EP1213202B2 - Verfahren zur Abbildung des Geleisezustandes und/oder des mechanischen Betriebsverhaltens von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Verfahren zur Abbildung des Geleisezustandes und/oder des mechanischen Betriebsverhaltens von Schienenfahrzeugen Download PDF

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EP1213202B2
EP1213202B2 EP00126831A EP00126831A EP1213202B2 EP 1213202 B2 EP1213202 B2 EP 1213202B2 EP 00126831 A EP00126831 A EP 00126831A EP 00126831 A EP00126831 A EP 00126831A EP 1213202 B2 EP1213202 B2 EP 1213202B2
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EP
European Patent Office
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inf
signals
information units
sensors
information
Prior art date
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EP00126831A
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English (en)
French (fr)
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EP1213202B1 (de
EP1213202A1 (de
Inventor
Arthur Windisch
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
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Priority to AT00126831T priority patent/ATE322416T1/de
Priority to DE50012534T priority patent/DE50012534D1/de
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Publication of EP1213202B1 publication Critical patent/EP1213202B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/044—Broken rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for imaging the track condition and / or the mechanical performance of rail vehicles according to the preamble of patent claim 1.
  • DE 198 37 486 A1 is complementary to DE 198 37 485 A1 provided that the sensors interact with a mass-spring system installed on the respective vehicle.
  • WO 00/60322 a method and a device is disclosed which, on the basis of a two-dimensional detection by means of acceleration sensors, makes it possible to measure deviations of the mechanical operating behavior of the chassis independently of extraneous influences.
  • test drives for checking the track condition can at best be carried out in marginal hours.
  • methods of in DE 198 37 485 A1 or in DE 198 37 486 A1 specified type can be used.
  • test drives also require a personnel and organizational effort.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method by means of which, on the one hand, a current checking of the track condition of track sections without special test drives is made possible, and which method also makes it possible to check the mechanical performance of rail vehicles.
  • Each train which is provided with a device for carrying out the method according to the invention, becomes a measuring train and supplies to a control center.
  • comparisons can be made in the resulting profiles for a train composition which travels the same route regularly and with the same speed profile.
  • FIG. 1 shows a passenger train composition 20 with a traction unit 23, two intermediate cars 22.1, 22.2 and a control car 21.
  • the carriage 22.1 has a bogie associated sensor module 11, while the control car 21 each bogie sensor module 11 is associated with at least one sensor 10.
  • the cars of the train composition 20 are mechanically connected to a traction coupling 24 and electrically connected to a train bus 12.
  • a sensor 10 is only with respect to the carriage 22.1 in Fig. 1 illustrated, it is provided in an advantageous development of the invention to provide per wheel or per bogie several sensors 10, for example, left / right and or to detect stresses in the directions of a two- or three-dimensional coordinate system, x-, y- and possibly z -Direction.
  • the sensor modules 11 assigned to the carriages are connected via the train bus 12 to an evaluation unit 13 on the traction vehicle 23.
  • the assignment of the evaluation unit 13 to a traction unit 23 is not mandatory, an assignment to the control car 21 or an intermediate car 22 is also possible.
  • Strains occurring on a wheel 26 or on a bogie 27 can be detected by the sensors 10 as, for example, vibration on a piezoelectric path or as strain by means of strain gauges as an electrical signal.
  • a sensor module 11 is provided per wheel 26 or bogie 27 in which, on the one hand, an activation of the sensors 10 takes place, for example with a carrier signal, and on the other hand the detected signals are subjected to a first analysis.
  • signals are also acquired from the sensors 10, which are designed in particular as strain gauges, from which signals a load state of the relevant vehicle emerges.
  • an information unit INF W (the index W stands for "wagon") is generated by the sensor module, which has, for example, a structure as shown in Table 1.
  • further sensors can be provided, in particular a sensor 10 for detecting the wheel bearing temperature, this is indicated in Table 1 with the information field TMP_VAL_R. It is also possible to detect further operating parameters, for example the oil level in a wheel bearing.
  • an information field APPL is provided.
  • state data of a respective sensor module 11 associated cooling unit which serves to cool a space for food transport, can be detected.
  • a decision can be made by the sensor module 11 that a certain accumulation of a signal as an image of the operating state of the relevant wheel 26 or the relevant Axis is to be evaluated.
  • the rotational speed of the relevant axis is advantageously also detected by a further sensor 10.
  • a corresponding indicator of the detected values can be stored in an information field X_VAL_IND which identifies the signals as an image of the relevant axis or wheel 26. From the signals x 1 ,...
  • a statistical value can be generated and stored in a field X_VAL_AVG of the information unit INF W.
  • mean values for example arithmetic or geometric ones are used.
  • a quantile eg median
  • Several such quantiles are then stored in information fields X_VAL_1, ..X_VAL_N.
  • signals x 1 ' .. x n' optionally after a preselection, can be stored directly in the information unit INF W in the fields X_VAL_1, ..X_VAL_N.
  • the field X_VAL_IND can have, for example, a width of 8 bits, thereby directly indicating 8 different states or indications.
  • the signals stored in the fields X_VAL_1, .., Y_VAL_AVG, etc. of an information unit are referred to as measured values.
  • the information units INF G generated by a sensor module 11 are transmitted via the train bus 12 of an evaluation unit 13 assigned to the train composition 20 and stored there.
  • a relation for example a bijection, is created between a time t available in the evaluation unit 13 and the stamp contained in the information field CNT.
  • the stamp also contains a time indication, but without a defined origin.
  • the evaluation unit 13 is arranged in the traction vehicle and / or in the control car 21.
  • a mark identifying the respective route and the respective track can be supplied to the evaluation unit 13 via the receiving unit 15 by fixed train-influencing components, such as EURO-Balise 14 or EURO-Loop.
  • information about the respective speed of the relevant train composition 2D are now those information units INF W , which have no indicator in the information field X_VAL_IND as an image of the operating state of the wheel or the relevant axis to an information unit INF G put together (the index G stands for "tracks").
  • the receiving unit 15 is assigned to the traction vehicle 15.
  • a reception unit 15 is also installed on this;
  • each of the first receiving unit 15 in the direction of travel is actively switched, the information received by the EURO-Balise 14 via the receiving unit 15 on the control car 21 is available via the train bus 12 also in the traction vehicle 23.
  • Table 2 An exemplary structure of the above-mentioned information unit INF G is shown in Table 2 below.
  • Table 2 Structure an information unit INF ⁇ sub> G ⁇ / sub> information field importance
  • X1_VAL_AVG Weighted value in x-direction
  • X1_VAL_MAX Maximum value in x-direction
  • X1_VAL_MIN Minimum value in x-direction
  • Y1_VAL_AVG Weighted value in y-direction Y1_VAL_MAX
  • a relative position to the number plate of the route can be specified, preferably in the unit [m].
  • the location information can also be obtained via a the evaluation unit 13 associated GPS module (GPS: Global Positioning System).
  • GPS Global Positioning System
  • the information units INF W received in the evaluation unit 13 can additionally be provided with a tag TRA_ID of the relevant train and optionally with further fields, eg with the current speed v in [m / s] or the train number COU_ID , which allows for a schedule-specific assignment.
  • TRA_ID the current speed
  • COU_ID the train number
  • the information units INF W provided with the above-mentioned additional fields are hereinafter referred to as INF W. designated.
  • the information units INF W thus have the following additional fields shown in Table 3, wherein still further fields not shown below may be provided. Table 3 V Speed at the time of measurement TRA_ID composition Plate COU_ID Switzerlands devise
  • a route section is shown which is divided into blocks of blocks.
  • the in the Fig. 2a The sections OER or DLK denote stations with points and intersections. It is assumed for the aforementioned sections and route blocks that, for example, OER-HGZ or WLN-DUE or DLK, at least one fixed train control component such as a EURO-Balise 14 is installed, which contains a track marking. The track identification is transmitted to the receiving unit 15 together with other information intended for the train control and train safety.
  • the information units INF G , INF W and possibly INF W generated in the evaluation unit 13 and stored, for example, in files or in matrices. are transmitted in a preferred embodiment of the present invention via a specially provided for this purpose wireless transmission link 17 to a control center 30.
  • a control center 30 From the control center 30, the railway operation is conducted in a specific region; Often, therefore, instead of the term “control center” - also the term “operations control center” is used.
  • the transmission to the control center 30 can be carried out to some extent continuously or at later, optionally fixed times. In principle, a transmission is also possible with a data carrier, eg floppy disk or with a portable personal electronic device of the locomotive driver in question. possible.
  • the rear channel of a GSM-R connection can be used for the transmission.
  • This has the advantage that the precautions necessary for the addressing and authentication are already included in the GSM-R system and can be used for this data transmission.
  • the representation in Fig. 1 with the antennas 16 and 36 are only the principle again, as mentioned above, this transmission can advantageously be done via a cellular mobile network.
  • the received information units INF G , INF W and possibly INF W are first stored in a computer system.
  • a topological image of the guided by the control center sections is also permanently stored.
  • waypoints designated places such as switches, crossings or railroad crossings with so-called descriptors included in this image. These descriptors are linked to length marks relative to the positions of the EURO balises 14.
  • the information units INF G originating from the various train compositions are sorted and stored on the basis of the information in the field ST_REL_ID.
  • the granularity results from the absolute accuracy the specification ST_REL_ID plus a tolerance value, for example, the granularity of the images of the information units INF G may be about 5 m.
  • Fig. 2b a simplified representation of such an evaluation is shown.
  • the symbols such as a rectangle or an isosceles triangle, indicate a particular direction or type of data sensed by the sensors, eg X or Y direction, while the height of the symbol serves as an indicator of the amplitude of the plurality of sensors 10 recorded stress.
  • a limit is in the Fig. 2b shown with a boundary line 35 and can be used for an alarm triggering or to display a measured value to be evaluated as critical.
  • a display unit 31 is provided.
  • the measured values contained in the information units INF G it can be provided that, for example, by double-clicking with a mouse on a symbol, the data are displayed individually and in a statistical evaluation.
  • the limit value can be formed in a particular further development depending on the plurality of received information units INF G and INF W and other parameters. As a result, further influences, such as ambient temperature of the track systems can be considered.
  • the transmission of the information units INF G , INF W and INF W to a control station 30 can alternatively also be carried out via a leakage cable arranged between the rails.
  • the EURO-Loop system can be used for a continuous transmission and the EURO-Balise system for a point-to-point transmission.
  • EURO-Balises approximately 850 bits can be transmitted coded gross for each crossing.
  • the method explained above is not limited to a passenger train composition 20. This procedure can also be applied to freight trains.
  • a leak cable between the rails for example a EURO loop or a transceiver cable, which is provided for the supply of GSM services, can be used to transmit to a preferably on the traction vehicle 21 Evaluation unit 13 make. Since it is not possible to assume such a leakage cable over all sections of the route, the information units INF W in the sensor module 11 must be buffered.
  • an acknowledgment is advantageously provided in order to be able to transmit any information units INF W which may have been transferred but not or not completely received in the evaluation unit 13 from the sensor module in question once more.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung des Geleisezustandes und/oder des mechanischen Betriebsverhaltens von Schienenfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Um Defekte und allmählich auftretende Schäden an Geleiseanlagen und/oder an Schienenfahrzeugen erkennen zu können, wird in DE 198 37 485 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, gemäss dem unter Verwendung von auf Fahrzeugen verteilt angeordneten Sensoren Signale zum Schwingungsverhalten erfasst und zusammen mit einem Identitätskennzeichen an eine fahrzeugseitige Bewertungseinrichtung übertragen und bewertet werden. Die Bewertung erfolgt so, dass je nach Verteilung der Signale ab einer vorgegebenen Mindestbeanspruchung, d.h. zeitlich aufeinanderfolgend oder gehäuft auf wenigstens einen Sensor, entweder auf ein Störungsereignis an der Geleiseanlage oder auf ein Störereignis am betreffenden Fahrzeug geschlossen wird.
  • In DE 198 37 486 A1 ist ergänzend zu DE 198 37 485 A1 vorgesehen, dass die Sensoren mit einem am jeweiligen Fahrzeug installierten Masse-Feder-System zusammenwirken.
  • In WO 00/60322 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, welche aufgrund von einer zweidimensionalen Erfassung mittels Beschleunigungssensoren erlaubt, Abweichungen des mechanischen Betriebsverhaltens der Fahrgestelle unabhängig von Fremdeinflüssen zu messen.
  • Wegen der hohen und immer noch steigenden Belegung von Eisenbahnstrecken über den vollen Tag können Messfahrten zur Ueberprüfung des Geleisezustandes bestenfalls noch in Randstunden durchgeführt werden. Dabei können Verfahren der in DE 198 37 485 A1 oder in DE 198 37 486 A1 angegebenen Art eingesetzt werden.
  • Solche Messfahrten bedingen darüber hinaus auch einen personellen und organisatorischen Aufwand.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem einerseits eine aktuelle Ueberprüfung des Geleisezustandes von Streckenabschnitten ohne spezielle Messfahrten ermöglicht wird und welches Verfahren ebenfalls erlaubt, das mechanische Betriebsverhalten von Schienenfahrzeugen zu überprüfen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Dadurch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
    wird jeder Zug, der mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens versehen ist, zu einem Messzug und liefert zuhanden einer Leitstelle sein.Befahrungsverhalten und damit den aktuellen Geleisezustand und erlaubt dadurch die Anzeige des mechanischen Betriebsverhaltens von Schienenfahrzeugen. Mit dem in den ersten Informationseinheiten enthaltenen Kennzeichen der betreffenden Zugskomposition können für eine Zugskomposition, die die gleiche Strecke regelmässig und mit dem gleichen Geschwindigkeitsprofil befährt, Vergleiche in den anfallenden Profilen gemacht werden.
  • So können sich die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben:
    1. i) Dadurch, dass die Auswerteeinheit auf einer Zugskomposition angeordnet ist, können die zweiten Informationseinheiten INFW analysiert und festgestellte kritische Beanspruchungen direkt dem Lokomotivpersonal angezeigt werden.
    2. ii) Dadurch, dass ein Kennzeichen der betreffenden Zugskomposition in den ersten Informationseinheiten enthalten ist, erlaubt das Verfahren eine Prüfung von Streckenabschnitten oder Streckenblöcken unabhängig von der jeweiligen Zugskomposition und erlaubt trotzdem Aussagen über die unterschiedlichen Auswirkungen des Streckenzustandes auf die einzelnen Zugskompositionen.
    3. iii) Dadurch, dass ein topologisches Abbild der von der Leitstelle geführten Streckenabschnitten verfügbar ist, können bestimmte Ausreisser von ersten Informationseinheiten relativiert oder ausgeblendet werden.
    4. iv) Dadurch, dass einem Schienenfahrzeug ein Sensormodul zugeordnet ist und im Haltezustand ebenfalls Signale als Abbild eines Lastzustandes erfasst werden, können die dynamisch erfassten Daten kalibriert werden und erlauben eine lastunabhängige Generierung von ersten Informationseinheiten (Patentanspruch 6). Darüber hinaus können zweite Informationseinheiten INFW generiert werden.
    5. v) Dadurch, dass in der Leitstelle kritische Messwerte dargestellt werden, ist es möglich, vor dem Auftreten einer tatsächlichen Gefahr durch Veranlassung des Geleiseunterhaltes Schäden auszuschliessen und den Geleiseunterhalt zu optimieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    Anordnung der für das erfindungsgemässe Verfahren einsetzten Sensoren und Komponenten
    Figur 2a
    Darstellung eines Streckenausschnittes
    Figur 2b
    Darstellung der Auswertung bezogen auf einen Streckenblock
  • Figur 1 zeigt eine Reisezugskomposition 20 mit einem Triebfahrzeug 23, zwei Zwischenwagen 22.1, 22.2 und einem Steuerwagen 21. Der Wagen 22.1 weist ein einem Drehgestell zugeordnetes Sensormodul 11 auf, während beim Steuerwagen 21 jedem Drehgestell ein Sensormodul 11 mit wenigstens einem Sensor 10 zugeordnet ist. Die Wagen der Zugkomposition 20 sind mechanisch mit einer Zugkupplung 24 und elektrisch mit einem Zugbus 12 verbunden. Ein Sensor 10 ist nur bezüglich dem Wagen 22.1 in Fig. 1 dargestellt, dabei ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, pro Rad oder pro Drehgestell mehrere Sensoren 10 vorzusehen, z.B. links/rechts und oder zur Erfassung von Beanspruchungen in den Richtungen eines zwei- oder dreidimensionalen Koordinatensystems, x-, y- und allenfalls z-Richtung. Die den Wagen zugeordneten Sensormodule 11 sind über den Zugbus 12 mit einer Auswerteeinheit 13 auf dem Triebfahrzeug 23 verbunden. Die Zuordnung der Auswerteeinheit 13 zu einem Triebfahrzeug 23 ist nicht zwingend, möglich ist auch eine Zuordnung zum Steuerwagen 21 oder einem Zwischenwagen 22.
  • An einem Rad 26 oder an einem Drehgestell 27 auftretende Beanspruchungen können von den Sensoren 10 beispielsweise als Schwingung auf piezoelektrischem Wege oder als Dehnung mittels Dehnungsmess-Streifen als ein elektrisches Signal erfasst werden. Dazu ist pro Rad 26 oder Drehgestell 27 ein Sensormodul 11 vorgesehen, in welchem einerseits eine Ansteuerung der Sensoren 10, z.B. mit einem Trägersignal, erfolgt und andererseits die erfassten Signale einer ersten Analyse unterzogen werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Haltezustand von den insbesondere als Dehnungsmess-streifen ausgeführte Sensoren 10 ebenfalls Signale erfasst werden, aus denen ein Lastzustand des betreffenden Fahrzeuges hervorgeht. Diese Signale werden im Sensormodul 11 zwischengespeichert und dienen bei der Analyse der während der Fahrt erfassten dynamischen Signale als Referenzwert, um eine Kalibrierung bzw. ein Ausgleich der dynamischen Signale zu erhalten. Aus den so erfassten Signalen wird durch das Sensormodul eine Informationseinheit INFW (der Index W steht für "wagon") generiert, die beispielsweise eine wie in Tabelle 1 dargestellte Struktur aufweist. Neben den vorstehend erwähnten Signalen bezüglich der mechanischen Beanspruchung können weitere Sensoren vorgesehen werden, insbesondere ein Sensor 10 zur Erfassung der Radlagertemperatur, dies ist in Tabelle 1 mit dem Informationsfeld TMP_VAL_R angegeben. Möglich ist auch, weitere Betriebsparameter zu erfassen, beispielsweise der Oelfüllungsstand in einem Radlager. Für die Erfassung weiterer Zustandsdaten, die nicht notwendigerweise einen direkten Zusammenhang mit den an einem Rad oder an einem Drehgestell erfassten Signale aufweisen, ist ein Informationsfeld APPL vorgesehen. Damit können beispielsweise Zustandsdaten eines dem betreffenden Sensormodul 11 zugeordneten Kühlaggregates, das der Kühlung eines Raumes für Lebensmitteltransporte dient, erfasst werden. Tabelle 1 Struktur der Informationseinheit INFW
    Informationsfeld Bedeutung
    S_ID Identitätskennzeichen des Sensormoduls
    CNT Laufender Stempel
    X_VAL_AVG Gewichteter Wert in x-Richtung
    X_VAL_MAX Maximaler Wert in x-Richtung
    X_VAL_IND Indikator zu den x-Messwerten
    Y_VAL_AVG Gewichteter Wert in y-Richtung
    Y_VAL_MAX Maximaler Wert in y-Richtung
    X_VAL_1 1. Wert aus einer Messreihe
    X_VAL_N N. und letzter Wert aus einer Messreihe
    TMP_VAL_R Temperatur in [°C] des Radlagers rechts
    T_ID
    APPL Anwendung
  • Durch Vergleich der von den Sensoren 10 entstammenden Signale von z.B. links/rechts oder in x-Richtung und y-Richtung kann vom Sensormodul 11 eine Entscheidung getroffen werden, dass eine bestimmte Häufung eines Signals als ein Abbild des Betriebszustandes des betreffenden Rades 26 oder der betreffenden Achse zu werten ist. Dazu wird vorteilhafterweise die Drehzahl der betreffenden Achse mit einem weiteren Sensor 10 ebenfalls erfasst. In diesem Fall kann in einem Informationsfeld X_VAL_IND ein entsprechender Indikator der erfassten Werte abgespeichert werden, der die Signale als Abbild der betreffenden Achse oder des betreffenden Rades 26 kennzeichnet. Aus den von einem Sensor 10 entstammenden Signalen x1, .. xn kann ein statistischer Wert generiert und in einem Feld X_VAL_AVG der Informationseinheit INFW abgelegt werden. Als statistische Verfahren die zu einem solchen Wert führen können Mittelwerte, z.B. arithmetische oder geometrische verwendet werden- Um eine Unempfindlichkeit gegenüber Ausreissern zu erlangen, können aus einer Serie solcher Signale vorteilhafterweise Weise ein Quantil, z.B. Median, vorgesehen werden. Mehrere solche Quantile werden dann in denn Informationsfeldern X_VAL_1, ..X_VAL_N abgelegt. Je nach Anwendung können auch mehrere Signale x1' .. xn' gegebenenfalls nach einer Vorselektion, direkt in der Informationseinheit INFW in den Feldern X_VAL_1, ..X_VAL_N abgelegt werden. Dabei wird zweckmässigerweise im Feld X_VAL_IND ein weiterer Indikator dazu abgelegt, das Feld X_VAL_IND kann z.B. eine Breite von 8 Bit aufweisen, dadurch können direkt 8 verschiedene Zustände bzw. Indikationen angegeben werden. Im folgenden werden die in den Feldern X_VAL_1, .., Y_VAL_AVG, usw. einer Informationseinheit abgelegten Signale als Messwerte bezeichnet.
  • Die von einem Sensormodul 11 generierten Informationseinheiten INFG werden über den Zugbus 12 einer der Zugskomposition 20 zugeordneten Auswerteeinheit 13 übermittelt und dort gespeichert. Bei der Speicherung wird eine Relation, z.B. eine Bijektion, zwischen einer in der Auswerteeinheit 13 verfügbaren Zeit t und den im Informationsfeld CNT enthaltenen Stempel erstellt. Hiezu ist vorgesehen, dass der Stempel ebenfalls eine Zeitangabe enthält, allerdings ohne definierten Ursprung. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit 13 im Triebfahrzeug und/oder im Steuerwagen 21 angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, eine weitere ortsabhängige Kennzeichnung der erfassten Informationseinheiten INFW vorzunehmen. Dazu kann von ortsfest angebrachten Zugbeeinflussungskomponenten, wie z.B. EURO-Balise 14 oder EURO-Loop ein die jeweilige Strecke und das jeweilige Geleise identifizierendes Kennzeichen über die Empfangseinheit 15 der Auswerteeinheit 13 zugeführt werden. Zusammen mit der auf dem Triebfahrzeug 23 oder dem Steuerwagen 21 verfügbaren Information über die jeweilige Geschwindigkeit der betreffenden Zugskomposition 2D werden nun jene Informationseinheiten INFW, die im Informationsfeld X_VAL_IND keinen Indikator als Abbild des Betriebszustandes des betreffenden Rades oder der betreffenden Achse aufweisen, zu einer Informationseinheit INFG zusammengefügt (der Index G steht für "Geleise"). In Fig. 1 ist die Empfangseinheit 15 dem Triebfahrzeug 15 zugeordnet. Besonders bei Zugskompositionen mit Steuerwagen 21 ist an diesem ebenfalls eine Empfangseinheit 15 installiert; dabei ist die jeweils in Fahrrichtung erste Empfangseinheit 15 aktiv geschaltet, die von der EURO-Balise 14 über die Empfangseinheit 15 auf dem Steuerwagen 21 empfangenen Informationen stehen über den Zugbus 12 auch im Triebfahrzeug 23 zur Verfügung.
  • Eine beispielhafte Struktur der vorstehend erwähnten Informationseinheit INFG ist der nachfolgenden Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2 Struktur eine Informationseinheit INFG
    Informationsfeld Bedeutung
    ST_ID Kennzeichen der Strecke
    ST_REL_ID Zu ST_ID relative Lage
    T_STMP Zeitmarke
    X1_VAL_AVG Gewichteter Wert in x-Richtung
    X1_VAL_MAX Maximaler Wert in x-Richtung
    X1_VAL_MIN Minimaler Wert in x-Richtung
    Y1_VAL_AVG Gewichteter Wert in y-Richtung
    Y1_VAL_MAX Maximaler Wert in y-Richtung
    Y1_VAL_MIN Minimaler Wert in y-Richtung
  • Im Feld ST_REL_ID kann eine relative Lage zum Kennzeichen der Strecke angegeben werden, vorzugsweise in der Einheit [m].
  • Die relative Lage s - die im Feld ST_REL_ID abgelegt wird, berechnet sich nach : ∫ t 1 t 2 v t ⁢ dt
    Figure imgb0001
     wobei:
    • t1
    bezeichnet den Zeitpunkt des Ueberfahrens einer EURO-Balise,
    t2
    steht für den Zeitpunkt der Erfassung der Messwerte und
    v(t)
    ist die (zeitabhängige) Geschwindigkeit der Zugskomposition 20.
  • Auf Strecken, die nicht mit ortsfest angebrachten Zugbeeinflussungskomponenten mit einer Geleisekennzeichnung versehen sind, kann die Ortsinformation auch über ein der Auswerteeinheit 13 zugeordnetes GPS-Modul (GPS: Global Positioning System) bezogen werden.
  • Die in der Auswerteeinheit 13 empfangenen Informationseinheiten INFW können in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich mit einem Kennzeichen TRA_ID des betreffenden Zuges und gegebenenfalls mit weiteren Feldern versehen werden, z.B. mit der aktuellen Geschwindigkeit v in [m/s] oder der Zugsnummer COU_ID, welche auf eine fahrplanspezifische Zuordnung erlaubt. Mit der Angabe der Geschwindigkeit V zusammen mit der Zeitmarke T_STMP lassen sich in einer späteren Auswertung z.B. geschwindigkeitsabhängige Phänomene erkennen, wie insbesondere Resonanzen und deren Entstehung. Die mit den vorstehend genannten zusätzlichen Feldern versehenen Informationseinheiten INFW werden im folgenden mit INFW. bezeichnet. Die Informationseinheiten INFW weisen somit die folgende in Tabelle 3 dargestellten zusätzlichen Felder auf, wobei noch weitere nachstehend nicht dargestellte Felder vorgesehen sein können. Tabelle 3
    V Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Messung
    TRA_ID Kompositionskennzeichen
    COU_ID Zugsnummer
  • In Fig. 2a ist ein Streckenausschnitt dargestellt der in Streckenblöcke gegliedert ist. Die in der Fig. 2a dargestellten kurzen Abschnitte bei der Angabe OER oder DLK bezeichnen Bahnhöfe mit Weichen und Kreuzungen. Es wird für die vorgenannten Abschnitte und Streckenblöcke vorausgesetzt, dass dazu, z.B. OER-HGZ oder WLN-DUE oder DLK, wenigstens eine ortsfest angebrachte Zugbeeinflussungskomponente wie z.B. eine EURO-Balise 14 installiert ist, die eine Geleisekennzeichnung enthält. Die Geleisekennzeichnung wird dabei zusammen mit anderen für die Zugbeeinflussung und Zugsicherung vorgesehenen Informationen auf die Empfangseinheit 15 übertragen.
  • Die in der Auswerteeinheit 13 generierten und z.B. in Dateien oder in Matrizen gespeicherten Informationseinheiten INFG, INFW und allenfalls INFW. werden in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über eine besonders hierfür vorgesehene drahtlose Uebertragungsstrecke 17 zu einer Leitstelle 30 übertragen. Von der Leitstelle 30 wird der Eisenbahnbetrieb in einer bestimmten Region geleitet; oft wird daher anstelle des Begriffes "Leitstelle"- auch der Begriff "Betriebsleitstelle" verwendet. Die Uebertragung zur Leitstelle 30 kann je nach Anwendung und Anforderung des Eisenbahnbetreibers einigermassen kontinuierlich oder zu späteren, gegebenenfalls fest vorgesehenen Zeiten vorgenommen werden, grundsätzlich ist eine Uebertragung auch mit einem Datenträger, z.B. Floppy-Disk oder mit einem tragbaren persönlichen elektronischen Gerät des betreffenden Lokomotivführers, möglich. Für die Uebertragung kann z.B. der rückwärtige Kanal einer GSM-R Verbindung benutzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die für die Adressierung und Authentifizierung notwendigen Vorkehrungen bereits im System GSM-R enthalten sind und für diese Datenübertragung mit benutzt werden können. Die Darstellung in Fig. 1 mit den Antennen 16 und 36 gibt nur das Prinzip wieder, wie vorstehend erwähnt, kann diese Uebertragung vorteilhafterweise über ein zelluläres Mobilfunknetz erfolgen.
  • In der Leitstelle 30 werden die empfangenen Informationseinheiten INFG, INFW und allenfalls INFW, in einem Rechnersystem zunächst gespeichert. In diesem Rechnersystem ist ein topologisches Abbild der von der Leitstelle geführten Streckenabschnitte ebenfalls fest gespeichert. Dabei sind vorteilhafterweise besondere - hier als Streckenpunkte - bezeichnete Orte wie z.B. Weichen, Kreuzungen oder Bahnübergänge mit sogenannten Deskriptoren in diesem Abbild enthalten. Diese Deskriptoren sind mit Längenmarken relativ zu den Positionen der EURO-Balisen 14 verknüpft.
  • Die von den verschiedenen Zugskompositionen entstammenden Informationseinheiten INFG werden aufgrund der Angaben im Feld ST_REL_ID geordnet und abgespeichert. Die Granularität ergibt sich aus der absoluten Genauigkeit der Angabe ST_REL_ID zuzüglich eines Toleranzwertes, beispielsweise kann die Granularität der Abbilder der Informationseinheiten INFG etwa 5 m betragen.
  • Aufgrund der Inhalte in den Feldern X1_VAL_AVG, .., Y1_VAL_MIN - siehe dazu die einzelnen Felder gemäss Tabelle 2 - können nun durch ein auf dem Rechnersystem der Leitstelle 30 ablaufenden Auswerteprogramm Häufungen erkannt und graphisch dargestellt werden. In Fig. 2b ist eine vereinfachte Darstellung einer solchen Auswertung gezeigt. Die Symbole wie z.B. ein Rechteck oder ein gleichschenkliges Dreieck weisen auf eine bestimmte Richtung oder Art der von den Sensoren erfassten Daten hin, z.B. X- oder Y-Richtung, während die Höhe des Symbols als ein Indikator für die Amplitude der von der Mehrzahl der Sensoren 10 erfassten Beanspruchung hin. Ein Grenzwert ist in der Fig. 2b mit einer Grenzlinie 35 dargestellt und kann für eine Alarmauslösung oder zur Anzeige eines als kritisch zu bewertenden Messwertes herangezogen werden. In dieser Darstellung geht es um eine Visualisierung zuhanden des Personals der Leitstelle 30. Dazu ist wie in Fig. 1 gezeigt, eine Anzeigeeinheit 31 vorgesehen. Für eine weitergehende Analyse der in den der Informationseinheiten INFG enthaltenen Messwerte kann vorgesehen werden, dass z.B. durch einen Doppelklick mit einer Bedienmaus auf ein Symbol die Daten einzeln und in einer statistischen Auswertung dargestellt werden. Der Grenzwert kann in einer besonderen Weiterentwicklung abhängig aus der Mehrzahl der empfangenen Informationseinheiten INFG und INFW und weiteren Parametern gebildet werden. Dadurch lassen sich weitere Einflüsse, wie z.B. Umgebungstemperatur der Geleiseanlagen berücksichtigen.
  • Nicht zuletzt aufgrund einer relativen groben Granularität besteht das Problem, dass auch Messwerte oberhalb eines Grenzwertes dargestellt werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf keinen besonderen Unregelmässigkeiten der Strecke beruhen. Um dieses Problem zu lösen, werden die Messwerte mit der vorstehend erwähnten Deskriptoren relativiert. Konkret bedeutet dies, dass je nach Eigenschaft des betreffenden Streckenpunktes bestimmte Werte z.B. in X- oder in Y-Richtung ausgeblendet oder aufgrund einer speziellen Kalibrierung mit einem Faktor kleiner 1.0 gewichtet werden.
  • Die Uebertragung der Informationseinheiten INFG, INFW und INFW zu einer Leitstelle 30 kann alternativ auch über ein zwischen den Schienen angeordnetes Leckkabel vorgenommen werden. Insbesondere kann das System EURO-Loop für eine kontinuierliche und das System EURO-Balise für eine punktförmige Uebertragung benutzt werden. Mittels EURO-Balisen können pro Ueberfahrt codiert brutto rund 850 Bit übertragen werden.
  • Das vorstehend erläuterte Verfahren ist nicht auf eine Reisezugskomposition 20 beschränkt. Dieses Verfahren kann auch auf Güterzüge angewendet werden. Anstelle der Uebertragung über einen Zugbus 12 kann ein zwischen den Schienen ausgelegtes Leckkabel, z.B. EURO-Loop oder ein Sende-Empfangskabel, das für die Versorgung mit GSM-Diensten vorgesehen ist, benutzt werden, um eine Uebertragung zu einer vorzugsweise auf dem Triebfahrzeug 21 angeordneten Auswerteeinheit 13 vorzunehmen. Da nicht über alle Streckenabschnitte ein solches Leckkabel vorausgesetzt werden kann, müssen die Informationseinheiten INFW im Sensormodul 11 zwischengespeichert werden. Zusätzlich ist vorteilhafterweise eine Quittierung vorzusehen, um allfällig übertragene, aber in der Auswerteeinheit 13 nicht oder nicht vollständig empfangene Informationseinheiten INFW vom betreffenden Sensormodul ein weiteres Mal übertragen zu können.
  • Bei einer solchen Anordnung ist auch möglich, die Auswerteeinheit 13 statt auf der Zugskomposition 20 ortsfest vorzusehen und allenfalls im Rechnersystem der Leitstelle 30 zu integrieren.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen
    • 10
    Sensor
    11
    Sensormodul
    12
    Zugbus
    13
    Auswerteeinheit
    14
    EURO-Balise zur Uebermittlung einer Ortsinformation
    15
    Empfangseinheit
    16
    Antenne für eine drahtlose Verbindung zu einer Leitstelle
    17
    Drahtlose Uebertragungsstrecke Zugskomposition - Leitstelle
    20
    Zugskomposition
    21
    Steuerwagen
    22,
    22.1, 22.2 Zwischenwagen
    23
    Triebfahrzeug
    24
    Zugkopplung
    25
    Fahrrichtung
    26
    Rad
    27
    Drehgestell
    30
    Leitstelle
    31
    Anzeigeeinheit
    34.1, 34.2, 34.3
    Symbole zur Darstellung des Streckenzustandes
    35
    Grenzlinie für eine Alarmauslösung
    36
    Ortsfeste Empfangsantenne zu einer Leitstelle.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Abbildung des Geleisezustandes und/oder des Betriebszustandes von auf Geleisen rollenden Schienenfahrzeugen unter Verwendung von auf den Schienenfahrzeugen (21, 22.1, 22.2) einer Zugskomposition (20) verteilten Sensoren (10), wobei ein oder mehrere Sensoren (10) einem Rad oder einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs (21, 22.1, 22.2) zugeordnet sind und von den Sensoren (10) erfasste Beanspruchungen in Signale umgeformt werden, und wobei
    A aufgrund einer zu erkennenden zeitlichen Verteilung der Signale der Mehrzahl der vorhandenen Sensoren eine Generierung einer ersten Informationseinheit (INFG) erfolgt, die als ein Element eines Abbildes des Geleisezustandes dient;
    B aufgrund einer Häufung von den einem Rad oder einem Drehgestellen entstammenden Signale eine Generierung einer zweiten Informationseinheit (INFW) erfolgt, die als ein Element eines Abbildes des Betriebszustandes dient,
    C die generierten Informationseinheiten (INFG, INFW) einer Auswerteeinheit (13) zugeführt und zwischengespeichert werden,
    D die ersten Informationseinheiten (INFG) werden an eine Leitstelle (31) übertragen und dort zusammen mit von anderen Zugskompositionen (20.1, 20.2) entstammenden ersten Informationseinheiten (INFG) zu einem Abbild des Geleisezustandes zusammengefügt;
    E die zweiten Informationseinheiten (INFW) in der Auswerteeinheit (13) und/oder nach erfolgter Uebertragung in der Leitstelle (31) anzeigbar sind;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ersten Informationseinheiten (INFG) in der Auswerteeinheit (13) mit einem Kennzeichen (TRA_ID, COU_ID) der betreffenden Zugskomposition (20) und der jeweiligen Geschwindigkeit (V, T_STMP) versehen werden.
  2. Verfahren nach Anspruche 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass von den durch der Leitstelle (31) geführten Streckenabschnitten (OER, WLN-DLK) mit einzelnen Streckenpunkten zugeordnete Deskriptoren ein topologisches Abbild gespeichert ist und dass erste bestimmten Streckenpunkten zuzuordnende Informationseinheiten (INFG) mittels der Deskriptoren relativiert oder ausgeblendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verfahrensschritt B in einem einem Schienenfahrzeug (21,22, 23) zugeordneten Sensormodul (11) vorgenommen wird und die zweite Informationseinheit (INFW) im Sensormodul (11) generiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Haltezustand einer Zugskomposition (20) von den Sensoren (10) durch die Sensormodule (11) ebenfalls Signale erfasst werden, die als Abbild eines Lastzustandes der betreffenden Schienenfahrzeuge (21, 22, 23) interpretiert werden und zusammen mit den während dem Rollen erfassten Signalen als Referenzwert für eine Kalibrierung herangezogen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Leitstelle (30) für in den Informationseinheiten (INFW, INFG) enthaltene Messwerte ein Grenzwert vorgesehen ist und dass Messwerte und zugehörige Streckenabschnitte oder Schienenfahrzeuge auf der Anzeigeeinheit (31) als kritische Messwerte darstellbar sind.
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