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基于多普勒传感器的一种列车测距测速方法

来源:    作者:    发布时间:2016-08-20 06:59:42    浏览量:

摘 要: 提出了一种利用多普勒传感器进行列车速度准确测量的方法,实现了对列车实际移动速度的准确测量和列车启停运行状态的测试记录和分析,解决了传统车轴传感器在车轮打滑和滑动时因速度误差造成的数据不准确问题。
关键词: 列车;司控器;制动;速度

列车测距测速系统方法研究主要针对目前城轨车辆在进行例行动调试验时,如何获取列车初始速度、制动减速度和制动距离等信息进行研究。研究内容包括:列车制动时的初始速度、制动距离、平均减速度、瞬时减速度、手柄状态(牵引、惰行或制动)、运行方向、牵引距离和牵引加速度。通过对上述试验数据的应用,实现对城轨车辆动态调试的深入研究,以期能较为准确地获得车辆动调时的信息。
本文介绍的方法实现了对列车实际移动速度的准确测量和列车启停运行测试记录和分析,解决了传统车轴传感器在车轮打滑和滑动时因速度误差造成的数据不准确问题。
1 目前测量手段及弊端
目前生产的多数城轨车辆在公司环线动态调试时,无论制动距离、瞬时速度以及加速度和减速度都通过车轴上的传感器脉冲输出计算得出,可以在TMS或者TCMS中读出,在轨道处于良好状态时,得到的结果较为准确,缺点是车辆动态调试时制动减速度是平均减速度,没有瞬时减速度的直接反映,速度也只是记录制动时的初始速度,在制动过程中的速度情况无法记录,也得不到车辆的冲击情况,这样,车辆动态调试时的情况无法再现,给车辆性能分析以及故障分析带来很大困难。另外,在雨雪天气下车辆动调时,车辆出现滑行后,初始速度、制动距离和平均减速度与真实情况相差较远,所得到的数据参考意义不大。
另外,这种测量方法依赖于TMS软件的状态。若软件状态良好,在样车调试时可以直接使用;若软件一直在修改或完善,则通常得不到列车的制动距离、减速度、初始速度等重要信息。成都地铁一号线在调试时由于东洋电机的TCMS没有调好,到目前为止,回送出去的车辆在厂内都无法对这些数据进行测量。
有些城轨车辆的TMS中没有提供这种功能,在Knorr软件中通过制动速度传感器的脉冲输出得到车辆的速度曲线。在没有出现滑动时,根据曲线可以得出从列车开始制动到压膜电感器生产厂家停止的时间t,初始速度v1可以直接通过曲线的最高点得出,将速度降低曲线看作一条直线,可以得出平均减速度a(v1=at),制动距离S可以由v12=2aS得出。可以看出,所得到的制动距离以及减速度都是近似值,在出现速度曲线波动较大或者出现防滑条件时,理论计算值与实际值相差就更大。
综上,依靠安装在车轴上的速度传感器来获得瞬时速度存在很大的缺陷,瞬时加速度、减速度和制动距离等都不是原始数据,而是通过理论计算得出,与实际有出入,另外控制手柄的具体状态无法获知,对理论分析车辆的性能带来很大问题。
2 信号的测量方法
2.1 车辆状态信号的获取
对列车速度运行状态与司控器状态同步进行分析更具现实意义。车辆在运行过程中涉及的状态有:牵引位、惰行位、制动位、快速制动位、紧急制动位以及紧急制动(松开警惕手柄),这些信息对于车辆性能分析以及数据再现有重要意义,它们都为DC 110 V的信号,在数据采集和分析时可以当成开关量数字信号,可通过光电隔离实现信号采集,如图1所示。

城轨车辆在牵引或制动时需要具体知道牵引或制动的档位是多少,这需要一个信号采集系统来获得,现行列车司控器可以分为有级司控器和无级司控器,经研究发现,两者都可以通过硬线以及司控器滑动变阻器中间触点的电压值(百分比)来获得城轨车辆所处的状态。滑动变阻器的输出为DC 0 V~DC 10 V的信号,而单片机的信号输入范围为DC 0 V~DC 5 V,因此需要电压的转换。本方案主要通过电阻的分压来实现,而后采用线性光耦HCNR200来实现模拟信号的隔离和传输,如图2所示。

2.2 车辆速度和距离的获取
利用多普勒效应对列车的运行状态进行研究,多普勒效应为:当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v相对运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同,由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移,它与相对速度直插电感v成正比,与振动的频率成反比。

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