CN108482354B - 一种列车制动***综合检测试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种列车制动***综合检测试验装置，是一套技术先进可行的对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的进行实时测量和分析并最终生成测试结果的报告的完整硬软件***，不仅公开了列车制动***检测试验装置的全部硬件，还公开了与硬件***配套的完整软件***，测试指标丰富准确，方法可操作性强。测试数据不依赖列车本体的信号，能独立的完成测试，当列车本体信号不准确或者信号缺失时，也能够正常完成测试工作，同时预留速度传感器信号的接口，在天气恶劣的情况或隧道中能完成测试。硬软件***高度集成共享，计算方法科学有效，是一套对列车制动***高效准确方便的综合检测试验装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车制动***综合检测试验装置，属于列车制动检测技术领域。
背景技术
列车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动装置”。“制动”和“制动装置”俗称为“闸”。施行制动常简称为“上闸”或“下闸”，施行缓解则简称为“松闸”。
列车制动的技术原理比汽车更复杂，列车比汽车的速度更快，重量更大。汽车轮胎跟地面是橡胶和水泥的摩擦粗糙一些，而列车的车轮跟铁轨是钢和钢的摩擦光滑一些，很明显说明汽车刹车时的摩擦力比列车更大，列车比汽车更难停下来。
制动装置是列车安全减速或停车的重要装置,为保证列车行驶的安全,需要在各种条件下都能保证列车的制动性能。新列车出厂时，需要对列车进行大量的装车运行试验(新车及列车维护时均可使用)，而列车的制动***测试是其中的关键试验之一，对于列车的性能、安全性和舒适度评价非常重要。列车制动性能试验主要实时测试不同制动级位下的制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度。
现有技术缺少对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的精准实时测试，或者是即使能够完成某些指标的测试，但指标的测量方法存在很大的不足。一是列车制动***检测试验装置没有使用BDS差分定位模块，不能实现高精度的测量列车的速度，导致测试结果不准确；二是现有技术的很多测试数据必须依赖列车本体的信号，不能独立的完成测试，当列车本体信号不准确或者信号缺失时，无法正常完成测试工作，同时现有技术没有预留速度传感器信号的接口，在天气恶劣的情况或隧道中无法完成测试；三是车辆瞬时速度是计算制动距离、平均加速度的基础，目前车辆瞬时速度都是通过安装在车轴上的列车制动***速度传感器发出的脉冲信号计算得出，计算的结果是车轮的转速，等效于车辆运行的瞬时速度，缺点是必须在轨道干燥平直的条件下结果才比较准确，如果轨道条件不好，车轮出现滑行后，车轮的转速就会与车辆真实运行速度相差很大，由此得出的车辆速度数据参考价值不大，此外速度计算与车轮直径有关，计算的速度随着车轮磨耗与真实速度的误差逐渐增大；四是现有技术缺少一套对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的进行实时测量和分析并最终生成测试结果的报告的完整硬软件***，一般都只是简单公开了列车制动***检测试验装置的部分硬件，缺少对列车制动***综合检测试验装置的硬软件完整可实现的技术方案，缺少结合乘坐舒适度对列车制动***综合检测的试验装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种列车制动***综合检测试验装置，是一套技术先进可行的对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的进行实时测量和分析并最终生成测试结果的报告的完整硬软件***，不仅公开了列车制动***检测试验装置的全部硬件，还公开了与硬件***配套的完整软件***，是列车制动***综合检测试验装置的硬软件完整可实现的技术方案，结合乘坐舒适度对列车制动***综合检测的试验装置，测试指标丰富准确，方法可操作性强。测试数据不依赖列车本体的信号，能独立的完成测试，当列车本体信号不准确或者信号缺失时，也能够正常完成测试工作，同时预留速度传感器信号的接口，在天气恶劣的情况或隧道中能完成测试。硬软件***高度集成共享，计算方法科学有效，是一套对列车制动***高效准确方便的综合检测试验装置。
为达到以上技术效果，本发明所采用的技术方案如下：
本发明所述的一种列车制动***综合检测试验装置，一种列车制动***综合检测试验装置，硬件***包括工控机和电池***，所述工控机上设置有串口和USB接口，工控机通过所述串口和BDS接收器相连，BDS接收器和BDS基站通过GPRS连接进行通信，工控机通过所述USB接口和USB数据采集卡连接，所述USB数据采集卡的高速计数器端口、模拟量输入端口、数字量输入端口，所述高速计数器端口和可调电阻连接，所述可调电阻和速度编码器的输出端连接，所述模拟量输入端口和加速度传感器的信号放大器连接，加速度传感器的信号放大器和加速度传感器的本体连接，加速度传感器的本体安装在加速度传感器减震支架上方，所述数字量输入端口和控制面板连接，所述控制面板上设置有启动开关和停止开关，所述电池***提供24V电压，同时给工控机、加速度传感器和信号放大器供电，列车制动***综合检测试验装置对列车的制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度进行实时测量分析并最终生成测试结果报告。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，BDS基站为北斗卫星导航基站，所述BDS接收器和BDS基站实时通信提高定位精度，所述工控机将通过串口实时接收到BDS数据，根据NMEA-0183协议，解析出BDS接收机天线实时经纬度坐标，速度和方向角信息。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，可调电阻将分压后的速度编码器脉冲信号提供给USB数据采集卡上的高速计数器。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，加速度传感器的本体产生的模拟量信号，通过信号放大器放大后接入数据采集卡的模拟量输入端口，加速度传感器本体通过减震支架减小竖直方向的震动保证水平加速度数据的准确性。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，USB数据采集卡的数字量输入端口读取试验启动和停止指令。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，列车制动***综合检测试验装置的软件组成包括***配置模块、数据显示模块、数据分析模块、报告生成模块；
***配置模块包括采集卡通道选择子模块，加速度信号通道选择子模块，速度信号通道选择子模块和BDS通讯通道选择子模块；
数据显示模块包括速度图像实时显示子模块、加速度图像实时显示子模块、速度位移关系图像生成子模块、制动距离实时显示子模块、制动功率实时显示子模块、舒适度实时显示子模块、制动时间显示子模块；
数据分析模块包括低通滤波子模块和数据转换子模块，数据转换子模块包括摩擦因素转换、制动功率转换、制动距离转换、舒适度转换；
报告生成模块将最终分析计算的结果生成为word格式的文档。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，制动距离的测试方法分为2种；
方法1：BDS接收器直接输出列车制动过程中的经纬度坐标Lat1、Lng1，Lat2、Lng2，……Latn、Lngn，然后根据经纬度和地球半径R计算出制动过程中移动的距离S1,S2……Sn-1和采样的时间间隔t1,t2……tn-1；
制动时列车速度Vn-1＝Sn-1/tn-1,
制动距离S＝S1+S2+……+Sn-1；
方法2：通过USB数据采集卡的高速计数器采集列车速度编码器的值,在时间tn-1内发送的脉冲数为Nn-1，车轮直径为D，车轮每转动一周所对应的速度编码器的脉冲数为Nwheel，制动距离S＝(N1+N2+……+Nn-1)*π*D/Nwheel。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，制动功率的测试方法如下，
列车制动时由摩擦力f提供制动，列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，g为重力常数，μ为动摩擦系数，列车的瞬时速度为Vn-1，瞬时加速度为an-1，
合外力F＝μ*m*g＝m*an-1，制动功率P＝F*Vn-1＝m*an-1*Vn-1。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，摩擦系数的测试方法如下，
列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，ma＝f＝μ*m*g，g为重力常数，μ为摩擦系数，a由加速度传感器测的，摩擦系数μ＝a/g。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，乘坐舒适度测试采用加速度传感器测量车辆加速度a，时间间隔tn-1内加速度的变化量为da，舒适度c＝da/tn-1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，是一套技术先进可行的对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的进行实时测量和分析并最终生成测试结果的报告的完整硬软件***，不仅公开了列车制动***检测试验装置的全部硬件，还公开了与硬件***配套的完整软件***，是列车制动***综合检测试验装置的硬软件完整可实现的技术方案，结合乘坐舒适度对列车制动***综合检测的试验装置，测试指标丰富准确，方法可操作性强。
2.本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，提供了两种制动距离的测试方法，车辆瞬时速度不再通过安装在车轴上的列车制动***速度传感器发出的脉冲信号计算得出，提供了采用BDS差分定位方法，克服了如果轨道条件不好，车轮出现滑行后，车轮的转速就会与车辆真实运行速度相差很大，由此得出的车辆速度数据误差很大的缺点，克服了速度计算与车轮直径有关，计算的速度随着车轮磨耗与真实速度的误差逐渐增大的缺点，采用BDS差分定位，测试的精度大大提高。
3.本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，测试数据不依赖列车本体的信号，能独立的完成测试，当列车本体信号不准确或者信号缺失时，也能够正常完成测试工作，同时预留速度传感器信号的接口，在天气恶劣的情况或隧道中能完成测试。
4.本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，从列车安全性和乘客舒适度的角度，设计了一套完整的测试***，并设计了制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度指标测试可行的硬软件***和计算方法，硬软件***高度集成共享，计算方法科学有效，是一套对列车制动***高效准确方便的综合检测试验装置。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的列车制动***综合检测试验装置的***硬件结构示意图；
图2是本发明的列车制动***综合检测试验装置的***软件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1至图2所示，本发明所述的一种列车制动***综合检测试验装置，硬件***包括工控机和电池***；
工控机上设置有串口和USB接口，工控机通过串口和BDS接收器相连，BDS接收器和BDS基站通过GPRS连接进行通信，BDS基站根据已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并将这一数据实时发送出去。BDS接收机在进行观测的同时，也接收到基站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
工控机通过USB接口和USB数据采集卡连接，工控机采用Windows7操作***，.Net平台的C#语言和数据采集卡的SDK进行集成。USB数据采集卡的高速计数器端口、模拟量输入端口、数字量输入端口，高速计数器端口和可调电阻连接，可调电阻和速度编码器的输出端连接，可调电阻将分压后的速度编码器脉冲信号提供给USB数据采集卡高速计数器。
模拟量输入端口和加速度传感器的信号放大器连接，加速度传感器的信号放大器和加速度传感器的本体连接，加速度传感器的本体安装在加速度传感器减震支架上方，数字量输入端口和控制面板连接，控制面板上设置有启动开关和停止开关，电池***提供24V电压，同时给工控机、加速度传感器和信号放大器供电，列车制动***综合检测试验装置对列车的制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度进行实时测量分析并最终生成测试结果报告。
本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，从列车安全性和乘客舒适度的角度，设计了一套完整的测试***，并设计了制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度指标测试可行的硬软件***和计算方法，硬软件***高度集成共享，计算方法科学有效，是一套对列车制动***高效准确方便的综合检测试验装置。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，BDS基站为北斗卫星导航基站，BDS接收器和BDS基站实时通信提高定位精度，工控机将通过串口实时接收到BDS数据，根据NMEA-0183协议，解析出BDS接收机天线实时经纬度坐标，速度和方向角信息。本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，测试数据不依赖列车本体的信号，能独立的完成测试，当列车本体信号不准确或者信号缺失时，也能够正常完成测试工作，同时预留速度传感器信号的接口，在天气恶劣的情况或隧道中能完成测试。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，可调电阻将分压后的速度编码器脉冲信号提供给USB数据采集卡上的高速计数器。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，加速度传感器的本体产生的模拟量信号，通过信号放大器放大后接入数据采集卡的模拟量输入端口，加速度传感器本体通过减震支架减小竖直方向的震动保证水平加速度数据的准确性。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，USB数据采集卡的数字量输入端口读取试验启动和停止指令。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，列车制动***综合检测试验装置的软件部分用C#语言进行编写，能够对采集的数据进行一系列分析和处理,计算出列车制动的综合性能指标参数。软件组成包括***配置模块、数据显示模块、数据分析模块、报告生成模块；
***配置模块包括采集卡通道选择子模块，加速度信号通道选择子模块，速度信号通道选择子模块和BDS通讯通道选择子模块；
数据显示模块包括速度图像实时显示子模块、加速度图像实时显示子模块、速度位移关系图像生成子模块、制动距离实时显示子模块、制动功率实时显示子模块、舒适度实时显示子模块、制动时间显示子模块；
数据分析模块包括低通滤波子模块和数据转换子模块，数据转换子模块包括摩擦因素转换、制动功率转换、制动距离转换、舒适度转换；
报告生成模块将最终分析计算的结果生成为word格式的文档。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，制动距离的测试方法分为2种；
方法1：BDS接收器直接输出列车制动过程中的经纬度坐标Lat1、Lng1，Lat2、Lng2，……Latn、Lngn，然后根据经纬度和地球半径R计算出制动过程中移动的距离S1,S2……Sn-1和采样的时间间隔t1,t2……tn-1；
制动时列车速度Vn-1＝Sn-1/tn-1,
制动距离S＝S1+S2+……+Sn-1；
方法2：通过USB数据采集卡的高速计数器采集列车速度编码器的值,在时间tn-1内发送的脉冲数为Nn-1，车轮直径为D，车轮每转动一周所对应的速度编码器的脉冲数为Nwheel，制动距离S＝(N1+N2+……+Nn-1)*π*D/Nwheel。
本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，提供了两种制动距离的测试方法，车辆瞬时速度不再通过安装在车轴上的列车制动***速度传感器发出的脉冲信号计算得出，提供了采用BDS差分定位方法，克服了如果轨道条件不好，车轮出现滑行后，车轮的转速就会与车辆真实运行速度相差很大，由此得出的车辆速度数据误差很大的缺点，克服了速度计算与车轮直径有关，计算的速度随着车轮磨耗与真实速度的误差逐渐增大的缺点，采用BDS差分定位，测试的精度大大提高。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，制动功率的测试方法如下，
列车制动时由摩擦力f提供制动，列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，g为重力常数，μ为动摩擦系数，列车的瞬时速度为Vn-1，瞬时加速度为an-1，
合外力F＝μ*m*g＝m*an-1，制动功率P＝F*Vn-1＝m*an-1*Vn-1。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，摩擦系数的测试方法如下，
列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，ma＝f＝μ*m*g，g为重力常数，μ为摩擦系数，a由加速度传感器测的，摩擦系数μ＝a/g。
一种列车制动***综合检测试验装置，进一步的，乘坐舒适度测试采用加速度传感器测量车辆加速度a，时间间隔tn-1内加速度的变化量为da，舒适度c＝da/tn-1。
本发明提供的一种列车制动***综合检测试验装置，是一套技术先进可行的对制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度的进行实时测量和分析并最终生成测试结果的报告的完整硬软件***，不仅公开了列车制动***检测试验装置的全部硬件，还公开了与硬件***配套的完整软件***，是列车制动***综合检测试验装置的硬软件完整可实现的技术方案，结合乘坐舒适度对列车制动***综合检测的试验装置，测试指标丰富准确，方法可操作性强。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种列车制动***综合检测试验装置，其特征在于：硬件***包括工控机和电池***，所述工控机上设置有串口和USB接口，工控机通过所述串口和BDS接收器相连，BDS接收器和BDS基站通过GPRS连接进行通信，工控机通过所述USB接口和USB数据采集卡连接，所述USB数据采集卡的高速计数器端口、模拟量输入端口、数字量输入端口，所述高速计数器端口和可调电阻连接，所述可调电阻和速度编码器的输出端连接，所述模拟量输入端口和加速度传感器的信号放大器连接，加速度传感器的信号放大器和加速度传感器的本体连接，加速度传感器的本体安装在加速度传感器减震支架上方，所述数字量输入端口和控制面板连接，所述控制面板上设置有启动开关和停止开关，所述电池***提供24V电压，同时给工控机、加速度传感器和信号放大器供电，列车制动***综合检测试验装置对列车的制动距离、制动功率、摩擦系数、乘坐舒适度进行实时测量分析并最终生成测试结果报告；
所述BDS基站为北斗卫星导航基站，所述BDS接收器和BDS基站实时通信提高定位精度，所述工控机将通过串口实时接收到BDS数据，根据NMEA-0183协议，解析出BDS接收机天线实时经纬度坐标，速度和方向角信息；
制动距离的测试方法分为2种；
方法1：BDS接收器直接输出列车制动过程中的经纬度坐标Lat1、Lng1，Lat2、Lng2，……Latn、Lngn，然后根据经纬度和地球半径R计算出制动过程中移动的距离S1,S2……Sn-1和采样的时间间隔t1,t2……tn-1；
制动时列车速度Vn-1=Sn-1/tn-1,
制动距离S=S1+S2+……+Sn-1；
方法2：通过USB数据采集卡的高速计数器采集列车速度编码器的值,在时间tn-1内发送的脉冲数为Nn-1 ，车轮直径为D，车轮每转动一周所对应的速度编码器的脉冲数为Nwheel，制动距离S=(N1+N2+……+Nn-1)*π*D/Nwheel；
制动功率的测试方法如下，
列车制动时由摩擦力f提供制动，列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，g为重力常数，μ为动摩擦系数，列车的瞬时速度为Vn-1，瞬时加速度为an-1，
合外力F=μ*m*g =m*an-1，制动功率P=F* Vn-1= m*an-1* Vn-1；
摩擦系数的测试方法如下，
列车质量为m在制动过程中由摩擦力f提供加速度a，ma=f=μ*m*g，g为重力常数，μ为摩擦系数，a由加速度传感器测得，摩擦系数μ= a/g；
乘坐舒适度测试采用加速度传感器测量车辆加速度a，时间间隔tn-1内加速度的变化量为da，
舒适度c=da/tn-1。
2.根据权利要求1所述的一种列车制动***综合检测试验装置，其特征在于：所述可调电阻将分压后的速度编码器脉冲信号提供给USB数据采集卡上的高速计数器。
3.根据权利要求1所述的一种列车制动***综合检测试验装置，其特征在于：所述加速度传感器的本体产生的模拟量信号，通过信号放大器放大后接入数据采集卡的模拟量输入端口，加速度传感器本体通过减震支架减小竖直方向的震动保证水平加速度数据的准确性。
4.根据权利要求1所述的一种列车制动***综合检测试验装置，其特征在于：所述USB数据采集卡的数字量输入端口读取试验启动和停止指令。
5.根据权利要求1所述的一种列车制动***综合检测试验装置，其特征在于：列车制动***综合检测试验装置的软件组成包括***配置模块、数据显示模块、数据分析模块、报告生成模块；
***配置模块包括采集卡通道选择子模块，加速度信号通道选择子模块，速度信号通道选择子模块和BDS通讯通道选择子模块；
数据显示模块包括速度图像实时显示子模块、加速度图像实时显示子模块、速度位移关系图像生成子模块、制动距离实时显示子模块、制动功率实时显示子模块、舒适度实时显示子模块、制动时间显示子模块；
数据分析模块包括低通滤波子模块和数据转换子模块，数据转换子模块包括摩擦因素转换、制动功率转换、制动距离转换、舒适度转换；
报告生成模块将最终分析计算的结果生成为word格式的文档。
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2018
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