut	pas	être	utilisée	pour	le	freinage	d’immobilisation.	Le	présent
document	traite	néanmoins	un	exemple	de	freinage	d’immobilisation	pour	une	rame	automotrice,	 Deleted: prend
conforme	à	l'ISO	20138‐1.
Lors	du	calcul	des	distances	d'arrêt	et	de	ralentissement	à	l'aide	de	la	méthode	de	calcul	pas	à	pas,	il	est
prévu	d'utiliser	conjointement	la	norme	ISO	20138‐1	et	le	présent	document.	 Deleted: que
Deleted: 	soient	pris	en	compte
©	ISO	2019	–	Tous	droits	réservés
v
PROJET	FINAL	DE	NORME	INTERNATIONALE	 ISO	20138‐2:2019(F)
Applications ferroviaires — Calcul des performances de
freinage (freinage d'arrêt, de ralentissement et
d'immobilisation) — Partie 2: Algorithmes géné
 ...














Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.