基于雷达的机车轮径自动校准装置及方法与流程

本发明涉及机车轮径校准技术领域，具体涉及一种基于雷达的机车轮径自动校准装置及方法。

背景技术：

机车长时间运行导致车轮的磨耗，轮径值的减小导致计算的机车速度大于实际机车速度，机车速度的大小影响机车控制与监视系统(以下简称tcms)施加的牵引力矩，进而影响机车运行的平稳性。而且机车不同车轴的轮径值不相同时，不同车轴施加的牵引力矩需要不同，保证机车平稳运行。所以tcms需要增加轮径自动校准功能，适应机车的平稳运行要求。

目前，机车轮径自动校准方法主要有几种，但在不同程度上都存在一定的缺点。

现有技术一：卫星定位的机车轮径校准方法。通过卫星对机车的位置进行定位，确定轮径校准检测点的位置信息，检测机车通过检测点之间的车轮转速和实际走行距离，计算得到新的轮径值，轮径值＝实际走行距离/(车轮转速*π)。判断新的轮径值与原轮径值之间的差值是否大于原轮径值的1％，如果大于，则对轮径值进行修正；如果不大于，则不对轮径值进行修正。

缺点一：卫星定位的精确度低。理想情况下，民用性质的精确度为3米，军用性质的精确度为0.3米。机车的卫星定位为民用性质，3米的误差范围会导致轮径的校准值有偏差。

缺点二：适用范围窄。两个轮径校准检测点及两个轮径校准检测点之间线路通常设置在海拔相同地区，海拔高度有变化的地区会导致通过卫星定位得到的轮径校准校测点之间的距离精度误差值扩大。

缺点三：轮径修正条件严格。新的轮径值与原轮径值之间的差值大于原轮径值的1％时，开始修正轮径值。1％的误差值会导致轴重转移有偏差，各轴牵引力施加不均衡，机车运行不平稳。

现有技术二：应答器定位的机车轮径校准方法。选取平直路线上的相邻两个应答器作为轮径校正的参考基准，测出两个应答器之间的实际距离。检测机车通过参考基准之间的车轮转速，根据车轮转速得到指定时间内的运行距离，最后根据运行距离和测量的实际距离的比值，以及轮径初始值，计算得到新的轮径值。多次测量取新轮径值的平均值，判断轮径平均值与原轮径值之间的是否有差值，如果有，则对轮径值进行修正；如果没有，则不对轮径值进行修正。

缺点一：适用范围窄。相邻两个应答器及两个应答器之间线路通常设置在海拔相同地区，需要将应答器人为安装在机车运行线路上和在机车上安装接收应答器的装置。参考基准设置导致轮径自动校准条件的难以满足。

缺点二：轮径修改方式简单。轮径平均值与原轮径值之间的有差值时，开始修正轮径值。采用轮径平均值直接取代原轮径值，导致轮径值反复被修正，同时较大范围的轮径值修改会导致机车运行的平稳性。

技术实现要素：

为解决目前广泛应用的轮径校准方法存在的弊端，本发明提供了一种基于雷达的机车轮径自动校准装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：基于雷达的机车轮径自动校准装置，包括机车雷达、模拟量采集装置、机车微机、主变流器和速度传感器；机车雷达传输机车线速度给模拟量采集装置，速度传感器传输机车轴头速度给模拟量采集装置，模拟量采集装置通过mvb/以太网/can与机车微机互相通讯，主变流器通过mvb/以太网/can将电机转速传输给机车微机，与机车微机互相通讯。

所述的机车雷达安装在机车上，随机车运行。

基于雷达的机车轮径自动校准方法，采用权利要求1所述的基于雷达的机车轮径自动校准装置，其方法包括如下：雷达测速，雷达采集机车的实际运行距离和实际运行速度；采用分步校准轮径方法修改机车轮径值，每1000秒修改一次机车轮径值，修改的差值不可以超过1毫米，直至计算值和当前轮径值相同。

还包括分步轮径校准有效性判断，满足如下判定条件时，轮径校准值为有效；否则，轮径校准值为无效；

a、机车速度传感器正常；

b、机车速度超过固定值v1,v1的范围是(20km/h～80km/h)；

c、机车不施加牵引指令和电制指令；

d、机车施加的牵引力矩和电制力矩都为0；

e、机车空气制动处于缓解状态；

f、机车不处于空转或者滑行状态。

还包括空转滑行状态检测，雷达速度与轴头速度或者电机转速比较，当差值超过v2，v2的范围是(3km/h～10km/h)，同时持续时间超过固定时间t,t的范围是(3s～6s)时，则判断当前机车状态为空转或者滑行。

还包括分步轮径校准方法错误改进，采用轮径有效平均值慢速修正。

本发明的有益效果是：采用雷达校准的精度高，雷达校准的精确为毫米级别；不受运行线路限制，可广泛应用于直线、曲线、坡道等各种线路；雷达不安装在机车轴头或电机上，雷达速度与轴头速度或者电机转速比较可检测出空转、滑行等状况。采用分步校准轮径方法修改机车轮径值，解决了现有技术的轮径修改方式简单，超过某一特定值时修正或反复不间断修正的缺陷。

附图说明

图1为基于雷达的机车轮径自动校准装置框图。

图2为本发明分步校准轮径方法轮径值累加流程图。

图3为本发明分步校准轮径方法轮径值校准流程图。

具体实施方式

现结合附图对发明做进一步的说明，

一、雷达测速，雷达速度具有精确度高的特点，雷达测速主要是利用多普勒效应，计算得到机车线速度。机车雷达安装在机车上，随机车实际运行，因此可适用于机车运行在直线、曲线、坡道等各种路况。

如图1所示，模拟量采集装置得到机车雷达传输的机车线速度和速度传感器传输的机车轴头速度。模拟量采集装置将得到的数值通过mvb、以太网或者can传输给机车微机。主变流器将电机转速通过mvb、以太网或者can传输给机车微机。

二、空转滑行状态检测

雷达不安装在机车轴头上，所以雷达速度与轴头速度或者电机转速比较，当差值超过固定值v2，根据不同的车型固定值v2的数值会不同，v2普遍设置在3km/h-10km/h范围内，例如差值超过超过5km/h。同时持续时间超过固定时间t时，则判断当前机车状态为空转或者滑行。雷达测速可以检测出雨天、雪天等恶劣天气导致的空转或滑行状态。固定时间t普遍设置在3秒到60秒之间，例如固定时间t为5秒。普遍情况下，速度差值越大，固定时间越小。

三、轮径校准值计算

机车雷达发射垂直与地面夹角为小于90度，安装高度距地面较近，机车雷达输出微波，采用多普勒原理计算机车线速度。雷达计算的速度范围值很宽，适用于多种车型。当机车以一定速度运行时，机车雷达输出速度的变化有一定的限制，确保得到的雷达速度稳定性。机车雷达具有自检功能，当接收到信号后，向微机发送方波信号，来确定雷达的工作状态。机车雷达的速度值为频率量，通过比例变换转化为机车线速度。

四、轮径校准有效性判断

当满足轮径校准有效性判定条件时，轮径校准值为有效；否则，轮径校准值为无效。轮径校准有效性判定条件通常包括以下几条：

1)机车速度传感器正常；

2)机车速度超过固定值v1，根据不同的车型固定值的数值会不同，固定值v1普遍设置在20km/h-80km/h范围内，例如机车速度超过30km/h；

3)机车不施加牵引指令和电制指令；

4)机车施加的牵引力矩和电制力矩都为0；

5)机车空气制动处于缓解状态；

6)机车不处于空转或者滑行状态。

五、分步校准轮径方法

采用分步校准轮径方法修改机车轮径值，每1000秒修改一次机车轮径值，修改的差值不可以超过1毫米，直至计算值和当前轮径值相同。

当轮径校准值有效时，计时器从零开始计时；当轮径校准值无效时，计时器的计时值保持不变；当计时器的计时值为1000秒时，计时器的计时值清零重新计时。

计时器的计时值从0秒到1000秒时，将轮径校准值累加。当计时值为1000秒时，将累加值除以轮径校准值的个数，得到1000秒内轮径有效平均值。当计时值从1000秒变为0秒时，轮径校准值的累加清零，开始下一次有效平均值的计算。

将计算得到的轮径有效平均值和当前的轮径值作比较，每次得到的轮径有效平均值只可以做一次比较。如果有效平均值比当前的轮径值大而且差值小于等于1毫米，则将当前的轮径值加差值；如果有效平均值比当前的轮径值大而且差值大于1毫米，则将当前的轮径值加1毫米；如果有效平均值比当前的轮径值小而且差值小于等于1毫米，则将当前的轮径值减差值；如果有效平均值比当前的轮径值小而且差值大于等于1毫米，则将当前的轮径值减1毫米。

六、分步校准轮径方法错误改进

目前的分步校准算法不要修改为在某种条件下，轮径有效平均值快速修正；在某种条件下，轮径有效平均值慢速修正。在实际上车试验时发现，这种分步校准算法的改进型效会导致轮径校准失败，机车牵引力限制减小。

当满足某种条件时，轮径有效平均值快速修正，导致正在慢速修正接近正确目标的轮径有效平均值反偏或者过调，然后在这个新的错误的基础上，轮径有效平均值再重新向正确目标轮径慢速修正，这会导致现场机车轮径总是有修大的(轮径按理只会减不会加)且修不回来的轮径，最终按照这种分步校准算法修正后的轮径有效平均值有大有小，导致机车转速不匹配，机车牵引力限制减小。