CN107525505A - 机车轮对空转及滑行检测方法及系统 - Google Patents

机车轮对空转及滑行检测方法及系统 Download PDF

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CN107525505A CN201710830408.5A CN201710830408A CN107525505A CN 107525505 A CN107525505 A CN 107525505A CN 201710830408 A CN201710830408 A CN 201710830408A CN 107525505 A CN107525505 A CN 107525505A
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Abstract

本发明提供了一种机车轮对空转及滑行检测方法及系统，包括：在进行初始对准后，获取组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度，所述车轮速度是根据速度传感器采集的速度脉冲信息确定的；根据基准速度、基准加速度、车轮速度以及预设公式，计算速度差、加速度差及滑行率；当基准加速度、速度差、加速度差和滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；当基准加速度、速度差、加速度差和滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态，达到检测机车轮对是否发生空转和滑行情况，更好地保证行车安全的技术效果。

Description

机车轮对空转及滑行检测方法及系统
技术领域
本发明涉及机车运行控制技术领域，尤其是涉及一种机车轮对空转及滑行检测方法及系统。
背景技术
自1997年4月1日起，我国铁路已先后进行了七次大面积提速，并于2007年4月18日起投入了“D”字头的动车组的运行，2010年7月1日始，我国进入高铁时代，高铁的最高时速可达三百多公里每小时。而重载货运机车的投入使用，使牵引吨位可达万吨以上，目前我国“和谐型”大功率电力机车的总功率己达10MW位居世界机车功率总数前列。
然而，不论是提升机车的运行速度，还是机车的不断重载化，都必须以保证轮轨间的有效粘着为前提，因为机车的运行是通过轮轨间的相互作用来实现的。只有保证轮轨间的粘着不被破坏，才能进一步利用牵引电机的功率，从而使电力机车的功率利用最大化。然而，轮轨粘着特性不仅与车辆自身的结构参数和轮轨接触面的材料金相组织结构有关，而且天气的变化，雨、雪、线路状况、轨面清洁度等一系列随时空变化的不确定因素都严重地影响轮轨粘着关系。若机车运行过程中轮轨间粘着被破坏，机车轮对将发生滑行或空转，会造成轮轨的磨损甚至毁坏，不仅增加了铁路运营的保养维修费用，严重时甚至威胁到机车的安全运行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机车轮对空转及滑行检测方法及系统，以缓解现有技术中存在的在机车轮对将发生滑行或空转时，造成的轮轨的磨损甚至毁坏，增加铁路运营的保养维修费用，甚至威胁到机车的安全运行的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种机车轮对空转及滑行检测方法，应用于故障诊断模块中，所述方法包括：
接收组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度，所述基准速度和所述基准加速度由卫星定位模块采集的位置信息有效时利用组合导航解算方式确定，所述车轮速度由速度传感器采集的速度脉冲信号确定；
根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；
当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；
当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述基准加速度大于或者等于第一临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率小于或者等于第四临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述基准加速度小于或者等于第五临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率大于或者等于第六临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述基准加速度大于第五临界检测值且所述基准加速度小于第一临界检测值、所述加速度差小于第二临界检测值、所述速度差小于第三临界检测值、并且、所述滑行率小于第四临界检测值时，确定机车轮对的运行状态为正常运行状态。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述机车轮对的运行状态为空转状态或者所述机车轮对的运行状态为滑行状态时，利用所述基准速度和所述基准加速度对所述车轮速度进行修正，得到实际车速。
第二方面，本发明实施例还提供一种机车轮对空转及滑行检测方法，应用于如第一方面所述的组合惯性导航模块中，所述组合惯性导航模块内包括惯性测量模块、卫星定位模块和速度传感器；所述方法包括：
在进行初始对准后，获取惯性测量模块采集的加速度信息和角速度信息，获取卫星定位模块采集的位置信息，以及，获取速度传感器采集的速度脉冲信号；
根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；
当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；
利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；
向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
当所述位置信息无效时，根据所述加速度信息、所述角速度信息以及所述第一参考速度，利用自主导航解算方式进行解算，得到所述基准速度和所述基准加速度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：在进行初始对准时，所述方法还包括：
利用所述惯性测量模块中的陀螺仪，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的横摇角和纵摇角；
利用所述惯性测量模块中的地磁传感器测量的地磁在所述载体坐标系上的投影，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的航向角。
结合第三方面，还提供一种机车轮对空转及滑行检测系统，包括：组合惯性导航模块、故障诊断模块、无线通信模块及电源模块，其中，所述组合惯性导航模块包括：惯性测量模块、卫星定位模块、速度传感器、控制计算机和导航计算机；
所述惯性测量模块，包括陀螺仪、加速度计、地磁传感器和气压计，用于利用所述加速度计采集机车当前行驶的加速度信息，利用所述陀螺仪采集机车当前行驶的角速度信息，利用所述地磁传感器采集机车当前位置的磁强度，以及，利用所述气压计采集机车当前位置的气压；
所述卫星定位模块，用于采集机车当前的位置信息；
所述速度传感器，用于采集机车行驶的速度脉冲信息；
所述导航计算机，用于在进行初始对准后，根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度；
所述故障诊断模块，用于根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态；
所述控制计算机，用于控制所述无线通信模块将所述机车轮对的运行状态发送至外部监控设备；
所述电源模块，用于为所述惯性测量模块、所述卫星定位模块、所述速度传感器、所述导航计算机、所述故障诊断模块、所述控制计算机和无线通信模块供电。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面所述的方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例通过接收组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度，所述基准速度和所述基准加速度是在卫星定位模块采集的位置信息有效时利用组合导航解算方式确定的；然后根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，可以确定机车轮对的运行状态为空转状态；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，可以确定机车轮对的运行状态为滑行状态。
本发明实施例能够检测机车轮对是否发生空转和滑行情况，并且采用组合方式对机车定位测速，系统稳定性好，且具有冗余性；惯性测量模块不需要任何外部信息就可正常工作，成本低，不受外部环境(如风、雪、雨水等天气)的影响；利用速度传感器、卫星定位模块和惯性导航组合方式进行机车运行状态参数测量，系统测量精度高；利用加(减)速度检测法、速度差检测法和滑行率检测法三种方式检测轮对的空转、滑行，检测结果可信度高；提高测速精度，进而提高LKJ的测距精度，提升安全制动距离的计算精度，更好地保证行车安全。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的所述机车轮对空转及滑行检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的载体系到水平坐标系的变换示意图；
图3为本发明实施例提供的磁场强度在水平坐标系h系和m系中的分解关系示意图；
图4为本发明实施例提供的组合导航算法结构框图；
图5为本发明实施例提供的自主导航算法结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前，在机车运行过程中轮轨间粘着被破坏时，机车轮对将发生滑行或空转，会造成轮轨的磨损甚至毁坏，不仅增加了铁路运营的保养维修费用，严重时甚至威胁到机车的安全运行，基于此，本发明实施例提供的一种机车轮对空转及滑行检测方法及系统，可以检测机车轮对是否发生空转和滑行情况，并且采用多种组合方式对机车定位测速，系统稳定性好，且具有冗余性；惯性测量模块不需要任何外部信息就可正常工作，成本低，不受外部环境(如风、雪、雨水等天气)的影响；利用速度传感器、卫星定位模块和惯性导航组合方式进行机车运行状态参数测量，系统测量精度高；利用加(减)速度检测法、速度差检测法和滑行率检测法三种方式检测轮对的空转、滑行，检测结果可信度高；提高测速精度，进而提高LKJ的测距精度，提升安全制动距离的计算精度，更好地保证行车安全。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种机车轮对空转及滑行检测方法进行详细介绍，如图1所示，所述机车轮对空转及滑行检测方法，所述方法可以应用于后文实施例提供的机车轮对空转及滑行检测系统的故障诊断模块中，所述方法包括以下步骤。
在步骤S101中，接收组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度。
所述基准速度和所述基准加速度由卫星定位模块采集的位置信息有效时利用组合导航解算方式确定，由于基准速度和基准加速度是经过组合导航解算的，所以在本发明实施例中，我们认为基准速度和基准加速度是准确的，所述车轮速度由速度传感器采集的速度脉冲信号确定，在本发明实施例中，我们认为车轮速度是可能存在误差的。
在步骤S102中，根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率。
当机车发生空转/滑行时，速度传感器数据较正常情况有很大变化.根据速度传感器数据的变化情况，目前比较常用的空转/滑行检测方法有加(减)速度检测法、速度差检测法和滑行率检测法。本发明采用3种方式综合的方法进行故障诊断。
机车当前速度：
其中：P为组合惯性导航滤波平滑因子，减小组合惯性导航解算速度中噪声的影响，一般取2。
VTrain(i-1)前一时刻机车速度。
VINS(i)组合惯性导航解算的当前机车速度。
机车当前加速度：
其中：aTrain(i-1)为前一时刻机车速度。
aINS(i)惯性导航解算的当前时刻机车加速度。
当前机车轮对速度：
其中：Vwheel(i-1)为前一时刻机车轮对速度。
Vod(i)为当前时刻速度传感器速度。
Q为速度传感器滤波平滑因子，由于机车运行状态下振动幅值较大，速度传感器测量结果的信噪比较低，故取Q为12，减小噪声对诊断结果的影响。
当前机车轮对加速度：
其中：awheel(i-1)为前一时刻机车轮对速度。
速度差：
Vdif＝abs(Vwheel(i)-VTrain(i))
加速度差：
滑行率：
轮对做理论上的纯滚动和完全滑行时的λ值分别为0和100％，实际上处于一种“黏着”状态，机车实际运行时的λ值应介于二者之间。
步骤S103中，当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态。
设定滑行减速度临界检测值为asliding(后文称为第五临界检测值)，空转加速度临界检测值为aidling(后文称为第一临界检测值)，加(减)速度差临界检测值为aLimit(后文称为第二临界检测值)，速度差临界检测值为VLimit(后文称为第三临界检测值)。空转时滑行率临界检测值为λidling(后文称为第四临界检测值)，滑行时滑行率临界检测值为λsliding(后文称为第六临界检测值)，则：
当所述基准加速度大于或者等于第一临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率小于或者等于第四临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件。也即：(aTrain(i)≥aidling or adif(i)≥aLimit)or(Vdif≥VLimit andλ≤λidling。
在步骤S104中，当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态。
在该步骤中，当所述基准加速度小于或者等于第五临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率大于或者等于第六临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件。也即：(aTrain(i)≤asliding or adif(i)≥aLimit)or(Vdif≥VLimit andλ≥λsliding)。
在本发明实施例中，所述方法还包括：当所述基准加速度大于第五临界检测值且所述基准加速度小于第一临界检测值、所述加速度差小于第二临界检测值、所述速度差小于第三临界检测值、并且、所述滑行率小于第四临界检测值时，确定机车轮对的运行状态为正常运行状态。也即：(asliding<aTrain(i)<aidling and adif(i)<aLimit)and Vdif(i)<VLimit andλidling<λ<λsliding。
其他情况下为异常状态。
在步骤S104之后，还包括：当所述机车轮对的运行状态为空转状态或者所述机车轮对的运行状态为滑行状态时，利用所述基准速度和所述基准加速度对所述车轮速度进行修正，得到实际车速，实际车速可以用于精确控制机车行驶等等。
在本发明的又一实施例中，在步骤S101之前，还提供一种机车轮对空转及滑行检测方法，所述方法可以应用于后文实施例提供的机车轮对空转及滑行检测系统的组合惯性导航模块中，所述方法包括：
在进行初始对准后，获取惯性测量模块采集的加速度信息和角速度信息，获取卫星定位模块采集的位置信息，以及，获取速度传感器采集的速度脉冲信号；根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；当所述位置信息无效时，根据所述加速度信息、所述角速度信息以及所述第一参考速度，利用自主导航解算方式进行解算，得到所述基准速度和所述基准加速度；向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度。
当所述位置信息无效时，系统转入到自主导航状态，自主导航能在短时间内保持系统运行精度，自主导航利用惯性测量模块自身的传感器的输出信息，进行自主导航解算。
解算流程如图5，通过初始的经纬度信息求得地球自转角速度在n(导航坐标系)系中的投影通过初始速度信息求得n系相对于e(地球坐标系，原点在地心上的坐标系)系的转动角速度在n系中的投影由与相加可以得到n系相对于i(地固惯性坐标系，它的坐标原点Οi一般情况下选定在地球的质心处，xi、yi轴的指向相对于天空的两颗恒星无转动，即xi轴指向春分点,yt指向秋分点。)系的转动角速度在n系中的投影再由坐标变换求得与陀螺仪的输出做差可以得到通过四元数运算或者其他求解方式进行姿态更新，从而得到更新的姿态矩阵对加速度计的输出进行坐标变换可以得到n系下的比力信息然后进行速度更新，通过更新后的速度信息来进行位置更新，得到新的经纬度信息。
当所述位置信息有效时，如图4所示，利用采集得到的陀螺和加速度计输出的角速度和载体系的比力测量值可以估计出位置、速度和姿态。同时，这些值通过卡尔曼滤波算法的预测步骤，预测出状态估计误差(即协方差矩阵Pk)的增量，这个误差也代表了对正在运行系统的估计状态的可靠性。当接收到GNSS或速度传感器的测量值时，将该值反馈到卡尔曼滤波器，通过修正更新步骤，对系统解算的位置、速度和姿态进行修正更新，减小系统的状态估计误差。
当组合导航解算结束，解算结果进入故障诊断模块，对机车轮对运行状态进诊断，当机车出现空转、滑行状态时，发出报警信号。
在步骤S201之前，所述方法还包括：
利用所述惯性测量模块中的陀螺仪，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的横摇角和纵摇角；
利用所述惯性测量模块中的地磁传感器测量的地磁在所述载体坐标系上的投影，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的航向角。
初始对准的作用：由于系统开始工作时，经过自检和判断机车的运行状态(静止/运动)后，进入初始对准模式。惯性导航系统是根据测得的载体的加速度，经过积分运算求得速度与位置的，因此，必须知道载体的初始速度和初始位置，使得平台坐标系与导航坐标系重合，使导航计算机正式工作时有正确的初始条件。
初始对准可以包括以下步骤：1)水平对准，利用所述惯性测量模块中的陀螺仪，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的横摇角和纵摇角。
载体静止时，设载体系为OXbYbZb，水平系为OXhYhZh，图2给出了载体以任意姿态运动时，由载体系OXbYbZb到水平OXhYhZh的转动关系，即可经如下的两次旋转得到，即：
OXbYbZb→OX1Y1Z1→OXhYhZh
由OXbYbZb绕Yb轴旋转-γ得到OX1Y1Z1，再由OX1Y1Z1绕X1轴旋转-θ得到OXhYhZh，其中γ为横滚角，θ为俯仰角。
根据上述旋转，得到载体系到水平系的转换矩阵
重力加速度g在OXbYbZb坐标系各个轴向分量为在OXhYhZh各轴分量为根据便有：
并可推得：
便可获得载体的横摇角γ和纵摇角θ。而根据可用于在静止状态下判断加速度计的采样系统输出是否有问题。即当惯性导航系统的加速度计三个轴的输出值不符合公式时，加速度计自身故障，需要检修。
2)方位对准，在载体静止条件下，利用所述惯性测量模块中的地磁传感器测量的地磁在所述载体坐标系上的投影，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的航向角。如果载体处于运动状态，还可利用卫星定位模块航迹向对航向角进行校正。
如图3所示，载体静止时，设地磁场强度在OXbYbZb各轴向分量为在OXhYhZh各轴分量为根据可得：
将已知的γ、θ代入上式，即可求得应该指出的是，水平系OXhYhZh与地磁中的水平系OXmYmZm所定义的方向是有区别的。上述得到的和是在水平系OXhYhZh下的计算值，将其转换到OXmYmZm系下，即其中HH为和合成的水平磁力。
由水平磁力HH指向磁北这一原理，可得磁航向ψ，用地磁强度在h系下的值表示为：
利用载体磁航向ψ，通过加上或减去当地的磁偏角便能确定载体的真实航向角
系统经过初始对准后，进入组合导航模式，计算载体的速度等相关信息。
在本发明的又一实施例中，还提供一种机车轮对空转及滑行检测装置，本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容，所述装置包括：接收模块、第一计算模块、第一确定模块和第二确定模块；
接收模块，用于接收组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度，所述基准速度和所述基准加速度由卫星定位模块采集的位置信息有效时利用组合导航解算方式确定，所述车轮速度由速度传感器采集的速度脉冲信号确定；
第一计算模块，用于根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；
第一确定模块，用于当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；
第二确定模块，用于当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态。
在本发明的又一实施例中，还提供一种机车轮对空转及滑行检测装置，本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容，所述装置包括：获取模块、第三确定模块、第二计算模块、解算模块和发送模块。
获取模块，用于在进行初始对准后，获取惯性测量模块采集的加速度信息和角速度信息，获取卫星定位模块采集的位置信息，以及，获取速度传感器采集的速度脉冲信号；
第三确定模块，用于根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；
第二计算模块，用于当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；
解算模块，用于利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；
发送模块，用于向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度。
在本发明的又一实施例中，还提供一种机车轮对空转及滑行检测系统，包括：组合惯性导航模块、故障诊断模块、无线通信模块及电源模块，其中，所述组合惯性导航模块包括：惯性测量模块、卫星定位模块、速度传感器、控制计算机和导航计算机；
所述惯性测量模块，包括陀螺仪、加速度计、地磁传感器和气压计，用于利用所述加速度计采集机车当前行驶的加速度信息，利用所述陀螺仪采集机车当前行驶的角速度信息，利用所述地磁传感器采集机车当前位置的磁强度，以及，利用所述气压计采集机车当前位置的气压；
所述卫星定位模块，用于采集机车当前的位置信息；
所述速度传感器，用于采集机车行驶的速度脉冲信息；
所述导航计算机，用于在进行初始对准后，根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度；
所述故障诊断模块，用于根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态；
所述控制计算机，用于控制所述无线通信模块将所述机车轮对的运行状态发送至外部监控设备；
所述电源模块，用于为所述惯性测量模块、所述卫星定位模块、所述速度传感器、所述导航计算机、所述故障诊断模块、所述控制计算机和无线通信模块供电。
在本发明的又一实施例中，还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述方法实施例所述的方法。
本发明实施例所提供的机车轮对空转及滑行检测方法及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，应用于故障诊断模块中，所述方法包括：
接收组合惯性导航模块输出的基准速度、基准加速度和车轮速度，所述基准速度和所述基准加速度由卫星定位模块采集的位置信息有效时利用组合导航解算方式确定，所述车轮速度由速度传感器采集的速度脉冲信号确定；
根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；
当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；
当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态。
2.根据权利要求1所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述基准加速度大于或者等于第一临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率小于或者等于第四临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件。
3.根据权利要求2所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述基准加速度小于或者等于第五临界检测值、或者、所述加速度差大于或者等于第二临界检测值时，或者，当所述速度差大于或者等于第三临界检测值、且、所述滑行率大于或者等于第六临界检测值时，确定所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件。
4.根据权利要求3所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述基准加速度大于第五临界检测值且所述基准加速度小于第一临界检测值、所述加速度差小于第二临界检测值、所述速度差小于第三临界检测值、并且、所述滑行率小于第四临界检测值时，确定机车轮对的运行状态为正常运行状态。
5.根据权利要求4所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，当所述机车轮对的运行状态为空转状态或者所述机车轮对的运行状态为滑行状态时，利用所述基准速度和所述基准加速度对所述车轮速度进行修正，得到实际车速。
6.一种机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一所述的组合惯性导航模块中，所述组合惯性导航模块内包括惯性测量模块、卫星定位模块和速度传感器；所述方法包括：
在进行初始对准后，获取惯性测量模块采集的加速度信息和角速度信息，获取卫星定位模块采集的位置信息，以及，获取速度传感器采集的速度脉冲信号；
根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定所述车轮速度；
当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；
利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到所述基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到所述基准加速度；
向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度。
7.根据权利要求6所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述位置信息无效时，根据所述加速度信息、所述角速度信息以及所述第一参考速度，利用自主导航解算方式进行解算，得到所述基准速度和所述基准加速度。
8.根据权利要求7所述的机车轮对空转及滑行检测方法，其特征在于，在进行初始对准时，所述方法还包括：
利用所述惯性测量模块中的陀螺仪，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的横摇角和纵摇角；
利用所述惯性测量模块中的地磁传感器测量的地磁在所述载体坐标系上的投影，根据导航坐标系与载体坐标系的转换关系，计算机车的航向角。
9.一种机车轮对空转及滑行检测系统，其特征在于，包括：组合惯性导航模块、故障诊断模块、无线通信模块及电源模块，其中，所述组合惯性导航模块包括：惯性测量模块、卫星定位模块、速度传感器、控制计算机和导航计算机；
所述惯性测量模块，包括陀螺仪、加速度计、地磁传感器和气压计，用于利用所述加速度计采集机车当前行驶的加速度信息，利用所述陀螺仪采集机车当前行驶的角速度信息，利用所述地磁传感器采集机车当前位置的磁强度，以及，利用所述气压计采集机车当前位置的气压；
所述卫星定位模块，用于采集机车当前的位置信息；
所述速度传感器，用于采集机车行驶的速度脉冲信息；
所述导航计算机，用于在进行初始对准后，根据所述加速度信息和所述角速度信息确定机车的第一参考速度，根据所述速度脉冲信息确定车轮速度；当所述位置信息有效时，根据所述位置信息计算机车的第二参考速度和参考加速度；利用所述第二参考速度修正所述第一参考速度，得到基准速度；根据所述加速度信息、所述角速度信息、所述参考加速度，利用组合导航解算方式进行解算，得到基准加速度；向故障诊断模块发送所述基准速度、所述基准加速度和所述车轮速度；
所述故障诊断模块，用于根据所述基准速度、所述基准加速度、所述车轮速度以及预设的速度差检测法、加/减速度检测法和滑行率检测法，分别计算速度差、加速度差及滑行率；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的空转判断条件时，确定机车轮对的运行状态为空转状态；当所述基准加速度、所述速度差、所述加速度差和所述滑行率满足预设的滑行判断条件时，确定机车轮对的运行状态为滑行状态；
所述控制计算机，用于控制所述无线通信模块将所述机车轮对的运行状态发送至外部监控设备；
所述电源模块，用于为所述惯性测量模块、所述卫星定位模块、所述速度传感器、所述导航计算机、所述故障诊断模块、所述控制计算机和无线通信模块供电。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-6任一所述方法。
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