专利名称：检测并发出轨行车出轨信号的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测并发出轨行车出轨信号的方法和装置。
在许多由出轨导致的铁路事故中，首先发生的一个轴或一个转向架的部分出轨，有时是一个轨行车的一个单个车轮的出轨。在这些情况中，通常一个轴以这样的方式运动，从而它的车轮中的一个重复撞击枕木或将铁轨固定到枕木上螺栓，或者道碴。在其它较少发生的情况中，可能是同一个轴的两个车轮被抬起或运动，从而它们不遭受冲击。在这两种情况中，都已经观察到火车在出现一种更为严重的损失或事故之前可以以这样部分地或初始地出轨行驶许多公里。在这一阶段中，火车司机或火车车厢中其它人员都没有注意或预警故障，从而没有意识到将要发生的危险。
本发明的一个目的是及时检测一个轨行车的车轮中的至少一个车办的出轨状态，并在这种情况下在真正的时刻产生一个报警信号，从而能够立刻停下火车，以避免更为严重的损失，并在损失已经发生时及时地进行调停。
根据本发明的第一方面通过一个权利要求1中所限定的方法实现上述和其它目的及优点。
根据本发明的其它方面，提供了一个按权利要求7限定的装置。
本发明的特征和优点将从下文结合附图对几个通过非限制性示例给出的实施例的详细说明中清楚得知，附图所示为
图1是一个轨行车车轮的简视图，该车轮与一个根据本发明的装置相关联；图2是一个图表，示出了时域中一个轨行车正常行驶状态中检测到的振动信号；图3是一个图表，示出了时域中一个通过处理图2的信号得到的监视信号；图3A是一个图表，示出了时域中一个在根据本发明的一个替代实施例中通过处理图2的信号得到的监视信号；图4是一个图表，示出了时域中一个在轨行车的一个轴的一个车轮出轨状态检测的振动信号；和图5是一个图表，示出了时域中一个通过处理图4的信号得到的监视信号。
首先参见图1，参考标号1简要表示一个在轨道2上行驶的轨行车的车轮。一个振动传感器3安装在一个固定支撑元件4上，该固定支撑元件固定在一个支撑该车轮轴的元件上或与之整体形成。
图1所示的这些元件对于本领域的技术人员是普遍已知的，故在下面的说明中不再详细解释。例如，固定支撑元件4可以是轴箱壳或轴箱的外盖，或者是轴承的固定外轴承套，或者是一个安装在该外轴承套上的密封护罩。
优选的是，振动传感器3包括一个已知类型的压电加速器，该加速器与一个放大器相关联，并与该放大器并入在同一个壳体中。
为了本发明的一个有利应用，重要的是，火车的所有轴，优选是火车的所有车轮都设置一个振动传感器3。
每一个振动传感器都连接一个由E简单示出的安装在火车底板上的电子处理单元。单元E接收由振动传感器3产生的振动信号V，并处理该信号，以识别一个出轨状态并发出出轨信号，这将在下文进行说明。
处理单元E设置有或连接由C简单示出的电路机构。电路机构C处理该振动信号并产生一个监视信号，将该信号的瞬时值与表示一个出轨状态的参考阈值进行比较，这将在下文进行说明。
在正常工作状态下，即在没有如图2所示的出轨情况时，在该图中坐标轴表示车轮在一个特定的时间阶段内经受的垂直加速度，该处理单元接收一个脉冲振动信号V，其中出现有一系列例如由火车经过道岔而导致的小振幅的脉冲I2，和一个单独的例如由火车经过铁轨上一个刚性的凹凸部分时导致的大振幅的脉冲I2。
由处理单元接收的振动信号V由与该处理单元E相关联的电路机构C处理，得到图3中所示的监视信号S。
通过电路机构C，监视信号S的瞬时值以一个与每个振动脉冲成正比或以任何与每个振动脉冲相关的方式增加，在每个振动脉冲之后根据一个预定时间规律降低。图3和5示出了由模拟电路机构C产生的监视信号，该机构按时间延长或放慢根据一个预定规律的振动信号脉冲的后缘。如图3所示，在监视信号S中，脉冲I1′、I2′的后缘I1′d、I2′d相应于图2振动信号V的脉冲I1、I2。
上述类型的电路机构C在本领域是公知的，故无需在此进行详细说明。在此仅需要说明，电路机构C可以与同其相连接的软件或硬件类型无关。例如，它们可以包括一个能够产生上述放慢效应的电容电路。或者，电路机构C可以是数字的，并包括一个计数器，该计数器适于根据与那些将在下文详细的函数相等的函数累加计数或减少计数。
在一段时间内没有紧密重复的I2类型的高脉冲时，该处理单元不影响附加的处理。监视信号S的I1′、I2′渐弱，并且没有报警信号产生，因为该处理单元识别出一个独立的但却是高的脉冲，其不表示一个出轨状态，而仅是一介独立现象，该现象不是由于车轮的故障操作引起的，而是由于一个外来原因，例如由于铁轨的不连续或其上的凹凸引起的。
在本发明的一个特定实施例中，处理单元E可以设置用于防止监视信号S受到小振动脉冲I1影响滤波机构F1，其中该小振动脉冲具有一个小于参考阈值R的振幅，并不表示一个出轨状态。滤波机构F1可以与同其相连接的软件或硬件类型，即装置形式或与处理单元E相关联的或并入该处理单元中的程序无关，其中该程序用于分离对于分析来自振动传感器的信号不相关的数据。根据这样的一个实施例，监视信号S采取图3A中所示的形式，即没有小振幅脉冲。
在出轨状态中，车轮中的至少一个脱离铁轨，并重复撞击道碴或枕木或将铁轨固定在枕木上的螺栓。在这样的一个情况下，由加速器3产生的振动信号V为图4中所示类型，具有一个紧密的且重复的用于一个延长时间阶段的高振幅脉冲I2连续。一个典型的可在出轨状态中检测到的加速度值的数量级为g(重力加速度)的几十分之一或几百分之一。
在收到图4中所示类型的振动信号V时，电路机构C与高强度脉冲相关联，并提供一个图5所示类型的监视信号S，该监视信号以阶梯形式增加。
当信号S的值达到或超过一个参考阈值T时，处理单元E便自动产生一个报警信号A，该报警信号警告火车车厢中的人员，一个出轨情况发生了。
作为上述用于滤波小振幅脉冲的滤波机构F1的替代或附加，处理单元E可以耦连滤波机构F2，该滤波机构F2以这样的方式滤波振动信号V，从而防止监视信号S受到超出一个对分析有意义的范围的振动频率的影响。这些有意义的、由一个出轨车轮的撞击产生的频率饱含在0到几百Hz之间。为了去除由于其它的原因，例如由悬簧激起的共振频率而引起的振动分量，滤波机构F2从监视信号S中滤掉那些具有超过几百Hz，例如超过500Hz的频率的振动。
在滤波机构F2是软件类型的情况下，它可以是自编程序的，以便即时地和自动地根据火车行驶速度的函数改变将被去除的频率范围的限值，为此，处理单元E设置成接收一个表示火车瞬时速度的信号V，该信号通过例如一个或多个安装在车轮上的速度传感器提供。基于速度信号V的瞬时值，单元E通过以一个正比方式或任何随速度增加的方式改变至少该上限值来计算将被去除的频率的限值。
在本发明的一个特定的实施例中，报警信号可被供给一个另外的控制单元(在图1中由B简要示出)，以激起闸瓦的自动动作并立刻停止火车。
根据本发明的一个特别优选的实施例，激起闸瓦的自动动作的控制单元B设置成按照已生成报警信号的车轮的数目的函数以不同的模式，即或者是急剧地，或者是不急剧地使闸瓦动作。如果该报警信号涉及一个单个的车轮或轴，则该制动可以急剧地进行，从而如果该报警信号涉及一个转向架或车架的所有车轮，则火车可以平稳地减速，以避免该急剧制动将火车分成两部分的危险，特别是当火车具有一个后置火车头时。
权利要求
1.一种检测轨行车车轮出轨状态并发出信号的方法，包括如下步骤设置振动传感器(3)，其与一个轨行车的至少一个车轮(1)相关联，用于产生一个表示该车轮的振动的振动脉冲信号(V)；通过一个电子处理单元(E)接收振动信号(V)；基于振动信号(V)，产生一个脉冲监视信号(S)，该监视信号的瞬时值以一个与每个振动脉冲(I)的振幅相关联的方式增加，在每个振动脉冲之后根据一个预定的规律降低；与一个参考阈值(T)比较监视信号(S)的瞬时值；和当监视信号(S)的瞬时值达到或超过所述参考阈值(T)时自动产生一个报警信号(A)。
2.按权利要求1所述的方法，还包括如下步骤滤波振动信号(V)，以使监视信号(S)独立于具有于小于另一个参考阈值(R)的振幅的振动脉冲(I1)。
3.按权利要求1所述的方法，还包括如下步骤滤波振动信号(V)，以使监视信号(S)独立于具有不包含在一个给定范围之内的频率的振动。
4.按权利要求3所述的方法，还包括如下步骤接收一个表示火车瞬时速度的信号(V)；基于速度信号(V)，计算至少一个限定将被滤掉的频率范围的瞬时值。
5.按权利要求1所述的方法，还包括如下步骤向一个控制单元(B)提供一个报警信号(A)，以使火车闸瓦自动动作。
6.按权利要求5所述的方法，还包括如下步骤按照出轨车轮的数目的函数自动控制火车闸瓦的动作。
7.一种检测轨行车车轮出轨状态并发出信号的装置，该装置包括振动传感器(3)，其与一个轨行车的至少一个车轮(1)用于产生一个表示该车轮的振动的振动脉冲信号(V)；和处理机构，用于-接收振动信号(V)；-基于振动信号(V)，产生一个脉冲监视信号(S)；-以一个与每个振动脉冲(I)的振幅相关联的方式增加该监视信号的瞬时值，在每个振动脉冲之后根据一个预定的规律降低所述瞬时值；-与一个参考阈值(T)比较监视信号(S)的瞬时值；和-当监视信号(S)的瞬时值达到或超过所述参考阈值(T)时自动产生一个报警信号(A)。
8.按权利要求7所述的装置，还包括滤波机构(F1)，用于滤波振动信号(V)，从而使监视信号(S)独立于具有于小于另一个参考阈值(R)的振幅的振动脉冲(I1)。
9.按权利要求7所述的装置，还包括滤波机构(F2)，滤波振动信号(V)，以使监视信号(S)独立于具有不包含在一个给定范围之内的频率的振动。
10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理机构适于接收一个表示火车瞬时速度的信号(V)；基于速度信号(V)，计算至少一个限定将被滤掉的频率范围的瞬时值。
全文摘要
一个轨行车的一个车轮(1)与一个振动传感器(3)相关联，该传感器用于向一个电子处理单元(E)供给一个表示该车轮的振动的振动脉冲信号(V)。基于振动信号(V)，产生一个脉冲监视信号(S)，以一个与每个振动脉冲(I)的振幅相关联的方式增加该监视信号的瞬时值，在每个振动脉冲之后根据一个预定的规律降低所述瞬时值。处理单元(E)比较监视信号(S)的瞬时值和一个参考阈值(T)，当监视信号(S)的瞬时值达到或超过所述参考阈值(T)时自动产生一个报警信号(A)。
文档编号A47C1/023GK1446161SQ01813911
公开日2003年10月1日 申请日期2001年6月7日 优先权日2000年6月9日
发明者R·莫雷蒂, S·赛马 申请人:Skf工业股份公司