JP2003502624A - 走行中の車両や走行路を監視する方法および装置 - Google Patents

走行中の車両や走行路を監視する方法および装置

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JP2003502624A JP2001503310A JP2001503310A JP2003502624A JP 2003502624 A JP2003502624 A JP 2003502624A JP 2001503310 A JP2001503310 A JP 2001503310A JP 2001503310 A JP2001503310 A JP 2001503310A JP 2003502624 A JP2003502624 A JP 2003502624A
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マウスナー、ゲルト
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ゲルハルト、デトレフ
リーガー、デトレフ
ミュレンブルック、マンフレート
ムラヴァ、フランツ
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Abstract

(57)【要約】 車両（１）、特に鉄道列車および／又は走行路（５）、特に鉄道レールを監視する方法において、車両の走行中に、車両における複数の測定個所（１４、１７）で、その振動挙動を検出する。第１測定個所で、５００Ｈｚより低い周波数範囲で第１信号として検出し、同時に第２測定個所で、固体伝播音を第２測定信号として検出する。これら両測定信号を評価装置（２３）に導く。評価装置で、第１および第２測定信号から実際特性値を形成し、この値を、例えば「良好状態」を表す基準特性値と比較する。本発明の装置は、第１および第２振動センサ（１５、１９）を有し、これらの両振動センサを評価装置に接続し、この評価装置に両振動センサの測定信号を導く。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、車両の走行中に車両の複数の測定個所で、車両構成要素の振動挙動
を測定することで、車両、特に鉄道列車および／又は走行路、特に鉄道レールを
監視する方法に関する。本発明はまた、車両に場所的に分布して配置した複数の
振動センサで、車両の走行中に、車両、特に鉄道列車および／又は走行路、特に
鉄道レールを監視する監視装置に関する。
【０００２】 鉄道列車の運転中、車輪、レールおよびブレーキ装置の相互作用に基づき、車
輪又は車輪列に、鉄道列車の安全運転を害するような変化や状態が生ずる。例え
ば摩耗によって寸法が変化し、材料状態が変化しおよび／又は、特に車輪の踏み
面（走行面）やリムの表面品質が悪化する。最悪の場合、目に見えるか隠れた亀
裂が生じ、この亀裂は車輪や車輪列の運転安全性を著しく減少させる。
【０００３】 走行路、例えば鉄道レールも、表面品質が破裂、亀裂又は突き破りを生ずる迄
悪化することがある。
【０００４】 車輪や車輪列の状態を監視するため、常設の整備工場で、定期的に検査・点検
が行われる。
【０００５】 実際、上述の定期点検にも係らず、重大な事故や人身事故を伴う、車輪やホィ
ールディスクの破損或は車輪の破裂が生ずることが確認されている。
【０００６】 レールおよび／又は軌道に徐々に或は瞬時に生ずる損傷を、該損傷が車両の走
行性能に影響を及ぼす場合に認識するよう、場所的に分布するセンサを、所定の
車両構成要素や構成要素配置の振動挙動を検出すべく車両上に配置することは知
られている。
【０００７】 そのような方法は、ドイツ特許第１９５８０６８０Ｔ１号明細書および同第１
９５８０６８２Ｔ１号明細書で公知である。そこで鉄道列車に利用されるセンサ
は、加速度、振動および機械的衝撃に反応する。センサの報知信号は電気信号と
して、接続配線を介し列車側の評価装置に伝送される。
【０００８】 本発明の課題は、走行中に車両および／又は走行路が、公知の方法で行うより
も、確実且つ的確に監視できる方法と装置とを提供することにある。
【０００９】 方法に関する課題は、本発明に基づき、冒頭に述べた形式の方法において、第
１測定個所で、第１車両構成要素の振動挙動を、５００Ｈｚより低い周波数範囲
を検出すべく調整した第１振動センサにより第１信号として検出し、第２測定個
所で、固体伝播音を検出すべく調整した第２振動センサにより第２測定信号とし
て検出し、第１および第２測定信号を評価装置に導くことで解決できる。
【００１０】 本発明の方法によれば、車両の振動挙動を２つの異なる周波数領域で、即ち一
方では５００Ｈｚより低い振動の周波数範囲、他方では高周波数の固体伝播音の
代表的な周波数範囲で各々検出できるという利点が生ずる。この異なる測定結果
を評価装置で互いに組み合わせ、これにより車両および／又は走行路に発生した
欠陥状態を、特に確実に且つ高い信頼性をもって結論づけられる。
【００１１】 つまり、例えば鉄道レールの或る欠陥は、上述の一方の周波数範囲で、鉄道列
車がポイント（転轍機）を越えて走行する際に生ずる場合と同様の測定信号を生
ずる。しかしこの事象は、上述の他方の周波数範囲で、異なった測定信号を生ず
る。評価装置で第１測定信号を第２測定信号と比較および／又は結合することに
より、安全を害する事実上の欠陥を、単なる見せかけの欠陥と区別できる。２つ
の異なる周波数範囲での測定により、１つの周波数範囲だけの測定に比べ、一部
では冗長的な情報が、一部では補助的な情報が得られる。
【００１２】 第２測定信号は、好適には、第１測定信号と同時に得られる。第２測定個所は
特に第１測定個所から間隔を隔てられている。
【００１３】 ２００Ｈｚ、特に５００Ｈｚより高い周波数範囲における固体伝播音を検出す
るとよい。第１測定信号で検出される振動挙動は、特に２００Ｈｚより低い周波
数範囲で測定する。
【００１４】 好ましくは、第１および第２振動センサは異なる形式を持つ。その形式は、例
えば変位センサ、速度センサ、加速度センサである。異なる形式を選定すること
により、各周波数範囲に対し、周波数範囲で良好な解析と信号雑音間隔を保障す
る最良のセンサが用意できる。
【００１５】 本発明に基づく方法の有利な実施態様において、第１車両構成要素は、曲げ力
、ねじり力、引張り力、圧縮力および／又はせん断力で最も強く荷重される車両
の構成要素である。
【００１６】 特に第１車両構成要素は、軸受、車軸、レバー、バンパ或は車両の駆動構成要
素である。
【００１７】 好適には第２測定個所は、（第１車両構成要素と異なる）第２車両構成要素に
配置され、この構成要素は、走行台車の支持枠である。例えば第２車両構成要素
は、鉄道列車の台車の支持枠である。
【００１８】 第１車両構成要素上の第１測定個所で検出された測定信号は、例えば主に、第
１車両構成要素の場所的、立体的に限定された静的或は動的荷重（構造動特性）
についての情報を発信する。例えば第１車両構成要素は固有振動を生ずる。
【００１９】 固体伝播音を検出する第２測定信号は、第１測定信号と比較して車両の大きな
範囲、例えば列車台車全体にわたる累積情報を発信する。従って、第２測定個所
を選定する際、特別な場所にあまりこだわらない。むしろ第２測定個所は、例え
ば所謂支持枠のような、簡単に近づける車両構成要素に配置する。
【００２０】 両測定信号の情報内容が異なるので、特に該信号を組み合わせる利点がある。
【００２１】 第１および第２測定個所は、特にほぼ同じにできる。第１、第２測定信号の良
好な分離は、例えば高域および／又は低域通過フィルタにより達成できる。
【００２２】 本発明の方法の有利な実施態様では、評価装置で第１および第２測定信号から
実際特性値を形成する。この値は、例えば上述の両信号の異なる情報を含む。
【００２３】 実際特性値を、安全に機能する車両および／又は完全な走行路で求めた基準特
性値と比べ、実際特性値が基準特性値から所定の偏差値より大きくそれたとき、
報知信号を発するようにするとよい。
【００２４】 例えば評価装置で、各々時間分解済みの振動挙動を表す両測定信号から、フー
リエ変換により周波数スペクトルを導出する。この周波数スペクトルを、「良好
状態」を映す基準スペクトルと比較する。
【００２５】 本発明に基づく方法の有利な実施態様では、第１および第２測定信号を、車両
の車輪の回転運動と同期して検出する。
【００２６】 これにより、個々の測定点を、種々の車輪位置から車輪円周における種々の位
置の（時間分解済み）測定信号に割り当てられる利点がある。例えば、第１測定
信号から第２測定信号に属し、異なる車輪位置で得た２組の測定点を形成し、こ
の２組の測定点を、車輪の複数回転にわたり平均化する。鉄道列車の走行中に求
めた測定信号、つまり例えば車両および／又はレールの安全を害さない不規則性
或は利用するセンサでの確率的影響により雑音が生ずる。この統計学上の雑音は
平均値の形成により抑制し、これに対し周期的に繰り返す信号は強調できる。
【００２７】 本発明の他の実施態様では、車両の走行中、車両の車輪に超音波を入力し、走
行中車輪から出力される超音波部分を検出し、超音波信号を評価装置に導く。か
かる補助的なオンライン・超音波監視により、表面の内側深くに生ずる欠陥も超
音波で検出でき、車輪、特に鉄道列車の車輪の「内部」状態、即ちその内部にお
ける状態も監視できる。そのような欠陥は、場合により、第１および第２測定信
号のいずれにも表れない。上述の異なる周波数範囲は、先ず車両構成要素、特に
鉄道列車車輪の表面特性で影響される測定結果を生じ、この異なる周波数範囲で
の振動挙動の監視に関連し、特に包括的で信頼性のある情報が得られる。
【００２８】 装置に関する本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置において、第１車両構
成要素に設置され、該要素の５００Ｈｚより低い周波数範囲における振動挙動を
検出すべく調整された第１測定信号を発生する第１振動センサと、第１或は第２
車両構成要素に設置され、そこを伝播する固体伝播音を検出すべく調整された第
２信号を発生する第２振動センサと、第１および第２振動センサに接続され、第
１および第２測定信号が導入される評価装置とを設けることで解決される。
【００２９】 この装置は、特に本発明に基づく方法を実施するのに適している。その方法に
ついて上述した利点は、本発明に基づく装置にも当てはまる。
【００３０】 好適には、第２振動センサを、２００Ｈｚ、特に５００Ｈｚより高い周波数範
囲での固体伝播音を検出すべく調整する。第１振動センサは、例えば２００Ｈｚ
より低く調整する。
【００３１】 第１車両構成要素は、特に曲げ力、ねじり力、引張り力、圧縮力および／又は
せん断力で最も強く荷重される車両の構成要素である。
【００３２】 第１車両構成要素は、例えば軸受、車軸、レバー、バンパ或は車両の駆動構成
要素である。
【００３３】 第２車両構成要素は、特に車両の走行台車の支持枠である。
【００３４】 本発明に基づく方法のように、両振動センサは特に異なる形式を有する。
【００３５】 本発明に基づく装置の有利な実施態様において、第１振動センサは、変位検出
器、速度検出器或は加速度検出器である。
【００３６】 第２振動センサの周波数範囲で、発生する変位振幅或は速度振幅が非常に小さ
く、従って加速度が精確に測定できるので、第２振動センサは、好適には加速度
検出器である。
【００３７】 以下図示の実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００３８】 図１は、走行路５、例えば線路上を走行方向２に走行する車両１、例えば鉄道
列車の車両を示す。各走行台車７、例えば列車台車に、各４個の車輪３、即ち２
本の車軸が懸架されている。両走行台車７上に、２つの車体支持装置９を介し車
体１１が置かれている。車両１の両側の車輪３は、各１本の車軸１３を介して結
合されている（図２参照）。
【００３９】 車軸１３に設けた第１測定個所１４に、第１振動センサ１５を設けてある。こ
のセンサ１５は、ストレーンゲージ或は渦電流変位検出器として形成してある。
車軸１３は、第１車両構成要素１６を形成する。この第１車両構成要素１６の振
動挙動を、第１振動センサ１５によって、５００Ｈｚより低い周波数範囲で第１
測定信号として検出する。車両１の他方の車軸或は第１車両構成要素に匹敵して
荷重される別の車両構成要素に、もう１つの第１振動センサが付属する。この振
動センサにより、その車両構成要素の振動挙動を、５００Ｈｚより低い、好適に
は２００Ｈｚより低い周波数範囲で測定する。
【００４０】 走行台車７は第２車両構成要素１８を形成している。この構成要素１８の容易
に近づける個所に、第２測定個所１７が存在する。この個所１７に、第２振動セ
ンサ１９が付属している。この振動センサ１９は、圧電或は容量的に作動する加
速度センサとして形成され、このセンサで、走行台車７内を伝播する固体伝播音
（暗騒音）を検出する。固定伝播音は走行台車７内だけでなく、車輪３、車体１
１或は他の車両構成要素内も伝播し或はまたそこでも発生する。何れの場合も、
走行台車７に伝達され、この走行台車７に音響的に連結して設けた第２振動セン
サ１９に伝達される固体伝播音を測定する。
【００４１】 第１振動センサ１５の第１信号は信号リード、即ち信号配線２０を介して、第
２振動センサ１９の第２信号は信号リード、即ち信号配線２１を介して、車両１
に配置された評価装置２３に導かれる。場合により、この評価装置２３に、もう
１つの第１振動センサの測定信号も導かれる（多重チャネル評価装置）。信号リ
ードは無線通信でも実現できる。
【００４２】 図３は、評価装置２３の構成を詳細に示す。信号リードから信号配線２０、２
１は、各々まず第１信号用第１フィルタｆ１から第２信号用第２フィルタｆ２に
通じている。第１フィルタｆ１は限界周波数５００Ｈｚの低域通過フィルタ、第
２フィルタｆ２は限界周波数５００Ｈｚの高域通過フィルタである。
【００４３】 各フィルタｆ１、ｆ２の出力端は、評価装置２３の計算機２５に接続されてい
る。計算機２５において、フィルタ済み第１測定信号が、フィルタ済み第２測定
信号と結合され、実際特性値が形成される。この実際特性値は、記憶器に記憶さ
れた基準特性値と比較される。例えば計算機２５でフーリエ変換が行われる。実
際特性値が基準特性値から所定の偏差値より大きくそれた場合、表示装置２９に
より報知信号が発せられる。この表示装置２９は、車両１並びに離れて配置され
た別の定置監視台に配置され、評価装置２３に無線等で接続されている。
【００４４】 図２に示すように、車軸１３に車輪位置センサ３１が配置してある。このセン
サ３１は、例えば光学的に、車軸１３の周期的な反射マークを走査し、そこから
車輪位置信号を発生する。この信号を、配線３３を介して計算機２５に導く（図
３参照）。かくして、第１および／又は第２測定信号が車輪回転と同期し、車輪
回転運動中に時間的に連続して受ける第１および／又は第２測定信号の成分に、
車輪円周における具体的な位置が割り当てられる。この割り当てに伴い、計算機
２５において、信号雑音比が所定の閾値を超過する迄、車輪の多くの回転数にわ
たり、第１および／又は第２測定信号の平均化を行う。
【００４５】 図２は更に、超音波センサ３５を概略的に示す。このセンサ３５は車両１の車
輪３に付属し、車輪内の超音波を検知する。超音波センサ３５は、例えば反射モ
ード（インパルス−エコー−モード）で運転され、その際に発生した超音波信号
が、配線３７を介し評価装置２３に導かれる（図３参照）。この超音波信号は、
評価装置２３において第１および／又は第２測定信号に連結され、車輪状態につ
いて特に確実な情報が得られる。
【００４６】 フィルタｆ１、ｆ２および／又は評価装置２３の他の構成部分は、アナログ電
子回路並びにデジタル素子として実現される。
【００４７】 本発明に基づく方法および／又は装置によって、鉄道列車の代わりに、トラッ
ク、特に危険物運搬車も監視できる。
【００４８】 第１および第２振動センサは、表１のように組み合わせると特に有利である。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく装置を備えた車両の概略側面図。
【図２】 図１における車両の車軸の斜視図。
【図３】 本発明に基づく装置の評価装置のブロック図。
【符号の説明】
１ 車両（鉄道列車） ３ 車輪 ５ 走行路（レール） １３ 車軸 １４ 第１測定個所 １５ 第１振動センサ １６ 第１車両構成要素 １７ 第２測定個所 １８ 第２車両構成要素 １９ 第２振動センサ ２３ 評価装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アインツマン、クラウス ドイツ連邦共和国 デー‐91350 グレム スドルフ リングシュトラーセ 13アー (72)発明者 グランツ、ベルント ドイツ連邦共和国 デー‐90522 オベラ スバッハ レオンハルトシュトラーセ ６ (72)発明者 フォン イエナ、アレキサンダー ドイツ連邦共和国 デー‐81541 ミュン ヘン シュリールゼーシュトラーセ ９ (72)発明者 マウスナー、ゲルト ドイツ連邦共和国 デー‐90480 ニュル ンベルク グライスハンマーシュトラーセ 100 (72)発明者 マイヤー、ライナー ドイツ連邦共和国 デー‐91058 エルラ ンゲン テッツェルヴェーク １ (72)発明者 ゴーグル、エルンスト オーストリア国 アー‐8010 グラーツ シュティフティングタールシュトラーセ 117アー (72)発明者 ゲルハルト、デトレフ ドイツ連邦共和国 デー‐81739 ミュン ヘン グスタフ‐ハイネマン‐リング 69 (72)発明者 リーガー、デトレフ ドイツ連邦共和国 デー‐85598 バルト ハム カルヴェンデルプラッツ ５ (72)発明者 ミュレンブルック、マンフレート ドイツ連邦共和国 デー‐47804 クレフ ェルト フォルストヴァルトシュトラーセ 708 (72)発明者 ムラヴァ、フランツ ドイツ連邦共和国 デー‐44805 ボッフ ム イン デン ベッケン 11アー (72)発明者 シュナイダー、ユルゲン ドイツ連邦共和国 デー‐44797 ボッフ ム ハールホルツァー シュトラーセ ２ Ｆターム(参考） 2G064 AA14 AB07 AB08 AB15 AB22 CC06 CC13 CC43 CC57 CC62 DD06

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両（１）の走行中に、車両（１）上の複数の測定個所で、
    車両構成要素の振動挙動を検出すべく車両（１）、特に鉄道列車および／又は走
    行路（５）、特に鉄道レールを監視する方法において、 第１測定個所（１４）で、第１車両構成要素（１６）の振動挙動を、５００Ｈ
    ｚより低い周波数範囲を検出すべく調整した第１振動センサ（１５）により第１
    信号として検出し、第２測定個所（１７）で、固体伝播音を検出すべく調整した
    第２振動センサ（１９）により第２測定信号として検出し、第１および第２測定
    信号を評価装置（２３）に導くことを特徴とする車両、特に鉄道列車および／又
    は走行路、特に鉄道レールを監視する方法。
  2. 【請求項２】 ２００Ｈｚ、特に５００Ｈｚより高い周波数範囲の固体伝播
    音を検出することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 第１車両構成要素が、曲げ力、ねじり力、引張り力、圧縮力
    および／又はせん断力で最も強く荷重される車両（１）の車両構成要素であるこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 第１車両構成要素（１６）が、車両（１）の駆動構成要素、
    軸受、車軸（１３）、レバー或はバンパであることを特徴とする請求項１から３
    の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 第２測定個所（１７）を、走行台車（７）の支持枠である第
    ２車両構成要素（１８）に配置することを特徴とする請求項１から４の１つに記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 評価装置（２３）において、第１および第２測定信号から、
    実際特性値を形成することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 実際特性値を、安全に機能する車両および／又は完全な走行
    路（５）で求めた基準特性値と比較し、実際特性値が基準特性値から所定の偏差
    値以上にそれたとき、報知信号を発することを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 第１および第２測定信号を、車両（１）の車輪（３）の回転
    運動と同期して検出することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 車両（１）の走行中、車両（１）の車輪（３）に超音波を入
    力し、走行中に車輪（３）から出力される超音波部分を検出し、その際発生する
    超音波信号を評価装置（２３）に導くことを特徴とする請求項１から８の１つに
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 車両（１）に場所的に分布して配置した複数の振動センサ
    で、車両（１）の走行中、車両（１）、特に鉄道列車および／又は走行路（５）
    、特に鉄道レールを監視する、請求項１から９の１つに記載の方法を実施するた
    めの監視装置において、 第１車両構成要素（１６）に設置され、該要素（１６）の５００Ｈｚより低い
    周波数範囲での振動挙動を検出すべく調整され、第１測定信号を発生する第１振
    動センサ（１５）と、第１又は第２車両構成要素（１６、１８）に設置され、そ
    こを伝播する固体伝播音を検出すべく調整され、第２信号を発生する第２振動セ
    ンサ（１９）と、第１および第２振動センサ（１５、１９）に接続され、第１お
    よび第２測定信号が導入される評価装置（２３）とを備えることを特徴とする車
    両の走行中に車両および／又は走行路を監視する装置。
  11. 【請求項１１】 第２振動センサ（１９）が、２００Ｈｚ、特に５００Ｈｚ
    より高い周波数範囲の固体伝播音を検出すべく調整されたことを特徴とする請求
    項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 第１車両構成要素（１６）が、曲げ力、ねじり力、引張り
    力、圧縮力および／又はせん断力で最も強く荷重される車両（１）の車両構成要
    素であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 第１車両構成要素（１６）が、軸受、車軸（１３）、レバ
    ー、バンパ或は車両（１）の駆動構成要素であることを特徴とする請求項１０か
    ら１２の１つに記載の装置。
  14. 【請求項１４】 第２車両構成要素（１８）が、車両（１）の走行台車（７
    ）の支持枠であることを特徴とする請求項１０から１３の１つに記載の装置。
  15. 【請求項１５】 第１振動センサ（１５）が、変位検出器、速度検出器又は
    加速度検出器であることを特徴とする請求項１０から１４の１つに記載の装置。
  16. 【請求項１６】 第２振動センサ（１９）が加速度検出器であることを特徴
    とする請求項１０から１５の１つに記載の装置。
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