用于借助车轮转速信号检测脱轨的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定轨道车辆的至少一个车轮(10)的临界行驶状况的方法，其中，确定至少一个车轮(10)的转速原始信号(22)的波动强度的特征值，和将所述特征值与标准进行比较以便评估行驶状态，所述标准描述临界行驶状况，其中，所述方法在识别出临界行驶状况时触发轨道车辆中的一个动作，其中，所述方法被这样地设计，使得该方法能够与在现代轨道车辆中已有的传感器装置和处理装置组合或者可以用到这些装置。

A Method for Degauge Detection with Wheel Speed Signal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于借助车轮转速信号检测脱轨的方法
本专利技术涉及一种用于借助车轮转速信号检测轨道车辆的一个或多个车轮的脱轨状态的方法。
技术介绍
在轨道车辆、尤其是长列车的行驶运行中存在如下可能性，即各个车轮、轮组或者整个转向架不被车辆驾驶员察觉地脱轨。因此，脱轨的车轮、轮组、转向架或整个车厢被轨道车辆拖着一起走，其中，例如车轮始终再次撞击路段上部结构。这可能导致铁道上部结构、轨道车辆或者两者的巨大损坏。另一个高的事故风险在于，脱轨的轨道车辆并不再在通常的行驶方向上定向，而是在横向于行驶方向的投影中伸出超过通常的车辆宽度。当轨道车辆遇到障碍物、例如隧道的镶嵌部或者桥墩时，这可能导致具有巨大财产损失的严重事故，甚至导致人员受伤。因此有意义的是，及时识别出各个车轮、轮组、转向架或整个车厢的脱轨并且引入相应的应对措施。应对措施在此可以自动地或者通过车辆驾驶员引入。应对措施例如是脱轨的轨道车辆的直接制动直到静止。此外一种方法是有利的，该方法在实际发生脱轨之前就可靠地识别出临界行驶状况并且引入相应的应对措施。将来各种准则和标准都要求脱轨检测，例如在DINEN62267中需要一个用于在无驾驶员的运行中识别脱轨的系统。基于该背景，一系列的这类系统处在工业应用中并且这类系统被写进专利中。WO2012140073A1描述了一种用于借助转速信号和期待的转速的差检测脱轨的方法。为了能够始终可靠地确定行驶状态，车轮的磨损系数被连带地列入计算中，因为车轮转速与行驶速度的比通过车轮的磨损被改变。WO2001094174A1描述了一种用于借助对车轮转速彼此之间的比较或者车轮转速与多个车轮转速的平均值的比较检测脱轨的方法。这两个专利技术为了检测脱轨利用到至少一个转速信号相对于额定值的偏差。在此的缺点尤其在于，由于出现转速波动，极限值可能错误地被超过并且由此为了可靠地检测脱轨需要比较费劲的评价措施。EP1236633A2描述了一种用于借助各种不同的特征值的评价、尤其是车轮的角速度或者角加速度的变化曲线的评价来检测脱轨的方法。提出，为了检测脱轨，两次按照时间对车轮的旋转频率的时间变化曲线求微分并且由此检测车轮或轮组轴的变化的加速特性，如表征脱轨的特征那样。车轮或轮组轴的变化的加速特性再次由脱轨的车轮对地面的无规律的撞击引起。但是时间信号的求导的处理始终需要大的耗费，因为以在时间上变化的延迟发生的制动在车轮的旋转频率的二次求导中也不同于零并且由此是可见的。在该专利技术的另一种实施方式中，车轮转速彼此之间的比较类似于在WO2001094174A1中那样被描述。为了执行该方法，除了求出旋转频率外，例如也需要加速度信号，这对安装在轨道车辆中的传感装置提出了附加的要求。
技术实现思路
以下专利技术的任务是提供一种方法，该方法解决了上述问题并且此外优选通过使用总归存在于车辆中的、例如容易改装的传感装置和处理装置就足够了并且该方法优选可容易地在现有的控制装置中执行。该任务借助独立权利要求解决。优选的扩展构型是从属权利要求的主题。该方法优选使用至少一个优选安装在轨道车辆中的转速检测装置的转速信号，以便求出车轮转速，以便获得关于当前行驶状态的认识(例如车轮转速或速度)。该转速检测装置优选被实施为转速传感器，该转速传感器由车轮转速产生脉冲传感器信号。可想到具有传感器布置和组合的实施方式，这些实施方式能够实现各个车轮、轮组或整个转向架的转速的测量。转速传感器的转速原始信号可以在此以模拟或数字的形式存在。传感器的转速原始信号在此可以优选作为磁极转子频率、角速度或者以其他合适的形式存在。转速原始信号被传输给评价装置以便进一步处理。评价装置优选包含用于信号准备、特征值确定和行驶状态评估的部段。优选首先将转速原始信号传送给信号准备部段，在信号准备部段中进行信号的准备以便进一步的处理。在此，可以优选将信号准备方法和用于预先分析转速原始信号的方法例如抗混叠滤波、模拟信号的数字化、采样的改变或匹配、偏差调整、物理换算、傅里叶变换、包络曲线形成、极值确定、可信度测试等用在转速原始信号上。一种有利的形成包络曲线的实施方式例如是围绕转速原始信号形成软管形的包络线，以便尤其是为后续的处理简化地描述转速原始信号的时间变化曲线。在此，包络曲线可以基本上通过转速原始信号的最大值和最小值确定或者也可以近似地跟跟踪数原始信号的变化曲线。在转速原始信号的可信度测试时，基本上借助合适的算法检查：接收到的转速原始信号究竟是否可信，即在物理学上是否是正确的，或者是否适合于当前的行驶状态。优选例如一个车轮上的-10，000min-1的转速原始信号在另一个车轮上的+2000min-1的转速值时被评估为不可信的并且对于进一步的研究不被考虑。在本专利技术的方法中，接着信号准备部段优选是特征值确定部段，在特征值确定部段中由优选通过信号准备部段准备好的转速信号确定一个关于轨道车辆的当前状态的特征值。该特征值优选描述了一个车轮、轮组或整个转向架的转速信号的波动强度。在确定特征值时的基本构思在此是，在轨道上滚动的车轮的转速与车轮是否以恒定的速度运动、加速或减速无关地始终经受转速中的一定波动。这些波动可以尤其是通过加工误差、磨损、车轮-轨道-接触中的力锁合或者车辆驱动单元中的波动引起。但是这些波动在其波动强度上表现出明显小于在车轮脱轨时的转速波动，脱轨的车轮始终又通过与地面的无规律的接触被加速或减速。下面描述用于求取特征值的实施例，该特征值是车轮转速的波动强度的尺度。在求出波动强度时的优点在于，不必确定准确的转速，而是仅仅必须作出转速多强烈地波动的报告。转速信号的波动强度的求取优选用合适的分析方法实现，例如转速信号在滑动时间窗上的方差的求出。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的标准偏差。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的二次方平均值。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的算术平均值。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的振幅，即基本上确定为在合适的最大值和最小值之间的差。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的频率成分的变化。频率成分可以优选通过在滑动时间窗上的傅里叶分析被确定。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的分位数。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在弹滑动时间窗上的中位数。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的变异系数。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的平均的绝对间隔。在本专利技术的另一种有利的实施方式中，转速信号的波动强度优选被确定为转速信号在滑动时间窗上的四分位距。如上所述，这些实施方式的优点在于，不必确定准确的转速，而是仅仅必须作出转速多强烈地波动的报告。滑动时间窗本身优选这样地被确定，即能够实现“未脱轨”和“脱轨”状态的可靠区分，滑动时间窗确定了转速信号的观察或分析时间间隔。滑动时间窗的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于确定轨道车辆的至少一个车轮(10)的临界行驶状况的方法，其中，确定至少一个车轮(10)的转速原始信号(22)的波动强度的特征值，和将所述特征值与标准进行比较以便评估行驶状况，所述标准描述临界行驶状况，其中所述方法在识别出临界行驶状况时在轨道车辆中触发动作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 DE 102016125196.81.用于确定轨道车辆的至少一个车轮(10)的临界行驶状况的方法，其中，确定至少一个车轮(10)的转速原始信号(22)的波动强度的特征值，和将所述特征值与标准进行比较以便评估行驶状况，所述标准描述临界行驶状况，其中所述方法在识别出临界行驶状况时在轨道车辆中触发动作。2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的方差作为用于车轮转速的波动强度的特征值。3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的标准偏差作为用于车轮转速的波动强度的特征值。4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的二次方平均数作为用于车轮转速的波动强度的特征值。5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的算术平均数作为用于车轮转速的波动强度的特征值。6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的振幅作为用于车轮转速的波动强度的特征值。7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的频率成分作为用于车轮转速的波动强度的特征值。8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的分位数作为用于车轮转速的波动强度的特征值。9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的中位数作为用于车轮转速的波动强度的特征值。10.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的变异系数作为用于车轮转速的波动强度的特征值。11.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(10)的转速信号的平均的绝对间距作为用于车轮转速的波动强度的特征值。12.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述至少一个车轮(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·埃茨巴赫，U·弗里森，N·克莱泽尔，
申请(专利权)人：克诺尔轨道车辆系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE