EP4277825A1 - Verfahren zur erkennung einer fehlfunktion eines überwachungssystems - Google Patents

Verfahren zur erkennung einer fehlfunktion eines überwachungssystems

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Publication number
EP4277825A1
EP4277825A1 EP22708749.1A EP22708749A EP4277825A1 EP 4277825 A1 EP4277825 A1 EP 4277825A1 EP 22708749 A EP22708749 A EP 22708749A EP 4277825 A1 EP4277825 A1 EP 4277825A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monitoring
rail vehicle
monitoring system
signal
malfunction
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22708749.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Knoll
Robert Mertens
Fabian Wennekamp
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility 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 Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4277825A1 publication Critical patent/EP4277825A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • 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
    • 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
    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a malfunction or a malfunction or a defect in a monitoring system, which is used to monitor the running stability of a rail vehicle during operation of the rail vehicle in a monitoring operating area.
  • Acceleration sensors are used in many technical areas. For example, a
  • Acceleration sensor used in a vehicle to increase the safety of the vehicle.
  • the lateral acceleration of the vehicle can be measured by means of the acceleration sensor and a warning can be given of high acceleration values, e.g. B. to ensure the safety of the occupants of the vehicle and / or in the case of a rail vehicle to prevent damage to the tracks.
  • the acceleration sensor can be used to measure the transverse acceleration of the rail vehicle or of an individual car, in particular in order to monitor the so-called sine run of the rail vehicle.
  • the sinusoidal run of a rail vehicle also known as wave run, can be understood as an oscillation of the rail vehicle around its ideal driving line. This oscillation can be made rigid by (approximately) conical, outwards tapering, about one axis coupled wheels are caused and occurs particularly strongly at high speeds of the rail vehicle. If the wheels are off-center on two parallel rails, the wheel that is offset to the outside rolls with a larger circumference, causing the axle to turn. The wheelset of the rail vehicle or wagon undergoes lateral acceleration. High lateral acceleration causes high forces in the wheel-rail contact, which can lead to track damage or loss of tracking.
  • an acceleration sensor can have a malfunction or a malfunction or a defect that leads to a malfunction of the monitoring system, for example due to a broken wire or a short circuit within the sensor or in the measurement chain.
  • the acceleration sensor may then deliver faulty signals.
  • the erroneous signals can, for example, lead to a false alarm, i. H. a warning is issued although the situation is not critical.
  • faulty signals can lead to critical situations not being recognized and consequently no warning being incorrectly issued. It is therefore desirable to be able to reliably detect a malfunction of an acceleration sensor.
  • DE 102015 218 941 A1 describes a method for detecting a defect in an acceleration sensor that is arranged in a rail vehicle and to a
  • the acceleration sensor generates a signal and a check is carried out to determine whether a variable dependent on the signal satisfies a specified condition with regard to a reference value.
  • the test is used to determine whether the acceleration sensor is defective.
  • the object of the invention is to improve the running stability monitoring of a rail vehicle, in particular the reliability of the to increase detection of a malfunction of the monitoring system used for running stability monitoring.
  • This object is achieved by a method according to the invention for detecting a malfunction of a monitoring system, which is used to monitor the running stability of a rail vehicle during operation of the
  • Rail vehicle is used in a monitoring operation area, solved.
  • an acceleration sensor of the monitoring system generates a signal during operation of the rail vehicle.
  • a variable dependent on the signal is used to check whether the monitoring system is malfunctioning. The test is carried out during operation of the rail vehicle in an operating area in which the monitoring system does not monitor running stability.
  • monitoring systems are often only relevant and active in predetermined operating areas.
  • the monitoring system often monitors the running stability of the rail vehicle exclusively in a monitoring operating area provided for monitoring, in which the monitoring system is relevant and active.
  • the core of the invention is to use an operating range for detecting a malfunction of the monitoring system, which is outside the monitoring operating range. For example, in this operating range, the running stability monitoring is not used to detect instabilities, but for self-diagnosis.
  • the signal generated by the acceleration sensor is checked for plausibility during the period in which the monitoring system is inactive. This enables signal-based failure detection in a dynamic environment, taking mechanical boundary conditions into account. Conducting the exam outside of the
  • Monitoring operating range has several advantages. Certain malfunctions also or exclusively occur outside the monitoring operating range and can be detected more reliably using the method according to the invention.
  • running the test during operation (outside the monitoring operating range) has the additional advantage that the complete signal chain can be tested under real environmental conditions over a longer period of time. These real conditions with a complete signal chain can only partially be simulated on a test stand. Accordingly, recurring defects and random errors can be reliably detected by the solution according to the invention.
  • the acceleration sensor preferably measures accelerations on the chassis, in particular the bogie, of the rail vehicle. If the accelerations have specified patterns with specified amplitudes, the running behavior is classified as unstable. One reaction to this is, for example, a reduction in driving speed.
  • test is carried out during operation of the rail vehicle in an operating area in which the monitoring system does not carry out any running stability monitoring
  • the test is carried out during operation of the rail vehicle outside the monitoring operating area. In other words: the test is carried out while the surveillance system is idle.
  • the failure can be caused, for example, by a broken wire or a short circuit within the monitoring system, in particular within the acceleration sensor.
  • detection of a malfunction to mean the detection of a malfunction of the monitoring system, in particular of the acceleration sensor.
  • detection of a malfunction to mean the detection of an incorrect detection of a running instability (i.e. a detection of a running stability that actually does not exist). This can, for example, be caused by external influences, such as the infrastructure, on the vehicle. Under infrastructure in this sense, for example, a worn rail head is to be understood. Incorrect detections can also be caused by defects in the signal transmission or by random errors in the evaluation.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for this type of detection of a malfunction, since the occurrence of a detection of a Running stability in the operating range that is outside the monitor operating range is an indication of a malfunction of this type.
  • a test unit can check whether the variable dependent on the signal satisfies the specified condition.
  • software for carrying out the test can be stored in the test unit.
  • the test unit receives the signal generated by the acceleration sensor and/or the variable dependent on the signal, preferably directly or indirectly from the acceleration sensor.
  • the variable dependent on the signal can, among other things, be a signal value, ie a value of the signal generated by the acceleration sensor.
  • the signal is expediently a voltage signal. This means that the quantity can be a voltage or a voltage value. Alternatively, the signal is a current signal. The quantity can be an amperage or an amperage value.
  • variable dependent on the signal is a variable calculated by averaging a plurality of signal values that follow one another in time. This means that a number of signal values that follow one another in terms of time are preferably averaged before the test is carried out.
  • the signal can be smoothed by averaging.
  • a period of time for which the averaging is carried out can preferably be specified.
  • the averaging can e.g. B. be a root mean square.
  • the averaging can be an arithmetic averaging of the amounts.
  • the magnitude of each signal value is expediently first formed and then an arithmetic averaging of a plurality of signal values is carried out.
  • the averaging can be a so-called sliding averaging, i. H. a moving average can be calculated for each signal value.
  • the reference value can depend on the type of averaging.
  • the signal from the acceleration sensor is preferably filtered using a filter. Furthermore, the check is advantageously carried out for the filtered signal.
  • the filtering of the signal is preferably performed before the test.
  • the signal is preferably filtered before the signal values are averaged.
  • By filtering the signal those frequencies and/or frequency bands in which no mechanical vibrations of the rail vehicle are to be expected can be weakened.
  • interference frequencies and/or an offset voltage in the signal can/can be attenuated or filtered out of the signal by the filtering.
  • signal noise can be reduced by filtering the signal. To this way, an evaluation of the signal and/or a calculation of an acceleration can be facilitated.
  • the filter is a bandpass filter.
  • the bandpass filter expediently allows that frequency range to pass in which mechanical vibrations of the rail vehicle are to be expected. Using a bandpass filter, those frequencies and/or frequency bands can be attenuated or filtered out of the signal in which no mechanical vibrations of the object are to be expected.
  • the filter can be a high-pass filter.
  • the offset voltage in the signal is expediently attenuated or filtered out of the signal by the high-pass filter.
  • the high-pass filter preferably allows that frequency range to pass in which mechanical vibrations of the rail vehicle are to be expected.
  • the filter can be a low-pass filter.
  • the low-pass filter preferably allows that frequency range to pass in which mechanical vibrations of the object are to be expected.
  • the low-pass filter expediently attenuates or filters out frequencies that are higher than the expected frequencies of the mechanical vibrations.
  • the signal from the acceleration sensor can be filtered using a filter combination from several different filters.
  • the aforementioned reference value is preferably a maximum value of a measurement range of the acceleration sensor.
  • the maximum of the measuring range of the acceleration sensor can be taken as the maximum value.
  • the check it is preferably checked whether the variable, in particular an averaged signal value and/or an averaged acceleration value, exceeds a predetermined multiple of the reference value.
  • the multiple can be a rational number.
  • the multiple can also be one, ie it can be checked whether the size exceeds the reference value. If the size is the specified If this exceeds a multiple of the reference value, there is usually a malfunction in the acceleration sensor. It is expediently interpreted as a malfunction of the acceleration sensor or a malfunction of the acceleration sensor is recognized when the variable exceeds the specified multiple of the reference value.
  • a filter in particular a filter connected downstream of the acceleration sensor, can be checked for its functionality. For example, the filter may be malfunctioning if the magnitude exceeds the specified multiple of the reference value.
  • the filter and/or the acceleration sensor can be checked and, if necessary, the defective element can be repaired or replaced. Furthermore, during the check, using an auxiliary variable that is determined independently of the signal from the acceleration sensor, it can be checked whether the variable dependent on the signal is plausible.
  • the auxiliary variable can be a state variable, for example, which characterizes a state of the object in which the acceleration sensor is arranged.
  • the auxiliary variable can be a speed of the rail vehicle.
  • the auxiliary size z. B. be determined using a measuring device, in particular using a speed measuring device. In particular, during the test it can be checked whether an acceleration determined from the signal is plausible given a speed of the rail vehicle determined independently of the acceleration sensor.
  • the method according to the invention can be used for a multi-stage recognition. Signal values that are above the detection range (of detectable accelerations) of the acceleration sensor, for which neither a short circuit nor a wire break was detected, indicate a malfunction (e.g. a defect) in the signal chain or data processing. In this way, maintenance measures can be planned in a targeted manner.
  • the check is carried out during operation of the rail vehicle in the monitoring operating area in which the monitoring system carries out the running stability monitoring.
  • the test during operation of the rail vehicle in the operating area in which the monitoring system does not monitor running stability is carried out as a supplement.
  • the check during operation of the rail vehicle in the operating range in which the monitoring system does not carry out any running stability monitoring is therefore used to check the detection of the malfunction of the monitoring system for plausibility.
  • the check is carried out to determine whether the monitoring system is malfunctioning while the rail vehicle is being operated in the monitoring operating area.
  • the checking takes place additionally (supplementary) during the operation of the rail vehicle in the operating range in which the monitoring system does not carry out any running stability monitoring.
  • the reference value used in the monitoring operating range can correspond to the reference value used in the operating range in which the monitoring system does not carry out running stability monitoring.
  • the known limit values that are used in the monitoring operating range can be used to detect the malfunction.
  • the reference value can be used specifically for detecting malfunctions in the operating range in which the monitoring system does not perform running stability monitoring.
  • the reference value can be selected to be smaller, since the expected accelerations have lower absolute values at lower speeds.
  • the respective operating range preferably the
  • the monitoring operating range is at a speed of the rail vehicle which is above a predetermined lower speed limit of the monitoring operating range.
  • This embodiment is based on the finding that a running gear of a rail vehicle has a so-called basic stability: Accordingly, there is a driving speed (ie speed of the rail vehicle) at which the running gear runs stably.
  • the basic stability is, among other things, by a
  • the lower speed limit mentioned above is preferably in the range of the speed that characterizes the basic stability (hereinafter: basic stability speed).
  • the lower speed limit is, for example, in a range from 120 to 160 km/h, for example 140 km/h.
  • the operating range in which the monitoring system does not monitor running stability corresponds to a speed range below a specified upper speed limit.
  • the speed range below the specified upper speed limit the speed range below the specified upper speed limit
  • Running stability monitoring is not used to detect instabilities but, for example, for self-diagnosis and consequently to detect a malfunction of the monitoring system.
  • the upper speed limit is below one
  • Monitor operating range lower speed limit is below base stability speed.
  • the upper speed limit is below the lower speed limit of the monitor operating range.
  • the speed cap is 90% of the base stability speed.
  • the speed range below the specified upper speed limit preferably does not extend to standstill, but rather to a very slow speed, for example 20 km/h.
  • the speed of the object is expediently measured using a speed measuring device. It is also expedient if the speed measuring device works independently of the acceleration sensor, so that a malfunction of the acceleration sensor is not necessarily accompanied by a malfunction of the speed measuring device.
  • variable dependent on the signal is based on the Acceleration determined by the signal (or an acceleration value determined on the basis of the signal).
  • a voltage offset of the acceleration sensor is monitored, checking the acceleration determined using the signal enables a reliable check. This is because, in the event of a malfunction of the acceleration sensor, the acceleration sensor can supply a correct offset voltage but an incorrect acceleration value (e.g. always zero).
  • variable can be another variable derived or determined from the signal of the acceleration sensor. It makes sense for the reference value to be a value of the same physical quantity.
  • the acceleration sensor is a sensor for measuring an acceleration perpendicular to a direction of travel of the rail vehicle. That is, the acceleration can be a lateral acceleration.
  • the acceleration sensor expediently measures the actual transverse acceleration of subsystems of the rail vehicle when it is free from malfunctions.
  • the monitoring system is temporarily deactivated when a malfunction of the monitoring system is detected.
  • externally induced vibrations which are caused by the infrastructure, for example, do not lead to permanent restrictions in operation.
  • the temporary deactivation can be lifted after a predetermined period of time. Will the malfunction after If the cancellation is detected again, the monitoring system can be temporarily deactivated again.
  • the monitoring system is no longer used for running stability monitoring if a malfunction of the monitoring system is repeatedly detected. A check by a maintenance measure is required.
  • the monitoring system is permanently disabled and will only be used again after a maintenance measure has been carried out.
  • a warning is issued if a malfunction of the monitoring system is detected.
  • the warning can be an acoustic and/or visual warning, for example. If such a warning is present, the monitoring system can be checked and, if necessary, repaired or replaced.
  • the signal from the acceleration sensor is filtered by means of a frequency filter.
  • the frequency filter is matched to frequencies of a signal which the acceleration sensor generates while the malfunction is being detected.
  • the frequency filter is preferably adapted in such a way that characteristic frequencies of the signal which the acceleration sensor generates while the malfunction is being detected are filtered out. This embodiment is particularly suitable for detecting a malfunction caused by an external impact on the vehicle.
  • the frequency filter is, for example, the high-pass, low-pass and/or band-pass filter described above.
  • the invention also relates to a device for detecting a malfunction of a monitoring system, which is used to monitor the running stability of a rail vehicle during operation of the rail vehicle in a monitoring operating area.
  • the device includes an acceleration sensor of the monitoring system, which is designed to generate a signal during operation of the rail vehicle.
  • the device also includes a test device, which is designed to check whether the monitoring system is malfunctioning using a variable that is dependent on the signal.
  • the test device is also designed to carry out the test during operation of the rail vehicle in an operating area in which the monitoring system does not monitor running stability.
  • the invention also relates to a rail vehicle with a device of the type described above.
  • the invention also relates to a computer program, comprising instructions which, when the program is executed by the device of the type described above, cause it to carry out the method of the type described above.
  • the invention also relates to a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a device of the type described above, cause to carry out the method of the type described above.
  • Figure 1 schematically shows the sequence of a
  • FIG. 2 shows the structure of an exemplary embodiment of a rail vehicle according to the invention
  • FIG. 1 shows a flowchart which represents the sequence of the method according to the invention for detecting a malfunction of a monitoring system.
  • FIG. 2 schematically shows a rail vehicle 2 with a device 1 according to the invention.
  • the speed axis shown in FIG. 3 represents the order of magnitude of the speed values and intervals described below, without being true to scale.
  • the device 1 includes a monitoring system 4 and a test device 5.
  • the monitoring system 4 includes an acceleration sensor 6 and a monitoring unit 8.
  • the rail vehicle 2 also includes a speed measuring device 10 for determining a speed v of the rail vehicle 2
  • the speedometer 10 includes a speed sensor and determines the driving speed v based on a speed of a wheel set axle 12 of the rail vehicle 2.
  • the acceleration sensor 6 and the speed measuring device 10 of the rail vehicle 2 are arranged on the wheel set axle 12 of the rail vehicle 2.
  • the monitoring unit 8 includes a high-pass filter 14 and a band-pass filter 16.
  • the acceleration sensor 6 is a sensor for measuring a transverse acceleration a of the rail vehicle 2.
  • the monitoring unit 8 is used to process the signal generated by the acceleration sensor 6. If the acceleration sensor 6 is fault-free, the acceleration sensor 6 accordingly measures the lateral acceleration of the attachment point on the rail vehicle 2. This means that the acceleration sensor 6 generates a signal in the form of a voltage which is dependent on the lateral acceleration a of the rail vehicle 2. A lateral acceleration calculated from the signal therefore corresponds to the true lateral acceleration if the monitoring system 4 does not have a malfunction. In the event of a malfunction of the monitoring system 4, on the other hand, the transverse acceleration calculated from the signal does not necessarily correspond to the true transverse acceleration of the rail vehicle 2.
  • the measurement of the transverse acceleration of the rail vehicle 2 is used to monitor the running stability of the rail vehicle 2 by the monitoring system 4.
  • Run stability monitoring performed by the monitoring system 4 during operation of the rail vehicle 2 in a monitoring operating range dvo (vi , V2).
  • the monitoring operating range dvo is characterized by a driving speed v of the rail vehicle 2 . i.e. if the driving speed v is within the monitoring operation range dvo (vi ⁇ v ⁇ V2), running stability monitoring can be reasonably performed.
  • V2 corresponds to the maximum vehicle speed.
  • the driving speed v G which represents the basic stability of the rail vehicle 2 (also referred to below as the basic stability speed) is in a lower sub-range of the monitoring operating range dvo: vi ⁇ v G ⁇ v 2 .
  • the acceleration sensor 6 measures a lateral acceleration of the rail vehicle 2 in a method step A1 and thereby generates a signal.
  • the signal generated by the acceleration sensor 6 is filtered and averaged in a method step A2 and the individual signal values are each converted into an acceleration value using a clear conversion rule.
  • the bandpass filter 16 is a filter for the frequency range from 3 to 9 Hz. Mechanical vibrations typically occur in the frequency range from 3 to 9 Hz due to transverse accelerations a of the rail vehicle 2 . Accordingly, the bandpass filter 16 allows the frequency range from 3 to 9 Hz to pass.
  • the running behavior is classified as unstable. In response to this, the driving speed v is reduced.
  • Reducing the driving speed is a correct reaction when the running behavior is actually unstable.
  • reducing the driving speed should be avoided if the acceleration values determined are on a Malfunction of the monitoring system 4 based.
  • the driving speed v is permanently reduced. This leads to delays in operation, unnecessary visits to the workshop and thereby reduces the availability of the rail vehicle 2. It is therefore desirable to increase the reliability of the running stability monitoring.
  • the device 1 is also designed to detect a malfunction of the monitoring system 4 .
  • the testing device 5 is set up to detect a defect in the acceleration sensor 6 or in other parts of the monitoring system 4 or in processes that are carried out by the monitoring system 4 . These processes can be, for example, the processing and evaluation of signals from acceleration sensor 6 or variables based on these signals.
  • the checking device 5 checks whether a variable dependent on the signal from the acceleration sensor 6 satisfies a predetermined condition with regard to a reference value.
  • the variable dependent on the signal is the transverse acceleration a described above.
  • the test device 5 determines in a method step A4 whether the acceleration value of the lateral acceleration a satisfies a specified condition with regard to a reference value. This will check if the monitoring system is malfunctioning.
  • step B the check is carried out during operation of the rail vehicle 2 in an operating area in which the monitoring system 4 does not monitor running stability:
  • the test is additionally performed in a step Bl, while the driving speed below the
  • Basic stability speed is: v P ⁇ v G .
  • the acceleration sensor 6 measures a transverse acceleration of the rail vehicle 2 and generates a signal in the process.
  • the signal generated by the acceleration sensor 6 is filtered and averaged in a method step B3 and the individual signal values are each converted into an acceleration value using a clear conversion rule.
  • a method step B4 the checking device 5 checks whether a variable dependent on the signal from the acceleration sensor 6 satisfies a predetermined condition with regard to a reference value.
  • the variable dependent on the signal is the transverse acceleration a described above.
  • the test device 5 determines in a method step B5 whether the acceleration value of the lateral acceleration a meets a specified condition with respect to a reference value fulfill. This checks whether the monitoring system 4 has a malfunction.
  • a reaction to the detection of a malfunction in the monitoring system 4 is triggered.
  • the monitoring system 4 is temporarily deactivated in a method step CI when a malfunction of the monitoring system 4 is detected. This means that externally induced vibrations do not lead to permanent restrictions. If the malfunction of the monitoring system 4 is detected repeatedly, the monitoring system 4 is permanently deactivated in a method step C2. In this case, a maintenance measure is required. The monitoring system 4 is only activated again after the maintenance measure has been completed.
  • a warning can be issued in a method step C3 if a malfunction of the monitoring system 4 is detected.
  • the high-pass filter 14 and/or band-pass filter 16 can be adjusted in a method step C4 if a malfunction of the monitoring system 4 is detected, which is caused, for example, by an external influence on the rail vehicle 2.
  • the high-pass filter 14 and/or band-pass filter 16 is adapted to frequencies of the signal that the acceleration sensor 6 generates while the malfunction is being detected. The adjustment is made in such a way that characteristic frequencies of the signal are filtered out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems (4), welches zu einer Laufstabilitätsüberwachung (A) eines Schienenfahrzeugs (2) während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in einem Überwachungsbetriebsbereich (dvÜ) dient. Ein Beschleunigungssensor (6) des Überwachungssystems (4) erzeugt während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) ein Signal (B2). Bei einer Prüfung anhand einer vom Signal abhängigen Größe wird geprüft (B4), ob das Überwachungssystem (4) die Fehlfunktion aufweist. Zur Verbesserung der Laufstabilitätsüberwachung erfolgt die Prüfung (B) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in einem Betriebsbereich (dvP), in dem das Überwachungssystem (4) keine Laufstabilitätsüberwachung ausführt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion eines ÜberwachungsSystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion bzw. einer Funktionsstörung bzw. eines Defekts eines Überwachungssystems, welches zu einer LaufStabilitätsüberwachung eines Schienenfahrzeugs während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs in einem Überwachungsbetriebsbereich dient.
Grundsätzlich sind Verfahren zum Erkennen von Fehlern bzw. Fehlfunktionen eines Überwachungssystems bekannt. Beispielsweise ist die Erkennung eines Defekts eines Beschleunigungssensors, der Teil des Überwachungssystems ist und zu einer LaufStabilitätsüberwachung verwendet wird, bekannt.
Beschleunigungssensoren werden in vielen technischen Bereichen eingesetzt. Zum Beispiel kann ein
Beschleunigungssensor in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um die Sicherheit des Fahrzeugs zu erhöhen. Mittels des Beschleunigungssensors kann die Querbeschleunigung des Fahrzeugs gemessen werden und vor hohen Beschleunigungswerten gewarnt werden, um z. B. die Sicherheit der Insassen des Fahrzeugs zu gewährleisten und/oder im Falle eines Schienenfahrzeugs einer Beschädigung der Gleise vorzubeugen.
In einem Schienenfahrzeug kann beispielsweise mittels des Beschleunigungssensors die Querbeschleunigung des Schienenfahrzeugs bzw. eines einzelnen Wagens gemessen werden, insbesondere um den sogenannten Sinuslauf des Schienenfahrzeugs zu überwachen. Unter dem Sinuslauf eines Schienenfahrzeugs, auch Wellenlauf genannt, kann eine Schwingung des Schienenfahrzeugs um seine ideale Fahrlinie verstanden werden. Diese Schwingung kann durch (annähernd) konische, nach außen hin verjüngende, über eine Achse starr gekoppelte Räder verursacht werden und tritt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs besonders stark auf. Stehen die Räder außermittig auf zwei parallelen Schienen, rollt das nach außen versetzte Rad mit einem größeren Umfang ab, sodass die Achse einlenkt. Der Radsatz des Schienenfahrzeugs bzw. des Wagens erfährt eine Querbeschleunigung. Hohe Querbeschleunigungen verursachen hohe Kräfte im Rad-Schiene-Kontakt, die zu Gleisschädigung oder zum Verlust der Spurführung führen können.
Ein Beschleunigungssensor kann jedoch eine Fehlfunktion bzw. eine Funktionsstörung bzw. einen Defekt aufweisen, der zu einer Fehlfunktion des Überwachungssystems führt, beispielsweise aufgrund eines Drahtbruchs oder eines Kurzschlusses innerhalb des Sensors beziehungsweise in der Messkette. Der Beschleunigungssensor liefert dann gegebenenfalls fehlerhafte Signale. Die fehlerhaften Signale können beispielsweise zu einer Fehlwarnung führen, d. h. es wird eine Warnung ausgegeben, obwohl keine kritische Situation vorliegt. Weiter können fehlerhafte Signale dazu führen, dass kritische Situationen nicht erkannt werden und demzufolge fälschlicher Weise keine Warnung ausgegeben wird. Daher ist es wünschenswert, eine Fehlfunktion eines Beschleunigungssensors zuverlässig zu erkennen.
DE 102015 218 941 Al beschreibt ein Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Beschleunigungssensors, der in einem Schienenfahrzeug angeordnet ist und zu einer
LaufStabilitätsüberwachung verwendet wird. Bei dem Verfahren erzeugt der Beschleunigungssensor ein Signal und bei einer Prüfung wird geprüft, ob eine vom Signal abhängige Größe eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwerts erfüllt. Anhand der Prüfung wird ermittelt, ob der Beschleunigungssensor defekt ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, die LaufStabilitätsüberwachung eines Schienenfahrzeugs zu verbessern, insbesondere die Zuverlässigkeit bei der Erkennung einer Fehlfunktion des Überwachungssystems, das zur LaufStabilitätsüberwachung dient, zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems, welches zu einer LaufStabilitätsüberwachung eines Schienenfahrzeugs während eines Betriebs des
Schienenfahrzeugs in einem Überwachungsbetriebsbereich dient, gelöst. Bei dem Verfahren erzeugt ein Beschleunigungssensor des Überwachungssystems während des Betriebs des Schienenfahrzeugs ein Signal. Bei einer Prüfung wird anhand einer vom Signal abhängigen Größe geprüft, ob das Überwachungssystem die Fehlfunktion aufweist. Die Prüfung erfolgt während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in einem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt.
Mit der Erfindung wurde erkannt, dass Überwachungssysteme häufig ausschließlich in vorgegebenen Betriebsbereichen relevant und aktiv sind. Mit anderen Worten: Das Überwachungssystem überwacht eine LaufStabilität des Schienenfahrzeugs häufig ausschließlich in einem für die Überwachung vorgesehenen Überwachungsbetriebsbereich, in dem das Überwachungssystem relevant und aktiv ist. Kern der Erfindung ist es, einen Betriebsbereich zur Erkennung einer Fehlerfunktion des Überwachungssystems, welcher außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs liegt, zu nutzen. Beispielsweise wird in diesem Betriebsbereich die LaufStabilitätsüberwachung nicht zur Erkennung von Instabilitäten, sondern zur Eigendiagnose verwendet.
Auf diese Weise wird das Signal, welches durch den Beschleunigungssensor erzeugt wird, während des Zeitraums plausibilisiert, in der das Überwachungssystem inaktiv ist. Dadurch wird eine signalbasierte Ausfallerkennung in dynamischer Umgebung unter Berücksichtigung von mechanischen Randbedingungen ermöglicht. Die Durchführung der Prüfung außerhalb des
Überwachungsbetriebsbereichs hat mehrere Vorteile. So treten bestimmte Fehlfunktionen auch oder ausschließlich außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs auf und können durch das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässiger erkannt werden. Außerdem hat die Ausführung der Prüfung während des Betriebs (außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs) den weiteren Vorteil, dass die vollständige Signalkette unter realen Umgebungsbedingungen über einen längeren Zeitraum geprüft werden kann. Diese realen Bedingungen mit vollständiger Signalkette können auf einem Teststand lediglich teilweise nachgebildet werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung können demnach wiederkehrende Defekte und zufällige Fehler zuverlässig erkannt werden.
Vorzugsweise misst der Beschleunigungssensor im Überwachungsbetriebsbereich Beschleunigungen am Fahrgestell, insbesondere Drehgestell, des Schienenfahrzeugs. Weisen die Beschleunigungen vorgegebene Muster mit vorgegebenen Amplituden auf, wird das Laufverhalten als instabil eingestuft. Eine Reaktion darauf ist beispielsweise eine Reduktion der Fahrgeschwindigkeit.
Der Fachmann versteht die Formulierung „wobei die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in einem Betriebsbereich erfolgt, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt" vorzugsweise dahingehend, dass die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs erfolgt. Mit anderen Worten: Die Prüfung erfolgt, während das Überwachungssystem inaktiv ist.
Der Fachmann versteht unter „Erkennen einer Fehlfunktion" beispielsweise eine Ausfallerkennung der
Überwachungsfunktion. Der Ausfall kann beispielsweise durch einen Drahtbruch oder einen Kurzschluss innerhalb des Überwachungssystems, insbesondere innerhalb des Beschleunigungssensors, hervorgerufen werden. Weiter versteht der Fachmann unter „Erkennen einer Fehlfunktion" die Erkennung einer Funktionsstörung des Überwachungssystems, insbesondere des Beschleunigungssensors.
Zudem versteht der Fachmann unter „Erkennen einer Fehlfunktion" das Erkennen einer falschen Detektion einer LaufInstabilität (d. h. eine Detektion einer LaufStabilität, die tatsächlich nicht vorliegt). Diese kann beispielsweise durch externe Einwirkungen, wie durch die Infrastruktur, auf das Fahrzeug hervorgerufen werden. Unter Infrastruktur in diesem Sinne ist beispielsweise ein verschlissener Schienenkopf zu verstehen. Ebenso können falsche Detektionen durch Defekte in der Signalübertragung oder durch zufällige Fehler in der Auswertung hervorgerufen werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist für diese Art des Erkennens einer Fehlfunktion besonders geeignet, da das Auftreten einer Detektion einer LaufStabilität in dem Betriebsbereich, der außerhalb des Überwachungsbetriebsbereich liegt, ein Hinweis auf eine Fehlfunktion dieser Art ist.
Die Prüfung, ob die vom Signal abhängige Größe die vorgegebene Bedingung erfüllt, kann durch eine Prüfeinheit erfolgen. In der Prüfeinheit kann beispielsweise eine Software für die Durchführung der Prüfung hinterlegt sein.
Die Prüfeinheit empfängt das vom Beschleunigungssensor erzeugte Signal und/oder die vom Signal abhängige Größe vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar vom Beschleunigungssensor .
Die vom Signal abhängige Größe kann unter anderem ein Signalwert, d. h. ein Wert des vom Beschleunigungssensor erzeugten Signals sein. Zweckmäßigerweise ist das Signal ein Spannungssignal. Das heißt, die Größe kann eine Spannung bzw. ein Spannungswert sein. Alternativ ist das Signal ein Stromsignal. Die Größe kann eine Stromstärke bzw. ein Stromstärkewert sein. Bei der Prüfung anhand der vom Signal abhängigen Größe, ob das Überwachungssystem die Fehlfunktion aufweist, wird vorzugsweise geprüft, ob die vom Signal abhängige Größe eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwerts erfüllt.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn die vom Signal abhängige Größe eine durch Mitteln mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender Signalwerte berechnete Größe ist. Das bedeutet, dass vorzugsweise mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Signalwerte gemittelt werden, bevor die Prüfung durchgeführt wird.
Durch das Mitteln kann das Signal geglättet werden. Vorzugsweise ist eine Zeitspanne, für welche die Mittelung durchgeführt wird, vorgebbar. Die Mittelung kann z. B. eine quadratische Mittelung sein. Weiter kann die Mittelung eine arithmetische Betrags-Mittelung sein. Bei der arithmetischen Betrags-Mittelung wird zweckmäßigerweise zunächst der Betrag eines jeden Signalwerts gebildet und dann eine arithmetische Mittelung mehrerer Signalwerte durchgeführt. Weiterhin kann die Mittelung eine sogenannte gleitende Mittelung sein, d. h. es kann zu jedem Signalwert ein gleitender Mittelwert berechnet werden. Der Referenzwert kann von der Art der Mittelung abhängig sein.
Vorzugsweise wird das Signal des Beschleunigungssensors mithilfe eines Filters gefiltert. Ferner wird die Prüfung vorteilhafterweise für das gefilterte Signal durchgeführt.
Das heißt, dass das Filtern des Signals vorzugsweise vor der Prüfung durchgeführt wird. Das Filtern des Signals erfolgt vorzugsweise vor dem Mitteln der Signalwerte. Durch das Filtern des Signals können diejenigen Frequenzen und/oder Frequenzbänder, in denen keine mechanischen Schwingungen des Schienenfahrzeugs zu erwarten sind, abgeschwächt werden. Ferner können/kann durch das Filtern Störfrequenzen und/oder eine Offset-Spannung im Signal abgeschwächt bzw. aus dem Signal herausgefiltert werden. Weiter kann durch ein Filtern des Signals ein Signalrauschen reduziert werden. Auf diese Weise kann eine Auswertung des Signals und/oder eine Berechnung einer Beschleunigung erleichtert werden.
Vorzugsweise ist der Filter ein Bandpassfilter. Zweckmäßigerweise lässt der Bandpassfilter denjenigen Frequenzbereich passieren, in welchem mechanische Schwingungen des Schienenfahrzeugs zu erwarten sind. Mittels eines Bandpassfilters können diejenigen Frequenzen und/oder Frequenzbänder abgeschwächt bzw. aus dem Signal herausgefiltert werden, in denen keine mechanischen Schwingungen des Objekts zu erwarten sind. Weiterhin kann der Filter ein Hochpassfilter sein. Zweckmäßigerweise wird durch den Hochpassfilter die Offset-Spannung im Signal abgeschwächt bzw. aus dem Signal herausgefiltert. Weiterhin lässt der Hochpassfilter vorzugsweise denjenigen Frequenzbereich passieren, in welchem mechanische Schwingungen des Schienenfahrzeugs zu erwarten sind. Ferner kann der Filter ein Tiefpassfilter sein. Vorzugsweise lässt der Tiefpassfilter denjenigen Frequenzbereich passieren, in welchem mechanische Schwingungen des Objekts zu erwarten sind. Zweckmäßigerweise werden durch den Tiefpassfilter höhere Frequenzen als die zu erwartenden Frequenzen der mechanischen Schwingungen abgeschwächt bzw. herausgefiltert. Weiterhin kann das Signal des Beschleunigungssensors mithilfe einer Filterkombination aus mehreren unterschiedlichen Filtern gefiltert werden.
Der vorstehende genannte Referenzwert ist vorzugsweise ein Maximalwert eines Messbereichs des Beschleunigungssensors.
Als Maximalwert kann das Maximum des Messbereichs des Beschleunigungssensors aufgefasst werden. Vorzugsweise wird bei der Prüfung geprüft, ob die Größe, insbesondere ein gemittelter Signalwert und/oder ein gemittelter Beschleunigungswert, ein vorgegebenes Vielfaches des Referenzwerts überschreitet. Das Vielfache kann eine rationale Zahl sein. Weiter kann das Vielfache auch Eins sein, d. h. es kann geprüft werden, ob die Größe den Referenzwert überschreitet. Wenn die Größe das vorgegebene Vielfache des Referenzwerts überschreitet, dann liegt in der Regel eine Fehlfunktion des Beschleunigungssensors vor. Zweckmäßigerweise wird es als Fehlfunktion des Beschleunigungssensors interpretiert bzw. wird eine Fehlfunktion des Beschleunigungssensors erkannt, wenn die Größe das vorgegebene Vielfache des Referenzwerts überschreitet. Ferner kann mittels der Prüfung ein Filter, insbesondere ein dem Beschleunigungssensor nachgeschalteter Filter, auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft werden. Z. B. kann eine Fehlfunktion des Filters vorliegen, wenn die Größe das vorgegebene Vielfache des Referenzwerts überschreitet .
Aufgrund der erkannten Fehlfunktion können/kann der Filter und/oder der Beschleunigungssensor überprüft werden und gegebenenfalls eine Reparatur bzw. ein Austausch des defekten Elements durchgeführt werden. Weiter kann bei der Prüfung anhand einer Hilfsgröße, die unabhängig vom Signal des Beschleunigungssensors ermittelt wird, geprüft werden, ob die vom Signal abhängige Größe plausibel ist. Die Hilfsgröße kann beispielsweise eine Zustandsgröße sein, die einen Zustand des Objekts, in dem der Beschleunigungssensor angeordnet ist, charakterisiert. Z. B. kann die Hilfsgröße eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs sein. Ferner kann die Hilfsgröße z. B. mithilfe eines Messgeräts, insbesondere mithilfe eines Geschwindigkeitsmessgeräts, ermittelt werden. Insbesondere kann bei der Prüfung geprüft werden, ob eine aus dem Signal ermittelte Beschleunigung bei einer unabhängig vom Beschleunigungssensor ermittelten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs plausibel ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für eine mehrstufige Erkennung eingesetzt werden. Signalwerte, die oberhalb des Erfassungsbereichs (von erfassbaren Beschleunigungen) des Beschleunigungssensors liegen, bei denen weder ein Kurzschluss noch ein Drahtbruch erkannt wurde, zeigen eine Fehlfunktion (beispielsweise einen Defekt) in der Signalkette bzw. der Datenverarbeitung an. Auf diese Weise können Wartungsmaßnahmen zielgerichtet geplant werden.
#A2#
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in dem Überwachungsbetriebsbereich, in dem das Überwachungssystem die LaufStabilitätsüberwachung ausführt. Die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in dem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, erfolgt ergänzend.
Die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in dem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, dient demnach zur Plausibilisierung der Erkennung der Fehlfunktion des Überwachungssystems. Mit anderen Worten: Entsprechend bisheriger Lösungen erfolgt die Prüfung, ob das Überwachungssystem die Fehlfunktion aufweist, während das Schienenfahrzeug in dem Überwachungsbetriebsbereich betrieben wird. Gemäß der Ausführungsform erfolgt das Prüfen zusätzlich (ergänzend) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in dem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt.
Bei der Prüfung, ob die vom Signal abhängige Größe eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwerts erfüllt, kann der Referenzwert, welcher im Überwachungsbetriebsbereich verwendet wird, dem Referenzwert entsprechen, welcher in dem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, verwendet wird. Mit anderen Worten: Für das Erkennen der Fehlfunktion können die bekannten Grenzwerte verwendet werden, die im Überwachungsbetriebsbereich eingesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Referenzwert speziell für die Erkennung von Fehlfunktionen in dem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, gewählt werden. Beispielsweise kann der Referenzwert kleiner gewählt werden, da die erwarteten Beschleunigungen bei kleineren Geschwindigkeiten geringere Absolutwerte aufweisen.
#A3#
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der jeweilige Betriebsbereich, vorzugsweise der
Überwachungsbetriebsbereich, durch eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs charakterisiert. Der
Überwachungsbetriebsbereich liegt bei einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs vor, welche oberhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsuntergrenze des Überwachungsbetriebsbereichs liegt.
Diese Ausführungsform basiert auf der Erkenntnis, dass ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs eine sogenannte Grundstabilität aufweist: Demnach gibt es eine Fahrgeschwindigkeit (d. h. Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs), bei der das Fahrwerk stabil läuft. Die Grundstabilität ist unter anderem durch eine
Fahrgeschwindigkeit charakterisiert. Die vorstehend genannte Geschwindigkeitsuntergrenze liegt vorzugsweise im Bereich der Geschwindigkeit, die die Grundstabilität charakterisiert (im Folgenden: Grundstabilitätsgeschwindigkeit).
Die Geschwindigkeitsuntergrenze liegt je nach Schienenfahrzeug beispielsweise in einem Bereich von 120 bis 160 km/h, beispielsweise bei 140 km/h.
#A4#
Nach einer bevorzugten Weiterbildung entspricht der Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, einem Geschwindigkeitsbereich unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsobergrenze . In diesem Geschwindigkeitsbereich unterhalb der vorgegebenen Geschwindigkeitsobergrenze wird die
LaufStabilitätsüberwachung nicht zur Erkennung von Instabilitäten, sondern beispielsweise zur Eigendiagnose und folglich zur Erkennung einer Fehlfunktion des Überwachungssystems verwendet.
#A5#
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt die Geschwindigkeitsobergrenze unterhalb einer
Grundstabilitätsgeschwindigkeit, welche die Grundstabilität des Schienenfahrzeugs charakterisiert. Die
Geschwindigkeitsuntergrenze des Überwachungsbetriebsbereichs liegt unterhalb der Grundstabilitätsgeschwindigkeit. Vorzugsweise liegt die Geschwindigkeitsobergrenze unterhalb der Geschwindigkeitsuntergrenze des Überwachungsbetriebsbereichs .
Beispielsweise liegt die Geschwindigkeitsobergrenze bei 90 % der Grundstabilitätsgeschwindigkeit.
Zudem reicht der Geschwindigkeitsbereich unterhalb der vorgegebenen Geschwindigkeitsobergrenze vorzugsweise nicht bis zum Stillstand, sondern bis zu einer sehr langsamen Geschwindigkeit, beispielsweise 20 km/h.
Zweckmäßigerweise wird die Geschwindigkeit des Objekts mittels eines Geschwindigkeitsmessgeräts gemessen. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Geschwindigkeitsmessgerät unabhängig vom Beschleunigungssensor arbeitet, sodass eine Fehlfunktion des Beschleunigungssensors nicht zwangsläufig mit einer Fehlfunktion des Geschwindigkeitsmessgeräts einhergeht.
#A6#
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die vom Signal abhängige Größe eine anhand des Signals ermittelte Beschleunigung (bzw. ein anhand des Signals ermittelter Beschleunigungswert).
Anders als bei einer Methode, bei der z. B. ein Spannungsoffset des Beschleunigungssensors überwacht wird, ermöglicht die Prüfung der anhand des Signals ermittelten Beschleunigung eine zuverlässige Prüfung. Denn bei einer Fehlfunktion des Beschleunigungssensors kann der Beschleunigungssensor zwar eine korrekte Offsetspannung aber einen fehlerhaften Beschleunigungswert (z. B. immer Null) liefern.
Alternativ kann die Größe eine andere aus dem Signal des Beschleunigungssensors abgeleitete bzw. ermittelte Größe sein. Sinnvollerweise ist der Referenzwert ein Wert derselben physikalischen Größe.
#A7#
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Beschleunigungssensor ein Sensor zum Messen einer Beschleunigung senkrecht zu einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs. Das heißt, die Beschleunigung kann eine Querbeschleunigung sein. Zweckmäßigerweise misst der Beschleunigungssensor die tatsächliche Querbeschleunigung von Teilsystemen des Schienenfahrzeugs, wenn er frei von Funktionsstörungen ist.
#A8#
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Überwachungssystem temporär deaktiviert, wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems erkannt wird. Auf diese Weise führen extern induzierte Schwingungen, die beispielsweise durch die Infrastruktur hervorgerufen werden, nicht zu dauerhaften Einschränkungen im Betrieb.
Die temporäre Deaktivierung kann nach einer vorgegebenen Zeitdauer aufgehoben werden. Wird die Fehlfunktion nach der Aufhebung erneut erkannt, kann das Überwachungssystem erneut temporär deaktiviert werden.
#A9#
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Überwachungssystem nicht mehr zur LaufStabilitätsüberwachung herangezogen, wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems wiederholt erkannt wird. Eine Prüfung durch eine Wartungsmaßnahme wird erforderlich .
Mit anderen Worten: Das Überwachungssystem wird dauerhaft deaktiviert und erst nach Durchführung einer Wartungsmaßnahme erneut eingesetzt.
#A10#
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Warnung ausgegeben, wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems erkannt wird.
Die Warnung kann beispielsweise eine akustische und/oder optische Warnung sein. Liegt eine solche Warnung vor, kann das Überwachungssystem geprüft und gegebenenfalls repariert oder ausgetauscht werden.
#A11#
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Signal des Beschleunigungssensors mittels eines Frequenzfilters gefiltert. Der Frequenzfilter wird an Frequenzen eines Signals angepasst, welches der Beschleunigungssensor, während die Fehlfunktion erkannt wird, erzeugt.
Vorzugsweise wird der Frequenzfilter derart angepasst, dass charakteristische Frequenzen des Signals, welches der Beschleunigungssensor erzeugt, während die Fehlfunktion erkannt wird, herausgefiltert werden. Diese Ausführungsform ist besonders für die Erkennung einer Fehlfunktion geeignet, die durch eine externe Einwirkung auf das Fahrzeug hervorgerufen wird.
Der Frequenzfilter ist beispielsweise der vorstehende beschriebene Hochpass-, Tiefpass- und/oder Bandpassfilter.
#A12#
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems, welche zu einer LaufStabilitätsüberwachung eines Schienenfahrzeugs während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs in einem Überwachungsbetriebsbereich dient. Die Vorrichtung umfasst einen Beschleunigungssensor des Überwachungssystems, welcher ausgebildet ist, während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs ein Signal zu erzeugen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Prüfeinrichtung, welche ausgebildet ist, bei einer Prüfung anhand einer vom Signal abhängigen Größe zu prüfen, ob das Überwachungssystem die Fehlfunktion aufweist. Die Prüfeinrichtung ist ferner ausgebildet, die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs in einem Betriebsbereich auszuführen, in dem das Überwachungssystem keine LaufStabilitätsüberwachung durchführt.
#A13#
Die Erfindung betrifft ferner ein Schienenfahrzeug mit einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art.
#A14#
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch die Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art diese veranlassen, das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen .
#A15#
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art diese veranlassen, das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen.
Zu Vorteilen, Ausführungsformen und Ausgestaltungsdetails der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs, Computerprogrammprodukts und computerlesbaren Speichermediums kann auf die vorstehende Beschreibung zu den entsprechenden Verfahrensmerkmalen verwiesen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematisch den Ablauf eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und Figur 3 zeigt eine Geschwindigkeitsachse mit
Fahrgeschwindigkeiten.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems, repräsentiert. Figur 2 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 2 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die in Figur 3 gezeigte Geschwindigkeitsachse stellt die Größenordnung der unten beschriebene Geschwindigkeitsgrößen und -Intervalle dar, ohne dabei maßstabsgetreu zu sein.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Überwachungssystem 4 und eine Prüfeinrichtung 5. Das Überwachungssystem 4 umfasst einen Beschleunigungssensor 6 und eine Überwachungseinheit 8.
Weiter umfasst das Schienenfahrzeug 2 ein Geschwindigkeitsmessgerät 10 zum Ermitteln einer Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2
(Fahrgeschwindigkeit), mit der sich das Schienenfahrzeug 2 in einer Fahrtrichtung 22 bewegt. Das Geschwindigkeitsmessgerät 10 umfasst einen Drehzahlsensor und ermittelt die Fahrgeschwindigkeit v anhand einer Drehzahl einer Radsatzachse 12 des Schienenfahrzeugs 2. Der Beschleunigungssensor 6 sowie das Geschwindigkeitsmessgerät 10 des Schienenfahrzeugs 2 sind an der Radsatzachse 12 des Schienenfahrzeugs 2 angeordnet.
Die Überwachungseinheit 8 umfasst einen Hochpassfilter 14 und einen Bandpassfilter 16.
Der Beschleunigungssensor 6 ist ein Sensor zum Messen einer Querbeschleunigung a des Schienenfahrzeugs 2. Die Überwachungseinheit 8 dient zur Verarbeitung des von dem Beschleunigungssensor 6 erzeugten Signals. Wenn der Beschleunigungssensor 6 störungsfrei ist, misst der Beschleunigungssensor 6 demnach die Querbeschleunigung des Befestigungspunktes am Schienenfahrzeug 2. Das heißt, der Beschleunigungssensor 6 erzeugt ein Signal in Form einer Spannung, die von der Querbeschleunigung a des Schienenfahrzeugs 2 abhängig ist. Eine aus dem Signal berechnete Querbeschleunigung entspricht demnach der wahren Querbeschleunigung, wenn das Überwachungssystem 4 keine Fehlfunktion aufweist. Bei einer Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 entspricht die aus dem Signal berechnete Querbeschleunigung dagegen nicht notwendigerweise der wahren Querbeschleunigung des Schienenfahrzeugs 2.
Die Messung der Querbeschleunigung des Schienenfahrzeugs 2 dient zur LaufStabilitätsüberwachung des Schienenfahrzeugs 2 durch das Überwachungssystem 4.
In einem Verfahrensschritt A wird die
LaufStabilitätsüberwachung mittels des Überwachungssystems 4 während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs 2 in einem Überwachungsbetriebsbereich dvo= (vi, V2) durchgeführt. Der Überwachungsbetriebsbereich dvo ist durch eine Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 charakterisiert. D. h. wenn die Fahrgeschwindigkeit v innerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs dvo liegt (vi < v < V2), kann eine LaufStabilitätsüberwachung sinnvoll durchgeführt werden. V2 entspricht der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit .
Die Fahrgeschwindigkeit vG, welche die Grundstabilität des Schienenfahrzeugs 2 repräsentiert (im Folgenden auch Grundstabilitätsgeschwindigkeit genannt) liegt in einem unteren Teilbereich des Überwachungsbetriebsbereichs dvo: vi< vG < v2.
Während der LaufStabilitätsüberwachung misst der Beschleunigungssensor 6 in einem Verfahrensschritt Al eine Querbeschleunigung des Schienenfahrzeugs 2 und erzeugt dabei ein Signal.
Das vom Beschleunigungssensor 6 erzeugte Signal wird in einem Verfahrensschritt A2 gefiltert und gemittelt und die einzelnen Signalwerte werden durch eine eindeutige Umrechnungsvorschrift jeweils in einen Beschleunigungswert umgerechnet .
Der Bandpassfilter 16 ist ein Filter für den Frequenzbereich von 3 bis 9 Hz. In dem Frequenzbereich von 3 bis 9 Hz treten typischerweise mechanische Schwingungen aufgrund von Querbeschleunigungen a des Schienenfahrzeugs 2 auf. Demnach lässt der Bandpassfilter 16 den Frequenzbereich von 3 bis 9 Hz passieren.
Weisen die ermittelten Beschleunigungswerte ein vorgegebenes Muster mit einer vorgegebenen Amplitude auf, so wird das Laufverhalten als instabil eingestuft. Als Reaktion darauf wird die Fahrgeschwindigkeit v reduziert.
Das Reduzieren der Fahrgeschwindigkeit ist bei tatsächlich instabilem Laufverhalten eine korrekte Reaktion. Das Reduzieren der Fahrgeschwindigkeit ist jedoch zu vermeiden, wenn die ermittelten Beschleunigungswerte auf einer Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 basieren. Insbesondere bei wiederholter Einstufung des Laufverhaltens als instabil wird die Fahrgeschwindigkeit v dauerhaft reduziert. Dies führt zu Verspätungen im Betrieb, unnötigen Werkstattaufenthalten und verringert dadurch die Verfügbarkeit des Schienenfahrzeugs 2. Daher ist es wünschenswert, die Zuverlässigkeit der LaufStabilitätsüberwachung zu erhöhen.
Die Vorrichtung 1 ist ferner zum Erkennen einer Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 ausgebildet. Beispielsweise ist die Prüfeinrichtung 5 zum Erkennen eines Defekts des Beschleunigungssensors 6 oder von anderen Teilen des Überwachungssystems 4 oder von Prozessen, die durch das Überwachungssystem 4 ausgeführt werden, eingerichtet. Diese Prozesse können beispielsweise die Verarbeitung und Auswertung von Signalen des Beschleunigungssensors 6 oder von Größen, die auf diesen Signalen basieren, sein.
Die Prüfeinrichtung 5 prüft in einem Verfahrensschritt A3, ob eine vom Signal des Beschleunigungssensors 6 abhängige Größe eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwerts erfüllt. Die vom Signal abhängige Größe ist die vorstehend beschriebene Querbeschleunigung a. Anhand der Prüfung ermittelt die Prüfeinrichtung 5 in einem Verfahrensschritt A4, ob der Beschleunigungswert der Querbeschleunigung a eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwertes erfüllt. Dadurch wird geprüft, ob das Überwachungssystem eine Fehlfunktion aufweist.
In einem Verfahrensschritt B erfolgt die Prüfung während des Betriebs des Schienenfahrzeugs 2 in einem Betriebsbereich, in dem das Überwachungssystem 4 keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt:
Während des Fährbetriebs des Schienenfahrzeugs 2 werden Fahrgeschwindigkeiten v auftreten, die unterhalb des Überwachungsbetriebsbereichs dvo= (vi, V2) liegen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Prüfung ergänzend in einem Verfahrensschritt Bl ausgeführt, während die Fahrgeschwindigkeit unterhalb der
Grundstabilitätsgeschwindigkeit liegt: vP < vG. Insbesondere wird die Prüfung als eine Prüfung außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs d o angesehen, wenn die Fahrgeschwindigkeit vP signifikant unterhalb von vG liegt, beispielsweise bei 90 % von vG (vP = 0,9 * vG). Ferner wird die Prüfung (außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs dvo) bei einer Fahrgeschwindigkeit v ausgeführt, die signifikant oberhalb des Stillstands vo = 0 liegt: vo < vL.
Mit anderen Worten: Der Betriebsbereich dvP ist durch eine Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 2 charakterisiert. D. h. wenn die Fahrgeschwindigkeit v innerhalb des Betriebsbereichs dvP = (vL, vP) liegt, liegt ein Betriebsbereich außerhalb des Überwachungsbetriebsbereichs dvo vor, in dem die Prüfung ergänzend ausgeführt wird.
In einem Verfahrensschritt B2 misst der Beschleunigungssensor 6 eine Querbeschleunigung des Schienenfahrzeugs 2 und erzeugt dabei ein Signal.
Das vom Beschleunigungssensor 6 erzeugte Signal wird in einem Verfahrensschritt B3 gefiltert und gemittelt und die einzelnen Signalwerte werden durch eine eindeutige Umrechnungsvorschrift jeweils in einen Beschleunigungswert umgerechnet .
Die Prüfeinrichtung 5 prüft in einem Verfahrensschritt B4, ob eine vom Signal des Beschleunigungssensors 6 abhängige Größe eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwerts erfüllt. Die vom Signal abhängige Größe ist die vorstehende beschriebene Querbeschleunigung a. Anhand der Prüfung ermittelt die Prüfeinrichtung 5 in einem Verfahrensschritt B5, ob der Beschleunigungswert der Querbeschleunigung a eine vorgegebene Bedingung bezüglich eines Referenzwertes erfüllen. Dadurch wird geprüft, ob das Überwachungssystem 4 eine Fehlfunktion aufweist.
In einem Verfahrensschritt C wird eine Reaktion auf das Erkennen einer Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 ausgelöst.
Dazu wird das Überwachungssystem 4 in einem Verfahrensschritt CI temporär deaktiviert, wenn einen Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 erkannt wird. Damit führen extern induzierte Schwingungen nicht zu dauerhaften Beschränkungen. Wird die Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 wiederholt erkannt, wird das Überwachungssystem 4 in einem Verfahrensschritt C2 dauerhaft deaktiviert. In diesem Fall ist eine Wartungsmaßnahme erforderlich. Erst nach Abschluss der Wartungsmaßnahme wird das Überwachungssystem 4 wieder aktiviert.
Ergänzend kann in einem Verfahrensschritt C3 eine Warnung ausgegeben werden, wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 erkannt wird.
Zudem kann der Hochpassfilter 14 und/oder Bandpassfilter 16 in einem Verfahrensschritt C4 angepasst werden, wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems 4 erkannt wird, die beispielsweise durch eine externe Einwirkung auf das Schienenfahrzeug 2 hervorgerufen wird. Beispielsweise wird der Hochpassfilter 14 und/oder Bandpassfilter 16 an Frequenzen des Signals angepasst, welches der Beschleunigungssensor 6 erzeugt, während die Fehlfunktion erkannt wird. Die Anpassung erfolgt derart, dass charakteristische Frequenzen des Signals herausgefiltert werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems (4), welches zu einer
LaufStabilitätsüberwachung (A) eines Schienenfahrzeugs (2) während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in einem Überwachungsbetriebsbereich (dvo) dient, bei welchem
- ein Beschleunigungssensor (6) des Überwachungssystems (4) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) ein Signal erzeugt (B2) und
- bei einer Prüfung anhand einer vom Signal abhängigen Größe geprüft wird (B4), ob das Überwachungssystem (4) die Fehlfunktion aufweist, wobei die Prüfung (B) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in einem Betriebsbereich (dvP) erfolgt, in dem das Überwachungssystem (4) keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem
- die Prüfung (A3) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in dem Überwachungsbetriebsbereich (dvo), in dem das Überwachungssystem die
LaufStabilitätsüberwachung ausführt, und
- ergänzend die Prüfung (Bl) während des Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in dem Betriebsbereich (dvP) , in dem das Überwachungssystem (4) keine
LaufStabilitätsüberwachung ausführt, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem
- der jeweilige Betriebsbereich, vorzugsweise der Überwachungsbetriebsbereich (dvo), durch eine Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (2) charakterisiert ist und - der Überwachungsbetriebsbereich (dvo) bei einer Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (2) vorliegt, welche oberhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsuntergrenze (vi) des Überwachungsbetriebsbereichs (dvo) liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Betriebsbereich (dvP), in dem das Überwachungssystem (4) keine LaufStabilitätsüberwachung ausführt, einem Geschwindigkeitsbereich (dvP) unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsobergrenze (vP) entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem
- die Geschwindigkeitsobergrenze (vP) unterhalb einer Grundstabilitätsgeschwindigkeit (vG), welche die Grundstabilität des Schienenfahrzeugs (2) charakterisiert, und
- die Geschwindigkeitsuntergrenze (vp) des Überwachungsbetriebsbereichs (dvo) unterhalb der Grundstabilitätsgeschwindigkeit (vG) liegt.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die vom Signal abhängige Größe eine anhand des Signals ermittelte Beschleunigung (a) ist.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Beschleunigungssensor (6) ein Sensor zum Messen einer Beschleunigung (a) senkrecht zu einer Fahrtrichtung (22) des Schienenfahrzeugs (2) ist.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Überwachungssystem (4) temporär deaktiviert wird (CI), wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems (4) erkannt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Überwachungssystem (4) dauerhaft deaktiviert wird (C2), wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems (4) wiederholt erkannt wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Warnung ausgegeben wird (C3), wenn eine Fehlfunktion des Überwachungssystems (4) erkannt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Signal des Beschleunigungssensors mithilfe eines Frequenzfilters (14, 16) gefiltert wird und der Frequenzfilter (14, 16) an Frequenzen eines Signals angepasst wird (C4), welches der Beschleunigungssensor (6), während die Fehlfunktion erkannt wird, erzeugt.
12. Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Überwachungssystems (4), welches zu einer
LaufStabilitätsüberwachung (A) eines Schienenfahrzeugs (2) während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) in einem Überwachungsbetriebsbereich (dvo) dient, umfassend:
- einen Beschleunigungssensor (6) des Überwachungssystems (4), welcher ausgebildet ist, während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs (2) ein Signal zu erzeugen (B2) und
- eine Prüfeinrichtung (5), welche ausgebildet ist, o bei einer Prüfung anhand einer vom Signal abhängigen Größe zu prüfen (B4), ob das Überwachungssystem (4) die Fehlfunktion aufweist, und o die Prüfung (B) während des Betriebs des
Schienenfahrzeugs (2) in einem Betriebsbereich (dvP) auszuführen, in dem das Überwachungssystem (4) keine LaufStabilitätsüberwachung durchführt.
13. Schienenfahrzeug mit einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 12.
14. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Vorrichtung (1) nach
Anspruch 12 diese veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
15. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Vorrichtung (1) nach Anspruch
12 diese veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
EP22708749.1A 2021-02-23 2022-01-25 Verfahren zur erkennung einer fehlfunktion eines überwachungssystems Pending EP4277825A1 (de)

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