DE112010000427B4 - Rail vehicle with a machine frame that can be moved by track gear on a track - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen. Die Erfindung soll eine Detektion des geometrischen Ortes einer Weiche auch bei unverminderten Fahrgeschwindigkeiten exakt und in Echtzeit ermöglichen, wobei die Erkennung unabhängig von der Befahrrichtung der Weiche (spitz oder stumpf) möglich sein soll. Hierzu ist vorgesehen, dass der Maschinenrahmen (1) mit einer Anordnung (2) von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist, wobei diese Anordnung mindestens ein erstes Paar von Abstandssensoren, das in einem ersten vertikalen Abstand (H) oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche (4) angeordnet ist, sowie mindestens ein zweites Paar von Abstandssensoren, das um einen zweiten vertikalen Abstand (h) oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, umfasst, die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse (3) des Schienenfahrzeuges angeordnet sind, die Messachsen (7.2, 7.4) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α1) gegen die Radaufstandsfläche (4) sowie die Messachsen (7.1, 7.3) des zweiten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α2) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind und die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.The invention relates to a rail vehicle with a machine frame that can be moved on a track by rail bogies. The invention is intended to enable the geometric location of a switch to be detected precisely and in real time even at undiminished travel speeds, with detection being possible regardless of the direction in which the switch is traveled (pointed or blunt). For this purpose, it is provided that the machine frame (1) is connected to an arrangement (2) of at least four distance sensors, this arrangement having at least a first pair of distance sensors that are spanned at a first vertical distance (H) above the wheel contact points of the rail chassis Wheel contact surface (4) is arranged, as well as at least one second pair of distance sensors, which is arranged at a second vertical distance (h) above the first pair of distance sensors, the distance sensors of each pair is axially symmetrical and at a distance L to the central axis ( 3) of the rail vehicle, the measuring axes (7.2, 7.4) of the first pair of distance sensors at an angle (α1) against the wheel contact area (4) and the measuring axes (7.1, 7.3) of the second pair of distance sensors at an angle (α2) are inclined towards the wheel contact area (4) and the measuring axes (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) of all Para Level sensors lie in a common plane orthogonal to the vehicle longitudinal axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen, der mit einer Anordnung von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist, wobei diese Anordnung mindestens ein erstes sowie zweites Paar von Abstandssensoren umfasst, das mindestens erste Paar in einem ersten vertikalen Abstand oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche angeordnet ist, die Messachsen des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem ersten Winkel gegen die Radaufstandsfläche sowie die Messachsen des zweiten Paares von Abstandssensoren unter einem zweiten Winkel gegen die Radaufstandsfläche geneigt sind, und die Messachsen aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.The invention relates to a rail vehicle with a machine frame that can be moved by track gears on a track, which is connected to an arrangement of at least four distance sensors, this arrangement comprising at least a first and second pair of distance sensors, the at least first pair at a first vertical distance above the is arranged by the Radaufstandspunkte of the rail chassis spanned Radaufstandsfläche, the measuring axes of the first pair of distance sensors are inclined at a first angle to the Radaufstandsfläche and the measuring axes of the second pair of distance sensors at a second angle to the Radaufstandsfläche, and the measuring axes of all distance sensors in a common lie to the vehicle longitudinal axis orthogonal plane.

Die Zustandserfassung und Inspektion von Schienenverkehrswegen wurde in der jüngeren Vergangenheit zunehmend automatisiert. Im Rahmen dieser Inspektionen müssen üblicherweise an exakt vorgegebenen Orten des Schienenverkehrsweges bestimmte Messgrößen erfasst und gegen zulässige Grenzwerte abgeprüft werden. Hierzu gibt es im Stand der Technik verschiedene Vorschläge, die üblicherweise darauf beruhen, dass eine aktuelle Ist-Position des Messgerätes bzw. Messfahrzeuges mit einer bekannten bzw. vorgegebenen Soll-Koordinate des vorgesehenen Messortes in Übereinstimmung zu bringen ist, bevor dann die eigentliche Messung durchgeführt werden kann.State survey and inspection of railways has become increasingly automated in the recent past. As part of these inspections, certain measured variables usually have to be recorded at precisely predefined locations on the rail transport route and checked against permissible limit values. For this purpose, there are various proposals in the prior art, which are usually based on the fact that a current actual position of the measuring device or measuring vehicle with a known or predetermined target coordinate of the intended location is to bring into agreement before then carried out the actual measurement can be.

Dies trifft insbesondere auf die Weicheninspektion zu, in deren Rahmen an festgelegten Systempunkten der Weiche Inspektionsparameter (wie z. B. Geometriedaten) zu bestimmen sind. Beispielsweise ist an der Spitze der Weichenzunge die geometrische Beeinflussungsfreiheit der darüber abrollenden Fahrzeugräder zu prüfen. Dazu wäre es nach dem bekannten Stand der Technik erforderlich, die Positionierung des hierzu vorgesehenen Messgerätes mit der Positionsangabe der zuvor in ihrer räumlichen Lage exakt vermessenen Zungenspitze abzugleichen.This applies in particular to switch inspection, in which inspection parameters (such as geometric data) are to be determined at defined system points of the switch. For example, at the top of the switch tongue to check the geometric interference of the rolling over it vehicle wheels. For this it would be necessary according to the known state of the art to match the positioning of the measuring device provided for this purpose with the position information of the tongue tip, which had previously been precisely measured in its spatial position.

Ein Beispiel hierfür liefert die US 2009/0073428 A1 , welche ein Verfahren zur Ermittlung des Schienenprofils mittels Lichtschnittverfahren offenbart. Hierzu werden Kameras verwendet, die den von einem Laser auf das Schienenprofil projizierten Lichtschnitt erfassen. Mittels nachgeschalteter Bildverarbeitungs-Algorithmen wird hieraus sodann das Ist-Profil der Schiene ermittelt und mit vorgegebenen Soll-Profilen verglichen. Um für die jeweilige Lichtschnitt-Messung einen Ortsbezug herzustellen, bedarf es der Synchronisation zu einem vorher exakt vermessenen Ort. Die US 2009/0073428 A1 schlägt hierzu die Verwendung eines Encoders vor. Zudem sind Bildverarbeitungsalgorithmen zeitaufwändig. Profilmessungen mittels Lichtschnittverfahren sind deshalb entweder nur bei sehr geringen Mess- bzw. Fahrgeschwindigkeiten oder – bei etwas höheren Fahrgeschwindigkeiten – nicht in kontinuierlicher Weise durchführbar.An example of this is the US 2009/0073428 A1 , which discloses a method for determining the rail profile by means of light-section method. For this purpose, cameras are used which detect the projected by a laser on the rail profile light section. By means of downstream image processing algorithms, the actual profile of the rail is then determined therefrom and compared with predetermined desired profiles. In order to establish a location reference for the respective light section measurement, the synchronization to a previously exactly measured location is required. The US 2009/0073428 A1 suggests using an encoder. In addition, image processing algorithms are time consuming. Profile measurements by means of light-section methods are therefore only possible at very low measuring or travel speeds or - at slightly higher driving speeds - not in a continuous manner.

Das aktive Bestimmen der Positionsdaten von Messgeräten bzw. Messfahrzeugen und deren Abgleich mit den vorgegebenen Soll-Positionen ist jedoch zeitaufwändig und wirkt sich – in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der für Positionserfassung und -abgleich eingesetzten Systeme – nachteilig auf den von einer Messung beanspruchten Zeitrahmen aus. Gerade auf hoch belasteten Bahnstrecken müssen die Zeitfenster für Inspektionsvorgänge auf kleinstmögliche Umfänge minimiert werden. Im Kontext verschiedener Anwendungen wurde zur Erhöhung der Messgeschwindigkeit bereits eine ereignisgesteuerte Auslösung von Mess-Vorgängen vorgeschlagen. So ist es beispielsweise im Bereich der Inspektion von elektrischen Oberleitungsanlagen an Schienenverkehrswegen bekannt, den Verlauf des Fahrdrahtes mit Methoden der optischen Bildverarbeitung zu erfassen und das Erreichen von Messorten, an denen der Fahrdraht mit Hängern am Tragseil abgehängt ist, mittels Mustererkennung zu identifizieren. Allerdings sind diese Ansätze auf Anwendungen beschränkt, bei denen sich die zu detektierenden Muster bzw. Ereigniszustände auch bei ungünstigen Umgebungsverhältnissen (Schnee, Regen, Dämmerlicht etc.) hinreichend eindeutig von ihrem Umfeld abheben. Gerade im Bereich des Oberbaus ist diese Grundvoraussetzung jedoch meist nicht erfüllt, da hier zum einen nicht der „freie Himmel” als Detektionshintergrund zur Verfügung steht und zum anderen zahlreiche Störhindernisse – beispielsweise in Form von nahe den Schienen montierten Gleisschaltmitteln, Schottersteinen, Aufwuchs, Unrat etc – die Messergebnisse verfälschen.The active determination of the position data of measuring devices or measuring vehicles and their comparison with the predetermined desired positions is, however, time-consuming and has an adverse effect on the time frame claimed by a measurement, depending on the performance of the systems used for position detection and adjustment. Especially on highly loaded railways, the time window for inspection operations must be minimized to the smallest possible amounts. In the context of various applications, an event-triggered triggering of measurement processes has already been proposed to increase the measurement speed. Thus, it is known, for example in the field of inspection of electrical overhead line systems on railways, to detect the course of the contact wire with methods of optical image processing and identify the achievement of measurement locations at which the contact wire is hung with hangers on the support cable by pattern recognition. However, these approaches are limited to applications in which the patterns or event states to be detected are sufficiently clearly distinguishable from their surroundings even under unfavorable environmental conditions (snow, rain, twilight, etc.). Especially in the area of the superstructure, however, this basic requirement is usually not met, since on the one hand not the "free sky" is available as a detection background and on the other numerous obstacles - for example in the form of mounted near the rails track switching means, ballast stones, growth, debris, etc - distort the measurement results.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen bereitzustellen, mit dessen Hilfe der geometrische Ort einer Weiche auch bei unverminderten Fahrgeschwindigkeiten exakt und in Echtzeit detektiert werden kann. Diese Erkennung soll unabhängig von der Befahrrichtung der Weiche (spitz oder stumpf) möglich sein.The invention is therefore an object of the invention to provide a generic rail vehicle with movable by rail undercarriage on a track machine frame, with the help of the geometric location of a switch can be detected accurately and in real time even at undiminished speeds. This detection should be possible regardless of the direction of travel of the switch (pointed or blunt).

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 dadurch gelöst, dass das mindestens eine zweite Paar von Abstandssensoren um einen zweiten vertikalen Abstand oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, sowie die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse des Schienenfahrzeuges angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the at least one second pair of distance sensors is arranged spaced apart by a second vertical distance above the first pair of distance sensors, and the distance sensors of each pair axisymmetric and with a distance L. are arranged to the central axis of the rail vehicle.

Die Ortung der Schiene erfolgt also durch Lokalisierung des bei der Messung des Abstandes zur Fahrschiene detektierten abrupten Sprungs zwischen Backenschiene und Weichenzunge (bei Befahrung der Weiche durch das Schienenfahrzeug in spitzer Richtung) bzw. des Sprungs in der Abstandsmessung beim Übergang von der Schienenfahrkante zur Flügelschiene (bei Befahrung der Weiche durch das Schienenfahrzeug in stumpfer Richtung). Dies geschieht mittels einer speziellen Anordnung berührungsloser Abstandssensoren, die an der Unterseite eines Schienenfahrzeuges jeweils paarweise übereinander angeordnet sind und mit hoher Abtastfrequenz die Innenseite der beiden Schienenköpfe des vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleises abtasten. Mittels eines integrierten Schaltkreises werden diese Abstandsmessungen in Echtzeit ausgewertet und mittels herkömmlicher Verfahren zur Mustererkennung darüber entschieden, ob eine Zungenspitze befahren wurde. Ein erfindungsgemäß ausgeführtes Schienenfahrzeug ermöglicht also sowohl beim Befahren einer Weiche in spitzer Richtung die Ortung der Zungenspitze als auch beim Befahren einer Weiche in stumpfer Richtung die Ortung des Beginns der Flügelschiene und ist damit in richtungsunabhängiger Weise für die Detektion von Weichen auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten geeignet.The location of the rail is thus done by localization of the detected during the measurement of the distance to the rail abrupt jump between stock rail and switch blade (when driving the switch through the rail vehicle in the pointed direction) or the jump in the distance measurement in the transition from the rail edge to the wing rail ( when driving the switch through the rail vehicle in a blunt direction). This is done by means of a special arrangement of non-contact distance sensors, which are arranged in pairs on top of each other on the underside of a rail vehicle and scan at high sampling frequency, the inside of the two rail heads of the rail vehicle traveled track. By means of an integrated circuit, these distance measurements are evaluated in real time and decided by means of conventional methods for pattern recognition on whether a tongue tip has been traveled. An inventively executed rail vehicle thus allows both when driving on a switch in the pointed direction locating the tip of the tongue as well as when driving a switch in the blunt direction locating the beginning of the wing rail and is therefore suitable in a direction-independent manner for the detection of points even at high speeds.

Eventuelle Fehlmessungen einzelner Abstandssensoren können durch das Ausnutzen der wegen der engmaschigen Messungen vorhandenen Redundanzen kompensiert werden. Der Maschinenrahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann als Drehgestellrahmen oder aber auch als starrer, zwei Einachslaufwerke verbindender Fahrzeugrahmen ausgeführt sein. Es kann sich bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug also sowohl um ein herkömmliches Trägerfahrzeug (z. B. in Form eines bereits vorhandenen Messfahrzeuges für andere Messaufgaben) mit einem entsprechend nachgerüsteten Drehgestellrahmen als auch um ein eigenständiges Fahrzeug (z. B. in Form eines geschleppten Mess-Trolleys) handeln. Als Abstandssensoren können übliche Laser-Sensoren, die auf der Basis von Triangulationsverfahren arbeiten, zur Anwendung kommen.Any erroneous measurements of individual distance sensors can be compensated for by exploiting the redundancies that exist due to the close-meshed measurements. The machine frame of the vehicle according to the invention can be embodied as a bogie frame or else as a rigid vehicle frame connecting two single-axle drives. Thus, in the case of the vehicle according to the invention, both a conventional carrier vehicle (eg in the form of an already existing measuring vehicle for other measuring tasks) with a suitably retrofitted bogie frame and an autonomous vehicle (eg in the form of a towed measuring device) can be used. Trolleys) act. As distance sensors conventional laser sensors that work on the basis of triangulation can be used.

Für eine Plausibilitätsprüfung kann das Ausgangssignal des gegenüberliegenden Sensor-Paares auf die Existenz einer abliegenden Weichenzunge hin ausgewertet werden.For a plausibility check, the output signal of the opposite sensor pair can be evaluated for the existence of a remote switch point.

Es hat sich dabei als zweckmäßig herausgestellt, wenn das erste Paar von Abstandssensoren in einem vertikalen Abstand von H = 120 mm oberhalb des durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche, das zweite Paar von Abstandssensoren um einen vertikalen Abstand von h = 60 mm oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren und alle Abstandssensoren mit einem Abstand zur Mittelachse des Schienenfahrzeuges von L = 100 mm angeordnet sowie die Messachsen jedes Abstandssensors um einen identischen Winkel α1 = α2 = 20° gegen die Radaufstandfläche geneigt sind.It has proven to be expedient if the first pair of distance sensors at a vertical distance of H = 120 mm above the spanned by the Radaufstandspunkte the rail chassis wheel contact surface, the second pair of distance sensors by a vertical distance of h = 60 mm above the first Pair of distance sensors and all distance sensors with a distance to the center axis of the rail vehicle of L = 100 mm arranged and the measuring axes of each distance sensor by an identical angle α 1 = α 2 = 20 ° are inclined against the Radaufstandfläche.

Der Erfindungsgedanke wird in nachfolgender Figur verdeutlicht. Es zeigt:The idea of the invention is illustrated in the following figure. It shows:

1 Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges 1 Schematic representation of a rail vehicle according to the invention

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug mit zu einem gleisverfahrbaren Schienenfahrwerk gehörenden Rädern (6) in einer zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ansichtsebene dargestellt. An der Unterseite eines Drehgestellrahmens (1) dieses Schienenfahrzeuges ist eine Trägervorrichtung (2) angebracht, wobei die Trägervorrichtung mittig zum Fahrzeug, d. h. symmetrisch zur Fahrzeugmittellinie (3) positioniert ist. Die Trägervorrichtung dient zur Aufnahme von vier Abstandssensoren. Jeweils zwei dieser Abstandssensoren sind in einer ersten (tiefer zum Gleis liegenden) Einbauebene sowie in einer im vertikalen Abstand (h) exakt darüber angebrachten zweiten (höher über dem Gleis liegenden) Einbauebene der Trägervorrichtung installiert. Zusätzlich sind die beiden Abstandssensoren jeder Einbauebene in zueinander entgegen gesetzter Richtung auf den Mess-Raum unterhalb des jeweiligen Rades (5) ausgerichtet. Die Abstandssensoren sind zudem derart ausgerichtet, dass die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) jedes Abstandssensors unter einem Winkel (α1 = α2 = 20°) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind sowie in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.In 1 is a railway vehicle according to the invention with belonging to a track-traveling rail chassis wheels ( 6 ) are shown in a plane orthogonal to the vehicle longitudinal plane of view. At the bottom of a bogie frame ( 1 ) of this rail vehicle is a carrier device ( 2 ), wherein the carrier device centered to the vehicle, that is symmetrical to the vehicle center line ( 3 ) is positioned. The carrier device serves to accommodate four distance sensors. In each case two of these distance sensors are installed in a first (deeper to the track) installation level and in a vertical distance (h) exactly above it mounted second (higher above the track) installation level of the support device. In addition, the two distance sensors of each installation level in mutually opposite direction to the measuring space below the respective wheel ( 5 ). The distance sensors are also aligned in such a way that the measuring axes ( 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 ) of each distance sensor at an angle (α 1 = α 2 = 20 °) against the wheel contact surface ( 4 ) are inclined and lie in a common to the vehicle longitudinal axis orthogonal plane.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Drehgestellrahmenbogie frame
22
Aufnahmevorrichtung für vier AbstandssensorenRecording device for four distance sensors
33
Fahrzeugmittevehicle center
44
Radaufstandsflächewheel contact
55
MesskreisebeneMeasuring level
66
Rad des SchienenfahrwerksWheel of the rail chassis
7.17.1
Messachse des ersten AbstandssensorsMeasuring axis of the first distance sensor
7.27.2
Messachse des zweiten AbstandssensorsMeasuring axis of the second distance sensor
7.37.3
Messachse des dritten AbstandssensorsMeasuring axis of the third distance sensor
7.47.4
Messachse des vierten AbstandssensorsMeasuring axis of the fourth distance sensor

Claims (1)

Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen (1), der mit einer Anordnung (2) von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist, wobei diese Anordnung mindestens ein erstes sowie zweites Paar von Abstandssensoren umfasst, das mindestens erste Paar in einem ersten vertikalen Abstand (H) oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche (4) angeordnet ist, die Messachsen (7.2, 7.4) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem ersten Winkel (α1) gegen die Radaufstandsfläche (4) sowie die Messachsen (7.1, 7.3) des zweiten Paares von Abstandssensoren unter einem zweiten Winkel (α2) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind, und die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, dass • das mindestens eine zweite Paar von Abstandssensoren um einen zweiten vertikalen Abstand (h) oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, sowie • die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse (3) des Schienenfahrzeuges angeordnet sind.Railway vehicle with a machine frame that can be moved on a track by rail bogies ( 1 ), with an arrangement ( 2 ) is connected by at least four distance sensors, wherein this arrangement comprises at least a first and a second pair of distance sensors, the at least first pair at a first vertical distance (H) above the wheel contact surface spanned by the wheel contact points of the rail chassis (US Pat. 4 ), the measuring axes ( 7.2 . 7.4 ) of the first pair of distance sensors at a first angle (α 1 ) to the wheel contact surface ( 4 ) as well as the measuring axes ( 7.1 . 7.3 ) of the second pair of distance sensors at a second angle (α 2 ) against the wheel contact surface ( 4 ) and the measuring axes ( 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 ) of all the distance sensors lie in a common plane orthogonal to the vehicle longitudinal axis, characterized in that • the at least one second pair of distance sensors is spaced apart a second vertical distance (h) above the first pair of distance sensors, and • the distance sensors of each pair are axisymmetric and with a distance L to the central axis ( 3 ) of the rail vehicle are arranged.
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