CN110997447B - 用于监控有轨车辆的驱动系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控有轨车辆的驱动系统的方法。在此，驱动系统具有至少两个驱动系和控制装置，驱动系分别具有牵引电动机和轮组。根据本发明的方法至少包括如下步骤：确定关于时间段或路段向至少两个牵引电动机馈入的和/或从至少两个牵引电动机输出的相应的电能；比较所确定的至少两个牵引电动机的相应的电能与能量阈值；并且从比较推导出相应的驱动系的状态。

Description

用于监控有轨车辆的驱动系统的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于监控具有多个驱动系的有轨车辆的驱动系统的方法。本发明同样涉及一种用于监控有轨车辆的驱动系统的设备，所述设备实现根据本发明的方法。

背景技术

在具有多个驱动系的电驱动的轨道车辆中、尤其在电动列车中存在对关于相应的驱动系的各个部件的状况或状态的信息的需求。例如采集相应的轮组或驱动轮组的轮组轴的转速，轮组轴一方面用于控制驱动系统或各个驱动系，另一方面用于控制另外的与安全相关的系统、例如滑动保护或离心保护，或者用于对轨道车辆进行制动控制。此外，根据采集的转速可以推断出相应的驱动系的状态，该状态例如可以被用于驱动系的部件的维护或更换的时间规划。

对采集轮组转速的精确性和可靠性的要求在此特别地在用于高速范围的轨道车辆中是特别高的，这尤其在轨道车辆的转向架中导致高的结构开销。然而，同时存在对轨道车辆的底盘的要求、尤其是减小转向架的重量以及转向架所需的结构空间，以便例如可以实现轨道车辆的更高的可能的最终速度以及更小的能量消耗。众所周知，作为轨道车辆的底盘的一部分的转向架不仅用于容纳通常一个或两个轮组(所述轮组具有相应的轮组轴以及布置在轮组轴上的车轮或轮盘)以及，如果转向架是传动转向架，则还用于容纳驱动系的部件，而且用于相对于轨道车辆在其上向前进的轨道支撑轨道车辆的一个或多个车厢。

在此尤其借助直接布置在轮组上的或轮组轴上的或在轮组或轮组轴的附近环境中布置在转向架中的转速传感器实现对轮组的转速的采集。以转向架的尺寸的减小来减小为了将转向架布置在轨道车辆的车厢上所需的结构空间，然而也减小了用于在轮组或轮组轴的区域中布置转速传感器的可用的空间。因此存在如下目标，即，找到采集轮组的转速的替换的可能性。

一个可能性是，借助采集驱动系的与轮组机械连接的部件的轴的转速实现的间接采集。如果轮组例如通过离合器以及可能的传动装置与牵引电动机机械连接，则可以从借助转速传感器采集部件中的一个的轴的转速推断出轮组的转速，其中，在使用传动装置来确定相关的轮组的转速的情况下，相应地考虑传动装置的传动比。

然而，如果出现驱动系的部件中的一个的损伤，则可能不再能够直接实现该推断。尤其在具有多个驱动系的电驱动的轨道车辆中，不能立即识别驱动系的离合器的损坏或损伤的出现，损坏或损伤的出现的结果是不再驱动相关的轮组。这通过如下导致，即，一方面至少部分地由另外的没有受损的驱动系补偿驱动功率的一部分的取消，另一方面通过不再被驱动的轮组的强制随动，传动装置的轴和离合器的面对传动装置的侧的轴此外以一个转速转动，所述转速尽可能对应于其他驱动系的相应的部件的转速。例如在异步电机用作牵引电动机时，牵引电动机的转速在由于离合器受损而突然去负荷之后也不减小为零，而是进入空转，在空转中驱动轴的转速近似地对应于旋转磁场的转速。

轮组的转速的间接采集因此通常是可能的，然而不利地具有一定的错误可能性，由此，间接采集尤其表现出仅有限地适用于与安全相关的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和一种相关的设备，所述设备能够实现识别不能够利用所需的可靠性间接采集轮组的转速的情况。所述技术问题通过独立权利要求的特征来解决。在相应的从属权利要求中定义本发明的改进的设计方案。

本发明的第一方面涉及一种用于监控有轨车辆的驱动系统的方法。在此，驱动系统具有至少两个驱动系和控制装置，所述驱动系分别具有牵引电动机和轮组。根据本发明的方法至少包括如下步骤：确定关于时间段或路段向至少两个牵引电动机馈入的和/或从至少两个牵引电动机输出的相应的电能；将所确定的至少两个牵引电动机的相应的电能与能量阈值比较；并且从比较推导出相应的驱动系的状态。

根据本发明，为了评估驱动系的相应的状态，考虑分别向牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的电能，其中，在牵引模式中向牵引电动机馈入电能，而在使用电动制动器的情况下在制动模式中从牵引电动机输出电能。通常，在此与所采集的部件的轴的转速无关地进行评估，所述部件与轮组机械连接。然而，这种所采集的转速可以被考虑用于确认所推导出的状态的合理性，如随后详细描述的那样。在考虑能量时优选形成绝对值，使得向牵引电动机馈入的并且从牵引电动机输出的能量不相互抵消，其结果是可能产生所确定的驱动系的能量的不可比较的值。

根据本发明的所确定的相应的驱动系的能量与能量阈值的比较能够实现，能够给出关于间接采集的驱动系的轮组的转速的信息的质量或错误可能性的结论，可以在用于驱动系统、制动系统以及车辆的另外的与安全相关的系统的控制器中考虑该结论。如果例如作为方法的结果确定，轮组以较大可能性不再与驱动系的另外的部件机械连接，在该另外的部件的轴上采集转速，也就是，转速信息的质量很差或转速信息以较大可能性是有错误的，则车辆的控制器可以考虑这一点，或者如果需要的话，所述控制器采取特定的措施。

这种考虑或措施例如可以产生：限制车辆的可能的最大速度；进行制动能力的重新计算以及制动曲线的相应的调整；或者甚至开始制动车辆直到停止，以便保护驱动系统的部件以防受损。同样可以例如由控制器处理相关的驱动系，使得在车辆的驱动系统、制动系统以及可能的另外的与安全相关的系统的控制中保持不考虑驱动系。此外，关于所确定的相关的驱动系的状态的适当的信息可以被传送至车辆驾驶员和/或中央控制中心，车辆驾驶员或中央控制中心基于所述信息可以导入用于保护车辆的驱动系统的另外的步骤。优选地，在采取所提到的措施中的一个之前，例如通过再次确定牵引电动机的相应的能量并且在随后的时间段或路段区间中将其与能量阈值比较，应当再次推导出相关的驱动系的状态，并且确认结果，以便避免车辆运行的不必要的受损。

确定牵引电动机的相应的能量的时间段可以被定义为滑动时间段，其中，从确定能量的每个时间点出发考虑在此之前的特定的时间间隔。替换地，也可以通过特定的起始时间点和结束时间点定义时间段。在第二种情况下，也可以考虑用于确定相应的能量的多个在时间上分离的和不重叠的时间段。优选地，时间段应当不低于特定的持续时间，以便可以忽略在驱动系之间可能出现的能量差，该能量差可以通过例如滑动保护或离心保护的短暂的调节干预引起，或由于驱动系布置在车辆中的位置出现。时间段例如可以包括几分钟至几小时。

相应于时间段的定义也可以定义路段，关于该路段确定牵引电动机的相应的能量。在此，在滑动路段区间中，从每个路段点(在经过所述路段点时确定能量)出发考虑车辆已经经过的特定的路段。替换地又可以定义特定的起始路段点和结束路段点，例如可以借助安装在车辆中的定位系统、尤其是已知的导航系统确定起始路段点和结束路段点的经过。也可以通过布置在轨道路基中的应答器定义所述路段点，应答器将关于应答器的地理位置的信息传送至车辆。此外，路段点也可以是车站，并且针对能量的确定所考虑的路段对应于两个车站之间的车辆经过的路段。如之前关于时间段的定义已经提到的那样，所考虑的路段应当不低于特定的长度，所述长度例如对应于所提到的时间段的长度。

通常，在确定牵引电动机的相应的能量时，可以仅考虑向牵引电动机馈入的能量，如其在车辆的驱动系统的牵引模式中对于加速和保持达到的速度所需的那样。然而，通过也考虑在制动模式中在使用电动制动器期间分别从牵引电动机输出的能量，可以有利地缩短时间段或路段的足够的长度。替换地，例如在驶过具有斜坡的路段时也可以仅确定从牵引电动机输出的能量，关于斜坡的长度，驱动系统没有或仅相对短时间地位于牵引模式中。

按照根据本发明的方法的第一扩展方案，为了确定牵引电动机的相应的电能，连续地或周期性地关于时间段确定分别向至少两个牵引电动机馈入的和/或从至少两个牵引电动机输出的电功率。

可以借助不同的方法确定向牵引电动机馈入的或从牵引电动机输出的相应的电功率，其中，通过使用至少两个这种方法可以实现冗余的确定，并且进而实现所确定的功率的合理性的更高的可靠性。例如可以在牵引电动机的控制装置中从电流强度和电压的组合确定馈入的功率。替换地，可以通过已知的用于采集电流和电压的装置推断出功率，其中，所述装置有利地也可以用于确定从牵引电动机输出的功率。最后，尤其在使用异步电机作为牵引电动机时，可以根据牵引电动机的工作点的特征参量、例如滑差确定功率。优选连续地确定向牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的功率，其中替换地，也可以以特定的时间间隔实施确定、例如每秒确定一次。

按照根据本发明的方法的另一扩展方案，时间段或路段被测定为，在该时间段或该路段中包含车辆的至少一个行驶运行和/或制动运行。时间段例如可以包括两个车站之间的规划的行驶时间或所述车站之间的路段，因为所述路段在车辆停在起始车站后包括至少一个直至车辆的长途行驶速度的加速阶段、长途行驶速度的维持阶段以及在到达目标车站之前使用电动制动器的制动阶段，其中在所述加速阶段中向牵引电动机馈入能量；在所述维持阶段中此外至少部分地向牵引电动机馈入能量；在所述制动阶段中至少部分地从牵引电动机输出能量。由此确保的是，车辆的驱动系统至少暂时位于牵引模式或制动模式中，在牵引模式或制动模式中向驱动系的牵引电动机馈入能量和/或从牵引电动机输出能量。由此有利地提高了所确定的牵引电动机的能量的可比较性。

按照根据本发明的方法的另一扩展方案，为了确定分别向至少两个牵引电动机馈入的电能，考虑时间段或路段的至少一部分，在所述部分中车辆在行驶运行期间以超过预设的速度阈值的速度运动。车辆的为了确定分别向牵引电动机馈入的能量所需的最小速度的定义同样提高了所确定的牵引电动机的能量的可比较性，因为可以假设的是，为了维持在阈值以上的速度，存在牵引电动机的用于克服行驶阻力的足够的功率需求。

按照根据本发明的方法的另一扩展方案，从所确定的至少两个牵引电动机的能量的总和的平均值推导出能量阈值。因为向牵引电动机馈入的或从牵引电动机输出的能量与所考虑的时间段或所考虑的路段有关，所以例如由驱动系统的控制装置形成针对驱动系的牵引电动机所确定的能量的总和，从该总和计算出平均值或平均能量。所述平均值可以用作能量阈值，将分别确定的牵引电动机的能量与该能量阈值比较。如前述的那样，可以从该比较推断出驱动系的相应的状态，从所述状态又可以给出关于间接采集的轮组的转速的信息的质量或错误可能性的结论。如果例如所确定的一个牵引电动机的能量与能量阈值明显有偏差，则与另一牵引电动机或若干另外的牵引电动机相比，向所述牵引电动机馈入明显更小的能量，和/或从所述牵引电动机输出明显更小的能量，因此可以从中推导出，例如以前述的离合器损坏的形式，在所述牵引电动机的驱动系中呈现故障。如果是这样的情况，则关于间接采集的与相关的牵引电动机机械连接的轮组的转速的信息的质量很差，或者将所述信息视为可能有错误的。当所确定的牵引电动机的能量比能量阈值低了大于50％时，例如可以假定明显的偏差。当所确定的牵引电动机的能量明显超过能量阈值、例如超过了50％时，也可以以相同的方式假定驱动系的故障。

当可以假设馈入的和/或输出的能量原则上均匀地分布到牵引电动机上时，优选使用平均值。对于该假设的条件可以是存在前述的足够长的时间段或足够长的路段。然而，牵引电动机或相关的轮组在车辆中的安装位置以及与安全相关的控制器的例如用于滑动保护或离心保护的干预例如可以导致在所考虑的时间段或所考虑的路段期间将能量不均匀地分布到驱动系或牵引电动机上。有意义地，因此如下地定义能量阈值，即，由这种情况导致的偏差还没有被考虑为是明显的并且因此还不导致触发如之前示例性描述的措施。替换地或补充地，可以在认识到这些原因的情况下针对每个牵引电动机的可能的偏差例如通过考虑牵引电动机或驱动系个体化的减小系数而个体化地确定能量阈值，向能量阈值施加所述减小系数。

按照根据本发明的方法的另一扩展方案，从牵引电动机、离合器和/或传动装置的轴的转速推导出相应的驱动系的轮组的转速。在此，例如根据驱动系的所使用的配置、即根据与牵引电动机连接的离合器和/或与离合器或直接与牵引电动机连接的传动装置的使用，以及根据在这些部件的区域中分别可供使用的用于布置转速传感器的结构空间来确定一个转速或多个转速。在此也可以冗余地确定这些部件的轴的转速，以便也将具有更高的质量或更小的错误可能性的信息提供给使用所述信息的控制器。

按照根据本发明的方法的基于之前的扩展方案的另一扩展方案，从所推导出的相应的驱动系的状态推断出所推导出的所述驱动系的轮组的转速的合理性。如之前已经实施的那样，根据本发明的方法用于，可以评估间接确定的、关于车辆的轮组的转速的信息的质量，以便基于所述评估必要时可以采取措施。

根据另一扩展方案，所推导出的相应的驱动系的状态随后在车辆的随后的停止期间被检验，即，在停止的时间段期间控制相应的牵引电动机，使得所述牵引电动机产生力矩，并且确定牵引电动机的轴的转速。替换地或补充地，根据另一扩展方案，所推导出的相应的驱动系的状态随后在行驶运行期间被检验，即，控制相应的牵引电动机，使得所述牵引电动机的轴的转速发生改变，并且确定轴的转速。如果所述控制在随后的行驶运行期间和/或在车辆的停止期间导致牵引电动机中的一个的轴的转速发生实际改变，则可以确认之前所推导出的相关的轮组的状态，即，所述轮组不再与牵引电动机机械连接。

本发明的第二方面涉及一种用于监控有轨车辆的驱动系统的设备。在此，驱动系统具有至少两个驱动系和控制装置，所述驱动系分别具有牵引电动机和轮组。根据本发明，控制装置被设计用于，确定关于时间段或路段向牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的相应的电能；将所确定的牵引电动机的相应的电能与能量阈值比较；并且从所述比较推导出相应的驱动系的状态。

按照根据本发明的设备的扩展方案，车辆被设计为轨道车辆并且尤其被设计为列车。

根据所述设备的另一扩展方案，在每个驱动系中在牵引电动机与轮组之间布置有离合器和/或传动装置。根据设备的另一扩展方案，在另外的部件和牵引电动机的轴上可以布置有一个或多个转速传感器，以用于采集所述轴的相应的转速。

附图说明

随后根据实施例详细阐述本发明。附图中：

图1以侧视图示出了轨道车辆；

图2以俯视图示出了传动转向架；

图3示出了具有四个驱动系的驱动系统；

图4示出了轨道车辆的行驶情况；并且

图5示出了根据本发明的方法的流程图。

为了清楚起见，在附图中针对相同的或起相同或几乎相同作用的部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1以侧视图示意性示出了一种示例性的轨道车辆。轨道车辆被设计为用于人员运输的具有多个车体的列车TZ，其中，仅示出了以端部车体EW形式的第一车体和与第一车体耦合的以中间车体MW形式的第二车体。两个车体分别具有车厢WK，车厢通过以传动转向架TDG或移动式转向架LDG形式的转向架支撑在未示出的轨道上。所示的端部车体EW的车厢WK示例性地被划分为多个空间区域。所述区域一方面是车厢WK的前方区域中的驾驶舱，另一方面是与驾驶舱相邻的乘客舱，在乘客舱中设置了用于乘客的座椅可能性。相反，与端部车体EW耦合的中间车体MW仅具有乘客舱。乘客可以通过布置在相应的车厢的侧壁中的、未示出的门进入和离开两个车体的相应的乘客舱。此外，乘客可以通过车体过渡部进入相应相邻的车体。通常通过轴或折棚保护这种车体过渡部，以防受到环境影响。

此外，在图1的示例性的列车TZ的端部车体EW中示意性说明了被电驱动的列车的典型的驱动链AK的已知部件。所述部件在此仅示例性地布置在所描述的端部车体EW的乘客舱的区域中，而所述部件在实践中可以以已知的方式布置在车体的其他位置处、例如布置在车厢内的特殊的空间或区域内、布置底部区域中或也布置在车厢的顶部区域中。在此，也可以以与传动转向架的分布相同的方式将部件分布到轨道车辆的多个车体上。为此示例性地参考专利文献EP2812208B1，在该专利文献中，将驱动链的部件分布地布置在轨道车辆的多个车体上。

通过示例性布置在端部车体EW的车厢的顶部区域中的受电弓SA，驱动链AK与未示出的滑接线或架空线接触，驱动链例如从滑接线或架空线汲取铁路供应电网的单相交流电压，该交流电压通过同样未示出的主开关馈入至变压器TF的初级绕组，在变压器中电网的高电压被降压。变压器TF的次级绕组与整流器GR连接，在整流器中变压后的交流电压被整流。在整流器GR之后连接直流电压中间电路ZK，又由直流电压中间电路给逆变器WR馈电。逆变器在此例如实施为脉冲逆变器，其具有开关元件、尤其是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)半导体构件。所描述的由整流器、中间电路和逆变器组成的组合也被称为变频器或牵引变流器。它们的功能通常是，从电网的交流电压产生可在频率和幅度中改变的三相交流电压，利用三相交流电压调节用于牵引轨道车辆的三相电流电机或异步电机的转速和转矩。在图1的示例中，逆变器WR供应布置在端部车体EW的两个传动转向架TDG中的四个牵引电动机。然而替换地以相同的方式可能的是，仅在车厢的前方的端部处、在驾驶舱的区域中布置具有两个被驱动的轮组轴的传动转向架，而在车厢的后方的端部处，在车体过渡部的区域中，作为另外的转向架安装移动式转向架。移动式转向架在此也可以以已知的雅各布转向架(Jakobs-Drehgestell)的形式实施，并且支撑端部车体的后方的端部以及中间车体的前方的端部。具有同样两个被驱动的轮组轴的第二传动转向架例如布置在另外的车体、尤其是中间车体或第二端部车体的下方。针对所述第二传动转向架也可以设置另外的、与直流电压中间电路连接的并且布置在与第二传动转向架相同的车体中的逆变器。

由示例性示出的控制装置ST控制所描述的部件的功能，其中，如果相应的部件为了实施其功能需要控制，则控制装置也可以由多个分别配备给各个部件的装置组成。

图2以俯视图示意性示出示例性的传动转向架TDG。根据图1的示例，列车TZ的端部车体EW的车厢WK支撑在两个这种传动转向架TDG上。每个传动转向架TDG具有两个轮组RS1、RS2，所述轮组固定在转向架框架DGR上。轮组RS1、RS2在此分别由轮组轴RSW1、RSW2、两个车轮R以及轮组轴承RSL组成。转向架框架DGR在此示例性地由在轨道车辆的行驶方向FR上平行延伸的两个纵梁LT以及垂直于纵梁取向的并且与纵梁连接的两个横梁QT组成。在图2的示例中，两个牵引电动机M1、M2分别布置在横梁QT与给相应的牵引电动机M1、M2配备的轮组RS1、RS2的轮组轴RSW1、RSW2之间，并且固定在初级悬挂的转向架框架DGR上。作为所示的所谓的轮组的外支承件的替换，也可以使用内支承件，在内支承件的情况下，纵梁在车轮或轮盘的内部延伸。牵引电动机M1、M2的电机轴线因此与相应的轮组RS1、RS2的转动轴线平行地取向并且因此横向于列车的行驶方向FR地取向。这种布置也在术语横向驱动下已知。将牵引电动机M1、M2的转矩分别通过离合器K1、K2以及传动单元G1、G2、例如减速齿轮传动装置或单级的圆柱齿轮传动装置，机械传输至所配备的轮组RS1、RS2的轮组轴RSW1、RSW2。相应的轮组RS1、RS2通常次级悬挂地并且受限运动地支承在转向架框架DGR中。传动装置G1、G2一方面支撑在轮组轴RSW1、RSW2上，另一方面通过未示出的转矩支柱支撑在转向架框架DGR上。牵引电动机M1、M2因此是全悬挂的，而传动装置G1、G2仅是部分悬挂的。因此，离合器K1、K2补充地具有如下任务，即补偿牵引电动机与传动装置之间的相对运动。为此，尤其是在高速列车中使用圆弧齿离合器，圆弧齿离合器可以补偿这种相对运动。作为图2所示的布置的替换，也仅可以借助离合器并且在没有附加的传动单元的情况下实现牵引电动机与轮组RS1、RS2的机械耦合。也可以想到使用所谓的没有传动装置的直接驱动器。

图3基于图1和图2示意性示出了示例性的具有四个驱动系的驱动系统的部件，根据驱动系描述了根据本发明的对驱动系统的监控。通过共同的变频器以已知的方式给示意性示出的四个驱动系AS1-AS4馈电，从变频器仅示出了根据图1的逆变器WR。尤其在通过共同的逆变器或牵引变流器给多个驱动系馈电时，之前描述的困难在于识别驱动系的故障，因为另外的驱动系可以至少部分地自动补偿驱动系的减小的驱动功率。

根据之前的描述，共同的变频器以通过示例性示出的控制装置ST控制的方式产生在频率和幅度中可改变的三相交流电压，利用三相交流电压控制驱动系AS1-AS4的设计为异步电机的牵引电动机M1-M4的转速和转矩。牵引电动机M1-M4分别通过驱动轴与离合器K1-K4、例如前述的圆弧齿离合器机械连接。离合器K1-K4的相应的从动轴、即负载侧的轴又与传动装置G1-G4的输入侧机械连接，通过离合器建立所述从动轴与相应的驱动轴的连接。如图2所示的那样，相应的传动装置G1-G4的输出侧与轮组RS1-RS4连接。

在示例性示出的驱动系统中，如开头描述的那样，不直接借助布置在轮组轴或车轮上的转速传感器采集轮组RS1-RS4的相应的转速n_rs1-n_rs4，而是间接地从所采集的相应的驱动系AS1-AS4的另外的轴的转速推导出轮组RS1-RS4的相应的转速n_rs1-n_rs4。例如，替代轮组RS1-RS4的转速n_rs1-n_rs4地，借助布置在驱动轴上的转速传感器采集牵引电动机M1-M4的驱动轴的转速n_m1-n_m4。在该配置中，应当在推导出轮组的转速的情况下考虑后置于牵引电动机的离合器的可能存在的滑差，滑差可能导致离合器的驱动轴与从动轴之间的转速差。在该情况下必须考虑布置在离合器K1-K4与轮组之间的传动装置G1-G4的传动比。替换地或针对冗余的采集补充地，例如可想到采集离合器K1-K4的从动轴的转速n_k1-n_k4。

如之前已经提到的那样，定性地估计关于间接采集的相应的轮组的转速的信息，方法是，通过考虑向牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的功率或能量来评估驱动系的状态或驱动系的完整性。

图4示出了示例性的、作为所述评估的基础的、之前关于图1描述的列车TZ的运行情况或行驶情况。在所示的行驶情况的过程中，由驱动链的前置的逆变器向列车的端部车体的四个牵引电动机或两个传动转向架馈入电能，以用于加速到特定的长途行驶速度vr和随后保持所达到的长途行驶速度。在随后的制动的过程中，在使用列车TZ的电动制动器的情况下，由牵引电动机产生电能，电能由牵引电动机输出到逆变器，如果可能的话，通过驱动链例如馈电到滑接线中。

在图4的所示的初始情况中，列车TZ首先在静止状态中位于铁路网的随后被称为起始车站HS的车站的区域中。在离开起始车站HS后，列车TZ在行驶运行中关于铁路网SN在目标车站HZ的方向上运动，列车在那里又呈现静止状态。仅示意性地通过点划线示出起始车站和目标车站HS、HZ。在列车TZ相应地停止在车站HS、HZ的区域中期间，乘客可以进入和离开列车TZ的车体的乘客舱。列车TZ在两个车站HS、HZ之间经过的距离例如可以是几公里，在用于高速范围的列车中尤其也是几十至几百公里。

在图4的示例中，关于路段str确定向四个牵引电动机馈入的并且从牵引电动机输出的能量。所述路段str例如对应于在两个应答器B1、B2或信标之间的距离，两个应答器B1、B2或信标分别靠近车站HS、HZ地布置在铁路网SN的铁路路基中。这种应答器存储可以由轨道车辆在经过应答器时通过适当的天线接收的信息。所存储的和可传输至轨道车辆的信息例如包含应答器的相应的位置，轨道车辆根据所述位置又可以确定其自身的当前位置。所述信息因此特别适用于定义路段的起始点和结束点，因为列车TZ的控制装置ST在驶过相应的应答器B1、B2时可以明确鉴别这些点。因此，对于定义路段str或将路段str存储在列车的与控制装置ST连接的存储装置中来说，定义应答器的位置信息就足够了。替换地，也可以借助应答器的相应的鉴别码进行路段str的定义，鉴别码同样是传输至经过的轨道车辆的信息的一部分。

替代应答器地，例如也可以使用从已知的全球导航系统的信号推导出的位置信息。为此代表性地，在图4中说明了作为这种系统的一部分的卫星SAT。借助包含在卫星信号中的位置信息能够将信息的接收器定位在三维空间中。现代的轨道车辆通常装备有一个或多个用于接收这种全球导航系统的信号的天线，并且通过在相关的接收器中估计所述信号能够确定轨道车辆的当前的地理位置。在使用这种全球导航系统时，可以相应通过说明两个特定的地点或铁路网的路段点、即起始点和目标点来定义路段str。

作为前面描述的对路段str的定义的替换，也可以定义时间段，关于该时间段确定向四个牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的能量。在图4中示例性地说明了时间段zi1，在所述时间段内，列车TZ在所示的行驶情况下经过路段str的特定的部分。仅示例性地说明了时间段zi比列车TZ为了驶过整个路段str所需的相应的总时间更短。通过示例性选择起始时间点或时间段zi1的起点、经过第一应答器B1的时间点，时间段zi1仅包括加速到达到长途行驶速度vr的特定的时间，以及随后的保持所达到的长途行驶速度vr的特定的时间，然而不包括在到达目标车站HZ或经过第二应答器B2之前的制动时间。然而，如前面描述的那样，所选择的时间段zi1或关于该时间段确定的能量可以足够用于评估列车TZ的驱动系的相应的状态。优选地，时间段应当被测定为，在轨道车辆的正常的或预期的运行中，在所述时间段期间至少部分地实现能量的馈入和/或输出。

在定义路段或时间段时，例如可以补充地考虑速度阈值vsw，在正常的或预期的运行中，轨道车辆的速度在时间段的过程中必须升高到速度阈值以上，并且必要时补充地必须关于特定的时间间隔保持该速度。轨道车辆的这种需要的最小速度确保了需要向牵引电动机馈入能量，以便实现或保持最小速度。如果在实际的运行期间，轨道车辆的速度阈值vsw例如由于铁路网上的故障而没有或不足够长时间地被超过，则可以不考虑对关于该路段或关于该时间段所确定的能量的进一步处理，并且可以由轨道车辆的控制装置开始随后关于另外的路段或另外的时间段再次确定能量。

为了对基于时间段zi1的评估进行检验或确认，也可以定义随后的另外的时间段zi2、zi3，关于所述另外的时间段以相同的方式确定向四个牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的相应的能量，其中，如在图4中示例性示出的那样，所述另外的时间段也可以具有不同的持续时间。因此，例如大于第一时间段zi1和随后的第三时间段zi3的持续时间地选择第二时间段zi2的持续时间，因为在第二时间段zi2内，由于仅保持所达到的长途行驶速度而预期比在第一时间段zi1和第三时间段zi3中的能量馈入或能量输出更小的能量馈入，所述第一时间段zi1和第三时间段zi3包含以高的能量馈入或能量输出来加速或制动的阶段。在保持长途行驶速度期间并且尤其是在具有斜坡的路段区段中，也可以存在较长的时间间隔，在所述较长的时间间隔中列车TZ仅滑动并且不向牵引电动机馈入能量。尤其是当长途行驶速度靠近所定义的最小速度时，也应当在定义示例性的第二时间段zi2时考虑这一点。如果第二时间段zi2与两个其他的时间段zi1、zi3相比定义为更长时间，则例如也可以仅周期性地(例如每一到十秒)确定分别向牵引电动机馈入的功率，以便限制用于确定关于第二时间段zi2馈入的能量的所要使用的数据的量，而在时间段zil和zi3中分别连续地确定功率。

在图4的示例中，时间段zi1-zi3分别通过较短的时间间隔彼此分离。在所述时间间隔内，如果需要的话，例如可以通过列车的控制装置实现能量的确定、驱动系的状态的推导以及措施的采取。然而，时间段zi1-zi3可以以相同的方式无缝隙地彼此连接，并且与所提到的步骤平行地进行功率的连续的或周期性的确定。

对应于所描述的多个时间段的设置，尤其是为了检验或确认所推导出的列车的驱动系的状态，可以以相同的方式将前述的路段str划分为多个较短的子路段。应当对应于时间段地测定子路段，使得在轨道车辆的正常的或预期的运行之后，在每个子路段中至少部分地实现能量的馈入和/或输出，以便能够根据所确定的能量评估驱动系的相应的状态。

在图4的示例性的行驶情况下，列车TZ从在起始车站HS的区域中的停车期间的静止状态加速到例如由车辆驾驶员选择的长途行驶速度vr，关于较长的路段或关于较长的时间间隔保持该长途行驶速度vr，并且在到达目标车站HZ之前又制动，以便最后在目标车站HZ的区域中达到停止或者再次转入静止状态。图4的第一图表示例性示出了列车关于距离d、特殊地关于通过两个应答器B2、B2定义的路段str的速度v的变化过程。随后不再进一步考虑应答器B1、B2之前和之后的路段。位于下方的第二图表示例性示出了向列车TZ的四个牵引电动机馈入的或从牵引电动机输出的功率P的总和的相关的绝对值。

在经过第一应答器B1、第一路段点d0(其说明了所定义的路段str的起点)之后，列车TZ的控制装置开始连续地确定向牵引电动机馈入的功率。直到到达第一路段点d0，列车已经由驱动系统加速至特定的速度，因此，第一图表的速度曲线(从路段点d0开始)不是从零开始。在第一路段点d0与第二路段点d1之间的子路段的过程中，列车进一步加速到期望的长途行驶速度vr。如可从下方的图表得出的那样，向牵引电动机馈入的功率在关于子路段d0-d1的加速过程期间保持恒定。如果在路段点d0中，基于力配合还限制馈入的功率，则功率也可以关于子路段d0-d1提升。在两个图表中在子路段d0-d1上的速度曲线和功率曲线的图示是纯示意性的，在实践中，速度增加和馈入的功率都不是完全线性地变化的。

在加速子路段结束时向牵引电动机馈入的功率p足够用于在随后的在第二路段点d1与第三路段点d2之间的较长的子路段上保持所达到的长途行驶速度vr。子路段d1-d2可以是几公里、在用于高速范围的列车中尤其也可以是几十至几百公里。如之前已经描述的那样，在子路段d1-d2的过程中出现功率馈入的波动，因为尤其在滑动阶段期间并且在具有斜坡的路段区段上，向牵引电动机馈入减小的能量，或不向牵引电动机馈入能量。长途行驶速度vr也可以关于子路段d1-d2变化，例如由于以所需的较小的速度驶过路段区段。因此，在子路段d1-d2中也可以包含路段区段、尤其是具有斜坡的路段区段，在所述路段区段中列车通过使用电动制动器减小长途行驶速度并且牵引电动机相应地输出电能。

在到达目标车站HZ之前，列车在达到第三路段点d2时从之前保持的长途行驶速度开始制动，以便最后在目标车站HZ的区域中停止。对于该制动，列车优选完全使用或通过另外的制动装置支持地使用电动制动装置，其中，由牵引电动机产生和输出电功率。

在达到第二应答器B2、第四路段点d3(其定义了所定义的路段str的结束)时，列车的控制装置ST停止连续地或周期性地确定关于子路段d0-d1、d1-d2和d2-d3向牵引电动机馈入的和从牵引电动机输出的功率。在到达第二应答器B2之前的最后的子路段d2-d3的过程中，列车的速度v通过制动减小为较低的速度，利用该较低的速度可以安全驶入目标车站HZ的区域中。类似地，从牵引电动机输出的功率也从在制动开始时高的值减小为最后较低的值，如其又示例性地在图4的下方的图表中示出的那样。

最后，图5示出了根据本发明的方法的示例性的流程图，随后参考图4的所描述的行驶情况阐述所述流程图。在列车的控制装置ST中可以实现所有描述的方法步骤，然而可以以相同的方式针对不同的步骤也共同使用不同的、设置用于特定的功能的控制装置或多个控制装置。

该方法在第一方法步骤VS1中开始。在第二方法步骤VS2中，首先定义路段，关所述路段应当确定分别向四个牵引电动机馈入的和可能从牵引电动机输出的能量。如描述的那样，例如通过说明两个路段点、例如应答器B1和B2的地点来确定所述路段。两个路段点和由此待考虑的路段例如可以由车辆驾驶员或控制装置本身、例如基于可用的路段图被确定，并且存储在控制装置的存储单元中。

在第三方法步骤VS3中，控制装置在经过所定义的起始路段点或第一应答器B1之后开始连续地或周期性地确定分别向列车的四个牵引电动机馈入的功率。在此可以由控制装置考虑到的是，在一个或多个驱动系中出现例如滑动保护或离心保护的调节干预。尤其在车辆加速期间、例如当基于车轮与轨道之间的很小的静摩擦必须调节轮组时，进行这种干预。在探测到出现这种调节时，滑动保护功能或离心保护功能通过减小馈入的功率来减小相关的驱动系的牵引电动机的转矩。因此，在此有针对性地减小向驱动系中的一个馈入的功率，然而所述功率不能够直接推断出对该驱动系的可能的损害。控制装置例如可以以该方式对这种调节干预做出反应，使得在确定馈入的能量时，控制装置可以不考虑关于调节干预的时间间隔向牵引电动机馈入的功率。然而，在关于其确定馈入的能量的路段足够长的情况下，可以忽略这种调节干预或馈入的功率的短暂的减小的影响，使得控制装置不必特殊地考虑所述影响。

在第四方法步骤VS4中，控制装置检验是否到达所定义的路段的目标路段点，或者列车是否经过了第二应答器B2。如果还没有达到或经过目标路段点(“否”)，则控制装置继续确定分别向四个牵引电动机馈入的或从牵引电动机输出的功率。可以例如在相应地确定功率之后通过控制装置执行、但替换地也周期性地在相应的预设的多次确定之后或在相应的预设的时间间隔之后执行第四方法步骤VS4。然而如果到达或经过了目标路段点(“是”)，则以第五方法步骤VS5继续该方法。

在第五方法步骤VS5中，控制装置确定关于所定义的路段分别向四个牵引电动机馈入的以及可能的从牵引电动机输出的能量的相应的总和。然而在此，不必强制性地作为单独的方法步骤在到达目标路段点之后形成总和，而是例如也可以在相应地确定功率的绝对值之后连续地或周期性地形成总和，使得驱动系的能量的相应的总和在驶过所定义的路段之后是直接可用的。

在第六方法步骤VS6中，控制装置定义能量阈值，在随后的第七方法步骤VS7中，控制装置将四个牵引电动机的相应确定的能量与能量阈值比较。为了定义能量阈值，控制装置例如形成所确定的四个牵引电动机或驱动系的能量的总和，并且随后将其除以牵引电动机的数量。由此产生对于关于线路向牵引电动机馈入的并且可能的从牵引电动机输出的平均的能量的值。控制装置从该值推导出能量阈值。能量阈值在此应当被定义为：通过比较可以对驱动系的相应的状态进行可靠的评估，这一方面可以足够快速地推导，然而另一方面没有不利地提高错误警报的可能性。尤其可以与应用有关地定义能量阈值。例如定义具有如下值的能量阈值，所述值比计算出的平均能量值低50％。该值例如也可以定义为下能量阈值，并且可以将相应例如比计算出的平均能量值高50％的另一值定义为上能量阈值。

在第七方法步骤VS7中，将所确定的四个牵引电动机的相应的能量分别与能量阈值比较。如果在该比较中确定，所确定的驱动系的能量低于下能量阈值或高于上能量阈值(“是”)，则以随后的第八方法步骤VS8继续该方法。相反地，如果确定，四个驱动系的能量都没有低于下能量阈值或超过上能量阈值(“否”)，则可以从中推导出，没有一个驱动系表现出可能的受损、例如离合器的损坏。以相同的方式相应可以从中推导出，间接采集的驱动系的轮组的转速以大的可能性与实际的转速相对应，并且可以由列车的驱动系统和其他系统的另外的调节和控制功能使用。该方法相应在第九方法步骤VS9中结束。

在第八方法步骤VS8中，由控制装置估计第七方法步骤VS7的比较的结果，如果需要的话，采取另外的措施。因此，作为通过比较确定的、驱动系中的一个可能受损的措施例如可以将关于所确定的相关的驱动系的状态的信息发送至列车的另外的控制和调节装置，以便向其发信号：所提供的关于相关的轮组的转速的信息以较大可能性是不正确的。作为另外的措施也可以例如向车辆驾驶员通知故障消息，由此所述车辆驾驶员可以导入另外的所需的步骤。尤其在离合器可能损坏的情况下应当至少减小列车的速度，以避免在驱动系统的另外的部件上的间接损害。

尤其在第五方法步骤VS5中连续地确定分别向牵引电动机馈入的或从牵引电动机输出的能量的总和的情况下，也可以在到达目标路段点之前已经执行第六方法步骤VS6和第七方法步骤VS7。第四方法步骤VS4相应例如可以包含子环，根据子环例如周期性地执行随后的方法步骤VS5至VS9。由此有利地，必要时已经可以在列车的行驶运行期间识别到驱动系中的一个上的可能的受损，并且如果需要的话，已经在该时间点采取措施来保护驱动系统。

在采取措施后或识别到不需要措施之后，根据本发明的方法又在第九方法步骤VS9中结束。

为了减小有错误的结果(其相应于提到的可能的措施会导致限制轨道车辆的正常运行)的可能性，可以重复执行所描述的方法步骤，并且只有在确认在驱动系中的一个中可能存在受损之后才执行所提到的措施。

替换地或补充地，为了确认存在受损，可以在列车的下一停止期间、例如在列车位于目标车站HZ的地点期间执行对驱动系的进一步的检验。所述检验例如可以实现为布置在第七方法步骤VS7和第八方法步骤VS8之间的另一方法步骤的一部分。

为此例如添加列车的可用的机械制动器，使得车辆的运动是不可能的，并且因此在随后的步骤期间不危害乘客的安全。随后，依次通过逆变器来控制所考虑的驱动系的、即根据前述的实施例由共同的逆变器馈电的四个驱动系的牵引电动机，使得牵引电动机产生特定的、有限的转矩。如果该控制导致被控制的牵引电动机以特定的转速转动，该转速通过在牵引电动机的驱动轴上的转速传感器采集，则可以从中推断出在所考虑的驱动系中存在分离。

可以在行驶运行期间借助各个牵引电动机的转速的有针对性的改变执行另一替换的检验，其又作为布置在第七方法步骤VS7与第八方法步骤VS8之间的另外的方法步骤的一部分。如果这种转速改变对于牵引电动机中的一个来说是可能的，则由此又推断出在该牵引电动机的驱动系中的分离。以相同的方式，例如可以在行驶运行期间借助逆变器的信号与干扰信号的叠加来改变牵引电动机的相应的额定力矩。该干扰信号例如设计为，额定力矩和干扰力矩的总和在功能正常的驱动系中不会导致牵引电动机的转速的改变。然而，如果在利用干扰信号控制的驱动系中存在分离，则这导致牵引电动机的转速的可采集的改变，所述改变不通过另外的电机调节来抑制。

Claims (13)

1.一种用于监控有轨车辆的驱动系统的方法，其中，所述驱动系统具有至少两个驱动系(AS1-AS4)和控制装置(ST)，所述驱动系分别具有牵引电动机(M1-M4)和轮组(RS1-RS4)，

其特征在于如下步骤：

确定关于时间段(zi1-zi3)或路段(str)向牵引电动机馈入的和/或从牵引电动机输出的相应的电能；

将所确定的牵引电动机的相应的电能与能量阈值比较；

从所述比较推导出相应的驱动系的状态，并且

随后在行驶运行期间检验所推导出的相应的驱动系(AS1-AS4)的状态，即，控制相应的牵引电动机(M1-M4)，使得所述牵引电动机的轴的转速(n_m1-n_m4)发生改变，并且确定轴的转速(n_m1-n_m4)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定牵引电动机(M1-M4)的相应的电能，连续地或周期性地关于所述时间段(zi1-zi3)或所述路段(str)确定分别向牵引电动机(M1-M4)馈入的和/或从牵引电动机(M1-M4)输出的电功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间段(zi1-zi3)或所述路段(str)被测定为，在所述时间段或所述路段中包含所述车辆的至少一个行驶运行和/或制动运行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，为了确定分别向牵引电动机(M1-M4)馈入的电能，考虑时间段(zi1-zi3)或路段(str)的至少一部分，在所述部分中所述车辆在行驶运行期间以超过预设的速度阈值(vsw)的速度(v)运动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，从所确定的牵引电动机(M1-M4)的能量的平均值推导出所述能量阈值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，从所述牵引电动机的轴的转速(n_m1-n_m4)、离合器的轴的转速(n_k1-n_k4)和/或传动装置的轴的转速(n_g1-n_g4)推导出相应的驱动系(AS1-AS4)的轮组(RS1-RS4)的转速。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，从所推导出的所述相应的驱动系(AS1-AS4)的状态推断出所推导出的所述驱动系(AS1-AS4)的轮组(RS1-RS4)的转速的合理性。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，随后在车辆的停止期间检验所推导出的相应的驱动系(AS1-AS4)的状态，即，在停止的时间段期间控制相应的牵引电动机(M1-M4)，使得所述牵引电动机产生力矩，并且确定所述牵引电动机的轴的转速(n_m1-n_m4)。

9.一种用于监控有轨车辆的驱动系统的设备，其中，

所述驱动系统具有至少两个驱动系(AS1-AS4)和控制装置(ST)，所述驱动系分别具有牵引电动机(M1-M4)和轮组(RS1-RS4)，

其特征在于，

所述控制装置(ST)被设计为，用于确定关于时间段(zi1-zi3)或路段(str)向牵引电动机(M1-M4)馈入的和/或从牵引电动机(M1-M4)输出的相应的电能；将所确定的牵引电动机(M1-M4)的相应的电能与能量阈值比较；并且从所述比较推导出相应的驱动系(AS1-AS4)的状态，并且

所述控制装置(ST)还被设计为，随后在行驶运行期间检验所推导出的相应的驱动系(AS1-AS4)的状态，即，控制相应的牵引电动机(M1-M4)，使得所述牵引电动机的轴的转速(n_m1-n_m4)发生改变，并且确定轴的转速(n_m1-n_m4)。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述车辆被设计为轨道车辆。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述车辆被设计为列车(TZ)。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中，在每个驱动系(AS1-AS4)中，在所述牵引电动机(M1-M4)与轮组(RS1-RS4)之间布置有离合器(K1-K4)和/或传动装置(G1-G4)。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，在每个驱动系(AS1-AS4)中，至少一个转速传感器布置在所述牵引电动机(M1-M4)的轴上、离合器(K1-K4)的轴上和/或传动装置(G1-G4)的轴上。

Images