專利名稱：鐵路火車監(jiān)視系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鐵路火車等的監(jiān)視系統(tǒng)，更特別地，涉及4吏用測(cè)量滾珠承載適配器襯墊(pad)以檢測(cè)車輪組、輪架、運(yùn)貨車廂或火 車水平的較差的性能的出現(xiàn)和原因的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，火車車廂所有人和操作員需要更好地理解他們的資產(chǎn) 是如何執(zhí)行的。對(duì)于更重的服務(wù)的車廂，存在更大的一旦其性能變得 不可接受就識(shí)別"壞蛋"(可損壞軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致脫軌的車廂) 的需要。還存在通過(guò)改善高速性能并減少由于機(jī)械失效導(dǎo)致的計(jì)劃外 服務(wù)中斷增加平均火車速度的需要。車廂所有人越來(lái)越多地尋求實(shí)現(xiàn) 預(yù)防性的維護(hù)程序以避免機(jī)械失效和設(shè)施上的計(jì)劃?rùn)z修和它們的選擇 的時(shí)間。最后，隨著鐵路操作的更加自動(dòng)化和增加的用于提高安全性 的調(diào)節(jié)，鐵路工業(yè)需要新的監(jiān)視火車、車廂和火車車廂輪架的性能的 方式。
需要被監(jiān)視的性能準(zhǔn)則中的一些包含滾珠軸承條件和溫度、滾珠 軸承適配器位移、車輪條件、輪架擺動(dòng)/翹曲/結(jié)合、制動(dòng)器狀態(tài)和性 能、是否出現(xiàn)了部分脫軌以及潛在地有問(wèn)題的軌道條件。由于這些性 能問(wèn)題中的一些可非常迅速地導(dǎo)致火車的災(zāi)難性失效，因此希望監(jiān)視 并盡可能快地向火車頭或向中央數(shù)據(jù)操作設(shè)施報(bào)告異常情況。并且， 給定鐵路火車操作的苛求的環(huán)境，任何系統(tǒng)必須是結(jié)實(shí)可靠的，并能 夠在維護(hù)很少或沒(méi)有維護(hù)的情況下長(zhǎng)時(shí)間操作。另外，為了是成本有 效的，不應(yīng)增加顯著的成本以安裝和維護(hù)系統(tǒng)。由于只在北美就有超 過(guò)150萬(wàn)輛運(yùn)貨車廂，并且監(jiān)視使用中的所有車廂的系統(tǒng)是所非常希 望的，因此任何這種系統(tǒng)需要能夠向非常多的潛在的裝置分配非常大的地址。
在北美廣泛采用的一種方法是在整個(gè)鐵路網(wǎng)絡(luò)中的固定位置上使用路旁缺陷檢測(cè)器。測(cè)量軸承溫度的檢測(cè)器(軸承過(guò)熱檢測(cè)器)是常見(jiàn)的，而用于測(cè)量車輪沖擊、軸承條件(從聲學(xué)特征)和橫向力的其
它路旁檢測(cè)器正逐漸被引入。但是，雖然一個(gè)檢測(cè)器可監(jiān)視通過(guò)的許多運(yùn)貨車廂，但它們只能提供關(guān)于性能的點(diǎn)檢查。缺陷將只在檢測(cè)器之間變得明顯并逐步增強(qiáng)到臨界水平是相當(dāng)可能的。需要連續(xù)監(jiān)視火
車車廂性能的系統(tǒng)。
用于火車車廂性能監(jiān)視的另一種方法是使用車栽儀器。已為聯(lián)邦鐵路管理局開(kāi)發(fā)了 一種這種突出的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)和其它類似的系統(tǒng) 中，使用運(yùn)貨車廂的不同區(qū)域上的大量的儀器以進(jìn)行離散的測(cè)量并然后將其傳達(dá)給運(yùn)貨車廂上的中央網(wǎng)絡(luò)集線器(central hub)。雖然提 供優(yōu)于由路旁監(jiān)視器提供的方案的方案，但布線、復(fù)雜性和成本增加 監(jiān)視車廂所需要的投資額。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有這樣的一種目的，即，提供用于在使用中連續(xù)監(jiān)視鐵 路車廂的輪架、車輪和軸承的行為和條件的裝置，并提供適當(dāng)?shù)男阅?的常規(guī)保證，并且，根據(jù)需要以定時(shí)和有用的方式關(guān)于即將來(lái)臨或?qū)?際的失效向如果形成一部分的火車的操作員和所有人報(bào)警。
本發(fā)明的另一目的是，火車車廂及其構(gòu)件的性能可與來(lái)自火車頭 的操作數(shù)據(jù)組合以提供完整的火車監(jiān)視系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是，在最少地借助于在安裝在火車車廂的輪架 上的構(gòu)件之間或在安裝在輪架上的構(gòu)件和安裝在車廂的其它部分和包含火車頭的火車的其他部分上的構(gòu)件之間驚醒有線點(diǎn)連接的情況下提供這種功能。
本發(fā)明的另一目的是，為了檢查和修理可被插入或去除的構(gòu)件或在火車車廂的正常維護(hù)期間中可被更換的構(gòu)件。 本發(fā)明的另一目的是，提供用于在火車的操作中進(jìn)行的測(cè)量的定
時(shí)分析的裝置，使得可以以簡(jiǎn)潔的方式發(fā)送關(guān)于性能或失效的信息， 使得不需要傳送詳細(xì)的測(cè)量。
本發(fā)明的另一目的是，關(guān)于性能或失效發(fā)送的消息包含可明確地 確定所討論的項(xiàng)目在火車上的確切位置的足夠的信息，并且，假定該 信息是可用的，那么火車或者實(shí)際上運(yùn)貨車廂的位置可被報(bào)告。
本發(fā)明的另一目的是，當(dāng)以無(wú)線的方式操作時(shí)，它可被擴(kuò)展為利 用操作頻率(信道)的可用選擇以減輕火車中的連續(xù)的(相鄰的)車 廂之間或來(lái)自在相同的頻帶中操作的其它設(shè)備的干擾。
雖然以下的討論將車輛描述為運(yùn)貨車廂，但可以理解，相同的方 法可應(yīng)用于任何鐵路，或者，在一些情況下，可應(yīng)用于其它的多軸車 輛。并且，雖然以下的說(shuō)明以具有兩個(gè)輪架的運(yùn)貨車廂(或后軸接合的列車(bogies))為特征，但它可應(yīng)用于具有更多或更少的輪架或 軸的幾乎任何配置。


圖1 3是表示適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)的構(gòu)件的配置的示意圖4是火車車廂輪架(railcar truck)的各部分的分解透視圖，該圖示出本發(fā)明的測(cè)量襯墊(instrumented pad)相對(duì)于火車車廂輪架的位置；
圖5 7是示出本發(fā)明的要素的替代性配置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1、圖2和圖4，用圖解法表示的輪架(truck) 1分 別承載兩個(gè)軸2，每個(gè)軸2具有兩個(gè)車輪3。配置在圖4中最佳地表示 的軸承2a和軸承適配器4，使得各個(gè)軸承將其承載的負(fù)載和它可能產(chǎn) 生的熱通過(guò)村墊16傳向輪架。
圖4示出火車車廂輪架1的一部分，表示測(cè)量襯墊16相對(duì)于其它 的輪架部分的關(guān)系。在圖4中示出輪架側(cè)架12的一端。各個(gè)側(cè)架具有 一對(duì)向下延伸的軸箱鉗口 13。各個(gè)軸箱鉗口的平行的側(cè)壁14連同頂部15 —起組合為形成軸箱鉗口開(kāi)口。
輪架還包含軸承適配器4，在圖4中示出這些軸承適配器4中的 一個(gè)。適配器具有一般為矩形的上表面，該上表面具有從頂端結(jié)構(gòu)的 拐角延伸的依靠支柱(d印ending leg)。支柱具有被配置為安置在軸 承2a的外表面上的對(duì)向的彎曲側(cè)表面，該軸承2a被安裝在車輪軸承 軸2的端部上。適配器一般由鑄鋼構(gòu)成。適配器襯墊16在平面圖中一 般為矩形并具有依靠支柱。適配器襯墊16優(yōu)選由鑄造的或注射的模制 彈性聚合物構(gòu)成。適配器村墊16形成為裝在適配器4的上表面上，該 適配器4又如上面指示的那樣裝在軸承上。在日期為2005年12月8 日的美國(guó)公開(kāi)申請(qǐng)No. 2005/0268813中結(jié)合功能具體說(shuō)明了用作承載 和衰減裝置的適配器和襯墊的細(xì)節(jié)。
進(jìn)一步參照?qǐng)D2，襯墊4被裝在軸承適配器的上面的矩形表面上。 各個(gè)軸承將其承載的負(fù)載和它可能產(chǎn)生的熱通過(guò)適配器傳送到它承載
的襯墊，并由此傳送給火車車廂輪架。
圖3示意地表示被修改以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)的適配器襯墊16。襯 墊包含優(yōu)選被嵌入其上表面、側(cè)表面和下表面中或者如下面更全面的 解釋的那樣被嵌入出于本發(fā)明的目的可能必須的諸如其端面的其它位 置中的多個(gè)傳感器5。在優(yōu)選的形式中，襯塾16具有被定位為與通過(guò) 適配器16傳送的力相對(duì)隔離的延伸的固定部分17。延伸的部分17包 含電源18、模擬/信號(hào)調(diào)節(jié)裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和相關(guān)微處理器單元 19和優(yōu)選為具有天線21的低功率無(wú)線電發(fā)射器/接收器的通信單元 20。傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元和微處理器單元電連接，該微處理器 單元又與可通過(guò)其發(fā)送和接收消息的通信單元連接并控制該通信單 元?？梢浴嚼粲孟蛞r墊供給電力的各種手段。電源可以是電池，該電池 傳輸足夠的電壓并具有足夠的能量存儲(chǔ)容量，使得當(dāng)如下面說(shuō)明的那 樣周期性地和暫時(shí)被打開(kāi)時(shí)，襯墊可在與在輪架中使用的軸承構(gòu)件的 正常服役壽命一致的幾年內(nèi)發(fā)揮作用。
作為替代方案，電源可由向可充電電池或電容器供給能量的能量 清道夫(energy scavenging)裝置構(gòu)成?？梢允褂卯a(chǎn)生應(yīng)變的電源(strain generated electrical power source)。 雖然食巨源可以是安裝在 車廂體上的源，但優(yōu)選它處于輪架上并最優(yōu)選處于相對(duì)村墊延伸部分 上以避免對(duì)于相對(duì)可移動(dòng)的車廂部分之間的電力布線的需求。
圖l-3進(jìn)一步示出具有具有襯墊16的輪架1的鐵路運(yùn)貨車廂22， 這些襯墊16具有它們的相關(guān)的傳感器和控制和通信電路單元19和 20。在說(shuō)明的例子中，各個(gè)輪架承載四個(gè)襯墊16 (—個(gè)軸承一個(gè))， 每個(gè)襯墊16具有電源18、控制電路單元19和優(yōu)選包含無(wú)線電發(fā)射器 /接收器的通信單元20。
安裝在火車車廂體上、優(yōu)選安裝在大致處于兩個(gè)火車車廂輪架之 間的中間位置的點(diǎn)上的是也具有無(wú)線電/接收器的數(shù)據(jù)控制單元23,該 無(wú)線電/接收器能夠與將在后面說(shuō)明功能的微處理器一起與其自身的 火車車廂上的襯墊4上的無(wú)線電通信。數(shù)據(jù)控制單元23通過(guò)電纜23a 與通信裝置24鏈接，該通信裝置24在這里被示為處于火車車廂的頂 部，但根據(jù)諸如應(yīng)用本發(fā)明的車廂的類型的因素其它的位置可能是合 適的。在一些情況下并且對(duì)于一些車廂類型，數(shù)據(jù)控制單元和通信設(shè) 備可以是鄰接的。
有利地通過(guò)由附圖標(biāo)記24a表示的太陽(yáng)能電池或能夠維持連續(xù)的 功能的其它電力裝置對(duì)通信裝置24進(jìn)行供電。通信裝置24用于使火 車車廂直接與牽引火車的火車頭鏈接，使得工程師或其它的乘務(wù)人員 迅速接到有問(wèn)題的車廂的通知。任選地，通信可經(jīng)由鐵軌側(cè)自動(dòng)設(shè)備 識(shí)別裝置或到達(dá)蜂窩式或衛(wèi)星無(wú)線電系統(tǒng)或用戶希望的到達(dá)監(jiān)視站的 其它通信設(shè)備。在可在整個(gè)火車上獲得來(lái)自火車頭的有線通信的事件 中，例如，如果電子制動(dòng)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)，那么通信設(shè)備可與通信線連接。 用于通信設(shè)備24的電源也可為數(shù)據(jù)控制單元23a提供電力，在這種情 況下，電連接23可以是多連接器鏈接。
在圖1中還示出包含微處理器和用于通過(guò)其無(wú)線電與測(cè)量襯墊16 通信的無(wú)線電并且還具有數(shù)據(jù)控制單元23的手持單元23b。以下稱為 "登記員(registrar)"的單元23b被設(shè)計(jì)為具有非常有限的信號(hào)傳 送能力，使得為了發(fā)生通信其物理位置必須接近襯墊16或數(shù)據(jù)通信單
元23。這保證操作員將僅與一個(gè)這種裝置通信，而不與接收無(wú)線電傳 送的相同或附近火車上的其它車廂上的類似裝置通信。
雖然用于通過(guò)登記員進(jìn)行通信的無(wú)線電的使用是優(yōu)選的，但可以 使用直接電接觸。但是，由于暴露火車車廂的惡劣的環(huán)境條件，因此 直接電接觸易于降低可靠性，并且，特別是當(dāng)必須與大量的車廂進(jìn)行 通信時(shí)實(shí)施起來(lái)會(huì)更加耗時(shí)。以下進(jìn)一步說(shuō)明在實(shí)施本發(fā)明的功能的 過(guò)程中對(duì)于登記員的使用。
在這一點(diǎn)上，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的特征是要有利于在安裝襯墊時(shí) 或在村墊或數(shù)據(jù)控制單元的更換過(guò)程中確定用于無(wú)線電通信的地址。 出于這種目的，作為無(wú)線電通信的替代方案，可以使用射頻識(shí)別 (RFID )標(biāo)簽或相應(yīng)的條形碼或可被登記員讀出和記錄的擴(kuò)展地址的 其它可讀形式(version)。
圖l和3所示的天線被示意地示為導(dǎo)線或桿的形式。但是，實(shí)際 上，它們可以是微波傳輸帶或共形天線陣，并且可以是例如陶瓷襯底 上的金屬導(dǎo)體。
類似地，作為用于測(cè)量襯墊的電池電源的替代，車載電源可能在 火車車廂中是可用的，并且，如果是可用的則可被使用?？梢允褂脧?br> 車輪的旋轉(zhuǎn)得到能量的替代性的能量清道夫裝置以產(chǎn)生電力。作為選 擇電源的實(shí)際的方式，應(yīng)優(yōu)選最可能運(yùn)行幾年而不需要更換電池或不 需要執(zhí)行其它的維護(hù)工作的電源。
如上所述，襯墊16和數(shù)據(jù)控制單元23內(nèi)的無(wú)線電僅需要在非常 短的范圍上通信是本發(fā)明的特征。出于這種目的，符合用于無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電是優(yōu)選的。它是短范圍標(biāo)準(zhǔn)，其 中的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是示例性的。功率級(jí)較低并且范圍有限， 但是，所需要的一般只是能夠在特定的車廂的輪架上的襯墊和該車廂 的數(shù)據(jù)控制單元之間或與由在車廂附近站立的工人持有的登記員通信 的能力。存在用于用有能力的微控制器使用這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式和開(kāi) 放源碼軟件的標(biāo)準(zhǔn)使得它是優(yōu)選的選項(xiàng)。無(wú)線通信的特別引人關(guān)注的 優(yōu)點(diǎn)在于，輪架上的布線和從輪架到火車車廂的布線由于容易破斷因
此是不希望有的，并且，除非普遍釆用電子剎車等的工業(yè)范圍廣泛釆 用，否則沿貨運(yùn)列車的長(zhǎng)度的布線是非常不可能被接受的。
用于基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無(wú)線通信的裝置是可用的并且適于允許 測(cè)量襯墊和數(shù)據(jù)控制單元在沒(méi)有外部千涉的情況下建立連接的網(wǎng)絡(luò)。 它們可被建立以識(shí)別輪架和火車車廂上的軸位置的關(guān)系，或者被建立 使得數(shù)字通信單元接到配置由此提供將網(wǎng)絡(luò)鏈接在一起的多中繼段 (multi-hop)裝置的通知。在實(shí)施本發(fā)明的以上方面的過(guò)程中^f吏用的 無(wú)線電意圖在于在較低的功率下間歇地被操作。在世界的不同部分， 幾個(gè)頻帶是可接受的。無(wú)線電在北美工作的適當(dāng)?shù)目捎玫念l率為約 2.4GHz。雖然優(yōu)選期望消息的格式和編碼符合上述的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，但 其它的配置是可行的。
在示例性的系統(tǒng)中，測(cè)量村墊4包含用于測(cè)量由火車車廂輪架并 由此由軸承適配器由運(yùn)貨車廂施加的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)垂直負(fù)栽和剪切或橫 向力的幾個(gè)傳感器。相反，它們是本身被剛性地固定到車輪上并經(jīng)受 車軌不規(guī)則性影響的軸向輪架施加的力。由于相關(guān)軸承的溫度的指示 對(duì)于軸承不過(guò)熱的安全性是十分重要的，因此示例性的測(cè)量襯墊16 還承載溫度傳感器以給予這種指示。
重新參照?qǐng)D1 3，在操作中，測(cè)量襯墊16上的微控制器一般處于 無(wú)源低功率狀態(tài)，但被編程為短暫地、周期性打開(kāi)。它收集來(lái)自傳感 器中的每一個(gè)的讀數(shù)并對(duì)讀數(shù)執(zhí)行初步分析。采樣頻率的選擇和要被 讀取的傳感器的選擇的合理性基于被監(jiān)視的行為的類型和特定的應(yīng) 用。采樣應(yīng)處于幾倍于從數(shù)據(jù)檢測(cè)的最高頻率的頻率上。更頻繁的釆 樣不會(huì)獲得更多的信息但增加功率消耗。
采樣和報(bào)告的周期由數(shù)據(jù)控制單元23控制。但是，萬(wàn)一襯墊檢測(cè) 到故障或緊急的失效的指示，襯墊上的微處理器可被編程為打開(kāi)它控 制的無(wú)線電并通過(guò)無(wú)線電向數(shù)據(jù)控制單元23發(fā)送適當(dāng)?shù)南ⅰ＿@種情 況的例子可以是溫度的突然增加。由功率清道夫裝置產(chǎn)生的較大的電 壓尖脈沖也可被用于激活襯墊微處理器，如果那時(shí)它處于低功率狀態(tài) 的話。在不存在這種問(wèn)題的情況下，襯墊微處理器遵從其給定的時(shí)間
表，該時(shí)間表一般會(huì)導(dǎo)致它在大部分時(shí)間處于低功率狀態(tài)。
數(shù)據(jù)控制單元23意圖在于服務(wù)于幾種目的。它協(xié)調(diào)由測(cè)量襯塾微 處理器執(zhí)行的循環(huán)測(cè)試的定時(shí)和從中發(fā)出的消息的定時(shí)。作為信息的 集合體(aggregator)，它被編程為將來(lái)自火車車廂上的所有輪架的 信息相比較，并且關(guān)于車廂的狀態(tài)從中提取推理，例如，數(shù)據(jù)控制單 元使用推理機(jī)技術(shù)以識(shí)別諸如搖擺、彈跳或者甚至部分脫軌的令人不 滿意的行為。它傳送來(lái)自通信裝置24的信息。例如，通信裝置24可 包含諸如全球定位系統(tǒng)的測(cè)量裝置以提供關(guān)于車輛速度的信息，該信 息在檢查諸如擺動(dòng)(hunting)的輪架行為的過(guò)程中有用的。該信息也 可被用于在為了節(jié)能不服務(wù)于任何目的時(shí)禁止傳感器檢查。
類似地，如果希望的話，諸如環(huán)境溫度和濕度(下雨、下雪和結(jié) 冰)的因素的檢測(cè)器可被內(nèi)置于用于下述用途的分布式推理機(jī)功能中 的通信裝置24或數(shù)據(jù)控制單元23中。另外，數(shù)據(jù)控制單元23或通信 設(shè)備24可包含用于觸發(fā)某些分析模式或驗(yàn)證由襯墊進(jìn)行的讀數(shù)并提 供關(guān)于各種車廂體運(yùn)動(dòng)的信息的三軸加速計(jì)或速率陀螺儀。
作為管道，數(shù)據(jù)控制單元23將消息傳送到用于向前傳送給火車頭 或其它遠(yuǎn)程接收器的通信設(shè)備24，并且又在適當(dāng)情況下出于其自身分 析的目的接收例如來(lái)自火車頭或來(lái)自其它的遠(yuǎn)程源的信息或指令。
在圖5~7中示出用于監(jiān)視在圖1 3中說(shuō)明的系統(tǒng)的替代性配置。 在圖5所示的實(shí)施例中，各個(gè)測(cè)量襯塾16具有其自身的微處理器和無(wú) 線電。該配置意圖在于使用用于聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，該協(xié)議允許消息在它們 傳遞和來(lái)自數(shù)字通信單元23的路上在襯墊之間被傳送。
在圖6的實(shí)施例中，來(lái)自 一個(gè)輪架的所有的襯墊16與路過(guò)多芯電 纜27的單一微處理器和無(wú)線電單元24通信。這以在輪架上制成大量 的導(dǎo)線連接的代價(jià)使得電子部件的數(shù)量最少化。在輪架上的微處理器 單元中執(zhí)行的計(jì)算服務(wù)或多或少會(huì)與圖5中的微處理器單元中的那些 不同。在本實(shí)施例中，在微處理器中執(zhí)行所有的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，并且, 在那里執(zhí)行的任何推理功能對(duì)于用于輪架上的所有襯墊的所有傳感器 進(jìn)行評(píng)價(jià)。
在圖7中示出另一替代性的實(shí)施例。在圖7中，各個(gè)測(cè)量襯墊16 具有其自身的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，該模數(shù)轉(zhuǎn)換單元可被加入特定的襯墊上 的微處理器28中。這些微處理器從而可與輪架上的單一數(shù)據(jù)處理單元 25通信并由此與數(shù)據(jù)控制單元23通信。如在圖6的配置中那樣，在 單元25上執(zhí)行的任何推理或數(shù)據(jù)分析都考慮來(lái)自輪架上的所有襯墊 上的所有傳感器的信息。
其它的選項(xiàng)包含使用有線鏈接的標(biāo)準(zhǔn)CANBus通信方案。另外， 在電子控制的氣動(dòng)閘的大規(guī)模實(shí)現(xiàn)潛在地提供對(duì)于通信方案的其它選 項(xiàng)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)CANBus或其它標(biāo)準(zhǔn)。
可以以各種方式提供沿火車的通信。對(duì)于非常長(zhǎng)的貨運(yùn)列車， WiFi (IEEE802.15.il標(biāo)準(zhǔn))可能是合適的。對(duì)于沿客運(yùn)列車的通信， Rail Transit Vehicle Interface Standard, IEEE1473-199會(huì)是適用的。
并且，應(yīng)當(dāng)注意，在實(shí)際中，使測(cè)量襯墊沿火車通信從而將消息 從一個(gè)運(yùn)貨車廂傳送到下一個(gè)是可行的。但是，對(duì)于較長(zhǎng)的火車，這 導(dǎo)致消息出現(xiàn)許多跳躍，其可靠性明顯低于從各個(gè)車廂到火車頭或其 它遠(yuǎn)程位置的單一的、功率更大的鏈接。其它的問(wèn)題包含這樣的可能 性，即，火車將通過(guò)運(yùn)貨車廂被重新配置，這些運(yùn)貨車廂可能被去除 或改變位置，或者，火車被處于其相反一端的火車頭拖動(dòng)。依賴于來(lái)中對(duì)火車進(jìn)行重新配置。
如上面指示的那樣，具有對(duì)在系統(tǒng)中使用的火車車廂中的各個(gè)和 每一個(gè)測(cè)量襯墊進(jìn)行尋址和識(shí)別的適當(dāng)?shù)难b置是本發(fā)明的特征。并且， 對(duì)于相鄰的運(yùn)貨車廂上的輪架上的測(cè)量襯墊，不管它們是否處于同一 火車上，在處于相互的無(wú)線電范圍中時(shí)都必須繼續(xù)工作而沒(méi)有相互的 干擾。必須能夠從任何運(yùn)貨車廂形成火車，并且能夠更換輪架上的單 一襯墊而不必更換輪架或運(yùn)貨車廂上的所有其它襯墊。即使沒(méi)有要報(bào) 告的問(wèn)題，系統(tǒng)提供它仍適當(dāng)?shù)毓ぷ鞯谋ＷC也是十分重要的。這里說(shuō) 明的優(yōu)選系統(tǒng)出于此目的使用由測(cè)量襯墊啟動(dòng)的消息。通過(guò)數(shù)據(jù)控制 單元使用輪詢以檢查測(cè)量襯墊的狀態(tài)的替代方案在要求數(shù)據(jù)控制單元
一直處于接收模式的條件下要求襯墊在精確控制的時(shí)間以及與被允許 基于它們自身的定時(shí)發(fā)送消息相比需要更長(zhǎng)的全功率操作的周期打開(kāi) 并用作接收器。
要用相應(yīng)的數(shù)據(jù)控制單元相互共同操作的測(cè)量襯墊必須均使用匹配的頻率。上述的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)指定各頻帶中的頻率或信道。例 如，在ISM帶中，在2.4GHz上存在26個(gè)信道。還存在用于消息模 式的標(biāo)準(zhǔn)，使得每一種形成大量的8位字節(jié)數(shù)據(jù)的信道包，其中，各 個(gè)字節(jié)具有預(yù)先分配的意思。在該模式內(nèi)，對(duì)于組號(hào)分配一個(gè)字節(jié)， 并且對(duì)于組內(nèi)地址分配兩個(gè)字節(jié)。對(duì)于可能被解釋為命令的消息的類 型分配另一字節(jié)。相關(guān)的無(wú)線電接收器和它們的控制微處理器被設(shè)計(jì) 為忽略從不同的組中的源接收的消息。它們不檢測(cè)它們的選擇的操作 頻率以外的其它頻率上的消息。但是，它們可在程序控制下改變操作 信道(頻率)。它們可適當(dāng)?shù)刈饔糜趯儆谒鼈冏陨淼慕M的消息。對(duì)于 火車車廂上的用途，將需要可由二字節(jié)地址覆蓋的以外的大量的設(shè)備， 并且，必須提供裝置使得數(shù)據(jù)控制單元可識(shí)別來(lái)自其自身的運(yùn)貨車廂 上的測(cè)量襯墊的消息。測(cè)量襯墊必須能夠識(shí)別來(lái)自它們自身的數(shù)據(jù)控 制單元的消息，并且均必須能夠容忍來(lái)自同一火車或經(jīng)過(guò)的火車中的 其它附近的運(yùn)貨車廂上的測(cè)量襯墊和數(shù)據(jù)控制單元的潛在的干擾。它 們還必須能夠容忍來(lái)自在同一未經(jīng)許可的頻帶中操作的其它裝置的潛 在的干擾。
標(biāo)識(shí)號(hào)或地址可在制造中被編程到電子模塊中。
對(duì)于測(cè)量襯墊給定的地址可另外或替代性地被存儲(chǔ)在各個(gè)襯墊4 上的或被嵌入其中的RFID (射頻識(shí)別)標(biāo)簽中。輪架上的襯塾的物 理位置導(dǎo)致其接近軌道側(cè)。特別地，它可處于輪架的側(cè)架的外側(cè)并由 此接近任何軌道側(cè)監(jiān)視設(shè)備。這至少為通過(guò)固定設(shè)備識(shí)別經(jīng)過(guò)的設(shè)備 提供機(jī)會(huì)，并且，如果使用有源RFID標(biāo)簽技術(shù)，那么考慮從車廂到 中心數(shù)據(jù)庫(kù)(data repository )或所有人的替代性通信路徑 (communication route )。
雖然苛求的操作環(huán)境會(huì)使得該替代方案具有有限的用途，但給定的地址作為任選地具有方便用戶的條形碼的可讀號(hào)碼方便地是可見(jiàn) 的。
很明顯，可以使用提供足夠的單個(gè)地址或身份的任何尋址方案。
可使得襯墊的地址遵從擴(kuò)展的因特網(wǎng)協(xié)議(IPv6)尋址方案，使用6 個(gè)字節(jié)使得這些裝置可具有它們自身的IP地址。
以下說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例可被擴(kuò)增為使用多個(gè)信道(射頻)，由此 提供實(shí)際上消除火車中的相鄰車廂之間的干擾的手段。
本發(fā)明的根本目的是能夠監(jiān)視火車上的所有輪架和軸承和車輪的 行為。報(bào)警消息必須盡可能快地、優(yōu)選在幾秒內(nèi)從任何火車車廂到達(dá) 火車頭或到達(dá)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)操作設(shè)施。
但是，傳送可能在執(zhí)行這種監(jiān)視的過(guò)程中采樣的所有數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān) 是極大的，并且，對(duì)于大部分，詳細(xì)的數(shù)據(jù)是不充分的。優(yōu)選只識(shí)別 隱含一些故障或失當(dāng)行為的觀察。為了將無(wú)線電通信量減少到可管理 的比例，系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為處理原始傳感器數(shù)據(jù)，從而尋找故障的征兆并 然后僅發(fā)送基本的指示信息。為此，使用分布式推理機(jī)，從而在測(cè)量 襯墊上和數(shù)據(jù)控制單元23上的微處理器之間共享基本的功能。本發(fā)明 的目的是減少襯墊和數(shù)據(jù)控制單元之間的無(wú)線電信息量，因此，在襯 墊上完成一部分的數(shù)據(jù)分析，并且只有相關(guān)的信息從襯墊被傳送到數(shù) 據(jù)控制單元用于進(jìn)一步的分析和故障識(shí)別。
在上面示出的示例性系統(tǒng)中，測(cè)量襯墊16上的微處理器19取得 一系統(tǒng)的測(cè)量并且作為時(shí)間序列處理它們。形成推理機(jī)的搜索算法可 識(shí)別例如時(shí)間序列中和之間的周期和交叉相關(guān)關(guān)系，使得將看到可在 村墊水平上檢測(cè)到的任何行為。例如，輪架越過(guò)鐵軌線的來(lái)回?cái)[動(dòng)處 于由輪架幾何形狀和車輪旋轉(zhuǎn)速度確定的頻率上。車廂的搖擺和搖動(dòng)
處于由懸架和負(fù)載的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)主導(dǎo)的頻率上。在各種程度上，根 據(jù)車輛設(shè)計(jì)，行為的這些不規(guī)則性在可感測(cè)例如垂直和剪切和制動(dòng)力
的測(cè)量襯塾中的負(fù)載和負(fù)載分布的變化過(guò)程中是十分明顯的。車輪不 規(guī)則性可在從車輛速度計(jì)算的旋轉(zhuǎn)頻率上產(chǎn)生重復(fù)的力的模式。軌道 缺陷可在車輪、軸承和輪架上并在車廂及其負(fù)載上產(chǎn)生較大的突然的力。
如果在測(cè)量襯墊中推斷這種行為并且大小足以導(dǎo)致報(bào)警，那么相 關(guān)的屬性和定時(shí)(相對(duì)于報(bào)告的傳送的時(shí)間)可被傳送到車廂的數(shù)據(jù) 控制單元。
假定多于一個(gè)的測(cè)量襯墊可報(bào)告失當(dāng)行為，那么數(shù)據(jù)控制單元中 的推理機(jī)的部件負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)輪架并最終對(duì)運(yùn)貨車廂進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)推斷嚴(yán)重的問(wèn)題時(shí)，通過(guò)通信線路23a、 24向火車頭等發(fā)送消息。
系統(tǒng)能夠監(jiān)視的性能的例子包括
軸承溫度-測(cè)量襯墊16中的溫度傳感器監(jiān)視針對(duì)其它軸承的相 對(duì)溫度變化，并向軸承鏈接條件提供報(bào)警閾值或長(zhǎng)期趨勢(shì)?？赏ㄟ^(guò)使 用趨勢(shì)或報(bào)警水平推斷滾珠軸承的良好狀態(tài)，從而避免潛在的軸承燒 除和可能的脫軌并提供可用于避免來(lái)自路旁軸承過(guò)熱檢測(cè)器的錯(cuò)誤報(bào) 警的直接測(cè)量。作為本發(fā)明的另一目的，可將來(lái)自路旁檢測(cè)器的對(duì)于 溫度和其它效應(yīng)的觀察與來(lái)自車載系統(tǒng)的出于相互校準(zhǔn)和驗(yàn)證目的的 觀察相比較。
軸承條件-使用測(cè)量襯墊16的頂部的負(fù)載傳感器以監(jiān)視從軸承 發(fā)出(通過(guò)滾珠軸承適配器傳送)的振動(dòng)。可從頻譜分析推斷特定的 軸承缺陷。在其早期階段識(shí)別損壞的軸承在預(yù)防性的維護(hù)程序中是十 分重要的。
車輪條件 一測(cè)量襯墊中的負(fù)栽傳感器檢測(cè)周期性重復(fù)(為車輪直 徑和速度的函數(shù))的高振幅負(fù)載(與背景相比)以識(shí)別無(wú)偏差靈敏點(diǎn) (flat spot)或有殼車輪踏面。還能夠通過(guò)使用測(cè)量襯墊中的其它傳感 器中的一些識(shí)別中空的磨損車輪。監(jiān)視車輪沖擊可允許所有人在車輪 被軌道側(cè)車輪沖擊負(fù)載檢測(cè)器識(shí)別從而導(dǎo)致未調(diào)度的維護(hù)之前將其調(diào) 度出去。它還提供對(duì)于失效的原因的洞察力。
車輪脫軌-使用與用于車輪條件的儀表相同的儀表，但尋找來(lái)自 車輪組中的兩個(gè)車輪的更高的頻率和類似的信號(hào)。識(shí)別車輪組什么時(shí) 候脫軌防止可能的完全脫軌和可能的災(zāi)難性后果。
輪架擺動(dòng)-使用安裝在測(cè)量襯墊中的負(fù)載傳感器以檢測(cè)縱向、橫向和偏航力、監(jiān)視指示軸或輪架擺動(dòng)的迅速變化的負(fù)載(并由此監(jiān)視 車輪組的沖角)。通過(guò)分析從輪架上的兩個(gè)車輪組和車廂上的兩個(gè)輪 架監(jiān)視的這種負(fù)載，可以識(shí)別輪架和軸擺動(dòng)以及輪架翹曲。另外，通 過(guò)評(píng)價(jià)各輪架上的車輪組的沖角，可以識(shí)別通過(guò)使側(cè)旁軸承或干燥中輥(center bowl)結(jié)合導(dǎo)致的較高的旋轉(zhuǎn)摩擦力。識(shí)別這些條件有助 于防止損壞運(yùn)貨車廂輪架和貨物以及軌道基礎(chǔ)設(shè)施。
車廂重量-將在運(yùn)貨車廂上的所有八個(gè)測(cè)量襯墊中測(cè)量的負(fù)載求 和以確定其重量。即使粗略的測(cè)量(即，總負(fù)載加減10%)也將為承 擔(dān)評(píng)價(jià)運(yùn)貨車廂和它們的部件的信息提供有用的信息。進(jìn)一步的益處 來(lái)自檢測(cè)由于不適當(dāng)?shù)难b載或運(yùn)輸線的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的負(fù)載失衡。
移位滾珠軸承適配器-通過(guò)監(jiān)視測(cè)量襯墊支柱中的負(fù)載，能夠識(shí) 別滾珠軸承適配器什么時(shí)候出現(xiàn)了位移。這提供關(guān)于什么導(dǎo)致位移的 信息并且引起對(duì)于緊急維護(hù)需求的注意以避免損壞滾珠軸承。
制動(dòng)器性能和狀態(tài)-監(jiān)視測(cè)量襯墊上的縱向力提供關(guān)于從制動(dòng)器 村墊施加到車輪上的力的信息。它可提供對(duì)于制動(dòng)效率的洞察力(過(guò) 高的制動(dòng)負(fù)載表示制動(dòng)器可導(dǎo)致車輪連結(jié)，過(guò)低的制動(dòng)負(fù)載表示制動(dòng) 器不適當(dāng)?shù)毓ぷ?。另外，如果火車在移動(dòng)時(shí)帶有施加的手制動(dòng)器中 的一些，那么檢查制動(dòng)器狀態(tài)可被用于發(fā)送報(bào)警。
軌道缺陷-監(jiān)視測(cè)量襯墊中的垂直負(fù)載并在車輪組之間對(duì)它們進(jìn) 行比較會(huì)給予車廂所有人對(duì)于可導(dǎo)致?lián)p壞運(yùn)貨車廂或它們的貨物的軌 道缺陷的洞察力。
上面對(duì)于設(shè)備的配置并對(duì)于它們之間的通信識(shí)別了幾種替代方 案，以下說(shuō)明優(yōu)選的實(shí)施例。
對(duì)于熟悉微控制器的編程和低功率和衛(wèi)星或小區(qū)電話通信的協(xié)議 和能力的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很顯然通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)和部件這里說(shuō)明的功 能是可行的。例如，由Crossbow Corp., of Palo Alto, California制造 的Micaz低功率微片(mote)與它們的內(nèi)置的ChipCon無(wú)線電一起 可執(zhí)行襯墊和數(shù)據(jù)控制單元的功能。通信設(shè)備24是由Stellar-Sat, Inc. 制造的型號(hào)DS300-RDT。該裝置具有很強(qiáng)的計(jì)算能力，使得可在DSM0-RDT中執(zhí)行這里歸于數(shù)據(jù)控制單元23的功能中的一些。事實(shí) 上，也可以組合兩個(gè)設(shè)備或者共享它們的功能，使得區(qū)別可變得是不 必要的。
電源由諸如連同電荷存儲(chǔ)電容器的來(lái)自Measurement Specialties, Inc.， of Hampton, Virginia的壓電膜或可再充電電池的能量清道夫裝 置構(gòu)成。
在制造中用組號(hào)、信道號(hào)和被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中并在使用 時(shí)與RFID標(biāo)簽和條形碼中的數(shù)據(jù)匹配的唯一的擴(kuò)展地址對(duì)測(cè)量襯墊 進(jìn)行編程。通過(guò)適當(dāng)?shù)木幊?，可以如需要那樣多地增加用于不同的測(cè) 量襯墊的可用地址的數(shù)量。
組號(hào)用于將該應(yīng)用與可能使用相同的射頻(信道)的任何其它應(yīng) 用區(qū)分開(kāi)，這在使用這些IEEE802.15.4系統(tǒng)時(shí)是標(biāo)準(zhǔn)的。
當(dāng)安裝襯墊時(shí)，通過(guò)被裝配為收集RFID或條形碼數(shù)據(jù)的登記員 23b讀取它們的擴(kuò)展地址。用戶關(guān)于各個(gè)襯墊占據(jù)輪架上的哪個(gè)位置 并由此占據(jù)運(yùn)貨車廂上的哪個(gè)位置通過(guò)登記員的鍵盤和屏幕指示登記 員。登記員然后被放在數(shù)據(jù)控制單元23附近，并且，通過(guò)使用無(wú)線電 信道，將用于該數(shù)據(jù)控制單元自身的運(yùn)貨車廂上的襯墊的地址和位置 數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)控制單元中。
為了避免使用RFID或條形碼手段，登記員可替代性地利用總是 被編程為每當(dāng)它具有可用的功率就發(fā)出消息的襯墊和電子裝置的功 能。以下解釋的這些消息總是包含襯墊的擴(kuò)展地址，使得當(dāng)它接近襯 墊時(shí)登記員可收集它。該操作模式具有為了進(jìn)行對(duì)話要求對(duì)襯墊進(jìn)行 供電的缺點(diǎn)，如果襯墊要通過(guò)能量清道夫裝置在正常操作中被供電， 那么這是不方便的。如果例如通過(guò)感應(yīng)提供額外的裝置以提供電能， 那么無(wú)線電通信的使用變得是優(yōu)選的。
襯墊數(shù)據(jù)的登記可替代性地通過(guò)其它裝置、諸如通過(guò)使用數(shù)據(jù)線 路24被傳送到數(shù)據(jù)控制單元中。在任何情況下，數(shù)據(jù)被記錄在非易失 性存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)控制單元中，使得功率的暫時(shí)損失不需要重復(fù)的登 記。登記的過(guò)程允許在整個(gè)鐵路系統(tǒng)中對(duì)裝置進(jìn)行跟蹤。
一旦襯墊身份被寫入數(shù)據(jù)控制單元中，就將通過(guò)數(shù)據(jù)控制單元識(shí) 別隨后的從測(cè)量襯墊的傳送，如果它們發(fā)自登記的測(cè)量襯墊的話。類 似的隨后的從數(shù)據(jù)控制單元的傳送可被引導(dǎo)到正確的測(cè)量村墊。
如果從附近的測(cè)量襯墊和數(shù)據(jù)控制單元拾取的無(wú)關(guān)消息不在時(shí)間 上與希望的消息沖突，那么它們不是問(wèn)題?？梢院?jiǎn)單地忽略它們。如 果它們沖突的話，那么消息將被破壞。但是，通過(guò)使用用于消息有效性的循環(huán)冗余檢查的正常IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，它們將被識(shí)別，并因此 將被略去。為了使該問(wèn)題最小化，數(shù)據(jù)控制單元管理送往和來(lái)自其自 身的測(cè)量襯墊的消息的定時(shí)。
最初，測(cè)量襯墊在緊接著被供電之后以一分鐘一條的速率或類似 的速率開(kāi)始發(fā)送消息。似乎對(duì)于任何接收器而實(shí)際上對(duì)于具有正確的 組號(hào)并處于適當(dāng)?shù)男诺郎系慕邮掌鲝V播的該消息承載襯墊的地址作為 發(fā)送器地址。在該方案中它是僅有的類型的作為廣播發(fā)送的消息。襯 墊然后暫時(shí)等待答復(fù)。數(shù)據(jù)控制單元在被供電時(shí)用作接收器，因此它 拾取消息。由于它可將發(fā)送器地址識(shí)別為屬于襯墊中的它負(fù)責(zé)的一個(gè)， 因此它用關(guān)于執(zhí)行哪個(gè)數(shù)據(jù)收集任務(wù)以及什么時(shí)候(多晚)報(bào)告回去 指示襯墊的消息立即答復(fù)。襯墊被編程使得它接收的使用其自身的全 地址的任何消息在已從其控制的數(shù)據(jù)控制單元直接或間接地到來(lái)時(shí)被 接收，并自動(dòng)地向該發(fā)送器送回答復(fù)。結(jié)果，由于襯墊將自動(dòng)地從直 接對(duì)它們尋址的無(wú)論哪一個(gè)設(shè)備取得指令并向其返回報(bào)告并且足夠 近，因此它們不需要用于它們的有用的壽命的剩余部分的其它尋址指 令。在從數(shù)據(jù)控制單元接收消息之后，襯墊可恢復(fù)到低功率(睡眠模 式)直到它必須執(zhí)行其下一個(gè)任務(wù)。
該方案允許襯墊由于被清掃的功率的損失而停止運(yùn)行，并在電力 被恢復(fù)時(shí)仍回來(lái)并連入它們的適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)控制單元中。
該方案允許通過(guò)給予數(shù)據(jù)控制單元它負(fù)責(zé)的襯墊的地址在網(wǎng)絡(luò)中 更換數(shù)據(jù)控制單元。可以通過(guò)將其ID給予適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)控制單元在網(wǎng) 絡(luò)中更換單一的襯墊。
方案還允許在網(wǎng)絡(luò)中操作其它的裝置，只要它們具有相關(guān)的接近的數(shù)據(jù)控制單元。
當(dāng)屬于數(shù)據(jù)控制單元的所有的測(cè)量襯墊都已完成一輪的通信時(shí)， 它們處于在數(shù)據(jù)控制單元可期望的時(shí)間依次提出它們的時(shí)間表上。測(cè) 量襯墊在介入的周期中是基本上禁止通信的以節(jié)省電力。
用于調(diào)度系統(tǒng)中的消息的方案故意地在時(shí)間上使來(lái)自單一運(yùn)貨車 廂上的測(cè)量襯墊的消息保持分開(kāi)，因此，無(wú)線電信號(hào)沖突被避免。由 于測(cè)量襯墊自身僅非常短暫地用作接收器，因此它們接收假消息的風(fēng) 險(xiǎn)也較小。由于來(lái)自測(cè)量襯墊的調(diào)度的無(wú)線電傳送非常短，例如為幾 毫秒，因此，與介入的寧?kù)o期相比，來(lái)自相鄰的運(yùn)貨車廂或其它的完 全獨(dú)立的裝置的無(wú)線電信號(hào)沖突的機(jī)會(huì)也較低。但是，它們最終將發(fā)
生。用于IEEE方案的標(biāo)準(zhǔn)方法是，正要發(fā)送出信號(hào)的無(wú)線電首先進(jìn) 入接收器模式以看看是否有任何其它的信號(hào)正在信道上傳送。如果是， 那么它延遲與消息長(zhǎng)度相關(guān)的隨機(jī)的時(shí)間量發(fā)送。該過(guò)程消除大多數(shù) 的沖突。
如果來(lái)自測(cè)量襯墊的期望的調(diào)節(jié)的消息在合理的時(shí)間幀內(nèi)沒(méi)有到 達(dá)，那么數(shù)據(jù)控制單元可采取大量的不同的動(dòng)作。它有時(shí)可檢測(cè)被接 收但被破壞的消息。如果知道發(fā)送的測(cè)量襯墊將暫時(shí)期望答復(fù)，那么 它可發(fā)送指示定時(shí)的輕微的隨機(jī)偏移的消息，使得如果問(wèn)題來(lái)自相鄰 的運(yùn)貨車廂那么下一條消息將非?？赡芡ㄟ^(guò)。
相應(yīng)地，如果它沒(méi)有得到答復(fù)，那么測(cè)量襯墊可在時(shí)間表外面重 復(fù)其消息，使得一直被供電并且一般用作接收器的數(shù)據(jù)控制單元將4艮 快拾取連接，并且可如在初始的啟動(dòng)過(guò)程中那樣為傳送分配新的調(diào)度 時(shí)間。數(shù)據(jù)控制單元可等待另一循環(huán)以看看它是否是隨機(jī)事件，當(dāng)它 們調(diào)入時(shí)它可使其它的測(cè)量村墊暫時(shí)安靜，使得它們不妨礙來(lái)自遺漏 的(missing)設(shè)備的傳送。通過(guò)這些和其它的類似的策略，測(cè)量襯墊 和數(shù)據(jù)可采取步驟以恢復(fù)通信。最終，如果所有的這些均失敗，那么 數(shù)據(jù)控制單元將通過(guò)通信線路23a報(bào)告通信的損失。
本發(fā)明的特征是，襯墊只要具有足夠的電力就決不停止嘗試與數(shù) 據(jù)控制單元進(jìn)行接觸，并且，雖然自然允許下一報(bào)告之前的較長(zhǎng)但不
確定的延遲，但對(duì)于襯墊的外部消息均不能停止該過(guò)程。
通過(guò)建立的通信，數(shù)據(jù)控制單元關(guān)于實(shí)施哪一個(gè)數(shù)據(jù)獲取任務(wù)以 及什么時(shí)候返回報(bào)告指示襯墊以提供使得能夠執(zhí)行上面指示的推理的
信息。這些任務(wù)包含但不限于測(cè)量溫度、取得平均力、傳送關(guān)于橫 向或垂直或縱向力的波鐠數(shù)據(jù)、測(cè)量車輪旋轉(zhuǎn)頻率上的循環(huán)上的垂直 力。這些測(cè)量次序中的每一個(gè)與如果數(shù)據(jù)證明其正確則可引起的特定 的推理對(duì)應(yīng)。
對(duì)于各個(gè)任務(wù)分配返回報(bào)告之前的等待時(shí)間。對(duì)于各個(gè)任務(wù)分配應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間或者分配周期性。
任務(wù)可要求襯墊進(jìn)行中間測(cè)量并在無(wú)線電報(bào)告間隔之間暫時(shí)存儲(chǔ) 它們?？梢栽跊](méi)有數(shù)據(jù)控制單元的介入的情況下承擔(dān)這些中間的定時(shí) 的動(dòng)作。假定存在足夠的重新開(kāi)始的時(shí)間，那么，在這些活動(dòng)之間， 襯墊恢復(fù)到低功率睡眠模式，該過(guò)程導(dǎo)致能量經(jīng)濟(jì)。
由襯墊送回的每個(gè)報(bào)告識(shí)別請(qǐng)求的任務(wù)和從收集組中的數(shù)據(jù)算起 過(guò)去的時(shí)間。
每一個(gè)報(bào)告包含關(guān)于襯墊部件特別是傳感器的功能的狀態(tài)信息 (狀態(tài)字節(jié))。
該組請(qǐng)求包含作為關(guān)于通信的檢查請(qǐng)求報(bào)告接收的信號(hào)強(qiáng)度的選項(xiàng)。
數(shù)據(jù)控制單元調(diào)度報(bào)告時(shí)間，使得無(wú)線電傳送不相互沖突。 數(shù)據(jù)控制單元可通過(guò)諸如環(huán)境溫度或車輛速度的相關(guān)信息使數(shù)據(jù) 請(qǐng)求參數(shù)化?？赏ㄟ^(guò)使用GPS信息使得選擇測(cè)量任務(wù)的命令是依賴位 置的。當(dāng)存在加速度測(cè)量裝置時(shí)，命令可受數(shù)據(jù)控制單元上的測(cè)量的 加速度影響。
數(shù)據(jù)控制單元具有要運(yùn)行的缺省的測(cè)量程序，從而使用其襯墊作 為數(shù)據(jù)收集器，使得以及時(shí)的方式進(jìn)行運(yùn)貨車廂行為的定期的評(píng)價(jià)。 但是，可以由從中心數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送到數(shù)據(jù)控制單元的命令或通過(guò)所有人 或操作員的命令取代該定期的方式。
數(shù)據(jù)控制單元在其作為信息集合體的角色中合并來(lái)自襯墊的數(shù)據(jù)，并且對(duì)于報(bào)告和收集數(shù)據(jù)的稍微不同的時(shí)間進(jìn)行必要的調(diào)整。數(shù) 據(jù)控制單元然后對(duì)于推理機(jī)執(zhí)行上述的評(píng)價(jià)，以檢查運(yùn)貨車廂、其輪 架或車輪或軸的運(yùn)轉(zhuǎn)是否足夠差以至于需要送給中央數(shù)據(jù)操作位置或 所有人或操作員或火車頭的報(bào)告。如果是，那么可發(fā)送報(bào)告。由于數(shù) 據(jù)傳送會(huì)以量定價(jià)，因此使被發(fā)送的數(shù)據(jù)最少化是十分重要的，并且， 可存在許多的火車車廂發(fā)送數(shù)據(jù)。但是，如果一切沒(méi)有錯(cuò)誤，那么數(shù) 據(jù)控制單元將在適當(dāng)?shù)拈g隔調(diào)度"一切良好"消息的發(fā)送。
從以上對(duì)于系統(tǒng)的說(shuō)明可以# 明顯地看出，由于通信難度或由于 環(huán)境的惡劣，部件可能未能提供所有的請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，因此，用于評(píng)價(jià) 運(yùn)貨車廂性能的規(guī)則被設(shè)計(jì)為容忍遺漏數(shù)據(jù)。
由于本優(yōu)選實(shí)施例代表與襯墊的數(shù)據(jù)對(duì)話的啟動(dòng)，因此，另一優(yōu) 點(diǎn)是，如果出現(xiàn)一些極端的條件，那么襯墊可在調(diào)度的報(bào)告間隔之間 的任何時(shí)間發(fā)送未經(jīng)請(qǐng)求的報(bào)告。為了使數(shù)據(jù)信息量最少化，在從數(shù) 據(jù)控制單元向中央數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采取相同的方法。
對(duì)于本發(fā)明的可利用幾種(例如，在2.4GHz頻帶中為26種)可 用操作頻率的選擇的方案，添加以下的附加特征。中央數(shù)據(jù)控制可從 由車廂發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)提取哪些對(duì)車廂是實(shí)際上相鄰的。如果車廂正 在報(bào)告通信問(wèn)題，那么可從中心到車廂通過(guò)通信告知這樣的一對(duì)中的 一個(gè)，以切換到另一信道。IEEE802.15.4設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)可被編程為通過(guò) 相互的協(xié)議完成頻率跳躍以避免干擾。在通信丟失的情況下，這些裝 置將以不同的頻率的次序廣播消息，直到響應(yīng)提供用于重建通信的基 礎(chǔ)。限制選擇并預(yù)先限定要被嘗試的頻率的次序促進(jìn)恢復(fù)過(guò)程。系統(tǒng) 也可被編程為作為襯墊和數(shù)據(jù)控制單元之間的定期對(duì)話的一部分通過(guò) 發(fā)送指令提供有意的頻率變化。
由此，通過(guò)上述的裝置，本發(fā)明的目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在火車運(yùn)行中監(jiān)視火車車廂的性能準(zhǔn)則的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，車廂包含車廂體和具有相對(duì)于火車車廂的支撐框架的車輪軸承的車輪組，該系統(tǒng)包含用于傳送火車車廂和鐵軌之間的負(fù)載的各軸承和框架之間的彈性負(fù)載軸承襯墊，所述襯墊在軸承和框架之間提供對(duì)于負(fù)載力的阻尼；由各個(gè)所述的襯墊承載的用于測(cè)量與火車車廂的操作性能相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)的至少一個(gè)感測(cè)元件，該系統(tǒng)還包括用于評(píng)價(jià)所述性能并用于傳送指示所述評(píng)價(jià)的信號(hào)的數(shù)據(jù)收集、評(píng)價(jià)和通信裝置，所述系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)離所述火車車廂設(shè)置的用于接收所述信號(hào)的接收器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，火車包含火車頭，并且所 述接收器位于所述火車頭中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)收集、評(píng)價(jià)和通 信裝置對(duì)于接收器產(chǎn)生識(shí)別火車車廂傳送指示存在所述預(yù)定的偏離的 信號(hào)的信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)收集、評(píng)價(jià)和通 信裝置包含用于向所述位于遠(yuǎn)程的接收器傳送所述信號(hào)的無(wú)線傳送 器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)收集、評(píng)價(jià)和通 信裝置包含所述火車車廂上的各個(gè)襯墊上的第一傳送器/接收器；所 述火車車廂體上的第二傳送器/接收器，用于在所述第一和第二傳送器 /接收器之間通信。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，還包括所述襯墊上的多個(gè) 傳感器，所述傳感器中的每一個(gè)響應(yīng)包括所述襯墊內(nèi)的溫度、壓縮應(yīng) 力和剪切應(yīng)力的變化的多個(gè)變量中的一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，響應(yīng)溫度的所述傳感器位 于所述襯墊上以響應(yīng)軸承溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，溫度響應(yīng)傳感器被設(shè)置為鄰近軸承。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，各個(gè)所述的傳感器通過(guò)唯 一的地址被所述通信電路識(shí)別，所述通信電路包含用于對(duì)各個(gè)所述地 址周期性尋址的裝置和用于僅向所述遠(yuǎn)程接收器傳達(dá)指示對(duì)于用于特 定火車車廂中的特定傳感器的性能準(zhǔn)則的臨界偏離的值的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述第一和第二傳送器/ 接收器是能夠在其間進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)識(shí)別傳送指示 存在所述預(yù)定的偏離的信號(hào)的襯墊。
12. —種用于監(jiān)視火車車廂的性能的系統(tǒng)，其中，車廂具有多個(gè) 輪架，每個(gè)輪架具有在軸上分開(kāi)的車輪組和相對(duì)可旋轉(zhuǎn)地安裝在與各 個(gè)車輪相關(guān)聯(lián)的軸上的車輪組的各個(gè)車輪所特有的軸承組件，這些輪 架包括具有其中接收軸承組件的分開(kāi)的軸箱套口的側(cè)架，該組合包含 位于軸箱套口和軸承組件之間的彈性負(fù)載軸承襯墊，所述襯墊允許軸 承和軸箱套口之間的有限的相對(duì)移動(dòng)并提供對(duì)于沖擊和磨損的阻尼， 這些襯墊還允許軸在軸箱套口內(nèi)的受控的搖擺移動(dòng)，這些襯墊具有在其上支撐的至少一個(gè)感測(cè)裝置，所述至少一個(gè)感測(cè)裝置是設(shè)置在鄰近 軸承的襯塾上的用于感測(cè)軸承溫度的溫度傳感器，并且控制電路包含 安裝在各個(gè)襯墊上的用于接收指示該襯墊特有的軸承的溫度的信號(hào)的 第一通信電路和安裝在火車車廂體上的第二通信電路，所述第二通信 電路包含用于對(duì)火車車廂上的各個(gè)感測(cè)裝置進(jìn)行周期性尋址并用于將 由所述傳感器得到的值傳達(dá)到遠(yuǎn)程位置的邏輯電路，所述值僅在邏輯 電路確定這些值指示潛在的操作失敗時(shí)才被傳達(dá)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括與各個(gè)所述的襯墊相關(guān)聯(lián)的 電源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述電源是電池。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，電源是能量清道夫裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，電源從火車車廂的車輪的旋 轉(zhuǎn)得到能量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，能量清道夫裝置是將火車車廂的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成電力的振動(dòng)響應(yīng)裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，能量清道夫裝置被集成地安裝在襯墊上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，通信電路包含遵從 IEEE802.15.4的低功率無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的低功率、無(wú)線接收器/傳送器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括用于對(duì)第二通信電路供電的太陽(yáng)能供電能源。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，襯墊具有在其上面支撐的第 二感測(cè)裝置，所述第二感測(cè)裝置是振動(dòng)感測(cè)裝置并位于襯墊上以感測(cè) 軸承振動(dòng)，所述第一通信電路從所述第二傳感器接收代表振動(dòng)的信號(hào) 并識(shí)別指示潛在的失效的振動(dòng)水平并將指示潛在的失效的振動(dòng)水平的 所述信號(hào)傳達(dá)給所述遠(yuǎn)程位置。
22. —種用于監(jiān)視包含操作的火車頭的火車的火車車廂的性能的 監(jiān)視系統(tǒng)，其中，各個(gè)火車車廂包含車廂體和帶有具有軸箱開(kāi)口的側(cè) 架的支撐輪架、包含軸和由軸箱開(kāi)口保持的分開(kāi)的車輪的車輪組，這 些軸在用于使在軸承和軸箱鉗口之間傳達(dá)的負(fù)載衰減的每一個(gè)開(kāi)口內(nèi) 承載在所述開(kāi)口中保持的車輪軸承和彈性襯墊，襯墊通過(guò)用于感測(cè)選 自包含振動(dòng)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)垂直負(fù)栽、剪切力和溫度的組的操作參數(shù)的 感測(cè)裝置被測(cè)量，各個(gè)襯墊具有相關(guān)的微處理器，各個(gè)微處理器被編 程為周期性地活動(dòng)的狀態(tài)以掃描用于指示潛在的失效的感測(cè)的數(shù)據(jù)， 各個(gè)襯墊還具有傳送器，所述系統(tǒng)還包含安裝在火車車廂體上的數(shù)據(jù)收集單元，包含用于接收所述潛在失效信號(hào)并將代表潛在的失效的所 述指示的所述信號(hào)傳送給遠(yuǎn)程位置的裝置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的監(jiān)視系統(tǒng)，還包括位于火車頭內(nèi)的用于將 所述信號(hào)傳達(dá)給位于火車頭內(nèi)的乘務(wù)員的接收器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，對(duì)于火車頭接收器的信 號(hào)的傳送是無(wú)線傳送。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，各個(gè)數(shù)據(jù)收集單元向火車頭內(nèi)的接收器廣播用于識(shí)別從中廣播代表失效的信號(hào)的車廂的信 號(hào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，在沒(méi)有指示潛在的失效 的信號(hào)的情況下，用于接收和向遠(yuǎn)程位置傳送信號(hào)的裝置是不活動(dòng)的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22的監(jiān)視系統(tǒng)，其中，用于襯墊上的微處理器 的電源包含開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)可操作為一掃描到襯墊上的傳感器就接通 電源。
28. —種監(jiān)視具有由車輪支撐的主體的有輪的互連移動(dòng)單元的性 能的方法，其中，所述移動(dòng)單元中的一個(gè)是可控制的原動(dòng)機(jī)，所述單 元的剩余部分與所述單元的所述一個(gè)互連，所述方法包括在車輪和有輪的移動(dòng)單元的主體之間提供連接的柔性的彈性襯墊，所述襯墊具有用于測(cè)量選自包含溫度、位移、速度、加速度、應(yīng) 力、應(yīng)變壓力、力和它們的組合的組的參數(shù)的嵌入的傳感器；和通過(guò)所述傳感器產(chǎn)生代表所述參數(shù)的信號(hào)，單獨(dú)地處理和評(píng)價(jià)對(duì) 于各個(gè)參數(shù)接收的信號(hào)，并識(shí)別從被視為足以導(dǎo)致報(bào)警的所述信號(hào)得到的性能行為，并向原動(dòng)機(jī)傳達(dá)僅識(shí)別足以導(dǎo)致報(bào)警的性能行為的消 息。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括在傳達(dá)給原動(dòng)機(jī)的消息中包 含對(duì)于從中出現(xiàn)識(shí)別被視為足以導(dǎo)致報(bào)警的行為的信號(hào)的移動(dòng)單元唯 一的識(shí)別代碼的步驟。
30. —種監(jiān)視負(fù)載承載結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟 在負(fù)栽承栽結(jié)構(gòu)中的相對(duì)剛性的元件之間設(shè)置多個(gè)彈性的可壓縮的襯墊，該負(fù)載承載結(jié)構(gòu)向襯墊提供用于感測(cè)選自包含溫度、位移、 速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變壓力、力和它們的組合的組的參數(shù)的嵌入 的傳感器、用于處理從所述傳感器接收的數(shù)據(jù)的微處理器和低功率傳 送器/接收器和周期性地被激活為對(duì)所述微處理器供電的能量清掃 (scavenge)和能量存儲(chǔ)裝置；用各個(gè)襯墊唯一的識(shí)別地址對(duì)襯墊進(jìn)行編程，所述地址包含將襯 墊應(yīng)用與使用相同的廣播頻率的其它應(yīng)用區(qū)分開(kāi)的號(hào)碼； 將數(shù)據(jù)控制單元放在接近襯墊的結(jié)構(gòu)上，所述單元具有接收器和傳送能力和具有存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)處理單元；用各個(gè)襯墊的唯一地址對(duì)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行編程； 對(duì)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行編程以便以定時(shí)的次序激活用于襯墊的電向接觸的襯墊傳達(dá)襯墊要執(zhí)行的任務(wù)和用于返回報(bào)告的時(shí)間； 處理從襯墊接收的數(shù)據(jù)信號(hào)；將信息與從自襯墊接收的數(shù)據(jù)提取出的其它參考合并以確定是否 存在報(bào)警條件；和從與數(shù)據(jù)控制單元通信的其它襯墊得到信息，并將任何這種^L警 條件傳達(dá)給遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)控制單元的位置。
全文摘要
火車車廂監(jiān)視利用在軸承適配器上的輪架軸箱鉗口內(nèi)支撐的測(cè)量柔性襯墊。襯墊包含用于監(jiān)視溫度壓力、移動(dòng)負(fù)載和輪架擺動(dòng)等的傳感器，并具有用于處理從傳感器接收的信息并用于處理和向遠(yuǎn)程源報(bào)告性能變量的偏離的電路。系統(tǒng)循環(huán)地激活輪詢車廂上的各個(gè)襯墊并向遠(yuǎn)程源傳達(dá)臨界偏離和車廂身份的信號(hào)。
文檔編號(hào)B61L3/00GK101346268SQ200680048988
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者M·J·麥卡恩, W·勒費(fèi)布爾 申請(qǐng)人:Asf-基斯通公司