CN112326019B - 机车车辆的振动监控和主动抑振方法 - Google Patents

Abstract

机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动信号传输到机车控制系统中，在机车控制系统中建立以油压减振器的振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱和以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，并根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振。本发明实现在线检测油压减振器，提高机车车辆控制的主动性和及时性，使阻尼器的抑振阻尼力频普与铁路轨道路况频普的同步形成，实现阻尼器主动抵制机车辆振动，提高机车车辆的运行平稳性。

Description

机车车辆的振动监控和主动抑振方法

技术领域

本发明涉及机车车辆的振动监控和主动抑振方法，属于铁路机车车辆减振技术领域。

背景技术

近年来我国铁路技术快速发展，列车不断提速，车辆动力学的研究与控制越来越重要。为保证高速列车运行的安全性与乘坐的舒适性，车辆动力学控制成为主要研究目标。铁路车辆运行过程中产生的振动是通过油压减振器来衰减的，为了最大限度的抑制机车车辆的运行振动，实现对机车车辆运行振动的主动控制，合理设计油压减振器的减振阻尼特性，建立机车车辆运行时油压减振器的振动频普和铁路轨道路况频普是非常必要的。

机车车辆的振动主要是因为铁路轨道的不平顺性产生的，阻尼器产生的阻尼力频普只有与铁路轨道路况频普的波形同步才能起到最佳的抑振效果。目前国内外主动悬挂系统大多数都是先通过传感器检测到机车车辆的振动，再将振动信号转换为控制电液比例阀动作的电信号，而这种检测与转换过程是需要一段时间的，虽然这段时间极短，对于高速列车，阻尼器产生的抑振阻尼力的峰值已经错过了机车车辆的振动峰值，即阻尼器产生的阻尼力滞后于机车车辆的振动，也就是说，阻尼力波形相对机车车辆的振动波形有一个滞后角，滞后角越大，抑振效果越差。正是因为这个原因，限制了主动悬挂系统在我国高速列车上的普遍应用。

发明内容

本发明提供的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，实现在线检测油压减振器，及时掌握油压减振器的运行状态，以便在车辆运行过程中根据油压减持器的运行状态及时对车辆的控制进行调整，提高机车车辆控制的主动性和及时性，使阻尼器的抑振阻尼力频普与铁路轨道路况频普的同步形成，实现阻尼器主动抵制机车辆振动，提高机车车辆的运行平稳性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动信号传输到机车控制系统中，在机车控制系统中建立以油压减振器的振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱和以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，并根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振。

优选的，“根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振”是指将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力，以主动抑制车辆振动，使车辆运行平稳。

优选的，在机车控制系统中建立以相应的阻尼器产生的阻尼力为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的抑振阻力尼频谱，对抑振阻尼力频谱进行实时监控，抑振阻尼力频谱的形成与铁路轨道路况频谱的形成同步，实现振动与抑振的同步。

优选的，“将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力”具体是指：通过电液比例阀控制阻尼器的阻尼力变化，将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制电液比例阀的动作，使电液比例阀控制阻器尼产生适应阻尼力。

优选的，“相应的阻尼器”是指与被采集振动信号的油压减振器在车辆上处于同一抑振部位的阻尼器。

优选的，“油压减振器的振动信号”是指：油压减振器在车辆运行过程中的振动位移、速度、加速度，偏摆角、温度和阻尼力。

优选的，“采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动控制号传输到机车控制系统中”具体是指：在油压减振器上安装用于采集在车辆运行过程中油压减振器偏摆角的倾角传感器、用于采集在车辆运行过程中油压减振器加速度的加速度传感器、用于采集车辆运行过程中油压减振器振动位移的位移传感器、用于在车辆运行过程中采集油压减振器温度的温度传感器和用于采集车辆运行过程中油压减振器阻尼力的力传感器，并在车辆上安装接收各传感器的感应信号并与机车控制系统信号传输连接智能测试盒，倾角传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器和力传感器采集的感应信号传输至智能测试盒中，智能测试盒将接收到的感应信号传输至机车控制系统。

发明的有益效果是：

本发明中通过采集油压减振器的振动信号，来建立以油压减振器振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱，以及以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，即油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱随车辆的运行而同步形成，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，实现在线检测油压减振器，及时掌握油压减振器的运行状态，以便在车辆运行过程中根据油压减持器的运行状态及时对车辆的控制进行调整，提高机车车辆控制的主动性和及时性。

根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振，即将实时铁路轨道路况频普信号作为调节相应阻尼器的激励信号源，解决机车车辆抑振控制中阻尼力波形相对车辆的振动波形滞后，阻尼器产生的阻尼力滞后于机车车辆的振动的问题，使阻尼器的抑振阻尼力频普与铁路轨道路况频普的同步形成，用实时铁路轨道路况频普信号主动控制阻尼器，实现阻尼器主动抵制机车辆振动，使阻尼器的阻尼力峰值与车辆的振动峰值同步产生，即阻尼器产生的适应性阻尼力同步于机车车辆的振动，提高机车车辆的运行平稳性。

附图说明

图1为在油压减振器上安装各传感器以及各传感器与智能测试盒连接的结构示意图。

图2为铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生适应阻尼力的流程框图。

具体实施方式

下面结合图1~2对本发明的实施例做详细说明。

机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动信号传输到机车控制系统中，在机车控制系统中建立以油压减振器的振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱和以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，并根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振。

以上所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法中通过采集油压减振器的振动信号，来建立以油压减振器振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱，以及以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，即油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱随车辆的运行而同步形成，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，实现在线检测油压减振器，及时掌握油压减振器的运行状态，以便在车辆运行过程中根据油压减持器的运行状态及时对车辆的控制进行调整，提高机车车辆控制的主动性和及时性。根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振，即将实时铁路轨道路况频普信号作为调节相应阻尼器的激励信号源，解决机车车辆抑振控制中阻尼力波形相对车辆的振动波形滞后，阻尼器产生的阻尼力滞后于机车车辆的振动的问题，使阻尼器的抑振阻尼力频普与铁路轨道路况频普的同步形成，用实时铁路轨道路况频普信号主动控制阻尼器，实现阻尼器主动抵制机车辆振动，使阻尼器的阻尼力峰值与车辆的振动峰值同步产生，即阻尼器产生的适应性阻尼力同步于机车车辆的振动，提高机车车辆的运行平稳性。

其中，“根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振”是指将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力，以主动抑制车辆振动，使车辆运行平稳。将实时铁路轨道路况频谱信号作为激劢信号源来控制阻尼器产生适应阻尼力，使车辆的振动以及抑振所需的阻尼力同步对应，即用实时铁路轨道路况频谱信号来控制阻尼器产生合理阻尼力，阻尼力的产生更加及时有效，抑振效果更佳，提高车辆运行的平稳性。

其中，在机车控制系统中建立以相应的阻尼器产生的阻尼力为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的抑振阻力尼频谱，对抑振阻尼力频谱进行实时监控，抑振阻尼力频谱的形成与铁路轨道路况频谱的形成同步，实现振动与抑振的同步。在机车控制系统中抑振阻尼频谱与铁路轨道路况频谱同步形成，对两者的实时监控可判断两者是否同步形成，即而判断机车车辆的振动与阻尼器产生的阻尼力是否相适应，实现对车辆抑振状态的主动监控，以便机车控制系统可及时掌握车辆抑振状态，而做出相应合理控制。

其中，“将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力”具体是指：通过电液比例阀控制阻尼器的阻尼力变化，将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制电液比例阀的动作，使电液比例阀控制阻器尼产生适应阻尼力。如图2所示，实时铁路轨道路况频谱信号作为励信号源控制电液比例阀的动作，电液比例阀控制阻尼器产生适应阻尼力，主动抑制机车车辆振动，使机车车辆运行平稳。电液比例阀的激励信号为实时铁路轨道路况频谱信号，激励信号与实时铁路轨道路况频谱信号同步，使阻尼器产生的适应阻尼力与车辆振动同步，主动抵振的及时性和有效性高。

其中，“相应的阻尼器”是指与被采集振动信号的油压减振器在车辆上处于同一抑振部位的阻尼器。由于油压减振器也是一种阻尼器，因此“相应的阻尼器”可以是被采集振动信号的油压减振器本身，也可以是与被采集振动信号的油压减振器在车辆上处于同一抑振部位的其它阻尼器。

其中，“油压减振器的振动信号”是指：油压减振器在车辆运行过程中的振动位移、速度、加速度，偏摆角、温度和阻尼力，以精准掌握油压减振器的运行状态。

其中，“采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动控制号传输到机车控制系统中”具体是指：在油压减振器上安装用于采集在车辆运行过程中油压减振器偏摆角的倾角传感器1、用于采集在车辆运行过程中油压减振器加速度的加速度传感器2、用于采集车辆运行过程中油压减振器振动位移的位移传感器3、用于在车辆运行过程中采集油压减振器温度的温度传感器4和用于采集车辆运行过程中油压减振器阻尼力的力传感器5，并在车辆上安装接收各传感器的感应信号并与机车控制系统信号传输连接智能测试盒6，倾角传感器1、加速度传感器2、位移传感器3、温度传感器4和力传感器5采集的感应信号传输至智能测试盒6中，智能测试盒6将接收到的感应信号传输至机车控制系统。倾角传感器1、加速度传感器2、位移传感器3、温度传感器4和力传感器5将油压减振器100的实时运行状态参数信息发送至智能测试盒6，智能测试盒6传输至机车控制系统，实现对油压减振器100的运行状态参数信息即振动信号的采集。

其中，所述的倾角传感器1固定在倾角传感器固定座11上，倾角传感器固定座11固定在油压减振器的一端，加速度传感器2固定在加速度传感器固定座21上，加速度传感器固定座21分别固定油压减振器的两端，位移传感器3与油压减振器平行设置且通过位移传感器固定座31装在油压减振器外侧，温度传感器4为贴片式结构粘贴在油压减振器上，力传感器5为应变片且粘贴在油压减振器上。各传感器的安装无需对油压减振器100进行改装或打孔，不影响油压减振器的正常运行。

其中，倾角传感器固定座11通过结构胶粘结在油压减振器的一端，加速度传感器固定座21通过结构胶分别粘结在油压减振器的两端，油压减振器的一端用弹力箍环7将倾角传感器固定座11和加速度传感器固定座21箍紧，另一端用弹性箍环7将倾角传感器固定座11箍紧。先将倾角传感器固定座11和加速度传感器固定座21粘结在油压减振器的端部，然后再弹性箍环7箍紧倾角传感器固定座11和加速度传感器固定座21，倾角传感器和加速度传感器的安装稳定可靠，且不对油压减振器100的正常运行形成干涉，各传感器的安装简单可行，便于数据的采集。

其中，所述的智能测试盒6包括具有电板及充电器的充电电源模块61、用于信号接收、存储和处理的信号模块62以及可与外部终端进行无线连接的无线传输模块63，充电电源模块61为信号模块62和无线传输模块63供电，信号模块62与无线传输模块63有线信号传输连接。通过无线传输模块63可连接外部终端，以便外部终端及时下载相关采集数据，充电电源模块61可自充电，无需外接供电，电压稳定，避免使用机车车辆上的交流电，电压是很不稳定且电磁干扰严重，采集信息不及时的缺陷。保证油压减振器的振动信号采集的连续性，有效性和及时性。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。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的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。

Claims (9)

1.机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动信号传输到机车控制系统中，在机车控制系统中建立以油压减振器的振动信号为纵坐标、以时间为横坐标的油压减振器振动频谱和以油压减振器的振动信号为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的铁路轨道路况频谱，对油压减振器振动频谱和铁路轨道路况频谱进行实时监控，并根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振。

2.根据权利要求1所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：“根据实时铁路轨道路况频谱信号控制车辆中相应的阻尼器主动抑振”是指将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力，以主动抑制车辆振动，使车辆运行平稳。

3.根据权利要求2所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：在机车控制系统中建立以相应的阻尼器产生的阻尼力为纵坐标、以铁路轨道位置为横坐标的抑振阻尼力频谱，对抑振阻尼力频谱进行实时监控，抑振阻尼力频谱的形成与铁路轨道路况频谱的形成同步，实现振动与抑振的同步。

4.根据权利要求2所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：“将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制车辆中相应的阻尼器产生阻尼力”具体是指：通过电液比例阀控制阻尼器的阻尼力变化，将实时铁路轨道路况频谱信号作为激励信号源控制电液比例阀的动作，使电液比例阀控制阻尼器产生适应阻尼力。

5.根据权利要求4所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：“相应的阻尼器”是指与被采集振动信号的油压减振器在车辆上处于同一抑振部位的阻尼器。

6.根据权利要求1所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：“采集车辆中油压减振器的振动信号，将采集到振动信号传输到机车控制系统中”具体是指：在油压减振器上安装用于采集在车辆运行过程中油压减振器偏摆角的倾角传感器（1）、用于采集在车辆运行过程中油压减振器加速度的加速度传感器（2）、用于采集车辆运行过程中油压减振器振动位移的位移传感器（3）、用于在车辆运行过程中采集油压减振器温度的温度传感器（4）和用于采集车辆运行过程中油压减振器阻尼力的力传感器（5），并在车辆上安装接收各传感器的感应信号并与机车控制系统信号传输连接智能测试盒（6），倾角传感器（1）、加速度传感器（2）、位移传感器（3）、温度传感器（4）和力传感器（5）采集的感应信号传输至智能测试盒（6）中，智能测试盒（6）将接收到的感应信号传输至机车控制系统。

7.根据权利要求6所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：所述的倾角传感器（1）固定在倾角传感器固定座（11）上，倾角传感器固定座（11）固定在油压减振器的一端，加速度传感器（2）固定在加速度传感器固定座（21）上，加速度传感器固定座（21）分别固定油压减振器的两端，位移传感器（3）与油压减振器平行设置且通过位移传感器固定座（31）装在油压减振器外侧，温度传感器（4）为贴片式结构粘贴在油压减振器上，力传感器（5）为应变片且粘贴在油压减振器上。

8.根据权利要求7所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：倾角传感器固定座（11）通过结构胶粘结在油压减振器的一端，加速度传感器固定座（21）通过结构胶分别粘结在油压减振器的两端，油压减振器的一端用弹力箍环（7）将倾角传感器固定座（11）和加速度传感器固定座（21）箍紧，另一端用弹力箍环（7）将倾角传感器固定座（11）箍紧。

9.根据权利要求6所述的机车车辆的振动监控和主动抑振方法，其特征在于：所述的智能测试盒（6）包括具有电板及充电器的充电电源模块（61）、用于信号接收、存储和处理的信号模块（62）以及可与外部终端进行无线连接的无线传输模块（63），充电电源模块（61）为信号模块（62）和无线传输模块（63）供电，信号模块（62）与无线传输模块（63）有线信号传输连接。

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