CN114442519B - 一种轨道车辆滑行故障模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统，轨道车辆滑行故障模拟系统电连接轨道车辆制动系统的速度传感器接口，包括依次电连接的控制装置、多个速度传感器模拟电路以及轨道车辆制动系统；速度传感器模拟电路包括可控电阻分压电路、稳压电路、V/I变换电路以及信号整流桥电路；V/I变换电路的电流输出端电连接信号整流桥电路的负极；信号整流桥电路的两个输入端分别电连接制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线；信号整流桥电路的正极电连接稳压电路的电压输入端，负极电连接V/I变换电路。本发明解决了占用真实路线、真实车辆的实验方法所造成车轮和轨道损坏的情况和速度传感器时常发生断线或间断性工作无法识别的问题。

Description

一种轨道车辆滑行故障模拟系统
技术领域
本发明属于轨道交通车辆故障模拟技术领域，尤其涉及一种轨道车辆滑行故障模拟系统。
背景技术
防滑控制是轨道交通车辆制动系统的重要功能，一个制动系统的防滑性能直接影响车辆的行车安全。防滑控制实验及滑行类故障诊断功能验证实验是制动系统产品研制过程中不可忽视的重要环节。车辆正常制动时，制动系统输出空气压力将闸瓦压在车轮踏面上，车辆减速时车轮在轨道上是滚动状态，如果制动系统控制的制动力过大，可能会导致车轮与轨道之间出现平移的滑行现象，甚至抱死，导致车轮和轨道均有损坏。因此，需要尽量避免车轮在轨道上发生滑行。
目前，制动系统通过安装在靠近车轴端部的速度传感器，检测轮轴的转动速度。如图1所示，车轴端部固定连接有测速齿轮，速度传感器可以感应到测速齿轮的齿尖靠近速度传感器的电磁脉冲信号，并转换成50％占空比，高电平对应14mA，低电平对应7mA。制动系统通过内部算法判断出哪个轴产生了滑行，并控制该轴的制动力适当减小，使车辆轮轴恢复到滚动状态，这个过程叫作防滑控制。
然而，为了研究防滑控制方法及效果，在真实的轨道线路上，通过抹肥皂水、洗洁精等方法，人为地创造滑行条件，使车辆的车轮在轨道上产生滑行。这种占用真实路线、真实车辆的实验方法成本非常高，导致车轮和轨道均有损坏；同时，速度传感器时常发生断线或者间断性工作的情况，使得制动系统误认为车轮处于滑行状态，不利于防滑控制实验及滑行类故障诊断功能验证实验的进行。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统。
本发明提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统，所述轨道车辆滑行故障模拟系统电连接轨道车辆制动系统的速度传感器接口，包括依次电连接的控制装置、多个速度传感器模拟电路以及轨道车辆制动系统；
所述速度传感器模拟电路包括可控电阻分压电路、稳压电路、V/I变换电路以及信号整流桥电路；
所述可控电阻分压电路包括第一光耦合器、第二光耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；所述第四电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第一光耦合器的发光二极管的阳极；所述第五电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第二光耦合器的发光二极管的阳极；所述第一光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的断线控制接口；所述第二光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的频率控制接口；
所述第一光耦合器的光敏三极管的集电极电连接所述稳压电路的电压输出端，发射极电连接所述第一电阻的一端，用于控制所述可控电阻分压电路电源的通断；第二光耦合器的光敏三极管的集电极分别电连接所述第一电阻远离所述第一光耦合器的一端、第三电阻的一端和所述V/I变换电路的电压输入端；所述第二光耦合器的光敏三极管的发射极电连接所述第二电阻的一端；所述第二电阻远离所述第二光耦合器的一端分别电连接所述所述第三电阻远离所述第二光耦合器的一端和V/I变换电路的地线；
所述稳压电路的地线电连接所述V/I变换电路的地线，以输出电压为所述V/I变换电路供电和提供所述可控电阻分压电路的参考电压；所述V/I变换电路的电流输出端电连接所述信号整流桥电路的负极；
所述信号整流桥电路的两个输入端分别电连接制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线；所述信号整流桥电路的正极电连接所述稳压电路的电压输入端，负极电连接所述V/I变换电路。
进一步地，所述轨道车辆滑行故障模拟系统，还包括稳压电源电路，用于为所述控制装置提供DC3.3V电源。
进一步地，所述轨道车辆滑行故障模拟系统，还包括触摸显示器，所述触摸显示器电连接所述控制装置，用于预先设定车轴转动速度变化曲线和实时显示轨道车辆的速度变化曲线以及电流型频率信号曲线。
本发明提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统，所述轨道车辆滑行故障模拟系统电连接轨道车辆制动系统的速度传感器接口，包括依次电连接的控制装置、多个速度传感器模拟电路以及轨道车辆制动系统；所述速度传感器模拟电路包括可控电阻分压电路、稳压电路、V/I变换电路以及信号整流桥电路；所述可控电阻分压电路包括第一光耦合器、第二光耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；所述第四电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第一光耦合器的发光二极管的阳极；所述第五电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第二光耦合器的发光二极管的阳极；所述第一光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的断线控制接口；所述第二光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的频率控制接口；所述第一光耦合器的光敏三极管的集电极电连接所述稳压电路的电压输出端，发射极电连接所述第一电阻的一端，用于控制所述可控电阻分压电路电源的通断；第二光耦合器的光敏三极管的集电极分别电连接所述第一电阻远离所述第一光耦合器的一端、第三电阻的一端和所述V/I变换电路的电压输入端；所述第二光耦合器的光敏三极管的发射极电连接所述第二电阻的一端；所述第二电阻远离所述第二光耦合器的一端分别电连接所述所述第三电阻远离所述第二光耦合器的一端和V/I变换电路的地线；所述稳压电路的地线电连接所述V/I变换电路的地线，以输出电压为所述V/I变换电路供电和提供所述可控电阻分压电路的参考电压；所述V/I变换电路的电流输出端电连接所述信号整流桥电路的负极；所述信号整流桥电路的两个输入端分别电连接制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线；所述信号整流桥电路的正极电连接所述稳压电路的电压输入端，负极电连接所述V/I变换电路。本发明采用上述装置，解决了占用真实路线、真实车辆的实验方法所造成车轮和轨道损坏的情况和速度传感器时常发生断线或间断性工作无法识别的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中防滑控制实验及滑行类故障诊断功能验证实验场景图；
图2为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统中速度传感器模拟电路的电路示意图；
图4为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统中模拟滑行故障时车轴转动速度与电流型频率信号变化曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统中模拟抱死故障时车轴转动速度与电流型频率信号变化曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统中模拟断线故障时车轴转动速度与电流型频率信号变化曲线示意图；
图7为本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行故障模拟系统中模拟间断故障时车轴转动速度与电流型频率信号变化曲线示意图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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2所示，本发明实施例部分提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统，所述轨道车辆滑行故障模拟系统电连接轨道车辆制动系统的速度传感器接口，其特征在于，包括依次电连接的控制装置、多个速度传感器模拟电路以及轨道车辆制动系统。可选的，所述控制装置为32位主控芯片，主控芯片的主频高于160MHz，具有LCD控制器、串行通信接口控制器、至少4路独立的高性能定时器，支持DMA直接存储访问功能。主控芯片还包括两个操作按钮的人机接口，用于控制程序的启动、停止和复位等操作。速度传感器模拟电路受主控芯片控制产生0-5kHz范围内连续可调、7mA/14mA两线电流型的频率信号，可模拟速度传感器信号及传感器的故障状态。主控芯片通过控制内部4路独立的高性能定时器的PWM工作模式，可以产生4路独立的0～5kHz连续可调、精度为1Hz、占空比为50％的频率控制信号，能够满足600km/h以内的速度信号频率范围，模拟输出的两线电流型速度传感器的频率信号。
本发明实施例部分提供一种轨道车辆滑行故障模拟系统，通过外部电源适配器将AC 220V电源转换成DC3.3V电源，内部稳压电源电路再转换出其它电路所需的电源；通过主控芯片的USB接口与电脑端连接，进行程序的下载或者升级。四路速度传感器模拟电路与制动系统速度采集接口连接，提供4种滑行类故障状态的速度信号；串行接口与制动系统串口连接，用于读取制动系统反馈的防滑动作信号和故障检测结果等数据。
如图3所示，所述速度传感器模拟电路包括可控电阻分压电路、稳压电路、V/I变换电路以及信号整流桥电路。其中，稳压电路对制动系统的电源电压进行降压稳压，产生一个电压Vcc，给所述V/I变换电路和可控电阻分压电路供电。
所述可控电阻分压电路包括第一光耦合器IC1、第二光耦合器IC2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5；其中第四电阻R4和第五电阻R5分别为第一光耦合器IC1和第二光耦合器IC2输入侧的限流电阻。第四电阻R4的一端电连接有主控芯片3.3V电源，另一端电连接第一光耦合器IC1的发光二极管的阳极；第五电阻R5的一端电连接有主控芯片3.3V电源，另一端电连接第二光耦合器IC2的发光二极管的阳极；第一光耦合器IC1的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的断线控制接口，即第一光耦合器IC1的发光二极管的阴极电连接主控芯片的GPIO接口；第二光耦合器IC2的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的频率控制接口，即第二光耦合器IC2的发光二极管的阴极电连接主控芯片的PWM接口。
第一光耦合器IC1的光敏三极管的集电极电连接所述稳压电路的电压Vcc输出端，发射极电连接第一电阻R1的一端，用于控制所述可控电阻分压电路电源的通断；第二光耦合器IC2的光敏三极管的集电极分别电连接第一电阻R1远离第一光耦合器IC1的一端、第三电阻R3的一端和所述V/I变换电路的电压Ui输入端；第二光耦合器IC2的光敏三极管的发射极电连接第二电阻R2的一端；第二电阻R2远离第二光耦合器IC2的一端分别电连接第三电阻R3远离第二光耦合器IC2的一端和所述V/I变换电路的地线；第二光耦合器IC2用于控制第二电阻R2在所述可控电阻分压电路中的通断，从而改变所述可控电阻分压电路输出的电压Ui。
所述稳压电路的地线电连接所述V/I变换电路的地线，以输出电压Vcc为所述V/I变换电路供电和提供所述可控电阻分压电路的参考电压；所述V/I变换电路的电流Is输出端电连接信号整流桥电路的负极。所述V/I变换电路将输入的电压Ui变换成输出的电流Is。
所述信号整流桥电路的两个输入端分别电连接制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线；所述信号整流桥电路的正极电连接所述稳压电路的电压输入端，负极电连接所述V/I变换电路。所述信号整流桥电路由4个低压降快恢复的二极管组成，用于信号的整流，防止信号线反接而导致的电路异常。制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线与所述信号整流桥电路的输入端(P1、P2)连接；整流后，供电线从所述信号整流桥电路正极(+)输出，与所述稳压电路的输入端连接；速度信号线经所述信号整流桥电路负极(-)与所述V/I变换电路连。
所述可控电阻分压电路具有断线控制端和频率控制端。主控芯片通过断线控制端可模拟输出信号的断线故障，通过频率控制端可以改变电阻分压网络的结构，输出高低两种Ui电压，具体Ui的电压值取决于分压电阻的阻值：
当频率控制开关闭合时，
当频率控制开关闭合时，
Ui(低)和Ui(高)经过所述V/I变换电路，对应产生两个电流值：Is(低)和Is(高)。
目前最常用的电流型轨道车辆速度传感器电流信号规格是Is(低)＝7mA，Is(高)＝14mA；通过选择适当的电阻，可以得到与电流型轨道车辆速度传感器信号规格相同的电流值，即：可以选择R1＝10kΩ，R2＝2.8kΩ，R3＝3.9kΩ，Vcc＝5V，所述V/II变换电路变换关系为Is＝0.1*Ui。
可选的，所述所述轨道车辆滑行故障模拟系统，还包括稳压电源电路，用于为所述控制装置提供DC3.3V电源。
可选的，所述轨道车辆滑行故障模拟系统，还包括触摸显示器，所述触摸显示器电连接所述控制装置，用于预先设定车轴转动速度变化曲线和实时显示轨道车辆的速度变化曲线以及电流型频率信号曲线。
如图4所示，模拟滑行故障时，车轴的转动速度低于车辆速度，速度传感器工作正常，主控芯片根据速度曲线实时计算并输出频率，频率速度成正比例关系，信号的电流是随频率信号的变化而变化的，频率信号的高电平对应14mA，低电平对应7mA。
如图5所示，模拟抱死故障时，车轴的速度突变为0km/h，速度传感器工作正常，主控芯片根据速度曲线实时计算并输出频率，抱死发生时，输出频率突变为0，信号的电流可能保持为是7mA或者14mA；抱死状态消失时，输出频率恢复正常，信号的电流也恢复为7mA和14mA的交变状态。
如图6所示，模拟断线故障时，主控芯片根据车轴速度曲线实时计算并输出频率，故障发生时，主控芯片控制该车轴速度传感器模拟电路的断线开关突变为断开状态，断线车轴的速度突变为0km/h，即输出信号频率突变为0Hz；同时，速度信号的电流回路为开路，信号电流突变为0mA。
如图7所示，模拟间断故障时，主控芯片根据车轴速度曲线实时计算并输出频率，故障发生时，主控芯片控制该车轴速度传感器模拟电路的断线开关为时通时断的状态，断线时速度突变为0km/h，接通时速度又恢复为车辆速度，即输出信号频率表现为时有时无；且断线开关为断开状态时，输出信号频率为0Hz，信号电流也为0mA。
图4-图7中，故障模拟时，单独改变速度曲线并不能区别抱死和断线(或间断)，为了区分抱死和断线(或间断)，采用速度曲线的变化与电流型频率信号的断线状态相结合的方法，通过同步控制可控电阻分压电路的断线控制端，模拟生产滑行、抱死、断线和间断等4种可能的滑行类故障工况，可有效验证制动系统对该4种故障类型的分辨能力。主控芯片通过串行接口读取制动系统对该4种故障类型的状态反馈数据，判定制动系统是对故障类型的识别是否正确。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种轨道车辆滑行故障模拟系统，所述轨道车辆滑行故障模拟系统电连接轨道车辆制动系统的速度传感器接口，其特征在于，包括依次电连接的控制装置、多个速度传感器模拟电路以及轨道车辆制动系统；
所述速度传感器模拟电路包括可控电阻分压电路、稳压电路、V/I变换电路以及信号整流桥电路；
所述可控电阻分压电路包括第一光耦合器、第二光耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；所述第四电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第一光耦合器的发光二极管的阳极；所述第五电阻的一端电连接有电源，另一端电连接所述第二光耦合器的发光二极管的阳极；所述第一光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的断线控制接口；所述第二光耦合器的发光二极管的阴极电连接所述控制装置的频率控制接口；
所述第一光耦合器的光敏三极管的集电极电连接所述稳压电路的电压输出端，发射极电连接所述第一电阻的一端，用于控制所述可控电阻分压电路电源的通断；第二光耦合器的光敏三极管的集电极分别电连接所述第一电阻远离所述第一光耦合器的一端、第三电阻的一端和所述V/I变换电路的电压输入端；所述第二光耦合器的光敏三极管的发射极电连接所述第二电阻的一端；所述第二电阻远离所述第二光耦合器的一端分别电连接所述第三电阻远离所述第二光耦合器的一端和V/I变换电路的地线；
所述稳压电路的地线电连接所述V/I变换电路的地线，以输出电压为所述V/I变换电路供电和提供所述可控电阻分压电路的参考电压；所述V/I变换电路的电流输出端电连接所述信号整流桥电路的负极；
所述信号整流桥电路的两个输入端分别电连接制动系统的速度传感器接口的供电线和速度信号线；所述信号整流桥电路的正极电连接所述稳压电路的电压输入端，负极电连接所述V/I变换电路。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆滑行故障模拟系统，其特征在于，还包括稳压电源电路，用于为所述控制装置提供DC3.3V电源。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆滑行故障模拟系统，其特征在于，还包括触摸显示器，所述触摸显示器电连接所述控制装置，用于预先设定车轴转动速度变化曲线和实时显示轨道车辆的速度变化曲线以及电流型频率信号曲线。
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