RU108630U1

RU108630U1 - SYSTEM FOR DETERMINING MOBILE MOTION PARAMETERS

Info

Publication number: RU108630U1
Application number: RU2011111361/28U
Authority: RU
Inventors: Борис Данилович Никифоров; Сергей Валерьевич Малахов; Юрий Иванович Дёжин; Леонид Борисович Гаврилов; Татьяна Борисовна Климовских
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Авп Технология"
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2011-09-20

Abstract

Система для определения параметров движения подвижного состава, содержащая связанные с вычислительным устройством базу данных, приемник спутниковой навигации, аналого-цифровой преобразователь и установленные по поперечной, вертикальной и продольной осям подвижного состава акселерометры, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительными акселерометрами, установленными по поперечной, вертикальной и продольной осям подвижного состава, выходы которых связаны с входом вычислительного устройства через аналого-цифровой преобразователь для выявления или восполнения текущих значений скорости движения, поступивших в вычислительное устройство, и датчиком угла поворота колесной пары, выход которого соединен с входом вычислительного устройства. A system for determining the parameters of the movement of rolling stock, containing a database associated with a computing device, a satellite navigation receiver, an analog-to-digital converter and accelerometers installed on the transverse, vertical and longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected to the inputs of the analog-to-digital converter, characterized in that the system is equipped with additional accelerometers installed along the transverse, vertical and longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected with the input of the computing device through an analog-to-digital converter to detect or make up for the current values of the speed of movement received by the computing device, and a sensor for the angle of rotation of the wheelset, the output of which is connected to the input of the computing device.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения продольного, поперечного и вертикального ускорений и ударных ускорений по продольной оси, скорости движения железнодорожных транспортных средств, например, магистральных и маневровых локомотивов, другого подвижного состава с возможностью последующей передачи этих параметров в систему управления движением или систему безопасности.The utility model relates to measuring equipment and can be used to determine longitudinal, transverse and vertical accelerations and shock accelerations along the longitudinal axis, the speed of railway vehicles, for example, trunk and shunting locomotives, other rolling stock with the possibility of subsequent transfer of these parameters to the control system traffic or security system.

Известны контактные локомотивные системы определения скорости движения и пройденного пути, определяющие параметры движения на основе измерения параметров вращения колесной пары при ее движении вдоль пути [Датчик угла поворота типа Л178/1.2 (Л178СК). Каталог продукции ОАО «Электромеханика», www.elmeh.ru]. Недостатком подобных систем является их невысокая точность: погрешности измерения скорости с использованием контактного метода по вращению колесной пары достигают 5 км/ч, а погрешность измерения ускорения сопоставима со значениями ускорений, что явно недостаточно для целей управления подвижным составом не только на перегоне, но тем более на тупиковых путях станции.Contact locomotive systems are known for determining the speed of movement and the distance traveled, which determine the parameters of movement based on measuring the parameters of the rotation of the wheelset when it moves along the path [Angle of rotation sensor type L178 / 1.2 (L178SK). Product catalog of OJSC Electromechanics, www.elmeh.ru]. The disadvantage of such systems is their low accuracy: the speed measurement errors using the contact method for wheel pair rotation reach 5 km / h, and the acceleration measurement error is comparable to the acceleration values, which is clearly not enough for rolling stock control purposes, not only on the stretch, but even more so on the dead ends of the station.

Известен способ комплексирования инерциальных навигационных систем и построенная на его основе комбинированная навигационная система (RU 2082098, МПК 6: G01C 23/00), сущность которого заключается в дополнительной коррекции горизонтальных каналов инерциальных навигационных систем физическим воздействием на гироскопы разностным сигналом с горизонтальных акселерометров и датчиков базовой скорости, в качестве которых используются приемники спутниковой навигационной системы.There is a method of combining inertial navigation systems and a combined navigation system built on its basis (RU 2082098, IPC 6: G01C 23/00), the essence of which is the additional correction of the horizontal channels of inertial navigation systems by physical action of the gyroscopes by a difference signal from horizontal accelerometers and basic sensors speeds used as receivers of satellite navigation system.

Основным недостатком данного технического решения является его высокая стоимость и отсутствие автономности. Применение инерциальной системы для измерения ускорений и ударных ускорений является избыточным. Отсутствие автономной системы определения скорости не позволит получать приемлемые точности по скорости в таком режиме.The main disadvantage of this technical solution is its high cost and lack of autonomy. The use of an inertial system for measuring accelerations and shock accelerations is redundant. The lack of an autonomous system for determining the speed will not allow to obtain acceptable accuracy in speed in this mode.

Известно устройство для регистрации информации о транспортном средстве (RU 2298832, МПК: G07C 5/08 (2006.01) - прототип), содержащее микроЭВМ, блок энергонезависимой памяти данных, три микромеханических датчика угловой скорости с взаимно ортогональными осями чувствительности, аналого-цифровые преобразователи и два микромеханических акселерометра с осями чувствительности, ориентированными соответственно в направлении продольной и поперечной осей транспортного средства. Технический результат достигается благодаря введению третьего акселерометра с осью чувствительности, ориентированной в направлении вертикальной оси транспортного средства, трех датчиков угловых ускорений с взаимно ортогональными осями чувствительности и магнитного компаса, а также приемника спутниковых навигационных сигналов с антенной и блока подключения цифровых устройств.A device for recording information about a vehicle (RU 2298832, IPC: G07C 5/08 (2006.01) - prototype) containing a microcomputer, a non-volatile data memory unit, three micromechanical angular velocity sensors with mutually orthogonal sensitivity axes, analog-to-digital converters and two micromechanical accelerometers with sensitivity axes oriented respectively in the direction of the longitudinal and transverse axes of the vehicle. The technical result is achieved by introducing a third accelerometer with a sensitivity axis oriented in the direction of the vehicle’s vertical axis, three angular acceleration sensors with mutually orthogonal sensitivity axes and a magnetic compass, as well as a satellite navigation signal receiver with an antenna and a digital device connection block.

Недостатком устройства является то, что не компенсируется влияние наклона кузова транспортного средства на акселерометры. Магнитный компас в условиях сильных магнитных помех на подвижном составе будет работать с недопустимыми ошибками. Устройство предназначено для регистрации и не может быть применено в реальном времени.The disadvantage of this device is that it does not compensate for the influence of the tilt of the vehicle body on the accelerometers. A magnetic compass in conditions of strong magnetic interference on rolling stock will work with unacceptable errors. The device is intended for registration and cannot be applied in real time.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения ускорений, ударных ускорений и скорости движения подвижного состава.The objective of the claimed utility model is to increase the accuracy of measuring accelerations, shock accelerations and the speed of the rolling stock.

Решение указанной задачи достигается тем, что система для определения ускорений и скорости движения подвижного состава, содержащая связанные с вычислительным устройством базу данных, приемник спутниковой навигации, аналого-цифровой преобразователь и установленные по поперечной, вертикальной и продольной осям подвижного состава акселерометры, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, согласно полезной модели, система снабжена дополнительными акселерометрами, установленными по поперечной, вертикальной и продольной осям подвижного состава, выходы которых связаны с входом вычислительного устройства через аналого-цифровой преобразователь для выявления или восполнения текущих значений скорости движения, поступивших в вычислительное устройство, и датчиком угла поворота колесной пары, выход которого соединен с входом вычислительного устройства.The solution to this problem is achieved by the fact that the system for determining the acceleration and speed of the rolling stock, containing a database associated with the computing device, a satellite navigation receiver, an analog-to-digital converter and accelerometers installed along the transverse, vertical and longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected to the inputs of the analog-to-digital Converter, according to a utility model, the system is equipped with additional accelerometers installed along the transverse, vertical and the longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected to the input of the computing device through an analog-to-digital converter to identify or make up for the current values of the speed of movement received by the computing device, and a wheel pair angle sensor, the output of which is connected to the input of the computing device.

Система содержит вычислительное устройство 1, на вход которого от аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 поступает цифровая информация с выходов блока х-акселерометров 3, установленных продольно оси экипажа, и блока yz-акселерометров 4, установленных поперечно и вертикально оси экипажа, соединенных с входами АЦП 2. С приемника спутниковой навигационной системы 5 GPS/ГЛОНАСС по интерфейсу информация передается на вход вычислительного устройства 1. Выход датчика угла поворота (ДУП) 6 соединен с дискретными входами вычислительного устройства 1 для передачи информации информация. Информация от ДУП 6 позволяет системе определять направление движения и скорость движения транспортного средства. По каждой из трех осей установлены два акселерометра согласно направленные. Применение пары акселерометров позволяет осуществлять фильтрацию возможных выбросов акселерометров и повысить надежность работы системы. Кроме того, в состав системы входит база данных 7, соединенная с входом вычислительного устройства 1 и содержащая информацию о профиле и плане пути. Также в вычислительное устройство 1 поступает информация о режиме движения, включающая информацию об управлении тяговым подвижным составом либо в явном виде, либо в виде информации об общем токе электровоза и значении давлений в уравнительном резервуаре, тормозной магистрали, в тормозных цилиндрах локомотива. База данных 7 осуществляет обмен информацией с вычислительным устройством 1 таким образом, что по известной координате, поступающей в вычислительное устройство 1 из локомотивной системы навигации, база данных направляет в вычислительное устройство 1 значение уклона, соответствующего координате.The system contains a computing device 1, the input of which from the analog-to-digital converter (ADC) 2 receives digital information from the outputs of the block of x-accelerometers 3, mounted longitudinally to the axis of the crew, and the block of yz-accelerometers 4, mounted transversely and vertically to the axis of the crew, connected to ADC inputs 2. From the receiver of the satellite navigation system 5 GPS / GLONASS, information is transmitted via the interface to the input of computing device 1. The output of the rotation angle sensor (DUP) 6 is connected to the digital inputs of the computing device 1 to transmit information information. Information from DUP 6 allows the system to determine the direction of movement and speed of the vehicle. For each of the three axes, two accelerometers are installed according to directional. The use of a pair of accelerometers allows you to filter possible emissions of accelerometers and increase the reliability of the system. In addition, the system includes a database 7, connected to the input of the computing device 1 and containing information about the profile and path plan. Also, the computing device 1 receives information about the driving mode, including information about controlling the traction rolling stock either explicitly or in the form of information about the total current of the electric locomotive and the pressure values in the surge tank, brake line, and in the brake cylinders of the locomotive. The database 7 exchanges information with the computing device 1 in such a way that, according to the known coordinate coming into the computing device 1 from the locomotive navigation system, the database sends the slope value corresponding to the coordinate to the computing device 1.

Работа системы осуществляется следующим образом. Работа бортового оборудования системы - блоков акселерометров 3, 4, АЦП 2, приемника 5, базы данных 7 и ДУП 6 находится под управлением, вычислительного устройства 1, которое обрабатывает информацию от всех подключенных устройств в реальном времени. Система по данным от ДУП 6 и навигационного приемника 5 определяет состояние локомотива: покой, движение. Информация с акселерометров поступает в вычислительное устройство 1, а затем фильтруется. Фильтрация значений с продольных акселерометров производится с разными фильтрами для выделения ударных ускорений и продольного ускорения, которое является низкочастотным.The system is as follows. The on-board equipment of the system - accelerometer blocks 3, 4, ADC 2, receiver 5, database 7 and DUP 6 is under control of computing device 1, which processes information from all connected devices in real time. The system according to the data from the DUP 6 and the navigation receiver 5 determines the condition of the locomotive: rest, movement. Information from the accelerometers enters the computing device 1, and then is filtered. The filtering of values from longitudinal accelerometers is performed with different filters to highlight shock accelerations and longitudinal acceleration, which is low-frequency.

Если локомотив покоится, то производится начальная калибровка поперечных и вертикальных акселерометров. Начальная калибровка продольного акселерометра не производится. Калибровка продольного акселерометра выполняется одинаково и в режиме покоя и при движении на основе информации от навигационного приемника 5, если решение навигационного приемника пригодно. Если решение не может быть использовано, то используется информация о скорости движения от ДУП 6. Контроль решения навигационного приемника 5 осуществляется по нескольким параметрам: контроль геометрического фактора точности, текущего значения скорости, ускорения. В случае соответствия решения навигационного приемника 5 ограничениям вычисляется ускорение и заносится во вспомогательную таблицу в памяти вычислителя. Затем производится калибровка ускорения акселерометра по вновь занесенной записи в тот цикл системы, когда запись появилась, с учетом направления движения. После этого проверяется количество сохраненных записей в таблице, если их достаточно, то производится расчет поправки для текущего значения ускорения акселерометра и вычисление действительного ускорения подвижного состава. При изменении уклона профиля под локомотивом производится сброс вспомогательной таблицы.If the locomotive is at rest, an initial calibration of the transverse and vertical accelerometers is performed. Initial calibration of the longitudinal accelerometer is not performed. Calibration of the longitudinal accelerometer is performed in the same manner both at rest and during movement based on information from the navigation receiver 5, if the solution to the navigation receiver is suitable. If the solution cannot be used, then information about the speed of movement from the DUP 6 is used. The decision of the navigation receiver 5 is controlled by several parameters: control of the geometric accuracy factor, current speed, acceleration. If the decision of the navigation receiver 5 meets the constraints, the acceleration is calculated and entered in the auxiliary table in the memory of the calculator. Then, the accelerometer acceleration is calibrated according to the newly entered record in the system cycle when the record appeared, taking into account the direction of movement. After that, the number of stored records in the table is checked, if there are enough of them, then the correction is calculated for the current accelerometer acceleration value and the actual rolling stock acceleration is calculated. When changing the slope of the profile under the locomotive, the auxiliary table is reset.

Эта таблица также подвергается постоянному обновлению для учета возможных отклонений характеристик акселерометров в соответствии с очередностью их набора по принципу «первый вошел - первый вышел».This table is also constantly updated to take into account possible deviations of the accelerometer characteristics in accordance with the sequence of their recruitment on the basis of the “first in, first out” principle.

Информация о скорости движения, поступающая от навигационного приемника 5, постоянно проходит контроль путем сравнения с допустимыми границами изменения скорости, путем проверки физической реализуемости ускорения, нахождения геометрического фактора точности приемника в заданном диапазоне. После прохождения контроля скорость используется в процессе калибровки продольных акселерометров. Если скорость не проходит контроль, то неподходящее значение скорости замещается новым, полученным с использованием предыдущего значения скорости от навигационного приемника 5 и ускорения по продольной оси. Замещение значения скорости от навигационного приемника 5 может производиться в течение некоторого времени, которое обусловлено точностными характеристиками акселерометра и требуемой точностью определения скорости по ДУП 6. Поэтому следует контролировать точность выдаваемой скорости и, в случае превышения порога по точности, заместить отсутствие решений от навигационного приемника 5 значениями скорости, полученными с помощью ДУП 6. Работа алгоритма замещения призвана повысить надежность системы в случае пропадания спутникового сигнала в результате экранирования (тоннели) или из-за рельефа и атмосферных помех.Information about the speed of movement coming from the navigation receiver 5 is constantly monitored by comparing with the permissible limits of the speed change, by checking the physical feasibility of acceleration, finding the geometric factor of accuracy of the receiver in a given range. After passing the control, the speed is used in the process of calibrating longitudinal accelerometers. If the speed does not pass the control, then the unsuitable speed value is replaced by a new one, obtained using the previous speed value from the navigation receiver 5 and acceleration along the longitudinal axis. The replacement of the speed value from the navigation receiver 5 can be made for some time, which is due to the accuracy of the accelerometer and the required accuracy of determining the speed from DUP 6. Therefore, the accuracy of the output speed should be monitored and, if the accuracy threshold is exceeded, replace the absence of solutions from the navigation receiver 5 speed values obtained using DUP 6. The operation of the substitution algorithm is designed to increase the reliability of the system in the event of a satellite signal failure due to shielding (tunnels) or due to terrain and atmospheric interference.

Определение юза, боксования и относительной скорости проскальзывания колеса по рельсу возможно только в случае одновременной работы ДУП 6 и навигационного спутникового приемника 5. Разность скоростей, полученных от ДУП 6 и навигационного приемника 5, позволяет определить, если выполнена калибровка диаметра бандажа, в случае положительного значения боксование, в случае отрицательного юз и принять решение.The determination of skidding, boxing and relative wheel slip speed on a rail is possible only in case of simultaneous operation of DUP 6 and navigation satellite receiver 5. The difference in speeds received from DUP 6 and navigation receiver 5 allows determining if the diameter of the bandage is calibrated if the value is positive boxing, in case of negative use and decide.

Для повышения точности определения скорости при возможном замещении навигационного приемника вычислитель выполняет непрерывную калибровку диаметра бандажа колесной пары, на которой находится ДУП 6.To improve the accuracy of determining the speed with a possible replacement of the navigation receiver, the calculator performs continuous calibration of the diameter of the bandage of the wheelset, on which there is DUP 6.

Калибровка бандажа происходит путем сравнения скоростей с ДУП 6 и навигационного спутникового приемника, если скорость прошла контроль. Корректировка происходит для каждого отсчета в случае, если скорость выше значения, которое определяет приемлемую точность по скорости. Данные о диаметре бандажа сводятся во вспомогательную таблицу, после чего определяется среднее значение диаметра. Данные во вспомогательной таблице устаревают с течением времени, поэтому обновляются по принципу «первый вошел - первый вышел».Bandage calibration is carried out by comparing speeds with DUP 6 and the navigation satellite receiver, if the speed has passed control. Correction occurs for each sample if the speed is higher than the value that determines the acceptable accuracy in speed. The data on the diameter of the bandage are summarized in an auxiliary table, after which the average diameter value is determined. The data in the auxiliary table becomes outdated over time, so they are updated on a first-in-first out basis.

Определение ударных ускорений происходит путем фильтрации информации от продольных акселерометров. Расчет ударных ускорений по продольной оси локомотива производится после выполнения калибровки продольных акселерометров. Ввиду особенностей динамики поезда измерение ударных ускорений производится с более высокой частотой, чем определение продольного ускорения.Determination of shock accelerations occurs by filtering information from longitudinal accelerometers. Calculation of shock accelerations along the longitudinal axis of the locomotive is performed after calibrating the longitudinal accelerometers. Due to the characteristics of the dynamics of the train, the measurement of shock accelerations is performed with a higher frequency than the determination of longitudinal acceleration.

Для выполнения рабочей калибровки поперечных акселерометров требуется прямолинейный участок пути, поэтому система производит непрерывное определение движение подвижного состава в плане для выбора моментов калибровки поперечных акселерометров. Для этого используется информация о путевом угле, поступающая от навигационного приемника 5. Если путевой угол изменяется незначительно, то производится непрерывная калибровка поперечного акселерометра. Если происходит существенные изменения путевого угла, то вычислитель начинает контролировать непогашенное ускорение. Если значение ускорения от поперечных акселерометров в криволинейном участке пути превосходит пороговое, то фиксируется отступление в динамике движения с записью географических координат. Если значение ускорения от поперечных акселерометров в прямолинейном участке пути превосходит пороговое, фиксируется боковой толчок подвижного состава на прямолинейном участке пути.To perform a working calibration of transverse accelerometers, a straight section of the path is required, therefore, the system continuously determines the movement of the rolling stock in the plan to select the moments of calibration of transverse accelerometers. To do this, the information on the travel angle coming from the navigation receiver 5 is used. If the travel angle changes slightly, then the transverse accelerometer is continuously calibrated. If significant changes in the direction angle occur, the calculator begins to control the outstanding acceleration. If the value of acceleration from transverse accelerometers in a curved section of the path exceeds the threshold, then a deviation in the dynamics of movement is recorded with a recording of geographical coordinates. If the acceleration value from the transverse accelerometers in the straight section of the track exceeds the threshold, a lateral push of the rolling stock is recorded in the straight section of the track.

По информации с вертикальных акселерометров вычислитель контролирует вертикальный толчок: просадка пути или посторонний предмет на пути. Для фиксации этих нарушений требуется, чтобы значение с вертикального акселерометра превысило пороговое значение. Также отслеживается систематическое превышение порога, которое позволяет выявить возможные нарушения в экипажной части подвижного состава.According to information from vertical accelerometers, the calculator controls the vertical push: the subsidence of the path or an object on the path. To fix these violations, it is required that the value from the vertical accelerometer exceeds the threshold value. Also, a systematic threshold is monitored, which allows you to identify possible violations in the crew of the rolling stock.

Реализация заявляемой полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи - повышение точности измерения ускорений, ударных ускорений по продольной оси и скорости движения подвижного состава за счет взаимной коррекции параметров движения, измеряемых независимо датчиками различной физической природы в условиях периодического пропадания сигнала спутниковой навигации и с учетом динамики движения подвижного состава.The implementation of the claimed utility model provides a solution to the problem - increasing the accuracy of measuring accelerations, shock accelerations along the longitudinal axis and the speed of the rolling stock due to the mutual correction of motion parameters, measured independently by sensors of different physical nature in the conditions of periodic failure of the satellite navigation signal and taking into account the dynamics of the moving composition.

Claims

A system for determining the motion parameters of a rolling stock, comprising a database associated with a computing device, a satellite navigation receiver, an analog-to-digital converter and accelerometers installed on the transverse, vertical and longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected to the inputs of the analog-to-digital converter, characterized in that the system is equipped with additional accelerometers installed along the transverse, vertical and longitudinal axes of the rolling stock, the outputs of which are connected with the input of the computing device through an analog-to-digital converter to detect or make up for the current values of the speed of movement received by the computing device, and a sensor for the angle of rotation of the wheelset, the output of which is connected to the input of the computing device.