CN112368197A - 用于智能货运车厢的监测和诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，包括：多个传感器单元(1a，1b和1c)，每个传感器单元包括传感器装置(S)和数据传输单元(D)，其中一组传感器单元包括：至少一个功率采集器(P)，其配置成将外界能量转换为电能；以及至少一个储能装置(E)，其可以配置成存储由功率采集器(P)产生的电能；传感器集线器(4)，其包括通信子系统(cs)；和接收器(5)，其中数据传输单元(D)配置成使得传感器单元(1a，1b和1c)将检测/测量的数据传输到传感器集线器(4)，通信子系统(cs)配置成使得传感器集线器(4)通过电缆或无线地将数据传输到接收器(5)。

Description

用于智能货运车厢的监测和诊断系统
技术领域
本发明涉及一种监测和诊断系统，特别是用于轨道车厢或货运车厢的监测和诊断系统。
背景技术
当使用配备有气动制动系统的货运车厢运输货物时，货运车厢、尤其是其制动系统还需要对货物进行监测和诊断，使得车厢管理员、现场操作员(在运输之前进行列车编组时通过测试制动操作来操作制动系统的人员)、基础设施所有人和运输公司可以获得有关其资产的详细信息。该信息主要包括以下内容：
﹣气动制动系统的参数(车厢管理员和/或现场操作员)，
﹣车轴轴承的参数(车厢管理员)，
﹣车轮参数(车厢管理员)，
﹣铁路轨道的参数(基础设施所有人)，
﹣所运输的货物的参数(运输公司及其客户)，以及
﹣静态数据(列车编组、列车中的车厢顺序)。
制动系统参数例如是制动块厚度、制动管、制动缸和控制阀中的压力水平等等。测量到的压力水平与最佳压力水平之间的偏差可以指示可能的制动系统故障，例如制动阀故障、制动卡死或拖滞、制动施加缓慢、制动释放缓慢(这些反应时间(释放、施加等等)在特定的轨道标准(EN15355、UIC540)中进行了详细描述。超过这些时间指示制动系统发生故障。结果，这些货车被禁止通行)、储器充注缓慢、或空/负载阀故障。也可以通过温度传感器感测由于制动衬块和制动盘/车轮(螺纹制动器)的摩擦而引起的不允许的发热来识别制动卡死或拖滞。也可以通过系统中残留的高压力(由于释放缓慢故障)或通过感测制动机构的位置来识别制动拖滞。在最坏的情况下，车轴轴承故障可能会导致脱轨。这些故障可以通过由温度传感器感测到的不允许的发热以及还通过监测制动系统压力来识别，在此，可以检测货车过度制动和制动不足。过度制动可能会导致过多发热或车轮变平整，而另一方面制动不足可能会导致制动性能较差。车轮参数和与车轮参数有关的几何形状问题可以通过放置在轨道车厢上(车轮车轴上和/或托架上)的加速度传感器来识别。类似于车轮参数，铁路轨道参数和与铁路轨道参数有关的几何形状问题也可以通过加速度传感器来识别。通过使用制动诊断系统，可以通过采取必要的预防措施来避免上述故障模式。还应监测运输货物，例如，以确定装载在货车上的货物的重量，这可以通过使用制动系统中包含的继动阀和称重阀监测阀压力来实现。监测方法取决于货物和轨道车厢的类型。最常使用温度传感器、压力传感器和加速度传感器。还需要考虑其他参数，例如舱门开/闭情况。
然而，具有先进技术的货运车厢缺少沿列车延伸的电力线，这使得难以提供各种电子功能来诊断轨道车厢部件或监测货运车厢承载的货物。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种监测和诊断系统，特别是用于轨道车厢/货运车厢的监测和诊断系统，其结构简单并且包含足够的能量来执行各种电子功能以诊断轨道车厢部件和/或监测由货运车厢承载的货物。
上述问题通过根据权利要求1所述的监测和诊断系统解决。本发明的其他进一步的有利开发在相应的从属权利要求中要求保护。
根据本发明，一种用于轨道车厢的监测和诊断系统，包括多个传感器单元、传感器集线器(hub)和接收器，其中一组传感器单元包括至少一个功率采集器和至少一个储能装置。每个传感器单元包括传感器装置和数据传输单元。传感器集线器还包含通信子系统并且还可以可选地包含传感器装置。
功率采集器配置成将外界能量转换为电能，并且其可以是例如光伏板、热电发电机、压电发电机、车轴轴承发电机或小型涡轮机。功率采集器设置成为传感器装置和/或数据传输单元通电和/或设置成为储能装置充电。监测和诊断系统中的传感器单元中的至少一个传感器单元包括功率采集器。
储能装置可以是任何类型的电池、蓄电池、电容器、或超级电容器等等。监测和诊断系统中的传感器单元中的至少一个传感器单元包括储能装置。
传感器单元可以既不包含功率采集器也不包含储能装置。没有储能装置的传感器单元可以由其他电源(例如，从带有储能装置的另一传感器单元)或者从传感器集线器供电。
取决于测量到的参数，传感器装置可以是任何类型的模拟或数字装置。最常见的是，使用用于检测例如制动系统的状态的压力传感器、用于检测例如轴承的状态的温度传感器、以及用于测量例如车轮和轨道的几何形状(例如平整度和圆度)的加速度或振动传感器。
数据传输单元负责将检测到/测量到的传感器装置数据传输到传感器集线器，或者通信子系统负责将数据从传感器集线器传输到接收器。数据传输可以通过电缆或无线地进行。
附图说明
参考以下对优选实施例和附图的描述，本发明的进一步的目的和优点将变得明显。
图1是根据本发明的一个实施例的监测和诊断系统的示意图。
图2是图1的所述监测和诊断系统中的传感器单元的示意图。
图3是图1的所述监测和诊断系统中的传感器集线器的示意图。
具体实施方式
图1示出了货运车厢10、其制动机构12以及监测和诊断系统，所述监测和诊断系统包括传感器单元1a、1b和1c、传感器集线器4和接收器5。在该实施例中，传感器单元1a附接到货运车厢10的外部底盘，以测量例如制动系统压力；传感器单元1b附接到货运车厢10的制动机构12，以测量例如与制动系统相关的参数以便确定制动机构是否正确运动和/或测量制动块厚度；传感器单元1c被放置在货运车厢的内部以测量货物的状态，例如货物温度(例如所运输的食物的温度)、货物压力(例如所运输的气体、流体、危险货物的压力)或货物位置(例如所运输的箱子、煤炭等等的位置)。传感器集线器4被放置在货运车厢10的内部，并且配置成从传感器单元1a、1b和1c接收所有检测到的数据。接收器5位于后台服务器中，并且配置成无线地从传感器集线器4接收数据。可替代地，接收器5可以定位在机车上或在道路侧/轨道侧。
图2示出了传感器单元1a、1b和1c之一。在该实施例中，传感器单元1a/1b/1c设置有一个功率采集器(P)和一个储能装置(E)，该功率采集器配置成将外界能量转换为电能，所述储能装置配置成存储由功率采集器(P)产生的电能。此外，传感器单元1a/1b/1c包含传感器装置(S)和数据传输单元(D)。
在一替代优选实施例中，每个传感器单元1a、1b和1c均包括传感器装置(S)和数据传输单元(D)，但是并非所有传感器单元都包含功率采集器(P)或储能装置(E)。可能是，只有一个传感器单元1a/1b/1c设置有功率采集器(P)，只有一个传感器单元1a/1b/1c设置有储能装置(E)，并且其他传感器单元从该一个储能装置(E)被供应能量。
在另一替代实施例中，从传感器集线器4的电源子系统(ps)向其他传感器单元供应能量，这将在下面更详细地描述。
图3示出了图1的监测和诊断系统中的传感器集线器4。传感器集线器4包含模拟传感器输入端口(ai)和数字传感器输入端口(di)、数据存储器(ds)、通信子系统(cs)、电源子系统(ps)和作为GPS传感器的传感器装置(sd)。输入端口(ai和di)配置成与传感器单元1a、1b和1c的传感器装置连接。传感器数据存储在数据存储器(ds)中或者通过通信子系统(cs)无线地发送到接收器5。数据存储器(ds)包含静态数据集，所述静态数据集包括例如货车编号、车厢类型、车厢管理员数据等等。电源子系统(ps)设置成为传感器集线器4本身供电。
在另一实施例中，电源子系统(ps)可以配置成为没有储能装置或缺少电能的传感器单元1a、1b和1c中的一些通电。电源子系统(ps)可以包含任何类型的储能装置，例如电池、蓄电器、电容器、超级电容器等等，并且可以由传感器单元1a、1b和1c的功率采集器(P)充电。传感器集线器4可以配置成使得电源子系统(ps)是可更换的。
在另一实施例中，传感器集线器(4)可以仅包含上述装置ai、di、ds、cs、ps和sd的一部分。
作为另一具体实施例，货运车厢10的制动系统(未示出)包含控制阀(例如KETM阀)、气罐(储器、辅助储器、应急储器等等)以及制动缸，它们经由制动管彼此流体连通。传感器单元1a与控制阀直接连接或者集成在控制阀中，以测量制动缸压力、制动管压力、应急储器压力、辅助储器压力、控制压力、重量信号压力等等。传感器单元1b与制动机构12相连接，以测量与车轮几何形状相关的数据。传感器单元1c安装在货运车厢10中，以测量与货运货物相关的数据。
来自传感器单元1a、1b和1c的测量到的传感器数据被发送到传感器集线器4并且从传感器集线器4被发送到接收器5。从传感器集线器4发送到接收器5的数据也可以包含GPS坐标和静态数据，例如货车编号和/或车厢管理员信息。
作为一更详细的实施例，功率采集器(未示出)设置有传感器单元1a，并且它是微型涡轮机，其连接在制动系统中的气流(例如，输出到大气的气流)路径中。微型涡轮机优选地是所谓的特斯拉涡轮机，这是因为当放置在气流中时，该特斯拉涡轮机具有低的空气阻力。也可以在制动系统中安装一附加的空气罐，并将微型涡轮机连接在该附加的空气罐的气流路径中。在该示例中，微型涡轮机配置成从气流产生电能以对储能装置(未示出)进行充电，该储能装置例如也设置有传感器单元1a。监测和诊断系统被配置成使得传感器单元1a中的存储能量可以用于为传感器单元1a、1b和1c中的一些或全部通电。

Claims (15)

1.用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，包括：
﹣多个传感器单元(1a，1b和1c)，每个传感器单元包括传感器装置(S)和数据传输单元(D)，其中一组传感器单元包括：至少一个功率采集器(P)，所述功率采集器配置成将外界能量转换为电能；以及至少一个储能装置(E)，所述储能装置配置成用于存储由所述功率采集器(P)产生的电能，
﹣传感器集线器(4)，所述传感器集线器包括通信子系统(cs)和
﹣接收器(5)，
其中，所述数据传输单元(D)配置成使得所述传感器单元(1a，1b和1c)将检测/测量到的数据传输到所述传感器集线器(4)，所述通信子系统(cs)配置成使得所述传感器集线器(4)通过电缆或无线地将数据传输到所述接收器(5)。
2.根据权利要求1所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)设置有传感器装置(sd)。
3.根据权利要求1或2所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)设置有GPS传感器。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述功率采集器(P)是光伏板、热电发电机、压电发电机、车轴轴承发电机或小型涡轮机。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述功率采集器(P)设置成为所述传感器装置(S)和/或所述数据传输单元(D)通电和/或设置成为所述储能装置(E)充电。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述储能装置(E)是电池、蓄电器、电容器或超级电容器中的任一种。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，至少一个传感器单元(1a，1b或1c)既不包含功率采集器(P)也不包含储能装置(E)，而是配置成由设置有储能装置(E)的另一传感器单元(1a，1b或1c)供电或者从所述传感器集线器(4)供电。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器单元(1a，1b，1c)包括压力传感器和/或温度传感器和/或加速度计和/或振动传感器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述接收器(5)是路侧/轨道侧接收器、后台服务器、或定位在机车上的接收器。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器单元(1a)直接与所述轨道车厢(10)的制动系统的控制阀连接或者集成在所述控制阀中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)设置有数据存储器(ds)。
12.根据权利要求11所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)的所述数据存储器(ds)配置成存储轨道车厢(10)的静态数据。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述功率采集器(P)是微型涡轮机，所述微型涡轮机设置成从气流产生电能。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)包括至少一个模拟输入端口(ai)或一个数字输入端口(di)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的用于轨道车厢(10)的监测和诊断系统，其中，所述传感器集线器(4)包括至少一个电源子系统(ps)。
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