CN110803198B - 一种基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，通过安装在转向架侧架上的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，计算当前转向架在转向架坐标系内的横向位移；通过转向架上的倾角传感器测得当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度；结合转向架尺寸和测量点的分布位置，以及当前转向架在车体坐标系内的横向位移和转向架在转向架坐标系内的倾斜角度，求得转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线并转化为轨道坐标系中的动态外轮廓线；将转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线与转向架判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，当检测到脱轨发生时系统及时告警并施加车辆控制动作。
Description
技术领域
本发明涉及基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法。
背景技术
随着我国城市化进程不断加快，轨道交通在城市交通系统中的优势逐渐凸显，城市轨道交通凭借其运输能力强、间隔时间短和环保无污染的优点在我国公共交通事业中发挥着愈发重要的作用。在客运量大幅上升的同时，对城市轨道交通运营安全性的要求也越来越高。如何保障列车在漫长行程中保持良好的技术状态，车辆在出现走行性能问题时能否及时发现，在脱轨事故发生之前把问题解决，是广大技术人员面临的重要任务。国内外有关列车脱轨方面的理论研究与应急措施大致有以下几种方案：
1)、通过分析机车运行状态参数预报车辆脱轨；
2)、安装车辆运行状态地面安全监测系统；
3)、地面固定式列车脱轨自动报警装置。
经检索发现，中国发明专利申请CN 108860205 A，公开了一种轨道车辆用脱轨检测方法及装置，在转向架构架的中部设置横跨转向架构架的过渡横梁，过渡横梁与车轮对应位置设置压力传感器，在车辆发生脱轨时压力传感器的压力敏感元件接触钢轨检测到压力变化并发出报警信号，压力传感器信号处理单元的输出电缆将报警信号传递给列车控制系统实现脱轨报警。
发明内容
本发明的目的主要是针对上述现有技术的问题，提供一种基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、建立静止状态下的转向架坐标系和轨道坐标系，所述转向架坐标系以转向架中心销的中心为原点、转向架纵向中心线为X轴，转向架横向中心线为Y轴、转向架垂向中心线为Z轴的转向架坐标系；以所述转向架坐标系的原点所在轨道横切面与轨道中心线的交点为原点、轨道延伸方向为X轴，轨道平面横向连线为Y轴、轨道平面垂向中心线为Z轴的轨道坐标系；
第二步、通过静止状态下的转向架与轨道原始数据，获取转向架坐标系的原点在轨道坐标系的坐标，以及两个坐标系的Z轴夹角，从而确定转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系；
第三步、通过安装在转向架侧架的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，结合车辆静止状态下测量点与轨道之间的距离，计算当前转向架在转向架坐标系内的横向位移；通过转向架上的倾角传感器测得当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度；
第四步、结合转向架尺寸和测量点的分布位置，以及当前转向架在转向架坐标系内的横向位移和转向架在转向架坐标系内的倾斜角度，求得转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线；
第五步、结合转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系，将所述转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线转换至轨道坐标系中，得到转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线；
第六步、转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线与转向架运行判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，所述转向架运行判定包络线是在标准要求的转向架最大运行包络线基础之上做半径为R的缓冲区。
本发明的脱轨检测方案是在转向架上布置测距仪和倾角传感器，来实时测量施加于转向架的横向位移和倾角，实时监测换算出运行状态转向架动态外轮廓线，同时将转向架动态外轮廓线与以转向架限界为基础制定的转向架运行判定包络线进行实时对比，以判断脱轨与否，当检测到脱轨信号时系统及时告警并施加车辆控制动作。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做解释说明。
在转向架侧架安装两个测距仪，用来测量测量点至轨道的距离。测距仪为二维激光传感器，具有一对传感器，转向架静止状态时，两个传感器分布于该根轨道上方的两侧。每个转向架安装最少两个测距仪，这两个测距仪分布在转向架的两个断面上，建议是转向架侧架的中部端面和后部端面。此外，在转向架布置一个或多个倾角传感器，用来测量车体的倾斜角度，当布置多个倾角传感器时，采用倾角度最大值为倾斜角度。倾角传感器的布置位置没有特殊要求，只要在转向架上即可，建议在构架或者轴箱上。在转向架和车体之间靠近空簧位置处安装第一拉线位移传感器，用于测量空簧的垂向位移;在转向架构架及空气弹簧基座与构架之间的二系弹簧上安装第二拉线位移传感器，用于测量二系弹簧的垂向位移。
本实施例基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，包括以下步骤：
第一步、建立静止状态下的转向架坐标系和轨道坐标系，所述转向架坐标系以转向架中心销的中心为原点、转向架纵向中心线为X轴，转向架横向中心线为Y轴、转向架垂向中心线为Z轴的转向架坐标系；以所述转向架坐标系的原点所在轨道横切面与轨道中心线的交点为原点、轨道延伸方向为X轴，轨道平面横向连线为Y轴、轨道平面垂向中心线为Z轴的轨道坐标系。
第二步、通过静止状态下的转向架与轨道原始数据，获取转向架坐标系的原点在轨道坐标系的坐标，以及两个坐标系的Z轴夹角，从而确定转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系。
第三步、通过安装在转向架侧架的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，结合车辆静止状态下测量点与轨道之间的距离，计算当前转向架在转向架坐标系内的横向位移；通过转向架上的倾角传感器测得当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度。由于测量是实时进行的，为了消除干扰，本实施例中对得到的当前转向架在转向架坐标系内的横向位移数据和当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度数据进行滤波，去除干扰数据。
第四步、结合转向架尺寸和测量点的分布位置，以及当前转向架在转向架坐标系内的横向位移和转向架在转向架坐标系内的倾斜角度，求得转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线。
第五步、结合转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系，将所述转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线转换至轨道坐标系中，得到转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线。
第六步、转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线与转向架运行判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，若转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线超出转向架运行判定包络线，则判定为脱轨。转向架运行判定包络线是在标准要求的转向架最大运行包络线基础之上做半径为R的缓冲区，R=150-300mm。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、建立静止状态下的转向架坐标系和轨道坐标系，所述转向架坐标系以转向架中心销的中心为原点、转向架纵向中心线为X轴，转向架横向中心线为Y轴、转向架垂向中心线为Z轴的转向架坐标系；以所述转向架坐标系的原点所在轨道横切面与轨道中心线的交点为原点、轨道延伸方向为X轴，轨道平面横向连线为Y轴、轨道平面垂向中心线为Z轴的轨道坐标系；
第二步、通过静止状态下的转向架与轨道原始数据，获取转向架坐标系的原点在轨道坐标系的坐标，以及两个坐标系的Z轴夹角，从而确定转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系；
第三步、通过安装在转向架侧架的测距仪，测量测量点与轨道之间的距离，结合车辆静止状态下测量点与轨道之间的距离，计算当前转向架在转向架坐标系内的横向位移；通过转向架上的倾角传感器测得当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度；
第四步、结合转向架尺寸和测量点的分布位置，以及当前转向架在转向架坐标系内的横向位移和转向架在转向架坐标系内的倾斜角度，求得转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线；
第五步、结合转向架坐标系和轨道坐标系之间的关系，将所述转向架在转向架坐标系内的动态外轮廓线转换至轨道坐标系中，得到转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线；
第六步、转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线与转向架运行判定包络线进行动态对比，检测车辆运行过程中的意外脱轨现象，所述转向架运行判定包络线是在标准要求的转向架最大运行包络线基础之上做半径为R的缓冲区。
2.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：测距仪安装在转向架的两个断面上，每个断面安装有一个测距仪。
3.根据权利要求2所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：所述测距仪位于任意一根轨道的上方。
4.根据权利要求3所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：所述测距仪具有一对传感器，车辆静止状态时，两个传感器分布于该根轨道上方的两侧。
5.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：若转向架在轨道坐标系中的动态外轮廓线超出转向架运行判定包络线，则判定为脱轨。
6.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：R=150-300mm。
7.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：第三步中，对得到的当前转向架在转向架坐标系内的横向位移数据和当前转向架在转向架坐标系内的倾斜角度数据进行滤波，去除干扰数据。
8.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：所述测距仪为二维激光传感器。
9.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：所述倾角传感器固定在轴箱或者转向架构架上。
10.根据权利要求1所述的基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法，其特征在于：在转向架和车体之间靠近空簧位置处安装第一拉线位移传感器，用于测量空簧的垂向位移;在转向架构架及空气弹簧基座与构架之间的二系弹簧上安装第二拉线位移传感器，用于测量二系弹簧的垂向位移。
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