AT522937B1 - Procedure for detecting technical irregularities in railway vehicles from the analysis of sound and vibration data - Google Patents

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AT522937B1 AT601992019A AT601992019A AT522937B1 AT 522937 B1 AT522937 B1 AT 522937B1 AT 601992019 A AT601992019 A AT 601992019A AT 601992019 A AT601992019 A AT 601992019A AT 522937 B1 AT522937 B1 AT 522937B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Detektion von technischen Irregularitäten an einem Schienenfahrzeug, - wobei die von dem Schienenfahrzeug während des Passierens des Messquerschnitts erzeugten Schallemissionen detektiert werden, - wobei der Messzeitraum den Zeitbereich umfasst, in dem das Schienenfahrzeug den Messquerschnitt vollständig passiert, - wobei als Ergebnis eines mathematischen Analyseschritts eine dreidimensionale Datenstruktur (fsi3(t, fband, frep)) vorliegt, - wobei in einem Entscheidungsschritt basierend auf der dreidimensionalen Datenstruktur (fsi3(t, fband, frep)) ein vom jeweiligen Frequenzband (fband), der Zeit (t) und der Wiederholungsfrequenz (frep). abhängiger Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, - wobei der Flachstellenindikator (fsi) die mit technischen Irregularitäten assoziierten Zeitbereiche innerhalb des Messzeitraums (tMess) angibt, und - wobei der Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, indem - die einzelnen Frequenzbänder (fband) zusammengeführt werden, sodass eine zweidimensionale Datenstruktur (fsi2(t, frep)) vorliegt.The invention relates to a computer-implemented method for detecting technical irregularities on a rail vehicle, - the noise emissions generated by the rail vehicle while passing the measurement cross-section are detected, - the measurement period encompassing the time period in which the rail vehicle completely passes the measurement cross-section, - wherein a three-dimensional data structure (fsi3(t, fband, frep)) is present as the result of a mathematical analysis step, - whereby in a decision step based on the three-dimensional data structure (fsi3(t, fband, frep)) a from the respective frequency band (fband), the time (t) and the repetition frequency (frep). dependent flat area indicator (fsi) is determined, - the flat area indicator (fsi) indicating the time ranges associated with technical irregularities within the measurement period (tMess), and - the flat area indicator (fsi) being determined by - the individual frequency bands (fband) being combined , so that a two-dimensional data structure (fsi2(t, frep)) is present.

Description

Beschreibungdescription

VERFAHREN ZUR DETEKTION VON IRREGULARITÄTEN PROCEDURE FOR DETECTING IRREGULARITIES

[0001] Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Detektion von technischen Irregularitäten an einem Schienenfahrzeug, insbesondere bedingt durch Flachstellen auf der Lauffläche eines Rades des Schienenfahrzeugs bzw. ein Verfahren zur Erkennung technischer Irregularitäten von Eisenbahnfahrzeugen aus der Analyse von Schall- und Schwingungsdaten. The invention relates to a computer-implemented method for detecting technical irregularities in a rail vehicle, in particular due to flat spots on the running surface of a wheel of the rail vehicle and a method for detecting technical irregularities in railway vehicles from the analysis of sound and vibration data.

[0002] Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der Analyse von einem oder mehreren Schienenfahrzeugen („Zug“) während der Fahrt ausgesendeten Schall- oder Schwingungswellen in Hinblick auf die Erkennung möglicher technischer Irregularitäten an einem Rad oder mehreren Rädern der Fahrzeuge welche dadurch eine potenzielle Gefährdung von Rad und Schiene darstellen und es zu Achs- und/oder Schienenbruch kommen kann. According to the invention, a method is used to analyze sound or vibration waves emitted by one or more rail vehicles (“train”) while driving with a view to detecting possible technical irregularities on one wheel or more wheels of the vehicles, which thereby pose a potential risk to the wheel and rail and axle and/or rail breakage may occur.

[0003] Ursache solcher Irregularitäten sind oft sogenannte „Flachstellen“ auf der Lauffläche des Rades eines Schienenfahrzeugs. Diese entstehen meist durch eine temporäre Blockade der Bremsen eines Rads bei Bremsvorgängen oder durch aufgeschleuderte Steine. Dadurch schleift das Rad auf der Schiene und kann ein Teil der Lauffläche abgeschliffen werden wodurch das Rad den idealen kreisförmigen Umfang verliert. Diese Flachstelle(n) schlagen nach der Aufhebung der Blockade während der weiteren Fahrt(en) bei jeder Umdrehung des Rades auf die Schiene und erzeugen ein charakteristisches Schlaggeräusch („Klopfen“ / „Hämmern“). Die Erkennung derartiger Situationen erfolgt nach Stand der Technik: [0003] Such irregularities are often caused by so-called “flat spots” on the running surface of the wheel of a rail vehicle. These are usually caused by a temporary blockage of the brakes on a wheel during braking or by stones thrown up. This causes the wheel to drag on the rail and can wear away part of the tread, causing the wheel to lose its ideal circular circumference. After the blockage has been lifted, this flat spot(s) hit the rail with each revolution of the wheel during the further journey(s) and produce a characteristic hitting noise ("knocking" / "hammering"). Such situations are recognized according to the state of the art:

(a) Durch Augenscheinkontrolle des stehenden Zuges („Wagenmeisterkontrolle‘“), (a) By visually inspecting the stationary train ("car master inspection"),

(b) Durch „Abhören“ des Zuges während der Vorbeifahrt durch einen Mitarbeiter der Bahnunternehmung (z.B. Stationsvorsteher in Bahnhöfen) bzw. (b) By "listening" to the train while it is passing by an employee of the railway company (e.g. station master in train stations) or

(c) Durch Messung der Radgeometrie mit komplexen und hochpreisigen streckenseitigen Messsystemen (sog. „Zug-Monitoring-Systeme“) im Streckennetz. (c) By measuring the wheel geometry with complex and expensive trackside measuring systems (so-called "train monitoring systems") in the route network.

[0004] Das ist umständlich, wenig treffsicher, kostenintensiv, und schon allein durch die geringe „Dichte“ der Prüfpunkte im Eisenbahnnetz nicht sehr effizient. [0004] This is cumbersome, not very accurate, cost-intensive, and not very efficient if only because of the low “density” of the test points in the railway network.

[0005] Ähnliche bzw. aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren sind beispielsweise in der CN 101697175 A, der EP 2393026 A2, der CN 102880767 A, der AT 511769 A2, der CN 107292046 A oder der CN 107215353 A beschrieben. Similar methods or methods known from the prior art are described, for example, in CN 101697175 A, EP 2393026 A2, CN 102880767 A, AT 511769 A2, CN 107292046 A or CN 107215353 A.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer Sequenz von automatisch aufgenommenen und digitalisierten Schallemissionswerten, die das/die Schienenfahrzeug(e) während der Vorbeifahrt am Messpunkt emittiert. The method according to the invention is based on a sequence of automatically recorded and digitized acoustic emission values which the rail vehicle(s) emits while passing the measuring point.

[0007] Erfindungsgemäß ist folgendes Verfahren vorgesehen: According to the invention, the following method is provided:

[0008] Computerimplementiertes Verfahren zur Detektion von technischen Irregularitäten an einem Schienenfahrzeug, insbesondere bedingt durch Flachstellen auf der Lauffläche eines Rades des Schienenfahrzeugs, - wobei mittels eines Sensors, der an einem rechtwinkelig zur Gleisachse des Fahrtwegs des Schienenfahrzeugs angeordneten Messquerschnitt positioniert ist, während eines Messzeitraums (tmess) die von dem Schienenfahrzeug während des Passierens des Messquerschnitts erzeugten Schallemissionen detektiert werden, - wobei der Messzeitraum (tmess) den Zeitbereich umfasst, in dem das Schienenfahrzeug den Messquerschnitt vollständig passiert, - wobei in einem Analyseschritt - das im Messzeitraum (tmess) detektierte Signal in eine Anzahl von Frequenzbändern (fband) unterteilt wird, - die zeitliche Ableitung des Verlaufs der Signalenergie des Signals in den Frequenzbändern (foana) ermittelt wird, - die ermittelte zeitliche Ableitung des Verlaufs der Signalenergie in den einzelnen Frequenz-[0008] Computer-implemented method for detecting technical irregularities on a rail vehicle, in particular caused by flat spots on the running surface of a wheel of the rail vehicle, - using a sensor positioned on a measuring cross-section arranged at right angles to the track axis of the route of the rail vehicle, during a measuring period (tmess) the noise emissions generated by the rail vehicle while passing the measurement cross-section are detected, - the measurement period (tmess) encompassing the time range in which the rail vehicle completely passes the measurement cross-section, - wherein in an analysis step - the detected in the measurement period (tmess). signal is divided into a number of frequency bands (fband), - the chronological derivation of the course of the signal energy of the signal in the frequency bands (foana) is determined, - the determined chronological derivation of the course of the signal energy in the individual frequency

bändern (fvana) Jeweils in eine Anzahl von Zeitintervallen unterteilt und einer Autokorrelation bands (fvana) Each divided into a number of time intervals and an autocorrelation

unterworfen wird, is subjected to

- das autokorrelierte Signal der einzelnen Frequenzbänder (fvana) und der einzelnen Zeitinter-- the autocorrelated signal of the individual frequency bands (fvana) and the individual time intervals

valle jeweils, insbesondere mittels einer Fast-Fourier-Transformation, auf das Vorliegen sich valle, in particular by means of a Fast Fourier Transform, on the existence

regelmäßig wiederholender Komponenten untersucht wird, - wobei als Ergebnis des mathematischen Analyseschritts eine dreidimensionale Datenstruktur (fSi3(t, foand, frep)) vorliegt, deren Indizes festgelegt sind durch of regularly repeating components is examined, - the result of the mathematical analysis step being a three-dimensional data structure (fSi3(t, foand, frep)) whose indices are defined by

- einen den Messzeitpunkt (t) kennzeichnenden Index - an index characterizing the measurement time (t).

- einen das Frequenzband (foana) kennzeichnenden Index und - an index identifying the frequency band (foana) and

- einen die Wiederholungsfrequenz (fıep) pro Frequenzband und pro Messzeitpunkt (Fpiand) - one the repetition frequency (fıep) per frequency band and per measurement time (Fpiand)

kennzeichnenden Index, und distinctive index, and

- wobei in einem Entscheidungsschritt basierend auf der dreidimensionalen Datenstruktur (fsi3(t, foand, frep)) ein vom jeweiligen Frequenzband (feana), der Zeit (t) und der Wiederholungsfrequenz (fee). abhängiger Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, - wherein in a decision step based on the three-dimensional data structure (fsi3(t, foand, frep)) one of the respective frequency band (feana), the time (t) and the repetition frequency (fee). dependent flat spot indicator (fsi) is determined,

- wobei der Flachstellenindikator (fsi) die mit technischen Irregularitäten assoziierten Zeitbe-- where the flat spot indicator (fsi) is the time frame associated with technical irregularities

reiche innerhalb des Messzeitraums (tmess) angibt, und ranges within the measurement period (tmess), and

- wobei der Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, indem - die einzelnen Frequenzbänder (foana) ZUusammengeführt werden, sodass eine zweidimensionale Datenstruktur (fsi2(t, frep)) vorliegt, deren Indizes festgelegt sind durch - where the flat indicator (fsi) is determined by - merging the individual frequency bands (foana) so that a two-dimensional data structure (fsi2(t, frep)) is present, the indices of which are defined by

- einen den Messzeitpunkt (t) kennzeichnenden Index und - an index characterizing the measurement time (t) and

- einen die Wiederholungsfrequenz (frepe) kennzeichnenden Index, - Wiederholungen identifiziert werden, indem in der zweidimensionale Datenstruktur (fsi2(t, frep)) die zeitliche Dimension festgehalten und jeder Zeitpunkt als Vektor fsi(freg) In Abhängigkeit von der Wiederholungsfrequenz (fıep) analysiert wird, wobei im Rahmen der Analyse das Maximum des Vektors fsi(frep) ermittelt und als Basis für einen Schwellenwert herangezogen wird und benachbarte Werte, die den Schwellenwert übersteigen, zu Gruppen zusammengefasst und anschließend mithilfe von statistischen Verfahren analysiert werden, sodass schließlich eine Anzahl von Ergebnisvektoren vorliegt, die jeweils von der Zeit abhängig sind und sich über den Messzeitraum (tmess) erstrecken, wobei die Ergebnisvektoren umfassen: - an index characterizing the repetition frequency (frepe), - repetitions are identified by recording the temporal dimension in the two-dimensional data structure (fsi2(t, frep)) and analyzing each point in time as a vector fsi(freg) as a function of the repetition frequency (fıep). is determined as part of the analysis, the maximum of the vector fsi(frep) is determined and used as the basis for a threshold value, and neighboring values that exceed the threshold value are combined into groups and then analyzed using statistical methods, so that finally a number of There are result vectors, each dependent on time and extending over the measurement period (tmess), the result vectors comprising:

- die größte Anzahl an hintereinanderliegenden Elementen einer Gruppe, - the largest number of consecutive elements in a group,

- die maximale relative Abweichung der Wiederholungsfrequenzen (fıep) aller Gruppen, die - the maximum relative deviation of the repetition frequencies (fıep) of all groups that

nicht die erste sind, zu einem ganzzahligen Vielfachen der Wiederholungsfrequenz der ersten are not the first, at an integer multiple of the repetition frequency of the first

Gruppe, Group,

- die Wiederholungsfrequenz (fep) der ersten Gruppe, und - eine das Vorliegen einer technischen Irregularität identifiziert wird, wenn - the repetition frequency (fep) of the first group, and - a presence of a technical irregularity is identified if

- die maximale relative Abweichung der Wiederholungsfrequenzen einen für die maximale re-- the maximum relative deviation of the repetition frequencies one for the maximum re-

lative Abweichung vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, lative deviation falls below the specified threshold value,

- die größte Anzahl an hintereinanderliegenden Elementen einer Gruppe einen für die Elemen-- the largest number of consecutive elements in a group one for the element

tanzahl vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und number falls below the predetermined threshold and

- Wiederholungsfrequenz (fiepe) einen für die Wiederholungsfrequenz (fee) vorgegebenen - Repetition frequency (fiepe) for the repetition frequency (fee) specified

Schwellenwert unterschreitet. falls below the threshold.

[0009] Als Ergebnis werden ein oder mehrere Indikatoren innerhalb des betrachteten Zeitraums geliefert, dessen Wert(e) als Indikation für ein Vorhandensein der gesuchten Irregularitäten dient und für die weitere Interpretation herangezogen werden kann (siehe “Flachstellenindikator“/FSI). Durch das beschriebene Verfahren wird der Aufwand für Errichtung und Betrieb der Messeinrichtungen minimiert und eine qualitative sowie quantitative Verbesserung des Monitorings herbeigeführt. Damit kann gegebenenfalls rechtzeitig auf die möglichen negativen Begleiteffekte, zB Achs/Schienenbruch, Ausfall des Fahrzeugs u.a., reagiert werden und trägt das Verfahren zu einem sicheren, effizienten und hochverfügbaren (Bahn-)Betrieb bei. [0009] As a result, one or more indicators are delivered within the period under consideration, the value(s) of which serves as an indication of the existence of the irregularities sought and can be used for further interpretation (see “Flat Spot Indicator”/FSI). The process described minimizes the effort involved in setting up and operating the measuring devices and brings about a qualitative and quantitative improvement in monitoring. This means that it is possible to react in good time to possible negative side effects, e.g. axle/rail breakage, vehicle failure, etc., and the process contributes to safe, efficient and highly available (rail) operation.

GEWINNUNG DER AUSGANGSDATEN: OBTAINING THE OUTPUT DATA:

[0010] Die Herleitung der Basisdaten ist grundsätzlich in Fig. 1 dargestellt und ist nicht Teil der Anmeldung. The derivation of the basic data is basically shown in FIG. 1 and is not part of the application.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Auswertung der von den Schienenfahrzeugen eines Zuges während der Fahrt ausgesendeten Schall- oder Schwingungs-Emissionen („Zuglärm“), der bis zu Geschwindigkeiten von 200 km/h primär vom Rollgeräusch durch den Rad/Schiene-Kontakt generiert wird. The method according to the invention is based on the evaluation of the sound or vibration emissions ("train noise") emitted by the rail vehicles of a train while driving, which is primarily caused by the rolling noise caused by the wheel/rail up to speeds of 200 km/h. contact is generated.

[0012] Die von dem bzw. den Eisenbahnfahrzeugen eines Zuges (1) während der Vorbeifahrt am Messquerschnitt Q (2) ausgesendete (Schall-)Emission wird von einem am rechtwinkelig zur Gleisachse liegenden Messquerschnitt Q positionierten stationären elektroakustischen Aufnehmer (Mikrofon) (3) aufgenommen und in ein kontinuierliches elektrisches Signal „A“ (4a) umgewandelt. The (sound) emission emitted by the railway vehicle(s) of a train (1) as it passes the measurement cross section Q (2) is detected by a stationary electroacoustic pickup (microphone) (3) positioned on the measurement cross section Q, which is perpendicular to the axis of the track. recorded and converted into a continuous electrical signal "A" (4a).

[0013] Grundsätzlich wird in der folgenden Beschreibung von einer Aufnahme der Schallemission durch einen elektroakustischen Aufnehmer ausgegangen. Es können jedoch auch andere die Schallemission repräsentierende Signalquellen wie etwa Beschleunigungssensoren, faseroptische Aufnehmer, Dehnmessstreifen, u.a. Sensoren als Signalquelle dienen. In principle, the following description assumes that the sound emission is recorded by an electroacoustic sensor. However, other signal sources representing the sound emission, such as acceleration sensors, fiber-optic pickups, strain gauges, and other sensors, can also serve as signal sources.

[0014] Das analoge Signal wird im Folgenden durch einen Analog/Digitalwandler (4) mit einem einstellbaren aber während der Messung fixen Abtastintervall tavıası IN zeitlich äquidistante punktuelle digitale Messwerte umgesetzt (4a). Das Abtastintervall tapıası wird dabei in der Praxis zumindest so gewählt, dass das ursprüngliche analoge Signal bis zu Frequenzen von zumindest 20kHz korrekt rekonstruiert werden kann (Shannon Theorem). The analog signal is subsequently converted by an analog/digital converter (4) with an adjustable but fixed sampling interval tavıası IN temporally equidistant punctual digital measured values (4a). In practice, the tapıası sampling interval is at least selected in such a way that the original analog signal can be correctly reconstructed up to frequencies of at least 20 kHz (Shannon theorem).

[0015] Das Signal wird mindestens über einen Zeitbereich tyess aufgenommen, der die Vorbeifahrt des Zuges bzw. des zu messenden Eisenbahnfahrzeugs - repräsentiert durch die erste und letzte Achse des Fahrzeuges/des Zuges - am Messquerschnitt Q zuzüglich einer einstellbaren Vor- (tvor) und Nachlaufzeit (tnaen) überstreicht. Dieser Zeitbereich wird im Folgenden als „Messzeit“ (tmess) bezeichnet (3a). Die Abtastung des analogen Signals ergibt nun abhängig vom Abtastintervall taptast Und der Messzeit tmess eine Sequenz von zeitlich mit tapıası äquidistanten Messwerten entlang der Zeitachse. The signal is recorded at least over a time range tyess, which includes the passage of the train or the railway vehicle to be measured - represented by the first and last axle of the vehicle/train - at the measurement cross-section Q plus an adjustable pre- (tvor) and Run-on time (tnaen) overscored. This time range is referred to below as the "measuring time" (tmeas) (3a). Depending on the sampling interval taptast and the measurement time tmess, the sampling of the analog signal now results in a sequence of measured values equidistant in time with tapıası along the time axis.

[0016] Diese Wertesequenz „Messwert(to)“ bis „Messwert(t„)“ (5) bildet die Grundlage für das erfindungsgemäßen Verfahren. This sequence of values “measured value(to)” to “measured value(t”)” (5) forms the basis for the method according to the invention.

ANALYTISCHE GRUNDLAGE: ANALYTICAL BASIS:

[0017] Die analytische Grundlage des beschriebenen Verfahrens zur Analyse und Berechnung des „Flachstellen-Indikators“ („FSI“) basiert auf der Aufgabe, repetierende - also sich wiederholende - Sprungfunktionen der Amplitude in den einzelnen Frequenzbändern im Frequenzgemisch des erfassten (Schall-)Signals zu identifizieren. Diese Sprungfunktionen bilden in ihrer Gesamtheit das beschriebene „Klopfgeräusch“ einer Flachstelle. Der Signalpegel muss dabei nicht notwendigerweise den allgemeinen Pegel der Lärmemissionen signifikant übersteigen. The analytical basis of the method described for the analysis and calculation of the "flat point indicator" ("FSI") is based on the task of repetitive - i.e. repetitive - step functions of the amplitude in the individual frequency bands in the frequency mixture of the recorded (sound) to identify signals. In their entirety, these step functions form the described "knocking noise" of a flat spot. The signal level does not necessarily have to significantly exceed the general level of noise emissions.

[0018] Es kann durch verschiedene mathematische Modelle abgebildet werden. It can be represented by various mathematical models.

[0019] Eine davon ist der „Diracstoß“ (siehe entsprechende Literatur). Ein Diracstoß stellt einen einzelnen sehr kurzen und sehr großen (Schall-)Impuls dar d.h. einen starken Anstieg in der Amplitude sowie nachfolgenden Abfall des (Schall-)Signals in der Zeitdomäne. Ein Diracstoß hat die Frequenzverteilung 1, das heißt, alle Frequenzen sind zu gleichen Teilen darin vertreten. Daraus folgt, dass das ‚hämmernde‘ Geräusch einer Flachstelle theoretisch in allen Frequenzbändern erkennbar sein sollte. In diesem Ansatz wird daher das erfasste Signalbild auf das Vorhandensein von Diracstößen untersucht. One of them is the "Diracstoss" (see relevant literature). A Dirac burst represents a single very short and very large (sound) impulse, i.e. a sharp increase in amplitude and subsequent decay of the (sound) signal in the time domain. A Dirac impact has the frequency distribution 1, which means that all frequencies are equally represented in it. It follows that the 'thumping' sound of a flat spot should theoretically be detectable in all frequency bands. In this approach, therefore, the detected signal aspect is examined for the presence of Dirac surges.

[0020] Neben dem Ansatz über die Modellierung durch einen „Diracstoß“ können auch weitere Ansätze für die Modellierung von Sprungfunktionen verwendet werden. Im Folgenden wird die Analyse mittels Modellierung durch einen Dirac-Stoß verfolgt. [0020] In addition to the modeling approach using a “Dirac collision”, other approaches for modeling step functions can also be used. In the following, the analysis is followed by modeling through a Dirac collision.

[0021] Ein weiteres Charakteristikum ist eine repetitive Wiederholung des Vorkommens von Diracstößen über die Zeit durch die Umdrehung des Rades während der Fahrt. Diese Wiederholfrequenz ist vom Radumfang und der aktuellen Geschwindigkeit abhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren nimmt darauf Rücksicht. Another characteristic is a repetitive repetition of the occurrence of Dirac shocks over time due to the rotation of the wheel while driving. This repetition frequency depends on the wheel circumference and the current speed. The method according to the invention takes this into account.

[0022] Das betrachtete Frequenzspektrum kann - muss aber nicht - in der Praxis auf den Bereich von 100 Hz bis 20 kHz eingeschränkt werden. Damit sind die Signale mit gängigen technischen Mitteln - etwa einem wetterfesten Standard-Messmikrofon oder entsprechender Sensorik - erfassbar. The frequency spectrum considered can - but does not have to - be limited in practice to the range from 100 Hz to 20 kHz. This means that the signals can be recorded with common technical means - such as a weatherproof standard measuring microphone or corresponding sensors.

[0023] Ebenso kann der betrachtete Zeitraum tmess die Vorbeifahrtsdauer des gesamten Zuges oder auch nur eine Teilmenge der erfassten und digitalisierten Messwerte umfassen. [0023] Likewise, the period of time tmeas under consideration can include the time it takes the entire train to pass by, or just a subset of the recorded and digitized measured values.

BESCHREIBUNG DER VERFAHRENSSCHRITTE: [0024] Das Verfahren basiert auf 2 Verfahrensschritten, deren Ablauf in Fig. 2 dargestellt ist: [0025] Verfahrensschritt 1 - „Mathematische Analyse“: DESCRIPTION OF THE METHOD STEPS: The method is based on 2 method steps, the course of which is shown in FIG. 2: Method step 1 - "mathematical analysis":

[0026] Aus der Wertesequenz Messwert(to) Messwert(t„) des erfassten und digitalisierten (Schall)-Signals wird mit 4 aneinandergereihten Schritten eine 3-dimensionale Ergebnismatrix gebildet. Diese enthält in der Zeitdomäne über die Messzeit Informationen über mögliche repetierende Sprungfunktionen. A 3-dimensional result matrix is formed from the sequence of values measured value(to) measured value(tn) of the recorded and digitized (sound) signal in 4 consecutive steps. In the time domain, this contains information about the measurement time about possible repetitive step functions.

[0027] Verfahrensschritt 2 - „FSI-Entscheider“: Method step 2 - "FSI decision maker":

[0028] Dieser Schritt übernimmt die Ergebnismatrix aus dem Schritt 1 und entscheidet an Hand definierter Kriterien, ob und wenn ja zeitlich wo eine mögliche technische Irregularität im Schallsignal identifiziert werden konnte. This step adopts the result matrix from step 1 and uses defined criteria to decide whether and if yes, at what time a possible technical irregularity in the sound signal could be identified.

[0029] Als Ergebnis identifiziert das Verfahren gegebenenfalls Zeitbereiche innerhalb der Messzeit, in denen mögliche technische Irregularitäten erkannt wurden - den „Flachstellenindikator“ (fsi). [0029] As a result, the method may identify time periods within the measurement time in which possible technical irregularities were detected - the "flat spot indicator" (fsi).

VERFAHRENSSCHRITT 1 - „MATHEMATISCHE ANALYSE“: PROCEDURE STEP 1 - “MATHEMATICAL ANALYSIS”:

[0030] Die im ersten Schritt durchgeführte Mathematische Analyse’ ist eine Aneinanderreihung verschiedener mathematisch/technischer Analysemethoden, um ein sich wiederholendes ‚hämmerndes‘ Geräusch zu identifizieren. The 'mathematical analysis' performed in the first step is a series of different mathematical/technical analysis methods to identify a repetitive 'banging' noise.

[0031] Dazu werden folgende Schritte auf die Wertesequenz des Schallsignals angewendet: For this purpose, the following steps are applied to the value sequence of the sound signal:

1) Aufteilung des abgetasteten Signalverlaufes in Frequenzbänder 2) Zeitliche Ableitung 1) Division of the sampled signal curve into frequency bands 2) Time derivation

3) Autokorrelation von Zeitintervallen 3) Autocorrelation of time intervals

4) Berechnung der Wiederholungsfrequenz 4) Calculation of the repetition frequency

[0032] Das Ergebnis ist ein 3-dimensionaler Vektor fsi3(t,foana,frep), IN der t (x-Achse) die Messzeit überstreicht, foana (y-Achse) die Frequenzbänder und f,ep (Z-Achse) die Wiederholfrequenzen pro fovand aufweist und welcher nun eine Indikation möglicher sich wiederholender Sprungfunktionen enthalten kann. Dieser Vektor wird dann dem 2. Verfahrensschritt („Entscheider“) als Input weitergeleitet. The result is a 3-dimensional vector fsi3(t,foana,frep) IN which t (x-axis) spans the measurement time, foana (y-axis) the frequency bands and f,ep (z-axis) the Has repetition frequencies per fovand and which can now contain an indication of possible repetitive jump functions. This vector is then forwarded to the second process step (“decision maker”) as an input.

ABLAUF PROCEDURE

1) Aufteilung in Frequenzbänder 1) Division into frequency bands

[0033] Eine erste Methode ist die Aufteilung des Signals in Frequenzbänder, welche logarithmisch aufgeteilt sind. Das Signal wird dabei einer „Fast Fourier Transformation“ (FFT) unterzogen. Danach werden die Leistungen der FFT-„Bänder“ addiert, in dem die Frequenzbänder nach dem Logarithmus gruppiert werden. A first method is the division of the signal into frequency bands, which are divided logarithmically. The signal is subjected to a "Fast Fourier Transformation" (FFT). Then the powers of the FFT "bands" are added by grouping the frequency bands according to the logarithm.

[0034] Eine zweite Methode ist die Einteilung in fractional octave bands‘. Bandpassfilter mit einem Bruchteil n der Bandbreite einer Oktave (Faktor 2/n der Grenzfrequenzen) filtern das Audiosignal um es in die verschiedenen Frequenzbänder einzuteilen wobei folgende Formeln gelten: A second method is the division into fractional octave bands. Bandpass filters with a fraction n of the bandwidth of an octave (factor 2/n of the cut-off frequencies) filter the audio signal in order to divide it into the different frequency bands, where the following formulas apply:

{1} fa(k) = foent * 27 {1} fa(k) = foent * 27

(2) fu) = fo() + 226 {3} fi(k) = fe(k)/22u Deseeeennnnn Anzahl der Bänder pro Oktave (2) fu) = fo() + 226 {3} fi(k) = fe(k)/22u Deseeeennnnn Number of bands per octave

Kosaeeeeee Index eines fractional octave band’ Kosaeeeee Index of a fractional octave band'

feent +... Mittenfrequenz des Frequenzbandes k=0 feet +... center frequency of the frequency band k=0

fe(K) ...... Mittenfrequenz des Frequenzbandes k fe(K) ...... center frequency of frequency band k

fu(k) ..... Obere Grenzfrequenz des Frequenzbandes k fi(k) ...... Untere Grenzfrequenz des Frequenzbandes k fmax 0... Maximale vorkommende Frequenz fu(k) ..... Upper limit frequency of the frequency band k fi(k) ...... Lower limit frequency of the frequency band k fmax 0... Maximum occurring frequency

fmin + Minimale vorkommende Frequenz fmin + minimum occurring frequency

Kmax....... Index des höchsten Frequenzbandes Kmax....... Index of the highest frequency band

Kmin +44. Index des niedrigsten Frequenzbandes km +44. Index of the lowest frequency band

[0035] Als Referenz wird von einem Frequenzband die Mittenfrequenz angegeben werden. Hier ist es üblich den Wert 1000 Hz zu verwenden. Davon ausgehend werden für alle Frequenzbänder die Mittenfrequenz, die Obere und die Untere Grenzfrequenz berechnet. The center frequency of a frequency band is given as a reference. Here it is usual to use the value 1000 Hz. Based on this, the center frequency, the upper and the lower limit frequency are calculated for all frequency bands.

[0036] Umformen der Formeln {1}-{3} ergibt die Formeln {4} und {5} für die Berechnung des maximalen und minimalen Index k. Die Funktion ‚ld‘ ist der logarithmus dualis mit der Basis 2, ‚floor‘ rundet zur nächsten ganzen Zahl ab und ‚ceil‘ rundet zur nächsten ganzen Zahl auf. Rearranging the formulas {1}-{3} gives the formulas {4} and {5} for the calculation of the maximum and minimum index k. The function 'ld' is logarithm dualis with base 2, 'floor' rounds down to the nearest integer and 'ceil' rounds up to the nearest integer.

{4} Kımax = floor (n * Id (Amex) — 3) {4} Kımax = floor (n * Id (Amex) — 3)

cent {5} Kmin = ceil (n * Id (Zein) + 3) [0037] Die maximale und minimale Frequenz fmax und fmin Sind Parameter, die für die Berechnung vorgegeben werden müssen. fmax kann maximal die halbe Abtastfrequenz des Mikrofons sein und fmin Wird sinnvollerweise nicht kleiner gewählt als die kleinste Frequenz, die das Mikrofon noch aufnehmen kann. Ein guter Ansatz ist dabei fmin = 200 Hz und fmax = 20 kHz. cent {5} Kmin = ceil (n * Id (Zein) + 3) The maximum and minimum frequencies fmax and fmin are parameters that must be specified for the calculation. fmax can be a maximum of half the sampling frequency of the microphone and fmin should not be selected lower than the lowest frequency that the microphone can still pick up. A good approach is fmin = 200 Hz and fmax = 20 kHz.

[0038] Vorgehensweise: Procedure:

(1) Fixierung der Anzahl Bänder pro Oktave („1“) - ist frei wählbar. (2) Zuerst wird der minimale und maximale Wert des Index k (kmax und kmin) ausgerechnet. (3) Jede ganze Zahl von kmin bis kmax ist ein Index k für ein ‚fractional octave band‘. (1) Fixation of the number of bands per octave ("1") - can be freely selected. (2) First the minimum and maximum value of the index k (kmax and kmin) is calculated. (3) Every integer from kmin to kmax is an index k for a fractional octave band.

[0039] Für jedes Band werden nun die folgenden Schritte (4-8) ausgeführt: The following steps (4-8) are now carried out for each band:

(4) Für jedes dieser Bänder wird mit dem Index k die Mittenfrequenz f.(k), die obere Grenzfrequenz f.(k) und die untere Grenzfrequenz fi(k) ausgerechnet. (4) For each of these bands, the center frequency f.(k), the upper limit frequency f.(k) and the lower limit frequency fi(k) are calculated with the index k.

(5) Mit der oberen und unteren Grenzfrequenz eines ‚fractional octave band’ (fu und fi) und der Abtastfrequenz der Tonaufzeichnung werden nun die Filterkoeffizienten für ein Bandpasstfilter berechnet. (5) The filter coefficients for a bandpass filter are now calculated using the upper and lower limit frequencies of a 'fractional octave band' (fu and fi) and the sampling frequency of the audio recording.

(6) Anschließend wird das Signal durch ein digitales Filter mit den berechneten Filterkoeffizienten gefiltert. (6) Then the signal is filtered through a digital filter with the calculated filter coefficients.

(7) Das gefilterte Signal wird nun in Sequenzblöcke mit der Länge von n, wobei gilt: n>0 und der Form 2", ideal in der Anwendung n=256, Samples eingeteilt, wobei sich die Blöcke zur Hälfte überlappen, und im Zeitbereich mit einem Hann-Fenster multipliziert werden. (7) The filtered signal is now divided into sequence blocks with a length of n, where: n>0 and the form 2", ideally in the application n=256 samples, whereby the blocks overlap half, and in the time domain multiplied by a Hann window.

(8) Nun wird die Energie des Schalls in jedem dieser Fenster berechnet indem jeder Samplewert für sich quadriert wird, alle Werte in einem Fenster addiert werden und danach der Logarithmus davon berechnet. (8) Now the energy of the sound in each of these windows is calculated by squaring each sample value individually, adding all values in a window and then calculating the logarithm of them.

[0040] Als Ergebnis ergibt sich eine 2-dimensionale Matrix, welche den zeitlichen Verlauf der Signalenergie in unterschiedlichen Frequenzbändern liefert. [0040] The result is a 2-dimensional matrix that supplies the time profile of the signal energy in different frequency bands.

{E1} [ S(frequency band, time) ] {E1} [ S(frequency band, time) ]

2) Zeitliche Ableitung 2) Time derivative

[0041] Im nächsten Schritt wird jedes Frequenzband zeitlich abgeleitet. Um eine Flachstelle zu erkennen, wird die Differenz über mindestens 8 Samples hinweg genommen In the next step, each frequency band is temporally derived. To detect a flat, the difference is taken over at least 8 samples

{E2} [D(i) = S(i) - S(i-8) ]. {E2} [D(i) = S(i) - S(i-8) ].

[0042] Nachdem das Merkmal einer Flachstelle der rasante Anstieg ist, sind nur positive Werte von Bedeutung. Negative Ergebnisse der Ableitung werden auf 0 gesetzt. Dieser Vorgang wird für alle Frequenzbänder einzeln durchgeführt. [0042] Since the characteristic of a flat spot is the rapid increase, only positive values are of importance. Negative results of the derivation are set to 0. This process is carried out individually for all frequency bands.

[0043] Als Output wird wieder eine 2-dimensionale Matrix geliefert, welche den abgeleiteten zeitlichen Verlauf der Signalenergie in unterschiedlichen Frequenzbändern liefert. [0043] A 2-dimensional matrix is again supplied as the output, which supplies the derived time profile of the signal energy in different frequency bands.

{E3} [ D(frequency band, time) ] {E3} [ D(frequency band, time) ]

3) Autokorrelation von Zeitintervallen 3) Autocorrelation of time intervals

[0044] Mittels Autokorrelation wird nun untersucht, ob sich Spitzen in dem abgeleiteten Zeitsignal wiederholen. Dieser Schritt wird für jedes Frequenzband einzeln ausgeführt, wodurch das zu bearbeitende Signal nur mehr abhängig von der Zeit ist [ d(t) ]. [0044] Autocorrelation is now used to examine whether peaks are repeated in the derived time signal. This step is carried out individually for each frequency band, which means that the signal to be processed is only dependent on time [ d(t) ].

[0045] Das Signal wird in Blöcke einer einstellbaren Länge (z.B. ca. 1,5 Sekunden) eingeteilt, wobei die Anzahl der Blöcke eine natürliche Zweierpotenz (2, 4, 8, ...) sein sollte. Mit den Parametern der vorherigen Schritte werden Blöcke mit z.B. 512 Werten gebildet, was bei einer Abtastfrequenz von 42 kHz etwa 1,56 Sekunden entspricht. Für den nächsten Block wird die Zeit um ca. 0,2 Sekunden weitergeschoben, was bei diesem Beispiel einer Verschiebung um 65 Werten entspricht. The signal is divided into blocks of an adjustable length (e.g. approx. 1.5 seconds), the number of blocks should be a natural power of two (2, 4, 8, ...). With the parameters of the previous steps, blocks with e.g. 512 values are formed, which corresponds to about 1.56 seconds at a sampling frequency of 42 kHz. For the next block, the time is shifted by approx. 0.2 seconds, which in this example corresponds to a shift of 65 values.

[0046] Jeder Block wird anschließend autokorreliert. Da die Autokorrelation symmetrisch ist, werden nur Verschiebungswerte >= 0 betrachtet. Durch diesen Schritt entsteht wieder ein Vektor mit gleich vielen Werten wie vor der Autokorrelation. Each block is then autocorrelated. Since the autocorrelation is symmetric, only shift values >= 0 are considered. This step creates a vector with the same number of values as before the autocorrelation.

[0047] Dieser Vektor wird nun noch normiert indem jeder Wert der Autokorrelation durch den Wert bei der Verschiebung = 0 dividiert wird. [0047] This vector is now normalized by dividing each value of the autocorrelation by the value at the shift=0.

[0048] Das Ergebnis dieses Schrittes ist eine 3-dimensionale Matrix. Für jedes Frequenzband gibt es alle 0,2 Sekunden einen Vektor, der die Ergebnisse der Autokorrelation in Abhängigkeit der Verschiebung (lag) beinhaltet. The result of this step is a 3-dimensional matrix. For each frequency band there is a vector every 0.2 seconds containing the results of autocorrelation as a function of lag.

{E4} A(frequency band, time, lag) {E4} A(frequency band, time, lag)

4) Berechnung der Wiederholungsfrequenz 4) Calculation of the repetition frequency

[0049] Anschließend wird analysiert, ob es im autokorrelierten Signal eine sich regelmäßig wiederholende Komponente gibt. Dieser Schritt wird für jedes Frequenzband und für jeden Zeitabschnitt einzeln durchgeführt. Daher dient hier als Eingang lediglich der Vektor der Autokorrelation, welche mit der Verschiebung gleich 0 und durch die Normierung mit dem Wert 1 beginnt. It is then analyzed whether there is a regularly repeating component in the autocorrelated signal. This step is carried out individually for each frequency band and for each time segment. Therefore, the only input here is the vector of the autocorrelation, which starts with the shift equal to 0 and with the value 1 due to the normalization.

[0050] Von diesem Vektor wird nun die FFT berechnet um regelmäßige Signalteile betrachten zu können. Der erste Wert der Autokorrelation ist eins. Wenn das Signal um den Abstand zwischen zwei ‚Hammerschlägen‘ verschoben wird, ist die Autokorrelation wieder hoch, dazwischen nahe Null. Weil die Kurvenform mit einem Maximum beginnt, entspricht das gesuchte Signal einem Kosinus. The FFT is now calculated from this vector in order to be able to consider regular signal parts. The first value of the autocorrelation is one. When the signal is shifted by the distance between two 'hammer hits', the autocorrelation is high again, with near zero in between. Because the waveform begins with a maximum, the signal you are looking for is a cosine.

[0051] Der Sinus Anteil im Zeitsignal ist nach der FFT durch den Imaginärteil repräsentiert und der Kosinus Anteil durch den Realteil. Nachdem nur der Kosinus von Interesse ist, wird vom Ergebnis der FFT nur der Realteil - und davon nur positive Werte - verwendet. Alle negativen Werte werden 0 gesetzt. After the FFT, the sine component in the time signal is represented by the imaginary part and the cosine component by the real part. Since only the cosine is of interest, only the real part of the result of the FFT - and only positive values - is used. All negative values are set to 0.

[0052] Da das Eingangssignal der FFT nicht komplex ist (Imaginärteil = 0) ist der Ausgangsvektor der FFT symmetrisch. Daher wird nur die untere Hälfte des Vektors nach der FFT weiter betrachtet, nur positive Frequenzen, nicht negative. Since the input signal of the FFT is not complex (imaginary part=0), the output vector of the FFT is symmetrical. Therefore, only the lower half of the vector is considered further after the FFT, only positive frequencies, not negative ones.

[0053] Dieser Frequenzvektor wird nun normiert, indem er durch seine Länge dividiert wird. This frequency vector is now normalized by dividing it by its length.

[0054] Als Ergebnis liegt ein Frequenzvektor vor. Die „Frequenz“ ist hierbei die Rate / Sekunde, mit der sich ein klopfendes Geräusch wiederholt und der Wert stellt die „Signifikanz“ oder „Signalstärke“ für diese Wiederholungen dar. The result is a frequency vector. "Frequency" is the rate/second at which a tapping sound repeats, and the value represents the "significance" or "signal strength" for those repetitions.

ERGEBNIS DER MATHEMATISCHEN ANALYSE RESULT OF MATHEMATICAL ANALYSIS

[0055] Die Mathematische Analyse liefert eine 3-dimensionale Matrix fsi3 als Output. Der letzte Schritt wurde für jedes Frequenzband einzeln und innerhalb jedes Frequenzbandes für jeden Zeitpunkt einzeln durchgeführt. Das Ergebnis ist wiederum ein Vektor, welcher Werte in Abhängigkeit der Wiederholungsfrequenz liefert. So kommen drei Dimensionen (Achsen) zustande. The mathematical analysis supplies a 3-dimensional matrix fsi3 as output. The last step was carried out individually for each frequency band and individually for each point in time within each frequency band. The result is again a vector which supplies values depending on the repetition frequency. This is how three dimensions (axes) come about.

{E5} fsi3 = [A(time, frequency band, repetition frequency) ] {E5} fsi3 = [A(time, frequency band, repetition frequency) ]

[0056] Dimension time: Abstand der Wertegruppen auf der Zeitachse Beispiel: Wenn im 3. Schritt Zeitblöcke mit einer Verschiebung von 0.2 Sekunden zueinander gebildet werden, gibt es auf der Zeitachse alle 0.2 Sekunden eigene Werte. [0056] Dimension time: Distance between the value groups on the time axis Example: If time blocks are formed with a shift of 0.2 seconds to one another in step 3, there are separate values on the time axis every 0.2 seconds.

[0057] Dimension repetition frequency: Vektor mit Wiederholungsfrequenzen Dimension repetition frequency: vector with repetition frequencies

Zu jedem Zeitpunkt auf der t-Achse gibt es für jedes Frequenzband einen Vektor mit unterschiedlichen Wiederholungsfrequenzen. Wenn in diesem Vektor ein Wert signifikant hoch ist bedeutet das, dass sich ein „Geräusch“ um diesen Zeitpunkt mit der entsprechenden Wiederholungsfrequenz regelmäßig wiederholt. At any point in time on the t-axis, there is a vector with different repetition rates for each frequency band. If a value in this vector is significantly high, it means that a "noise" repeats itself regularly at this point in time with the corresponding repetition rate.

[0058] Dimension frequency band Dimension frequency band

Die komplette Analyse wurde für jedes Frequenzband einzeln durchgeführt. Wenn ein hoher Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer bestimmten Wiederholungsfrequenz erscheint, entspricht die Dimension des Frequenzbandes (frequency band) der Frequenz des sich wiederholenden (‚hämmernden‘) Geräusches. The complete analysis was carried out individually for each frequency band. When a high value occurs at a specific time with a specific repetition rate, the dimension of the frequency band corresponds to the frequency of the repeating ('banging') sound.

VERFAHRENSSCHRITT 2 - „FSI-ENTSCHEIDER“: PROCESS STEP 2 - "FSI DECISION MAKER":

[0059] Im 2. Verfahrensschritt erfolgt nun die Analyse des Ergebnisses des ersten Verfahrensschritts. Der „Flachstellenindikator“ fsi ist abhängig vom Frequenzband (foana), der Zeit (t) und Wiederholungsfrequenz (frep). In the second method step, the result of the first method step is analyzed. The "flat spot indicator" fsi depends on the frequency band (foana), the time (t) and the repetition frequency (frep).

[0060] In weiteren 3 aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt die Entscheidung (Indikation), ob mögliche Flachstellen (Anzahl >=0) detektiert wurden: In a further 3 consecutive steps, the decision (indication) is made as to whether possible flat spots (number >=0) have been detected:

1. Elimination der Dimension foana - „fpMerge“ 1. Elimination of dimension foana - "fpMerge"

[0061] Es werden die einzelnen Frequenzbänder zusammengeführt. Ein entsprechender Ansatz ist in Anlehnung an den Median aus der Statistik, den jeweils zweitgrößten Wert der Dimension fovand ZU übernehmen. Damit wird sichergestellt, dass einerseits ein einzelner „Ausreißer“ in einem Frequenzband nicht auffällt und andererseits mehrere niedrige Werte nicht den Mittelwert „nach unten ziehen“. Das ergibt die 2-dimensionale Matrix fsi2(t, frep). The individual frequency bands are combined. A corresponding approach, based on the median from the statistics, is to take over the second-largest value of the dimension fovand TO. This ensures that, on the one hand, a single "outlier" in a frequency band is not noticeable and, on the other hand, that several low values do not "pull down" the mean value. This results in the 2-dimensional matrix fsi2(t, frep).

2, Identifikation von Wiederholungen - „frGet“ 2, identification of repetitions - "frGet"

[0062] Nun wird in der 2-dimensionalen Matrix fsi2(t, fie) die zeitliche Dimension festgehalten und jeder Zeitpunkt als Vektor in Abhängigkeit der Wiederholfrequenz betrachtet: fsi(frep). The time dimension is now recorded in the 2-dimensional matrix fsi2(t, fie) and each point in time is considered as a vector depending on the repetition frequency: fsi(frep).

[0063] In diesem Vektor wird das Maximum gesucht und als Basis für einen Schwellwert genommen. Der Schwellwert kann entsprechend den Anforderungen variieren. Nun werden benachbarte Werte, welche den Schwellwert übersteigen zu Gruppen mit 1-n Elementen zusammengefasst. Von jeder Gruppe wird nun die Wiederholungsfrequenz vom Element mit dem höchsten fsiWert übernommen. Nun wird für die Gruppen 2-m der Faktor der jeweiligen Wiederholfrequenz zu jener des Gruppenelements „1“ berechnet, für diesen Faktor die relative Abweichung zur nächsten ganzen Zahl berechnet und davon der Absolutwert genommen. The maximum is sought in this vector and taken as the basis for a threshold value. The threshold can vary according to the requirements. Neighboring values that exceed the threshold value are now combined into groups with 1-n elements. The repetition frequency of the element with the highest fsi value is now taken from each group. Now for the groups 2-m the factor of the respective repetition frequency is calculated for that of the group element "1", for this factor the relative deviation to the next whole number is calculated and the absolute value taken from it.

[0064] In diesem Schritt wurden nun aus dem 2-dimensionalen Eingangsvektor 5 eindimensionale Ergebnisvektoren generiert, welche nur mehr von der Zeitdimension abhängig sind und sich über die Messzeit erstrecken: In this step, 5 one-dimensional result vectors were generated from the 2-dimensional input vector, which are only dependent on the time dimension and extend over the measurement time:

{E6} [frGet(Numgroups, following, deviation, fr, fsi ) ] Numgroups: Anzahl Gruppen {E6} [frGet(Numgroups, following, deviation, fr, fsi ) ] Numgroups: Number of groups

following: die größte Anzahl an hintereinanderliegenden Elementen einer Gruppe deviation: die maximale relative Abweichung (dimensionslos, Wertebereich 0.0 bis 0.5) fr: Die Grundschwingung (= die f,ep der 1.Gruppe) following: the largest number of consecutive elements in a group deviation: the maximum relative deviation (without dimensions, value range 0.0 to 0.5) fr: the fundamental (= the f,ep of the 1st group)

fsi: Der maximal Flachstellenindikationswert (dimensionslos) fsi: The maximum flat spot indication value (dimensionless)

3. Indikation möglicher Flachstellen - „Detector“ 3. Indication of possible flat spots - "Detector"

[0065] Der 3. Schritt ist nun die Bewertung der 5 Vektoren aus dem Schritt 2. Dazu werden folgende Kriterien angewendet: The 3rd step is now the evaluation of the 5 vectors from step 2. The following criteria are used for this:

K1: maximale Abweichung nicht zu groß (z.B. deviation < 0,1) K2: „schmale Frequenzgruppen“ (z.B. following < 4) K3: Wiederholungsfrequenz nicht zu groß (z.B. frep < 15) K1: maximum deviation not too large (e.g. deviation < 0.1) K2: "narrow frequency groups" (e.g. following < 4) K3: repetition frequency not too large (e.g. frep < 15)

{E7} [E6(K1+K2+K3) ] {E7} [E6(K1+K2+K3) ]

[0066] Wenn - je nach gewählten Parametern - die Kriterien K1, K2 und K3 zutreffen, dann kann es sich um eine mögliche Flachstelle handeln. If—depending on the selected parameters—criteria K1, K2 and K3 apply, then it can be a possible flat spot.

[0067] Als mögliche zusätzliche Schärfung der Entscheidung können noch weitere Kriterien wie As a possible additional sharpening of the decision, other criteria such as

K4: minimale aufeinanderfolgende Anzahl von Werten, welche K1 bis K3 erfüllen und K5: ein minimaler Schwellwert, den der maximale Wert fsimax mindestens überschreiten muss K4: minimum consecutive number of values that meet K1 to K3 and K5: a minimum threshold value that the maximum value fsimax must at least exceed

zur Anwendung kommen. {E8} [fsi = E7/(K4+K5) ] = [fsij(tbeg,tend, indicatorvalue)] come into use. {E8} [fsi = E7/(K4+K5) ] = [fsij(tbeg,tend, indicatorvalue)]

BEISPIEL: [0068] Ein erfindungsgemäßes Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt. EXAMPLE: An example of the invention is shown in FIG.

Bild 1 (Top) zeigt das Frequenzspektrum eines Zuges über die Messdauer. F, sind die einzelnen Frequenzbänder. Figure 1 (top) shows the frequency spectrum of a train over the measurement period. F, are the individual frequency bands.

Bild 2 (Mitte) zeigt das Ergebnis nach Schritt 2 (fbMerge) mit sich wiederholend auftretenden Sprungfunktionen. Figure 2 (middle) shows the result after step 2 (fbMerge) with repetitive step functions.

Bild 3 (unten) das Ergebnis von Schritt 3 (frGet) für 2 der Ergebnisvektoren fsi und frep. Figure 3 (below) the result of step 3 (frGet) for 2 of the result vectors fsi and frep.

[0069] Nach Anwendung der Kriterien K1 bis K5 ergibt sich der - mit der zwischen den Kreismarkierungen (4-6 time/s) ausgebildeten Linie dargestellte - Vermutungsbereich einer oder mehrerer Flachstelle(n) an einem Rad bzw. mehreren Rädern im Zugverband („Flachstellenindikator“). Die Nachschau ergab in diesem Beispiel sogar 2 Flachstellen an jeweils einem Rad zweier benachbarter Wagen. After applying the criteria K1 to K5, the suspected area of one or more flat spot(s) on one wheel or more wheels in the train consists—represented by the line formed between the circular markings (4-6 time/s) (“ flat spot indicator"). In this example, the inspection even revealed 2 flat spots on one wheel each of two adjacent wagons.

[0070] Durch Abbildung dieser Ergebnisse auf ein parallel dazu über die Messzeit erfasstes ZugAchsmuster und/oder automatischer Wagenidentifikationsleser kann auf den entsprechenden betroffenen Wagen geschlossen und gegebenenfalls entsprechende weitere Maßnahmen eingeleitet werden. By mapping these results to a train axle pattern recorded parallel to this over the measurement time and/or automatic car identification reader, it is possible to deduce the relevant car concerned and, if necessary, appropriate further measures can be initiated.

Claims (1)

Patentanspruchpatent claim 1. Computerimplementiertes Verfahren zur Detektion von technischen Irregularitäten an einem Schienenfahrzeug, insbesondere bedingt durch Flachstellen auf der Lauffläche eines Rades des Schienenfahrzeugs, 1. Computer-implemented method for detecting technical irregularities on a rail vehicle, in particular caused by flat spots on the running surface of a wheel of the rail vehicle, - wobei mittels eines Sensors, der an einem rechtwinkelig zur Gleisachse des Fahrtwegs des Schienenfahrzeugs angeordneten Messquerschnitt positioniert ist, während eines Messzeitraums (tmess) die von dem Schienenfahrzeug während des Passierens des Messquerschnitts erzeugten Schallemissionen detektiert werden, - wobei der Messzeitraum (tmess) den Zeitbereich umfasst, in dem das Schienenfahrzeug den Messquerschnitt vollständig passiert, - wobei in einem Analyseschritt - das im Messzeitraum (tmess) detektierte Signal in eine Anzahl von Frequenzbändern (foana) Unterteilt wird, - die zeitliche Ableitung des Verlaufs der Signalenergie des Signals in den Frequenzbändern (foana) ermittelt wird, - die ermittelte zeitliche Ableitung des Verlaufs der Signalenergie in den einzelnen Frequenzbändern (foana) Jeweils in eine Anzahl von Zeitintervallen unterteilt und einer Autokorrelation unterworfen wird, - das autokorrelierte Signal der einzelnen Frequenzbänder (fand) UuNd der einzelnen Zeitintervalle jeweils, insbesondere mittels einer Fast-Fourier-Transformation, auf das Vorliegen sich regelmäßig wiederholender Komponenten untersucht wird, - wobei als Ergebnis des mathematischen Analyseschritts eine dreidimensionale Datenstruktur (fsi3(t, foand, frep)) VOrliegt, deren Indizes festgelegt sind durch - einen den Messzeitpunkt (t) kennzeichnenden Index - einen das Frequenzband (feana) kennzeichnenden Index und - einen die Wiederholungsfrequenz (free) pro Frequenzband und pro Messzeitpunkt (Fbana) kennzeichnenden Index, und - wobei in einem Entscheidungsschritt basierend auf der dreidimensionalen Datenstruktur (fsi3(t, foand, frep)) eiN vom jeweiligen Frequenzband (frana), der Zeit (t) und der Wiederholungsfrequenz (fıep) abhängiger Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, - wobei der Flachstellenindikator (fsi) die mit technischen Irregularitäten assoziierten Zeitbereiche innerhalb des Messzeitraums (tmess) angibt, und - wobei der Flachstellenindikator (fsi) ermittelt wird, indem - die einzelnen Frequenzbänder (fvand) ZUusammengeführt werden, sodass eine zweidimensionale Datenstruktur (fsi2(t, f,ep)) vorliegt, deren Indizes festgelegt sind durch - einen den Messzeitpunkt (t) kennzeichnenden Index und - einen die Wiederholungsfrequenz (frepe) kennzeichnenden Index, - Wiederholungen identifiziert werden, indem in der zweidimensionale Datenstruktur (fsi2(t, fep)) die zeitliche Dimension festgehalten und jeder Zeitpunkt als Vektor fsi(freg) In Abhängigkeit von der Wiederholungsfrequenz (f,ep) analysiert wird, wobei im Rahmen der Analyse das Maximum des Vektors fsi(f‚ep) ermittelt und als Basis für einen Schwellenwert herangezogen wird und benachbarte Werte, die den Schwellenwert übersteigen, zu Gruppen zusammengefasst und anschließend mithilfe von statistischen Verfahren analysiert werden, sodass schließlich eine Anzahl von Ergebnisvektoren vorliegt, die jeweils von der Zeit abhängig sind und sich über den Messzeitraum (tmess) erstrecken, wobei die Ergebnisvektoren umfassen: - die größte Anzahl an hintereinanderliegenden Elementen einer Gruppe, - die maximale relative Abweichung der Wiederholungsfrequenzen (f,ep) aller Gruppen, die nicht die erste sind, zu einem ganzzahligen Vielfachen der Wiederholungsfrequenz der ersten Gruppe, - die Wiederholungsfrequenz (fep) der ersten Gruppe, und - eine das Vorliegen einer technischen Irregularität identifiziert wird, wenn - die maximale relative Abweichung der Wiederholungsfrequenzen einen für die maximale relative Abweichung vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, - whereby the noise emissions generated by the rail vehicle while passing the measurement cross-section are detected during a measurement period (tmess) by means of a sensor positioned on a measurement cross-section arranged at right angles to the track axis of the route of the rail vehicle, - the measurement period (tmess) defining the time range in which the rail vehicle passes the measurement cross-section completely, - whereby in an analysis step - the signal detected in the measurement period (tmess) is subdivided into a number of frequency bands (foana), - the time derivation of the progression of the signal energy of the signal in the frequency bands ( foana) is determined, - the determined time derivation of the course of the signal energy in the individual frequency bands (foana) is divided into a number of time intervals and subjected to an autocorrelation, - the autocorrelated signal of the individual frequency bands (fand) and the individual time interval e is examined in each case, in particular by means of a fast Fourier transformation, for the presence of regularly repeating components, - the result of the mathematical analysis step being a three-dimensional data structure (fsi3(t, foand, frep)) whose indices are defined by - an index characterizing the measurement time (t), - an index characterizing the frequency band (feana), and - an index characterizing the repetition frequency (free) per frequency band and per measurement time (Fbana), and - wherein in a decision step based on the three-dimensional data structure (fsi3( t, foand, frep)) a flat area indicator (fsi) dependent on the respective frequency band (frana), the time (t) and the repetition frequency (fıep) is determined, - whereby the flat area indicator (fsi) indicates the time ranges associated with technical irregularities within the measurement period (tmess) indicates, and - wherein the flat spot indicator (fsi) is determined by - the individual frequency bands (fvand) are brought together so that there is a two-dimensional data structure (fsi2(t, f,ep)) whose indices are defined by - an index identifying the time of measurement (t) and - an index identifying the repetition frequency (frepe). , - Repetitions are identified by recording the time dimension in the two-dimensional data structure (fsi2(t, fep)) and analyzing each point in time as a vector fsi(freg) as a function of the repetition frequency (f,ep), whereby in the context of the analysis the maximum of the vector fsi(f'ep) is determined and used as a basis for a threshold and neighboring values that exceed the threshold are grouped together and then analyzed using statistical methods, so that finally there is a number of result vectors, each are dependent on time and extend over the measurement period (tmess), with the result vectors n include: - the largest number of consecutive elements in a group, - the maximum relative deviation of the repetition frequencies (f,ep) of all groups that are not the first to an integer multiple of the repetition frequency of the first group, - the repetition frequency (fep) the first group, and - the existence of a technical irregularity is identified if - the maximum relative deviation of the repetition frequencies falls below a threshold value specified for the maximum relative deviation, - die größte Anzahl an hintereinanderliegenden Elementen einer Gruppe einen für die Elementanzahl vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und - the largest number of consecutive elements in a group falls below a threshold value specified for the number of elements and - Wiederholungsfrequenz (frep) einen für die Wiederholungsfrequenz (fıep) vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. - Repetition rate (frep) falls below a predetermined threshold for the repetition rate (fıep). Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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