CN105973457A - 动车组车载平稳性监控装置及方法 - Google Patents

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申宇燕
韩彦青
张瑞芳
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Abstract

一种动车组车载平稳性监控装置及方法，该动车组车载平稳性监控装置包括：至少一三轴加速度传感器，采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；数据采集模块，对列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；数据处理模块，对三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果；网络传输模块，将评价结果发送至列车控制端，并将列车运行信息发送至数据处理模块；车载实时数据库，用于将三轴加速度数字信号及评价结果与列车运行信息一一对应存储。利用本发明，保障了列车运行的安全性及舒适性。

Description

动车组车载平稳性监控装置及方法
技术领域
本发明涉及轨道交通高速列车车辆安全检测技术领域，特别涉及一种动车组车载平稳性监控装置及方法。
背景技术
随着列车速度的提高，高速列车运行过程中，所处的动态环境变化非常迅速，轮轨间动力作用不断加剧，同时线路不平顺产生的激扰或者列车本身固有部件的故障，会影响列车运行平稳性。同时由于线路、检修运用等各种原因导致车体转向架、车轮、轴箱黄、空气弹簧及各部磨耗相互的配合间隙超过运用限度容易造成车体振动较大，影响舒适性和平稳性，如不能及时发现，就会造成列车横向、纵向或垂向振动异常，造成车辆不安全运行或引起旅客不舒适反应。由于高速列车系统是一个复杂的非线性振动系统，在特定工况下，系统的特定部位的输出信号在特定分析域内是有一定的分布的，通过这种特定分析域内信号能量的分布变化情况可以识别系统的状态。
我国国家标准局和铁道部也制定了相应标准，即GB5599-85和TB/T2360-93，这两个标准的制定为铁道机车车辆的生产和改造提供了依据，在我国铁道事业中起着极大的推动作用。但是由于制定时间已久，加之当时的水平有限，所以该标准具有一定的缺陷和局限性，已不能完全适应我国现在飞速发展中的铁路事业。同时当今世界各国的铁路客车运输己经走进了高速化、人性化的新时代，但目前国内外至今没有对高速列车车载平稳性的监控装置，对运行的安全性及舒适性无法进行定量评估。
发明内容
本发明提供了一种动车组车载平稳性监控装置及方法，以对动车组车载的平稳性进行监控，保障列车运行的安全性及舒适性。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种动车组车载平稳性监控装置，该车组车载平稳性监控装置包括：
至少一三轴加速度传感器，用于采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
数据采集模块，连接所述三轴加速度传感器，用于对所述列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；
数据处理模块，连接所述数据采集模块，用于对所述三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果；
网络传输模块，连接至所述数据处理模块，并通过列车级网络连接至列车控制端，用于将所述评价结果发送至所述列车控制端，并将所述列车运行信息发送至所述数据处理模块；
车载实时数据库，用于将所述三轴加速度数字信号及所述评价结果与所述列车运行信息一一对应存储。
一实施例中，所述车组车载平稳性监控装置还包括：
地面专家模块，连接所述车载实时数据库，用于根据三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集。
一实施例中，所述数据处理模块还用于根据所述三轴加速度数字信号及所述评价结果进行纵向及横向历史对比，判断造成平稳性值超标的原因，剔除系统误报。
一实施例中，所述网络传输模块为包括：MVB网络模块、以太网网络模块、I/O模块、LonWorks网络传输模块。
一实施例中，所述三轴加速度传感器的个数为两个，分别设置于所述列车的车头及车尾，位于转向架中心一侧1000mm的车体下方。
一实施例中，所述三轴加速度传感器的安装位置的横向允许安装范围为-500mm～+500mm，纵向允许向车体中心方向移动小于1500mm。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种动车组车载平稳性监控方法，该动车组车载平稳性监控方法包括：
采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
对所述列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；
对所述三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果，所述列车运行信息包括列车ID信息、里程、速度及公里标。
一实施例中，还包括：将所述三轴加速度数字信号及评价结果与所述列车运行信息一一对应存储。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控方法还包括：根据所述三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控方法还包括：根据所述三轴加速度数字信号及所述评价结果进行纵向及横向历史对比，判断造成平稳性值超标的原因，剔除系统误报。
本发明实施例的有益技术效果在于：
本发明通过对动车组车载平稳性监控，保障了列车运行的安全性及舒适性；
本发明通过生成车辆运行可靠性的评价结果报告，使车辆运用部门对车辆的维修有的放矢，提高了检修效率；
本发明通过地面专家模块对车载横向、纵向和垂向振动信号进行大数据分析，建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集，为实现预测车辆平稳性状态提供了基础，同时大大减小了车辆的维修运用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例动车组车载平稳性监控装置的结构示意图；
图2为本发明实施例三轴传感器的安装位置示意图；
图3为本发明实施例中以MVB网络作为网络传输模块的传输示意图；
图4为本发明实施例中以太网网络作为网络传输模块的传输示意图；
图5为本发明实施例中LonWorks网络作为网络传输模块的传输示意图；
图6为本发明实施例中I/O接口作为网络传输模块的传输示意图；
图7为本发明实施例的动车组车载平稳性监控方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明旨在识别车体平稳状态是否达标，平稳状态主要涉及车体的平稳性指标及纵向冲动指标。
平稳性指标：
按照GB 5599-85的规定,动车组平稳性指标通过如下公式计算：
W = 7.08 A 3 f F ( f ) 10
公式中：W为平稳性指标，A为振动加速度(单位为g)，包括横向加速度和垂向加速度，f为振动频率(单位为Hz)，F(f)为频率修正系数，如表1所示。
表1平稳性指标
列车客室平稳性指标：W≤2.75；
列车司机室平稳性指标：W≤3。
纵向冲动指标：
按照TB/T 2543-1995的规定，纵向冲动用平稳性监控传感器采集的列车纵向加速度变化率来评定，该加速度变化率用J来度量，J＝da/dt(m/s2),列车纵向冲动评定分为优、良、及格和不及格四个等级，其相应的J值见表2。
表2纵向冲动指标
评定等级 优 良 及格 不及格
J(m/s2) ＜2.9 3.0～3.9 4.0～4.9 ＞5.0
因而，通过识别车体加速度即能识别车体平稳状态是否达标，本发明通过识别车体加速度识别车体平稳状态是否达标。
图1为动车组车载平稳性监控装置的结构示意图，如图1所示，该动车组车载平稳性监控装置，包括：三轴加速度传感器、数据采集模块、数据处理模块、网络传输模块及车载实时数据库。
三轴加速度传感器设置于该装置的最前端，用于采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
数据采集模块连接三轴加速度传感器，用于对三轴加速度传感器采集列车车体振动信号进行滤波、信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号。
数据处理模块(主机)连接数据采集模块，用于对三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果。列车运行信息包括列车ID信息、里程、速度及公里标等。
网络传输模块连接至数据处理模块，并通过列车级网络连接至列车控制端，用于将评价结果发送至所述列车控制端，并将列车运行信息发送至数据处理模块。
车载实时数据库用于将三轴加速度数字信号及所述评价结果与所述列车运行信息一一对应存储，即分类存储。利用车载实时数据库中存储的三轴加速度数字信号及所述评价结果，数据处理模块还可以进行纵向，判断造成平稳性值超标的原因是由于线路的不平顺还是列车本身的问题，还可以进行横向历史对比，剔除系统误报，减少系统误报。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控装置还包括：地面专家模块，连接车载实时数据库，地面专家模块中可以包括转存车载实时数据库中的数据的地面数据库，地面专家模块可以对地面数据库中存储的数据进行更深层次的挖掘，即根据三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集(建立列车档案)，实现列车数据的汇总分析，对同列车不同车厢之间平稳性状态的横向对比，分析车体平稳性状态发展趋势，实现对车辆运行安全性及舒适性准确预测，从而指导列车运用管理及维修。
三轴加速度传感器为平稳性监控传感器，个数可以根据实际情况而定，在本实施例中，如图2所示，三轴加速度传感器的个数为两个(分别为SCT1及SCT2)，分别设置于列车的车头及车尾，位于转向架中心一侧1000mm的车体下方，安装位置的横向允许安装范围为-500mm～+500mm，纵向允许向车体中心方向移动小于1500mm。图2中，O为车体中心，X轴为列车车身纵向。
网络传输模块为包括：MVB网络模块、以太网网络模块、I/O模块、LonWorks网络传输模块等。MVB网络模块、以太网网络模块、I/O模块、LonWorks网络传输模块可以设置在板卡上，可以单独作为网络传输模块连接至数据处理模块，并通过列车级网络连接至列车控制端。图3至图6分别为MVB网络模块、以太网网络模块、I/O模块、LonWorks网络传输模块单独作为网络传输模块的传输示意图。图3至图6中，传感器为三轴加速度传感器，系统装置主机为图1中除了三轴加速度传感器及地面专家模块的部分。
本发明的动车组车载平稳性监控装置通过安装在列车车体的平稳性监控传感器，采集列车车体横向、纵向以及垂向振动信号，并将数据传输至主机。主机结合列车运行里程、速度、公里标等信息，根据相关标准对加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，给出车辆运行可靠性的评价结果，并将结果实时发送给整车网络，动车据此采取相应的减速运行及故障导向安全措施，保障了列车运行的安全性及舒适性，使车辆运用部门对车辆的维修有的放矢，提高了检修效率。
另外，本发明通过地面专家模块对车载横向、纵向和垂向振动信号进行大数据分析，建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集，为实现预测车辆平稳性状态提供了基础，同时大大减小了车辆的维修运用成本。
基于图1所示的动车组车载平稳性监控装置相同的发明构思，本申请还提供了一种动车组车载平稳性监控方法，如下面的实施例所述。由于该动车组车载平稳性监控方法解决问题的原理与动车组车载平稳性监控装置相似，因此该动车组车载平稳性监控装置的实施可以参见服务数据发布方法的实施，重复之处不再赘述。
图7为本发明实施例的动车组车载平稳性监控方法流程图，如图7所示，该动车组车载平稳性监控方法包括：
S701：采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
S702：对所述列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；
S703：对所述三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果，所述列车运行信息包括列车ID信息、里程、速度及公里标。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控方法还包括：将所述三轴加速度数字信号及评价结果与所述列车运行信息一一对应存储。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控方法还包括：根据所述三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集。
一实施例中，该动车组车载平稳性监控方法还包括：根据所述三轴加速度数字信号及所述评价结果进行纵向及横向历史对比，判断造成平稳性值超标的原因，剔除系统误报。
本发明通过对动车组车载平稳性监控，保障了列车运行的安全性及舒适性；
本发明通过生成车辆运行可靠性的评价结果报告，使车辆运用部门对车辆的维修有的放矢，提高了检修效率；
本发明通过地面专家模块对车载横向、纵向和垂向振动信号进行大数据分析，建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集，为实现预测车辆平稳性状态提供了基础，同时大大减小了车辆的维修运用成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，包括：
至少一三轴加速度传感器，用于采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
数据采集模块，连接所述三轴加速度传感器，用于对所述列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；
数据处理模块，连接所述数据采集模块，用于对所述三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果；
网络传输模块，连接至所述数据处理模块，并通过列车级网络连接至列车控制端，用于将所述评价结果发送至所述列车控制端，并将所述列车运行信息发送至所述数据处理模块；
车载实时数据库，用于将所述三轴加速度数字信号及所述评价结果与所述列车运行信息一一对应存储。
2.根据权利要求1所述的动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，还包括：
地面专家模块，连接所述车载实时数据库，用于根据三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集。
3.根据权利要求1所述的动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，所述数据处理模块还用于根据所述三轴加速度数字信号及所述评价结果进行纵向及横向历史对比，判断造成平稳性值超标的原因，剔除系统误报。
4.根据权利要求1所述的动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，所述网络传输模块为包括：MVB网络模块、以太网网络模块、I/O模块、LonWorks网络传输模块。
5.根据权利要求1所述的动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器的个数为两个，分别设置于所述列车的车头及车尾，位于转向架中心一侧1000mm的车体下方。
6.根据权利要求5所述的动车组车载平稳性监控装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器的安装位置的横向允许安装范围为-500mm～+500mm，纵向允许向车体中心方向移动小于1500mm。
7.一种动车组车载平稳性监控方法，其特征在于，包括：
采集包含横向信号、纵向信号及垂向信号的列车车体振动信号；
对所述列车车体振动信号进行信号处理及A/D转换，生成三轴加速度数字信号；
对所述三轴加速度数字信号进行去野值、低通滤波处理，结合列车运行信息对处理后的三轴加速度信号进行时域分析、频域分析及模式识别，生成车辆运行平稳性的评价结果，所述列车运行信息包括列车ID信息、里程、速度及公里标。
8.根据权利要求7所述的动车组车载平稳性监控方法，其特征在于，还包括：将所述三轴加速度数字信号及评价结果与所述列车运行信息一一对应存储。
9.根据权利要求7所述的动车组车载平稳性监控方法，其特征在于，还包括：根据所述三轴加速度数字信号建立车辆运行可靠性及舒适性指标训练集。
10.根据权利要求7所述的动车组车载平稳性监控方法，其特征在于，还包括：根据所述三轴加速度数字信号及所述评价结果进行纵向及横向历史对比，判断造成平稳性值超标的原因，剔除系统误报。
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