CN115265426A - 轨道交通车辆及其转向架姿态检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通车辆及其转向架姿态检测方法,当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0;在车体侧面安装两个水平测距仪,在车体底面安装两个垂直测距仪,利用两个水平测距仪测得的距离以及车体横向相对位移初始测量值A0,获得转向架的水平偏转角α和横向位移A;利用两个垂直测距仪测得的距离以及车体垂向相对位移初始测量值B0,获得转向架的垂直偏转角β和垂向位移B。本发明降低了转向架姿态检测难度,在尽量少的检测点和尽量少的传感器种类前提下,实现了转向架姿态的准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域,特别是一种轨道交通车辆及其转向架姿态检测方法。
背景技术
轨道车辆在运行时,转向架在车体下部运动,由于弯道、坡道,路面不平顺等原因,转向架与车体间会不断的产生相对位移,即转向架在车体下不断运动。这种相对运动如果幅度过大,将明显地影响轨道车辆运行的稳定性,甚至会威胁轨道车辆的运行安全。
现在广泛使用的位移传感器为拉线式位移传感器,也有少量激光测距仪。由于转向架在车体下运动频繁,拉线式传感器在使用过程中受到不停地拉扯,磨损很大,使得传感器寿命受到严重限制。而激光测距仪在重载轨道车辆运行条件下,受到煤灰等烟尘干扰,无法获得稳定读数。
转向架在车底的位置示意图如图1所示。为方便叙述,将坐标系也标识在图1中。以下把X方向称为纵向,Y方向称为横向,Z方向称为垂向。转向架通过牵引杆1与车体4连接,并传递牵引力和制动力。由于牵引杆的约束,转向架与车体间X方向(纵向)的相对位移非常小,因此X方向(纵向)的相对位移可以忽略不计。转向架构架2设置于车体4底部,构架2与轮对3固定连接。
发明专利申请CN110803198A公开了一种基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法。其通过安装在转向架侧架上的测距仪以及倾角传感器,得到转向架的动态包络线,进而判断车辆是否发生脱轨,其未给出转向架姿态检测实现过程。该方案在转向架侧架安装激光测距仪测量轨道与侧架的距离,由于碎石道床表面不平和灰尘干扰等运行工况的限制,存在测距不准,无法读数等缺陷;其采用的拉线式传感器在转向架上受振动影响,寿命短暂,仅可满足试验运行的需求,长期运行拉线易断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种轨道交通车辆及其转向架姿态检测方法,降低检测的难度,以尽量少的检测点获得转向架和车体相对运动位置,实现转向架姿态准确检测。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种转向架姿态检测方法,包括以下步骤:
当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0;
在车体侧面安装两个水平测距仪,所述两个水平测距仪正对转向架构架侧面,且两个水平测距仪关于转向架横向中心线对称;和/或,在车体底面安装两个垂直测距仪,所述垂直测距仪安装于转向架横向中心线正上方,且两个垂直测距仪关于转向架纵向中心线对称;
当转向架与车体产生相对位移时,
两个水平测距仪分别获得距离A1和A2,则转向架的水平偏转角α和横向位移A计算公式分别为:
α=arctan[(A2-A1)÷(2×La)];
A=(A1+A2)÷2-A0;
其中,La为水平测距仪距转向架X轴(纵向)中心线的距离;
和/或,
两个垂直测距仪分别获得距离B1和B2,则转向架的垂直偏转角β和垂向位移B的计算公式分别为:
β=arc tan[(B2-B1)÷(2×Lb)];
B=(B1+B2)÷2-B0。
其中,Lb为垂直测距仪距距转向架Y轴(横向)中心线的距离。
本发明通过两个水平测距仪即可获得转向架的水平偏转角α和横向位移A,通过两个垂直测距仪即可获得转向架的垂直偏转角β和垂向位移B,本发明只需要一种传感器,即测距仪即可获得转向架姿态,只需要四个测点即可完成转向架姿态检测,传感器种类少,测点数量少,极大地降低了转向架姿态检测难度,获得了准确的转向架姿态数据。
本发明的方法还包括:当所述转向架水平偏转角α超过3°,或转向架横向位移A超过30mm时,发出警报。提醒司机对机车做出正确的操作,从而提高机车运行稳定性,避免发生失稳事故。
本发明的方法还包括:当转向架垂直偏转角β超过2°,或者转向架垂向位移B超过40mm时,发出警报。提醒司机对机车做出正确的操作,从而提高机车运行稳定性,避免发生失稳事故。
所述水平测距仪和垂直测距仪均为超声波测距仪或激光测距仪。当测距仪为超声波测距仪时,可以避免灰尘干扰。采用超声波测距仪或激光测距仪这类非接触式测距仪,无机械磨损,提高了测距仪的使用寿命和检测可靠性。
作为一个发明构思,本发明还提供了一种轨道交通车辆,包括车体和控制***;所述车体侧面安装有两个水平测距仪,所述两个水平测距仪正对转向架构架侧面,且两个水平测距仪关于转向架横向中心线对称;和/或,所述车体底面安装有两个正对着转向架构架上表面的垂直测距仪,所述垂直测距仪安装于转向架横向中心线正上方,且两个垂直测距仪关于转向架纵向中心线对称;
当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0;
所述控制***获取所述相对位移初始测量值A0,和/或车体垂向相对位移初始测量值B0,以及两个水平测距仪测得的距离,和/或两个垂直测距仪测得的距离后,执行包括以下步骤的操作:
利用两个水平测距仪测得的距离以及车体横向相对位移初始测量值A0,获得转向架的水平偏转角α和横向位移A;
利用两个垂直测距仪测得的距离以及车体垂向相对位移初始测量值B0,获得转向架的垂直偏转角β和垂向位移B。
本发明中,所述控制***还用于:当所述转向架水平偏转角α超过3°,或转向架横向位移A超过30mm时,发出报警指令。
本发明中,所述控制***还用于:当转向架垂直偏转角β超过2°,或者转向架垂向位移B超过40mm时,发出报警指令。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:
1)本发明通过在车体上安装非接触式测距仪,实时检测车体与转向架的各个关键距离值,并利用几何计算的方法,得到转向架相对于车体的运动姿态,降低了转向架姿态检测难度,在尽量少的检测点和尽量少的传感器种类前提下,实现了转向架姿态的准确检测;
2)本发明可以实时发出警报,提醒司机对机车做出正确的操作,从而提高机车运行稳定性,避免发生失稳事故。
附图说明
图1为转向架-车体示意图;
图2为本发明实施例1结构示意图;
图3为本发明实施例2结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实现手段。
通过研究发现,影响轨道车辆运行稳定性的姿态参数主要有:转向架的水平偏转角(在水平面上相对于X轴的偏转角),转向架横向位移(在水平面上Y方向的位移),转向架纵向偏转角(以X轴为转轴的偏转角度),转向架垂向位移(在X方向的位移)。
轨道车辆在线路上运行时,上述4个位置指标均在实时变化之中,这些值对分析轨道车辆运行稳定性具有重要作用。在轨道车辆长期的运行过程中,实时检测上述4个位置指标,以获得转向架在车体下方的相对运动姿态,以便对轨道车辆运行稳定性进行评估至关重要。本发明实施例仅需通过4个超声波测距仪测得上述4个距离值,就能通过几何计算,分析出转向架与车体间的相对位置,而获得转向架的运行姿态。
本发明实施例1的结构如图2所示,在车体侧面安装两个非接触式测距仪(水平测距仪),比如激光测距仪或者是超声波测距仪。安装的位置在车体上正对着转向架构架侧面,两个非接触式测距仪以转向架横向中心线对称。
实施例1中,具体的测量方法是:首先轨道车辆静止时在平直道上进行零位标定。此时A2=A1=A0。A0为标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值,A1为1号水平测距仪5测得的距离,A2为2号水平测距仪6测得的距离。标定完成后,对偏转角α和横向位移A的检测方法是:当转向架与车体产生相对位移时,测距仪会实时测量距离A1和A2。则根据几何公式计算可知,转向架的偏转角α和转向架横向位移A如下式:
α=arctan[(A2-A1)÷(2×La)];
A=(A1+A2)÷2-A0。
其中,La为任一水平测距仪距转向架纵向中心线的距离,如图2所示。两个水平测距仪距转向架纵向中心线的距离是相等的。
本发明实施例2结构如图3所示,在车体的底面安装两个非接触式测距仪(垂直测距仪)。安装的位置在车体上,转向架横向中心线正上方,两个测距仪均对着转向架构架上表面,并以转向架纵向中心线对称。
实施例2中,具体的测量方法是:首先轨道车辆静止时在平直道上进行零位标定。此时B1=B2=B0。B0为标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值,B1为1号垂直测距仪7测得的距离,B2为2号垂直测距仪8测得的距离。标定完成后,对偏转角β和垂向位移B的检测方法是:当转向架与车体产生相对位移时,测距仪会实时测量距离B1和B2。则根据几何公式计算可知,转向架的垂直偏转角β和转向架垂向位移B如下式:
β=arc tan[(B2-B1)÷(2×Lb)];
B=(B1+B2)÷2-B0。
其中,Lb为任一垂直测距仪距距转向架横向中心线的距离,如图3所示。两个垂直测距仪距转向架横向中心线的距离是相等的。
上述实施例1和实施例2通过在车体上安装非接触式测距仪,实时检测车体与转向架的各个关键距离值,并利用几何计算的方法,得到转向架相对于车体的运动姿态。在轨道车辆运行时,这些参数将对轨道车辆运行稳定性评价起到重要的作用。当转向架水平偏转角α超过3°或者转向架横向位移A超过30mm时,和/或当转向架垂直偏转角β超过2°或者转向架垂向位移A超过40mm时,可以实时给司机发出警报,提醒司机对机车做出正确的操作,从而提高机车运行稳定性,避免发生失稳事故。
本发明实施例3提供了一种轨道交通车辆,包括车体和控制***。实施例3的车体上安装有实施例1和/或实施例2的检测装置,即:
车体侧面安装有两个水平测距仪,两个水平测距仪正对转向架构架侧面,且两个水平测距仪关于转向架横向中心线对称;和/或,
车体底面安装有两个正对着转向架构架上表面的垂直测距仪,垂直测距仪安装于转向架横向中心线正上方,且两个垂直测距仪关于转向架纵向中心线对称。
当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0。
控制***获取相对位移初始测量值A0,和/或车体垂向相对位移初始测量值B0,以及两个水平测距仪测得的距离,和/或两个垂直测距仪测得的距离后,执行包括以下步骤的操作:
利用两个水平测距仪测得的距离以及车体横向相对位移初始测量值A0,获得转向架的水平偏转角α和横向位移A;
利用两个垂直测距仪测得的距离以及车体垂向相对位移初始测量值B0,获得转向架的垂直偏转角β和垂向位移B。
控制***计算水平偏转角α和横向位移A、垂直偏转角β和垂向位移B的过程参照上述实施例1和实施例2,此处不再赘述。
控制***还在转向架水平偏转角α超过3°或者转向架横向位移A超过30mm时,和/或转向架垂直偏转角β超过2°或者转向架垂向位移A超过40mm时发出报警指令,将报警指令传送至司机室的报警装置,例如传送至司机室显示屏,提醒司机对机车做出正确的操作,从而提高机车运行稳定性,避免发生失稳事故。
Claims (9)
1.一种转向架姿态检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0;
在车体侧面安装两个水平测距仪,所述两个水平测距仪正对转向架构架侧面,且两个水平测距仪关于转向架横向中心线对称;和/或,在车体底面安装两个垂直测距仪,所述垂直测距仪安装于转向架横向中心线正上方,且两个垂直测距仪关于转向架纵向中心线对称;
当转向架与车体产生相对位移时,
两个水平测距仪分别获得距离A1和A2,则转向架的水平偏转角α和横向位移A计算公式分别为:
α=arctan[(A2-A1)÷(2×La)];
A=(A1+A2)÷2-A0;
其中,La为任一水平测距仪距转向架纵向中心线的距离;
和/或,
两个垂直测距仪分别获得距离B1和B2,则转向架的垂直偏转角β和垂向位移B的计算公式分别为:
β=arc tan[(B2-B1)÷(2×Lb)];
B=(B1+B2)÷2-B0。
其中,Lb为任一垂直测距仪距转向架横向中心线的距离。
2.根据权利要求1所述的转向架姿态检测方法,其特征在于,还包括:
当所述转向架水平偏转角α超过3°,或转向架横向位移A超过30mm时,发出警报。
3.根据权利要求1或2所述的转向架姿态检测方法,其特征在于,还包括:
当转向架垂直偏转角β超过2°,或者转向架垂向位移B超过40mm时,发出警报。
4.根据权利要求1所述的转向架姿态检测方法,其特征在于,所述水平测距仪和垂直测距仪均为超声波测距仪或激光测距仪。
5.一种轨道交通车辆,包括车体和控制***;其特征在于,所述车体侧面安装有两个水平测距仪,所述两个水平测距仪正对转向架构架侧面,且两个水平测距仪关于转向架横向中心线对称;和/或,所述车体底面安装有两个正对着转向架构架上表面的垂直测距仪,所述垂直测距仪安装于转向架横向中心线正上方,且两个垂直测距仪关于转向架纵向中心线对称;
当轨道车辆静止时,在平直道上进行零位标定,获得标定后转向架与车体横向相对位移初始测量值A0,和/或标定后转向架与车体垂向相对位移初始测量值B0;
所述控制***获取所述相对位移初始测量值A0,和/或车体垂向相对位移初始测量值B0,以及两个水平测距仪测得的距离,和/或两个垂直测距仪测得的距离后,执行包括以下步骤的操作:
利用两个水平测距仪测得的距离以及车体横向相对位移初始测量值A0,获得转向架的水平偏转角α和横向位移A;
利用两个垂直测距仪测得的距离以及车体垂向相对位移初始测量值B0,获得转向架的垂直偏转角β和垂向位移B。
6.根据权利要求5所述的轨道交通车辆,其特征在于,水平偏转角α和横向位移A的计算公式分别为:
α=arctan[(A2-A1)÷(2×La)];
A=(A1+A2)÷2-A0。
其中,La为任一水平测距仪距转向架纵向中心线的距离。
7.根据权利要求5所述的轨道交通车辆,其特征在于,垂直偏转角β和垂向位移B的计算公式分别为:
β=arc tan[(B2-B1)÷(2×Lb)];
B=(B1+B2)÷2-B0。
其中,Lb为任一垂直测距仪距距转向架横向中心线的距离。
8.根据权利要求5所述的轨道交通车辆,其特征在于,所述控制***还用于:
当所述转向架水平偏转角α超过3°,或转向架横向位移A超过30mm时,发出报警指令。
9.根据权利要求5或8所述的轨道交通车辆,其特征在于,所述控制***还用于:当转向架垂直偏转角β超过2°,或者转向架垂向位移B超过40mm时,发出报警指令。
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