本发明涉及城市轨道交通领域，具体来说，是一种城铁车辆牵引制动性能同步测试方法。
背景技术：
近年来，公共交通领域发展迅速，以地铁、轻轨、有轨电车等为代表的轨道交通方式在公共交通中所占比例越来越大。优化轨道车辆参数，保障车辆安全运行是车辆设计和测试过程中的重要问题。牵引和制动系统是轨道车辆非常重要的两大独立系统，但是车辆的启动、运行和停止过程需要两个系统配合工作，其配合程度直接决定了车辆舒适性、平稳性等多个指标和性能。
现代测试技术中牵引系统和制动系统是分开测试的，非常不利于整体评估列车性能。这是由于在列车运行中，电机、逆变器、制动风缸等电器同时工作，如果分别测试，由于测试软件采样频率、响应时间不同等问题就会使测量值存在时间差，无法在同一时间轴上对测量值进行评估和比对。例如，车辆进行制动过程中，高速时主要是电制动，电机产生的电流反馈回电网或消耗在制动电阻上，低速时是空气制动或液压制动、磁轨制动等非电制动起作用。这就需要两者约定高速和低速的速度转折点，达到速度转折点时非电制动开始制动。两者的配合直接决定了列车的减速度和制动距离。
造成牵引系统和制动系统分开测试的主要原因是：牵引系统主要测量供电网的电压电流、牵引电机的电压电流、辅助供电器的电压电流等电信号；制动系统主要测量空气压力、液体压力、闸瓦温度等参数，轨道列车车辆的电机及制动缸压力较多，电机供电制式为三相交流电，如果要测量列车电机的所有电压和电流，以及车辆速度、加速度，闸瓦制动压力，温度等，需要的测试通道非常多，就会造成采集单元体积和重量较大，不易携带等问题；同时，若将所有采集的信号接入同一个数据采集单元，会造成采集数据量大，数据接口较多，不易进行数据采集和维护。以上问题造成了牵引系统和制动系统进行同步测试的技术瓶颈。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明公开了一种牵引系统和制动系统性能的同步测试系统和方法，能够同时测量评估车辆动力学性能的电流、电压、速度、加速度、制动压力等多个参数，而且避免了采集单元体积大，重量大的问题。并能在同一时间轴显示和处理采集的参数，各测量值之间不存在时间差，可以精确分析牵引系统和制动系统的配合过程。
为实现上述发明目的，本发明提供一种城铁车辆牵引和制动性能的同步测试系统，其特征在于：包括测试牵引系统和制动系统主要参数的各类型传感器、牵引采集单元、制动采集单元、测速雷达、上位机处理单元，测试牵引系统的传感器连接牵引采集单元，测试制动系统的传感器连接制动采集单元，牵引采集单元和制动采集单元、测速雷达同时连接到上位机处理单元，上位机处理单元通过指令调用同步采集板卡的数据，并根据通信协议对数据进行解压处理，并显示在软件中。
所述的牵引采集单元的内部板卡包括光纤接口模块、主控模块、数字量模拟量转换模块、电压电流传感器采集模块、加速度采集模块、热电偶采集模块、数字量采集模块、采集单元电源板；电压电流传感器、热电偶以及其他数字量信号通过面板接入采集单元内部板卡，电压电流传感器采集的模拟量接入电压电流采集模块，热电偶采集的模拟量接入热电偶采集模块，加速度传感器采集的模拟量接入加速度采集模块，三个采集模块将模拟量信号同时传送到数字量模拟量转换模块，将信号转换为数字量信号，一起传送到主控模块，主控模块由供电模块进行供电，主控模块利用spi总线将采集的信号进行打包，通过光纤接口模块连接外部光纤，传送到上位机的同步采集卡。
所述的制动采集单元的内部板卡中，只有气压/液压传感器采集模块和热电偶采集模块同时将模拟量信号传送到数字量模拟量转换模块，其余同牵引采集单元的内部板卡构成。
一种城铁车辆牵引和制动性能的同步测试方法，其特征在于包括下列步骤：
1、上位机软件向同步采集板卡发出第一级数据采集指令脉冲；
2、同步采集板卡收到采样脉冲后通过光纤同时向牵引采集单元和制动采集单元、雷达发出第二级采集指令；
3、牵引采集单元向内部板卡的主控模块发出第三级采集指令，同时，制动采集单元向内部板卡的主控模块发出第三级采集指令；
4、牵引采集单元和制动采集单元内部的数字量模拟量转换模块和数字量采集模块接受到第三级指令后将数据传送到主控模块，主控模块将数据通过光纤将数据传送给同步采集卡，同步采集卡把牵引采集单元的数据和制动采集单元的数据、雷达的数据按照通信协议进行压缩打包，一起传送给上位机软件；
5、上位机软件根据通信协议对数据进行解压处理，并显示在软件中，这样通过三级指令将所有数据进行了同步及显示。
本发明能够同时测量评估车辆动力学性能的电流、电压、速度、加速度、制动压力等多个参数，而且避免了采集单元体积大，重量大的问题。并能在同一时间轴显示和处理采集的参数，各测量值之间不存在时间差。可以精确分析牵引系统和制动系统的配合过程。
附图说明
图1：同步采样系统结构图；
图2：牵引采集单元内部板卡组成结构框图；
图3：制动采集单元内部板卡组成结构图；
图4：三级指令式同步采集流程；
图5：上位机处理单元软件流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明实施方案做进一步详细说明
第一步，搭建牵引制动同步测试系统：参照图1，用传感器测量牵引和制动系统的主要参数。测试牵引系统使用的传感器包括电流传感器、电压传感器、加速度传感器、热电偶，将这些传感器测量的信号传送给牵引采集单元进行处理，处理后的数据由主控模块传送给同步采集板卡。测试制动系统性能使用的传感器包括气压/液压传感器、热电偶传感器，将这些传感器测量的信号传送给制动采集单元进行信号处理，处理后的信号由主控模块传送给同步采集板卡。雷达采集列车的速度信息，传送给同步采集板卡。同步采集板卡与上位机构成上位机处理单元。
参照图2，牵引采集单元的主要构成包括采集单元外部箱体、采集单元内部板卡及采集单元面板三个部分。为了将外部传感器接入采集单元，需要有采集单元面板，主要包括电源开关、适配器电源插座、光纤数据接口、通道连接指示灯、数字量接入端口、电压电流传感器模拟量接口端口、热电偶接入端口、加速度传感器接口。采集单元的内部板卡包括包括光纤接口模块、主控模块、数字量模拟量转换模块、电压电流采集模块、加速度采集模块、热电偶采集模块、数字量采集模块、采集单元电源板，牵引采集单元采用外置的工频交流220v转直流24v电源供电。24v直流电源通过牵引采集单元内部板卡接入采集单元电源板。采集单元电源板将dc24v通过5个铁路专用隔离电源模块ura_zp-6wr3分别转换为+24v，-24v，+15v，-15v，12v。为了提高电源功率，使用两个电源模块并联转换±24v，±15v的方式。同样地，采集单元电源板通过与牵引采集单元内部的接口，将±24v，±15v，12v的电压传递到其它模块中。
数字量模拟量转换模块内部含5块ai采集板共40路电流/电压采集通道，最高200ksps采样率，16bit分辨率，1‰精度，通道间同步，±20ma/±10v最大输入范围。数字量模拟量转换模块用于对信号进行调制与隔离。数字量模拟量采集模块对接受传感器传递过来的模拟信号，运行运算放大器记性积分调制，并通过高速数字量模拟量转换芯片和sn74ahvc286331将传感器所传递过来的模拟信号转化为标准的数字信号，并通过spi总线传递给主控模块。
热电偶采集模块用于接受热电偶根据温度所产生的电压信号，含16路热电偶采集通道，最高200sps采样率，14bit分辨率，0.25℃精度，通道间同步，适用k型热电偶，用于采集热电偶温度信号，使用4组4端口螺栓端子接入，通过数字量模拟量转换芯片ad6836、ad7806和ti芯片sn74ahvc286331将电压信号转换为可采集的spi总线信号。
数字量采集模块用于接收车辆车轴转速信号。通过运算放大器将脉冲信号转化为5v的脉冲信号，并传递给ad7806转换为可采集的spi总线信号。
主控模块通过spi总线接收数字量模拟量采集模块、热电偶采集模块、数字量采集模块所传输的数字信号，并利用fpgaep4ce30f23c6将这些信号打包调制，按照光纤的网络协议，将它们打包成一个个数据帧，并传递给，通过牵引采集单元内部板卡传递给光纤接口模块。主控模块含2组数字接口、1组光纤接口和系统状态指示灯组成，一组数字接口具备24组普通数字输入端口（24v/110v兼容），另一组数字接口具备8路测频端口（门限电压可设）和16路普通数字输入端口（24v/110v兼容）。
光纤接口模块接受主控模块的数据，将接收到的数据帧传递给光纤。牵引采集单元通过光纤连接到同步采集板卡上。
参照图3，制动采集单元的结构与牵引采集单元的热电偶采集模块和数字量采集模块相同，两者的区别在于：牵引采集单元的传感器接口包括电流电压传感器接口、加速度传感器接口；制动采集单元的传感器接口包括气压/液压传感器接口，所以，牵引采集单元和制动采集单元的内部板卡的数字量模拟量转换模块的具体设计需要根据通道设计略有不同。
参照图4，同步采集板卡和计算机集成到一起，构成上位机处理单元，具备多种数据接口，包括光纤接口板、mvb通信板和can通信板。在与牵引采集单元、制动采集单元相连接时，考虑到轨道交通领域测试的数据量与实时传输的需要，采用光纤传输的方式进行大数据传输。同时，同步采集板卡上的can通信与mvb通信接口使得同步采集板卡可以直接与城铁列车网络相连接，将车辆数据传递给采集计算机。
mvb通信板采用duagon-pxid215，具备双mvb接口（一公一母），配置标准(双)db9线缆。can通信板具备双通道can总线接口，通道间隔离、数据传输率5kbps--1mbps、通信速率软件可设最大支持1mpbs、板载srma512k*36bit*2、can2.0电平标准，支持can协议下的同步、延迟、错误、检测等特性，配置标准db37公头--(双)db9母头标配线缆。光纤接口板具有双通道光纤接口，数据传输率高于2gbps以及rs485接口，rs485可达10mbps通信速率。
同步采集板卡接受到数据后，利用自带的缓存用于存储数据，内部总线为板卡内传输总线，通过dma（存储器直接访问）方式直接进行高速数据传输。缓存器中的信息数据，最终通过牵引、制动集成测试软件存储到采集计算机自带的500gsata固态硬盘。
选择使用便携式机箱及嵌入式控制器作为采集计算机：采集计算机作为采集单元数据接收、显示、处理、储存及用户交互终端，通过信息交换设备与牵引采集单元、制动采集单元进行数据通讯，同时还要通过rs485接口接收雷达数据，通过以太网口和同步口接收功率分析仪数据。采用6槽栈式结构便携式机箱，一体化结构设计，集成了12.1"lcd液晶触摸屏及键盘、触控板等输入方式。采集计算机的4-6号槽位被同步采集板卡占用，采集计算机1-3号槽位被采集计算机主控板占中。主控板采用intelcoretmi5处理器3610me、2.7ghzcup时钟频、4gb标准内存（最大可扩展到8gb）、256gbssd硬盘、2个千兆以太网口、4个usb2.0接口、1个vga接口、1个rs232/rs485接口，usb接口通过转换可以作为串口读取数据，用作测速雷达等信号的备用接口。
参照图5，上位机处理单元执行流程为：点击开始，从同步采集板卡中的缓存器中读取信息数据，显示在软件的界面上，并将其存储在计算机的固态硬盘，软件可以对显示界面进行操作，选择显示哪些数据，并对界面进行放大缩小来实时观测数据；点击停止，则停止采集数据，此时可以选择是否要离线分析。如果要离线分析数据，选择要分析的数据，记载后显示到显示界面上。