CN106383247B - 一种地铁车辆轮对在线动态检测系统及车速检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁车辆轮对在线动态检测系统及车速检测方法,通过在相距S距离的铁轨上安装有第一磁钢传感器和第二磁钢传感器,地铁列车行驶时车轮依次通过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器引起磁钢传感器内部磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块,由控制模块采集记录第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的脉冲信号及每个车轮两个脉冲信号的时间差,并记录前转向架下和后转向架下相同位置车轮离开第二磁钢传感器的时间差,控制模块通过检测到的数据计算得出车辆匀加速运动的加速度,就可以根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用该位移信息替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,测量出来车轮尺寸参数,提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及轮对在线动态检测系统领域,具体涉及一种地铁车辆轮对在线动态检测系统及车速检测方法。
背景技术
随着我国既有旅客列车的全面提速和高速动车组的大量投入使用,轮对作为车辆走行部中极为重要的部件;它不仅承受着车体的全部重量,而且还要传递车轮与钢轨间的作用力;轮对需要承受较大的静载荷和动载荷、组装应力、闸瓦、闸片制动时产生的热应力以及通过曲线时的离心力等;因此轮对是否能保持良好的技术状态,关系到行车绝对安全。
而随着铁路系统的信息化升级,铁路系统各单位对车辆运行状态的实时监测要求越来越高;轮对承担着车辆的全部重量,车辆在钢轨上高速运行时轮对承受着车体与钢轨两方面传递来的各种静、动作用力,受理复杂,运行环境恶劣;轮对在运行过程中可能尺寸超限,磨耗过大、踏面擦伤剥离等故障,如不及时发现将严重影响列车行驶安全。
而因为车轮的轮缘高度、轮辋厚度、轮径等参数都是通过测量数据与车速进行综合计算得到的,因此在线动态检测的测量精度受车速影响很大;但是一般铁路的货运车辆通常保持的是均速行驶,而地铁车辆则会频繁的进行加减速,且地铁车辆属于客运车辆,对地铁车辆的安全性和舒适性提出更高要求,而目前用于地铁车辆轮对在线检测的系统仍然将车辆看成匀速运动,测量后计算出来的结果偏差较大,误报率高;部分系统采用在测试区域安装多个速度传感器,以此来测试出车辆不同时刻的速度,这种方法成本高,安装复杂,且系统可靠性大大降低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种在不改变原来硬件系统的情况下,通过软件算法获取了变速地铁车辆各个时刻的车速,提高系统测试精度的地铁车辆轮对在线动态检测系统及车速检测方法。
本发明通过以下技术方案实现:一种地铁车辆轮对在线动态检测系统,包括设置在铁轨同侧的第一磁钢传感器和第二磁钢传感器,两者之间的距离设为S,用于测量单个车轮的速度,所述第一磁钢传感器和第二磁钢传感器都连接至驱动模块,所述驱动模块连接至控制模块,所述控制模块连接到工程机;所述第一磁钢传感器和第二磁钢传感器之间的距离S为大于车轮直径,小于同一转向架两个轴的距离S0。
一种地铁车辆轮对在线动态检测系统车速检测方法,地铁车辆中设有第一磁钢传感器和第二磁钢传感器,两者之间的距离设为S,地铁车辆车厢前后转向架中心距设为S1,同一转向架两个轴的距离为S0;地铁车辆车厢的前转向架下设有前转向架前车轮和前转向架后车轮,地铁车辆车厢的后转向架下设有后转向架前车轮和后转向架后车轮;
步骤a:地铁车辆的车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器时引起磁钢传感器内部产生磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块;
步骤b:控制模块采集记录第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的脉冲信号及两个脉冲信号之间的时间差,并分别记录前转向架前车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的时间差t1,前转向架后车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的时间差t2,后转向架前车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的时间差t3,后转向架后车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的时间差t4;并且还需记录前转向架前车轮与后转向架前车轮离开第二磁钢传感器的时间差tc1;
步骤c:控制模块将所有车轮经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器之间距离S作为匀速处理,通过公式v=S/t,计算出每个车轮的速度,分别为前转向架前车轮速度为v1=S/t1,前转向架后车轮速度为v2= S/t2,后转向架前车轮速度为v3= S/t3,后转向架后车轮速度为v4= S/t4;
步骤d:通过计算得知的每个车轮的速度,从而分别计算出前转向架速度Vb1=(v1+v2)/2,后转向架速度Vb2=(v3+v4)/2;
步骤e,将地铁车辆的运动作为匀加速处理,从而计算得出车厢的加速度为a=(Vb1-Vb2)/tc1;
步骤f:通过得知车厢的加速a和被测车轮的初始速度v0,根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用来代替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,提高测量精度。
作为优选,所述步骤b中也可以记录前转向架后车轮与后转向架后车轮离开第二磁钢传感器的时间差tc2,所述前转向架后车轮与后转向架后车轮离开第二磁钢传感器的时间差tc2等于前转向架前车轮与后转向架前车轮离开第二磁钢传感器的时间差tc1;所述步骤f中被测车轮为首次经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器时计算的位移信息仍采用Sy=v1t的位移信息;而被测车轮为非首次经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器时计算的位移信息可采用Sy=v0.t+0.5a.t2公式,将被测车轮的前一个车轮的速度作为被测车轮的初始速度v0,用来减少使用加速度a带来的累积误差。
本发明通过在相距S距离的铁轨上安装有第一磁钢传感器和第二磁钢传感器,地铁列车行驶时车轮依次通过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器引起磁钢传感器内部磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块,由控制模块采集记录第一磁钢传感器和第二磁钢传感器的脉冲信号及每个车轮两个脉冲信号的时间差,并记录前转向架下和后转向架下相同位置车轮离开第二磁钢传感器的时间差,控制模块通过检测到的数据计算得出车辆匀加速运动的加速度,就可以根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用该位移信息替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,测量出来车轮尺寸参数,提高了测量精度。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:1)将地铁车辆作为匀加速运动,通过检测数据计算得出车辆加速度即可根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用该位移信息替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,提高测量精度;2)被测车轮为非首次经过第一磁钢传感器和第二磁钢传感器时计算的位移信息可采用Sy=v0.t+0.5a.t2公式,将被测车轮的前一个车轮的速度作为被测车轮的初始速度v0,用来减少使用加速度a带来的累积误差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式,对本发明作进一步描述。
见图1,一种地铁车辆轮对在线动态检测系统,包括设置在铁轨同侧的第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2,两者之间的距离设为S,用于测量单个车轮的速度,所述第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2都连接至驱动模块,所述驱动模块连接至控制模块,所述控制模块连接到工程机;所述第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2之间的距离S为大于车轮直径,小于同一转向架两个轴的距离S0。
本实施方式中,一种地铁车辆轮对在线动态检测系统车速检测方法,地铁车辆中设有第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2,两者之间的距离设为S,地铁车辆车厢前后转向架中心距设为S1,同一转向架两个轴的距离为S0;地铁车辆车厢的前转向架下设有前转向架前车轮W1和前转向架后车轮W2,地铁车辆车厢的后转向架下设有后转向架前车轮W3和后转向架后车轮W4;
步骤a:地铁车辆的车轮经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2时引起磁钢传感器内部产生磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块;
步骤b:控制模块采集记录第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的脉冲信号及两个脉冲信号之间的时间差,并分别记录前转向架前车轮W1经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的时间差t1,前转向架后车轮W2经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的时间差t2,后转向架前车轮W3经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的时间差t3,后转向架后车轮W4经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的时间差t4;并且还需记录前转向架前车轮W1与后转向架前车轮W3离开第二磁钢传感器K2的时间差tc1;
步骤c:控制模块将所有车轮经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2之间距离S作为匀速处理,通过公式v=S/t,计算出每个车轮的速度,分别为前转向架前车轮W1速度为v1= S/t1,前转向架后车轮W2速度为v2= S/t2,后转向架前车轮W3速度为v3= S/t3,后转向架后车轮W4速度为v4= S/t4;
步骤d:通过计算得知的每个车轮的速度,从而分别计算出前转向架速度Vb1=(v1+v2)/2,后转向架速度Vb2=(v3+v4)/2;
步骤e,将地铁车辆的运动作为匀加速处理,从而计算得出车厢的加速度为a=(Vb1-Vb2)/tc1;
步骤f:通过得知车厢的加速a和被测车轮的初始速度v0,根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用来代替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,提高测量精度。
本实施方式中,所述步骤b中也可以记录前转向架后车轮W2与后转向架后车轮W4离开第二磁钢传感器K2的时间差tc2,所述前转向架后车轮W2与后转向架后车轮W4离开第二磁钢传感器K2的时间差tc2等于前转向架前车轮W1与后转向架前车轮W3离开第二磁钢传感器K2的时间差tc1;所述步骤f中被测车轮为首次经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2时计算的位移信息仍采用Sy=v1t的位移信息;而被测车轮为非首次经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2时计算的位移信息可采用Sy=v0.t+0.5a.t2公式,将被测车轮的前一个车轮的速度作为被测车轮的初始速度v0,用来减少使用加速度a带来的累积误差。
本实施方式中,同一条线路上运行的地铁车辆为同一型号车辆,即拥有同样的编组方式、一样的动车和拖车,这些车辆的同一转向架两个轮对的距离、同一车辆不同转向架的距离、车辆之间的连接距离等参数都为已知数据;例如6节车厢的列车编组,收尾各有一列带司机室的拖车,每节车厢长20354mm,中间为4辆提供动力的动车,每节车厢长19520mm,转向架中心距为12600mm,转向架轴距为2300mm。
本实施方式中,一个4轴车厢前后转向架中心距为S1,同一转向架两个轴的距离为S0,同一线路上的所有地铁车辆这两个参数都相同;在相距S距离的铁轨上安装有第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2,用于测量单个车轮的速度;而第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的距离S小于同一转向架两个轴的距离S0,同一转向架两个轴的距离S0小于一个4轴车厢前后转向架中心距S1。
本实施方式中,当地铁列车行驶时,前转向架前车轮W1、前转向架后车轮W2、后转向架前车轮W3、后转向架后车轮W4依次通过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2,车轮经过磁钢传感器时引起磁钢传感器内部磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块,由控制模块采集记录第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的脉冲信号及两个脉冲信号之间的时差t,4个车轮经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2的时间差分别记为t1、t2、t3、t4,同时还需要记录前转向架前车轮W1与后转向架前车轮W3离开第二磁钢传感器K2的时间差tc1或前转向架后车轮W2与后转向架后车轮W4离开第二磁钢传感器K2的时间差tc2。
本实施方式中,由于第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2之间的距离S较短,因此将车轮经过第一磁钢传感器K1和第二磁钢传感器K2之间的距离S这段时间内作近似匀速处理,则单个车轮的速度可由公式v=S/t得到,4个车轮的速度分别标记为v1=S/t1,v2=S/t2,v3=S/t3,v4=S/t4;根据4个车轮的车速,分别近似计算出两个转向架的速度Vb1=(v1+v2)/2,Vb2=(v3+v4)/2;将车辆视为匀加速运动,则根据加速度公可以得到车厢的加速度为a=(Vb1-Vb2)/tc1;得知车辆加速度a后,可以根据位移公司Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用该位移信息替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,测量出来车轮尺寸参数平均误差减小了0.15mm(未使用该方法以前平均误差为0.5mm),测量精度提高了30%。
本实施方式中,为进一步提高测量精度,计算被测轮子不同时刻位移信息时,需要根据当前被测轮子所在位置确定其初始速度V0,避免长时间使用加速度a带来的累积误差;例如计算后转向架后车轮W4位移信息时使用后转向架前车轮W3的速度作为初始速度v0,计算后转向架前车轮W3位移信息时使用前转向架后车轮W2的速度作为初始速度v0,计算前转向架后车轮W2位移信息时使用前转向架前车轮W1的速度作为初始速度v0,计算前转向架前车轮W1位移信息时可以使用上一车厢的最后一个车轮后转向架后车轮W4的速度作为初始速度v0,计算最前面车厢的前转向架前车轮W1车轮的位移信息时使用直接测量到的W1车轮的速度v1作为初始速度vo。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式,本发明的保护范围以权利要求书为准,任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种地铁车辆轮对在线动态检测系统车速检测方法,其特征在于:铁轨同一侧设有第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2),两者之间的距离设为S,地铁车辆车厢前后转向架中心距设为S1,同一转向架两个轴的距离为S0;地铁车辆车厢的前转向架下设有前转向架前车轮(W1)和前转向架后车轮(W2),地铁车辆车厢的后转向架下设有后转向架前车轮(W3)和后转向架后车轮(W4);
步骤a:地铁车辆的车轮经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)时引起磁钢传感器内部产生磁路变化,产生脉冲信号并通过驱动模块传送给控制模块;
步骤b:控制模块采集记录第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)的脉冲信号及两个脉冲信号之间的时间差,并分别记录前转向架前车轮(W1)经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)的时间差t1,前转向架后车轮(W2)经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)的时间差t2,后转向架前车轮(W3)经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)的时间差t3,后转向架后车轮(W4)经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)的时间差t4;并且还需记录前转向架前车轮(W1)与后转向架前车轮(W3)离开第二磁钢传感器(K2)的时间差tc1;
步骤c:控制模块将所有车轮经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)之间的距离S这段时间内作为匀速处理,通过公式v=S/t,计算出每个车轮的速度,分别为前转向架前车轮(W1)速度为v1=S/t1,前转向架后车轮(W2)速度为v2=S/t2,后转向架前车轮(W3)速度为v3=S/t3,后转向架后车轮(W4)速度为v4=S/t4;
步骤d:通过计算得知的每个车轮的速度,分别计算出前转向架速度Vb1=(v1+v2)/2,后转向架速度Vb2=(v3+v4)/2;
步骤e,将地铁车辆的运动作为匀加速处理,从而计算得出车厢的加速度为a=(Vb1-Vb2)/tc1;
步骤f:通过所述车厢的加速度a和被测车轮的初始速度v0,根据位移公式Sy=v0.t+0.5a.t2得出任意时刻车辆的位移信息,用来代替代以往的匀速运动Sy=v.t的位移信息,提高测量精度。
2.根据权利要求1所述的一种地铁车辆轮对在线动态检测系统车速检测方法,其特征在于:所述步骤b中记录前转向架后车轮(W2)与后转向架后车轮(W4)离开第二磁钢传感器(K2)的时间差tc2来代替所述时间差tc1,所述前转向架后车轮(W2)与后转向架后车轮(W4)离开第二磁钢传感器(K2)的时间差tc2等于前转向架前车轮(W1)与后转向架前车轮(W3)离开第二磁钢传感器(K2)的时间差tc1。
3.根据权利要求1所述的一种地铁车辆轮对在线动态检测系统车速检测方法,其特征在于:所述步骤f中被测车轮为首次经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)时计算的位移信息仍采用Sy=v.t的位移信息;而被测车轮为非首次经过第一磁钢传感器(K1)和第二磁钢传感器(K2)时计算的位移信息采用公式Sy=v0.t+0.5a.t2,将被测车轮的前一个车轮的速度作为被测车轮的初始速度v0,用来减少使用加速度a带来的累积误差。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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