WO2023046376A1 - System zur zustandsüberwachung von elektrisch angetriebenen fahrzeugen - Google Patents

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WO2023046376A1
WO2023046376A1 PCT/EP2022/073030 EP2022073030W WO2023046376A1 WO 2023046376 A1 WO2023046376 A1 WO 2023046376A1 EP 2022073030 W EP2022073030 W EP 2022073030W WO 2023046376 A1 WO2023046376 A1 WO 2023046376A1
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WO
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pantograph
vehicle
data
sensor
azd
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PCT/EP2022/073030
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian BÜHS
Helge Molthan
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • the invention relates to a system for monitoring the condition of electrically driven vehicles according to the preamble of patent claim 1 .
  • pantographs for feeding electrical energy from an electrical overhead line system into a vehicle are subject to operational wear and tear and can suffer defects, for example, from external mechanical violence or from electrical errors or faults.
  • a worn or defective pantograph can not only affect the energy feed into the vehicle, but also harbors the risk of damaging the overhead contact line system and causing other hazards.
  • a failure of the overhead contact line system also prevents all vehicles driving on the route with damaged overhead lines from drawing energy and should be avoided.
  • the operational suitability of pantographs is checked in different ways. Systems are known which monitor particularly critical components of the pantograph, such as the carbon contact pieces of the contactor, during vehicle operation. The general condition of pantographs is assessed type-specifically as part of maintenance work outside of vehicle operation by visual inspection.
  • pantographs for road vehicles, this is of great importance, as these are significantly more complex and diverse than pantographs for rail vehicles.
  • European patent application EP 2 312 269 A1 shows a system for inspecting current collectors with at least one light source illuminating the current collector and at least one camera.
  • the camera is connected to a processor that evaluates the images to determine the condition of the pantograph.
  • the light source is designed as a laser, which forms several parallel laser lines on the current collector.
  • At least one analysis module in the processor compares the recorded laser lines with predetermined parameters and/or patterns in order to detect unevenness in the surface of the carbon grinding piece and uneven wear of the carbon grinding piece.
  • the processor is also able to calculate the thickness of the carbon grinding piece.
  • the state of the horn of the pantograph is determined by means of the camera or at least one sensor unit connected to the processor.
  • this known system requires precise information about the type and structure of the pantograph, in particular about the carbon contact strip and the horn.
  • a system for detecting a state of a pantograph of an electrically driven vehicle is known from the international patent application WO 2015/007718 A2. It includes a video camera device for taking digital pictures of the pantograph and an image evaluation device for evaluating the recorded pictures using data.
  • the current collector has optically detectable markings whose position and/or shape and/or area and/or color can be automatically detected by the image evaluation device.
  • the marking of the pantograph extends in the direction of wear, with its position and/or shape and/or surface area and/or color changing with increasing wear.
  • the sanding strip has a continuous marking or several spaced markings over its working width marks on . This known system requires special markings on the rubbing strip.
  • the invention is therefore based on the object of providing a generic system which overcomes the aforementioned disadvantages.
  • Such a system is designed and provided for monitoring the status of electrically driven vehicles, in particular road vehicles but also rail vehicles, which have a pantograph for feeding in electrical energy from an electrical catenary system installed along a route traveled by the vehicle.
  • a system comprises a sensor device arranged on the roadway side and having sensor units for determining actual status data of pantographs of passing vehicles from sensor data recorded by the sensor units. It also includes an evaluation device for the automated detection of discrepancies between the recorded actual status data of a pantograph and target status data of this pantograph.
  • the evaluation device has a memory unit for storing target status data of pantographs, which is generated automatically by machine learning from a large number of actual status data of the pantographs determined in a learning phase of the evaluation device. Furthermore, the evaluation device has a recognition unit that accesses the storage unit for recognizing the deviations by means of a trained neural network. In addition, the evaluation device has a reporting unit for transmitting status reports indicating a detected deviation to one or more output devices of report receivers. In the learning phase, actual status data from pantographs is recorded and analyzed using machine learning algorithms until a target status for each type of pantograph is automatically modeled. The modeled target states can be continuously improved by newly recorded actual state data during the operating phase of the evaluation device.
  • target status data are modeled after a sufficient number of actual status data have been recorded.
  • Newly generated or improved target status data for a type of pantograph are stored in the memory unit.
  • the recognition unit accesses the storage unit in order to compare the detected actual status data of a pantograph mounted on a vehicle passing the sensor device with target status data of this type of pantograph stored in the memory unit. This comparison takes place automatically by means of a trained neural network and provides recognized deviations in the actual status data from the target status data.
  • the actual status data recorded by the sensor device and the modeled target status data of the various types of pantographs are used as training data.
  • Deviations can be detected by the sensor units as a result of wear, cracks and spalling on the contact strips, as well as bent, damaged and incorrectly positioned or missing components of the pantograph. How critical the detected deviations are can also be assessed in a training phase by the interaction of people and algorithms of the neural network. If a deviation is detected, depending on the degree of deviation, a status report can be transmitted to an output device of a message receiver by means of the reporting unit.
  • the status report to a driver of a detected vehicle can contain an ironing command to lower the pantograph analyzed to avoid damage to be avoided on the catenary system due to a defective or worn pantograph.
  • the ironing command can also be transmitted directly to a control unit of the pantograph in order to trigger an automatic lowering of the pantograph if necessary.
  • the status message can also contain information described below and can be transmitted to other appropriate message recipients.
  • the sensor device has one or more sensor units for detecting sensor data representing geometric variables of the pantograph.
  • One or more of the sensor units can be designed as a video camera for capturing video image data of the pantograph. Additionally or alternatively, one or more of the sensor units can be designed as a radar detector for acquiring radar image data of the pantograph. Additionally or alternatively, one or more of the sensor units can be designed as a laser scanner or as a time-of-flight camera for capturing 3D point cloud data of the pantograph. Sensor units can capture sensor data of the pantograph from different perspectives in order to be able to determine the desired geometrical parameters of the pantograph by merging the sensor data.
  • lengths, distances, positions, radii, angles, positions as well as corners, edges and surfaces of components of the pantograph come into consideration as geometric variables.
  • the dimensions and the position angle of the contact strips of the pantograph in particular the height of the contact piece that describes the current wear profile, as well as the position, size and depth of cracks and eruptions in the contact piece can be recorded.
  • the dimensions and position of other components of the current collector on a vehicle can also be recorded as geometric parameters of the current collector, for example discharge horns arranged on the sides of the contact strips, rockers carrying the contact strips, articulated support rods carrying the rockers and isolators and the same .
  • the detection unit can recognize residual heights of the contact piece profile in millimeters or as a percentage compared to a new contact piece and the presence, positions and dimensions of cracks and breakouts in the contact piece as deviations. Deflections, damage, misalignments or the absence of components of the pantograph can also be recognized as discrepancies between actual and target status data. A misalignment is recognized in particular when components of the pantograph protrude above a contact level defined by the contact strips of a seesaw to the contact wire.
  • the sensor device has one or more sensor units for detecting sensor data representing thermodynamic variables of the current collector and/or sensor data representing acoustic variables of the current collector and/or sensor data representing electromagnetic field variables of the current collector.
  • One of the sensor units can be designed as a thermographic camera, for example, and can record a temperature distribution on the component surfaces of a current collector.
  • Another of the sensor units can be designed as a microphone, for example, and can record noises emitted by the current collector.
  • An actual state deviates from a target state of the pantograph, which can be determined by operational wind noise and noise from sliding contact between the contact strip and the contact wire, due to unusual noises such as grinding, rattling and the like, which indicates loose, incorrectly positioned or hanging parts of the pantograph close.
  • Another of the sensor units can be designed, for example, as a field strength measuring device and detect electric and/or magnetic field strengths in the area of the pantograph. From the deviations between actual and target status data, faults in electrical components that lead to increased emission values of electromagnetic fields can be inferred.
  • the evaluation device has an annotation unit which is designed to recognize from recorded sensor data whether a vehicle has a pantograph and to determine what type of pantograph it is, and off Sensor data to annotate actual status data and target status data determined by adding type data representing the specific type of pantograph.
  • the evaluation device is designed to obtain identity data identifying the vehicle from sensor data recorded for a passing vehicle, and to assign the obtained identity data of the vehicle to the determined actual status data of the pantograph of this vehicle.
  • a vehicle's identification data can be, for example, the registration number on a number plate or another identification feature on the pantograph or on the vehicle, which can be obtained by algorithms for automatic number plate recognition.
  • This vehicle identification preferably takes place in a step upstream of the deviation detection, in order to improve the associated vehicle by a subsequently detected deviation of the actual data from the target status data of a pantograph to be able to assign.
  • the vehicle's identity data can be added to a status report about detected deviations of its pantograph.
  • the evaluation device also has a database in which identity data from vehicles with pantographs are stored, and a comparison unit for comparing identity data obtained from detected sensor data with identity data stored in the database.
  • identity data obtained from detected sensor data with identity data stored in the database.
  • the type of pantograph installed in this vehicle could also be stored in the database. From the number plate comparison, the comparison unit recognizes the vehicles with pantographs among the many road vehicles approaching or passing the sensor device.
  • the sensor device only has to collect sensor data from vehicles with pantographs and make them available for evaluation. In the case of vehicles with lowered pantographs in particular, it is more difficult to identify whether the vehicle has a pantograph without knowing the identity date.
  • the system according to the invention comprises a trackside measuring device for detecting a pantograph contacting a contact wire of the overhead contact line system of a vehicle approaching the sensor device, with the measuring device being designed to detect a lift of the contact wire caused by the pantograph and/or a to measure the pantograph conditional height of the vehicle, and to transmit a registration signal to the sensor device upon detection of a vehicle with pantograph.
  • the measuring device Seen in the direction of travel, the measuring device is located in front of the sensor device. It can have a light barrier that scans under the contact wire of the overhead line system and is triggered by a wired pantograph.
  • the measuring device can have a distance sensor arranged above the contact wire, which measures the uplift of the contact wire caused by the pantograph.
  • the sensor device can be activated.
  • the contact force acting between the contact strips and the contact wire can also be deduced from the measured contact wire lift.
  • the contact force can also be recorded as part of the status data. If the actual state deviates from the target state, it can be concluded that the pantograph's lifting device is faulty or that the height of the contact wire is abnormal.
  • the reporting unit is designed to transmit a status report to a vehicle-side output device for a vehicle driver of the vehicle affected by the deviation, and/or an operating center-side output device for a holder or operator of the deviation-related vehicle vehicle, and/or an operations control center-side output device for an operator of the overhead line system contacted by the vehicle concerned by the deviation, and/or a police center-side output device of a police center responsible for the route traveled by the vehicle concerned with the deviation.
  • a status message can have different information content in connection with a detected deviation from actual to target status data of a monitored pantograph.
  • the driver of the vehicle in question can be given a command to disconnect the pantograph in the event of serious deviations or an instruction to maintain or repair the pantograph in the event of simpler deviations via a status message.
  • the vehicle-side output device can be formed by a control lamp and/or a display screen in the driver's cab.
  • the owner or operator of the vehicle in question for example a freight forwarder whose fleet includes the vehicle in question, can receive additional information about preventive maintenance in the event of minor deviations via a status report.
  • the operator of the overhead line system and/or the Monitoring system according to the invention can receive a status report information about vehicles that have been temporarily excluded from the use of the overhead line system due to the determined I st state of the pantograph.
  • the operator of the system can be the Federal Office for Goods Transport. It can receive information on the condition of a pantograph via a status report and ensure that vehicles with damage to the pantograph do not use the overhead contact line system until the damage has been repaired in order to avoid consequential damage to the infrastructure. In order to enforce such bans, the police can be informed at the same time about status reports. Status reports can be transmitted to central output devices by e-mail or via a short message service (SMS) or other electronic methods.
  • SMS short message service
  • a status report can include information about the time and place of the condition monitoring carried out, the vehicle registration number of the vehicle of the monitored pantograph, the type and, if applicable, the manufacturer of the monitored pantograph, the width, length and remaining height of contact strips of the monitored pantograph, about damage contact parts of the monitored pantograph such as the position and depth and size of cracks or eruptions, the angle of the contact strips of the monitored pantograph relative to the contact wire, the temperature, noise or field deviations from the target state of the monitored pantograph, loose, damaged or missing components such as horns or rockers of the monitored pantograph, or via the contact force exerted on the contact wire by the monitored pantograph. Reporting limits for the various deviations can be defined in the evaluation device, once which the transmission of status reports is triggered.
  • the sensor device is used to determine actual status data from other vehicle parts. of the vehicles, and the evaluation device is designed for the automated detection of discrepancies between the recorded actual status data of a further vehicle part and target status data of this further vehicle part.
  • the evaluation device is designed for the automated detection of discrepancies between the recorded actual status data of a further vehicle part and target status data of this further vehicle part.
  • other vehicle parts can be monitored in an analogous manner with the system according to the invention, provided their condition can be detected by sensor units of the sensor device directly or by combination or fusion of the sensor data.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention for monitoring the condition of a pantograph of a vehicle in a side view
  • FIG. 2 is a perspective view of a type of current collector to be monitored.
  • an electrically driven vehicle 1 obtains electrical energy from an electrical overhead line system 3 by means of a pantograph 4 while driving on a route 2 .
  • the vehicle 1 is designed as a diesel-electrically driven semitrailer tractor, which travels on a route 2 designed as a multi-lane trunk road or motorway.
  • the vehicle 1 can be designed as a locomotive, train or tram, which travels on a route 2 designed as a track.
  • the overhead contact line system 3 provides electrical energy for the vehicle 1 via at least one contact wire 5 running above an electrified lane of the guideway 2 , which is suspended in a manner known per se from suspension cables 7 via hangers 6 .
  • the overhead contact line system 3 is designed with two poles. det, ie has two catenaries running side by side with contact wires 5 designed as forward and return conductors.
  • the catenaries are supported by side brackets 9, which are fastened to masts 10 placed on the side of the guideway 2 and protrude from them over the guideway 2.
  • the vehicle 1 comprises an electric or hybrid electric traction drive 11 , for the supply of which with traction energy the pantograph 4 is provided, which is supported for example via its main frame 12 on the vehicle frame 13 of the vehicle 1 .
  • the type of current collector 4 shown in FIG. 2 has, for example, a pantograph-like adjustable support linkage with a lower arm 14 and an upper arm 15 connected to it in an articulated manner.
  • the lower arm 14 is supported on the vehicle side on a base joint 16, while the upper arm 15 on the contact wire side per contact pole carries a contact rocker 17 with two sliding strips 18 arranged one behind the other in the longitudinal direction X of the vehicle.
  • the elongated contact strips 18 extend in the transverse direction Y of the vehicle and are equipped at their lateral ends with discharge horns 19 bent downwards.
  • a lifting device 20 designed as an air bellows, the support linkage can be set up, whereby the grinding strips 18 can be raised from a lower rest position into an upper contact position according to FIG.
  • the pantograph 4 In order to raise the contact plane defined by the contact strips 18 in parallel, the pantograph 4 includes a known parallel guide linkage made up of tie rods 21 and coupling rods, not shown in detail, which articulately connect the lower arm 14 to the contact rockers 17 . In the contact position, the contact strips 18 of a contact pole are pressed against the contact wire 5 assigned to this contact pole in order to establish an electrical contact.
  • a system 22 for monitoring a state of electrically driven vehicles 1, which system is also referred to as monitoring system 22 or state monitoring system 22 in the following description becomes .
  • monitoring system 22 can also be used to monitor the status of other vehicle parts 4', for example body parts, window panes, add-on parts, vehicle wheels and the like.
  • the monitoring system 22 comprises a sensor device 23 with one or preferably a plurality of sensor units 24 arranged on the road side at predefined measurement cross-sections in the network of the roads 2 traveled by the vehicles 1 .
  • the sensor units 24 capture sensor data SD, from which actual status data ZDI of pantographs 4 and possibly of other vehicle parts 4' of passing vehicles 1 are determined.
  • the sensor units 24 are preferably attached to scaffolding, gantries, or other infrastructure facilities in the area of the roadway 2 above passing vehicles 1 and may be differently positioned and aligned to record the sensor data SD required to determine the actual status data ZDI.
  • the system 22 includes an evaluation device 25 for the automated detection of deviations AZD between the recorded actual status data ZDI of a pantograph 4 and target status data ZDS of this type of pantograph 4 .
  • the evaluation device 25 has a storage unit 26 for storing desired status data ZDS from pantographs 4 .
  • the target status data ZDS are automatically generated by machine learning from a large number of actual status data ZDI of the pantographs 4 determined in a learning phase of the evaluation device 25 .
  • the evaluation device 25 has a recognition unit 27 that accesses the memory unit 26 for recognizing the deviations AZD. Deviations AZD are detected by means of a trained neural network.
  • the evaluation device 25 has a reporting unit 28 for transmitting status reports ZM indicating a detected deviation AZD to one or more output devices 29 of report receivers.
  • the sensor device 23 has one or more sensor units 24 for detecting sensor data SDG representing geometric variables of the pantograph 3 .
  • One or more of the sensor units 24 can be designed as a video camera 24V for capturing video image data of the pantograph 4 .
  • one or more of the sensor units 24 can be embodied as a radar detector 24R for acquiring radar image data of the pantograph 4 .
  • one or more of the sensor units 24 can be designed as a laser scanner 24L or as a time-of-flight camera for capturing 3D point cloud data of the pantograph 4 .
  • These sensor units 24V, 24R, 24L can capture sensor data SDG of the pantograph 3 from different viewing directions in order to be able to determine the desired geometric variables of the pantograph 4 by merging the sensor data SDG.
  • lengths, distances, positions, radii, angles, positions as well as corners, edges and surfaces of components of the current collector 4 come into consideration as geometric parameters.
  • the dimensions and the position angle of contact strips 18 of the current collector 4 in particular the heights of the contact piece describing the current wear profile, and the position, size and depth of cracks and eruptions in the contact piece can be recorded.
  • Dimensions and position of other components of the current collector 4 on a vehicle 1 can also be recorded as geometric parameters of the current collector 4, for example discharge horns 19 arranged to the side of the contact strips 18, contact rockers 17 carrying the contact strips 18, one of the contact rockers 17 bearing articulated support rods 14, 15 and I solators and the like.
  • detection unit 27 can show residual heights of the contact piece profile in millimeters as deviations AZD or as a percentage in comparison to a new contact piece of the contact strips 18 and the presence, positions and dimensions of cracks and eruptions in the contact piece know .
  • Bending, damage, misalignments or the absence of components of the pantograph 4 can also be recognized as deviations AZD between actual ZDI and target status data ZDS.
  • a misalignment is recognized in particular when components of the pantograph 4 protrude upwards beyond a contact plane defined by the contact strips 18 of a contact rocker 17 to the contact wire 5 .
  • the sensor device 23 can have one or more sensor units 24 for detecting sensor data SDT representing thermodynamic variables of the pantograph 4 .
  • One of the sensor units 24 can be designed, for example, as a thermographic camera 24T and can record a temperature distribution on the component surfaces of a current collector 4 .
  • deviations AZD can be identified and localized, for example, unusual hot spots that can be caused, for example, by narrowed electrical conductor cross sections.
  • abnormally high temperatures on contact strip 18 or contact wire 5 can be detected as deviation AZD.
  • the sensor device 23 can have one or more sensor units 24 for detecting sensor data SDA representing acoustic variables of the pantograph 4 .
  • One of the sensor units 24 can, for example, be in the form of a microphone 24M and can record noises emitted by the current collector 4 .
  • an actual state ZDI can be caused by unusual noises, such as grinding, rattling and the like, deviations AZD differ, which suggests loose, misaligned or hanging components of the pantograph 4.
  • the sensor device 23 can have one or more sensor units 24 for detecting sensor data SDE representing electromagnetic field variables of the pantograph 4 .
  • One of the sensor units 24 can be designed, for example, as a field strength measuring device 24E and can record electric and/or magnetic field strengths in the area of the current collector 4 . From the deviations AZD between actual ZDI and target status data ZDS, faults in electrical components of the pantograph 4, which lead to increased emission values of electromagnetic fields, can be inferred.
  • the sensor device 23 can have one or more sensor units (not shown) for detecting sensor data representing vibrations of the pantograph 4 .
  • One of the sensor units can be designed as an acceleration sensor, for example, in order to detect vibration patterns of vibrating parts of the current collector 4 .
  • actual status data ZDI of pantographs 4 is recorded and analyzed by means of machine learning algorithms until target status data ZDS is automatically modeled for each type of pantograph 4.
  • the modeled target status data ZDS can be continuously improved by newly recorded actual status data ZDI during the operating phase of the evaluation device 25 .
  • additional target status data ZDS are modeled after a sufficient number of actual status data ZDI have been recorded.
  • Newly generated or improved target status data ZDS for a type of pantograph 4 are stored in the storage unit 26 .
  • the detection unit 27 accesses the storage unit 26 in order to compare the detected actual status data ZDI of a pantograph 4, which is mounted on a vehicle 1 passing the sensor device 23, with the target status data ZDS stored in the storage unit 26 to compare this pantograph type 4 .
  • This comparison is carried out automatically using a trained new ronal network and supplies recognized deviations AZD of the actual status data ZDI from the desired status data ZDS.
  • the actual status data ZDI recorded by the sensor device 23 and the modeled target status data ZDS of the various types of pantographs 4 are used as training data.
  • actual status data ZDI annotated by specialists through visual inspection with regard to existing deviations AZD from target status data ZDS can also be included.
  • Deviations AZD can be detected by the sensor units 24 wear and tear, cracks and spalling on contact strips 18 and bent, damaged and misaligned or missing components of the pantograph 4, but also abnormal temperatures, noise and electromagnetic field emissions. How critical the detected deviations AZD are can also be assessed in a training phase by people and algorithms of the neural network interacting.
  • a status message ZM can be transmitted to an output device 29 of a message receiver by means of the message unit 28 depending on the degree of the deviation.
  • the status report ZM to a driver of a detected vehicle 1 can contain an ironing command to lower the analyzed pantograph 4 in order to avoid damage to the overhead line system 3 by the defective or worn pantograph 4 .
  • the status message ZM can also contain information that is described further below and can be transmitted to other appropriate message receivers.
  • the evaluation device 25 has an annotation unit 30 which is designed to recognize from the detected sensor data SD whether a vehicle 1 has a pantograph 4 .
  • the annotation unit 30 is also designed to determine the type of pantograph 4 .
  • the annotation unit 30 then annotates actual status data ZDI and target status data ZDS determined from sensor data SD, each by adding the specific type of pantograph 4 representing type data TD .
  • This can be both the learning and Improve the training phase and the operating phase of the system 22, since the stock of target status data ZDS to be compared is significantly restricted by knowledge of the pantograph type 4 corresponding to the actual status data ZDI.
  • the information about the current collector type TD relating to the deviation AZD can be added to the status report ZM.
  • the evaluation device 25 is also designed to obtain identity data ID identifying the vehicle 1 from sensor data SD recorded for a passing vehicle 1, and to assign the obtained identity data ID of the vehicle 1 to the determined actual status data ZDI of the pantograph 4 of this vehicle 1. This can be done, for example, by the annotation unit 30 .
  • the identity data ID of a vehicle 1 can be, for example, the registration number on a number plate or another identification feature on the pantograph 4 or on the vehicle 1, which can be obtained by algorithms for automatic number plate recognition. This vehicle identification preferably takes place in a step preceding the deviation detection, in order to be able to better assign a subsequently detected deviation AZD of the actual ZDI from the target status data ZDS of a pantograph 4 to the associated vehicle 1 .
  • the identity data ID of the vehicle 1 can be added to a status report ZM about detected deviations AZD of its pantograph 4 .
  • the evaluation device 25 also has a database 31 in which identity data ID of vehicles 1 with pantographs 4 are stored.
  • the evaluation device 25 has a comparison unit 32 for comparing identity data ID obtained from detected sensor data SD with identity data ID stored in the database 31 .
  • type data TD of the pantograph 4 installed in this vehicle 1 could also be stored in the database 31 .
  • the comparison unit 32 recognizes those vehicles with current collectors 4 from the number plate comparison among the many vehicles 1 approaching or passing the sensor device 23 .
  • the sensor device 23 only has to record sensor data SD from vehicles 1 with pantographs 4 and make them available for evaluation. Particularly in the case of vehicles 1 with lowered pantographs 4, it is more difficult to recognize without knowledge of the identity data ID whether it is a vehicle 1 with a pantograph 4.
  • the system 22 can have a measuring device 33 on the route side for detecting a pantograph 4 of a vehicle 1 approaching the sensor device 23 and making contact with a contact wire 5 of the overhead contact line system 3 .
  • the measuring device 33 is designed to measure an uplift of the contact wire 5 caused by the pantograph 4 and has, for example, a distance sensor arranged above the contact wire 5, which measures the lift of the contact wire 5 caused when a pantograph 4 is slipping over the contact wire 5 , and to transmit a registration signal AS to the sensor device 23 upon detection of a vehicle 1 with pantograph 4 .
  • the measuring device can measure the height of the vehicle 1 caused by the installed pantograph 4 by having a light barrier that scans under the contact wire 5 of the overhead line system 3 and is triggered by a wired pantograph 4 .
  • the measuring device 33 is located in front of the sensor device 23 as viewed in the direction of travel of the vehicle 1 .
  • the sensor device 23 can be activated.
  • the contact force FK acting between contact strips 18 and contact wire 5 can also be deduced from the measured contact wire lift.
  • the contact force FK can also be recorded as part of the actual status data ZDI.
  • the message unit 28 is designed to transmit a status message ZM to an output device 29 of a message receiver.
  • a status report ZM can have different information content in connection with a detected deviation AZD from actual ZDI to target status data ZDS of a monitored pantograph 4 .
  • the output device 29 can be a vehicle-side output device 29F for a vehicle driver of the vehicle 1 affecting the deviation AZD.
  • the driver of the vehicle 1 in question can be given a command to disconnect the current collector 4 in the event of serious deviations AZD or an instruction to maintain or repair the current collector 4 in the event of simpler deviations AZD via a status report ZM.
  • the vehicle-side output device 29F can be formed by a control lamp and/or a display screen in the driver's cab 34 of the vehicle 1 .
  • the output device 29 can also be a central output device 29Z of a central office 35 .
  • the central office 35 can be maintained by a keeper or operator of the vehicle 1 affected by the deviation AZD, for example a freight forwarder whose fleet includes the affected vehicle 1 . Via a status report ZM, it can also receive information on preventative maintenance in the event of minor deviations AZD.
  • the central office 35 can also be maintained by an operator of the overhead line system 3 contacted by the vehicle 1 affected by the deviation AZD or of the system 22 recognizing the deviations AZD.
  • the operator of the overhead contact line system 3 and/or the monitoring system 22 can receive information about vehicles 1 via a status report ZM that have been temporarily excluded from using the overhead contact line system 3 based on the determined actual status data ZDI of the pantograph 4 .
  • the operator of the system 22 can be the Federal Office for Goods Transport.
  • a status report ZM can provide information on the status of a pantograph 4 maintain and ensure that vehicles 1 with damage to the pantograph 4 do not use the overhead line system 3 until the damage has been repaired in order to avoid consequential damage to the infrastructure.
  • the central office 35 can also maintain the police, which is responsible for the route 2 traveled by the vehicle 1 relating to the deviation AZD. In order to enforce bans on contacting the overhead line system 3, the police can be informed in parallel via status reports ZM.
  • Status reports ZM can be transmitted to central output devices 29Z by e-mail or via a short message service (SMS) or via another electronic method.
  • SMS short message service
  • a status report ZM can contain information about the time and location of the condition monitoring carried out, the vehicle registration number ID of the vehicle 1 of the monitored pantograph 4, type data TD and, if applicable, the manufacturer of the monitored pantograph 4, the width, length and remaining height of contact pieces of the monitored pantograph 4, about damage to contact pieces of the monitored pantograph 4 such as the position and depth and size of cracks or eruptions, about the position angle of contact strips 18 of the monitored pantograph 4 relative to the contact wire 5, about temperature, noise or field deviations from the Target condition of the monitored pantograph 4 , via loose, damaged or missing components such as discharge horns 19 or contact rockers 17 of the monitored pantograph 4 , or via the contact force of the monitored pantograph 4 exerted on the contact wire 5 .
  • Reporting limits for the various deviations AZD can be defined in the evaluation device 25, once which the transmission of status reports ZM is triggered.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (22) zur Zustandsüberwachung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (1), welche einen Stromabnehmer (4) zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer entlang eines vom Fahrzeug (1) befahrenen Fahrweges (2) installierten, elektrischen Oberleitungsanlage (3) aufweisen. Es umfasst eine fahrwegseitig angeordnete, Sensoreinheiten (24V,24L,24M,24R,24T,24E) aufweisende Sensoreinrichtung (23) zur Ermittlung von Ist-Zustandsdaten (ZDI) von Stromabnehmern (4) passierender Fahrzeuge (1) aus von den Sensoreinheiten (24V,24L,24M,24R,24T,24E) erfassten Sensordaten (SD), und eine Auswertungseinrichtung (25) zur automatisierten Erkennung von Abweichungen (AZD) zwischen den erfassten Ist-Zustandsdaten (ZDI) eines Stromabnehmers (4) und Soll-Zustandsdaten (ZDS) dieses Stromabnehmers (4). Erfindungsgemäß weist die Auswertungseinrichtung (25) eine Speichereinheit (26) zur Speicherung von Soll-Zustandsdaten (ZDS) von Stromabnehmern (4), die automatisiert durch maschinelles Lernen aus einer Vielzahl von in einer Lernphase der Auswertungseinrichtung (25) ermittelten Ist-Zustandsdaten (ZDI) der Stromabnehmer (4) erzeugt werden, eine auf die Speichereinheit (26) zugreifende Erkennungseinheit (27) zur Erkennung der Abweichungen (AZD) mittels eines trainierten neuronalen Netzes, und eine Meldungseinheit (28) zur Übertragung von auf eine erkannte Abweichung (AZD) hinweisenden Zustandsmeldungen (ZM) an ein oder mehrere Ausgabeeinrichtungen (29) von Meldungsempfängern auf. Dadurch überwindet das System (22) Nachteile des Standes der Technik.

Description

Beschreibung
System zur Zustandsüberwachung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen
Die Erfindung betri f ft ein System zur Zustandsüberwachung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen nach dem Oberbegri f f des Patentanspruches 1 .
Stromabnehmer zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einer elektrischen Oberleitungsanlage in ein Fahrzeug unterliegen betriebsbedingten Verschleißerscheinungen und können Defekte etwa durch äußere mechanische Gewalteinwirkung oder durch elektrische Fehler oder Störungen erleiden . Ein verschlissener oder defekter Stromabnehmer kann nicht nur die Energieeinspeisung in das Fahrzeug beeinträchtigen, sondern birgt die Gefahr, die Oberleitungsanlage zu beschädigen und weitere Gefährdungen hervorzurufen . Ein Aus fall der Oberleitungsanlage verhindert zudem den Energiebezug sämtlicher, die Fahrstrecke mit beschädigter Oberleitung befahrenden Fahrzeuge und ist zu vermeiden . Hierzu wird die Betriebstauglichkeit von Stromabnehmern auf unterschiedliche Art und Weise überprüft . Es sind Systeme bekannt , welche besonders kritische Komponenten des Stromabnehmers , wie die Kohleschlei f stücke der Schlei f leisten, während des Fahrzeugbetriebs überwachen . Der allgemeine Zustand von Stromabnehmern wird typspezi fisch im Rahmen von Wartungsarbeiten außerhalb des Fahrzeugbetriebs durch Inaugenscheinnahme beurteilt . Der tatsächliche Zustand in den Zeiträumen zwischen regelmäßigen Wartungen einzelner Stromabnehmer ist dementsprechend nicht bekannt und insbesondere kritische Fehler werden im Zwei fels fall zu spät erkannt . Darüber hinaus werden unter Umständen unnötige Wartungsarbeiten an intakten Stromabnehmern durchgeführt . Aufgrund der Viel zahl an Herstellern von Stromabnehmertypen gibt es sehr unterschiedliche Anforderungen an die Überprüfungen der Stromabnehmer, die von speziell geschultem Personal durchgeführt werden müssen, da es keine allgemein gültige Zustandsbeschreibung für j egliche Stromabnehmer gibt . Gerade im Be- reich von Stromabnehmern für Straßenfahrzeuge ist dies von hoher Bedeutung, da diese im Vergleich zu Stromabnehmern für Schienenfahrzeuge eine deutlich höhere Komplexität und Vielfalt aufweisen .
Die europäische Patentanmeldung EP 2 312 269 Al zeigt ein System zur Inspektion von Stromabnehmern mit mindestens einer den Stromabnehmer beleuchtenden Lichtquelle und mindestens einer Kamera . Die Kamera ist mit einem Prozessor verbunden, der die Bilder zur Zustandsbestimmung des Stromabnehmers auswertet . Die Lichtquelle ist als Laser ausgebildet , der auf dem Stromabnehmer mehrere parallele Laserlinien bildet . Mindestens ein Analysemodul im Prozessor vergleicht die aufgenommenen Laserlinien mit vorgegebenen Parametern und/oder Mustern, um Unebenheiten in der Oberfläche des Kohleschlei fstückes und ungleichmäßigen Verschleiß des Kohleschlei f Stückes zu erkennen . Alternativ ist der Prozessor auch in der Lage , die Dicke des Kohleschlei f Stückes zu berechnen . Mittels der Kamera oder mindestens einer mit dem Prozessor verbundenen Sensoreinheit wird der Zustand des Horns des Stromabnehmers ermittelt . Dieses bekannte System benötigt j edoch genaue Informationen über Typ und Aufbau der Stromabnehmer, insbesondere über das Kohleschlei fstück und das Horn .
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2015/ 007718 A2 ist ein System zur Erfassung eines Zustandes eines Stromabnehmers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt . Es umfasst eine Videokameraeinrichtung zur digitalen Bildaufnahme des Stromabnehmers und eine Bildauswertungseinrichtung zur datentechnischen Auswertung der Bildaufnahmen . Der Stromabnehmer weist optisch erfassbare Markierungen auf , deren Position und/oder Form und/oder Flächeninhalt und/oder Farbe durch die Bildauswertungseinrichtung automatisch erfassbar sind . Die Markierung des Stromabnehmers erstreckt sich in Verschleißrichtung, wobei sich deren Position und/oder Form und/oder Flächeninhalt und/oder Farbe mit zunehmendem Verschleiß ändert . Die Schlei f leiste weist auf ihrer Arbeitsbreite eine durchgehende Markierung oder mehrere voneinander beabstandete Markierungen auf . Dieses bekannte System erfordert spezielle Markierungen an der Schlei f leiste .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein gattungsgemäßes System bereitzustellen, welches die zuvor genannten Nachteile überwindet .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen .
Ein solches System ist zur Überwachung eines Zustandes von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere von Straßenfahrzeugen aber auch von Schienenfahrzeugen, ausgebildet und vorgesehen, welche einen Stromabnehmer zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einer entlang eines vom Fahrzeug befahrenen Fahrweges installierten, elektrischen Oberleitungsanlage aufweisen . Ein solches System umfasst eine fahrwegseitig angeordnete , Sensoreinheiten aufweisende Sensoreinrichtung zur Ermittlung von I st-Zustandsdaten von Stromabnehmern passierender Fahrzeuge aus von den Sensoreinheiten erfassten Sensordaten . Ferner umfasst es eine Auswertungseinrichtung zur automatisierten Erkennung von Abweichungen zwischen den erfassten I st-Zustandsdaten eines Stromabnehmers und Soll-Zustandsdaten dieses Stromabnehmers . Erfindungsgemäß weist die Auswertungseinrichtung eine Speichereinheit zur Speicherung von Soll-Zustandsdaten von Stromabnehmern auf , die automatisiert durch maschinelles Lernen aus einer Vielzahl von in einer Lernphase der Auswertungseinrichtung ermittelten I st-Zustandsdaten der Stromabnehmer erzeugt werden . Ferner weist die Auswertungseinrichtung eine auf die Speichereinheit zugrei fende Erkennungseinheit zur Erkennung der Abweichungen mittels eines trainierten neuronalen Netzes auf . Außerdem weist die Auswertungseinrichtung eine Meldungseinheit zur Übertragung von auf eine erkannte Abweichung hinweisenden Zustandsmeldungen an ein oder mehrere Ausgabeeinrichtungen von Meldungsempfängern auf . In der Lernphase werden I st-Zustandsdaten von Stromabnehmern so lange erfasst und mittels Algorithmen maschinellen Lernens analysiert , bis automatisiert ein Soll-Zustand für j eden Typ von Stromabnehmer modelliert ist . Die modellierten Soll- Zustände können kontinuierlich durch neu erfasste I st- Zustandsdaten während der Betriebsphase der Auswertungseinrichtung verbessert werden . Für neu hinzukommende Typen von Stromabnehmern werden nach Erfassung hinreichend vieler I st- Zustandsdaten weitere Soll-Zustandsdaten modelliert . Neu erzeugte oder verbesserte Soll-Zustandsdaten zu einem Typ von Stromabnehmer werden in der Speichereinheit abgespeichert . In der Betriebsphase grei ft die Erkennungseinheit auf die Speichereinheit zu, um die erfassten I st-Zustandsdaten eines Stromabnehmers , der auf einem die Sensoreinrichtung passierenden Fahrzeug montiert ist , mit in der Speichereinheit abgelegten Soll-Zustandsdaten dieses Stromabnehmertyps zu vergleichen . Dieser Abgleich erfolgt automatisiert mittels eines trainierten neuronalen Netzes und liefert erkannte Abweichungen der I st-Zustandsdaten von den Soll-Zustandsdaten . Als Trainingsdaten werden die von der Sensoreinrichtung erfassten Ist-Zustandsdaten sowie die modellierten Soll-Zustandsdaten der verschiedenen Typen von Stromabnehmern verwendet . Zum Trainieren des neuronalen Netzes können zusätzlich von Fachpersonen durch Inaugenscheinnahme hinsichtlich vorliegender Abweichungen von Soll-Zustandsdaten annotierte I st- Zustandsdaten einbezogen werden . Als Abweichungen können durch die Sensoreinheiten erfassbaren Abnutzungen, Risse und Abplatzungen an Schlei f leisten sowie verbogene , beschädigte und fehlgestellte oder fehlende Bauteile des Stromabnehmers erkannt werden . Wie kritisch die erkannten Abweichungen sind, lässt sich in einer Trainingsphase auch von Menschen und Algorithmen des neuronalen Netzes im Zusammenspiel beurteilen . Bei erkannter Abweichung kann in Abhängigkeit des Abweichungsgrades mittels der Meldungseinheit eine Zustandsmeldungen an eine Ausgabeeinrichtung eines Meldungsempfängers übertragen werden . So kann die Zustandsmeldung an einen Fahrer eines erfassten Fahrzeugs einen Abbügelbefehl zum Absenken des analysierten Stromabnehmers enthalten, um Beschädigungen an der Oberleitungsanlage durch einen defekten oder abgenutzten Stromabnehmer zu vermeiden . Der Abbügelbefehl kann auch direkt an ein Steuergerät des Stromabnehmers übertragen werden, um erforderlichenfalls ein automatisches Absenken des Stromabnehmers aus zulösen . Die Zustandsmeldung kann noch weiter unten beschriebene Informationen enthalten und an weitere zweckmäßige Meldungsempfänger übertragen werden .
In einer vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems weist die Sensoreinrichtung eine oder mehrere Sensoreinheiten zur Erfassung von geometrische Größen des Stromabnehmers repräsentierenden Sensordaten auf . So kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten als Videokamera zur Erfassung von Videobilddaten des Stromabnehmers ausgebildet sein . Zusätzlich oder alternativ kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten als Radardetektor zur Erfassung von Radarbilddaten des Stromabnehmers ausgebildet sein . Zusätzlich oder alternativ kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten als Laserscanner oder als Lauf zeitkamera zur Erfassung von 3D- Punktwolken-Daten des Stromabnehmers ausgebildet sein . Sensoreinheiten können Sensordaten des Stromabnehmers aus unterschiedlichen Blickrichtungen erfassen, um durch Fusion der Sensordaten die gewünschten geometrische Größen des Stromabnehmers bestimmen zu können . Als geometrische Größen kommen insbesondere Längen, Abstände , Positionen, Radien, Winkel , Lagen sowie Ecken, Kanten und Flächen von Bauteilen des Stromabnehmers in Betracht . So können die Abmessungen und der Lagewinkel von Schlei f leisten des Stromabnehmers , insbesondere das aktuelle Abnutzungsprofil beschreibende Höhen des Schlei f Stückes sowie Lage , Größe und Tiefe von Rissen und Ausbrüchen aus dem Schlei fstück erfasst werden . Als geometrische Größen des Stromabnehmers können auch Abmessungen und Lage von anderen Bauteilen des Stromabnehmers auf einem Fahrzeug erfasst werden, etwa von seitlich der Schlei f leisten angeordneten Ablaufhörnern, von die Schlei f leisten tragenden Wippen, von einem die Wippen tragenden gelenkigen Traggestänge sowie von I solatoren und dergleichen . Durch Vergleich von aus diesen Sensordaten erfassten I st-Zustandsdaten eines Stromabnehmers mit entsprechenden in der Speichereinheit gespeicherten Soll-Zustandsdaten kann die Erkennungseinheit als Abweichungen Resthöhen des Schlei f stückprof ils in Millimetern oder als Prozentsatz im Vergleich zu einem neuen Schlei fstück und das Vorhandensein sowie Positionen und Abmessungen von Rissen und Ausbrüchen im Schlei fstück erkennen . Ebenso können Verbiegungen, Beschädigungen, Fehlstellungen oder das Fehlen von Bauteilen des Stromabnehmers als Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Zustandsdaten erkannt werden . Als Fehlstellung wird insbesondere erkannt , wenn Bauteile des Stromabnehmers nach oben über eine durch die Schlei f leisten einer Wippe definierte Kontaktebene zum Fahrdraht hinausragen .
In einer vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems weist die Sensoreinrichtung eine oder mehrere Sensoreinheiten zur Erfassung von thermodynamischen Größen des Stromabnehmers repräsentierenden Sensordaten und/oder von akustischen Größen des Stromabnehmers repräsentierenden Sensordaten und/oder von elektromagnetischen Feldgrößen des Stromabnehmers repräsentierenden Sensordaten auf . Eine der Sensoreinheiten kann beispielsweise als Thermograf iekamera ausgebildet sein und eine Temperaturverteilung auf den Bauteiloberflächen eines Stromabnehmers erfassen . Aus dem Vergleich derart ermittelter I st-Zustandsdaten mit Soll- Zustandsdaten des Stromabnehmers können als Abweichungen beispielsweise unübliche Hitzestellen, die zum Beispiel durch verengte elektrische Leiterquerschnitte verursacht werden können, erkannt und lokalisiert werden . Des Weiteren können abnorm hohe Temperaturen an Schlei f leiste oder Fahrdraht erkannt werden . Eine andere der Sensoreinheiten kann beispielsweise als Mikrofon ausgebildet sein und vom Stromabnehmer emittierte Geräusche erfassen . Von einem Soll-Zustand des Stromabnehmers , der durch betriebsbedingte Fahrtwindgeräusche und Schlei fkontaktgeräusche zwischen Schlei f leiste und Fahrdraht bestimmt sein kann, weicht ein I st-Zustand durch unübliche Geräusche , wie Schlei fen, Klappern und dergleichen, ab, was auf lose , fehlgestellte oder herabhängende Bauteile des Stromabnehmers schließen lässt . Eine weitere der Sensorein- heiten kann beispielsweise als Feldstärkemessgerät ausgebildet sein und elektrische und/oder magnetische Feldstärken im Bereich des Stromabnehmers erfassen . Aus den Abweichungen zwischen I st- und Soll-Zustandsdaten kann auf Störungen von elektrischen Bauteilen, die zu erhöhten Emissionswerten elektromagnetischer Felder führen, geschlossen werden .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems weist die Auswertungseinrichtung eine Annotationseinheit auf , die dazu ausgebildet ist , aus erfassten Sensordaten zu erkennen, ob ein Fahrzeug einen Stromabnehmer aufweist , und zu bestimmen, um welchen Typ von Stromabnehmer es sich handelt , und aus Sensordaten ermittelte I st- Zustandsdaten und Soll-Zustandsdaten j eweils durch Bei fügung von den bestimmten Typ des Stromabnehmers repräsentierenden Typdaten zu annotieren . Dies kann sowohl die Lern- bzw . Trainingsphase als auch die Betriebsphase des Systems verbessern, da der abzugleichende Bestand an Soll-Zustandsdaten durch Kenntnis des den I st-Zustandsdaten korrespondierenden Stromabnehmertyps erheblich eingeschränkt wird . Zudem kann die Information über den die Abweichung betref fenden Stromabnehmertyp der Zustandsmeldung hinzugefügt werden .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems ist die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet , aus zu einem passierenden Fahrzeug erfassten Sensordaten ein das Fahrzeug kennzeichnendes Identitätsdatum zu gewinnen, und das gewonnene Identitätsdatum des Fahrzeugs den ermittelten I st-Zustandsdaten des Stromabnehmers dieses Fahrzeugs zuzuordnen . Als Identitätsdatum eines Fahrzeugs kann beispielsweise ein das amtliche Kennzeichen auf einem Nummernschild oder ein anderes Identi fikationsmerkmal am Stromabnehmer oder am Fahrzeug sein, welches durch Algorithmen zur automatischen Nummernschilderkennung gewonnen werden kann . Diese Fahrzeugidenti fikation erfolgt vorzugsweise in einem der Abweichungserkennung vorgelagerten Schritt , um eine nachfolgend erkannte Abweichung der I st- von den Soll-Zustands- daten eines Stromabnehmers dem zugehörigen Fahrzeug besser zuordnen zu können . Das Identitätsdatum des Fahrzeugs kann einer Zustandsmeldung über erkannte Abweichungen seines Stromabnehmers hinzugefügt werden .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems weist die Auswertungseinrichtung ferner eine Datenbank, in der Identitätsdaten von Fahrzeugen mit Stromabnehmern gespeichert sind, und eine Vergleichseinheit zum Abgleich von aus erfassten Sensordaten gewonnenen Identitätsdaten mit in der Datenbank gespeicherten Identitätsdaten auf . Zusätzlich könnten in der Datenbank neben dem Identitätsdatum auch der Typ des in diesem Fahrzeug verbauten Stromabnehmers abgespeichert sein . Die Vergleichseinheit erkennt aus dem Kennzeichenvergleich unter den vielen, sich der Sensoreinrichtung nähernden oder diese passierenden Straßenfahrzeugen, die Fahrzeuge mit Stromabnehmer . Die Sensoreinrichtung muss nur von solchen Fahrzeugen mit Stromabnehmern Sensordaten erfassen und zur Auswertung vorhalten . Insbesondere bei Fahrzeugen mit abgesenkten Stromabnehmern ist es ohne Kenntnis des Identitätsdatums schwieriger zu erkennen, ob es sich um ein Fahrzeug mit Stromabnehmer handelt .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße System eine fahrstreckenseitige Messvorrichtung zur Detektion eines einen Fahrdraht der Oberleitungsanlage kontaktierenden Stromabnehmers eines sich der Sensoreinrichtung nähernden Fahrzeugs , wobei die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist , einen durch den Stromabnehmer bedingten Anhub des Fahrdrahtes und/oder eine durch den Stromabnehmer bedingte Höhe des Fahrzeugs zu messen, und bei Detektion eines Fahrzeugs mit Stromabnehmer ein Anmeldesignal an die Sensoreinrichtung zu übertragen . Die Messvorrichtung ist in Fahrtrichtung gesehen der Sensoreinrichtung vorgelagert . Sie kann eine unter dem Fahrdraht der Oberleitungsanlage abtastende Lichtschranke aufweisen, die durch einen angedrahteten Stromabnehmer ausgelöst wird . Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung einen über dem Fahrdraht angeordneten Abstandssensor aufweisen, der den bei Durchgang eines den Fahr- draht beschiel t enden Stromabnehmers verursachten Anhub des Fahrdrahtes misst . Bei Detektion eines Fahrzeugs mit Stromabnehmer kann die Sensoreinrichtung aktiviert werden . Aus dem gemessenen Fahrdrahtanhub kann außerdem auf die zwischen Schlei f leisten und Fahrdraht wirkende Kontaktkraft geschlossen werden . Die Kontaktkraft kann ebenfalls als Teil der Zustandsdaten erfasst werden . Bei Abweichungen des I st- vom Soll zustand kann auf eine fehlerhafte Hubeinrichtung des Stromabnehmers oder auf eine abnorme Fahrdrahthöhe geschlossen werden .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems ist die Meldungseinheit dazu ausgebildet , eine Zustandsmeldung zu übertragen an eine fahrzeugseitige Ausgabeeinrichtung für einen Fahrzeugführer des die Abweichung betref fenden Fahrzeugs , und/oder eine betriebs zentralenseitige Ausgabeeinrichtung für einen Halter oder Betreiber des die Abweichung betref fenden Fahrzeugs , und/oder eine betriebs zentralenseitige Ausgabeeinrichtung für einen Betreiber der vom die Abweichung betref fenden Fahrzeug kontaktierten Oberleitungsanlage , und/oder eine poli zei zentralenseitige Ausgabeeinrichtung einer für den vom die Abweichung betreffenden Fahrzeug befahrenen Fahrweges zuständige Poli zei zentrale . Eine Zustandsmeldung kann j e nach Meldeempfänger unterschiedliche Informationsinhalte im Zusammenhang mit einer erkannten Abweichung von I st- zu Soll-Zustandsdaten eines überwachten Stromabnehmers haben . Dem Fahrer des betref fenden Fahrzeugs kann über eine Zustandsmeldung ein Befehl zum Abdrahten des Stromabnehmers bei schwerwiegenden Abweichungen oder ein Hinweis zur Wartung oder Reparatur des Stromabnehmers bei einfacheren Abweichungen gegeben werden . Die fahrzeugseitige Ausgabeeinrichtung kann durch eine Kontrolllampe und/oder einen Anzeigeschirm im Führerhaus gebildet sein . Der Halter oder Betreiber des betrof fenen Fahrzeugs , beispielsweise eine Spedition deren Flotte das betrof fene Fahrzeug angehört , kann über eine Zustandsmeldung zusätzlich Hinweise auf eine präventive Wartung bei geringfügigeren Abweichungen erhalten . Der Betreiber der Oberleitungsanlage und/oder des erfindungsgemäßen Überwachungssystems kann über eine Zustandsmeldung Informationen über Fahrzeuge erhalten, die aufgrund des ermittelten I st-Zustandes des Stromabnehmers von der Nutzung der Oberleitungsanlage vorübergehend ausgenommen worden sind . Der Betreiber des Systems kann das Bundesamt für Güterverkehr sein . Über eine Zustandsmeldung kann es Informationen zum Zustand eines Stromabnehmers erhalten und sicherstellen, dass Fahrzeuge mit Schäden am Stromabnehmer die Oberleitungsanlage bis zu deren Behebung nicht nutzen, um infrastrukturseitige Folgeschäden zu vermeiden . Zur Durchsetzung solcher Verbote kann die Poli zei parallel über Zustandsmeldungen informiert werden . Die Übertragung von Zustandsmeldungen an zentrale Ausgabeeinrichtungen kann per E-Mail oder über einen Kurznachrichtendienst ( SMS ) oder andere elektronische Verfahren übertragen werden .
Eine Zustandsmeldung kann hierzu Informationen über den Zeitpunkt und Ort der durchgeführten Zustandsüberwachung, über das Fahrzeugkennzeichen des Fahrzeugs des überwachten Stromabnehmers , über den Typ und gegebenenfalls den Hersteller des überwachten Stromabnehmers , über Breite , Länge und Resthöhe von Schlei f stücken des überwachten Stromabnehmers , über Beschädigungen von Schlei f stücken des überwachten Stromabnehmers wie Position und Tiefe und Größe von Rissen oder Ausbrüchen, über Lagewinkel von Schlei f leisten des überwachten Stromabnehmers relativ zum Fahrdraht , über Temperatur- , Geräusch- oder Feldabweichungen vom Soll zustand des überwachten Stromabnehmers , über lose , beschädigte oder fehlende Bauteile wie Ablaufhörner oder Wippen des überwachten Stromabnehmers , oder über die auf den Fahrdraht ausgeübte Kontaktkraft des überwachten Stromabnehmers . In der Auswertungseinrichtung können Meldegrenzen für die verschiedenen Abweichungen definiert werden, ab deren Erreichen die Übertragung von Zustandsmeldungen ausgelöst wird .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Systems ist die Sensoreinrichtung zur Ermittlung von I st-Zustandsdaten von weiteren Fahrzeugteilen passieren- der Fahrzeuge ausgebildet , und die Auswertungseinrichtung ist zur automatisierten Erkennung von Abweichungen zwischen den erfassten I st-Zustandsdaten eines weiteren Fahrzeugteils und Soll-Zustandsdaten dieses weiteren Fahrzeugteils ausgebildet . Zusätzlich zum Stromabnehmer können mit dem erfindungsgemäßen System in analoger Weise weitere Fahrzeugteile überwacht werden, sofern sich deren Zustand durch Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung direkt oder durch Kombination oder Fusion der Sensordaten erfassen lässt .
Weitere Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
FIG 1 ein erfindungsgemäßes System zur Zustandsüberwachung eines Stromabnehmers eines Fahrzeugs in Seitenansicht und
FIG 2 ein Typ eines zu überwachenden Stromabnehmers in perspektivischer Ansicht schematisch veranschaulicht sind .
Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 bezieht gemäß FIG 1 während der Fahrt auf einem Fahrweg 2 elektrische Energie aus einer elektrischen Oberleitungsanlage 3 mittels eines Stromabnehmers 4 . Im dargestellten Aus führungsbeispiel ist das Fahrzeug 1 als dieselelektrisch angetriebene Sattel zugmaschine ausgebildet , welches einen als mehrspurige Fernstraße oder Autobahn ausgebildeten Fahrweg 2 befährt . Ebenso kann das Fahrzeug 1 als Lokomotive , Zug oder Straßenbahn ausgebildet sein, welches einen als Gleis ausgebildeten Fahrweg 2 befährt . Die Oberleitungsanlage 3 stellt elektrische Energie für das Fahrzeug 1 über mindestens einen oberhalb eines elektri fi zierten Fahrstrei fens des Fahrwegs 2 verlaufenden Fahrdraht 5 bereit , der in an sich bekannter Weise über Hänger 6 an Tragseilen 7 auf gehängt ist . Aufgrund der gegen Erde isolierenden gummiberei ften Fahrzeugräder 8 des Straßenfahrzeugs 1 ist die Oberleitungsanlage 3 zweipolig ausgebil- det , weist also zwei nebeneinander verlaufende Kettenwerke mit als Hin- und Rückleiter ausgebildeten Fahrdrähten 5 auf . Die Kettenwerke werden von Seitenhaltern 9 getragen, die an seitlich des Fahrwegs 2 auf gestellten Masten 10 befestigt sind und von diesen über den Fahrweg 2 ragen . Das Fahrzeug 1 umfasst einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb 11 , zu dessen Versorgung mit Traktionsenergie der Stromabnehmer 4 vorgesehen ist , der beispielsweise über seinen Hauptrahmen 12 am Fahrzeuggestell 13 des Fahrzeugs 1 abgestützt ist .
Der in FIG 2 dargestellte Typ von Stromabnehmer 4 weist beispielsweise ein pantographenartig auf stellbares Traggestänge mit einem Unterarm 14 und einem mit diesem gelenkig verbundenen Oberarm 15 auf . Der Unterarm 14 stützt sich fahrzeugseitig auf ein Basisgelenk 16 ab, während der Oberarm 15 fahrdrahtseitig j e Kontaktpol eine Kontaktwippe 17 mit zwei in Fahrzeuglängsrichtung X hintereinander angeordneten Schlei fleisten 18 trägt . Die länglichen Schlei f leisten 18 erstrecken sich in Fahrzeugquerrichtung Y und sind an ihren seitlichen Enden mit nach unten gebogenen Ablaufhörnern 19 bestückt . Mittels einer als Luftbalg ausgebildeten Hubeinrichtung 20 ist das Traggestänge aufstellbar, wodurch sich die Schlei fleisten 18 aus einer unteren Ruheposition in eine obere Kontaktposition gemäß FIG 1 entlang einer Fahrzeughochrichtung Z anheben lassen . Um die durch die Schlei f leisten 18 definierte Kontaktebene dabei parallel anzuheben, umfasst der Stromabnehmer 4 ein an sich bekanntes Parallel führungsgestänge aus Zugstangen 21 und nicht näher dargestellten Kuppelstangen, welche den Unterarm 14 mit den Kontaktwippen 17 gelenkig verbinden . In der Kontaktposition werden die Schlei f leisten 18 eines Kontaktpols zur Herstellung eines elektrischen Kontakts an den diesem Kontaktpol zugeordneten Fahrdraht 5 angedrückt .
Zur Überwachung eines Zustandes von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen 1 ist gemäß FIG 1 ein erfindungsgemäßes System 22 vorgesehen, das in nachfolgender Beschreibung auch Uberwa- chungssystem 22 oder Zustandsüberwachungssystem 22 bezeichnet wird . Wenngleich mit dem dargestellten Aus führungsbeispiel die Zustandsüberwachung von Stromabnehmern 4 beschrieben wird, kann das System 22 ebenso zur Überwachung des Zustandes weiterer Fahrzeugteile 4 ' genutzt werden, beispielsweise von Karosserieteilen, Fensterscheiben, Anbauteilen, von Fahrzeugrädern und dergleichen mehr .
Das Überwachungssystem 22 umfasst an vordefinierten Messquerschnitten im Netz der von den Fahrzeugen 1 befahrenen Fahrwege 2 j eweils eine fahrwegseitig angeordnete Sensoreinrichtung 23 mit einer oder vorzugsweise mehreren Sensoreinheiten 24 . Die Sensoreinheiten 24 erfassen Sensordaten SD, aus welchen Ist-Zustandsdaten ZDI von Stromabnehmern 4 und gegebenenfalls von weiteren Fahrzeugteilen 4 ' passierender Fahrzeuge 1 ermittelt werden . Die Sensoreinheiten 24 sind dazu bevorzugt an Gerüsten, Schilderbrücken, oder anderen Infrastruktureinrichtungen im Bereich des Fahrwegs 2 oberhalb passierender Fahrzeuge 1 befestigt und zur Erfassung der zur Ermittlung der Ist-Zustandsdaten ZDI erforderlichen Sensordaten SD gegebenenfalls unterschiedlich positioniert und ausgerichtet . Ferner umfasst das System 22 eine Auswertungseinrichtung 25 zur automatisierten Erkennung von Abweichungen AZD zwischen den erfassten I st-Zustandsdaten ZDI eines Stromabnehmers 4 und Soll-Zustandsdaten ZDS dieses Typs Stromabnehmer 4 . Die Auswertungseinrichtung 25 weist eine Speichereinheit 26 zur Speicherung von Soll-Zustandsdaten ZDS von Stromabnehmern 4 auf . Die Soll-Zustandsdaten ZDS werden automatisiert durch maschinelles Lernen aus einer Viel zahl von in einer Lernphase der Auswertungseinrichtung 25 ermittelten I st-Zustandsdaten ZDI der Stromabnehmer 4 erzeugt . Ferner weist die Auswertungseinrichtung 25 eine auf die Speichereinheit 26 zugreifende Erkennungseinheit 27 zur Erkennung der Abweichungen AZD auf . Die Erkennung von Abweichungen AZD erfolgt mittels eines trainierten neuronalen Netzes . Außerdem weist die Auswertungseinrichtung 25 eine Meldungseinheit 28 zur Übertragung von auf eine erkannte Abweichung AZD hinweisenden Zustandsmeldungen ZM an ein oder mehrere Ausgabeeinrichtungen 29 von Meldungsempfängern auf . Die Sensoreinrichtung 23 weist eine oder mehrere Sensoreinheiten 24 zur Erfassung von geometrische Größen des Stromabnehmers 3 repräsentierenden Sensordaten SDG auf . So kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten 24 als Videokamera 24V zur Erfassung von Videobilddaten des Stromabnehmers 4 ausgebildet sein . Zusätzlich oder alternativ kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten 24 als Radardetektor 24R zur Erfassung von Radarbilddaten des Stromabnehmers 4 ausgebildet sein . Zusätzlich oder alternativ kann eine oder mehrere der Sensoreinheiten 24 als Laserscanner 24L oder als Lauf zeitkamera zur Erfassung von 3D-Punktwolken-Daten des Stromabnehmers 4 ausgebildet sein . Diese Sensoreinheiten 24V, 24R, 24L können Sensordaten SDG des Stromabnehmers 3 aus unterschiedlichen Blickrichtungen erfassen, um durch Fusion der Sensordaten SDG die gewünschten geometrische Größen des Stromabnehmers 4 bestimmen zu können . Als geometrische Größen kommen insbesondere Längen, Abstände , Positionen, Radien, Winkel , Lagen sowie Ecken, Kanten und Flächen von Bauteilen des Stromabnehmers 4 in Betracht . So können die Abmessungen und der Lagewinkel von Schlei f leisten 18 des Stromabnehmers 4 , insbesondere das aktuelle Abnutzungsprofil beschreibende Höhen des Schlei fstückes sowie Lage , Größe und Tiefe von Rissen und Ausbrüchen aus dem Schlei fstück erfasst werden . Als geometrische Größen des Stromabnehmers 4 können auch Abmessungen und Lage von anderen Bauteilen des Stromabnehmers 4 auf einem Fahrzeug 1 erfasst werden, etwa von seitlich der Schlei f leisten 18 angeordneten Ablaufhörnern 19 , von die Schlei f leisten 18 tragenden Kontaktwippen 17 , von einem die Kontaktwippen 17 tragenden gelenkigen Traggestänge 14 , 15 sowie von I solatoren und dergleichen . Durch Vergleich von aus diesen Sensordaten SDG erfassten I st-Zustandsdaten ZDI eines Stromabnehmers 4 mit entsprechenden in der Speichereinheit 26 gespeicherten Soll- Zustandsdaten ZDS kann die Erkennungseinheit 27 als Abweichungen AZD Resthöhen des Schlei f stückprof ils in Millimetern oder als Prozentsatz im Vergleich zu einem neuen Schlei fstück der Schlei f leisten 18 und das Vorhandensein sowie Positionen und Abmessungen von Rissen und Ausbrüchen im Schlei fstück er- kennen . Ebenso können Verbiegungen, Beschädigungen, Fehlstellungen oder das Fehlen von Bauteilen des Stromabnehmers 4 als Abweichungen AZD zwischen I st- ZDI und Soll-Zustandsdaten ZDS erkannt werden . Als Fehlstellung wird insbesondere erkannt , wenn Bauteile des Stromabnehmers 4 nach oben über eine durch die Schlei f leisten 18 einer Kontaktwippe 17 definierte Kontaktebene zum Fahrdraht 5 hinausragen .
Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung 23 eine oder mehrere Sensoreinheiten 24 zur Erfassung von thermodynamischen Größen des Stromabnehmers 4 repräsentierenden Sensordaten SDT aufweisen . Eine der Sensoreinheiten 24 kann beispielsweise als Thermograf iekamera 24T ausgebildet sein und eine Temperaturverteilung auf den Bauteiloberflächen eines Stromabnehmers 4 erfassen . Aus dem Vergleich derart ermittelter I st-Zustands- daten ZDI mit Soll-Zustandsdaten ZDS des Stromabnehmers 4 können als Abweichungen AZD beispielsweise unübliche Hitzestellen, die zum Beispiel durch verengte elektrische Leiterquerschnitte verursacht werden können, erkannt und lokalisiert werden . Des Weiteren können abnorm hohe Temperaturen an Schlei f leiste 18 oder Fahrdraht 5 als Abweichung AZD erkannt werden .
Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung 23 eine oder mehrere Sensoreinheiten 24 zur Erfassung von akustischen Größen des Stromabnehmers 4 repräsentierenden Sensordaten SDA aufweisen . Eine der Sensoreinheiten 24 kann beispielsweise als Mikrofon 24M ausgebildet sein und vom Stromabnehmer 4 emittierte Geräusche erfassen . Von einem Soll-Zustand ZDS des Stromabnehmers 4 , der durch betriebsbedingte Fahrtwindgeräusche und Schlei fkontaktgeräusche zwischen Schlei f leiste 18 und Fahrdraht 5 bestimmt sein kann, kann sich ein I st-Zustand ZDI durch unübliche Geräusche , wie Schlei fen, Klappern und dergleichen, Abweichungen AZD unterscheiden, was auf lose , fehlgestellte oder herabhängende Bauteile des Stromabnehmers 4 schließen lässt . Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung 23 eine oder mehrere Sensoreinheiten 24 zur Erfassung von elektromagnetischen Feldgrößen des Stromabnehmers 4 repräsentierenden Sensordaten SDE aufweisen . Eine der Sensoreinheiten 24 kann beispielsweise als Feldstärkemessgerät 24E ausgebildet sein und elektrische und/oder magnetische Feldstärken im Bereich des Stromabnehmers 4 erfassen . Aus den Abweichungen AZD zwischen I st- ZDI und Soll-Zustandsdaten ZDS kann auf Störungen von elektrischen Bauteilen des Stromabnehmers 4 , die zu erhöhten Emissionswerten elektromagnetischer Felder führen, geschlossen werden .
Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung 23 eine oder mehrere nicht dargestellte Sensoreinheiten zur Erfassung von Vibrationen des Stromabnehmers 4 repräsentierenden Sensordaten aufweisen . Eine der Sensoreinheiten kann beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgebildet sein, um Vibrationsmuster von schwingenden Teilen des Stromabnehmers 4 zu erfassen .
In der Lernphase der Auswertungseinrichtung 25 werden I st- Zustandsdaten ZDI von Stromabnehmern 4 so lange erfasst und mittels Algorithmen maschinellen Lernens analysiert , bis automatisiert Soll-Zustandsdaten ZDS für j eden Typ von Stromabnehmer 4 modelliert ist . Die modellierten Soll-Zustandsdaten ZDS können kontinuierlich durch neu erfasste I st-Zustands- daten ZDI während der Betriebsphase der Auswertungseinrichtung 25 verbessert werden . Für neu hinzukommende Typen von Stromabnehmern 4 werden nach Erfassung hinreichend vieler Ist-Zustandsdaten ZDI weitere Soll-Zustandsdaten ZDS modelliert . Neu erzeugte oder verbesserte Soll-Zustandsdaten ZDS zu einem Typ von Stromabnehmer 4 werden in der Speichereinheit 26 abgespeichert . In der Betriebsphase grei ft die Erkennungseinheit 27 auf die Speichereinheit 26 zu, um die erfassten I st-Zustandsdaten ZDI eines Stromabnehmers 4 , der auf einem die Sensoreinrichtung 23 passierenden Fahrzeug 1 montiert ist , mit in der Speichereinheit 26 abgelegten Soll-Zustands- daten ZDS dieses Stromabnehmertyps 4 zu vergleichen . Dieser Abgleich erfolgt automatisiert mittels eines trainierten neu- ronalen Netzes und liefert erkannte Abweichungen AZD der I st- Zustandsdaten ZDI von den Soll-Zustandsdaten ZDS . Als Trainingsdaten werden die von der Sensoreinrichtung 23 erfassten Ist-Zustandsdaten ZDI sowie die modellierten Soll-Zustands- daten ZDS der verschiedenen Typen von Stromabnehmern 4 verwendet . Zum Trainieren des neuronalen Netzes können zusätzlich von Fachpersonen durch Inaugenscheinnahme hinsichtlich vorliegender Abweichungen AZD von Soll-Zustandsdaten ZDS annotierte I st-Zustandsdaten ZDI einbezogen werden . Als Abweichungen AZD können durch die Sensoreinheiten 24 erfassbaren Abnutzungen, Risse und Abplatzungen an Schlei f leisten 18 sowie verbogene , beschädigte und fehlgestellte oder fehlende Bauteile des Stromabnehmers 4 erkannt werden, aber auch abnorme Temperaturen, Geräusche und elektromagnetische Feldemissionen . Wie kritisch die erkannten Abweichungen AZD sind, lässt sich in einer Trainingsphase auch von Menschen und Algorithmen des neuronalen Netzes im Zusammenspiel beurteilen .
Bei erkannter Abweichung AZD kann in Abhängigkeit des Abweichungsgrades mittels der Meldungseinheit 28 eine Zustandsmeldungen ZM an eine Ausgabeeinrichtung 29 eines Meldungsempfängers übertragen werden . So kann die Zustandsmeldung ZM an einen Fahrer eines erfassten Fahrzeugs 1 einen Abbügelbefehl zum Absenken des analysierten Stromabnehmers 4 enthalten, um Beschädigungen an der Oberleitungsanlage 3 durch den defekten oder abgenutzten Stromabnehmer 4 zu vermeiden . Die Zustandsmeldung ZM kann noch weiter unten beschriebene Informationen enthalten und an weitere zweckmäßige Meldungsempfänger übertragen werden .
Die Auswertungseinrichtung 25 weist eine Annotationseinheit 30 auf , die dazu ausgebildet ist , aus erfassten Sensordaten SD zu erkennen, ob ein Fahrzeug 1 einen Stromabnehmer 4 aufweist . Die Annotationseinheit 30 ist weiterhin dazu ausgebildet , den Typ des Stromabnehmers 4 zu bestimmen . Die Annotationseinheit 30 annotiert sodann aus Sensordaten SD ermittelte Ist-Zustandsdaten ZDI und Soll-Zustandsdaten ZDS j eweils durch Bei fügung von den bestimmten Typ des Stromabnehmers 4 repräsentierenden Typdaten TD . Dies kann sowohl die Lern- bzw . Trainingsphase als auch die Betriebsphase des Systems 22 verbessern, da der abzugleichende Bestand an Soll-Zustands- daten ZDS durch Kenntnis des den I st-Zustandsdaten ZDI korrespondierenden Stromabnehmertyps 4 erheblich eingeschränkt wird . Zudem kann die Information über den die Abweichung AZD betref fenden Stromabnehmertyp TD der Zustandsmeldung ZM hinzugefügt werden .
Die Auswertungseinrichtung 25 ist ferner dazu ausgebildet , aus zu einem passierenden Fahrzeug 1 erfassten Sensordaten SD ein das Fahrzeug 1 kennzeichnendes Identitätsdatum ID zu gewinnen, und das gewonnene Identitätsdatum ID des Fahrzeugs 1 den ermittelten I st-Zustandsdaten ZDI des Stromabnehmers 4 dieses Fahrzeugs 1 zuzuordnen . Das kann beispielsweise durch die Annotationseinheit 30 erfolgen . Als Identitätsdatum ID eines Fahrzeugs 1 kann beispielsweise ein das amtliche Kennzeichen auf einem Nummernschild oder ein anderes Identi fikationsmerkmal am Stromabnehmer 4 oder am Fahrzeug 1 sein, welches durch Algorithmen zur automatischen Nummernschilderkennung gewonnen werden kann . Diese Fahrzeugidenti fikation erfolgt vorzugsweise in einem der Abweichungserkennung vorgelagerten Schritt , um eine nachfolgend erkannte Abweichung AZD der I st- ZDI von den Soll-Zustandsdaten ZDS eines Stromabnehmers 4 dem zugehörigen Fahrzeug 1 besser zuordnen zu können . Das Identitätsdatum ID des Fahrzeugs 1 kann einer Zustandsmeldung ZM über erkannte Abweichungen AZD seines Stromabnehmers 4 hinzugefügt werden .
Die Auswertungseinrichtung 25 weist ferner eine Datenbank 31 auf , in der Identitätsdaten ID von Fahrzeugen 1 mit Stromabnehmern 4 gespeichert sind . Außerdem weist die Auswertungseinrichtung 25 eine Vergleichseinheit 32 zum Abgleich von aus erfassten Sensordaten SD gewonnenen Identitätsdaten ID mit in der Datenbank 31 gespeicherten Identitätsdaten ID auf . Zusätzlich könnten in der Datenbank 31 neben dem Identitätsdatum ID auch Typdaten TD des in diesem Fahrzeug 1 verbauten Stromabnehmers 4 abgespeichert sein . Die Vergleichseinheit 32 erkennt aus dem Kennzeichenvergleich unter den vielen, sich der Sensoreinrichtung 23 nähernden oder diese passierenden Fahrzeugen 1 diej enigen mit Stromabnehmer 4 . Die Sensoreinrichtung 23 muss nur von solchen Fahrzeugen 1 mit Stromabnehmern 4 Sensordaten SD erfassen und zur Auswertung vorhalten . Insbesondere bei Fahrzeugen 1 mit abgesenkten Stromabnehmern 4 ist es ohne Kenntnis des Identitätsdatums ID schwieriger zu erkennen, ob es sich um ein Fahrzeug 1 mit Stromabnehmer 4 handelt .
Das erfindungsgemäße System 22 kann eine fahrstreckenseitige Messvorrichtung 33 zur Detektion eines einen Fahrdraht 5 der Oberleitungsanlage 3 kontaktierenden Stromabnehmers 4 eines sich der Sensoreinrichtung 23 nähernden Fahrzeugs 1 aufweisen . Die Messvorrichtung 33 ist dazu ausgebildet , einen durch den Stromabnehmer 4 bedingten Anhub des Fahrdrahtes 5 zu messen und weist beispielsweise einen über dem Fahrdraht 5 angeordneten Abstandssensor auf , der den bei Durchgang eines den Fahrdraht 5 beschlei f enden Stromabnehmers 4 verursachten Anhub des Fahrdrahtes 5 misst , und bei Detektion eines Fahrzeugs 1 mit Stromabnehmer 4 ein Anmeldesignal AS an die Sensoreinrichtung 23 zu übertragen . Die Messvorrichtung kann alternativ eine durch den aufgebauten Stromabnehmer 4 bedingte Höhe des Fahrzeugs 1 messen, indem sie eine unter dem Fahrdraht 5 der Oberleitungsanlage 3 abtastende Lichtschranke aufweist , die durch einen angedrahteten Stromabnehmer 4 ausgelöst wird . Die Messvorrichtung 33 ist in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 gesehen der Sensoreinrichtung 23 vorgelagert . Bei Detektion eines Fahrzeugs 1 mit Stromabnehmer 4 kann die Sensoreinrichtung 23 aktiviert werden . Aus dem gemessenen Fahrdrahtanhub kann außerdem auf die zwischen Schlei f leisten 18 und Fahrdraht 5 wirkende Kontaktkraft FK geschlossen werden . Die Kontaktkraft FK kann ebenfalls als Teil der I st-Zustands- daten ZDI erfasst werden . Bei Abweichungen AZD der I st- ZDI von den Soll-Zustandsdaten ZDS kann auf eine fehlerhafte Hubeinrichtung 20 des Stromabnehmers 4 oder auf eine abnorme Fahrdrahthöhe geschlossen werden . Die Meldungseinheit 28 ist dazu ausgebildet , eine Zustandsmeldung ZM an eine Ausgabeeinrichtung 29 eines Meldungsempfängers zu übertragen . Eine Zustandsmeldung ZM kann j e nach Meldeempfänger unterschiedliche Informationsinhalte im Zusammenhang mit einer erkannten Abweichung AZD von I st- ZDI zu Soll-Zustandsdaten ZDS eines überwachten Stromabnehmers 4 haben .
Bei der Ausgabeeinrichtung 29 kann es sich um eine fahrzeugseitige Ausgabeeinrichtung 29F für einen Fahrzeugführer des die Abweichung AZD betref fenden Fahrzeugs 1 handeln . Dem Fahrer des betref fenden Fahrzeugs 1 kann über eine Zustandsmeldung ZM ein Befehl zum Abdrahten des Stromabnehmers 4 bei schwerwiegenden Abweichungen AZD oder ein Hinweis zur Wartung oder Reparatur des Stromabnehmers 4 bei einfacheren Abweichungen AZD gegeben werden . Die fahrzeugseitige Ausgabeeinrichtung 29F kann durch eine Kontrolllampe und/oder einen Anzeigeschirm im Führerhaus 34 des Fahrzeugs 1 gebildet sein .
Bei der Ausgabeeinrichtung 29 kann es sich auch um eine zentralenseitige Ausgabeeinrichtung 29Z einer Zentralstelle 35 handeln . Die Zentralstelle 35 kann ein Halter oder Betreiber des die Abweichung AZD betref fenden Fahrzeugs 1 unterhalten, beispielsweise eine Spedition, deren Flotte das betrof fene Fahrzeug 1 angehört . Über eine Zustandsmeldung ZM kann diese zusätzlich Hinweise auf eine präventiven Wartung bei geringfügigeren Abweichungen AZD erhalten . Die Zentralstelle 35 kann auch ein Betreiber der vom die Abweichung AZD betref fenden Fahrzeug 1 kontaktierten Oberleitungsanlage 3 oder des die Abweichungen AZD erkennenden Systems 22 unterhalten . Der Betreiber der Oberleitungsanlage 3 und/oder des erfindungsgemäßen Überwachungssystems 22 kann über eine Zustandsmeldung ZM Informationen über Fahrzeuge 1 erhalten, die aufgrund der ermittelten I st-Zustandsdaten ZDI des Stromabnehmers 4 von der Nutzung der Oberleitungsanlage 3 vorübergehend ausgenommen worden sind . Der Betreiber des Systems 22 kann das Bundesamt für Güterverkehr sein . Über eine Zustandsmeldung ZM kann es Informationen zum Zustand eines Stromabnehmers 4 er- halten und sicherstellen, dass Fahrzeuge 1 mit Schäden am Stromabnehmer 4 die Oberleitungsanlage 3 bis zu deren Behebung nicht nutzen, um infrastrukturseitige Folgeschäden zu vermeiden . Die Zentralstelle 35 kann auch die Poli zei unterhalten, die für den vom die Abweichung AZD betref fenden Fahrzeug 1 befahrenen Fahrweges 2 zuständig ist . Zur Durchsetzung von Verboten zur Kontaktierung der Oberleitungsanlage 3 kann die Poli zei parallel über Zustandsmeldungen ZM informiert werden . Die Übertragung von Zustandsmeldungen ZM an zentrale Ausgabeeinrichtungen 29Z kann per E-Mail oder über einen Kurznachrichtendienst ( SMS ) oder über ein anderes elektronisches Verfahren übertragen werden .
Eine Zustandsmeldung ZM kann hierzu Informationen über den Zeitpunkt und Ort der durchgeführten Zustandsüberwachung, über das Fahrzeugkennzeichen ID des Fahrzeugs 1 des überwachten Stromabnehmers 4 , über Typdaten TD und gegebenenfalls den Hersteller des überwachten Stromabnehmers 4 , über Breite , Länge und Resthöhe von Schlei f stücken des überwachten Stromabnehmers 4 , über Beschädigungen von Schlei f stücken des überwachten Stromabnehmers 4 wie Position und Tiefe und Größe von Rissen oder Ausbrüchen, über Lagewinkel von Schlei f leisten 18 des überwachten Stromabnehmers 4 relativ zum Fahrdraht 5 , über Temperatur- , Geräusch- oder Feldabweichungen vom Soll zustand des überwachten Stromabnehmers 4 , über lose , beschädigte oder fehlende Bauteile wie Ablaufhörner 19 oder Kontaktwippen 17 des überwachten Stromabnehmers 4 , oder über die auf den Fahrdraht 5 ausgeübte Kontaktkraft des überwachten Stromabnehmers 4 . In der Auswertungseinrichtung 25 können Meldegrenzen für die verschiedenen Abweichungen AZD definiert werden, ab deren Erreichen die Übertragung von Zustandsmeldungen ZM ausgelöst wird .

Claims

22 Patentansprüche
1. System (22) zur Zustandsüberwachung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (1) , insbesondere von Straßenfahrzeugen, welche einen Stromabnehmer (4) zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer entlang eines vom Fahrzeug (1) befahrenen Fahrweges (2) installierten, elektrischen Oberleitungsanlage (3) aufweisen, umfassend
- eine fahrwegseitig angeordnete, Sensoreinheiten (24) aufweisende Sensoreinrichtung (23) zur Ermittlung von Ist- Zustandsdaten (ZDI) von Stromabnehmern (4) passierender Fahrzeuge (1) aus von den Sensoreinheiten (24) erfassten Sensordaten (SD) , und
- eine Auswertungseinrichtung (25) zur automatisierten Erkennung von Abweichungen (AZD) zwischen den erfassten Ist- Zustandsdaten (ZDI) eines Stromabnehmers (4) und Soll- Zustandsdaten (ZDS) dieses Stromabnehmers (4) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswertungseinrichtung (25) aufweist
- eine Speichereinheit (26) zur Speicherung von Soll- Zustandsdaten (ZDS) von Stromabnehmern (4) , die automatisiert durch maschinelles Lernen aus einer Vielzahl von in einer Lernphase der Auswertungseinrichtung (25) ermittelten Ist- Zustandsdaten (ZDI) der Stromabnehmer (4) erzeugt werden,
- eine auf die Speichereinheit (26) zugreifende Erkennungseinheit (27) zur Erkennung der Abweichungen (AZD) mittels eines trainierten neuronalen Netzes, und
- eine Meldungseinheit (28) zur Übertragung von auf eine erkannte Abweichung (AZD) hinweisenden Zustandsmeldungen (ZM) an ein oder mehrere Ausgabeeinrichtungen (29) von Meldungsempfängern .
2. System (22) nach Anspruch 1,
- wobei die Sensoreinrichtung (23) eine oder mehrere Sensoreinheiten (24V, 24R, 24L) zur Erfassung von geometrische Größen des Stromabnehmers (4) repräsentierenden Sensordaten (SDG) aufweist.
3. System (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei die Sensoreinrichtung (23) eine oder mehrere Sensoreinheiten (24T, 24, A, 24E) zur Erfassung von thermodynamischen Größen des Stromabnehmers (4) repräsentierenden Sensordaten (SDT) und/oder von akustischen Größen des Stromabnehmers (4) repräsentierenden Sensordaten (SDA) und/oder von elektromagnetischen Feldgrößen des Stromabnehmers (4) repräsentierenden Sensordaten (SDE) aufweist.
4. System (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (25) eine Annotationseinheit (30) aufweist, die dazu ausgebildet ist,
- aus erfassten Sensordaten (SD) zu erkennen, ob ein Fahrzeug (1) einen Stromabnehmer (4) aufweist, und zu bestimmen, um welchen Typ von Stromabnehmer (4) es sich handelt, und
- aus Sensordaten (SD) ermittelte Ist-Zustandsdaten (ZDI) und Soll-Zustandsdaten (ZDS) jeweils durch Beifügung von den bestimmten Typ des Stromabnehmers repräsentierenden Typdaten (TD) zu annotieren.
5. System (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (25) dazu ausgebildet ist,
- aus zu einem passierenden Fahrzeug (1) erfassten Sensordaten (SD) ein das Fahrzeug (1) kennzeichnendes Identitätsdatum (ID) zu gewinnen, und
- das gewonnene Identitätsdatum (ID) des Fahrzeugs (1) den ermittelten Ist-Zustandsdaten (ZDI) des Stromabnehmers (4) dieses Fahrzeugs (1) zuzuordnen.
6. System (22) nach Anspruch 5, wobei die Auswertungseinrichtung (25) ferner aufweist
- eine Datenbank (31) , in der Identitätsdaten (ID) von Fahrzeugen (1) mit Stromabnehmern (4) gespeichert sind, und
- eine Vergleichseinheit (32) zum Abgleich von aus erfassten Sensordaten (SD) gewonnenen Identitätsdaten (ID) mit in der Datenbank (31) gespeicherten Identitätsdaten (ID) .
7. System (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine fahrstreckenseitige Messvorrichtung (33) zur Detektion eines einen Fahrdraht (5) der Oberleitungsanlage (3) kontaktierenden Stromabnehmers (4) eines sich der Sensoreinrichtung (23) nähernden Fahrzeugs (1) , wobei die Messvorrichtung (33) dazu ausgebildet ist,
- einen durch den Stromabnehmer (4) bedingten Anhub des Fahrdrahtes (5) und/oder eine durch den Stromabnehmer (4) bedingte Höhe des Fahrzeugs (1) zu messen, und
- bei Detektion eines Fahrzeugs (1) mit Stromabnehmer (4) ein Anmeldesignal (AS) an die Sensoreinrichtung (23) zu übertragen .
8. System (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Meldungseinheit (28) dazu ausgebildet ist, eine Zustandsmeldung (ZM) zu übertragen an
- eine fahrzeugseitige Ausgabeeinrichtung (29F) für einen Fahrzeugführer des die Abweichung (AZD) betreffenden Fahrzeug ( 1 ) , und/oder
- eine betriebszentralenseitige Ausgabeeinrichtung (29Z) für einen Halter oder Betreiber des die Abweichung (AZD) betreffenden Fahrzeugs (1) , und/oder
- eine betriebszentralenseitige Ausgabeeinrichtung (29Z) für einen Betreiber der vom die Abweichung (AZD) betreffenden Fahrzeug (1) kontaktierten Oberleitungsanlage (3) , und/oder
- eine polizeizentralenseitige Ausgabeeinrichtung (29Z) der für den vom die Abweichung (AZD) betreffenden Fahrzeug (1) befahrenen Fahrweges (2) zuständige Verkehrspolizei.
9. System (22) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
- wobei die Sensoreinrichtung (23) zur Ermittlung von Ist- Zustandsdaten (ZDI) von weiteren Fahrzeugteilen (4) passierender Fahrzeuge (1) ausgebildet ist, und
- die Auswertungseinrichtung (25) zur automatisierten Erkennung von Abweichungen (AZD) zwischen den erfassten Ist- Zustandsdaten (ZDI) eines weiteren Fahrzeugteils (4 ') und Soll-Zustandsdaten (ZDS) dieses weiteren Fahrzeugteils (4 ') ausgebildet ist.
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