СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2023 года по МПК B61L3/00 B61L27/57 

Настоящее изобретение относится к системе текущего контроля для железнодорожных поездов.

Из патента РФ №2457131 на изобретение известна система мониторинга работы железнодорожного вагона, содержащего корпус вагона и множество тележек, каждая из которых несет один или более комплектов колес, и установленных на железнодорожном вагоне, содержащая один или более чувствительных блоков, каждый из которых содержит несущую подушку, размещенную между комплектом колес и соответствующей тележкой, один или более датчиков, размещенных на указанной подушке и предназначенных для измерения параметров, существенных для функционирования железнодорожного вагона, вычислительный элемент, размещенный на указанных подушках, запрограммированный для управления частотой дискретизации и периодичностью дискретизации считываний из одного или более датчиков и для выполнения анализа собранных данных указанных считываний, и блок связи, размещенный на указанных подушках и предназначенный для передачи данных, выбранных в результате анализа, блок управления данными, размещенный на железнодорожном вагоне и предназначенный для приема данных, переданных с одной или более подушек, анализа указанных данных и для выборочной передачи этих данных приемнику, размещенному в месте, дистанционно удаленном от железнодорожного вагона.

Из патента РФ №2470814 на изобретение известен способ оптимизации работы поезда, при котором: определяют параметр железнодорожного вагона для, по меньшей мере, одного вагона, подлежащего включению в поезд, и создают план поездки поезда на основании параметра вагона в соответствии с, по меньшей мере, одним эксплуатационным критерием для поезда, при этом способ дополнительно включает определение положения вагона в поезде на основании, по меньшей мере, одного параметра вагона.

Из патента № CN107554556 известна Железнодорожная мобильная блок-система для большегрузных перевозок, основанная на беспроводной связи, характеризуется наличием:

коммуникационное оборудование, оборудование для позиционирования, установленное на транспортном средстве контрольное оборудование, беспроводной блок-центр и система автоматического вождения, при этом,

установленное на транспортном средстве управляющее оборудование размещается в поезде и используется для приема информации о местоположении поезда от оборудования определения местоположения, а оборудование определения местоположения содержит спутниковое оборудование определения местоположения;

коммуникационное оборудование связано с установленной на вагоне аппаратурой управления и используется для передачи информации о местоположении поезда; а также

центр радиоблока расположен на земле и используется для получения информации о местоположении поезда и отправки разрешения на движение в соответствии с информацией о местоположении поезда, а также для получения разрешения на движение используется оборудование связи;

система автоматического вождения используется для:

оценка того, заторможен ли поезд;

когда поезд не тормозится, оценивают, превышает ли градиентное эквивалентное ускорение максимальное замедление при электрическом торможении;

когда градиентное эквивалентное ускорение превышает максимальное замедление электрического тормоза, определяют, находится ли скорость поезда в рекомендуемом декомпрессионном интервале, при этом нижнее предельное значение рекомендуемого декомпрессионного интервала рассчитывается по следующей формуле: JY=max [(V₁-a₂×t₁),(V₂+a₂×t₂)], где JY - нижнее предельное значение рекомендуемого декомпрессионного интервала, V₁ - наименьший предел скорости тела поезда, V₂ - текущая скорость поезда, a₂ - разница между ускорением, эквивалентным градиенту, и максимальным замедлением поезда (электротормоз на кузове вагона), t₁ - время задержки срабатывания, t, для сброса давления в тормозах полного поезда, t₂ - время остаточной зарядки воздухом после сброса последнего торможения полного поезда;

и когда скорость поезда не соответствует рекомендуемому интервалу декомпрессии, выполнение электрического торможения, чтобы гарантировать снижение скорости поезда до рекомендуемого интервала декомпрессии.

Из патента № US9365223 известна Система контроля вагона, содержащая:

множество сенсорных устройств, расположенных на вагоне, для контроля параметров или состояния вагона, причем каждое из указанных сенсорных устройств отделено друг от друга и включает в себя датчик для контроля одного из указанных параметров или состояний вагона;

указанное множество сенсорных устройств, включая по меньшей мере одно сенсорное устройство температуры, имеющее:

кожух;

датчик температуры, имеющий тепловую связь с элементом вагона, температура которого контролируется, причем этот элемент находится вне указанного корпуса;

электрическая схема связи с указанным датчиком температуры для получения информации, что касается измеряемой температуры, указанная электрическая схема расположена внутри указанного корпуса;

источник питания, электрически соединенный с указанной электрической схемой для подачи на нее питания, при этом указанный источник питания расположен внутри указанного корпуса;

устройство связи, способное передавать информацию относительно температуры, измеренной посредством беспроводной связи, указанное устройство связи расположено в указанном корпусе; а также

блок управления связью, установленный на железнодорожном вагоне, обеспечивающий двустороннюю беспроводную связь с каждым из указанного множества сенсорных устройств для приема информации оттуда указанный блок управления связью, имеющий устройство беспроводной связи для широковещательной передачи Информации об отслеживаемом параметре или состоянии.

Из патента РФ № 2745168 на изобретение известно  устройство мониторинга и диагностики грузового вагона, содержащее корпус, передняя часть которого полностью или частично выполнена из радиопрозрачного материала, при этом задняя часть корпуса является его основанием, в котором выполнены отверстия для его фиксации с внешней стороны буксового узла грузового вагона, внутри корпуса размещены блок GPS/ГЛОНАСС позиционирования для отслеживания местоположения грузового вагона, блок связи для передачи данных местоположения и состояния грузового вагона на удаленный сервер, блок датчиков, содержащий датчик оборотов колеса, блок внешнего интерфейса для подключения внешних дополнительных датчиков или систем, блок процессора, осуществляющий взаимодействие между блоками, и узел автономного электропитания для снабжения электрической энергией всех блоков устройства, при этом блок внешнего интерфейса выполнен в виде проводного или беспроводного цифрового интерфейса, выполненного с возможностью передачи электрической энергии от узла автономного электропитания, датчик оборотов колеса основан на эффекте Холла, блок процессора программным модулем инерциальной навигации дополнительно осуществляет обработку данных о местоположении грузового вагона по данным датчика ускорений, гироскопа и магнитометра, входящих в состав блока датчиков, с учетом триангуляции расстояния до ближайших станций мобильной сотовой связи от блока связи, при этом блок памяти обеспечивает постоянство записи данных о местоположении и состоянии грузового вагона, записывая новые данные поверх самых ранних, тем самым образуя кольцевой буфер. Узел автономного электропитания содержит электрический генератор, блок управления питанием, блок стабилизации мощности и аккумуляторную батарею. Блок управления питанием снабжен модулем управления уровнем заряда аккумуляторной батареи и контроля состояния аккумуляторной батареи. Блок процессора осуществляет периодический контроль фактического диаметра колеса, замеряя пройденное грузовым вагоном расстояние по данным блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и модуля инерциальной навигации блока процессора и деля его на количество оборотов колеса, полученное с датчика числа оборотов, и при соответствующем изменении делает запись в блок памяти. Данные о местоположении и состоянии грузового вагона фиксируются через равные расстояния или при превышении заданных критических значений, записываются в блок энергонезависимой памяти и передаются на удаленный сервер при наличии канала связи через блок связи. Антенны блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и блока связи установлены таким образом, чтобы диаграммы направленности каждой антенны своими максимальными лепестками были направлены между вертикальной и горизонтальной осями.

Из патента РФ № 2681275 на изобретение известна система дистанционного мониторинга железнодорожного транспортного средства, включающая мобильную и стационарную части, снабженные соответствующим программным обеспечением и связанные каналами внутренней и внешней связи, мобильная часть системы размещена на железнодорожном транспортном средстве, содержащем кузов, установленный на ходовые тележки, включающие надрессорные балки, боковые рамы, мобильная аппаратная часть системы, размещенная на железнодорожном подвижном составе, оснащена функциональными измерительными блоками, в состав которых входят измерительные датчики-преобразователи, связанные с микроконтроллером, который, в свою очередь, соединен с часами для синхронизации своей работы с другими элементами системы, с источником питания, с датчиком положения в пространстве, с датчиком внутренней температуры, с блоком связи для связи с центральным бортовым вычислительным блоком, который предназначен для сбора и обработки данных со всех функциональных измерительных блоков, формирования информационный посылки и ее отправки по каналам внешней связи на стационарную часть системы в виде центрального сервера и через него - на рабочие станции пользователей системы; центральным бортовым вычислительным блоком, который содержит микроконтроллер (ЦПУ), связанный с часами, источником питания, с датчиком внутренней температуры, с блоками связи для связи по каналам внешней связи на стационарную часть системы в виде центрального сервера, с блоком связи для связи с функциональными измерительными блоками по каналами внутренней связи, для определения координат железнодорожного транспортного средства центральный бортовой вычислительный блок обеспечен модулем глобальной навигационной спутниковой системы, отличающаяся тем, что для увеличения надежности и защищенности системы от внешних воздействий и внутренних сбоев в систему введены дополнительные контролирующие и резервирующие элементы, предназначенные для контроля работоспособности как отдельных частей системы, так и всей системы в целом, которые выполнены в виде дополнительных контрольных датчиков и энергонезависимых блоков памяти, дополнительные контрольные датчики содержат микроконтроллер, часы, источник питания, блок связи внутреннего канала связи, датчик внутренней температуры, датчик положения в пространстве; аналогичными датчиками положения в пространстве также дополнительно оснащены функциональные измерительные блоки, центральный бортовой вычислительный блок, резервирующие элементы выполнены в виде энергонезависимых блоков памяти, введенных в состав функциональных измерительных блоков, в состав центрального бортового вычислительного блока и в состав дополнительных контрольных датчиков.

Недостатком всех известных систем мониторинга является недостаточная достоверность контроля состояния железнодорожного вагона, неполнота информации, получаемой в процессе мониторинга.

Изобретение по патенту №2681275 выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением – обеспечение полноты и достоверности сбора информации о состоянии железнодорожного транспортного средства, обеспечивающего повышение качества и эффективности мониторинга.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение качества и эффективности мониторинга за счет повышения полноты и достоверности информации о состоянии поезда.

Технический результат достигается за счет того, что в системе мониторинга железнодорожного транспортного средства, включающей бортовую и стационарную части, снабженные соответствующим программным обеспечением и связанные каналами внутренней и внешней связи, бортовая часть системы размещена на железнодорожном транспортном средстве, содержащем кузов, установленный на ходовые тележки, включающие надрессорные балки, боковые рамы, бортовая аппаратная часть системы, размещенная на железнодорожном подвижном составе, оснащена измерительными датчиками-преобразователями, связанными с бортовым микропроцессором, бортовым модулем навигационной спутниковой связи для определения координат железнодорожного транспортного средства, микропроцессор предназначен для сбора и обработки данных со всех функциональных измерительных блоков, формирования информационной посылки и ее отправки по каналам внешней связи через внешние стационарные приемники сигналов на стационарную часть системы в виде центрального процессора, согласно изобретению система содержит бортовой GSM-модем, внешние стационарные приемники сигналов представляют собой приемники сотовой связи стандарта GSM, измерительные датчики-преобразователи, оценка сигналов с которых осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходных сигналов с указанных датчиков-преобразователей, система снабжена модулем хранения информации, полученной от измерительных датчиков-преобразователей и от бортового модуля навигационной спутниковой системы, при этом модуль хранения информации выполнен с возможностью обеспечения сохранения поступающей информации, в том числе в период отсутствия связи между бортовым модулем навигационной спутниковой связи с внешним стационарным приемником сигналов до момента ее возобновления с синхронизацией сигналов с датчиков-преобразователей и сигналов от бортового модуля навигационной спутниковой связи, а также с возможностью передачи информации через GSM-модем на внешний стационарный приемник сигналов при наличии указанной связи, система содержит автономный источник электропитания для GSM-модема, микропроцессора, бортового модуля навигационной спутниковой связи, модуля хранения информации.

Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик оборотов оси.

Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик недопустимых ударных нагрузок, установленный на ходовой тележке.

Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик контроля технического состояния колесной пары, установленный на ходовой тележке.

Источник электропитания выполнен в виде электрогенератора, ротор которого приводится во вращение от оси колесной пары.

Осуществление изобретения.

Заявляемая система мониторинга железнодорожного транспортного средства включает бортовую (размещенная на транспортном средстве) и стационарную (размещенную вне транспортного средства) части, снабженные соответствующим программным обеспечением и связанные каналами внутренней и внешней связи; бортовая часть системы размещена на железнодорожном транспортном средстве, содержащем кузов, установленный на ходовые тележки, включающие надрессорные балки, боковые рамы; бортовая аппаратная часть системы, размещенная на железнодорожном подвижном составе, оснащена измерительными датчиками-преобразователями, связанными с бортовым микропроцессором, бортовым модулем навигационной спутниковой связи для определения координат железнодорожного транспортного средства, например GPS или GLONASS модули; микропроцессор предназначен для сбора и обработки данных со всех датчиков-преобразователей, формирования информационной посылки, в виде информационного сигнала, и ее отправки по каналам внешней связи через внешние стационарные приемники сигналов на стационарную часть системы в виде центрального процессора (центрального сервера). Система содержит бортовой GSM-модем, внешние стационарные приемники сигналов представляют собой приемники сотовой связи стандарта GSM, т.е. по сути представляют собой вышки сотовой связи. Измерительные датчики-преобразователи, оценка сигналов с которых осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходных сигналов с указанных датчиков-преобразователей. Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик оборотов оси, поскольку скорость вагона зависит от характеристики местности (наклон, подъем, изгиб). Поэтому анализировать состояние вагона необходимо с учетом именно особенностей местности, позволяющей наиболее адекватным образом учитывать показания датчика оборотов оси. Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик недопустимых ударных нагрузок, установленный на ходовой тележке, поскольку ударные нагрузки на вагон также могут быть обусловлены характером местности, по которой движется вагон (наклон, подъем, изгиб). Измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик контроля технического состояния колесной пары, установленный на ходовой тележке, поскольку техническое состояние пары также необходимо учитывать с учетом нагрузок, воздействующих на колесную пару и обусловленных особенностью местности.

Система снабжена модулем хранения информации, полученной от измерительных датчиков-преобразователей и от бортового модуля навигационной спутниковой системы. Модуль хранения информации может представлять собой функциональный модель микропроцессора. Модуль хранения информации выполнен с возможностью обеспечения сохранения поступающей информации, в том числе в период отсутствия связи между бортовым модулем навигационной спутниковой связи с внешним стационарным приемником сигналов до момента ее возобновления с синхронизацией сигналов с датчиков-преобразователей и сигналов от бортового модуля навигационной спутниковой связи, а также с возможностью передачи информации через GSM-модем на внешний стационарный приемник сигналов при наличии указанной связи, система содержит источник электропитания для GSM-модема, микропроцессора, бортового модуля навигационной спутниковой связи, модуля хранения информации.

Источник электропитания выполнен в виде электрогенератора, ротор которого приводится во вращение от оси колесной пары, например, в виде генератора, известного из патента РФ №2745168, или из патента РФ №2778174. Генератор перерабатывает механическую энергию вращения колёсных пар в электрическую энергию, благодаря чему обеспечивается питание модулей и высокая автономность системы. Наличие автономного источника электропитания с генератором обеспечивает надежность работы системы. Установка генератора на оси вагона исключает необходимость в использовании дополнительных источников питания для генератора, что существенно упрощает конструкцию системы и обеспечивает бесперебойное питание всех энергопотребляющих элементов системы.

Передача сигналов от измерительных датчиков-преобразователей по каналам сотовой связи на внешние стационарные приемники сигналов сотовой связи возможна только в моменты, когда такая связь обеспечена. При прохождении участков путей в зонах, в которых отсутствует связь с внешними стационарными приемниками сотовой связи, передача информации, поступающей от датчиков-преобразователей и от модуля навигационной спутниковой связи прекращается. В такие моменты времени мониторинг состояния вагона невозможен, информация о состоянии вагона теряется.

В связи с этим, заявляемая система снабжена модулем хранения информации, полученной от измерительных датчиков-преобразователей и от модуля навигационной спутниковой системы. Для этого модуль хранения информации может быть соединен или непосредственно с датчиками-преобразователями, или с микропроцессором, осуществляющим обработку сигналов с датчиков-преобразователей, или одновременно с датчиками и микропроцессором.

Информация, получаемая от измерительных датчиков или микропроцессора характеризует состояние вагона. При наличии связи между внешним стационарным приемником сотовой связи и бортовым GSM-модемом модуль хранения информации может также хранить информацию, но такая функция модуля хранения информации является факультативной, страховочной, поскольку при наличии указанной связи информация сразу передается на центральный процессор (сервер), где обеспечивается прием, обработка и хранение информации.

При прохождении местности, на которой отсутствует связь между бортовым GSM-модемом и внешним стационарным приемником сотовой связи, сигнал с бортового модуля GSM-модема на модуль хранения информации прекращается, что является командой для модуля хранения информации на обеспечение хранения информации с датчиков-преобразователей и/или микропроцессора до момента возобновления связи между бортовым GSM-модемом и внешним стационарным приемником сотовой связи. В этот период времени хранение информации, поступающей в модуль хранения информации должно обеспечиваться с синхронизацией сигналов с датчиков-преобразователей и сигналов от бортового модуля навигационной спутниковой связи с тем, чтобы обеспечить возможность мониторинга состояния вагона по сигналам с датчиков-преобразователей в соответствии с параметрами местности, на которой имело место то или иное изменение сигналов с датчиков.

В момент появления связи между бортовым GSM-модемом и внешним стационарным приемником сотовой связи модуль хранения информации обеспечивает передачу сохраненной информации через бортовой GSM-модем на внешний стационарный приемник сотовой связи.

Таким образом обеспечивается абсолютная полнота информации, характеризующей синхронно как местность, по которой проходит вагон, так и сигналов, получаемых от датчиков-преобразователей. При этом система исключает возможность потери информации в моменты отсутствия связи между бортовым GSM-модемом и внешним стационарным приемником сотовой связи.

Существующие системы мониторинга (в том числе осуществляемые с помощью операторов мобильной связи) обеспечивают возможность сбора информации о состоянии вагона и местности, по которой проходит вагон, только в периоды наличия связи между бортовым модулем сотовой связи и внешним стационарным приемником сотовой связи.

Возможность оценки показаний датчиков-преобразователей с учетом характеристики местности, по которой проходит вагон, без утери информации на участках местности, на которых отсутствует связь с внешними приемниками сотовой связи, обеспечивает во-первых полноту получаемой от датчиков-преобразователей информации, а во-вторых, обеспечивает абсолютную достоверность оценки, обработки такой информации, поскольку во все периоды времени, на каждом участке местности, по которой проходит вагон, сигналы с датчиков-преобразователей не только не терялись, но и оценивались именно с учетом местности.

Система позволяет не только обеспечивать мониторинг состояния вагона в режиме онлайн, но и позволяет на основании полученных сведений моделировать поведение вагона (в частности, скорость вагона) при прохождении различных участков путей, что повышает безопасность движения вагона.

Управление функционированием модуля хранения информации организовано программными средствами.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижения технического результата, заключающегося в повышении качества и эффективности мониторинга за счет повышения полноты и достоверности информации о состоянии поезда.

Изобретение относится к средствам мониторинга состояния железнодорожных транспортных средств. Система включает бортовую и стационарную части, бортовая часть оснащена измерительными датчиками-преобразователями, связанными с бортовым микропроцессором, бортовым модулем навигационной спутниковой связи для определения координат железнодорожного транспортного средства, микропроцессор предназначен для сбора и обработки данных со всех функциональных измерительных блоков, формирования информационной посылки и ее отправки по каналам внешней связи через внешние стационарные приемники сигналов на стационарную часть системы в виде центрального процессора. При этом система содержит бортовой GSM-модем, внешние стационарные приемники сигналов представляют собой приемники GSM, измерительные датчики-преобразователи, оценка сигналов с которых осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходных сигналов с указанных датчиков-преобразователей, система снабжена модулем хранения информации, полученной от измерительных датчиков-преобразователей и от бортового модуля навигационной спутниковой системы, при этом модуль хранения информации выполнен с возможностью обеспечения сохранения поступающей информации, в том числе в период отсутствия связи между бортовым модулем навигационной спутниковой связи с внешним стационарным приемником сигналов до момента ее возобновления с синхронизацией сигналов с датчиков-преобразователей и сигналов от бортового модуля навигационной спутниковой связи, а также с возможностью передачи информации через GSM-модем на внешний стационарный приемник сигналов при наличии указанной связи, система содержит автономный источник электропитания для GSM-модема, микропроцессора, бортового модуля навигационной спутниковой связи, модуля хранения информации. Достигается повышение качества мониторинга за счет повышения полноты и достоверности информации о состоянии поезда. 4 з.п. ф-лы.

1. Система мониторинга железнодорожного транспортного средства, включающая бортовую и стационарную части, снабженные соответствующим программным обеспечением и связанные каналами внутренней и внешней связи, бортовая часть системы размещена на железнодорожном транспортном средстве, содержащем кузов, установленный на ходовые тележки, включающие надрессорные балки, боковые рамы, бортовая аппаратная часть системы, размещенная на железнодорожном подвижном составе, оснащена измерительными датчиками-преобразователями, связанными с бортовым микропроцессором, бортовым модулем навигационной спутниковой связи для определения координат железнодорожного транспортного средства, микропроцессор предназначен для сбора и обработки данных со всех функциональных измерительных блоков, формирования информационной посылки и ее отправки по каналам внешней связи через внешние стационарные приемники сигналов на стационарную часть системы в виде центрального процессора, отличающаяся тем, что система содержит бортовой GSM-модем, внешние стационарные приемники сигналов представляют собой приемники сотовой связи стандарта GSM, измерительные датчики-преобразователи, оценка сигналов с которых осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходных сигналов с указанных датчиков-преобразователей, система снабжена модулем хранения информации, полученной от измерительных датчиков-преобразователей и от бортового модуля навигационной спутниковой системы, при этом модуль хранения информации выполнен с возможностью обеспечения сохранения поступающей информации, в том числе в период отсутствия связи между бортовым модулем навигационной спутниковой связи с внешним стационарным приемником сигналов до момента ее возобновления с синхронизацией сигналов с датчиков-преобразователей и сигналов от бортового модуля навигационной спутниковой связи, а также с возможностью передачи информации через GSM-модем на внешний стационарный приемник сигналов при наличии указанной связи, система содержит автономный источник электропитания для GSM-модема, микропроцессора, бортового модуля навигационной спутниковой связи, модуля хранения информации.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик оборотов оси.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик недопустимых ударных нагрузок, установленный на ходовой тележке.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что измерительным датчиком-преобразователем, оценка сигналов с которого осуществляется с учетом координат местности, на которой произошло изменение выходного сигнала, является датчик контроля технического состояния колесной пары, установленный на ходовой тележке.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что автономный источник электропитания выполнен в виде электрогенератора, ротор которого приводится во вращение от оси колесной пары.