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城市轨道交通运营管理作业word版本.docx
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1、精品文档基于轮轴和雷达传感器的列车测速测距系统设计与仿真刘喜文 修金富 张哲山 宇文天(中南大学交通院交通设备与控制工程专业1402班)摘 要 设计了一种轮轴速度传感器和雷达速度传感器相结合的列车测速测距系统。该系统针对测速轮对空转滑行造成的轮轴速度传感器测速测距误差问题,建立了空转滑行检测判断模型和空转滑行过程中的列车速度和走行距离误差校正模型。在实验室环境下搭建了该测速测距仿真系统,通过仿真试验验证了模型的有效性。该系统提高了列车测速测距的精度和可靠性。关键词 列车测速测距;轮轴速度传感器;雷达速度传感器;空转滑行检测;误差校正城市轨道交通列车的车载控制器(),负责完成车载列车自动防护()
2、和列车自动运行()的功能。车载 的主要功能是根据列车即时速度和走行距离控制列车运行间隔,防止列车超速运行,保障列车运行安全;车载 的主要功能是根据列车即时速度和走行距离控制列车舒适、节能、高效地运行。因此,列车速度和走行距离信息是保证 正常工作的基本参数,其精度和可靠性直接影响列车运行的安全和效率。城市轨道交通列车普遍采用轮轴速度传感器来实时测量列车运行速度和走行距离。轮轴速度传感器经济实用、技术成熟,通过测量车轮转速可以较为准确地得到列车运行速度和走行距离。但是一旦测速轮对发生空转滑行,车轮转速和列车实际运行速度之间就会出现较大偏差,导致轮轴速度传感器测速测距误差显著增大,并且依靠轮轴速度传
3、感器自身无法有效解决该问题。铁路运营部门为了尽量避免空转滑行的发生,对列车的运行采取了一定的黏着控制措施,可以在很大程度上避免严重的空转滑行,但是大量较微弱的空转滑行仍然存在。正是这些较微弱且较高频率发生的空转滑行造成的列车测速测距误差,构成了基于轮轴速度传感器的列车测速测距方法定位误差的主要部分。针对该问题,现有方式一般是采用轨旁辅助定位设备(例如查询应答器等)向列车提供点式位置信息,修正轮轴传感器的测距累积误差。但这种方式的缺点也很明显,其无法提供速度校正,建设和维护成本高且不支持线路的动态配置变化。为了提高列车自主定位能力,本文在现有的基于轮轴速度传感器的列车测速测距方法中引入多普勒测速
4、雷达,采用二者组合构建测速测距系统。在此基础上,建立空转滑行检测及误差校正计算模型,实现对空转滑行的有效检测和误差校正,达到提高列车测速测距精度和可靠性的目的。传感器组合方案.1轮轴速度传感器轮轴速度传感器可以将车轮转速转换成和列车运行速度成比例的电脉冲,通过对脉冲信号的采集即可计算得到列车即时速度和走行距离。本文采用车载 型轮轴脉冲测速仪,其测速范围为。列车速度和走行距离计算公式为:式中:列车速度,;车轮每转一圈传感器所发出的脉冲个数;车轮直径,;本周期脉冲测量值;测速周期,;列车走行距离,。由于轮轴速度传感器测量的是车轮转动速度,当列车正常运行时,车轮转速和列车运行速度基本相同;但当车轮发
5、生空转滑行时,车轮转速和列车实际运行速度之间会出现较大偏差,导致轮轴速度传感器测速测距误差显著增大,而且测距误差会随着列车运行累积而增加。.2雷达速度传感器多普勒雷达()测速是通过安装在机车底部的车载雷达向轨面发射电磁波并接收反射回来的回波信号,基于多普勒频移效应原理通过测量雷达发射波和反射波的频率差(多普勒频移量)便可计算得到列车的即时速度,对速度积分可求得列车走行距离。本文采用型车载雷达,测速范围为。测速计算公式为:式中:多普勒频移量,;雷达发射波与轨道平面夹角,();雷达发射波波长,。由于雷达测速不依赖车轮转动,因此完全不受轮对空转滑行的影响,测速误差主要由列车纵向振动以及雷达安装角度误
6、差造成。轮轴速度传感器和多普勒雷达具有较好的互补性,列车高速运行时由于多普勒效应明显雷达测速精度较高,而高速时轮对空转滑行较低速时更频繁,因此轮轴速度传感器精度相对偏低;列车低速运行时轮轴速度传感器精度较高,而雷达由于多普勒频移效应不明显精度偏低。随着多普勒测速雷达价格降低、体积减小、精度提高,其在轨道交通列车测速测距领域已经得到了实际应用。轮轴速度传感器和雷达速度传感器是一种较为理想的车载传感器组合方案。车载测速测距系统1系统硬件采用个轮轴传感器和个雷达传感器的冗余配置以提高系统可靠性。系统硬件结构如图所示,其中信号采集模块实现对各个传感器信息的同步采集和预处理。由于轮轴和雷达传感器都属于高
7、频连续相对定位,故需要低频非连续绝对定位信息进行辅助。在本设计中采用地面应答器作为参考定位系统,一是为列车提供初始位置信息,二是利用应答器提供的精确位置信息对车载测速测距系统的测量结果进行评估。图测速测距系统硬件结构2系统软件系统软件主要是对测速传感器的测量数据进行计算处理,实现本文所设计的算法模型完成空转滑行的检测和误差校正,同时接收地面应答器提供的精确位置信息完成对算法性能的评估。系统软件功能模块总体结构如图所图软件功能模块结构3 未发生空转滑行时的列车速度和走行距离计算模型在列车未发生空转滑行时, 以轮轴速度传感器的测速值作为依据,计算所需的列车速度和走行距离,根据功能可分为 速度走行距
8、离计算模型和 速度走行距离计算模型3.1速度走行距离计算模型分别安装在两轴上的个轮轴传感器的测速值必然存在差异,首先需要对两轴的测量速度取平均值,计算公式如下:, , 式中:,第测速周期轮轴传感器 测量的列车速度,;,第测速周期轮轴传感器 测量的列车速度,;,第测速周期轮轴传感器测量的列车速度,。在此基础上,针对轮轴速度传感器的脉冲信号在采集时存在向零取整导致测速值出现跳变的问题,采用下式消除该误差:, , 式中:,第测速周期轮轴速度传感器测量的列车速度,。车载 的主要功能是精确控车,不要求列车速度为安全速度,因此根据式()和()得到的,即为车载 系统所使用的列车速度。根据列车牵引计算公式,车
9、载 所使用的列车走行距离为:式中:截止上一测速周期的列车走行距离;测速周期。 速度走行距离计算模型车载 的主要功能是保障列车运行安全,要求列车速度为安全速度,即包含了各种误差因素的列车速度值。根据分析可知, , 中存在的误差主要由以下项组成:, , , ,式中:, 第测速周期的测速误差,;, 第测速周期轮轴传感器固有测量误差所造成的测速误差,;, 第测速周期轮径误差所造成的测速误差,;是 否, 第测速周期未检测到的空转滑行所造成的测速误差,。1、现代文化对大学生饰品消费的影响根据式()和()可得车载 使用的列车安全速度为:, , ,车载 使用的列车安全走行距离为:一、消费者分析 木质、石质、骨
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