一种基于轨枕检测的磁悬浮列车测速方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种基于轨枕检测的磁悬浮列车测速 方法。
【背景技术】
[0002] 磁悬浮列车作为一种新兴的先进轨道交通系统工具，具有噪声低、转弯半径小、爬 坡能力强、安全性好且维护成本低等地铁和城市轻轨所无法比拟的优势。测速系统是磁悬 浮列车的系统技术之一，其为牵引系统、制动系统、运行系统和监控系统提供速度信号。因 而测速系统所提供信号的准确性和可靠性是列车安全、稳定、可靠运行的保障和必要条件， 具体包括：
[0003] 为牵引控制（DCU)子系统、制动控制（BCU)子系统提供速度信号，实现列车速度的 闭环控制；
[0004] 为列车自动监控（ATS)子系统提供列车速度信息，作为现实列车运行状态的基本 信息，为驾驶员驾驶列车提供依据；
[0005] 为列车自动防护（ATP)子系统提供准确的速度信息，作为列车在车站打开车门以 及站内屏蔽门的依据和实现自动驾驶与自动保护功能。
[0006] 测速系统在整个系统中的这些重要作用要求其必须能够保证提供准确的列车速 度信息，而由于磁浮列车特性的特殊性，无法直接采用轮轨铁路的测速方法，因而针对磁悬 浮列车的测速方法有限，目前主要有如下几种测速方法：
[0007] 1)交叉感应回线测速
[0008] 交叉感应回线测速方法是通过在轨道上铺设交叉回线，在列车上装配车载感应线 圈来实现。但该类方法必须全线铺设环线，且必须保证回线内的激励信号满足车载线圈检 测需要。在长距离轨道线路中，由于激励信号驱动功率及可靠性的需要，感应回线一般需要 分区段控制，一旦某一段出现故障，则全线列车运行就会受到影响。
[0009] 2)多普勒雷达测速
[0010] 通过列车上安装雷达，雷达天线向轨面发射电磁波，经过轨面反射回天线，列车相 对轨面的运动会使得发射波和接收波之间存在一定的频率差，及多普勒频率，其值正比于 列车速度，多普勒雷达测速方法即是根据该原理测得列车运行速度。但是该类方法易受环 境的影响，例如雨雪天气时易造成误测量，且在低速时其测量精度也会下降。
[0011] 3)轨枕检测测速
[0012] 通过在列车上安装多个传感器，由各传感器检测到轨枕时所发送的检测信号进行 测速。该类方法进行测速时，只需要存在金属材质的轨枕，采用电涡流传感器通过非接触主 动检测就可以完成测速，不需要地面增设专用设备，抗干扰性能好、结构简单、便于维护、可 靠性高且成本低，同时不需要轨枕均匀排列，减小了轨道设计和安装难度。
[0013] 但是上述轨枕检测测速方法存在低速区精度低的固有问题，当列车行驶速度快 时，速度脉冲频率也相应提高，速度更新快；反之，当列车行驶速度慢时，传感器脉冲获取 慢，速度脉冲频率相应降低，速度更新慢，若此时加速度较大时，则会造成速度计算误差大、 精度低。因此在列车以较大加速度低速运行时，采用上述轨枕检测测速方法的速度检测精 度低，会影响列车自动停车及与BCU、ATS、ATP系统的配合，从而严重影响了该类测速方法 的工程应用。
【发明内容】
[0014] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种实现方法简单、非低速区以及低速区均检测精度高的基于轨枕检测的磁悬浮列车测速方 法，能够基于轨枕检测实现磁悬浮列车速度的检测，同时对低速区速度进行补偿。
[0015] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0016] -种基于轨枕检测的磁悬浮列车测速方法，步骤包括：
[0017] 1)将两个以上轨枕检测传感器按照指定间距依次布置在列车上；列车开始启动 运行后，转入执行步骤2);
[0018] 2)获取当前列车运行的加速度，根据获取的加速度计算当前列车速度；
[0019] 3)判断当前列车速度是否处于预设的低速区，如果是，返回执行步骤2)以对低速 区进行速度补偿，否则转入执行步骤4);
[0020] 4)实时接收各个所述轨枕检测传感器发送的检测信号，根据所述检测信号计算当 前列车速度；返回执行步骤3)，直至列车停止运行。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述步骤2)中计算当前列车速度的具体步骤为：当列 车为开始启动后的加速运行状态时，按照式a · h计算当前列车速度，其中a为列车运行的 加速度，h为从列车运行起始时刻至当前时刻的持续时间；当列车为减速运行状态时，按照 式Vnrc' +at2计算当前列车速度，其中Vnrc'为最后一次通过所述检测信号计算得到的列车 速度，h为从计算起始时刻至当前时刻的持续时间，所述计算起始时刻为Vni。'所对应的时 刻。
[0022] 作为本发明的进一步改进，所述步骤2)中加速度具体通过在列车上安装加速度 传感器获取得到；或通过获取司机手柄级位信息，并进行比例调整以及延时后得到。
[0023] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3)中判断当前列车速度是否处于预设的低 速区的具体步骤为：判断当前列车速度是否小于低速阈值Vtto，如果是，则判定为处于低速 区，否则判定为处于非低速区，其中所述低速阈值Vtto按下式计算得到；
[0025] 其中B为两个轨枕之间的距离，a_为最大的加速度值。
[0026] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1)的具体步骤为：将四个轨枕检测传感器呈 直线依次布置在列车底部，相邻两个轨枕检测传感器之间的间距D与相邻两个轨枕间距离 B之间满足2D〈B〈4D ;所述轨枕检测传感器检测到轨枕时，发送方波脉冲的检测信号。
[0027] 作为本发明的进一步改进，所述步骤4)中根据所述检测信号计算当前列车速度 的具体步骤为：
[0028] 4. 1)实时接收各个轨枕检测传感器的检测信号；以相邻两个轨枕检测传感器的 检测信号为一组并作为当前组检测信号，转入执行步骤4. 2);
[0029] 4. 2)根据当前组检测信号生成对应的延迟信号，所述延迟信号为从接收到当前组 检测信号中第一个检测信号开始为高电平，直至接收到第二个检测信号，并按照下式计算 出当前列车速度，得到一个速度计算值V';取另相邻两个轨枕检测传感器的检测信号为一 组并作为当前组检测信号，返回执行步骤4. 2);直至完成所有相邻两个轨枕检测传感器的 检测信号的计算；
[0031] 其中，D为相邻两个轨枕检测传感器之间的间距，TH、IY分别为所述延迟信号的一 个周期中高电平、低电平持续时间；
[0032] 4. 3)综合所述步骤4. 2)得到所有所述速度计算值V'计算当前列车速度的最终 值并输出。
[0033] 作为本发明的进一步改进，所述步骤4. 2)中还包括当前列车速度的方向的确定 步骤，具体步骤为：若τΗ〈ιγ，则当前列车速度的方向与第二个传感器向第一个传感器延伸 的方向相同；若τΗ>ιγ，则当前列车速度的方向与第一个传感器向第二个传感器延伸的方向 相同，所述第一个传感器为对应所述第一个检测信号的轨枕检测传感器，所述第二个传感 器为对应所述第二个检测信号的轨枕检测传感器。
[0034] 作为本发明的进一步改进，所述步骤4. 3)具体通过取所述步骤4. 2)得到所有所 述速度计算值V'的平均值，计算得到当前列车速度的最终值并输出。
[0035] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0036] 1)本发明基于轨枕检测方法对磁悬浮列车进行测速，实现方法简单、抗干扰性能 好、可靠性高且成本低，同时通过在列车低速运行状态时，由加速度计算列车速度来进行速 度补偿，提高低速区速度检测的精度，从而可以有效解决基于轨枕检测方法在低速区精度 低的问题，使得在低速区以及非低速区均能够实现高精度的速度检测；
[0037] 2)本发明通过判断列车速度确定测速方案，当判断到列车速度处于非低速区时， 实时接收轨枕检测传感器的检测信号计算列车速度，以基于轨枕检测进行测速；当判断到 列车速度处于低速区时，进入低速补偿模式，通过加速度来计算列车速度，从而可以保证低 速区以及非低速区均能够实现高精度的速度检测；
[0038] 3)本发明在列车低速运行的两个阶段中，对于加速运行阶段，根据加速器计算列 车速度；对于减速运行阶段时，根据最后一次通过检测信号计算得