CN113060181A - 列车轮径校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

一种列车轮径校准系统和校准方法，其中，校准系统包括：第一应答器、第二应答器，感应单元、时间记录单元和轮径计算单元；方法流程包括：感应单元识别应答器；轮径计算单元获得应答器感应信号；时间记录单元记录车厢到达第一应答器的时间、感应单元将第一应答器感应信号发送至轮径计算单元的时间、轮径计算单元获得第一感应器感应信号的时间；记录车厢到达第二应答器的时间、感应单元将第二应答器感应信号发送至轮径计算单元的时间、轮径计算单元获得第二感应器感应信号的时间；轮径计算单元在获得第一应答器感应信号时开始轮径计算，在获得第二应答器感应信号时终止轮径计算。本发明考虑了系统时延，可降低轮径校准误差，保证计算值的准确性。

Description

列车轮径校准系统及校准方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，涉及一种列车轮径校准系统及校准方法。

背景技术

城轨车辆的轮径值用于制动系统的制动控制。

常规项目中的城轨制动系统，对于新造车辆，轮径值统一设定为840mm。每辆车共有4个轴，以最常见的6辆编组为例，则整列车共有24个轴，对应有24个轮径值。车辆长时间使用，轮径将发生变化，最主要的原因来自于车轮的磨损。若制动系统不能实施对轮径值得变化进行修正，将影响制动控制指标的计算。

现有技术中，若车辆在使用过程中，某个车轮出现擦伤，常见的方法是对该车轮进行镟轮。在车轮镟轮后，地铁技术人员需要手动输入基准轴的轮径值，然后在满足车速≥20km/h，惰行时间超过5s等条件下，制动系统利用基准轴的轴速和轮径值对未进行手动设定的其他轴的轮径值进行补偿计算，计算后的轮径值作为非手动设定的车轴的轮径值。

若未出现因偶发车轮擦伤导致的镟轮，则地铁车辆段一般会在很长一段时间(一般约为两年)或者车辆运营大约20万公里时，才对所有车轮统一进行一次镟轮。

现有技术存在的问题：

(1)传统方法实现整车轮径的校准操作相对较多，要求地铁技术人员按照严格的操作规程来实现，操作繁琐。

(2)基准轴的轮径值在无镟轮的情况下需要很长一段时间(一般约为两年)才重新测试一遍，在这期间由于车轮的不断使用磨耗，导致计算用的轮径值和实际轮径值出现较大偏差，影响制动控制的精度。

现有技术中也存在轮径校准系统，由于校准系统通信结构复杂，信号传输实时性查，计算精度有限。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种高精度的轮径校准系统及校准方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种列车轮径校准系统，包括：

第一应答器；

第二应答器：与第一应答器间隔距离S设置；

感应单元：用于识别第一应答器，生成第一应答器感应信号，识别第二应答器，生成第二应答器感应信号；

轮径计算单元：与感应单元通信，可获得第一应答器感应信号和第二应答器感应信号；

时间记录单元：用于记录列车车厢到达第一应答器的时间T₁、感应单元将第一应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₂、轮径计算单元获得第一感应器感应信号的时间T₃；进一步记录列车车厢到达第二应答器的时间T₄、感应单元将第二应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₅、轮径计算单元获得第二感应器感应信号的时间T₆；

轮径计算单元被配置为在获得第一应答器感应信号时，开始轮径计算，在获得第二应答器感应信号时，终止轮径计算。

本发明一些实施例中：进一步包括：

速度单元：用于记录轮径计算单元在获得第一感应器感应信号时的速度V₁，列车在计算轮径计算单元在获得第二感应器感应信号时的速度V₂；

计数单元：用于记录测速齿轮转动的齿数；

所述轮径计算单元计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，单位为个；n表示测试齿轮齿数，单位为个；D表示车轮轮径值，单位为mm；V₁和V₂的单位为m/s。

本发明一些实施例中：所述感应单元在每节车厢同一转向架轮轴行驶至第一应答器及第二应答器时被触发。

本发明一些实施例中：进一步包括：

判断单元：用于判断轮径计算单元的轮径计算值是否在设定的阈值范围内，在轮径计算值处于阈值范围时，存储更新轮径值，采用轮径计算值用于制动计算，在轮径计算值小于阈值下限时，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。

本发明一些实施例中：所述感应单元集成在列车防护系统。

本发明一些实施例中：所属轮径计算单元集成设置在列车制动系统。

本发明一些实施例中：第一应答器和第二应答器设置在列车出库线路。

本发明一些实施例中，进一步提供一种列车轮径校准方法，包括以下步骤：

列车行驶至第一应答器处，获取第一应答器感应信号，记录列车到达第一应答器的时间T₁，将第一应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₂，轮径计算单元获得第一应答器感应信号后，开始轮径计算，记录开始时间T₃；

列车行驶至第二应答器处，获取第二应答器感应信号，记录列车到达第二应答器的时间T₄，将第二应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₅，轮径计算单元获得第二应答器感应信号后，终止轮径计算，记录终止时间T₆。

本发明一些实施例中：进一步包括如下步骤：

计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，n表示测试齿轮齿数，D表示车轮轮径值，Δt₁＝T₂-T₁，Δt₂＝T₃-T₂，Δt₃＝T₅-T₄，Δt₄＝T₆-T₅。

本发明一些实施例中：判断轮径计算值是否在设定的阈值范围内；

若是，存储更新轮径值，采用当前时刻轮径计算值用于制动计算；

若否，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。

本发明提供的列车轮径校准系统及校准方法，其有益效果在于：

(1)本发明的轮径校准系统和校准方法，充分考虑了系统时延，更贴近现实系统，可降低轮径校准的误差，保证轮径计算值的准确性。

(2)本专利的轮径校准功能为自动运行的功能，在车辆出库且未上线运营前就可自动更新完成，不再需要地铁技术人员的协助，也不再需要繁琐的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为轮径校准系统结构示意图。

图2为轮径校准时序示意图。

图3为轮径校准流程图。

其中：

1-第一应答器；

2-第二应答器；

3-车厢。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

本发明属于轨道交通制动系统技术领域，具体涉及一种列车轮径校准系统和校准计算方法，用于解决磨耗等问题带来的轮径变化对制动指标计算的影响，具有及时性、准确性的特点。

轮径校准系统结构参考图1，包括第一应答器1、第二应答器2等。

第一应答器1；

第二应答器2：与第一应答器1间隔距离S(单位为m)设置；第一应答器1和第二应答器2的位置可根据需要配置，作为优选，可设置在列车出库线路，可保证车辆在上线运营前自动完成更新，保证每次车辆运营时使用的轮径值的精确性，进而保证列车的制动性能。第一应答器1和第二应答器2质检的区域为轮径校准区域。

感应单元：用于识别第一应答器1，生成第一应答器感应信号，识别第二应答器2，生成第二应答器感应信号；本发明一些实施例中，感应单元集成在列车防护系统。作为本发明的优选实施例中，感应单元在每节车厢同一转向架轮轴行驶至第一应答器1及第二应答器2时被触发，此时也是车轮行走至应答器所在时间。

轮径计算单元：与感应单元通信，可获得第一应答器感应信号和第二应答器感应信号。

时间记录单元：用于记录列车车厢到达第一应答器1的时间T₁、感应单元将第一应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₂、轮径计算单元获得第一感应器感应信号的时间T₃；进一步记录列车车厢到达第二应答器2的时间T₄、感应单元将第二应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₅、轮径计算单元获得第二感应器感应信号的时间T₆。

轮径计算单元被配置为在获得第一应答器感应信号时，开始轮径计算，在获得第二应答器感应信号时，终止轮径计算。通常，列车制动系统用于计算列车制动指令，轮径计算单元可被配置在列车制动系统。

以上过程主要为列车防护系统和列车制动系统之间的通信，过程中，受网络通信延迟和运行周期延迟的影响，在各阶段均会产生时间延时误差，具体的：

Δt₁＝T₂-T₁，该数值可以由列车防护系统通过网络通信发送给制动系统。

Δt₂＝T₃-T₂，该数值可以由制动系统自动计算获得。

Δt₃＝T₅-T₄，该数值可以由列车防护系统通过网络通信发送给制动系统。

Δt₄＝T₆-T₅，该数值可以由制动系统自动计算获得。

进一步的，所述轮径校准系统还包括：

速度单元：用于记录轮径计算单元在获得第一感应器感应信号时的速度V₁，列车在计算轮径计算单元在获得第二感应器感应信号时的速度V₂；

计数单元：用于记录测速齿轮转动的齿数；

轮径计算单元计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，单位为个；n表示测试齿轮齿数，单位为个；D表示车轮轮径值，单位为mm；V₁和V₂的单位为m/s。

本发明一些实施例中：进一步包括：

判断单元：用于判断轮径计算单元的轮径计算值是否在设定的阈值范围内，在轮径计算值处于阈值范围时，存储更新轮径值，采用轮径计算值用于制动计算，在轮径计算值小于阈值下限时，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。阈值范围可根据车型、车轮的初始轮径选择。例如，若车轮的初始轮径为840mm，则阈值范围可选择设置为[770mm,840mm]，该值被存储在存储器中。

本发明一些实施例中，进一步提供一种列车轮径校准方法，包括以下步骤：

列车行驶至第一应答器1处，获取第一应答器感应信号，记录列车到达第一应答器的时间T₁，将第一应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₂，轮径计算单元获得第一应答器感应信号后，开始轮径计算，记录开始时间T₃；

列车行驶至第二应答器2时，获取第二应答器感应信号，记录列车到达第二应答器的时间T₄，将第二应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₅，轮径计算单元获得第二应答器感应信号后，终止轮径计算，记录终止时间T₆。

计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，n表示测试齿轮齿数，D表示车轮轮径值。

本发明一些实施例中：判断轮径计算值是否在设定的阈值范围内；

若是，存储更新轮径值，采用当前时刻轮径计算值用于制动计算；

若否，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。

以下，结合附图3，对计算方法进行具体展开说明。

(1)制动系统通过网络通信实时接收ATP系统发送的变量：第一应答器感应信号(作为起始应答器标志位)和第一应答器感应信号发送时间(起始应答器延时时间)；

(2)制动系统接收到“起始应答器标志位信号”表示的逻辑为“读到起始应答器信号”时，表示车辆已经到达第一应答器1所在位置，则制动系统的每个车轴均开始记录测速齿轮转动的次数，每转动一个齿数，对应的计数器加1；

同时制动系统记录下每个车轴此时对应的轴速度，此速度值对应图2中V1；

(3)制动系统通过网络通信实时接收ATP系统发送的变量：第二应答器感应信号(终止应答器标志位)和第二应答器感应信号发送时间(终止应答器延时时间)；

(4)制动系统接收到“终止应答器信号标志位”表示的逻辑为“读到终止应答器信号”时，表示车辆已经到达终止应答器所在位置，则制动系统停止记录齿轮转动次数，统计得到每个车轴的齿轮转动次数；

同时制动系统记录下每个车轴此时对应的轴速度，此速度值对应图2中V2；

(5)制动系统按公式1逐个计算得到每个车轴的轮径值。

(6)制动系统逐个判断每个车轴计算得到的轮径值是否在[770mm，840mm]范围内，若在此范围内，将最新的轮径值保存在存储器中，并用于制动计算；否则转向步骤(7)；

(7)若本轴计算得到的轮径值不在[770mm，840mm]范围内，则制动系统不采纳这次该轴计算后的轮径值，同时制动系统从存储器中读取本轴上一次保存的轮径值用于制动计算。

以下，举例说明采用本方法和系统进行轮径校准的技术优势。

1.首先进行以下参数设定

(1)根据目前铁路行业中各系统常用的通信周期，进行以下设定：

Δt₁暂定100ms，0.1s

Δt₂暂定100ms，0.1s

Δt₃暂定100ms，0.1s

Δt₄暂定100ms，0.1s

(2)V₁速度为10km/h，2.78m/s

(3)V₂速度为20km/h，5.56m/s

(4)S＝50m，此参数在线路开通前确定。

(5)n＝80，此参数在车辆设计阶段确定。

2.若不考虑延时，且认为是车轮(即D＝840mm)，根据公式

得N＝1516，此数值为测速齿轮转动的次数的理论值。

若测速齿轮转动的实际次数N’＝1600，

若不考虑延时时间,轮径计算值：

D＝S*n/N/3.14*1000＝50*80/1600/3.14*1000＝796mm

若考虑延时时间,轮径计算值：

D＝(50-2.78*0.2+5.56*0.2)*80/1600/3.14*1000＝805mm

根据前述两种计算的结果，实际计算得到轮径值为805mm，而不考虑延时时间的误差轮径值为796mm，误差为805-796＝9mm。

目前制动系统领域对于轮径误差公认的不能超过5mm，若超过5mm，应及时更新轮径值。

综上所述，在进行轮径值计算时应充分考虑通信延时因素，否则会出现因误差过大导致出现轮径值计算错误的情况。采用本发明的轮径校准系统和校准方法，可提高轮径校准计算的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种列车轮径校准系统，其特征在于，包括：

第一应答器；

第二应答器：与第一应答器间隔距离S设置；

感应单元：用于识别第一应答器，生成第一应答器感应信号，识别第二应答器，生成第二应答器感应信号；

轮径计算单元：与感应单元通信，可获得第一应答器感应信号和第二应答器感应信号；

时间记录单元：用于记录列车车厢到达第一应答器的时间T₁、感应单元将第一应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₂、轮径计算单元获得第一感应器感应信号的时间T₃；进一步记录列车车厢到达第二应答器的时间T₄、感应单元将第二应答器感应信号发送至列车轮径计算单元的时间T₅、轮径计算单元获得第二感应器感应信号的时间T₆；

所述轮径计算单元被配置为在获得第一应答器感应信号时，开始轮径计算，在获得第二应答器感应信号时，终止轮径计算。

2.如权利要求1所述的列车轮径校准系统，其特征在于：进一步包括：

速度单元：用于记录轮径计算单元在获得第一感应器感应信号时的速度V₁，列车在计算轮径计算单元在获得第二感应器感应信号时的速度V₂；

计数单元：用于记录测速齿轮转动的齿数；

所述轮径计算单元计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，n表示测试齿轮齿数，D表示车轮轮径值。

3.如权利要求1所述的列车轮径校准系统，其特征在于：所述感应单元在每节车厢同一转向架轮轴行驶至第一应答器及第二应答器时被触发。

4.如权利要求1所述的列车轮径校准系统，其特征在于：进一步包括：

判断单元：用于判断轮径计算单元的轮径计算值是否在设定的阈值范围内，在轮径计算值处于阈值范围时，存储更新轮径值，采用轮径计算值用于制动计算，在轮径计算值小于阈值下限时，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。

5.如权利要求1或3所述的列车轮径校准系统，其特征在于：所述感应单元集成在列车防护系统。

6.如权利要求1所述的列车轮径校准系统，其特征在于：所属轮径计算单元集成设置在列车制动系统。

7.如权利要求1所述的列车轮径校准系统，其特征在于：第一应答器和第二应答器设置在列车出库线路。

8.一种列车轮径校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

列车行驶至第一应答器处，获取第一应答器感应信号，记录列车到达第一应答器的时间T₁，将第一应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₂，轮径计算单元获得第一应答器感应信号后，开始轮径计算，记录开始时间T₃；

列车行驶至第二应答器处，获取第二应答器感应信号，记录列车到达第二应答器的时间T₄，将第二应答器感应信号发送至轮径计算单元，记录发送时间T₅，轮径计算单元获得第二应答器感应信号后，终止轮径计算，记录终止时间T₆。

9.如权利要求7所述的轮径校准方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

计算轮径的方法为：

D＝(S-V₁*(Δt₁+Δt₂)+V₂*(Δt₃+Δt₄))*n*1000/π*N；

其中，N表示T₃时刻至T₆时刻一个车厢一个转向架轮轴的测速齿轮转动齿数，n表示测试齿轮齿数，D表示车轮轮径值，Δt₁＝T₂-T₁，Δt₂＝T₃-T₂，Δt₃＝T₅-T₄，Δt₄＝T₆-T₅。

10.如权利要求7所述的轮径校准方法，其特征在于，判断轮径计算值是否在设定的阈值范围内；

若是，存储更新轮径值，采用当前时刻轮径计算值用于制动计算；

若否，采用前一时刻的存储轮净值用于制动计算。

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