CN1739032A

CN1739032A - 车轮速度检测系统

Info

Publication number: CN1739032A
Application number: CN200380108861.1A
Authority: CN
Inventors: 河崎仙史; 喜多秀雄
Original assignee: TOAKI PASSENGER RAILWAY CO Ltd
Current assignee: TOAKI PASSENGER RAILWAY CO Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: US20080074099A1; WO2004065966A1; US20060052928A1; US7680579B2; JP2004219383A; EP1584927A1; US7324887B2; CN100406895C

Abstract

在使用涡流位移传感器的车轮速度检测系统中，即使当涡流位移传感器和旋转器凸出部分之间的距离由于车辆负载的变化、维修期间车轮组装错误或者其他原因而变化时，车轮速度也可被精确地检测到。对应于由车轮旋转而产生的检测线圈(11)阻抗变化的传感器检测电压输入至信号处理装置(20)。在信号级别确定元件(22)中，阈值电压(V_TH和V_TL)在A/D转换之后根据传感器检测电压进行计算。具体地说，当传感器头部(10a)和凸出部分(7a)之间的相对距离为预定默认相对距离(d₀)时，得到传感器检测电压的平均值与实际传感器检测电压的平均值并且预定阈值电压按照所述差值进行移位。因此，与上述相对距离的变化无关，传感器检测电压能够通过持续适当的阈值电压转换为脉冲信号。

Description

车轮速度检测系统

技术领域

本发明涉及一种车辆速度检测系统，用于检测各种类型车辆上车轮的旋转速度。

背景技术

常规情况下，用于各种类型车辆上的车轮速度检测系统，例如，其中使用磁性编码器的车轮速度检测系统已公知，并且已成为对制动控制和其他操作所必须使用的车辆速度，尤其是汽车的车速，进行检测的主要方法。

同时，主要端位于地面系统上的磁悬浮列车(本文使用直线型车辆进行指代)行驶的车轮速度低于预定速度(例如，以较低百千米/小时)，其中车辆通过控制作用于地面上推进线圈的电能而被推进。此外，直线型车辆的行驶控制基本上在地面端执行，并可以使用所有的速度级。不过，在地面端控制中，或者在安装于车辆上的超导磁体中存在一个问题，例如，地面端的速度控制或许是不可能的。由于这种可能性较低，所以将对车轮旋转进行制动的盘式制动装置安装于直线型车辆上，作为紧急制动装置。

对于控制该盘式制动装置来说，有必要检测车轮的旋转速度，以及上述汽车车轮的旋转速度。不过，众所周知，直线型车辆上的车轮位于主要由超导磁体形成的强磁场中，在这种强磁场中，使用例如磁性编码器或者磁致伸缩传感器的磁性传感器来精确检测转速是极端困难的。而且，对于磁性编码器的原理来说，其旋转器必须是磁性的。虽然如此，由于直线型车辆被限制用于强磁场中，所以基本上具有磁性的材料不能在其中使用，安装磁性编码器本身也是困难的。因此，在直线型车辆中，车轮的旋转速度在常规情况下是使用光学编码器进行检测的。

在图8中，示出安装于直线型车辆上的常规光学编码器类型的车轮速度检测系统的示意性结构。图8中所示的车轮速度检测系统主要由光学编码器62构成，该编码器包括与支撑轮3共同旋转的开缝圆盘62a，支撑轮3设置有轮胎1和铝制车轮2(简单使用车轮进行指代)，以及通过光缆67连接于光编码器62的信号处理装置68。

光编码器62设置于构成支撑腿装置的臂4(后文将进行详细说明，参见图1)一端上的车轮轴60中。通过将光编码器62一侧的联结器65与车轮2一侧的联结器66相连，使开缝圆盘62a随着支撑轮3(简单使用车轮进行指代)的旋转而旋转。

然后，由信号处理装置68内部的投射器发出的光通过光缆67射向开缝圆盘62a。当光被反射时，反射光通过光缆67传输，并被信号处理装置68接收。根据反射光的存在/不存在以及反射光的接收时间，得以检测车轮的旋转速度。

虽然使用光编码器62的车轮速度检测系统能够对例如处于强磁场中的直线型车辆进行精确的检测，但是还存在一些问题，例如光编码器62本身的价格偏高，或者因为由衰变退化导致的光量衰减而无法进行精确检测。

而且，由于联结器65和66是分别连接以使开缝圆盘62a旋转的，所以就存在另一个问题，即维修时诸如更换轮胎的工作负载会增加。也就是说，为了将车轮3从车轮轴60上移开，就必须首先分别移开联结器65和66。这一工作在维修整个直线型车辆的过程中将消耗大量的时间。

在另一方面，作为不同于上述磁力式或者光学式的另一种车轮速度检测系统，提出一种利用涡流位移传感器的系统。该系统构造成将凹进和凸出部分以一定间隔设置于例如旋转器的圆周上，并且涡流位移传感器固定于某一位置，该位置与凸出和凹进表面有一定距离。所述传感器检测到凸出和凹进部分对应于旋转器的旋转(车轮旋转)而交替面对传感器，车轮旋转速度通过检测信号(交流检测电压)(例如，参照文件1)而得到检测。

因此，可以考虑采用在直线型车辆中采用带有涡流位移传感器的车轮速度检测系统。更具体地说，如图9所示，凹进和凸出部分7设置于车轮2内部的圆周上(在车身侧)，而涡流位移传感器(简单使用涡流传感器进行指代)10固定于臂4上，从而与凹进和凸出部分7相对。因此，直接与涡流传感器10相对的凹进和凸出部分7交替变化，例如：凹进部分→凸出部分→凹进部分...，对应于车轮3的旋转。根据这一变化所得的检测电压通过缆线15传输到信号处理装置70。在信号处理装置70中，该检测电压根据预定的临阈级转换至脉冲信号，旋转速度通过经过转换的脉冲信号进行计算。

如果系统由上述结构构成从而通过使用涡流传感器10检测车轮旋转速度，那么就没有必要在车轮轴5中安装传感器，同时传感器也必须是光编码器类型的。在支撑腿装置中，只需要将涡流传感器10固定于臂4上。因此，当对车轮3进行维修时，就没有必要处理构成车轮速度检测系统的部件，例如连接和拆开光编码器类型车轮速度检测系统中的联结器，因此减轻了维护的工作负载。而且，由于没有使用光缆，所以就可以解决光学编码器的特性问题，例如光缆中光的衰减。

[文件1]

未审查的日本专利公开No.2000-121655

不过，如果将使用涡流传感器的车轮速度检测系统应用于直线型车辆时，从下面的原因(1)和(2)可知，存在一个问题，即整个凹进和凸出部分7与涡流传感器10之间正常情况下应该保留一定距离，但是该距离(更具体地说，凸出部分的表面和涡流传感器10之间的距离d；将在下文参照图10A和10B进行详细描述)可能会改变。

(1)在旋转器中，例如支撑大型负载的直线型车辆的车轮3，涡流传感器10与整个凹进和凸出部分7之间的距离由于车轮旋转或者负载改变过程中的波动而变化。尤其在直线型车辆的情况下，车轮中心(车轮轴5)和承受垂直负载的支撑腿6的驱动器的轴(未在图9中示出，后文将参照图1进行说明)产生偏移。因此，臂4由于受支撑腿6的负载而扭曲。当负载变化时，即扭曲的状态由于车辆负载的变化而变化时，会引起上述距离的变化。

(2)对于直线型车辆来说，例如维修车轮3或者更换轮胎的工作进行得相对频繁。因此，由于在维修过程中出现组装错误，所以涡流传感器10与整个凹进和凸出部分7之间的距离在车轮3的每次维修或者更换轮胎时都会变化。此外，当其中设置有凹进和凸出部分7的车轮2本身被更换时，由于车轮2的制造误差，所以上述距离可能会如预期的那样发生变化。

如果整个凸出和凹进部分7与涡流传感器10之间的距离如上所述发生变化，那么就难于根据涡流传感器10的检测电压而精确检测车轮旋转速度。这一机理将参照图10A和10B进行说明。图10A和10B示出了当涡流传感器用作直线型车辆的车轮速度检测系统时，传感器检测电压和脉冲输出的实例的图表。

首先，图10A示出了当涡流传感器10和凸出部分7a之间的距离为正常值时(d＝d₀)的情况。通过车轮3的旋转，当凹进和凸出部分7以箭头A的方向被移动(旋转)时，涡流传感器10交替面对：凸出部分7a→凹进部分7b→凸出部分7a...。需要注意的是，在箭头A方向上相对涡流传感器10移动凹进和凸出部分7，以及在箭头A’方向上相对涡流传感器10移动涡流传感器10基本上是相同的。因此，在下文中，图10A和10B以及图4A和4B、图7A和7B的说明中，描述了涡流传感器10通过车轮3的旋转在箭头A’方向上进行的相同移动。

由于涡流传感器10的移动，得到如附图所示的带有正弦波形的检测电压。为了将检测电压转换为脉冲信号，预先设定了具有滞后的阈值电压V_TH和V_TL。由此，检测电压被转换成脉冲信号，如附图所示。

不过，由于车轮负载变化或者组装中出现错误的原因，当涡流传感器10和凸出部分7a之间的距离d变得接近时，如图10B所示(d＝d_n＜d₀)，由于涡流传感器10的传感原理，检测电压变小，检测电压的幅度范围可能变得小于阈值电压V_TH.

因此，不能在临阈级V_TH上转换为脉冲信号，如图所示，在低级别上的脉冲信号被连续不断地输出。相反地，虽然在附图中没有示出，当涡流传感器10远离凸出部分7a(d＞d₀)时，传感器检测电压达到高于图10A中状态的级别，并且，阈值V_TL的级别可能变得小于检测电压的幅度。因此，在高级别上的脉冲信号被连续不断地输出。

本发明是根据上述问题做出的，其目的在于，即使当涡流传感器和凸出部分之间的距离由于诸如车轮负载变化或者组装中错误的各种因素发生变化时，也能够精确地检测车轮旋转速度。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的车轮速度检测系统包括旋转器，该旋转器在车轮的轴中心上与车轮共同旋转，多个沿旋转方向(圆周方向)以预定间隔形成于车轮圆周上的凹进和凸出部分；设置成面对凸出部分表面并间隔开一定距离的传感器头部，该传感器头部由线圈构成从而在交流电的供给下在周围产生交流磁场；检测器，该检测器通过供给交流电而激励电圈以在凹进和凸出部分上产生涡流，并且对应于由旋转器旋转产生的涡流量的变化而输出交流检测信号；脉冲转换器，该转换器将输出的交流检测信号根据预先设定的临阈级转换为脉冲信号；以及速度计算器，该计算器根据被转换的脉冲信号计算车轮旋转速度。

也就是说，本发明的车轮速度检测系统等同于带有常规涡流位移传感器的车轮速度检测系统，基于根据旋转器旋转所产生的涡流量上的变化来检测车轮旋转速度。此外，凸出部分的表面和传感器头部设置成以一定距离相互面对。换句话说，凹进部分表面和传感器头部之间的距离也是恒定的。

不过，如现有技术所述，当例如车轮负载(轴上的负载)变化时，或者当车轮和旋转器在车轮维修操作过程中再次被拆开和安装上时，由于支撑并固定旋转器和传感器头部的部件出现机械扭曲，或者组装这些部件时出现错误，都可能使凸出部分表面和传感器头部之间的面对距离与上述特定距离出现变化。

因此，在本发明中，阈值移位器根据凸出部分表面和传感器头部之间的实际相对距离使临阈级进行移位。当临阈级被阈值移位器移位时，脉冲转换器根据移位后的临阈级进行脉冲信号的转换。因此，即使当凸出部分和传感器头部之间的距离发生变化时(初始情况下假定为保持特定距离)，根据所发生的变化，临阈级能够被调整至适当的级别。

因此，根据本发明的车轮速度检测系统，即使当凸出部分和传感器头部之间的距离由于轴负载变化和类似情况而发生变化时，脉冲转换器根据对应于所述变化的适当临阈级进行脉冲信号转换。因此，车轮旋转速度能够被精确地检测出来。

需要注意的是，涡流量会随着线圈中阻抗的变化而发生变化，与例如一般涡流位移传感器中的方式相同。因此，例如，当包括线圈的共振电路的共振电压发生变化时，能够得到对应于所述变化的交流检测信号。

此外，凹进和凸出部分的形成方式可以使对应于车轮旋转速度的涡流量的变化能够被检测到。例如，如图9所示，凹进和凸出部分形成于与旋转器的旋转轴垂直的表面的圆周上。再例如，凹进和凸出部分能够形成于上述文件1所引用的旋转器的侧表面上(也就是说，齿轮被用作旋转器)。

而且，通过阈值移位器能够不断对临阈级进行移位。不过，在一些情况下，例如，当实际相对距离与上述特定距离没有什么差值的时候，就可以根据预定临阈级，不进行移位而从交流检测电压中得到脉冲。因此，仅当例如通过检查实际交流检测电压而确定有必要使临阈级进行移位时，才进行移位过程。确定临阈级是否需要被移位可以根据相对距离的变化程度而适宜地进行。

使用这一构造，即能够通过阈值移位器使临阈级进行移位，更具体地说，这样可以使临阈级落入从检测器输出的交流检测信号的振幅范围中。如果临阈级至少处于交流检测信号的振幅范围中，那么交流检测信号可根据临阈级转换为脉冲信号，因此，车轮旋转速度能够被精确地检测到。

需要注意的是，在这种情况下，判定临阈级是否应该进行移位可以适意地进行。例如，仅当临阈级超出实际交流检测信号(例如图10B中的情况)时，临阈级才能被移位。此外，临阈级也可以在临阈级处于振幅范围中但是接近交流检测信号的最大值或者最小值时进行移位。

此外，可以通过各种方法确定阈值移位器使临阈级进行移位的大小程度。例如，当相对距离为上述特定距离时，可以对应于实际交流检测信号和交流检测信号之间的差值而进行确定。

换句话说，在使用该结构的车轮速度检测系统中，阈值移位器得到默认平均值和从检测器输出的实际交流检测信号平均值之间的差值，其中默认平均值为当凸出部分表面和传感器头部之间的相对距离等于上述特定距离时交流检测信号的平均值。阈值移位器对应于这一差值使临阈级进行移位。

在这种情况下，例如，移位量可以与差值相同。又例如，当差值较小时(也就是说，当相对距离的变化量较小时)，阈值移位器不使临阈级进行移位，仅当差值较大时才使临阈级进行移位。

如上所述，如果移位量是根据实际交流检测信号的平均值和默认平均值之间的差值而确定的，那么临阈级就可被更恰当地移位，车轮速度检测系统的可靠性可得到改善。

对于临阈级来说，例如只设定一个级别以判定交流检测信号是否高于或者低于所设定的级别并从交流检测信号中得到脉冲，这种方法也是可行的。虽然如此，考虑到噪声容许量和其他因素，更加优选的方式是设定两个具有滞后的临阈级。因此，在这种情况下，阈值移位器优选情况下在保持滞后量的同时使这两个临阈级进行移位。

接下来，本发明的车轮速度检测系统包括旋转器、传感器头部、检测器、脉冲转换器和速度计算器。检测信号移位器将检测器输出的交流检测信号根据凸出部分表面和传感器头部之间的实际相对距离而移位至某一级别。在这种方式下，当交流检测信号由检测信号移位器进行移位时，脉冲转换器就在移位后将交流检测信号转换为脉冲信号。

换句话说，在上述系统中，临阈级已被移位。相反，在这种情况下，临阈级没有被移位，但是实际交流检测信号本身被移位。因此能够得到与上述系统中使临阈级进行移位基本相同的效果。

因此，根据这种情况的车轮速度检测系统，当相对距离为上述特定距离时，即使因为凸出部分和传感器头部的距离由于轴上负载的变化或者类似情况而发生变化，当交流检测信号和实际交流检测信号之间出现差值时，交流检测信号能够在补偿这一差值的方向上进行移位。因此，车轮旋转速度能够被精确地检测到。

需要注意的是，同样在这种情况下，可通过检测信号移位器持续使交流检测信号进行移位。不过，仅当例如在检查实际交流检测电压之后确定有必要时，才进行移位。移位是否应该进行可根据相对距离的变化程度而适当地判定。

具体地说，在这种构造下，例如，可通过检测信号移位器进行交流检测信号的移位，从而使临阈级落入交流检测信号的振幅范围中。如果交流检测信号移位以落入交流检测信号的振幅范围中，那么移位后的交流检测信号可以根据临阈级转换为脉冲信号。因此，车轮旋转速度能够被精确地检测到。

需要注意的是，同样在这种情况下，可因此判定是否应该进行交流检测信号的移位。例如，可设定持续使交流检测信号进行移位，或者又例如，也可仅在临阈级超出交流检测信号的振幅范围时(例如图10B中的情况)，设定使交流检测信号进行移位。

此外，可通过各种方法确定利用检测信号移位器而使交流检测信号进行移位的程度。交流检检测信号可对应于默认平均值与从检测器输出的实际交流检测信号平均值之间的差值而被移位至，例如，某一级别，其中默认平均值为当凸出部分表面和传感器头部之间的相对距离为特定距离时交流检测信号的平均值。

在这种情况下，移位量可以是，例如等于差值。或者，又例如，当差值较小时(也就是说，当相对距离的变化较小时)，可设定不进行移位，而仅当差值较大时才进行移位。

因此，如果移位量是根据默认平均值与实际交流检测信号平均值之间的差值判定的，那么临阈级就可更适当地进行移位，车轮速度检测系统的可靠性得以改善。

还是在这种情况下的系统中，也可只设定，例如，一个级别作为临阈级，并且通过判定交流检测信号是否高于或者低于所设定的级别而从交流检测信号中得到脉冲。不过，考虑到噪声容许量和其他因素，更加优选的方式是设定两个具有滞后的临阈级。

同时，本发明的车轮速度检测系统可应用于各种车辆中。如上所述，在直线型车辆中，对支撑相对较大负载的车轮进行维修是比较频繁的，因此，由于在维修过程中的组装错误或者轴上负载的变化，上述相对距离可能会发生变化。

因此，本发明的系统可更有效地测量设置于车辆上的车轮的旋转速度，如果，例如，将该系统安装于主要端在地面系统上的铁路车辆上，其中车辆通过将电能分配给推进线圈而由在沿地面轨道设置的推进线圈和安装于车辆上的磁场系统之间产生的磁性相互作用而推进。本发明的系统使构造具有高可靠度的车轮速度检测系统成为可能，该系统应用于主要端位于地面系统上的铁路车辆中。

附图说明

图1是由组成磁悬浮列车的支撑腿装置的示意性结构的透视图；

图2A和2B是第一实施例的车轮速度检测系统的示意性结构的方框图；

图3是第一实施例的阈值电压移位过程的流程图；

图4A和4B是在第一实施例中的车轮速度检测系统的传感器检测电压和脉冲输出的实例的图表，并且分别示出了传感器和凸出部分邻近(4A)时以及传感器和凸出部分远离(4B)时的情况；

图5是第二实施例的车轮速度检测系统的示意性结构的方框图；

图6是第二实施例的检测数据移位过程的流程图；

图7A和7B是在第二实施例中的车轮速度检测系统的检测电压和脉冲输出的实例的图表，并且分别示出传感器和凸出部分邻近(7A)时以及传感器和凸出部分远离(7B)时的情况；

图8是安装于磁悬浮历程上的具有光学编码器的车轮速度检测系统的示意性结构的示例性视图；

图9是涡流位移传感器用作磁悬浮列车的车轮速度检测系统的示意性结构的示例性视图；以及

图10A和图10B是涡流位移传感器用作磁悬浮列车的车轮速度检测系统的情况下的检测电压和脉冲输出的实例的图表。

具体实施方式

现在将参照附图说明本发明的优选实施例。

[第一实施例]

图1是组成磁悬浮列车(直线型车辆)的支撑腿装置的示意性结构的透视图。直线型车辆(图中未示出)被称为主要端位于地面系统上的铁路车辆，其中，超导磁体安装于底盘中作为磁场系统，直线型车辆通过控制作用于沿地面轨道设置的推进线圈的电源以及通过推进线圈和车辆中的超导磁体之间的磁性相互作用而得以推进。直线型车辆以预定速度或超过预定速度(例如，在低百千米/小时)悬浮和行驶，但是行驶时的车轮速度低于预定速度。对于行驶于车轮上的直线型车辆来说，设置有图1所示的支撑腿装置。

如图1所示，在直线型车辆的支撑腿装置中，车轮(支撑车轮)3由轮胎1和车轮(铝制车轮)2构成，作为旋转器，车轮3连接于设置于臂4一端的轴(轴中心)5上。而且，一端连接于臂4的支撑腿6是可伸出的/可收缩的，内部具有驱动器。支撑腿6和臂4二者的另一端分别连接于支架上，图中未示出。因此，通过驱动支撑腿6中的驱动器并且伸出/收缩支撑腿6，车轮3就可上下移动。

在车轮3上，虽然图中未示出，但是安装有圆盘制动装置。当直线型车辆行驶于车轮3上并且车辆不能由地面控制而制动时，圆盘制动装置用于制动直线型车辆。

在本实施例中，车轮速度检测系统包括凹进和凸出部分7、涡流传感器10、缆线15和信号处理装置20，该系统安装于支撑腿装置中，用于检测车轮3的旋转速度，这对于控制上述圆盘制动装置的运行来说是必要的。

凹进和凸出部分7包括，如附图所示，凸出部分7a和凹入部分7b，它们沿车轮2的旋转方向在车轮2的圆周上以预定间隔交替形成。本实施例中的凹入和凸出部分7的材料为铝。涡流传感器10设置并固定于以一定距离d₀面对凹进和凸出部分7的臂4上(下文使用“默认相对距离”进行指代)。来自涡流传感器10的传感器检测电压通过缆线15传输到信号处理装置20中。

图2A是本发明的车辆速度检测系统的示意性结构的方框图。如图2A所示，涡流传感器10具有嵌入其传感器头部10a的检测线圈11。传感器头部10a与凸出部分7a之间的距离保持为默认相对距离。而且，下文将进行说明，对应于检测线圈11阻抗变化的传感器检测电压(相当于本发明的交流检测信号)通过缆线15传输至信号处理装置20。

图2B示出了涡流电传感器10的示意性结构的方框图。涡流传感器10主要包括检测线圈11、振荡驱动装置12和波动检测电路13。检测线圈11构成共振电路以及振荡驱动装置12中的电容器(未示出)。通过振荡驱动装置12向共振电路提供交流电并且以振荡预定频率使共振电路振荡，高频电流在检测线圈11中流动并且在其周围产生交流磁场。当车轮3在交流磁场中旋转时，涡流产生于铝制车轮2中。

在本发明中，由于凹进和凸出部分7形成于铝制车轮2以面对传感器头部10a，所以凹进部分7b和凸出部分7a根据车轮3的旋转而交替面对传感器头部10a，例如凹进部分7b→凸出部分7a→凹进部分7b...。因此，在凹进和凸出部分7的整个部分中产生的涡流量对应于车轮3的旋转而发生变化，由此，检测线圈11的阻抗也被改变。

因此，振荡电路的振荡幅度，即从振荡驱动装置12输出的振荡电压幅度根据车轮3的旋转而发生变化。该振荡输出在包线检波中被接收并且在波动检测电路13中被适当地放大，随后即作为传感器检测电压传输到信号处理装置20中。具体地说，结合上图10A和10B所示的波形，当凸出部分7a面对传感器头部10a时，涡流量变大，检测线圈11中的阻抗变化变大，因此，传感器检测电压变小。从另一方面来讲，当凹进部分7b面对传感器头部10a时，涡流量变小，并且检测线圈11中的阻抗变化也变小，因此，传感器检测电压变大。需要注意的是，涡流传感器10的运行能量是由信号处理装置20供给的。

如上所述从涡流传感器10输出的传感器检测电压在信号处理装置20中被转换为脉冲信号。车轮旋转速度在脉冲信号的基础上进行计算。也就是说，传感器检测电压首先以预定的取样频率由A/D转换器21进行取样，并且转换为数字值。在下文中，该传感器检测电压在A/D转换之后即指代为检测数据(A/D值)。

该检测数据被输入至信号级别确定元件22和脉冲转换元件23。首先，将对信号级别确定元件22进行说明。信号级别确定元件22在检测数据的基础上计算阈值电压V_TH和V_TL(即，有滞后的阈值)并向脉冲转换元件23输出电压。更具体地说，信号级别确定元件22进行阈值电压移位过程，其中根据检测数据移位(移动)预设默认阈值电压V_TH0和V_TL0。

图3是在信号级别确定元件22中执行的阈值电压移位过程的流程图。当直线型车辆在车轮3上行驶时，该阈值电压移位过程持续进行。

当该过程启动时，首先在步骤(在下文中使用“S”的缩写)110中，得到传感器检测电压(实际上为检测数据)的最大值V_max。在随后的S120中，得到传感器检测电压(实际上为检测数据)的最小值V_min。换句话说，传感器检测电压的最大振幅值和传感器检测电压的最小振幅值在S110和S120中分别得到。

随后，在步骤S130中，对实际平均电压V_av进行计算，该值即为最大值V_max和最小值V_min的平均值。同时，在信号级别确定元件22中，默认平均电压V_av0(本发明的默认平均值)被存储，该值即为当传感器头部10a和凸出部分7a之间的距离为默认相对距离时的传感器检测电压平均值。在随后的S140中，对移位量Z进行计算，该值即为在S130中得到的实际平均电压V_av和上述默认平均电压V_av0之间的差值。

然后，在S150中，通过将默认阈值电压V_TH0和V_TL0分别移位为移位量Z，得到实际阈值电压V_TH和V_TL，该值为实际阈值电压。也就是说，当传感器头部10a和凸出部分7a之间的距离为默认相对距离时，传感器检测电压与实际传感器检测电压的偏差被转换为平均电压的差值(默认平均电压和实际平均电压)。随后，该差值作为默认阈值电压V_TH0和V_TL0的移位量Z进行处理。如上所述得到的实际阈值电压V_TH和V_TL被输出到脉冲转换元件23。

在脉冲转换元件23中，来自A/D转换器21的检测数据对应于实际阈值电压V_TH和V_TL被转换为脉冲信号，并被输出至速度计算元件24。在速度计算元件24中，根据每单位时间脉冲信号或者脉冲间隔(循环)的数量对车轮旋转速度进行计算。然后，如上所述得到的车轮旋转速度被传输至制动控制元件(未示出)，并用于控制圆盘制动装置。

图4A和4B示出本实施例的车轮速度检测系统中的传感器检测电压(检测数据)和脉冲输出的实例。图4A示出了传感器头部10a和凸出部分7a邻近并且其间的相对距离d小于默认相对距离d₀时的情况。当相对距离d如上所述小于默认相对距离d₀时，传感器检测电压小于当相对距离等于默认相对距离的传感器检测电压。在附图所示的状态中，默认阈值电压V_TH0大于传感器检测电压的最大值V_max。

因此，在本发明中，通过执行图3所述的阈值电压移位过程，实际平均电压V_av由实际检测电压的最大值V_max和最小值V_min得以计算，并且实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值变为移位量Z。因此，默认阈值电压V_TH0按照移位量Z而被移位至实际阈值电压V_TH，默认阈值电压V_TL0按照移位量Z而被移位至实际阈值电压V_TL。也就是说，默认阈值电压V_TH0和V_TL0分别被减小|Z|。然后，通过消除实际阈值电压V_TH和V_TL的实际传感器检测电压以产生脉冲，得出在附图中所示的脉冲输出。

从另一方面来讲，图4B示出了当传感器头部10a和凸出部分7a相距较远并且其间的相对距离大于默认相对距离d₀时的情况。当相对距离d如上所述大于默认相对距离d₀时，传感器检测电压大于当相对距离等于默认相对距离时的传感器检测电压。在附图所示的状态中，默认阈值电压V_TL0小于传感器检测电压的最小值V_min。

因此，通过以与图4A所述的相同方式执行图3所述的阈值电压移位过程，实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值就变为移位量Z。默认阈值电压V_TH0按照移位量Z而被移位至实际阈值电压V_TH，默认阈值电压V_TL0按照移位量Z而被移位至实际阈值电压V_TL。也就是说，默认阈值电压V_TH0和V_TL0分别增加|Z|。然后，通过消除实际阈值电压V_TH和V_TL的实际传感器检测电压以产生脉冲，得出附图中所示的脉冲输出。

如上所述，在本实施例的车轮速度检测系统中，通过按照移位量Z使预设默认阈值电压V_TH0和V_TL0进行移位，得到实际的阈值电压V_TH和V_TL，其中移位量Z是由涡流传感器10实际检测出的传感器检测电压的平均值和默认平均电压之间的差值。然后，根据这些实际的阈值电压V_TH和V_TL，实际的传感器检测电压(检测数据)被转换为脉冲信号。

因此，根据本实施例的车轮速度检测系统，即使当凸出部分7a和传感器头部10a之间的相对距离由于轴负载或者其他原因出现变化时，也可根据对应于相对距离变化的适当实际临阈级V_TH和V_TL而进行脉冲信号的转换。因此，与相对距离的变化无关，车轮旋转速度可被精确地检测到。

而且，在本实施例中，移位不仅可以用一种方式进行，从而使默认阈值电压V_TH0和V_TL0落入实际传感器检测电压的振幅中，也可以用另一种方式进行，从而根据默认平均电压V_av0和实际平均电压V_av之间的差值得到更合适的移位量Z。因此，根据实际传感器检测电压，默认阈值电压V_TH和V_TL被更适当地进行移位，从而提供可靠的车轮速度检测系统。

需要注意的是，在本实施例中，涡流传感器10相当于本发明的检测器，脉冲转换元件23相当于本发明的脉冲转换器，速度计算元件24相当于本发明的速度计算器，信号级别确定元件22相当于本发明的阈值移位器。此外，图3中的阈值电压移位过程相当于本发明所使用的阈值移位器所执行的过程。

[第二实施例]

在上述第一实施例中，描述了当默认阈值电压V_TH0和V_TL0对应于传感器头部10a和凸出部分7a之间相对距离的变化而进行移位的情况。在本实施例中，阈值电压没有被移位，但是由涡流传感器10(检测数据)本身检测到的传感器检测电压被移位，并得到对应于相对距离变化的适当脉冲信号。

图5是本实施例的车轮速度检测系统的信号处理装置30的示意性结构的方框图。信号处理装置30用于替换第一实施例中的车轮速度检测系统的信号处理装置20。来自涡流传感器10的传感器检测电压首先以预定采样频率由A/D转换器21进行采样，然后转换为数字值的检测数据(A/D值)。

该检测数据被输入至检测数据移位元件31并按照预定量进行移位。也就是说，在检测数据移位元件31中，进行检测数据移位过程从而对应于检测数据平均值和预设默认平均电压V_av0差值使实际检测数据进行移位。

图6是在检测数据移位元件31中执行的检测数据移位过程的流程图。该检测数据移位过程在直线型车辆行驶于车轮3上时持续执行。需要注意的是，在该过程中，S210至S240分别与图3所述的阈值电压移位过程的S110至S140相同。因此，在这里不对S210至S240的过程进行详细的描述。

也就是说，分别在S210和S220中得到检测数据的最大值V_max和最小值V_min，在步骤S230中计算实际平均电压V_av，即两个值的平均值，在随后的S240中，实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0经计算得到移位量Z。然后，在S250中，实际检测数据按照所得的移位量Z而进行移位。

如上所述被移位的检测数据被输入脉冲转换元件32中，并被转换为脉冲信号。在该脉冲转换元件32中，相应于第一实施例默认阈值电压V_TH0和V_TL0的阈值电压被预先设定，并且上述被移位的检测数据根据这些阈值电压被转换为脉冲信号。然后，这些脉冲信号输入速度计算元件24中，与第一实施例的方式相同，车轮旋转速度根据每单位时间的脉冲数值或脉冲间隔(循环)进行计算。

在图7A和7B中，示出本实施例的车轮速度检测系统中的传感器检测电压(检测数据)和脉冲输出的实例。图7A示出当传感器头部10a和凸出部分7a互相邻近并且其间的相对距离d小于默认相对距离d₀时的情况。当相对距离d如上所述小于默认相对距离d₀时，实际传感器检测电压小于当相对距离d等于默认相对距离时的传感器检测电压。在附图所示的状态下，默认阈值电压V_TH0变得大于传感器检测电压的最大值V_max。

因此，在本实施例中，通过执行图6所述的检测数据移位过程，实际平均电压V_av由时间检测电压的最大和最小值V_max和V_min计算而得，并且实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值变为移位量Z。实际传感器检测电压(检测电压)按照移位量Z进行移位。也就是说，默认阈值电压V_TH0和V_TL0并不是如第一实施例所述分别减小|Z|，而是检测数据本身增加|Z|。随后，通过从被移位的传感器检测电压中得到脉冲，得到如附图所示的脉冲输出。

换句话说，图7B示出了当传感器头部10a和凸出部分7a距离较远并且其间的相对距离d大于默认相对距离d₀时的情况。当相对距离d如上所述大于默认相对距离d₀时，传感器检测电压大于当相对距离d等于默认相对距离时的传感器检测电压。在附图所示的状态中，默认阈值电压V_TL0小于传感器检测电压的最小值V_min。

因此，通过执行图6所述的检测数据移位过程，按照与图7A所述相同的方式，实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值变为移位量Z，并且实际检测数据按照移位量Z进行移位。也就是说，默认阈值电压V_TH0和V_TL0并不是如第一实施例所述分别增加|Z|，而是检测数据本身减小|Z|。随后，通过从被移位的传感器检测电压得到脉冲，得到如附图所示的脉冲输出。

因此，根据本实施例，即使当相对距离等于默认相对距离时，因为凸出部分7a表面和传感器头部10a之间相对距离由于轴负载的变化或者其他因素而出现变化，所以传感器检测电压与实际传感器检测电压也会出现差值，传感器检测电压(检测数据)在补偿该差值的方向上进行移位，由此得到如第一实施例所述的相同效果。

需要注意的是，在本实施例中，检测数据移位元件31相当于本发明中的检测信号移位器，图6所示的检测数据移位过程相当于由本发明的检测信号移位器执行的过程。

本发明实施例并不局限于上述实施例，在本发明的技术范围中可进行变换和修改。

例如，在上述各个实施例中，实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值被设定为移位量Z。相反，当相对距离等于默认相对距离时，传感器检测电压最大(或最小)值与传感器检测电压最大值V_max(或者最小值V_min)之间的差值也可以作为移位量Z。只要可以得到对应于相对距离变化的适当移位量Z，那么可使用各种方法得到该移位量Z。

此外，在上述第一实施例中，默认阈值电压V_TH0和V_TL0被预先设定，这些默认阈值电压V_TH0和V_TL0按照移位量Z进行移位。除了预先设定默认阈值电压V_TH0和V_TL0，阈值电压也可通过根据实际得到的检测数据的振幅(最大和最小值)一一计算阈值电压而得到。具体地说，例如，预定级别低于实际检测数据最大值的值，预定级别高于实际检测数据最小值的值都可以是临阈级。

而且，在上述各个实施例中，即使当实际平均电压V_av和默认平均电压V_av0之间的差值较小时，只要存在差值就进行移位。不过，当差值非常小并且可忽略不计时，转换为脉冲信号的过程不进行移位过程而正常进行。因此，移位过程并不是不考虑差值大小每次都进行的，但是只有当差值较大并且正常脉冲转换不能预期进行时才进行移位。也就是说，从逻辑上来讲，应至少当临阈级超过实际传感器检测电压的振幅范围时，才能够进行移位从而使临阈级与振荡范围相匹配。

而且，在上述各个实施例中，检测数据通过具有滞后的阈值电压而被转为脉冲信号。或者，可以使用一个不带有滞后的临阈级。不过，考虑到噪声阻力，优选的是使用如上各实施所述的具有滞后的阈值电压。

此外，除了如上述实施例所述，在车轮2的旋转表面的圆周上设置凹进和凸出部分7之外，凹进和凸出部分7也可设置于，例如，车轮2的侧表面上(即，例如齿轮外形)，例如上述文件1中所公开的技术。只要本发明的工作效果能够达到，那么形成的位置不用专门限定。

凸出部分7a的形状并不局限于上述实施例所述的形状，只要凹进和凸出部分的变化能够作为涡流量的差值而被检测到(因此，形状可作为检测线圈11阻抗的变化而检测出来)，那么就可使用各种形状。

而且，在上述各个实施例的各个信号处理装置20和30中，来自涡流传感器10的传感器检测电压直接通过A/D转换。或者，高频波动消除过滤器，可设置于例如A/D转换器21前以切断高频波动成份。采用这种方式，能够改善该系统的可靠性。

工业实用性

如上所述，根据本发明的车轮速度检测系统，即使当涡流传感器和凸出部分之间的距离由于不同因素，例如车轮负载的变化或者错误的组装而发生变化时，仍可精确检测车轮的速度。

Claims

1、一种车轮速度检测系统，包括：

在车轮的轴中心上与所述车轮共同旋转的旋转器，以及多个凹进和凸出部分，所述部分沿旋转方向以预定间隔形成于所述旋转器的圆周上；

传感器头部，该部分设置成以一定距离与所述凸出部分的表面相对，并由线圈构成以在交流电的供给下产生围绕所述传感器头部的交流磁场；

检测器，该检测器通过供给交流电激励所述线圈以在所述凹进和凸出部分上产生涡流，并且根据由所述旋转器旋转所产生涡流量的变化而输出交流检测信号；

脉冲转换器，该转换器根据预先设定的临阈级将所述交流检测信号转换为脉冲信号；以及

速度计算器，该计算器在所述脉冲信号的基础上计算所述车轮的旋转速度，

所述车轮速度检测系统还包括阈值移位器，该移位器根据所述凸出部分表面和所述传感器头部之间的实际相对距离使所述临阈级进行移位，

其中，当所述临阈级由所述阈值移位器进行移位时，所述脉冲转换器根据被移位的临阈级将所述检测信号转换为脉冲信号。

2、根据权利要求1所述的车轮速度检测系统，其中，所述阈值移位器使所述临阈级进行移位，从而使所述临阈级落入从所述检测器输出的交流检测信号的振幅范围中。

3、根据权利要求2所述的车轮速度检测系统，其中，所述阈值位移器得到默认平均值与从所述检测器实际输出的所述交流检测信号的平均值之间的差值，并且根据所述差值使所述临阈级进行移位，所述默认平均值为当所述凸出部分表面和所述传感器头部之间的预定相对距离等于特定距离时所述交流检测信号的平均值。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的车轮速度检测系统，

其中，所述临阈级由两个有滞后的临阈级构成，并且

其中，所述阈值位移器在保持所述滞后量的同时使所述两个临阈级进行移位。

5、一种车轮速度检测系统，包括：

传感器头部，设置成以一定距离与所述凸出部分相对，并由线圈构成以在交流的供给下产生围绕所述传感器头部的交流磁场；

检测器，该检测器通过供给交流激励所述线圈以在所述凹进和凸出部分产生涡流，并且根据由所述旋转器旋转产生涡流量的变化而输出交流检测信号；

所述车轮速度检测系统还包括阈值移位器，该移位器根据所述凸出部分表面和所述传感器头部之间的实际相对距离使由所述检测器输出的交流检测信号产生一定级别的移位，

其中，当所述交流检测信号通过所述检测信号移位器进行移位时，所述脉冲转换器在进行移位之后将所述交流检测信号转换为脉冲信号。

6、根据权利要求5所述的车轮速度检测系统，其中，所述检测信号移位器使所述交流检测信号进行移位，从而使所述临阈级落入所述交流检测信号的振幅范围中。

7、根据权利要求6所述的车轮速度检测系统，其中，所述检测信号移位器得到默认平均值与从所述检测器实际输出的所述交流检测信号的平均值之间的差值，并且根据所述差值使所述交流检测信号进行一定级别的移位，所述默认平均值为当所述凸出部分表面和所述传感器头部之间的相对距离等于特定距离时所述交流检测信号的平均值。

8、根据权利要求5至7中任一项所述的车轮速度检测系统，其中，所述临阈级由两个有滞后的临阈级构成。

9、根据权利要求1至8中任一项所述的车轮速度检测系统，其中，所述车轮速度检测系统安装于主要端位于地面系统上的铁路车辆上，从而得到设置于所述车辆上的车轮的旋转速度，其中所述车辆通过控制作用于所述推进线圈的电能在沿地面上的轨道设置的推进线圈与安装于车辆上的磁场系统之间产生的磁性相互作用而得以推进。