专利名称：轨道车辆的车轮滑动检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，更具体地，涉及一种车轮滑动检测系统，它能根据轨道车辆轮组的转速以及施加机械制动力的制动气缸的空气压力判断轨道车辆是否滑动。
背景技术：
由于轨道车辆的车轮以及轨道车辆在上面行驶的轨道一般是由钢制造的，因此车轮与轨道之间的摩擦系数低。
如果施加在轨道车辆使车辆制动的机械制动力大于轨道和车轮之间的摩擦力，则轨道车辆可以在车轮停止的情况下在轨道上滑动，从而磨损和损坏部分车轮。
即，由于轨道车辆车轮和轨道是由钢制造的，它们的摩擦系数低，由此造成车轮和轨道之间的摩擦力小。如果由于摩擦力小于制动力而使轨道车辆在轨道上滑动，则轨道和车轮磨损并损坏，从而减小乘客的舒适度以及轨道车辆的安全性。
轨道车辆的电子制动控制单元执行抗滑动控制以防止滑动。如果抗滑动控制正常启动，就能防止轨道车辆滑动；否则轨道车辆滑动。因此，需要判断轨道车辆是否滑动。
发明内容
技术问题因此，在考虑上述问题时提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，当施加制动力时，简单地通过测量制动气缸的空气压力以及受到滑动监测的试验车轮转向架和轨道车辆附近的相邻车轮转向架的轮组转速，可以容易地确定轨道车辆是否滑动。
本发明的另一个目的是提供一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，它能根据施加制动力时对轨道车辆是否滑动的检验，判断轨道车辆的电子制动控制单元是否正常启动抗滑动控制，从而如果判断抗滑动控制未正常启动，则通过减小轨道车辆的速度防止轨道损坏。
技术方案根据本发明，上述其它目的的实现是通过提供一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，所述系统包括第一和第二转速探测器，分别装在轨道车辆试验车轮转向架(wheel trunk)的前轮组和后轮组的外边部分上，该第一和第二转速探测器根据试验车轮转向架的前轮组和后轮组的旋转产生两个相应的脉冲信号；第三和第四转速探测器，分别装在与试验车轮转向架相邻的轨道车辆相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的外边部分上，该第三和第四转速探测器根据所述相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的旋转产生两个相应的脉冲信号；第一到第四频率/电压(F/V)变换器，用于分别从第一到第四转速探测器接收四个脉冲信号，并将接收的脉冲信号变换成四个模拟电压脉冲信号；空气压力计，用于测量施加在制动组件的气缸上的空气压力，所述制动组件用于制动试验车轮转向架的前轮组和后轮组的制动盘；模/数(A/D)变换器，用于从第一到第四F/V变换器接收四个模拟电压脉冲信号，将接收到的模拟电压脉冲信号变换成四个数字脉冲信号，从空气压力计接收模拟空气压力测量信号，并将接收到的模拟空气压力测量信号变换成数字空气压力测量信号；以及数据采集器，用于从A/D变换器接收四个数字脉冲信号和数字空气压力测量信号，基于四个数字脉冲信号计算试验和相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的四个转速，将四个转速的最大值设定为基准转速，判断试验车轮转向架的前轮组或后轮组的转速与基准转速之间之差是否小于可接受极限，并且基于从A/D变换器接收的数字空气压力测量信号，判断制动力是否施加在试验车轮转向架上，从而判断试验车轮转向架是否滑动。
优选地，数据采集器包括供应DC电力的电源；打开/关闭该电源的电源开关；存储器，用于存储初始化系统的操作系统，以及基于四个数字脉冲信号计算四个转速和基于数字空气压力测量信号计算气缸内空气压力的应用程序；控制器，当电源开关打开时从电源接收电力，并激活存储在存储器中的操作系统和应用程序，从A/D变换器接收四个数字脉冲信号和数字空气压力测量信号，基于四个数字脉冲信号计算试验和相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的四个转速，将四个转速的最大值设定为基准转速，判断试验车轮转向架的前轮组或后轮组的转速与基准转速之间之差是否小于可接受极限，并且基于从A/D变换器接收的数字空气压力测量信号，判断制动力是否施加在试验车轮转向架上，从而判断试验车轮转向架是否滑动；以及显示器，用于显示控制器计算的试验车轮转向架的行驶速度和行驶距离。
优选地，显示器包括液晶显示器。
优选地，数据采集器还包括接口单元，用于将控制器计算的空气压力和试验车轮转向架的前轮组和后轮组的转速传送到外部设备。
优选地，数据采集器还包括将指令输入控制器的键盘输入单元。
优选地，控制器计算四个转速和空气压力并将其存储在存储器中。
优选地，第一脉冲探测器包括圆盘形脉冲发生齿轮，所述齿轮装在前轮组外边部分的试验车轮转向架的前轮组上，所述齿轮具有按预定间隔分隔开的多个齿，随着前轮组旋转而旋转；以及装在齿附近的接近开关，根据前轮组旋转时该前轮组的齿运动产生脉冲信号。
优选地，所述车轮滑动检测系统还包括信号放大器，用于将空气压力计输出的弱模拟空气压力测量信号放大预定增益，产生实际可用的信号。
有益效果当施加制动力时，简单地通过利用装在前后轮组的转速探测器测量试验和相邻车轮转向架的前后轮组的转速，以及利用装在制动气缸上的空气压力计测量制动气缸的空气压力，可以容易地检查轨道车辆是否滑动。
基于施加制动力时轨道车辆是否滑动的检查，可以判断轨道车辆的电子制动控制单元是否正常启动抗滑动控制，从而如果确定抗滑动控制未正常执行，则通过降低轨道车辆速度防止轨道被损坏。
结合附图，从下面详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将变得更加容易理解。在附图中图1表示根据本发明的轨道车辆车轮滑动检测系统的转速探测器，所述探测器装在轨道车辆的轮组上，用于检测轮组的转速；图2表示根据本发明的车轮滑动检测系统的空气压力计，所述空气压力计装在轨道车辆的制动组件上，用于测量制动空气压力；图3是表示根据本发明的轨道车辆的车轮滑动检测系统的框图；图4是表示根据本发明的车轮滑动检测系统如何工作的流程图；图5是表示抗滑动控制正常启动时转速的变化曲线；以及图6是表示抗滑动控制正常启动时制动空气压力的变化曲线。
具体实施例方式
图1表示根据本发明的轨道车辆的车轮滑动检测系统的转速探测器，所述探测器装在轨道车辆的轮组上，用于检测轮组的转速。如图1所示，用于支撑轨道车辆车体100的轨道车辆的试验和相邻车轮转向架200和300包括两个前轮组202和302以及两个后轮组204和304，每个轮组包括车轮210a和210b以及轴220，像普通车轮转向架一样。试验和相邻车轮转向架200和300每个装备有不同特征的装置，例如用于减轻车轮210a和210b以及轨道引起的振动的装置，以及用于轨道车辆制动的装置。
试验车轮转向架用于测试轨道车辆是否滑动，相邻车轮转向架300与试验车轮转向架200相邻，用于判断试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的转速与基准转速之差是否超出可接受极限。根据本发明，为了检测轨道车辆的车轮转速，在试验车轮转向架200的前轮组202和后轮组204上安装第一和第二转速(或频率)探测器230和240，在相邻车轮转向架300的前轮组302和后轮组304上安装第三和第四转速探测器330和340。
第一到第四转速探测器230、240、330和340装在轮组202、204、302和304的外部，分别包括脉冲发生齿轮232、242、332和342，和接近开关234、244、334和344。
更具体地，行驶速度检测的精确度取决于脉冲发生齿轮232、242、332和342上按预定间隔分隔开的齿数，这里的每个脉冲发生齿轮是圆盘形的。为了增大行驶速度检测的精确度，脉冲发生齿轮232、242、332和342需要有尽可能多的齿。
接近开关234、244、334和344装在脉冲发生齿轮232、242、332和342的齿附近。接近开关234、244、334和344发出光线，并根据随着轮组202、204、302和304一起旋转的脉冲发生齿轮232、242、332和342的齿上反射的光线产生脉冲信号。
接近开关234、244、334和344产生的脉冲信号受到不同转换过程的影响，这将在后面说明，并且最后用于数据采集器中计算轮组202、204、302和304的转速。
图2是试验车轮转向架200的前轮组202的放大图。如图2所示，轴220上装有两个制动盘236，并在试验车轮转向架200的前轮组202的车轮210a和210b之间分开预定间隔。制动组件250用于对制动盘236提供制动力。制动组件250通过管道270接收气罐产生的压缩空气。
制动组件250包括制动片252a和252b，用于夹持制动盘236的两侧；以及制动气缸254，用于为制动片252a和252b提供制动动力。
气罐260产生的压缩空气通过管道270供给气缸254，接着气缸254启动制动片252a和252b夹持制动盘236，从而制动车轮210a和210b。
在气罐260与制动组件250之间装有空气压力计400以测量气罐260施加到制动组件250的空气压力。空气压力计400包括压力-电压变换器，其使用应变计(strain gauge)测量空气压力。应变计装在空气压力计中，将空气压力变化引起的变形转换成电信号(例如，mV)。
如果施加在试验车轮转向架200的前轮组202的制动力小于车轮210a和210b与轨道之间的摩擦力，则制动正常进行；否则试验车轮转向架200滑动，磨损车轮210a和210b。磨损损坏轨道并减小乘客舒适度以及轨道车辆的安全性。
为了防止在制动力大于摩擦力时轨道车辆滑动，轨道车辆利用电子制动控制单元(未图示)执行抗滑动控制。但是，需要检查抗滑动控制是否正常执行。
如果轨道车辆滑动，则执行抗滑动控制以将气缸260的制动空气压力减小到小于制动所需预定压力，从而将制动力减小到小于摩擦力，由此防止滑动。
虽然图2的说明仅是针对试验车轮转向架200的前轮组202，但相同的原理也适用于后轮组204。
图3是表示根据本发明的轨道车辆的车轮滑动检测系统的框图。如图3所示，本发明的车轮滑动检测系统包括第一到第四转速探测器230、240、330和340，第一到第四频率/电压(F/V)变换器410、420、430和440，空气压力计400，信号放大器450，模/数(A/D)变换器460，以及数据采集器500。
第一到第四转速探测器230、240、330和340包括脉冲发生齿轮232、242、332和342，以及接近开关234、244、334和344。脉冲发生齿轮232、242、332和342具有多个随轮组202、204、302和304的旋转而旋转的齿。装在轮组202、204、302和304的外边部分的接近开关234、244、334和344发射光线，并根据轮组202、204、302和304旋转时脉冲发生齿轮232、242、332和342的齿的运动产生脉冲信号。
F/V变换器410、420、430和440从第一至第四转速探测器230、240、330和340接收脉冲信号，并将接收的信号转换成模块电压信号。
空气压力计400测量施加到制动组件250的空气压力，此制动组件250用于制动轮组202、204、302和304的制动盘236。空气压力计400利用应变计将制动组件250的空气压力变化引起的变形转换成电信号(例如，mV)。
信号放大器450将空气压力计400输出的弱模拟空气压力测量信号放大预定的增益，产生实际可用的信号。
A/D变换器460将第一到第四转速探测器接收的模拟脉冲信号转换成数字脉冲信号，并且将从空气压力计400接收的模拟空气压力测量信号转换成数字信号。
数据采集器500从A/D变换器460接收数字脉冲信号以及数字空气压力测量信号，并且计算和存储轮组202、204、302和304的转速以及制动组件250的空气压力。
由于数据采集器500本身不能处理第一到第四转速探测器230、240、330和340输出的模拟速度检测信号以及空气压力计400输出的模拟空气压力测量信号，因此A/D变换器460将模拟信号转换成适于数据采集器500处理的数字数据。
A/D变换器460优选的是多通道A/D变换器，采样速率是100kS/s(每秒100,000个抽样点)，数据分辨率是12位，对应于212。
数据采集器500包括电源510、电源开关520、存储器530、控制器540、显示器550、接口单元560和键盘输入单元570。
电源510为数据采集器500提供DC电力。电源开关520打开和关闭电源510的DC电力输出。
存储器530存储操作系统的操作系统，以及应用程序，该应用程序用于接收脉冲信号并计算轮组202、204、302和304的转速，以及接收和分析空气压力测量信号。
控制器540在电源开关520打开时从电源510接收电力，并且通过激活储存在存储器530中的操作系统将系统初始化。利用应用程序，控制器540接收A/D变换器460输出的数字脉冲数据以及数字空气压力测量数据，计算轮组202、204、302和304的转速，以及分析制动组件250的空气压力，从而判断轨道车辆是否滑动。
显示器550包括液晶显示器(LCD)或类似设备，用于图形显示计算的转速数据以及分析的空气压力数据，从而用户可以通过自己的眼睛确认数据。
接口单元560用于将控制器540计算的转速和空气压力数据以及存储器530中存储的转速和空气压力数据传送到特定系统，例如外部计算机。
键盘输入单元570用于输入在控制器540中计算和测量转速和空气压力的指令。
数据采集器500优选地包括工业系统，例如，包括PentiumlGHzCPU、256MB RAM和20GB硬盘的设备或计算机。
利用存储在存储器530中的应用程序，基于空气压力计400输出的空气压力测量信号以及根据脉冲发生齿轮232、242、332和342的旋转从接近开关234、244、334和344输出的脉冲信号，数据采集器500计算空气压力和转速。
轨道车辆的行驶速度按以下方程计算 或者 另外，通过将空气压力计400得到的空气压力测量值代入以下方程，可以计算制动力。
其中，P是气缸压力(即，气缸中的空气压力)，Fs是弹簧力，A是气缸面积(即，活塞的横截面积)，l2/l1是弯角比(caliper ratio)，μ是(靴或垫片)摩擦系数。
由于以下原因，不但使用测试车轮转向架200的轮组202和204的旋转速度，而且使用相邻车轮转向架300的轮组302和304的旋转速度来测试试验车轮转向架200是否滑动。如果在试验车轮转向架200的前后轮组202和204固定时试验车轮转向架200滑动，则轮组202和204的车轮210a和210b的转速检测为零，因此轮组202和204的车轮210a和210b的任一转速不能设置为用于计算转速差的基准转速，这将在下面描述。因此，作为滑动监测对象的试验车轮转向架200与相邻车轮转向架300的四个轮组202、204、302和304的转速都被检测出来，将检测到的转速的最大值设置为基准转速。然后，计算基准转速与测试车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的车轮210a和210b的转速之差，接着判断计算的转速差是否小于可接受极限。
如果试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的转速与试验和相邻车轮转向架200和300的轮组202、204、302和304的最大转速之差超过可接受极限，其中该差值是基于轮组202、204、302和304上的第一到第四转速探测器230、240、330和340输出的脉冲信号计算的，则假定试验车轮转向架200的前轮组202或轮组204滑动，并且在电子制动控制单元(未图示)的控制下，试验车轮转向架200的制动空气压力减小到小于预定制动空气压力，从而转速差减小到小于可接受极限。这里，如果制动空气压力返回到预定制动空气压力，使转速差高于可接受极限，就可以确定抗滑动控制未正常运行，从而试验车轮转向架200滑动，磨损车轮210a和210b。
换言之，根据本发明，基于第一到第四转速探测器230、240、330和340测量的轮组202、204、302和304的转速，判断试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204是否滑动。这里，如果假定试验车轮转向架200由于转速差高出可接受极限而滑动，并且在电子制动控制单元的控制下由制动空气压力施加制动力，那么利用空气压力计400得到的空气压力测量数据计算制动空气压力，并基于计算的空气压力判断抗滑动控制是否正常执行。
下面将参考图4说明根据本发明的轨道车辆的车轮滑动检测系统的操作。
如果数据采集器500在电源开关520打开时从电源510接收电力，则控制器540启动存储在存储器530中的操作系统，从而初始化系统(S600)。这里，将各种试验信息，例如试验日期和车辆编号，通过键盘输入单元570输入数据采集器500。
如果初始化的数据采集器500准备好计算试验和相邻车轮转向架200和300的轮组202、204、302和304的转速和行驶距离，则采集器500判断轨道车辆是否行进。如果轨道车辆不行进，则系统转换到等待模式(S610)。
如果轨道车辆行进了，轮组202、204、302和304旋转，装在轮组202、204、302和304端部的第一到第四转速探测器230、240、330和340的脉冲发生齿轮232、242、332和342也旋转。随着脉冲发生齿轮232、242、332和342旋转，脉冲发生齿轮232、242、332和342的齿也旋转。随着脉冲发生齿轮232、242、332和342的齿旋转，装在齿附近的接近开关234、244、334和344产生脉冲信号。第一到第四F/V变换器410、420、430和440接收脉冲信号并将其转换成模拟电压信号。A/D变换器460接收模拟电压信号并将其转换成数字脉冲信号，输入控制器540(S620)。另一方面，空气压力计400测量气缸中的空气压力，信号放大器450放大空气压力测量信号并将其提供到A/D变换器460。A/D变换器460将空气压力测量信号转换成数字空气压力测量信号，输入到控制器540(S620)。
利用存储在存储器中的应用程序，控制器540基于从A/D变换器460接收的数字脉冲信号和数字空气压力测量信号，计算轮组202、204、302和304的转速以及气缸的空气压力(S630)。
然后，控制器540按以下方式判断试验车轮转向架200是否滑动(S640)。首先，控制器540将轮组202、204、302和304四个转速的最大值设定为基准转速。控制器540判断试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的转速与基准转速之差是否小于可接受极限。如果前轮组202或后轮组204的转速与基准转速之差超过可接受极限，则控制器540假定试验车轮转向架200正在滑动，并检测气缸的空气压力变化，以判断抗滑动控制是否启动，从而判断试验车轮转向架200是否出现(S640)。
控制器540在显示器550上图形显示试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的转速以及制动空气压力变化，从而使用户判断试验车轮转向架200是否滑动(S650)。
在预定的时间或者响应于键盘输入单元570输入的相应指令，试验车轮转向架200的前轮组202或后轮组204的计算出来转速以及计算出的制动空气压力存储在存储器530中(S660)。
图5和6是分别表示抗滑动控制正常启动时转速和制动空气压力的变化曲线。从图5和6可以看出，当前轮组202或后轮组204的转速与基准转速不同时，气缸254的制动空气压力降低，并且如果前轮组202或后轮组204的转速等于基准转速，则气缸254制动空气压力变回到起始设定值。
但是，如果抗滑动控制未正常启动而使车轮210a和210b磨损，虽然前轮组202或后轮组204的转速与基准转速不同，但气缸254的制动空气压力不变。
从上面描述可以清楚看出，根据本发明的轨道车辆的车轮滑动检测系统具有以下特征和优点。
当施加制动力时，简单地通过利用装在前后轮组的转速探测器测量试验和相邻车轮转向架的前后轮组的转速，以及利用装在制动气缸上的空气压力计测量制动气缸的空气压力，可以容易地检查轨道车辆是否滑动。
基于施加制动力时轨道车辆是否滑动的检查，可以判断轨道车辆的电子制动控制单元是否正常启动抗滑动控制，从而如果确定抗滑动控制未正常执行，则通过降低轨道车辆速度防止轨道被损坏。
虽然为了解释的目的已经说明了本发明的优选实施例，但本领域一般技术人员应该理解的是，在不偏离权利要求限定的本发明范围和精神的情况下，可以做出不同修改、增添和替代。
工业适用性本发明涉及一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，更具体地涉及一种车轮滑动检测系统，它能基于轨道车辆的轮组转速以及施加机械制动力的制动气缸空气压力，判断轨道车辆是否滑动。
权利要求
1.一种轨道车辆的车轮滑动检测系统，所述系统包括第一和第二转速探测器，分别安装在轨道车辆试验车轮转向架的前轮组和后轮组的外边部分上，该第一和第二转速探测器根据试验车轮转向架的前轮组和后轮组的旋转产生两个相应的脉冲信号；第三和第四转速探测器，分别安装在与试验车轮转向架相邻的轨道车辆相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的外边部分上，该第三和第四转速探测器根据相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的旋转产生两个相应的脉冲信号；第一至第四频率/电压变换器，分别用于从第一至第四转速探测器接收四个脉冲信号，并将接收的脉冲信号变换成四个模拟电压脉冲信号；空气压力计，用于测量施加在制动组件的气缸上的空气压力，所述制动组件用于制动试验车轮转向架的前轮组和后轮组的制动盘；模/数变换器，用于从第一至第四频率/电压变换器接收四个模拟电压脉冲信号，将接收到的模拟电压脉冲信号变换成四个数字脉冲信号，从空气压力计接收模拟空气压力测量信号，并将接收到的模拟空气压力测量信号变换成数字空气压力测量信号；以及数据采集器，用于从模/数变换器接收四个数字脉冲信号和数字空气压力测量信号，基于四个数字脉冲信号计算试验和相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的四个转速，将四个转速的最大值设定为基准转速，判断试验车轮转向架的前轮组或后轮组的转速与基准转速之间之差是否小于可接受极限，并且基于从模/数变换器接收的数字空气压力测量信号，判断制动力是否施加在试验车轮转向架上，从而判断试验车轮转向架是否滑动。
2.根据权利要求1所述的系统，其中数据采集器包括电源，用于供应直流电力；电源开关，用于打开/关闭所述电源；存储器，用于存储初始化系统的操作系统，以及基于四个数字脉冲信号计算四个转速和基于数字空气压力测量信号计算气缸内空气压力的应用程序；控制器，当电源开关打开时从电源接收电力，并激活存储在存储器中的操作系统和应用程序，从模/数变换器接收四个数字脉冲信号和数字空气压力测量信号，基于四个数字脉冲信号计算试验和相邻车轮转向架的前轮组和后轮组的四个转速，将四个转速的最大值设定为基准转速，判断试验车轮转向架的前轮组或后轮组的转速与基准转速之间之差是否小于可接受极限，并且基于从模/数变换器接收的数字空气压力测量信号，判断制动力是否施加在试验车轮转向架上，从而判断试验车轮转向架是否滑动；以及显示器，用于显示控制器计算的试验车轮转向架的行驶速度和行驶距离。
3.根据权利要求2所述的系统，其中显示器包括液晶显示器。
4.根据权利要求2所述的系统，其中数据采集器还包括接口单元，用于将控制器计算的空气压力和试验车轮转向架的前轮组和后轮组的转速传送到外部设备。
5.根据权利要求2所述的系统，其中数据采集器还包括键盘输入单元，用于将指令输入控制器。
6.根据权利要求2所述的系统，其中控制器计算四个转速和空气压力并将它们存储在存储器中。
7.根据权利要求1所述的系统，其中第一脉冲探测器包括圆盘形脉冲发生齿轮，所述齿轮安装在前轮组外边部分的试验车轮转向架的前轮组上，所述齿轮具有按预定间隔分隔开的多个齿，随着前轮组旋转而旋转；以及安装在齿附近的接近开关，根据前轮组旋转时该前轮组的齿运动产生脉冲信号。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括信号放大器，用于将由空气压力计输出的弱模拟空气压力测量信号放大预定增益，产生实际可用的信号。
全文摘要
本发明涉及一种判断轨道车辆是否滑动的车轮滑动检测系统。所述系统包括转速探测器(230、240、330和340)，用于检测轨道车辆试验和相邻车轮转向架(200和300)的前轮组和后轮组(202、204、302和304)的转速；空气压力计(400)，用于检测将试验车轮转向架(200)的前轮组(202)的制动盘(236)制动所施加的空气压力；A/D变换器(460)，用于将检测信号变换成数字信号；以及数据采集器(500)，用于基于数字信号判断试验车轮转向架是否滑动。所述系统简单地通过用转速探测器测量转速以及用空气压力计测量空气压力，可以容易地判断轨道车辆在施加制动力时是否滑动。
文档编号B61H5/00GK1898543SQ200480038045
公开日2007年1月17日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月19日
发明者金永国, 金硕源, 朴赞京, 睦镇龙, 韩咏材 申请人:韩国铁道技术研究院