CN108290585A - 用于以比较控制方式检测脱轨的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测轨道车辆脱轨的一种设备和一种方法，其中，收集轨道车辆的大量轮组或转向架(10‑1至10‑n)的表征行驶运行特性的测量数据并在比较装置(40)中对其进行比较，并且，当至少一个轮组或转向架的测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度时，便确定存在脱轨。

Description

用于以比较控制方式检测脱轨的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于检测轨道车辆脱轨的一种设备和一种方法，所述轨道车辆具有大量单独的轮组或转向架。另外，本发明还涉及一种计算机程序，其包括用于在计算机系统上执行前述方法的各步骤的代码工具；和一种计算机可读的存储介质，在该存储介质上存储带有所述计算机程序的代码工具的程序代码。

背景技术

在没有技术辅助的情况下，特别是对于长的列车，列车司机常常无法识别出轨道车辆的某一轮组或转向架的脱轨。于是，发生脱轨的轮组未被察觉并且被拖行，以及，脱轨的车厢冒着与隧道、桥梁或者迎面而来的列车碰撞的危险。为了使这种危险保持很小，必须尽可能早地识别出脱轨，使得列车司机或者轨道车辆的制动控制系统能够启动相应的对策，例如紧急制动。

实践当中，除了简单的机械系统(横臂，其在与轨道或者障碍物接触时引发报告/动作)和气动的探测器(弹簧质量振荡器，其在一定振动阈值的情况下将一阀门打开并将主风管打开)，尤其在货运列车中采用电子系统用以识别脱轨。

除了用于感应式测定轨道位置的方法之外，还使用一些对车厢上(例如轴承或者转向架上)的加速度进行测量和继续处理的系统。因为脱轨的轮组受到由脱轨所引起的加速度的影响，已知的是，直接在车轮上借助加速度传感器对轮组的加速度(优选竖向加速度)进行监测。特别是，脱轨的轮组在行驶车道的上部结构(Oberbau，轨床)上滚动或者跳跃，因而强力的冲击以及由此很高的加速度被作用于轮组。然后就可以由分析评估装置对加速度传感器所发出的加速度信号进行分析评估，以便确定轮组的状态，脱轨还是未脱轨。原则上也可以对转向架的加速度进行监测，然而该转向架是被阻尼减震的。例如，为了实现探测而对车厢轴承上的加速度信号进行分析评估，并且当脱轨的轮组在轨枕上行驶时，识别为脱轨。

由DE 199 53 677 C1已知一种方法，其中对加速度传感器的信号进行二重积分并将其与一个上极限值和一个下极限值进行比较，在低于或者高于相应极限值时便识别判定为脱轨。然而这里存在的缺点是：只有在真正的脱轨时刻才可实现脱轨探测，此后却不再可能。

另外还已知的是，检查加速度信号与轨枕倍频(Schwellenfachfrequenz)的关联性。然而这一点是以在轨线上部结构中具有轨枕为前提，其中还追加如下条件：轨枕在此必须具有均等的间距并且轨道车辆的速度必须在一定范围之内。

而目前在实践当中所采用的用于脱轨探测的系统要么是在其应用中限制于一定的速度和/或是以道床的一定的上部结构为前提，以便能够识别出脱轨。对于速度超过100km/h的列车以及对于具有所谓“无砟车道(Fester Fahrbahn，固定式车道)”的路段来说，目前在实践当中所采用的用于脱轨探测的系统只能受局限地使用或者根本不能使用。这些方法的缺点还有：借此“只”对真正的脱轨过程进行探测。如果出于某种原因，例如由于外部的影响，诸如轨道位置、弯道行驶、较高的速度等等，行为特性不同于所预期的加速度变化曲线，那么就不会识别出脱轨。

发明内容

本发明的目的是，提供一种识别判定机理，其不但能够在所有速度范围内(主要是在较高速度的情况下)实现探测，而且也能够不受车道类型(轨枕、无砟车道...)影响地实现探测。

上述目的通过独立权利要求的特征得以实现。

此外，本发明涉及一种计算机可读的存储介质，在该存储介质上存储有可在计算机系统上执行的程序代码，所述程序代码生成或者说实现上述方法的各步骤。

此外，本发明涉及一种计算机程序，其包括代码工具，所述代码工具当其在计算机系统上执行时生成或者说实现上述方法的各步骤。

因此通过如下方式来检测轨道车辆的脱轨：收集轨道车辆的大量轮组(10-1至10-n)或转向架的表征行驶运行特性的测量数据并对其进行比较，其中，当至少一个轮组或转向架的测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度时，则确定为脱轨。因而本发明的基本构思是，在列车或转向架或者车轴上的多个测量点处在“非脱轨的”与“脱轨的”状态之间加以区分，方式是：对多个轮组或者多个单轮的测量数据(例如测得的振动数据，优选竖直方向，作为振动以外的备选，也可以考虑其他一些数据，例如用于轮-轨测距的光学数据或者机械的或电气的测量参量)进行比较。在此以下述情况为出发点：驶过同一位置在所有未脱轨轮组中都引起类似的振动，而脱轨轮组的行为特性却明显与其有所偏差。若脱轨状态和未脱轨状态在加速度水平方面只有细微区别并且因此只有一种相对的或者依赖于比较的分析评估提供可靠的结果，则这种办法尤为有利。

根据一种有益发展，所述测量数据可以表示在相应轮组或转向架处的轮与轨道之间的间距。由此，当在某一测量点上确定所测得的间距相对于其余测量点有显著偏差时，便可以通过在不同测量点上间距的比较而推断出脱轨。

根据另一有益发展，可以将相应一个中间轮组的或一个中间转向架的测量数据与预定数量的(例如一个或者两个)位于其前面和其后面的轮组或转向架的测量数据进行比较。

根据另一有益发展，可以根据相应轮组或转向架驶过轨道上同一位置的时间偏移对接收到的测量数据作分派配置，以进行比较。通过这种方式可以保证：时间正确地对测量数据相互比较并避免误判。

根据另一有益发展，可以例如基于交叉相关性或者交叉相关谱来执行对所收集的测量数据的比较。通过这种比较措施，可以基于在不同测量点上所收集的测量数据的相似性获得可靠的分析评估。具体而言，可以使所述比较例如根据是否在有时间偏移的情况下表现出交叉相关性最大值来设定，该时间偏移由轨道车辆的行驶速度和被比较轮组或转向架的车轴距离得出。

根据又一有益发展，为了提高比较运算的可靠性，可以对所收集的测量数据进行后续准备。在此，所述后续准备例如可以包括如下处理措施中的至少一个：重新扫描、滤波、形成浮动有效值或者标准差和形成均值。

根据又一有益发展，所述测量数据也可以表示车轮转速，在此情况下，这就允许将脱轨检测补充用于推导出车轮直径以实现车轮直径补偿。

由从属权利要求可得到本发明的其他一些有益设计和发展。

附图说明

下文借助实施例参照附图进一步详细地阐述本发明。其示出：

图1为用于脱轨检测的系统的第一实施例的示意性框图；和

图2为用于脱轨检测的方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

下面借助示例性的轨道车辆来说明有益的实施例，该轨道车辆具有一定数量n的轮组，这些轮组带有用于获取表征行驶运行特性的测量数据的附属测量点。

图1示出了一种用于检测脱轨的系统的示意框图，其中，借助相应的探测器(D)20-1至20-n获取n个轮组10-1至10-n上的测量数据，这些测量数据表示行驶运行中的振动。然后，探测器20-1至20-n输出端上的测量数据或者测量信号能够可选地在相应的后续准备装置(N)30-1至30-n中接受后续准备处理。这种在比较之前对所测得数据进行的后续准备例如可以包括重新扫描、滤波、浮动有效值或者标准差和浮动均值中的至少一项处理措施。通过这种方式，可以要么减少计算时间或者数据传输、要么提高算法的可靠性。

在多个轮组或者单轮10-1至10-n上获取所测得的振动数据(优选沿着竖直方向，作为振动以外的备选，也可以考虑其他一些数据，诸如用于轮-轨测距的光学数据)并在必要时对其进行后续准备。此后，在比较装置(V)40中对测量数据进行比较，其中，例如将每一轮组10-1至10-n的测量数据与沿着轨道车辆行驶方向位于其前面和其后面的轮组的测量数据进行比较。在此以下述情况为出发点：驶过同一位置在所有未脱轨轮组中都引起类似的振动(或者其他的表征行驶运行特性的特征)，而脱轨轮组的行为特性则明显与其有所偏差。如果比较装置40通过比较所收集的测量数据而确定沿着轨道车辆至少一个轮组在测量数据方面具有显著的差别(也就是说，该测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度)，那么便认定为脱轨并发出相应的输出信号50。在此可以考虑各轮组10-1至10-n驶过轨道上同一位置的时间偏移，使得时间正确地对测量数据进行比较。

所述比较装置40中的比较可以借助于振动测量数据(例如加速度数据或加速度信号)之间的交叉相关性或者互功率密度谱来实现。在交叉相关的情况中例如可以比较：在有时间偏移的情况下是否表现出相关性最大值，该时间偏移由已知的行驶速度和被比较车轴的已知距离得出。

所提出的按照比较控制方式进行的脱轨检测的优点在于：即使在脱轨状态和未脱轨状态在加速度水平方面只有细微区别的情况下，也能够可靠地识别脱轨。这一情形例如出现在坏的轨段中(在该轨段中即使在未脱轨状态下也出现大的振动)或者在无砟车道中(该无砟车道即使在脱轨状态下也只是产生不带有特征性频率成分的小的振动)。

图2示出了根据第二实施例的脱轨检测方法的流程图，该脱轨检测方法例如可以作为软件在计算机控制的脱轨检测设备中实现。

在程序启动之后，在步骤201中首先在轨道车辆行驶运行中收集沿着轨道车辆在不同测量点上(例如在轮组或转向架上)所测得的表征行驶运行特性的参数(例如振动、加速度、轮-轨间距等等)的测量数据。在步骤202中以上文所述方式对数据进行可选的后续准备。此后在步骤203中将测量数据进行比较，正如例如在第一实施例中阐述的那样，并且在随后的步骤204中连续地检查：是否在其中至少一个测量点上测得的参数数据表现出显著的或者重大的差别，亦即是否该参数数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度。若非如此，则流程跳回步骤201，并从各测量点上的探测器读入和收集新的参数数据。然而，一旦在步骤204中确定有显著的或者重大的差别，流程便行进至步骤205并且启动脱轨应对措施(即在脱轨时的对策和/或发信号的措施)

根据第二实施例的这种方法也可以与用于脱轨探测的其他方法一起使用，以提高其报告准确性。此外，本方法也可以与车轮转速测量相结合，以推导出实际的车轮直径并进行车轮直径补偿。因为车轮直径由于磨损之故仅仅缓慢地变化，所以可将磨损和脱轨彼此区分开来。

概括来说，介绍了用于检测轨道车辆脱轨的一种设备和一种方法，其中，收集轨道车辆的大量轮组或转向架的表征行驶运行特性的测量数据并对其进行比较，并且当至少一个轮组或转向架的测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度时，便确定存在脱轨。

应当注意的是，在前述实施例中可以针对于轮组或转向架的比较采纳备选的或者附加的、适当的、表征行驶运行特性的、光学、机械、电气和/或声学的参数。

在以上说明中、在附图中以及在权利要求中所公开的发明特征，不论是单独考虑还是任意组合，对于本发明的实现可能都是重要的。

Claims (14)

1.用于检测轨道车辆脱轨的设备(40)，其中，该设备(40)构造为：用于接收轨道车辆的大量轮组(10-1至10-n)或转向架的表征行驶运行特性的测量数据；用于对轨道车辆的所述大量轮组(10-1至10-n)或转向架的测量数据进行比较；以及当至少一个轮组或转向架的测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度时用于确定存在脱轨。

2.如权利要求1所述的设备(40)，其特征在于，所述测量数据表示相应轮组或转向架的振动，特别是沿着竖直方向的振动。

3.如权利要求1或2所述的设备(40)，其特征在于，所述测量数据表示在相应轮组或转向架处的轮与轨道之间的间距。

4.如前述权利要求之任一项所述的设备(40)，其特征在于，该设备(40)构造为，将相应一个中间轮组的或一个中间转向架的测量数据与预定数量的位于其前面和其后面的轮组或转向架的测量数据进行比较。

5.如前述权利要求之任一项所述的设备，其特征在于，该设备(40)构造为，根据相应轮组或转向架驶过轨道上同一位置的时间偏移对接收到的测量数据作分派配置，以进行比较。

6.如前述权利要求之任一项所述的设备(40)，其特征在于，该设备(40)构造为，基于交叉相关性或者交叉相关谱来执行所述比较。

7.如权利要求6所述的设备(40)，其特征在于，该设备(40)构造为，使所述比较以是否在有时间偏移的情况下表现出交叉相关性最大值为依据，该时间偏移由轨道车辆的行驶速度和被比较轮组或转向架的车轴距离得出。

8.如前述权利要求之任一项所述的设备(40)，其特征在于，该设备(40)构造为，在比较之前对测量数据施行后续准备处理。

9.如权利要求8所述的设备(40)，其特征在于，所述后续准备包括下列处理措施中的至少一个：重新扫描、滤波、形成浮动有效值或者标准差和形成均值。

10.如前述权利要求之任一项所述的设备(40)，其特征在于，所述测量数据表示车轮转速，并且该设备(40)构造为，用于推导出车轮直径和用于进行车轮直径补偿。

11.用于检测轨道车辆脱轨的系统，其具有如权利要求1至10之任一项所述的设备(40)和大量的探测器(20-1至20-n)，以检测轨道车辆的大量轮组(10-1至10-n)或转向架的表征行驶运行特性的测量数据。

12.用于检测轨道车辆脱轨的方法，其中，该方法包括：

-接收轨道车辆的大量轮组(10-1至10-n)或转向架的表征行驶运行特性的测量数据，

-对轨道车辆的所述大量轮组(10-1至10-n)或转向架的测量数据进行比较，以及，

-当至少一个轮组或转向架的测量数据与其余轮组或转向架的测量数据偏差至少预定的程度时，便确定存在脱轨。

13.计算机可读的存储介质，在该存储介质上存储有在计算机系统上可执行的程序代码，所述程序代码在其执行时生成方法权利要求12的各步骤。

14.计算机程序，其包括代码工具，所述代码工具当其在计算机系统上执行时生成方法权利要求12的各步骤。