CN102363430A - 一种基于列车临时限速的轮滑处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于列车临时限速的轮滑处理方法。本发明的处理装置包括临时限速装置、速度传感器、机车安全信息综合监测装置和触发器，临时限速装置为轮滑处理方法的承载体，速度传感器、机车安全信息综合监测装置和触发器作为信息的采集源连接到临时限速装置上，为临时限速装置提供当前速度和位置信息。本发明的轮滑处理方法由临时限速装置每隔一段固定时间从速度传感器和机车安全信息综合监测装置接收速度和路程信息，判断是否发生车轮空转和滑动的异常现象；在正常、空转和滑动的情况下分别进行小补偿、负补偿和正补偿的方法，在检测到减速地点标后，采用过渡处理方法来实现补偿结束后路程值的平稳过渡。本发明保证临时限速装置在轮滑异常状态下正常准确工作，提高了列车行驶的安全和稳定。

Description

一种基于列车临时限速的轮滑处理装置及其处理方法

技术领域

本发明是一种基于列车临时限速的轮滑处理方法，特别是涉及一种可在列车临时限速系统中处理列车因轮滑所造成行驶参数误差的方法，属于基于列车临时限速的轮滑处理方法的改造技术。 

背景技术

列车的轮滑现象包含车轮的空转和滑动两种现象。因车轮和轨道一般都是由钢制造的，一般车轮与轨道之间的摩擦系数低，所以很难避免车轮轮滑现象，再加上各种霜冻、雪雨天气，更是会降低车轮与轨道之间的摩擦系数，另外，在列车下坡地段，轮滑现象更是常有发生。轮滑对列车会带来很大危害，目前国内的列车大多采用光电式的轮轴速度传感器来获取速度以及进行推算出行驶的路程，同时在行驶过程中，处于长时间滑动的轮径因为磨损而发生改变，对测量结果带来误差，并且其中发生的轮滑现象也会对列车所获得的速度和路程带来影响。 

对于应用于列车的临时限速系统，其列车信息直接从列车机车安全信息综合监测装置(简称TAX箱)得到，轮滑现象对临时限速系统的影响可以具体表现在以下几个方面： 

(1)轮滑现象能够对列车的测速和测距产生很大的影响，目前列车 所采用的转速计大多采用直接检测车轮(齿盘)的转动脉冲，车轮的空转和滑动必将影响测速测距的准确性，距离的变化将引起列车在减速区段中的误判，造成过急刹车，影响列车乘客的舒适度，或者超速进入危险区间，危及乘客的人身安全； 

(2)轮滑现象直接影响到临时限速装置正常运行。目前临时限速装置所得到的列车信息(速度和公里标)都直接由列车的TAX箱提供，车轮的空转和滑动的发生必将引起TAX箱所输送的速度和公里标的误差，造成临时限速装置误读或漏读电子标签的情况，干扰临时限速装置的正常工作； 

(3)轮滑现象将加大轨道巡线工况的工作复杂度。临时限速装置会因车轮的空转和滑动现象发生异常状况，在每次异常状况后进行轨道巡线，以保证电子标签的正常，减少各种可能存在的安全隐患，若车轮的空转和滑动由引发的异常情况不能排除，势必将增大轨道巡线的力度； 

(4)车轮的空转和滑动都发生于轨道摩擦系数过低的情况。空转发生在牵引工况中，它使得车轮转速迅速上升，如果任其扩展，往往可能在数秒或者略长的时间内超出构造速度，这样不仅使车辆牵引力下降，而且由于高速空转会使轮对踏面严重擦伤；而轮滑发生在制动工况中，它使得车轮与轨道急速摩擦，产生大量热能，从而磨损和损坏部分车轮，减少车轮使用寿命和降低行驶安全。 

目前的临时限速装置采用单接收列车信息模式，并没有一套完善的修正和处理公里标的方法，因此存在着对轮滑引起的异常状况适应 度差的问题。 

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种有效的防止轮滑所带来的影响，提高临时限速装置运行的可靠性的基于列车临时限速的轮滑处理方法。本发明不仅节省空间、成本低、使用安全、操作方便，使用寿命长。 

本发明的技术方案是：本发明的基于列车临时限速的轮滑处理装置，包括有临时限速装置、速度传感器、机车安全信息综合监测装置和触发器，临时限速装置为轮滑处理方法的承载体，速度传感器、机车安全信息综合监测装置和触发器作为信息的采集源连接到临时限速装置上，为临时限速装置提供当前速度和位置信息。 

上述临时限速装置为采用带有微处理器以实现列车临时限速的装置，安装于列车内部中的电子设备区间。 

上述速度传感器是加速度传感器、或雷达传感器，或GPS测量速度的传感器单元；上述触发器是采用无线射频感应相应的减速标和减速地点标的触发装置。 

本发明基于列车临时限速的轮滑处理装置的处理方法，包括有三个方法：状态判别方法、补偿方法程和过渡处理方法，先执行状态判别方法，然后根据状态判别方法所得到的不同现象来采取不同的补偿方法；每隔一定时间ΔT临时限速装置采集列车上机车安全信息综合监测装置的速度和公里信息以及速度传感器的速度信息，根据当前获得的信息执行状态判别方法，再根据不同的状态执行相应的补偿方法；列车离开标签区域后，便停止补偿方法，因补偿后的公里信息和 机车安全信息综合监测装置所送出的公里信息可能存在较大的差异，若直接采用机车安全信息综合监测装置所送出的公里信息会出现公里信息的一个跳变，因此，这里采用过渡处理方法使得补偿后的公里信息能缓慢地转变到机车安全信息综合监测装置的公里信息，最终完成一个完整的处理方法。 

上述当列车进入减速区域后，便会先后感应到减速标和减速地点标，这时会分别产生一个减速标触发信号和减速地点标触发信号，当临时限速装置检测到减速标触发信号后，便开始执行状态判别方法和补偿方法，不执行过渡处理方法；当检测到减速地点标触发信号后，只执行过渡处理方法。 

本发明基于列车临时限速的轮滑处理装置的处理方法，包括以下步骤： 

S 4.1获取速度传感器第n时刻的速度v_n和n-1时刻的速度v_n-1； 

S 4.2从第n-1时刻来预测第n时刻的路程： 

其中： 

为ΔT内列车的平均加速度，为 

S 4.3获取第n时刻从机车安全信息综合监测装置采集到的路程 

S 4.4获取第n-1、n-2时刻保存的路程值S_n-1、S_n-2，计算从n-2时刻到n-1时刻和从n-1时刻到n时刻路程函数的斜率： 

$k_{n-1}=\frac{S_{n-1}-S_{n-2}}{\mathrm{\ΔT}}$ 和 $k_n=\frac{S_n-S_{n-1}}{\mathrm{\ΔT}}$

S 4.5获取第n时刻从机车安全信息综合监测装置采集到得速度值 

计算α＝1+γ，β＝1-γ；其中 

S 4.6采用以下方法来判断是否发生空转或轮滑： 

若 

和k_n＞αk_n-1，则认为发生空转现象； 

若 和k_n＜βk_n-1，则认为发生滑动现象； 

若以上两个条件均不满足，则认为是正常现象。 

上述状态判别方法，空转现象的补偿方法包括以下步骤： 

(1)计算从第n-1时刻到第n时刻列车在空转中同时滑行的距离S_滑n＝v_n-1ΔT； 

(2)将当前时刻(假设为第n时刻)从机车安全信息综合监测装置得到路程值 修改为：S_n＝γS_滑n+(1-γ)S_n-1； 

(3)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、 判断检测到减速地点标触发信号，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后执行状态判别方法。 

上述状态判别方法，滑动现象的补偿方法包括以下步骤： 

(1)计算从第n-1时刻到第n时刻列车在空转中同时滑行的距离S_滑n＝v_n-1ΔT； 

(2)获取从第n-2时刻到第n-1时刻列车行驶的路程S_n-1； 

(3)将当前时刻(假设为第n时刻)从机车安全信息综合监测装置得到路程值 

修改为： 

(4)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、 判断检测到减速地点标触发信号，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后 执行状态判别方法。 

上述状态判别方法，正常现象的补偿方法包括以下步骤： 

(1)计算正常行驶状态下从第n-1时刻到第n时刻列车小滑行的距离 

(2)将当前时刻(假设为第n时刻)从机车安全信息综合监测装置得到路程值 修改为： 

(3)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、 

判断检测到减速地点标触发信号，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后执行状态判别方法。 

上述过渡处理方法，由以下步骤来组成： 

a、获取第n-1时刻的路程值S_n-1，机车安全信息综合监测装置在第n-1时刻和第n时刻的路程值 

和 

b、判断S_n-1和 

的绝对差值是否小于阈值，是则执行步骤，否则结束整个处理过程； 

c、将第n时刻的路程值改为 

d、保存第n-1时刻的路程值S_n和机车安全信息综合监测装置的路程值 

e、开启计时器计时，等待计时ΔT时间后执行步骤a。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点： 

(1)处理速度快。本发明补偿方法所依靠的参数仅为上一时刻和当前时刻的速度值和路程值，所计算出来的路程不需要繁琐的计算量，能快速修正当前时刻的路程值，达到依赖条件少、程序实现简单 的目的； 

(2)抗异常能力强。本发明充分考虑列车在不同状况下的运行情况，并进行对应的负补偿、正补偿以及小补偿，在补偿当中加入时间参数，达到了防止列车机车安全信息综合监测装置计算路程在空转下突变或在滑动下断标，更好的接近实际的路程值； 

(3)灵活性高。处理方法可以在未知异常状况下，支持各种不同连续出现的异常状况，正确判别出异常状况并对之补偿，具有很强的适应性。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的基于列车临时限速的轮滑处理方法。 

附图说明：

图1为本发明实施例补偿方法的硬件连接图； 

图2为本发明实施例临时限速区域布置图； 

图3为本发明实施例补偿方法的整体效果图； 

图4中的(a)图为在车轮正常的情况下TAX箱计算的路程图；

图4中的(b)图为在车轮正常的情况下实际行驶的路程图； 

图5中的(c)图为在车轮空转的情况下机车安全信息综合监测装置计算的路程图；

图5中的(d)图为在车轮空转的情况下实际行驶的路程的差异图； 

图6中的(e)图为车轮滑动的情况下机车安全信息综合监测装置计算的路程；

图6中的(f)图为车轮滑动的情况下实际行驶的路程的差异图； 

图7为本发明实施例状态判别方法流程图； 

图8为本发明实施例补偿方法流程图； 

图9为本发明实施例过渡处理流程图。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。 

本发明基于列车临时限速的轮滑处理装置本发明的基于列车临时限速的轮滑处理装置，包括有临时限速装置1、速度传感器2、机车安全信息综合监测装置3和触发器4，临时限速装置1为轮滑处理方法的承载体，速度传感器2、机车安全信息综合监测装置3和触发器4作为信息的采集源连接到临时限速装置1上，为临时限速装置1提供当前速度和位置信息。其中速度传感器2提供实际速度信息5，机车安全信息综合监测装置3提供当前公里信息和速度置信息6，触发器4提供减速标和减速地点标的触发信息7。补偿方法的硬件连接图如图1所示。上述临时限速装置1为采用带有微处理器以实现列车临时限速的装置，安装于列车14内部中的电子设备区间。上述机车安全信息综合监测装置3简称TAX箱。速度传感器2可以是加速度传感器、雷达传感器或者GPS等测量速度的传感器单元，用来检测列车当前的速度而不受车轮状况的影响；触发器4可以是采用无线射频感应相应的减速标8和减速地点标9的触发装置。 

上述临时限速装置1采用带有微处理器以实现列车临时限速的装置，装置安装于列车内部中的电子设备区间。 

本发明用于处理临时限速时列车轮滑的方法，主要在临时限速中修正列车因轮滑等异常现象造成的计算行驶距离误差。首先，临时限速区域12由减速区间10和危险区间11组成，列车一旦进入减速区间便会触发补偿方法；其次，临时限速装置每隔一段固定时间从速度传感器和TAX箱接收速度和路程信息，进入补偿状态后，临时限速装 置便会通过TAX箱送过来的路程信息与所预计的路程比较、当前时刻路程的斜率和上一时刻路程的斜率进行比较，来判断是否发生车轮空转和滑动的异常现象；再者，在正常、空转和滑动的情况下分别进行小补偿、负补偿和正补偿的方法，以实现临时限速装置所得到的路程信息在不同情况下接近实际路程值。通过对不同情况的补偿有利于保证临时限速装置正常准确工作，提高了列车行驶的安全和稳定。下面结合附图进行详细说明： 

如图2所示，临时限速区域12的地理范围为一段狭窄的轨道区域，它可以分为减速区间10和危险区间11，减速区间10放置了两种电子标签：减速标8和减速地点标9，列车的临时限速装置1进入减速区间10后可以通过射频先后感应到这两种标签。减速区间10是本发明涉及到的判别与补偿方法执行的区域，而危险区间11是行驶于铁轨13的列车14减速后行驶的区域，不作为本发明考虑的范围。 

本发明一个完整的处理方法由三个过程组成的：状态判别方法、补偿方法和过渡处理方法。在上面所述的减速区间中，列车的临时限速装置每隔一定时间ΔT采集列车上TAX箱的速度和公里信息以及速度传感器的速度信息，当列车进入减速区间10后，在减速区间的两侧分别感应到减速标8和减速地点标9，这时会分别产生一个减速标触发信号15和减速地点标触发信号16。当触发器4检测到减速标触发信号15后，便开始执行状态判别方法和补偿方法，不执行过渡处理方法；当检测到减速地点标触发信号16后，只执行过渡处理方法。 

上述状态判别方法如图7所示，假设当前时刻为第n时刻，由以下 步骤组成： 

S 3.1采集第n-1时刻和当前时刻所保存的速度传感器的速度值v_n-1和v_n

S 3.2计算ΔT内列车的平均加速度 

为 

S 3.3从第n-1时刻来预测从第n-1时刻到第n时刻列车应该行使的路程： 

S 3.4采集当前时刻从TAX箱采集到的从第n-1时刻到第n时刻列车自身计算出的路程为 

和第n-1、n-2时刻保存的路程值S_n-1、S_n-2； 

S 3.5计算从n-2时刻到n-1时刻和从n-1时刻到n时刻路程函数的斜率为： 

$k_{n-1}=\frac{S_{n-1}-S_{n-2}}{\mathrm{\ΔT}}$ 和 $k_n=\frac{S_n-S_{n-1}}{\mathrm{\ΔT}}$

S 3.6采集TAX箱当前的速度值 

计算类蠕滑率： 

根据类蠕滑率分别计算出α＝1+γ，β＝1-γ； 

S 3.7如果 

和k_n＞αk_n-1，则认为发生空转现象，State＝空转状态，执行步骤(4)，否则执行步骤S 3.8； 

S 3.8如果 

和k_n＜βk_n-1，则认为发生滑动现象，State＝滑动状态，执行如下步骤11)，否则执行步骤S 3.9； 

S 3.9认为是正常现象，State＝正常状态，执行如下步骤11)。 

11)通过上述的状态判别，根据所处的不同的现象来采取不同的 补偿方法，补偿方法如图8所示，具体的步骤如下： 

S 4.1获取第n-1时刻的速度和路程，获取第n时刻TAX箱路程，计算类蠕滑率； 

S 4.2判断类蠕滑率γ是否为正值，是则执行步骤S4.4，否则执行步骤S4.3； 

S 4.3类蠕滑率γ取相反数； 

S 4.4判断State是否为正常状态，是则执行步骤S4.5，否则执行步骤S4.8； 

S 4.5计算为正常行驶状态下从第n-1时刻到第n时刻列车小滑行的距离S′_滑n，为 

S 4.6计算β＝1-γ； 

S 4.7若通过上述的状态判别方法判定列车当前处于正常状态，因列车车轮在滚动过程中伴随着滑动，从而使得从TAX箱采集到得路程缺少了一小段滑动的距离，如图4中的正常情况图所示，故应进行小补偿，应将从TAX箱得到路程值 修改为： 

执行步骤S4.12； 

S 4.8计算从第n-1时刻到第n时刻列车在空转中同时滑行的距离S_滑n，为S_滑n＝v_n-1ΔT； 

S 4.9判断State是否为空转状态，是则执行步骤S4.10，否则执行步骤S4.11； 

S 4.10若通过上述的状态判别方法判定列车当前处于空转状态因列车在空转中并不能带来位移，而TAX箱计算列车路程是通过车轮的 转动来计量，故此时从TAX箱采集到的路程会比实际中的要大，如图5中的空转情况图所示；同时，列车也会因惯性发生滑动，则进行负补偿，将当前时刻(假设为第n时刻)从TAX箱得到路程值 

修改为： 

S_n＝γS_滑n+(1-γ)S_n-1，执行步骤S4.12； 

S 4.11若通过上述的状态判别方法判定列车当前处于滑动状态，处于滑动状态的列车车轮处于不转或少转的状态，而从TAX箱所采集到路程仅为车轮滚动的路程，比实际上行驶路程要小，如图6中的滑动情况图所示，则进行正补偿，将当前时刻(假设为第n时刻)从TAX箱得到路程值 修改为： 

S 4.12保存当前时刻的路程值S_n和速度传感器的速度值v_n，并打开计时器计时ΔT时间； 

S 4.13判断计时器是否了计时的ΔT时间，是则执行步骤12)，否则执行步骤S4.13； 

12)判断是否检测到减速地点标触发信号，如果是，则执行步骤6)；否则，执行步骤13)。 

13)过渡处理方法由图9所示，由以下步骤组成： 

S 6.1、获取第n-1时刻的路程值S_n-1，TAX箱在第n-1时刻和第n时刻的路程值 

和 

S 6.2、判断S_n-1和 

的绝对差值是否小于阈值，是则执行步骤S6.3，否则结束整个处理过程； 

S 6.3、将第n时刻的路程值改为 

S 6.4、保存第n-1时刻的路程值S_n和TAX箱(3)的路程值 

并打开计时器计时ΔT时间； 

S 6.5、判断计时器是否计时了ΔT时间，是则执行步骤S6.1，否则重复执行步骤S6.5。 

Claims (10)

1.一种基于列车临时限速的轮滑处理装置，其特征在于包括有临时限速装置(1)、速度传感器(2)、机车安全信息综合监测装置(3)和触发器(4)，临时限速装置(1)为轮滑处理方法的承载体，速度传感器(2)、机车安全信息综合监测装置(3)和触发器(4)作为信息的采集源连接到临时限速装置(1)上，为临时限速装置(1)提供当前速度和位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于列车临时限速的轮滑处理装置，其特征在于上述临时限速装置(1)为采用带有微处理器以实现列车临时限速的装置，安装于列车(14)内部中的电子设备区间。

3.根据权利要求1所述的基于列车临时限速的轮滑处理装置，其特征在于上述速度传感器(2)是加速度传感器、或雷达传感器，或GPS测量速度的传感器单元；上述触发器(4)是采用无线射频感应相应的减速标和减速地点标的触发装置。

4.一种根据权利要求1所述的基于列车临时限速的轮滑处理装置的处理方法，其特征在于包括有三个方法：状态判别方法、补偿方法程和过渡处理方法，先执行状态判别方法，然后根据状态判别方法所得到的不同现象来采取不同的补偿方法；每隔一定时间ΔT临时限速装置(1)采集列车上机车安全信息综合监测装置(3)的速度和公里信息以及速度传感器(1)的速度信息，根据当前获得的信息执行状态判别方法，再根据不同的状态执行相应的补偿方法；列车离开标签区域后，便停止补偿方法，因补偿后的公里信息和机车安全信息综合监测装置(3)所送出的公里信息可能存在较大的差异，若直接采用机车安全信息综合监测装置(3)所送出的公里信息会出现公里信息的一个跳变，因此，这里采用过渡处理方法使得补偿后的公里信息能缓慢地转变到机车安全信息综合监测装置(3)的公里信息，最终完成一个完整的处理方法。

5.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于上述当列车进入减速区域(10)后，便会先后感应到减速标(8)和减速地点标(9)，这时会分别产生一个减速标触发信号(15)和减速地点标触发信号(16)，当临时限速装置(1)检测到减速标触发信号(15)后，便开始执行状态判别方法和补偿方法，不执行过渡处理方法；当检测到减速地点标触发信号(16)后，只执行过渡处理方法。

6.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于包括以下步骤：

S 4.1获取速度传感器第n时刻的速度v_n和n-1时刻的速度v_n-1；

S 4.2从第n-1时刻来预测第n时刻的路程：

其中：为ΔT内列车的平均加速度，为

S 4.3获取第n时刻从机车安全信息综合监测装置(3)采集到的路程

S 4.4获取第n-1、n-2时刻保存的路程值S_n-1、S_n-2，计算从n-2时刻到n-1时刻和从n-1时刻到n时刻路程函数的斜率：

$k_{n-1}=\frac{S_{n-1}-S_{n-2}}{\mathrm{\ΔT}}$ 和 $k_n=\frac{S_n-S_{n-1}}{\mathrm{\ΔT}}$

S 4.5获取第n时刻从机车安全信息综合监测装置(3)采集到得速度值

计算α＝1+γ，β＝1-γ；其中

S 4.6采用以下方法来判断是否发生空转或轮滑：

若

和k_n＞αk_n-1，则认为发生空转现象；

若

和k_n＜βk_n-1，则认为发生滑动现象；

若以上两个条件均不满足，则认为是正常现象。

7.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于上述状态判别方法，空转现象的补偿方法包括以下步骤：

(1)计算从第n-1时刻到第n时刻列车在空转中同时滑行的距离S_滑n＝v_n-1ΔT；

(2)将当前第n时刻从机车安全信息综合监测装置(3)得到路程值

修改为：S_n＝γS_滑n+(1-γ)S_n-1；

(3)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、

判断检测到减速地点标触发信号(16)，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后执行状态判别方法。

8.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于上述状态判别方法，滑动现象的补偿方法包括以下步骤：

(1)计算从第n-1时刻到第n时刻列车在空转中同时滑行的距离S_滑n＝v_n-1ΔT；

(2)获取从第n-2时刻到第n-1时刻列车行驶的路程S_n-1；

(3)将当前时刻(假设为第n时刻)从机车安全信息综合监测装置(3)得到路程值

修改为：

(4)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、

判断检测到减速地点标触发信号(16)，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后执行状态判别方法。

9.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于上述状态判别方法，正常现象的补偿方法包括以下步骤：

(1)计算正常行驶状态下从第n-1时刻到第n时刻列车小滑行的距离

(2)将当前时刻(假设为第n时刻)从机车安全信息综合监测装置(3)得到路程值

修改为：

(3)保存当前时刻的补偿后的路程值S_n、速度值v_n、

判断检测到减速地点标触发信号(16)，是则结束处理过程，否则隔ΔT时间后执行状态判别方法。

10.根据权利要求4所述的基于列车临时限速的轮滑处理方法，其特征在于上述过渡处理方法，由以下步骤来组成：

a、获取第n-1时刻的路程值S_n-1，机车安全信息综合监测装置(3)在第n-1时刻和第n时刻的路程值

和

b、判断S_n-1和

的绝对差值是否小于阈值，是则执行步骤，否则结束整个处理过程；

c、将第n时刻的路程值改为

d、保存第n-1时刻的路程值S_n和机车安全信息综合监测装置(3)的路程值

e、开启计时器计时，等待计时ΔT时间后执行步骤a。

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