CN114563169A - 车辆轴承单元状态监测单元、系统及方法 - Google Patents

车辆轴承单元状态监测单元、系统及方法 Download PDF

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Abstract

用于车辆轴承单元的状态监测系统，该系统包括用于测量一个轴承单元的至少一个运行参数的至少一个状态监测单元(10)以及用于接收和处理由状态监测单元(10)获得的信号的控制单元(18)。还提供用于探测地理位置的装置(19)，其中该状态监测单元(10)配置为根据探测的地理位置而启动和/或停用。

Description

车辆轴承单元状态监测单元、系统及方法
本申请是申请号为201510769963.2、申请日为2015年11月12日、申请人为斯凯孚公司、发明名称为“车辆轴承单元状态监测单元、系统及方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆中以监测轮轴或轴承单元的状态监测系统、用于此系统中的状态监测单元以及一种监测轴承或轮轴状态的方法。特别地，本发明涉及一种用于火车轮轴和/或轴承的监测系统。
背景技术
众所周知的是在火车轮轴或其轴承上连接状态监测单元从而监测诸如振动、温度和声频发射的参数。
在车辆领域已有多种有线传感器，其中许多与发动机控制单元(Engine ControlUnit，ECU)和车载诊断系统(On Board Diagnostic，OBD)相关。这些传感器完全集成在车辆的基础设施中，以使得在车辆运行期间它们有持续的电源供应。数据通信由控制器局域网(Controller Area Network，CAN)总线支持。这些传感器系统持续运行以监测它们的目标参数。
车头和乘客车厢也有完全集成的一系列传感器系统，但这些传感器系统通常涉及安全临界功能。然而，一些火车车厢、特别是那些与货运相关的火车车厢没有可以支持它们的集成传感器系统或基础设施。
近些年，无线传感器系统在车辆上的使用已稳步渐增。随着无线传感器系统的出现，与从前相比，现在可以监测旋转机构的更多部件的运行，包括以往被视为难以接近的部件。它们的应用通常与旋转部件相关，例如驱动轴和轴承。
这些应用中的许多应用要求将无线传感器放置在不能实现有线电源供应的位置。尽管有许多机制可以用于帮助在无线传感器的位置实现能量采集，但它们经常在给定情况下不能实现并且通常仍然需要依赖于例如电池的能量储存装置。无线传感器系统设计中的一个考量是检修的时间间隔，其通常由它们的电池的寿命决定。因此，电源管理是无线传感器系统设计的一个重要因素，因为它对检修的时间间隔有直接影响。
目前可用的具有永久电源的状态监测解决方案被设置为持续获取数据。然而，获取的数据通常包含大量的伪差(artefacts)，并且测得的曲线反应了轨道的弯曲度、轨道的瑕疵和其它外部影响。因此，有必要使用复杂的算法来过滤数据以消除伪差，并且有必要从大量数据中提取出关于轴承状态的有价值和可靠的信息。
另一个问题涉及包含在状态监测单元中的传感器的电源使用。目前，传感器采用电池供电，而电池的寿命取决于启动传感器所花费的时间。现有技术已通过采用集成在轴箱里的发电机取代电池的方法解决了电池寿命有限的问题，以满足铁路运输的增长需求。这个问题对于要求在较短时间间隔内进行数据传输、要传输大量的数据或者使用了需要电源供应的有源传感器的电子数据传输系统这样的系统有特殊的意义。
目前还没有关注于节电方面，而且由于通常这些系统被认为是安全系统，对于节电观念存在着技术偏见。
诸如GPS导航系统的、基于卫星的定位系统已变得普及，特别是在机动车辆中。目前有一系列现成的低成本GPS装置和芯片组。因此，许多车辆生产商已考虑开发该技术来为他们的客户提供额外的特点。这些产品是广泛的且多种多样，从提供基本位置信息到事故后关于位置和车辆状况的紧急联络服务。一种受到车辆生产商欢迎的机遇与在车辆进行服务或维修时提供车辆的诊断信息相关。
目前考虑的系统可以确定距离最近的经销商/修理厂、从车辆OBD系统中检索诊断代码并经由移动电话将数据发送至修理厂。专利US7142959B2公开了此系统的一个示例。由于一些显而易见的原因，GPS系统在铁路车辆中并不常见，但基于例如专利US6339397B1中公开的技术的资产跟踪系统是可用的。
这些汽车使用的GPS系统与运行/诊断数据相关，主要是与确定距离最近的适当设施相关，或者提供车辆位置信息以启动更加集中的系统来进行这种确定。
更进一步地，已提出设置地理边界(geo-boundaries)或GPS门(GPS gates)来提供基于地理位置的触发机制。专利US7319412B1和US2010/0156712A1公开了这类系统的示例。这类系统主要是用于安全相关的产品，例如，关于车辆的未授权移动的罪犯追踪或识别。虽然这些系统提供了基于地理位置的潜在的触发机制，它们主要用于启动信息系统来为更高级别的系统提供有限的信息。即使考虑车辆诊断信息，该系统也简单地从OBD系统传输代码。
发明内容
本发明致力于通过提供一种状态监测系统来解决现有技术的上述问题，该系统拥有长的使用寿命和在数据处理方面降低的复杂性。
本发明的第一方面涉及一种用于车辆轴承单元的状态监测系统，该系统包括用于测量一个轴承单元的至少一个运行参数的至少一个系统监测单元以及用于接收和处理来自该状态监测单元的信号的控制单元。
建议该系统还包括用于探测车辆或该状态监测单元的地理位置的装置，其中该状态监测单元配置为根据探测的地理位置而启用和/或停用。
根据地理位置触发监测的可能性的优势在于，数据的获取可以限定在部分轨道或者车辆路线上，在这种情形下预期可以采集到可靠的数据。该解决方案可以反复确定何时何地触发数据记录。
本发明通过提供可靠的触发而极大地简化了电源管理，使系统能够在间歇基础上运行而不是连续运行。不仅仅是确定最佳运行周期，并且还实施了最佳运行周期，从而实现了可以提供挑战的间歇运行策略。触发系统以启动运行周期可能是难以实现的，而使用简单的时间触发器来最小化能量消耗是不够的。
考虑到需要最小化能量消耗，本发明使传感器系统仅在它们对部件的监测是必要或者可以产生最有效结果的时候运行。当所监测的机械装置是诸如火车的移动系统的一部分时，还需要考虑外部因素。这些外部因素的性质是变化的，且它们的相关性通常与无线传感器系统的感兴趣的参数有关。举例来说，如果传感器系统正在监测火车上的轮轴轴承，则火车所行驶的轨道的性质是高度相关的。轮轴轴承可能在轨道的弯曲区段达到它们的最大和最小负荷，而这些点集会影响传感器数据。
所监测的这些参数的性质通常决定了所采用的方法。还有必要考虑运行周期的终止。另外，在处理诸如车辆的移动系统时，可能需要将数据从无线传感器系统传输至外部系统。当采用短距离RF通信且外部系统是固定装置时，可能适于考虑使用基于地理位置的触发通信系统，即，仅当外部系统处于通信范围内时触发通信系统。
当监测转动的机械装置时，能够在稳定状态运行期间收集数据并且最小化来自无用源的噪音通常是有用的。如果我们考虑用于监测火车轮轴轴承的无线传感器系统的示例，这就等于在良好的状态下以规定速度带内的恒定速度行驶在笔直轨道上。在这个简单的示例中，我们假设火车有固定的路线，并且其每天一次地以恒定速度经过笔直轨道的一定距离。该路线中紧接在该轨道区段之前和之后的是更加弯曲的路径并且会经过无数点集，这些点集会导致从这部分路线采集的数据的质量严重降低。在这种情况下，每天从完全一样的轨道区段收集数据也是非常理想的，这使得能够在数据之间进行类比。传感器系统在到达该轨道区段之前“休眠”以节省能源，但其需要以给定时间或在轨道的给定距离内处于完全运行状态并收集数据。上述所有目标可以通过本发明轻易完成。
在火车每天行驶相同路线的情形中，可以简单使用时钟作为基础以在每天同一时间进行“唤醒”呼叫并且运行一段固定的时间。然而，即使是最准时的轨道系统也可能经历不可预计的延时，其导致很难使用这种方法。结果，很有可能的是传感操作的启动位置的变化会导致收集到的数据质量变低并且潜在地与不同的运行条件相关联。在这种情况下保证一致性的主要需求是基于位置的触发系统。
已有既可用于追踪火车运动也可与轴温探测相关联的轨旁系统，该轨旁系统可能用作位置标记物。不幸的是，这些轨旁装置可能与用于监测的轨道区段有一定距离，也可能放置在处于不同位置的轨道的不同侧。如果不安装额外的用于监测运行的设备或者不在轨旁系统中集成额外的设备，识别这些轨旁装置也是非常困难的。这两种选择都不能令人满意。
然而，将GPS导航系统和监测系统联合起来可以为基于地理位置的触发系统提供基础而无需基础设备。这样的机制使得无线传感器系统能够在每次火车通过轨道的同一位置时监测感兴趣的参数，而不用考虑其每天通过该轨道区段的时间或者频率。
本发明将GPS系统的功能与无线传感器系统相结合，从而以最优方式控制车辆和其它移动机械装置的间歇性监测运行。这与其标准使用方法不同，在标准使用方法中传感器的运行是连续的。因此，开发了一种方法，其使用GPS位置信息作为无线传感器运行的启动和终止触发器。
在本发明应用于基于轨道或基于道路的车辆的情形中，不需要复杂的地理边界/门，取而代之的是使用路标作为触发无线传感器系统的一系列运行的基础。可以在本地或者远程手动将路标输入系统中。
可替代地，基于GPS的触发系统装备有地图数据和行车路线的细节，其可以从待实施的监测的具体要求中识别可能的路标。
该方法要求依靠路线地图比较用户需求。基于相似的原理，也可以开发更先进的系统，其中GPS系统输入可在用于控制传感器系统之前被用于生成详细的路线地图。后一方法可以生成比单独使用通用地图数据时得到的更详细的路线地图，且有益于发现路线的有用特征。最简单的情况是，这可以帮助通知用户某特定轨道区段的噪音非常大，或者通知用户火车的运行太不稳定导致无法考虑使用其上的无线传感器系统；可替代地，其可以用于识别特定的情况，在这些情况中通过无线传感器进行的监测是有用的。
为了保证连续可靠的数据读取，状态监测单元应当在已知的高质量轨道区段采集数据。优选地，轨道或路线应当是笔直、水平的并且允许火车达到并保持恒定速度。另外，这些轨道触发坐标用作所有测量数据趋势的参考点，从而也会用作轨道或路线上相同点的参考。
该系统可以应用于任意种类的车辆，特别包括火车和卡车。
通过在满足合适条件的短时间周期内通电和记录数据，可以显著地减小能量消耗。在已知轨道区段触发测量减少了数据采集错误或异常，并且优化了能量利用。能量消耗的减少使得可以使用降低了额定功率的发电机或能量采集装置，或者可以延长电池的寿命。
根据本发明的另一方面，已提出该控制单元装备有用于存储车辆的路线数据的存储器，该路线数据包括车辆可能沿之运行的多个路线段，其中该控制单元设置为：当车辆行驶在预定的路线段组中的一个路线段时、启动该状态监测单元，当所在路线段不包含在该预定的路线段组中时、停用该状态监测单元。该预定的路线组或轨道区段可以选择以使得可以期望如上文所述的高质量数据。
本发明的另一个实施例中，该控制单元装备有用于存储车辆的路线数据的存储器，该路线数据包括车辆可能沿之运行的多个路线段，其中该控制单元配置为评估路线数据中的路线段的至少一个特征，并且当车辆行驶的路线段的特征满足至少一个预定标准时、启动状态监测单元，当路线段的特征不满足该至少一个预定标准时、停用状态监测单元。该控制单元可自动评估下一段路线或轨道的参数，当满足该标准时启动状态监测单元。参数可以包含但不限定于斜率、曲率或弯曲度以及该车辆预期的停靠站和出发站的数量。
在本发明的优选的实施例中，探测地理位置的装置包括从全球定位系统(GPS)的卫星接收信号的装置。据认为，GPS提供了最合适的使能机制以满足根据本发明的系统的要求。
集成在位于火车或卡车上的系统控制单元中的GPS系统可以精确地监测并确定火车的位置和速率。可以识别适合在其上获取数据的长且直的轨道区段，并将坐标编程进控制单元中。当到达这些坐标时，中央控制单元可以发出指令将状态监测单元从睡眠模式唤醒，转告合适的火车速度并触发数据测量。如果没有满足正确的GPS和/或速度条件，则将不会执行数据记录，从而节省能量。
由GPS位置和轨道网络地图来联合触发状态监测单元的自动“唤醒”、数据记录的启动以及返回“睡眠模式”是一种非常有效的方法，其可以如上所述地减小能量消耗和数据处理的计算复杂性。
本发明的另一方面涉及如上所述的状态监测系统，其中该状态监测单元包括作为能量源的电池。在这种情形下本发明特别有利。通过在满足正确条件时短时间周期地通电和记录数据，可以显著地延长电池寿命。通过在已知轨道区段触发测量，减少了数据采集错误或异常，并且优化了电池的能量利用。
根据本方面的另一发面，建议该状态监测单元配置为与控制单元通过无线方式通信。在线束系统中，供电问题显然不那么严重。
在本发明的优选实施例中，建议该用于探测地理位置的装置是位于车辆中央的控制单元的一部分，例如位于火车的机车头或卡车的货箱中。可以使用车辆控制系统现有的GPS接收器。
作为本发明的可替代实施例，建议该用于探测地理位置的装置是连接至轴承单元的状态监测单元的一部分。用于探测地理位置的装置可以是移动电话技术中已知的简单的GPS接收器，其足够小从而可以集成到轴箱里/上的状态监测单元中。
在本发明的优选的实施例中，状态监测单元配置为连接至在火车的轮毂单元，其中控制单元配置为监测火车的多个轮毂单元的状态。
本发明的另一方面涉及如上所述的用于状态监测系统中的状态监测单元，其中状态监测单元包括控制器，该控制器配置为在节能睡眠模式和启动模型中运行，其中至少一些参数在启动模型时被监测而在睡眠模型时不被监测，其中控制器配置为基于由控制器接收的信号、将状态监测单元从睡眠模式切换至启动模式以及从启动模式切换至睡眠模式。
进一步地，建议控制器配置为当接收到来自车辆控制单元的唤醒信号时，就将状态监测单元从睡眠模式切换至运行状态监测的启动模式，以及当接收到控制单元的睡眠信号时，就将状态监测单元从启动模式切换至睡眠模式。
本发明的另一方面涉及一种用于监测车辆轴承单元状态的方法，其使用用于测量一个轴承单元的至少一个运行参数的至少一个状态监测单元以及用于接收和处理由状态监测单元获得的信号的控制单元。
进一步地，建议探测车辆的地理位置并且根据探测的地理位置启动和/或停用状态监测单元。
本发明使得选择性的数据采集成为可能，其中仅从已知良好的轨道区段获取数据。其优点包括以下：
数据测量均参考轨道的同一点，因此每一次的测量与前次具有可比性，从而使分析和数据趋势更加容易；
增加了电池寿命，因为只有在满足合适条件时传感器才会短时间周期地启动；
低成本方案，仅需要外部GPS天线和PC中的GPS模块。
本发明的另一方面涉及一种在指定地理位置通过多个节点触发同步测量的方法。因而可能减少轨道状态可能会对由传感器采集的测量结果造成的影响。这有助于确保所有传感器的测量质量保持一致。将GPS和时间同步传感器网络耦合也可以用于提供此特征。
本发明的另一方面涉及上述具体说明的系统的使用，其用于测量轨道质量并将所述轨道质量作为基础结构监测的工具。由于无线传感器配置为在特定位置获取声波发射和振动的爆发，它们也可以用于在特定轨道段获取轨道状况的特征。在铁路运营人员怀疑某个轨道区段可能发生损坏进而可能导致乘客感到不舒适或者可能对轨道车辆造成损伤的情况下，系统可以被配置为在这些特定路段获取数据，从而使铁路运营人员识别退化(trend degradation)或者确认该轨道是否事实上被损坏。
下文中对本发明实施例的非限定性描述以及所附权利要求和附图显示了本发明在特定组合中的多个鲜明特征。技术人员应能够轻易想到这些特征的进一步组合或子组合从而使权利要求中限定的发明适用于他或她的具体需求。
附图说明
图1是包括根据本发明的用于车辆轴承单元的状态监测系统的火车的示意图；以及
图2是根据本发明所述的监测系统的系统组件图；
图3是根据本发明所述的监测方法中路标警报活动算法的一个示例。
具体实施方式
图1是包括根据本发明的用于车辆轴承单元的状态监测系统的火车的示意图。该系统包括多个状态监测单元10，即，在火车的每个车轮上设置一个，以用于测量火车轴箱的一个轴承单元的至少一个运行参数。状态监测单元10形成为无线传感器节点，其连接至或嵌入轮毂的双列滚子轴承组件的端板(未示出)。测量的运行参数包括振动，声波发射和轴承温度，且各状态监测单元10分别包括相应的传感器12。
在火车的机车头中提供作为控制单元18的系统集中器，其用于接收和处理由状态监测单元10获得的信号。控制单元18本质上是个人电脑，其装备有软件以用于控制和监测火车各种机械装置，并且用于在探测到危险或可能发生危险的情形下基于由状态监测单元10接收的信号发出警告信号。
控制单元18和状态监测单元10之间的通信至少部分是无线的并且使用天线17a。如有必要，每个车厢或部分车厢设置有远程网络管理器15以用作无线网络管理器、单元10的供电管理器以及无线网路扩展器。该无线网络可以是单频的2.4GHz网络或者双频的2.4GHz和5GHz网络。技术人员可以根据环境使用其他通信频率或者其它通信协议，包括用于主干网以及用于扩展器和单元10之间的通信的不同协议。
控制单元18还装备有GPS天线17c和用于移动通信接口的天线17b，该移动通信接口采用例如GSM、GPRS、UMTS、LTE或者HSDPA标准。
在图1的实施例中，控制单元18包括GPS接收器19，其用于接收来自卫星系统30的位置信号从而充当探测地理位置的装置。该系统配置为使得根据探测的地理位置启动和/或停用状态监测单元10，下文将进一步解释。
图2示出了根据本发明的监测系统的系统组件图。
状态监测单元10设置有控制器14和用于无线通信的发射器16以及为传感器、控制器14和发射器16提供电源的电池。
控制单元18装备有用于存储车辆路线数据以及其它数据的存储器20，该其它数据包括由传感器12获取的传感器数据。在本实施例中，车辆为火车，路线数据是铁路网络地图。在其它实施例中，路线数据可以是路标的合集或数据库。铁路网络包括存储在存储器20中的数据库中的多个路段或连接段以及描述路段性质的参数，例如斜率、平均曲率和最大允许行驶速度。存储器20中的数据库包括车辆可能沿之行驶的多个路线段。
触发设计器22配置为在轨道的合适区段设置触发点以用于启动具有传感器12的状态监测单元10。停用触发点也可由触发设计器22设置。在可替代的实施例中，可以在经过预定的时间段后停用状态监测单元10。触发设计器22可以是控制单元18的一部分，或者是远程服务器的一部分，该远程服务器采用移动通讯接口将该触发点发送至控制单元18。
每个触发点是数据结构，其不仅包括GPS坐标，还包括指示应触发监测的火车的行驶方向的可选字段。另外，该数据结构可以包括速度上限和下限的字段，且在本发明的一个实施例中，包括半径的字段，所述半径即触发路标警报所需的、与GPS坐标的最小距离。相应地，该系统可以配置为使得每次火车经过该路标时不触发警报，而是在火车以轨道上的两个可能方向中的一个方向经过并且当速度在适于获得高质量测量结果的期望范围内时触发警报。
在图中的实施例中，触发设计器22是图形界面应用(GUI)程序，用来规划火车路线上的数据采集路标。这些可能特别包括直线路径上真实坐标点，在直线路径的情形下速度已知是恒定的。该实施例中的触发设计器22提供锁眼标记语言(Keyhole MarkupLanguage，KML)文件或其它类型的标准文件格式(例如GML)，其对于各种地图供应商使用的GIS数据而言是标准的。该通用文件可以由状态监测系统的服务器使用以下载并使用储存在触发设计数据库23中的路标或触发点。
该触发点是作为预定的路线段组的一部分的路线段的起始点，在该预定的路线段组中应启动通过状态监测单元10进行的数据采集。
当火车经过触发点时，即，进入包含在预定的路线段组中的新的路线段时，控制单元18配置为通过发出唤醒信号来启动状态监测单元10。当火车经过停用触发点时，即，离开应该已经执行过测量的路线段时，控制单元18通过发出睡眠信号来停用状态监测单元10。
测量完成后，测量数据被存储在存储器20中，并使用控制单元18的移动通讯接口发送至远程状态监测服务器。
在本发明的优选实施例中，GPS模块27被实施为控制单元18的程序库或GPS处理线程。其将拥有从全球导航卫星系统(GNSS)接收器19中获取GIS数据所必需的功能。控制单元18中的线程下载软件模块并开启GPS信息解释(message interpretation)。该线程由控制单元18的服务管理器中的选项设置管理。如果选择了GPS选项并且下载了合适的KML数据，则启动线程。
启动后，GPS模块27自动连接至GPS设备并探测所连接的模拟器。随后，GPS系统听取和解释关于位置、速度和方向的信息，该信息根据全国海洋电子协会(NMEA)设定的标准编码。随后，使用从触发设计器22接收的数据来更新内存中触发设计数据库23以及存储器20中的路标集合。基于位置，GPS系统确定所提供的每一个路标的路标到达(waypointarrival)，并在到达该路标时通知客户。
系统还包括提供配置数据的服务器管理应用21、用于手动触发测量的采集应用24、用于管理车轮上单元10的设定的装置管理应用25以及通信服务器26。
可选地，GPS系统监视超出容许限度(如果已有)的速度变化并告知该变化。为此，重复接收并处理NMEA信息，直到收到停止信息。停止后，实施必要的清理。
图3中示出了GPS模块27中执行的路标警报活动算法的更详细说明，该算法确定图3中示出路标的路标到达(waypoint arrival)。该GPS模块启动并且在两个平行路径上工作。在图3的左手侧示出了路标处理，而在图3的右手侧示出了事件处理。在路标处理中，每当在步骤301中接收到来自GPS接收器19的位置数据，则在步骤302中检查当前位置的预配置搜索半径内是否存在任何路标。该预配置搜索半径可以根据位置和/或根据检测任务设定。
如果在搜索半径内存在任何路标，则在步骤303中检查与它们中的每一个关联存储的方向变量是否与车辆方向匹配。如果方向匹配，则在步骤340中检查速度。当速度大于或等于预配置值时，时间处理路径被调用以在步骤305中启用路标警报。当前位置、路标细节以及行驶速度均包含在警报信息中作为其一部分。该警报的订阅者(subscriber)是控制单元18，其与传感器节点10通信以使用接口26执行数据采集。
在设定了针对路标的半径的实施例中，该半径应设置为小于搜索半径，并且应当仅在与该路标的距离既位于该搜索半径内又位于针对路标的半径内时才触发路标警报。一旦产生路标警报，该路标被标记为已处理。
该半径避免错失路标处的触发，并且其还使得路标的设置更加容易，因为该设置无需100％准确。接收器因GPS信号反射而存在误差，并且有时略不准确。
围绕路标的周界设置触发半径。这可以用于，例如，路标与铁轨距离数米而不直接位于其上的情形下。用户可以指定：如果接收器位于100m内或者位于任何路标的其他任何适当距离内，则应该触发。当用户希望在轨道上非常具体的点处进行触发从而或许用于轨道质量评估时，这也是有用的。这可以通过设置更小的半径来实现。
触发测量的可替代方法是通过系统进行促进，在这种情形下精确的网络时间被指定为是测量开始时间。系统应用软件监测由GPS模块持续提供的位置数据，并估算到达路标位置所需的时间。在到达路标之前，系统应用软件通过TCP/IP发送广播信息至网关管理器以指示节点在未来给定网络时间触发。当到达该时间时，每个节点执行测量，并且将该数据连同指示存储数据集的时间一起存储在内部。
在本发明的另一个实施例中，控制单元18不依赖于地图数据中的预定指令，而是由控制单元18基于路线数据、使用该路线数据中存储的该路线段的特征在线评估接下的路线段是否有可能满足预定标准。随后，控制单元18在车辆行驶的路线段特征满足该标准时启动状态监测单元10，在车辆行驶的路线段特征不满足预定标准时停用状态监测单元10。启动和停用可以进一步取决于其它参数，例如行驶速度，外部温度以及上次启动后经过的时间。
如前所述，用于上述状态监测系统中的状态监测单元10包括控制器14，其配置为在节能睡眠模式和启动模式中运行。控制器14配置为基于由该控制器14经由发射器16从控制单元18接收的信号、将状态监测单元10从睡眠模式切换至启动模式以及从启动模式切换至睡眠模式。更具体地，控制器14配置为在接收到来自控制单元18的唤醒信号时、将状态监测单元10从睡眠模式切换至运行状态监测的启动模式，并且在接收到来自控制单元18的睡眠信号时、将状态监测单元10从启动模式切换至睡眠模式。
上述系统实施了一种监测车辆轴承单元状态的方法，其使用至少一个状态监测单元10来测量一个轴承单元的至少一个运行参数，并使用控制单元18接收和处理由状态监测单元10获得的信号，其中，探测车辆的地理位置并且根据探测的地理位置启动和/或停用状态监测单元10。
本发明的另一方面涉及一种在指定地理位置通过多个节点触发同步测量的方法，其期望减小轨道状态可能会对传感器采集的测量结果造成的影响。在长火车的情形中，控制单元18的地理位置可能会与特定轴箱的地理位置有实质上的不同。这有助于确保所有传感器的测量质量保持一致。GPS和时间同步传感器网络的耦合也可以用于提供该特征。
本发明的另一方面涉及使用上述具体说明的系统来测量轨道质量并将所述轨道质量作为基础结构监测的工具。
考虑上述火车的示例，使用中央控制单元18中的GUI触发设计器22应用将路标坐标预记录在数据库中，控制单元18作为中央枢纽来管理监测系统运行。
硬件GNSS接收器模块接收来自多个卫星30的GIS信号，并将信号转换为用于GPS模块的NMEA格式的信息，GPS模块持续为应用软件提供包含经度和纬度数据的位置信息，PC应用可以使用该位置信息确定与目标路标的大概距离(和大概到达时间)。
一旦到达路标位置，GPS模块创建异常消息(exception message)，并确定在进行下一步之前是否满足各种参数，包括确定火车在系统配置的可接受速度范围内运行以及速度本身的变化在规定的偏差内。如果这些条件被接受，则系统软件继续运行以标记异常并触发针对网络上的所有节点的广播消息。该事项包括通过TCP/IP传送消息给网络上的所有网关管理器。一旦接收到该消息，各个网关管理器以无线方式将该广播消息转发给作为传感器节点的状态监测单元10。
当各个状态监测单元10接收到该消息时，启动数据捕捉，在储存所记录的数据之前为采集电路供电一段时间，然后关闭电路。可以在捕捉后直接卸载数据或稍后卸载数据。随后，节点重新进入低功耗状态，直到中央控制单元18要求其执行另一测量或任务。
在要求进行手动测量的情形中，系统不需要GPS数据。如果不使用GPS，则使用缺省速度和空位置值。在GPS可用的情形中，从GPS模块获取速度和位置。随后发送广播消息。一旦状态监测单元10接收到广播命令消息，其会根据预先配备的设置和建议的速度执行必要的采样。
控制单元18中的应用软件在数据库中维持动态表格，以调整接收的数据并将其作为对广播命令的反馈。这是为了防止在电源故障或连接问题期间丢失数据。动态数据需要以预定的时间间隔刷新。
作为可选特征，GPS模块持续报告速度变化，如果处理了速度变化事件，则相应地更新数据库。
当接收所有数据后，将日期/时间和速度与数据库进行比较以得出任何速度变化。如果速度是保持恒定的，则记录该采样并请求波形。如果观察到任何速度变化值超过了阈值，则该采样视为无效，并且不储存在数据库中。
到达路标时，状态监测单元10由控制单元18触发“唤醒”并开始运行。为此，由触发设计器22所使用的方法首先基于速度、位置和轨道条件确定合适的路标位置，随后将路标参数详情输入在控制单元18上运行的车载软件。根据由触发设计器22输入的数据，在列车路线上存在一个或多个运行周期。
与监测车轮轴承相关联的无线传感器系统通常具有用于探测车轮旋转速度的装置，且因此对于速度变化有一定的适应能力。
然而，具有车轮旋转探测的传感器系统在轨道直线段可能不需要速度信息，使用不具有旋转探测的状态监测单元10的实施例可以受益于GPS生成的数据进行速度计算。一种简单的解决方案只需要起始点和结束点，其要么与GPS系统的时间数据耦合、要么使用了无线传感器系统时钟，但GPS的系统滞后可能会造成一些问题，特别是在需要加速信息时。
在本发明的另一实施例中，状态监测系统可以包括惯性导航系统(InertialNavigation System,INS)。进一步地，可以给状态监测单元10装备3轴或6轴加速器或者陀螺仪，并且使用这些装置测量的数据来处理波形和/或判断数据的可靠性。这将能够改进传感器系统的控制，并且通过在准确的加速度测量结果之外还集成一些轨道相关变量来提供额外的环境信息从而辅助数据处理。
考虑这些因素有助于维持执行监测的条件的一致性。还可以证明在轨道的弯曲区段进行监测时提供角加速度和速度读数是有用的。毕竟，这些相同的运行原则不是简单地应用于直线段的轨道，而是应用于火车所运行的任意轨道区段，例如，在最大载荷下监测轴承可以提供有用的信息。

Claims (15)

1.一种用于车辆轴承单元的状态监测系统，该系统包括用于测量一个轴承单元的至少一个运行参数的至少一个状态监测单元(10)以及用于接收和处理由该状态监测单元(10)获得的信号的控制单元(18)，
其特征在于还包括用于探测车辆的地理位置的装置(19)，其中该状态监测单元(10)配置为根据探测的地理位置而启动和/或停用，还包括用于手动触发测量的采集应用(24)。
2.如权利要求1所述的状态监测系统，其特征在于该控制单元(18)装备有用于存储车辆的路线数据的存储器(20)，该路线数据包括可供车辆沿其行驶的多个可能路线段，其中该控制单元(18)配置为：当车辆行驶在预定的路线段组中的一个路线段时、启动该状态监测单元(10)，并且当车辆行驶在不包含在该预定的路线段组中的路线段时、停用该状态监测单元(10)。
3.如权利要求1所述的状态监测系统，其特征在于该控制单元(18)装备有用于存储车辆的路线数据的存储器(20)，该路线数据包括可供车辆沿其行驶的多个可能路线段，其中该控制单元(18)配置为：评估路线数据中的路线段的至少一个特征，当车辆正行驶的路线段的特征满足至少一个预定标准时、启动该状态监测单元(10)，并且当车辆正行驶的路线的特征不满足该至少一个预定标准时、停用该状态监测单元(10)。
4.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该控制单元(18)装备有用于存储多个路标的坐标和至少一个半径的存储器(20)，其中该控制单元(18)配置为：当其中至少一个路标与探测的地理位置之间的距离小于该半径时、启动和/或停用该状态监测单元(10)。
5.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该存储器(20)配置为存储与至少一个路标相关的行驶方向，其中该控制单元(18)配置为：当该至少一个路标与探测的地理位置之间的距离小于半径、并且进一步当该车辆的行驶方向匹配于与所述至少一个路标相关地存储的行驶方向时、启动和/或停用该状态监测单元(10)。
6.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于用于探测地理位置的该装置包括用于接收全球定位系统的卫星(30)的信号的装置(19)。
7.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该状态监测单元(10)配置为以无线方式与该控制单元(18)通信。
8.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于用于探测地理位置的该装置(19)是该状态监测单元(10)的连接至该轴承单元的一部分。
9.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于用于探测地理位置的该装置(19)是车辆的该控制单元(18)的一部分。
10.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该状态监测单元(10)配置为连接至火车的轮毂单元，其中该控制单元(18)配置为监测火车的多个轮毂单元的状态。
11.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该控制单元(18)配置为在给定地理位置触发通过多个状态监测单元(10)的同步测量。
12.如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统，其特征在于该控制单元(18)配置为使用由该状态监测单元(10)采集的数据以用于测量轨道质量并将该轨道质量作为基础结构监测的工具。
13.一种用于如前述权利要求中任一项所述的状态监测系统中的状态检测单元，其特征在于该状态监测单元(10)包括控制器(14)，该控制器(14)配置为在节能睡眠模式和启动模式中运行，其中至少一些参数在启动模式中被监测而在睡眠模式中不被监测，其中该控制器(14)配置为基于由该控制器(14)接收的信号、将该状态监测单元(10)从睡眠模式切换至启动模式以及从启动模式切换至睡眠模式。
14.如权利要求13所述的状态监测单元，其中该控制器(14)配置为：当接收到来自车辆的控制单元(18)的唤醒信号后、将该状态监测单元(10)从该睡眠模式切换至该启动模式，该状态监测系统在该启动模式中运行，以及当接收到来自该控制单元(18)的睡眠信号后、将该状态监测单元(10)从该启动模式切换至睡眠模式。
15.一种用于监测车辆轴承单元的状态的方法，该方法使用至少一个状态监测单元(10)测量一个轴承单元的至少一个运行参数以及使用控制单元(18)接收和处理由该状态监测单元(10)获得的信号，其特征在于探测该车辆的地理位置以及根据探测的地理位置启动和/或停用该监测单元(10)。
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