CN113247046B - 一种铁路货车车载监测装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路货车车载监测装置及其运行方法，所述监测装置包括壳体、发电部和监测部，所述发电部其设置于所述壳体的内部空间内，包括发电模块和电源模块，所述发电模块包括转子和定子，所述转子为磁性部/感应部，对应地，所述定子为感应部/磁性部，所述电源模块与感应部相连接，经过对感应部的感生电流的处理为监测部供电；所述监测部位于线路板上，包括传感模块、通信模块和处理模块。本发明提供的监测装置能够自供电，安装方便，采集数据的种类多样，数据的采集及上报灵活，既能满足数据监测的精度要求，也节省电量；可以根据监测数据自适应调整数据的采集、上报的频率，能够及时地发现并上报异常数据。

Description

一种铁路货车车载监测装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别地涉及一种铁路货车车载监测装置及其运行方法。

背景技术

在铁路系统中，与客车不同，货车具有调度灵活、列车编组多变的运行特点，而现有技术中对货车的监控主要依赖于地面系统。如5T系统是车辆运行安全监控系统的简称，由TPDS(Truck Performance Detection System，车辆运行品质轨边动态监测系统，简称TP)、THDS(Trace Hotbox Detection System，红外轴温探测系统，简称TH)、TADS(Trackside Acoustic Detection System，货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统，简称TA)、TFDS(Trouble of moving Freightcar Detection System，货车运行故障动态图像检测系统，简称TF)和TCDS(Train Coach running safety Diagnosis System，客车运行安全监控系统，简称TC)五个系统组成。TP重点发现和防范货车运行品质不良、车轮踏面损伤和超偏载等安全隐患；TH重点发现车辆热轴、防止热切轴；TA重点发现和防范货车滚动轴承裂纹、破损等安全隐患；TF重点发现车辆关键部位，如制动梁脱落、摇枕、侧架、钩缓等大部件裂损，枕簧丢失、窜出等故障；TC主要防范客车热轴事故。以上系统主要是通过地对车的方式(人检和基站式监测)，例如，通过在列车轨道沿线安装车号自动识别天线、轨边红外线探头、双向压力传感器、不打孔剪力传感器、噪声采集阵列、高速摄像头等传感器件，完成对车辆轴承温度的检测、车辆超偏载检测、踏面损伤检测、货车位置的定位等内容，并通过将检测信息实时上传到车辆运行安全监测站。然而，这种方法并没有实现车辆运行状态的实时监控，监控的实时性与轨道全线布局传感器件与探测站点的数量、距离有直接关系，货车的位置信息是间断的，实时性差、数据量小。另外有一些方案在货车上设置了专用的定位装置，如申请号为202010334720.7、名称为“一种基于风能自发电的货车定位装置及方法”的中国发明专利申请中公开了一种定位装置，其在货车上设置专用焊架，将定位模块、自发电装置等固定在所述专用焊架上，利用定位模块，如GPS模块或北斗导航模块获取货车的位置信息，从而可以得到货车的连续位置信息。然而，由于货车用途、种类繁多、车体结构差异大，该专利申请中公开的定位装置所需要的专用焊架很难适应所有的货车车体，需要针对不同的车体设计相应的焊架结构，并选择相应的安装位置，这种结构及安装位置的不统一为安装及维修带来了困难。另外，这种专用定位装置仅采集货车的位置数据，数据种类单一，无法满足监控货车的所需要的数据需求，因而还需要地面监测设备来获取相应的数据，仍然没有解决数据实时性差的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种铁路货车车载监测装置及其运行方法，用以安装在货车上以实时获取货车监测数据。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种铁路货车车载监测装置，其中包括：壳体、发电部和监测部；发电部，其设置于所述壳体的内部空间内，其包括发电模块和电源模块，所述发电模块包括转子和定子，所述转子为磁性部/感应部，对应地，所述定子为感应部/磁性部，所述电源模块与感应部相连接，经过对感应部的感生电流的处理为监测部供电；所述监测部位于壳体内的线路板，并与发电部的电源模块连接，其包括传感模块、通信模块和处理模块，所述传感模块至少包括温度传感器和振动传感器，经配置以至少采集货车轮轴组件中被监测部件的温度数据和振动数据；所述通信模块经配置与外部设备进行通信；所述处理模块连接所述通信模块和传感模块，经配置至少用以调整传感模块采集数据的采集模式及与外部设备的通信；其中，所述发电模块的转子在壳体内部与壳体固定连接，发电模块的定子通过轴承与转子或壳体相连接；在应用时由车轮的轴承前盖上的原有螺栓将壳体固定连接在轴承前盖上。

优选地，所述监测部与所述发电部中的感应部固定在一起。

优选地，所述转子和定子分别为圆环状，转子随货车车轮的轴承前盖转动；定子通过轴承与所述转子的外环或内环或壳体相连接。

其中，所述感应部为转子，监测轴承的温度传感器为接触式温度传感器或红外式温度传感器；监测车轮轮辋的温度传感器为红外式温度传感器，其探测端设置在所述壳体上的传感器安装孔内，并与车轮轮辋温度采集部位相对。

其中，所述感应部为定子，监测轴承的温度传感器为红外式温度传感器。

优选地，对应一个监测部件的温度传感器为多个，分别对应不同的温度采集部位。

优选地，所述传感模块还包括加速度传感器和/或温湿度传感器。

优选地，所述监测部还包括卫星定位模块，经配置以获取货车的实时位置和/或车速数据。

优选地，所述通信模块包括物联网通信单元，经配置以与通信范围内的合法外部设备建立第一网络以实现与合法外部设备之间数据的接收和发送。

优选地，所述通信模块还包括移动通信单元，经配置以接入移动通信网络，经所述移动通信网络向监测平台上报监测数据。

优选地，所述处理模块包括：

数据处理单元，其与所述传感模块中的传感器相连接，经配置按照预置数据采集模式从多个传感器获得对应类型的传感器数据，并经过处理后得到相应类型的监测数据；

数据分析单元，其与所述数据处理单元相连接，经配置以对当前获得的监测数据进行分析；

采集模式调整单元，其与所述数据分析单元相连接，经配置在监测数据符合调整采集模式的条件时调整相应类型监测数据的采集模式；以及

数据传输单元，其与所述通信模块相连接，经配置以经过所述通信模块发送所述监测数据，和/或接收本装置需要的监测参数。

优选地，其中所述处理模块还包括报警信息生成单元，其与所述数据分析单元相连接，经配置以在监测数据符合生成报警信息的条件，在所述监测数据中增加报警信息。

优选地，所述监测参数包括数据采集模式、调整采集模式的条件参数和生成报警信息的条件参数中的一种或多种。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种运行在前述铁路货车车载监测装置的运行方法，其中，所述铁路货车车载监测装置具有唯一的一个编号，并与其所在车轮的位置一一对应；所述铁路货车车载监测装置的类型为车载网关或车载采集装置，所述方法包括：

按照每种类型数据的预置数据采集模式采集对应类型的数据，并处理得到相应类型的货车监测数据；

分析每种类型的货车监测数据，响应于所述监测数据符合调整采集模式的条件，调整所述类型监测数据的采集模式；

与同一货车中的一个或一个以上的合法外部设备组建第一网络，其中所述合法外部设备为安装在同一节货车其他车轮轴承前盖的、类型为车载网关的铁路货车车载监测装置和/或类型为车载采集装置的铁路货车车载监测装置；其中，组成第一网络的多个铁路货车车载监测装置中的一个的类型为车载网关；以及

根据本铁路货车车载监测装置类型传输货车监测数据；

其中，在本铁路货车车载监测装置类型为车载采集装置时，以第一网络中的车载网关作为数据传输目的地，基于当前第一网络中的多个车载采集装置计算得到路由通道，由最优的路由通道向车载网关传输本铁路货车车载监测装置采集的货车监测数据；作为第一网络中另外车载采集装置的路由通道中的车载采集装置转发所述另外车载采集装置采集的货车监测数据；

在本铁路货车车载监测装置类型为车载网关时，接收来自第一网络中车载采集装置的货车监测数据，按照预置的间断上报模式或实时上报模式通过移动通信网络向监测平台发送货车监测数据。

优选地，当采集的为轴承温度数据时，根据由温度采集部位确定的参数计算温度补偿系数，根据所述温度补偿系数对采集得到的轴承温度数据进行计算以得到轴承温度监测数据。

优选地，每种类型的货车监测数据的数据采集模式相同或不同。

优选地，在分析每种类型的货车监测数据时还包括：响应于所述监测数据符合生成报警信息的条件，在所述的类型的监测数据中增加报警信息。

优选地，所述合法外部设备为同一节货车上的车载网关和/或车载采集装置；根据本铁路货车车载监测装置类型传输货车监测数据的步骤进一步包括：

在本铁路货车车载监测装置为车载网关时，响应于监测数据中有报警信息，实时向监测平台发送包括了所述报警信息的货车监测数据；

在本监测装置为车载采集装置时，通过第一网络将监测数据发送给车载网关。

优选地，在本监测装置为车载网关时，还包括接收来自监测平台的各种监测参数，并将相应的监测参数通过第一网络发送给同一货车上的货车车载采集装置。

本发明提供的监测装置能够自供电，安装方便，采集数据的种类多样，数据的采集及上报灵活，既能满足了数据监测的精度要求，也节省电量；并且能够根据监测数据自适应地调整数据的采集频率、上报频率，能够及时地发现并上报异常数据。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1A是根据本发明一个实施例提供的一种货车轮轴组件的正面示意图；

图1B是图1A中的货车轮轴组件沿A-A线剖开的侧面剖示图；

图2A是根据本发明的一个实施例提供的一种货车车载监测装置的原理框图；

图2B是根据本发明的一个实施例的发电模块的原理示意图；

图3是根据本发明实施例一的监测装置的功能原理框图；

图4是根据本发明实施例一的监测装置的结构示意简图；

图5是根据本发明实施例一的监测装置的处理模块的功能框图；

图6是根据本发明实施例一的一节货车上的监测装置分布示意简图；

图7是根据本发明实施例三的监测装置的功能原理框图；

图8是根据本发明实施例三的监测装置的处理模块的功能框图；以及

图9是根据本发明实施例三的监测装置的数据采集方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本发明提供了一种货车车载监测装置，其安装在货车轮轴组件上，以采集相应轮轴组件的数据。图1A是根据本发明一个实施例提供的一种货车轮轴组件的正面示意图；图1B是图1A中的货车轮轴组件沿A-A线剖开的侧面剖示图。铁路货车的货车轮对包括车轮800和车轴801，车轮800与车轴801压装在一起，车轴801两端安装有轴承802，轴承802内圈与车轴801的轴颈过盈配合，轴承802外圈固定有承载鞍806，承载鞍806和转向侧架808之间设置有轴箱橡胶垫807。其中，轴承802外侧暴露部分由轴承前盖803包覆，轴承前盖803上设置有连接螺栓孔，对应的车轴端面设有螺孔，螺栓804通过轴承前盖803上的螺栓孔与车轴螺纹连接。通常，在螺栓804与轴承前盖802之间还包括防松垫片，多个螺栓之间设置有自封锁，从而可以保证螺栓连接的可靠性。另外，在螺栓804和轴承前盖803之间还固定有标志牌805，其上刻有如轮、轴及其组装等信息。当车轮转动时，轴承802及轴承前盖803同时转动，而承载鞍806和转向侧架808等结构相对车体静止。本发明提供的货车车载监测装置安装在上述轮轴组件上。以下结合图1A-1B的轮轴组件结构关系，对本发明的技术方案详细说明如下。

图2A是根据本发明一个实施例提供的一种货车车载监测装置的电气原理框图。在本实施例中，所述货车车载监测装置设置在货车轮轴组件上，其包括发电部1和监测部，监测部包括数据获取模块2、处理模块3和通信模块4。其中，所述发电部1安装在货车车轴承前盖上，用以提供供电电源，图中的粗实线为供电线路，细实线为传输信号的控制线路。数据获取模块2获取需要监测的货车数据，例如定位数据、振动数据、温度数据、货车速度、环境温湿度等等。处理模块3分别所述数据获取模块2和通信模块4相连接，控制货车数据的获取及与外部设备的通信。例如针对不同类型的数据采用不同的采集模式、采集频率采集数据，并对数据获取模块2获取的货车数据进行处理以得到符合要求的监测数据，根据监测数据的实际情况通过通信模块4将监测数据发送给外部设备；同时，也可以通过通信模块4接收外部设备发送来的监测数据，如采集模式、采集频率，调整采集频率时的条件参数等。当然，在进行数据传输时还对其进行加密，接收到数据时为了处理数据对其进行解密，以此保证数据的安全。本发明可采用当前任一种保证数据传输安全的加解密方法，在此不再赘述。在本发明中，所述的货车车载监测装置采用自供电模块为其运行供电，因而扩大了获取数据的种类和范围，保证了数据采集、发送的可靠性和稳定性。

图2B是根据本发明一个实施例的发电部的原理示意图。在本实施例中，所述发电部1包括发电模块11和电源模块12，所述电源模块12包括电源转换单元121、储能单元122和电源输出单元123。在本发明中，发电模块11包括磁性部111和感应部112，根据磁性部111和感应部112的转动相对关系，磁性部111为转子时，感应部112为定子，磁性部111为定子时，感应部112为转子，转子与定子的形状可以是任何一种与安装位置、结构相适应的形状。在本明中，为了使定子与转子产生相对运动，本发明中的定子采用偏重设计结构。例如，给定子增加配重，使其重心偏下，在转子随车轮转动时，而使得定子相对车体保持静止，从而在作为定子或转子的感应部中感生出电流。

所述电源模块12中的电源转换单元121、储能单元122和电源输出单元123中的电路元件，如整流器、电磁继电器、三极管电路、MCU及其外围电路(指示灯、接口等)、作为储能元件的充电电池、复合电容、充放电控制电路等设置在一块线路板上。所在的线路板与感应部112固定在一起，所述感应部112可以是由线圈构成的绕组，或者是构成闭合线路的金属板，其与线路板单独设置，但是电连接在一起。或者，所述感应部112采用印刷、涂敷等工艺印制在线路板上。例如，磁性部111为整体呈环状的永磁体，所述感应部112整体也为环状，所述磁性部111通过连接件固定在货车车轮的轴承前盖(参见图1A-1B)，随轴承前盖转动，所述感应部112通过轴承与所述磁性部111的外环/内环或轴承前盖或壳体连接。当然，也可以反过来，即感应部112固定在货车车轮的轴承前盖，所述磁性部111通过轴承与感应部112的外环/内环或轴承前盖或壳体连接。转子与轴承前盖的连接结构可以有多种多样，例如，采用圆环状的连接盘，由轴承前盖上的螺栓804固定连接盘，连接盘与壳体可拆卸地连接，转子与壳体位置固定。或者，在壳体上设置螺栓柱，由加长的螺栓804将壳体固定在螺栓头与轴承前盖803之间的空间，转子与壳体位置固定。由装置的壳体带动转子随轴承前盖转动。并且，可以壳体的各种连接缝隙处增加密封装置，从而可以保护壳体内部的结构和电气元件不受风沙雨雪等的侵袭，以适应货车各种运行环境。

在一实施例中，如图2B所示，环状的磁性部111为转子，同外壳体一同固定在货车车轮的轴承前盖803上(参见图1A-1B)，或者通过内环壳体固定在轴承前盖803上，其通过轴承与作为定子的感应部112的内环相连接。

电源转换单元121例如包括整流器、滤波器、DC-DC交换器、稳压电路、保护电路、分流电路等等，其输入端与所述感应部112的输出端相连接，将感应部输出的交流电流转换为直流电，并提供充电端和供电端。储能单元122的输入端连接电源转换单元121的充电端，并提供供电端。电源输出单元123的输入端分别连接电源转换单元121和储能单元122的供电端，电源输出单元123的输出端为整个监测装置供电。发电部11产生的电能经过电源转换单元121为电源输出单元123供电，即为整个监测装置供电，如果电量足够，同时也可以为储能单元122少量充电，由储能单元122对发电部11产生的电能进行存储。当监测装置用电量小时，发电部11经过电源转换单元121为储能单元122大量充电。因而可使得储能单元122一直处于充电满足状态。在发电部11没有电能产生或其产生的电能较少时，储能单元122放电，为电源输出单元123供电，即为整个监测装置供电。因而，本发明中的储能单元122一直处于浮充状态，在发电量充足时充电，在发电量不足时放电，从而能够持续地为监测部供电，便监测部能够连续获取数据。

数据获取模块2、处理模块3和通信模块4可设置在一个线路板上，其可与发电部1的线路板为同一个，也可以根据安装位置分为多个线路板，板与板之前通过接口相对插连接。

本发明中的数据获取模块2可以包括多种不同类型的单元或模块，例如，数据获取模块2包括传感单元，其根据需需要，包括各种传感器，如温度传感器、振动传感器、加速度传感器、温湿度传感器等，还可以预留有信号接口，用于与货车上设置的其他传感器、检测器相连，例如货车上可能设置的压力传感器或载重检测器、采集车轮踏面温度数据的温度传感器等等。传感单元中的温度传感器可以采集车轮轮辋温度和轴承温度，根据被监测部件、数据采集部位及传感器的安装位置，温度传感器可以为接触式温度传感器，如感温元件为热敏电阻的温度传感器，或者为红外式温度传感器，其探测头与数据采集部位相对。并且，根据需要，同一种温度传感器，或采集同一被监测部件的温度传感器可以设置多个，从而可以获得更加详细、准确的原始数据。振动传感器安装在线路板上，在车轮转动时，能够得到转轮的振动信号，并通过分析分离出车轮与轨道之间的振动信号和轴承的振动信号，进而得到车轮与轴承的振动数据。

本发明中的数据获取模块2可以包括定位单元，用于获取货车的实时位置和速度数据。所述定位单元为卫星导航模块。其支持BDS(北斗导航系统)，且兼容其他GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)系统。

本发明中的通信模块4包括物联网通信单元41，例如蓝牙模块、LoRa模块、Zigbee模块等，或者其它的物联网通信模块。物联网通信单元41通过与通信范围内的合法装置建立第一网络以实现数据的接收和发送。本发明中的通信模块4还包括移动通信单元42，如接入4G网络的LTE模块、4G LTE模块及接入5G网络的移动通信模块等等，其主要包括天线、射频前端模块(RF FEM)、射频收发模块以及基带信号处理器。本发明通过移动通信单元42可以将获取到的货车监测数据发送到监测平台，也可以从监测平台接收指令及各种参数等。

本发明巧妙地利用现有轮轴组件的结构关系，在其中设置有多种、多个传感器，并利用车轮转动为监测装置中的电气元件的供电，从而可以获取类型丰富的数据。根据应用场景及所需完成相应的功能。以下通过具体实施例对本发明提供的监测装置进行详细说明。

实施例一

图3是根据本发明实施例一的监测装置的功能原理框图。在本实施例中，所述监测装置作为车载采集装置而安装在车轮的轴承前盖。本实施例的监测装置100a包括发电部1a、传感模块2a、处理模块3a和蓝牙通信单元41a。其中，由于本实施例中的监测装置100a仅提供传感器数据的采集、处理及数据传输，功耗小、所需电量小，因而发电部1a中的感应部位于磁性部的内环。如图4所示，为本实施例中的监测装置的结构示意简图。在本实施例中，整体装置为环状，磁性部111与外壳体1101固定为一体，感应部112的一端通过轴承113在磁性部111的内环与其连接，线路板114与感应部112连接为一体，线路板上的天线115从轴承113的中间伸出。感应部112、轴承113、线路板及配重114组成一体后再安装到磁性部111的内环。端部及内壳体连接为一体，简称内壳体1102，其上对应天线115处开设有窗口，从而不影响天线115的信号的发送和接收。线路板及内壳体1102上设置有螺栓804通过的通孔116。在安装时，通过三个螺栓804将监测装置100a固定在轴承前盖上。壳体及磁性部111随轴承前盖转动，感应部112、轴承113、线路板及配重114相对车体静止。线路板上设置有电源模块及传感模块2a、处理模块3a及蓝牙通信单元41a。本实施例的监测装置整体小型化，安装方便，并且不影响货车的其他机械、电气等的性能。

本实施例中的传感模块2a主要有两类传感器，一类是温度传感器21a，另一类是振动传感器22a。在本实施例中，被监测部件为车轮和轴承。在本实施例中采用红外式温度传感器采集轴承的温度，其探测头采集轴承前盖上对应轴承位置的温度，再经过温度补偿处理即可以得到轴承的温度数据。振动传感器22a位于壳体内部，其感测元件及信号传输元件可设置于线路板上，通过感测线路板的振动以得到轴承和车轮的振动信号。当然，为了数据的准确性，提高监测数据的精度，上述的各种传感器也可以是多个，对应于每一个被监测部件设置多个数据采集部位，从而能够精确地监测到被监测部件的数据。另外，本实施例中的传感模块还可以包括加速度传感器，其设置在壳体内部的线路板。还可以包括温湿度传感器，其探测头伸出壳体，从而可以感测到当前大气的温度和湿度。

本实施例中的监测装置100a的处理模块3a完成对上述传感器数据的采集及处理，并将处理后得到的监测数据发送到外部设备，如车载网关。在一个实施例中，如图5所示，为本实施例中的处理模块3a的功能框图。在本实施例中，处理模块3a包括数据处理单元31a、数据分析单元32a、采集模式调整单元33a和数据传输单元34a。其中，数据处理单元31a与所述传感模块2a中的各个传感器的信号端相连接，数据处理单元31a按照预置数据采集模式获得对应的数据。所述的采集模式包括连续采集模式或间断采集模式(也可称为定时采集模式)，在这两种采集模式下还可以分为主动采集或被动采集。主动采集是指：数据处理单元31a主动发送指令给传感器，传感器接收到该指令才发送感测信号，在连续采集模式中，数据处理单元31a只发送一次指令即可。在间断采集模式中，数据处理单元31a内部的定时器对采集间断时间进行计时，在达到预置的间断时间后，向传感器发送指令，继而传感器发送感测信号给数据处理单元31a。被动采集是指：无论采集模式是哪种，传感器在感测到信号后，都向数据处理单元31a发送感测信号，数据处理单元31a在连续采集模式中一直在接收数据，在间断采集模式中，只在达到了采集时间时才采集传感器的感测信号。如果传感器发送的是模拟信号，数据处理单元31a则先采样，将其变成数字量后再根据不同类型的数据进行相应的处理，如计算幅值、平均值等，再转化成为相应的物理量数据，如温度值、振动的频率、幅值等。

上述是以传输到传感模块2a的信号为模拟信号为例进行的说明，当然，如果有些传感器本身也可以输出数字量，或者传感器本身可进行上述的处理得到相应的物理量的数据，此时只需要把该物理量传输给数据处理单元31a。数据处理单元31a可以对不同传感器采用不同的采集模式，或者不同的采集频率，从而保证不同物理量的采集精度。经过传感器信号的采样、处理后得到对应类型的监测数据。在一个实施例中，数据处理单元31a为CPU或MCU，通过CPU或MCU的模拟或数字I/O接口与各个传感器的信号端相连接。

数据分析单元32a与所述数据处理单元31a相连接，用以对当前获得的监测数据进行分析。在本实施例中，所述的分析包括将得到的各个监测数据与其对应的采集模式调整阈值和报警阈值进行比较。例如对于轴承温度数据，监测装置中存储有多个温度值依次升高的温度阈值T1、T2、T3，其中，T1<T2<T3。如果在一定车速下，轴承温度数据T<T1时，说明此时的轴温非常低，不需要频繁地进行监测，此时，数据分析单元32a输出信号给采集模式调整单元33a，采集模式调整单元33a将轴承温度传感器的采集间隔调大，例如，将原来10分钟采集一次数据，调整为30分钟采集一次数据。如果轴承温度数据T在T1和T2之间则保持当前的采集模式不变。如果轴承温度数据T>T2时，说明现在轴承温度过高，需要加强监测，因而将其采集的频率增大，由于来的每10分钟采集一次增加为每5分钟采集一次。T3作为报警阈值，当轴承温度数据T>T3时，数据分析单元32a生成报警信息，并填加到相应的监测数据中。

数据传输单元34a和蓝牙通信单元41a相连接，经过所述蓝牙通信单元41a发送获得的监测数据。

本实施例中的蓝牙通信单元41a用于与货车上的其他车载监测装置组网，以将得到的监测数据发送到货车的车载网关。例如，货车上至少设置一个或多个车载网关以将货车监测数据发送到监测平台，本实施例中的车载监测装置至少与车载网关组网，将得到的货车监测数据发送给车载网关。通常，实际应用中的蓝牙模块中具有处理功能的芯片MCU，能够实现组网、数据处理等等功能。为了能够更好地说明此功能，本实施例中的蓝牙通信单元41a包括第一识别单元411a和路由单元412a，所述第一识别单元411a识别通信范围内的一个以上的装置的身份信息，并与身份合法时的装置建立通信连接以组成第一网络，其中，装置的所述身份信息至少包括货车身份信息，如货车编号、类型等信息，还包括装置类型信息，如本装置是只具有数据采集功能的监测装置还是具有与监测平台交互功能的车载网关，装置的所述身份信息还包括与安装位置对应的编号信息。例如，一节货车有8个车轮，每一个车轮安装有一个监测装置，每个监测装置具有唯一的一个编号，并与其所在车轮的位置一一对应。在本实施例中，将一节货车上的装置组成一个网络，因而只有货车身份信息相同的装置可以组成一个网络。因而，每个监测装置在与其它装置进行组网时，首先识别该装置的货车身份信息是否与其身份信息中的货车身份信息相同，在相同时确定其为合法装置，可以与其建立第一网络。另外，为了将监测装置的数据快速上报到监测平台，在第一网络建立之后，路由单元412a建立数据传输的路由通道，其中，路由通道中的最终数据接收端为车载网关。如图6所示的一节货车上的监测装置分布示意简图，每上车轮上安装有一个监测装置，其具有唯一的编号d1-d8。其中编号为d1的监测装置为车载网关，因而其它d2-d7号监测装置将d1号监测装置作为数据传输的目的地。在这8个监测装置组成网络后，每一个监测装置中的路由单元412a计算数据的路由通道。例如，d2号监测装置的路由通道为R21，d5号监测装置的路由通道为R51或R53+R31(即中间经过d3号监测装置转发)，而d4号监测装置的路由通道为R41，或R42+R21，或R43+R31……。在有数据传输时，路由单元选择最优的路由通道来传输数据，即路径最短、状态最佳的路由通道。在当前路由通道中断时，例如d2号监测装置在发送数据给d1号监测装置时，中间由于车况等原因，路由通道R21不畅，此时可以改由路由通道R24+R41传输数据。

本实施例提供的监测装置体积小，安装方便，数据传输灵活、快速；能够根据监测数据适时地调整采集模式，既能满足数据监测的精度要求，也节省电量；在获得监测数据时对其进行初步处理，在数据异常时提供报警信息。

实施例二

本实施例提供监测装置可作为车载采集装置，其结构与功能与实施例一的结构基本相同，不同在于，本实施例中的感应部和线路板和壳体一同固定在轴承前盖上，随轴承前盖转动，磁性部通过轴承与感应部或者壳体相连接，且磁性部安装有配重。其中，设置在线路板上的监测轴承的温度传感器可以采用接触式温度传感器。例如，采用感测元件为热敏电阻的温度传感器，通过设置传感器底座，使热敏电阻与轴承前盖表面相接触，从而可以感测到轴承前盖的温度，处理模块再利用预置的轴承前盖结构参数计算温度补偿系数，利用温度补偿系数对采集到的温度数据进行矫正，从而得到轴承的温度。其它与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

图7是根据本发明实施例三的监测装置的功能原理框图。在本实施例中，所述监测装置作为车载网关安装在车轮的轴承前盖上。本实施例的监测装置100b包括发电部1b、传感器单元21b、GPS定位单元22b、处理模块3b、蓝牙通信单元41b和移动通信模块42b。其中，由于本实施例提供的监测装置100b提供定位功能和接入移动通信网络的功能，因而耗电相对实施例一中的监测装置100a大，因而，本实施例的发电部1b的感应部位于磁性部的外环，从而可以产生较大的电量。与实施例一和二相类似，本实施例中与轴承前盖固定的转子既可以是感应部，也可以是磁性部。

本实施例中的传感器单元21b除了包括实施例一、二中轴承温度传感器和振动传感器外，还包括采集车轮轮辋的红外式温度传感器。其探测头经壳体伸出可以采集车轮轮辋的温度。定位单元22b为基于卫星定位的模块，其可以获取货车的实时位置数据和速度数据。处理模块在获取货车的实时位置数据时采用与获取传感器数据类似的模式，或者连续获取，或者间断获取，在采用间断模式时，同样可以根据对实时位置数据的分析调整采集模式。

本实施例中的通信模块除了包括蓝牙通信单元41b之外，还包括移动通信单元42b，例如为4G网络的LTE模块，通过移动通信单元42b可以将本监测装置接入移动通信网络中，从而可以将货车的监测数据的上报到监测平台。

如图8所示，其是根据本发明实施例三中的处理模块3b的功能框图，在本实施例中，除了包括数据处理单元31b、数据分析单元32b、采集模式调整单元33b和数据传输单元34b之外，还包括第二识别单元35b。其中，数据处理单元31b分别与蓝牙通信单元41b和移动通信单元42b相连接，数据处理单元31b与传感器单元21b和GPS定位单元22b相连接，以获得监测数据。蓝牙通信单元41b与其他监测装置组网，接收其他监测装置发送来的货车监测数据，或者向其他监测装置发送来自监测平台的监测参数。数据分析单元32b对采集到的监测数据进行分析，确定是否需要调整数据采集模式、是否需要增加报警信息。采集模式调整单元33b和报警信息生成单元36b分别与所述数据分析单元32b相连接，在所述数据分析单元32b确定监测数据符合调整采集模式的条件时，采集模式调整单元33b调整相应类型监测数据的采集模式，在所述数据分析单元32b确定监测数据符合生成报警信息的条件时，报警信息生成单元36b在所述监测数据中增加报警信息。数据传输单元34b按照预置的上报模式，如实时或定时模式，在向监测平台发送监测数据。所述第二识别单元35b对本装置采集得到的监测数据及接收到的监测数据进行识别，确定其中的监测数据是否包括有报警信息，在监测数据中包括有报警信息时，向数据传输单元34b发送指令，由数据传输单元34b将包括有报警信息的监测数据实时发送到监测平台。其中，本实例中的数据传输单元34b一方面接收其他监测装置发送来的监测数据，另一方面，按照一定的数据上报模式向监测平台发送其采集的监测数据和接收到的所有监测数据。其中，所述的上报模式与数据采集模式相类似，可以是连续式，也可以是间断式(或称为定时式)，采用定时上报模式时，定时上报的周期可以与数据采集的周期一致，也可以不一致。例如数据上报的周期可以是采集周期的倍数，即在多次采集数据后再上报一次。但是当本实施例中的监测装置在识别到其接收的或其采集的监测数据中有报警信息时，实时上报包含报警信息的监测数据，从而使监测平台能够及时发现货车出现的异常，而及时解决问题，避免事故。

图9是根据本发明实施例三的监测装置的运行方法流程图。所述方法主要包括以下步骤：

步骤S100，与监测平台交互，向监测平台注册其装置身份信息并获得监测参数。在本实施例中，监测装置100b在初次运行时，其与监测平台交互，向监测平台发送其身份信息，并从监测平台获得监测参数，如数据采集模式参数(连续采集或间断采集及间断时间)、数据上报模式参数(连续上报或间断上报及间断时间)、调整采集模式的条件参数、增加报警信息的条件参数等。

步骤S200，按照数据采集模式采集数据并经过处理得到监测数据。采集的数据包括获得的传感器数据，也包括定位单元获得的实时位置数据。各种数据的采集模式可以相同，也可以不同。

步骤S300，分析得到的监测数据，根据需要调整数据采集模式或增加报警信息。在得到监测数据之后将其与预置的对应采集模式调整阈值进行对比，根据对比结果调整采集模式，并将监测数据与预置的报警阈值进行对比，在某个类型的监测数据超过了报警阈值时，在该类型的监测数据中填加报警信息。

步骤S400，确定监测数据中是否有报警信息，如果有，则在步骤401上报包含所述报警信息的监测数据。如果没有，则执行步骤500。

步骤S500，确定是否达到上报时间，例如，当上报模为间断上报模式时，在上次上报完数据时，内部的定时器开始计时，在定时器计时达到定时周期时，即达到了本次上报时间。达到上报时间后，在步骤600将本监测装置采集的监测数据和从其他装置接收的监测数据一起发送给监测平台，结束本次数据的采集、上报。如果没有达到，则等待，并重复步骤S200。

本发明中的监测装置在运行过程中，不仅向监测平台发送监测数据，也接收来自监测平台的数据、参数等。例如，当监测平台确定了该监测装置所在的货车的列车编组发生了变化，将货车的列车编组信息发送给所述货车的监测装置，监测装置接收到该信息后，将其增加到身份信息中，替换掉原来的列车编组信息。或者，监测平台修改该货车的某个类型数据的采集模式，并发送给该货车的监测装置，监测装置接收到该信息后，优先以监测平台设定的采集模式采集数据。

以上实施例中的监测装置还包括密封壳体，根据需要，壳体可以为一个整体或多个组合在一起的壳体，在壳体与壳体之间，用于伸出传感器探测头的壳体上的开孔等处设置有密封装置，用于将外界与壳体内部相隔离，从而减少外界环境对本装置的影响。

以上实施例中的监测装置安装到轮轴组件上时，不会遮盖住轴承前盖上的标志牌，因而不影响工作人员观察标志牌。

本实施例中的监测装置中的发电部发电量大，不但可以满足采集各种传感器数据的需求，还可以满足定位、数据移动传输的需求，并可以作为网关来接收、转发其他监测装置的监测数据。数据采集的精度高，数据的采集及上报灵活，并可以根据监测数据自适应调整数据的采集、上报的频率，能够及早地发现异常数据，并及时将异常数据上报给监测平台。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (18)

1.一种运行在铁路货车车载监测装置的运行方法，

所述铁路货车车载监测装置，包括：壳体；发电部，其包括发电模块和电源模块，所述发电模块包括转子和定子，所述转子为磁性部/感应部，对应地，所述定子为感应部/磁性部；所述电源模块与感应部相连接，经过对感应部的感生电流的处理为监测部供电；以及监测部，其位于壳体内的线路板，并与发电部的电源模块连接，其包括：传感模块，其至少包括温度传感器和振动传感器，经配置以至少采集货车轮轴组件中被监测部件的温度数据和振动数据；通信模块，经配置与外部设备进行通信；以及处理模块，其连接所述通信模块和传感模块，经配置至少用以调整传感模块采集数据的采集模式及其与外部设备的通信；

其中，所述铁路货车车载监测装置安装在一个车轮轴承前盖上，具有与所在车轮的位置对应的编号；所述铁路货车车载监测装置的类型为车载网关或车载采集装置，所述运行方法包括：

按照每种类型数据的预置数据采集模式采集对应类型的数据，并处理得到相应类型的货车监测数据；

分析每种类型的货车监测数据，响应于所述监测数据符合调整采集模式的条件，调整所述类型的货车监测数据的采集模式；

与同一货车中的一个或一个以上的合法外部设备组建第一网络，其中所述合法外部设备为安装在同一节货车其他车轮轴承前盖的、类型为车载网关的铁路货车车载监测装置和/或类型为车载采集装置的铁路货车车载监测装置；其中，组成第一网络的多个铁路货车车载监测装置中的一个的类型为车载网关；以及

根据本铁路货车车载监测装置类型传输货车监测数据；

其中，在本铁路货车车载监测装置类型为车载采集装置时，以第一网络中的车载网关作为数据传输目的地，基于当前第一网络中的多个车载采集装置计算得到路由通道，由最优的路由通道向车载网关传输本铁路货车车载监测装置采集的货车监测数据；作为第一网络中另外车载采集装置的路由通道中的车载采集装置转发所述另外车载采集装置采集的货车监测数据；

在本铁路货车车载监测装置类型为车载网关时，接收来自第一网络中车载采集装置的货车监测数据，按照预置的间断上报模式或实时上报模式通过移动通信网络向监测平台发送货车监测数据。

2.根据权利要求1所述的运行方法，其中，当采集的为轴承温度数据时，根据由温度采集部位确定的参数计算温度补偿系数，根据所述温度补偿系数对采集得到的轴承温度数据进行计算以得到轴承温度监测数据。

3.根据权利要求1所述的运行方法，其中每种类型的货车监测数据的数据采集模式相同或不同。

4.根据权利要求1所述的运行方法，其中在分析每种类型的货车监测数据时还包括：响应于所述监测数据符合生成报警信息的条件，在所述的类型的监测数据中增加报警信息。

5.根据权利要求4所述的运行方法，其中所述合法外部设备为同一节货车上的车载网关和/或车载采集装置；根据本铁路货车车载监测装置类型传输货车监测数据的步骤进一步包括：

在本铁路货车车载监测装置为车载网关时，响应于接收到的监测数据中有报警信息，实时向监测平台发送包括了所述报警信息的货车监测数据。

6.根据权利要求5所述的运行方法，其中，在本监测装置为车载网关时，还包括接收来自监测平台的各种监测参数，并将相应的监测参数通过第一网络发送给同一货车上的车载采集装置。

7.一种铁路货车车载监测装置，包括：壳体；发电部，其包括发电模块和电源模块，所述发电模块包括转子和定子，所述转子为磁性部/感应部，对应地，所述定子为感应部/磁性部；所述电源模块与感应部相连接，经过对感应部的感生电流的处理为监测部供电；以及监测部，其位于壳体内的线路板，并与发电部的电源模块连接，其包括：传感模块，其至少包括温度传感器和振动传感器，经配置以至少采集货车轮轴组件中被监测部件的温度数据和振动数据；通信模块，经配置与外部设备进行通信；以及处理模块，其连接所述通信模块和传感模块，经配置至少用以调整传感模块采集数据的采集模式及其与外部设备的通信；

其中，所述铁路货车车载监测装置安装在一个车轮轴承前盖上，具有与所在车轮的位置对应的编号；所述铁路货车车载监测装置的类型为车载网关或车载采集装置；

所述铁路货车车载监测装置的运行方法包括：

按照每种类型数据的预置数据采集模式采集对应类型的数据，并处理得到相应类型的货车监测数据；

分析每种类型的货车监测数据，响应于所述监测数据符合调整采集模式的条件，调整所述类型的货车监测数据的采集模式；

与同一货车中的一个或一个以上的合法外部设备组建第一网络，其中所述合法外部设备为安装在同一节货车其他车轮轴承前盖的、类型为车载网关的铁路货车车载监测装置和/或类型为车载采集装置的铁路货车车载监测装置；其中，组成第一网络的多个铁路货车车载监测装置中的一个的类型为车载网关；以及

根据本铁路货车车载监测装置类型传输货车监测数据；

其中，在本铁路货车车载监测装置类型为车载采集装置时，以第一网络中的车载网关作为数据传输目的地，基于当前第一网络中的多个车载采集装置计算得到路由通道，由最优的路由通道向车载网关传输本铁路货车车载监测装置采集的货车监测数据；作为第一网络中另外车载采集装置的路由通道中的车载采集装置转发所述另外车载采集装置采集的货车监测数据；

在本铁路货车车载监测装置类型为车载网关时，接收来自第一网络中车载采集装置的货车监测数据，按照预置的间断上报模式或实时上报模式通过移动通信网络向监测平台发送货车监测数据；

其中所述监测部与所述发电部中的感应部固定在一起。

8.根据权利要求7所述的铁路货车车载监测装置，其中所述转子和定子分别为圆环状，转子随货车车轮的轴承前盖转动；定子通过轴承与所述转子的外环或内环或壳体相连接。

9.根据权利要求8所述的铁路货车车载监测装置，其中所述感应部为转子，监测轴承的温度传感器为接触式温度传感器或红外式温度传感器；监测车轮轮辋的温度传感器为红外式温度传感器，其探测端设置在所述壳体上的传感器安装孔内，并与车轮轮辋温度采集部位相对。

10.根据权利要求8所述的铁路货车车载监测装置，其中所述感应部为定子，监测轴承的温度传感器为红外式温度传感器。

11.根据权利要求9或10所述的铁路货车车载监测装置，其中对应一个监测部件的温度传感器为多个，分别对应不同的温度采集部位。

12.根据权利要求7所述的铁路货车车载监测装置，其中所述传感模块还包括加速度传感器和/或温湿度传感器。

13.根据权利要求7所述的铁路货车车载监测装置，其中所述监测部还包括卫星定位模块，经配置以获取货车的实时位置和/或车速数据。

14.根据权利要求7所述的铁路货车车载监测装置，其中所述通信模块包括物联网通信单元，经配置以与通信范围内的合法外部设备建立第一网络以实现与合法外部设备之间数据的接收和发送。

15.根据权利要求14所述的铁路货车车载监测装置，其中所述通信模块还包括移动通信单元，经配置以接入移动通信网络，经所述移动通信网络向监测平台上报监测数据。

16.根据权利要求7所述的铁路货车车载监测装置，其中所述处理模块包括：

数据处理单元，其与所述传感模块中的传感器相连接，经配置按照预置数据采集模式从多个传感器获得对应类型的传感器数据，并经过处理后得到相应类型的监测数据；

数据分析单元，其与所述数据处理单元相连接，经配置以对当前获得的监测数据进行分析；

采集模式调整单元，其与所述数据分析单元相连接，经配置在监测数据符合调整采集模式的条件时调整相应类型监测数据的采集模式；以及

数据传输单元，其与所述通信模块相连接，经配置以经过所述通信模块发送所述监测数据，和/或接收本装置需要的监测参数。

17.根据权利要求16所述的铁路货车车载监测装置，其中所述处理模块还包括报警信息生成单元，其与所述数据分析单元相连接，经配置以在监测数据符合生成报警信息的条件，在所述监测数据中增加报警信息。

18.根据权利要求17所述的铁路货车车载监测装置，其中所述监测参数包括数据采集模式、调整采集模式的条件参数和生成报警信息的条件参数中的一种或多种。