CN109532937A - 一种车载地铁限界检测方法及其检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载地铁限界检测方法及其检测***，属于轨道交通的技术领域，在车辆实际运行工况下精确测量车轮相对于轨道平面的动态偏移量、转向架***相对于轮对的偏移量、车体相对于转向架的偏移量，通过位移、倾角叠加算法推算一系弹簧、二系弹簧上的偏移量，并将所述位移和倾角偏移量作为参数，计算在同一坐标系下车辆限界坐标值，并在基准坐标系下输出车辆限界轮廓线，实现了基于实测偏移量数据的车辆动态限界检测，无需模拟及仿真；还可实现车载检测，优于限界标准中的静态限界，对于车辆动态限界的检测更加精准。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通的技术领域，具体而言，涉及一种车载地铁限界检测方法及其检测***。
背景技术
现有的车辆限界检测主要以静态限界检测为主，检测中大都采用在车体外侧粘贴外挂装置，检查是否与外部设备有触碰现象以及模拟仿真的方法，而采用上述静态限界检测的检测方法存在精度不高的缺点。
基于上述的缺陷，在专利号为201310102261.X，发明名称为：一种车辆限界的检测方法及装置中公开的检测方法包括：11)定义基准坐标系；12)对车辆横截面的外部轮廓进行激光发射扫描，以获取处于所述车辆横截面内的外部轮廓上各检测点的坐标值；13)根据所述坐标值绘制车辆运行状态下的外部轮廓，主要是应用激光检测仪扫描车辆外部轮廓的固定式限界检测装置，成本高。
在专利号为201410720189.1，发明名称为：一种车辆限界检测方法及***中公开的检测方法为将车辆置于模拟实际路况下特定位置时检测列车各检测点的位移和列车倾角，并将所述位移和倾角作为参数，计算各检测点在同一坐标系下坐标值，能够实现列车在试验线上完成动态限界的检测，而不需要通过计算机再进行仿真实验，所得数据更加真实可靠，但主要存在结构复杂、体积大和模拟工况数据不准确的缺陷。
在专利号为201611121503.X，发明名称为：一种轨道车辆限界检测装置及检测方法中公开的限界检测装置包括龙门框架和用于安装限界量规的活动架；所述活动架可通过驱动装置驱动沿着龙门框架的高度方向往复移动，所述龙门框架顶部与活动架之间设有用于将活动架锁定在龙门框架顶部位置的自连挂机构和解除该锁定的复位元件，应用龙门框架及限界量规对限界进行检测，存在结构复杂体积大和检测精度较低的缺陷。
在专利号为201720170036.3，发明名称为：一种扫描式轨道交通车辆限界检测装置中公开的检测装置通过在机架上布置多个激光轮廓检测仪，可以保证车辆轮廓上的每一点都被覆盖到，从而保证动态轮廓检测的准确性，其结构复杂体积大，同时，也是对固定位置检测。
综上，目前国内的车辆动态偏移量检测方法主要针对车体部分，对车下部分的动态偏移量检测方法及检测***较少，而在车辆动态限界中，车下部分的偏移量对车辆限界又具有十分重要的影响。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种车载地铁限界检测方法及其检测***，是一套基于位移、倾角精确检测技术的高速列车动态限界偏移量跟踪检测方法及检测***。
本发明所采用的技术方案为：一种车载地铁限界检测方法，包括以下步骤：
(1)定义基准坐标系：基准坐标系用以定义车辆检测断面的车辆限界位置坐标，绘制动态限界轮廓；
(2)检测偏移量：分别检测车辆的轮对相对于轨道平面的动态偏移量、转向架相对于轮对的偏移量、转向架相对于车体偏移量和车体偏移量；
(3)检测倾角方向：检测车体和转向架的倾角方向；
(4)获取车辆限界轮廓线：计算同一坐标系下车辆动态限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线。
进一步地，所述步骤(1)中的基准坐标系设为垂直于轨道平面的二维平面直角坐标系，该二维平面直角坐标系的横坐标为X轴且相切于轨道的顶部平面，纵坐标为Y轴且垂直于轨道的顶部平面，原点为轨距中心点。
进一步地，所述步骤(2)中车体偏移量采用如下检测方法：
a1)在车头安装第一激光相位扫描仪并扫描轨道的顶部平面；
a2)在静态条件下对所述第一激光相位扫描仪进行标定，并建立第一坐标系；
a3)在动态条件下的每个点的数据均是以基准坐标系为参考，在车体动态运行过程中，通过第一激光相位扫描仪所得坐标数据，获取车体偏移量。
进一步地，所述步骤(2)中转向架相对于车体偏移量采用如下检测方法：
b1)在车体上分别装有第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器；
b2)第一拉线位移传感器的拉线测量端连接于转向架上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直；第二拉线位移传感器的拉线测量端连接于转向架上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相平行；
b3)第一拉线位移传感器测量转向架相对于车体的垂向偏移量，第二拉线位移传感器测量转向架相对于车体的横向偏移量。
进一步地，所述步骤(2)中轮对相对于转向架的偏移量采用如下检测方法：
c1)在转向架上装有第三拉线位移传感器和激光位移传感器；
c2)第三拉线位移传感器的拉线测量端连接于轮对上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直；激光位移传感器的安装方向为水平方向；
c3)第三拉线位移传感器测量轮对相对于转向架的垂向偏移量，激光位移传感器测量轮对相对于转向架的横向偏移量。
进一步地，所述步骤(2)中采用间接测量法测量轮对相对于轨道平面的动态偏移量，该间接测量法具体步骤如下：
d1)在转向架上安装第二激光相位扫描仪测量转向架相对于轨道平面的横向偏移量Lbrt，与转向架相对于轨面的垂向偏移量Lbrv；
d2)通过激光位移传感器获取转向架相对于轮对的横向偏移量Lbwt，通过第三拉线位移传感器获取转向架相对于轮对的垂向偏移量Lbwv；
d3)通过转向架相对于轨道平面、转向架相对于轮对的偏移量间接检测到轮对相对于轨道平面的横向位移量Lwrt，轮对相对于轨道平面的垂向位移量Lwrv，其推导公式如下式所示：
Lwrt＝Lbrt-Lbwt
Lwrv＝Lbrv-Lbwv。
进一步地，所述步骤(3)的具体步骤如下：
3.1)在转向架和车体上分别安装有与车体前进方向相平行的第一倾角传感器和第二倾角传感器；
3.2)通过第一倾角传感器和第二倾角传感器分别测量转向架与车体的水平倾角，以测量车辆的倾斜方向。
进一步地，所述步骤(4)中通过处理器进行信号处理、计算，并最终输出具体的偏移量数值和限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线。
一种车载地铁限界检测***，包括轨道、行驶于轨道上的车辆本体，车辆本体包括车体、用于承载车体的转向架和装配于转向架上的轮对，所述车体的车头上装有第一激光相位扫描仪；所述车体上分别装有第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器，第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器的拉线测量端均连接于转向架上；所述转向架上装有第三拉线位移传感器和激光位移传感，第三拉线位移传感器的拉线测量端连接于轮对上；所述转向架的中部装有第二激光相位扫描仪；所述转向架和车体上分别安装有与车体前进方向相平行的第一倾角传感器和第二倾角传感器；还包括处理器，所述第一激光相位扫描仪、第一拉线位移传感器、第二拉线位移传感器、第三拉线位移传感器、激光位移传感器、第二激光相位扫描仪、第一倾角传感器和第二倾角传感器均与处理器电连接。
进一步地，所述第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器的测量方向分别与轨道的平面相垂直和平行，第三拉线位移传感器的测量方向与轨道的平面垂直。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的车载地铁限界检测方法，通过分别检测车辆的轮对相对于轨道平面的动态偏移量、转向架相对于轮对的偏移量、转向架相对于车体偏移量和车体偏移量，并检测车体和转向架的倾角方向进行补偿，以输出车辆限界轮廓线，实现了基于实测偏移量数据的车辆动态限界检测，无需模拟及仿真；还可实现车载检测，优于限界标准中的静态限界，对于车辆动态限界的检测更加精准。
2.通过本发明提供的车载地铁限界检测方法，不仅能够精确测量运动中的车体轮廓相对于轨道平面的偏移量，还能精确测量运动中的转向架、轮对的动态偏移量，其提供了车下部分位移量检测方法，为限界研究提供研究基础与方法。
附图说明
图1是本发明提供的车载地铁限界检测方法的工作流程图；
图2是本发明提供的车载地铁限界检测方法中车体偏移量的求解示意图；
图3是本发明提供的车载地铁限界检测***中第一激光相位扫描仪的安装示意图；
图4是本发明提供的车载地铁限界检测***中车辆下部检测的安装正视示意图；
图5是本发明提供的车载地铁限界检测***中车辆下部检测的安装侧视示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，在本实施例中公开了一种车载地铁限界检测方法，包括以下步骤：
(1)定义基准坐标系：基准坐标系用以定义车辆检测断面的车辆限界位置坐标，绘制动态限界轮廓；将该基准坐标系设为垂直于轨道平面1的二维平面直角坐标系，该二维平面直角坐标系的横坐标为X轴且相切于轨道的顶部平面，纵坐标为Y轴且垂直于轨道的顶部平面，原点为轨距中心点；所述轨道应用于车辆在其上行驶。
(2)检测偏移量：分别检测车辆的轮对3相对于轨道平面1的动态偏移量、转向架4相对于轮对3的偏移量、转向架4相对于车体偏移量和车体偏移量；
其中：a.车体偏移量采用如下检测方法：
a1)在车头安装第一激光相位扫描仪17并扫描轨道的顶部平面且扫描轨道的顶部平面，第一激光相位扫描仪17用于测量车体10相对轨道平面1的横向和垂向位移量；
a2)在车体偏移量的数据采集之前，需在静态条件下对所述第一激光相位扫描仪17进行标定，并建立第一坐标系；
a3)车体10在动态条件下的每个点的数据均是以基准坐标系为参考，在车体10动态运行过程中，通过第一激光相位扫描仪17所得坐标数据，获取车体偏移量。
如图2所示，其中，α与L分别表示第一激光相位扫描仪17的安装点相对于轨距中心点的偏转角度和偏移距离，坐标轴的原点O是在静态进行标定之后的第一激光相位扫描仪17的安装中心点，坐标轴原点O1是当前姿态第一激光相位扫描仪17的安装中心点；通过第一激光扫描仪的坐标点数据可以将偏转角α计算出来，求解出的α后，根据三角函数可以求出L的大小，然后求解车体偏移量和车辆姿态，在图2中，α为轨道中心线14和车辆中心线15之间的夹角，车辆动态限界为标号13，车辆轮廓线为标号16。
b.转向架4相对于车体偏移量采用如下检测方法：
b1)在车体10上分别装有第一拉线位移传感器5和第二拉线位移传感器6；
b2)第一拉线位移传感器5的拉线测量端连接于转向架4上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直，即与二系弹簧的轴线方向平行，当车体 10相对于转向架4产生垂向位移时，第一拉线位移传感器5可实时测量垂向偏移量；第二拉线位移传感器6的拉线测量端连接于转向架4上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相平行，即与二系弹簧的周线方向相垂直，当车体 10相对于转向架4产生横向位移时，第二拉线位移传感器6可实时测量横向偏移量；
b3)第一拉线位移传感器5测量转向架4相对于车体10的垂向偏移量，第二拉线位移传感器6测量转向架4相对于车体10的横向偏移量。
c.轮对3相对于转向架4的偏移量采用如下检测方法：
c1)在转向架4上装有第三拉线位移传感器7和激光位移传感器8；
c2)第三拉线位移传感器7的拉线测量端连接于轮对3上(该拉线测量端固定于所述轮对3的轴承座上，以测量轮对3相对于转向架4的位移)且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直，即与一系弹簧的轴线方向平行；激光位移传感器8的安装方向为水平方向，该水平方向即为平行于所述轨道平面1的方向，用于测量轮对3相对于车体10的横向位移量；
c3)第三拉线位移传感器7测量轮对3相对于转向架4的垂向偏移量，激光位移传感器测量轮对3相对于转向架4的横向偏移量。
d.由于轮对3相对于轨道平面1的偏移量测量相对较为复杂，且轮对3与轨道直接接触且轮对3处于运动状态，因此，轮对3相对于轨面的偏移量测量相对较为复杂，在本实施例中，采用间接测量法测量轮对3相对于轨道平面1 的动态偏移量，该间接测量法具体步骤如下：
d1)在转向架4上安装第二激光相位扫描仪9测量转向架4相对于轨道平面1的横向偏移量Lbrt，与转向架4相对于轨面的垂向偏移量Lbrv；
d2)通过激光位移传感器8获取转向架4相对于轮对3的横向偏移量Lbwt，并通过第三拉线位移传感器7获取转向架4相对于轮对3的垂向偏移量Lbwv；
d3)通过转向架4相对于轨道平面1、转向架4相对于轮对3的偏移量间接检测到轮对3相对于轨道平面1的横向位移量Lwrt，轮对3相对于轨道平面 1的垂向位移量Lwrv，其推导公式如下式所示：
Lwrt＝Lbrt-Lbwt
Lwrv＝Lbrv-Lbwv。
(3)检测倾角方向：检测车体10和转向架4的倾角方向；该步骤的具体步骤如下：
3.1)在转向架4和车体10上分别安装有与车体10前进方向相平行的第一倾角传感器12和第二倾角传感器11；
3.2)通过第一倾角传感器12和第二倾角传感器11分别测量转向架4和车体10的水平倾角，测量车辆的倾斜方向，通过位移、倾角叠加算法推算一系弹簧、二系弹簧上的偏移量。
在车辆限界计算中，车体10的偏移和倾角产生的方向相关，根据车体10 偏移与倾角产生的方向相同或方向相反具有不同的计算方法和计算公式，因此，在检测偏移量的同时考虑倾角方向，通过第一倾角传感器12和第二倾角传感器 11分别测量转向架4、车体10的倾角，对一系弹簧的横向和垂向相对位移、二系弹簧的横向和垂向相对位移进行补偿。在转向架4与车体10水平位置分别安装有与车辆前进方向平行的第一倾角传感器12和第二倾角传感器11，分别测量转向架4与车体10的水平倾角，测量车辆倾斜方向。
(4)获取车辆限界轮廓线：计算同一坐标系下车辆动态限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线，在该步骤中通过处理器实时接收第一激光相位扫描仪17、第一拉线位移传感器5、第二拉线位移传感器6、第三拉线位移传感器7、激光位移传感器8、第二激光相位扫描仪9、第一倾角传感器 12和第二倾角传感器11的信号，以获取各个检测位置检测到的信号，并进行信号处理、计算，最终输出具体的偏移量数值和限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线，将上述所测量的各个位移偏移量和倾角偏移量作为参数，计算在同一坐标系下车辆限界坐标值，能够实现车辆实际动态限界的检测。
在本实施例中，所采用的车载地铁限界检测方法可应用于车载地铁限界检测***中，如图3-图5所示，该车载地铁限界检测***包括轨道和可行驶于该轨道上的车辆本体2，车辆本体2包括车体10、用于承载车体10的转向架4和装配于转向架4上的轮对3。
为实现各个位置的偏移量检测，在所述车体10的车头上装有第一激光相位扫描仪17；所述车体10上分别装有第一拉线位移传感器5和第二拉线位移传感器6，第一拉线位移传感器5和第二拉线位移传感器6的拉线测量端均连接于转向架4上，且所述第一拉线位移传感器5和第二拉线位移传感器6的测量方向分别与轨道的平面相垂直和平行；
在所述转向架4上装有第三拉线位移传感器7和激光位移传感器8，第三拉线位移传感器7的拉线测量端连接于轮对3上，第三拉线位移传感器7的测量方向与轨道的平面垂直；激光位移传感器8和第三拉线位移传感器7分别用于测量转向架4相对于轮对3的横向偏移量和垂向偏移量。
在所述转向架4的中部装有第二激光相位扫描仪9；所述转向架4和车体 10上分别安装有与车体10前进方向相平行的第一倾角传感器12和第二倾角传感器11；第一倾角传感器12和第二倾角传感器11分别测量转向架4与车体10 的水平倾角。
还包括处理器，所述第一激光相位扫描仪17、第一拉线位移传感器5、第二拉线位移传感器6、第三拉线位移传感器7、激光位移传感器8、第二激光相位扫描仪9、第一倾角传感器12和第二倾角传感器11均与处理器电连接。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车载地铁限界检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)定义基准坐标系：基准坐标系用以定义车辆检测断面的车辆限界位置坐标，绘制动态限界轮廓；
(2)检测偏移量：分别检测车辆的轮对相对于轨道平面的动态偏移量、转向架相对于轮对的偏移量、转向架相对于车体偏移量和车体偏移量；
(3)检测倾角方向：检测车体和转向架的倾角方向；
(4)获取车辆限界轮廓线：计算同一坐标系下车辆动态限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线。
2.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中的基准坐标系设为垂直于轨道平面的二维平面直角坐标系，该二维平面直角坐标系的横坐标为X轴且相切于轨道的顶部平面，纵坐标为Y轴且垂直于轨道的顶部平面，原点为轨距中心点。
3.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中车体偏移量采用如下检测方法：
a1)在车头安装第一激光相位扫描仪并扫描轨道的顶部平面；
a2)在静态条件下对所述第一激光相位扫描仪进行标定，并建立第一坐标系；
a3)在动态条件下的每个点的数据均是以基准坐标系为参考，在车体动态运行过程中，通过第一激光相位扫描仪所得坐标数据，获取车体偏移量。
4.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中转向架相对于车体偏移量采用如下检测方法：
b1)在车体上分别装有第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器；
b2)第一拉线位移传感器的拉线测量端连接于转向架上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直；第二拉线位移传感器的拉线测量端连接于转向架上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相平行；
b3)第一拉线位移传感器测量转向架相对于车体的垂向偏移量，第二拉线位移传感器测量转向架相对于车体的横向偏移量。
5.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中轮对相对于转向架的偏移量采用如下检测方法：
c1)在转向架上装有第三拉线位移传感器和激光位移传感器；
c2)第三拉线位移传感器的拉线测量端连接于轮对上且拉线测量端的测量方向与轨道的顶部平面相垂直；激光位移传感器的安装方向为水平方向；
c3)第三拉线位移传感器测量轮对相对于转向架的垂向偏移量，激光位移传感器测量轮对相对于转向架的横向偏移量。
6.根据权利要求5所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用间接测量法测量轮对相对于轨道平面的动态偏移量，该间接测量法具体步骤如下：
d1)在转向架上安装第二激光相位扫描仪测量转向架相对于轨道平面的横向偏移量Lbrt，与转向架相对于轨面的垂向偏移量Lbrv；
d2)通过激光位移传感器获取转向架相对于轮对的横向偏移量Lbwt，通过第三拉线位移传感器获取转向架相对于轮对的垂向偏移量Lbwv；
d3)通过转向架相对于轨道平面、转向架相对于轮对的偏移量间接检测到轮对相对于轨道平面的横向位移量Lwrt，轮对相对于轨道平面的垂向位移量Lwrv，其推导公式如下式所示：
Lwrt＝Lbrt-Lbwt
Lwrv＝Lbrv-Lbwv。
7.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤如下：
3.1)在转向架和车体上分别安装有与车体前进方向相平行的第一倾角传感器和第二倾角传感器；
3.2)通过第一倾角传感器和第二倾角传感器分别测量转向架与车体的水平倾角，以测量车辆的倾斜方向。
8.根据权利要求1所述的车载地铁限界检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过处理器进行信号处理、计算，并最终输出具体的偏移量数值和限界坐标值，在建立的基准坐标系下输出车辆限界轮廓线。
9.一种车载地铁限界检测***，包括轨道、行驶于轨道上的车辆本体，车辆本体包括车体、用于承载车体的转向架和装配于转向架上的轮对，其特征在于，所述车体的车头上装有第一激光相位扫描仪；所述车体上分别装有第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器，第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器的拉线测量端均连接于转向架上；所述转向架上装有第三拉线位移传感器和激光位移传感，第三拉线位移传感器的拉线测量端连接于轮对上；所述转向架的中部装有第二激光相位扫描仪；所述转向架和车体上分别安装有与车体前进方向相平行的第一倾角传感器和第二倾角传感器；还包括处理器，所述第一激光相位扫描仪、第一拉线位移传感器、第二拉线位移传感器、第三拉线位移传感器、激光位移传感器、第二激光相位扫描仪、第一倾角传感器和第二倾角传感器均与处理器电连接。
10.根据权利要求9所述的车载地铁限界检测***，其特征在于，所述第一拉线位移传感器和第二拉线位移传感器的测量方向分别与轨道的平面相垂直和平行，第三拉线位移传感器的测量方向与轨道的平面垂直。
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