DE19827271C5 - On-line recording system with evaluation unit 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, und wobei eine induktive, interferometrische (Laser), mechanische, kapazitive oder ultraschallgestützte Abstandsmessung vorgesehen ist.contraption for the online registration and evaluation of bike- and track-related Data for High-speed trains to increase train safety and reduction of track checks, with sensors on the bogie or chassis over the tread the rail are arranged and the distance to the tread during the Train movement, and whereby an inductive, interferometric (laser), provided mechanical, capacitive or ultrasound-assisted distance measurement is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur online-Erfassung und Auswertung von rad- und gleisbezogenen Daten für Hochgeschwindigkeitszüge.The The invention relates to a device for online detection and evaluation wheel and track related data for high-speed trains.
Stand der TechnikState of the art
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 recording of damage and other dangers on the wheel and track system (while driving); the exact structure of the chassis of ICE trains with bogie finds one z. B. in "train the Future "of Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3rd edition, 1997, ISBN 3-771-0272-5. The Drive diagnostics included Wheelset diagnosis is carried out as part of routinely performed maintenance measures. The sighting and detection of the track system itself takes place after one oral Request from the authors of the Deutsche Bundesbahn, (Cologne / Leverkusen 1997) regularly held test runs; so the track geometry with the help of special track measuring depending on Track type checked at regular intervals; on ICE routes, this maintenance activity is done every 3 months. The Sighting of the tracks for breaks and cracks occur over so-called track checks with help of ultrasound 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.A online recording of track and wheel related data during a Train ride is not done so far. But that would become an essential one increase the safety of trains by timely reacting to Threats / damages on the wheel track system (eg due to an initiated brake maneuver) to lead.
Darüberhinaus könnte ein solches online Erfassungssystem mit (Funk-)Anbindung an ein zentrales Datenbanksystem mit Auswerteteil einen Teil der regelmäßig stattfindenden Gleis-Prüffahrten reduzieren.Furthermore could Such an online detection system with (radio) connection to a central database system with evaluation part a part of the regularly occurring Track test runs to reduce.
Aufgabenstellungtask
Aufgabe der Erfindung ist es, die Zug-Sicherheit (während der Fahrt) zu erhöhen und eine Reduzierung von Prüffahrten am Gleissystem zu erreichen.task The invention is to increase the train safety (while driving) and a reduction of test drives to reach the track system.
Dieses Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This The object is achieved by a device having the features of the claim 1 solved.
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 Detection system with evaluation part can be partially integrated into existing systems, such as For example, the train diagnostic system DAVID for ICE-s (see "Train of the Future "of 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) in the existing bogie system of ICE-s (see "Train of the Future ", Wolfram O. Martinsen, Theo Rahn, Hestra Verlag, 3rd edition, 1997, ISBN 3-771-0272-5 and subsequent chapters) or other train chassis become. The invention itself can be applied to other high speed trains (e.g. TGV) and realized.
Ausführungsbeispielembodiment
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 will be in the following chapters / sections.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
prinzipielle Grundgedanke der Erfindung wird hierbei in
1 Einsetzbare Sensoren1 usable sensors
Die Sensorik dient der Erfassung verschiedener Meßgrößen, die zur Auswertung herangezo gen werden. Es werden verschiedene Meßsensoren für verschiedene physikalische Größen benötigt.The Sensor is used to capture various variables that used gene for evaluation become. There are different measuring sensors for different physical Sizes needed.
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.Of the Distance sensor is used to measure the distance between wheel bearings or bogie to the rail. The distance measurement is the central component in the measuring system of their quality depends on the overall result of the system. Possibly. be in the field of the power bogie further additional sensors needed.
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 capture the distance different measurement systems in question, on the will be briefly discussed here. For the technical realization is favored by the inductive distance measurement. It has to be determined if this is really the case for them Task is the 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. 100 kHz), 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 before, in which a coil is a frequency-determining component. The resonant circuit vibrates at a high frequency (eg 100kHz) with decreasing distance to the rail by increasing damping gets smaller. The sensor includes a transmitter, which is one of the Schwingkeisfrequenz provides proportional voltage. Thus, the sensor delivers a 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.One Semiconductor laser sends a beam on the rail. An optic catch one Part of the reflected beam from the rail and brings this with a decoupled from the transmission beam part for interference. The resulting interference pattern is scanned by photodiodes. The Diodes must be like that be arranged that the Movement direction of the pattern is recognizable. By counting the Light pulses can change the distance be determined.
Mechanische Messung (mitgeführte Rolle mit Feder)Mechanical measurement (carried roll 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.A additional Scroll is running on the track with. The roller is mounted so that with a sensor (eg or linear displacement transducer) the movement by means of standard systems in a measuring signal is converted.
Kapazitive MessungCapacitive measurement
Hier der Vollständigkeit halber mit erwähnt.Here the completeness mentioned with half.
Ultraschallmessungultrasonic measurement
Hier der Vollständigkeit halber mit erwähnt.Here the completeness mentioned with half.
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 the Rotational speed of a wheels Axis can be measured. For this purpose, one sensor is required per axle (wheelset). For this one can Standard sensor (rotary encoder) can be used. It can possibly also a sensor already present in the system can be used.
1.3 Messung der Federeintauchtiefe1.3 Measurement of 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, in addition on some springs to measure the spring immersion depth. This will be a corresponding sensor needed. Here may possibly be a commercial Linear Wegnehmer come used.
1.4 Körperschallsensor1.4 Structure-borne sound 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 The use of structure-borne noise sensors has a certain technical charm (Microphones) at certain points in the bogie. With the appropriate Hardware and software (see bogie calculator) can be a simple and little susceptible System can be realized, the u. U., however, technically difficult realize and will not work so well. It stays however, in addition in consideration.
1.5 Weitere Sensoren1.5 more 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.It stay first open, if more sensors needed become. Safety can be improved by measuring further sizes be increased. To what extent this makes sense remains one Practice test reserved.
2 Geometrische Anbringung der Sensoren2 Geometric mounting 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 placed in certain places in the bogie. Since not necessarily every car has a bogie, this can also be the chassis. However, since the concept initially concentrates on the ICE, without limitation of the embodiments is continuously from Bogie talked.
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.It Various points are conceivable to which the sensors are attached can be. The best should be determined experimentally. The sensors must be exactly above the tread The rail can be positioned to measure 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 further below assumed 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 located with their suspension on the edge of the bogie and are thus vibration technology already behind the first damping. Advantage is likely a smoother running be disadvantageous, however, is the decoupling of the wheelset, which fine movements of the wheelsets rather bad 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 their suspension at the bearing point of the wheelset and thus get exactly any relative movement to the rail. advantage might could be the more accurate capture of all movements, however disadvantageous the greater vibration and 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.Furthermore Further positions of the sensors are conceivable (eg between the Wheel sets). The Number of sensors can be dependent the results of experimental trials 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.Of the Speed sensor (rotary encoder) is located anywhere or on the axle of each wheelset of the bogie. Because the wheelset compared to the Bivvy suspension is stored, the rotary encoder is preferred to be mounted and fastened in the bearing point of the axle. Should not favorable point can be found for attachment, can be tried existing To use components for speed generation. This can z. B. a Hall sensor above the interior ventilation a brake disc are attached. Possibly. this can be a commercial available Sensor can be used.
3 Halterung der Sensoren3 holder of the sensors
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 serves to fix the sensors in their position above the Rail and the attachment to the suspension on the bogie. Hereinafter is exemplified on the distance and rotation angle sensors.
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 possible low in mass, torsion and vibration, so that the sensor as possible exactly the movement of the suspension point follows, and one as possible experiences little proper movement. This will be a 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 is mounted in the bearing point of the axis is no special suspension needed. Should the dealer between the wheels sitting in the area of the brake discs, the fixed part can the encoder with a special, possibly cushioned leadership on Bogies are attached, or on the bracket of the brake calipers be attached.
4 Eigenschaften der Sensoren4 Characteristics of the sensors
Bedingt durch den „rauhen" Einsatzbereich werden an die Meßsensoren (insbesondere für die Abstandsmessungen) besondere Anforderungen gestellt:conditioned through the "rough" area of use to the measuring sensors (especially for the distance measurements) made special demands:
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.Of the Sensor should be as possible compact in its housing to sit. Conceivable is a metal tube with cast-in electronics 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 waterproof in a robust environment (rain, humidity, ...) and therefore also dirt-tight. Water and dirt may not have a significant influence on the measurement result.
Temperaturunabhängigkeittemperature independence
Der Sensor muß gegen dem Einsatzbereich entsprechenden Temparaturschwankungen unempfindlich sein. Das kann auch durch elektronische Temperaturkompensation erreicht werden.Of the Sensor must be against Insensitive to the field of application corresponding temperature fluctuations be. This can also be achieved by electronic temperature compensation become.
Für die hier schwerpunktsmäßig betrachteten Abstands- und Drehzahlsensoren ist speziell zu fordern:For the here focused on Distance and speed sensors are specially to request:
4.1 Abstandssensor4.1 Distance sensor
Ortsauflösungspatial resolution
Die Ortsauflösung muß auch bei hohen Ge schwindigkeiten (z. B. 500 km/h) so hoch sein, daß z. B. der „Spalt" an einem Weichenherzstück sauber erkannt werden kann.The spatial resolution must also at high speeds (eg 500 km / h) be so high that z. B. the "gap" on a switch frog is clean can be recognized.
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 sufficient to evaluate only the measuring signal of the sensors. The online information on the functionality of the sensor can, for. B. be realized in that the inductive sensor is a frequency-divided Digital signal on an additional wire sender, at which it can be recognized whether the resonant circuit is still works properly.
Geringe EigenmasseLow net mass
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.There the system wheel / rail is in motion, are vibrations and vibrations during the measured value acquisition to take into account. To one as possible size To achieve accuracy, the sensor should be as light as possible in its suspension little possible to get into vibration. He should as precise as possible to participate in the movement of his suspension. The sensor electronics should therefore be designed as small and compact as possible be.
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 Rotational angular resolution the sensor used should be as possible be high (<< 360 °) around as possible fast and accurate changes to be able to recognize the speed and non-round 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 the powerhouses can u. U. the same sensors are used as in the bogies the middle car. It is conceivable to attach further sensors in the drive train, to capture sizes, which do not serve security, but additional information about that 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 made by distance sensors, from the inside the distance between bogie or suspension to Measure rail.
Sonstige ZusatzsensorikOther additional sensors
Durch Anbringung weiterer Sensorik ist es möglich, hier weitere Gleisgrößen zu erfassen.By Attachment of additional sensors makes 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.Of the Powerhoe is suitable because he only two times on a train is available. This additional Sensor technology would make less sense in the middle cars.
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).Of the DGR exists z. B. from a microcontroller (MCU) with flash ROM and AD converter. In the AD converter, the measured values of the distance sensors become converted to digital values and processed by the MCU. The sample rate has to go up be enough to be almost punctual even at high speeds distance-related resolution to ensure. All DGR's are over one galvanically separated bus system interconnected with each other. For this purpose z. B. a CAN bus. The measuring sensors connected to the DGR be z. B. monitored by continuous measurement of power consumption. This measure is part of self-monitoring of the system and ensures that electronic failure or a sensor break as soon as possible is noticed. When using the inductive distance measurement is through z. B. by a counter depending Sensor the divided signal is counted, thus a function check to allow 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 stored in a flash ROM and should be externally programmable (possibly via the bus system). Thus a software update could even be done by the headhunter. It is also possible that no ROM is included, and every DGR gets its operating program via bootstrap from the headend computer.
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 the structure-borne sound sensor (as possibly additional needed Components), a Digital Signal Processor (DSP) system is needed to perform the required Fast Fourier Transformation (FFT) can. The DSP system is over an interface is 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.Here Almost the same requirements apply as for the sensors. Should it be prove too expensive to install the DGR in the bogie, Optionally, it can also be laid in the car body. This but would have to the disadvantage that the Sensor is located farther away from the DGR, and all test leads over the Bogie must be performed in the car body. Should However, this construction would prove useful, it would be It is conceivable to use only one DGR per wagon, which then uses both bogies served. It will, however, first assumed that ever Bogie a DGR is used.
Vibrationsfestigkeitvibration resistance
Der DGR muß vibrationssicher sein. Da er sich im Drehgestell befindet, ist er erhöhten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt.Of the DGR must be vibration-proof be. Since he is in the bogie, he is increased mechanical Exposed to stress.
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.There the DGR outside car body is exposed to harsh environmental conditions, and therefore must Completely be encapsulated. Particular attention is paid to the implementation of the connections to pay attention, since increased pressure conditions can result by 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)Of the DGR must be reliable over the entire possible Temperature range work. This can also require different circuit parts be (eg compensation at 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.Of the DGR should be realized as a kind of "black box" be who has only a single connector. Possibly. is a Construction as "plug in "component advantageous. The DGR is thus easily interchangeable 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 the ones for the idea of designing relevant and necessary software components in the sense of a rough specification.
Die während der Fahrt vom DGR aufgenommenen Meßwerte werden einer zeitlichen und geometrischen Korrellationsanalyse unterzogen und darüber interpretiert.The while The measured values taken by the DGR during the journey are timed and subjected to geometric correlation analysis and interpreted over it.
5.2.1 Grundausstattung/Funktionsprinzip5.2.1 Basic equipment / operating 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 provide the distance between the bogie and rail. Due to the high sample rate of the AD converter, the Software almost continuously capture how high the exact distance between bogie and rail is.
Die Funktionsweise der Software soll an folgendem Beispiel exemplarisch erklärt werden:The Functionality of the software is exemplified by the following example explained become:
Überfahrung
eines Spaltes im Herzstück
einer Weiche (
Es
wird in
Ggf. zusätzlich benötigte KomponentenPossibly. additional components required
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.If the structure-borne sound sensor with DSP is used, software is also required for the DSP system. The signal from the structure-borne sound sensor is digitized with a high sampling rate and subjected to a Fast Fourier Transformation (FFT) to obtain the amplitude values over the frequency spectrum. This makes it possible to differentiate the vibrations arising in the bogie and to assign the noises to known events (eg noise comes from the grinding of the wheel flange on the inside of the rail, etc.). For this purpose, the DSP compares the acquired spectrum with a fault tolerance against a collection of standard spectra which were determined on test drives. The overlapping of several known events must also be taken into account. If, after assignment, spectra which can not be interpreted remain, it can be assumed that a so-called event (special event) has occurred. This event is passed to the actual DGR. It is also conceivable that here several systems with task sharing are used for fast signal processing and comparison.
5.2.2 Ereignisse5.2.2 Events
Ein Ereignis ist eine vom DGR softwaremä ßig 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:One Event is a measured value analysis interpreted by the DGR by software, the one of normal behavior (straight ahead on an idealized track) deviating movement of a wheelset or the entire bogie can correspond. Also disturbances in the rail or normal systemic incidents (eg Switch) to be an event. Most events are regarding the Signal acquisition also from the current driving speed dependent. Important system-specific processes in the DGR can also be an event (eg reboot the DGR, detected sensor failure, ...). All events are sent as an event packet via the bus system to a central Job forwarded. The actual event-defining raw data (Sample values) are not sent as such. It will only important parameters of the event are sent. The event-related Data will be added more information. The following list raises currently not exhaustive. Following informations 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.Of the DGR gives its current timestamp to an exact time Allocation of all events allow, and thus a chronological comparison with from other DGR's to make delivered events.
Aktuelle ereignisbegleitende WerteCurrent event-accompanying values
- Genaue momentane Drehzahl Radsatz 1 und 2Exact momentary speed wheelset 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.Of the DGR generates at regular intervals (eg. Every 60 seconds) an alive event, even if no events otherwise were detected. As a result, the DGR signals its correct function. The timestamp (s) contained in the event also makes it possible to central point in another system (drive head computer) the Times of all DGR's to synchronize.
5.2.3 Softwaremäßige Erkennung von Ereignissen und systembedingten Einflüssen5.2.3 Software-based 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 subsequent events play a role in error detection. If certain sliding limit values stored in the system are exceeded, an event is reported. The DGR differentiates here to what for one Type of event. It is between fatal and normal Distinguished events.
Die nachfolgende Aufstellung hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit sondern soll die z. Z. denkbaren Ereignisse erklären.The The following list is not exhaustive but should the z. Z. explain possible events.
5.2.3.1 Erkennung fataler Fehler5.2.3.1 Detecting fatal errors
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.Fatale Errors that can possibly cause an accident must be clearly recognizable and deliver a corresponding event. It is important that the DGR uniquely identifies these events as an event, as in events this type of danger can be at work. A clean recognition of the Event type is important here.
Beschädigungen an RadreifenDamage to 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.damage on the tread on the one hand u. U. a non-round run to the episode, if necessary, too can be detected by the corresponding rotary encoder, or leads to a correlated with the Radsatzdrehwinkel distance change of corresponding sensor. This event is thus clearly visible. About that Beyond the differentiated amplitude values are very different from those of a normal one Unrolling differ.
Verlust von RadreifenLoss of 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 by jumping off and co-grinding or total loss of the wheel tire is reliably detected by high distance change of the associated distance sensor. Again, a correlation with the Radsatzdrehwinkel is possible, but probably not so synchronous as with a mere damage to the tread. Possibly. The force of the chipping may also damage or tear the sensor.
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.One Achsbruch is likely next to the u. U. asynchronous behavior of the rotation angle signals also noticeable in strong vibrations of the corresponding wheelset do. These are about the wheelset belonging Detected distance sensors.
Entgleisen von RadsätzenDerailment of 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.The Derailment of a wheelset can be through short-term one-sided increase in distance at the moment of rolling over the rail through the flange with subsequent absence of the distance signal at the appropriate wheelset, because after the derailment no Rail is more under the wheelset, the wheelset "hangs" in the Air.
Entgleisen von DrehgestellenDerailment of 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.The Derailment of a complete bogie is similar for the DGR, as for the derailment of a wheelset, only that (probably not in sync) both wheelsets show the same behavior.
5.2.3.2 Erkennung von normalen Ereignissen5.2.3.2 Recognition 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 are always in the system wheel / rail can happen, and possibly also have interpretation-technical relevance. Some these events have a very similar appearance, so here not always a clean classification of the events themselves possible but the event will still be recorded cleanly. As normal events can be enumerated here by way of example:
Drehgestellschlingern im Gleis (translatorisch/rotatorisch)Bogie beaters in the track (translatory / 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 momentum. This should, as long as it does not exceed a certain threshold, do not lead to an event. Because of the rolling motion all four sensors are equally affected if proper recognition should be possible. When exceeded certain differentiated amplitude values becomes a bogie event (lurching) recognized. At this point it may also be useful to do so to take an FFT to help.
Unrunde Räder/RadreifenUnround 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.unround Wheels or Wheel tires can through Rad- or wheelset-related light, synchronous to the associated rotary encoder running distance changes be recognized. U. U. it is also possible, this event in addition a slight jitter in the ratio to detect the two rotational angle signals synchronous to the wheelset speed. An overrun a predefined threshold causes this event to occur.
Lose sitzende RadreifenLoose sitting 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 Seated tires are hard to recognize. The biggest chance could arise during the braking process, if by turning a wheel tire the rotary encoders for a short time (for the period of rotation) an overly asynchronous one Deliver signal. The distance sensors probably will not deliver evaluable signal. Such an event may be only to be seen speculative, but should be taken seriously in case of frequent occurrence become.
Schäden in der SchienenoberflächeDamage in 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.Damage in the rail surface run at bogie speed on one side under the distance sensors by. This process should be easily 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. At a crack can however u. U. won another signal with the distance sensors be, because change through the small gap, the magnetic properties. This Process 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 the same "picture" as the general ones damage on a rail, only with larger amplitude.
Überfahren von gelaschten SchienenverbindungenCrossing of 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.The driving over of lashed rail joints produces a similar signal as before mentioned operations. It is however u. May be possible that by the possibly larger distance 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 process is more of an exception because this type of connection is almost only used in construction phases, and thus actually has no relevance. However, since it can not be ruled out that a high-speed train will (slowly) pass through it, it should be mentioned here for the sake of completeness.
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 of turnouts is on the rail passing the centerpiece Gap measured. It's a unique track event that looks like the weld event is detected, but with much greater 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 An näherung. Dieser Vorgang wird bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle ein Ereignis erzeugen.reductions in the track alone can be detected by the DGR rather bad. The distance sensors in the direction of travel measure when retracting in the lowering due to the fact that they are not perpendicular to Wheelset storage, for a short period of time a shallow, slight increase in distance to the rail, and when extending from the sink just as running Approximation. This process will be exceeded generate an event at a certain threshold.
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 occur at any time in the system wheel / rail can and also metrologically are relevant, but should not lead to an event, since they have neither references to existing uncertainties, nor orientation serve. To call here are:
Störfelder durch induktive Zugsicherung oder sonstige bahnspezifische Melderinterference by inductive train protection or other railway-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 become similar However, the above described general rail damage detected, but have a clear weaker Signal caused by the relatively large spatial extent of the detector rather longer is, and only 2 times per bogie is measured, since the process no effect on the wheelsets even has.
Überfahren von SchweißstellenDriving over welds
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.Have welds u. U. other magnetic properties than the normal rail material and therefore when driving over measured by the sensors. The DGR can make this event unique recognize as a track event, as the seam successively on both Sensors come over. A counter calculation against the current speed (rotary encoder) occupies this event.
Verschiedene SchienenmaterialienVarious 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.There the rails do not have exactly the same magnetic properties, will after every weld a little bit other distance are measured. This is not expected to be significant Have influence, and should be through uniform action can be detected on all sensors and not on an event to lead.
Induktive Störfelder durch z. B. SchienenrückströmeInductive interference fields by z. B. rail 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 are i. d. R. very low frequency (eg 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 Dipping the bogies and wheelsets in the respective suspensions become the distances when accelerating and decelerating with a delay-dependent offset afflicted. This Effect can be due to the axle speed change over the rotary encoder of the wheelsets be compensated.
Störfelder durch Rück- und KopplungsströmeInterference fields by return 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 a low in the rail Eddy current caused by the movement of the measuring system in the direction of travel reverse current generated in the sensor. This should be algorithmically compensated.
Erdmagnetfeld, lokale Erdmagnetfeldeffekte (z. B. Inhomogenitäten)Earth magnetic field, local earth magnetic field effects (eg 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 geomagnetic field should not have a significant influence on the Sensor signal, since it is locally almost constant. Should If this is not the case, it acts equally on all sensors, and can be compensated.
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.By the Coriolis force can u. U. predominantly on routes in north-south direction unilateral wear and tear arise on the track. Because this is a very slow acting Effect is, and probably not worth mentioning on the measuring system Has influence he may probably be neglected become.
5.2.4 Redundanz bei der Meßwertertassung5.2.4 Redundancy of the measured value reading
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.In order not to have to do without the reliable detection of events in case of failure of a sensor, or one by a Overinterpretation to generate a non-existent event, a plausibility check of the sensor signals is 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 Rotary encoder of the wheelsets should under normal conditions have a nearly identical signal supply, assuming that between the two wheelsets almost negligible Slip exists. A faulty measurement can thus at least be detected. A total failure of a rotary encoder is due to failure of the Angle pulses visible.
Sollte eine zu große Differenz zwischen den beiden Drehwinkelsignalen liegen, besteht entweder ein akutes Problem (Ereignis!) oder ein Geber ist de fekt. 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.Should one too big Difference between the two rotational angle signals are either an acute problem (event!) or a giver is de fekt. To determine which of the two donors the wrong information supplies, a track event can be used. Because a track or rail event under both sets of wheels in succession "over comes on, "can open Reason of the known distance between the distance sensors the speed be determined. This information is against the rotary encoder compared.
6 Triebkopfrechner (TKR)6 headstock 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, ...).at The hardware is in the broadest sense a commercial one Computer with a hard disk that interfaces to the bus system the DGR's has. At the motorman is a display available. A direct connection to the quick brake system should also exist. additionally The TKR can optionally be over a radio data connection connects to a central track database system build up to track-related events for further evaluation to deliver. This system is an optional supplement to Concept. It could be useful to configure the TKR redundant, or fault tolerant To use hardware (eg 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 the ones for the idea of designing relevant and necessary software components in the sense 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 are put into a database that is over the Radio data connection optional to a central track database system can be sent. 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 that are all DGR's have noticed one after the other in the direction of travel. Based on in the event messages Timestamps included can be a unique chronological context between different events reported by the DGR's become. The time offset corresponds to the currently driven speed, based on the distance of the bogies to each other. These events are summarized, and set 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 ausgelöstbogie events are events that come only from a bogie, and possibly to indicate problems with the corresponding bogie. For frequent events this type of the same DGR must of a problem in the bogie or wheelset (depending on the event) become. These events become more relevant (frequent occurrence) also set in the database, and a message to the motorman triggered
Die Software verfügt über folgende, weitere FunktionenThe Software has the following, More 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 those of one or a few DGR's are not reported, and track events only from one or more few DGR's are reported interpret u. U. on a problem of the respective DGR's out. Clarity can be found here in the TKR deliver follow-up reporting statistics.
Informationsdisplay/Alarmmelder beim ZugführerInformation display / alarm detector 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 driver should be able to withstand minor disturbances in the bogie area itself to decide what to do. For this purpose, the TKR is connected to a display at the train driver on the appropriate messages can be issued. Optionally, an additional alarm lamp / horn is to be provided.
Anbindung an das SchnellbremssystemConnection to the quick brake 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 disorders, like derailment of wheelsets or bogies, generate in a short time a large number of corresponding Events (wheelset / bogie derailment, possibly also in combination with further events). With massive disturbances it could be useful, over one Connection to the quick brake system to initiate a rapid braking.
FunkdatenverbindungWireless data connection
Über eine Schnittstelle ist der TKR an einen Funkdatensender angeschlossen. Die Funkdatenverbindung ist optional, und dient nicht der Erhöhung der Sicherheit.Over a Interface, the TKR is connected to a radio data transmitter. The wireless data connection is optional, and is not intended to increase the Safety.
TKR bildet ähnliches System wie "Black Box" beim FlugzeugTKR forms similar system as "black box" with the airplane
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 the logging of events in the database of the TKR would be conceivable evaluate the data collected there in the event of an accident, and thus to get an accurate indication of the accident. In this case, the system TKR represents a similar system as the so-called black box (flight data recorder and voice recorder) at 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 is used for the transmission of distance-related Events to a central track database system for further evaluation. It is sufficient if the radio link is only used during the holding time in larger stations can be. Thus limited the establishment of fixed remote stations on a few points in the route network. records which have been sent are discharged 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 computers are the over the respective powerhead computers received measured values central database to hold and evaluate. The communication between the individual power train computers and the central track database calculator is (in addition to later applications) for the Data transfer bidirectional interpreted. Basis of a hardware and Software specification for the concept proposed here is the exact elaboration of a Including data model a data flow analysis, with regard to a data-based embedding in the already existing infrastructure of the railway. The (software) specification for the (automated) evaluation of the track-relevant data obtained is also related to (possibly) already existing software components perform. A standard database system (eg Oracle) can be used for this purpose be that over an interface connection to the radio interfaces of the stations for reading the drive head computer data is connected. Another data link to existing railway systems (routes data ...) must also be realized become. The software calculates from the transmitted data of the drive head computers the statistical route and the outliers, automatic message for track improvement can be formed. 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 adapted so that the from the individual TKR's sent data, eg. B. by system crash one of the involved Hardware components (radio adapter, track database computer, network router, Hard disks (RAID), power supplies, ...) can not be lost. A possibility is all for relevant to the data flow Hardware components have to be designed several times. Against power failure, a UPS system is recommended.
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