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EP3374246B1 - Verfahren und vorrichtung zur vergleichsgesteuerten entgleisungserfassung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur vergleichsgesteuerten entgleisungserfassung Download PDF

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Publication number
EP3374246B1
EP3374246B1 EP16798665.2A EP16798665A EP3374246B1 EP 3374246 B1 EP3374246 B1 EP 3374246B1 EP 16798665 A EP16798665 A EP 16798665A EP 3374246 B1 EP3374246 B1 EP 3374246B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measurement data
bogies
wheelsets
rail vehicle
bogie
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16798665.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3374246A1 (de
Inventor
Ulf Friesen
Frank GÜNTHER
Reinhold Mayer
Stefan Schneider
Andrea ETZBACH
Marc-Oliver Herden
Stefan Sedlmair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP3374246A1 publication Critical patent/EP3374246A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3374246B1 publication Critical patent/EP3374246B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F9/00—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for detecting a derailment of a rail vehicle with a large number of individual wheelsets or bogies.
  • the invention also relates to a computer program with code means for executing the steps of the aforementioned method on a computer system, and a computer-readable storage medium on which a program code with the code means of the computer program is stored.
  • the derailment of a wheelset or a bogie of a rail vehicle often cannot be recognized by the train driver, especially in the case of long trains.
  • the derailed wheelset then goes unnoticed and is dragged along, and the derailed wagon runs the risk of colliding with a tunnel, bridge or oncoming train.
  • a derailment In order to keep this risk low, a derailment must be detected as early as possible so that the train driver or the brake controller of the rail vehicle can take appropriate countermeasures, such as emergency braking.
  • systems are in use that measure and process accelerations on the wagon, eg on the axle bearing or bogie.
  • a derailed wheelset is subject to accelerations caused by the derailment, it is known to monitor the acceleration of the wheelset, preferably the vertical acceleration, directly on the wheel by means of an acceleration sensor.
  • a derailed wheelset rolls or jumps over the superstructure of the traveled lane, causing strong impacts and thus high accelerations in the wheelset.
  • the acceleration signal output by the acceleration sensor can then be evaluated by an evaluation device in order to determine the status of the wheelset, whether it has derailed or not.
  • the acceleration of the bogie can also be monitored, but this is damped. For example, acceleration signals on the axle bearings of a wagon are evaluated for detection and a derailment is recognized when a derailed wheel set drives over sleepers.
  • the systems for derailment detection currently used in practice are either limited in their application to a specific speed and/or require a specific superstructure of the track body so that a derailment can be detected.
  • the systems currently used in practice for detecting derailments can only be used to a limited extent or not at all.
  • the disadvantage of this method is that it "only” detects the actual derailment process. If, for any reason, e.g. due to external influences such as track position, cornering, higher speeds, etc., the behavior differs from the expected acceleration curve, the derailment will not be recognized.
  • the pamphlet JP 2000 006807 A discloses a railway vehicle provided with means for detecting abnormalities during running and a method thereof.
  • there are acceleration detection means on a plurality of bogies are present, the acceleration signals of which are respectively compared, and when any one of the acceleration signals assumes a value exceeding a specified value compared with other signals, an abnormality is detected.
  • the invention is based on the object of providing a detection mechanism that enables detection both in all speed ranges (especially at higher speeds) and independently of the type of roadway (humps, solid roadway, . . . ).
  • the invention relates to a computer-readable storage medium on which is stored a program code that can be executed on a computer system and that generates or implements the steps of the aforementioned method.
  • the invention relates to a computer program with code means which, when executed on a computer system, generate or implement the steps of the aforementioned method.
  • a derailment of a rail vehicle is detected by collecting and comparing measurement data from a large number of wheel sets (10-1 to 10-n) or bogies of the rail vehicle that characterize the driving operation, with a derailment being determined when the measurement data of at least one wheel set or bogie deviate by at least a predetermined extent from the measurement data of the other wheelsets or bogies.
  • the basic idea of the invention is therefore to differentiate between the states “not derailed” and "derailed” at several measuring points on the train or bogie or the axles, in that the measured data indicate the vibrations, preferably in the vertical direction, and the wheel speed and the measured data of several wheel sets or Individual wheels are compared.
  • other data e.g. optical data, e.g.
  • the measurement data can indicate a distance between wheel and rail on the respective wheelset or bogie.
  • a derailment can be concluded if a significant deviation of the measured distance from the other measuring points is determined at one measuring point.
  • the measurement data of a middle wheel set or a middle bogie can be compared with the measurement data of a predetermined number (e.g. one or two) of wheel sets or bogies in front and behind.
  • the received measurement data can be assigned for the comparison according to a time offset with which the respective wheel sets or bogies travel over the same location on a rail. This can ensure that the measurement data are compared with one another at the correct time and incorrect decisions are avoided.
  • the comparison of the collected measurement data is carried out on a cross-correlation or a cross-correlation spectrum.
  • a reliable evaluation can be achieved based on the similarity of the measurement data collected at different measurement points.
  • the comparison can be based, for example, on whether the maximum of the cross-correlation is shown at a time offset resulting from the traveling speed of the rail vehicle and the distance between the axles of the wheel sets or bogies compared.
  • the collected measurement data can be post-processed in order to increase the reliability of the comparison operation.
  • the post-processing can include, for example, at least one of resampling, filtering, formation of a floating effective value or a standard deviation, and formation of an average.
  • a description of advantageous exemplary embodiments follows using an exemplary rail vehicle with a number n of wheelsets with associated measuring points for obtaining measurement data characterizing the driving operation.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a system for detecting a derailment, the measurement data indicating vibrations during driving operation being obtained on n wheel sets 10-1 to 10-n by means of corresponding detectors (D) 20-1 to 20-n.
  • the measurement data or measurement signals at the output of the detectors 20-1 to 20-n can then optionally undergo post-processing in corresponding post-processing devices (N) 30-1 to 30-n.
  • Such post-processing of the measured data before the comparison can, for example, include at least one processing from resampling, filtering, moving effective value or standard deviation and moving average. This can either reduce the computing time or data transmission or increase the reliability of the algorithm.
  • the measured vibration data (preferably in the vertical direction, other data such as optical data for measuring the wheel-rail distance would also be conceivable as an alternative to vibrations) are obtained from the multiple wheel sets or individual wheels 10-1 to 10-n and, if necessary, post-processed.
  • the measured data is then compared in a comparison device (V) 40, the measured data of each wheelset 10-1 to 10-n being compared with the measured data of the wheelset in front of and behind in the direction of travel of the rail vehicle. It is assumed that driving over the same place causes comparable vibrations (or other characteristics of driving operation) in all non-derailed wheelsets, while the behavior of derailed wheelsets differs significantly.
  • the comparison device 40 determines by comparing the collected measurement data that along the rail vehicle at least one wheelset has significant differences in the measurement data (ie the measurement data by at least a predetermined extent deviate from the measurement data of the other wheel sets or bogies), a derailment is assumed and a corresponding output signal 50 is emitted.
  • the time offset with which the wheel sets 10-1 to 10-n travel over the same location on the rail can be taken into account, so that the measurement data can be compared at the correct time.
  • the comparison in the comparison device 40 can take place on the basis of a cross-correlation or a cross-power density spectrum between the measurement data of the vibrations (e.g. acceleration data or signals).
  • a comparison can be made as to whether the maximum of the correlation occurs at a time offset that results from the known driving speed and the known distance between the compared axles.
  • One advantage of the proposed comparison-controlled detection of derailments is that reliable detection of a derailment is also possible in cases in which the acceleration level of the derailed and non-derailed state differs only slightly. This is the case, for example, with a poor track section, in which high vibrations occur even when the track has not derailed, or with a slab track, which only causes low vibrations without a characteristic frequency content even when it has derailed.
  • FIG. 2 12 shows a flowchart of a derailment detection method according to a second embodiment, which can be implemented, for example, as software in a computer-controlled derailment detection device.
  • step 201 measurement data of a parameter characterizing the driving operation (e.g. vibration, acceleration, wheel-rail distance, etc.) measured at various measuring points (e.g. on the wheel sets or bogies) along the rail vehicle are collected during operation of the rail vehicle.
  • step 202 an optional post-processing of the data follows in the manner described above.
  • step 203 the measurement data are subjected to a comparison, as explained in the first exemplary embodiment, for example, and in the subsequent step 204 it is continuously checked whether the measured parameter data show a marked or significant difference at at least one of the measurement points, i.e. by at least a predetermined extent deviate from the measurement data of the other wheelsets or bogies.
  • step 204 the process jumps back to step 201 and new parameter data is read from the detectors read and collected at the measuring points.
  • step 204 the sequence moves to step 205 and derailment measures (that is to say signaling measures and/or countermeasures in the event of derailments) are initiated.
  • the method according to the second exemplary embodiment can also be used together with other methods for detecting derailments in order to increase the accuracy of their statements. Furthermore, the method can also be combined with a measurement of the wheel speed in order to derive the current wheel diameter and to compensate for the wheel diameter. Because wheel diameter changes slowly due to wear, wear and derailment can be distinguished from each other.
  • a device and a method for detecting a derailment of a rail vehicle have been described, with measurement data characterizing driving operation being collected and compared from a large number of wheel sets or bogies of the rail vehicle, and with the existence of a derailment being determined when the measurement data of at least one wheel set or bogie deviate by at least a predetermined extent from the measurement data of the other wheelsets or bogies.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs mit einer Vielzahl von individuellen Radsätzen oder Drehgestellen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Codemitteln zur Ausführung der Schritte des vorgenannten Verfahrens auf einem Computersystem, und ein computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Programmcode mit den Codemitteln des Computerprogramms gespeichert ist.
  • Ohne technische Hilfsmittel kann eine Entgleisung eines Radsatzes oder eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs vom Zugführer, insbesondere bei langen Zügen, oft nicht erkannt werden. Der entgleiste Radsatz bleibt dann unbemerkt und wird mitgeschleift, und der entgleiste Wagen läuft Gefahr, mit einem Tunnel, einer Brücke oder einem entgegenkommenden Zug zu kollidieren. Um diese Gefahr gering zu halten, muss eine Entgleisung möglichst frühzeitig erkannt werden, so dass von dem Zugführer oder der Bremssteuerung des Schienenfahrzeugs entsprechende Gegenmaßnahmen wie beispielsweise eine Notbremsung eingeleitet werden können.
  • In der Praxis werden neben einfachen mechanischen Systemen (Querbalken, die bei Kontakt mit der Schiene oder Hindernissen eine Meldung/Aktion veranlassen) und pneumatischen Detektoren (FederMasse-Schwinger, der bei einer bestimmten Vibrationsschwelle ein Ventil öffnet und die Hauptluftleitung öffnet) vor allem bei Güterwagen elektronische Systeme zur Erkennung von Entgleisungen eingesetzt.
  • Neben Verfahren zur induktiven Ermittlung der Gleislage sind Systeme in Gebrauch, die Beschleunigungen am Wagen, z.B. am Achslager bzw. Drehgestell messen und weiterverarbeiten. Da ein entgleister Radsatz durch die Entgleisung hervorgerufenen Beschleunigungen unterworfen ist, ist es bekannt, die Beschleunigung des Radsatzes, vorzugsweise die Vertikalbeschleunigung, direkt am Rad mittels eines Beschleunigungssensors zu überwachen. Insbesondere rollt bzw. springt ein entgleister Radsatz über den Oberbau der befahrenen Fahrspur, wodurch starke Stöße und dadurch hohe Beschleunigungen in den Radsatz eingeprägt werden. Das von dem Beschleunigungssensor ausgegebene Beschleunigungssignal kann dann von einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, um den Zustand des Radsatzes, entgleist oder nicht entgleist, zu bestimmen. Grundsätzlich kann auch die Beschleunigung des Drehgestells überwacht werden, welches jedoch gedämpft ist. Bspw. werden zur Detektion Beschleunigungssignale an den Achslagern eines Wagens auswertet und eine Entgleisung erkennt, wenn ein entgleister Radsatz über Schwellen fährt.
  • Aus der DE 199 53 677 C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Signal des Beschleunigungssensors zweifach integriert und mit einem oberen und einem unteren Grenzwert verglichen wird, wobei bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des jeweiligen Grenzwerts auf eine Entgleisung erkannt wird. Nachteilig hieran ist jedoch, dass eine Entgleisungsdetektion nur zum eigentlichen Entgleisungszeitpunkt möglich ist, jedoch nicht mehr danach.
  • Ferner ist es bekannt, das Beschleunigungssignal auf eine Korrelation mit einer Schwellenfachfrequenz hin zu prüfen. Dies setzt jedoch das Vorhandensein von Schwellen im Gleisoberbau voraus, wobei noch hinzukommt, dass die Schwellen hierbei gleichmäßige Abstände aufweisen müssen und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen muss.
  • Die derzeit in der Praxis eingesetzten Systeme zur Entgleisungsdetektion sind jedoch entweder in ihrer Anwendung auf eine bestimmte Geschwindigkeit limitiert und/oder setzen einen bestimmten Oberbau des Gleiskörpers voraus, damit eine Entgleisung erkannt werden kann. Für Züge mit Geschwindigkeiten über 100 km/h und für Strecken mit sogenannter "Fester Fahrbahn" sind die derzeit in der Praxis angewendeten Systeme zur Entgleisungsdetektion nur eingeschränkt oder gar nicht verwendbar. Der Nachteil dieser Verfahren ist auch, dass damit "nur" der eigentliche Entgleisungsvorgang detektiert wird. Sollte aus irgendeinen Grund z.B. durch äußere Einflüsse wie Gleislage, Kurvenfahrten, höhere Geschwindigkeiten usw. das Verhalten anders als der erwartete Beschleunigungsverlauf sein, wird die Entgleisung nicht erkannt.
  • Die Druckschrift JP 2000 006807 A offenbart ein Schienenfahrzeug, das mit einem Mittel zum Erfassen von Abnormitäten während des Fahrens versehen ist, und ein Verfahren dazu. Um beispielsweise ein Entgleisen zu erkennen, sind Beschleunigungserfassungsmittel an einer Mehrzahl von Drehgestellen vorhanden, deren Beschleunigungssignale jeweils verglichen werden, und wenn eines der Beschleunigungssignale einen Wert annimmt, der, verglichen mit anderen Signalen, über einem spezifizierten Wert liegt, wird eine Abnormität erkannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erkennungsmechanismus bereitzustellen, der sowohl in allen Geschwindigkeitsbereichen (vor allem bei höheren Geschwindigkeiten) als auch unabhängig vom Fahrbahntyp (Schwellen, feste Fahrbahn, ...) eine Detektion ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, auf dem ein auf einem Computersystem ausführbarer Programmcode gespeichert ist, welcher die Schritte des vorgenannten Verfahrens erzeugt bzw. implementiert.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Codemitteln, die bei deren Ausführung auf einem Computersystem die Schritte des vorgenannten Verfahrens erzeugen bzw. implementieren.
  • Somit erfolgt die Erfassung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs dadurch, dass den Fahrbetrieb charakterisierende Messdaten einer Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs gesammelt und verglichen werde, wobei eine Entgleisung dann festgestellt wird, wenn die Messdaten zumindest eines Radsatzes oder Drehgestells um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen. Grundgedanke der Erfindung ist also, an mehreren Messstellen am Zug oder Drehgestell oder den Achsen zwischen den Zuständen "nicht entgleist" und "entgleist" zu unterscheiden, indem die Messdaten die Vibrationen, vorzugsweise in Vertikalrichtung, und die Raddrehzahl angeben und die Messdaten mehrerer Radsätze oder Einzelräder verglichen werden. Darüber hinaus können auch andere Dater, z.B. optische Daten bspw. zur Abstandsmessung Rad-Schiene, oder mechanische oder elektrische Messgrößen mehrerer Radsätze oder Einzelräder verglichen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Überfahren desselben Ortes in allen nicht entgleisten Radsätzen vergleichbare Vibrationen hervorruft, während das Verhalten entgleister Radsätze deutlich davon abweicht. Dieses Vorgehen ist vor allem dann vorteilhaft, wenn sich der entgleiste und nicht entgleiste Zustand im Beschleunigungsniveau nur geringfügig unterscheiden und daher nur eine relative oder vergleichsabhängige Auswertung zuverlässige Ergebnisse liefert. Die durch die Messdaten angegebene Raddrehzahl ermöglicht eine ergänzende Anwendung zum Ableiten eines Raddurchmessers zur Raddurchmesserkompensation.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Messdaten einen Abstand zwischen Rad und Schiene am jeweiligen Radsatz oder Drehgestell angeben. Somit kann durch Vergleich der Abstände an den verschiedenen Messstellen auf eine Entgleisung geschlossen werden, wenn an einer Messstelle eine signifikante Abweichung des gemessenen Abstands gegenüber den übrigen Messstellen festgestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Messdaten jeweils eines mittleren Radsatzes oder ein mittleres Drehgestells mit den Messdaten einer vorbestimmte Anzahl (z.B. ein oder zwei) davor und dahinter liegender Radsätze oder Drehgestelle zu vergleichen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die empfangenen Messdaten entsprechend einem zeitlichen Versatz, mit dem die jeweiligen Radsätze oder Drehgestelle denselben Ort auf einer Schiene überfahren, für den Vergleich zugeordnet werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Messdaten zeitrichtig miteinander verglichen und Fehlentscheidungen vermieden werden.
  • Der Vergleich der gesammelten Messdaten wird auf einer Kreuzkorrelation oder einem Kreuzkorrelationsspektrum durchgerführt. Durch diesen Vergleichsansatz kann eine zuverlässige Auswertung auf Grundlage der Ähnlichkeit der gesammelten Messdaten an verschiedenen Messstellen erzielt werden. Im Einzelnen kann der Vergleich bspw. darauf abgestellt werden, ob sich das Maximum der Kreuzkorrelation bei einem zeitlichen Versatz zeigt, der sich aus der Fahrtgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und dem Abstand der Achsen der verglichenen Radsätze oder Drehgestelle ergibt.
  • Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Nachbereitung der gesammelten Messdaten vorgenommen werde, um die Zuverlässigkeit der Vergleichsoperation zu erhöhen. Die Nachbereitung kann dabei bspw. zumindest eines aus Neuabtastung, Filterung, Bildung eines gleitenden Effektivwerts oder einer Standardabweichung, und Bildung eines Mittelwerts umfassen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Entgleisungserfassung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
    Fig. 2
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Entgleisungserfassung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Es folgt eine Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele anhand eines beispielhaften Schienenfahrzeugs mit einer Anzahl n von Radsätzen mit zugehörigen Messstellen zur Gewinnung von den Fahrbetrieb charakterisierenden Messdaten.
  • Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Erfassung einer Entgleisung, wobei die Vibrationen beim Fahrbetrieb angebende Messdaten an n Radsätzen 10-1 bis 10-n mittels entsprechender Detektoren (D) 20-1 bis 20-n gewonnen werden. Die Messdaten oder Messsignale am Ausgang der Detektoren 20-1 bis 20-n können dann optional einer Nachbereitung in entsprechenden Nachbereitungseinrichtungen (N) 30-1 bis 30-n unerzogen werden. Eine solche Nachbereitung der gemessenen Daten vor dem Vergleich kann bspw. zumindest eine Bearbeitung aus Neuabtastung, Filterung, gleitendem Effektivwert oder Standardabweichung und gleitendem Mittelwert umfassen. Dadurch kann entweder die Rechenzeit oder Datenübertragung verringert oder die Zuverlässigkeit des Algorithmus erhöht werden.
  • Die gemessenen Vibrationsdaten (vorzugsweise in Vertikalrichtung, alternativ zu Vibrationen wären auch andere Daten wie bspw. optische Daten zur Abstandsmessung Rad-Schiene denkbar) werden an den mehreren Radsätzen oder Einzelrädern 10-1 bis 10-n gewonnen und ggf. nachbereitet. Danach erfolgt ein Vergleich der Messdaten in einer Vergleichseinrichtung (V) 40, wobei z.B. die Messdaten eines jeden Radsatzes 10-1 bis 10-n mit den Messdaten des in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs davor- und dahinterliegenden Radsatzes verglichen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Überfahren desselben Ortes in allen nicht entgleisten Radsätzen vergleichbare Vibrationen (oder andere den Fahrbetrieb charakterisierende Merkmale) hervorruft, während das Verhalten entgleister Radsätze deutlich davon abweicht. Falls die Vergleichseinrichtung 40 durch Vergleich der gesammelten Messdaten feststellt, dass entlang das Schienenfahrzeug zumindest ein Radsatz markante Unterschiede in den Messdaten aufweist (d.h., die Messdaten um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen), wird von einer Entgleisung ausgegangen und ein entsprechendes Ausgangssignal 50 abgegeben. Dabei kann der zeitliche Versatz berücksichtigt werden, mit dem die Radsätze 10-1 bis 10-n denselben Ort auf der Schiene überfahren, so dass die Messdaten zeitrichtig verglichen werden.
  • Der Vergleich in der Vergleichseinrichtung 40 kann anhand einer Kreuzkorrelation oder eines Kreuzleistungsdichtespektrums zwischen den Messdaten der Vibrationen (z.B. Beschleunigungsdaten oder - signale) erfolgen. Bei der Kreuzkorrelation kann beispielsweise verglichen werden, ob sich das Maximum der Korrelation bei einem zeitlichen Versatz zeigt, der sich aus der bekannten Fahrtgeschwindigkeit und dem bekannten Abstand der verglichenen Achsen ergibt.
  • Ein Vorteil der vorgeschlagenen vergleichsgesteuerten Entgleisungserfassung liegt darin, dass eine zuverlässige Entgleisungserkennung auch in solchen Fällen möglich ist, bei denen sich der entgleiste und der nicht entgleiste Zustand im Beschleunigungsniveau nur geringfügig unterscheiden. Dies ist bspw. bei einem schlechten Schienenabschnitt der Fall, bei dem auch im nicht entgleisten Zustand hohe Vibrationen auftreten, oder bei einer festen Fahrbahn, die auch im entgleisten Zustand lediglich niedrige Vibrationen ohne charakteristischen Frequenzgehalt hervorruft.
  • Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Entgleisungserfassungsverfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das beispielsweise als Software in einer computergesteuerten Entgleisungserfassungvorrichtung implementiert werden kann.
  • Nach dem Programmstart werden im Schritt 201 zunächst Messdaten eines an verschiedenen Messstellen (z.B. an den Radsätzen oder Drehgestellen) entlang des Schienenfahrzeugs gemessenen, den Fahrbetrieb charakterisierenden Parameters (z.B. Vibration, Beschleunigung, Abstand Rad-Schiene, etc.) im Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs gesammelt. Es folgt im Schritt 202 eine optionale Nachbereitung der Daten in oben beschriebener Weise. Danach werden die Messdaten im Schritt 203 einem Vergleich unterzogen, wie bspw. im ersten Ausführungsbeispiel erläutert, und im anschließenden Schritt 204 wird fortlaufend geprüft, ob die gemessenen Parameterdaten an zumindest einer der Messstellen eine markante oder signifikante Unterschied zeigen, also um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen. Solange dies nicht der Fall ist, springt der Ablauf zurück zum Schritt 201 und neue Parameterdaten werden von den Detektoren an den Messstellen eingelesen und gesammelt. Sobald jedoch im Schritt 204 ein markanter oder signifikanter Unterschied festgestellt wird, schreitet der Ablauf zum Schritt 205 und Entgleisungsmaßnahmen (also Signalisierungsmaßnahmen und/oder Gegenmaßnahmen bei Entgleisungen) werden eingeleitet.
  • Das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auch gemeinsam mit anderen Verfahren zur Entgleisungsdetektion eingesetzt werden, um deren Aussagegenauigkeit zu erhöhen. Des Weiteren kann das Verfahren auch mit einer Messung der Raddrehzahl kombiniert werden, um den aktuellen Raddurchmesser abzuleiten und eine Kompensation des Raddurchmessers durchzuführen. Da sich der Raddurchmesser aufgrund von Verschleiß nur langsam ändert, können Verschleiß und Entgleisung voneinander unterschieden werden.
  • Zusammenfassend wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs beschrieben, wobei einen Fahrbetrieb charakterisierende Messdaten von einer Vielzahl von Radsätzen oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs gesammelt und verglichen werden, und wobei das Vorliegen einer Entgleisung dann festgestellt wird, wenn die Messdaten zumindest eines Radsatzes oder Drehgestells um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen.
  • Es wird angemerkt, dass bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen alternative oder zusätzliche geeignete, den Fahrbetrieb charakterisierende optische, mechanische, elektrische und/oder akustische Parameter für den Vergleich der Radsätze oder Drehgestelle herangezogen werden können.

Claims (12)

  1. Vorrichtung (40) zur Erfassung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist zum Empfangen von einen Fahrbetrieb charakterisierenden Messdaten einer Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs, zum Vergleichen der Messdaten der Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs, und zum Feststellen des Vorliegens einer Entgleisung, wenn die Messdaten zumindest eines Radsatzes oder Drehgestells um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen, wobei die Messdaten Vibrationen, insbesondere Vibrationen in vertikaler Richtung, des jeweiligen Radsatzes oder Drehgestells angeben, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Messdaten als eine ergänzende Anwendung der Erfassung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs eine Raddrehzahl angeben und die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist zum Ableiten eines Raddurchmessers und zum Durchführen einer Raddurchmesserkompensation.
  2. Vorrichtung (40) nach Anspruch 1, wobei die Messdaten einen Abstand zwischen Rad und Schiene am jeweiligen Radsatz oder Drehgestell angeben.
  3. Vorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist, die Messdaten jeweils eines mittleren Radsatzes oder ein mittleres Drehgestells mit den Messdaten einer vorbestimmte Anzahl davor und dahinter liegender Radsätze oder Drehgestelle zu vergleichen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist, die empfangenen Messdaten entsprechend einem zeitlichen Versatz, mit dem die jeweiligen Radsätze oder Drehgestelle denselben Ort auf einer Schiene überfahren, für den Vergleich zuzuordnen.
  5. Vorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist, den Vergleich basierend auf einer Kreuzkorrelation oder einem Kreuzkorrelationsspektrum durchzuführen.
  6. Vorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist, den Vergleich darauf zu stützen, ob sich das Maximum der Kreuzkorrelation bei einem zeitlichen Versatz zeigt, der sich aus der Fahrtgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und dem Abstand der Achsen der verglichenen Radsätze oder Drehgestelle ergibt.
  7. Vorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (40) ausgestaltet ist, die Messdaten vor dem Vergleichen einer Nachbereitung zu unterziehen.
  8. Vorrichtung (40) nach Anspruch 7, wobei die Nachbereitung zumindest eines aus Neuabtastung, Filterung, Bildung eines gleitenden Effektivwerts oder einer Standardabweichung, und Bildung eines Mittelwerts umfasst.
  9. System zur Erfassung einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs, mit einer Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Vielzahl von Detektoren (20-1 bis 20-n) zur Erfassung der den Fahrbetrieb charakterisierenden Messdaten der Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs.
  10. Verfahren zum Erfassen einer Entgleisung eines Schienenfahrzeugs mit einer Vorrichtung (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren umfasst:
    - Empfangen der einen Fahrbetrieb charakterisierenden Messdaten einer Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs, wobei die Messdaten Vibrationen, insbesondere in vertikaler Richtung, des jeweiligen Radsatzes oder Drehgestells angeben,
    - Vergleichen der Messdaten der Vielzahl von Radsätzen (10-1 bis 10-n) oder Drehgestellen des Schienenfahrzeugs,
    - Messung einer Raddrehzahl aus den Messdaten,
    - Ableiten eines Raddurchmessers aus den Messdaten,
    - Durchführen einer Raddurchmesserkompensation, und
    - Feststellen des Vorliegens einer Entgleisung, wenn die Messdaten zumindest eines Radsatzes oder Drehgestells um mindestens ein vorbestimmtes Ausmaß von den Messdaten der übrigen Radsätze oder Drehgestelle abweichen.
  11. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein auf einem Computersystem ausführbarer Programmcode gespeichert ist, der bei seiner Ausführung die Schritte des Verfahrensanspruchs 10 erzeugt.
  12. Computerprogramm mit Codemitteln, die bei ihrer Ausführung auf einem Computersystem die Schritte des Verfahrensanspruchs 10 erzeugen.
EP16798665.2A 2015-11-11 2016-11-10 Verfahren und vorrichtung zur vergleichsgesteuerten entgleisungserfassung Active EP3374246B1 (de)

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