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KR101736523B1 - 적어도 하나의 휠 세트를 포함하는 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법 - Google Patents

적어도 하나의 휠 세트를 포함하는 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법 Download PDF

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KR101736523B1
KR101736523B1 KR1020127015370A KR20127015370A KR101736523B1 KR 101736523 B1 KR101736523 B1 KR 101736523B1 KR 1020127015370 A KR1020127015370 A KR 1020127015370A KR 20127015370 A KR20127015370 A KR 20127015370A KR 101736523 B1 KR101736523 B1 KR 101736523B1
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KR
South Korea
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wheel set
characteristic value
wheel
speed
damping characteristic
Prior art date
Application number
KR1020127015370A
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KR20120095977A (ko
Inventor
울프 프리센
토마스 부르크하르트
Original Assignee
크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하
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 크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하 filed Critical 크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하
Publication of KR20120095977A publication Critical patent/KR20120095977A/ko
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 휠 세트(4)를 포함하는 철도 차량의 보기(3)의 상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이며, 상기 휠 세트(4)의 휠들(8)은 차축(6)에 의해 견고하게 연결되고 대략 원추형의 휠 프로파일을 가지며, 보기에 배치된 센서들(10)에 의해 공급되는 신호로부터, 휠들(8)의 원추형 휠 프로파일에 기초한 보기(3)의 휠 세트(4)의 사인 주행에 상응하는 신호가 필터링된다. 본 발명에 따라 사인 주행의 주파수(f)가 경계 조건, 예컨대 주어진 차량 속도(v)에 대해 결정되고, 주어진 경계 조건에 대해 전형적인 사인 주행의 주파수(f)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교되며, 측정된 주파수(f)와 상기 주파수(f)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 모니터링된다.

Description

적어도 하나의 휠 세트를 포함하는 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법{METHOD FOR MONITORING THE STATE OF A BOGIE OF A RAILWAY VEHICLE COMPRISING AT LEAST ONE WHEEL SET}
본 발명은 청구항 제 1항 및 제 4항의 전제부에 따른, 휠 세트의 휠들이 차축에 의해 견고하게 연결되며 대략 원추형 휠 프로파일을 갖는, 적어도 하나의 휠 세트를 포함하는 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 청구항 제 9항에는 상기 방법을 실시하기 위한 장치가 제시된다.
오늘날 철도 차량 교통에서는 철도 차량의 부품 및 어셈블리의 결함을 검출하기 위해 상기 부품 및 어셈블리의 상태 변화를 검출하는 진단 및 모니터링 시스템들이 점점 더 많이 사용된다. 특히, 철도 차량의 보기에서, 허용되지 않는 마모 상태를 검출하는 것은 작동 안전성과 관련해서 매우 중요하다.
청구항 제 1항과 관련되는 DE 10 2006 001 540 B3은 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법을 제시하며, 상기 방법에서 보기의 휠 세트의 휠들은 차축에 의해 견고하게 연결되고 원추형 휠 프로파일을 갖는다. 이 경우, 휠들의 원추형 프로파일에 기초한 적어도 하나의 휠 세트의 사인 주행이 모니터링되고, 사인 주행이 나타나지 않으면 휠 세트의 탈선에 대한 신호가 발생된다.
그러나, 상기 방법은 2진 상태의 의미로 사인 주행이 존재하는지 또는 아닌지의 여부에 따라 휠 세트들의 탈선 검출만을 허용하는데, 그 이유는 존재하는 사인 주행이 탈선 후에 완전히 없어지는 특성적 주기적 신호를 발생시키기 때문이다. 따라서, 상기 공지된 방법에 의해서는, 보기 파라미터의 느린 변화 또는 마모 상태의 관찰에 기초한 조기 경고가 불가능하다.
청구항 제 4항과 관련되는 DE 100 20 521 B4에 따라, 철도 차량의 적어도 하나의 부품들의 진동 거동이 모니터링된다. 거기에 설명된 방법은 개별 차량 부품들이 규정된 주파수, 진폭 및 댐핑의 고유 진동으로 작동 중에 진동 여기에 반응한다는 사실을 기초로 한다. 검출된 실제 고유 진동과 기대되는, 기준 값으로서 저장된 고유 진동과의 비교에 의해, 모니터링된 차량 부품의 변화된 진동 거동이 추론됨으로써, 철도 차량의 온보드-진단을 실시하기 위해 상기 변화된 진동 거동이 가능한 에러 소스와 관련된다. 이 경우, 항상 관련 차량 부품의 고유 진동의 주파수, 진폭 및/또는 댐핑 파라미터가 모니터링된다.
달리 표현하면, 공지된 간행물에 따라 차량 부품은 모드 분석되고, 모드 파라미터, 예컨대 고유 주파수 및 댐핑이 온보드-진단의 범주에서 손상을 검출하기 위해 모니터링된다. 그러나, 공지된 방법은 측정 신호의 시간 프로파일들을 구별하지않은 채로 평가한다. 특히, 상기 방법에서는 완전히 상이한 경계 조건, 예컨대 상이한 정지 마찰 또는 동 마찰 상태에서 얻어진 신호들이 함께 평가된다. 따라서, 푸리에 변환으로부터 얻어진 특성값, 예컨대 고유 주파수 값 및 그 진폭 최대치는 비교적 크게 변동하며, 이 변동은 주파수 응답의 명확하고 확실한 평가를 어렵게 한다.
공지된 방법의 단점은 각각의 개별 시점에서 관련 차량 부품의 고유 진동이 측정된 신호에 얼만큼의 양으로 포함되는지가 불명확할 정도로 작동 중 철도 차량의 여기 스펙트럼이 다양하다는 것이다. 이것에 기초가 되는 사실은 차량 부품의 각각의 외부 여기가 차량 부품의 고유 진동 또는 관련 고유 주파수의 진동을 필연적으로 야기하지 않는다는 것이다.
더구나, 비용 때문에, 다수의 차량 부품들로 구성된 어셈블리의 각각의 차량 부품에, 예컨대 휠 세트 및 롤링 방지 장치를 포함한 하나의 보기에 고유의 센서가 할당되지 않는 것도 가능하다. 따라서, 이러한 어셈블리가 단 하나의 센서를 포함하고 공지된 온보드-모니터링이 상기 어셈블리가 다른 고유 진동 특성값을 갖는다는 결론에 이르면, 상기 어셈블리의 어떤 차량 부품(휠 세트의 휠들, 롤링 방지 장치)이 에러를 갖는지가 미결된 상태로 남는다.
본 발명의 과제는 주행 안정성에 큰 영향을 주는, 철도 차량의 섀시 부품, 예컨대 휠 세트의 휠들, 및 보기와 차체 사이의 회전 진동(롤링)을 감쇠시키기 위해 사용되는 롤링 방지 장치의 마모 상태에 대한 확실한 정보가 가능한, 상기 방식의 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 허용되지 않는 마모 또는 에러 상태를 가진 섀시 부품이 본 발명에 따른 방법에 의해 식별될 수 있어야 한다.
상기 과제는 청구항 제 1항 및 청구항 제 4항의 특징들에 의해 달성된다.
철도 차량의 섀시의 주행 안정성은 그 댐핑 특성에 의해 심한 영향을 받기 때문에, 일반적으로, 특히 고속 열차에서 보기와 차체 사이에 롤링 방지 장치가 필요하다. 보기의 총 댐핑은 다수의 파라미터에 의해 결정된다:
- 휠들의 특성, 특히 답면 구배, 및 마모로 인해 변화되는 휠들의 프로파일에 의한 댐핑,
- 롤링 방지 장치(들)에 의한 댐핑을 포함하는, 보기와 차체 사이의 회전 댐핑,
- 철도 차량의 속도.
롤링 방지 장치는 공지된 바와 같이 수직 축을 중심으로 하는 진동시 보기의 회전 진동을 댐핑한다. 댐핑 특성의 변화 및 휠들의 답면 구배의 변화는 따라서 휠들의 주행 안정성에, 특히 보기의 소위 롤링의 부각에 직접 작용한다.
보기의 롤링은 선로에 의한 외부 여기에 의해 일어난다.
이러한 외부 여기에는
- 선로 위치 에러,
- 전철기 통과,
- 커브 주행,
- 휠 세트의 사인 주행.
휠 세트의 사인 주행은 또한 보기의 휠 세트의 휠들의 등가 답면 구배 증가 또는 프로파일 변화로 인한 또는 보기의 회전 댐핑의 감소로 인한 주행 안정성의 감소가 있는지의 여부에 대한 정보를 제공한다.
사인 주행은 원추형 휠 프로파일을 가진 철도 차량 휠 세트의 주행 거동(답면 구배)을 나타낸다. 사인 주행에 의해, 직선에서 그리고 큰 반경을 가진 곡선에서 철도 상에 휠 세트의 셀프 센터링이 이루어지며, 휠 플랜지의 정렬이 이루어질 필요가 없다. 이로 인해, 사인 주행을 갖지 않는 원통형 휠 프로파일을 가진 휠 세트들에서 보다 더 양호한 주행 거동 및 더 적은 마모가 달성된다.
편심의 원추형 휠 프로파일을 가진 휠 세트의 경우, 선로에 대한 2개의 접촉점에서 휠 반경이 상이하기 때문에, 사인 주행이 생긴다. 휠 세트의 2개의 휠들이 차축에 의해 견고하게 연결되기 때문에, 큰 반경을 가진 휠이 접촉점에서 작은 반경을 가진 휠보다 더 신속하게 전방으로 이동된다. 따라서, 우측 접촉점에서 휠 반경이 좌측 접촉점에서보다 더 크기 때문에, 더 우측에 있는 휠 세트가 좌측으로 안내된다. 더 좌측에 있는 휠 세트는 상응하게 우측으로 안내된다. 이로 인해, 사인 곡선 형태로 휠 세트의 길이 방향 운동이 나타난다.
상기 사인 주행은 철도 차량의 상기 파형 운동의 주파수(f)를 나타내는 Klingel 식으로 표시될 수 있다:
(1)
상기 식에서,
tan
Figure 112012047296522-pct00002
... 관련 휠의 등가 답면 구배이다.
등가 답면 구배는 순수 원추형이 아닌 휠 프로파일에서 근사되는 답면 구배를 나타낸다. 상기 답면 구배를 가진 순수 원추형 휠 프로파일은 매우 유사한 운동학적 주행 거동을 가질 것이다.
r1, r2 ... 롤링 반경[m]
r0 ... 평균 롤링 반경[m], r0 =
Figure 112012047296522-pct00003
s ... 궤간[보통 궤도 1500 mm]
f ... 사인 주행 주파수[Hz]
v ... 속도[m/s]
식(1)에서 등가 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00004
가 커짐에 따라 사인 주행 주파수(f)가 커지는 것이, 즉 차량이 휠 세트의 사인 주행으로부터 높은 여기 주파수(f)로 부하를 받는 것이 나타난다. 따라서, 차량이 여전히 안정하게 주행하는 임계 속도가 낮아진다. 예컨대 고속 열차에서 나타나는 바와 같은 높은 주행 속도에서 휠과 레일 사이의 접촉 구조는 작은 등가 답면 구배가 주어지는 상태에 있어야 한다. 달리 표현하면, 철도 차량의 안정한 직선 주행에서는 휠 세트의 사인 주행의 주파수(f)가 가능한 작아야 하고, 이는 가능한 작은 등가 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00005
를 필요로 한다.
이러한 사고의 배경은 대략 원추형 휠 프로파일을 가진 휠들과 레일의 상호 작용에 의해 나타나는 사인 주행이 특정 경계 조건에서 특정 진폭 프로파일 및 특정 주파수를 갖는다는 것이다.
예컨대 횡방향 가속 프로파일의 측정된 시간 신호로부터 푸리에 변환에 의해 결정된 주파수가 미리 주어진 값보다 더 많이 상기 경계 조건에 대해 기대되는 주파수 값과의 편차를 가지면, 이는 허용되지 않을 정도로 높은 등가 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00006
의 형태로 허용되지 않는 마모 상태의 존재에 대한 인덱스이다.
답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00007
는 섀시의 댐핑 특성에 영향을 준다. 답면 구배의 크기는 댐핑 특성값의 변화시 롤링 방지 장치의 마모가 주어지는지 또는 줄어든 댐핑 특성값이 휠 세트에 기인하는지의 여부를 구별할 수 있게 한다.
여기 후에 줄어드는 진동의 진폭 프로파일은 보기, 특히 롤링 방지 장치의 댐핑 특성에 대한 추론을 제공한다. 측정된 횡방향 가속 프로파일과 기대되는 프로파일 또는 그것으로 형성된 특성 값과의 비교에 의해, 섀시 부품, 예컨대 회전 및 롤링 방지 장치의 마모 상태에 대한 정보가 가능하다.
댐핑의 변화 및 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00008
의 변화가 검출되면, 철도 차량이 앞으로 작동 중에 허용될 수 없는 불안정한 상태로 되는지 또는 되지 않는지의 여부에 대한 정보가 얻어질 수 있다.
지금까지 선행 기술에서는 철도 차량의 보기의 횡방향 가속의 최대값이 모니터링되고, 미리 주어진 한계치의 초과시 경고 신호가 발생된다. 상기 이벤트 제어되는 방법의 개선은 특히 관련 보기의 필요한 유지 보수와 관련해서 신호를 조기에 발생시키기 위해 횡 방향 운동과 관련한 보기의 댐핑 또는 댐핑 특성값이 검출되는 상태 모니터링에 있다.
예컨대 전철기 통과시 측면 여기는 일반적으로 댐핑된 진동을 야기하고, 상기 댐핑된 진동으로부터 전체 시스템 보기의 댐핑 값이 결정될 수 있다.
더 높은 속도에서는, 사인 주행에 의한 여기가 중요하며, 댐핑 특성 값은 휠의 답면 구배를 고려해서만 결정될 수 있다. 휠의 답면 구배는 일정하지 않고 마모에 의해 변하며, 마모가 커짐에 따라 커진다.
사인 주행의 측정된 주파수를 기초로, 휠의 답면 구배가 추론될 수 있고, 특히 전체 시스템 보기의 댐핑 및 진동의 진폭과 무관하게 추론된다. 이로 인해, 차량 속도를 고려해서 예컨대 롤링 방지 장치의 댐핑 특성값을 결정하는 것이 가능하다.
철도 차량의 속도가 낮을 때, 사인 주행 여기를 고려하지 않은 채로 댐핑 특성값을 결정하는 것이 가능한데, 그 이유는 댐핑에 대한 사인 주행의 영향이 적기 때문이다.
상기에 일반적으로 설명된 관계들은 물리적으로 하기와 같이 나타내질 수 있다:
하기에서, 전체 시스템 보기는 관련 휠 세트들 및 롤링 방지 장치를 포함하는 보기를 의미한다. 철도 차량의 섀시(보기)의 안정성 및 주행 거동은 총 댐핑(Dg)에 의존한다. 보기의 총 댐핑(Dg)은 근사적으로 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00009
로 인한 휠 세트(Drad)의 댐핑과 롤링 방지 장치(Dschl)의 댐핑으로 이루어진다:
Dg = Dschl + Drad (2)
휠 세트(Drad)의 댐핑은 또한 사인 주행의 주파수(f)와 속도(v)의 함수이다:
Drad = f(v, f) (3)
낮은 속도에서, 휠 세트(Drad)의 댐핑은 매우 작고 무시될 수 있다. 따라서, 낮은 속도에서 보기의 총 댐핑( Dg)은 롤링 방지 장치(Dschl)의 댐핑과 거의 동일하다.
Dg = Dschl (4)
따라서, 낮은 속도에서 총 댐핑(Dg)의 변화, 특히 감소가 검출되면, 이 변화는 보기의 롤링 방지 장치(들)의 댐핑(Dschl) 감소에 기인한다.
더 높은 속도에서, 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00010
가 더 크게 나타난다. 총 댐핑
Dg = Dschl + Drad (5)
으로부터 직접 롤링 방지 장치 및 휠 세트 답면 구배로부터 생긴 댐핑 양이 추론될 수 없다.
그러나, 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00011
는 특정 차량 속도(v)에서 나타나는 사인 주행 주파수(f)의 함수이다:
tan
Figure 112012047296522-pct00012
= f(v, f) (6)
휠 세트(Drad)의 댐핑은 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00013
의 함수 또는 차량 속도(v)에서 사인 주행 주파수(f)의 함수이다:
Drad = f(tan
Figure 112012047296522-pct00014
) = f(v, f) (7)
더 높은 차량 속도(v)에서 측정된 사인 주행 주파수(f)가 기대치에 상응하고 이것이 휠의 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00015
와 관련해서 휠의 허용 마모를 지시하면, 총 댐핑(Dg)의 변화는 관련 보기의 롤링 방지 장치(들)(Dschl)의 댐핑의 변화를 지시한다.
파라미터 속도(v) 및 사인 주행 주파수(f)에 따른 휠 세트의 댐핑 Drad(v, f)을 나타내기 위해 예컨대 특성 맵 형태의 측정 데이터가 충분히 존재하면, 더 높은 속도(v)에서도 휠 세트(Drad)의 댐핑 계수 및 롤링 방지 장치(Dschl)의 댐핑 계수의 결정이 가능하다.
상기 관계를 기초로, 본 발명은 제 1 관점에 따라 적어도 하나의 휠 세트 및 적어도 하나의 롤링 방지 장치를 포함하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법으로서,
- 휠 세트의 휠들이 차축에 의해 견고하게 연결되고 대략 원추형 휠 프로파일을 갖고,
- 보기에 배치된 센서들에 의해 공급되는 신호들로부터, 휠의 원추형 프로파일에 기초한 보기의 휠 세트의 사인 주행에 상응하는 신호가 필터링되고,
- 경계 조건, 예컨대 각각 주어지는 차량 속도와 관련해서 사인 주행의 주파수가 결정되고, 본 경계 조건에 대해 전형적인 사인 주행의 주파수에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교되며, 측정된 주파수와 상기 주파수에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 모니터링되는,
철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법을 제시한다.
횡방향 가속 신호의 측정된 및 필터링된 시간 신호로부터 예컨대 푸리에 변환에 의해 결정된 사인 주행의 주파수가 미리 주어진 값보다 많이 상기 경계 조건에 대해 기대되는 주파수 값과의 편차를 가지면, 이는 보기의 휠 세트의 휠들의 허용되지 않는 높은 등가 답면 구배 tan
Figure 112012047296522-pct00016
의 형태로 허용되지 않은 마모 상태의 존재에 대한 인덱스이다.
사인 주행의 주파수에 대한 특성적 기준값을 미리 결정되어 저장할 때의 경계 조건은 차량 속도와 더불어 하기 파라미터들 중 적어도 하나를 포함하는 것이 특히 바람직하다: 철도 차량의 부하, 바로 작용하는 제동력 또는 구동력, 커브 주행 또는 직선 주행, 바로 주행하는 구간의 구간 상태 등. 이 경우, 각각의 경계 조건에 대해 특성적인 사인 주행 주파수을 가진 특성 맵들이 저장되고 작동 중에 결정된 사인 주행에 대한 주파수와 비교된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 적어도 하나의 휠 세트 및 적어도 하나의 롤링 방지 장치를 포함하는 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법으로서,
- 휠 세트의 휠들이 차축에 의해 견고하게 연결되고 대략 원추형 휠 프로파일을 가지며,
- 보기에 배치된 적어도 하나의 센서에 의해 공급된 신호로부터 댐핑 특성값이 결정되고,
- 결정된 댐핑 특성값이 상기 댐핑 특성값에 대해 저장된 전형적인 값 또는 값 범위와 비교되며,
- 결정된 댐핑 특성값과 상기 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하면, 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 비해 얼마나 높은지가 체크되고,
- 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 미달하면, 보기의 롤링 방지 장치의 영역에서 변화에 대한 신호가 발생되거나, 또는
- 철도 차량의 속도가 상기 한계 속도에 도달하거나 초과하면, 보기에 배치된 센서들에 의해 공급된 신호로부터, 휠들의 원추형 휠 프로파일에 기초하는, 보기의 휠 세트의 사인 주행에 상응하는 신호들이 필터링되고, 철도 차량의 속도 및 사인 주행의 주파수에 대한 휠 세트의 댐핑 특성값의 의존도를 나타내는 저장된 특성 맵을 기초로 보기의 휠 세트의 댐핑 특성값이 상기 사인 주행의 결정된 주파수 및 주어진 속도에 따라 결정되며,
- 보기의 휠 세트의 결정된 댐핑 특성값이 철도 차량의 바로 주어진 속도 및 사인 주행의 바로 주어진 주파수에 대해 전형적인 보기의 휠 세트의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교되고,
- 보기의 휠 세트의 결정된 댐핑 특성값과 보기의 휠 세트의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하면, 보기의 휠 세트의 영역에 변화의 존재에 대한 신호가 발생되거나, 또는
- 보기의 휠 세트의 결정된 댐핑 특성값과 보기의 휠 세트의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양에 도달하거나 미달하면, 보기의 롤링 방지 장치의 영역에 변화의 존재에 대한 신호가 발생되는,
철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법이 제시된다.
센서에 의해 공급된 신호들이 횡방향 가속 신호인 것이 바람직하며, 상기 신호로부터 필터에 의해 3 Hz 내지 9 Hz의 주파수 범위가 필터링된다. 상기 주파수 범위는 전형적으로 사인 주행이 나타나는 주파수 범위이다.
전술한 방법에 의해, 허용되지 않는 마모 또는 에러 상태를 가진 섀시 부품(휠 또는 롤링 방지 장치)이 명확히 식별될 수 있다.
상기 신호에 응답해서 자동으로 또는 기관사에 의해 대응 조치가 취해질 수 있고, 상기 대응 조치는 보기의 관련 휠 세트 또는 롤링 방지 장치의 유지 보수의 즉각적인 실시 또는 극단의 경우 철도 차량 또는 철도 차량 결합체의 즉각적인 제동일 수 있다. 유지 보수 스테이션으로 신호의 데이터 원격 전송도 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 보기의 운동의 모니터링을 위한 센서들 및 상기 센서들의 센서 신호들을 평가하기 위한 평가 장치에 의해 경제적으로 실시될 수 있다.
종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 독립 청구항에 제시된 본 발명의 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.
신호는 대응 조치를 취하기 위해 철도 차량 결합체의 기관사에게 광학적으로 및/또는 음향적으로, 예컨대 깜박이는 경고 등 또는 경고 음의 형태로 표시될 수 있다. 특히, 상기 신호는 관련 휠 세트 또는 보기의 유지 보수에 대한 유지 보수 신호이고, 상기 신호가 주어지면 등가 답면 구배가 다시 허용 값 또는 비임계 값을 갖고 롤링 방지 장치의 검사 또는 교체가 이루어지도록 상기 휠 세트가 조정되어야 한다.
더 상세한 것은 하기의 실시예 설명에 제시된다.
본 발명에 의해, 주행 안정성에 큰 영향을 주는, 철도 차량의 섀시 부품, 예컨대 휠 세트의 휠들, 및 보기와 차체 사이의 회전 진동을 감쇠시키기 위해 사용되는 롤링 방지 장치의 마모 상태에 대한 확실한 정보가 가능한, 방법 및 장치가 제공된다.
도 1은 각각 2개의 휠 세트 및 2개의 롤링 방지 장치를 포함하는 2개의 보기를 구비한 레일의 차량의 사시도이다.
도 2는 시간(t)에 대한 보기의 횡방향 진동의 신호를 나타낸 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보기의 상태를 모니터링하는 장치의 개략도이다.
도 4는 댐핑 특성값을 결정하기 위해 시간에 대한 가속 신호를 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예가 도면에 도시되며 하기 설명에서 상세히 설명된다.
도 1에는 각각 2개의 휠 세트(4) 및 2개의 롤링 방지 장치(5)를 포함하는 예컨대 2개의 보기(3)를 구비한 철도 차량 결합체의 하나의 철도 차량이 도시된다. 하나의 차축(6) 및 상기 차축에 견고하게 고정된 2개의 휠들(8)로 이루어진 휠 세트들(4)이 평행한 레일(2) 위를 구른다. 휠 세트(4)의 휠들(8)은 각각 대략 원추형 휠 프로파일을 갖는다. 즉, 주행면에서 휠 직경은 공지된 방식으로 휠 플랜지로부터 멀어지는 방향으로 줄어든다. 이로 인해, 레일(2) 상에서 휠 세트(4)의 롤링 동안 전술한 사인 주행, 즉 레일(2) 및 철도 차량의 차체(1)에 대한 주기적 진동이 나타난다.
2개의 보기(3)에는 주행 방향에 대해 횡으로 나타나는 보기(3)의 진동을 검출하기 위한 각각 하나의 센서(10)가 고정된다. 바람직하게는 보기(3)의 횡방향 가속을 검출하는 가속 센서들(10)이 사용된다. 그러나, 거리 또는 속도 센서도 가능하다. 횡방향 가속 신호가 상기 센서들(10)로부터 도 3에 개략적으로 도시된, 마이크로 프로세서 베이스의 평가 장치(12) 내로 입력된다. 센서들(10)에 의해 공급된 신호들로부터 예컨대 필터에 의해 3 Hz 내지 9 Hz의 주파수 범위가 필터링된다. 상기 주파수 범위는 전형적으로 사인 주행이 나타나는 주파수 범위이다.
철도 차량의 사인 주행을 특성화하는 센서들(10)의 신호들(B)은 도 2에 시간(t)에 대해 도시된다. 도 2에 의해 알 수 있는 바와 같이, 보기(3)의 사인 주행을 나타내는 신호들은 주기적으로 사인형이며 실질적으로 댐핑되지 않는데, 그 이유는 휠 세트들(4)이 사인 주행에 의해 계속적인 외부 여기를 받기 때문이다. 따라서, 속도(v)가 일정할 때 진동 진폭은 대략 동일한 크기이다.
사인 주행의 주파수(f)는 경계 조건, 특히 철도 차량의 순시 주행 속도(v) 또는 휠들(8)의 회전 속도에 의존한다. 사인 주행의 주파수(f)에 영향을 주는 경계 조건이 차량 속도(v) 외에 하기 파라미터들 중 적어도 하나를 포함하는 것이 특히 바람직하다: 철도 차량의 부하, 바로 작용하는 제동력 또는 구동력, 커브 주행 또는 직선 주행, 바로 주행하는 구간의 구간 상태 등. 각각의 경계 조건, 특히 각각의 속도(v)에 대해, 휠-레일 접촉 구배(등가 답면 구배)와 같은 팩터에 따라, 사인 주행의 특성 주파수(f) 또는 사인 주행의 주파수(f)에 대한 특성 주파수 범위가 존재한다. 상기 주파수 범위는 예컨대 테스트에 의해 미리 결정될 수 있고 기준값으로서 평가 장치의 특성 맵에 저장될 수 있다.
도 3에 따른 평가 장치(12)는 바람직하게는 필터(14), 신호 처리 유닛(16) 및 비교기(18)를 포함한다. 속도 센서(20)를 통해 평가 장치(12)는 순시 차량 속도(v)에 대한 신호를 얻는다. 측정된 차량 속도(v)에 의존하는, 사인 주행 형태의 보기(3)의 순시 진동의 주파수 f(v)는 바람직하게는 신호 처리 유닛(16) 내에서 가속 센서(10)(도 2)의 시간 신호의 빠른 푸리에 변환(FFT)에 의해 결정된다.
평가 장치(12)의 비교기(18)에 바람직하게는 특성 맵들이 저장되고, 상기 특성 맵들은 철도 차량의 경계 또는 작동 조건, 예컨대 철도 차량의 순시 차량 속도(v) 또는 휠들(8)의 회전 속도에 대한 사인 주행의 주파수(f)의 의존도를 나타낸다. 사인 주행에 대한 특성 주파수(f)를 가진 상기 특성 맵들은 예컨대 테스트에 의해 미리 결정된다.
측정된 시간 신호(B)에 기초하며 신호 처리 유닛(16)에 의해 공급되는, 각각 주어진 차량 속도(v) 또는 휠 회전 속도와 관련한 주기적 진동의 주파수(v)는 주어진 경계 조건, 예컨대 바로 주어지는 차량 속도(v)에 대해 전형적인, 사인 주행의 주파수 f(v)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교되고, 측정된 주파수 f(v)와 저장된 값 f(v) 또는 저장된 값 범위와의 편차가 모니터링된다.
측정된 주파수 f(v)와 저장된 값 f(v) 또는 저장된 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양이면, 바람직하게는 휠 세트(4)의 허용되지 않는 마모 상태의 존재에 대한 신호(S)가 발생된다. 보다 정확히 말하면, 상기 신호(S)에서는 보기(3)의 주행 안정성과 관련해서 관련 보기의 휠 세트(4)의 답면 구배는 임계값을 갖는 것이 전제된다. 예컨대, 각각의 보기(3)에 센서(10)가 존재하기 때문에, 신호는 각각의 보기(3) 또는 그것의 휠 세트(4)에 할당될 수 있다.
상기 신호(S)는 대응 조치를 취할 수 있도록 하기 위해, 철도 차량 결합체의 기관사 또는 관리자에게 광학적으로 및/또는 음향적으로, 예컨대 경고 등의 형태로 또는 경고 음으로 표시될 수 있다. 특히, 상기 신호(S)는 관련 보기(3)의 휠 세트(4)의 유지 관리에 대한 유지 관리 신호이고, 관리자용 평가 장치의 판독 가능한 메모리 내에 저장될 수 있다. 대응 조치는 휠-레일 구조, 특히 등가 답면 구배가 허용 값 또는 비임계 값을 가짐으로써 특히 높은 속도(v)에서 사인 주행의 임계적 부각을 방지하는, 사인 주행의 범주에서의 휠 세트들(4)의 댐핑 특성이 형성되도록 관련 보기(3)의 휠 세트들(4)이 후처리되는 것이다.
도 5에는 방법의 다른 실시예의 흐름도가 도시된다. 이 방법도 도 3에 도시된 평가 장치(12)에 의해 실시된다.
프로그램 시작 후에, 단계(100)에서의 문의에 의해 철도 차량이 정지 상태에 있는지 또는 아닌지의 여부가 체크된다. 정지가 주어지면, 프로그램은 시작으로 되돌아간다. 이에 반해, 철도 차량이 주행 상태에 있으면, 단계(101)의 범주에서 보기(3)에 배치된 센서(10)에 의해 공급된 신호로부터 보기(3)의 총 댐핑값 또는 총 댐핑 계수(Dg)가 결정된다.
이 경우 바람직하게는 센서(10)에 의해 공급된, 도 4에 따른 시간 신호(a)가 사용된다. 보기(3)가 시점(t1)에서 개별 이벤트에 의해, 즉 한 번의 충격 여기, 예컨대 전철기 통과에 의해 횡방향 진동에 대해 여기된다는 가정 하에, 도 4에 도시된 전형적인 댐핑된, 따라서 감소된 진동 곡선이 나타나고, 상기 횡방향 진동에 대한 보기(3)의 총 댐핑(Dg)에는 한편으로는 휠/레일-구조, 특히 휠들(8)의 등가 답면 구배로부터 생기는 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad) 및 롤링 방지 장치(5)의 댐핑 계수(Dschl)가 기여한다.
시점(t1)부터 진동 진폭이 다시 대략 일정해지는 시점(t2)까지 여기의 진동 진폭의 곡선은 감소한다. 즉, 진동 진폭의 최대치의 값이 시간에 따라 줄어든다. 이러한 거동은 (t1) 내지 (t2) 사이의 시간 범위에서 진동 진폭의 진동 최대치로의 엔벨로프 또는 탄젠트에 의해 특성화될 수 있다. 상기 탄젠트의 기울기를 기초로, 보기(3)의 총 댐핑 계수(Dg)가 결정될 수 있다.
단계(102)의 범주에서, 보기(3)의 결정된 총 댐핑 계수(Dg)는 보기(3)의 총 댐핑 계수(Dg)에 대한 저장된 전형적인 값 또는 값 범위와 비교된다.
보기(3)의 결정된 총 댐핑 계수(Dg)와 보기(3)의 총 댐핑 계수(Dg)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하지 않으면(댐핑 특성값 OK), 보기(3)의 충분한 댐핑이 전제되고 프로그램이 다시 시작으로 되돌아 간다.
이에 반해, 보기(3)의 결정된 총 댐핑 계수(Dg)와 보기(3)의 총 댐핑 계수(Dg)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하면(댐핑 특성 값 OK 아님), 단계(103)의 범주에서 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 비해 얼마나 높은지가 체크된다. "한계 속도"라는 표현은 총 댐핑(Dg)에 대한 보기(3)의 휠 세트(4)의 영향이 무시할 수 없는 정도인 속도이다. 상기 한계 속도는 바람직하게 테스트에 의해 미리 결정된다.
전술한 바와 같이, 낮은 속도일 때 댐핑 거동에 대한 휠/레일 접촉의 영향은 무시될 수 있고 보기(3)의 댐핑 특성은 보기(3)의 롤링 방지 장치(5)에 의해 결정된다. 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 미달하고 선행 단계(102)의 범주에서 총 댐핑(Dg)이 불충분한 것이 검출되면, 평가 장치(12)에 의해 보기(3)의 롤링 방지 장치(5)의 댐핑 계수(Dschl)의 변화에 대한 신호(S)가 발생된다. 상기 신호의 식별 및 인가는 가변적이다. 다만, 관련 보기(3)의 롤링 방지 장치(5)의 영역에서 변화가 지시되는 것만이 중요하다.
철도 차량의 속도가 한계 속도에 도달하거나 또는 초과하면, 롤링 방지 장치(5)의 댐핑 계수(Dschl)와 더불어 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)가 중요하다.
철도 차량의 속도가 더 높아지면, 보기(3)에 배치된 센서(10)에 의해 공급되는 신호들로부터 휠들(8)의 원추형 휠 프로파일에 기초한 보기(3)의 휠 세트(4)의 사인 주행에 상응하는 신호들이 평가 장치(12)의 필터(14)에 의해 필터링된다.
상기 신호들은 필터링되고 푸리에 변환에 의해 주파수 범위가 변환된다. 결과적으로, 바로 주어지는 속도(v)에서 철도 차량 또는 관련 보기(3)의 바로 주어지는 사인 주행 주파수(f)가 얻어진다. 평가 장치(12)의 비교기(18)의 메모리 내에, 철도 차량의 속도(v) 및 사인 주행의 주파수(f)에 대한 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)의 의존도를 나타내는 특성 맵이 저장된다. 그 다음에, 상기 특성 맵을 기초로 보기(3)의 휠 세트(4)의 결정적인 댐핑 특성값(Drad)이 미리 결정되어 주어진 사인 주행 주파수(f) 및 주어지는 속도(v)에 따라 단계(104)에서 결정될 수 있다.
그리고 나서, 보기(3)의 휠 세트(4)의 결정된 댐핑 값(Drad)이 단계(105)의 범주에서 바로 주어지는 철도 차량의 속도(v) 및 바로 주어지는 사인 주행의 주파수(f)에 대해 전형적인, 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 특성값(Drad)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교된다.
상기 비교(105) 결과, 단계(104)의 범주에서 결정된 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)가 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 미리 정해진 양보다 큰 편차를 갖는 것으로 나타나면, 관련 보기(3)의 휠 세트(4)의 영역에서 변화의 존재에 대한 신호(106)가 발생된다. 상기 신호는 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)의 관련 감소를 지시한다.
상기 비교(105) 결과, 단계(104)의 범주에서 결정된 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)가 보기(3)의 휠 세트(4)의 댐핑 계수(Drad)에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 미리 정해진 양보다 작은 편차를 갖는 것으로 나타나면, 보기(3)의 롤링 방지 장치(5)의 영역에 변화의 존재에 대한 신호(107)가 발생된다. 상기 신호는 보기(3)의 롤링 방지 장치(5)의 댐핑 계수(Dschl)의 관련 감소를 지시한다.
신호들(106) 또는 (107)은 대응 조치를 취하기 위해 단계(108)에서 철도 차량 결합체의 기관사에게 시각적으로 및/또는 음향적으로, 예컨대 깜박이는 경고등 또는 경고음의 형태로 표시될 수 있다. 특히, 신호(106) 또는 (107)는 관련 보기(3)의 휠 세트(4) 또는 롤링 방지 장치의 다가오는 또는 예정에 없는 유지 관리에 대한 유지 관리 신호이다. 대안으로서, 철도 차량 또는 철도 차량 결합체의 속도가 자동으로 낮아질 수 있다. 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.
1 : 차체 2 : 레일
3 : 보기 4 : 휠 세트
5 : 롤링 방지 장치 6 : 차축
8 : 휠 10 : 가속 센서
12 : 평가 장치 14 : 필터
16 : 신호 처리 유닛 18 : 비교기
20 : 속도 센서

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 적어도 하나의 휠 세트(4) 및 적어도 하나의 롤링 방지 장치(5)를 포함하는 철도 차량의 보기(3)의 상태를 모니터링하는 방법으로서,
    a) 상기 휠 세트(4)의 휠들(8)이 차축(6)에 의해 견고하게 연결되고 원추형 휠 프로파일을 가지며,
    b) 상기 보기에 배치된 센서들(10)에 의해 공급된 신호로부터 댐핑 특성값이 결정되고,
    c) 결정된 댐핑 특성값이 상기 댐핑 특성값에 대해 저장된 전형적인 값 또는 값 범위와 비교되고,
    d) 결정된 댐핑 특성값과 상기 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하면, 상기 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 비해 얼마나 높은지가 체크되고,
    e) 상기 철도 차량의 속도가 미리 주어진 한계 속도에 미달하면, 상기 보기(3)의 상기 롤링 방지 장치(5)의 영역에 변화의 존재에 대한 신호(S)가 발생되거나, 또는
    f) 상기 철도 차량의 속도가 상기 한계 속도에 도달하거나 초과하면, 상기 보기(3)에 배치된 상기 센서들(10)에 의해 공급된 신호로부터, 상기 휠들(8)의 원추형 휠 프로파일에 기초하는 상기 보기의 상기 휠 세트(4)의 사인 주행에 상응하는 신호들이 필터링되고, 상기 철도 차량의 속도(v) 및 상기 사인 주행의 주파수(f)에 대한 상기 휠 세트의 댐핑 특성값의 의존도를 나타내는 적어도 하나의 저장된 특성 맵을 기초로, 상기 보기의 상기 휠 세트(4)의 댐핑 특성값이 상기 사인 주행의 결정된 주파수(f) 및 주어진 속도(v)에 따라 결정되며,
    g) 상기 보기의 상기 휠 세트(4)의 결정된 댐핑 특성값이 상기 철도 차량의 바로 주어지는 속도(v) 및 상기 사인 주행의 바로 주어진 주파수(f)에 대해 전형적인, 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와 비교되고,
    h1) 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 결정된 댐핑 특성값과 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양을 초과하면, 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 영역에 변화의 존재에 대한 신호(S)가 발생되거나, 또는
    h2) 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 결정된 댐핑 특성값과 상기 보기(3)의 상기 휠 세트(4)의 댐핑 특성값에 대한 저장된 값 또는 값 범위와의 편차가 미리 정해진 양에 도달하거나 미달하면, 상기 보기(3)의 상기 롤링 방지 장치(5)의 영역에 변화의 존재에 대한 신호(S)가 발생되는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신호(S)가 광학적으로 또는 음향적으로 표시되는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 신호(S)가 상기 보기의 관련 부품의 유지 보수에 대한 유지 보수 신호인 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 신호(S)에 응답해서 상기 철도 차량의 속도가 줄어드는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 센서들(10)에 의해 공급되는 신호들이 횡방향 가속 신호이고, 상기 신호로부터 필터(14)에 의해 상기 사인 주행에 대해 결정적인 3 Hz 내지 9 Hz 의 주파수 범위가 필터링되는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 보기의 상태를 모니터링하는 방법.
  9. 제4항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 보기(3)의 운동을 모니터링하기 위한 차량 측 센서들(10), 및 상기 센서들(10)의 센서 신호(B)들을 평가하기 위한 평가 장치(12)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서들(10)은 상기 보기(3)에 배치된, 상기 보기(3)의 횡방향 가속을 측정하기 위한 적어도 하나의 가속 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제4항에 따른 방법을 실시하기 위한 프로그램 부분을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  12. 삭제
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