一种基于gps速度的机车轮径自动校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道交通车辆测控领域，尤其涉及一种基于GPS (Global Positioning System，全球定位系统）速度的机车轮径自动校正方法。
【背景技术】
[0002] 在机车运行过程中，通常通过机车车轮驱动电机的转速与传动比来计算转来车轮 的转速，并通过机车车轮转速与车轮周长来计算机车的运行速度；同时，通过机车的运行时 间和机车的运行速度来计算机车运行里程；同时，由于机车的运行轨道是固定的，根据机车 在轨道上的运行里程，也可以实现机车的定位。
[0003] 机车在运行一段时间后，轮对与钢轨的磨损将使得其轮对直径发生变化，从而导 致机车的速度及运行里程等信息都会出现误差，因此需要定期对车轮的轮径进行校正，保 证相关信息的精度。机车车轮轮径校正的方法就是利用上述原理，通过测得一个基准机车 运行里程或基准机车运行速度，计算得到待测车轮的轮径。
[0004] 目前，国内主要采用的轮径校正方法为半自动校正方法，通过机务段的维护人员 会定期对机车的轮径进行手动测量，以该车轮作为基准，计算出机车的基准运行里程或基 准运行速度，计算其它待测车轮的轮径，显然手动测量的方式效率比较低。
[0005] 目前，针对基于GPS定位系统的机车轮径自动校正方法仅有少量研究，基于GPS 定位系统的机车轮径校正方法主要是利用GPS能够提供全方位、全天候、全时段、高精度的 卫星定位及导航服务的特点，通过GPS定位系统测得作为轮径校正计算中的基准机车运行 里程或机车运行速度，实现轮径的校正。但是现有基于GPS定位系统的机车轮径校正方法 或者需要依赖外部数据，如地图数据、线路数据等，如果缺乏这些数据或者数据精度不高， 则无法实现机车的轮径校正；或者需要在GPS系统的基础上额外加装陀螺仪等惯性测量装 置，对硬件要求高，投入及维护成本大。
【发明内容】
[0006] 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 种无需外部数据支持，仅需利用现有的GPS数据信息，就能高效、高精度、实时地实现轮径 校正的基于GPS速度的机车轮径自动校正方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于GPS速度的机车轮径 自动校正方法，包括如下步骤：
[0008] SI.建立GPS信号评价函数、机车工况评价函数、速度稳定性评价函数；
[0009] S2.监测GPS信号参数和机车工况参数；
[0010] S3.判断GPS信号评价函数、机车工况评价函数、速度稳定性评价函数是否同时为 真，当同时为真时跳转到步骤S4,否则继续执行步骤S3 ;
[0011] S4.计算待校正车轮的轮径，完成轮径自动校正。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述步骤Sl中GPS信号评价函数如式（1)所示：
[0013] fGPS (NumS, HDOP, VDOP) (I)
[0014] 式（I)中，NumS为GPS定位卫星颗数；HDOP为GPS水平分量精度因子，VDOP为GPS 垂直分量精度因子；
[0015] 当同时满{
卜，GPS信号评价函数fSPS(NumS，HD0P，VD0P)为真，否则为 假，其中，S 预设的GPS定位卫星颗数门槛值，δ 2为预设的GPS水平分量精度因子门槛 值，S 3为预设的GPS垂直分量精度因子门槛值。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述步骤Sl中机车工况评价函数如式（2)所示：
[0017] fLoco (Sliptest, Sentest, T, B, Vgps) (2)
[0018] 式（2)中，Sliptest为机车待校正车轮的车轴传感器空转信号参数、Sen test为机车 待校正车轮的车轴传感器状态信号参数，T为机车牵引工况状态信号参数，B为机车制动工 况状态信号参数，V spsS GPS速度；
[0019] 通过监测机车待校正车轮的车轴传感器空转信号参数Sliptest得出待校正车轮的 车轴传感器未发出空转信号的持续时间f (Sliptest)，监测机车牵引工况信号参数T得出未 发出机车牵引工况信号的持续时间时间f (T)，监测机车制动工况信号参数B得出未发出机 车制动工况信号的持续时间f (B);
[0020] 当同时满{
机车工况评价函数USliptest, Sentest, T，B，Vcps) 为真，否则为假，其中，Vth为预设的机车速度门槛值，δ 4为预设的机车惰行时间门槛值，δ 5 为预设的待校正车轮未发生空转持续时间门槛值。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述步骤Sl中速度稳定性评价函数如式（3)所示：
[0022] fsta (Ntest, Vgps) (3)
[0023] 式⑶中，Ntest为机车待校正车轮牵引电机的转速参数，V ^为GPS速度；
[0024] 通过对GPS速度Vsps进行微分计算在预设时间t i内的GPS加速度a SPS，对GPS加 速度am进行微分计算在预设时间12内的GPS加速度变化量k (；pS，对机车待校正车轮牵引 电机的转速Ntest进行微分计算在预设时间1 3内的机车待校正车轮牵引电机的加速度amcitOT， 对机车待校正车轮牵引电机的加速度a mcitOT进行微分计算在预设时间14内的机车待校正车 轮牵引电机的加速度变化量k MtOT;
[0025] 当同时满屈
i度稳定性评价函数fSta(Ntest，V tips)为真，否则为假，其 中，S 6为预设的GPS加速度门槛值，δ 7为预设的GPS加速度变化量门槛值，δ 8为预设的 电机转速加速度门槛值，S 9为预设的电机转速加速度变化量门槛值。
[0026] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中GPS信号参数包括GPS定位卫星颗数 NumS、GPS水平分量精度因子HDOP、GPS垂直分量精度因子VDOP、GPS速度Vsps;所述待测机 车工况参数包括机车待校正车轮的车轴传感器空转信号参数Slip test、机车待校正车轮的 车轴传感器状态信号参数Sentf3st、机车牵引工况状态信号参数T、机车制动工况状态信号参 数B，机车待校正车轮牵引电机的转速参数N test。
[0027] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4计算待校正车轮的轮径，其轮径校正计算 方法如式（4)所示：
[0028]
⑷：
[0029] 式⑷中，Dtest为待校正车轮的轮径（单位为：m)，V ^为GPS的速度（单位为：km/ h)，Ntest为待校正车轮牵引电机的转速（单位为：r/min)，k为传动比，Pi为常数圆周率。
[0030] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4计算待校正车轮的轮径，包括对GPS速度 信号和待校正车轮牵引电机转速的时序补偿，其轮径校正计算方法如式（5)所示：
[0031]
(5)
[0032] 式（5)中，Dtest为待校正车轮的轮径（单位为：m)，V ^为GPS的速度（单位为：km/ At h)，k为传动比，Pi为常数圆周率，Ntastp为待校正车轮牵引电机在计算时间点后^个数 据更新周期的转速（单位为：r/min)，其中，At为GPS数据更新周期与待校正车轮牵引电 机的转速更新周期之差，cycle为轮径校正系统从数据采集到完成一次计算所需的时间。
[0033] 作为本发明的进一步改进，在所述步骤S3中，同时判断GPS信号评价函数，及多个 待校正车轮的机车工况评价函数和速度稳定性评价函数是否同时为真，同时为真时跳转到 步骤S4,否则继续执行步骤S3。
[0034] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0035] 1、本发明仅需要利用机车现有的GPS信息及机车本身的工况信息，无需要提供额 外的外部数据信息，也无需额外加装硬件设备，就可以实现车轮的轮径校正，设备投入少， 维护成本低。
[0036] 2、本发明通过GPS信号评价函数、机车工况评价函数和速度稳定性评价函数来评 估GPS信号的质量和机车运行状态，仅在完全满足上述三个函数的情况下，才开始进行机 车轮径校正计算，轮径校正精度