CN104670249A - 一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法，属于动车组控制技术领域，含有以下步骤：中央处理器通过4-20mA电流接口与加速度传感器相连，获取被测位置加速度传感器的加速度变化信息，经过滤波算法及失稳判断后通过电流环或MVB接口输出传感器工作状态和失稳信息，通过IO端口输出开关量失稳信号；同时将记录的数据存储在数据存储器。本发明既能够实时反馈被测位置的加速度信息，增加可控可操作性，又能够进一步防止误报，提高列车安全性。

Description

一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法

技术领域

本发明涉及一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法，属于动车组控制技术领域。

背景技术

原来的动车组中，转向架失稳检测装置是当转向架发生水平方向异常振动可能引起脱轨状况的时候，对司机发出警告。转向架发生异常振动的时候，司机台的警告灯亮起。在司机台的车辆信息控制装置的显示画面上，提示转向架异常、设备故障，并且提示加速度传感器异常和发生异常的传感器的位置。

原动车组安装产品采用全部进口方式，无法及时根据目前我国动车组运行线路环境进行失稳参数的调整。

随着我国高速铁路的迅猛发展，时速不断地提高，对安全性的要求也达到了前所未有的高度。我国地形条件复杂，根据线路运行环境不同，需调整转向架失稳判断参数。

发明内容

为了克服上述进口产品无法及时调整参数的不足，并满足动车组核心技术国产化要求。本发明提供了一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法,具有实时显示被测位置的加速度信息，同时具备硬线和网络输出失稳信号的转向架失稳检测装置及实现方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种动车组转向架失稳检测装置及实现方法，采用的主要技术手段是通过加速度传感器检测被测位置的横向加速度振动变化，将加速度振动信号转换为电流信号传输给数据采集单元，经过对采集的加速度信息进行处理和判断，实时输出加速度传感器采集的转向架振动信息，以及失稳报警信号。

一种动车组转向架失稳检测实现方法，含有以下步骤：

中央处理器采集通过4-20mA电流接口与加速度传感器相连，获取被测位置加速度传感器的加速度变化信息，经过内部处理通过电流环或MVB接口输出传感器工作状态和加速度信息，通过I/O端口接收车辆的速度输入信号以及输出开关量报警信号。同时将记录的数据存储在数据存储器中。

一种动车组转向架失稳检测装置，包括一台动车组转向架失稳检测装置主机和四个加速度传感器；

加速度传感器用于检测转向架构架横向加速度值，并转化为电流信号输出给转向架失稳检测装置主机；

电源单元为数据采集单元、系统控制单元提供电源；数据采集单元将采集到的加速度电流值转换成对应的加速度信息，系统控制单元对加速度信息处理和失稳判断，系统控制单元与车辆网络进行通信，传输加速度传感器信息和失稳状态信号。

本发明的有益效果具体如下：加速度信息采集模块每4ms采集一次加速度信息，并传输给中央处理器，处理器解析处理完数据后根据阀值进行失稳判断，并将失稳信息定期给车辆网络发送，车辆网络监视屏能够实时显示失稳状态信息。转向架失稳发生后，车辆网络自动减速控车或提示司机进行相关操作。对采集的加速度信息数据按照硬件、软件滤波算法进行处理，能够有效的控制列车误报。

本发明既能够实时反馈被测位置的加速度信息，增加可控可操作性，又能够进一步防止误报，提高列车安全性。

本发明针对转向架结构造型研制了配套的加速度传感器。通过转向架失稳检测主机可以实时监测转向架构架的横向加速度值，在转向架发生异常状况时进行报警，从而有效的保证列车的行驶安全。

附图说明

图1本发明的动车组转向架失稳检测装置工作原理示意图；

图2本发明的动车组转向架失稳检测装置连接示意图；

图3本发明的动车组转向架失稳检测装置主机连接示意图；

图4本发明的动车组转向架失稳检测装置原理框图；

图5本发明的流程框图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，

一种动车组转向架失稳检测装置，中央处理器是基于ARM Cortex-A8内核或ARM Cortex-M4内核，128MB以上内存,具有丰富的硬件接口资源，以及模拟、通信、定时和控制外围设备。

中央处理器除自身具有的内存以外，还设置有配合串行总线端口的非易失性2GB eMMC存储器。

为了控制的需要，中央处理器同时引出数字量的输出端口，驱动继电器来完成对外部的控制。当中央处理器判断转向架发生失稳时，这端口可以输出报警开关量信号，控制制动系统。

串行端口是中央处理器标准端口，用于内外部数据通信。通过4-20mA电流接口与加速度传感器通讯；通过电流环或MVB接口与列车TCMS进行通信，输出传感器状态、加速度信息以及失稳信号。

由于运维服务的需要，中央处理器还提供以太网络端口，中央处理器提供了以太网络MAC端的应用，在外围只需要提供PHY的应用即可。系统配备人性化运营服务软件，通过此以太网接口与转向架失稳检测装置进行通讯，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对失稳判断阀值进行修改设置；能够实时监控系统采集加速度值及加速度变化曲线。

中央处理器通过输出端口控制LED状态指示灯输出，用于提示加速度故障信息以及失稳状态信息。

实施例2：一种动车组转向架失稳检测装置，如图2所示,动车组每节车厢设置有1套转向架失稳检测装置1；系统包含1台转向架失稳检测装置主机2和4台加速度传感器3；转向架失稳检测装置主机2连接4台加速度传感器。

每节车厢的转向架失稳检测装置主机将采集到的被测位置失稳信息和传感器状态传输给对应的每节车厢的网络控制装置，在列车网络的监视屏上可以实时监控整列车被测位置的失稳信息和传感器状态。

实施例3：

如图3、图4所示，电源单元POWER为转向架失稳检测装置主机的各单元以及加速度传感器提供电源，其中各单元用电源采用DC100转DC24V输入输出隔离电源设计，加速度传感器用电源采用DC100转DC12V输入输出隔离电源设计；电源支持70Vdc～137.5Vdc输入电压，具有电源反接、过压和过流保护。

数据采集单元可以采集4路加速度传感器信息，支持4-20mA电流接口的加速度传感器。

系统控制单元为中央处理单元,将采集的数据进行处理加工，一方面输出给车辆网络，一方面进行本地存储。

转向架失稳检测系统主机包括电源单元POWER、数据采集单元IPU、系统控制单元CTRL；电源单元POWER连接数据采集单元IPU、系统控制单元CTRL；数据采集单元IPU连接系统控制单元CTRL。

电源单元POWER是DC110V转DC24V/DC12V的隔离电源；满足铁路相关电源EMC设计的试验标准；具有电源反接、过压和过流保护；满足型式试验大纲要求；

数据采集单元IPU的加速度检测范围：-10g至+10g；精度：±1g，范围误差±0.1g；采样频率：>125Hz；滤波器处理：2-12.6Hz。

系统控制单元CTRL进行处理采集的加速度信息，判断转向架失稳状态，硬线报警信息，传感器状态信息；数据存储记录；提供一路以太网服务接口；与车辆网络通过电流环或MVB接口进行通信；

实施例4：一种动车组转向架失稳检测装置，转向架失稳检测装置主机外形结构，采用裁剪的3U型材机箱；

加速度传感器采用抗震及树脂材质轻型设计。

系统控制单元通过20mA电流环或MVB接口连接列车网络。

转向架失稳检测系统主机的板卡顺序依次排列为：系统控制单元CTRL、数据采集单元IPU、电源单元POWER；

最小系统包括一台转向架失稳检测装置主机和四台加速度传感器；

系统人性化运营服务软件，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对失稳判断参数进行修改设置；能够实时监控系统采集加速度值及加速度变化曲线。

加速度传感器和转向架失稳检测装置主机通讯接口为4～20mA电流信号；

具有系统存储器故障状态输出、加速度传感器状态测试、运行数据记录等运行功能；

同时支持网络数据信号报警功能和硬线开关量信号报警功能；

一种动车组转向架失稳检测实现方法，还包括根据实际数据分析设计了数字滤波的处理步骤；处理步骤如下：

转向架失稳检测装置初始上电后，转向架失稳检测装置主机首先对各个位置加速度传感器发送自检命令，各个加速度传感器反馈状态信息。

在转向架失稳检测装置主机输出失稳报警信号之前会先判断传感器的状态，若传感器的状态为故障或异常时，不输出失稳报警信号；

传感器断线、传感器故障均记为传感器故障；

转向架失稳检测装置主机按照250Hz频率采集加速度传感器的信号，数据采集单元IPU将接收到的加速度信号首先经过低通抗混迭滤波器进行硬件滤波，过滤掉0-70Hz以外的波形数据；数据采集单元IPU将滤波后的数据发送给系统控制单元CTRL，系统控制单元CTRL使用高通滤波算法滤除0-13Hz以外波形，然后再使用带通滤波算法滤除2-12.6Hz以外波形，最后使用失稳状态判断算法对2-12.6Hz范围内的波形进行失稳状态判断。

转向架失稳检测系统主机采用DC100转DC24V/DC12V输入输出隔离电源设计，电源支持70Vdc～137.5Vdc输入电压，具有电源反接、过压和过流保护。

系统具有通讯故障、系统启动时间、初始化操作等日志记录功能；

具有以太网服务接口，接口连接器为4芯M12连接器，支持数据下载、系统参数配置及系统工作状态监控等功能。

实施例5：如图5所示，一种动车组转向架失稳检测实现方法,含有以下步骤；

步骤100、将加速度传感器安装在要求检测的转向架构架上，加速度传感器输出电流值会随着转向架横向振动加速度值变化而发生变化，从而反应被测位置的横向加速度变化状况。

步骤101、将加速度传感器输出电流值通过4-20mA电流接口方式输入转向架失稳检测装置的数据采集单元，数据采集单元通过硬件电路滤波后，将加速度信号传输给系统控制单元。

步骤102、系统控制单元将加速度信号进行数字滤波后按照预先设置的失稳判断条件进行失稳判断，同时对加速度传感器状态、采集的加速度信息、失稳信息、通讯状态、重要操作信息等进行数据记录。

步骤103、信息的传输分为硬线接口和网络接口，通过硬线接口可输出控制制动系统的失稳报警开关量信号，通过电流环网络接口可以输出传感器工作状态、加速度信息、以及失稳信息。同时可通过以太网网络接口实现数据下载、系统配置以及运营维护等功能。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动车组转向架失稳检测实现方法，其特征在于含有以下步骤：

中央处理器通过4-20mA电流接口与加速度传感器相连，获取被测位置加速度传感器的加速度变化信息，经过滤波算法及失稳判断后通过电流环或MVB接口输出传感器工作状态和失稳信息，通过IO端口输出开关量失稳信号；同时将记录的数据存储在数据存储器。

2.根据权利要求1所述的一种动车组转向架失稳检测实现方法，其特征在于含有以下步骤：

步骤100、将加速度传感器安装在要求检测的转向架构架上，加速度传感器输出电流值会随着转向架横向振动加速度值变化而发生变化，从而反应被测位置的横向加速度变化状况；

步骤101、将加速度传感器输出电流值通过4-20mA电流接口方式输入转向架失稳检测装置的数据采集单元，数据采集单元通过硬件电路滤波后，将加速度信号传输给系统控制单元；

步骤102、系统控制单元将加速度信号进行数字滤波后按照预先设置的失稳判断条件进行失稳判断，同时对加速度传感器状态、采集的加速度信息、失稳信息、通讯状态、重要操作信息等进行数据记录；

步骤103、信息的传输分为硬线接口和网络接口，通过硬线接口可输出控制制动系统的失稳报警开关量信号，通过电流环网络接口可以输出传感器工作状态、加速度信息、以及失稳信息；同时可通过以太网网络接口实现数据下载、系统配置以及运营维护等功能。

3.根据权利要求2所述的一种动车组转向架失稳检测实现方法，其特征在于步骤101、步骤102的滤波算法含有以下步骤：

转向架失稳检测装置主机按照250Hz频率采集加速度传感器的信号，数据采集单元IPU将接收到的加速度信号首先经过低通抗混迭滤波器进行硬件滤波，过滤掉0-70Hz以外的波形数据；数据采集单元IPU将滤波后的数据发送给系统控制单元CTRL，系统控制单元CTRL使用高通滤波算法滤除0-13Hz以外波形，然后再使用带通滤波算法滤除2-12.6Hz以外波形，最后使用失稳状态判断算法对2-12.6Hz范围内的波形进行失稳状态判断。

4.一种动车组转向架失稳检测装置，其特征在包括一台动车组转向架失稳检测装置主机和四个加速度传感器；

加速度传感器用于检测转向架构架横向加速度值，并转化为电流信号输出给转向架失稳检测装置主机；

电源单元为数据采集单元、系统控制单元提供电源；数据采集单元将采集到的加速度电流值转换成对应的加速度信息，系统控制单元对加速度信息处理和失稳判断，系统控制单元与车辆网络进行通信，传输加速度传感器信息和失稳判断信号。

5.根据权利要求4所述的一种动车组转向架失稳检测装置，其特征在于转向架失稳检测装置主机包括电源单元POWER、数据采集单元IPU、系统控制单元CTRL；电源单元POWER连接数据采集单元IPU、系统控制单元CTRL；数据采集单元IPU连接系统控制单元CTRL。

6.根据权利要求5所述的一种动车组转向架失稳检测装置，其特征在于转向架失稳检测装置主机外形结构，采用裁剪的3U型材机箱；

加速度传感器采用抗震及树脂材质轻型设计；

系统控制单元通过20mA电流环或MVB接口连接列车网络；

转向架失稳检测装置主机的板卡顺序依次排列为：控制单元CTRL、数据采集单元IPU、电源单元POWER；

最小系统包括一台转向架失稳检测装置主机和四台加速度传感器；

系统人性化运营服务软件，能够对存储数据进行下载、管理、分析；能够对失稳判断参数进行修改设置；能够实时监控系统采集加速度值及加速度变化曲线；

加速度传感器和转向架失稳检测装置主机通讯接口为4～20mA电流信号；

具有系统存储器故障状态输出、加速度传感器状态测试、运行数据记录等运行功能；

同时支持网络数据信号报警功能和硬线开关量信号报警功能。

7.根据权利要求6所述的一种动车组转向架失稳检测装置，其特征在于转向架失稳检测装置主机采用DC100转DC24V/DC12V输入输出隔离电源设计，电源支持70Vdc～137.5Vdc输入电压，具有电源反接、过压和过流保护；系统具有通讯故障、系统启动时间、初始化操作等日志记录功能；具有以太网服务接口，接口连接器为4芯M12连接器，支持数据下载、系统参数配置及系统工作状态监控等功能。