CN112441079B - 轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置，应用于轨道列车领域，用于提高列车测速的精度和准确性。本申请提供的轨道列车的测速方法包括：安装在牵引电机的轴位置的旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号；将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号；将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号；根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
Description
技术领域
本申请涉及轨道列车技术领域，尤其涉及轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置。
背景技术
目前单轨列车使用的是紧凑型、低维护的光电速度传感器。速度传感器内部设有光栅、发光管和接收管，其通过扫描和轮轴同步的光栅盘，接收管接收光线并感知明暗变化后，传感器可以输出和速度成线性比例的方波信号，通过对该方波信号计算就可以获得被测量对象的转速。
一方面由于光电速度传感器受到光电管体积的限制导致体积较大，安装精度要求高，由于光栅盘大小显示使得周期内光栅个数受到限制，导致传感器精度不高。
另一方面由于光电速度传感器安装在车轮轴端盖处，受车体晃动影响较大，传感器信号波形传输线过长，极易受到周围电磁环境的干扰，导致对被测对象的速度测量不准确。
发明内容
本申请实施例提供一种轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置，以解决现有技术对轨道列车测速精度低、测速不准确的技术问题。
根据本申请的一方面提供的种轨道列车的测速方法，该方法包括：
安装在牵引电机的轴位置的旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号；
将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号；
将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号；
根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
根据本申请的一方面提供的一种轨道列车的测速装置，包括电机，还包括旋转变压器、解调器、轴角数字转换器和车载控制器，该旋转变压器设在牵引该电机的轴位置，该旋转变压器的输入端连接该电机的基准源，该旋转变压器的输出端连接该解调器的输入端，该解调器的输出端连接该轴角数字转换器的输入端，该轴角数字转换器的输出端连接车载控制器；
该电机的基准源用于为该旋转变压器提供驱动电压；
该旋转变压器用于在该电机工作时，被该电机带动旋转，并实时输出模拟电压信号；
该解调器用于将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号；
该轴角数字转换器用于将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号；
该车载控制器用于根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
根据本发明的另一方面提供了一种车载控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时实现上述轨道列车的测速方法。
根据本发明的又一方面提供了一种轨道列车，该轨道列车包括上述的轨道列车的测速装置。
本申请提供的轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置，通过在牵引电机的轴位置设置旋转变压器，使得在电机工作、列车开动时，旋转变压器可以被该电机带动旋转，并通过向该旋转变压器输入驱动电压，使得该旋转变压器可以实时输出模拟电压信号，通过对该模拟电压信号进行转换即可得到列车当前的车速，由于旋转变压器设置在牵引电机的轴位置，使得列车在开动时受车体晃动影响较小，不易受到周围电磁环境的干扰，使得依据该旋转变压器输出的模拟电压信号得到的列车车速更为准确，且由于旋转变压器本身的精度要远大于传统速度传感器的精度，采用旋转变压器对轨道列车的车速进行测量进一步使得测量结果更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请一实施例中轨道列车的测速装置的结构框图；
图2是本申请一实施例中轨道列车的测速方法的流程示意图；
图3是本申请一实施例中计算列车车速的方法的流程示意图；
图4是本申请另一实施例中计算列车车速的方法的流程示意图；
图5是本申请一实施例中计算列车车速时信号的转换流程示意图；
图6是本申请一实施例中计算旋转变压器的测速精度的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：
图2是本申请一实施例中轨道列车的测速方法的流程示意图，下面结合图2详细描述根据本申请一实施例中轨道列车的测速方法，如图2所示，该轨道列车的测速方法包括以下步骤S101至S104：
S101、安装在牵引电机的轴位置的旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号。
其中，由于该旋转变压器是在电机转动时被该电机带动旋转，因此旋转变压器转动的速度可以表征该电机转动的速度，进一步可以表征列车车轮转动的速度。
S102、将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号。
其中，可通过解调器(即模数转换模块)将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号，并将该数字电压信号发送至轴角数字转换器。
S103、将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号。
其中，可通过轴角数字转换器将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号，并将该实时的角位置及转动的圈数信号发送至车载控制器。
S104、根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
其中，列车的车速与该列车车轮的半径成正比，与轮速比成反比，该轮速比为该车轮转动一周的角位移与该旋转变压器转动一周的角位移的比值。可通过车载控制器根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
在其中一个实施例中，如图3所示，该步骤S104中根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速包括以下步骤S1041至S1043。
S1041、根据该实时的角位置及转动的圈数信号确定单位时间内该旋转变压器02的角位置及转动的圈数；
S1042、根据该单位时间内该旋转变压器02的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移；
S1043、根据该列车车轮在单位时间内的位移对该单位时间求积分，将积分结果确定为该列车当前的车速。
本实施例给出了一种根据旋转变压器02输出的角位置及转动的圈数计算列车车速的方法，在该实施例中，该单位时间例如200毫秒。
在其中一个实施例中，该列车的车速与该列车车轮的半径成正比，与轮速比成反比，该轮速比为该车轮转动一周的角位移与该旋转变压器02转动一周的角位移的比值。如图4和图5所示，上述步骤S1042中根据该单位时间内该旋转变压器02的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移包括以下步骤S1141和S1142：
S1141、根据所述单位时间内所述旋转变压器02的角位置及转动的圈数确定在单位时间内所述旋转变压器02外的角位移；
S1142、将所述旋转变压器02的角位移乘以车轮半径再除以轮速比的结果确定为列车车轮在单位时间内的位移，所述轮速比为所述车轮转动一周的角位移与所述旋转变压器02转动一周的角位移的比值。
本申请之所以提出使用旋转变压器代替传统速度传感器对单轨列车进行测速，其中一个最大的原因是旋转变压器的精度要远远大于速度传感器的精度。根据旋转变压器工作原理，图6所示，旋转变压器输出模拟电压信号经模数转换模块进行转换，除了旋转变压器自身运行的精度外，则旋转变压器的角位置精度主要取决于转换模值大小，一般的模数转换模块的精度为12位，即4096个采样点，一般的速度传感器采样点的精度为120个采样点，可知该旋转变压器的采样精度已经远大于一般的速度传感器的采样精度。
另外，基于旋转变压器的安装方式，速度传感器在单轨列车中是与车轮同轴，轮速比为1:1，然而旋转变压器暗转在牵引轴上，该旋转变压器到车轮之间还需要差速齿轮，则旋转变压器与车轮的轮速比会远远大于1，目前单轨列车的轮速比为13.6，这使得旋转变压器精度为自身解码精度再乘以轮速比的倍数，其测速精度远大于当前速度传感器测速精度。
从该实施例可以看出，列车车速的精度仅与旋转变压器自身的采样精度和轮速比有关，计算得到的列车车速的精度等于旋转变压器的采样精度乘以轮速比，由于旋转变压器自身的采样精度远大于传统技术中所用的速度传感器的采样精度，且通过轮速比可以成倍增加计算得到的列车车速的精度，使得通过本实施例计算的到的列车车速的精度得以大大提高。
在其中一个实施例中，该模拟电压信号包括正弦电压信号和余弦电压信号，该步骤S101中旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号的步骤进一步为：
该旋转变压器被电机带动旋转时实时输出该正弦电压信号和该余弦电压信号；
该步骤S102中将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号的步骤具体为：
将该正弦电压信号和余弦电压信号转换成实时的数字电压信号。
在其中一个实施例中，该方法还包括：
对该旋转变压器输出的模拟电压信号滤波整合处理；
该步骤S102中将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号的步骤进一步为：
将滤波整合处理之后的模拟电压信号转换成实时的数字电压信号。
在其中一个实施例中，该方法还包括：
对该轴角数字转换器输出的角位置及转动的圈数信号进行数字滤波处理；
该步骤S104中根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速的步骤进一步为：
根据数字滤波处理之后的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
本实施例通过在牵引电机的轴位置设置旋转变压器，使得在电机工作、列车开动时，旋转变压器可以被该电机带动旋转，并通过向该旋转变压器输入驱动电压，使得该旋转变压器可以实时输出模拟电压信号，通过对该模拟电压信号进行转换即可得到列车当前的车速，由于旋转变压器设置在牵引电机的轴位置，使得列车在开动时受车体晃动影响较小，不易受到周围电磁环境的干扰，使得依据该旋转变压器输出的模拟电压信号得到的列车车速更为准确，且由于旋转变压器本身的精度要远大于传统速度传感器的精度，采用旋转变压器对轨道列车的车速进行测量进一步使得测量结果更加准确。
图1是本申请一实施例中轨道列车的测速装置的结构框图，下面结合图1来详细描述根据本实施例的轨道列车的测速装置，如图1所示，该轨道列车的测速装置包括电机01、旋转变压器02、解调器03、轴角数字转换器04和车载控制器05，该旋转变压器02设在牵引该电机01的轴位置，该旋转变压器02的输入端连接该电机01的基准源，该旋转变压器02的输出端连接该解调器03的输入端，该解调器03的输出端连接该轴角数字转换器04的输入端，该轴角数字转换器04的输出端连接车载控制器05。
该电机01的基准源用于为该旋转变压器02提供驱动电压。
其中，该基准源提供的所述驱动电压即所述电机的基准电压。进一步地，由该基准源的初次绕组线圈对旋转变压器02提供固定频率的驱动电压，该固定频率的驱动电压为低频的驱动电压。
该旋转变压器02用于在该电机工作时，被该电机带动旋转，并实时输出模拟电压信号。
该旋转变压器02用于采集电机转动位移，并将采集的信号以模拟电压信号的形式进行输出。由于该旋转变压器02安装在牵引该电机的轴位置处，使得列车开动、电机转动时，该旋转变压器02可以随着电机同步进行转动，当列车停止开动、电机停止转动时，该旋转变压器02可以随着电机同步停止转动，包括加速、减速、匀速行驶时，旋转变压器02可以随着电机同步进行运转，由于旋转变压器02输出的模拟电压信号与转速有关，依据此可将旋转变压器02输出的模拟电压信号转换成列车的车速。
进一步地，在牵引电机工作时，便可带动该旋转变压器02转动，则旋转变压器02将会输出基于旋转变压器02转子角位置的两个模拟电压值，分别是正弦压降和余弦压降。
该解调器03用于将该模拟电压信号转换成实时的数字电压信号。
在其中的一个实施例中，该调节器例如模数转换模块。
该轴角数字转换器04用于将该数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号。
在其中一个实施例中，该轴角数字转换器04可根据旋转变压器02的初级绕组、次级绕组以及激励电压值和旋转变压器02转角，通过运算求出当前角位置以及旋转变压器02当前周期累计旋转的圈数。
该车载控制器05用于根据该实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
其中，该车载控制器05还可以称作车载终端，是有轨列车的主控芯片，该车载控制器05用于对列车运行状态进行智能控制和输出，具体用于根据接收的实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
进一步地，该旋转变压器02的测速原理是先求出车轮的位移，根据车轮的位移对时间求积分便可得出列车实时速度。其中，列车位移是根据旋转变压器02的转角进行计算，旋转变压器02转动一周的角位置为360°，在列车运动时，旋转变压器02的角位置从0～360°交替转换。可根据过零点位置进行检测，旋转变压器02转动一周检测一次过零点位置。旋转变压器02因牵引电机转动输出正余弦的两个模拟电压值，图5是本申请一实施例中计算列车车速时信号的转换流程示意图，如图5所示，该模拟电压值被解调器03处理后得到相对应的数字电压值，该数字电压值再经过轴角-数字转换器处理，可得到旋转变压器02实时的角位置及转动的圈数。因旋转变压器02转动一周的位移为固定值，可根据当前角位置以及转动转动圈数可求得旋转变压器02总共转动的角位移。
在其他实施例中，该车载控制器05还用于实时显示并更新计算得到的所述列车当前的车速。
在其中一个实施例中，该轨道列车的测速装置还包括滤波电路，该滤波电路设在该旋转变压器02与该解调器03之间；
该滤波电路用于对该旋转变压器02输出的模拟电压信号滤波整合处理，并将滤波整合处理之后的模拟电压信号发送至该解调器03。
本实施例通过滤波电路对模拟电压信号进行初步过滤，可以去掉模拟电压信号中明显的杂波和无效信号，提高车速的测量准确性。
在其中一个实施例中，该轨道列车的测速装置还包括数字滤波模块，该数字滤波模块设在该轴角数字转换器04与该车载控制器05之间；
该数字滤波模块用于对该轴角数字转换器04输出的角位置及转动的圈数信号进行数字滤波处理，并将处理之后的角位置及转动的圈数信号发送至该车载控制器05。
本实施例通过数字滤波模块对轴角数字转换器04输出的角位置及转动的圈数信号进行进一步过滤，使得处理后的角位置及转动的圈数信号在一定时间段内的变化更加平滑，从而使得依据该角位置及转动的圈数计算得到的列车的车速在一定时间段内的变化也更加平滑，符合列车逐渐加速和逐渐减速的特点，从而使得计算出来的列车的车速更加符合实际情况。
本实施例通过在牵引电机的轴位置设置旋转变压器02，使得在电机工作、列车开动时，旋转变压器02可以被该电机带动旋转，并通过向该旋转变压器02输入驱动电压，使得该旋转变压器02可以实时输出模拟电压信号，通过对该模拟电压信号进行转换即可得到列车当前的车速，由于旋转变压器02设置在牵引电机的轴位置，使得列车在开动时受车体晃动影响较小，不易受到周围电磁环境的干扰，使得依据该旋转变压器02输出的模拟电压信号得到的列车车速更为准确，且由于旋转变压器02本身的精度要远大于传统速度传感器的精度，采用旋转变压器02对轨道列车的车速进行测量进一步使得测量结果更加准确。
根据本申请的另一实施例提供了一种车载控制器05，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时根据实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速，该实时的角位置及转动的圈数信号由旋转变压器02被电机01带动旋转时输出的模拟电压信号转换得到。
在其中一个实施例中，该处理器执行该程序时还用于：
根据该实时的角位置及转动的圈数信号确定单位时间内该旋转变压器的角位置及转动的圈数；
根据该单位时间内该旋转变压器的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移；
根据该列车车轮在单位时间内的位移对该单位时间求积分，将积分结果确定为该列车当前的车速。
其中，列车的车速与该列车车轮的半径成正比，与轮速比成反比，该轮速比为该车轮转动一周的角位移与该旋转变压器转动一周的角位移的比值。
在其中一个实施例中，该处理器执行该程序时还用于：
根据所述单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数确定在单位时间内所述旋转变压器外的角位移；
将所述旋转变压器的角位移乘以车轮半径再除以轮速比的结果确定为列车车轮在单位时间内的位移，所述轮速比为所述车轮转动一周的角位移与所述旋转变压器转动一周的角位移的比值。
本实施例提供的车载控制器05通过利用在牵引电机的轴位置设置的旋转变压器实时输出模拟电压信号进行转换得到列车当前的车速，由于旋转变压器设置在牵引电机的轴位置，使得列车在开动时受车体晃动影响较小，不易受到周围电磁环境的干扰，使得依据该旋转变压器输出的模拟电压信号得到的列车车速更为准确，且由于旋转变压器本身的精度要远大于传统速度传感器的精度，采用旋转变压器对轨道列车的车速进行测量进一步使得测量结果更加准确。
根据本申请的又一实施例提供了一种轨道列车，该轨道列车包括上述的轨道列车的测速装置。
本实施例提供的轨道列车、车载控制器及轨道列车的测速方法和装置通过在牵引电机的轴位置设置旋转变压器，使得在电机工作、列车开动时，旋转变压器可以被该电机带动旋转，并通过向该旋转变压器输入驱动电压，使得该旋转变压器可以实时输出模拟电压信号，通过对该模拟电压信号进行转换即可得到列车当前的车速，由于旋转变压器设置在牵引电机的轴位置，使得列车在开动时受车体晃动影响较小，不易受到周围电磁环境的干扰，使得依据该旋转变压器输出的模拟电压信号得到的列车车速更为准确，且由于旋转变压器本身的精度要远大于传统速度传感器的精度，采用旋转变压器对轨道列车的车速进行测量进一步使得测量结果更加准确。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种轨道列车的测速方法，其特征在于，所述方法包括：
安装在牵引电机的轴位置的旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号；
将所述模拟电压信号转换成实时的数字电压信号；
将所述数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号；
根据所述实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速，包括：
根据所述实时的角位置及转动的圈数信号确定单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数；
根据所述单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移；
根据所述列车车轮在单位时间内的位移对所述单位时间求积分，将积分结果确定为所述列车当前的车速。
2.根据权利要求1所述的轨道列车的测速方法，其特征在于，所述列车的车速与所述列车车轮的半径成正比，与轮速比成反比，所述轮速比为所述车轮转动一周的角位移与所述旋转变压器转动一周的角位移的比值。
3.根据权利要求1所述的轨道列车的测速方法，其特征在于，所述根据所述单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移的步骤包括：
根据所述单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数确定在单位时间内所述旋转变压器外的角位移；
将所述旋转变压器的角位移乘以车轮半径再除以轮速比的结果确定为列车车轮在单位时间内的位移，所述轮速比为所述车轮转动一周的角位移与所述旋转变压器转动一周的角位移的比值。
4.根据权利要求1所述的轨道列车的测速方法，其特征在于，所述模拟电压信号包括正弦电压信号和余弦电压信号，所述旋转变压器被电机带动旋转时实时输出模拟电压信号的步骤进一步为：
所述旋转变压器被电机带动旋转时实时输出所述正弦电压信号和所述余弦电压信号；
所述将所述模拟电压信号转换成实时的数字电压信号的步骤具体为：
将所述正弦电压信号和余弦电压信号转换成实时的数字电压信号。
5.根据权利要求1所述的轨道列车的测速方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述旋转变压器输出的模拟电压信号滤波整合处理；
所述将所述模拟电压信号转换成实时的数字电压信号的步骤进一步为：
将滤波整合处理之后的模拟电压信号转换成实时的数字电压信号。
6.根据权利要求1所述的轨道列车的测速方法，其特征在于，所述方法还包括：
对轴角数字转换器输出的角位置及转动的圈数信号进行数字滤波处理；
所述根据所述实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速的步骤进一步为：
根据数字滤波处理之后的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速。
7.一种轨道列车的测速装置，包括电机，其特征在于，还包括旋转变压器、解调器、轴角数字转换器和车载控制器，所述旋转变压器设在牵引所述电机的轴位置，所述旋转变压器的输入端连接所述电机的基准源，所述旋转变压器的输出端连接所述解调器的输入端，所述解调器的输出端连接所述轴角数字转换器的输入端，所述轴角数字转换器的输出端连接车载控制器；
所述电机的基准源用于为所述旋转变压器提供驱动电压；
所述旋转变压器用于在所述电机工作时，被所述电机带动旋转，并实时输出模拟电压信号；
所述解调器用于将所述模拟电压信号转换成实时的数字电压信号；
所述轴角数字转换器用于将所述数字电压信号转换成实时的角位置及转动的圈数信号；
所述车载控制器用于根据所述实时的角位置及转动的圈数信号计算列车当前的车速，包括：
根据所述实时的角位置及转动的圈数信号确定单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数；
根据所述单位时间内所述旋转变压器的角位置及转动的圈数计算列车车轮在单位时间内的位移；
根据所述列车车轮在单位时间内的位移对所述单位时间求积分，将积分结果确定为所述列车当前的车速。
8.根据权利要求7所述的轨道列车的测速装置，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路设在所述旋转变压器与所述解调器之间；
所述滤波电路用于对所述旋转变压器输出的模拟电压信号滤波整合处理。
9.根据权利要求7或8所述的轨道列车的测速装置，其特征在于，还包括数字滤波模块，所述数字滤波模块设在所述轴角数字转换器与所述车载控制器之间；
所述数字滤波模块用于对所述轴角数字转换器输出的角位置及转动的圈数信号进行数字滤波处理。
10.一种车载控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述的轨道列车的测速方法。
11.一种轨道列车，其特征在于，所述轨道列车包括如权利要求7至9任一项所述的轨道列车的测速装置。
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