DE19827271B4 - On-line acquisition system with evaluation part for wheel and track related data for high speed trains - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur online Erfassung und Auswertung von rad- und gleisbezogenen Daten für Hochgeschwindigkeitszüge zur Erhöhung der Zugsicherheit und Reduzierung von Gleisprüffahrten, wobei Sensoren am Drehgestell oder Fahrgestell über der Lauffläche der Schiene angeordnet sind und den Abstand zur Lauffläche während der Zugfahrt messen.Device for online acquisition and evaluation of wheel and track-related data for high-speed trains to increase train safety and reduce track test runs, sensors being arranged on the bogie or undercarriage above the running surface of the rail and measuring the distance to the running surface during the train journey.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur online-Erfassung und Auswertung von rad- und gleisbezogenen Daten für Hochgeschwindigkeitszüge.The invention relates to a device for online acquisition and evaluation of wheel and track-related data for high-speed trains.
Es ist bekannt, daß die ICE-s und andere Züge keine spezielle Rad- und Gleis-Sensorik zur online Erfassung von Schäden und anderer Gefahren am Rad- und Gleissystem (während der Fahrt) besitzen; der genaue Aufbau des Fahrgestells von ICE-Zügen mit Drehgestell findet man z.B. in „Zug der Zukunft" von Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3. Auflage, 1997, ISBN 3-771-0272-5. Die Laufwerksdiagnose einschließlich Radsatzdiagnose erfolgt dort im Rahmen von routinemäßig durchgeführten Instandhaltungsmaßnahmen. Die Sichtung und Erfassung des Gleissystems selbst erfolgt nach einer mündlichen Anfrage der Autoren bei der Deutschen Bundesbahn, (Köln/Leverkusen 1997) über regelmäßig stattfindende Prüffahrten; so werden die Gleisgeometrien mit Hilfe spezieller Gleismeßzüge je nach Gleistyp in regelmäßigen Intervallen überprüft; auf ICE-Strecken erfolgt diese Wartungstätigkeit alle 3 Monate. Die Sichtung der Gleise auf Brüche und Risse erfolgt über sogenannte Gleisprüfzüge mit Hilfe von Ultraschallmessungen.It is known that the ICE-s and other trains no special wheel and track sensors for online detection of damage and other hazards to the bike and track system (while driving); the exact structure of the chassis of ICE trains with bogie is found e.g. in "Train the Future "by Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3rd edition, 1997, ISBN 3-771-0272-5. The Drive diagnostics including Wheelset diagnosis is carried out there as part of routine maintenance measures. The track system itself is viewed and recorded after a oral Inquiry by the authors to the Deutsche Bundesbahn, (Cologne / Leverkusen 1997) about regular test runs; so the track geometries with the help of special track measuring trains depending on Track type checked at regular intervals; on ICE routes, this maintenance activity takes place every 3 months. The Sighting the tracks for breaks and cracks occur over so-called track test trains with the help of ultrasonic measurements.
Die
Eine online Erfassung von gleis- und radbezogenen Daten während einer Zug-Fahrt erfolgt bis dato nicht. Dies würde aber zu einer wesentlichen Erhöhung der Sicherheit bei Zugfahrten durch rechtzeitiges Reagieren auf Gefahren/Schäden am Rad-Gleissystem (z.B. durch ein eingeleitetes Bremsmanöver) hin führen.An online recording of track and bike-related data during a train journey has not yet taken place. But this would become essential increase safety when traveling by train by responding in good time Threats / damages on the wheel track system (e.g. by initiating a braking maneuver).
Darüberhinaus könnte ein solches online Erfassungssystem mit (Funk-) Anbindung an ein zentrales Datenbanksystem mit Auswerteteil einen Teil der regelmäßig stattfindenden Gleis-Prüffahrten reduzieren.In addition, such an online registration system could with (radio) connection to a central database system with evaluation part part of the regular Track test runs to reduce.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Zug-Sicherheit (während der Fahrt) zu erhöhen und eine Reduzierung von Prüffahrten am Gleissystem zu erreichen.The object of the invention is that Train security (while the ride) and a reduction in test drives to be reached on the track system.
Dieses Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished with a device solved the features of claim 1.
Die Hard- und Softwaremäßige Auslegung des Erfassungssystems mit Auswerteteil kann zum Teil in bestehende Systeme, wie z.B. das Zugdiagnosesystem DAVID für ICE-s (s. „Zug der Zukunft" von Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3. Auflage, 1997, ISBN 3-771-0272-5) eingebettet werden. Die mechanische Integration der Sensorik kann (prinzipiell) in das vorliegende Fahr- bzw. Drehgestellsystem von ICE-s (s. „Zug der Zukunft", Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3. Auflage, 1997, ISBN 3-771-0272-5 und folgende Kapitel) oder anderen Zug-Fahrgestellen integriert werden. Die Erfindung selbst kann auf andere Hochgeschwindigkeitszüge (z.B. TGV) übertragen und realisiert werden.The hardware and software design of the Acquisition system with evaluation part can partly in existing systems, such as. the train diagnosis system DAVID for ICE-s (see "Train the Future "by Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3rd edition, 1997, ISBN 3-771-0272-5) be embedded. The mechanical integration of the sensors can (in principle) into the existing ICE-s bogie or bogie system (see "Train the Future ", Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3rd edition, 1997, ISBN 3-771-0272-5 and the following chapters) or other train chassis. The The invention itself can be applied to other high speed trains (e.g. TGV) transmitted and be realized.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in beiliegenden Figuren dargestellt und werden in den folgenden Kapiteln/Abschnitten näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the accompanying figures and are described in the following Chapters / sections closer described.
Es zeigen:Show it:
Der prinzipielle Grundgedanke der
Erfindung wird hierbei in
1 Einsetzbare Sensoren1 Applicable sensors
Die Sensorik dient der Erfassung verschiedener Meßgrößen, die zur Auswertung herangezogen werden. Es werden verschiedene Meßsensoren für verschiedene physikalische Größen benötigt.The sensors are used to record various measured variables that are used for evaluation be. Different measuring sensors are required for different physical quantities.
1.1 Abstandssensor1.1 Distance sensor
Der Abstandssensor dient der Messung des Abstandes zwischen Radlager oder Drehgestell zur Schiene. Die Abstandsmessung stellt die zentrale Komponente im Meßsystem dar. Von ihrer Qualität ist das Gesamtergebnis des Systems abhängig. Ggf. werden im Bereich des Triebkopfdrehgestells weitere zusätzliche Sensoren benötigt.The distance sensor is used for the measurement the distance between the wheel bearing or bogie to the rail. The Distance measurement is the central component in the measuring system of their quality the overall result of the system is dependent. Possibly. be in the field of the powered bogie requires additional sensors.
Für die Erfassung des Abstands kommen verschiedene Meßsysteme in Frage, auf die hier kurz eingegangen wird. Für die technische Realisierung wird die induktive Abstandsmessung favorisiert. Es ist zu ermitteln, ob es sich dabei tatsächlich um den für diese Aufgabe am besten geeigneten Sensor handelt.For the detection of the distance come different measuring systems in question, which will be discussed briefly here. For the technical implementation favors the inductive distance measurement. It should be determined whether it is actually for that for this task is most suitable sensor.
Induktive MessungInductive measurement
Die induktive Abstandsmessung sieht einen elektrischen Schwingkreis vor, in dem eine Spule frequenzbestimmendes Bauteil ist. Der Schwingkreis schwingt mit einer hohen Frequenz (z.B. 100kHz), die mit abnehmender Entfernung zur Schiene durch zunehmende Bedämpfung kleiner wird. Der Sensor beinhaltet einen Meßumformer, der einer der Schwingkeisfrequenz proportionalen Spannung liefert. Damit liefert der Sensor eine dem Abstand proportionale Spannung.The inductive distance measurement sees an electrical resonant circuit in which a coil determines the frequency Component is. The resonant circuit vibrates at a high frequency (e.g. 100kHz), which increases with increasing distance from the rail attenuation gets smaller. The sensor contains a transmitter, which is one of the oscillation frequency proportional voltage supplies. So the sensor delivers one Distance proportional voltage.
Interferometer (Laser)Interferometer (laser)
Ein Halbleiterlaser sendet einen Strahl auf die Schiene. Eine Optik fängt einen Teil des von der Schiene reflektierten Strahls ein und bringt diesem mit einem aus dem Sendestrahl ausgekoppelten Teil zur Interferenz. Das entstehende Interferenzmuster wird von Fotodioden abgetastet. Die Dioden müssen so angeordnet sein, daß die Bewegungsrichtung des Musters erkennbar ist. Durch Zählung der Lichtimpulse kann die Abstandsänderung ermittelt werden.A semiconductor laser sends one Beam on the rail. An optics catches part of the from the rail reflected beam and brings it with one out of the transmitted beam decoupled part for interference. The resulting interference pattern will scanned by photodiodes. The diodes must be arranged so that the direction of movement of the pattern is recognizable. By counting the light pulses the change in distance be determined.
Mechanische Messung (mitgeführte Rolle mit Feder)Mechanical measurement (role carried with feather)
Eine zusätzliche Rolle läuft auf dem Gleis mit. Die Rolle ist so gelagert, daß mit einem Sensor (z.B. Drehwinkelgeber oder linearer Wegaufnehmer) die Bewegung mittels Standardsystemen in ein Meßsignal umgewandelt wird.An additional role is emerging the track with. The roller is mounted so that with a sensor (e.g. rotary encoder or linear displacement sensor) the movement using standard systems into a measurement signal is converted.
Kapazitive MessungCapacitive measurement
Hier der Vollständigkeit halber mit erwähnt.For the sake of completeness mentioned here.
Ultraschallmessungultrasonic measurement
Hier der Vollständigkeit halber mit erwähnt.For the sake of completeness mentioned here.
1.2 Drehzahlsensor1.2 speed sensor
Es muß die Drehgeschwindigkeit der Räder einer Achse gemessen werden. Dazu wird je Achse (Radsatz) ein Sensor benötigt. Dafür kann ein Standardsensor (Drehwinkelgeber) verwendet werden. Es kann ggf. auch ein bereits im System vorhandener Sensor genutzt werden.It must be the rotational speed of the Wheels one Axis to be measured. A sensor is required for each axle (wheel set). For that one can Standard sensor (angle encoder) can be used. It may an existing sensor in the system can also be used.
1.3 Messung der Federeintauchtiefe1.3 Measuring the spring immersion depth
Es kann ggf. sinnvoll sein, zusätzlich an einigen Federn die Federeintauchtiefe zu messen. Dazu wird ein entsprechender Sensor benötigt. Hier kann ggf. ein handelsüblicher linearer Wegnehmer zum Einsatz kommen.It may be useful to add some springs to measure the spring immersion depth. To do this, a corresponding Sensor required. If necessary, a commercially available one linear transducers are used.
1.4 Körperschallsensor1.4 Structure-borne noise sensor
Einen gewissen technischen Charme hat der Einsatz von Körperschallsensoren (Mikrofonen) an bestimmten Stellen im Drehgestell. Mit der entsprechenden Hard- und Software (siehe Drehgestellrechner) kann ein einfaches und wenig anfälliges System realisiert werden, das u.U. jedoch technisch schwerer zu realisieren ist und nicht so genau funktionieren wird. Es bleibt jedoch zusätzlich in der Betrachtung.A certain technical charm has the use of structure-borne noise sensors (Microphones) at certain points in the bogie. With the appropriate Hardware and software (see bogie calculator) can be simple and not very sensitive System that may be implemented however technically harder to is realizing and will not work as precisely. It stays however additionally in contemplation.
1.5 Weitere Sensoren1.5 Other sensors
Es bleibt zunächst offen, ob weitere Sensoren benötigt werden. Die Sicherheit kann durch Messung weiterer Größen ggf. noch gesteigert werden. Inwieweit das sinnvoll ist, bleibt einem Praxistest vorbehalten.At first, it remains open whether there are additional sensors needed become. Security can be measured by measuring other sizes still be increased. To what extent that makes sense remains one Subject to practical testing.
2 Geometrische Anbringung der Sensoren2 Geometric attachment of the sensors
Die Sensoren werden an bestimmten Stellen im Drehgestell angeordnet. Da nicht unbedingt jeder Wagen ein Drehgestell hat, kann es sich hierbei auch um das Fahrgestell handeln. Da sich das Konzept zunächst jedoch auf den ICE konzentriert, wird ohne Beschränkung der Ausführungen fortlaufend vom Drehgestell gesprochen.The sensors are at certain Positions arranged in the bogie. Not every car has a bogie, it can also be the bogie act. Since the concept first However, focusing on the ICE will be without limitation versions continuously spoken of the bogie.
2.0 Abstandssensoren2.0 distance sensors
Es sind verschiedene Punkte denkbar, an denen die Sensoren angebracht werden können. Die Beste sollte experimentell ermittelt werden. Die Sensoren müssen genau über der Lauffläche der Schiene positioniert werden, um so den genauen Abstand messen zu können. Es kann ggf. möglich sein, daß auch mehr oder weniger als 2 Sensoren je Radsatz zum Einsatz kommen. Hier wird im Weiteren zunächst vom Einsatz von 2 Abstandssensoren ausgegangen.Different points are conceivable to which the sensors can be attached. The best should be experimental be determined. The sensors have to exactly about the tread the rail to position the exact distance to be able to. It may be possible be that too more or less than 2 sensors per wheel set are used. Here is the first assuming the use of 2 distance sensors.
Die
Befestigungspunkt AAttachment point A
Die Sensoren befinden sich mit Ihrer Aufhängung am Rand des Drehgestells und liegen damit schwingungstechnisch schon hinter der ersten Bedämpfung. Vorteil dürfte eine größere Laufruhe sein, nachteilig ist jedoch die Entkopplung vom Radsatz, wodurch feine Bewegungen der Radsätze eher schlecht zu erfassen sind.The sensors are with your suspension on the edge of the bogie and are therefore already vibrationally behind the first damping. Advantage is likely smoother running be disadvantageous, however, the decoupling from the wheelset, whereby fine movements of the wheelsets are rather difficult to grasp.
Befestigungspunkt BAttachment point B
Die Sensoren befinden sich mit ihrer Aufhängung am Lagerpunkt des Radsatzes und bekommen somit jede relative Bewegung zur Schiene genau mit. Vorteil dürfte die genauere Erfassung aller Bewegungen sein, nachteilhaft könnte jedoch die größere Schwingung und Vibration sein.The sensors are with your suspension at the bearing point of the wheelset and thus get every relative movement to the rail exactly with. Advantage is likely the more accurate recording of all movements could be disadvantageous the bigger vibration and be vibration.
Andere BefestigungspunkteOther attachment points
Darüber hinaus sind weitere Positionen der Sensoren denkbar (z.B. zwischen den Radsätzen). Die Anzahl der Sensoren kann in Abhängigkeit der Ergebnisse experimenteller Versuche noch variieren.In addition, there are other positions of the sensors conceivable (e.g. between the wheel sets). The number of sensors can be dependent the results of experimental experiments still vary.
2.1 Drehzahlsensor2.1 speed sensor
Der Drehzahlsensor (Drehwinkelgeber) sitzt an beliebiger Stelle auf oder an der Achse jedes Radsatzes des Drehgestells. Da der Radsatz gegenüber dem Drehgestell gefedert gelagert ist, ist der Drehwinkelgeber bevorzugt im Lagerpunkt der Achse anzubringen und zu befestigen. Sollte keine günstiger Punkt zur Anbringung gefunden werden, kann versucht werden, vorhandene Komponenten zur Drehzahlgewinnung zu nutzen. Dazu kann z.B. ein Hallsensor oberhalb der Innenbelüftung einer Bremsscheibe angebracht werden. Ggf. kann hierzu ein kommerziell erhältlicher Sensor eingesetzt werden.The speed sensor (angle encoder) sits anywhere on or on the axle of each wheel set of the bogie. Because the wheelset sprung against the bogie is stored, the rotary encoder is preferably in the bearing point of the Attach and secure axis. Shouldn't be a convenient point to be found can be tried, existing To use components for speed generation. For this, e.g. on Hall sensor above the interior ventilation a brake disc. Possibly. can do this commercially available Sensor are used.
3 Halterung der Sensoren3 Sensor bracket
Die Sensoraufhängung dient der Fixierung der Sensoren auf ihrer Position über der Schiene und der Befestigung an der Radaufhängung am Drehgestell. Im folgenden wird exemplarisch auf die Abstands- und Drehwinkelsensoren eingegangen.The sensor suspension is used to fix the Sensors over their position the rail and the attachment to the wheel suspension on the bogie. Hereinafter the distance and angle sensors are discussed as examples.
3.1 Abstandssensoren3.1 Distance sensors
Die Aufhängung ist abhängig vom
Befestigungspunkt. Je nach diesem werden unterschiedliche Befestigungsgestelle
benötigt,
die an verschiedenen Stellen mit dem Radsatz/Drehgestell verbunden
sind. In
Die Sensoraufhängung sollte möglichst masse-, verwindungs- und schwingungsarm sein, damit der Sensor möglichst genau der Bewegung des Aufhängungspunktes folgt, und eine möglichst geringe Eigenbewegung erfährt. Dadurch wird eine große Genauigkeit erreicht.The sensor suspension should be as possible be low in mass, torsion and vibration so that the sensor is as possible exactly the movement of the suspension point follows, and one if possible experiences little own movement. This gives great accuracy reached.
3.2 Drehzahlsensor3.2 Speed sensor
Wenn der Drehwinkelgeber im Lagerpunkt der Achse angebracht wird, wird keine besondere Aufhängung benötigt. Sollte der Geber zwischen den Rädern im Bereich der Bremsscheiben sitzen, kann der feststehende Teil des Gebers mit einer speziellen, ggf. abgefederten Führung am Drehgestell befestigt werden, oder an der Halterung der Bremszangen mitbefestigt werden.If the rotary encoder in the bearing point of the No special suspension is required. Should the encoder between the wheels the fixed part can sit in the area of the brake discs the encoder with a special, if necessary sprung, guide on Bogie can be attached, or on the bracket of the brake calipers to be attached.
4 Eigenschaften der Sensoren4 Properties of the sensors
Bedingt durch den „rauhen" Einsatzbereich werden an die Meßsensoren (insbesondere für die Abstandsmessungen) besondere Anforderungen gestellt:Due to the "rough" area of application to the measuring sensors (especially for the distance measurements) have special requirements:
Robustes GehäuseRobust housing
Der Sensor sollte möglichst kompakt in seinem Gehäuse sitzen. Denkbar ist ein Metallrohr mit eingegossener Elektronik und Kabeldurchführung an einem Ende, ähnlich existierender Initiatoren.The sensor should be as possible compact in its housing sit. A metal tube with molded electronics is conceivable and cable entry at one end, similar existing initiators.
Wasserdichtigkeit/SchmutzdichtigkeitWater-resistance / dirt tightness
Der Sensor muß im robusten Umfeld wasserdicht (Regen, Luftfeuchtigkeit, ...) und somit auch schmutzdicht sein. Wasser und Verschmutzungen dürfen keinen nennenswerten Einfluß auf das Meßergebnis haben.The sensor must be watertight in a robust environment (Rain, humidity, ...) and thus also be dirt-tight. Water and pollution are allowed no significant influence the measurement result to have.
Temperaturunabhängigkeittemperature independence
Der Sensor muß gegen dem Einsatzbereich entsprechenden Temparaturschwankungen unempfindlich sein. Das kann auch durch elektronische Temperaturkompensation erreicht werden.The sensor must correspond to the area of application Temperature fluctuations are insensitive. This can also be done by electronic temperature compensation can be achieved.
Für die hier schwerpunktsmäßig betrachteten Abstands- und Drehzahlsensoren ist speziell zu fordern:For who focused on here Distance and speed sensors have to be specially requested:
4.1 Abstandssensor4.1 Distance sensor
Ortsauflösungspatial resolution
Die Ortsauflösung muß auch bei hohen Geschwindigkeiten (z.B. 500km/h) so hoch sein, daß z.B. der „Spalt" an einem Weichenherzstück sauber erkannt werden kann.The spatial resolution must also with high Ge speeds (eg 500 km / h) are so high that, for example, the "gap" on a switch frog can be clearly identified.
Eigensicherheitintrinsic safety
Es ist nicht ausreichend, nur das Meßsignal der Sensoren auszuwerten. Die online Information zur Funktionsfähigkeit des Sensors kann z.B. dadurch realisiert werden, daß der induktive Sensor ein frequenzgeteiltes Digitalsignal auf einer zusätzlichen Ader mitsendet, an dem erkannt werden kann, ob der Schwingkreis noch ordnungsgemäß arbeitet.It is not enough, just that Measurement signal of Evaluate sensors. The online information on functionality of the sensor can e.g. can be realized in that the inductive Sensor a frequency-divided digital signal on an additional wire with which it can be recognized whether the resonant circuit is still works properly.
Geringe EigenmasseLow weight
Da das System Rad/Schiene in Bewegung ist, sind Schwingungen und Vibrationen bei der Meßwerterfassung zu berücksichtigen. Um eine möglichst große Genauigkeit zu erzielen, sollte der Sensor möglichst leicht sein, um in seiner Aufhängung möglich wenig in Schwingung zu geraten. Er soll möglichst präzise die Bewegung seiner Aufhängung mitmachen. Die Sensorelektronik sollte daher möglichst klein und kompakt ausgelegt sein.Since the wheel / rail system is in motion, oscillations and vibrations must be taken into account when recording measured values. To one if possible size To achieve accuracy, the sensor should be as light as possible to its suspension possible little to vibrate. He should follow the movement of his suspension as precisely as possible. The sensor electronics should therefore be designed as small and compact as possible his.
4.2 Drehzahlsensor4.2 Speed sensor
Die Drehwinkelauflösung des verwendeten Sensors sollte möglichst hoch sein (≪ 360°) um möglichst schnell und präzise Änderungen der Drehzahl und unrunden Lauf erkennen zu können.The rotation angle resolution of the sensor used should be as possible be high (≪ 360 °) by as much as possible quick and precise changes to be able to recognize the speed and non-circular running.
5 Drehgestellrechner (DGR)5 bogie computer (DGR)
In jedem Drehgestell (ggf. Fahrgestell,
wenn kein Drehgestell vorhanden) befindet sich ein Drehgestellrechner
(DGR). Der DGR hat die Aufgabe, die durch die Sensorik erfaßten Meßwerte zu
verarbeiten. Am DGR ist die im Drehgestell installierte Sensorik
angeschlossen (siehe
Für die Drehgestelle der Triebköpfe kann u.U. die gleiche Sensorik verwendet werden, wie in den Drehgestellen der Mittelwagen. Es ist denkbar, im Triebkopf weitere Sensoren anbringen, um Größen zu erfassen, die nicht der Sicherheit dienen, sondern zusätzliche Informationen über das Gleis liefern:For the bogies of the powered heads may the same sensors are used as in the bogies the middle car. It is conceivable to install additional sensors in the power car, to capture sizes that are not for security, but additional information about the Deliver track:
SpurweitemessungGauge measurement
Die Spurweitemessung kann durch Abstandssensoren vorgenommen werden, die von der Innenseite den Abstand zwischen Drehgestell oder Radaufhängung zur Schiene messen.The track gauge can be measured by distance sensors be made from the inside the distance between Bogie or wheel suspension measure to the rail.
Sonstige ZusatzsensorikOther additional sensors
Durch Anbringung weiterer Sensorik ist es möglich, hier weitere Gleisgrößen zu erfassen.By attaching further sensors Is it possible, to record further track sizes here.
Der Triebkopf eignet sich deshalb, weil er nur zwei mal an einem Zug vorhanden ist. Diese zusätzliche Sensorik würde in den Mittelwagen weniger Sinn machen.The power car is therefore suitable because it only exists twice on a train. This additional Sensors would make less sense in the middle car.
5.1 Hardware5.1 Hardware
Es muß eine wagenübergreifende
Verbindung des Bussystems realisiert werden. Dadurch werden alle
DGR miteinander verbunden, und an den Triebkopfrechner angebunden,
der nur in einem der Triebköpfe
benötigt
wird (
5.1.1 Grundausstattung5.1.1 Basic equipment
Der DGR besteht z.B. aus einem Microcontroller (MCU) mit Flash-ROM und AD-Wandler. Im AD-Wandler werden die Meßwerte der Abstandssensoren in digitale Werte umgewandelt und vom MCU verarbeitet. Die Samplerate muß hoch genug sein, um auch bei hohen Geschwindigkeiten eine nahezu punktuelle streckenbezogene Auflösung zu gewährleisten. Alle DGR's sind über ein galvanisch abgetrenntes Bussystem miteinander Wagenübergreifend verbunden. Hierzu eignet z.B. ein CAN Bus. Die am DGR angeschlossenen Meßsensoren werden z.B. durch kontinuierliche Messung der Stromaufnahme überwacht. Diese Maßnahme ist ein Teil der Selbstüberwachung des Systems und stellt sicher, daß elektronisches Versagen oder ein Sensorabriss möglichst sofort bemerkt wird. Bei Einsatz der induktiven Abstandsmessung wird durch z.B. durch einen Zähler je Sensor das heruntergeteilte Signal mitgezählt, um somit eine Funktionskontrolle der Sensoren zu ermöglichen (siehe Abstandssensor).The DGR consists e.g. from a microcontroller (MCU) with flash ROM and AD converter. The measured values of the Distance sensors converted into digital values and processed by the MCU. The sample rate must be high enough to be almost punctual even at high speeds route-related resolution to ensure. All DGR's are over one galvanically isolated bus system connected to each other across the cars. For this, e.g. a CAN bus. The measuring sensors connected to the DGR e.g. monitored by continuously measuring the current consumption. This measure is part of self-monitoring of the system and ensures that electronic failure or a sensor tear as soon as possible is noticed. When using the inductive distance measurement by e.g. through a counter counted down the divided signal for each sensor in order to perform a function check of the sensors (see distance sensor).
Die Software ist in einem Flash-ROM abgelegt und sollte extern programmierbar sein (ggf. über das Bussystem). Damit könnte ein Softwareupdate sogar vom Triebkopfrecher aus erfolgen. Es ist auch möglich, das gar kein ROM enthalten ist, und sich jeder DGR sein Betriebsprogramm per Bootstrap vom Triebkopfrechner holt.The software is in a flash ROM stored and should be programmable externally (if necessary via the Bus system). So that could a software update can even be carried out from the power unit. It is also possible, that no ROM is included, and each DGR has its own operating program fetched from the power train computer by bootstrap.
Für die Körperschallsensorik (als ggf. zusätzlich benötigte Komponenten) wird ein Digitales Signalprozessor (DSP) System benötigt, um die erforderliche Fast Fourier Transformation (FFT) durchführen zu können. Das DSP System ist über eine Schnittstelle an die MCU des DGR's angeschlossen.For structure-borne noise sensors (as additional if necessary needed Components), a digital signal processor (DSP) system is required to perform the required Fast Fourier Transformation (FFT) can. The DSP system is over an interface connected to the MCU of the DGR.
5.1.2 Sonstige Eigenschaften5.1.2 Other properties
Hier gelten nahezu die gleichen Anforderungen wie für die Sensorik. Sollte es sich als zu aufwendig herausstellen, den DGR in das Drehgestell einzubauen, kann auch optional eine Verlegung in den Wagenkasten erfolgen. Dies hätte jedoch zum Nachteil, daß die Sensorik sich weiter entfernt vom DGR befindet, und alle Meßleitungen über das Drehgestell bis in den Wagenkasten geführt werden müssen. Sollte sich diese Konstruktion jedoch als sinnvoll erweisen, wäre es auch denkbar, nur einen DGR je Wagen zu nutzen, der dann beide Drehgestelle bedient. Es wird jedoch zunächst davon ausgegangen, daß je Drehgestell ein DGR zum Einsatz kommt.Almost the same requirements apply here as for sensors. If it turns out to be too complex to install the DGR in the bogie, it can also be optionally installed in the car body. However, this would have the disadvantage that the sensors are further away from the DGR and all measuring lines have to be routed over the bogie to the car body. Should However, if this construction proves to be useful, it would also be conceivable to use only one DGR per car, which then serves both bogies. However, it is initially assumed that a DGR is used for each bogie.
Vibrationsfestigkeitvibration resistance
Der DGR muß vibrationssicher sein. Da er sich im Drehgestell befindet, ist er erhöhten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt.The DGR must be vibration-proof. There he is in the bogie, he is increased mechanical stress exposed.
Wasserdichtigkeitwater resistance
Da sich der DGR außerhalb des Wagenkastens befindet, ist er rauhen Umwelteinflüssen ausgesetzt, und muß daher vollständig gekapselt sein. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Durchführung der Anschlüsse zu achten, da sich erhöhte Druckverhältnisse durch Fahrtwind ergeben können.Because the DGR is outside of the car body, it is exposed to harsh environmental influences, and therefore must Completely be encapsulated. Particular attention is paid to the implementation of the connections to watch out for, as there are increased pressure ratios can result from wind.
Temperaturkompensationtemperature compensation
Der DGR muß zuverlässig über den gesamten möglichen Temperaturbereich funktionieren. Dazu können auch verschiedene Schaltungsteile notwendig sein (z.B. Kompensation am Flash-Wandler)The DGR must be reliable over the whole possible Temperature range work. Various circuit parts may also be necessary for this be (e.g. compensation on the flash converter)
Bauformdesign
Der DGR sollte als eine Art „Black-Box„ realisiert werden, der nur einen einzigen Anschlußstecker hat. Ggf. ist eine Konstruktion als „plug in" Bauteil vorteilhaft. Der DGR ist somit leicht von unten auswechselbar.The DGR should be implemented as a kind of "black box" be that has only a single connector. Possibly. is a Construction as a "plug advantageous in "component. The DGR is therefore easy to replace from below.
5.2 Software5.2 Software
Hier werden nur die für die Idee der Konzeption relevanten und notwendigen Softwarekomponenten im Sinne einer Grobspezifikation aufgezählt.Here only those for the idea the design of relevant and necessary software components in the Listed in terms of a rough specification.
Die während der Fahrt vom DGR aufgenommenen Meßwerte werden einer zeitlichen und geometrischen Korrellationsanalyse unterzogen und darüber interpretiert.Those recorded by the DGR while driving readings are subjected to a temporal and geometric correlation analysis and above interpreted.
5.2.1 Grundausstattung/Funktionsprinzip5.2.1 Basic equipment / functional principle
Die 4 Abstandssensoren liefern fortlaufend den Abstand zwischen Drehgestell und Schiene. Durch die hohe Samplerate des AD-Wandlers kann die Software nahezu kontinuierlich erfassen, wie hoch der genaue Abstand zwischen Drehgestell und Schiene ist.The 4 distance sensors continuously deliver the Distance between bogie and rail. Due to the high sample rate of the AD converter can record the software almost continuously, what is the exact distance between the bogie and the rail.
Die Funktionsweise der Software soll an folgendem Beispiel exemplarisch erklärt werden:The functionality of the software should are explained using the following example:
Überfahrung eines Spaltes im
Herzstück
einer Weiche (
Es wird in
Ggf. zusätzlich benötigte KomponentenPossibly. additionally required components
Sollte der Körperschallsensor mit DSP zum Einsatz kommen, ist für das DSP System auch Software erforderlich. Das Signal vom Körperschallsensor wird mit einer hohen Abtastrate digitalisiert und einer Fast Fourier Transformation (FFT) unterzogen, um die Amplitudenwerte über das Frequenzspektrum zu gewinnen. Dadurch wird eine Differenzierung der im Drehgestell entstehenden Vibrationen möglich und eine Zuweisung der Geräusche zu bekannten Ereignissen (z.B. Geräusch kommt vom Schleifen des Spurkranz an der Schieneninnenseite, ...) kann hergestellt werden. Der DSP vergleicht dazu das gewonnene Spektrum fehlertollerant gegen eine Sammlung von Normspektren, die auf Meßfahrten ermittelt wurden. Dabei muß auch das Überlappen von mehreren bekannten Ereignissen berücksichtigt werden. Bleiben nach der Zuweisung nicht interpretierbaren Spektren stehen, ist davon auszugehen, daß ein sogenanntes Ereignis (Sonderereignis) aufgetreten ist. Dieses Ereignis wird an den eigentlichen DGR übergeben. Es ist auch denkbar, daß hier zur schnellen Signalverarbeitung und zum Vergleich mehrere Systeme mit Aufgabenteilung zum Einsatz kommen.Should the structure-borne noise sensor with DSP be used come is for the DSP system also requires software. The signal from the structure-borne noise sensor is digitized with a high sampling rate and a Fast Fourier Undergone transformation (FFT) to the amplitude values over the Gain frequency spectrum. This makes a differentiation the vibrations occurring in the bogie possible and an assignment of Sounds to known events (e.g. noise comes from grinding the wheel flange on the inside of the rail, ...) can be manufactured. The DSP compares the spectrum obtained error tolerant against one Collection of standard spectra that were determined on test drives. It must also the overlap from several known events. Stay spectra that cannot be interpreted after the assignment is assume that a so-called event (special event) has occurred. This event is handed over to the actual DGR. It is also conceivable that here for fast signal processing and comparison of several systems with division of responsibilities.
5.2.2 Ereignisse5.2.2 Events
Ein Ereignis ist eine vom DGR softwaremäßig interpretierte Meßwertanalyse, die eine vom normalen Verhalten (Geradeausfahrt auf idealisiertem Gleis) abweichende Bewegung eines Radsatzes oder des gesamten Drehgestells entsprechen kann. Auch Störungen in der Schiene oder normale systembedingte Vorkommnisse (z.B. an Weichen) können ein Ereignis sein. Die meisten Ereignisse sind bezüglich der Signalerfassung auch von der jeweils aktuellen Fahrtgeschwindigkeit abhängig. Wichtige systemspezifische Vorgänge im DGR können auch ein Ereignis sein (z.B. neu booten des DGR's, detektierter Sensorausfall, ...). Alle Ereignisse werden als Ereignispäckchen über das Bussystem an eine zentrale Stelle weitergeleitet. Die eigentlichen ereignisdefinierenden Rohdaten (Sample Werte) werden als solche nicht versendet. Es werden nur wichtige Eckwerte des Ereignisses versendet. Den ereignisbezogenen Daten werden noch weitere Informationen hinzugefügt. Die nachfolgende Aufzählung erhebt derzeit keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Folgende Informationen können sinnvoll sein:An event is a software from the DGR Interpreted analysis of measured values, which can correspond to a movement of a wheel set or the entire bogie that deviates from normal behavior (driving straight ahead on an idealized track). Disruptions in the rail or normal system-related events (e.g. on switches) can also be an event. Most events are also dependent on the current speed of travel with regard to signal acquisition. Important system-specific processes in the DGR can also be an event (e.g. reboot of the DGR, detected sensor failure, ...). All events are forwarded to a central location as event packets via the bus system. The actual event-defining raw data (sample values) are not sent as such. Only important parameters of the event are sent. Additional information is added to the event-related data. The following list does not claim to be complete at the moment. The following information can be useful:
Ereignisbezogene DatenEvent related data
Ereignis-Typ, Länge des Ereignisses, maximale Amplitude, DGR-IDEvent type, length of the event, maximum Amplitude, DGR-ID
Timestamptimestamp
Der DGR gibt seine aktuelle Timestamp mit, um eine genaue zeitliche Zuordnung aller Ereignisse zu ermöglichen, und damit einen chronologischen Vergleich mit von anderer DGR's gelieferten Ereignissen machen zu können.The DGR gives its current timestamp with to enable an exact time allocation of all events, and thus a chronological comparison with events delivered by other DGR's to be able to do.
Aktuelle ereignisbegleitende WerteCurrent event accompanying values
Genaue momentane Drehzahl Radsatz 1 und 2Exact current speed wheel set 1 and 2
Alive EreignisseAlive events
Der DGR erzeugt in regelmäßigen Abständen (z.B. alle 60 Sek.) ein Alive Ereignis, auch wenn sonst keine Ereignisse erkannt wurden. Dadurch signalisiert der DGR seine korrekte Funktion. Durch die im Ereignis enthaltene Timestamp(s) ist es außerdem möglich, an zentraler Stelle in einem weiteren System (Triebkopfrechner) die Zeiten aller DGR's zu synchronisieren.The DGR generates at regular intervals (e.g. an alive event every 60 seconds, even if there are no other events were recognized. The DGR thus signals its correct function. Due to the timestamp (s) contained in the event, it is also possible to central point in another system (power car computer) Times of all DGR's to synchronize.
5.2.3 Softwaremäßige Erkennung von Ereignissen und systembedingten Einflüssen5.2.3 Software detection of events and systemic influences
Die nachfolgenden Ereignisse spielen bei der Fehlererkennung eine Rolle. Werden gewisse, im System vorgehaltene gleitende Grenzwerte überschritten, wird ein Ereignis gemeldet. Der DGR differenziert hierbei, um was für eine Art Ereignis es sich handelt. Es wird zwischen fatalen und normalen Ereignissen unterschieden.The following events play a role in error detection. Are certain held in the system sliding limit values exceeded, an event is reported. The DGR differentiates here by what for one Type of event. It becomes between fatal and normal Events.
Die nachfolgende Aufstellung hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit sondern soll die z.Z. denkbaren Ereignisse erklären.The following list has no claim to completeness but should currently explain possible events.
5.2.3.1 Erkennung fataler Fehler5.2.3.1 Detection of fatal error
Fatale Fehler, die ggf. einen Unfall verursachen können, müssen sauber erkennbar sein und liefern ein entsprechendes Ereignis. Es ist wichtig, daß der DGR diese Ereignisse eindeutig als Ereignis erkennt, da bei Ereignissen dieser Art Gefahr im Vollzug sein kann. Eine saubere Erkennung des Ereignistyps ist hier wichtig.Fatal mistakes that could result in an accident can cause have to be clearly recognizable and deliver a corresponding event. It it is important that the DGR clearly recognizes these events as an event because of events of this kind of danger can be in execution. A clean detection of the Event type is important here.
Beschädigungen an RadreifenDamage to wheel tires
Beschädigungen an der Lauffläche haben einerseits u.U. einen unrunden Lauf zur Folge, der ggf. auch durch den entsprechenden Drehwinkelgeber erkannt werden kann, oder führt zu einer mit dem Radsatzdrehwinkel korrelierten Abstandsänderung des entsprechenden Sensors. Dieses Ereignis ist somit klar zu erkennen. Darüber hinaus dürften sich die differenzierten Amplitudenwerte stark von denen eines normalen Abrollens unterscheiden.Have damage to the tread on the one hand result in a non-circular run, which may also result from the corresponding rotary encoder can be recognized, or leads to a distance change of the corresponding correlated with the wheelset rotation angle Sensor. This event is clearly recognizable. Furthermore likely the differentiated amplitude values differ greatly from those of a normal one Differentiate rolling.
Verlust von RadreifenLoss of wheel tires
Der Verlust eines Radreifen durch Abspringen und Mitschleifen oder völligem Verlust des Radreifens wird zuverlässig durch hohe Abstandsänderung des zugehörigen Abstandssensors erkannt. Auch hier ist eine Korrelation mit dem Radsatzdrehwinkel möglich, jedoch vermutlich nicht so synchron wie bei einer bloßen Beschädigung der Lauffläche. Ggf. kann die Wucht des Abplatzens auch den Sensor beschädigen oder wegreißen.The loss of a wheel tire through Jump off and drag along or complete loss of the tire becomes reliable due to high distance changes the associated Distance sensor detected. Again, there is a correlation with that Wheelset rotation angle possible, but probably not as synchronous as if the tread was damaged. Possibly. the force of the flaking can also damage the sensor or tear.
AchsbruchAchsbruch
Ein Achsbruch dürfte sich neben dem u.U. asynchronen Verhalten der Drehwinkelsignale auch in starken Vibrationen des entsprechenden Radsatzes bemerkbar machen. Diese werden über die zum Radsatz gehörenden Abstandssensoren erfaßt.A broken axle is likely to occur next to the asynchronous Behavior of the rotation angle signals even in strong vibrations of the make the corresponding wheel set noticeable. These are about the belonging to the wheelset Distance sensors detected.
Entgleisen von RadsätzenDerailing wheelsets
Das Entgleisen eines Radsatzes läßt sich durch kurzzeitige einseitige Abstandserhöhung im Moment des Überrollens der Schiene durch den Spurkranz mit anschließendem Fehlen des Abstandssignals am entsprechenden Radsatz feststellen, da nach der Entgleisung keine Schiene mehr unter dem Radsatz vorhanden ist, der Radsatz „hängt„ in der Luft.A wheel set can be derailed by brief one-sided increase in distance at the moment of rolling over the rail through the flange with subsequent lack of the distance signal on the corresponding wheelset, since none after the derailment There is more rail under the wheelset, the wheelset "hangs" in the Air.
Entgleisen von DrehgestellenDerailing bogies
Das Entgleisen eines kompletten Drehgestells stellt sich für den DGR ähnlich dar, wie für das Entgleisen eines Radsatzes, nur das (vermutlich nicht synchron) beide Radsätze das selbe Verhalten zeigen.Derailing a complete bogie stands for similar to the DGR represents how for derailing a wheelset, just that (probably out of sync) both wheelsets show the same behavior.
5.2.3.2 Erkennung von normalen Ereignissen5.2.3.2 Detection of normal events
Normale Ereignisse sind Ereignisse, die jederzeit im System Rad/Schiene vorkommen können, und ggf. auch interpretationstechnische Relevanz haben können. Einige dieser Ereignisse haben ein sehr ähnliches Erscheinungsbild, so daß hier nicht immer eine saubere Klassifizierung der Ereignisse an sich möglich sein wird, das Ereignis aber trotzdem sauber erfaßt wird. Als normale Ereignisse sind hier exemplarisch aufzuzählen:Normal events are events that can occur in the wheel / rail system at any time, and possibly also in terms of interpretation May have relevance. Some of these events have a very similar appearance, so here not always a neat classification of events per se possible will be, but the event is still recorded cleanly. The following are examples of normal events:
Drehgestellschlingern im Gleis (translatorisch/rotatorisch)bogie roll in the track (translational / rotary)
Das Drehgestell ist nicht starr, sondern besitzt eine gewisse Eigendynamik. Dieses sollte, solange es einen gewissen Schwellwert nicht überschreitet, nicht zu einem Ereignis führen. Da von der Schlingerbewegung alle vier Sensoren gleichermaßen betroffen sind, sollte eine einwandfrei Erkennung möglich sein. Bei Überschreitung gewisser differenzierter Amplitudenwerte wird ein Drehgestellereignis (schlingern) erkannt. An dieser Stelle kann es ggf. auch sinnvoll sein, dazu eine FFT zu Hilfe zu nehmen.The bogie is not rigid, but has a certain dynamic. This should be as long as it doesn't exceed a certain threshold, not one Lead event. Since all four sensors are equally affected by the roll movement correct detection should be possible. If exceeded certain differentiated amplitude values becomes a bogie event recognized. At this point it may also be useful to do so to use an FFT.
Unrunde Räder/RadreifenOut of round wheels / wheel tires
Unrunde Räder oder Radreifen können durch rad- oder radsatzbezogene leichte, zum zugehörigen Drehwinkelgeber synchronen laufende Abstandsänderungen erkannt werden. U.U. ist es auch möglich, dieses Ereignis zusätzlich durch einen leichten Jitter im Verhältnis der beiden Drehwinkelsignale synchron zur Radsatzdrehzahl zu detektieren. Eine Überschreitung eines vordefinierten Schwellwertes läßt dieses Ereignis auftreten.Out-of-round wheels or wheel tires can go through lightweight wheelsets or wheelsets, synchronized with the associated rotary encoder ongoing changes in distance be recognized. U.U. it is also possible to go through this event additionally a slight jitter in proportion to detect the two rotation angle signals synchronously with the wheel set speed. An overshoot a predefined threshold value causes this event to occur.
Lose sitzende RadreifenLoose wheel tires
Lose sitzende Radreifen sind schwer zu erkennen. Die größte Chance könnte sich beim Bremsvorgang ergeben, wenn durch ein Verdrehen eines Radreifens die Drehwinkelgeber kurzzeitig (für den Zeitraum der Verdrehung) ein übermäßig asynchrones Signal liefern. Die Abstandssensoren werden vermutlich dazu kein auswertbares Signal liefern. Ein solches Ereignis ist eventuell nur spekulativ zu sehen, sollte aber bei häufigem Auftreten ernst genommen werden.Loose wheel tires are heavy to recognize. The greatest opportunity could arise during the braking process, if by turning a wheel tire the rotary encoder for a short time (for the period of rotation) an overly asynchronous Deliver signal. The distance sensors will probably not be used for this deliver evaluable signal. Such an event may be only to be seen speculatively, but should be taken seriously if it occurs frequently become.
Schäden in der SchienenoberflächeDamage to the rail surface
Schäden in der Schienenoberfläche laufen mit Drehgestellgeschwindigkeit einseitig unter den Abstandssensoren durch. Dieser Vorgang sollte gut erkennbar sein, und bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle ein Ereignis erzeugen.Damages in the rail surface run along Bogie speed on one side under the distance sensors by. This process should be clearly recognizable, and if exceeded generate an event at a certain threshold.
Schäden an SchweißnähtenDamage to welds
Schäden an Schweißnähten dürften sich in gleicher Form erkennen lassen, wie allgemeine Schäden in der Schienenoberfläche. Bei einem Riß kann jedoch u.U. ein anderes Signal mit den Abstandssensoren gewonnen werden, da sich durch den kleinen Spalt die magnetischen Eigenschaften ändern. Dieser Vorgang wird bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle ein Ereignis erzeugen.Damage to welds is likely in the same form as general damage in the Rail surface. With a crack can however, possibly another signal obtained with the distance sensors because the small gap changes the magnetic properties. This Operation will be exceeded generate an event at a certain threshold.
Größere SchienenrisseLarger rail cracks
Größere Schienenrisse geben das gleiche „Bild" ab, wie die allgemeinen Schäden an einer Schiene, nur mit größerer Amplitude.Larger rail cracks give that same "picture" as the general damage on a rail, only with a larger amplitude.
Überfahren von gelaschten SchienenverbindungenDriving over lashed rail connections
Das Überfahren von gelaschten Schienenverbindungen erzeugt ein ähnliches Signal, wie die zuvor genannten Vorgänge. Es ist jedoch u.U. möglich, daß durch den ggf. größeren Abstand der beiden Schienen und des Höhenunterschiedes ein Signal erzeugt wird.Driving over lashed rail connections creates a similar one Signal like the above operations. However, it may be possible that through the possibly larger distance of the two rails and the height difference a signal is generated.
Dieser Vorgang stellt eher eine Ausnahme dar, da diese Art von Verbindung fast nur in Bauabschnitten eingesetzt wird, und somit eigentlich keine Relevanz besitzt. Da jedoch nicht auszuschließen ist, daß ein Hochgeschwindigkeitszug auch (langsam) durch einen solchen fährt, sei er hier der Vollständigkeit halber erwähnt.This is rather an exception, since this type of connection is used almost only in construction phases is, and therefore actually has no relevance. But not there excluded is that a High-speed train also (slowly) drives through one he here of completeness half mentioned.
Passieren von WeichenPassing turnouts
Beim Überfahren von Weichen wird auf der das Herzstück passierenden Schiene der Spalt gemessen. Es ist ein eindeutiges Schienen-Ereignis, das wie das Schweißnaht-Ereignis erkannt wird, jedoch mit viel größerer Amplitude und größerer Länge.When driving over switches on the the centerpiece passing rail the gap measured. It is a clear one Rail event that is recognized as the weld event but with a much larger amplitude and greater length.
Senkungen im GleisbettLowering in the track bed
Senkungen im Gleis lassen sich alleine durch den DGR eher schlecht erfassen. Die in Fahrtrichtung befindlichen Abstandssensoren messen beim Einfahren in die Senkung bedingt dadurch, daß sie sich nicht lotrecht zur Radsatzlagerung befinden, für einen kurzen Zeitraum einen flachen, leichten Anstieg der Entfernung zur Schiene, und beim Ausfahren aus der Senkung eine eben so verlaufenden Annäherung. Dieser Vorgang wird bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle ein Ereignis erzeugen.Lowering in the track is rather difficult to detect with the DGR alone. The distance sensors located in the direction of travel measure when entering the depression because they are not perpendicular to the wheelset storage, for a short period of time a flat, slight increase in the distance to the rail, and when moving out of the depression a similarly running An approximation. This process will generate an event when a certain threshold is exceeded.
5.2.3.3 Kompensation von bekannten Effekten5.2.3.3 Compensation of known effects
Bekannte Effekte sind Ereignisse, die jederzeit im System Rad/Schiene vorkommen können und auch meßtechnisch relevant sind, jedoch nicht zu einem Ereignis führen sollen, da sie weder Hinweise auf bestehende Unsicherheiten geben können, noch der Orientierung dienen. Zu nennen sind hier:Known effects are events that can occur in the wheel / rail system at any time and also in terms of measurement technology are relevant, but should not lead to an event since they do not indicate existing uncertainties can still give orientation serve. To be mentioned here:
Störfelder durch induktive Zugsicherung oder sonstige bahnspezifische MelderInterference fields due to inductive train protection or other rail-specific detectors
Solche Störfelder werden ähnlich den zuvor beschriebenen allgemeinen Schienenschäden erfaßt, haben jedoch ein deutlich schwächeres Signal, das durch die relativ große räumliche Ausdehnung des Melders eher länger ist, und nur 2 mal je Drehgestell gemessen wird, da der Vorgang keine Einwirkung auf die Radsätze selbst hat.Such interference fields become similar to those General rail damage described above, but have a clear weaker Signal due to the relatively large spatial extent of the detector rather longer and is only measured twice per bogie, as the process no effect on the wheel sets itself has.
Überfahren von SchweißstellenDriving over welding points
Schweißnähte haben u.U. andere magnetische Eigenschaften als das normale Schienenmaterial und werden daher beim Überfahren durch die Sensoren gemessen. Der DGR kann dieses Ereignis eindeutig als Gleis-Ereignis erkennen, da die Naht nacheinander an beiden Sensoren vorbei kommt. Ein Gegenrechnen gegen die aktuelle Geschwindigkeit (Drehwinkelgeber) belegt dieses Ereignis.Welds may have other magnetic Properties than the normal rail material and therefore when driving over measured by the sensors. The DGR can clearly identify this event Recognize as a track event, because the seam is successively on both Sensors comes over. A counter calculation against the current speed (angle encoder) documents this event.
Verschiedene SchienenmaterialienDifferent rail materials
Da die Schienen keine exakt gleichen magnetischen Eigenschaften haben, wird nach jeder Schweißnaht ein geringfügig anderer Abstand gemessen werden. Dieses wird voraussichtlich keinen nennenswerten Einfluß haben, und sollte durch gleichmäßiges Einwirken auf alle Sensoren erkannt werden können und nicht zu einem Ereignis führen.Because the rails are not exactly the same have magnetic properties, one after each weld slight other distance can be measured. This is unlikely to be worth mentioning Have influence, and should work through even action can be recognized on all sensors and not an event to lead.
Induktive Störfelder durch z.B. SchienenrückströmeInductive interference fields by e.g. Track return currents
Solche Störfelder sind i.d.R. sehr niederfrequent (z.B. 16 2/3 Hz) und wirken auf alle Abstandssensoren nahezu gleichzeitig und mit gleicher Intensität. Solche Felder sollten softwaremäßig erkennbar sein.Such interference fields are usually very low frequency (e.g. 16 2/3 Hz) and act on all distance sensors almost simultaneously and with the same intensity. Such fields should be recognizable by software.
Signalinterpretation bei beschleunigten BewegungenSignal interpretation at accelerated movements
Durch Eintauchen der Drehgestelle und Radsätze in die jeweiligen Federungen werden die Abstände beim Beschleunigen und Abbremsen mit einem verzögerungsabhängigem Offset behaftet. Dieser Effekt kann durch die Achsdrehzahländerung über die Drehwinkelgeber der Radsätze kompensiert werden.By immersing the bogies and wheelsets the distances when accelerating and Braking with a delay-dependent offset afflicted. This effect can be changed by changing the axle speed Angle of rotation encoder of the wheel sets be compensated.
Störfelder durch Rück- und KopplungsströmeInterference fields due to reverse and coupling currents
Die induktiven Abstandssensoren induzieren in der Schiene einen geringen Wirbelstrom der durch die Bewegung des Meßsystems in Fahrtrichtung einen Rückstrom im Sensor erzeugt. Dieser sollte algorithmisch kompensierbar sein.The inductive distance sensors induce in the rail has a low eddy current caused by the movement of the measuring system a reverse flow in the direction of travel generated in the sensor. This should be algorithmically compensable.
Erdmagnetfeld, lokale Erdmagnetfeldeffekte (z.B. Inhomogenitäten)Earth's magnetic field, local Earth's magnetic field effects (e.g. inhomogeneities)
Das geringe Erdmagnetfeld sollte keinen nennenswerten Einfluß auf das Sensorsignal haben, da es lokal gesehen nahezu konstant ist. Sollte dem nicht so sein, wirkt es gleichmäßig auf alle Sensoren, und kann damit kompensiert werden.The low earth magnetic field should no significant influence have the sensor signal, as it is almost constant locally. If this is not the case, it acts equally on all sensors, and can be compensated with it.
CorioliskraftCoriolis force
Durch die Corioliskraft können u.U. vorwiegend auf Strecken in Nord-Süd Richtung einseitige Abnutzungserscheinungen am Gleis entstehen. Da es sich hierbei um einen sehr langsam wirkenden Effekt handelt, und wahrscheinlich auf das Meßsystem keinen nennenswerten Einfluß hat, kann er vermutlich vernachlässigt werden.The Coriolis force may mainly on routes in north-south direction one-sided wear arise on the track. Because this is a very slow acting Effect acts, and probably no significant on the measuring system Has influence he can probably be neglected become.
5.2.4 Redundanz bei der Meßwertertassung5.2.4 Redundancy in the Meßwertertassung
Um eine im Fall des Versagens eines Sensors weder auf die sichere Erkennung von Ereignissen verzichten zu müssen, noch eine durch eine Überinterpretation ein nicht vorhandenes Ereignis zu erzeugen, ist eine Plausibilitätsprüfung der Sensorsignale empfehlenswert.To one in the event of a failure Sensors do not waive the reliable detection of events to have to, another through over-interpretation Generating an event that does not exist is a plausibility check of the Sensor signals recommended.
Abstandssensorendistance sensors
Gleisbezogene Ereignisse kommen immer unter
mindestens 2 Abstandssensoren vorbei. Neben der normalen Sensorüberwachung
können über solche
Ereignisse immer 2 Sensoren gegeneinander überwacht werden (
DrehwinkelgeberRotary encoder
Die Drehwinkelgeber der Radsätze sollten unter normalen Bedingungen ein nahezu identisches Signal liefern, wenn man voraussetzt, daß zwischen den beiden Radsätzen ein nahezu vernachlässigbarer Schlupf besteht. Eine Fehlmessung kann somit zumindest erkannt werden. Ein Totalausfall eines Drehwinkelgebers wird durch Ausbleiben der Winkelimpulse erkennbar.The angle encoder of the wheel sets should be under provide an almost identical signal under normal conditions if one presupposes that between the two wheelsets an almost negligible There is slippage. An incorrect measurement can at least be recognized. A total failure of a rotary encoder is due to the failure of Angular pulses can be seen.
Sollte eine zu große Differenz zwischen den beiden Drehwinkelsignalen liegen, besteht entweder ein akutes Problem (Ereignis!) oder ein Geber ist defekt. Um festzustellen, welcher der beiden Geber die falschen Informationen liefert, kann ein Gleisereignis herangezogen werden. Da ein Gleis- oder Schienenereignis unter beiden Radsätzen nacheinander „vorbei kommt", kann auf Grund des bekannten Abstands zwischen den Abstandssensoren die Geschwindigkeit ermittelt werden. Diese Information wird gegen die der Drehwinkelgeber verglichen.If there is too big a difference between the two angle signals, there is either an acute problem (event!) Or an encoder is de fect. A track event can be used to determine which of the two sensors provides the wrong information. Since a track or rail event "passes" one after the other under the two wheel sets, the speed can be determined on the basis of the known distance between the distance sensors. This information is compared with that of the rotary encoder.
6 Triebkopfrechner (TKR)6 power car computer (TKR)
Der TKR hat die Aufgabe, die von
den DGR's gemeldeten
lokalen Ereignisse auszuwerten und zu sammeln. Eine schematische
Darstellung des TKR's befindet
sich in
6.1 Hardware6.1 Hardware
Bei der Hardware handelt es sich im weitesten Sinn um einen kommerziellen Rechner mit einer Festplatte, der eine Schnittstelle zum Bussystem der DGR's hat. Beim Zugführer ist ein Display vorhanden. Eine direkte Verbindung zum Schnellbremssystem sollte ebenfalls bestehen. Zusätzlich kann der TKR optional über eine Funkdatenverbindung eine Verbindung zu einem zentralen Gleisdatenbanksystem aufbauen, um streckenbezogene Ereignisse zur weiteren Auswertung zu liefern. Dieses System stellt eine optionale Ergänzung zum Konzept dar. Es könnte sinnvoll sein, den TKR redundant auszulegen, oder fehlertollerante Hardware einzusetzen (z.B. ECC RAM, ...).The hardware is in the broadest sense a commercial computer with a hard drive, which has an interface to the DGR's bus system. A display is available for the train driver. A direct connection to the quick brake system should also be consist. additionally the TKR can optionally via a radio data connection a connection to a central track database system build up track-related events for further evaluation to deliver. This system is an optional addition to the Concept. It could make sense to design the TKR redundantly, or error tolerant Use hardware (e.g. ECC RAM, ...).
6.2 Software6.2 Software
Hier werden nur die für die Idee der Konzeption relevanten und notwendigen Softwarekomponenten im Sinne einer Grobspezifikation aufgezählt.Here only those for the idea the design of relevant and necessary software components in the Listed in terms of a rough specification.
Der TKR verarbeitet alle von den
DGR's gemeldeten
Ereignisse und führt
eine zeitliche und geometrische Korrellationsanalyse durch. Die
lokal von den DGR interpretierten Ereignisse lassen sich damit global
weiter klassifizieren bzw. einordnen (
Prinzipiell werden alle Ereignisse in eine Datenbank eingestellt, die über die Funkdatenverbindung optional zu einem zentralen Gleisdatenbanksystem gesendet werden können. Aufzuzählen sind hier:In principle, all events set in a database via the radio data connection optionally sent to a central track database system can. enumerate are here:
Gleis-EreignisTrack Event
Gleisereignisse sind Ereignisse, die alle DGR's nacheinander in Fahrtrichtung bemerkt haben. Anhand der in den Ereignismeldungen enthaltenen Timestamps kann eine eindeutiger chronologischer Zusammenhang zwischen verschiedenen, von den DGR's gemeldeten Ereignissen hergestellt werden. Der Zeitversatz entspricht der aktuell gefahrenen Geschwindigkeit, bezogen auf die Entfernung der Drehgestelle zueinander. Diese Ereignisse werden zusammengefaßt, und als ein individuelles Gleisereignis in die Datenbank des TKR's eingestellt.Track events are events the all DGR's one after the other noticed in the direction of travel. Based on the in the event messages contained timestamps can have a clear chronological relationship between different events reported by the DGR's become. The time offset corresponds to the current speed, based on the distance between the bogies. These events are summarized and entered as an individual track event in the TKR's database.
Drehgestell-EreignisBogie event
Drehgestellereignisse sind Ereignisse, die nur von einem Drehgestell kommen, und ggf. auf Probleme mit dem entsprechenden Drehgestell hinweisen. Bei häufigen Ereignissen dieser Art vom selben DGR muß von einem Problem im Drehgestell oder Radsatz (je nach Ereignis) ausgegangen werden. Diese Ereignisse werden bei höherer Relevanz (häufiges Auftreten) ebenfalls in die Datenbank eingestellt, und eine Meldung an den Zugführer ausgelöst Bogie events are events that only come from a bogie, and possibly with problems point out the corresponding bogie. With frequent events of this kind from the same DGR must be from a problem in the bogie or wheelset (depending on the event) become. These events are of higher relevance (frequent occurrence) also entered in the database, and a message to the motorman triggered
Die Software verfügt über folgende, weitere FunktionenThe software has the following additional functions
Redundanzredundancy
Gleisereignisse, die von einem oder wenigen DGR's nicht gemeldet werden, und Gleisereignisse die nur von einem oder wenigen DGR's gemeldet werden, deuten u.U. auf ein Problem der jeweiligen DGR's hin. Klarheit kann hier eine im TKR mitlaufende Meldestatistik liefern.Track events by one or not a few DGR's be reported, and track events by only one or a few DGR's are reported may interpret to a problem of the respective DGR's. Clarity can be found here in the TKR provide concurrent reporting statistics.
Informationsdisplay/Alarmmelder beim ZugführerInformation Display / Alarm Detectors at the train driver
Der Zugführer sollte die Möglichkeit haben, bei leichten Störungen im Drehgestellbereich selbst zu entscheiden, was zu tun ist. Dazu ist der TKR mit einem Display beim Zugführer verbunden auf dem entsprechende Meldungen ausgegeben werden können. Optional ist zusätzlich eine Alarmlampe/Hupe vorzusehen.The train driver should have the option have slight disorders Decide what to do in the bogie area. To the TKR is connected to a display on the train driver on the corresponding one Messages can be issued. Optional is additional to provide an alarm lamp / horn.
Anbindung an das SchnellbremssystemConnection to the quick braking system
Massive Störungen, wie Entgleisung von Radsätzen oder Drehgestellen, erzeugen in kurzer Zeit eine hohe Anzahl entsprechender Ereignisse (Radsatz-/Drehgestellentgleisung, ggf. auch in Kombination mit weiteren Ereignissen). Bei massiven Störungen könnte es sinnvoll sein, über eine Verbindung zum Schnellbremssystem eine Schnellbremsung einzuleiten.Massive disruptions, such as derailment of wheelsets or Bogies produce a high number of corresponding ones in a short time Events (wheelset / bogie derailment, possibly also in combination with further events). In the case of massive disruptions, it could make sense to use a To initiate a quick braking connection to the rapid braking system.
FunkdatenverbindungWireless data connection
Über eine Schnittstelle ist der TKR an einen Funkdatensender angeschlossen. Die Funkdatenverbindung ist optional, und dient nicht der Erhöhung der Sicherheit.about the TKR has an interface connected to a radio data transmitter. The radio data connection is optional and is not used to increase the Safety.
TKR bildet ähnliches System wie "Black Box" beim FlugzeugTKR creates something similar System like "Black Box "on the plane
Durch das mitloggen von Ereignissen in der Datenbank des TKR wäre es denkbar, die dort gesammelten Daten im Fall eines Unfalls nachträglich auszuwerten, und somit einen genauen Aufschluß über den Unfallhergang zu bekommen. In diesem Fall stellt das System TKR ein ähnliches System dar, wie die sog. Black-Box (Flugdatenrecorder und Stimmrecorder) beim Flugzeug.By logging events in the TKR database, it would be conceivable to retrospectively collect the data collected there in the event of an accident evaluate, and thus to get a precise insight into the course of the accident. In this case, the TKR system is a similar system to the so-called black box (flight data recorder and voice recorder) on the aircraft.
FunkdatenverbindungWireless data connection
Die Funkdatenverbindung ist optional, und dient der Übermittlung von streckenbezogenen Ereignissen an ein zentrales Gleisdatenbanksystem zur weiteren Auswertung. Es ist ausreichend, wenn der Funklink nur während der Haltezeit in größeren Bahnhöfen genutzt werden kann. Somit beschränkt sich die Einrichtung von festen Gegenstellen auf einige wenige Punkte im Streckennetz. Datensätze die versendet worden sind, werden aus der TKR Datenbank ausgetragen.The radio data connection is optional, and serves the transmission of track-related events to a central track database system further evaluation. It is sufficient if the radio link only during the Stop time used in larger train stations can be. So it is limited the establishment of fixed remote sites on a few points on the route network. records that have been sent are removed from the TKR database.
7 Zentralrechner (Gleisdatenbankrechner, GDBR)7 central computer (track database computer, GDBR)
Im Gleisdatenbankrechner sind die über die jeweiligen Triebkopfrechner empfangenen Meßwerte datenbanktechnisch zentral zu halten und auszuwerten. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Triebkopfrechner und dem zentralen Gleisdatenbankrechner ist (neben späteren Anwendungen) für den Datentransfer bidirektional auszulegen. Grundlage einer Hard- und Softwarespezifikation für das hier vorgeschlagene Konzept ist die genaue Erarbeitung eines Datenmodells einschließlich einer Datenflußanalyse, und zwar im Hinblick auf eine datenmäßige Einbettung in die bereits bestehende Infrastruktur der Bahn. Die (Software-) Spezifizierung für die (automatisierte) Auswertung der erhaltenen gleisrelevanten Daten ist ebenfalls in Zusammenhang mit (ggf.) bereits bestehenden Softwarekomponeneten durchzuführen. Dazu kann ein standard Datenbanksystem (z.B. Oracle) eingesetzt werden, das über eine Schnittstellenanbindung an die Funkschnittstellen der Bahnhöfe zum Einlesen der Triebkopfrechnerdaten angeschlossen ist. Ein weiterer Datenlink zu bestehenden Bahn-Systemen (Strecken Daten ...) muß ebenfalls realisiert werden. Die Software errechnet aus den übersendeten Daten der Triebkopfrechner den statistischen Streckenverlauf und die Ausreißerwerte, automatische Meldung zur Streckenausbesserung können gebildet werden. Diese Datenbasis bildet Möglichkeit für globale Gleisnetzüberwachung.In the track database calculator they are about the respective Driving computer received measured values database to keep and evaluate centrally. Communication between the single power head computer and the central track database computer is (in addition to later Applications) for the Data transfer bidirectional. Basis of a hardware and Software specification for the concept proposed here is the exact elaboration of a Data model including a data flow analysis, with regard to data-based embedding in the already existing rail infrastructure. The (software) specification for the (Automated) evaluation of the track-relevant data received is also in connection with (possibly) already existing software components perform. A standard database system (e.g. Oracle) can be used for this be that over an interface connection to the radio interfaces of the stations for reading the power car computer data is connected. Another data link to existing rail systems (route data ...) must also will be realized. The software calculates from the transmitted Data of the power train computer the statistical route and the outlier values, automatic notifications for route improvements can be generated. This Database forms possibility for global Track network monitoring.
7.1 Hardware7.1 Hardware
Die Hardware sollte so angelegt bzw. angepaßt werden, daß die von den einzelnen TKR's gesandten Daten, z.B. durch Systemabsturz eines der beteiligten Hardwarekomponenten (Funkadapter, Gleisdatenbankrechner, Netzwerkrouter, Festplatten (RAID), Netzteile, ...) nicht verloren gehen können. Eine Möglichkeit besteht darin, alle für den Datenfluß relevanten Komponenten hardwaremäßig mehrfach auszulegen. Gegen Stromausfall empfiehlt sich eine USV-Anlage.The hardware should be created or customized be that the from the individual TKR's sent data, e.g. due to system crash of one of the involved Hardware components (radio adapter, track database computer, network router, Hard disks (RAID), power supplies, ...) cannot be lost. A possibility is all for relevant to the data flow Hardware components to be designed multiple times. A UPS system is recommended against a power failure.
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