EP3630575A1 - Verfahren zur erkennung einer entgleisung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur erkennung einer entgleisung eines schienenfahrzeugs

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Publication number
EP3630575A1
EP3630575A1 EP18727249.7A EP18727249A EP3630575A1 EP 3630575 A1 EP3630575 A1 EP 3630575A1 EP 18727249 A EP18727249 A EP 18727249A EP 3630575 A1 EP3630575 A1 EP 3630575A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
rotation
value
angle
derived
Prior art date
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Granted
Application number
EP18727249.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3630575B1 (de
Inventor
Fabrice Roche
Andreas MONARTH
Guillermo PEREZ GOMEZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Holdings SA
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP3630575A1 publication Critical patent/EP3630575A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3630575B1 publication Critical patent/EP3630575B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B61F9/005—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels by use of non-mechanical means, e.g. acoustic or electromagnetic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D13/00—Tramway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • 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
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a derailment of a rail vehicle and a rail vehicle, that for carrying out this
  • a derailment of a rail vehicle such as a tram
  • a derailment can have different reasons, such as a collision with a means of transport, a fault in the track, a switch, etc. Therefore, it makes sense to implement a system in the vehicle that can detect derailment.
  • WO 2012/140073 A1 proposes a method for derailment monitoring of at least one wheel of a chassis of a rail vehicle, in which, depending on the result of a comparison of signals available in the rail vehicle, a signal representative of a derailment situation of the at least one wheel
  • Derailment situation signal is generated.
  • a current speed signal representative of a current speed of the at least one wheel is determined.
  • an expected speed signal representative of a currently expected rotational speed of the at least one wheel is determined from at least one signal that is available in the rail vehicle and representative of the current driving state of the rail vehicle.
  • the current speed signal is compared with the expected speed signal in a speed signal comparison and in a fourth step, the derailment situation signal is generated in dependence on the result of the speed signal comparison.
  • EP 0 697 320 A1 discloses a device for detecting a derailment of one or more wagons traveling on rails, in particular railway wagons of a railway train composition with a railcar. At least one sensor is arranged on the carriage at least in the region of a wheeled axle, with which the position of the wheels and the axle relative to the rails can be determined, and if this position deviates beyond a predetermined tolerance value the sensor emits a signal which is transmitted by transmission means can be transferred to a central location.
  • EP 1 236 633 A2 discloses a method for detecting defied states of wheels of a rail vehicle by determining at least one for one
  • predetermined reference value is compared, wherein when a predefinable deviation of the characteristic value from the desired value a reference signal and / or a
  • At least one acceleration signal is generated, and / or the respective longitudinal acceleration is continuously determined at at least two points of a bogie frame and detected as longitudinal acceleration signal and / or at least one wheel axle, a rotational frequency signal is generated, wherein at least one, in the region of an axle bearing generated acceleration signal and / or the
  • Longitudinal acceleration signals and / or from the at least one rotational frequency signal of the at least one, characteristic of a derailment characteristic characteristic value is determined.
  • DE 2 517 267 A1 discloses a device for indicating derailment of a rail vehicle, wherein on the rail vehicle a radio transmitter is arranged, which contains responsive to vertical acceleration due to the derailment of the vehicle responsive means, which cause the transmitter to emit a radio signal in a receiver can be seen, which has an alarm or warning device actuated upon receipt of these radio signals.
  • the object of the invention is to specify a method for detecting a derailment that reliably indicates a derailment and preferably fulfills one or more of the abovementioned criteria.
  • angles between mutually rotatable rail vehicle parts are analyzed and it is determined whether a derailment exists.
  • the invention is particularly applicable to trams, but not limited thereto.
  • the rail vehicle parts are preferably modules of a tram.
  • the tram is preferably a multi-gyro vehicle.
  • the derailment detection concept according to the invention uses in particular joint angle sensors to determine the position of the vehicle and the position of the vehicle
  • Multigehnkshus be recognized whether a derailment may be present or not. It is possible to measure angles between the rail vehicle parts.
  • the sensors are mounted, for example, in or at the joints of the rail vehicle and measure the angles, movements and the temporal change of the angles
  • Rotational angular acceleration between the rail vehicle parts, in particular in a joint also referred to as rotational acceleration
  • the invention may include the redundancy of the above-mentioned factors, or other factors based on one or more rotation angles or data derived therefrom be used to reliably detect a derailment.
  • a message can be issued to the driver or an automatic braking can be activated.
  • Sensors can be used that are already present on the vehicle.
  • Specified by the invention in particular a method according to claim 1, that is, a method for detecting a derailment of a rail vehicle, wherein the
  • a rail vehicle comprising two or more rail vehicle parts and one or more joints via which adjacent rail vehicle parts are rotatably connected to each other, and wherein the method comprises:
  • a state value which is determined from a plurality of rotation angles or a plurality of variables derived from the rotation angles from a-2), with at least one reference value or limit value, or with at least one reference value range or limit value range, wherein a check criterion whether a derailment is present or not , is defined by
  • Derailment occurs / has occurred, or has not occurred / has occurred.
  • the method may be performed while the rail vehicle is running or at a standstill. Although a derailment occurs during a journey, it can also be checked at standstill whether a derailment has previously occurred during a journey or not.
  • Determining a rotation angle or a variable derived therefrom means, in particular, the determination of a value thereof.
  • the angle of rotation can be anywhere on the rail vehicle or from
  • the angle of rotation can be a rotation angle of a joint, also referred to as a joint angle.
  • the angle of rotation or angles of rotation can be determined on or in a joint itself, at the joint or elsewhere of the rail vehicle.
  • the term "various adjacent rail vehicle parts,” means that for the consideration of several of the rotation angle is not used in each case the same rail vehicle parts, or the same pair of rail vehicle parts, but
  • Rail car parts Ie. Thus, that for determining a first angle of rotation, a first pair of rail vehicle parts is used and for determining a second Rotation angle a second pair of rail vehicle parts is used. It can be provided that the first pair of rail vehicle parts and the second pair of rail vehicle parts has a rail vehicle part in common. Several angles of rotation between different adjacent rail vehicle parts or a plurality of variables derived from these angles of rotation may occur on or at different, preferably successive (and of a rail vehicle part
  • the angle of rotation can be determined with a rotation angle measuring device.
  • an angle sensor is provided for this purpose.
  • Angle sensors for determining joint angles in rail vehicles is known from WO 2013/124429 A1. There are also different types of angle sensors
  • An angle sensor is a sensor that can detect different angles in a certain angular range, which depends on the specification of the sensor.
  • An exemplary and non-limiting angle range is 0 ° to +/- 40 0th
  • the senor can preferably detect continuous angle.
  • the sensor can detect discrete angle values within a certain increment within the angular range.
  • the sensor (s) or sensor arrangement (s) is / are arranged to continuously determine the angle or to detect discrete angle values in a certain step size.
  • Angle sensors are known from the prior art and with a variety of characteristics, such as measurable angle range, resolution, type of output (current, voltage, bus signal, frequency), repeatability, linearity available.
  • the sensor may be e.g. around a potentiometric sensor, a
  • Magnetoresistive sensor a Hall sensor that operates according to the electromagnetic Hall effect, an optical sensor, a sensor that works according to the piezoelectric effect, a capacitive sensor, an inductive sensor, a act for the distance and / or relative position measurement eddy current sensor or act on a sensor that operates in accordance with at least one of said modes of operation and / or at least one not mentioned function.
  • magnetoresistive sensors and Hall sensors may also be arranged to several on a common carrier, for. B. a microcarrier, similar to a microchip.
  • optical sensors detect one of a plurality of markings formed on the hinge as the marker moves past as viewed by the sensor.
  • a laser triangulation is performed and / or performed as in an interferometer, a comparison with a comparison light beam.
  • projected patterns are detected at a location of the joint.
  • Angle sensors are e.g. in the article by William J. Fleming, "Overview of Automotive Sensors", IEEE Sensors Journal, Vol. 4, pages 296-308, section C, pages 302/303.
  • the sensor can have an absolute angle between rail vehicles or
  • Measure rail vehicle parts or the sensor can measure an angle change and put them to a reference angle, for example, the zero position, in relation, so that the angle between rail vehicle parts can be determined.
  • the sensor may be configured to generate a signal sequence.
  • Signal sequence is particularly meant that the sensor outputs a signal after changing the angle by a constant amount (angle increment), so that after changing by an angle increment a signal is generated, after change by two
  • Angle increments two signals, etc. One thus obtains a signal sequence, from which one can determine the number of angle increments and from this in turn an entire angle change.
  • signal thus also includes a signal sequence in the present invention.
  • the angle sensor may be a non-contact angle sensor.
  • Contactless in one of its meaning forms means that the sensor is attached to a first hinge part and does not touch a second hinge part that is rotatable relative to the first hinge part.
  • a magnetic sensor may be attached to the first hinge part and a magnet to which the magnetic sensor is responsive, may be attached to the second hinge part.
  • non-contact means that the sensor has a first and a second element, wherein the first element is attached to a first hinge part and the second element is attached to a second hinge part, wherein the first and the second Do not touch element of the sensor and be the first and the second
  • Non-contact angle sensors are magnetic sensors, optical sensors and inductive sensors.
  • the term "magnetic sensors” refers to sensors that react to the change of a magnetic field in their environment, in particular the change of a magnetic flux density, or alternatively they can be referred to as "magnetic field-sensitive sensors”.
  • Preferred examples of magnetic sensors are Hall sensors and magnetoresistive sensors.
  • Non-contact magnetic sensors are described, for example, in US Pat. No. 5,880,586.
  • the signal from the sensor is, for example, a voltage output by the sensor or a current.
  • the signal can be processed in an analog signal processing device.
  • the signal from the sensor may alternatively, or additionally, be passed to an analog-to-digital converter and as a digital signal to the subsequent
  • Signal processing device are forwarded.
  • the signal processing device is also referred to as a computing unit.
  • the signal processing device executes an algorithm so that the desired output signal (s) are available at the output of the signal processing device.
  • an angle sensor is from the signal processing means a
  • Angular information provided as an analog or digital signal.
  • An angle signal can be fed to an interface that provides signal output to external ports or performs further processing of an angle signal.
  • the signal processing device can be designed as a digital signal processor (DSP).
  • DSP digital signal processor
  • CORDIC Coordinat Rotational Digital Computer
  • MVR-CORDIC Modified vector rotational CORDIC
  • the signal from the sensor can be amplified in a preamplifier and then routed to the analog-to-digital converter.
  • digital filtering may be performed at the output of the analog-to-digital converter before the digitized signal is processed in the signal processing device.
  • a signal processing device can be arranged at various locations, for example as a separate structural unit between the sensor and
  • Downstream components such as a signal transmission bus, a
  • Vehicle control a vehicle and train control.
  • the A / D converter is connected between the sensor and the signal processing device.
  • the signal processing device is preferably a component of a
  • Vehicle control unit abbreviated vehicle control unit VCU
  • VTCU vehicle and train control unit
  • Vehicle control as well as a vehicle and train control, preferably from several, connected via bus systems or cables control devices, converters,
  • the rotation angle may be a rotation angle of rotation about an X-axis as a rotation axis, a rotation angle about a Y-axis as a rotation axis, or a rotation angle about a Z-axis as a rotation axis.
  • these rotation angles can be determined in combination.
  • at least rotational angle and the Z-axis is determined, which describes the rotation when cornering.
  • the longitudinal axis of a rail vehicle or rail vehicle part is also referred to as X-axis.
  • a Y-axis of a rail vehicle or rail vehicle part is transverse to the rail vehicle or rail vehicle part and perpendicular to the X and Z axis of the rail vehicle / rail vehicle part.
  • the Z-axis is perpendicular the X and Y axis, and is vertical when the rail vehicle is on a straight flat track.
  • the angle of rotation of a rotation about the Z-axis as a rotation axis can be defined as an angle between the longitudinal axes (X-axes) of two adjacent ones
  • the angle between the longitudinal axes of the rail vehicles or rail vehicle parts by definition is 0 °, referred to as zero position.
  • a sign of the rotational angle of rotation about the Z-axis may be positively defined when a front rail vehicle part rotates to the right in the direction of travel relative to the rear rail vehicle part articulated to the front rail vehicle part and negative when the front one
  • Rail vehicle part rotates in the direction of travel relative to the rear rail vehicle part to the left, or vice versa.
  • rotational angular velocities can be assigned direction-dependent signs.
  • the hinge is designed so that at least the rotation about the Z-axis is possible.
  • the joint may be designed so that a rail vehicle or rail vehicle part can also be rotated about its X axis relative to the adjacent rail vehicle part (rolling motion).
  • the joint can also be designed such that a rail vehicle part can also be rotated about its Y axis relative to the adjacent rail vehicle part (pitch movement). Movements around the X, Y and Z axes may be possible.
  • the joint preferably has two relatively pivotable joint parts.
  • the one hinge part is connected for example to a first rail vehicle part and a second hinge part is connected to a second rail vehicle part.
  • the term "hinge part" refers to any part of the hinge, which part may not necessarily be required for the actual hinge function, for example, a hinge part may be only a part for attaching a sensor or magnet
  • the type of hinge is not particularly limited .
  • a reference value or limit value can be assumed or determined by a measurement. In a preferred variant, a reference value may be a measured value from a homing run.
  • a reference value range or threshold range indicates a range between an upper reference value / limit value and a lower reference value / limit value.
  • An area may include the area boundaries.
  • the comparison in particular, it may be determined whether a reference value or limit value is undershot, reached or exceeded, or whether a rotation angle or a derived quantity or a state value is in the range or not. Whether the test criterion is met or not depends on how it is defined by the limit, reference value or range thereof. Ie. the
  • test criterion may be satisfied if a reference value / limit value is either exceeded or reached or not exceeded, or if a value is within a reference value limit value range or not. This depends on which limit or reference value or range it is based on, whether the
  • Rotation angle or a derived quantity is used, or which derived quantity is used, or which state value is used.
  • a rotation angle between adjacent rail vehicle parts can be determined repeatedly or repeatedly, in particular at a time interval.
  • the “determination of a rotation angle between adjacent rail vehicle parts” can thus be understood as the "determining at least one angle of rotation between
  • Rail vehicle parts can be determined / can.
  • derived quantity is not meant to be narrow in the sense of a differential quotient, but means any quantity obtained from the angle of rotation, for example by any arithmetic operation
  • the derived quantity is thus derived from the determined angle of rotation identified Rotation angles and derived variables.
  • a derived variable can be a variable in the sense of a differential quotient.
  • the derived quantity is a rotation angular velocity (1st derivative of rotation angle with respect to time) or a rotation angle acceleration (2nd derivative of rotation angle with respect to time and 1st derivative of rotation angle velocity with time, respectively).
  • Reference value Different reference values or limit values can thus be used in the method, and can also be used simultaneously. For example, a first reference value / limit value for the rotational angle, a second reference value / limit value (range) for the rotational angular velocity, a third
  • Reference value / limit value (range) for rotational angular acceleration and / or a fourth reference value / limit value (range) for the state value may be used in any combination, depending on which combination of angle of rotation, rotational angular velocity, rotational angular acceleration and / or state value is used in the method.
  • a state value describes a state of the rail vehicle or parts thereof, which is derived, in particular calculated, from a plurality of rotation angles or variables derived therefrom. Arbitrary arithmetic operations may be applied, such as subtraction, addition, multiplication or division. A specific example of a state value is a difference in angles of rotation
  • Rotation speeds can be a statement whether they have the same or a different sign, which in turn a state of
  • Rail vehicle describes, for example, if it can be seen by different signs that different joints are deflected in different directions.
  • states with respect to rotational angular velocities or rotational angular accelerations between rail vehicle parts can be expressed by state values.
  • the reference value, the limit, the reference value range or the threshold range are or are derived from a reference run of the reference
  • Reference travel can be a journey that takes place or should take place during regular driving, in particular at the same speeds and accelerations.
  • a desired relation also: desired relationship or desired relationship, expresses a relationship of a plurality of rotation angles or a plurality of variables derived from the rotation angles relative to one another, which can be arbitrarily defined.
  • a relative direction for example, a rotational angular velocity or
  • the method may further include one or more, in any selection, of the following steps when it is determined that a derailment has occurred / occurred:
  • the threshold in particular in step b-1), is a rotation angle matching a minimum curve radius, and the test criterion is defined such that the rotation angle is smaller than this limit value.
  • a normal drive is present when the angle of rotation is smaller than an angle matching the smallest radius in the track network. This angle can be geometric
  • test criterion is defined, in particular in method variant b-1), such that the angle of rotation, or the variable derived therefrom, becomes smaller is considered the reference value or the limit.
  • the derived variable is, in particular, a rotational angular velocity, ie an angle change. It is assumed that a normal ride is present when the angle or the
  • Angle change over time is less than the measured value of a homing run or a limit value.
  • Embodiment are combined, in which the shape of a link is determined and described below. It can be checked whether one or more joints which are located in a section of a certain shape preferably have all the joints in such a section, a deflection which is below a reference value, limit value or tolerance value.
  • the reference value, limit value or tolerance value can be adapted to the shape of the route section (according to a further embodiment described below). In particular, if the stretch of a straight
  • the reference value, limit or tolerance value can be chosen very small, since in the case of a straight section of section is assumed that the joints therein have no deflection, ie a rotation angle of zero, or no rotational angular velocity, in each case a smaller Tolerance value can be based.
  • value limits of the reference value range are defined as follows:
  • test criterion is defined such that the determined angle of rotation, or the quantity derived from the determined angle of rotation, is within the reference value range.
  • the reference range may include the upper and lower reference values.
  • the latter embodiment is particularly applicable to process variant b-1).
  • the variant is in particular on the rotation angle or the
  • Rotational angular velocity applied It is assumed that a normal ride is present when comparing the current readings with the results Homing remains within a tolerance.
  • the tolerance can take into account the effect of speed as well as static and dynamic deviations.
  • the method is carried out in a spatially resolved manner along the route. It is thus determined at different locations on the route, which may be close to each other, whether the
  • Test criterion is met or not.
  • the angle of rotation or the derived quantity can be determined in arbitrarily short time intervals or continuously during a journey.
  • the state value is a difference between at least two angles of rotation, or between at least two quantities derived therefrom, at successive or non-consecutive joints.
  • the difference can be a difference in amount.
  • the difference itself can again be determined as an amount.
  • the difference can take into account the sign, ie the direction, the angle of rotation or the derived quantities.
  • the test criterion may be defined such that the difference mentioned is less than the reference value or limit value. It is assumed here that a normal ride exists when the difference between at least two consecutive turning angles is always smaller than that
  • Reference value or limit The reference value can be recorded during a homing run.
  • the limit value can alternatively be assumed.
  • This embodiment can be combined in an advantageous variant with an embodiment in which the shape of a route section is determined and which is described below. It can be checked whether angles of rotation (or magnitudes derived therefrom) in joints located in a section of a certain shape, preferably in all joints in one
  • the reference value, limit value or tolerance value can be adapted to the shape of the route section (according to a further embodiment described below).
  • the route section is an arcuate route section
  • the reference value, limit value or tolerance value can be selected to be very small.
  • the joints therein have the same deflection in the same direction, ie the same angle of rotation, thus the difference is zero, whereby a small tolerance value can be used.
  • a curved track section are preferably between each of the joints located in the arcuate section, pairwise differences or values derived therefrom are formed, in particular between adjacent joints.
  • an upper limit value which is a value of a rotation angle, or one thereof, determined during the journey of the rail vehicle at a route location
  • test criterion is defined such that the determined angle of rotation, or the quantity derived therefrom, at a second joint following the first joint, and preferably the next following joint, is within the threshold range when the second joint is in travel of the rail vehicle reaches this route.
  • the time at which the subsequent joint has reached the same position on the track, and thus the time for determining the angle of rotation or the derived quantity at the second joint, can with the known
  • the derived variable is in particular the
  • the method further comprises the step of:
  • the reference value, limit value or tolerance value, or a corresponding range can be adapted to the shape of the current route section. There can be a dynamic adjustment while driving.
  • test criterion is defined such that the rotation angle, or the quantity derived therefrom, is smaller than the reference value or the limit value. It is assumed, for example, that there is normal travel when the angle change over time is less than the reference travel reading or threshold. For a straight line it is true that no angle change occurs per se, whereby a change up to a limit value or in a limit value range should be possible. But this limit or
  • Threshold range is set narrower than in a non-straight line. Route information thus flows into the limit value (area) setting. Analogously, an example of the angle of rotation can be formulated. In a normal ride on a straight track, all joints should have no deflection, whereby a narrow set limit or range limits are possible.
  • a state value a difference between two angles of rotation, is used at successive joints and the test criterion is defined so that said difference is smaller than the reference value or limit value.
  • a constant arc is assumed to be a normal ride when all joints have the same deflection, ie the same angle of rotation, in the same direction, so ideally the difference should be zero, with a small difference tolerable and a corresponding narrower one Limit value is set.
  • Distance measurement can be determined by a number of wheel revolutions. In a further variant, it is possible to determine via a GPS signal in which
  • Section of the railway vehicle or a part thereof or joints thereof are located.
  • Driving speed to be adjusted. As the speed increases, for example, these values or ranges can be set higher or narrower. At higher driving speeds, it can be assumed that, for example, the rotational speed becomes greater and this is also normal. Accordingly, limit / reference values (ranges) can be set higher.
  • the present invention relates to a rail vehicle, comprising an analysis device which is set up, in particular programmed, for carrying out the method as described above.
  • Analysis device may include a computer program or program instructions, which effect the implementation of method steps according to the invention, at least from step b) and c).
  • the analysis device may be a control device, in particular a vehicle control, or a part thereof, or in a
  • Control device in particular vehicle control, be integrated.
  • rail vehicles include, without limitation, locomotives, wagons, railcars, trams, modules.
  • Rail vehicle parts are in particular modules that are assembled to form a rail vehicle.
  • the rail vehicle parts are modules of a tram.
  • Rail vehicle parts connected to each other via a flexible structure, in particular a hinged bellows.
  • the joint between the rail vehicle parts is located in particular in the region of the floor, preferably below the floor. Joints between cars or rail vehicle parts may additionally be arranged in the region of the roof.
  • Fig. 1 a rail vehicle in the curve position
  • 3 shows a rail vehicle in an S-curve; 4 shows a procedure;
  • Fig. 1 shows the rail vehicle 1 with the rail vehicle parts 2, 3, 4, 5, 6.
  • the modules 2 and 6 are end modules of a tram, which in this case the
  • Rail vehicle represents. Bogies or chassis are designated by the reference numeral 7.
  • the rail vehicle 1 travels on the rails 8 between the rail vehicle parts 2, 3, 4, 5, 6, the joints 10, 1 1, 12, 13 are arranged.
  • a joint angle ⁇ , ß, ⁇ , ⁇ is set.
  • Figs. 2 and 3 show the same reference numerals as Fig. 1, wherein the angular position is changed in the joints.
  • the system recognizes "Normal Ride” and “Derailment” based on the criteria A, B, C, D, E, F, G, H, I, J below, which can be supplemented as needed.
  • a derailment can also be detected if one or more of these criteria no longer apply.
  • the criteria may be general criteria or journey-specific criteria.
  • the general criteria A to E can always be valid.
  • the additional criteria F to J may be specific to the driving scenarios described below.
  • a normal (i.e., derailment-free) ride occurs when the hinge angle is less than the angle U matching the smallest radius in the track mesh (based on geometric stretch data: radius of the curve)
  • 9 max can be recorded during a test drive or calculated or measured from the radius and vehicle dimensions.
  • Normal travel occurs when the change in angle over time is less than the reference travel or limit reading.
  • a Dirac-shaped angle change is not possible in normal driving.
  • Normal driving is when the difference between two successive joint angles is always less than a limit U.
  • the limit may be recorded during a reference run or conservatively assumed. e.g.
  • Vehicle dimensions can be calculated
  • a normal ride is when the angular changes over time of successive joints at the same position in the rail network are the same
  • Scenario 1 straight route (with reference to FIG. 2): A derailment to a straight line exists if one or more of the following criteria are not met: Criterion G:
  • a normal ride is when there is no angular velocity in the joint Scenario 2: constant arc (with reference to FIG. 1)
  • Scenario 3 S-curve (with reference to FIG. 3): Additional trip-specific recognition criterion: criterion J:
  • the joint 1 1 is located in the direction of travel F behind the inflection point W of the S-curve (so has the inflection point W already happened) while the joint 12 is still before the inflection point W.
  • the successive joints 1 1, 12 are oppositely deflected (positive and negative).
  • a normal travel occurs when the two joint angles (absolute value eg
  • the determination of the route form does not have to be made with the criterion C but can also be done differently, as previously stated in the general description. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • ⁇ in the above expression ⁇ corresponds to the time sampling of the sensor.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs (1), wobei das Schienenfahrzeug zwei oder mehr Schienenfahrzeugteile (2, 3, 4, 5, 6) und ein oder mehrere Gelenke (10, 11, 12, 13), über welche(s) benachbarte Schienenfahrzeugteile drehbar zueinander verbunden sind, aufweist, und wobei das Verfahren aufweist: a) Ermitteln eines Drehwinkels (α, β, γ, δ; Θ), zwischen benachbarten Schienenfahrzeugteilen, und/oder einer aus dem Drehwinkel abgeleiteten Größe (α't, β't, γ't, δ't; Θ't), oder mehrerer Drehwinkel (α, β, γ, δ; Θ) oder mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen (α't, β't, γ't, δ't; Θ't) zwischen verschiedenen benachbarten Schienenfahrzeugteilen, b) Vergleichen des Drehwinkels (α, β, γ, δ; Θ) oder der abgeleiteten Größe (α't, β't, γ't, δ't; Θ't) aus a-1), oder mehrerer Drehwinkel oder abgeleiteter Größen aus a-2) mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert (U), oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich (-U bis U) und/oder mehrerer Drehwinkel (α, β, γ, δ; Θ) oder der mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen (α't, β't, γ't, δ't; Θ't) aus a-2) relativ zueinander, und/oder eines Zustandswertes (| α(t0) | - | β(t0) |), der aus mehreren Drehwinkeln (α, β, γ, δ) oder mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteten Größen (α't, β't, γ't, δ't) aus a-2) ermittelt wird, mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert (U), oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich (-U bis U), wobei ein Prüfkriterium, ob eine Entgleisung vorliegt oder nicht, definiert ist anhand des Referenzwerts/ Grenzwerts (U), des Referenzwertebereichs (-U bis U), und/oder des Grenzwertebereichs in b-1) oder b-3), und/oder einer Soll-Relation (α * ß < 0) mehrerer Drehwinkel und/oder einer Soll-Relation der mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen (α't * β't < 0) aus b-2) zueinander, c) Ermitteln, ob das Prüfkriterium erfüllt ist oder nicht erfüllt ist und ob eine Entgleisung erfolgt/erfolgt ist, oder nicht erfolgt/erfolgt ist.

Description

Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug, dass zur Durchführung dieses
Verfahrens eingerichtet ist.
Im Öffentlichen Verkehr ist eine Entgleisung eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise einer Straßenbahn, einerseits gefährlich für Fahrgäste und andere Verkehrsteilnehmer und kann andererseits auch das Fahrzeug beschädigen. Eine Entgleisung kann unterschiedliche Gründe haben, beispielsweise eine Kollision mit einem Verkehrsmittel, eine Störung im Gleis, eine Weiche etc. Daher ist es sinnvoll ein System im Fahrzeug zu implementieren, das Entgleisung erkennen kann. WO 2012/140073 A1 schlägt ein Verfahren zur Entgleisungsüberwachung wenigstens eines Rades eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs vor, bei dem in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleichs von in dem Schienenfahrzeug verfügbaren Signalen ein für eine Entgleisungssituation des wenigstens einen Rades repräsentatives
Entgleisungssituationssignal generiert wird. In einem ersten Schritt wird ein für eine aktuelle Drehzahl des wenigsten einen Rades repräsentatives aktuelles Drehzahlsignal ermittelt. In einem zweiten Schritt wird aus wenigstens einem in dem Schienenfahrzeug verfügbaren, für den aktuellen Fahrzustand des Schienenfahrzeugs repräsentativen Signal ein für eine aktuell zu erwartende Drehzahl des wenigstens einen Rades repräsentatives erwartetes Drehzahlsignal ermittelt. In einem dritten Schritt wird in einem Drehzahlsignalvergleich das aktuelle Drehzahlsignal mit dem erwarteten Drehzahlsignal verglichen und in einem vierten Schritt wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Drehzahlsignalvergleichs das Entgleisungssituationssignal generiert.
EP 0 697 320 A1 offenbart eine Einrichtung zum Feststellen einer Entgleisung von einem oder von mehreren auf Schienen fahrenden Wagen, insbesondere Eisenbahnwagen einer Eisenbahn-Zugskomposition mit einem Triebwagen. An den Wagen ist mindestens im Bereich einer mit Rädern versehenen Achse mindestens ein Sensor angeordnet, mit welchem die Lage der Räder und der Achse bezüglich der Schienen feststellbar ist und dass bei Abweichung dieser Lage über einen vorgegebenen Toleranzwert der Sensor ein Signal abgibt, welches durch Übertragungsmittel an eine zentrale Stelle übertragbar ist. EP 1 236 633 A2 offenbart ein Verfahren zur Erkennung entgleister Zustände von Rädern eines Schienenfahrzeuges durch Ermittlung zumindest eines für einen
Entgleisungszustand charakteristischen Kennwertes, der mit zumindest einem
vorgebbaren Sollwert verglichen wird, wobei bei Überschreiten einer vorgebbaren Abweichung des Kennwertes von dem Sollwert ein Hinweissignal und/oder eine
Notbremsung ausgelöst wird. Im Bereich einer Achslagerung zumindest eines Rades wird zumindest ein Beschleunigungssignal erzeugt, und/oder an zumindest zwei Punkten eines Drehgestellrahmens kontinuierlich die jeweilige Längsbeschleunigung ermittelt und als Längsbeschleunigungssignal erfasst und/oder an zumindest einer Radachse wird ein Drehfrequenzsignal erzeugt wird, wobei aus dem zumindest einem, im Bereich einer Achslagerung erzeugten Beschleunigungssignal und/oder den
Längsbeschleunigungssignalen und/oder aus dem zumindest einen Drehfrequenzsignal der zumindest eine, für einen Entgleisungszustand charakteristische Kennwert ermittelt wird.
DE 2 517 267 A1 offenbart eine Einrichtung zum Anzeigen von Entgleisungen eines Schienenfahrzeuges, wobei auf dem Schienenfahrzeug ein Funksender angeordnet ist, der auf vertikale Beschleunigung infolge des Entgleisens des Fahrzeuges ansprechende Mittel enthält, die den Sender veranlassen, ein Funksignal auszustrahlen, das in einem Empfänger erkennbar ist, der beim Empfang dieser Funksignale eine Alarm- oder Warneinrichtung betätigende Mittel aufweist.
Es sind bei der Entgleisungserkennung unterschiedliche Randbedingungen zu
berücksichtigen:
Unterschiedliche Szenarien bei einer Fahrt müssen erkannt werden
Fahrtbedingungen (Fahrtgeschwindigkeit, Dynamische Effekte von Federungen etc. müssen berücksichtigt werden
Falsch-positive Ergebnisse sind zu vermeiden
Möglichkeit der Software Implementierung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung anzugeben, dass eine Entgleisung zuverlässig anzeigt und vorzugsweise eines oder mehrere der oben genannten Kriterien erfüllt. Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung werden Winkel zwischen zueinander drehbaren Schienenfahrzeugteilen analysiert und daraus ermittelt, ob eine Entgleisung vorliegt.
Die Erfindung ist insbesondere auf Straßenbahnen anwendbar, aber nicht darauf beschränkt. Im Fall einer Straßenbahn sind die Schienenfahrzeugteile vorzugsweise Module einer Straßenbahn. Die Straßenbahn ist vorzugsweise ein Multigelenksfahrzeug. Das erfindungsgemäße Konzept der Entgleisungserkennung verwendet insbesondere Gelenkswinkelsensoren, um die Position des Fahrzeuges und die Stellung der
Schienenfahrzeugteile zueinander zu erkennen. Damit kann bei einem
Multigelenksfahrzeug erkannt werden, ob eine Entgleisung vorliegen kann oder nicht. Gemessen werden können Winkel zwischen den Schienenfahrzeugteilen. Die Sensoren sind beispielsweise in oder bei den Gelenken des Schienenfahrzeugs angebracht und messen die Winkel, Bewegungen und die zeitliche Änderung der Winkel
(Rotationsgeschwindigkeit). Die gemessenen Werte oder Kombination dieser Werte erlauben Rückschlüsse zu ziehen, ob eine Entgleisung vorliegt.
Insbesondere folgende Faktoren können, ohne Beschränkung darauf, analysiert werden:
Drehwinkel zwischen den Schienenfahrzeugteilen, insbesondere Gelenkswinkel, Drehwinkelgeschwindigkeit zwischen den Schienenfahrzeugteilen, insbesondere in einem Gelenk, auch bezeichnet als Rotationsgeschwindigkeit,
- Drehwinkelbeschleunigung zwischen den Schienenfahrzeugteilen, insbesondere in einem Gelenk, auch bezeichnet als Rotationsbeschleunigung,
Vergleich zwischen verschiedenen, insbesondere zwei oder mehr aufeinander folgenden Gelenken, insbesondere Vergleich von Drehwinkeln oder
Drehwinkelgeschwindigkeiten oder Drehwinkelbeschleunigungen
- Vergleich zwischen allen Gelenken, insbesondere Vergleich von Drehwinkeln oder
Drehwinkelgeschwindigkeiten oder Drehwinkelbeschleunigungen,
Vergleich mit Daten aus einer Referenzfahrt (Kalibrierungsfahrt)
Die Erfindung kann die Redundanz von den oben genannten Faktoren, oder weiteren Faktoren, die anhand eines oder mehrerer Drehwinkel oder davon abgeleiteter Daten ermittelt werden, verwenden, um eine Entgleisung zuverlässig zu erkennen. Je mehr Parameter vor einer potenziellen Entgleisung warnen, umso wahrscheinlicher liegt eine Entgleisung vor. Als Resultat der Erkennung kann eine Meldung an den Fahrer ausgegeben werden oder eine automatische Bremsung kann aktiviert werden.
Das vorgeschlagene Konzept zur Entgleisungserkennung zeichnet sich durch einen oder mehrere der folgenden Vorteile aus:
- Leicht umsetzbar, da es eine Softwarebewertung von Sensorwerten ist
Es können Sensoren benutzt werden, die schon am Fahrzeug vorhanden sind.
Dies ergibt eine kostengünstige Lösung, denn es müssen nicht zusätzliche
Sensoren am Fahrwerk oder Wagenkasten angebracht und regelmäßig kalibriert werden
- Erhöhte Zuverlässigkeit durch die Redundanz von Kriterien
An verschiedene Fahrzeugkonfigurationen anpassbar (unterschiedliche Anzahl von Fahrzeugteilen, Länge, Breite...)
Angegeben wird von der Erfindung insbesondere ein Verfahren nach Anspruch 1 , also ein Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs, wobei das
Schienenfahrzeug zwei oder mehr Schienenfahrzeugteile und ein oder mehrere Gelenke, über welche(s) benachbarte Schienenfahrzeugteile drehbar zueinander verbunden sind, aufweist, und wobei das Verfahren aufweist:
a) Ermitteln
a-1 ) eines Drehwinkels zwischen benachbarten Schienenfahrzeugteilen, und/oder einer aus dem Drehwinkel abgeleiteten Größe, oder a-2) mehrerer Drehwinkel zwischen verschiedenen, insbesondere zwischen benachbarten, Schienenfahrzeugteilen oder mehrerer aus den
Drehwinkeln abgeleiteter Größen,
b) Vergleichen
b-1 ) des Drehwinkels oder der abgeleiteten Größe aus a-1 ), oder mehrerer Drehwinkel oder abgeleiteter Größen aus a-2) mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert, oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich und/oder b-2) mehrerer Drehwinkel oder der mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen aus a-2) relativ zueinander, und/oder
b-3) eines Zustandswertes, der aus mehreren Drehwinkeln oder mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteten Größen aus a-2) ermittelt wird, mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert, oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich wobei ein Prüfkriterium, ob eine Entgleisung vorliegt oder nicht, definiert ist anhand
des Referenzwerts, Grenzwerts, des Referenzwertebereichs, und/oder des Grenzwertebereichs in b-1 ) oder b-3), und/oder
einer Soll-Relation mehrerer Drehwinkel oder der mehrerer aus den
Drehwinkeln abgeleiteter Größen aus b-2) zueinander, c) Ermitteln, ob das Prüfkriterium erfüllt ist oder nicht erfüllt ist und ob eine
Entgleisung erfolgt/erfolgt ist, oder nicht erfolgt/erfolgt ist.
Das Verfahren kann während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden oder im Stillstand. Zwar geschieht eine Entgleisung während einer Fahrt, aber es kann auch im Stillstand geprüft werden, ob eine Entgleisung zuvor während einer Fahrt erfolgt ist oder nicht.
Das Ermitteln eines Drehwinkels oder einer davon abgeleiteten Größe bedeutet insbesondere die Ermittlung eines Wertes davon.
Der Drehwinkel kann an beliebiger Stelle des Schienenfahrzeugs oder von
Schienenfahrzeugteilen ermittelt, insbesondere gemessen werden. Der Drehwinkel kann ein Drehwinkel eines Gelenks sein, auch bezeichnet als Gelenkswinkel. Der Drehwinkel, oder die Drehwinkel kann/können an oder in einem Gelenk selbst, bei dem Gelenk oder an anderer Stelle des Schienenfahrzeugs ermittelt werden. Der Begriff„verschiedene benachbarte Schienenfahrzeugteile,, bedeutet, dass für die Betrachtung mehrere der Drehwinkel nicht jeweils die gleichen Schienenfahrzeugteile, bzw. das gleiche Paar Schienenfahrzeugteile herangezogen wird, sondern
unterschiedliche Schienenfahrzeugteile bzw. unterschiedliche Paare
Schienenfahrzeugteile. D. h. also, dass zur Ermittlung eines ersten Drehwinkels ein erstes paar Schienenfahrzeugteile herangezogen wird und zur Bestimmung eines zweites Drehwinkels ein zweites Paar Schienenfahrzeugteile herangezogen wird. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das erste Paar Schienenfahrzeugteile und das zweite Paar Schienenfahrzeugteile ein Schienenfahrzeugteil gemeinsam hat. Mehrere Drehwinkel zwischen verschiedenen benachbarten Schienenfahrzeugteilen oder mehrere aus diesen Drehwinkeln abgeleitete Größen können an oder bei verschiedenen, vorzugsweise aufeinander folgenden (und von einem Schienenfahrzeugteil
unterbrochenen) Gelenken ermittelt werden. Der Drehwinkel kann mit einer Drehwinkelmesseinrichtung ermittelt werden. In einer speziellen Variante ist hierfür ein Winkelsensor vorgesehen. Der Einsatz von
Winkelsensoren zur Bestimmung von Gelenkswinkeln in Schienenfahrzeugen ist bekannt aus WO 2013/124429 A1 . Dort sind auch verschiedene Arten Winkelsensoren
beschrieben.
Ein Winkelsensor ist ein Sensor, der in einem bestimmten Winkelbereich, welcher von der Spezifikation des Sensors abhängt, verschiedene Winkel detektieren kann. Ein beispielhafter und nicht beschränkender Winkelbereich ist 0° bis +/-400. Somit kann innerhalb des Messbereichs des Sensors ein Winkel, den die Schienenfahrzeuge oder Schienenfahrzeugteile zueinander einnehmen, erfasst werden. Innerhalb des
Winkelbereichs kann der Sensor vorzugsweise kontinuierliche Winkel erfassen. Es ist aber bei einer anderen Art Winkelsensor auch möglich, dass der Sensor innerhalb des Winkelbereichs diskrete Winkelwerte mit einer bestimmten Schrittweite erfassen kann. Anders ausgedrückt ist/sind der/die Sensor(en) oder die Sensoranordnung(en) zur kontinuierlichen Bestimmung des Winkels oder zur Erfassung diskreter Winkelwerte in einer bestimmten Schrittweite eingerichtet.
Winkelsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und mit verschiedensten Charakteristika, beispielsweise messbarer Winkelbereich, Auflösung, Art des Ausganges (Strom, Spannung, Bus-Signal, Frequenz), Wiederholgenauigkeit, Linearität erhältlich.
Bei dem Sensor kann es sich z.B. um einen potentiometrischen Sensor, einen
magnetoresistiven Sensor, einen Hallsensor, der gemäß dem elektro-magnetischen Halleffekt funktioniert, einen optischen Sensor, einen Sensor, der gemäß dem piezo- elektrischen Effekt funktioniert, einen kapazitiven Sensor, einen induktiven Sensor, einen zur Abstands- und/oder Relativpositionsmessung ausgestalteten Wirbelstromsensor oder um einen Sensor handeln, der gemäß zumindest einer der genannten Funktionsweisen und/oder zumindest einer nicht genannten Funktionsweise arbeitet. Insbesondere magnetoresistive Sensoren und Hallsensoren können auch zu mehreren auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein, z. B. einem Mikroträger, ähnlich einem Mikrochip. Optische Sensoren erfassen z.B. eine von mehreren Markierungen, die an dem Gelenk ausgebildet sind, wenn sich die Markierung aus Sicht des Sensors vorbeibewegt. Bei einer anderen Art optischer Sensoren wird z.B. eine Laser-Triangulation durchgeführt und/oder wie bei einem Interferometer ein Vergleich mit einem Vergleichslichtstrahl durchgeführt. Bei einer weiteren Art optischer Sensoren werden an einer Stelle des Gelenks projizierte Muster erfasst.
Winkelsensoren sind z.B. angegeben in dem Artikel von William J. Fleming, "Overview of Automotive Sensors", IEEE Sensors Journal, Vol. 1 , No. 4, Seite 296-308, Abschnitt C, Seiten 302/303.
Der Sensor kann einen absoluten Winkel zwischen Schienenfahrzeugen oder
Schienenfahrzeugteilen messen oder der Sensor kann eine Winkeländerung messen und diese zu einem Referenzwinkel, beispielsweise der Nulllage, in Bezug setzten, sodass der Winkel zwischen Schienenfahrzeugteilen bestimmbar ist.
Der Sensor kann so ausgestaltet sein, dass er eine Signalfolge erzeugt. Mit einer
Signalfolge ist insbesondere gemeint, dass der Sensor nach Änderung des Winkels um einen konstanten Betrag (Winkelinkrement) ein Signal ausgibt, so dass nach Änderung um ein Winkelinkrement ein Signal erzeugt wird, nach Änderung um zwei
Winkelinkremente zwei Signale usw. Man erhält so eine Signalfolge, aus der man die Zahl der Winkelinkremente und daraus wiederum eine gesamte Winkeländerung ermitteln kann. Der Begriff„Signal" beinhaltet somit in der vorliegenden Erfindung auch eine Signalfolge.
Der Winkelsensor kann ein berührungsloser Winkelsensor sein. Der Begriff
"berührungslos" bedeutet in einer seiner Bedeutungsformen, dass der Sensor an einem ersten Gelenkteil angebracht ist und ein zweites Gelenkteil, das relativ zu dem ersten Gelenkteil drehbar ist, nicht berührt. Beispielsweise kann ein Magnetsensor an dem ersten Gelenkteil angebracht sein und ein Magnet, auf den der Magnetsensor reagiert, kann an dem zweiten Gelenkteil angebracht sein. In einer weiteren Bedeutungsform bedeutet der Begriff "berührungslos", dass der Sensor ein erstes und ein zweites Element aufweist, wobei das erste Element an einem ersten Gelenkteil angebracht ist und das zweite Element an einem zweiten Gelenkteil angebracht ist, wobei sich das erste und das zweite Element des Sensors nicht berühren und wobei das erste und das zweite
Gelenkteil, und das erste und das zweite Element des Sensors, relativ zueinander drehbar sind. Das bedeutet, dass durch eine relative Drehung der Gelenkteile die daran angebrachten Sensorelemente relativ zueinander drehbar sind. Bevorzugte Beispiele für berührungslose Winkelsensoren sind Magnetsensoren, optische Sensoren und induktive Sensoren. Der Begriff„Magnetsensoren" bezeichnet Sensoren, die auf die Änderung eines Magnetfeldes in ihrer Umgebung, insbesondere die Änderung einer magnetischen Flussdichte, reagieren. Sie können alternativ auch als„Magnetfeld- sensitive-Sensoren" bezeichnet werden. Bevorzugte Beispiele für Magnetsensoren sind Hall-Sensoren und magnetoresistive Sensoren. Berührungslose Magnetsensoren sind beispielsweise in US 5,880,586 A beschrieben.
Das Signal des Sensors ist beispielsweise eine vom Sensor ausgegebene Spannung oder ein Strom. Das Signal kann in einer analogen Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet werden. Das Signal des Sensors kann alternativ, oder zusätzlich, zu einem Analog- Digital-Wandler geleitet werden und als digitales Signal zur anschließenden
Signalverarbeitungseinrichtung weitergeleitet werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung wird auch als Recheneinheit bezeichnet. Die Signalverarbeitungseinrichtung führt einen Algorithmus aus, so dass am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung das oder die gewünschten Ausgangssignale bereit stehen. Im Beispiel eines Winkelsensors wird von der Signalverarbeitungseinrichtung eine
Winkelinformation als analoges oder digitales Signal zur Verfügung gestellt. Das
Winkelsignal kann an ein Interface eingespeist werden, das die Signalausgabe an externe Anschlüsse vorsieht oder eine weitere Verarbeitung eines Winkelsignals durchführt.
Die Signalverarbeitungseinrichtung kann als digitaler Signalprozessor (DSP) ausgebildet sein. Im Fall eines Winkelsensors wird dieser auch als CORDIC (Coordinate Rotational Digital Computer) bezeichnet. Ein möglicher Algorithmus ist in dem Artikel von Cheng- Shing Wu u.a. " Modified vector rotational CORDIC (MVR-CORDIC) algorithm and architecture", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 48, No. 6, June 2001 , Seiten 548 bis 561 , beschrieben.
Das Signal des Sensors kann in einem Vorverstärker verstärkt und danach zum Analog- Digital-Wandler geleitet werden. Am Ausgang des Analog- Digital-Wandlers kann gegebenenfalls eine digitale Filterung erfolgen bevor das digitalisierte Signal in der Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet wird. Ein solcher Ablauf und ein spezieller Hall Sensor sind beschrieben in US 2007/0279044 A. Eine Signalverarbeitungseinrichtung kann an verschiedenen Stellen angeordnet sein, beispielsweise als eigenständige bauliche Einheit zwischen dem Sensor und
nachgeschalteten Komponenten, wie einem Signalübertragungsbus, einer
Fahrzeugsteuerung, einer Fahrzeug- und Zugsteuerung. Wenn das Signal des Sensors digitalisiert wird, ist zwischen den Sensor und die Signalverarbeitungseinrichtung der A/D- Wandler geschaltet.
Die Signalverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise ein Bestandteil einer
Fahrzeugsteuerung (abgekürzt VCU, vehicle control unit) oder einer Fahrzeug- und Zugsteuerung (abgekürzt VTCU, vehicle and train control unit), wobei die
Fahrzeugsteuerung, ebenso wie eine Fahrzeug- und Zugsteuerung, vorzugsweise aus mehren, über Bus-Systeme oder Kabel verbundenen Steuergeräten, Wandlern,
Sensoren, Aktuatoren und gegebenenfalls weiteren Komponenten besteht.
Nachfolgend wird auf die Drehwinkel eingegangen:
Der Drehwinkel kann ein Drehwinkel einer Drehung um eine X-Achse als Drehachse, ein Drehwinkel um eine Y-Achse als Drehachse oder ein Drehwinkel um eine Z-Achse als Drehachse sein. In der Erfindung können auch diese Drehwinkel in Kombination ermittelt werden. Bevorzugt wird zumindest Drehwinkel und die Z-Achse ermittelt, der die Drehung bei einer Kurvenfahrt beschreibt.
Die Längsachse eines Schienenfahrzeugs oder Schienenfahrzeugteils wird auch als X- Achse bezeichnet. Eine Y-Achse eines Schienenfahrzeugs oder Schienenfahrzeugteils steht quer zum Schienenfahrzeug oder Schienenfahrzeugteil und senkrecht zur X- und Z- Achse des Schienenfahrzeugs/Schienenfahrzeugteils. Die Z-Achse steht senkrecht auf der X-und Y-Achse, und steht senkrecht, wenn sich das Schienenfahrzeug auf gerader ebener Strecke befindet.
Der Drehwinkel einer Drehung um die Z-Achse als Drehachse kann definiert sein als Winkel zwischen den Längsachsen (X-Achsen) zweier benachbarter
Schienenfahrzeugteile. Wenn die Längsachsen zweier benachbarter, gelenkig
verbundener Schienenfahrzeugteile auf einer Flucht liegen, beispielsweise auf einer geraden, kurvenfreien Strecke, dann beträgt der Winkel zwischen den Längsachsen der Schienenfahrzeuge oder Schienenfahrzeugteile definitionsgemäß 0°, bezeichnet als Nulllage. Ein Vorzeichen des Drehwinkel einer Drehung um die Z-Achse kann positiv definiert sein, wenn ein vorderes Schienenfahrzeugteil in Fahrtrichtung relativ zu dem hinteren Schienenfahrzeugteil, das mit dem vorderen Schienenfahrzeugteil gelenkig verbunden ist, nach rechts dreht, und negativ definiert sein, wenn das vordere
Schienenfahrzeugteil in Fahrtrichtung relativ zu dem hinteren Schienenfahrzeugteil nach links dreht, oder umgekehrt. In analoger Weise können Drehwinkelgeschwindigkeiten richtungsabhängige Vorzeichen zugewiesen werden.
Das Gelenk ist es so ausgestaltet, dass zumindest die Drehung um die Z-Achse ermöglicht ist. Das Gelenk kann so ausgestaltet sein, dass ein Schienenfahrzeug oder Schienenfahrzeugteil relativ zu dem benachbarten Schienenfahrzeugteil auch um seine X- Achse gedreht werden kann (Wankbewegung). Das Gelenk kann ferner so ausgestaltet sein, dass ein Schienenfahrzeugteil relativ zu dem benachbarten Schienenfahrzeugteil auch um seine Y-Achse gedreht werden kann (Nickbewegung). Es können Bewegungen um die X-, Y- und Z-Achse möglich sein.
Das Gelenk weist vorzugsweise zwei relativ zueinander drehbare Gelenkteile auf. Das eine Gelenkteil ist beispielsweise mit einem ersten Schienenfahrzeugteil verbunden und ein zweites Gelenkteil ist mit einem zweiten Schienenfahrzeugteil verbunden. Der Begriff „Gelenkteil" bezeichnet irgendein Teil des Gelenks, wobei das Teil für die eigentliche Gelenkfunktion nicht unbedingt erforderlich sein muss. Ein Gelenkteil kann beispielsweise nur ein Teil sein, das zur Befestigung eines Sensors oder Magneten dient. Die Bauart des Gelenks ist nicht besonders beschränkt, Ein Referenzwert oder Grenzwert kann angenommen oder durch eine Messung ermittelt sein. Ein Referenzwert kann in einer bevorzugten Variante ein Messwert aus einer Referenzfahrt sein. Eine Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich bezeichnet einen Bereich zwischen einem oberen Referenzwert/Grenzwert und einem unteren Referenzwert/Grenzwert. Ein Bereich kann die Bereichsgrenzen einschließen.
In der Erfindung kann bei dem Vergleichen insbesondere festgestellt werden, ob eine Referenzwert oder Grenzwert unterschritten, erreicht oder überschritten wird, oder ob ein Drehwinkel oder eine abgeleitete Größe oder ein Zustandswert in dem Bereich liegt oder nicht. Ob das Prüfkriterium erfüllt ist oder nicht, hängt davon ab, wie es anhand des Grenzwertes, Referenzwertes oder eines Bereiches davon definiert ist. D. h. das
Prüfkriterium kann beispielsweise erfüllt sein, wenn ein Referenzwert/Grenzwert entweder überschritten ist, oder erreicht ist oder nicht überschritten ist, oder ob ein Wert innerhalb eines Referenzwert Grenzwert-Bereiches liegt oder nicht. Dies hängt davon ab, welcher Grenzwert oder Referenzwert oder Bereich davon zugrunde gelegt wird, ob der
Drehwinkel oder eine abgeleitete Größe verwendet wird, oder welche abgeleitete Größe verwendet wird, oder welcher Zustandswert verwendet wird.
In dem Verfahren kann ein Drehwinkel zwischen benachbarten Schienenfahrzeugteilen mehrfach bzw. wiederholt ermittelt werden, insbesondere in zeitlichem Abstand. Das „Ermitteln eines Drehwinkels zwischen benachbarten Schienenfahrzeugteilen" kann also verstanden werden als das„Ermitteln zumindest eines Drehwinkels zwischen
benachbarten Schienenfahrzeugteilen". Selbiges kann für eine abgeleitete Größe gelten. Selbiges kann auch beim Ermitteln mehrerer Drehwinkel oder daraus abgeleiteter Größen zwischen verschiedenen benachbaren Schienenfahrzeugteilen gelten. D.h., dass bezogen auf zwei benachbarte Schienenfahrzeugteile jeweils zumindest ein Drehwinkel, oder eben mehrere Drehwinkel, insbesondere in zeitlichem Abstand, zwischen diesen
Schienenfahrzeugteilen ermittelt werden kann/können.
Der Begriff„abgeleitete Größe" ist nicht eng im Sinne eines Differenzialquotienten zu verstehen, sondern bedeutet jegliche Größe, die aus dem Drehwinkel erhalten ist, beispielsweise durch eine beliebige Rechenoperation. Die abgeleitete Größe ist somit aus dem ermittelten Drehwinkel abgeleitet. Dies gilt auch bei mehreren ermittelten Drehwinkeln und daraus abgeleiteten Größen. Im speziellen Fall kann eine abgeleitete Größe eine Größe im Sinne eines Differenzialquotienten sein. In einer Ausführungsform ist die abgeleitete Größe eine Drehwinkelgeschwindigkeit (1. Ableitung des Drehwinkels nach der Zeit) oder eine Drehwinkel Beschleunigung (2. Ableitung des Drehwinkels nach der Zeit bzw. 1 . Ableitung der Drehwinkel Geschwindigkeit nach der Zeit).
Je nachdem, ob ein Drehwinkel, eine daraus abgeleitete Größe, oder ein Zustandswert in dem Verfahren zum Vergleich verwendet wird, kann ein anderer Grenzwert oder
Referenzwert zugrunde gelegt werden. In dem Verfahren können somit verschiedene Referenzwerte oder Grenzwerte verwendet werden, auch gleichzeitig verwendet werden. Beispielsweise kann ein erster Referenzwert/Grenzwert für den Drehwinkel, ein zweiter Referenzwert/Grenzwert(bereich) für die Drehwinkelgeschwindigkeit, ein dritter
Referenzwert/Grenzwert(bereich) für die Drehwinkelbeschleunigung und/oder ein vierter Referenzwert/Grenzwert(bereich) für den Zustandswert festgesetzt oder definiert sein. Diese Referenzwert Grenzwert(bereiche) können in beliebiger Kombination verwendet werden, je nachdem, welche Kombination, aus Drehwinkel, Drehwinkelgeschwindigkeit, Drehwinkelbeschleunigung und/oder Zustandswert in dem Verfahren verwendet wird.
Ein Zustandswert beschreibt einen Zustand des Schienenfahrzeugs oder von Teilen davon, der aus mehreren Drehwinkeln oder davon abgeleiteten Größen abgeleitet, insbesondere berechnet ist. Beliebige Rechenoperationen können angewandt werden, wie beispielsweise Subtraktion, Addition, Multiplikation oder Division. Ein spezielles Beispiel für einen Zustandswert ist ein Unterschied von Drehwinkeln an
aufeinanderfolgenden Gelenken, erhalten durch Subtraktion, woraus eine Aussage über die Stellung von Schienenfahrzeugteilen relativ zueinander erhältlich ist. Die Stellung von Schienenfahrzeugteilen relativ zueinander beschreibt in diesem Beispiel einen Zustand des Schienenfahrzeugs. Durch eine Multiplikation von Drehwinkeln oder
Drehwinkelgeschwindigkeiten kann eine Aussage erhalten werden, ob diese ein gleiches oder ein unterschiedliches Vorzeichen haben, was wiederum einen Zustand des
Schienenfahrzeugs beschreibt, beispielsweise wenn durch unterschiedliche Vorzeichen ersichtlich ist, dass verschiedene Gelenke in unterschiedliche Richtungen ausgelenkt sind. In analoger Weise können Zustände hinsichtlich Drehwinkelgeschwindigkeiten oder Drehwinkelbeschleunigungen zwischen Schienenfahrzeugteilen durch Zustandswerte ausgedrückt werden. In einer Ausführungsform werden oder sind der Referenzwert, der Grenzwert, der Referenzwertbereich oder der Grenzwertbereich aus einer Referenzfahrt des
Schienenfahrzeugs auf gleicher, oder derselben Strecke ermittelt worden. Die
Referenzfahrt kann eine Fahrt sein, wie sie im regulären Fahrbetrieb erfolgt oder erfolgen soll, insbesondere mit gleichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.
Eine Soll-Relation, auch: Soll-Beziehung oder Soll-Verhältnis, drückt eine Beziehung mehrerer Drehwinkel oder mehrere aus den Drehwinkel abgeleitete Größen relativ zueinander aus, die beliebig definiert sein kann. Im speziellen Fall kann damit eine relative Richtung (beispielsweise einer Drehwinkelgeschwindigkeit oder
Drehwinkelbeschleunigung), ein relatives Vorzeichen (beispielsweise eines Drehwinkels), ein Größenverhältnis o. ä. gemeint sein, wobei diese Beispiele nur zur Illustration dienen und nicht abschließend zu verstehen sind. Das Verfahren kann weiterhin einen oder mehrere, in beliebiger Auswahl, der folgenden Schritte aufweisen, wenn festgestellt wird, dass eine Entgleisung erfolgt/erfolgt ist:
- Erzeugen eines Entgleisungssituationssignals, wenn ermittelt wurde, dass eine Entgleisung erfolgt/erfolgt ist.
- eine Ausgabe einer Warnung oder eines Notsignals über eine Entgleisung, - ein Übersenden einer Meldung über die Entgleisung an eine Leitstelle oder eine
Rettungsstelle,
- eine Notbremsung oder anderweitige Bremsung des Schienenfahrzeugs.
Nachfolgend werden spezielle Verfahrensvarianten beschrieben, die einzeln oder in beliebiger Kombination Verwendung finden können:
In einer Ausführungsform ist der Grenzwert, insbesondere in Schritt b-1 ), ein zu einem minimalen Kurvenradius passender Drehwinkel, und das Prüfkriterium ist so definiert, dass der Drehwinkel kleiner ist als dieser Grenzwert. Hier wird davon ausgegangen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn der Drehwinkel kleiner ist als ein zum kleinsten Radius im Gleisnetz passender Winkel. Dieser Winkel kann aus geometrischen
Streckendaten und daraus ermittelten Kurvenradien ermittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform, ist das Prüfkriterium so definiert, insbesondere in Verfahrensvariante b-1 ), dass der Drehwinkel, oder die daraus abgeleitete Größe kleiner ist als der Referenzwert oder der Grenzwert. Die abgeleitete Größe ist in diesem Fall insbesondere eine Drehwinkelgeschwindigkeit, also eine Winkeländerung. Es wird angenommen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn der Winkel oder die
Winkeländerung über die Zeit kleiner ist als der Messwert einer Referenzfahrt oder ein Grenzwert. Diese Ausführungsform kann in einer vorteilhaften Variante mit einer
Ausführungsform kombiniert werden, bei der die Form eines Streckenabschnitts ermittelt wird und die nachfolgend beschrieben ist. Es kann geprüft werden, ob ein oder mehrere Gelenke, die sich in einem Streckenabschnitt bestimmter Form befinden, vorzugsweise alle Gelenke in einem solchen Streckenabschnitt, eine Auslenkung aufweist/aufweisen, die unterhalb eines Referenzwerts, Grenzwerts oder Toleranzwerts liegt. Hierbei kann der Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert an die Form des Streckenabschnitts angepasst werden (gemäß einer weiteren nachfolgend noch weiter beschriebenen Ausführungsform). Insbesondere wenn der Streckenabschnitt ein gerader
Streckenabschnitt ist, kann der Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert sehr gering gewählt werden, da im Fall eines geraden Streckenabschnitts davon ausgegangen wird, dass die darin befindlichen Gelenke keine Auslenkung, also einen Drehwinkel von Null, aufweisen, oder keine Drehwinkelgeschwindigkeit, wobei hier jeweils ein geringer Toleranzwert zugrunde gelegt werden kann. In noch einer Ausführungsform sind Wertegrenzen des Referenzwertebereichs wie folgt definiert:
- ein oberer Referenzwert, der einem bei der Referenzfahrt des
Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels, oder einer daraus abgeleiteten Größe, plus eines Toleranzwerts, entspricht,
- ein unterer Referenzwert, der dem bei der Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels, oder einer daraus abgeleiteten Größe, minus eines Toleranzwerts, entspricht,
und das Prüfkriterium ist so definiert, dass der ermittelte Drehwinkel, oder die aus dem ermittelten Drehwinkel abgeleitete Größe, innerhalb des Referenzwertbereichs liegt. Der Referenzwertebereich kann den oberen und den unteren Referenzwert mit einschließen.
Zuletzt genannte Ausführungsform ist insbesondere auf Verfahrensvariante b-1 ) anwendbar. Die Variante wird insbesondere auf den Drehwinkel oder die
Drehwinkelgeschwindigkeit angewandt. Es wird davon ausgegangen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn der Vergleich der aktuellen Messwerte mit den Ergebnissen einer Referenzfahrt innerhalb einer Toleranz bleibt. Die Toleranz kann die Wirkung von Geschwindigkeit sowie statische und dynamische Abweichungen berücksichtigen.
In einer speziellen Variante der vorangehend genannten Ausführungsform wird das Verfahren ortsaufgelöst entlang der Strecke durchgeführt. Es wird somit an verschiedenen Orten der Strecke, die beliebig nah beieinander liegen können, ermittelt, ob das
Prüfkriterium erfüllt ist oder nicht. Der Drehwinkel oder die abgeleitete Größe können in beliebig kurzen Zeitintervallen oder kontinuierlich bei einer Fahrt ermittelt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist der Zustandswert eine Differenz zwischen zumindest zwei Drehwinkeln, oder zwischen zumindest zwei davon abgeleiteten Größen, an aufeinanderfolgenden oder nicht aufeinander folgenden Gelenken. Die Differenz kann eine Betragsdifferenz sein. Die Differenz selbst kann wiederum als Betrag ermittelt werden. Die Differenz kann das Vorzeichen, also die Richtung, der Drehwinkel oder der abgeleiteten Größen berücksichtigen. Das Prüfkriterium kann so definiert sein, dass die genannte Differenz kleiner ist als der Referenzwert oder Grenzwert. Es wird hier angenommen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn der Unterschied zwischen zumindest zwei aufeinanderfolgenden Drehwinkeln jederzeit kleiner ist als der
Referenzwert oder Grenzwert. Der Referenzwert kann während einer Referenzfahrt aufgenommen werden. Der Grenzwert kann alternativ angenommen werden. Diese Ausführungsform kann in einer vorteilhaften Variante mit einer Ausführungsform kombiniert werden, bei der die Form eines Streckenabschnitts ermittelt wird und die nachfolgend beschrieben ist. Es kann geprüft werden, ob zwischen Drehwinkeln (oder davon abgeleiteten Größen) bei Gelenken, die sich in einem Streckenabschnitt bestimmter Form befinden, vorzugsweise bei allen Gelenken in einem solchen
Streckenabschnitt, eine Differenz vorhanden ist, die unterhalb eines Referenzwerts, Grenzwerts oder Toleranzwerts liegt. Hierbei kann der Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert an die Form des Streckenabschnitts angepasst werden (gemäß einer weiteren nachfolgend noch weiter beschriebenen Ausführungsform). Insbesondere wenn der Streckenabschnitt ein bogenförmiger Streckenabschnitt ist, kann der Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert sehr gering gewählt werden. Denn es kann Im Fall eines solchen Streckenabschnitts davon ausgegangen wird, dass die darin befindlichen Gelenke die gleiche Auslenkung in dieselbe Richtung, also den gleichen Drehwinkel, aufweisen, somit die Differenz Null ist, wobei ein geringer Toleranzwert zugrunde gelegt werden kann. Bei einem bogenförmiger Streckenabschnitt werden vorzugsweise zwischen allen Gelenken, die sich in dem bogenförmiger Streckenabschnitt befinden, paarweise Differenzen oder davon abgeleitete Werte gebildet, insbesondere zwischen benachbarten Gelenken. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Wertegrenzen des
Grenzwertebereichs, insbesondere in b-1 ), wie folgt definiert:
- ein oberer Grenzwert, der einem bei der Fahrt des Schienenahrzeugs an einer Streckenstelle ermittelten Wert eines Drehwinkels, oder einer daraus
abgeleiteten Größe, plus eines Toleranzwerts, an einem ersten Gelenk entspricht,
- ein unterer Grenzwert, der einem bei der Fahrt des Schienenfahrzeugs an der Streckenstelle ermittelten Wert des Drehwinkels, oder einer daraus abgeleiteten Größe, minus eines Toleranzwerts, an dem ersten Gelenk entspricht,
wobei das Prüfkriterium so definiert ist, dass der ermittelte Drehwinkel, oder die daraus abgeleitete Größe an einem zweiten Gelenk, das auf das erste Gelenk folgt, und vorzugsweise das als nächstes folgende Gelenk ist, innerhalb des Grenzwertbereichs liegt, wenn das zweite Gelenk bei der Fahrt des Schienenfahrzeugs diese Streckenstelle erreicht. In der vorangehend genannten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn bei einem nachfolgenden Gelenk, wenn es an derselben Position auslenkt wie das vorangegangene Gelenk, die Auslenkung so groß ist, wie die Auslenkung des vorangegangenen Gelenks unter Berücksichtigung eines
Toleranzwerts. Der Zeitpunkt, an dem das nachfolgende Gelenk dieselbe Position auf der Strecke erreicht hat, und somit der Zeitpunkt zur Ermittlung des Drehwinkels oder der daraus abgeleiteten Größe an dem zweiten Gelenk, kann mit den bekannten
Informationen Fahrtgeschwindigkeit und Distanz zwischen den Gelenken ermittelt werden. In dieser Ausführungsform wird als abgeleitete Größe insbesondere die
Drehwinkelgeschwindigkeit herangezogen.
In noch einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Vergleichen mehrerer Drehwinkel oder mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen relativ zueinander ermittelt, ob die Drehwinkel oder die abgeleiteten Größen das gleiche Vorzeichen oder ein unterschiedliches Vorzeichen haben. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann Anwendung finden, wenn die Gelenke, an denen die Drehwinkel oder abgeleiteten Größen ermittelt werden, sich in einer Kurve oder in einer S-Kurve befinden. Bei einer S- Kurve befinden sich zwei Gelenke insbesondere vor und hinter dem Wendepunkt der S- Kurve. Dann liegt eine normale Fahrt vor, wenn bei solchen zwei Gelenken, die entgegengesetzt ausgelenkt sind, die beiden Gelenkswinkel (Betragswerte) bei
Weiterfahrt durch die S-Kurve nicht gleichzeitig größer werden. Dies ist dadurch begründet, dass zwei Module, ausgehend von einer Position vor und hinter dem
Wendepunkt, bei Weiterfahrt durch die S-Kurve nicht entgegengesetzt rotieren können.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf:
- Ermitteln der Form eines Streckenabschnitts, in dem sich das Fahrzeug oder ein oder mehrere aufeinander folgende Gelenke befinden, insbesondere ob sich das Fahrzeug, oder ein oder mehrere aufeinander folgende Gelenke auf einem geraden
Streckenabschnitt, in einem gleichmäßigen Bogen oder in einer S-Kurve
befindet/befinden.
Es können in einer Variante davon der Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert, oder ein entsprechender Bereich, an die Form des aktuellen Streckenabschnitts angepasst werden. Es kann eine dynamische Anpassung während der Fahrt erfolgen.
Beispielsweise wurde vorangehend eine Ausführungsform beschrieben, in der das Prüfkriterium so definiert ist, dass der Drehwinkel, oder die daraus abgeleitete Größe kleiner ist als der Referenzwert oder der Grenzwert. Es wird beispielsweise angenommen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn die Winkeländerung über die Zeit kleiner ist als der Messwert einer Referenzfahrt oder ein Grenzwert. Für eine gerade Strecke gilt, dass an sich keine Winkeländerung auftritt, wobei eine Änderung bis zu einem Grenzwert oder in einem Grenzwertbereich möglich sein soll. Aber dieser Grenzwert oder
Grenzwertbereich wird enger gesetzt als bei einer nicht geraden Strecke. Es fließen also Streckeninformationen in die Grenzwert(Bereichs)setzung ein. Analog lässt sich ein Beispiel für den Drehwinkel formulieren. Bei einer normalen Fahrt auf gerader Strecke sollte denn alle Gelenke keine Auslenkung haben, wobei ein enger gesetzter Grenzwert oder Grenzwertbereich möglich sind.
Als weiteres Beispiel für die Variante kann oben genannte Ausführungsform
herangezogen werden, wo als Zustandswert eine Differenz zwischen zwei Drehwinkeln, an aufeinander folgenden Gelenken verwendet wird und das Prüfkriterium so definiert ist, dass der genannte Differenz kleiner ist als der Referenzwert oder Grenzwert. Im Fall eines konstanten Bogens ist davon auszugehen, dass eine normale Fahrt dann vorliegt, wenn alle Gelenke die gleiche Auslenkung, d. h. den gleichen Drehwinkel, in dieselbe Richtung haben, sodass die Differenz im Idealfall Null sein sollte, wobei eine geringe Differenz tolerabel ist und entsprechend ein engerer Grenzwert gesetzt wird.
Für die Ermittlung der Form des Streckenabschnitts gibt es verschiedene Varianten. Zum einen ist es möglich, über eine Entfernungsmessung und einen gesetzten Nullpunkt, beispielsweise einen Anfang der Strecke, festzustellen, in welchem Streckenabschnitt, oder zwischen welchen Strecken metern sich das Schienenfahrzeug oder Gelenke davon gerade befinden. Da die Form der gesamten Strecke bekannt ist, kann über die
Entfernungsmessung die Form des Streckenabschnitts festgestellt werden. Die
Entfernungsmessung kann über eine Anzahl Radumdrehungen ermittelt werden. In einer weiteren Variante ist es möglich über ein GPS-Signal festzustellen, in welchem
Streckenabschnitt sich der Schienenfahrzeug oder ein Teil davon oder Gelenke davon befinden. In noch einer Variante ist es möglich, über Sensoren neben der Strecke festzustellen, in welchem Abschnitt sich das Schienenfahrzeug befindet.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der
Referenzwert, Grenzwert oder Toleranzwert, oder ein Bereich davon, an die
Fahrtgeschwindigkeit angepasst werden. Bei größer werdender Geschwindigkeit können beispielsweise diese Werte oder Bereiche höher gesetzt werden oder enger gesetzt werden. Bei höherer Fahrtgeschwindigkeit ist davon auszugehen, dass beispielsweise die Drehwinkel Geschwindigkeit größer wird und dies auch normal ist. Entsprechend können Grenz/Referenz-Werte(Bereiche) höher gesetzt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Schienenfahrzeug, aufweisend eine Analyseeinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens wie vorangehen beschrieben eingerichtet, insbesondere programmiert ist. Die
Analyseeinrichtung kann ein Computerprogramm oder Programmanweisungen enthalten, die die Durchführung von erfindungsgemäßen Verfahrensschritten, zumindest von Schritt b) und c), bewirken. Die Analyseeinrichtung kann eine Steuerungseinrichtung, insbesondere eine Fahrzeugsteuerung, oder ein Teil davon sein, oder in eine
Steuerungseinrichtung, insbesondere Fahrzeugsteuerung, integriert sein. Beispiele für Schienenfahrzeuge sind, ohne Beschränkung, Lokomotiven, Waggons, Triebwagen, Straßenbahnwagen, Module. Schienenfahrzeugteile sind insbesondere Module, die zu einem Schienenfahrzeug zusammengesetzt werden. Insbesondere sind die Schienenfahrzeugteile Module einer Straßenbahn. Beispielsweise sind
Schienenfahrzeugteile miteinander über eine flexible Struktur, insbesondere einen gelenkigen Balg, verbunden. Das Gelenk zwischen den Schienenfahrzeugteilen befindet sich insbesondere im Bereich des Bodens, vorzugsweise unterhalb des Fußbodens. Gelenke zwischen Wagen oder Schienenfahrzeugteilen können zusätzlich im Bereich des Daches angeordnet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : ein Schienenfahrzeug in Kurvenstellung;
Fig. 2: ein Schienenfahrzeug in Geradeausstellung;
Fig. 3: ein Schienenfahrzeug in einer S-Kurve; Fig. 4: einen Verfahrensablauf;
In nachfolgenden Beispielen genannte Größen und Bezugszeichen sind in der am Ende aufgeführten Bezugszeichenliste zu finden. Die Fig. 1 zeigt das Schienenfahrzeug 1 mit den Schienenfahrzeugteilen 2, 3, 4, 5, 6. Die Module 2 und 6 sind Endmodule einer Straßenbahn, die in diesem Fall das
Schienenfahrzeug darstellt. Drehgestelle oder Fahrwerke sind mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. Das Schienenfahrzeug 1 fährt auf den Schienen 8 Zwischen den Schienenfahrzeugteilen 2, 3, 4, 5, 6 sind die Gelenke 10, 1 1 , 12, 13 angeordnet. An den Gelenken ist jeweils ein Gelenkswinkel α, ß, γ, δ eingestellt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die gleichen Bezugszeichen wie Fig. 1 , wobei die Winkelstellung in den Gelenken verändert ist. Nachfolgend wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand beispielhafter Kriterien erläutert. Das System erkennt„Normale Fahrt" und„Entgleisung" anhand der unten angeführten Kriterien A, B, C, D, E, F, G, H, I , J, die nach Bedarf ergänzt werden können.
Eine Entgleisung kann auch erkannt werden, wenn ein oder mehrere dieser Kriterien nicht mehr zutreffen. Die Kriterien können allgemeine Kriterien oder fahrtspezifische Kriterien sein. Die allgemeinen Kriterien A bis E können immer gültig sein. Die zusätzlichen Kriterien F bis J, können für die unten beschriebenen Fahrtszenarien spezifisch sein.
Kriterium A:
Eine normale (d.h. entgleisungsfreie) Fahrt liegt vor, wenn der Gelenkswinkel kleiner ist, als der zum kleinsten Radius im Gleisnetz passende Winkel U (basiert auf geometrischen Streckdaten: Radius der Kurve)
|θ| < | 9max | + T
9max kann während eine Testfahrt aufgenommen werden oder aus dem Radius und den Fahrzeugabmessungen berechnet oder gemessen werden.
Kriterium B:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn die Winkeländerung über die Zeit kleiner ist als der Messwert einer Referenzfahrt oder einem Grenzwert. Eine Dirac-förmige Winkeländerung ist in normaler Fahrt nicht möglich.
| ΘΊ | < D (D realistischer Dirac Wert z.B. D= 7 7s)
Kriterium C:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn der Vergleich der aktuellen Messwerte mit den
Ergebnissen einer Referenzfahrt innerhalb einer Toleranz bleibt. Die Toleranz
berücksichtigt die Wirkung von Geschwindigkeit, statische und dynamische
Abweichungen ...). θ = ΘΡ ±T
ΘΊ= θ' ι Ρ ± Τ
Kriterium D:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn der Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gelenkswinkel jederzeit kleiner ist als ein Grenzwert U. Der Grenzwert kann während einer Referenzfahrt aufgenommen werden oder konservativ angenommen werden. z.B.
15°)
-U < | a(t0) | - 1 ß(t0) | < U V t0 Kriterium E: Eine normale Fahrt liegt vor, wenn ein nachfolgendes Gelenk an derselben Position im Gleisnetz auslenkt wie das vorangegangene Gelenk (über Geschwindigkeit und
Fahrzeugabmessungen errechenbar)
«-τ < ^+ k> < a(to) +T Kriterium F:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn die Winkeländerungen über die Zeit von aufeinander folgenden Gelenken an derselben Position im Gleisnetz gleich sind
ff
a't(t0) -T < ß't( t0+—— ) < a',(to) +T
v i.t O
Die die oben genannten allgemeinen Kriterien, die in beliebiger Kombination oder Unterkombination immer als gültig gesetzt werden können, können um die nachfolgenden fahrtspezifischen Kriterien ergänzt werden.
Folgenden Kriterien sind fahrtspezifische Kriterien: Szenario 1 : gerade Strecke (mit Verweis auf Fig. 2): Eine Entgleisung auf eine gerade Strecke liegt vor, wenn eines oder mehrere der folgenden Kriterien nicht erfüllt sind: Kriterium G:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn alle Gelenke keine Auslenkung haben
|9(t)| < T ( z.B. T = 4°) Kriterium H:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn keine Winkelgeschwindigkeit im Gelenk auftritt Szenario 2: konstanter Bogen (mit Verweis auf Fig. 1 )
Zusätzliches fahrtspezifisches Erkennungskriterium:
Kriterien I:
Eine normale Fahrt liegt vor, wenn alle Gelenke die gleiche Auslenkung in dieselbe Richtung haben (innerhalb einer gegebenen Toleranz): α=β ± Τ , β= γ ± Τ , γ = δ ± Τ (z.B. T=± 4°)
Szenario 3: S- Kurve (mit Verweis auf Fig. 3): Zusätzliches fahrtspezifisches Erkennungskriterium : Kriterium J:
Das Gelenk 1 1 befindet sich in Fahrtrichtung F hinter dem Wendepunkt W der S-Kurve (hat also den Wendepunkt W bereits passiert) während das Gelenk 12 sich noch vor dem Wendepunkt W befindet. Die aufeinanderfolgenden Gelenke 1 1 , 12 sind entgegengesetzt ausgelenkt sind (positiv und negativ). Eine normale Fahrt liegt vor, wenn die beiden Gelenkswinkel (Absolutwert z.B. | α | und | ß I) nicht gleichzeitig größer werden (d.h. 2 Module können in einer normaler S-Kurven nicht entgegengesetzt rotieren).
Folgender Algorithmus kann beispielsweise dann genutzt werden:
IF( a * ß < 0 ) AND ( a't * ß' t < 0 ) THEN ... Kriterium J nicht erfüllt (d.h. Entgleisung erkannt)
In Fig. 4 ist ein Verfahrensablauf dargestellt. Die Prüfung der Kriterien A -F wird unabhängig von der Streckenform vorgenommen. Es müssen nicht, wie hier gezeigt alle Kriterien A-F geprüft werden, sondern es ist auch möglich eine beliebige Auswahl aus einem oder mehreren dieser Kriterien zu prüfen. Ist das Kriterium erfüllt, liegt in diesem Beispiel eine normale d. h. entgleisungsfreie Fahrt vor. Ist das Kriterium nicht erfüllt, liegt eine Entgleisung vor. Bei Prüfung mehrerer Kriterien findet eine redundante Prüfung statt und das ja/nein-Ergebnis kann erhärtet werden. Bei den oben beschriebenen Kriterien G, H, I und J wird in einem weiteren Schritt noch geprüft, ob sich das Fahrzeug oder betrachtete Gelenke auf gerader Strecke befinden (Kriterien G und H), ob sich diese in einem konstanten Bogen befinden, oder ob sich diese in einer S-Kurve befinden. Die Prüfung der Streckenform findet hier durch das Kriterium C statt. Es wird also mit Messwerten des Drehwinkels oder der
Drehwinkelgeschwindigkeit aus einer Referenzfahrt auf gleicher Strecke verglichen, vorzugsweise an allen Gelenken, woraus die aktuelle Streckenform ermittelt werden kann. Die Ermittlung der Streckenform muss aber nicht mit dem Kriterium C erfolgen sondern kann auch anders erfolgen, wie zuvor in der allgemeinen Beschreibung angegeben. Bezugszeichenliste:
Schienenfahrzeug
2,3,4,5,6 Schienenfahrzeugteil
Drehgestell
Schienen
10,1 1 ,12,13 Gelenke
Fahrtrichtung
W Wendepunkt S-Kurve α,β,γ,δ Gelenkwinkel (abhängig von der Anzahl der Modulen) Θ Gelenkwinkel in jedem Gelenk, allgemeine Bezeichnung für α,β,γ,δ.. -wenn die Bedingungen für jedem Gelenkwinkel gleichzeitig gültig ist
Winkelgeschwindigkeiten ;
0(tO + ε) - θ(βθ')
wobei ε in dem obigen Ausdruck ε der Zeitabtastung des Sensors entspricht.
U Referenz Grenzwert
T Toleranz t Zeit t0 Referenz Zeitpunkt d Distanz zwischen den Gelenken (Modullängen) v(t0) momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs
F Index. Bedeutet, dass der Wert bei einer Referenzfahrt ermittelt wurde
(z.B. aF, 9' tF...)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs (1 ), wobei das Schienenfahrzeug zwei oder mehr Schienenfahrzeugteile (2,3,4,5,6) und ein oder mehrere Gelenke (10,11 ,12,13), über welche(s) benachbarte Schienenfahrzeugteile drehbar zueinander verbunden sind, aufweist, und
wobei das Verfahren aufweist:
a) Ermitteln
a-1 ) eines Drehwinkels (α,β,γ,δ; Θ), zwischen benachbarten
Schienenfahrzeugteilen, und/oder einer aus dem Drehwinkel abgeleiteten Größe (a' t , ß' t , γΊ , ö' t ; 9' t ), oder
a-2) mehrerer Drehwinkel (α,β,γ,δ; Θ) oder mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen (a' t , ß' t , γΊ , ö' t ; 9' t ) zwischen verschiedenen benachbarten Schienenfahrzeugteilen,
b) Vergleichen
b-1 ) des Drehwinkels (α,β,γ,δ; Θ) oder der abgeleiteten Größe (a' t , ß' t , γΊ , ö' t ; 9't ) aus a-1 ), oder mehrerer Drehwinkel oder abgeleiteter Größen aus a-2) mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert (U) , oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich (-U bis U) und/oder
b-2) mehrerer Drehwinkel (α,β,γ,δ; Θ) oder der mehrerer aus den
Drehwinkeln abgeleiteter Größen (a' t , ß' t , γΊ , ö' t ; 9' t ) aus a-2) relativ zueinander, und/oder
b-3) eines Zustandswertes (| a(t0) | - 1 ß(t0) |), der aus mehreren Drehwinkeln (α,β,γ,δ) oder mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteten Größen (a' t , ß't , Y t , δΊ ) aus a-2) ermittelt wird, mit zumindest einem Referenzwert oder Grenzwert (U), oder mit zumindest einem Referenzwertebereich oder Grenzwertebereich (-U bis U),
wobei ein Prüfkriterium, ob eine Entgleisung vorliegt oder nicht, definiert ist anhand
des Referenzwerts/ Grenzwerts (U), des Referenzwertebereichs (-U bis U), und/oder des Grenzwertebereichs in b-1 ) oder b-3), und/oder einer Soll-Relation (α * ß < 0 ) mehrerer Drehwinkel und/oder einer Soll- Relation der mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen ( a' t * ß' t < 0 ) aus b-2) zueinander, c) Ermitteln, ob das Prüfkriterium erfüllt ist oder nicht erfüllt ist und ob eine
Entgleisung erfolgt/erfolgt ist, oder nicht erfolgt/erfolgt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die abgeleitete Größe (a' t , ß' t , v' t , ö' t ) eine Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend einen oder mehrere der Schritte, wenn festgestellt wird, dass eine Entgleisung erfolgt/erfolgt ist:
- Erzeugen eines Entgleisungssituationssignals, wenn ermittelt wurde, dass eine Entgleisung erfolgt/erfolgt ist,
- Ausgabe einer Warnung oder eines Notsignals über eine Entgleisung,
- Übersenden einer Meldung über die Entgleisung an eine Leitstelle oder eine Rettungsstelle,
- Notbremsung oder anderweitige Bremsung des Schienenfahrzeugs.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
mehrere Drehwinkel (α,β,γ,δ) oder mehrere aus diesen Drehwinkeln abgeleitete Größen (a' t , ß' t , v' t , ö' t ) an verschiedenen, vorzugsweise aufeinander folgenden, Gelenken ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Referenzwert oder Grenzwert (U), der Referenzwertbereich oder der Grenzwertbereich (-U bis U) aus einer Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs auf gleicher oder derselben Strecke ermittelt werden oder sind.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Grenzwert ein zu einem minimalen Kurvenradius passender Drehwinkel (| 9max | + T) ist und das Prüfkriterium so definiert ist, dass der Drehwinkel (|θ|) kleiner ist als dieser
Grenzwert.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prüfkriterium so definiert ist, dass der Drehwinkel (| ΘΊ |), oder die daraus abgeleitete Größe kleiner ist als der Referenzwert oder der Grenzwert (D).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, wobei Wertegrenzen des Referenzwertebereichs wie folgt definiert sind:
- ein oberer Referenzwert (9F + T; 9' t= 9' t F + T), der einem bei der Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels (9F), oder einer daraus abgeleiteten Größe (9' t F), plus eines Toleranzwerts (T), entspricht,
- ein unterer Referenzwert (9F - T; 9' t= 9' t F - T), der dem bei der Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels (9F), oder einer daraus abgeleiteten Größe (9' t F), minus eines Toleranzwerts, entspricht,
und wobei das Prüfkriterium so definiert ist, dass der ermittelte Drehwinkel (9), oder die aus dem ermittelten Drehwinkel abgeleitete Größe (9' t ), innerhalb des
Referenzwertbereichs liegt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren
ortsaufgelöst entlang der Strecke durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zustandswert eine Differenz (| a(t0) | - 1 ß(t0) |) zwischen zumindest zwei Drehwinkeln (α,β) , oder zwischen zumindest zwei davon abgeleiteten Größen, an aufeinanderfolgenden oder nicht aufeinander folgenden Gelenken ist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Wertegrenzen des Grenzwertebereichs wie folgt definiert sind:
- ein oberer Grenzwert (a(t0) +T; a' t(t0) +T), der einem bei der Fahrt des
Schienenahrzeugs an einer Streckenstelle ermittelten Wert eines Drehwinkels (a(t0)), oder einer daraus abgeleiteten Größe (a' t(t0)), plus eines Toleranzwerts (T), an einem ersten Gelenk, entspricht,
- ein unterer Grenzwert (a(t0) -T; a' t(t0) -T), der einem bei der Fahrt des
Schienenfahrzeugs an der Streckenstelle ermittelten Wert des Drehwinkels (a(t0)), oder einer daraus abgeleiteten Größe (a' t(t0)), minus eines Toleranzwerts (T), an dem ersten Gelenk, entspricht,
d wobei das Prüfkriterium so definiert ist, dass der ermittelte Drehwinkel (ß( t0+ t0) )), d
oder die daraus abgeleitete Größe (ß' t( t0+ l'(t0> )) an einem zweiten Gelenk, das auf das erste Gelenk folgt, innerhalb des Grenzwertbereichs liegt, wenn das zweite Gelenk bei der Fahrt des Schienenfahrzeugs die Streckenstelle erreicht.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei dem Vergleichen mehrerer Drehwinkel oder der mehrerer aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen relativ miteinander ermittelt wird, ob die Drehwinkel (a, ß) oder die abgeleiteten Größen (a' t , ß' t ) das gleiche Vorzeichen oder ein unterschiedliches Vorzeichen haben.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend
- Ermitteln der Form eines Streckenabschnitts, in dem sich das Fahrzeug oder ein oder mehrere aufeinander folgende Gelenke befinden, insbesondere ob sich das Fahrzeug, oder ein oder mehrere aufeinander folgende Gelenke auf einem geraden Streckenabschnitt, in einem gleichmäßigen Bogen oder in einer S-Kurve befindet/befinden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Referenzwert, Grenzwert (U) oder
Toleranzwert (T), oder ein Bereich davon, an die Form des Streckenabschnitts angepasst werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Referenzwert, Grenzwert (U) oder Toleranzwert (T), oder ein Bereich davon, an die
Fahrtgeschwindigkeit angepasst werden.
16. Schienenfahrzeug, aufweisend eine Analyseeinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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