ASC IMU 可实现货运列车的高效切换

ASC Sensors - Smart in Motion 在火车行驶中实现轨道区段监测

德国铁路股份公司利用ASC传感器识别早期轨道损伤

铁路轨道网络必须定期得到状态检查作为DB数字化4.0战略的一部分，德国铁路股份公司（DB）多年来坚持使用常规列车监测基础设施。位于德国普法芬霍芬的ASC GmbH生产高精度传感器，因其毫米级的精度而用于扫描道床。德国铁路股份公司使用三至四列火车进行“轨道状态持续监测”，其中包括第二代城际特快列车（ICE）和城际列车（IC）。该监测方式的设计思路在于，既然长距离火车日复一日地行驶于轨道网络上，那么就可以同时借此采集数据。负责铁路基础设施的德铁网络股份公司（DB Netz AG）委托集团成员公司DB Systemtechnik GmbH实施该项目。轨道的高低不平顺性是主要记录的数据，约占全部轨道几何缺陷的75%。德国铁路股份公司利用测量性行驶，以发生明显损伤之前的状态为基准，识别当前轨道的几何状态所产生的偏离。在常规检查中，他们增加了发车间隔更长的列车测量轨道。高速铁路轨道区段通常三至四个月接受一次检查，而本地铁路区段一年接受一次检查。

可获取数小时内的测量数据

工程学博士克劳斯·乌尔里希·沃尔特是DB Systemtechnik GmbH慕尼黑分部中研究“轨道区段持续监测”的专家，自立项起为该测量系统的建立贡献良多。他说：“我们的目标是用为数不多的车辆监测大规模的铁路网络。”该系统的核心元件是位于转向架和车厢内饰的传感器。同时还配有数据记录系统、定位系统和数据传输系统。定位系统持续保存火车的当前方位，因此测量数值可以和相应的轨道区段测量点一一对应。而数据传输单元则将所有数据实时发送至DB Systemtechnik的慕尼黑弗莱曼区分部。DB Systemtechnik每周评估这些数据，供铁路系统负责人查看各自管辖范围内的轨道数据。大部分数据评估自动生成，报告中甚至包括截止发送时仅数小时前的数据。

监测数千公里的轨道网络

目前，每周约有2,500km长的铁路接受状态监测。携带传感器长距离行驶的火车不仅来往于不来梅/汉堡至慕尼黑之间忙碌的南北线，也在柏林至科隆、哈雷/莱比锡至不来梅之间的区段行驶。沃尔特博士报告称：“虽然平均每周有四次配备测量技术的火车行驶于轨道区段。但部分轨道区段每两周才接受一次配备测量技术的火车行驶，而另一些轨道区段一天就会接受两次测量性行驶。”通过这种方式获取的数据质量很大程度上取决于所用的传感器。因此，DB Systemtechnik选择上巴伐利亚行政区普法芬霍芬的ASC GmbH为其供应加速度传感器。“我们明登的同事使用这些传感器已有一段时间，对此非常满意，”监测专家沃尔特用事实告诉我们，“各项技术规格都能满足项目需求，我们得到了有力的支持。”

工程学博士克劳斯·乌尔里希·沃尔特为轨道状态持续监测系统贡献良多。图源：DB Systemtechnik，马丁·洛伊布

传感器必须能够承受高强冲击

除了ASC OS-115LN 050和ASC OS-115LN 002单轴加速度传感器，ASC P401A15压电式加速度传感器也被安装于长距离行驶火车。后者为高频IEPE（Integrated Electronics Piezo Electric，即压电集成电路）传感器，具有极高的耐用性、抗冲击性和密封性。IEPE传感器具备 0.5Hz 至 15kHz较宽的频率范围，可实现 ±50、±100及 ±500 g 的量程。高达5,000Gpk的冲击极限可承载高强冲击，成为铁路交通应用的主要优势。ASC P401A15的另一亮点为其－55至+150℃较大的工作温度范围，因为火车测量点的温度可在－30至+70℃之间变化。

位于轮对轴承及车厢内饰的ASC传感器测量垂直加速度。以监测轨道上层结构的高低不平顺。

测量预防轨道交通封闭和延迟

ASC传感器既测量轮对轴承的垂直加速度，也测量车厢内饰件的加速度。它们主要监测由铁轨、轨枕和道砟构成的上层结构的高低不平顺。高低不平顺的测量非常重要，因为它变化最快，偏离程度对车辆行驶质量的影响最大。如果轨道几何质量存在缺陷，则必须采取养护措施，或立即实施区段限速。最终将导致铁路交通的延迟和大范围的不便。德国铁路股份公司使用的ASC OS-115LN 002和OS-115LN 050加速度传感器的量程分别为2g和50g。该产品具有出色的信噪比，依量程不同在7至400 µg/√Hz之间。ASC传感器具备高灵敏度和抗冲击性，对于德国铁路股份公司的轨道状态持续监测尤为重要。火车上传感器安装盒的空间有限，因此ASC测量系统的微小体积具有重要意义。

ASC为客户量身定制传感器

除了电容式和压电式加速度传感器，DB Systemtechnik还在使用ASC 271陀螺仪。该产品使用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统）技术，尤其适于安装在转向架上测量轨道几何缺陷。该传感器的一大亮点是零偏不稳定性出色，可达9°/hr。同时，它的噪声密度低至0.02 °/s/√Hz，角度随机游走低至0.2°/√Hz。

安装于转向架的ASC 271陀螺仪监测轨道区段状态。赢得沃尔特博士认可的，不仅是ASC传感器的高精度和高耐用性，还有其高度的灵活性：“传感器非常贴合我们的需求，所以现在电缆就长期连接在测量单元上。”ASC传感器专家的特点是充分以客户为导向，他们制造的大部分产品都是为客户的个性化需求量身定制的。ASC产品在德国总部生产，所以应用的质量标准非常高。

装配有ASC传感器的DB Systemtechnik传感器盒。图源：DB Systemtechnik

巨大成功：实现状态监测

自从引入轨道状态持续监测后，移动式测量技术已经工作超过了6,000,000千米。通过获取数据实现测量，铁轨、轨枕及道砟构成的上层结构得到了大幅度的质量提高。同时，区段限速和轨道交通封闭也平均减少了95%。铁路系统负责人对测量数据兴趣极高，这进一步证明了监测成功。日益增多的铁路区段将会按照他们的要求，分批接受监测。目前，轨道状态持续监测仍然限于长距离区段。但沃尔特博士已经开始考虑拓展监测范围。“对于本地火车大规模的铁路网络，该技术绝对是一大热点。”ASC中国办公室南京威尔谱科技有限公司电话：13951921337 / 025-85516526邮箱：jason.ji@wijp.cn网址: www.asc-sensors.com

ASC Sensors

智动而生扫码关注 了解更多ASC Sensors - Smart in Motion研究项目 SAMIRA 的目的是开发一种驾驶员辅助系统，以简化货运列车换乘的耗时过程。高精度 ASC IMU 7 在该项目中发挥着核心作用：它将列车的准确位置持续传输到机车切换台。长期目标是实现完全自主的切换操作。

高精度 ASC IMU 7 发挥着核心作用长货运列车的调换是由两人操作进行的。这是因为，由于步行距离较长，单人操作非常耗时；远程控制不能确保必要的安全。问题是：人员短缺，再加上货运列车比卡车慢的竞争劣势，雪上加霜。这就是为什么欧盟资助的 SAMIRA 项目正在研究一种驾驶员辅助系统，以提高货运效率。它由位于列车尾部的电子摄像头和传感器组成。它们可以让机车调车司机从驾驶室看到列车末端，不再需要长途跋涉，可以单独进行列车调车。ASC IMU 7 确保机车驾驶员始终了解列车的准确位置。该装置专为车辆高精度导航而开发，通过六个自由度持续监控车辆的位置。亚琛应用科学大学、ARIC GmbH 和 RheinCargo 预计该辅助系统将在 2022 年投入市场。2021 年 3 月 29 日，发布于www.asc-sensors.de