EP3630575B1 - Verfahren zur erkennung einer entgleisung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Description

• 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:
1. 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,
2. 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,
3. 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 aufeinanderfolgenden (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 +/-40°. 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 piezoelektrischen 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 "Magnetfeldsensitive-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 aufeinanderfolgende 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 Streckenmetern 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, 11, 12, 13 angeordnet. An den Gelenken ist jeweils ein Gelenkswinkel α, β, 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) $$\left|\mathrm{\theta }\right|<\left|{\mathrm{\theta }}_{\max }\right|+\mathrm{T}$$

  

  θ_max 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. $$\left|\mathrm{\theta }{\prime }_{\mathrm{t}}\right|<\mathrm{D}\left(\mathrm{D}\mathrm{realistischer}\mathrm{Dirac}\mathrm{Wert}\mathrm{z}\mathrm{.B}\mathrm{.}\mathrm{D}=7°/\mathrm{s}\right)$$

  
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...). $$\mathrm{\theta }={\mathrm{\theta }}_{\mathrm{F}}\pm \mathrm{T}$$

  

  $$\mathrm{\theta }{\prime }_{\mathrm{t}}=\mathrm{\theta }{\prime }_{\mathrm{tF}}\pm \mathrm{T}$$

  
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°) $$\begin{array}{cc}-\mathrm{U}<\left|\mathrm{\alpha }\left({\mathrm{t}}_0\right)\right|-\left|\mathrm{\beta }\left({\mathrm{t}}_0\right)\right|<\mathrm{U}& \forall {\mathrm{t}}_0\end{array}$$

  
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)

  
Kriterium F:
• Eine normale Fahrt liegt vor, wenn die Winkeländerungen über die Zeit von aufeinander folgenden Gelenken an derselben Position im Gleisnetz gleich sind

  
• 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 $$\begin{array}{cc}\left|\mathrm{\theta }\left(\mathrm{t}\right)\right|<\mathrm{T}& \left(\mathrm{z}.\mathrm{B}.\mathrm{T}=4°\right)\end{array}$$

  
Kriterium H:
• Eine normale Fahrt liegt vor, wenn keine Winkelgeschwindigkeit im Gelenk auftritt $$\begin{array}{cc}\left|\mathrm{\theta }{\prime }_{\mathrm{t}}\right|<\mathrm{T}& \left(\mathrm{z}.\mathrm{B}.\mathrm{T}=3°/\mathrm{s}\right)\end{array}$$

  
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): $$\mathrm{\alpha }=\mathrm{\beta }\pm \mathrm{T},\mathrm{\beta }=\mathrm{\gamma }\pm \mathrm{T},\mathrm{\gamma }=\mathrm{\delta }\pm \mathrm{T}\left(\mathrm{z}.\mathrm{B}.\mathrm{T}=\pm 4°\right)$$

  
Szenario 3: S- Kurve (mit Verweis auf Fig. 3):
• Zusätzliches fahrtspezifisches Erkennungskriterium :
Kriterium J:
• Das Gelenk 11 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 11, 12 sind entgegengesetzt ausgelenkt sind (positiv und negativ).
• Eine normale Fahrt liegt vor, wenn die beiden Gelenkswinkel (Absolutwert z.B. | α | und | β |) 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( α * β < 0 ) AND (α'_t * β'_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:

1

Schienenfahrzeug

2,3,4,5,6

Schienenfahrzeugteil

7

Drehgestell

8

Schienen

10,11,12,13

Gelenke

F

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

a't , β't, γ't, δ't, θ't

Winkelgeschwindigkeiten ;



wobei ε in dem obigen Ausdruck



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. α_F, θ'_tF▪▪▪)

Claims (16)

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 (α'_t , β'_t , γ'_t, δ'_t ; θ'_t ), oder

   a-2) 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

   b-1) 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

   b-2) 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

   b-3) 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 * β < 0 ) mehrerer Drehwinkel und/oder einer Soll-Relation der mehreren aus den Drehwinkeln abgeleiteter Größen ( a'_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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die abgeleitete Größe (α'_t , β'_t , γ'_t , δ'_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 (α'_t , β'_t , γ'_t, δ'_t ) an verschiedenen, vorzugsweise aufeinanderfolgenden, 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 (| θ_max | + 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 (| θ'_t |), 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 (θ_F + T; θ'_t= θ'_tF + T), der einem bei der Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels (θ_F), oder einer daraus abgeleiteten Größe (θ'_tF), plus eines Toleranzwerts (T), entspricht,

   - ein unterer Referenzwert (θ_F - T; θ'_t= θ'_tF - T), der dem bei der Referenzfahrt des Schienenfahrzeugs ermittelten Wert eines Drehwinkels (θ_F), oder einer daraus abgeleiteten Größe (θ'_tF), minus eines Toleranzwerts, entspricht,

   und wobei das Prüfkriterium so definiert ist, dass der ermittelte Drehwinkel (θ), oder die aus dem ermittelten Drehwinkel abgeleitete Größe (θ'_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 (| α(t₀) | - | β(t₀) |) zwischen zumindest zwei Drehwinkeln (α,β) , oder zwischen zumindest zwei davon abgeleiteten Größen, an aufeinanderfolgenden oder nicht aufeinander folgenden Gelenken ist.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Wertegrenzen des Grenzwertebereichs wie folgt definiert sind:

    - ein oberer Grenzwert (α(t₀) +T; α'_t(t₀) +T), der einem bei der Fahrt des Schienenahrzeugs an einer Streckenstelle ermittelten Wert eines Drehwinkels (α(t₀)), oder einer daraus abgeleiteten Größe (α'_t(t₀)), plus eines Toleranzwerts (T), an einem ersten Gelenk, entspricht,

    - ein unterer Grenzwert (α(t₀) -T; α'_t(t₀) -T), der einem bei der Fahrt des Schienenfahrzeugs an der Streckenstelle ermittelten Wert des Drehwinkels (α(t₀)), oder einer daraus abgeleiteten Größe (α'_t(t₀)), minus eines Toleranzwerts (T), 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, 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 (α, β) oder die abgeleiteten Größen (α'_t , β_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.

Images