CN109311494A - 用于轨道车辆的水平的缓冲元件的监测 - Google Patents

Abstract

一种用于轨道车辆的缓冲元件，包括用于固定在轨道车辆上的第一区段和用于导入水平地作用于缓冲元件的力的第二区段。用于缓冲元件的监测系统包括：安装在缓冲元件上的传感器，用于探测第一区段与第二区段的距离的变化；数据存储器；处理器，其设置用于确定关于所述距离的变化的信息并且将所述信息存储在存储器中；以及本地的供能设备，用于自给自足地为所述处理器供电。

Description

用于轨道车辆的水平的缓冲元件的监测

技术领域

本发明涉及一种监测用于轨道车辆的水平作用的缓冲元件的技术。本发明尤其涉及缓冲器、碰撞元件或与另一台轨道车辆的耦连器的监测。

背景技术

轨道车辆、例如机车包括水平作用的缓冲元件或能量消耗元件，通过缓冲元件或能量消耗元件能够传递行驶力或碰撞力。缓冲元件可以尤其设置用于与另外的轨道车辆、例如另外的机车或火车车厢耦连，譬如具有管道的形式，该管道将车钩或者联接器与轨道车辆连接。在另一实施方式中，缓冲元件设置用于缓冲与物体的碰撞。

可重复使用的缓冲元件在实践中可以以任意的频率被压缩或膨胀，在此，缓冲可以例如液压地、气动地或通过摩擦力产生。单向缓冲元件在承受预先确定的载荷时变形并且此后通常不恢复变形，而是被更换。为了确保缓冲元件的始终可靠的功能，必须定期地监测损坏或磨损。

专利文献WO 2014/124848建议，对缓冲元件的缓冲运动进行探测并且分析。

专利文献JP 2008 254578 A涉及对火车车厢之间的缓冲元件的监测。

专利文献WO 2010/059026涉及一种用于机动车的监测系统。活动部件与用于产生能量的单元耦连，该单元基于运动一方面提供用于运行监测系统的能量，并且另一方面提供指示部件的运行的测量信号。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于监测轨道车辆上的缓冲元件的改进的技术。本发明通过独立权利要求的技术方案解决所述技术问题。从属权利要求陈述优选的实施方式。

发明内容

用于轨道车辆的缓冲元件包括用于固定在轨道车辆上的第一区段和用于导入水平地作用于缓冲元件的力的第二区段。用于缓冲元件的监测系统包括安装在缓冲元件上的传感器，用于探测第一区段与第二区段的距离的变化；数据存储器；处理器，其设置用于确定关于所述距离的变化的信息并且将所述信息存储在存储器中；以及本地的供能设备，用于自给自足地为所述处理器供电。

所述监测系统可以广泛地在任意轨道车辆的缓冲元件上使用并且如此设计，从而确保在较长的时间段上对缓冲元件的不间断的监测。所述时间段可以是几周、几个月或甚至几年的范围。在使用节能元件的情况下，本地的供能设备可以设计为商业上常见的譬如具有一节或多节AA或AAA规格单电池的小型蓄电池。

由此，监测系统可以小型、容易并且需要较少维护地建立，从而监测系统可以更加灵活地使用。数据存储器或传感器可以同样借助来自供能设备的能量运行。在一种实施方式中，监测系统布置在缓冲元件的内部空间中，在该内部空间中，监测系统可以更好地被保护不受环境影响。监测系统也可以无限制地在无能量的、例如非电气化的轨道车辆上使用。因此，对缓冲元件的监测同样可以在行驶的或静止的、挂接或脱开的轨道车辆上实施。

通过供能设备的本地的、自给自足的供能可以在本地满足监测系统的能量需求，可以省去外部的能量供给。监测系统可以由此更容易地被安装在缓冲元件上。尤其可以不需要与监测系统的电缆连接，从而通过省去电缆穿管可以避免缓冲元件的机械的减弱。缓冲元件的缓冲性能即使在非常高的载荷下、例如当一个轨道车辆与另一个轨道车辆碰撞时也可以保持不变。

在优选的实施方式中，所述供能设备包括发电机，用于基于所述区段的相对运动提供电能。由此可以充分利用在轨道车辆运行中在缓冲元件上实际持续产生的区段相对运动形式的机械能。该能量可以容易地在本地被转化为电能，以便运行用于监测缓冲元件的监测系统。

缓冲元件的功能一般是，减弱并且必要时减少轨道车辆与另外的物体之间的运动。缓冲元件尤其可以安装在列车的多个车厢之间。由于所述功能并且因为用于运行监测系统需要的能量比持续存在的机械能小许多个数量级，因此所述运动转变为电能不干扰轨道车辆的运行。缓冲元件通常大而且重并且常常在不将其至少部分地从轨道车辆移除的情况下可能不易于维护，因此可能带来巨大的耗费。监测系统借助发电机可以自给自足地工作更长时间，从而监测系统可以需要较少的维护或者甚至免维护。监测系统可以安装在缓冲元件上或缓冲元件内。

通过发电机提供电能也称为能量收集(energy-harvesting)。优选地，提供与用于确定相对运动的传感器分开设计。因此，传感器可以设计得尽可能运行可靠，同时发电机可以设计得尽可能高效。如此可以更好地满足不同的要求。

所述发电机优选设置用于感应式地将机械能转化为电能，并且所述发电机包括设计用于安装在第一元件上的线圈和设计用于安装在第二元件上的磁体。所述磁体优选包括永磁体，并且所述线圈优选如此确定尺寸，使得在预期的相对运动中、例如当缓冲元件安装在列车的各车厢或各货车厢之间并且该列车以预先确定的方式行驶时可以转变足够的电能用于运行监测系统。可提供的能量可以通过磁体的数量或强度或者线圈的匝数的数目控制。感应式的发电机可以实现稳健并且对干扰不敏感。为了制造可以使用标准件。

所述传感器优选设置用于确定磁场并且安装在第一元件上，此外还可以设有磁体，所述磁体设计用于安装在第二元件上。影响传感器的磁体和被发电机包围的磁体可以结构相同。在确定的运行状态下，同一个磁体可以用于操作传感器或影响传感器。

所述监测系统还可以包括第一承载元件，在所述第一承载元件上安装有至少一个线圈和至少一个传感器，其中，所述第一承载元件设计用于安装在所述元件中的一个元件上。传感器、线圈和第一承载元件可以作为可单独操作的单元存在并且可以更容易、更快或更准确地被安装在缓冲元件上、被维护或者从缓冲元件移除。

可以设置第二承载元件，在第二承载元件上安装有至少一个磁体，其中，所述第二承载元件设计用于安装在所述元件中的一个元件上。在此也可以构造可单独操作的单元，该单元可以改进地在缓冲元件上安装或拆卸。

可以设有多个磁体和多个线圈，其中，分别沿所述元件的运动方向，所述磁体之间的相对距离不同于所述线圈的相对距离。磁体和线圈尤其可以分别沿着运动方向安装，使得至少在预先确定的操作行程上始终仅一个线圈与一个磁体之间的距离最小。换言之，磁体与线圈之间的多个最小距离相继设定在不同的线圈上。由此，在线圈上感生的电压在运动期间可以保持恒定，可以减少对于运行监测系统难以处理的电压峰值的形成。

还可以包括储能器，所述储能器设置用于暂时存储由所述发电机提供的能量。储能器可以补偿随时间变化的不同大小的能量总量或通过监测系统的波动的能耗。此外，通过储能器可以经过没有能量收集的时期。在另一实施方式中设置可充电的储能器和单向储能器。单向储能器可以在更长、例如几年的时间段上更好地提供能量，以便当发电机不运行并且可充电的储能器耗尽时确保监测系统的至少一次节能的最小运行。

还可以提供变换器，所述变换器设置用于处理由所述发电机提供的电能。该处理可以尤其包含对电流、电压、极性和波动性的调整。监测系统可以由此更容易地包括省电但电气敏感的部件、尤其微型计算机或微处理器。

所述缓冲元件通常设置为，以预定的方式消减改变所述区段间的距离的能量。在一种实施方式中，缓冲元件设置用于吸收向另外的轨道车辆的传递力。尤其地，缓冲元件可以与连接管集成地构造在车钩、例如夏芬博格车钩与轨道车辆的车架之间。在另一实施方式中，缓冲元件设计为缓冲器或者与缓冲器连接，以便减弱轨道车辆与另外的轨道车辆或静止物体之间的撞击。

缓冲元件可以设置为再生式的缓冲，其中，导入的力被存储并且沿相反的方向再现。为此，缓冲元件可以包括弹性的弹簧元件。缓冲元件也可以设置用于破坏式的缓冲，其中，吸收的能量不作为运动再现，而是转化为另外的能量形式例如热量或变形能。主要为破坏式的缓冲元件也可以称为吸能盒、碰撞缓冲器或碰撞元件。一般地，缓冲可以例如通过液压、气动、摩擦或通过处于力接合的元件的变形、爆裂或断裂引起。真实的缓冲元件通常实现由破坏式缓冲和再生式缓冲构成的预定的混合形式。基于存储的数据可以对运动缓冲器的缓冲性能进行分析。由此可以确保运动缓冲器的按规定的状态。通过比较各种轨道车辆上的运动缓冲器的对应的信息可以对运动缓冲器的老化性能进行统计分析。在轨道车辆发生事故的情况下，基于存储的信息可以使对事故发生的分析变得容易。存储的信息也可以在其记录较长时间之后的时间点还可供使用。

所述传感器优选设置用于提供二进制信号，当第一区段与第二区段之间的距离改变时，所述信号发生改变。二进制信号可以尤其通过被动传感器产生，在二进制信号占据预先确定的电平(通常为低电平或零电平)期间，被动传感器不具有自己的能耗。如果缓冲元件处于休眠状态、尤其当作用于所述元件的力低于预先确定的阈值时，传感器优选提供所述电平。由此，监测系统的能耗可以保持非常小，从而可以延长监测系统的使用时间。这种传感器可以包括例如开关、尤其磁性开关，所述开关在离开休眠状态时建立用于供能的电气连接。

所述处理器优选具有中断输入端，向所述中断输入端传输二进制信号，其中，所述处理器设置为，基于中断而从休眠状态调整为处理状态，以便处理信息。处理器可以设计为可编程的微型计算机或微控制器。在此情况下，处理器可以支持两种或两种以上的运行状态，所述运行状态在处理能力和能耗方面不同。处理器在节能的休眠状态下可以消耗仅少许微安(μA)的电流，例如在使用来自MSP430系列的微型计算机的情况下仅大约0.4μA。当中断输入端上的信号达到预先确定的电平(电平控制的中断)时或者当中断输入端上的电平具有下降沿或上升沿(边沿触发的中断)时，微型计算机可以变为较少节能的处理状态。在处理状态下，传感器可以被探测并且信息可以被确定或存储。如果超过预先确定的时间没有记录下传感器信号的变化，则可以再次处于休眠状态。

在一种实施方式中，所述缓冲元件在所述距离的多个分段上的阻尼常数不同，其中，所述传感器设置用于探测对距离分段的超越。因此，可以记录等效区域的超越，在所述等效区域内缓冲元件性能相同。例如，第一等效区域可以对应轨道车辆的静止状态，第二等效区域对应行驶运行，第三等效区域对应容许的负荷峰值并且第三等效区域对应损害性的负荷峰值。每个等效区域可以配有缓冲器的不同的阻尼常数。缓冲元件的寿命或性能可以与缓冲元件在不同的等效区域的运行有关，从而通过确定缓冲元件在哪个等效区域内以何种方式运行可以实现关于缓冲元件的一般的使用性能的改进的报告。

优选设有两个二进制(数字二元的)的传感器，这两个传感器的与距离相关的信号有相位差，其中，所述处理器设置用于基于传感器的信号确定所述区段的运动方向。借助两个二进制的传感器可以区分缓冲元件的区段的四个不同的距离。通过考察传感器的信号的转变的顺序，可以确定并且彼此分开监测缓冲元件的拉伸载荷和推压载荷。

所述监测系统还优选包括定时器，其中，所述处理器设置用于确定关于所述距离的变化的速度或时间点的信息并且将所述信息存储在所述数据存储器中。定时器可以以任意的单位表示事件(例如传感器的电平的变化)之间的相对时间、例如表示为使用的频率标准的计数器读数。但优选地，定时器提供例如作为日期与时、分和秒的表述的组合的绝对时间，从而可以使信息与外部事件的时间的关联变得容易。这种事件可以包括可以例如与第一轨道车辆耦连的另外的轨道车辆的缓冲元件的信息。定时器同样可以支持不同的能量模式，从而监测系统的由持续运转的定时器引起的能耗可以仅少量升高。为提供当前的时间信息可以将定时器从休眠状态调整到处理状态。

在另外的又一实施方式中，所述监测系统包括通信设备，用于向接口提供存储在数据存储器中的信息，其中，所述通信设备与所述处理器无关地可被关闭。通过将外部提供存储的信息与生成或存储的信息相区分可以总计进一步降低监测系统的能量消耗。监测系统可以设置用于，要么探测信息，要么通过通信设备提供信息，可以排除混合运行的可能。通信设备可以设置用于，借助预先确定的、通常被轨道车辆的车身上的其它部件使用的协议、例如CANopen协议提供数据交换。

所述监测系统可以支持存在至少两个具有不同能耗的运行状态，其中，根据传感器的信号进行运行状态之间的转变。当出现确定的传感器信号时可以例如自动离开具有更低的能耗的运行状态。随后采用具有更高的能耗的运行状态，该运行状态通常配有更高的处理能力，并且传感器信号可以更准确或者更频繁地被评估。此外可以评估一个或多个附加的传感器信号。如此可以在缓冲元件的变形较小的时期节省能量，并且在标准变形情况下迅速地实施准确的测量。

一种用于监测轨道车辆上的缓冲元件的方法，其中，所述缓冲元件包括固定在所述轨道车辆上的第一区段和设置用于导入水平地作用于轨道车辆的力的第二区段，所述步骤包括：检测指示出第一区段与第二区段的距离的变化的传感器信号；确定关于所述距离的变化的信息；并且将所述信息存储在数据存储器中。

一种计算机程序产品，用于执行所述方法，所述计算机程序产品具有程序代码器件，其中，所述计算机程序产品在处理器上实施或者存储在计算机可读取的数据载体上。

在此结合附图详细阐述本发明，在附图中：

图1示出用于轨道车辆的示例性的缓冲元件；

图2示出用于缓冲元件的检测系统；

图3示出用于监测缓冲元件的方法的流程图；

图4示出缓冲元件上的示例性的传感器值。

图1示出了用于轨道车辆、例如机车或火车车厢的两个示例性的缓冲元件100。缓冲元件100设置用于传输大致水平作用的力，并且分别包括用于固定在轨道车辆上的(近端的)第一区段105和用于导入力的(远端的)第二区段110。在此，通常除了缓冲以外，也实现了区段105、110之间的弹性的减震。

在图1的上部区域所示的变型中，缓冲元件100作为车钩连杆，应用于车钩、尤其夏芬博格车钩与轨道车辆或其车架(底盘)之间。在第二区段110与轨道车辆之间可以设置关节。所示缓冲元件100通常主要设计为再生式并且可以附加地实现尤其液压的或基于摩擦力的缓冲。该缓冲可以由不承受载荷的正常位置沿拉伸或推压方向或沿两个方向并且也以不同的强度起作用。车钩优选设置为与另外的轨道车辆连接。通过缓冲元件100可以传递例如处于数百kN至超过1000kN范围内的力。

在图1的下部区域所示的变型中，缓冲元件100示范性地设计为缓冲器或侧面缓冲器。左边示出的第一区段105设置为固定在轨道车辆上，同时第二区段110设置用于贴靠轨道车辆驶向的另外的缓冲器或另外的物体、例如车挡。在第一区段105与第二区段110之间可以为主要破坏式的缓冲而设置具有环形弹簧的装置。

在所示实施方式中，在区段105与区段110之间有第三区段115，第三区段115通过可变形区域120与第二区段110连接。在此，第三区段115具有上述第一区段105的功能。在所示实施方式中，优选在第一区段105相对于第三区段115的已有的缓冲行程用尽的情况下才出现区域120的变形。在另一实施方式中，缓冲元件100仅包括破坏式的缓冲，该缓冲可以例如也作为盒式或其它结构实现。再生式和破坏式的缓冲元件100的另外的串联或并联的组合同样可行。为监测缓冲元件100，在此建议，提供一种监测系统，所述监测系统可以尽可能独立并且在更长的时间中探测区段105、110的缓冲运动并且将所述缓冲运动存储在存储器中。

图2示出用于如图1所示的缓冲元件100的监测系统200。监测系统200包括可以尤其设计为可编程的微型计算机的处理器205、数据存储器210、一个或多个传感器215以及可以由储能器220构成的供能设备。

数据存储器210可以尤其包括半导体存储器，该半导体存储器即使没有能量供应也优选地保留存储在其中的信息。在一种实施方式中设置多个级联的数据存储器210，所述数据存储器210可以在结构和存储能力上不同。因此，第一数据存储器210可快速响应、具备低容量并且在没有能量供应的情况下丢失其数据。第二数据存储器210可较慢地响应、具备大容量并且即使没有能量供应也可以保留其数据。

传感器215设置用于检测第一区段105与第二区段210的距离的变化。为此可以明确地确定距离，或者可以仅探测距离的变化。传感器215优选地设置为，在缓冲元件100的寒冷的环境中持久可靠地使用。为此，传感器215可以例如布置在M30螺栓壳体中。在一种实施方式中，传感器215设置用于提供二进制信号，为此可以尤其包括要么打开要么关闭的开关。

传感器215可以包括例如磁性开关，该磁性开关根据磁场改变其状态。传感器215可以安装在区段105、110中的一个区段上，并且在另一区段105、110上可以安装磁性元件225。磁性元件225优选包括一个或多个磁体228。可以使磁性元件225沿区段105与区段110的相对运动方向的尺寸与传感器215沿相同方向的距离协调一致，从而优选产生传感器215的信号的预先确定的相位位置。也可以设置两个以上的传感器215或者一个以上的磁性元件225。在另一实施方式中，传感器215也可以探测不同于磁场的量、例如光学的标记或用于传感器215的开关的物理的操纵装置。

在另外的又一实施方式中，传感器215设置用于提供大于二值的数字信号或模拟信号，所述信号分别指示区段105、110的距离或距离变化。

此外，监测系统200可选地包括定时器230，定时器230可以设计为空转的计数器，捕获/比较单元(CAPCOM:capture/compare)或实时时钟(RTC)。定时器230提供时间信号，通过该时间信号可以记录事件、尤其传感器215的信号的变化之间的时间间隔。

另外，监测系统200可以包括通信设备235，通信设备235设置为，通过接口240交换数据。接口240可以遵循用于数据交换的预先确定的标准、例如CANopen，并且优选独立于处理器205。为了处理器205与通信设备235的通信可以设置用于去耦的驱动模块。通信设备235可以设置为，请求处理器205传输来自数据存储器210的数据。为此例如通过中断请求(中断)将处理器从休眠状态置于处理状态。通信设备235可以实施为独立的可编程的微型计算机，或者与处理器205一同属于微控制器255。微控制器255此外还可以包括数据存储器210或多个数据存储器210中的一个、定时器230或驱动模块245，如图2所示。此外，监测系统200的多个部件或所有构件可以组合成为一个系统(系统级芯片SoC)，以便主要在成本、空间需求和能效方面实现优化。

传感器215优选通过设计为中断输入端260的连接端与处理器205或微控制器255连接。如果在中断输入端260上的电平相当于预先确定的值(0或1)或者以该电平以预先确定的方式(从0向1上升或从1向0下降)改变，则中断请求被发送到处理器205，继而处理器205可以中断其活动并且应答所述中断。因此，处理器205可以对关于区段105与区段110的距离的变化的信息事件可控地由传感器215进行探测、处理并且将所述信息存储在数据存储器210中。

优选地，将直接或间接描述缓冲元件100的缓冲行程的信息存储在数据存储器210中。所述信息优选设有相对或绝对的时间信息。缓冲行程对时间的导数也可以存储为速度信息。附加地可以将监测系统100的系统参数存储在数据存储器中，以便可以事后对监测系统200在缓冲元件100的运行的时间点的性能进行分析。

处理器205或微控制器255可以典型地具有不同的能量状态。第一能量状态被称为休眠状态并且仅需要来自供能设备的少量能量，但通常仅允许缓慢的信息处理或者甚至不能处理信息。此外可以完全或部分停用外围元件、例如定时器230。被称为处理状态的第二能量状态通常需要更大的能耗、在此情况下允许更快的信息处理并且可以启动一个或多个外围元件。当尤其因为传感器215提供中断输入端260上的相应信号而触发中断时，可以从第一能量状态转变为第二能量状态。从第二能量状态转变为第一能量状态可以程序控制地实现。

在优选的实施方式中，供能设备包括发电机265，发电机265设置用于，将区段105、110的机械的相对运动转变为电能，从而可以用收集的能量运行监测系统200。优选地，发电机275感应式地工作并且包括至少一个永磁体280和至少一个线圈275，永磁体280安装在区段105、110中的一个区段上，线圈275安装在另一个区段105、110上。可以设置变换器270，以便尤其在电压、电流强度、极性或波动性方面调整由发电机275提供的电能。变换器可以包括稳压二极管、线性控制器或直流变压器，并且尤其设置为，提供具有预先确定的直流电压的电能。

磁体280具有在磁性北极和磁性南极之间延伸的纵轴线。优选地，磁体280如此安装在对应的区段105、110上，使得磁体280的纵轴线基本上垂直于区段105、110的相对的运动方向定向。当电流流通线圈275时，线圈275也具有在其磁极之间延伸的纵轴线。线圈275优选如此定向，使得其纵轴线平行于对应的磁体280的纵轴线延伸。在这种情况下，线圈275和磁体280彼此轴向朝向，从而当区段105、110如此偏移，使得线圈275与磁体280之间的距离最小时，所述纵轴线基本上相互对齐。

优选设置多个线圈275和/或多个磁体280，以便充分利用元件105、110的较长的行程来获得能量。通过使用多个线圈275可以在区段105、110的相对运动预先确定的情况下增加由发电机265提供的能量。如果既使用多个线圈275又使用多个磁体280，则线圈275可以沿着与区段105、110的相对运动方向平行的第一直线布置，并且磁体280可以沿着与第一直线平行的第二直线布置。在一种实施方式中，分别彼此相邻的磁体280关于其磁极相同地定向。在另一实施方式中，磁体280磁性交替地定向，从而从磁体280旁边掠过的线圈275交替地朝向北极和南极。在相邻的磁体280之间可以借助磁性的传导元件产生磁通量。这种传导元件、例如形式为导片或导片组，可以尤其在背离线圈275的磁极的区域内布置在磁体280上。在相邻的线圈275之间可以设置对应的磁性的传导元件。

优选地，线圈275沿区段105、110的运动方向具有与磁体280不同的相对距离，从而在相对运动时，不同的线圈275相继具有相对于磁体280的分别最小的距离。在一种实施方式中，在具有N个均匀间隔的线圈275的路段上布置有N+1或N-1个均匀间隔的磁体280。具有相同间隔的另外的磁体可以布置在所述路段之外。通过这种错位，提供的电能可以在行程或时间上更均匀地分布。

由发电机265提供的电能主要与磁体280相对于线圈280的相对的运动速度有关，并且因此与区段105、110的相对的运动速度有关。所述运动进行得越快，线圈275上感生的电压就越大。变换器270优选设置为，例如通过桥式整流器将感应电压调整为直流，并且将其限制或提升至可用于运行监测系统200的预先确定的量。可使用的电压的值通常由所使用的半导体确定并且可以为大约12V、大约5V、大约3V或大约1.3V。优选地，变换器270也设置用于，将由发电机265提供的电能暂时存储在储能器220中。为此，尤其在储能器是化学储能器、如锂离子或镍氢蓄电池的情况下，发电机265可以控制储能器220的充电电流。电能从储能器220的输出也可以通过变换器270控制。在另一实施方式中，为充电和从储能器220提供能量设置分开的变换器270。

在另外的又一实施方式中，设置可充电的第一储能器220.1和不可充电的第二储能器220.2，第一储能器220.1可以通过发电机265充电，第二储能器220.2例如在化学上构造为汞电池，锌-碳电池或碱锰电池。第一储能器220.1可以尤其包括蓄电池或电容器、尤其双层电容器、超级电容器(Superkondensor)或超级电容器(Ultrakondensor)。变换器270可以这样控制能量的提供和提取，使得电能优选直接从发电机265提取。如果发电机265的能量不足，则可以附加或备选地从第一储能器220.1提取能量。只有当该能量不足时，才能从第二储能器220.2提取另外的能量。由此，例如当发电机265未工作并且第一储能器220.1耗尽时，监测系统200也还可以运行。因为在其上安装有监测系统200的缓冲元件100位于轨道车辆的最前端或最后端或者轨道车辆停车，因此可能出现上述情况。

发电机265可以独立于监测系统200的其余部分构造，并且可选地远离监测系统200的其余部分。在另一实施方式中，发电机265属于监测系统200并且也可以与监测系统200集成式构造。储能器220中的至少一个可以配属于发电机265并且优选在空间上布置在发电机265附近。储能器220中的一个也可以配属于监测系统并且在空间上安装在监测系统附近。在一种实施方式中，发电机265、可选地与变换器270、第一储能器220.1或第二储能器220.2共同设置用于，向另外的电气系统提供电能。为了连接电气负载可以设置接口295。

传感器215和线圈275都优选地受永久磁性元件228、280影响。在一种实施方式中，相同的磁体280可以设置为，当元件105和110彼此相对运动时从线圈275和传感器215旁边经过。上述磁性元件225在此可以包括磁体280中的一个或多个。优选地，磁体280如此安装在元件105、110上，使得在缓冲元件100不承受压缩载荷的情况下，磁体280处于线圈275的区域但还未处于传感器215的区域。当元件105、110较小地相对偏移时就已经可以在线圈275中感应产生电流，而传感器215不改变其开关状态。只有当元件105、110的偏移超出预先确定的量时，磁体280才能到达传感器215的区域，从而传感器215改变其输出信号。优选地，在此位置中，已经有另外的磁体280处于线圈275的区域中，从而可以维持电能的生成。

一个或多个传感器215和/或一个或多个线圈275可以安装在第一承载元件285上，第一承载元件285可以被固定在元件105、110中的一个元件上。一个或多个磁体280可以以相应的方式安装在第二承载元件290上，第二承载元件290可以被固定在另一元件105、110上。如此，线圈275或磁体280的相对布置可以在它们被安装在缓冲元件100之前就已经确定。可以简化磁体280或线圈275的维护或更换。监测系统200的其它部件可以安装在承载件285、290中的一个上。因此，整个监测系统200可以实现为一个或两个可单独操作的单元。在一种实施方式中，区段105、110包括同心地相互融合地延伸的管段，并且监测系统200可以布置在所述管段中的一个管段内。通过本地的、独立的能源供应和必要时与数据存储器210或无线的接口240结合，监测系统可以安装在密封封闭的缓冲元件中。

图3示出用于监测如图1所示的缓冲元件100的方法300的流程图。在此，方法步骤作为状态315、320、325和330之间的转变示出。在此从两个传感器215的按照图2样式的装置开始。在每个状态中都存在第一传感器215的输出信号305和第二传感器215的输出信号310。分别根据究竟是检测到信号还是个别信号状态仅通过不同的电平表征，亮圆圈表示未检测到的信号或具有低电平的信号，并且暗圆圈象征检测到的信号或具有高电平的信号。

所述方法300起先位于例如第一状态315中，在第一状态315中存在作为未检测到的信号或具有低电平的信号的两个输出信号305、310。但如果信号邻近或第一输出信号305改变其电平，则方法300转入状态330。这对应于形式为逆时针的转变步骤335的第一状态转变，该状态转变可以指示例如缓冲元件100的压缩。继续的压缩如此改变输出信号305、310，使得以转变步骤的方式进行另外的状态转变并且由此通过状态325和状态320。

利用每个表征状态转变的转变步骤335、340可以确定关于缓冲元件100的运动的信息并将其存储在数据存储器210中。为此，优选至少确定区段105、110的运动有多大。优选地，也根据通过状态315-330的顺序确定区段105、110的运动方向并且将该运动方向存储在数据存储器210中。基于确定的运动的长度，借助缓冲元件100的施加作用的弹簧力也可以确定并且存储操作力或操作能量。为确定操作力或操作能量也可以考虑缓冲元件100的缓冲，为此可以考虑区段105、110的运动速度。

运动速度可以基于到达状态315-330之间的时间和缓冲元件100上的传感器215的装置和元件225的几何确定。如果两个传感器215的距离沿运动方向例如为30mm，并且到达状态320与到达状态325之间的时间为0.5s，则缓冲元件100在该区域的压缩速度为60mm/s。其它转变之间的运动速度可以通过相应的方式确定。

在一种实施方式中存储直接测得的信息，从而可以在以后的时间点、尤其在通过通信设备235读取信息后对信息进行进一步处理。为进一步处理可以存储由缓冲器100的设计确定的、用于存储的信息的值或常数。这类信息可以包括例如传感器215的装置和元件225的几何尺寸、重量或距离、弹簧常数或阻尼常数。在一个变型中，也可以说明对这类参数的提示，方式是将例如缓冲器100的型号、出厂号或实施方式存储在数据存储器210中。

在所示实施方式中可以从第四状态320转变为第一状态315，从而第一状态对应区段105、110的两个不同的距离。具体的距离则由状态315-330和已进行的转变步骤335、340得出。在这种情况下，为了避免同步失效(Desynchronisation)优选的是，处理器足够频繁地定期对传感器215进行询问并且传感器215具备足够短的反应时间。

优选地，状态315-340与实际距离之间的比较尽可能周期性地进行。如果还设置有另外的元件225，另外的元件225沿着运动方向安装并且适当地相互间隔，则还有另外的状态315-340可以被多次、原则上以任意次数经历。在此，为了正确地处理在此确定的信息，在另一实施方式中也可以相应地设置多个状态315-330，从而每个状态315-330仅对应唯一的距离。

缓冲元件100沿相反方向的膨胀运动可以根据通过所示状态315至330的顺序在顺时针方向的第二状态转变340中检测。

图4示例性地示出如图1的缓冲元件100处的传感器值。在竖直方向上示出示范性的阻尼常数d并且在水平方向上示出第一区段105与第二区段110的距离。当考察缓冲元件100上的拉伸力时，区段105与区段110之间的距离向右增大，或者当考察推压力时该距离向右减小。示范性的走向曲线405表示缓冲元件100上的缓冲与距离的关系。

沿所述距离形成彼此相邻的四个等效区域410、415、420和425。阻尼常数d在每个等效区域410-425内恒定。提供图3的输出信号305或310的两个传感器215用该示图作为基础。在此，传感器215按照图2中示出的样式布置，从而元件225在第一等效区域410中不对传感器215起作用，在第二等效区域415中仅对第一传感器215起作用，在第三等效区域420中对两个传感器215起作用并且在第四等效区域425中仅对第二传感器215起作用。传感器215和元件225优选这样在区段105、110上定位，使得传感器215的输出信号的变化始终在距离从一个等效区域405-420转变为另一等效区域处进行。

根据传感器215的输出信号305、310的结合可以确定当前的等效区域410-425。引起缓冲元件100的运动的能量可以基于运动速度和该等效区域中的阻尼常数至少近似地确定。缓冲元件100的弹簧力也可以用于这样的确定。

如上所述，监测系统200可以占据配属有不同能耗的不同的运行状态。例如，第一运行状态可以包括休眠状态，在休眠状态下，能耗较低并且仅可以得到较低的处理速度，并且第二运行状态可以包括处理状态，在处理状态下，能耗较大并且处理速度也同样较大。也可以支持两个以上的运行状态。每个运行状态可以分配有监测系统需要的用于再次离开该状态的时间。此外，每个运行状态可以分配有为了再次离开该运行状态必须满足的条件或条件组合。在目前的微处理器上，这类时间可以处于μs或ms的范围内。

监测系统200可以设置为，如果在超出预先确定的时间上没有发生状态转变或转变步骤335、340，则监测系统200占据休眠状态。状态315-330经由步骤335、340之一的变化可以触发中断(interrupt)，该中断将监测系统200从休眠状态带到处理状态。中断可以由上升沿或下降沿或者由输出信号305、310之一的预先确定的电平触发。在另一实施方式中，监测系统200也可以周期性地询问和处理输出信号305、310，以便确定变化。这种运行也称为“轮询”。为此，监测系统200可以例如时间控制地离开休眠状态并且在处理状态下实施询问。在确定的情况下也可以在休眠状态下进行(缓慢的)询问。

在处理状态下，监测系统200则可以实施重要的测量，以便确定缓冲元件100的压缩、缓冲、变形和其它运行参数。如果在超出预先确定的时间上测量结果未发生改变、输出信号305、310在预先确定的时间上未改变或者输出信号305、310在预先确定的时间上占据预先确定的模式，则监测系统200可以重新变换为休眠状态，以便节省能量。所述模式可以尤其存在于缓冲元件100的预先确定的静止位置中、例如在进行低于预先确定的阈值的压缩或变形时存在。

在另一实施方式中，预先确定输出信号305、310的引起监测系统200从休眠状态转变为处理状态的预先确定的模式。为此可以例如通过比较仪或硬布线逻辑检测输出信号305、310的状态。比较仪可以通过微处理器255加载预先确定的比较值并且优选数字式工作。因此可以将监测系统200的“唤醒”与到达缓冲元件100上的预先确定的路标耦合。该路标可以对应于缓冲元件100的预先确定的变形。

如果至少到达预先确定的路标，则也可以进行唤醒。为此，上面提到的比较仪可以对缓冲元件的由输出信号305、310表示的行程与预先确定的值之间进行“大于或等于”的比较。在这种情况下，预先确定的值是这样的阈值，达到或超出该阈值可以引起监测系统的启动。

附图标记列表

100 缓冲元件

105 第一区段

110 第二区段

115 第三区段

120 可变形区域

200 监测系统

205 处理器

210 数据存储器

215 传感器

220 储能器

225 磁性元件

228 磁体

230 定时器

235 通信设备

240 接口

245 驱动模块

250 微控制器

255 微型计算机

260 中断输入端

265 发电机

270 变换器

275 线圈

280 磁体

285 第一承载元件

290 第二承载元件

295 接口

305 第一输出信号

310 第二输出信号

315 第一状态

320 第二状态

325 第三状态

330 第四状态

335 第一转变

340 第二转变

405 第一等效区域

410 第二等效区域

415 第三等效区域

420 第四等效区域

Claims (20)

1.一种用于轨道车辆上的缓冲元件(100)的监测系统(200)，其中，所述缓冲元件(100)包括固定在轨道车辆上的第一区段(105)和设置用于导入水平地作用于轨道车辆的力的第二区段(110)，并且所述监测系统(200)包括：

-安装在所述缓冲元件(100)上的传感器(215)，用于探测第一区段(105)与第二区段(110)的距离(s)的变化；

-数据存储器(210)；和

-处理器(205)，其设置用于确定关于所述距离(s)的变化的信息并且将所述信息存储在所述数据存储器(210)中，

其特征在于，

-所述监测系统还包括本地的供能设备(220、265)，用于自给自足地为所述处理器(205)供电。

2.按照权利要求1所述的监测系统(200)，其中，所述供能设备包括发电机(265)，用于基于所述区段(105、110)的相对运动提供电能。

3.按照权利要求2所述的监测系统(200)，其中，所述发电机(265)设置用于感应式地将机械能转化为电能，并且所述发电机(265)包括设计用于安装在第一元件(105)上的线圈(275)和设计用于安装在第二元件(110)上的磁体(280)。

4.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述传感器(215)设置用于确定磁场并且安装在第一元件(105)上，此外所述监测系统(200)还包括磁体(280)，所述磁体(280)设计用于安装在第二元件(115)上。

5.按照权利要求3或4所述的监测系统(200)，其中，设有用于影响传感器(215)和线圈(275)的同一个磁体(280)。

6.按照权利要求3至5之一所述的监测系统(200)，其中，所述监测系统(200)还包括第一承载元件(285)，在所述第一承载元件(105)上安装有至少一个线圈(275)和至少一个传感器(215)，其中，所述第一承载元件(285)设计用于安装在所述元件(105、110)中的一个元件上。

7.按照权利要求3至6之一所述的监测系统(200)，其中，至少一个磁体(280)安装在第二承载元件(290)上，其中，所述第二承载元件(290)设计用于安装在所述元件(105、110)中的一个元件上。

8.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，设有多个磁体(280)和多个线圈(275)，并且分别沿所述元件(105、110)的运动方向，所述磁体(280)之间的相对距离不同于所述线圈(275)的相对距离。

9.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述监测系统(200)还包括储能器(220)，所述储能器(220)设置用于暂时存储由所述发电机(265)提供的能量。

10.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述监测系统(200)还包括变换器(270)，所述变换器(270)设置用于处理由所述发电机(265)提供的电能。

11.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述缓冲元件(100)设置为，以预定的方式消减改变所述区段(105、110)间的距离(s)的能量。

12.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述传感器(215)设置用于提供信号(305、310)、尤其二进制信号，当第一区段(105)与第二区段(110)之间的距离(s)改变时，所述信号(305、310)发生改变。

13.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述处理器(205)具有中断输入端(260)，向所述中断输入端(260)传输二进制信号(305、310)，并且其中，所述处理器(205)设置为，基于中断而从休眠状态调整为处理状态，以便处理信息。

14.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述缓冲元件(100)在所述距离(s)的多个分段(410-425)上的阻尼常数(d)不同，并且所述传感器(215)设置用于探测对距离分段(410-425)的超越。

15.按照权利要求12至14之一所述的监测系统(200)，其中，设有两个二进制的传感器(215)，这两个传感器(215)的与距离(s)相关的信号有相位差，并且其中，所述处理器(205)设置用于基于传感器(215)的信号确定所述区段(105、110)的运动方向。

16.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述监测系统(200)还包括定时器(230)，其中，所述处理器(205)设置用于确定关于所述距离(s)的变化的速度或时间点的信息并且将所述信息存储在所述数据存储器(210)中。

17.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，所述监测系统(200)还包括通信设备(235)，用于向接口提供存储在数据存储器(210)中的信息，其中，所述通信设备(235)与所述处理器(205)无关地可被关闭。

18.按照前述权利要求之一所述的监测系统(200)，其中，支持存在至少两个具有不同能耗的运行状态，并且根据传感器(215)的信号进行运行状态之间的转变。

19.一种用于监测轨道车辆上的缓冲元件(100)的方法，其中，所述缓冲元件(100)包括固定在所述轨道车辆上的第一区段(105)和设置用于导入水平地作用于轨道车辆的力的第二区段(110)，并且所述方法包括以下步骤：

-检测(335、340)指示出第一区段(105)与第二区段(110)的距离(s)的变化的传感器(215)信号；

-确定(335、340)关于所述距离(s)的变化的信息；和

-将所述信息存储(335、340)在数据存储器(210)中。

20.一种计算机程序产品，用于执行按照权利要求19所述的方法(300)，所述计算机程序产品具有程序代码器件，其中，所述计算机程序产品在处理器(205)上实施或者存储在计算机可读取的数据载体上。