CN113619651A - 磁浮列车、测速定位方法与系统，轨道及金属齿槽板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了磁浮列车及其测速定位方法与系统，轨道及金属齿槽板，涉及磁浮列车技术领域。本发明的轨道上设置不同的金属齿槽板，可与轨枕适应，安装方便，成本低廉，在车体上设置至少一个传感器，为冗余配置，提高系统可靠性，且所述第四线圈与所述第一线圈在沿轨道方向距离2.5倍第三宽度进行设置，使其输出相位差为90°，以进行方向的判断。本发明的测速定位方法基于所述传感器经过所述金属齿槽板时，输出周期性的通断信号形成方波，可获知列车的绝对位置与列车的速度。本发明的测速定位方法无接触、无机械磨损，受天气影响较小，且能够满足列车自动驾驶精准对标的要求。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮列车的测速定位技术领域，特别是磁浮列车、测速定位方法与系统及金属齿槽板。
背景技术
测速定位系统是中低速磁浮列车运行控制的重要组成部分。目前国内外在中低速磁浮列车的研究中主要采用的方法有感应环线法和轨枕计数法等。感应环线测速定位方法利用轨道上铺设的感应环线与车载天线线圈的电磁感应进行定位，其定位精度受到感应环线布线的限制，通常为厘米量级，且造价高。轨枕计数法采用传感器对运行经过的轨枕进行计数来达到定位测速的目的，由于受到轨枕距离的约束，其精度较低，尤其在低速区域段测速数据灵敏性差、误差大，导致站内、库内列车停车时不能满足信号系统自动驾驶精准对标，误差偏大易造成冲动。因此，如何提高测速系统的测速精度和定位功能，成为本领域亟待解决的问题。
申请号为CN201010274445.0的专利文件公开了一种基于周期性齿槽结构的中低速磁浮列车测速定位系统，包括固定于轨道上的金属齿槽条、安装于车体上的两个以上具有金属检测功能的传感器以及信号处理单元，具有金属检测功能的传感器与金属齿槽条接近时配合产生周期性通断信号并输至信号处理单元。然而该专利文件中，所有齿槽周期中的齿的宽度相等，所有齿槽周期中的槽的宽度相等，能够对磁浮列车进行中低速情况下的测速与方向的判断，但是无法对列车进行定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种磁浮列车、测速定位方法与系统，轨道及金属齿槽板，不仅能够对磁浮列车进行绝对定位，还可在磁浮列车高速与低速运行时进行测速，同时判定列车的行进方向。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种金属齿槽板，所述金属齿槽板上齿与槽间隔设置。所述金属齿槽板包括第一齿槽板，所述第一齿槽板包括至少一个第一齿槽结构，和/或至少一个第二齿槽结构；每个齿槽结构包括交错设置的一个齿与一个槽。所述第一齿槽结构中齿的宽度为第一宽度，槽的宽度为第二宽度；所述第二齿槽结构中齿的宽度为第二宽度，槽的宽度为第一宽度。
当具有金属检测功能的传感器靠近导电物体时，所述第一齿槽板内部会产生涡流，这个涡流反作用到具有金属检测功能的传感器的线圈，使得这种具有金属检测功能的传感器可输出高低电平，当具有金属检测功能的传感器沿所述金属齿槽板移动时，就能输出周期性的通断信号，从而形成方波。由于第一齿槽结构与第二齿槽结构中，齿与槽的宽度不同，具有金属检测功能的传感器输出的波形与所述第一齿槽板的齿与槽的尺寸对应，因此，将所述第一齿槽板设于轨道上需要进行绝对定位的位置，将具有金属检测功能的传感器设于车体，当该传感器输出的波形与所述第一齿槽板中齿与槽的尺寸相对应时，即可知具有金属检测功能的传感器经过了所述第一齿槽板的上方，进而能够知道磁浮列车的绝对位置，即可实现对磁浮列车的定位。
具体地，所述第一齿槽板还包括第三齿槽结构，所述第三齿槽结构中齿与槽的宽度均为第三宽度。由于所述第三齿槽结构中的齿槽宽度相同，与所述第一齿槽结构以及所述第二齿槽结构同设于所述第一齿槽板上，可使得所述第一齿槽板上的所述第一齿槽结构，所述第二齿槽结构与所述第三齿槽结构的数量比例不同，进而使得所述第一齿槽板对应于不同的波形，可在过道上多个需要绝对定位的位置上，设置不同的所述第一齿槽板，进而更精准地对列车进行绝对定位。
具体地，还包括第二齿槽板，所述第二齿槽板包括多个所述第三齿槽结构。由于所述第三齿槽结构中齿与槽的宽度相同，当具有金属检测功能的传感器输出与所述第二齿槽板对应的方波，可基于该方波的周期计算出列车的运行速度。
基于同一个技术构思，本发明还提供了一种磁浮列车的测速定位方法，该磁浮列车包括至少一个安装于车体上且其感应面朝向如权利要求4所述的轨道上的传感器，用于测定列车速度、方向和定位，其特征在于，所述传感器感应面上线圈的铺设方法为：沿轨道的铺设方向依次排列均为“8”字型的第四线圈，第一线圈，第二线圈与第三线圈；所述第四线圈与所述第一线圈之间的距离为2.5倍的第三宽度，所述第一线圈，所述第二线圈与所述第三线圈每个线圈中，每两个相邻线圈的间隔为第三宽度。基于所述第一线圈、所述第二线圈与所述第三线圈作用于所述第一齿槽板输出的方波信号，可对列车的位置进行绝对定位。基于所述第一线圈、所述第二线圈与所述第三线圈作用于所述第二齿槽板输出的方波信号，可进行测速。所述第四线圈与所述第一线圈之间的距离为2.5倍的第三宽度，所述第一线圈与所述第四线圈输出的两组检测方波信号相差450°，减除1个周期，即则相差90°，所述处理单元通过方波相位超前或滞后的关系，即可获得列车运行方向。
具体地，车辆高速运行时，在一定时间t2内，根据公式V2＝A*2*第三宽度/t2获取列车的运行速度V2，A为时间t2内传感器输出的齿槽周期变化信号个数。
具体地，本发明还提供了一种磁浮列车的测速定位方法：当列车运行至所述传感器经过所述第一齿槽板，通过将所述第二线圈输出的方波与所述第一线圈输出的方波、所述第三线圈输出的方波进行对比，可获知所述列车行进至所述第一齿槽板的铺设位置。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的轨道上设置不同的金属齿槽板，可与轨枕适应，安装方便，成本低廉，在车体上设置至少一个传感器，为冗余配置，提高系统可靠性，且所述第四线圈与所述第一线圈在沿轨道方向距离2.5倍第三宽度进行设置，使其输出相位差为90°，以进行方向的判断。本发明的测速定位方法基于所述传感器经过所述金属齿槽板时，输出周期性的通断信号形成方波，对应于所述第一齿槽板进行编码，经所述处理单元输出编码，进而获知列车的绝对位置，对应于所述第二齿槽板的方波，可获取列车的速度。本发明的测速定位方法无接触、无机械磨损，受天气影响较小，且能够满足列车自动驾驶精准对标的要求。
附图说明
图1为本发明一实施例的磁浮列车的测速定位系统示意图。
图2为本发明一实施例的金属齿槽板与轨道的位置示意图。
图3为本发明一实施例的第一齿槽结构的意图。
图4为本发明一实施例的第二齿槽结构的意图。
图5为本发明一实施例的第三齿槽结构的意图。
图6为本发明一实施例的第二齿槽板的结构示意图。
图7为本发明一实施例的第一齿槽板的结构示意图。
图8为本发明一实施例的轨道上安装第一齿槽板与第二齿槽板的示意图。
图9为本发明一实施例的传感器中线圈的布置示意图。
图10发明一实施例的第一齿槽板对应的方波示意图。
图11发明一实施例的列车行驶方向为第一方向时传感器线圈输出的方波示意图。
图12发明一实施例的列车行驶方向为第二方向时传感器线圈输出的方波示意图。
其中，1为车体，2为传感器，3为金属齿槽板，4为轨道，5为处理单元，6为第二齿槽板，7为第一齿槽板，1-1为第一线圈输出的方波信号，1-2为第二线圈输出的方波信号；1-3为第三线圈输出的方波信号，1-4为第四线圈输出的方波信号，T1为第一宽度，T2为第二宽度，
为第三宽度，L为两段轨枕之间的距离。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例中的磁浮列车设有定位测速系统，为保证系统冗余，所述定位测速系统包括在车体1的最前端和最后端各设置的一套传感器2，每套所述传感器2包括分别设于车体1下方的左侧与右侧的一个所述传感器2，每个所述传感器2接有一个处理单元5。
如图1所示，所述定位测速系统还包括金属齿槽板3，所述金属齿槽板3沿着所述轨道4铺设的方向布置，所述传感器2的感应面朝向所述金属齿槽板3并与所述轨道4的铺设面平行。所述传感器2与所述金属齿槽板3接近时产生的周期性通断信号，即方波，传输至所述处理单元5，所述处理单元5根据接收到的方波判断所述车体1的速度与位置。
所述金属齿槽板3上，齿与槽交错设置，一对齿和槽的宽度之和为一个齿槽周期T。两段轨枕之间的距离为L＝10T，每段所述金属齿槽板3的长度为
考虑到热胀冷缩的影响以及齿槽周期的完整性，相邻两个所述金属齿槽板3之间间隔为第三宽度
所述金属齿槽板3的边缘为镀锌角铁，通过螺栓与轨枕连接，所述金属齿槽板3与轨枕之间焊接加强筋以防止其变形。
如图2与图8所示，所述金属齿槽板3包括第一齿槽板7和第二齿槽板6，本发明一实施例的轨道4上方的左右两侧均设有所述第一齿槽板7与所述第二齿槽板6。
如图6所示，所述第二齿槽板6包括九个齿槽周期以及一个宽度为第三宽度
的齿结构，每个齿槽周期包括一个第三齿槽结构，如图5所示，所述第三齿槽结构中，齿与槽的宽度均为第三宽度
所述宽度为第三宽度
的的齿结构与所述第二齿槽板6旁的轨枕构成一个齿槽周期。
如图7所示，所述第一齿槽板7包括九个齿槽周期和一个宽度为第三宽度
的齿结构，其中第二个与第八个齿槽周期的位置各设有一个第一齿槽结构，第五个齿槽周期的位置设有第二齿槽结构；所述第一齿槽板7上的其他七个齿槽周期的位置设有七个第三齿槽结构。所述宽度为第三宽度
的齿结构与所述第一齿槽板7旁的轨枕构成一个齿槽周期。
如图3所示，所述第一齿槽结构中，齿的宽度为第一宽度T1，槽的宽度为第二宽度T2。如图4所示，所述第二齿槽结构中，齿的宽度为第二宽度T2，槽的宽度为第一宽度T1。所述第一宽度T1与所述第二宽度T2的和为一个齿槽周期T。
如图9所示，所述传感器2的感应面上布置有四个尺寸完全相同的独立线圈组，沿轨道的铺设方向排成一列，分别为第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23以及第四线圈24。每个线圈采用“8”字型，可以抵消掉磁浮列车运行条件下各种电力电子设备产生的复杂电磁辐射干扰。所述第一线圈21、所述第二线圈22与所述第三线圈23中，每两个相邻线圈之间的间隔为第三宽度
当所述传感器2经过所述第一齿槽板7与所述第二齿槽板6时，所述第一线圈21、所述第二线圈22与所述第三线圈23输出的齿槽信号分别相差1个齿槽周期T。所述第四线圈24与所述第一线圈21之间的距离为
因此所述第一线圈21与所述第四线圈24输出的两组方波信号相差450°，即相差90°。
本发明的绝对位置、方向判断、速度计算原理示意图如图10所示，当本发明一实施例的磁浮列车行驶在本发明一实施例的轨道4上时，所述传感器2平行于所述金属齿槽板3进行前进或后退，所述传感器2的感应面在有效范围内检测到所述第一齿槽板7和所述第二齿槽板6的齿槽周期变化，经所述第一线圈21、所述第二线圈22与所述第三线圈23输出3路同相的齿槽周期变化的方波信号，经所述第四线圈24输出1路相差90°的齿槽周期变化的方波信号，对应编码，可获取车辆的绝对位置、方向和速度。
如图10所示，本发明一实施例中绝对定位的方法为：所述第一线圈21、所述第二线圈22、所述第三线圈23输出三路同相的齿槽周期变化的方波信号：逻辑1代表齿，逻辑0代表槽。
当所述第二线圈22输出的方波1-2占空比小于所述第一线圈21输出的方波1-1与所述第三线圈23输出的方波1-3，定义为编码0。当所述第二线圈22输出的方波1-2占空比大于所述第一线圈21输出的方波1-1与所述第三线圈23输出的方波1-3，则定义为编码1。当所述传感器经过所述第一齿槽板7，编码采集完毕，输出1路绝对定位信息010，即可获取列车的绝对位置。
将所述第一齿槽结构与所述第二齿槽结构设置在所述第一齿槽板7上其他的位置，使得编码为100或者001，则能够实现三个绝对位置的定位。
如图10所示，本发明一实施例中测量速度的方法为：
车辆低速运行时，所述处理单元通过测量所述第一齿槽板7或所述第二齿槽板6后输出的信号周期时间t1，根据公式：V1＝T/t1获取列车的运行速度V1，单位为mm/s。
车辆高速运行时，在一定时间t2内，所述处理单元对所述第一齿槽板7或所述第二齿槽板6上齿槽周期信号进行计数，根据公式V2＝A*T/t2获取列车的运行速度V2，单位为mm/s，A为时间t2内传感器输出的方波信号中周期变化信号的个数。
本发明的方向判断方法与申请号为CN201010274445.0的专利文件中记载的方向判定方法类似，当列车朝某方向行驶时，由于一个齿槽周期为T，则列车移动距离为T以上，所述处理单元5通过所述第四线圈24与所述第一线圈21输出的两路方波信号的相位超前或滞后关系，便可获得列车运行方向。
如图11与图12所示，在方波信号1-1的上升沿读取方波信号1-4的电平值，若此时方波信号1-4为低电平，则可判定此时线圈运行的方向为第一方向；若此时方波信号1-4为高电平，则可判定此时线圈运行的方向为第二方向。在方波信号1-1的下降沿读取方波信号1-4的电平值，若此时方波信号1-4为高电平，则可判定此时线圈运行的方向为第一方向；若此时方波信号1-4为低电平，则可判定此时线圈运行的方向为第二方向。
如图11与图12所示，在方波信号1-4的上升沿读取方波信号1-1的电平值，若此时方波信号1-1为高电平，则可判定此时线圈运行的方向为第一方向；若此时方波信号1-1为低电平，则可判定此时线圈运行的方向为第二方向。在方波信号1-4的下降沿读取方波信号1-1的电平值，若此时方波信号1-1为低电平，则可判定此时线圈运行的方向为第一方向；若此时方波信号1-1为高电平，则可判定此时线圈运行的方向为第二方向。
Claims (9)
1.一种金属齿槽板，其特征在于，所述金属齿槽板上齿与槽间隔设置；
所述金属齿槽板包括第一齿槽板，所述第一齿槽板包括至少一个第一齿槽结构，和/或至少一个第二齿槽结构；每个齿槽结构包括交错设置的一个齿与一个槽；
所述第一齿槽结构中齿的宽度为第一宽度，槽的宽度为第二宽度；
所述第二齿槽结构中齿的宽度为第二宽度，槽的宽度为第一宽度。
2.如权利要求1所述的金属齿槽板，其特征在于，所述第一齿槽板还包括第三齿槽结构，所述第三齿槽结构中齿与槽的宽度均为第三宽度。
3.如权利要求2所述的金属齿槽板，其特征在于，还包括第二齿槽板，所述第二齿槽板包括多个所述第三齿槽结构。
4.一种轨道，其特征在于，所述轨道上朝向列车底部的一面安装有如权利要求1～3任一所述的金属齿槽板。
5.一种磁浮列车的测速定位方法，该磁浮列车包括至少一个安装于车体上且其感应面朝向如权利要求4所述的轨道上的传感器，用于测定列车速度、方向和定位，其特征在于，所述传感器感应面上线圈的设置方法为：沿轨道的铺设方向依次排列第四线圈，第一线圈，第二线圈与第三线圈；
所述第一线圈，所述第二线圈，所述第三线圈与所述第四线圈均为“8”字型；
所述第四线圈与所述第一线圈之间的距离为2.5倍的第三宽度，
所述第一线圈，所述第二线圈与所述第三线圈每个线圈中，每两个相邻线圈的间隔为第三宽度。
6.一种如权利要求5所述的磁浮列车的测速定位方法，其特征在于，车辆高速运行时，在一定时间t2内，根据公式V2＝A，2，第三宽度/t2获取列车的运行速度V2，A为时间t2内传感器输出的齿槽周期变化信号个数。
7.一种如权利要求6所述的磁浮列车的测速定位方法，其特征在于，当列车运行至所述传感器经过所述第一齿槽板，通过将所述第二线圈输出的方波与所述第一线圈输出的方波、所述第三线圈输出的方波进行对比，可获知所述列车行进至所述第一齿槽板的铺设位置。
8.一种磁浮列车的测速定位系统，其特征在于，包括传感器与数据处理单元，所述传感器包括线圈，该线圈的设置方法如权利要求5所述；所述数据处理单元被编程或配置为用于执行权利要求6～7任一所述的测速定位方法的步骤。
9.一种磁浮列车，其特征在于包括权利要求8所述的测速定位系统。
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