CN111169487B - 集电靴拉弧预警智能测控装置、地铁车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集电靴拉弧预警智能测控装置、地铁车辆及其控制方法，集电靴拉弧预警智能测控装置，包括主控机、温度传感器、湿度传感器、速度传感器和图像采集器；其中，所述温度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆外部的空气温度，所述湿度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆外部的空气湿度，所述速度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆的速度，所述图像采集器与所述主控机通信连接并用于采集地铁车辆的集电靴与接触轨的图像，所述主控机还用于与地铁车辆的车载微机通信连接用于获取集电靴的电压和电流。实现减少或避免集电靴出发生拉弧的现象，以提高地铁车辆的行驶安全可靠性。

Description

集电靴拉弧预警智能测控装置、地铁车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及地铁车辆技术领域，尤其涉及一种集电靴拉弧预警智能测控装置、地铁车辆及其控制方法。
背景技术
目前，地铁车辆是人们日常出行的常用交通工具，地铁车辆的供电方式分为接触网供电和接触轨供电两种，而采用接触轨供电的地铁车辆被更为广泛的使用。当地铁车辆采用接触轨供电时，接触轨铺设时，在铁轨道岔处会有间断区域。地铁车辆长期运行以后，由于车辆运行振动和磨耗等原因，集电靴与接触轨之间间隙会增大。而当地铁车辆通过接触轨间断区域的临界区域时。而此时，如果车速较快、空气湿度较大，地铁车辆集电靴与接触轨之间间隙较大，则容易导致集电靴与接触轨之间出现拉弧现象，进而使得集电靴和接触轨烧损，导致地铁车辆的运行可靠性降低和产生较大的经济损失。如何设计一种行驶可靠性高的地铁车辆是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种集电靴拉弧预警智能测控装置、地铁车辆及其控制方法，实现减少或避免集电靴出发生拉弧的现象，以提高地铁车辆的行驶安全可靠性。
本发明提供的技术方案是，一种集电靴拉弧预警智能测控装置，包括主控机、温度传感器、湿度传感器、速度传感器和图像采集器；其中，所述温度传感器与所述主控机通信连接并用于检测地铁车辆外部的温度，所述湿度传感器与所述主控机通信连接并用于检测地铁车辆外部的湿度，所述速度传感器与所述主控机通信连接并用于检测地铁车辆的速度，所述图像采集器与所述主控机通信连接并用于采集地铁车辆的集电靴与接触轨的图像，所述主控机还用于与地铁车辆的车载微机通信连接用于获取集电靴的电压和电流。
进一步的，还包括GPS模块，所述GPS模块与所述主控机通信连接用于检测地铁车辆的当前位置。
进一步的，所述主控机上设置有MVB接口，所述主控机与地铁车辆的车载微机通过多功能车辆总线通信连接。
进一步的，所述图像采集器为摄像头。
本发明还提供一种地铁车辆，包括车体，所述车体上设置有集电靴和车载微机，还包括上述集电靴拉弧预警智能测控装置；其中，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的温度传感器和湿度传感器设置在所述车体的外部，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的速度传感器设置在所述车体的轮轴上，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的图像采集器设置在所述车体的外部并位于所述集电靴的一侧。
本发明还提供一种上述地铁车辆的控制方法，包括：
图像采集器采集集电靴与接触轨的图像，并根据采集到的图像信息进行图像识别处理以计算出集电靴与接触轨之间的间隙距离值；
通过温度传感器采集外界温度值，通过湿度传感器采集外界湿度值，通过速度传感器检测地铁车辆的车速；
主控机与车载微机通信获取集电靴的电压和电流；
根据将当前集电靴的电压和电流，并结合间隙距离值、车速、温度值和湿度值，预测出车辆前方S米处的集电靴与接触轨之间的电弧强度。
进一步的，还包括：通过GPS模块获取当前地铁车辆的位置，再根据车辆位置信息和本装置中预先存储的接触轨间断区域地理位置，判断计算出车辆与接触轨断电区域的距离值；若根据车辆距离接触轨断电区域较近时，则结合当前集电靴的电压、电流、集电靴与接触轨的间隙距离值、车速、温度值，湿度值和集电靴距离接触轨间断区边界的距离，来计算当前车速下最大电弧产生的位置和强度。
进一步的，还包括当预测到电弧强度大于设定值，则降低地铁车辆的车速。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过采集集电靴与接触轨之间的图像来计算出两者之间的间隙距离，再根据各个传感器采集得到的温度、湿度和车速信息，根据GPS传输的车辆当前位置信息和本装置中预先存储的接触轨间断区域地理位置，计算集电靴距离接触轨间断区边界的距离，以及通过与车载微机通信获取的集电靴当前电压和电流等综合信息，准确预测集电靴与接触轨之间的电弧强度，即将发生电弧的接触轨位置和时间，进而便可以在预测到电弧强度过大的情况下进行提前报警提醒，同时司机可以选择通过操作模式开关方式，启动本装置自动控制模式，使本装置自动控制降速操作，以降低拉弧强度，避免集电靴和接触轨被灼伤，以提高地铁车辆的行驶安全可靠性，减少经济损失。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明集电靴拉弧预警智能测控装置实施例的原理图；
图2为本发明地铁车辆实施例的结构示意图之一；
图3为本发明地铁车辆实施例的结构示意图之二。
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作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。
如图1-图3所示，本发明提供了一种地铁车辆，其包括车体100，其中，车体100上配置有转向架101、集电靴102和车载微机103等部件，针对地铁车辆的常规配置，可以参考现有技术中的地铁车辆，在此不做限制和赘述。
其中，为了有效的测控集电靴102与接触轨之间产生的电弧强度，以减少或避免在集电靴102与接触轨之间出现拉弧的现象，则地铁车辆上还配置有集电靴拉弧预警智能测控装置200，集电靴拉弧预警智能测控装置200包括主控机1、温度传感器2、湿度传感器3、速度传感器4和图像采集器5；其中，所述温度传感器2与所述主控机1通信连接并用于检测地铁车辆外部的空气温度，所述湿度传感器3与所述主控机1通信连接并用于检测地铁车辆外部的空气湿度，所述速度传感器4与所述主控机1通信连接并用于检测地铁车辆的速度，所述图像采集器5与所述主控机1通信连接并用于采集地铁车辆的集电靴102与接触轨的图像，所述主控机1还用于与地铁车辆的车载微机通信连接用于获取集电靴102的电压和电流。
具体的，在地铁车辆运行过程中，接触轨为集电靴102提供电能，以实现地铁车辆正常行驶。而在行驶过程中，外界环境条件不同，也会导致集电靴102与接触轨之间拉弧以及电弧强度不同。同时，由于受车辆运行振动和集电靴磨耗等因素，地铁车辆在行驶过程中，集电靴102与接触轨之间的间隙大小也不停的变化。
为此，可以通过温度传感器2、湿度传感器3来实时监测地铁车辆所处的环境空气温度和湿度；而通过图像采集器5又可以实时的采集集电靴102与接触轨的图像，并利用图像识别技术便可以计算获得集电靴102与接触轨之间的间隙距离值。然后，根据当前集电靴102的电压和电流值，并结合采集到的的空气温度、空气湿度、车速和间隙距离值，便可以计算出集电靴102与接触轨之间的电弧强度。
而在地铁车辆行驶过程中，当预测到的电弧强度大于设定值的情况下，则司机可以选择通过操作模式开关方式，启动本装置自动控制模式，使本装置自动控制地铁车辆调节车速，以降低拉弧强度，避免集电靴和接触轨被灼伤，以提高地铁车辆的行驶安全可靠性，减少经济损失。
具体控制方法为：图像采集器5采集集电靴102与接触轨的图像，并根据采集到的图像信息进行图像识别处理以计算出集电靴102与接触轨之间的间隙距离值；通过温度传感器2采集外界空气温度值，通过湿度传感器3采集外界空气湿度值，通过速度传感器4检测地铁车辆的车速；主控机1与车在电脑通信获取集电靴102的电压和电流；根据将当前集电靴102的电压和电流，并结合间隙距离值、车速、空气温度值和空气湿度值计算集电靴102与接触轨之间的电弧强度。
其中，对于集电靴拉弧预警智能测控装置200中各个部件的安装位置可以采用如下方式。对于温度传感器2和湿度传感器3，则配置在车体100的外部，这样，便可以准确的检查外界环境的温度值和湿度值。而对于速度传感器4则设置在101转向架的轮轴上，以更为准确有效地的检测车速。另外，对于图像采集器5优选采用摄像头，摄像头也布置在车体100的外部，而为了更为准确的采集图像，则将摄像头设置在集电靴102的一侧。
另外，为了方便信号的传输，则主控机1上设置有MVB接口，所述主控机1与地铁车辆的车载微机通过多功能车辆总线通信连接。
优选地，为了实现对电弧强度变化趋势进行预测，则集电靴拉弧预警智能测控装置200还包括GPS模块6，所述GPS模块6与所述主控机1通信连接用于检测地铁车辆的当前位置。具体的，GPS模块6与主控机1通信连接并获取车辆当前位置信息并结合本装置中预先存储的接触轨间断区域地理位置，来计算车辆与接触轨间断区边界的距离值。地铁车辆在行驶过程中，通过GPS模块6便可以实时获取其所在位置，而对于接触轨而言，接触轨的延伸方向及间断区域的位置时固定不变的。当地铁车辆经过接触轨间断区域时，必然会造成电弧的增强，而通过GPS模块6来实时监测地铁车辆的位置和本装置中预先存储的接触轨间断区域地理位置，计算车辆与接触轨间断区边界的距离值，来预测电弧的增强的时间、位置和强度，进而再存在电弧强度超过设定值的情况下，则司机可以选择通过操作模式开关方式，选择启动本装置自动控制模式，使本装置自动控制地铁车辆调节车速，以降低拉弧强度，避免集电靴和接触轨被灼伤，以提高地铁车辆的行驶安全可靠性，减少经济损失。
进一步的，控制方法还包括：通过GPS模块6获取当前地铁车辆的位置，根据车辆的位置和本装置中预先存储的接触轨间断区域地理位置，计算集电靴距离接触轨间断区边界的距离值，并结合当前集电靴102的电压、电流、集电靴与接触轨之间间隙距离值、车速、温度值和湿度值，来计算当前车速下最大电弧产生的位置和强度。
具体的，根据公式E=KI×I×KU×U×（9865.6-S）+[KT×T-KH×(H-26.265)^6+KV×V^（2.3∏-1.653）] ×Y(D)×D；来计算车辆前方S米处以当前车速行驶，集电靴102与接触轨之间的所产生的电弧强度。最终，可以根据预测计算出的电弧强度E判断是否与大于设定值，并在大于设定值的情况下，则司机可以选择通过手动操作模式开关的方式或启动本装置自动控制模式，以降低地铁车辆的车速。
其中，集电靴和接触轨间隙系数函数：Y(D)=35.689-KD(2.9-D) ^2；
KI:：电流系数(通常取值5.361)；
KU：电压系数(通常取值1.335)；
KT：温度系数(通常取值1.2)；
KH：湿度系数(通常取值0.023)；
KV：速度系数(通常取值1.62)；
KD：集电靴和接触轨间隙系数(通常取值0.096)；
I:车辆集电靴电流；
U：车辆集电靴（或接触轨）电压；
T:空气温度；
H:空气湿度；
S:集电靴距离前方接触轨间断区边界的距离；
V:车辆速度；
D: 前S米处集电靴和接触轨间隙。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种集电靴拉弧预警智能测控装置，其特征在于，包括主控机、温度传感器、湿度传感器、速度传感器和图像采集器；其中，所述温度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆外部的空气温度，所述湿度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆外部的空气湿度，所述速度传感器与所述主控机电气连接并用于检测地铁车辆的速度，所述图像采集器与所述主控机通信连接并用于采集地铁车辆的集电靴与接触轨的图像，所述主控机还用于与地铁车辆的车载微机通信连接用于获取集电靴的电压和电流。
2.根据权利要求1所述的集电靴拉弧预警智能测控装置，其特征在于，还包括GPS模块，所述GPS模块与所述主控机通信连接用于实时检测地铁车辆的当前位置；所述主控机中还存储有接触轨间断区域地理位置信息。
3.根据权利要求1所述的集电靴拉弧预警智能测控装置，其特征在于，所述主控机上设置有MVB接口，所述主控机与地铁车辆的车载微机通过多功能车辆总线通信连接。
4.根据权利要求1所述的集电靴拉弧预警智能测控装置，其特征在于，所述图像采集器为摄像头。
5.一种地铁车辆，包括车体，所述车体上设置有集电靴和车载微机，其特征在于，还包括如权利要求1-4任一项所述的集电靴拉弧预警智能测控装置；其中，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的温度传感器和湿度传感器设置在所述车体的外部，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的速度传感器设置在所述车体的轮轴上，所述集电靴拉弧预警智能测控装置的图像采集器设置在所述车体的外部并位于所述集电靴的一侧。
6.一种如权利要求5所述的地铁车辆的控制方法，其特征在于，包括：
图像采集器采集集电靴与接触轨的图像，并根据采集到的图像信息进行图像识别处理以计算出集电靴与接触轨之间的间隙距离值；
通过温度传感器采集外界温度值，通过湿度传感器采集外界湿度值，通过速度传感器检测地铁车辆的车速；
主控机与车载微机通信获取集电靴的电压和电流；
根据当前集电靴的电压和电流，并结合集电靴与接触轨之间间隙距离值、车速、温度值和湿度值，预测出前方S米处的集电靴与接触轨之间的电弧强度。
7.根据权利要求6所述的地铁车辆的控制方法，其特征在于，还包括：通过GPS模块获取当前地铁车辆的位置，再根据车辆位置信息和预先存储的接触轨间断区域地理位置，计算车辆与接触轨断电区域的距离值；若车辆距离接触轨断电区域较近时，则结合当前集电靴的电压和电流、间隙距离值、车速、温度值、湿度值、集电靴距离接触轨间断区边界的距离，来计算当前车速下最大电弧产生的地理位置和强度。
8.根据权利要求6或7所述的地铁车辆的控制方法，其特征在于，还包括当预测的电弧强度大于设定值，则降低地铁车辆的车速。
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