专利名称：一种城市轨道交通检修小车定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轨道交通检修小车领域，尤其是涉及一种城市轨道交通检修小车定位系统。
背景技术：
在城市轨道交通列车深夜停运期间需要可服务于沿线设备维护检测工作的并具有车辆定位功能的工务小车，对其要求是系统结构简单、使用方便和成本低廉；定位精确度合理(在±2/1000米之内)；尽可能利用现有轨道交通的定位资源；不对现有通信信号系统产生干扰；以及不与现有自动列车控制(ATC)的定位系统对接。鉴于现有城市轨道交通列车的车载定位功能主要服务于列车闭塞控制，其系统构成复杂，接口也不开放给其它应用，因此无法直接利用。许多文献已经引述了通过安装在运转轮轴上的光电编码器的脉 冲输出数来计算行走距离并确定车辆位置的技术方法，但在轨道检修小车的应用环境下还需要特别考虑和解决的是小车可以随意灵活地前向和后向行走时的位置确定、以及小车可能会打滑和空转情况发生时带来的定位误差补偿。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、功能有效、适应灵活、应用广泛的城市轨道交通检修小车定位系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种城市轨道交通检修小车定位系统，其特征在于，以检修小车和轨道为基础，包括光电编码器、信标、光电接近传感器及处理器；所述的光电编码器设置在检修小车的转动轮轴上，并与处理器连接；所述的信标是在轨道线路上等距离长度地点处固定在轨道枕木中间位置上的反光物体；所述的光电接近传感器有两个，分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的直线位置上的前后部位，并且分别与处理器连接。所述的信标为一段截面呈三角形的与枕木同向地固定在枕木中部位置上的红外反光架，其两侧面为反光平面，底面固定在枕木中间位置，信标的顶角α小于或等于90。。所述的光电接近传感器设有两个，分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的直线位置上的的前后部，光电接近传感器的安装位置满足以下条件I)两个光电接近传感器的安装距离必须使得前向传感器要比后向传感器较早地检测到信标，二者距离满足J = 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2]/tg ( α /2) +w/4}，H为光电接近传感器离地面枕木的高度，w为信标截面底边宽度，α为信标截面顶角的角度，tg(·)为三角正切函数；2)光电接近传感器发射的红外线与信标的反光平面垂直；3)光电接近传感器分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的中心轴线的前后位置上；4)信标固定在枕木中心位置，其反光面与轨道方向垂直；
5)光电接近传感器离地面枕木的高度H高于信标的高度，且H_h>b α/2)，h为光电接近传感器离信标的高度，b为信标截面反光面棱长，cos(·)是三角余弦函数。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、应用广泛可应用到城市轨道交通小型工务检修车辆上，可迅速到达目标工作地点、确保管理人员与现场人员有一致的地点认知度、提高维修保障工作的有效性与计划性；2、结构简单系统由I个光电编码器、2个光电接近传感器及其处理器和轨道信标组成，没有电磁辐射信号对通信信号系统产生干扰、不与现有列车定位系统对接、利用现有轨道无源反光信标便于今后技术整合和兼容；3、功能有效采用光电编码器对行走距离连续检测记录和光电接近传感器对连续记录的距离数据进行间隔校正的方法，兼顾了定位数据准确度和系统结构有效性； 4、适应灵活充分考虑到小车工作时可能前向行走、也可能随时停下后向行走的特点，安装了 2个面向不同辐射方向的光电接近传感器，恰当选定传感器的安装角度，使得面向2个方向的红外光线的发射和检测互不干扰，又分别工作在最优状态，同时二个方向的传感器分别检测到同一个信标的方法还显著提高了系统可靠性。
图I为本发明的光电编码器安装结构示意图；图2为本发明的光电接近传感器与信标的安装状态结构示意图；图3为光电接近传感器与信标的安装位置关系示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I和图2所示的城市轨道交通检修小车定位系统，是以检修小车和轨道为基础，包括光电编码器1，信标6，光电接近传感器4、5及处理器。光电编码器I可以安装在检修小车的转动轮轴3的中间部位，光电编码器转动部分的内径需与转动轮轴匹配并紧固，光电编码器的固定部分通过安装支架2与小车底盘紧固，光电编码器通过连线与处理器连接。信标6以等间距安装在轨道枕木上。光电接近传感器设有两个前向光电接近传感器4和后向光电接近传感器5，分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的中心轴线的前后部位，二者安装角度不同，但是相互对称，而且射线与对应信标的反光平面相互垂直。两个光电接近传感器分别与处理器连接。信标为一段截面呈三角形的红外反光架，与轨道枕木同向地固定在枕木上，其两侧面为反光平面，底面固定在轨道上，信标的顶角α小于或等于90。。光电接近传感器有两个，分别安装在检修小车底盘前后部，光电接近传感器的安装位置满足以下条件I)两个光电接近传感器的安装距离必须使得前向传感器要比后向传感器较早地检测到 目标，二者距尚 J = 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2] /tg ( α /2) +w/4}, tg ( ·)是二角正切函数，H为光电接近传感器离地面枕木的高度，w为信标截面底边宽度，α为信标截面顶角的角度；2)光电接近传感器发射的红外线与信标的反光平面垂直；3)光电接近传感器分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的中心轴线的前后位置上；4)信标固定在枕木中心位置，其反光面与轨道方向垂直；5)光电接近传感器离地面枕木的高度H高于信标的高度，且H_h>b α/2)，h为光电接近传感器离信标的高度，b为信标截面反光面棱长，cos(·)为三角余弦函数。本发明的工作原理如下(I)光电编码器通过检测转动轮轴速度及其方向输出脉冲信号，从而确定行走距 离和方向；(2)光电接近传感器发射定向红外线，通过检测以固定间隔距离安装在轨道枕木中心的信标的反射信号，确定车辆行走到的标称位置；(3)处理器对光电编码器和光电接近传感器输出信号进行综合分析处理，对光电编码器输出的行走距离数据进行校正并输出位置信息。光电编码器安装在转动轮轴上，当光电编码器内径套和外径套相对运动时输出脉冲，通过对脉冲计数可知行走绝对距离，行走方向由编码器输出的二个相位之差来确定。信标是截面顶角为α底面宽度为w的对称三角形红外反光架。将2个光电接近传感器分别安装在车辆底盘下的前后二个部位，当小车经过信标时这2个传感器能够以不同角度先后照射到同一信标并分别检测到反射光强度，通过这种“双向检测”来提高对信标检测的可靠性。为避免光电传感器对信标二个反射面的重复扫描，信标顶角角度必须适当。为保障最大红外功率和反射传输，传感器中心射线与信标反射面相垂直，且传感器与信标反射面连线越短越好。一般信标反射面宽度b (截面反光面棱长)是固定，一旦α确定后信标就可制作。传感器安装后的高度必须保证不会碰到信标的顶端。为确保2个光电接近传感器可以同时检测到信标，二者的间隔距离有严格要求。
权利要求
1.一种城市轨道交通检修小车定位系统，其特征在于，以检修小车和轨道为基础，包括光电编码器、信标、光电接近传感器及处理器；所述的光电编码器设置在检修小车的转动轮轴上，并与处理器连接；所述的信标是在轨道线路上等距离长度地点处固定在轨道枕木中间位置上的反光物体；所述的光电接近传感器有两个，分别安装在检修小车底盘的前后部位，并且分别与处理器连接。
2.根据权利要求I所述的一种城市轨道交通检修小车定位系统，其特征在于，所述的信标为一段截面呈三角形的与枕木同向地固定在枕木中部位置上的红外反光架，其两侧面为反光平面，底面固定在枕木中间位置，信标的顶角α小于或等于90°。
3.根据权利要求I所述的一种城市轨道交通检修小车定位系统，其特征在于，所述的光电接近传感器设有两个，分别安装在检修小车底盘的前后部位，光电接近传感器的安装位置满足以下条件 1)两个光电接近传感器的距离满足J= 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2] /tg ( a /2)+w/4}, H为光电接近传感器离地面枕木的高度，w为信标截面底边宽度，α为信标截面顶角的角度，tg(·)为三角正切函数； 2)光电接近传感器发射的红外线与信标的反光平面垂直； 3)光电接近传感器分别安装在检修小车底盘与轨道方向并行的中心轴线的前后位置上； 4)信标固定在枕木中心位置，其反光面与轨道方向垂直； 5)光电接近传感器离地面枕木的高度H高于信标的高度，且H-h> b cos ( α /2)，h为光电接近传感器离信标的高度，b为信标截面反光面棱长，cos(·)是三角余弦函数。
全文摘要
本发明涉及一种城市轨道交通检修小车定位系统，该系统以检修小车和轨道为基础，包括光电编码器、信标、光电接近传感器及处理器；所述的光电编码器设置在检修小车的转动轮轴上，并与处理器连接；所述的信标固定在轨道枕木的中间部位上；所述的光电接近传感器有两个，分别安装在检修小车底盘的前后部位，并分别与处理器连接。与现有技术相比，本发明具有结构简单、功能有效、适应灵活和应用广泛等优点。
文档编号G01C23/00GK102897195SQ20111021117
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者周民立 申请人:上海工程技术大学