CZ30622U1 - Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidl - Google Patents

Description

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla

Oblast techniky

Technické řešení se týká elektronického zařízení na monitorování provozních parametrů osy (nemotorového) vozidla, zejména osy železničního vagónu či jízdního kola, případně jeho nákladu a příslušenství, zahrnující zejména stanovení polohy, měření veličin udávajících stav osy, počet otáček a komunikaci těchto dat do externího sběrného zařízení pro další zpracování. Dosavadní stav techniky

Při vlakovém provozu existuje potřeba kontrolovat stav tažených vagónů, zejména stav náprav a os vagónů. Zjišťují se určité provozní veličiny jako počet otáček, teplota, úroveň vibrací osy a případně poloha vagónu prostřednictvím GPS. Tyto údaje je možno použít i výpočtu odvozených veličin, jako je rychlost, ujetá vzdálenost, ale i informací o zablokování osy a vyplývajících varovných hlášení. Případně lze zjišťovat určité provozní údaje týkající se nákladu např. otevření, přetížení, teplotu nákladového prostoru atd.

Specifikem vagónů je to, že každý vagón v dané vlakové soupravě může být určen pro jinou destinaci a vagóny jsou během transportu zařazovány do různých souprav a proto je důležité, mít možnost sledovat jejich aktuální pohyb a technický stav. Dalším specifikem je to, že nejsou připojeny na přívod elektrické energie a proto není možné měřit požadované veličiny konvenčně.

Některé z měřených veličin lze v současnosti sledovat pomocí zařízení napájených z baterií, které se lepí nebo magneticky přichycují na boční stěnu vagónu, případně zespodu do konstrukce vagónu. Nevýhodou těchto zařízení je možnost poškození nebo zcizení zařízení, ale zejména je nutná péče o dostatek energie v jejich bateriích. Pravidelné dobíjení nebo výměna baterií provoz takovýchto zařízení velmi prodražuje a znemožňuje jejich hromadné používání. Pokud jsou tato zařízení provozována ve velmi úsporném energetickém režimu, aby se prodloužila výdrž baterie, není možné monitorované veličiny zjišťovat tak často, jak je požadováno. Vzhledem i tomu, že jsou zařízení odnímatelná, není zaručena správná identifikace vagónu ani jeho příslušenství jako jsou například nápravy.

Dalším zařízením poskytujícím provozní informace vagónu jsou zařízení upevnitelná na kola vagónu, která k provozu využívají energii z pohybu kola. V dokumentu EP2323886 společnosti PJMesstechnik je popsáno zařízení na zjišťování polohy vagónu připevněné na kolo vagónu, využívající energii z otáčení kola.

Společnost PERPETUUM LTD dodává na trh měřící zařízení upevnitelná na kola vagónu využívající vibrační energii kola. V dokumentu GB2486008 je popsán monitorovací systém využívající dva zdroje energie: energii prostředí a radiofrekvenění energii. Generovaná energie velmi pravděpodobně není v těchto případech dostačující.

Nevýhodou takových zařízení je možnost snadného poškození nebo zcizení a pořizovací cena. Tato známá zařízení mají složitou instalaci a nejsou univerzálně použitelná pro různé typy vagónů.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky řeší zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla podle technického řešení, které k provozu využívá energii získanou z otáčení osy, přičemž vozidlem je zejména železniční vagón nebo jízdní kolo.

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla obsahuje měřící zařízení zahrnující alespoň senzor geografické polohy GNSS (tj. určení polohy satelitním způsobem jako je GPS, Glonass, Galileo atd.), zařízení na komunikaci měřených veličin do externího zařízení, ústrojí na převod mechanické energie na elektrickou a paměť s uloženým identifikačním kódem. Toto zařízení má tvar prstence, tvořeného alespoň dvěma částmi, které jsou upraveny pro pevné spojení kolem osy vozidla.

- 1 CZ 30622 Ul

Prstenec je tvořen např. dvěma polovinami, které se spojí při připevnění na osu. Spojem je s výhodou nerozebíratelné. Kruhové obepnutí kolem osy zajišťuje zařízení proti riziku oddělení od osy vozidla, které je při jiném připevnění značně vysoké.

Ústrojí na převod energie otáčení osy na elektrickou je tvořeno obvodovou dutinou ve vnitřní části prstence, v níž je volně umístěn jezdec, a po jejímž obvodu je umístěna alespoň jedna cívka, s výhodou čtyři cívky. Přeměna energie otáčení na elektrickou je založena na pohybu jezdce v dutině prstence a indukcí elektrické energie při průchodu jezdce kolem indukčních cívek umístěných po obvodu dutiny. Při otáčení osy vagónu dochází k současnému otáčení prstence s indukčními cívkami, přičemž jezdec se pohybuje v dutině a díky gravitaci je stále ve spodu prstence. Díky tomuto relativnímu pohybu jezdce vůči cívkám dochází k indukci a vytváření elektrické energie. Tato indukovaná elektrická energie je využita pro napájení měřících zařízení a zařízení na komunikaci dat nebo může být v případě přebytku využita pro dobíjení baterie.

Měřící zařízení může dále zahrnovat některé z měřidel: měřidla počtu otáček, měřidla teploty, měřidla úrovně vibrací osy. Měřící zařízení může též zahrnovat RF přijímač pro příjem radiofrekvenčních signálů ze senzorů, umístěných vně zařízení. V případě použití zařízení na ose vagónu se může jednat například o RF senzory osazené na různých místech vagónu nebo nákladu.

Zařízením na komunikaci měřených veličin může být bezdrátový vysílač s GSM rozhraním nebo radiofrekveněním rozhraním pro přenos změřených dat (např. Sigfox, přenos dat přes satelity), uspořádaný pro komunikaci naměřených veličin společně s kódem identifikace osy do externí zpracovací jednotky (např. serveru. PC nebo mobilu), kde jsou tyto údaje zpracovány a na základě identifikace přiřazeny k osám jednotlivých vozidel. V případě použití zařízení na ose vagónu jsou přiřazeny ke konkrétním vagónům nebo dvojkolí vagónu za účelem zjištění jejich polohy a provozních parametrů osy, počtu otáček, teploty, úrovně vibrací osy. V případě použití zařízení na jízdním kole může být přenášena poloha kola, ujetá trasa, dosažená rychlost atd. Paměť může být dále upravena k uchování naměřených dat.

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla dále s výhodou obsahuje řídící jednotku pro řízení alespoň jednoho měřícího zařízení a/nebo zařízení na komunikaci dat. Řídící jednotka může být tvořena mikroprocesorem vybaveným programovatelným časovým spínačem pro spouštění jednotlivých měřících a komunikačních operací v nastavených intervalech.

V případě umístění zařízení na ose vagónu lze z měřených hodnot určit např. zablokování osy, přesnou ujetou vzdálenost, podnět pro vytvoření varovného hlášení při překročení limitu vibrací nebo teploty osy. Výhodou umístění zařízení na ose vagónuje především to, že kruhové obepnutí kolem osy bezpečně chrání proti zcizení a poškození, které je jinak značně vysoké při jiném připevnění. Umístění zařízení na ose vagónu přitom poskytuje dostatečně dobrý signál GNSS pro zjištění polohy a rozhraní GSM pro předávání dat. Další výhodou zařízení na ose vagónu je univerzálnost použití pro různé průměry os, protože průměry os je možno pomocí vložených mezikruží snadno přizpůsobit na průměr prstence. To umožňuje univerzální využití u různých typů vagónů, případně i lokomotiv. Vzhledem k relativně nízké ceně zařízení je pravděpodobné a velmi účelné, že tímto zařízením bude vybavena každá osa železničního vagónu a ne pouze jedna.

V případě umístění zařízení na ose jízdního kola, měřící zařízení může dále obsahovat RF přijímač pro příjem radiofrekvenčních signálů RF vysílače umístěného u majitele.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na výkresech, kde:

Obr. 1 znázorňuje středový (příčný) řez zařízením podle technického řešení v rovině kolmé na osu.

Obr. 2a znázorňuje pohled zepředu na zařízení podle technického řešení tvořící prstenec.

Obr. 2b znázorňuje dvě části zařízení podle technického řešení v rozloženém tvaru.

-2CZ 30622 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1:

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vagónu má tvar prstence 4 tvořeného dvěma polovinami 4a, 4b, které jsou upraveny pro spojení kolem osy vagónu. Prstenec je vyroben z polyamidu PA6/30 (silonu), plněného 30 % skelného vlákna z důvodu zvýšení pevnosti, tvrdosti a tepelné odolnosti. Kabel propojující cívky je před instalací umístěn v jedné z polovin 4a, 4b a před instalací je protažen do druhé poloviny. Poloviny 4a, 4b prstence jsou při instalaci na osu spojeny pomocí zacvaknutí a přilepení. Prstenec 4 pak nelze z osy odstranit, aniž by došlo k jeho znehodnocení.

Zařízení je vybaveno ústrojím 5 na převod energie otáčení osy, tvořeným obvodovou dutinou 5a ve vnitřní části prstence, v níž je volně umístěn permanentní magnet 5b a po jejímž obvodu jsou rozmístěny čtyři cívky 5c. Pří otáčení osy vagónu dochází k současnému otáčení prstence 4 s indukčními cívkami 5c, přičemž magnet 5b se pohybuje v dutině 5a a díky gravitaci je stále na spodu prstence. Díky tomuto relativnímu pohybu magnetu 5b vůči cívkám 5c dochází k indukci a vytváření elektrické energie. Tato indukovaná elektrická energie je využita pro napájení měřících zařízení I a zařízení 2 na komunikaci dat nebo v případě přebytku i dobíjení baterie 5d umístěné uvnitř prstence 4 na jeho vnějším obvodu.

Zařízení obsahuje měřící zařízení i vybavené senzorem geografické polohy GNSS, kterým je v tomto případě senzor GPS, senzorem počtu otáček, senzorem vibrací, kontaktním teploměrem.

Zařízení dále obsahuje zařízení 2 na komunikaci měřených veličin a paměť 3 s uloženým identifikačním kódem zařízení. Zařízení 2 na komunikaci je bezdrátový vysílač s GSM rozhraním nebo jiným radiofrekvenčním rozhraním pro přenos změřených dat (např. Sigfox, přenos dat přes satelity), uspořádaný pro komunikaci měřených veličin spolu s identifikací do externí zpracovací jednotky (serveru. PC atd.), kde jsou tyto údaje na základě identifikace zpracovány a přiřazeny k jednotlivým vagónům a jejich osám evidovaným v nadřízeném systému.

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vagónu dále obsahuje řídící jednotku 6 pro řízení alespoň jednoho měřícího zařízení a/nebo zařízení na komunikaci dat. Řídící jednotka je tvořena mikroprocesorem vybaveným programovatelným časovým spínačem pro spouštění jednotlivých měřících a komunikačních operací v nastavených intervalech.

Z naměřených údajů lze zjistit ujetá vzdálenost (z počtu otáček osy) a zablokování osy, např. chybou brzd (při změně pozice zjištěné s pomocí GNSS, kdy nedochází k otáčení osy). Na základě zvýšené teploty a nadměrných vibrací lze dále zjistit nesprávnou funkci ložisek osy a vytvořit varovné hlášení za účelem předcházení nehodě.

Toto zařízení je možno použít na libovolné osy vagónu, pro přizpůsobení průměru osy je možno použít mezikruží.

Příklad 2

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vagónu tvaru prstence 4 je tvořeno dvěma polovinami 4a, 4b, které jsou upraveny pro spojení kolem osy vagónu. Prstenec je vyroben z polyethylenu s přídavkem skla v hmotnostním poměru 70:30, případně z plastu, kompozitu nebo by mohl být použít odlitek z hliníku.

Zařízení je jako v příkladu 1 vybaveno ústrojím 5 na převod energie otáčení osy, tvořeným obvodovou dutinou 5a ve vnitřní části prstence, v níž je volně umístěn permanentní magnet 5b a po jejímž obvodu jsou rozmístěny čtyři cívky 5c. Indukovaná elektrická energie je využita pro napájení měřících zařízení i a zařízení 2 na komunikaci dat nebo v případě přebytku k dobíjení baterie 5d umístěné uvnitř prstence.

Zařízení obsahuje měřící zařízení 1 obsahující GNSS senzor, senzor počtu otáček, senzor vibrací, kontaktní teploměr. Měřící zařízení dále obsahuje RF přijímač pro příjem radiofrekvenčních signálů ze senzorů, osazených na různých místech vagónu nebo nákladu. Tyto senzory zahrnují RF senzory: teploty, tlaku, úrovně osvětlení, výšky hladiny, otevření nákladového prostoru, náklonu,

-3CZ 30622 U1 počtu otočení, přetížení a identifikaci nákladu. Tyto senzory pracují z vlastní baterie a periodicky v určitých intervalech předávají hodnoty RF přijímači.

RF senzor teploty měří okolní teplotu např. uvnitř nákladového prostoru nebo na ložisku vagónu. RF senzor tlaku měří okolní tlak např. uvnitř převážené cisterny nebo tlak v brzdovém okruhu vagónu. RF senzor úrovně osvětlení měří úroveň osvětlení např. uvnitř nákladového prostoru vagónu. Hodnota osvětlení může být důležitá pro převážený materiál nebo změna hodnoty osvětlení může být důležitá k indikaci, kdy byl nákladový prostor otevřen. RF senzor výšky hladiny založený na kapacitním principu (případně na principu odporovém nebo tlakovém) měří výšku hladiny kapaliny převážené v cisterně. RF senzorem náklonu je tříosý akcelerometr měřící přetížení ve třech osách vůči zemské ose, z čehož se získává údaj o změně náklonu i počtu otočení. RF senzory přetížení měří soustavně hodnotu akcelerace ve všech třech osách a při přesáhnutí nastavené povolené hodnoty předá informaci RF přijímači. RF senzor pro identifikaci nákladu v pravidelných intervalech vysílá svoji identifikaci. Využívá se u dražších nákladů tak, že se senzor umístí na vlastní náklad (např. do převáženého stroje nebo automobilu).

Zařízení na monitorování provozních parametrů obsahuje řídící jednotku 6 pro řízení operace měřících zařízení a/nebo zařízení na komunikaci dat. Řídící jednotka je tvořena mikroprocesorem a vybavena časovým spínačem.

Zařízení dále obsahuje zařízení 2 na komunikací měřených veličin a paměť 3 s uloženou identifikací. Zařízení 2 na komunikaci je bezdrátový vysílač s GSM rozhraním, uspořádaný pro komunikaci dat spolu s identifikací 3 do externí zpracovací jednotky (serveru. PC, mobilu atd.), kde jsou tyto údaje zpracovány a na základě identifikace přiřazeny k jednotlivým vagónům a jejich osám. Příklad 3

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy jízdního kola je tvořeno dvěma polovinami (4a. 4b) prstence, které jsou upraveny pro spojem kolem osy kola jízdního kola. Prstenec je vyroben z polyethylenu s přídavkem skla v hmotnostním poměru 70:30.

Zařízení je jako v příkladu 1 a 2 vybaveno ústrojím 5 na převod energie otáčení osy, tvořeným obvodovou dutinou 5a ve vnitřní části prstence, v níž je volně umístěn permanentní magnet 5b a po jejímž obvodu jsou rozmístěny čtyři cívky 5c. Indukovaná elektrická energie je využita pro napájení měřících zařízení I a zařízení 2 na komunikaci dat nebo v případě přebytku k dobíjení baterie 5d umístěné uvnitř prstence.

Měřící zařízení i obsahuje GPS senzor, senzor počtu otáček, tříosý senzor přetížení. RF senzor blízkosti (přijímač) a řídící jednotku 6. Měřící zařízení i poskytuje záznam ujeté trasy, rychlosti, nadmořské výšky a zasílá je do externí jednotky (např. mobilu).

Senzor GPS je uzpůsoben ke zjišťování a odesílání polohy, i když se kolo neotáčí, jako zdroj energie pro toto měření slouží baterie. Toto měření lze použít k nalezení kola po krádeži nebo ke sledování kola pro půjčovny kol.

RF senzor blízkostí zahrnuje RF přijímač spárovaný s RF vysílačem, který má majitel kola u sebe. RF vysílač je opatřen identifikací a baterií. RF vysílač vysílá v pravidelných intervalech (např. lx za sekundu) svoje identifikační číslo, které je přijímáno RF senzorem (přijímačem) umístěným na kole. Pokud je překročena předem určená vzdálenost RF např. 5 m, přijímač nepřijme identifikaci vysílače a zařízení přejde do aktivního stavu střežení. Pokud dojde v této době k aktivaci senzoru přetížení způsobené pohybem jízdního kola, řídící jednotka vyhodnotí manipulaci s kolem jako neoprávněnou a odesílá poplachové zprávy.

Jako RF vysílač je možné i použít mobilní telefon majitele. Jestliže by zařízení rozpoznalo v dosahu spárovaný telefon se zapnutým Bluetooth (na běžném RF principu jako jsou k mobilnímu telefonu přes Bluetooth spárována např. sluchátka), tak by zařízení nebylo v aktivním stavu střežení. Jakmile by zařízení ztratilo Bluetooth spojem s telefonem, přešlo by do aktivního stavu střežení.

-4CZ 30622 U1

Průmyslová využitelnost

Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla lze využít zejména u železničních vagónů i měření geografické polohy a dalších provozních parametrů jako je počet otáček osy, teplota osy a vibrace osy. Zařízení je možno využít univerzálně pro různé typy železničních vagónů i pro sledování parametrů nákladu vagónu a příslušenství vagónu. Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla lze použít pro jízdní kola za účelem sledování parametrů ujeté trasy a ochrany kola proti zcizení.

Claims (12)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení na monitorování provozních parametrů osy vozidla obsahující měřící zařízení (1) zahrnující alespoň senzor polohy, zařízení (2) na komunikaci měřených veličin do externího zařízení, ústrojí (5) na převod mechanické energie osy na elektrickou a paměť (3) s uloženým identifikačním kódem, vyznačující se tím, že má tvar prstence (4), který je nasazen na ose vozidla tak, že jí kruhově obepíná.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prstenec (4) je tvořen alespoň dvěma částmi (4a, 4b), které jsou upraveny pro permanentní spojení kolem osy vozidla.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ústrojí (5) je tvořeno obvodovou dutinou (5a) ve vnitřní části prstence, v níž je volně umístěn permanentní magnet (5b) a po jejímž obvodu je umístěna alespoň jedna cívka (5c), s výhodou čtyři cívky (5c).
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ústrojí (5) je uspořádáno k zásobování měřícího zařízení (1) a komunikačního zařízení (2) elektrickou energií.
5. 5. Zařízení podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že ústrojí (5) je napojeno na dobíječi baterii (5d).
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřící zařízení (1) zahrnuje senzor polohy GNSS a alespoň některé z měřidel: měřidla počtu otáček, měřidla teploty, měřidla úrovně vibrací osy.
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízením (2) na komunikaci měřených veličin je bezdrátový vysílač s GSM rozhraním nebo rádio frekvenčním rozhraním uspořádaný pro komunikaci naměřených veličin společně s kódem identifikace (3) osy do externí zpracovací jednotky.
8. 8. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že paměť (3) je dále upravena k uchování naměřených dat.
9. 9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje dále řídící jednotku (6) pro řízení alespoň jednoho měřícího zařízení (1) a/nebo zařízení (2) na komunikaci dat.
10. 10. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídící jednotka (6) je tvořena mikroprocesorem a opatřena časovým spínačem pro spouštění jednotlivých měřících a komunikačních operací v nastavených intervalech.
11. 11. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že osou je osa vagónu a kde měřící zařízení (1) dále obsahuje RF přijímač pro příjem radiofrekvenčních signálů ze senzorů, osazených na různých místech vagónu nebo nákladu.

    -5CZ 30622 Ul
12. 12. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že osou je osa kola jízdního kola kde měřící zařízení (1) dále obsahuje RF přijímač pro příjem radiofrekvenčních signálů RF vysílače umístěného u majitele.