CN105667542B - 轨道交通列车轮径校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通列车轮径校准方法，包括，若满足轨道交通列车轮径校准条件，分别获得打滑和空转时轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度；获得车轮打滑列车实际行走距离以及其对应累积脉冲数；获得车轮空转列车实际行走累积脉冲数以及其对应应答器对间实际距离；根据速度传感器每周期固定脉冲数与应答器对实际间距计算列车轮径值，若本轮计算获得列车轮径值与上一轮校准列车轮径值之差的绝对值小于轮径误差容忍值，轮径校准成功，否则认为校准失败；若校准成功，列车轮径值为本轮计算获得列车轮径值与上一轮校准列车轮径值的算数平均数；若校准失败，重复上述步骤重新校准轮径。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种轨道交通列车轮径校准方法。
背景技术
在城市轨道交通安全信号领域，列车速度与距离测量(简称测速测距)与列车定位是车载信号***中安全等级SIL4的列车自动防护***(Automatic Train Protection，简称ATP)的两个关键技术，是轨道交通信号***中车载信号***中其他ATP/ATO功能的基础。测速测距与定位的精确性是决定轨道交通信号******功能高可用性与效率的关键因素之一。而轮径是否校准，轮径校准误差会很大程度上影响测速测距与定位功能的精确性。本方法基于经典应答器轮径校准方法的优化。
传统轮径校准方法有人工校准与自动校准。人工校准在列车回库静止时工人通过各种人工设备对轮径进行测量得到列车车轮直径(参见《一种轮径测量器检定校准装置》及《机车车辆轮径测量仪》)。自动校准有多种方法，如GPS轮径校准(参见《基于灰色理论的列车组合定位轮径校准方法研究》)，但对地下轨道交通或高架线密集的位置实施较为困难；再如结构光光源投影并进行图像拟合方法(参见《车辆轮对直径在线检测方法及装置》)，但此种方法对列车速度有要求，影响运营效率，同时假设车轮为圆形进行拟合，精确程度有待商榷；另外有利用脉冲测距装置及速度传感器脉冲结合测量轮径方法(参见《列车轮径的校准方法及校准***》)，但此方法使用了两种传感器，且充分相信测距传感器装置精度，方法有误差，而且误差有累积，这对高精度轮径校准的要求不是特别符合。
在中国专利申请201310654448.0中介绍了轮径自动校准过程，而该方法具有几处缺陷：1.测量列车初始轮径值，可能使用的为出厂默认值，在应答器之间累积移动距离时使用此轮径值计算出的累积移动距离是有误差的，且误差较大，因真实轮径值可能与出厂默认值有误差；2.在测出轮径值有效性判断时，使用的是预先存入数据库中的固定参数，且未引入其他设备对误差进行动态更新，如果固定参数过大，那这种方式可能会容忍错误的轮径校准，可能有安全风险，如果固定参数过小，则会降低轮径校准功能的可用性；3.根据1474.1IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC)Performanceand FunctionalRequirements(IEEE1474.1基于通信的列车控制CBTC性能与功能需求标准)中“列车定位/列车测速”要求如果定位与测速功能基于轮径，那么在补偿列车定位与测速不确定性时需要考虑两方面因素，一为车轮空转与打滑，二为车轮旋轮，磨损或替换带来的误差。此该专利申请在累积列车在双应答器之间移动距离过程中并未考虑空转与打滑带来的影响，可用性不足；并且，在专利申请未考虑异常场景，如出现紧急制动时的处理方式，若按该专利申请所记载的方法进行计算可能会导致计算结果不正确并产生安全风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能动态校准列车轮径的轨道交通列车轮径校准方法，避免列车校准过程中列车车轮空转和或打滑所造成的误差。
在轨道交通信号***中，一般采用在两根钢轨之间或一根钢轨的外侧不等间距安装线路应答器(一般为无源的)，里面固化好了需要传输的位置信息，并于列车(经过应答器上方)对应位置安装查询应答器天线，当列车经过线路应答器时，列车上的查询应答器将以电磁感应形式将能量传给地面应答器，地面应答器被激活并将位置等信息传送给查询应答器，车载子***通过匹配应答器ID在预先存储的数据库中找到该信标信息，并由此动态更新列车当前位置。
在轨道交通信号***中，经典的测距方式之一为在列车轮轴轴箱盖上固定安装霍尔式速度传感器，车轮每旋转一周，传感器产生固定数量的脉冲方波N，并持续累积。通过周期性采集传感器脉冲方波，取差值并结合车轮轮径，得到列车单周期走行距离。
为解决上述技术问题，本发明提供的轨道交通列车轮径校准方法，包括：在应答器数据库选择多对应答器作为轮径校准应答器对，每一对作为轮径校准应答器对之间的距离优选为100米～150米，各轮径校准应答器对，所选作为轮径校准应答器对的应答器优选设置在无坡度轨道状况良好的轨道段；轨道状况良好是指轨道黏着系数符合设计标准，区段坡度小于0.3％，无超高或欠超高弯道的轨道区段。
这些轮径校准应答器对之间的实际距离通过精准测量后存储于应答器数据库。轨道交通列车以相同的稳定速度Speed经过所有轮径校准应答器对，某一对轮径校准应答器对间距为Sbalis，轮径初值为D0，经过该对轮径校准应答器对速度传感器累积脉冲数为Nwheel；经过该对轮径校准应答器对期间列车车轮打滑持续的时间为Tslip，累积行走距离为Sslip，速度传感器累积脉冲数为Nslip；经过该对轮径校准应答器期间空转持续的时间为Tspin，累积行走距离为Sspin，速度传感器累积脉冲数Nspin；Sslip＝Speed*Tslip，Sspin＝Speed*Tspin；列车初始误差容忍值为ΔDmax为列车轮径标准范围最高值与最低值之差，ΔDmax为轨道交通列车轮径误差容忍值上限，ΔDmin为轨道交通列车轮径误差容忍值下限,在第一次成功校准轮径时以及之后每经过一对轮径校准对,且不丢失轮径时，设置轮径误差容忍值δnormal，δnormal根据具体项目或设计需求设定，丢失轮径后第一次校准时使用列车初始误差容忍值进行计算；
若不满足任一项轨道交通列车轮径校准条件，则退出轨道交通列车轮径校准，若满足轨道交通列车轮径校准条件，则执行以下步骤：
判断是否发生打滑或空转，在δnormal基础上调整列车轮径误差容忍值，列车车轮打滑轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为空转轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为G、G’为指定比例系数；指定比例系数G、G’根据对精度的不同要求指定，例如行业标准、企业标准或项目规定的测速测距与定位精度比例。
若出现列车车轮打滑，将Sbalis-Sslip作为列车实际行走距离其对应累积脉冲数为Nwheel-Nslip；若出现空转，将Nwheel-Nspin作为列车实际行走累积脉冲数其对应应答器对间实际距离为Sbalis-Sspin；
根据速度传感器每周期固定脉冲数与该轮径校准应答器对实际间距计算得到列车轮径值Dtest，|Dtest-Dtest’|＜δnormal认为轮径校准成功，否则认为校准失败；其中，Dtest’为上一轮计算获得的列车轮径值，判断轮径是否校验成功，初始计算时Dtest’＝D0；
若校准成功，列车轮径值列车轮径初始计算时，D＝Dtest；
若校准失败，重复上述步骤重新校准轮径；
轨道交通列车通过该轮径校准应答器对后列车轮径误差容忍值重置为δnormal。
其中，轮径校准应答器对Sbalis为100米～150米，轮径校准应答器对设置在无坡度且轨道状况良好的路段上。
其中，轨道交通列车轮径校准条件，包括：
1)Tslip＜Tlimit，打滑或空转的时间门限Tlimit根据对精度的不同要求确定，例如行业标准、企业标准或项目规定精度；
2)Tspin＜Tlimit；
3)在一对轮径校准应答器对的区间内出现两次以上列车车轮打滑或空转；
4)在一对轮径校准应答器对的区间内出现一次以上列车车轮打滑和空转
5)校准过程中出现测速或定位故障。定位故障包括：丢失定位信标，发生紧急制动等影响定位的情况。
本发明的技术优势在于：
基于精准应答器与数据库存储线路数据，采用速度传感器的脉冲计数方式计算轮径；由于采用速度传感器的脉冲计数方式，若校准过程中无故障场景出现，脉冲计数累积的误差是非常小的，因此较传统方法精确度更高；
在轮径校准过程中考虑了故障或异常情况(如打滑/空转时间过长，定位或测速故障等)，并采取取消本次校准沿用上次校准值的应对措施。因这类场景会导致轮径校准值不准确，以致测速测距与定位不准确，这样处理较传统方法更安全；
在校准过程中考虑一定时间的列车空转与打滑场景，用动态计算轮径误差值，同时设置轮径误差值上限与下限使算法收敛，使算法覆盖场景与范围更广，可用性更高。
经过在上海张江试验线中的实际运用，较传统轮径校准方法，在校准过程中无空转打滑时对测速定位精度有一定提高，而同时在保证安全的同时在可用性上有明显提高。经过计算，其对测速精度提高了，对可用性上提高了。
综上所述，本发明比传统方法精确度更高、更安全并且可用性更高。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是发明的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的轨道交通列车轮径校准方法，包括：在应答器数据库选择多对应答器作为轮径校准应答器对，每一对作为轮径校准应答器对之间的距离优选为100米～150米，本实施例选择所选作为轮径校准应答器对的应答器优选设置在无坡度轨道状况良好的轨道段；这些轮径校准应答器对之间的实际距离通过精准测量后存储于应答器数据库。轨道交通列车以相同的稳定速度Speed经过所有轮径校准应答器对，某一对轮径校准应答器对间距为Sbalis＝100米，轮径初值为D0，经过该对轮径校准应答器对速度传感器累积脉冲数为Nwheel；经过该对轮径校准应答器对期间列车车轮打滑持续的时间为Tslip，累积行走距离为Sslip，速度传感器累积脉冲数为Nslip；经过该对轮径校准应答器期间空转持续的时间为Tspin，累积行走距离为Sspin，速度传感器累积脉冲数Nspin；Sslip＝Speed*Tslip，Sspin＝Speed*Tspin；列车初始误差容忍值为ΔDmax为列车轮径标准范围最高值与最低值之差，ΔDmax为轨道交通列车轮径误差容忍值上限，ΔDmin为轨道交通列车轮径误差容忍值下限,在第一次成功校准轮径时以及之后每经过一对轮径校准对,且不丢失轮径时，设置轮径误差容忍值δnormal，δnormal根据具体项目或设计需求设定，丢失轮径后第一次校准时使用列车初始误差容忍值进行计算；
若不满足任一项轨道交通列车轮径校准条件，则退出轨道交通列车轮径校准，若满足轨道交通列车轮径校准条件，则执行以下步骤：
判断是否发生打滑或空转，在δnormal基础上调整列车轮径误差容忍值，列车车轮打滑轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为空转轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为G、G’为指定比例系数；指定比例系数G、G’根据对精度的不同要求指定，例如行业标准、企业标准或项目规定的测速测距与定位精度比例。
轨道交通列车轮径校准条件，包括：
1)Tslip＜Tlimit，打滑或空转的时间门限Tlimit根据对精度的不同要求确定，例如行业标准、企业标准或项目规定精度；本实施例Tlimit的范围是的0.1～1秒，优选为1秒。
2)Tspin＜Tlimit；
3)在一对轮径校准应答器对的区间内出现两次以上列车车轮打滑或空转；
4)在一对轮径校准应答器对的区间内出现一次以上列车车轮打滑和空转；
5)校准过程中出现测速或定位故障。定位故障包括：丢失定位信标，发生紧急制动等影响定位的情况。
若出现列车车轮打滑，将Sbalis-Sslip作为列车实际行走距离其对应累积脉冲数为Nwheel-Nslip；若出现空转，将Nwheel-Nspin作为列车实际行走累积脉冲数其对应应答器对间实际距离为Sbalis-Sspin；
根据速度传感器每周期固定脉冲数与该轮径校准应答器对实际间距计算得到列车轮径值Dtest，|Dtest-Dtest’|＜δnormal认为轮径校准成功，否则认为校准失败；其中，Dtest’为上一轮计算获得的列车轮径值，判断轮径是否校验成功，初始计算时Dtest’＝D0；
若校准成功，列车轮径值列车轮径初始计算时，D＝Dtest；
若校准失败，重复上述步骤重新校准轮径；
轨道交通列车通过该轮径校准应答器对后列车轮径误差容忍值重置为δnormal。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种轨道交通列车轮径校准方法，其特征在于：
在应答器数据库选择多对应答器作为轮径校准应答器对，轨道交通列车以相同的稳定速度Speed经过所有轮径校准应答器对，某一对轮径校准应答器对间距为Sbalis，轮径初值为D0，经过该对轮径校准应答器对速度传感器累积脉冲数为Nwheel；经过该对轮径校准应答器对期间列车车轮打滑持续的时间为Tslip，累积行走距离为Sslip，速度传感器累积脉冲数为Nslip；经过该对轮径校准应答器期间空转持续的时间为Tspin，累积行走距离为Sspin，速度传感器累积脉冲数Nspin；Sslip＝Speed*Tslip，Sspin＝Speed*Tspin；列车初始误差容忍值为ΔDmax为列车轮径标准范围最高值与最低值之差，将ΔDmax作为本方法轨道交通列车轮径误差容忍值上限，ΔDmin为轨道交通列车轮径误差容忍值下限,在第一次成功校准轮径时以及之后每经过一对轮径校准对,且不丢失轮径时，设置轮径误差容忍值δnormal，丢失轮径后第一次校准时使用列车初始误差容忍值进行计算；
若不满足任一项轨道交通列车轮径校准条件，则退出轨道交通列车轮径校准，若满足轨道交通列车轮径校准条件，则执行以下步骤：
判断是否发生打滑或空转，在δnormal基础上调整列车轮径误差容忍值，若列车车轮发生打滑轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为若列车车轮发生空转轨道交通列车轮径误差容忍值增加幅度为G、G’为指定比例系数；
若出现列车车轮打滑，将Sbalis-Sslip作为列车实际行走距离其对应累积脉冲数为Nwheel-Nslip；若出现空转，将Nwheel-Nspin作为列车实际行走累积脉冲数其对应应答器对间实际距离为Sbalis-Sspin；
根据速度传感器每周期固定脉冲数与该轮径校准应答器对实际间距计算得到列车轮径值Dtest，|Dtest-Dtest’|＜δnormal认为轮径校准成功，否则认为校准失败；其中，Dtest’为上一轮计算获得的列车轮径值，判断轮径是否校验成功，初始计算时Dtest’＝D0；
若校准成功，列车轮径值列车轮径初始计算时，D＝Dtest；
若校准失败，重复上述步骤重新校准轮径；
轨道交通列车通过该轮径校准应答器对后列车轮径误差容忍值重置为δnormal。
2.如权利要求1所述的轨道交通列车轮径校准方法，其特征是：轮径校准应答器对Sbalis为100米～150米，轮径校准应答器对设置在无坡度且轨道状况良好的路段上；
轨道状况良好是指轨道黏着系数符合设计标准，区段坡度小于0.3％，无超高或欠超高弯道的轨道区段。
3.如权利要求1所述的轨道交通列车轮径校准方法，其特征是：轨道交通列车轮径校准条件，包括：
1)Tslip＜Tlimit；
2)Tspin＜Tlimit；
3)在一对轮径校准应答器对的区间内出现两次以上列车车轮打滑或空转；
4)在一对轮径校准应答器对的区间内出现一次以上列车车轮打滑和空转；
5)校准过程中出现测速或定位故障；
其中，Tlimit是打滑或空转的时间门限。
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- 2016-01-29 CN CN201610066064.0A patent/CN105667542B/zh active Active
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| CN105667542A (zh) | 2016-06-15 |
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