-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung entspricht dem technischen Gebiet der Gleismesssysteme, nämlich einem On-Board-Gleisprüfsystem im Fahrzeug selbst und den Mitteln, welche dieses für die Messung der Geometrie des Gleises aufweist, wobei das genannte Prüfsystem außerdem Mittel zur Messung des Verschleißes und der Welligkeit des genannten Gleises aufweist.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Heutzutage, in Eisenbahnbetrieben, in welchen sich die Anzahl von Passagieren erhöht hat, aber die Betriebs- und Wartungskosten verringert werden sollen, ist es nötig eine Reihe von Kontrollen der Werte des Gleises durchzuführen, sowohl bezüglich deren Geometrie als auch des Verschleißes und der Welligkeit desselben, welche es erlauben, eine effektivere und kostengünstigere Wartung der Infrastruktur durchzuführen.
-
Im Stand der Technik gibt es Bahngleisprüfsysteme, mit denen die Erfassung der Defekte in Bezug auf die genannten Werte, welche in den Bahngleisen geben kann, versucht wird. Damit wir erlaubt die Wartungskosten zu senken sowie die Wahrscheinlichkeit der Zugunfällen aufgrund von Geometriewerten des Gleises über den empfohlenen Grenzen zu verringern.
-
Mit diesen Systemen versucht man die Messung des Gleises durchzuführen und die Werte der gemessenen Größen mit denen zu vergleichen, welche die Vorschriften als sichere Grenzen festlegen.
-
Die simpelsten Vorrichtungen, welche mit diesem Ziel eingesetzt werden, bestehen aus Prüfsystemen, welche auf einem Gestell montiert sind, welches entlang des Gleises angetrieben wird, sodass das Verlagern desselben erlaubt wird, während dieses die Messungen der Größen von Interesse durchführt. Andererseits sind die hochentwickeltsten Vorrichtungen zu diesem Zweck entweder die zur Durchführung der genannten Prüfung instrumentierten Züge oder die On-Board-Prüfsysteme in den Eisenbahnfahrzeugen selbst.
-
Als Beispiel des Standes der Technik können die Bezugsdokumente ES1 062827, ES2605796, US20180339720, PL399174, RU2652338, CN108466635 und US20110181721 erwähnt werden.
-
Das Bezugsdokument ES1062827 schlägt eine Gleisprüfvorrichtung vor, welche ein T-förmiges Gestell umfasst, in welchem die Prüfmittel angeordnet werden und welches an jedem Ende desselben einen jeweiligen Fuß mit vorbestimmter Länge aufweist, mit einem Rad, welches dafür geeignet ist, auf den Schienen eines Eisenbahngleises zu fahren.
-
Dieses System entspricht der erstgenannten Art, dessen Aufgabe die Messung der Charakteristiken des Gleises mittels eines exklusiv zu diesem Zweck erstellten Elements ist, welches sich von einem Eisenbahnfahrzeug unterscheidet. Diese Systeme, welche auf einem Gestell montiert sind, obwohl sie kostengünstiger sind und die damit erhaltenen Ergebnisse ein hohes Genauigkeitsniveau aufweisen, haben jedoch bestimmte Nachteile, welche darauf zurückzuführen sind, dass sie einerseits sehr langsame Systeme bei der Erhaltung der genannten Daten sind und dass andererseits, da die Messung in einem Gestell durchgeführt wird, welches absichtlich mit diesem Ziel entworfen worden ist, und die von diesem erhaltenen Werte die Geometrie, den Verschleiß und die Welligkeit des Gleises gegenüber dem Durchgang desselben, das heißt, des genannten Gestells betreffen, werden sie nicht denjenigen entsprechen, welche der Gleis während des Durchgangs eines Nutzfahrzeugs aufweisen wird, welches ganz andere Abmessungen und ein ganz anderes Gewicht als das Gestell aufweist.
-
Da die Vorschriften selbst die Empfehlung der Durchführung der Messungen mit geladenem Gleis aufwerfen, tauchen neue Messsysteme auf, welche als instrumentierte Prüffahrzeuge aufgebaut sind, welche ausdrücklich zum Verlagern derselben entlang des Gleises und zum Durchführen der entsprechenden Messungen erstellt sind, wie im Falle des Bezugsdokuments ES2605796. Diese Art von Vorrichtungen weist ebenfalls eine Reihe von Nachteilen auf, wie die Tatsache, dass sie viel teurer als die Messsysteme auf einem Gestell sind und außerdem, dass die von der Messung der Gleise erhaltenen Dynamik wieder nicht derjenigen entsprechen wird, welche sie während des Durchgangs eines Eisenbahnfahrzeugs aufweisen, weil die Bedingungen von beiden Fahrzeugen, Nutzfahrzeug und instrumentiertem Fahrzeug, nicht gleich sind.
-
Um diese Probleme zu lösen, tauchen die On-Board-Systeme auf, wie diejenigen die in den Bezugsdokumenten
US20180339720 ,
PL399174 ,
RU2652338 ,
CN108466635 und
US20110181721 vorgestellt werden. Diese Systeme werden direkt im unteren Teil eines Eisenbahn-Nutzfahrzeugs installiert, sodass die Messungen des Gleises, welche damit erhalten werden, doch den Werten entsprechen, welche das Gleis während des Durchgangs eines Nutzfahrzeugs aufweisen wird, weil sie unter ähnlichen Rechenbedingungen erhalten werden.
-
Die letztgenannten Systeme haben jedoch weiterhin mehrere Nachteile, weil sie nur den Zustand des Gleises und nicht den kinematischen Zustand des Fahrzeugs überwachen, und außerdem, weil die Sensoren, welche unter diesen Bedingungen eingesetzt werden können, nicht den Genauigkeitsgrad der Sensoren, welche auf Messgestellen eingesetzt werden, aufweisen, und sie eine sehr große Drift in Bezug auf dieselben haben.
-
Die meisten dieser Systeme verwenden das bekannte Sehnenverfahren für die Berechnung der Fluchtung und Nivellierung, in welchem sehr lange Balken benötigt werden, in der Größenordnung von 15 m, um drei voneinander sehr entfernte Punkte zu messen, was deren Installierung in jedem Zug unmöglich macht, da es benötigt wird, dass diese solche Abmessungen aufweisen, welche diese Messungen erlauben, sodass die Straßenbahnen ausgeschlossen werden.
-
Andere On-Board-Systeme verwenden Trägheitssensoren, welche eine größere Kompaktheit erlauben, aber Sensoren sind, welche viele Fehler aufweisen, die sich außerdem im Laufe der Zeit häufen, sodass, mit dem Ziel sie zu verringern, mit dem Sehnenverfahren kombiniert werden, sodass es weiterhin das gleiche Problem gibt.
-
Es wurde im Stand der Technik kein Prüfsystem gefunden, nämlich kein On-Board-System, in welchem die Messung der Charakteristiken des Gleises und des Fahrzeugs möglich ist, damit die Werte doch den wirklichen Werten von Eisenbahnfahrzeugen entsprechen und welches in jeder Art von Nutzfahrzeug installiert werden kann, sowohl den größeren als auch den leichteren, unter Beibehaltung von akzeptablen Genauigkeitsniveaus, und dass ein kompaktes und genaues System ergibt.
-
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Das hier vorgestellte On-Board-Gleisprüfsystem ist aus Messmitteln der Geometrie, welche mindestens eine Wegmessvorrichtung und mindestens eine Trägheitsmesseinheit, gebildet aus einem Beschleunigungsmesser, einem Gyroskop und einem Magnetometer, umfassen, Messmitteln des Verschleißes und Messmitteln der Welligkeit des Gleises gebildet.
-
In diesem On-Board-Prüfsystem umfassen die Messmittel der Geometrie einen Prüfcomputer mit einem Mikrocontroller und einer FPGA, welche daran angeschlossen sind und sich beide im Inneren einer Elektronikbox befinden, welche im Fahrzeug angeordnet ist.
-
Zudem umfassen die genannten Messmittel der Geometrie eine erste künstliche Sichtvorrichtung und eine elektronische Steuervorrichtung, mit einer Benutzer-Betätigungsschnittstelle, an den Prüfcomputer mittels Anschlussmittel angeschlossen.
-
Die erste künstliche Sichtvorrichtung ist im unteren Teil des Fahrzeugs äußerlich zu den Schienen angeordnet. Außerdem ist sie aus zwei Messeinheiten gebildet, welche jeweils mit einer der Schienen assoziiert ist, wobei jede Messeinheit mindestens eine Videokamera mit optischem Zugang aus mindestens der Außenseite der Schiene und einen linearen Projektionslaser umfasst. Für eine effiziente Verarbeitung der erhaltenen Bilder ist jede Kamera an die FPGA der Elektronikbox angeschlossen.
-
Ihrerseits sind die mindestens eine Trägheitsmesseinheit und eine Wegmessvorrichtung an den Mikrocontroller angeschlossen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der Prüfcomputer eine Software mit einem darin implementierten automatisierten Betätigungsverfahren für die Speicherung, Verarbeitung und Kombination der empfangenen Information und die Übertragung der Daten.
-
In dieser Patentschrift wird wiederum ein Gleisprüfverfahren durch die Messmittel der Geometrie eines On-Board-Gleisprüfsystems, wie das was zuvor definiert wurde, vorgeschlagen, welches die nachfolgend angegebenen Phasen umfasst.
-
Somit umfasst es eine erste Phase des Einschaltens des Prüfcomputers und der elektronischen Steuervorrichtung, sowie des Selbstkalibrierens der eingesetzten Sensoren, gefolgt von einer zweiten Phase des Beantragens einer Datenmessung und des Aktivierens der Sensoren des Systems, gebildet aus mindestens einer Wegmessvorrichtung, mindestens einer Trägheitsmesseinheit und einer ersten künstlichen Sichtvorrichtung mit einer Messeinheit, welche mit jeder Schiene assoziiert ist.
-
Eine dritte Phase besteht aus dem Verarbeiten der durch die genannten Sensoren erhaltenen Daten mittels des im Prüfcomputer implementierten Algorithmus. Diese dritte Verarbeitungsphase umfasst eine Reihe von Berechnungsschritten.
-
Somit ist der erste Schritt der genannten dritten Verarbeitungsphase der Daten das Erhalten einer kinematischen Simulation des Fahrzeugs mittels der Kombination der bekannten Werte der projizierten Geometrie des Gleises mit den mittels der Wegmessvorrichtung erhaltenen Werten.
-
Nachfolgend wird ein zweiter Schritt des Erhaltens einer korrigierten Längsstellung des Fahrzeugs im Gleis mittels der Kombination der genannten kinematischen Simulation mit den in der mindestens einen Trägheitsmesseinheit erhaltenen Werten durchgeführt, wobei die genannten erhaltenen Werte mindestens aus dem Wert der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs in der Vertikalachse gebildet sind.
-
Ein dritter Schritt besteht aus dem Erhalten von Korrekturwerten der Orientierung mittels der Kombination der genannten kinematischen Simulation mit der korrigierten Längsstellung und schließlich ist ein vierter Schritt aus dem Erhalten der geometrischen Werte des unregelmäßigen Gleises mittels der Kombination der Korrekturdaten der Orientierung mit den Trägheitsmessungen der mindestens einen Trägheitsmesseinheit und mit den Daten, welche von den Messeinheiten der ersten künstlichen Sichtvorrichtung erhalten wurden, gebildet.
-
Diese dritte Verarbeitungsphase der Daten wird wiederholt durchgeführt, sooft als nötig betrachtet, um die Werte zu erhalten, welche der gesamten nötigen Gleislänge entsprechen, mit der geeigneten Genauigkeit. Die vier Schritte müssen stufenweise angewendet werden, sodass die Qualität der erhaltenen Ergebnisse zunehmend verbessert wird.
-
Das Verfahren weist eine vierte Phase des nachfolgenden Sendens der genannten verarbeiteten Daten an die elektronische Steuervorrichtung auf. Die genannte elektronische Steuervorrichtung weist eine Benutzerschnittstelle auf, mittels welcher der Techniker die gesammelten Daten kontrollieren kann und Bilder der Kameras, Datengrafiken, usw. sehen kann, sowie die Kinematik des Fahrzeugs berechnen kann.
-
Mit dem On-Board-Prüfsystem der Gleise und dem geometrischen Prüfverfahren derselben mittels der Messmittel der Geometrie eines Prüfsystems wie es in dieser Patentschrift definiert wird, und welches hier vorgeschlagen wird, wird eine bedeutsame Verbesserung des Standes der Technik erhalten.
-
Das ist so, weil ein Gleisprüfsystem erreicht wird, welches On-Board in einem Eisenbahnfahrzeug angeordnet ist und mit welches es möglich ist, die geometrische Qualität des Gleises (Spurweite, Überhöhung, Nivellierung und Ausrichtung) mittels einer kleinen Anzahl von geometrischen Parametern zu charakterisieren und zu überwachen, ohne dynamische Steifigkeitsparameter, Dämpfungen oder Trägheiten des Systems verwenden zu müssen.
-
Dieses System kann mit jedem Bestandteil des Fahrzeugs, der nicht drehbaren Achse, des Drehgestells oder des Wagens gekoppelt werden, und kann in Eisenbahnfahrzeugen mit geringem verfügbarem Raum, wie zum Beispiel Stadtbahnen oder ähnlichen, oder mit weitem verfügbarem Raum, wie herkömmlichen U-Bahnen oder ähnlichen, installiert werden, ohne dass es in diesem Sinne eine Beschränkung gibt, das heißt, die Abmessungen des Eisenbahnfahrzeugs bedeuten keine Beschränkung für die Installierung dieses Systems.
-
Mit diesem Prüfsystem und -verfahren ist es möglich die aktuelle Problematik hinsichtlich des Mangels an periodischen Messungen in der Industrie zu lösen, da die kontinuierliche Durchführung von Messungen während der Verlagerung des Fahrzeugs erlaubt wird.
-
Außerdem wird keine Vielzahl weder von Parametern noch von Sensoren höchsten Niveaus und mit sehr hohen Kosten benötigt, um mit Genauigkeit die Geometrie des Gleises zu erhalten, da die Messung mittels einer Reihe von bestimmen Sensoren und die Anwendung eines in der Software des Systems implementierten Algorithmus die zweckmäßige Kombination der von jedem dieser Sensoren beigetragenen Information erlaubt, um die nötigen Daten zu erhalten.
-
Mit den Signalen, welche aus jedem Sensor empfangen werden, geht man zu einer direkten Verarbeitung derselben über, sodass man wissen kann, welcher der Zustand des Fahrzeugs und der Umgebung desselben ist. Außerdem erfolgt auch direkt das Senden der genannten Information an die elektronische Steuervorrichtung des Kunden, um die gesammelten Daten sehen zu können.
-
Der Prüfcomputer ist das Mittelstück des Systems, wobei dieser für die Steuerung der Prüfung sowie für das Senden der Daten an die elektronische Vorrichtung des Kunden zuständig ist.
-
Mittels des hierin vorgeschlagenen Prüfverfahrens ist es nicht nötig, die Steifigkeit, die Dämpfung oder die Trägheiten des zu messenden Systems zu kennen. In diesem Fall wird die Bezugskinematik des Fahrzeugs aus den Messungen der Geometrie des Gleises verwendet, um die Berechnung der Orientierung des Fahrzeugs im Raum zu verbessern. Die Trägheitsmessungen, insbesondere die des Gyroskops, werden ihrerseits für die Korrektur der Wegmessung eingesetzt.
-
Es ergeben sich daher ein sehr effizientes System und ein sehr effizientes Verfahren, welche die Prüfung des Gleises und die Berechnung der Geometrie desselben erlauben, nämlich mittels kompakter Mittel, welche On-Board in jeder Art von Eisenbahnfahrzeug und mit einem höheren Genauigkeitsgrad als derjenige dieser On-Board-Geräte angewendet werden können, dank der Behandlung der von den Sensoren erhaltenen Werte mittels des in der Software des Systems implementierten Algorithmus.
-
Figurenliste
-
Um ein besseres Verständnis der Merkmale der Erfindung zu unterstützen, gemäß einem bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel derselben, werden als Bestandteil der genannten Beschreibung eine Reihe von Zeichnungen bereitgestellt, in welchen, mit illustrativem und nicht beschränkendem Charakter, Folgendes dargestellt worden ist:
- 1 zeigt eine schematische Ansicht der Anschlüsse des On-Board-Gleisprüfsystems, für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht der Verarbeitungsphase des Gleisprüfverfahrens und der Schritte derselben, für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt ein Schema der Sichtvorrichtungen des On-Board-Gleisprüfsystems, für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
Angesichts der bereitgestellten Zeichnungen kann man sehen wie, in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das hierin vorgeschlagene On-Board-Gleisprüfsystem aus Messmitteln des Verschleißes des Gleises, Messmitteln der Welligkeit des Gleises und Messmittels der Geometrie gebildet ist, wobei Letztere mindestens eine Wegmessvorrichtung (E1) und mindestens eine Trägheitsmesseinheit (E2), gebildet aus einem Beschleunigungsmesser, einem Gyroskop und einem Magnetometer, umfassen.
-
Für ein besseres Verständnis der Zeichnungen wird jedes Gerät, jede Vorrichtung, jeder Sensor oder ähnliches, welches/welche/welcher Bestandteil des Systems ist, mit einer Referenz E, jede Baugruppe oder Modul, welche/welches mehr als ein Element umfasst, mit einer Referenz G, die Arten von Kommunikationsmitteln mit einer Referenz C und die Verfahrensphasen mit der Referenz P bezeichnet.
-
In diesem On-Board-Prüfsystem liegt der Schwerpunkt der Neuheit in den genannten Messmitteln der Geometrie.
-
Somit, in diesem derart gebildeten System, umfassen die Messmittel der Geometrie einen Prüfcomputer (E3) mit einem Mikrocontroller (E4) und einer FPGA (E9), welche daran angeschlossen sind, wobei beide im Inneren einer Elektronikbox (G4) liegen, welche im Fahrzeug angeordnet ist.
-
Diese Messmittel der Geometrie dieses Prüfsystems umfassen ebenfalls eine erste künstliche Sichtvorrichtung (E5), welche im unteren Teil des Fahrzeugs angeordnet ist und aus zwei Messeinheiten (E5.1, E5.2) gebildet ist, welche jeweils mit einer der Schienen des Gleises assoziiert sind.
-
Jede Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5) umfasst mindestens eine Videokamera (E5.1.a, E5.2.a) mit optischem Zugang aus mindestens der Außenseite der entsprechenden Schiene und einen linearen Projektionslaser (E5.1.b, E5.2.b). Für eine effiziente Verarbeitung der erhaltenen Bilder ist jede Kamera an die FPGA (E9) der Elektronikbox angeschlossen.
-
Somit, wie in 3 gezeigt wird, ist der Projektionslaser (E5.1.b, E5.2.b) jeder Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5) derart angeordnet, dass er das Profil der entsprechenden Schiene des nachzubildenden Gleises perfekt beleuchtet, sodass die mit dieser Schiene assoziierte Videokamera (E5.1.a, E5.2.a) dieselbe perfekt erfassen kann. Die Anwendung des automatisierten Betätigungsverfahrens der Software des Prüfcomputers (E3) des Systems erlaubt die 3D-Nachbildung der Schiene, um die Stellung jedes einzelnen der Punkte zu kennen, welche deren Profil bilden.
-
Wie in 1 gezeigt wird, ist die mindestens eine Trägheitsmesseinheit (E2) an den Mikrocontroller (E4) mit einer digitalen Kommunikation angeschlossen, welche in dieser Ausführungsform aus einem seriellen Ein-/Ausgang (C2) gebildet ist, während die mindestens eine Wegmessvorrichtung (E1) ebenfalls an den Mikrocontroller (E4) angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst das System eine Wegmessvorrichtung (E1) und zwei Trägheitsmesseinheiten (E2), welche jeweils mit einer Schiene assoziiert sind.
-
In diesem Fall ist die genannte Wegmessvorrichtung (E1) aus mindestens einem magnetischen Sensor, welcher mittels eines Datenübertragungsanschlusses (C5) an den Mikrocontroller (E4) angeschlossen ist, und Magneten, welche mit den Rädern des Fahrzeugs zur Messung der momentanen Winkelgeschwindigkeit derselben gekoppelt sind, gebildet.
-
In anderen Ausführungsformen kann die Wegmessvorrichtung (E1) aus einem Drehzahlgeber, aus einem rotierenden Codierer, einem Magnetfelddetektor, welcher die Anwesenheit von zuvor in bekannten Stellungen des Rades installierten Magneten misst, oder aus einer ähnlichen Vorrichtung gebildet sein.
-
Seinerseits ist der Mikrocontroller (E4) dafür zuständig, die Trägheitssensoren der beiden Trägheitsmesseinheiten (E2) dieses Systems, der Wegmessvorrichtung (E1) und der Messeinheiten (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5) zu synchronisieren (C1) und ist wiederum an den Prüfcomputer (E3) angeschlossen, dessen Software mit einem darin implementierten Betätigungsalgorithmus, die Speicherung, Verarbeitung und Kombination der empfangenen Information, sowie die Übertragung von Daten erlaubt.
-
Andererseits umfassen die Messmittel der Geometrie dieses Prüfsystems eine elektronische Steuervorrichtung (E6), mit einer Benutzer-Betätigungsschnittstelle, welche mittels Anschlussmittel an den Prüfcomputer (E3) angeschlossen ist. Die genannte elektronische Steuervorrichtung (E6) erlaubt die Steuerung der Prüfung, das Anzeigen von Bildern der Kameras oder Datengrafiken, sowie die Berechnung der Dynamik des Geräts.
-
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Messmittel der Geometrie eine zweite Sichtvorrichtung (E7), gebildet aus einer Kamera oder Ereigniskamera (E7.1), zum Erhalten der länglichen und seitlichen Verlagerung des Fahrzeugs mittels des Suchens von Mustern auf dem Bild, welche zwischen aufeinanderfolgenden Bildern gepaart werden, welche dem Boden gerichtet angeordnet ist und mittels eines seriellen Ein-/Ausgang (C2) an den Prüfcomputer (E3) angeschlossen ist.
-
Diese zweite Sichtvorrichtung (E7) erlaubt das Erhalten von Signalen en länglicher und seitlicher Stellung, direkt mittels maschineller Sehmethoden gemessen. Dafür wird eine Reihe von aufeinanderfolgenden Fotografien gemacht, welche es erlauben, über die Erfassung von manchen Charakteristiken jeder gemachten Fotografie und unter Übereinstimmung dieser Charakteristiken zwischen den gemachten Fotografien, wahrzunehmen, zwischen einem Bild und dem nächsten, wie groß die seitliche und längliche Verlagerung des Fahrzeugs in Bezug auf das Gleis war.
-
Zudem, in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist die Kamera (E7.1) der zweiten Sichtvorrichtung (E7) zum Erhalten der länglichen und seitlichen Verlagerung des Fahrzeugs außerdem an den Mikrocontroller (E4) für eine präzise Hardware-Synchronisierung angeschlossen. Hierdurch ist die Synchronisierung (C1) der Aufnahme der genannten Bilder mit dem Erhalten von Daten aus den restlichen Sensoren möglich.
-
Ebenfalls ist die mindestens eine Videokamera (E5.1.a, E5.2.a) jeder Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten künstlichen Sichtvorrichtung (E5) an den Prüfcomputer (E3) und an den Mikrocontroller (E4) angeschlossen, mit dem gleichen Synchronisierungszweck der darin erhaltenen Daten. In manchen Fällen kann der Prüfcomputer (E3) sowohl für die Verarbeitung der Bilder als auch für die Speicherung derselben sorgen, obwohl, in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 gezeigt wird, die mindestens eine Videokamera (E5.1.a, E5.2.a) jeder Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten künstlichen Sichtvorrichtung (E5) an eine FPGA (E9) des Systems angeschlossen ist, welche in diesem Fall für die Verarbeitung der Bilder zuständig ist, welche nachher vom Prüfcomputer (E3) gespeichert werden. Der genannte Anschluss an die FPGA (E9) ist in diesem Fall ein Anschluss über Ethernet-Kanal (C3), aber in anderen Ausführungsformen kann er über PCI sein.
-
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfassen die Messmittel der Geometrie eine dritte Sichtvorrichtung (E8) gebildet aus einer Tiefenkamera (E8.1) zur Messung des Querneigungswinkels und der vertikalen Verlagerung des Fahrzeugs, welche mittels eines Internet-Anschlusses über Kabel oder Ethernet-Kanal (C3) an den Prüfcomputer (E3) angeschlossen ist. In diesem Fall ist die genannte dritte Sichtvorrichtung (E8) ebenfalls an den Mikrocontroller (E4) angeschlossen, für eine Synchronisierung (C1) der Aufnahme von Bildern darin mit dem Erhalten von Daten aus den restlichen Sensoren.
-
Mittels dieser dritten Sichtvorrichtung (E8) ist es möglich die erhaltenen Stellungs- und Orientierungsdaten gegenüber der von den beiden Trägheitsmesseinheiten (E2) gesammelten Werte zu verbessern. Aufgabe dieser Kamera (E8.1) ist die Messung der relativen Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf das Gleis und der vertikalen Verlagerung desselben, Daten die von der zweiten Sichtvorrichtung (E7) nicht erhalten werden können.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt, in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist jede Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5) jeweils in einem ersten und einem zweiten Modul (G1, G2) angeordnet, welche geschlossen und dicht sind. Zudem, in diesem Fall, sind sowohl die zweite Sichtvorrichtung (E7) als auch die dritte Sichtvorrichtung (E8) im Inneren eines dritten Moduls (G3) angeordnet, welches ebenfalls geschlossen und dicht ist. In anderen Ausführungsformen kann jede im ersten und im zweiten geschlossenen Modul (G1, G2) angeordnet sein, jeweils neben dem Laser und der mindestens einen Videokamera einer Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5), oder sogar beide zusammen in einem des genannten ersten Moduls oder des genannten zweiten Moduls (G1, G2).
-
Andererseits, wie in 1 gezeigt wird, in dieser bevorzugten Ausführungsform, umfasst das System ein zusätzliches geschlossenes und dichtes Modul (G5), welches im unteren Teil des Fahrzeugs äußerlich gegenüber demselben angeordnet, in dessen Inneren die Wegmessvorrichtung (E1) angeordnet ist. Die Trägheitsmesseinheiten (E2) sind in dieser Ausführungsform jeweils im ersten und im zweiten Modul (G1, G2) angeordnet, neben einer Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Vorrichtung (E5). In anderen Ausführungsformen könnten die zweite Sichtvorrichtung (E7) und/oder die dritte Sichtvorrichtung (E8) auch in diesem zusätzlichen geschlossenen Modul (G5) neben der Wegmessvorrichtung (E1) angeordnet sein, sogar die Trägheitsmesseinheiten (E2) können auch im genannten zusätzlichen Modul (G5) angeordnet sein. Es kann auch vorkommen, dass sich eine der genannten zweiten und/oder der dritten Sichtvorrichtung (E7, E8) in mindestens einem des ersten und des zweiten geschlossenen Moduls (G1, G2) befindet, in welchen sich ein Laser (E5.1.b, E5.2.b) und die mindestens eine Videokamera (E5.1.a, E5.2.a) einer Messeinheit (E5.1, E5.2) der ersten Sichtvorrichtung (E5) befinden.
-
Jedes des ersten, des zweiten und des dritten geschlossenen Moduls (G1, G2, G3), sowie das zusätzliche geschlossen Modul (G5) müssen Dicht- und Schutzbedingungen der darin angeordneten elektronischen Elemente und Sensoren erfüllen, vor Schmutz oder den Einschlag jeden Körpers mit geringen Abmessungen, welcher im Laufe der Fahrt die relative Stellung der Elemente zueinander variieren kann oder die Funktion derselben ändern kann. Um dies zu erreichen, ohne die Sichtbarkeit der Kamera jeder der ersten, der zweiten und der dritten Sichtvorrichtung und des Lasers zu mindern, werden Schutzdeckel bestehend aus einem 1 mm dicken Stahlblech, welche mit der Baugruppe der Kamera verschweißt werden, und eine Methacrylatplatte, welcher das Erfassen von Bildern und die Ausstrahlung des Lasers erlaubt, platziert. Die Kabel der genannten Elemente werden in die quadratischen und rechteckigen Profile eingeführt, damit sie geschützt werden.
-
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussmittel der elektronischen Steuervorrichtung (E6) mit dem Prüfcomputer (E3) aus einem drahtlosen Netzwerk über WLAN (C4) gebildet. In diesem Fall weist sie ebenfalls einen Kabelanschluss über einen Ethernet-Kanal (C3) auf, für eine höhere Sicherheit im Falle eines möglichen Ausfalls des drahtlosen Netzwerks. In anderen Ausführungsformen kann sie nur eine dieser Arten von Anschlussmitteln umfassen, entweder über ein drahtloses Netzwerk oder über einen Ethernet-Kanal.
-
Die unterschiedlichen Geräte, welche Bestandteil des Systems zur Messung der Geometrie sind, müssen eine bestimmte elektrische Versorgung gemäßen deren physikalischen Charakteristiken aufweisen, damit sie eine bestimmte Leistung zum geeigneten Betrieb zur Verfügung haben. Diese Leistung wird von einem globalen Leistungssystem (E10) zugeführt, welches für die Verteilung der allgemeinen Versorgung unter den gesamten Geräten gemäß deren Zweckmäßigkeit zuständig ist und über ein ununterbrochenes Versorgungssystem verfügen kann oder nicht, welches Spannungsgefällen im Falle einer wenig stabilen Eingangsleistung verhindert. Diese Eingangsleistung wird in diesem Fall dem globalen Leistungssystem (E10) über das Stromnetz (E11) zugeführt, aber in anderen Ausführungsformen kann es über die Batterien des Fahrzeugs sein.
-
In dieser Patentschrift wird ebenfalls ein Gleisprüfverfahren mittels der Messmittel der Geometrie eines On-Board-Gleisprüfsystems, wie das zuvor definierte, vorgeschlagen.
-
Dieses Verfahren umfasst eine erste Phase des Einschaltens des Prüfcomputers (E3) und der elektronischen Steuervorrichtung (E6), sowie des Selbstkalibrierens der eingesetzten Sensoren und eine zweite Phase des Beantragens einer Datenmessung und des Aktivierens der Sensoren des Systems, gebildet mindestens aus einer Wegmessvorrichtung (E1), mindestens einer Trägheitsmesseinheit (E2) und, mit jeder Schiene assoziiert, einer Messeinheit (E5.1, E5.2) einer ersten künstlichen Sichtvorrichtung (E5), gebildet aus einem Laser (E5.1.b, E5.2.b) und mindestens einer Videokamera (E5.1.a, E5.2.a). Wie zuvor erwähnt worden ist, weist dieses hierin vorgeschlagene System eine Wegmessvorrichtung (E1) und zwei Trägheitsmesseinheiten (E2) auf.
-
Anschließend wird eine dritte Phase durchgeführt, welche aus der Verarbeitung (P) der mittels der genannten Sensoren erhaltenen Daten mittels des in der Software des Prüfcomputers (E3) implementierten Algorithmus besteht. Diese dritte Phase, in 2 dargestellt, umfasst Durchführungsschritte, welche nachfolgend bestimmt werden.
-
So besteht der erste Schritt aus dem Erhalten einer kinematischen Simulation (P1) des Fahrzeugs mittels einer ersten Kombination (P11) der bekannten Werte der projizierten Geometrie (P12) des Gleises mit den von der Wegmessvorrichtung (E1) erhaltenen Werten.
-
Die von der Wegmessvorrichtung (E1) erhaltenen Werte sind allein ungenau, da für deren Berechnung bestimmte Hypothesen gemacht werden, welche nicht vollkommen exakt sind und eine Häufung von Fehlern im Raum verursachen. Dieser kumulative Fehler ist nicht annehmbar und es muss eine Wegmesseinstellung (P13) mittels der in einer anderen Reihe von Sensoren gesammelten Information durchgeführt werden, um dessen Genauigkeit zu verbessern.
-
So erfolgt der zweite Schritt bestehend aus dem Erhalten einer korrigierten Längsstellung (P2) des Fahrzeugs im Gleis mittels einer zweiten Kombination (P21) der kinematischen Simulation (P1) mit den in den beiden Trägheitsmesseinheiten (E2) dieses Systems erhaltenen Werten und einer Wegmesseinstellung (P13) aus den von der Wegmessvorrichtung (E1) erhaltenen Werten, wobei die genannten erhaltenen Werte mindestens aus dem Wert der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs in der Vertikalachse gebildet sind.
-
Traditionell wird die Verwendung der Trägheitsmesseinheiten (E2) dazu eingesetzt, die Orientierung des Fahrzeugs zu erhalten, aber in diesem Verfahren ist es möglich, sie zur Verbesserung der Positionierung des Fahrzeugs vom Gleis einzusetzen, denn beim Kombinieren der in der mindestens einen Trägheitsmesseinheit (E2) erhaltenen Werte mit der kinematischen Simulation (P1) eine Wegmesseinstellung durchgeführt wird, welche das Erhalten der korrigierten Längsstellung des Fahrzeugs (P2) erlaubt.
-
Der dritte Schritt besteht aus dem Erhalten von Korrekturwerten der Orientierung (P3) mittels einer dritten Kombination (P31), in diesem Fall, der kinematischen Simulation (P1), welche Information der Orientierung und Bezugskinematik des Fahrzeugs bereitstellt, mit der korrigierten Längsstellung (P2). In diesem Fall wird auch eine unkorrigierte Orientierung des Fahrzeugs (P32) kombiniert, welche aus den Messungen der Trägheitsmesseinheit (E2) erhalten wird.
-
Schließlich besteht ein vierter Schritt aus dem Erhalten der geometrischen Werte (P4) des unregelmäßigen Gleises mittels einer vierten Kombination (P41) der Korrekturdaten der Orientierung (P3), mit den Trägheitsmessungen der beiden Trägheitsmesseinheiten (E2) und mit den von den Messeinheiten (E5.1, E5.2) der ersten künstlichen Sichtvorrichtung (E5) erhaltenen Daten.
-
Es ist somit zu sehen, dass die gesamten gesammelten Daten integral verwendet werden, um die in jedem Schritt erhaltenen Ergebnisse zu verbessern.
-
Das Verfahren weist eine vierte Phase auf, welche aus dem nachfolgenden Senden der verarbeiteten Daten an die elektronische Steuervorrichtung (E6) besteht.
-
Bei dieser Ausführungsform, wie zuvor angedeutet worden ist, umfassen die Messmittel der Geometrie des On-Board-Prüfsystems eine zweite Sichtvorrichtung (E7) zum Erhalten der länglichen und seitlichen Verlagerung (P5) mittels Vergleichs zwischen aufeinanderfolgenden Bildern der genannten Werte der länglichen und seitlichen Verlagerung des Fahrzeugs vom Gleis.
-
Außerdem umfasst der vierte Schritt bestehend aus dem Erhalten der geometrischen Werte (P4) des unregelmäßigen Gleises die zusätzliche Kombination (P42) der genannten Werte der länglichen und seitlichen Verlagerung des Fahrzeugs vom Gleis.
-
Zudem, in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, umfassen die Messmittel der Geometrie des On-Board-Prüfsystems eine dritte Sichtvorrichtung (E8). Damit umfasst die dritte Phase des Verarbeitens (P) von Daten einen zusätzlichen Schritt des Erhaltens von vertikalen Stellungs- und Querneigungswerten (P6) des Fahrzeugs.
-
Damit umfasst der dritte Schritt des Erhaltens der Korrekturwerte der Orientierung (P3) die zusätzliche Kombination (P33) der genannten Werte der vertikalen Stellung und der Querneigung des Fahrzeugs.
-
Die beschriebene Ausführungsform bildet nur ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, daher sollen die spezifischen Details, Begriffe und Sätze, welche in der vorliegenden Patentschrift eingesetzt werden, nicht als beschränkend betrachtet werden, sondern sollen nur als Grundlage für die Patentansprüche und als repräsentative Grundlage verstanden, welche dem Fachmann eine verständliche Beschreibung sowie ausreichende Information, um die vorliegende Erfindung anzuwenden, bereitstellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 20180339720 [0010]
- PL 399174 [0010]
- RU 2652338 [0010]
- CN 108466635 [0010]
- US 20110181721 [0010]
