用于监视轨道车辆的阻尼器的健康状态的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于检测在轨道车辆中使用的至少一个气液阻尼器(gas-hydraulic damper)的故障的轨道车辆阻尼器监视系统和方法。本发明还涉及一种与这种系统一起使用的气液阻尼器。


背景技术：

2.在本领域中也称为缓冲器的液压阻尼器通常安装在适于连接轨道车辆的中央缓冲耦合器中。在中央缓冲耦合器中，阻尼器可以有效地吸收该阻尼器的压缩和伸展中的冲击载荷，以这种方式减少乘客乘坐的急动和使该乘坐平稳。
3.本发明的液压阻尼器的一般功能和结构包括中空活塞，该中空活塞可轴向移动地容纳在圆柱形壳体中。一定体积的液压流体容纳在所述壳体中的工作腔室中。该工作腔室通过节流装置与所述活塞中的溢流腔室连通。在阻尼器的压缩中，例如在高于适度的缓冲载荷将活塞进一步推入壳体中的情况下，随着工作腔室的容积减小，液压流体经由节流装置被迫进入溢流腔室中。在中空活塞中自由滑动的分隔元件被冲入的流体移动，这样增加了溢流腔室的容积。分隔壁抵抗可压缩弹簧的力而移位，该可压缩弹簧在吸收引起阻尼器压缩的大部分或全部能量的同时被加载。该弹簧通常是气体容积，其在中等负载下吸收阻尼器压缩时产生的能量。在阻尼器的伸展中，所述弹簧释放其所容纳的能量，以使溢流腔室中的液压流体返回到工作腔室。该反向流动通常以绕过所述节流装置的其它方式被引导，这种方式允许活塞非限制地返回到其卸载位置。为了在活塞在伸展运动中返回时避免严重的反冲，可以设置附加的腔室，以在压缩期间接收较小体积的液压流体，而在阻尼器的伸展期间经由节流通道返回相同体积的液压流体，这样平衡了气弹簧和阻尼器的膨胀。
4.通常与阻尼器或缓冲器相关的一个问题是，它们的性能高度依赖于能够保持液压流体和弹簧的气体体积以便吸收能量，然后返回到它们的初始状态，使得它们可以再次经受压缩力。如果阻尼器的性能由于低的内部压力而降低，则行程减小，因此能量吸收能力也减小。然后，压缩力至少部分地被其它部件(例如，列车碰撞能量管理系统的非再生元件)吸收，从而降低了吸收碰撞能量的总容量。结果是，在碰撞的情况下，用于吸收能量的系统的能力降低，并且结构可能在比预期速度低的速度下损坏。
5.当在阻尼器中发生诸如油或气体泄漏的问题时，如今通常不可能检测到该泄漏。而且，如果泄漏较小，则在性能已经降低到明显需要维护阻尼器的程度之前，阻尼器可能保持使用很长时间。
6.目前，在以长但规则的间隔进行的正常维护期间，故障阻尼器被修理或更换。由于物流和经济原因，不可能以较短的间隔安排维护，并且由于许多因素导致磨损和损坏，因此也难以预测阻尼器的性能损失何时会发生。
7.因此，需要一种改进的阻尼器监视系统和方法，其解决与性能降低相关的问题，并且其中能够更早地检测到故障。


技术实现要素：

8.本发明的目的是消除或至少最小化上述问题。这通过根据所附独立权利要求的轨道车辆阻尼器监视系统、气液阻尼器、用于检测轨道车辆的至少一个气液阻尼器的故障的计算机化方法以及非暂时性计算机可读存储介质来实现。
9.根据本发明的轨道车辆阻尼器监视系统包括用于轨道车辆的气液阻尼器和处理电路，并且气液阻尼器包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为测量行程相关参数并且将指示所测量的行程相关参数的信号发送到处理电路。所述处理电路被配置为，对于至少一个气液阻尼器中的每一个，检测该气液阻尼器的故障，从该气液阻尼器中包括的至少一个传感器中的一个或多个接收指示在第一时刻确定的该气液阻尼器的行程相关参数的第一输入信号。此外，所述处理电路被配置为基于所述第一输入信号，确定第一行程值，从所述一个或多个传感器接收至少一个第二输入信号，其中每个后续信号指示在相应的后续时刻测量的相应的行程相关参数。所述处理电路还被配置为基于所述第二输入信号中的每一个，确定相应的行程值，基于所确定的行程值，确定随时间的行程值(stroke value over time)，并且如果该随时间的行程值满足第一标准，则确定所述气液阻尼器存在故障。
10.由此，监视至少一个气液阻尼器的性能，并且如果随时间的行程值满足第一标准，则可以检测到故障。这允许甚至在阻尼器的性能开始严重降低之前检测到故障，从而可以防止对气液阻尼器和/或安装有气液阻尼器的轨道车辆的损坏。由于本发明，气液阻尼器的维护或更换可以根据阻尼器本身的性能来安排，使得在阻尼器失效时能够快速动作，同时避免对完全起作用的阻尼器的不必要的维护。这在提供阻尼器的更成本有效的操作和确保阻尼器在使用时以期望的性能水平操作方面都是有利的。
11.适当地，所述第一标准是所述随时间的行程值高于预设行程阈值，并且处理电路被配置为如果随时间的行程值高于所述预设行程阈值，则确定存在阻尼器的故障。由此，如果所述随时间的行程值过大，则可以检测到故障，因为这将指示气液阻尼器中的气体或液压流体的泄漏。如果发生了非常大的泄漏，则随时间的行程值将非常大，并且表明阻尼器的阻尼能力严重降低，使得从安全角度来看，不应当允许气液阻尼器继续操作。
12.可替代地或组合地，所述第一标准是随时间的行程值高于预设的积分行程值阈值(preset integrated stroke value shreshold)，并且所述处理电路被配置为如果随时间的行程值高于所述预设的积分行程值阈值，则确定存在阻尼器的故障。因此，如果所随时间的行程值保持过大，使得气液阻尼器随着时间具有不期望的大行程，则可以检测到故障。这也将表明在气液阻尼器中存在泄漏，并且更具体地，可能存在液压流体的泄漏，这导致阻尼器的性能逐渐降低。能够在大量液压流体损失之前检测这种泄漏是非常有利的，因为这允许在性能降低到阻尼器不能根据需要来响应于在操作期间施加到阻尼器的力的水平之前维护或更换阻尼器。
13.适当地，所述至少一个传感器中的一个或多个是被配置为测量所述阻尼器的行程的行程传感器，其中所述第一行程值和/或所述至少一个后续行程值是在相应时刻测量的所述阻尼器的行程。因此，可以直接测量阻尼器的行程，并且以容易和方便的方式使用该行程，以确定行程值和随时间的行程值。
14.适当地，所述至少一个传感器中的一个或多个是压力传感器，其被配置为测量阻
尼器的气压或油压，其中所述行程相关参数是所述气压或油压，并且其中处理电路被配置为基于在相应时刻测量的阻尼器的气压或油压的趋势分析来确定所述随时间的行程值。因此，可以使用更成本有效和坚固的传感器来确定所述压力，并且处理电路可以被配置为基于所述压力来确定所述阻尼器的行程。
15.此外，所述系统可以包括用于测量环境温度的环境温度传感器。所述处理电路还被配置为从所述环境温度传感器接收温度值，并且还基于所述环境温度来确定第一行程值和/或随时间的行程值。因此，可以考虑由于环境温度的变化而引起的阻尼器中的气体和/或液压流体的膨胀，使得可以更精确地基于测量的压力来确定行程值。
16.适当地，所述处理电路还被配置为将所述随时间的行程值与预设的第一耦合阈值(coupling threshold)进行比较，并且基于随时间的行程值与预设的第一耦合阈值的比较，确定轨道车辆处于耦合模式，在该耦合模式中，轨道车辆当前正耦合到另一轨道车辆或从该另一轨道车辆脱离。由此，可以检测耦合动作，并且可以允许阻尼器在耦合动作期间满足第一标准而不检测故障。众所周知，在耦合期间，阻尼器的行程在短时间内非常高，这可以用于区分发生耦合的情况和阻尼器在轨道车辆中耦合运转时的正常操作情况。
17.此外，所述处理电路可以被配置为，仅在轨道车辆当前不处于耦合模式的情况下，如果所述随时间的行程值满足第一标准，则确定存在阻尼器的故障。如果在正常操作期间，随时间的行程值满足第一标准，则这将指示由于例如液压流体或气体的泄漏而在阻尼器中存在故障。
18.适当地，所述第一标准是随时间的行程值高于预设行程阈值并且随时间的行程值的变化率低于预设变化率阈值，使得处理电路被配置为如果随时间的行程值高于所述预设行程阈值并且随时间的行程值的变化率低于所述预设变化率阈值，则检测到故障。尤其是如果所述变化率随时间逐渐增加，这可能表示小的油泄漏，这使用传统技术将难以检测，并且特别有利的是能够在大量液压流体损失之前以这种方式检测小的泄漏。
19.适当地，所述处理电路还被配置为基于所接收的输入信号中的一个或多个来确定阻尼器气体腔室的静态压力，并且如果该静态压力低于预定压力阈值，则确定阻尼器存在故障。由此，所述静态压力可用作第二指示器以帮助确定是否存在阻尼器的故障。由于非常低的静态压力将指示大的气体泄漏，因此能够在这种情况下检测故障并避免阻尼器突然不能起作用的情况是特别重要的。此外，所述处理电路可以被配置为还基于环境温度来确定所述静态压力，以允许在所述环境温度影响所述静态压力的情况下进行补偿。
20.适当地，所述处理电路还被配置成如果检测到阻尼器的故障，则生成警报。由此，可以使列车上的人员或远程地注意阻尼器的故障，从而可以采取行动以避免由于阻尼器故障而造成的损坏或伤害。而且，如果需要，所述警报可以用于自动地安排维护。
21.此外，所述处理电路还可以被配置为基于随时间的行程值来确定气液阻尼器的估计剩余寿命。这也有助于根据阻尼器的操作而安排阻尼器的维护或更换，从而已经使用了很长时间并且受到导致阻尼器行程变化的重复作用力的阻尼器将比尚未被重度使用的阻尼器更快地被更换。
22.适当地，所述系统还连接到输出装置，所述输出装置被配置成向用户呈现关于所述气液阻尼器的估计剩余寿命的信息。由此，也可以使信息引起用户的注意。
23.所检测到的故障可以是气液阻尼器中的内部漏油。因此，通过分析在此描述的阻
尼器的行程，可以检测通过其它装置难以检测的泄漏。由于阻尼器中的液压腔室位于阻尼器壳体内并且不能从外部获得，所以本发明使得即使从外部不能看到泄漏也能够检测泄漏。
24.此外，所述处理电路还被配置为基于所确定的行程值和/或随时间的行程值，确定力，并且基于该力超过第一力阈值的次数和/或该力超过第一力阈值的时间长度，确定气液阻尼器的估计剩余寿命。由此，能够监视阻尼器的磨损，从而能够对反复受到大的力的阻尼器进行维护或更换。
25.适当地，所述处理电路还被配置为基于所述力超过第二力阈值来确定碰撞。由此，能够检测由碰撞引起的极大的力，并且能够基于该检测产生警报。而且，由于碰撞很可能使阻尼器不可用，所以该信息也可以用于指示阻尼器需要被更换。
26.本发明还包括一种用于轨道车辆的气液阻尼器，其包括圆柱形壳体(其中中空活塞可轴向移动地容纳在所述壳体中)、在所述壳体中的可变容积的工作腔室、所述活塞中的可变容积的溢流腔室、以及所述活塞中的可变容积的弹簧腔室，所述液压溢流腔室经由位于所述工作腔室与所述溢流腔室之间的流动通道中的节流阀而连接到所述液压工作腔室，所述弹簧腔室被配置成保持用作弹簧的气体容积，并且所述弹簧腔室通过可轴向移动的分离器活塞而与所述液压溢流腔室分离。所述气液阻尼器还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为测量所述气液阻尼器的行程相关参数并且生成指示所测量的行程相关参数的信号；以及发射器，其被配置为从所述一个或多个传感器接收信号，并且还被配置为将所述信号发送到处理电路，以基于第一输入信号确定第一行程值，并且如果所述行程的第一行程值满足第一标准，则确定气液阻尼器存在故障。由此，可以测量所述行程相关参数并将其发送到处理电路。
27.适当地，所述至少一个传感器包括被配置为测量活塞行程的行程传感器。这提供了直接测量阻尼器的行程的优点。
28.此外，所述至少一个传感器可以包括压力传感器，所述压力传感器被配置为测量所述弹簧腔室中的气体压力。这提供了具有成本有效且鲁棒的传感器的优点，该传感器能够检测气体压力，然后可以由处理电路根据该气体压力确定行程。
29.适当地，所述至少一个传感器包括一个压力传感器，该压力传感器被配置成用于测量所述工作腔室和/或所述溢流腔室中的油压。由此，可以测量工作腔室或溢流腔室中的液压流体的压力，并且可以通过处理电路从该测量确定行程。该压力传感器还可以被制造成成本有效且可靠的。
30.本发明还提供了一种用于检测轨道车辆的至少一个气液阻尼器的故障的计算机化方法，包括：在通信地连接到气液阻尼器的处理电路中，从气液阻尼器中包括的至少一个传感器中的一个或多个接收指示气液阻尼器在第一时刻确定的行程相关参数的第一输入信号，使用处理电路基于所述第一输入信号确定第一行程值，在处理电路中接收来自所述一个或多个传感器的至少一个第二输入信号，其中每个后续的信号指示在相应的后续时刻测量的相应的行程相关参数，使用处理电路基于所述第二输入信号中的每一个确定相应的行程值，使用处理电路基于确定的行程值确定随时间的行程值，以及如果所述随时间的行程值满足第一标准，则使用处理电路确定气液阻尼器存在故障。
31.所述第一标准可以是随时间的行程值高于预设行程阈值，并且使用处理电路确定
可以包括如果随时间的行程值高于预设行程阈值则确定存在阻尼器的故障。或者，所述第一标准可以是随时间的行程值sv
t
高于预设的行程积分值阈值，并且使用处理电路确定可以包括如果随时间的行程值sv
t
高于预设的行程积分值阈值，则确定存在阻尼器的故障。如果合适，也可以应用这些标准的任何组合。
32.此外，所述至少一个传感器中的一个或多个可以是被配置为测量所述阻尼器的行程的行程传感器，其中第一行程值和/或至少一个后续行程值可以是在相应时刻测量的阻尼器的行程。
33.适当地，所述至少一个传感器中的一个或多个是压力传感器，其被配置为测量阻尼器的气压或油压，其中所述行程相关参数是所述气压或油压，并且其中使用处理电路确定随时间的行程值包括：基于在相应时刻测量的阻尼器的气压或油压的趋势分析，确定随时间的行程值。
34.此外，该方法可以包括在处理电路中接收来自环境温度传感器的温度值，并且使用处理电路还基于所述环境温度来确定所述第一行程值和/或随时间的行程值。
35.此外，该方法可包括使用处理电路将随时间的行程值与预设的第一耦合阈值进行比较，并且使用处理电路基于随时间的行程值与预设的第一耦合阈值的比较来确定轨道车辆处于耦合模式，在该耦合模式中，轨道车辆当前正耦合到另一轨道车辆或从该另一轨道车辆脱离。
36.适当地，该方法可以包括使用处理电路，存在阻尼器的故障包括仅在轨道车辆当前不处于耦合模式的情况下，如果所述随时间的行程值满足所述第一标准，则确定存在阻尼器的故障。
37.所述第一标准可以是随时间的行程值高于预设行程阈值并且随时间的行程值的变化率低于预设变化率阈值，使得该方法包括使用处理电路在随时间的行程值高于预设行程阈值并且随时间的行程值的变化率低于所述预设变化率阈值的情况下确定存在阻尼器的故障。由此，能够检测是否由于液压流体的泄漏而发生了蠕变，使得阻尼器具有高于预期的并且缓慢变化的行程。能够检测到这一点是特别有利的，因为在气液阻尼器中通常难以检测到少量的油泄漏。
38.该方法还可包括使用处理电路基于一个或多个所接收的输入信号来确定阻尼器气体腔室的静态压力，以及如果该静态压力低于预定压力阈值，则使用处理电路确定气液阻尼器存在故障。
39.此外，该方法可以包括使用处理电路确定静态压力，包括还基于环境温度确定所述静态压力。
40.适当地，该方法还包括如果检测到气液阻尼器的故障，则使用处理电路产生警报。
41.此外，该方法可包括使用处理电路基于随时间的行程值来确定气液阻尼器的估计剩余寿命。
42.适当地，该方法包括使用通信地连接到处理电路的输出装置向用户呈现关于气液阻尼器的估计剩余寿命的信息。
43.所检测到的故障可以是气液阻尼器中的内部漏油。
44.本发明还包括一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由用于检测用于轨道的至少一个气液阻尼器的故障的轨道车辆阻尼器监视系统的处理电路执行时，所述指
令使所述系统针对所述系统中包括的至少一个气液阻尼器中的每一个：
45.在所述处理电路中，从包括在所述气液阻尼器中的至少一个传感器中的一个或多个接收指示在第一时刻处确定的所述气液阻尼器的行程相关参数的第一输入信号，
46.使用所述处理电路基于所述第一输入信号来确定第一行程值，
47.在所述处理电路中从所述一个或多个传感器接收至少一个第二输入信号，其中，每个后续信号指示在相应的后续时刻测量的相应的行程相关参数，
48.使用所述处理电路基于所述第二输入信号中的每个第二输入信号来确定相应的行程值，
49.使用所述处理电路基于所确定的行程值来确定随时间的行程值，以及
50.如果所述随时间的行程值满足第一标准，则使用所述处理电路确定所述气液阻尼器存在故障。
51.所述非暂时性计算机可读存储介质还可以存储指令，当由处理电路执行该指令时，该指令使系统执行根据本发明的方法的步骤。
52.鉴于以下详细描述，本发明的其它益处和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
53.现在将参照附图更详细地描述本发明，其中
54.图1是根据本发明的一个或多个实施例的气液阻尼器的示意图；
55.图2是根据本发明的一个或多个实施例的系统的示意图；
56.图3是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；
57.图4是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；
58.图5是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；
59.图6是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；
60.图7是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；
61.图8是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图；以及
62.图9是根据本发明的一个或多个实施例的方法的流程图。
63.所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出了为了阐明各个实施例所必需的部分，而其他部分可以被省略或仅被建议。在多个附图中出现的任何参考数字在所有附图中指代相同的对象或特征，除非另有说明。
具体实施方式
64.介绍
65.下文将参照附图更全面地描述本公开的各方面。然而，本文所公开的方法和系统可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文所阐述的方面。附图中相同的标号始终表示相同的元件。
66.本文所用的术语仅是为了描述本公开的特定方面，而不是要限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
67.气液阻尼器
68.现在将参照图1描述气液阻尼器。
69.根据本发明优选实施例的阻尼器10的主要结构部件包括中空活塞2，其被接收以在缸壳体1中沿压缩和伸展方向轴向移动。所述壳体1中的液压工作腔室5包含一定体积的液压流体，该液压工作腔室经由节流阀8与中空活塞2中的外部液压溢流腔室4流体流动连通，该节流阀8可以适当地为限流件和止回阀的形式。因此，该节流阀被设定为响应于由于该活塞和壳体被外力压缩而在该工作腔室中的液压流体体积中产生的一个增加的预定压力而被打开。然后，当液压流体从工作腔室转移到溢流腔室时，弹簧腔室3中的气体容积被压缩和加载。当活塞上的负载停止时，气体膨胀以使溢流腔室中的流体经由节流阀以压缩冲击负载之后的反冲的方式返回到工作腔室，所述节流阀可包括止回阀。弹簧腔室3与溢流腔室4相连，但通过可轴向移动的分离器活塞6与其分离。当流体返回到工作腔室5时，该分离器活塞6能够朝向溢流腔室4轴向移动，从而弹簧腔室3的气体压力降低。
70.在阻尼器10中还提供至少一个传感器7，其布置在阻尼器10中以测量至少一个行程相关参数。根据要测量的行程相关参数以及如何测量行程相关参数，至少一个传感器7可以布置在壳体1和/或活塞2的不同部分中。在优选实施例中，示出了多个传感器7，在此示例为传感器7a、7b和7c，以示出至少一个传感器7的适当放置，但是应当注意，也可以仅使用一个传感器7。
71.在优选实施例中，所述至少一个传感器优选地是用于测量阻尼器10的行程的行程传感器，或者可选地是用于测量弹簧腔室3中的气体压力或工作腔室5或溢流腔室4中的油压的压力传感器。在图1中，第一传感器7a示出了与弹簧腔室3连接布置并且被配置成测量弹簧腔室中的气体压力的压力传感器。第二传感器7b示出了与溢流腔室4连接布置并且被配置成测量溢流腔室4中的油压的压力传感器，而第三传感器7c示出了与工作腔室5连接布置并且被配置成测量工作腔室中的油压的压力传感器。在至少一个传感器包括行程传感器的实施例中，该行程传感器7可以放置在针对第一传感器7a、第二传感器7b和第三传感器7c示出的位置中的任何一个中，或者可以替代地放置在气液阻尼器10上的、气液阻尼器10中的或与气液阻尼器10连接的另一个位置中。
72.在所述至少一个传感器7布置在阻尼器10的外侧的实施例中，这是有利的，因为这便于安装和更换该至少一个传感器7，并且还使得能够将至少一个传感器7安装在已经使用的阻尼器10上，从而本发明可以与根据现有技术的气液阻尼器一起使用。然而，将至少一个传感器7安装在阻尼器10内部也可以是有利的，以使得能够在通常不能从阻尼器10外部接近的溢流腔室4和/或工作腔室5内部进行测量。
73.根据本发明的阻尼器10还包括至少一个发射器11，其可以与所述至少一个传感器7集成，或者可以可选地作为布置在阻尼器10内部、阻尼器10上或与阻尼器10连接的单独部件提供。所述发射器11可操作地连接到至少一个传感器7，使得在至少一个传感器7中产生的信号可以从至少一个传感器7发送并由发射器11接收。此外，发射器11被配置为将从至少一个传感器接收的信号发射到被配置为接收信号的接收器。该接收器可以包括在根据本发明的监视系统中或外部，并且通信地耦合到所述系统的处理电路，从而使得从至少一个传感器7发送的信号能够在处理电路中被接收。结合图2到9的系统和方法实施例进一步描述了这种信号的传输和进一步处理。
74.系统架构
75.现在将参考图2描述系统实施例。
76.图2示出了用于检测轨道车辆的至少一个气液阻尼器10的故障的轨道车辆阻尼器监视系统100。系统100包括用于轨道车辆的气液阻尼器10和处理电路110。处理电路110可以被实现为硬件、软件或固件，并且其可以被集成在包括待监视的气液阻尼器10的耦合器中，或者在所述耦合器外部，并且例如被实现在列车计算机、中央服务器中，或者被实现为云服务，并且通过有线或无线地(即,经由无线网络)通信地耦合到系统100。
77.所述气液阻尼器10包括一个或多个传感器7，其被配置为测量行程相关参数并将指示所测量的行程相关参数的信号发送到处理电路110。
78.所述处理电路110被配置为，对于至少一个气液阻尼器10中的每一个，通过从气液阻尼器10中包括的至少一个传感器7中的一个或多个接收指示在第一时刻t1处确定的气液阻尼器的行程相关参数的第一输入信号s1并且基于第一输入信号s1确定第一行程值sv1，来检测所述气液阻尼器10的故障。所述处理电路110还被配置为，对于所述至少一个气液阻尼器10中的每一个，从一个或多个传感器7接收第二输入信号si，其中，每个后续信号si指示在相应的后续时刻ti测量的相应的行程相关参数；基于每个第二输入信号si确定相应的行程值svi；基于所确定的行程值sv1、svi来确定随时间的行程值sv
t
；以及如果随时间的行程值sv
t
满足第一标准，则确定气液阻尼器10存在故障。
79.所检测到的故障可以是气液阻尼器10中的内部油泄漏，或者可以替代地是气液阻尼器10中的气体泄漏。
80.所述第一标准可以是随时间的行程值sv
t
高于预设行程阈值，并且处理电路110在这种情况下可以被配置成如果随时间的行程值sv
t
高于预设行程阈值，则确定阻尼器10存在故障。优选地，所述预设行程阈值被设置为指示如果随时间的值sv
t
高于它，则在阻尼器中存在内部油泄漏。有利地，所述预设行程阈值可以被选择为阻尼器的最大行程的95％，其中最大行程是气液阻尼器10的活塞2的端部到达缸壳体1的底部的最大机械行程，即当活塞2在图1中尽可能地远离右边时。因此，如果最大行程的95％被选择作为所述预设行程阈值，则如果活塞2到达其进入缸壳体1的最大机械行程的95％，则处理电路110将确定阻尼器10存在故障。
81.所述第一标准可以可选地是随时间的积分行程值高于预设的积分行程值阈值，并且处理电路110在这种情况下可以被配置成如果随时间的行程值sv
t
高于预设的积分行程值阈值，则确定阻尼器10存在故障。随时间的高积分行程值sv
t
将指示阻尼器的行程随时间的过去不期望地大，使得阻尼器响应于该阻尼器上的牵引力或压缩力的行程大于预期。这也将表示已经发生内部漏油，使得阻尼器中可用的液压流体处于比期望的更低的水平，并且监视积分行程值因此也允许在大量液压流体已经损失使得阻尼器发生急性故障之前早期发现漏油。在一个实施例中，所述预设的积分行程值阈值可以是250mm s，这将指示行程在大约100s的时间段期间从零增加到50mm，并且表示内部漏油已经发生并且引起蠕变，其中所述行程在长时间段上逐渐增加。
82.在一些实施例中，如果合适的话，所述第一标准可以是满足上述第一标准的任何或所有选项的组合。
83.当在阻尼器10中发生小的内部漏油时，可能发生蠕变，其中在行程响应于其受到的力而逐渐增大。在这种情况下，行程将持续地略大于预期的行程，并且阻尼器10也可以缓
慢地被压缩，即使当没有受到足够的力以正常地引起阻尼器10的启动时，例如在阻尼器10布置在其中的轨道车辆的加速期间。
84.或者，行程变化率的高绝对值或随时间的高积分行程值可以指示耦合器100当前正耦合到另一耦合器。这将在下面进一步更详细地描述。
85.所述至少一个传感器7中的一个或多个可以是被配置为测量阻尼器的行程的行程传感器，其中行程相关参数是所述测量的行程。在这些实施例中，第一行程值sv1和/或至少一个后续的行程值svi可以是在相应时刻t1处阻尼器的测量行程、ti或作为测量行程的函数导出的计算行程值。在这些实施例中，处理电路110可以被配置为基于行程值sv1、svi的趋势分析，即基于在不同时刻t1、ti测量的阻尼器的测量行程或计算行程的趋势分析，确定随时间的行程值sv
t
。
86.替代地或组合地，所述至少一个传感器7中的一个或多个可以是压力传感器，其被配置为测量阻尼器的气压或油压，其中行程相关参数是所述气压或油压。在这些实施例中，第一行程值sv1和/或至少一个后续的行程值svi可以是作为在相应时刻t1、ti处的阻尼器的测量气压或油压的函数而导出的值。在这些实施例中，处理电路110可以被配置为基于行程值sv1、svi的趋势分析，即基于在不同时刻t1、ti测量的阻尼器的测量气压或油压的趋势分析，确定随时间的行程值sv
t
。
87.在一些实施例中，所述系统100还包括用于测量环境温度的环境温度传感器。在这些实施例中，处理电路110可被配置为从环境温度传感器130接收温度值，并还基于环境温度确定第一行程值sv1和/或随时间的行程值sv
t
。这在当来自至少一个传感器7的信号被解释为行程值时允许补偿环境温度方面是有利的。如果环境温度高，则由于气体或油的膨胀，所检测到的气体压力以及可能还有阻尼器中的油压将是高的。同样，当阻尼器10操作使得阻尼器10在轨道车辆中运行连接的较长时间将导致阻尼器10内部的较高温度时，阻尼器10的气体和液压流体的温度将增加。在这种情况下，当确定行程值sv1、svi和随时间的行程值sv
t
时，检测的环境温度将允许处理电路110补偿这种温度变化。为此目的，至少一个传感器7还可以被配置成检测阻尼器10的内部温度，或者可替代地，阻尼器10内部的预测温度可以由处理电路110通过监视阻尼器10的操作持续时间来确定。所述环境温度可以可替代地由处理电路110基于诸如天气预报的信息来确定。
88.所述处理电路110还可配置成将随时间的行程值sv
t
与预设的第一耦合阈值进行比较，并基于随时间的行程值sv
t
与预设的第一耦合阈值的比较来确定轨道车辆处于耦合模式，在该耦合模式中，轨道车辆当前耦合到另一轨道车辆或从另一轨道车辆脱离。所述预设的第一耦合阈值是用于变化率或积分行程值的阈值，如果超过该阈值，则表示轨道车辆处于耦合模式。处理电路110还可配置成考虑耦合模式将仅持续有限时间，通常为几秒，其表示将轨道车辆的一个车厢耦合到另一车厢所需的时间。因此，可以通过确定随时间的行程值sv
t
在预定的耦合时间期间呈现出变化率或随时间的积分行程值超过预设的第一耦合阈值来检测所述耦合模式。如果在比预定耦合时间长的时间期间超过所述预设的第一耦合阈值，则这将替代地指示阻尼器10的故障。
89.在这些实施例中，所述处理电路110可以进一步被配置为，仅在轨道车辆当前不处于耦合模式的情况下，如果随时间的行程值sv
t
满足第一标准，则确定阻尼器10存在故障。由此，避免了故障检测中的潜在错误源或者至少使其最小化。
90.此外，用于当阻尼器10不处于耦合模式时检测故障的第一标准可以是预设行程值阈值和预设变化率阈值的组合，其中，如果随时间的行程值sv
t
达到或超过所述预设行程值阈值，且同时随时间的行程值sv
t
的变化率处于所述预设变化率阈值或更低，则满足所述第一标准。由此，可以检测是否发生了逐渐降低阻尼器10的性能的液压流体的小泄漏。这种泄漏的一个共同问题是泄漏可能很小，以至于随时间的推移，阻尼器的性能仅有逐渐的下降。通过监视行程并结合行程的变化率，可以检测甚至这种小泄漏。
91.当阻尼器10在使用中但轨道车辆不处于耦合模式时，这将替代地指示阻尼器10在轨道车辆中运行耦合，并且阻尼器10经受由轨道车辆自身的操作产生的牵引力和压缩力。
92.在一些实施例中，所述处理电路110可以被配置为基于一个或多个接收的输入信号s1、si确定阻尼器气体腔室102的静态压力p，并且如果该静态压力p低于预定压力阈值，则确定阻尼器10存在故障。如果已经确定了环境温度，则阻尼器气体腔室102的静态压力p也可以基于环境温度值。有利地，可以将静态压力p低于预定压力阈值的故障指示器(其可以被称为第二标准)与第一标准结合使用，以进一步提高故障检测的准确性和可靠性。
93.如果检测到故障，则处理电路110还可以被配置成如果检测到阻尼器10的故障，则生成警报。该系统可以被配置成使用包括在或连接到系统100的输出装置140来呈现警报。由此，例如包括发生故障的气液阻尼器10的轨道车辆的轨道车辆工作人员、负责该轨道车辆的维护的工作人员和/或中央协调设施、或任何其他合适的实体，可以被告知故障，使得可以采取必要的措施。可以使用输出装置150经由任何适当的输出接口来呈现警报，这其中包括但不限于使用视觉输出和/或音频输出。
94.在一些实施例中，所述处理电路110可以被配置为还基于确定的行程值sv1、svi和/或随时间的行程值sv
t
和/或测量的行程相关参数，确定阻尼器10上的力。然后，可以随时间监视该力，并且还可以将该力与一个或多个力阈值进行比较，以便估计阻尼器10的剩余寿命并确定碰撞的发生。可以设定第一力阈值，并且超过该第一力阈值(即，第一力阈值的值)的力可以指示阻尼器10上的磨损，该磨损缩短了其预期寿命。也可以设定高于所述第一力阈值的值的第二力阈值，并且超过该第二力阈值的力可以足够大以指示碰撞，该碰撞引起阻尼器10的损坏并且可能也激活阻尼器10布置在其中的耦合器的碰撞管理系统以及轨道车辆整体的碰撞管理系统。当确定力超过所述第二力阈值时，可以产生警报信号。
95.适当地，在一些实施例中，所述处理电路110还可被配置成基于随时间的行程值sv
t
确定气液阻尼器10的估计剩余寿命。同样在这种情况下，可以使用输出装置140或另一合适的输出装置来呈现关于气液阻尼器10的估计剩余寿命的信息，该输出装置被配置为向用户呈现关于气液阻尼器10的估计剩余寿命的信息。
96.方法实施例
97.在图3至图9中，示出了用于检测轨道车辆的至少一个气液阻尼器10的故障的计算机化方法的不同实施例。换句话说，图3至8示出了用于检测轨道车辆的至少一个气液阻尼器10的故障的轨道车辆阻尼器监视方法的流程图。
98.首先转到图3，对于至少一个气液阻尼器10中的每一个，该方法包括：
99.在步骤310：在通信地连接到气液阻尼器10的处理电路110中，在至少一个时刻ti，从气液阻尼器10中包括的至少一个传感器7中的一个或多个接收指示在第一时刻t1确定的气液阻尼器的行程相关参数的第一输入信号s1。
100.在一些实施例中，所述至少一个传感器7中的一个或多个可以是被配置为测量阻尼器的行程的行程传感器，并且所述行程相关参数可以是所述测量的阻尼器的行程。
101.在一些实施例中，所述至少一个传感器7中的一个或多个可以是压力传感器，其被配置为测量阻尼器的气压或油压，并且所述行程相关参数可以是所述气压或油压。
102.所述至少一个传感器7可以包括一个或多个行程传感器和一个或多个压力传感器，并且还可以包括其它合适的传感器类型。
103.该方法还可以包括，在可选步骤315中，在处理电路100中从环境温度传感器130接收环境温度值。
104.图4中示出了可选步骤315，并且其可以在步骤310之前、之后或与之并行地执行。
105.从中接收环境温度值的环境温度传感器可以设置成测量气液阻尼器10内部或气液阻尼器10外部的环境温度。如果测量气液阻尼器10外部的环境温度，该方法可以包括在环境温度值用于任何以下方法步骤之前，根据气液阻尼器10外部的测量环境温度，估计气液阻尼器10内部的环境温度。
106.在步骤320：使用处理电路110基于第一输入信号s1，确定第一行程值sv1。
107.在所述至少一个传感器7中的一个或多个是配置为测量阻尼器行程的行程传感器的实施例中，所述第一行程值sv1可以是在相应时刻t1、ti测量的阻尼器行程。
108.在所述至少一个传感器7中的一个或多个是被配置成测量阻尼器的气压或油压的压力传感器的实施例中，所述第一行程值sv1可以是测量的气压或油压。
109.如果在可选步骤315中已经接收到温度值，则所述第一行程值sv1的确定还可以基于所述环境温度。
110.在步骤330中：在处理电路110中，在至少一个后续的时刻ti，从一个或多个传感器7接收第二输入信号si，其中，每个后续的信号si指示在相应的后续的时刻ti测量的相应的行程相关参数。
111.在步骤340：使用处理电路110基于每个第二输入信号si，确定相应的行程值svi。
112.在所述至少一个传感器7中的一个或多个是被配置成测量阻尼器的行程的行程传感器的实施例中，所述至少一个后续的行程值svi可以是在相应时刻t1、ti测量的阻尼器行程。
113.在所述其中至少一个传感器7中的一个或多个是被配置为测量阻尼器的气压或油压的压力传感器的实施例中，所述至少一个后续行程值svi可以是测量的气压或油压。
114.如果在可选步骤315中已经接收到温度值，则随时间的行程值sv
t
的确定可以进一步基于所述环境温度。
115.在步骤350中：针对0＜i＜n，检查是否所有的时刻都已经被评估。
116.换句话说，步骤350包括检查是否i＝n，其中n是大于等于2的整数。n可以是预定的，并且在生产或校准时被设置，或者它可以在操作期间使用处理电路110来设置。根据本文的实施例，n可以是设定数量的时刻，对于这些时刻，指示气液阻尼器的行程相关参数的相应第一或第二输入信号s1、s1要被接收和处理。备选地，根据本文的实施例，n可取决于设定的时间间隔，在该时间间隔期间，指示气液阻尼器的行程相关参数的相应的第一或第二输入信号s1、s1将被接收和处理。
117.如果i≠n，则方法返回到步骤330。
118.如果i＝n，则该方法在步骤360中继续。
119.在步骤360中：基于所确定的行程值sv1、svi，使用处理电路110确定随时间的行程值sv
t
。
120.在所述至少一个传感器7中的一个或多个是配置为测量阻尼器行程的行程传感器的实施例中，在步骤360中确定随时间的行程值sv
t
可以包括基于在相应时刻t1、ti的阻尼器的测量行程的趋势分析的结果，确定随时间的行程值sv
t
。在这些实施例中，方法步骤360可以进一步包括，并且处理电路可以进一步被配置为，在确定随时间的行程值sv
t
之前，在各自的时刻t1、ti执行测量的阻尼器行程的趋势分析。
121.在其中所述至少一个传感器7中的一个或多个是被配置为测量阻尼器的气压或油压的压力传感器的实施例中，在步骤360中确定随时间的行程值sv
t
可以包括基于在相应时刻t1、ti测量的阻尼器的气压或油压的趋势分析的结果，确定随时间的行程值sv
t
。在这些实施例中，方法步骤360可进一步包括，并且处理电路可进一步被配置为，在确定随时间的行程值sv
t
之前，执行在各自时刻t1、ti的测量的行程气压或油压的趋势分析。
122.该方法还可包括在可选步骤365中确定轨道车辆当前是否处于耦合模式。图4中示出了可选步骤365。
123.在当前的上下文中，处于耦合模式意味着轨道车辆当前耦合到另一轨道车辆或从另一轨道车辆断开耦合。
124.在可选步骤365中确定轨道车辆当前是否处于耦合模式可包括：使用处理电路110将随时间的行程值sv
t
与预设的第一耦合阈值进行比较，然后使用处理电路110基于随时间的行程值sv
t
与预设的第一耦合阈值的比较，确定轨道车辆处于耦合模式，在该耦合模式中，轨道车辆当前与另一轨道车辆耦合或从该另一轨道车辆断开。可以在100-10000mm/s的区间内选择所述预设的第一耦合阈值。
125.所述预设的第一接合阈值被选择为表示在短时间内测量的行程的大的变化的值，即，当轨道车辆在正常操作中耦合行驶时过高而不能被测量的行程值的变化率。这种行程值的高变化率通常表示轨道车辆当前正与另一轨道车辆耦合或脱离耦合。通常，如果比较显示随时间的行程值sv
t
高于预设的第一耦合阈值，则可因此确定轨道车辆当前处于耦合模式。或者，可以将所述预设的第一耦合阈值选择为随时间的积分行程值，即随时间的推移而保持的大行程。当确定是否超过预设的第一耦合阈值时，也可以考虑小于10秒、优选地小于5秒的典型耦合时间。
126.如图4中的虚线箭头所示，如果确定轨道车辆处于耦合模式，则故障检测方法可返回到步骤310。
127.在步骤370：如果随时间的行程值sv
t
满足第一标准，则使用处理电路110确定气液阻尼器10存在故障。
128.在一些实施例中，所述第一标准可以是随时间的行程值sv
t
高于预设的行程阈值。在这些实施例中，步骤370中的确定包括如果随时间的行程值sv
t
高于预设的行程阈值，则确定阻尼器10存在故障。在一个实施例中，所述预设的行程阈值是阻尼器10的最大行程的90％。
129.在其它实施例中，所述第一标准可以是随时间的行程值sv
t
高于预设的变化率阈值，并且使用处理电路110确定可以包括如果随时间的行程值sv
t
高于预设的变化率阈值，
则确定阻尼器10存在故障。
130.在其它实施例中，所述第一标准可以是随时间的行程值sv
t
高于预设的积分行程值阈值，并且使用处理电路110确定可以包括如果随时间的行程值sv
t
高于预设的积分行程值阈值，则确定阻尼器10存在故障。
131.在一些实施例中，所述第一标准可以包括上述选项中的两个或全部的组合。
132.检测到的故障可以是气液阻尼器10中的内部油泄漏。
133.如果已经执行了可选步骤365，则确定阻尼器10存在故障也可以基于所确定的耦合模式。具体地，在这些实施例中，步骤370可以包括如果行程值随时间sv
t
满足第一标准，则仅在可选步骤365中确定轨道车辆当前未处于耦合模式中时，确定阻尼器10存在故障。因此，适当地消除了误差源，或者至少使误差源最小化，在所述误差源中，轨道车辆与另一车辆的耦合或解耦由于引起的高行程值而被错误地解释为阻尼器的故障。
134.现在转到图5，示出了实施例，其中该方法包括上述步骤310和可选的步骤315、330和350，其中至少一个传感器7中的一个或多个是压力传感器，其被配置为测量阻尼器的气压或油压，并且所述行程相关参数是所述气压或油压。在图5的实施例中，该方法还包括：
135.在步骤380中：使用处理电路110基于接收的输入信号s1、si中的一个或多个，确定阻尼器气体腔室102的静态压力p。
136.换句话说，阻尼器气体腔室102的静态压力p基于从一个或多个压力传感器接收的气体压力或油压来确定。如果存在单个压力传感器并且在单个时刻执行测量，则将所述静态压力设置为与行程相关的参数的值，即，所述气压或油压。如果在多于一个时刻从多于一个压力传感器或从一个或多个压力传感器接收到信号(即，如果执行步骤330和350)，则基于如此接收到的多于一个行程相关参数的值以任何合适的方式确定所述静态压力。
137.根据步骤380的实施例中的任一个，也可基于从环境温度传感器接收的温度值来确定阻尼器气体腔室102的静态压力p，该环境温度传感器可以是与本文中先前描述的相同的环境温度传感器，或不同的环境温度传感器。
138.在步骤390中：如果所述静态压力p低于预定压力阈值，则使用处理电路110确定所述气液阻尼器10存在故障。合适地，所述预定压力阈值是阻尼器10的标称压力的50％，在其它实施例中，所述预定压力阈值可以替代地是60％或甚至70％，以便检测阻尼器10中的甚至更小的泄漏，在另外的实施例中，所述预定压力阈值可以是40％或甚至30％，以便避免检测故障，直到已经发生严重的气体泄漏，使得阻尼器10的功能被严重地削弱。
139.在根据本发明的一个阻尼器10中，所述标称压力是30巴(表压)，并且对于该阻尼器，检测到的15巴或更小的压力将指示严重的气体泄漏。通常，气液阻尼器的所述标称压力在5-100巴的范围内，并且应当注意，根据本发明的阻尼器10可适当地具有在该范围内的任何地方的标称压力。
140.在图6中，示出了图3或图4的任何实施例与图5的任何实施例的组合，其中步骤370包括如果随时间的行程值sv
t
满足所述第一标准并且所述静态压力p低于预定压力阈值，则确定气液阻尼器10存在故障。
141.通过使故障检测基于两个单独的故障指示器，进一步确保了所检测到的故障不是假阳性。
142.在一个或多个可选实施例中，如图7所示，结合图3、4或6中的任何一个描述的方法
在步骤370之后还可以包括：
143.在步骤372中：检查是否已经检测到气液阻尼器10的故障，并且如果已经检测到气液阻尼器10的故障：
144.在步骤374中：使用处理电路110产生警报。
145.所述警报可以被呈现给例如包括发生故障的气液阻尼器10的轨道车辆工作人员、负责所述轨道车辆的维护的工作人员和/或中央协调设施、或任何其他合适的实体。它可以经由任何合适的输出接口来呈现，这其中包括但不限于使用视觉输出和/或音频输出。
146.在一个或多个可选实施例中，如图8所示，结合图3、4或6中的任何一个描述的方法在步骤360之后还可以包括：
147.在步骤362：使用处理电路110基于随时间的行程值sv
t
确定气液阻尼器10的估计剩余寿命。
148.在一些实施例中，该方法还包括：
149.在步骤364中：使用通信地连接到处理电路110的输出装置140向用户呈现关于气液阻尼器10的估计剩余寿命的信息。
150.根据结合图3至9给出的任何实施例的方法可以重复执行，如图3、4、5、6和7中从步骤370到步骤310的虚线箭头所示。如果合适，可以组合本发明的实施例，以获得更进一步的有利实施例。
151.在一个或多个可选实施例中，如图9所示，结合图3、4、5或6中的任何一个描述的方法还可以包括：
152.在步骤400中：基于所确定的行程值sv1、svi和/或所述随时间的行程值sv
t
，确定力。
153.在步骤410中：基于所述力超过第一力阈值的次数和/或所述力超过所述第一力阈值的时间长度，确定所述气液阻尼器(10)的估计剩余寿命。
154.所确定的力可以随着时间被监视，并且也可以与所述第一力阈值的值进行比较，以便估计阻尼器10的剩余寿命。所述第一力阈值可以被设定为这样的值，即，当超过该值时，指示缩短了气液阻尼器10的预期寿命的气液阻尼器10上的磨损。如果超过所述第一力阈值，则可以根据先前已知或估计的寿命以及所确定的力超过第一力阈值的次数和/或所述力超过所述第一力阈值的时间长度来估计气液阻尼器的寿命。
155.在一些实施方案中，所述方法还包括：
156.在步骤420：如果所确定的力超过第二力阈值，则使用所述处理电路(110)确定碰撞已经发生。
157.所述第二力阈值具有比所述第一力阈值的值高的值。所述第二力阈值可以适当地设定为这样一个值，当超过该值时，表示导致阻尼器10损坏的碰撞，并且还可以激活其中布置有所述阻尼器10的耦合器的碰撞管理系统，并且还可以作为整体激活轨道车辆中的碰撞管理系统。
158.可选地，当确定力超过所述第二力阈值时，可以生成警报信号。可以以任何已知的方式生成并呈现警报，例如，呈现给轨道车辆的人员、中央协调设施或任何其他合适的实体，使得由此得到通知的一方可以采取必要的措施。
159.其他实施例
160.在本发明的一个方面中，提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由用于检测用于轨道的至少一个气液阻尼器10的故障的轨道车辆阻尼器监视系统100的处理电路110执行时，所述指令使系统100针对包括在系统100中的至少一个气液阻尼器10中的每一个：在处理电路110中，从包括在气液阻尼器10中的至少一个传感器7中的一个或多个接收指示在第一时刻t1确定的气液阻尼器的行程相关参数的第一输入信号s1；使用处理电路110基于第一输入信号s1确定第一行程值sv1；在处理电路110中从一个或多个传感器7接收至少一个第二输入信号si，其中，每个后续信号si指示在相应后续时刻ti测量的相应行程相关参数；使用处理电路110基于每个第二输入信号si确定相应的行程值svi；使用处理电路110基于所确定的行程值sv1、svi来确定随时间的行程值sv
t
；并且如果随时间的行程值sv
t
满足第一标准，则使用处理电路110确定气液阻尼器10存在故障。
161.所述非暂时性计算机可读存储介质还可以存储指令，当处理电路110执行该指令时，使得系统100执行结合图3至图9描述的任何实施例的方法步骤。