CN104661891A - 用于对轨道交通的铁路网络的铁路部件进行诊断的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对轨道交通的铁路网络的一个或多个铁路部件的运行状态进行诊断的方法和系统，所述铁路部件分别包括用于检测至少一个测量变量的第一测量值的至少一个第一测量装置，所述测量变量用于描述所述铁路部件的所述运行状态，所述方法包括如下方法步骤：借助于所述第一测量装置检测所述第一测量值；借助于至少一个另外的第二测量装置检测另外的与所述铁路部件的运行状态无关的第二测量值；将所述测量值传送给设置在线路侧的控制中心；在所述控制中心中借助于预设的算法评估所述测量值；以及提供所述评估的至少一个结果用于输出。

Description

用于对轨道交通的铁路网络的铁路部件进行诊断的方法

技术领域

本发明涉及用于对轨道交通的铁路网络的一个或多个铁路部件的运行状态进行诊断的方法和系统，所述铁路部件分别包括用于检测至少一个测量变量的测量值的至少一个测量装置，其中运行状态通过至少一个测量变量来表征。

背景技术

轨道交通的铁路网络的铁路部件是已知的，所述铁路部件具有测量装置，以便检测测量变量的测量值。因此例如在道岔处设置电流测量设备，以便记录用于设置道岔的电动机电流的测量值。接着，通过例如将测量值分别与之前确定的阈值比较的方式来评估测量值。如果铁路部件的测量值超过阈值，那么推测出所述铁路部件发生故障。

发明内容

本发明基于下述目的：提出一种方法和一种系统，以便就维护做出精确的预测。

所述目的通过独立权利要求1和8的主题来实现。本发明的改进方案和设计方案反映在从属权利要求的特征中。

根据本发明的用于对轨道交通的铁路网络的一个或多个铁路部件的运行状态进行诊断的方法，其中所述铁路部件分别包括用于检测至少一个测量变量的第一测量值的至少一个第一测量装置，所述测量变量用于描述相应的铁路部件的运行状态，所述方法包括下述方法步骤：

-借助于所述至少一个铁路部件的至少一个第一测量装置检测第一测量值，

-借助于至少一个另外的第二测量装置检测另外的与所述至少一个铁路部件的运行状态无关的第二测量值，

-至少将测量值中的第一测量值传送给设置在线路侧的控制中心，

-在控制中心中借助于预设的算法在考虑第二测量值的情况下评估第一测量值，以及

-提供评估的至少一个结果用于输出。

用于轨道车辆的、尤其是用于适合于客运交通的轨道车辆的铁路网络的至少一个铁路部件包括至少一个第一测量装置，有时也称为测量记录器。该第一测量装置尤其是设置在铁路部件中或其上。作为测量装置的非穷尽的列表，在此要列举：电流/电压检测、温度感测器和/或位置传感装置。

由所述至少一个铁路部件的第一测量装置检测的第一测量值与所述至少一个铁路部件的运行状态或者运行状态改变有关，并因此用于描述运行状态。所述至少一个铁路部件的运行状态完整描述了在预设的时间点的铁路部件的特性，只要所述特性尚未与这样的铁路部件的不变化的特性关联。为了完整地描述铁路部件在预设的时间点的特性，除了关于测量变量的第一测量值外还需要其他信息。

而另外的第二测量值与所述至少一个铁路部件的运行状态或者运行状态改变无关地由第二测量装置检测。第二测量装置在此例如以不受所述至少一个铁路部件影响的方式、尤其是与其间隔开地设置为测量位置的部分。第二测量装置不必一定是固定的，例如所述第二测量装置设置在车辆上、尤其是轨道车辆上。然而，一个或多个第二测量装置尤其是设置在线路侧的不可运动的测量装置。因此，第二测量值例如能够由中央位置、如气象服务站检测并且与铁路部件的直接的或者间接的周围环境有关。

这些另外的第二测量值是关于至少一个测量变量的测量值，关于所述测量变量也检测铁路部件的第一测量值，和/或另外的第二测量值是关于另外的测量变量的测量值。第二测量值与第一测量值的值无关。相反的情况则不一定适用。因此，温度感测器作为铁路部件的第一测量装置例如检测铁路部件的测量变量即温度的测量值。不受铁路部件影响的并且与铁路部件无关的温度感测器例如定位于铁路部件附近，就其而言检测在其周围环境中的空气的温度。根据周围环境的空气的升高的温度，铁路部件的温度升高。而铁路部件的升高的温度对周围环境的空气的温度有不显著影响并且因此可忽略(周围环境的空气的温度在该说明性实例中被视为与铁路部件的温度无关)。

除了第一测量值之外，第二测量值同样可以被传送给控制中心并且被包含于对第一测量值的评估中。另一方面，第二测量值也可以在先前的方法步骤中与第一测量值独立地被评估并且在借助于预设的算法评估第一测量值时仅考虑该评估的结果。例如，检测关于用于描述天气如温度、压力或者湿度的测量变量的多个第二测量值。由此导出天气预报。也即，对第二测量值的评估可以实现对温度值的预测，所述预测在评估第一测量值时被考虑。也即，在控制中心中借助于预设的算法对第一测量值的评估间接地或者直接地根据第二测量值来进行。

根据本发明的一个改进方案，不仅第一测量值而且第二测量值都借助于预设的算法来评估。评估的至少一个结果总是与第一测量值以及第二测量值有关。

为了评估，可以应用许多不同的算法。因此，根据本发明的一个实施例，预设的算法适合于对预设的测量变量的至少第一测量值的测量序列进行趋势分析。如果温度随着时间改变，那么就此能够预测：预设的极限温度何时可能被超出。其他示例算法包含在下述开放的、非穷尽的列举中：频率分析、电流变化、电压变化、运行时间。

第一测量值从铁路部件到控制中心的传送例如以无线方式进行。无线的传送在此至少分段地实现，也就是说，所述传送不必在从铁路部件到控制中心的整个路径上都以无线方式进行。无线的传送例如通过连接、如经由GSM网络、UMTS网络或者LTE网络在铁路部件和该网络的发送和接收设备之间进行。在接收设备和控制中心之间也能够以有线方式进行测量数据的进一步传送。第一测量值以改进方式在预设的周期中从铁路部件传送给控制中心。第一测量值从铁路部件到控制中心的传送在此尤其不受铁路部件的预设的运行状态或者运行状态改变影响地进行。为了将第一测量值从铁路部件传送给控制中心，铁路部件具有发送器并且控制中心具有接收器。替代于传送，也可以指传输。发送器和接收器彼此互补地设计。控制中心在线路侧进而在陆地侧并且尤其是地点固定地并且远离铁路部件地设置。

类似于第一测量值的传送，第二测量值也可以从至少一个另外的第二测量装置传送给控制中心，尤其是周期性地传送。如果第一测量值和第二测量值被周期性地传送，那么周期可以是相同的。而如果第二测量值由控制中心处的第二测量装置检测，那么传送就无关紧要。第二测量值到控制中心的无线的传输自然同样是可行的。

在该处，借助于预设的算法对测量值进行评估。为此，控制中心尤其是具有控制器，所述控制器适合于借助于预设的算法评估第一测量值并且必要时评估第二测量值。所述算法有利地作为软件存在。这带来简单且快速地适配算法的优点。算法和测量值以及评估的中间结果可以保存在存储器中。评估得到至少一个结果。所述至少一个结果由控制中心提供。

所述结果附加地传送到轨道车辆上并且在该处以预设的形式输出、例如可视化，和/或评估的结果在线路侧、尤其是在控制中心中以预设的形式输出、例如可视化。替选地，在客户处的输出也是可行的。评估的结果也可以经由互联网提供，以便从不同的位置利用所述结果。可视化例如作为屏幕上的显示来进行。除了可视化之外，声学输出、触觉反馈或者SMS也作为其他输出形式被考虑。借助于预设的算法对第一测量值和第二测量值评估的结果同样能够具有多个相应的形式。所述结果可以是简单的停止信号，所述停止信号作为声学警报被输出给轨道车辆的驾驶员。另一方面，所述结果可以是用于至少一个铁路部件的诊断或者故障预测，所述诊断或者故障预测被输出给维护团队以制定用于铁路部件的维护计划。作为其他实例，在此要提及使用寿命预测。所述方法适合于预测性维护，英语是predictive maitenance，并从而适合于预测铁路部件的技术故障的可能性和/或预防该故障、规划相应的维护间隔。

为了将结果从控制中心传送给轨道车辆，控制中心和轨道车辆具有彼此互补的发送设备和接收设备。所述结果随后由设置在线路侧的控制中心传送给轨道车辆、尤其是分段地以无线方式传送。

通过控制中心提供结果除了有在地点上不受限制地访问所述结果的可能性之外具有其他优点：在时间上不受限制地进行访问。因此，根据另一个实施方式，不同时间点的多个结果在预设的时间段内存储在控制中心中并且被提供用于输出。由此，存储器一方面不必在轨道车辆中一起移动。另一方面，一个或多个结果的输出也可以根据事件以及根据评估的结果本身或者根据铁路部件的运行状态或者运行状态改变来进行。这也称为是受事件控制的。

如果评估的目的例如是确定铁路部件的即时的安全的操作性能，那么评估的结果可称为“肯定”或“否定”。所述结果本身由控制中心提供，即使其为“肯定”。但是“肯定”结果并不被传送和/或输出，只有“否定”结果被传送和/或输出，例如作为对车辆驾驶员的“停止信号”。至少一个结果从控制中心到至少一个轨道车辆的输出和/或传送由此可以取决于评估的输出。而第一测量值从铁路部件到控制中心的传送不受铁路部件的预设的状态或者状态改变影响地进行。也即，在此并不涉及受事件控制的传送，而是所述传送被周期性地执行。类似地，第二测量值同样周期性地被传送。

根据按照本发明的方法的另一改进方案，铁路网络包括至少一组相同构造的铁路部件，其中

-借助于每个铁路部件的相应至少一个第一测量装置检测关于用于相同构造的铁路部件中的每一个的至少一个预设的测量变量的第一测量值，

-将所检测到的第一测量值从铁路部件传送给设置在线路侧的控制中心，

-在控制中心中借助于预设的算法评估所检测到的第一测量值，以及

-由控制中心提供评估的至少一个结果用于输出。

作为借助于预设的算法的简单评估，在控制中心中将相同构造的铁路部件的测量值彼此比较。接着，当铁路部件的测量值与其他相同构造的铁路部件的其他测量值偏差至少预设的数值时，可以推测出所述相同构造的铁路部件中的一个的有故障的状态。

关于相同的铁路部件的被彼此比较的测量值尤其是同时被检测。

根据另一改进方式，在一个铁路部件的测量值与其他相同构造的铁路部件的其他测量值偏差至少预设的第一数值时输出信号。所述信号例如可以具有声学警报或者视觉显示的形式。另一信号例如在铁路部件的维护日程表中生成在预设的期限之内的约期。

为了比较相同构造的铁路部件的测量值，在控制中心中例如可以执行下述方法步骤：

-存储从铁路部件传送给控制中心的第一测量值，

-计算第一测量值彼此间的间距，

-将所述间距与预设的第一数值比较。

当第一铁路部件的第一测量值与另一相同构造的第二铁路部件的第一测量值的间距超过预设的第一数值时，推测出第一铁路部件的有故障的状态，并且必要时输出信号。

除了简单地确定相同构造的铁路部件的同时检测到的各个第一测量值彼此间的间距之外，可以考虑许多其他算法，以便识别至少一个测量值与其他测量值的偏差。用于此的已知算法例如是确定关于通过最小二乘法获得的模型函数的各个残差，确定与期望值的各个偏差和其他统计分析模型。

此外，可以预设多个数值，以便在偏差时得到不同的结论并且必要时输出相应的结果。因此，能够在至少一个第一测量值偏差了第一数值时仅显示待实行的维护，而在偏差了第二数值时可以显示相应的铁路部件即将发生故障并且在此之前以信号警告。

根据另一改进方案，至少第一数值根据关于所述测量变量和/或关于一个或多个另外的测量变量的另外的第二测量值来预设，所述另外的第二测量值借助于至少一个另外的第二测量装置来检测，其与铁路部件无关并由此也与铁路部件的运行状态无关，并且所述另外的第二测量值显然也与相同构造的铁路部件的运行状态无关地被检测。

测量变量例如是速度、转速、电流和/或电压、温度、压力或者加速度，关于测量变量可以检测第一测量值和/或第二测量值。相应的测量装置可类似地设置。转速和/或温度例如可以由电动机、变速器或者车轮检测。

根据一个说明性实例，计算相同构造的铁路部件的关于测量变量的各个第一测量值之间的间距，所述测量变量表征铁路部件的运行状态。如果测量变量是温度并且关于相同构造的铁路部件的相应的第一测量值被检测，所述铁路部件分别在铁路网络中定位在类似的位置处，那么预设的第一数值与铁路部件的环境温度无关，因为在环境温度升高时关于相同构造的铁路部件的所有测量值同样向上移动。然而如果相同构造的铁路部件在铁路网络中或者在铁路网络上定位在极其不同的位置处，那么环境温度对各个铁路部件的温度的第一测量值有影响。因此，在围绕第一铁路部件的环境温度明显更高的情况下第一铁路部件的温度的第一测量值升高与在围绕第二铁路部件的环境温度明显更低的情况下第二铁路部件的温度的第一测量值升高相比明显。附加地，也可以考虑关于另外的测量变量的测量值。因此，露天设置的铁路部件的温度与遮蔽地设置的、然而在其他方面相同构造的铁路部件不同例如基本上与太阳辐照有关。对于关于相同构造的铁路部件的预设的测量变量的每个第一测量值而言，可以根据关于一个或多个另外的测量变量的第二测量值和/或根据关于相同测量变量的与相同构造的铁路部件无关地被检测的测量值来预设至少一个第一数值或者另外的数值。第一数值由此可以因关于相同构造的铁路部件的预设的测量变量的测量值而异和/或因相应的铁路部件而异地彼此不同。

如果此时相同构造的铁路部件分别具有两个温度感测器，其中第一温度感测器在每个铁路部件的第一位置处并且另一个第二温度感测器在每个铁路部件的与第一位置不同的第二位置处，那么仅第一温度感测器的第一测量值能够彼此比较，并且第二温度感测器的第一测量值类似地彼此比较。然而这并非一定是需要的。同样地，关于预设的测量变量的所有第一测量值和如在上文中已经解释的那样关于相同和/或不同的测量变量的另外的第二测量值也能够彼此比较，以便推测出铁路部件的有故障的状态，例如其方式是：关于另外的测量变量的第二测量值与关于预设的测量变量的第一测量值进行比较，以便由此导出预设的第一数值。

如已经解释的那样，不仅同时检测关于相同铁路部件的被彼此比较的第一测量值而且同时检测第二测量值。这不排除：滤除由依次跟随的测量值构成的测量序列的离群值，或者平滑所述测量序列。

通过中央地评估多个铁路部件的测量值可非常简单地确定铁路部件的维护顺序。

用于实施根据本发明的方法的铁路部件由此包括用于检测至少一个测量变量的第一测量值的至少一个第一测量装置和用于将所述铁路部件的测量值传送给控制中心的至少一个发送器。测量记录器视为测量装置的等同表述。

与铁路部件无关的另一测量位置包括至少一个另外的用于检测另外的与铁路部件的运行状态无关的第二测量值的第二测量装置和用于将测量值从另外的测量位置传送给控制中心的发送器。至少一个另外的远离的测量装置以改进方式与所述至少一个铁路部件间隔开地设置。在此，间距选择为，使得第二测量值与铁路部件的运行状态无关并且从而尤其是与第一测量值的数值无关。

而用于实施根据本发明的方法的控制中心包括用于将测量值从铁路部件传送给控制中心的至少一个接收器和用于借助于预设的算法在考虑另外的第二测量值的情况下来评估第一测量值的至少一个控制器。必要时，控制器适合于借助于预设的算法来评估第一测量值和第二测量值。

控制器以改进形式适合于借助彼此不同的算法来评估第一测量值。算法例如作为软件存在。所述算法可容易地替换和/或改变。控制器此后能够适合于处理另外的第二测量值，所述第二测量值借助于另外的第二测量装置来检测，其与铁路部件无关。

由所提到的类型的至少一个铁路部件、所提到的类型的测量位置和所提到的类型的至少一个控制中心形成用于实施根据本发明的方法的一种系统或者一种设备。所述系统还包括至少一个存储器，在所述存储器上存储有算法，并且控制器可以访问所述存储器。此外，所述系统可以具有至少一个用于改变预设的算法的机构、例如输入设备、尤其是所谓的人机接口。控制器因此适合于借助于彼此不同的算法来评估第一测量值和第二测量值。

附图说明

本发明允许大量的实施方式。根据下述附图来详细阐述本发明，在所述附图中分别示出一个设计实例。附图中的相同的元件设有相同的附图标记。

图1示意性地示出由两个铁路部件、轨道车辆和控制中心构成的用于实施根据本发明的方法的系统，

图2示出趋势分析。

具体实施方式

在图1中示意性地示出由铁路网络、轨道车辆1和控制中心2构成的系统。

轨道车辆1具有不同地或者相同地设计的车辆部件并且相应地具有至少一个第二测量装置3、4，用于检测关于每个车辆部件的至少一个预设的测量变量的第二测量值，例如用于检测轨道车辆1的当前速度的速度计。除此之外，轨道车辆1包括用于将第二测量值发送给控制中心2的发送器5。第二测量值经由轨道车辆1中的数据总线从第二测量装置3、4被传送给发送器5。

控制中心2还包括用于接收轨道车辆1的测量值的接收器6。发送器5和接收器6显然是彼此兼容的。在此，接收器6作为移动无线电网络的基站示出，所述接收器与控制中心2间隔开地设置。位置固定的控制中心2因此具有多个可能的接收器。由轨道车辆1传送给接收器6的测量值在该实施例中经由互联网从接收器6被传送给控制中心的控制器7，用于比较所述测量值。

除了通过第二测量装置3、4所检测的关于车辆部件的测量值之外，控制器7还考虑第一测量值用于评估。

第一测量值在此从轨道车辆1的基础设施、尤其是从轨道和架空线处通过第一测量装置8、9检测，并且借助于其他发送器10、11传送给控制中心2。所有的第一测量值尤其是以加密方式传送。然而其他必要时未加密的第二测量值例如关于天气的第二测量值也被纳入评估并从而予以考虑。在此，附图标记12简略示出附加的测量值源、例如气象服务站。此外，RDT*代表远程数据传输(Remote Data Transfer)。

图2借助于图表图解说明了作为用于评估测量值的算法的实例的一个简单的趋势分析。绘制了用于打开和关闭作为铁路部件的道岔的电动机的电动机电流关于依次相继的道岔打开周期的随时间的变化。关于三个道岔打开周期16、17和18的测量值在控制中心中被评估。可预测在下一个道岔打开周期内的电动机电流变化19。附加地或者替选地，能够算出趋势，所述趋势通过直线20示出。如果预设有阈值21、尤其是根据另外的在此未详细观察的第二测量值预设阈值，通过电动机电流超过所述阈值可推测道岔的有故障的状态，那么趋势分析的结果是：电动机电流可能在下一个道岔打开周期中超过阈值。这可以作为评估的结果来输出。然而评估可能继续建议关闭道岔以便避免损伤，和/或将道岔的维护记入维护计划中。评估结果的输出也可以是：道岔不需要人员介入就自动地停止运行。

Claims (10)

1.一种用于对轨道交通的铁路网络的至少一个铁路部件的运行状态进行诊断的方法，所述铁路部件包括用于检测至少一个测量变量的第一测量值的至少一个第一测量装置，所述测量变量用于描述所述铁路部件的所述运行状态，其特征在于下述方法步骤：

-借助于所述第一测量装置检测所述第一测量值，

-借助于至少一个另外的第二测量装置检测另外的与所述铁路部件的运行状态无关的第二测量值，

-至少将所述第一测量值传送给设置在线路侧的控制中心，

-在所述控制中心中借助于预设的算法在考虑所述第二测量值的情况下至少评估所述第一测量值，以及

-提供所述评估的至少一个结果用于输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述评估的所述结果传送到轨道车辆上，并且在所述轨道车辆上输出所述评估的所述结果。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在线路侧输出所述评估的所述结果。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一测量值周期地传送给所述控制中心。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一测量值以无线方式传送给所述控制中心。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的算法适合于所述第一测量值的趋势分析。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，关于其来检测第一测量值和/或第二测量值的测量变量从下述测量变量的组中选择：所述轨道车辆的速度、所述轨道车辆的加速度、牵引电动机的转速、电动机电流、电动机的电压、变速器的热力学温度。

8.一种用于对铁路部件的运行状态进行诊断的系统，所述系统由至少一个铁路部件、至少一个控制中心和至少一个另外的测量位置构成，所述铁路部件包括用于检测至少一个测量变量的第一测量值的至少一个第一测量装置和至少一个用于将所述第一测量值从所述铁路部件传送给所述控制中心的发送器，所述测量变量用于描述所述铁路部件的运行状态，并且所述测量位置包括至少一个另外的第二测量装置，用于检测至少一个测量变量的与所述铁路部件的运行状态无关的另外的第二测量值，并且所述控制中心包括至少一个用于将所述第一测量值从所述铁路部件的所述第一测量装置传送给所述控制中心的至少一个接收器和用于借助于预设的算法在考虑所述第二测量值的情况下来评估所述第一测量值的至少一个控制器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器适合于借助多个彼此不同的预设的算法评估所述第一测量值。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，至少一个另外的所述第二测量装置与所述铁路部件间隔开地设置。