CN107839716A - 一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统及定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统及定位方法，为了解决现有故障车辆在方向改变后，处理人员很难根据预报信息找到故障位置的缺点。本发明系统：电子标签设置在电子标签安装架上，电子标签安装架的第一支脚和第二支脚分别设置在电子标签安装架背板下表面的两个短边侧，电子标签安装架通过第一支脚和第二支脚居中设置在车体底部横梁上或伸缩杆的上表面；伸缩杆的两个子节分别嵌入主节两端的内部，主节的两端和两个子节分别设置多个螺孔，伸缩杆的宽度与电子标签安装架的宽度相同，伸缩杆下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆与车体底部短边平行设置，伸缩杆的中心点与车体底部中心点距离大于1米；本发明用于车辆故障定位领域。
Description
技术领域
本发明涉及基于电子标签的铁路车辆故障定位系统及定位方法。
背景技术
5T系统广泛应用于我国铁路，安装在铁路沿线，对通过货车、客车车辆的运行状态进行在线检测和预报，是保障铁路车辆运行安全的重要装备。在预报铁路车辆故障时，一方面，需要准确地进行检测和分析，提高预报的准确性；另一方面，在对故障进行处理时，需要让处理人员准确找到故障所在的位置。
铁路列车在进行编组时，车辆之间并不能保证都按结构定位的一位端或二位端在同一方向进行连挂，因此，根据列车运行方向，无法判断车辆的一位端或二位端所在的方向，进而对5T系统的故障预报与处理带来下列问题：
1.5T系统进行故障预报后，需要现场检车人员进行确认和处理。如果仅仅按列车运行方向预报车辆故障所在的位置，那么故障车辆在被摘解后，方向往往容易发生改变，现场处理人员很难准确根据预报信息找到故障所在位置。
2.5T系统对车辆进行单次检测、预报的准确性容易受各种外界环境或其它突发因素的干扰。因此，5T系统需要准确定位故障，对疑似故障的历史预报情况进行综合分析，可以提高故障预报的准确性，消除误报，并且确保严重故障被及时发现，保障行车安全。
综上所述，在车辆运行方向动态变化的过程中，实现车辆故障部位预报的准确性和可追踪性，是5T系统运用的重要需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有故障车辆在被摘解后，方向容易发生改变，导致处理人员很难根据预报信息准确找到故障所在位置的缺点，而提出一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统及定位方法。
一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统包括：电子标签、电子标签安装架、伸缩杆和AEI设备；
电子标签设置在电子标签安装架上，电子标签安装架的第一支脚和第二支脚分别设置在电子标签安装架背板下表面的两个短边侧，所述电子标签安装架通过第一支脚和第二支脚居中设置在车体底部横梁上或伸缩杆的上表面；
伸缩杆包括1个主节和两个子，两个子节分别嵌入主节两端的内部，主节的两端和两个子节分别设置多个螺孔，用于伸缩杆调节长度后将主节与两个子节通过螺杆固定连接；伸缩杆的宽度与电子标签安装架的宽度相同，伸缩杆下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆与车体底部短边平行设置，伸缩杆的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
AEI设备包括主机、地面微波天线和开关门车轮传感器，地面微波天线通过同轴电缆与主机连接，开关门车轮传感器与主机连接，地面微波天线与开关门车轮传感器之间的距离小于1.5米。
一种基于电子标签的铁路车辆故障定位方法包括以下步骤：
步骤一：将电子标签安装在电子标签安装架上，若车体底部横梁位置满足安装要求，则将电子标签安装架居中焊接在车体底部横梁上；若车体底部横梁位置不满足安装要求，则电子标签安装架居中焊接在伸缩杆的上表面，将伸缩杆下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆的中心点与车体底部中心点距离大于1米，所述安装要求为车体底部横梁的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
步骤二：安装AEI设备的地面微波天线和开关门车轮传感器，地面微波天线与开关门车轮传感器之间的距离小于1.5米；
步骤三：当车辆运行并通过地面微波天线时，根据电子标签的有效读取时间计算出电子标签通过地面微波天线的时间，根据开关门车轮传感器的信号计算出每一个车轮通过开关门车轮传感器的时间，根据时间对比，确定标签靠近车辆运行方向的前端或后端，定义车辆靠近电子标签的一端为A端，另一端为B端；确定车辆的实际通过方位，即A端在前或B端在前；
步骤四：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，对车轮和轴承进行标识；
步骤五：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，并结合故障监测系统，使用步骤四的车轮和轴承标识对故障部位进行标识，确定故障部位的绝对位置；
步骤六：在现场对故障部位处理时，根据步骤五确定的故障部位的绝对位置，通过查看标签实际安装位置，准确找到故障部位。
将基于RFID技术的射频电子标签1安装在铁路车辆底部，每辆货车、客车车辆安装1个电子标签1，电子标签1安装在车辆底部靠近车辆结构的一位端，因结构限制时，则安装在二位端。
标签不能安装在车辆的横向中心位置，安装位置距离车辆横向中心的距离须大于1m。
5T系统配套的AEI设备在轨道上安装的地面微波天线4和开关门车轮传感器5之间的距离应小于1.5m，。
AEI设备地面微波天线4负责采集安装在车辆底部的电子标签1的信息，开关门车轮传感器5用于采集车轮的信号，根据标签的有效识别范围可以计算出标签通过天线的时间，根据开关门车轮传感器5的信号可以计算出每一个车轮通过开关门车轮传感器5的时间，根据时间对比，可以确定标签与哪一端的车轮更近，确定车辆的实际通过方位，从而可以确定每一个车轮、轴承的具体位置。
本发明的有益效果为：
为了实现车辆追踪及管理，需要在每辆货车、客车底部安装电子标签。本发明电子标签安装在铁路车辆底部的特定位置(安装位置距离车辆横向中心的距离须大于1m。这个条件可以保证标签距离邻近的两个车轮之间距离不相等，而且距离差在2m以上)，确保定位准确；车辆运行安全监控系统(5T)配套AEI设备根据标签采集情况结合车轮信号采集情况，准确判定车辆运行的方位，从而确定采集的目标车轮、轴承的具体位置，对故障进行准确定位的方法。
本发明结合标签读取和车轮传感器采集信号的时序分析，实现对车辆实际通过方位和车轮、轴承等故障部位进行准确定位的方法。解决了列车运行途中由于重新编组导致车辆方位改变后，无法根据列车运行方向准确判断检测的轮对、轴承的具体位置的问题。本发明不需要额外投资，识别方法简单、准确、可靠。
本发明设计的电子标签安装架的宽度小于现有电子标签安装架，即需要空间比较小，适合直接焊接到车体底部的适合位置的横梁上，而不再需要在车体底部通过焊上一个大的附加底板来提供适合焊接标签安装架的位置。若没有合适的横梁可以直接焊接，本发明设计了配套的伸缩杆，伸缩杆两端焊接到车体底部的两根纵梁上，伸缩杆可以适应不同车型的纵梁跨度。
附图说明
图1为电子标签安装架主视图；
图2为电子标签安装架示意图；
图3为电子标签安装架安装在伸缩杆上主视图；
图4为电子标签安装架安装在伸缩杆上示意图；
图5为本发明中地面微波天线和开关门车轮传感器的安装示意图；
图6为本发明电子标签安装位置的示意图；
图7为本发明根据标签确定车辆运行方向的示意图；
图8为本发明根据标签安装位置对车轮和轴承的位置进行定义的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1至图4所示，一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统包括：电子标签1、电子标签安装架2、伸缩杆3和AEI设备；
电子标签1设置在电子标签安装架2上，电子标签安装架2的第一支脚2-1和第二支脚2-2分别设置在电子标签安装架2背板下表面的两个短边侧，所述电子标签安装架2通过第一支脚2-1和第二支脚2-2居中设置在车体底部横梁上或伸缩杆3的上表面；
伸缩杆3包括1个主节3-1和两个子节3-2，两个子节3-2分别嵌入主节3-1两端的内部，主节3-1的两端和两个子节3-2分别设置多个螺孔3-3，用于伸缩杆3调节长度后将主节3-1与两个子节3-2通过螺杆3-4固定连接；伸缩杆3的宽度与电子标签安装架2的宽度相同，伸缩杆3下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆3与车体底部短边平行设置，伸缩杆3的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
电子标签1的中心点与车体底部中心点的连线，与车体底部长边平行；
AEI设备包括主机、地面微波天线4和开关门车轮传感器5，地面微波天线4通过同轴电缆与主机连接，用于发射和接收射频信号；开关门车轮传感器5与主机连接，用于产生车轮感应信号地面微波天线4与开关门车轮传感器5之间的距离小于1.5米。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述电子标签安装架2的第一支脚2-1和第二支脚2-2可居中焊接在车体底部的横梁上，所述横梁的中心点与车体底部中心点距离大于1米。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述电子标签安装架2还包括第一防盗止耳2-3～第四防盗止耳2-6、第一挡板2-7～第四挡板2-10；
第一防盗止耳2-3～第四防盗止耳2-6分别设置在背板的上表面的四个顶角处；所述背板为矩形；
第二挡板2-8和第四挡板2-10沿着背板的长度方向分别设置在背板的上表面的两个长边侧，第二挡板2-8与第四挡板2-10间距等于电子标签1的宽度；
第二挡板2-8位于第三防盗止耳2-5与第四防盗止耳2-6之间，弯曲后的第三防盗止耳2-5、第二挡板2-8和弯曲后的第四防盗止耳2-6共同构成第一防盗卡件；
第四挡板2-10位于第一防盗止耳2-3与第二防盗止耳2-4之间，弯曲后的第一防盗止耳2-3、第四挡板2-10和弯曲后的第二防盗止耳2-4共同构成第二防盗卡件；
第一挡板2-7和第三挡板2-9沿着背板的宽度方向分别设置在背板的上表面的两个短边侧，第一挡板2-7与第三挡板2-9的间距等于电子标签1的长度。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：在背板上还设置有第一通孔和第二通孔，两者均为铆钉通道，背板通过铆钉与电子标签1固连。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：一种基于电子标签的铁路车辆故障定位方法包括以下步骤：
步骤一：将电子标签1安装在电子标签安装架2上，若车体底部横梁位置满足安装要求，则将电子标签安装架2居中焊接在车体底部横梁上；若车体底部横梁位置不满足安装要求，则电子标签安装架2居中焊接在伸缩杆3的上表面，将伸缩杆3下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆3的中心点与车体底部中心点距离大于1米，所述安装要求为车体底部横梁的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
电子标签安装架2的中心点在车体底部纵向中心线上，并且与车体底部横向中心点距离大于1米；
步骤二：安装AEI设备的地面微波天线4和开关门车轮传感器5，地面微波天线4与开关门车轮传感器5之间的距离小于1.5米；
步骤三：当车辆运行并通过地面微波天线4时，根据电子标签1的有效读取时间计算出电子标签1通过地面微波天线4的时间，根据开关门车轮传感器5的信号计算出每一个车轮通过开关门车轮传感器5的时间，根据时间对比，确定标签更靠近车辆运行方向的前端或后端，定义车辆靠近电子标签1的一端为A端，另一端为B端；确定车辆的实际通过方位，即A端在前或B端在前；
步骤四：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，对车轮和轴承进行标识；
步骤五：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，并结合故障监测系统，使用步骤四的车轮和轴承标识对故障部位进行标识，确定故障部位的绝对位置；
步骤六：在现场对故障部位处理时，根据步骤五确定的故障部位的绝对位置，通过查看标签实际安装位置，准确找到故障部位，不受车辆编组方向动态调整的影响；
步骤七：结合故障监测系统，根据步骤五确定的故障部位的绝对位置，对该部位的历史探测情况进行综合分析，提高故障判别准确率，不受车辆编组方向动态调整的影响。
如图5至图8所示，本发明所述的铁路车辆故障定位方法，包括车辆电子标签1安装位置要求，AEI地面微波天线4和开关门车轮传感器5之间位置要求，车辆方位的确定方法，以及车轮、轴承位置的定义等。
存储车辆标识信息的电子标签1安装在车辆底部，为了实现本发明中车辆故障定位方法，要求电子标签1不能安装在车辆的横向中心位置，安装位置距离车辆横向中心的距离须大于1m。这个条件可以保证标签距离车辆两端的距离不相等，而且距离差在2m以上，确保定位准确。
在列车通过AEI设备时，安装在线路上的地面微波天线4持续发射微波信号，安装在车辆底部的电子标签1通过微波信号覆盖区域的过程中，经调制发送出存储在标签芯片中的车辆标识信息，地面微波天线4接收标签反射回来的调制信号，电子标签1信息被反复读取，直到离开天线的有效覆盖区域。由于要求电子标签1在车辆底部的安装位置偏离车体横向中心，这样根据电子标签1的有效读取时间可以确定电子标签1通过AEI的时间，其与车辆两端的车轮信号间隔时间必然不同，间隔时间短的一侧即为电子标签1安装靠近的这一端，这一端定义为A端，间隔时间较长的另一端定义为B端，这种定义方式，与车辆运行方向无关。通过判断A端和B端谁先通过AEI设备，即可确定车辆方位。
确定车辆方位后，根据A端和B端的位置，可以对车轮和轴承进行标识。如果一个人站在A端一侧看向B端，则其左手一侧的车轮、轴承由近及远依次标识为A1、A3、A5、A7，而右手一侧的车轮、轴承由近及远依次标识为A2、A4、A6、A8。这种与方向无关的位置标识方式可以用于5T系统的故障定位、预报与追踪分析，确保现场处理人员准确找到该故障部位，也便于准确地分析其历史探测情况。
图6中穿过车辆的虚线为车辆横向中心线，电子标签安装位置靠近车辆结构的一端位或二端位，距离车辆横向中心的距离大于1米。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述步骤四中对车轮和轴承进行标识的具体过程为：
从A端看向B端，则左手一侧的车轮和轴承由A端至B端依次标识为A1、A3、A5、A7，右手一侧的车轮和轴承由A端至B端依次标识为A2、A4、A6、A8。
其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：所述步骤五中故障监测系统为车辆运行安全监控系统及其它对铁路货车、客车、机车和动车组的轮对、轴承进行在线检测的应用系统。
其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统，其特征在于：所述故障定位系统包括：电子标签(1)、电子标签安装架(2)、伸缩杆(3)和AEI设备；
电子标签(1)设置在电子标签安装架(2)上，电子标签安装架(2)的第一支脚(2-1)和第二支脚(2-2)分别设置在电子标签安装架(2)背板下表面的两个短边侧，所述电子标签安装架(2)通过第一支脚(2-1)和第二支脚(2-2)居中设置在车体底部横梁上或伸缩杆(3)的上表面；
伸缩杆(3)包括1个主节(3-1)和两个子节(3-2)，两个子节(3-2)分别嵌入主节(3-1)两端的内部，主节(3-1)的两端和两个子节(3-2)分别设置多个螺孔(3-3)，用于伸缩杆(3)调节长度后将主节(3-1)与两个子节(3-2)通过螺杆(3-4)固定连接；伸缩杆(3)的宽度与电子标签安装架(2)的宽度相同，伸缩杆(3)下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆(3)与车体底部短边平行设置，伸缩杆(3)的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
AEI设备包括主机、地面微波天线(4)和开关门车轮传感器(5)，地面微波天线(4)通过同轴电缆与主机连接，开关门车轮传感器(5)与主机连接，地面微波天线(4)与开关门车轮传感器(5)之间的距离小于1.5米。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统，其特征在于：所述电子标签安装架(2)的第一支脚(2-1)和第二支脚(2-2)可居中焊接在车体底部的横梁上，所述横梁的中心点与车体底部中心点距离大于1米。
3.根据权利要求2所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统，其特征在于：所述电子标签安装架(2)还包括第一防盗止耳(2-3)～第四防盗止耳(2-6)、第一挡板(2-7)～第四挡板(2-10)；
第一防盗止耳(2-3)～第四防盗止耳(2-6)分别设置在背板的上表面的四个顶角处；所述背板为矩形；
第二挡板(2-8)和第四挡板(2-10)沿着背板的长度方向分别设置在背板的上表面的两个长边侧，第二挡板(2-8)与第四挡板(2-10)间距等于电子标签(1)的宽度；
第二挡板(2-8)位于第三防盗止耳(2-5)与第四防盗止耳(2-6)之间，弯曲后的第三防盗止耳(2-5)、第二挡板(2-8)和弯曲后的第四防盗止耳(2-6)共同构成第一防盗卡件；
第四挡板(2-10)位于第一防盗止耳(2-3)与第二防盗止耳(2-4)之间，弯曲后的第一防盗止耳(2-3)、第四挡板(2-10)和弯曲后的第二防盗止耳(2-4)共同构成第二防盗卡件；
第一挡板(2-7)和第三挡板(2-9)沿着背板的宽度方向分别设置在背板的上表面的两个短边侧，第一挡板(2-7)与第三挡板(2-9)的间距等于电子标签(1)的长度。
4.根据权利要求3所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统，其特征在于：在背板上还设置有第一通孔和第二通孔，两者均为铆钉通道，背板通过铆钉与电子标签(1)固连。
5.一种根据权利要求1所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位系统的定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：将电子标签(1)安装在电子标签安装架(2)上，若车体底部横梁位置满足安装要求，则将电子标签安装架(2)居中焊接在车体底部横梁上；若车体底部横梁位置不满足安装要求，则电子标签安装架(2)居中焊接在伸缩杆(3)的上表面，将伸缩杆(3)下表面的两端焊接在车体底部的两根纵梁上，伸缩杆(3)的中心点与车体底部中心点距离大于1米，所述安装要求为车体底部横梁的中心点与车体底部中心点距离大于1米；
步骤二：安装AEI设备的地面微波天线(4)和开关门车轮传感器(5)，地面微波天线(4)与开关门车轮传感器(5)之间的距离小于1.5米；
步骤三：当车辆运行并通过地面微波天线(4)时，根据电子标签(1)的有效读取时间计算出电子标签(1)通过地面微波天线(4)的时间，根据开关门车轮传感器(5)的信号计算出每一个车轮通过开关门车轮传感器(5)的时间，根据时间对比，确定标签靠近车辆运行方向的前端或后端，定义车辆靠近电子标签(1)的一端为A端，另一端为B端；确定车辆的实际通过方位，即A端在前或B端在前；
步骤四：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，对车轮和轴承进行标识；
步骤五：根据步骤三确定的车辆实际通过方位，并结合故障监测系统，使用步骤四的车轮和轴承标识对故障部位进行标识，确定故障部位的绝对位置；
步骤六：在现场对故障部位处理时，根据步骤五确定的故障部位的绝对位置，通过查看标签实际安装位置，准确找到故障部位。
6.根据权利要求5所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位方法，其特征在于：所述步骤四中对车轮和轴承进行标识的具体过程为：
从A端看向B端，则左手一侧的车轮和轴承由A端至B端依次标识为A1、A3、A5、A7，右手一侧的车轮和轴承由A端至B端依次标识为A2、A4、A6、A8。
7.根据权利要求6所述的一种基于电子标签的铁路车辆故障定位方法，其特征在于：所述步骤五中故障监测系统为车辆运行安全监控系统。
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