一种轨道车辆横向加速度测量系统技术方案

一种轨道车辆横向加速度测量系统，包括两个加速度传感器、数据采集模块、主控单元MCU模块、数据处理与分析模块；所述数据采集模块与加速度传感器连接，主控单元MCU模块分别与所述数据采集模块、数据处理与分析模块连接；两个所述加速度传感器对角设置在转向架构架上。本实用新型专利技术通过在转向架上对角设置了两个加速度传感器，测量数据可直接应用于判断蛇形失稳状态，使本实用新型专利技术适用于轨道车辆的蛇形失稳状态判断。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测量系统，特别涉及一种轨道车辆横向加速度测量系统。
技术介绍
列车安全性是列车运行首要考虑的因素，因此国内外厂商设计了不同的监测系统和设备对列车运行状态进行监测。这些检测系统和设备广泛采用加速度计和应变仪对关键部位进行监测，包括对列车安全指标和稳定指标的监测。但是，目前国内还没有判断列车蛇形失稳的国家标准，通常采用这样的处理方法：对列车转向架横向振动加速度进行0.5-10Hz带通滤波，若滤波后的信号连续6个波峰值大于8-10m/s^2，则认为列车横向不稳定(蛇形失稳)。然而此方法滤波范围较大，滤波后信号可能存在蛇形波之外的信号，六个连续波的峰值定义无理论依据，对蛇形失稳可能存在误判。随着列车运行速度的提高，对运输安全要求越来越高，对列车蛇形失稳进行预警和控制尤为重要。因此，运用检测技术对动车组运行状态进行实时监测，提出新方法对可能出现的蛇形失稳进行准确预警，具有重要意义。
技术实现思路
本技术主要目的在于解决如何满足蛇形失稳特征提取，给蛇形失稳判断给出依据的技术问题，提供一种用于蛇形失稳特征测量的轨道车辆横向加速度测量系统。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种轨道车辆横向加速度测量系统，包括两个加速度传感器、数据采集模块、主控单元MCU模块、数据处理与分析模块；所述数据采集模块与加速度传感器连接，主控单元MCU模块分别与所述数据采集模块、数据处理与分析模块连接；两个所述加速度传感器对角设置在转向架构架上。进一步，还包括GPS模块，所述GPS模块与所述数据采集模块连接。进一步，还包括数据存储单元，所述数据存储单元与所述主控单元MCU模块连接。进一步，所述GPS模块与主控单元MCU模块之间通过RS-232串口进行数据通讯。进一步，所述数据采集模块和GPS模块封装在一个铁盒中，铁盒固定在轨道车辆车下设备仓中。综上内容，本技术所述的一种轨道车辆横向加速度测量系统，转向架上对角设置了两个加速度传感器，测量数据可直接应用于判断蛇形失稳状态，使本技术适用于轨道车辆的蛇形失稳状态判断。附图说明图1是本技术蛇形失稳直接转矩控制图；图2是本技术横向加速度测量模块结果示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述：本技术所述的一种轨道车辆横向加速度测量系统，致力于消除轨道车辆的蛇形失稳，为判断蛇形失稳提供数据支持，主要应用于蛇形失稳抑制系统。轨道车辆蛇形失稳抑制系统，包括蛇形预警与控制模块、牵引电机速度控制系统，蛇形预警与控制模块的信号输出端连接所述牵引电机速度控制系统。蛇形预警与控制模块用于判断转向架是否处于蛇形失稳状态，牵引电机速度控制系统用于根据所述蛇形预警与控制模块的判断控制牵引电机的转速。通过蛇形预警与控制模块判断转向架是否处于蛇形失稳状态，若处于蛇形失稳状态，则控制牵引电机转速降低，可有效消除轨道车辆的蛇形失稳。在本实施例中，蛇形预警与控制模块采用计算振动非线性指标方法来判断转向架是否处于蛇形失稳；通过直接转矩控制(DTC)理论来实现对牵引电机转速的直接控制。具体的，如图1所示，轨道车辆蛇形失稳抑制系统，包括蛇形预警与控制模块、横向加速度测量模块、给定速度控制模块、速度控制器模块、DTC控制模块。蛇形预警与控制模块的控制信号输出端、给定转速输出端分别与给定速度控制模块的控制信号输入端、给定转速输入端连接，给定速度控制模块的给定转速输出端与速度控制器模块的给定转速输入端连接，速度控制器模块的实际转速输入端与牵引电机转速输出端连接，速度控制器模块的给定磁链输出端、给定转矩输出端分别与DTC控制模块的给定磁链输入端、给定转矩输入端连接，DTC控制模块的电压、电流输入端分别与牵引电机测量模块的电压、电流输出端连接，DTC控制模块的驱动信号输出端与牵引电机逆变器连接。如图2所示，横向加速度测量模块用于测量转向架的横向振动加速度，横向加速度测量模块的信号输出端与蛇形预警与控制模块的信号输入端连接。横向加速度测量模块包括传感器模块、GPS模块、数据采集模块、主控单元MCU模块、数据处理与分析模块、数据存储单元，数据采集模块分别与传感器模块和GPS模块连接，主控单元MCU模块分别与所述数据采集模块、数据处理与分析模块、数据存储单元连接。在本实施例中，传感器模块为两个加速度传感器，在转向架构架的弹簧筒上方对角安装两个加速度传感器，用于测量转向架的横向加速度。GPS模块与主控单元MCU模块之间通过RS-232串口进行数据通讯，通过GPS模块可确定列车非线性指标是在什么速度、什么位置等工况下得到的。数据采集模块利用A/D转换芯片实现转向架加速度模拟信号的采集。数据处理与分析模块用于对蛇形失稳特征分析与处理。数据采集模块和GPS模块被封装在一个铁盒中，固定在动车组车下设备仓中。加速度传感器采用应变加速度传感器，其采样频率默认定为1000Hz，GPS测试参数为列车的速度与位置，其采样频率默认定在10Hz。横向加速度测量模块的两个测点输出端(ydd1、ydd2)输出端分别与蛇形预警与控制模块的两个输入端连接，两个测点的横向振动加速度ydd1、ydd2传输至蛇形预警与控制模块进行下一步计算。蛇形预警与控制模块采用计算振动非线性指标方法来判断转向架是否处于蛇形失稳，振动非线性指的计算包括如下步骤：(1)对转向架一端传感器横向加速度信号进行噪声辅助EEMD经验模态分解，得到多个模态分量ci；(2)对每个IMF计算平均频率并逐个与理论蛇形频率fci进行比较，计算ε为误差允许量；若Δfci＞ε，认为没有蛇形频率成分，动车组没有蛇形失稳；反之，选Δfci最小的模态分量cj作为蛇形特征波；(3)对蛇形特征波cj计算瞬时频率IF(t)、广义过零点频率Zero-crossing(GZC)频率IFzc(t)和幅值Azc(t)；(4)计算蛇形特征波cj的非线性指标INL： I N L = ( I F ( t ) - IF z c ( t ) IF z c ( t ) . A z c 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨道车辆横向加速度测量系统，其特征在于：包括两个加速度传感器、数据采集模块、主控单元MCU模块、数据处理与分析模块；所述数据采集模块与加速度传感器连接，主控单元MCU模块分别与所述数据采集模块、数据处理与分析模块连接；两个所述加速度传感器对角设置在转向架构架上。

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆横向加速度测量系统，其特征在于：包括两个加速度传感器、数据采集模块、主控单元MCU模块、数据处理与分析模块；所述数据采集模块与加速度传感器连接，主控单元MCU模块分别与所述数据采集模块、数据处理与分析模块连接；两个所述加速度传感器对角设置在转向架构架上。2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆横向加速度测量系统，其特征在于：还包括GPS模块，所述GPS模块与所述数据采集模块连接。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈双喜，虞大联，邓小军，刘韶庆，李海涛，曲文强，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37