变载荷限速方法、系统及轨道消防车与流程

本发明涉及轨道消防车技术领域，具体地涉及一种变载荷限速方法、系统及轨道消防车。

背景技术：

轨道消防车是指既可以在地面行驶又可以在铁轨上行驶的路轨两用消防车。根据轨道上行驶的驱动方式，可将轨道消防车分为导轮式驱动和分动式驱动两种。对于分动式驱动的轨道消防车在铁路轨道上运行时，一般采用变量液压泵驱动液压马达，液压马达连接行走轮对使其前进或后退。当车辆需要调整速度时，变更变量油泵开口排量，即可增加或减小液压马达的转速，从而调整行走轮对的速度。

轨道消防车作为地铁、隧道、高铁高架桥等特殊工况下处置灾害、实施救援的主力消防车，要求在保证自身车辆安全的情况下尽可能快的到达灾害现场，因此轨道行驶速度是该类车型的关键参数，目前驱动液压泵的性能完全能满足车辆50km/h的行驶速度，但是由于钢轮与铁轨的摩擦系数小、没有防抱死制动系统等原因，在车辆满载工况时如果行驶速度过大，制动距离将无法满足国家标准的要求，也会带来安全隐患，因此现有车辆的速度均限制为30km/h。

由于处置不同灾害的工况不同，轨道消防车满载和空载时、搭载不同器材时重量会有较大的变化，而车速限速只根据满载工况下的制动距离，因而不能完全发挥车辆的行驶性能。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种变载荷限速方法、系统及轨道消防车，解决了现有技术中不能充分发挥轨道消防车的行驶性能的问题，实现了在不同载荷下都可以得到最大的行驶速度，在保证安全制动距离的前提下，提高了车辆的快速性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种变载荷限速系统，所述系统包括：载荷检测装置，用于检测轨道消防车承载的载荷信息；速度检测装置，用于检测所述轨道消防车的行驶速度；以及中央控制模块，用于根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作。

可选的，所述载荷检测装置为两个称重传感器，分别设置在所述轨道消防车的前、后轮对上。

可选的，所述载荷检测装置为液位传感器，设置在所述轨道消防车的水罐内，用于检测所述水罐内的水位，所述中央控制模块还用于根据所述水位，确定所述水罐内的水质量，根据预设比例，将所述水质量分配至所述前轮对载荷和后轮对载荷，所述预设比例为所述水罐的重心位置分别与所述轨道消防车的前、后轮对的距离之比。

相应的，本发明实施例还提供一种变载荷限速方法，所述方法包括：获取轨道消防车承载的载荷信息以及所述轨道消防车的行驶速度；以及根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作。

可选的，当所述轨道消防车的后轮对为制动轮时，所述根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值包括：根据确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，其中，s为所述预设安全制动距离，v0为所述行驶速度限定值，m1为前轮对载荷，m2为后轮对载荷，为钢轮滑动摩擦系数，k为制动系数。

可选的，当所述轨道消防车的前、后轮对均为制动轮时，所述根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值包括：根据确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，其中，s为所述预设安全制动距离，v0为所述行驶速度限定值，m1为前轮对载荷，m2为后轮对载荷，为钢轮滑动摩擦系数，k为制动系数。

可选的，当所获取的载荷信息为所述轨道消防车的水罐内的水位时，所述方法还包括：根据所述水位，确定所述水罐内的水质量；根据预设比例，将所述水质量分配至所述前轮对载荷和后轮对载荷，所述预设比例为所述水罐的重心位置分别与所述轨道消防车的前、后轮对的距离之比。

相应的，本发明实施例还提供一种轨道消防车，包括所述的变载荷限速系统。

通过上述技术方案，获取轨道消防车承载的载荷信息以及所述轨道消防车的行驶速度，根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作。本发明实施例解决了现有技术中不能充分发挥轨道消防车的行驶性能的问题，实现了在不同载荷下都可以得到最大的行驶速度，在保证安全制动距离的前提下，提高了车辆的快速性。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种变载荷限速系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的称重传感器在轨道消防车的前、后轮对上设置的示意图；

图3是本发明实施例提供的水罐的重心位置与前、后轮对的距离示意图；

图4是本发明实施例提供的一种变载荷限速方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的车辆制动过程中地面制动力与时间的关系图。

附图标记说明

1 前轮对 2 第一称重传感器

3 后轮对 4 第二称重传感器

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明实施例提供的一种变载荷限速系统的结构示意图。本发明实施例提供的一种变载荷限速系统，在不同载荷下，既能满足车辆安全制动距离，又能最大限度提高车辆的行驶速度，如图1所示，所述系统10包括：载荷检测装置11，用于检测轨道消防车承载的载荷信息；速度检测装置12，用于检测所述轨道消防车的行驶速度；以及中央控制模块13，用于根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作。

其中，中央控制模块根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作，例如通过电信号控制变量油泵的排量或者控制发送机的转速，从而控制液压马达的转速，使得车辆的行驶速度与载荷相匹配。

在实施方式中，所述载荷检测装置为两个称重传感器，分别设置在所述轨道消防车的前、后轮对上。如图2所示，在轨道消防车的前轮对1和后轮对3上，分别设置第一称重传感器2和第二称重传感器4。当轨道消防车正常行驶在轨道上时，通过第一称重传感器2和第二称重传感器4检测所述轨道消防车的前、后轮对承载的载荷信息。

在另一种实施方式中，对于部分轨道消防车来说，载荷的主要变化来自于水罐内的水量变化，当轨道消防车的器材箱内器材及驾驶室内人数的重量变化在总载荷中占比较小时，可以忽略，而只考虑水量变化。因此，所述载荷检测装置可以为液位传感器，设置在所述轨道消防车的水罐内，用于检测所述水罐内的水位，而所述中央控制模块根据所述水位，确定所述水罐内的水质量，根据预设比例，将所述水质量分配至所述前轮对载荷和后轮对载荷，所述预设比例为所述水罐的重心位置分别与所述轨道消防车的前、后轮对的距离之比。例如，图3所示，所述水罐的重心位置与前轮对的距离为L1，所述水罐的重心位置与后轮对的距离为L2，则所述预设比例为L1/L2，而根据相距重心位置的距离与载荷的反比关系，距离重心位置越近所承载的载荷越大，距离重心位置越远所承载的载荷越小，如图3所示，L1大于L2，则所述水质量分配至后轮对载荷大于分配至前轮对载荷。

通过上述变载荷限速系统，可以根据所获取的载荷信息，确定轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作，在保证安全制动距离的前提下，不同载荷都可以得到最大的行驶速度，提高了车辆的快速性。

相应的，图4是本发明实施例提供的一种变载荷限速方法的流程图。如图4所示，所述方法包括如下步骤：

401、获取轨道消防车承载的载荷信息以及所述轨道消防车的行驶速度；

402、根据所获取的载荷信息，确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值，并在所述轨道消防车的行驶速度超过该行驶速度限定值时，执行限速操作。

其中，如图5所示，从车辆的制动全过程来看，包括驾驶员见到信号做出行动反应(a-b段)，制动器起作用(b-c段)、持续制动(c-d段)和放松制动器(图中未示)四个阶段。一般所指制动距离是开始踩着制动踏板到车辆完全停止的距离，它包括制动器起作用(b-c段)和持续制动(c-d段)两个阶段车辆行驶的距离，这里分别设为S1和S2。

从制动时车辆受力情况来看，车轮滚动时地面制动力F等于制动器制动力，且随时间成正比的增长，但地面制动力是滑动摩擦的约反力，它的值不能超过附着力Fp，换而言之，车辆的所受制动力在制动器起作用的阶段，由制动器决定，随时间增长，当制动器制动力增长至附着力Fp，将车轮抱死后，车轮将在地面拖滑，做滑动摩擦运动，车辆所受制动力F就等于地面附着力Fp，车辆进入持续制动阶段。

以轨道消防车为例，当所述轨道消防车的前轮对为支撑导向轮，后轮对为驱动轮和制动轮时，假设前轮对载荷为m1，后轮对载荷为m2，则车辆总质量为m1+m2，起始制动行驶速度为v0，b-c段时间为t1，c-d段时间为t2，最大减速度为amax。根据运动学公式可得出：

根据公式(1)(2)得到制动总距离为：

对于公式(3)，由于t1数值较小，故略去且将行驶速度单位设置为km/h，则公式(3)转换为公式(4)：

根据物体运动时受力平衡原则，由于钢轮滚动摩擦系数为0.001至0.0015，故忽略前轮对滚动摩擦阻力，车辆速度不高，故忽略风阻，只考虑后轮对抱死后滑动摩擦阻力，其中钢轮滑动摩擦系数为则可以得到：

制动器制动力仅由制动器结构参数所决定，即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动摩擦副的摩擦因数及车轮半径等，是时间t的正比函数，因此设一个制动系数k，则根据F＝kt＝ma，将t1与amax代入，可得到：

kt1＝(m1+m2)amax 公式(6)

将公式(5)(6)代入公式(4)，可以得出S、m1、m2及v0的关系式：

其中，s为所述预设安全制动距离，v0为所述行驶速度限定值，m1为前轮对载荷，m2为后轮对载荷，为钢轮滑动摩擦系数，k为制动系数，上述公式(7)是针对所述轨道消防车的后轮对为制动轮时，预设安全制动距离与行驶速度限定值的对应关系式。当所述轨道消防车的前、后轮对均为制动轮时，则公式(7)可变换为公式(8)：

其中每个参数的含义与公式(7)相同。

根据上述公式(7)或(8)确定所述轨道消防车的与预设安全制动距离对应的行驶速度限定值。

其中，对于上述公式(7)和(8)中的参数范围，取值范围在0.1-0.3之间，k取值范围在5000到7000之间，v0限定在0-50之间，s限定在20到70之间。

在实际应用中，驾驶者可根据现场情况，在驾驶室内的显示屏上设定安全制动距离，将设定的安全制动距离代入公式(7)或(8)中，同时获取m1和m2的数值，然后得出v0，当检测得到的行驶速度超过v0时，则执行限速操作。

在本发明的一种实施方式中，除了通过设置在轨道消防车的前、后轮对上的称重传感器获取所述轨道消防车承载的载荷信息之外，对于部分轨道消防车来说，载荷的主要变化来自于水罐内的水量变化，当轨道消防车的器材箱内器材及驾驶室内人数的重量变化在总载荷中占比较小时，可以忽略，而只考虑水量变化。因此，当所获取的载荷信息为所述轨道消防车的水罐内的水位时，根据所述水位，确定所述水罐内的水质量；根据预设比例，将所述水质量分配至所述前轮对载荷和后轮对载荷，所述预设比例为所述水罐的重心位置分别与所述轨道消防车的前、后轮对的距离之比。根据相距重心位置的距离与载荷的反比关系，距离重心位置越近所承载的载荷越大，距离重心位置越远所承载的载荷越小，假设所述水罐的重心位置与前轮对的距离为L1，所述水罐的重心位置与后轮对的距离为L2，水质量为M，则所述水质量分配至前轮对载荷为所述水质量分配至后轮对载荷为

通过上述实施例，在保证安全制动距离的前提下，不同载荷都可以得到最大的行驶速度，提高了车辆的快速性，另外，通过公式(7)或(8)，驾驶者可根据现场的实际情况自行设定安全制动距离或行驶速度限定值，控制车辆自动限速，无需人工控制，提高了车辆的安全性。

相应的，本发明实施例还提供一种轨道消防车，包括上述实施例所述的变载荷限速系统。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。