用于确定车辆、尤其是轨道车辆的车轮直径的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定车辆(2)、尤其是轨道车辆的车轮直径(10)的方法和设备，其中在安装距离传感器(16、18)时确定距离传感器(16、18)和车轮(8)的旋转轴线(24)之间的第一距离(30)，其中在车辆(2)运行期间确定距离传感器(16、18)和车轮(8)的滚动面(26)之间的第二距离(28)，且其中车轮(8)直径(10)根据关系式2×(第一距离(30)-第二距离(28))确定。
【专利说明】用于确定车辆、尤其是轨道车辆的车轮直径的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定或检测车辆、尤其是轨道车辆的车轮直径的方法和设备。
【背景技术】
[0002]轨道网络由于安全性原因以所谓的列车安全系统运行。为此，要求获知沿轨道网络的轨道运动的轨道车辆或每个轨道车辆的当前位置。通常，每个轨道车辆的位置通过里程表确定。在此，在第一步骤中确定轨道车辆从一定的参考时刻起经过的路程。在第二步骤中将路程沿被轨道车辆驶过的轨道投影且因此确定车辆的位置。
[0003]路程通常根据车辆的车轮的周长以及根据在车辆运动期间的车轮转数确定。路程在此情况中是齿轮转数与车轮的周长的乘积。为尽可能精确地确定路程且因此可进行定位，一方面要求精确地获知车轮周长且另一方面要求精确地获知车轮转数。
[0004]通常，在轨道车辆维护期间确定齿轮直径。在此，通过量规直接测量车轮直径且将其存储在里程表系统中，以此在运行期间确定车辆的位置。替代地，车轮的接触轨道的位置被标记且使得轨道车辆沿轨道运动直至一定的位置重新与轨道接触。所经过的距离在此对应于车轮周长。由此，通过数学换算也确定了车轮直径且将其输入到里程表系统内。在运行期间，使用里程表系统内固定存储的车轮直径值来确定位置。
[0005]为确定车轮转数，在轨道车辆的运行期间通常使用距离脉冲传感器。此类距离脉冲传感器经常具有所谓的发信轮，所述发信轮通过轴承或无轴承地与车轮的轴联接。发信轮自身例如具有沿周长分布的孔，所述孔以相对于车辆静止的光源照射。在发信轮旋转期间，在发信轮的与光源对置的侧上相对于车辆静止布置的光学传感器检测通过孔产生的光脉冲。所计数的脉冲的数量相当于发信盘上存在的孔的数量和车轮转数的乘积。作为此光势皇构造的补充，发信轮至少部分地是磁性的，且距离脉冲传感器的霍尔传感器相对于车辆固定地布置在发信轮的区域内。由于磁性发信轮的运动通过霍尔传感器产生的电流脉冲在此对应于车轮转数。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于给出一种用于确定尤其是轨道车辆的车轮直径的特别合适的方法，以及一种用于检测此类车辆的车轮直径的特别合适的设备。此外，应给出带有此设备且带有合适的测量装置的轨道车辆。
[0007]该技术问题在方法方面根据本发明通过权利要求1的特征解决。有利的扩展和构造是与之相关的各从属权利要求的主题。
[0008]用于确定车辆的车轮直径的方法建议，在安装距离传感器时确定距离传感器和车轮的旋转轴线之间的第一距离。旋转轴线在此是在车辆运行期间尤其是在车辆行进期间车轮围绕其旋转的数学轴线。此旋转运动例如通过其上连接了车轮的轮轴实现，且所述轮轴合适地也旋转。旋转轴线在此沿轮轴的长度而延伸通过其中心点。换言之，旋转轴线和距离传感器之间的距离与轮轴的中心点和距离传感器之间的距离相同。距离传感器理解为例如传感器装置。但距离传感器也可标记固定点，所述固定点在运行期间相对于车辆是静止的。在此，重要的仅是第一距离在车辆运行期间是恒定的，即距离传感器标记相对于车辆静止的位置。
[0009]在进一步的方法步骤中，确定了距离传感器和滚动面即形成车轮的周长的面之间的第二距离。合适地，距离传感器与车轮的滚动面间隔开，使得基本上在距离传感器安装之后马上得到第二距离。尤其是，第二距离总是大于零。第二距离在优选地为轨道车辆的车辆运行期间被确定。在此，概念“运行”意味着以车辆安装完成而开始，以报废例如车辆毁坏而结束。在此，尤其是车辆的可能的检修或维护算作属于运行时间。
[0010]为确定直径从第一距离中减去第二距离且将结果乘以因数二(2)。在此类车轮直径确定中，一方面不要求车辆沿对应于车轮周长的距离的复杂的运动，所述运动在车辆重量相对高的情况中由于其惯性可能是存在错误的；另一方面，避免了例如通过量规的相对耗时的车轮直径确定。由于所建议的方法必须确定最小距离，即第二距离，这相对于根据现有技术确定最大距离比较快速地可实现。尤其是，如果滚动面和距离传感器之间不存在另外的元件，则提高了确定速度。
[0011]原理上可在车轮旋转运动期间确定第二距离且因此基本上连续地计算车轮直径。但在本发明的特别地优选的实施形式中仅在车辆静止期间确定第二距离。以此方式，不存在或至少降低由于车轮动力学导致的第二距离的可能的测量不精确性。
[0012]尤其是，第二距离基本上在距离传感器激活之后立即确定。在此，优选地给距离传感器通电且因此基本上在距离传感器通电开始之后立即确定第二距离。
[0013]合适地，如果通过所确定的第二距离计算的车轮直径小于之前确定的车轮直径，则再次测量第二距离且计算车轮直径。仅当在至少第二次测量时也确定了放大的第二距离时，将所计算的降低的车轮直径考虑为车轮的直径，例如以用于确定车辆的速度或车辆经过的距离。此类直径降低例如由于车轮损耗引起，所述车轮损耗由于磨损或导致所谓的平面位置的过度制动所导致。
[0014]而在第二距离缩小并因此引起的所确定的直径增加时，例如由于在车轮的滚动面上沉积所导致的直径增加时，将所确定的车轮直径也无进一步的验证而用作新的车轮直径。由于此类措施考虑了如下情况，即在确定旋转轴线的旋转速度时且在使用车轮直径来确定车辆速度时，在车轮直径增加时车辆速度被认为比先前的速度更大。而仅在验证了车轮直径缩小之后才使用向下修正的车辆速度。
[0015]该技术问题在设备方面根据本发明通过权利要求4解决。有利的扩展和构造是与之相关的各从属权利要求的主题。
[0016]设备合适地用于执行方法。设备至少包括用于检测车辆的车轮直径的测量装置，其中车辆合适地是轨道车辆。测量装置包括距离传感器，所述距离传感器与车轮的旋转轴线以第一距离相对于车辆静止地安装。距离传感器合适地根据感应原理工作且优选地具有被高频交流电通过的线圈。替代地，距离传感器根据使用三角测量的测量方法例如借助激光工作。
[0017]通过距离传感器确定形成在距离传感器和车轮的滚动面之间的第二距离。在此，距离传感器优选地与车轮的滚动面间隔开。换言之，距离传感器和滚动面之间存在气隙，所述气隙优选地大于I Cm，但小于10 Cm。车轮直径根据公式2 X第一距离减去2 X第二距离来确定。此确定例如在可作为测量装置的部分的计算单元内进行。由于距离传感器在车辆上的一次性安装导致了恒定的第一距离，所以重复地确定第二距离且因此确定车轮直径可比较简单地进行。
[0018]有利地，距离传感器基本上布置在车轮也处在其内的平面内。以此方式，第二距离基本上尽可能最小且由设备所要求的结构空间比较小。此外，由于在滚动面和第二距离的方向之间的基本上直角，此第二距离的确定比较简单。
[0019]合适地，距离传感器布置在延伸通过旋转轴线的水平面内。在此，距离传感器优选地连接在车轮轴的轴承上。因此，在车轮轴的通过底盘在不平的行驶轨道特征上的可能的弹性跳动过程中，基本上不影响第二距离的测量。
[0020]合适地，设备包括温度传感器，通过所述温度传感器可确定距离传感器的环境温度。为此，温度传感器布置在距离传感器的区域内且尤其是与距离传感器直接接触。例如，温度传感器靠放在距离传感器上。
[0021]合适地，在此温度传感器的敏感的面布置在距离传感器的可能的电子器件和/或距离传感器的敏感的元件的区域内。因此实现通过温度传感器验证距离传感器是否在确定第二距离的时刻是可运行的。如果不可运行，即环境温度或传感器的温度在确定期间处于运行允许的范围外，则此第二距离不被考虑用于确定车轮直径。
[0022]此外实现在设备中使用比较廉价的距离传感器，该距离传感器的允许的运行温度比较低。如果在运行期间距离传感器的环境温度或距离传感器自身的温度高于允许的运行温度，则停止车轮直径的确定直至温度再次处于限值以下。
[0023]特别地优选地，设备具有第二距离传感器。尤其是，第二距离传感器与旋转轴线的距离等于第一距离传感器与旋转轴线的距离。换言之，第一距离传感器的第一距离和第二距离传感器的第一距离相同。合适地，第一距离传感器和第二距离传感器布置在与车轮相同的平面内。只要在此两个第一距离相同，则因此在车轮的形状均匀时两个距离传感器的第二距离也相同。
[0024]在确定车轮直径时尤其是计算所确定的两个第二距离的平均值且将其用于计算车轮直径。作为其替代，以两个第二距离的每个计算车轮直径且将车轮直径的两个值相互比较。在此，例如预先给定公差限值，以可使两个车轮直径相互区分。如果偏差大于公差阈值，则优选地输出警告等，所述警告通知设备和/或车轮不可运行。当距离传感器的两个第一距离大小不等时合适地提供此类措施。
[0025]优选地，两个距离传感器围绕车轮的旋转轴线错开一个角度。角度在此尤其是形成在两个距离传感器和旋转轴线相交于与之垂直的、两个距离传感器所在的平面的交点之间。优选地，两个距离传感器围绕旋转轴线径向分布地布置。
[0026]在此，角度合适地是比较小的角度。尤其是，角度小于20度，例如小于10度且优选地小于5度。以此方式保证第二距离的确定基本上在车轮的相同的区域内进行。以此方式，不考虑车轮的可能的一侧隆起，这可能导致所确定的车轮直径的虚假。
[0027]在作为其替代的实施形式中，角度在170度至190度之间。特别优选地，角度等于180度，使得两个距离传感器相对于旋转轴线基本上具有点对称的布置。在此，两个距离传感器和旋转轴线尤其是处在一个平面内，所述平面此外特别地优选地基本上水平地走向。以此方式，车轮的相对于两个距离传感器的悬挂的可能的弹性过程基本上被补偿。但在平面的非水平的位置的情况中，由于点对称的布置，车轮向两个距离传感器之一的接近通过车轮与剩余的距离传感器的远离得以补偿。因此，两个第二距离的平均值基本上恒定。
[0028]例如，设备具有模数转换器(A/D转换器)，所述模数转换器带有其上例如通过电缆连接距离传感器的接口。通过A/D转换器，将距离传感器的测量值转换为数字形式。转换器的分辨能力在此与期望的测量精度适配。例如，分辨能力等于I _或0.5 _。
[0029]如果存在第二距离传感器，则A/D转换器包括用于信号技术地与所述第二距离传感器联接的第二接口。在此，转换器具有两个基本上相同的电子处理器件，或通过两个距离传感器确定的测量值相继地以仅一个唯一的电子处理器件处理。作为其替代建议，每个距离传感器配有一个唯一的A/D转换器。
[0030]数字形式此外合适地包括距离传感器的标记，例如其序列号。以此方式，可使得在确定车轮直径时所使用的测量值分别与各距离传感器相关。如果此距离传感器故障或超过其允许的寿命周期，则通过数字形式为电子分析器件提供的测量结果不被所述电子分析器件用于确定车轮直径。
[0031]电子分析器件例如整合在A/D转换器内或通过唯一的接口与之连接。由于标记，在此保证了与各距离传感器的关联性。优选地，只要存在温度传感器，在数字形式中就包含距离传感器的温度和/或其环境温度。
[0032]所要解决的技术问题在轨道车辆方面根据本发明通过权利要求11的特征解决。
[0033]轨道车辆具有基本上相对于车辆静止地安装的设备。换言之，在运行期间在设备和例如马达或联接器的轨道车辆的另外的部件之间基本上不出现相对运动。尤其是，距离传感器连接在轨道车辆的底盘上。有利地，设备根据方法运行。
[0034]所要解决的技术问题在测量装置方面根据本发明通过权利要求12的特征解决。
[0035]在此，距离传感器适合于且提供为布置在车辆上。车辆尤其是轨道车辆。例如，在距离传感器上成型紧固装置，所述紧固装置形状配合地嵌接在车辆的底盘上的相应的容纳部内。距离传感器和/或A/D转换器只要存在则也可适配于车辆的总线系统，例如CAN总线系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]下文中根据附图详细解释本发明的实施例。在此，各图为:
[0037]图1是根据本发明的设备的第一实施形式的示意图，和
[0038]图2是根据本发明的设备的第二实施形式。
[0039]相互对应的部分在两个附图中提供以相同的附图标号。
【具体实施方式】
[0040]在图1中明显地简化地图示了轨道车辆2的局部剖面，所述轨道车辆2带有放置在轨道6上的底盘4。底盘4例如包括两个车轮8，其中一个车轮8的直径10通过设备12检测。设备12包括带有第一距离传感器16和第二距离传感器18的测量装置14。两个距离传感器16、18根据感应原理工作且具有被高频交流电通过的电线圈。在该电线圈的区域内分别设有温度传感器20。此外，两个距离传感器16、18通过各一个电缆与A/D转换器22连接，通过所述电缆也进行两个距离传感器16、18的供电。
[0041]两个距离传感器16、18布置在与所属的车轮8相同的平面内且每个距离传感器16、18的测量方向定位在车轮8的旋转轴线24的方向上。换言之，每个距离传感器16、18的测量方向基本上垂直于车轮8的滚动面26，其中车轮8通过滚动面26与轨道6接触。在此，两个距离传感器16、18围绕旋转轴线24相互错开一个角度α。因此，在距离传感器16、18的两个测量方向之间形成了角度α。角度α小于15度，且基本上等于5度。由于比较小的角度α，所以距离传感器16、18的两个测量方向的在车轮8的滚动面26上的两个到达点比较靠近。
[0042]两个距离传感器16、18与车轮8间隔开，且以第二距离28间隔开，所述第二距离28在轨道车辆2的运行期间由于磨损可能取I cm至10 cm之间的值。此外，两个距离传感器16、18的安装点与旋转轴线24相距第一距离30。第一距离30在此大于车轮直径10的一半，也大于第二距离28的一半。第一距离30在轨道车辆2的运行寿命期间基本上恒定。在测量装置14安装时相对精确地调整且因此调节第一距离30，使得两个距离传感器16、18的第一距离30相等。因此且由于距离传感器16、18的两个测量方向在车轮8的滚动面26上的两个到达点的比较小的距离，距离传感器16、18的两个第二距离28基本上大小相等。
[0043]在轨道车辆2运行期间，即基本上在轨道车辆2首次完成安装直至其报废，第二距离28通过两个距离传感器16、18检测。检测仅在车轮2静止时且基本上在两个距离传感器16、18通电开始之后马上进行。在此，测量装置14和两个距离传感器16、18在轨道车辆2的启动过程中基本上马上被通电，即尚在另外的部件被激活之前被通电，或在轨道车辆2运动前被通电。此类启动过程在车辆2的比较长的静止之后进行，例如在轨道车辆2停放一夜之后或在轨道车辆2维护之后进行。
[0044]以第一和第二距离传感器16和18确定的测量值被传输到Α/D转换器22。通过温度传感器20确定的距离传感器16、18的环境温度也传递到Α/D转换器22。Α/D转换器22将两个距离传感器16、18的测量值转换为数字形式32，所述数字形式附加地包含各距离传感器16、18的序列号和环境温度的值。数字形式32被传递到评估单元34与之接触的轨道车辆2的车载网络。
[0045]通过评估单元34根据关系式“二倍(第一距离30减去第二距离28) ”确定车轮直径10。在此，仅当包含在数字形式32内的温度值处在对于各距离传感器16、18有效的运行范围内时考虑第二距离28。如果以第一距离传感器16以及以第二距离传感器18确定的第二距离28有效，即各温度在允许的范围内，则首先形成两个第二距离28的平均值，且将此平均值用于计算车轮直径10。如果仅两个第二距离28的一个有效，则仅将此第二距离28用于计算。如果都没有效，则输出错误报告。
[0046]将所确定的车轮直径10自动地与存储在里程表系统内的车轮直径的值进行比较。如果新计算的值大于所存储的值，则以新确定的值覆盖所存储的值。如果计算的车轮直径10小于所存储的车轮直径，则通过两个距离传感器16、18至少进行重新的测量。仅当此测量也给出减小的车轮直径10时，将此减小的车轮直径10存储在里程表系统内。
[0047]在图2中图示了设备12的替代的实施形式。两个距离传感器16、18相互错开的角度α在此为180度。此外，两个距离传感器16、18布置在水平的平面内，车轮8的旋转轴线24也处在所述平面内。因此，车轮8处在两个距离传感器16、18之间。由于距离传感器16、18的此类布置，车轮8的通过底盘4的弹簧36的可能的弹性过程可被补偿。在此，两个距离传感器16、18固定在容纳旋转轴线24的框架内，所述框架也通过弹簧36弹性支承。而旋转轴线24在水平方向上的可能的错位通过两个第二距离28的求平均被补偿。在此类运动中，两个第二距离28的一个降低，而两个第二距离28的另一个以与降低量相同的量增加。
[0048]本发明不限制于前述实施例。而是可由专业人员从中导出本发明的另外的变体，只要不偏离本发明的主题即可。尤其是，此外所有结合单独的实施例描述的单独元件也可以以另外的方式相互组合而只要不偏离本发明的主题即可。
[0049]附图标号列表
[0050]2轨道车辆
[0051]4 底盘
[0052]6 轨道
[0053]8 车轮
[0054]10 直径
[0055]12 设备
[0056]14测量装置
[0057]16第一距离传感器
[0058]18第二距离传感器
[0059]20温度传感器
[0060]22 Α/D 转换器
[0061]24旋转轴线
[0062]26滚动面
[0063]28第二距离
[0064]30第一距离
[0065]32数字形式
[0066]34评估单元
[0067]36 弹簧
[0068]α 角度
【权利要求】
1.一种用于确定车辆(2)、尤其是轨道车辆的车轮直径(10)的方法，其中 -在安装距离传感器(16、18)时确定距离传感器(16、18)和车轮(8)的旋转轴线(24)之间的第一距离(30)， 其中，在车辆(2)运行期间确定所述距离传感器(16、18)和所述车轮(8)的滚动面(26)之间的第二距离(28)，和 其中，所述车轮(8)的直径(10)根据关系式2X (第一距离(30)-第二距离(28))确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车辆(2)静止时，尤其是基本上在距离传感器(16、18)通电开始之后立即确定所述第二距离(28)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过对第二距离(28)的至少另外一次测量验证车轮直径(10)的减小。
4.一种尤其是用于执行根据权利要求1至3中一项所述的方法的设备(12)，所述设备带有用于检测车辆(2)、尤其是轨道车辆的车轮直径(10)的测量装置(14)，其中，所述测量装置(14)具有相对于车辆静止的、尤其是感应式的距离传感器(16、18)，所述距离传感器被布置为与车轮(8)的旋转轴线(24)相距第一距离(30)且与车轮(8)的滚动面(26)相距第二距离(28)，且其中车轮直径(10)根据关系式2X(第一距离(30)-第二距离(28))确定。
5.根据权利要求4所述的设备(12)，其特征在于，所述距离传感器(16、18)基本上布置在与所述车轮(8)相同的平面内和/或布置在延伸通过旋转轴线(24)的水平平面内。
6.根据权利要求4或5所述的设备(12)，其特征在于，在所述距离传感器(16、18)的区域内设有测量装置(14)的温度传感器(20)。
7.根据权利要求4至6中一项所述的设备(12)，其特征在于，所述测量装置(14)的第二距离传感器(18)与第一距离传感器(16)围绕旋转轴线(24)错开一个角度(α)。
8.根据权利要求7所述的设备(12)，其特征在于，所述角度(α)小于20度，优选地小于10度，尤其是小于5度。
9.根据权利要求7所述的设备(12)，其特征在于，所述角度(α)在170度至190度之间，尤其是基本上为180度。
10.根据权利要求4至9中一项所述的设备(12)，其特征在于，用于将通过距离传感器(16、18)或每个距离传感器(16、18)确定的测量值转换为数字形式(32)的Α/D转换器(22)，所述数字形式(32)尤其是附加地包括各距离传感器(16、18)的标记。
11.一种轨道车辆(2)，所述轨道车辆带有根据权利要求4至10中一项所述的基本上相对于车辆静止的设备(12)，所述设备(12)尤其是根据权利要求1至3中一项所述的方法运行。
12.一种用于根据权利要求4至10中一项所述的设备的测量装置(14)，所述测量装置带有适合于且提供为布置在车辆(2)上、尤其是布置在轨道车辆上的距离传感器(16、18)。
【文档编号】B61K9/12GK104520162SQ201380042433
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】U.罗森克兰茨, U.伯克, M.贝赫, A.德里梅尔, P.吕尔斯 申请人:西门子公司