EP2233379A2 - Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen - Google Patents

Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen Download PDF

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EP2233379A2
EP2233379A2 EP10157361A EP10157361A EP2233379A2 EP 2233379 A2 EP2233379 A2 EP 2233379A2 EP 10157361 A EP10157361 A EP 10157361A EP 10157361 A EP10157361 A EP 10157361A EP 2233379 A2 EP2233379 A2 EP 2233379A2
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bogies
bogie
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lateral acceleration
monitoring
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Kaspar Schroeder-Bodenstein
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Siemens AG
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    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F9/00—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. GPS

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the running stability in rail vehicles, in which transverse acceleration values for bogies of the rail vehicle are measured and an exceeding of a threshold value for the lateral acceleration of one of the bogies is interpreted and signaled as a critical state.
  • running stability monitoring which is based essentially on measurements for lateral acceleration of the bogies.
  • the usual predetermined running stability parameters are influenced by various parameters of the track and the rail vehicle. These parameters are largely variable. These are, for example, the track position, the profile wear, the conicity and the condition of the rolling dampers.
  • a predetermined threshold for the lateral acceleration of a bogie is exceeded, this is signaled, for example by issuing an alarm signal. Also, upon detection of a transverse acceleration exceeding the operation of the vehicle is acted, for example by limiting its maximum speed and possibly making a visual inspection of the bogies. It often happens that a single trackside disturbance is responsible for causing the triggered alarm, i. E. a fault that is not due to operating restrictions of the bogies.
  • each bogie of the rail vehicle is viewed and evaluated individually.
  • predetermined stability criteria are exceeded, an alarm is triggered, the speed of the rail vehicle reduced and checked the bogie immediately or at the next opportunity for damage.
  • lateral acceleration value 8 m / s 2
  • further threshold values are defined for a maintenance message (for example, 5 m / s 2 ).
  • the bogie After exceeding the predetermined thresholds, the bogie is checked in a workshop.
  • the troubleshooting in such a workshop is complex and often unsuccessful. For example, defective vibration dampers are often recognizable as such only in a dismantled state.
  • the correct function of the measuring device for the lateral acceleration of the bogies may be checked by dismantling and vibrating the sensors at specified intervals during maintenance.
  • the invention has for its object to provide a method for monitoring the running stability of a rail vehicle, in which a greater significance in terms of the state of a bogie can be obtained.
  • This object is achieved in that for the differentiation between a trackside caused disturbance and a bogie failure, a comparison of the transverse acceleration of at least a portion of the bogies of the rail vehicle or the train is made and the signaling of a fault takes place only if found a bogie due to the comparison becomes.
  • the time or distance-related courses of lateral acceleration values of the bogies are included in the comparison.
  • temporal changes in the acceleration behavior of the bogies and their temporal correlations can be determined. From this, too, the cause for achieving particularly high lateral acceleration values can be determined more precisely.
  • the method explained above can also serve to improve a state description for each individual bogie in terms of its accuracy.
  • a determined trackside caused disturbance level can be calculated out of state values for the bogies.
  • historical data may also be included to evaluate bogie conditions.
  • trend statements can be made.
  • a monitoring fails can respond differently, depending on the state of the bogie concerned.
  • an operational constraint such as limiting the maximum speed can be avoided.
  • a condition-based maintenance can be carried out, i. Targeted and planned work can be done if needed.
  • the historical data includes historical acceleration values related to particular links. This makes it possible to analyze current and historical acceleration values in relation to the relevant section of the route and to report changes and faults if necessary.
  • a message may also contain location information. Such a location can be obtained for example with the aid of a GPS receiver on the rail vehicle.
  • a comparison of mean acceleration values of lateral acceleration sensors on the bogies can preferably be made to evaluate a sensor calibration and failure monitoring.
  • lateral acceleration values are measured for each individual bogie. These lateral acceleration values are fed to a central evaluation unit, which makes comparisons between the measured lateral acceleration values for the various bogies.
  • a threshold for the lateral acceleration is given, the exceeding of which basically leads to a fault is signaled to the bogie.
  • a suitable threshold value is, for example, the acceleration value 8 m / s 2 , which is derived from the standard works mentioned above.
  • a comparison of the measured lateral acceleration values for the bogies of the rail vehicle takes place. All bogies can be included or just a representative part thereof. If it is now determined that the lateral acceleration threshold value is exceeded in at least one bogie and the acceleration level substantially increases substantially at several bogies, it can be assumed that there is a trackside disturbance, so that maintenance or checking of those bogies exceeding the threshold value did not appear necessary.
  • the lateral acceleration level would be raised only on the affected bogie and would normally remain at a higher level compared to the other bogies. Only in such cases, a corresponding operational response (visual inspection and reduction of the maximum speed) is necessary.
  • the invention also makes it possible to more accurately determine the state of the bogie.
  • the influence of the track can be largely excluded, since, for example, the lateral acceleration of all bogies move on a poor track at a higher level.
  • Historical data may in particular be historical acceleration values, these acceleration values being assigned to specific sections of the route. This is made possible by the fact that the rail vehicle has a location detection, for example in the form of a GPS receiver. It will be possible to analyze current and historical acceleration values related to the section of track concerned, after which changes and disturbances will be reported, also with reference to the particular section, including the associated location.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen, bei dem Querbeschleunigungswerte für Drehgestelle des Schienenfahrzeugs gemessen werden und ein Überschreiten eines Schwellwertes für die Querbeschleunigung eines der Drehgestelle als Störung interpretiert und signalisiert wird, wobei zur Differenzierung zwischen einer streckenseitig hervorgerufenen Störung und einer Drehgestellstörung ein Vergleich der Querbeschleunigungen wenigstens eines Teils der Drehgestelle vorgenommen wird und die Signalisierung einer Störung nur dann erfolgt, wenn aufgrund des Vergleichs eine Drehgestellstörung festgestellt bzw. bestätigt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen, bei dem Querbeschleunigungswerte für Drehgestelle des Schienenfahrzeugs gemessen werden und ein Überschreiten eines Schwellwertes für die Querbeschleunigung eines der Drehgestelle als kritischer Zustand interpretiert und signalisiert wird.
  • Gerade im Hochgeschwindigkeitsbereich sind Schienenfahrzeuge häufig mit einer Laufstabilitätsüberwachung ausgerüstet, die im Wesentlichen auf Messungen für Querbeschleunigungen der Drehgestelle beruht. Die üblicher Weise vorgegebene Laufstabilitätsparameter werden durch verschiedene Parameter der Strecke und des Schienenfahrzeugs beeinflusst. Diese Parameter sind größtenteils variabel. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Gleislage, den Profilverschleiß, die Konizität und den Zustand der Schlingerdämpfer.
  • Sobald ein vorgegebener Schwellwert für die Querbeschleunigung eines Drehgestells überschritten wird, wird dies signalisiert, beispielsweise durch Ausgabe eines Alarmsignals. Auch wird bei Feststellen einer Querbeschleunigungsüberschreitung auf den Betrieb des Fahrzeugs eingewirkt, beispielsweise durch Begrenzung seiner Höchstgeschwindigkeit und ggf. Vornahme einer Sichtkontrolle der Drehgestelle. Dabei kommt es häufig vor, dass für die Verursachung des ausgelösten Alarms eine singuläre streckenseitige Störung verantwortlich ist, d.h. eine Störung, die nicht auf Betriebseinschränkungen der Drehgestelle beruht.
  • Bei gängigen Laufstabilitätsüberwachungsverfahren wird jedes Drehgestell des Schienenfahrzeugs einzeln betrachtet und ausgewertet. Bei Überschreiten vorgegebener Stabilitätskriterien wird eine Alarm ausgelöst, die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs reduziert und das Drehgestell unmittelbar oder bei nächster Gelegenheit auf Schäden kontrolliert.
  • Neben dem Alarmkriterium (beispielsweise Querbeschleunigungswert: 8 m/s2) werden weitere Schwellwerte für eine Instandhaltungsmeldung festgelegt (beispielsweise 5m/s2).
  • Nach einem Überschreiten der vorgegebenen Schwellwerte wird das Drehgestell in einer Werkstatt überprüft. Die Fehlersuche in einer solchen Werkstatt ist aufwendig und oft erfolglos. Beispielsweise sind defekte Schwingungsdämpfer oft nur in ausgebautem Zustand als solche erkennbar.
  • Einschlägige Normkriterien (TSI HGV Rolling Stock: 2008 und UIC 515: 1884) setzen einen festen Grenzwert für das jeweilige Drehgestell, beispielsweise die bereits erwähnten 8 m/s2, im Bereich 4-8 Hz über 6 Amplituden hinweg.
  • Es ist erforderlich, bei Ausfall einer Überwachung für die Laufstabilität die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren. Sonst bestünde ein unsicherer Fahrzustand, da der Zustand des betroffenen Drehgestells, beispielsweise Verschleißzustand der Räder und Restdämpfung der Schlingerdämpfer, nicht bekannt sind. Ein in der Zeit vor dem Ausfall nicht ausgelöster Schwellwert, der zu einer Alarmsignalisierung geführt hätte, ist nicht hinreichend als Kriterium für den Gutzustand des Drehgestells, da dies ggf. dem guten Streckenzustand bei den zuvor befahrenen Strecken zuzuschreiben sein kann. Sobald das Fahrzeug bei ausgefallener Überwachung einen weniger guten Streckenzustand befährt, können die Normwerte ohne funktionierende Überwachung deutlich überschritten werden.
  • Die korrekte Funktion der Messeinrichtung für die Querbeschleunigung der Drehgestelle wird ggf. überprüft, indem in festgelegten Intervallen im Rahmen der Instandhaltung die Sensoren abgebaut und definiert in Schwingung versetzt werden.
  • Insgesamt ist es daher im Stand der Technik für ein Verfahren zur Laufstabilitätsüberwachung bei Schienenfahrzeugen nachteilig, dass die Ergebnisse des Überwachungsverfahrens nur eingeschränkt Informationen darüber liefern, inwieweit ein Betriebszustand eines Drehgestells tatsächlich beeinträchtigt ist.
  • Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität eines Schienenfahrzeugs anzugeben, bei dem eine größere Aussagekraft hinsichtlich des Zustandes eines Drehgestells gewonnen werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Differenzierung zwischen einer streckenseitig hervorgerufenen Störung und einer Drehgestellstörung ein Vergleich der Querbeschleunigungen wenigstens eines Teils der Drehgestelle des Schienenfahrzeuges bzw. des Zuges vorgenommen wird und die Signalisierung einer Störung nur dann erfolgt, wenn aufgrund des Vergleichs eine Drehgestellstörung festgestellt wird.
  • Bei dem Vergleich der Querbeschleunigungen lässt sich in einfacher Weise feststellen, ob mehrere Drehgestelle im gleichen Steckenabschnitt bestimmte vorgegebene Querbeschleunigungsschwellwerte überschreiten. In einem solchen Fall kann davon ausgegangen werden, dass nicht eine Störung bei jedem einzelnen Drehgestell vorliegt, sondern die Störung durch Eigenschaften der Gleisstrecke hervorgerufen wird.
  • Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Überwachungsverfahrens ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich bei dem Vergleich die zeitlichen oder auch streckenbezogenen Verläufe von Querbeschleunigungswerten der Drehgestelle einbezogen werden. Dadurch können zeitliche Änderungen des Beschleunigungsverhaltens der Drehgestelle und deren zeitliche Korrelationen festgestellt werden. Auch hieraus lässt sich die Ursache für das Erreichen besonders hoher Querbeschleunigungswerte näher bestimmen.
  • Das vorstehend erläuterte Verfahren kann auch dazu dienen, eine Zustandsbeschreibung für jedes einzelne Drehgestell hinsichtlich seiner Genauigkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck kann ein festgestelltes streckenseitig hervorgerufenes Störungsniveau aus Zustandswerten für die Drehgestelle herausgerechnet werden.
  • Vorteilhafterweise können auch historische Daten zur Beurteilung der Zustände der Drehgestelle einbezogen werden. Auf diese Weise lassen sich Trendaussagen treffen. Wenn nun eine Überwachung ausfällt, kann differenziert reagiert werden, und zwar je nach Zustand des betroffenen Drehgestells. Bei gutem Zustand des betroffenen Drehgestells kann so eine betriebliche Einschränkung, beispielsweise die Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit, vermieden werden. Weiter kann mit Hilfe dieser Auswertung eine zustandsbezogene Instandhaltung durchgeführt werden, d.h. gezielt und geplant Arbeiten durchgeführt werden, wenn sie erforderlich sind.
  • Bevorzugt umfassen die historischen Daten auf bestimmte Streckenabschnitte bezogene historische Beschleunigungswerte. Dadurch wird es möglich, aktuelle und historische Beschleunigungswerte auch auf den betreffenden Streckenabschnitt bezogen zu analysieren und Änderungen und Störungen ggf. zu melden. Eine solche Meldung kann auch Ortsinformationen enthalten. Eine solche Ortsangabe lässt sich beispielsweise mit Hilfe eines GPS-Empfängers auf dem Schienenfahrzeug gewinnen.
  • Außerdem kann bevorzugt ein Vergleich mittlerer Beschleunigungswerte von Querbeschleunigungssensoren an den Drehgestellen zur Beurteilung einer Sensorkalibrierung und Ausfallüberwachung vorgenommen werden. Dies bedeutet, dass die von den Sensoren bestimmte Genauigkeit des Verfahrens zur Laufstabilitätsüberwachung durch Quervergleich über die Drehgestelle überprüft wird. Weicht beispielsweise ein Störniveau an einem der Sensoren deutlich nach unten ab, so dass diese Abweichung auch bei einem fehlerfreien Drehgestell nicht den Tatsachen entsprechen kann, so kann von einem Sensorausfall ausgegangen werden. Auf diese Weise können Prüfintervalle für die Laufstabilitätsüberwachung erhöht werden. Eine weitere Möglichkeit der Ausfallüberwachung ist bei Vergleich der niederfrequenten Signalanteile der Sensoren möglich. In solchen Fällen müssen nämlich in Gleisbögen gleiche Überhöhungsfehlbeträge wiedergegeben werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • Bei dem Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen werden für jedes einzelne Drehgestell Querbeschleunigungswerte gemessen. Diese Querbeschleunigungswerte werden einer zentralen Auswerteeinheit zugeleitet, welche Vergleiche unter den gemessenen Querbeschleunigungswerten für die verschiedenen Drehgestelle anstellt.
  • Für jedes Drehgestell ist ein Schwellwert für die Querbeschleunigung vorgegeben, dessen Überschreiten grundsätzlich dazu führt, dass eine Störung an dem Drehgestell zu signalisieren ist. Ein geeigneter Schwellwert ist beispielsweise der Beschleunigungswert 8 m/s2, der sich aus dem oben angegebenen Normwerken ableitet.
  • Um nun die Möglichkeit zu haben, zwischen einer streckenseitigen Störung und einer Störung des betreffenden Drehgestells zu differenzieren, erfolgt ein Vergleich der gemessenen Querbeschleunigungswerte für die Drehgestelle des Schienenfahrzeugs. Dabei können sämtliche Drehgestelle einbezogen werden oder lediglich ein repräsentativer Teil davon. Wird nun festgestellt, dass bei mindestens einem Drehgestell der Querbeschleunigungsschwellwert überschritten wird und im Wesentlichen gleichzeitig an mehreren Drehgestellen das Beschleunigungsniveau erheblich ansteigt, kann davon ausgegangen werden, dass eine streckenseitige Störung vorliegt, so dass eine Wartung oder Überprüfung derjenigen Drehgestelle, die eine Überschreitung des Schwellwerts gezeigt haben, nicht erforderlich erscheint.
  • Wenn dem gegenüber ein einzelnes Drehgestell ausschließlich das Überschreiten des Schwellwertes zeigt, ohne dass andere Drehgestelle wesentlich erhöhte Beschleunigungswerte aufweisen, kann von einer Drehgestellstörung ausgegangen werden. Diese Vergleiche werden mit Hilfe der Auswerteeinheit vorgenommen. Aufgrund des Vergleichs wird entschieden, ob die Signalisierung einer Drehgestellstörung unter Angabe des betroffenen Drehgestells zu erfolgen hat.
  • Zur Erhöhung der Genauigkeit dieses Verfahrens wird außerdem ein Vergleich der zeitlichen Verläufe der Querbeschleunigungsniveaus der einzelnen Drehgestelle in die Auswertekriterien der Auswerteinheit miteinbezogen. Es ist ersichtlich, dass zeitlich begrenzte und miteinander korrelierende, hohe Querbeschleunigungswerte auf eine streckenseitige Störung zurückzuführen sind.
  • Wenn mehrere Drehgestelle einen ähnlichen Verlauf der Beschleunigungsniveaus zeigen, kann eine Anregung durch ein singuläres Ereignis sicher als solches erkannt werden. In diesem Fall wäre die Anregung aus dem Gleis bei allen Drehgestellen mehr oder weniger stark als erhöhte Querbeschleunigung sichtbar und das Schwingungsniveau geht danach wieder auf ein normales Niveau zurück. Hier ist seitens des Schienenfahrzeugs keine Reaktion notwendig. Es erscheint jedoch eine Meldung an einen Betreiber der Gleisstrecke sinnvoll.
  • Im Fall eines erkannten Drehgestellschadens, beispielsweise liegen defekte oder verschlissene Dämpfer vor oder das Radprofil ist unzureichend, wäre nur am betroffenen Drehgestell das Querbeschleunigungsniveau angehoben und würde im Normalfall auch auf einem höheren Niveau bleiben im Vergleich zu den anderen Drehgestellen. Nur in solchen Fällen ist eine entsprechende betriebliche Reaktion (Sichtkontrolle und Reduktion der Höchstgeschwindigkeit) notwendig.
  • Die Erfindung gestattet es außerdem, den Zustand des Drehgestells genauer zu bestimmen. Durch Vergleich der verschiedenen Drehgestelle kann der Einfluss der Strecke weitgehend herausgerechnet werden, da sich zum Beispiel die Querbeschleunigungen aller Drehgestelle bei Fahrt auf einer schlechten Strecke auf einem höheren Niveau bewegen. Unter Berücksichtigung historischer Daten kann der Zustand des Drehgestells beurteilt und eine Trendaussage getroffen werden. Historische Daten können insbesondere historische Beschleunigungswerte sein, wobei diese Beschleunigungswerte bestimmten Streckenabschnitten zugeordnet sind. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Schienenfahrzeug über eine Ortserfassung verfügt, beispielsweise in Form eines GPS-Empfängers. Es können aktuelle und historische Beschleunigungswerte, bezogen auf den betreffenden Streckenabschnitt, analysiert werden, wonach dann, ebenfalls bezogen auf den bestimmten Streckenabschnitt, Änderungen und Störungen gemeldet werden, und zwar einschließlich des zugehörigen Ortes.
  • Dies erlaubt eine differenzierte Reaktion bei Ausfall der Laufstabilitätsüberwachung, und zwar je nach Zustand des betroffenen Drehgestells. Mit Hilfe der Ergebnisse der Auswerteinheit kann eine zustandsbezogene Instandhaltung der Drehgestelle des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden, d. h. gezielt und geplant Arbeiten durchzuführen, wenn sie erforderlich sind.
  • Als drittes ist durch den Vergleich des mittleren Störniveaus der Sensoren an den Drehgestellen eine Beurteilung der Sensorkalibrierung und Ausfallüberwachung möglich. Weicht der Querbeschleunigungswert an einem bestimmten Sensor deutlich nach unten ab, so dass diese Abweichung nicht mehr als realistisch erscheint, kann von einem Sensorausfall ausgegangen werden. Dann können Prüfintervalle für die Laufstabilitätsüberwachungen erhöht werden, denn es steht eine Möglichkeit zur Verfügung, einen Sensorausfall durch Quervergleich über die Querbeschleunigungswerte der Drehgestelle festzustellen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen, bei dem Querbeschleunigungswerte für Drehgestelle des Schienenfahrzeugs gemessen werden und ein Überschreiten eines Schwellwertes für die Querbeschleunigung eines der Drehgestelle als Störung interpretiert und signalisiert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Differenzierung zwischen einer streckenseitig hervorgerufenen Störung und einer Drehgestellstörung ein Vergleich der Querbeschleunigungen wenigstens eines Teils der Drehgestelle des Schienenfahrzeuges bzw. des Zuges vorgenommen wird und die Signalisierung einer Drehgestellstörung nur dann erfolgt, wenn aufgrund des Vergleichs eine Drehgestellstörung festgestellt bzw. bestätigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zusätzlich eine Auswertung und ein Vergleich zeitlicher Verläufe von Querbeschleunigungswerten der Drehgestelle vorgenommen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine festgestellte streckenseitig hervorgerufene Störung aus Zustandswerten für die Drehgestelle herausgerechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    historische Daten zur Beurteilung der Zustände der Drehgestelle einbezogen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die historischen Daten auf bestimmte Streckenabschnitte bezogene historische Beschleunigungswerte umfassen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Vergleich mittlerer Beschleunigungswerte von Querbeschleunigungs-Sensoren an den Drehgestellen zur Beurteilung einer Sensorkalibrierung und Ausfallüberwachung vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Vergleich niederfrequenter Signalanteile von Sensoren für die Querbeschleunigung der Drehgestelle vorgenommen wird.
EP10157361A 2009-03-26 2010-03-23 Verfahren zur Überwachung der Laufstabilität bei Schienenfahrzeugen Withdrawn EP2233379A3 (de)

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