《对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距系统及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距系统及方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102991489 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 2 9 9 1 4 8 9 A *CN102991489A* (21)申请号 201210475913.X (22)申请日 2012.11.21 B60T 8/171(2006.01) B60T 8/176(2006.01) G01P 15/00(2006.01) G01P 15/08(2006.01) (71)申请人上海富欣智能交通控制有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区亮秀路112号2号楼4层 (72)发明人王野 黄润磊 (74)专利代理机构上海浦一知识产权代。
2、理有限 公司 31211 代理人孙大为 (54) 发明名称 对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测 速测距系统及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种对空转和打滑进行检测和 补偿的安全列车测速测距系统及方法，其特征在 于，包括加速度传感器信号采集和处理模块、速度 传感器信号采集和处理模块、加速度打滑判定模 块、速度打滑判定模块、列车测速测距补偿计算模 块、列车速度不确定性计算模块。本发明能够灵敏 精确的检测车轮打滑或抱死、并能够对列车速度 进行补偿。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说。
3、明书 7 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距系统，其特征在于，包括加 速度传感器信号采集和处理模块（1）、速度传感器信号采集和处理模块（2）、加速度打滑判 定模块（3）、速度打滑判定模块（4）、列车测速测距补偿计算模块（5）、列车速度不确定性计 算模块（6）。 2.一种对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法，其特征在于，根据 安装在车体上的加速度传感器计算得出的加速度，加速度计测量得出的加速度：A measure A train +g sin a； 车轮计算得出的加速度：A wheel A train +A wheelslip ； 如。
4、果没有出现打滑：A diff A measure -A wheel g sin a； 如果，A diff db grade +A sliptolerance ，则认为出现车轮打滑； 其中： A measure ：加速计测量出来的加速度； A wheel ：通过对车轮速度进行微分计算得出的加速度； A train ：车体加速度； g sin a：线路坡道产生的加速度； A wheelslip ：车轮滑行产生的加速度变化量； A diff ：加速度差值； db grade ：列车自动防护系统ATP系统根据列车的位置信息从线路配置数据库中获取的 坡道加速度信息； A sliptolerance ：根。
5、据加速度差值判断是否出现车轮打滑的加速度滑行容限值。 3.如权利要求2所述的对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，采用速度传感器作为列车测速的基本设备，采用加速度计作为判断车轮打滑和抱 死的辅助设备，并在车轮打滑状态下对列车速度进行补偿。 4.如权利要求3所述的对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，对速度传感器测量的原始车轮速度、对加速度计测量出来的加速度进行一阶低通 滤波。 5.如权利要求4所述的对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，采用加速度差值对列车是否出现车轮打滑进行判定。 6.如权利要求5所述的对空转和打滑。
6、进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，采用加速度计测量出来的加速度值作为计算列车参考速度和速度差值的依据。 7.如权利要求6所述的对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，采用速度差值对列车是否出现车轮打滑进行判定。 8.如权利要求7所述的对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法；其特 征在于，根据速度差值判断车轮是否出现打滑的门阀值根据列车速度、打滑状态进行调整。 权 利 要 求 书CN 102991489 A 1/7页 3 对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距系统及 方法 技术领域 0001 本发明属于城市轨道交通安全信号领域，具体是一种。
7、应用于列车自动控制系统 （ATC）中的列车测速测距方法。 背景技术 0002 在城市轨道交通安全信号领域，车载列车自动防护系统ATP系统一般采用转速计 对列车速度进行测量，这些外部测速设备通常安装在拖车的制动轴上，列车自动防护系统 ATP系统通过采集、分析外部测速设备的传感器信号，计算出车轮速度。 0003 在制动过程中，当车辆施加的制动力大于轮轨之间最大的黏着力时，车轮会出现 打滑或者抱死现象，此时，根据安装在制动轴上的测速设备采集的传感器信号计算出来的 车轮速度无法准确的反映列车速度。车载列车自动防护系统ATP系统应该能够准确的检测 出车轮打滑或抱死的现象，并能够对列车速度进行补偿。 00。
8、04 目前，最常见的用于检测车轮打滑的方法是对测量出来的车轮速度进行微分，计 算出车轮的减速度，即：A wheel (V wheel (n)-V wheel(n-1 )/T cycle ，通过将A wheel 与固定的经验参数 A slip 进行比较判断车轮是否出现打滑。这种方法存在以下三个缺陷： 0005 1、轨道交通线路路况较为复杂，列车在运动过程中容易出现机械振动；同时，车辆 的电气线路比较繁复，在采集测速设备的传感器信号时容易出现电磁串扰。这两种情况会 导致通过采集计算出来的车轮速度V wheel 出现失真，A wheel 值产生较大的误差，出现车轮打滑 误判。 0006 2、判断车轮。
9、打滑的固定经验参数A slip 与钢轨轨面的黏着系数有关，轨道交通线路 钢轨表面容易受到雨水、铁锈或其它固体颗粒等污染物影响，导致钢轨的黏着系数出现急 剧减小，尽管此时车轮已经出现打滑，但是根据A wheel 与A slip 无法判断出来。 0007 3、轨道交通列车上配备了车轮自动防抱死系统（WSP），当检测到车轮滑行或抱死 现象出现后，通过防滑阀对制动缸进行保压、排气、充气控制，使车轮恢复到正常的工作状 态。在自动防抱死系统（WSP）工作过程中，A wheel 值的变化过程是，首先急剧下降，然后逐渐 平稳，最终稳定上升恢复到未打滑时的值。此时，根据A wheel 与A slip 无法对整个。
10、车轮滑行过 程进行检测，特别是准确判断车轮打滑何时结束，导致在速度补偿过程中出现较大偏差。 0008 另一种检测车轮滑行的方法是通过计算车轮速度与列车参考速度之间的速度差， 即：V diff V ref -V wheel ，通过将V diff 与固定的经验参数V slip 进行比较判断车轮是否出现打滑。 这种方法存在以下两个缺陷： 0009 1、列车参考速度选取不科学，在制动过程中，V ref 通常选取装配测速设备的几根车 轴中转速最大的那一个，当出现所有的车轴同时打滑时，V ref 误差较大。 0010 2、由于采用固定的经验参数V slip 判断车轮打滑，当列车速度较低时，容易导致判 断车。
11、轮打滑迟缓；当列车速度较高时，容易导致判断车轮打滑过于灵敏，出现误判。 说 明 书CN 102991489 A 2/7页 4 发明内容 0011 本发明所要解决的技术问题是提供一种对空转和打滑进行检测和补偿的安全列 车测速测距系统，它可以灵敏精确的检测车轮打滑或抱死、并能够对列车速度进行补偿。 0012 为了解决以上技术问题，本发明提供了一种对空转和打滑进行检测和补偿的安全 列车测速测距系统，其特征在于，包括加速度传感器信号采集和处理模块、速度传感器信号 采集和处理模块、加速度打滑判定模块、速度打滑判定模块、列车测速测距补偿计算模块、 列车速度不确定性计算模块。上述6个功能模块之间存在特定的数。
12、据传输关系，所述加速 度传感器信号采集和处理模块、速度传感器信号采集和处理模块、加速度打滑判定模块、速 度打滑判定模块、列车测速测距补偿计算模块、列车速度不确定性计算模块中前面模块产 生的输出是后续模块的输入，后续模块的输出在下一个算法周期构成前面模块的输入。 0013 本发明的有益效果在于：能够灵敏精确的检测车轮打滑或抱死、并能够对列车速 度进行补偿。 0014 一种对空转和打滑进行检测和补偿的安全列车测速测距方法，根据安装在车体上 的加速度传感器计算得出的加速度，加速度计测量得出的加速度： 0015 A measure A train +g sin a； 0016 车轮计算得出的加速度：A。
13、 wheel A train +A wheelslip ； 0017 如果没有出现打滑：A diff A measure -A wheel g sin a； 0018 如果，A diff db grade +A sliptolerance ，则认为出现车轮打滑； 0019 其中： 0020 A measure ：加速计测量出来的加速度； 0021 A wheel ：通过对车轮速度进行微分计算得出的加速度； 0022 A train ：车体加速度； 0023 g sin a：线路坡道产生的加速度； 0024 A wheelslip ：车轮滑行产生的加速度变化量； 0025 A diff ：加速度。
14、差值； 0026 db grade ：列车自动防护系统ATP系统根据列车的位置信息从线路配置数据库中获 取的坡道加速度信息； 0027 A sliptolerance ：根据加速度差值判断是否出现车轮打滑的加速度滑行容限值。 0028 采用速度传感器作为列车测速的基本设备，采用加速度计作为判断车轮打滑和抱 死的辅助设备，并在车轮打滑状态下对列车速度进行补偿。 0029 对速度传感器测量的原始车轮速度、对加速度计测量出来的加速度进行一阶低通 滤波。 0030 采用加速度差值对列车是否出现车轮打滑进行判定。 0031 采用加速度计测量出来的加速度值作为计算列车参考速度和速度差值的依据。 0032 。
15、采用速度差值对列车是否出现车轮打滑进行判定。 0033 根据速度差值判断车轮是否出现打滑的门阀值根据列车速度、打滑状态进行调 整。 附图说明 说 明 书CN 102991489 A 3/7页 5 0034 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0035 图1是本发明测速方法的工作原理图； 0036 图2是本发明测速方法的程序框图； 0037 图3是本发明测速方法根据加速度差值判断车轮打滑的程序流程图； 0038 图4是本发明测速方法根据速度差值判断车轮打滑的程序流程图； 0039 图5是本发明测速方法效果图。 具体实施方式 0040 本发明可以实现对轨道交通列车速度进行准确测量。
16、，消除制动过程中出现的车轮 打滑或抱死对列车速度测量精度的影响，设计了一种能够灵敏检测出车轮打滑和抱死、并 能够对列车速度进行补偿的测速测距方法。 0041 本发明所述的能够灵敏精确的检测车轮打滑或抱死、并能够对列车速度进行补偿 的测速方法，该方法能够应用于包括但并不局限于城市轨道交通列车控制系统等领域。 0042 本方法的工作原理：如图1所示，根据安装在车体上（与车体保持水平）的加速度 传感器计算得出的加速度，加速度计测量得出的加速度： 0043 A measure A train +g sin a 0044 车轮计算得出的加速度：A wheel A train +A wheelslip 0。
17、045 如果没有出现打滑：A diff A measure -A wheel g sin a 0046 如果，A diff db grade +A sliptolerance ，则认为出现车轮打滑 0047 其中： 0048 A measure ：加速计测量出来的加速度； 0049 A wheel ：通过对车轮速度进行微分计算得出的加速度； 0050 A train ：车体加速度； 0051 g sin a：线路坡道产生的加速度； 0052 A wheelslip ：车轮滑行产生的加速度变化量； 0053 A diff ：加速度差值； 0054 db grade ：列车自动防护系统ATP系统根。
18、据列车的位置信息从线路配置数据库中获 取的坡道加速度信息； 0055 A sliptolerance ：根据加速度差值判断是否出现车轮打滑的加速度滑行容限值。 0056 本方法的详细设计方案： 0057 如图2所示，由加速度传感器信号采集和处理模块（1）、速度传感器信号采集和处 理模块（2）、加速度打滑判定模块（3）、速度打滑判定模块（4）、列车测速测距补偿计算模块 （5）、列车速度不确定性计算模块（6）组成。本算法的关键在于加速度打滑判定模块、速度 打滑判定模块、列车测速测距补偿计算、列车速度不确定性计算模块的设计。 0058 加速度打滑判定模块的设计方案，如图3所示： 0059 1、对速度。
19、传感器测量计算出来的车轮速度V measure 、加速度传感器测量计算出来的 加速度值A measure 进行一阶低通滤波处理，消除由于机械振动或电磁串扰引起的传感器信号 失真。 0060 V wheel (1-1/p wheel )*V wheel(n-1) +1/p wheel *V measure ； 说 明 书CN 102991489 A 4/7页 6 0061 A filter (1-1/p filter )*A filter(n-1) +1/p filter *A measure ； 0062 其中： 0063 V wheel ：经过一阶低通滤波处理之后的车轮速度； 0064 p 。
20、wheel ：车轮速度滤波因子； 0065 A filter ：经过一阶低通滤波处理之后的加速度； 0066 p filter ：加速度滤波因子。 0067 2、对车轮速度V wheel 进行微分计算车轮加速度A wheel 。 0068 A wheel (V wheel -V wheel(n-1) )/T cycle 。 0069 其中： 0070 T cycle ：方法执行的周期时间。 0071 3、计算经过一阶低通滤波处理的加速度值A filter 与车轮加速度A wheel 之间的差值 A diff 。 0072 A diff A filter -A wheel ； 0073 4、根据。
21、加速度差值A diff 判断是否出现车轮打滑。 0074 A diff db grade +A sliptolerance 0075 速度打滑判定模块的设计方案，如图4所示： 0076 1、对速度传感器测量计算出来的车轮速度V measure 、加速度传感器测量计算出来的 加速度值A measure 进行一阶低通滤波处理，消除由于机械振动或电磁串扰引起的传感器信号 失真。 0077 V wheel (1-1/p wheel )*V wheel(n-1) +1/p wheel *V measure ； 0078 A filter (1-1/p filter )*A filter(n-1) +1/。
22、p filter *A measure ； 0079 2、计算列车的车体加速度A train 0080 A train A filter -db grade 0081 3、计算列车的参考速度V ref 0082 V ref V calculated(n-1) +A train *T cycle 0083 其中： 0084 V calculated(n-1) 指前一周期经过空转打滑补偿方法计算之后的列车速度。 0085 4、计算列车参考速度V ref 与车轮速度V wheel 之间的差值V diff 0086 V diff V ref -V wheel 。 0087 5、根据速度差值V diff。
23、 判断车轮是否出现打滑 0088 V diff V sliptolerance 0089 其中： 0090 V sliptolerance 作为根据速度差V diff 判断车轮是否打滑的门阀值，其值可以根据列车 速度V calculated 和车轮打滑情况A slip 、V slip 进行调整。 0091 列车测速测距补偿方法模块的设计方案，如下： 0092 1、列车运行速度计算 0093 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 没有判断出车轮打滑时： 0094 V calculated(n) V wheel ； 0095 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 判断出车轮。
24、打滑时： 说 明 书CN 102991489 A 5/7页 7 0096 V calculated(n) V calculated(n-1) +A train *T cycle ； 0097 2、列车运行距离计算 0098 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 没有判断出车轮打滑时： 0099 0100 其中： 0101 DeltaDist (n) 表示列车在第N周期行驶距离； 0102 N m 表示在速度传感器在第N周期检测到的脉冲计数； 0103 N rotate 表示理论上车轮旋转一周速度传感器检测到的脉冲计数； 0104 表示车轮直径； 0105 当根据加速度差A diff。
25、 或速度差V diff 判断出车轮打滑时： 0106 DeltaDist (n) V calculated(n) *T cycle ； 0107 列车速度不确定性计算模块的设计方案，如下：当根据加速度差A diff 或速度差 V diff 没有判断出车轮打滑时， 0108 Spduncerta int y (n) spd granularity +spd filter +spd resolution +p wheelCal *V train +p slip *V train 0109 其中： 0110 Spduncerta int y (n) 表示第N周期的速度不确定性； 0111 spd g。
26、ranularity 表示速度传感器的设备误差； 0112 spd resolution 表示速度传感器信号的采集精度误差； 0113 spd filter 表示方法的滤波误差； 0114 p wheelCal 表示轮经校准状态引起的速度测量误差因子； 0115 p slip 表示未检测到的空转打滑引起的速度测量误差因子。 0116 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 判断出车轮打滑时， 0117 Spduncerta int y (n) Spduncerta int y (n-1) +Accuncerta int y (n) *T cycle ； 0118 其中： 0119 A。
27、ccuncerta int y (n) Acc mount +Acc resolution +p instrument *A train +p filter *A train ； 0120 Accuncerta int y (n) 表示第N周期的加速度不确定性； 0121 Acc mount 表示加速度计的安装误差； 0122 Acc resolution 加速度传感器信号的采集精度误差； 0123 p instrument 加速度传感器的设备误差因子； 0124 p filter 表示方法的滤波误差因子。 0125 本发明在使用传统的速度传感器测量车轮速度的基础上，引入辅助设备加速度计 作为。
28、判断车轮空转、滑行的依据，极大的增强了测速设备的可用性、提高了测速精度； 0126 引入了一阶低通滤波算法，能够最大限度的消除由于机械振动或电磁串扰引起的 传感器信号失真； 0127 引入加速度传感器测量加速度与车轮速度微分计算出来的加速度差值判断车轮 打滑的设计，相对传统的采用加速度绝对值判断车轮打滑的方法，适应性更强，能够消除不 同制动工况下加速度不同对滑行检测的影响，在列车低速运行情况下优势更加明显； 说 明 书CN 102991489 A 6/7页 8 0128 采用加速度计测量出来的车体加速度值作为计算列车参考速度的依据，能够最大 限度的保证列车参考速度的精确性； 0129 根据列车。
29、参考速度与车轮速度之间的速度差判断车轮打滑的门阀值可以根据列 车速度、打滑状态进行动态调整，保证列车在低速时能够迅速的检测出车轮打滑，高速时不 会出现因门阀值太小引起车轮打滑误判； 0130 根据加速度传感器测量加速度与车轮速度微分计算出来的加速度差值、列车参考 速度与车轮速度之间的速度差值判断车轮打滑方法能够准确检测车轮打滑的全部过程，准 确的判断出车轮打滑开始和结束的时间节点，本方法能够精确的计算出列车的运行速度， 如图5所示。 0131 下面结合图2给出本发明的一个具体方法实现： 0132 1、加速度传感器信号采集和计算： 0133 0134 其中： 0135 指经过校准的车轮直径； 0。
30、136 N rotate 指车轮旋转一周速度传感器产生的脉冲个数； 0137 t 指测量到的脉冲宽度。 0138 2、加速度传感器信号采集和计算： 0139 电压信号与加速信号满足线性对比关系，根据加速度传感器测量出来的电压值能 够计算出加速度。 0140 3、加速度打滑判定： 0141 V wheel (1-1/p wheel )*V wheel(n-1) +1/p wheel *V measure ，p wheel =3 0142 A filter (1-1/p filter )*A filter(n-1) +1/p filter *A measure ，p filter =3 0143 。
31、A diff A filter -A wheel ； 0144 A slip (A diff db grade +A sliptolerance )，A sliptolerance 取值0.6m/s 2 。 0145 4、速度打滑判定： 0146 V wheel (1-1/p wheel )*V wheel(n-1) +1/p wheel *V measure ，p wheel =3 0147 A filter (1-1/p filter )*A filter(n-1) +1/p filter *A measure ，p filter =3 0148 A train A filter -db 。
32、grade ； 0149 V ref V calculated(n-1) +A train *T cycle ； 0150 V diff V ref -V wheel ； 0151 V slip V diff V sliptolerance ； 0152 其中： 0153 当根据加速度传感器测量加速度与车轮速度微分计算出来的加速度差判断出车 轮未出现打滑时： 0154 列车速度大于20km/h，V sliptolerance max(V diff(n-1) ,5km/h)； 0155 列车速度小于20km/h，V sliptolerance max(V diff(n-1) ,3km/h)； 0。
33、156 当根据加速度差判断出车轮出现打滑时： 0157 列车速度大于20km/h，V sliptolerance max(V diff(n-1) -1km/h,5km/h)； 说 明 书CN 102991489 A 7/7页 9 0158 列车速度小于20km/h，V sliptolerance max(V diff(n-1) -1km/h,3km/h)； 0159 5、列车测速测距补偿计算： 0160 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 没有判断出车轮打滑时： 0161 V calculated(n) V wheel(n) ； 0162 0163 其中： 0164 指经过校准的。
34、车轮直径； 0165 N rotate 指车轮旋转一周速度传感器产生的脉冲个数； 0166 N m 表示在速度传感器在第N周期检测到的脉冲计数。 0167 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 判断出车轮出现滑行时： 0168 V calculated(n) V calculated(n-1) +A train *T cycle ； 0169 DeltaDist (n) V calculated(n) *T cycle 0170 6、列车速度不确定性计算： 0171 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 没有判断出车轮打滑时： 0172 Spduncerta int y。
35、 (n) spd granularity +spd filter +spd resolution +p wheelCal *V train +p slip *V train 0173 当根据加速度差A diff 或速度差V diff 没有判断出车轮打滑时： 0174 Spduncerta int y (n) Spduncerta int y (n-1) +Accuncerta int y (n) *T cycle ； 0175 Accuncerta int y (n) Acc mount +Acc resolution +p instrument *A train +p filter *A train 。 0176 本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描 述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为 落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本 领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的 目的。 说 明 书CN 102991489 A 1/2页 10 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102991489 A 10 2/2页 11 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102991489 A 11 。