動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置及方法
【專利摘要】一種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置及方法，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置包括：至少一三軸加速度傳感器，采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車車體振動信號；數(shù)據采集模塊，對列車車體振動信號進行信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號；數(shù)據處理模塊，對三軸加速度數(shù)字信號進行去野值、低通濾波處理，結合列車運行信息對處理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價結果；網絡傳輸模塊，將評價結果發(fā)送至列車控制端，并將列車運行信息發(fā)送至數(shù)據處理模塊；車載實時數(shù)據庫，用于將三軸加速度數(shù)字信號及評價結果與列車運行信息一一對應存儲。利用本發(fā)明，保障了列車運行的安全性及舒適性。
【專利說明】
動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通高速列車車輛安全檢測技術領域，特別涉及一種動車組車載 平穩(wěn)性監(jiān)控裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著列車速度的提高，高速列車運行過程中，所處的動態(tài)環(huán)境變化非常迅速，輪軌 間動力作用不斷加劇，同時線路不平順產生的激擾或者列車本身固有部件的故障，會影響 列車運行平穩(wěn)性。同時由于線路、檢修運用等各種原因導致車體轉向架、車輪、軸箱黃、空氣 彈簧及各部磨耗相互的配合間隙超過運用限度容易造成車體振動較大，影響舒適性和平穩(wěn) 性，如不能及時發(fā)現(xiàn)，就會造成列車橫向、縱向或垂向振動異常，造成車輛不安全運行或引 起旅客不舒適反應。由于高速列車系統(tǒng)是一個復雜的非線性振動系統(tǒng)，在特定工況下，系統(tǒng) 的特定部位的輸出信號在特定分析域內是有一定的分布的，通過這種特定分析域內信號能 量的分布變化情況可以識別系統(tǒng)的狀態(tài)。
[0003] 我國國家標準局和鐵道部也制定了相應標準，即GB5599-85和TB/T2360-93,這兩 個標準的制定為鐵道機車車輛的生產和改造提供了依據，在我國鐵道事業(yè)中起著極大的推 動作用。但是由于制定時間已久，加之當時的水平有限，所以該標準具有一定的缺陷和局限 性，已不能完全適應我國現(xiàn)在飛速發(fā)展中的鐵路事業(yè)。同時當今世界各國的鐵路客車運輸 己經走進了高速化、人性化的新時代，但目前國內外至今沒有對高速列車車載平穩(wěn)性的監(jiān) 控裝置，對運行的安全性及舒適性無法進行定量評估。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置及方法，以對動車組車載的平穩(wěn)性 進行監(jiān)控，保障列車運行的安全性及舒適性。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，該車 組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置包括：
[0006] 至少一三軸加速度傳感器，用于采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車 車體振動信號；
[0007] 數(shù)據采集模塊，連接所述三軸加速度傳感器，用于對所述列車車體振動信號進行 信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號；
[0008] 數(shù)據處理模塊，連接所述數(shù)據采集模塊，用于對所述三軸加速度數(shù)字信號進行去 野值、低通濾波處理，結合列車運行信息對處理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分 析及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價結果；
[0009] 網絡傳輸模塊，連接至所述數(shù)據處理模塊，并通過列車級網絡連接至列車控制端， 用于將所述評價結果發(fā)送至所述列車控制端，并將所述列車運行信息發(fā)送至所述數(shù)據處理 豐旲塊；
[0010] 車載實時數(shù)據庫，用于將所述三軸加速度數(shù)字信號及所述評價結果與所述列車運 行信息一一對應存儲。
[0011] -實施例中，所述車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置還包括：
[0012] 地面專家模塊，連接所述車載實時數(shù)據庫，用于根據三軸加速度數(shù)字信號建立車 輛運行可靠性及舒適性指標訓練集。
[0013] 一實施例中，所述數(shù)據處理模塊還用于根據所述三軸加速度數(shù)字信號及所述評價 結果進行縱向及橫向歷史對比，判斷造成平穩(wěn)性值超標的原因，剔除系統(tǒng)誤報。
[0014] -實施例中，所述網絡傳輸模塊為包括:MVB網絡模塊、以太網網絡模塊、I/O模塊、 LonWorks網絡傳輸模塊。
[0015] -實施例中，所述三軸加速度傳感器的個數(shù)為兩個，分別設置于所述列車的車頭 及車尾，位于轉向架中心一側1000mm的車體下方。
[0016] 一實施例中，所述三軸加速度傳感器的安裝位置的橫向允許安裝范圍為-500mm~ +500_，縱向允許向車體中心方向移動小于1500mm。
[0017] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例還提供一種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，該動 車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法包括：
[0018] 采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車車體振動信號；
[0019] 對所述列車車體振動信號進行信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號； [0020]對所述三軸加速度數(shù)字信號進行去野值、低通濾波處理，結合列車運行信息對處 理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價 結果，所述列車運行信息包括列車ID信息、里程、速度及公里標。
[0021 ] -實施例中，還包括:將所述三軸加速度數(shù)字信號及評價結果與所述列車運行信 息 對應存儲。
[0022] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法還包括:根據所述三軸加速度數(shù)字信 號建立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集。
[0023] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法還包括:根據所述三軸加速度數(shù)字信 號及所述評價結果進行縱向及橫向歷史對比，判斷造成平穩(wěn)性值超標的原因，剔除系統(tǒng)誤 報。
[0024] 本發(fā)明實施例的有益技術效果在于：
[0025] 本發(fā)明通過對動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控，保障了列車運行的安全性及舒適性；
[0026] 本發(fā)明通過生成車輛運行可靠性的評價結果報告，使車輛運用部門對車輛的維修 有的放矢，提尚了檢修效率；
[0027] 本發(fā)明通過地面專家模塊對車載橫向、縱向和垂向振動信號進行大數(shù)據分析，建 立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集，為實現(xiàn)預測車輛平穩(wěn)性狀態(tài)提供了基礎，同時大 大減小了車輛的維修運用成本。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029] 圖1為本發(fā)明實施例動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置的結構示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實施例三軸傳感器的安裝位置示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明實施例中以MVB網絡作為網絡傳輸模塊的傳輸示意圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明實施例中以太網網絡作為網絡傳輸模塊的傳輸示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明實施例中LonWorks網絡作為網絡傳輸模塊的傳輸示意圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明實施例中I/O接口作為網絡傳輸模塊的傳輸示意圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明實施例的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]本發(fā)明旨在識別車體平穩(wěn)狀態(tài)是否達標，平穩(wěn)狀態(tài)主要涉及車體的平穩(wěn)性指標及 縱向沖動指標。
[0038] 平穩(wěn)性指標：
[0039] 按照GB 5599-85的規(guī)定，動車組平穩(wěn)性指標通過如下公式計算：
[0040]
[0041] 公式中：W為平穩(wěn)性指標，A為振動加速度(單位為g)，包括橫向加速度和垂向加速 度，f為振動頻率(單位為Hz )，F(xiàn)( f)為頻率修正系數(shù)，如表1所示。
[0042] 表1平穩(wěn)性指標
[0043]
[0044] 列車客室平穩(wěn)性指標K2.75;
[0045] 列車司機室平穩(wěn)性指標K3。
[0046] 縱向沖動指標：
[0047]按照TB/T 2543-1995的規(guī)定，縱向沖動用平穩(wěn)性監(jiān)控傳感器采集的列車縱向加速 度變化率來評定，該加速度變化率用J來度量，J = da/dt(m/s2)，列車縱向沖動評定分為優(yōu)、 良、及格和不及格四個等級，其相應的J值見表2。
[0048] 表2縱向沖動指標
[0049]
[0050]-~因而，通過識別車體加速度即能識別車體平穩(wěn)狀態(tài)是否達標_，本發(fā)明通過識別車 體加速度識別車體平穩(wěn)狀態(tài)是否達標。
[0051 ]圖1為動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置的結構示意圖，如圖1所示，該動車組車載平穩(wěn) 性監(jiān)控裝置，包括:三軸加速度傳感器、數(shù)據采集模塊、數(shù)據處理模塊、網絡傳輸模塊及車載 實時數(shù)據庫。
[0052]三軸加速度傳感器設置于該裝置的最前端，用于采集包含橫向信號、縱向信號及 垂向信號的列車車體振動信號；
[0053]數(shù)據采集模塊連接三軸加速度傳感器，用于對三軸加速度傳感器采集列車車體振 動信號進行濾波、信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號。
[0054]數(shù)據處理模塊（主機)連接數(shù)據采集模塊，用于對三軸加速度數(shù)字信號進行去野 值、低通濾波處理，結合列車運行信息對處理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析 及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價結果。列車運行信息包括列車ID信息、里程、速度 及公里標等。
[0055] 網絡傳輸模塊連接至數(shù)據處理模塊，并通過列車級網絡連接至列車控制端，用于 將評價結果發(fā)送至所述列車控制端，并將列車運行信息發(fā)送至數(shù)據處理模塊。
[0056] 車載實時數(shù)據庫用于將三軸加速度數(shù)字信號及所述評價結果與所述列車運行信 息一一對應存儲，即分類存儲。利用車載實時數(shù)據庫中存儲的三軸加速度數(shù)字信號及所述 評價結果，數(shù)據處理模塊還可以進行縱向，判斷造成平穩(wěn)性值超標的原因是由于線路的不 平順還是列車本身的問題，還可以進行橫向歷史對比，剔除系統(tǒng)誤報，減少系統(tǒng)誤報。
[0057] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置還包括:地面專家模塊，連接車載實時 數(shù)據庫，地面專家模塊中可以包括轉存車載實時數(shù)據庫中的數(shù)據的地面數(shù)據庫，地面專家 模塊可以對地面數(shù)據庫中存儲的數(shù)據進行更深層次的挖掘，即根據三軸加速度數(shù)字信號建 立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集(建立列車檔案），實現(xiàn)列車數(shù)據的匯總分析，對同 列車不同車廂之間平穩(wěn)性狀態(tài)的橫向對比，分析車體平穩(wěn)性狀態(tài)發(fā)展趨勢，實現(xiàn)對車輛運 行安全性及舒適性準確預測，從而指導列車運用管理及維修。
[0058]三軸加速度傳感器為平穩(wěn)性監(jiān)控傳感器，個數(shù)可以根據實際情況而定，在本實施 例中，如圖2所示，三軸加速度傳感器的個數(shù)為兩個(分別為SCT1及SCT2)，分別設置于列車 的車頭及車尾，位于轉向架中心一側1000mm的車體下方，安裝位置的橫向允許安裝范圍為-500mm~+500mm，縱向允許向車體中心方向移動小于1500mm。圖2中，0為車體中心，X軸為列 車車身縱向。
[0059]網絡傳輸模塊為包括:MVB網絡模塊、以太網網絡模塊、I/O模塊、LonWorks網絡傳 輸模塊等。MVB網絡模塊、以太網網絡模塊、I/O模塊、LonWorks網絡傳輸模塊可以設置在板 卡上，可以單獨作為網絡傳輸模塊連接至數(shù)據處理模塊，并通過列車級網絡連接至列車控 制端。圖3至圖6分別為MVB網絡模塊、以太網網絡模塊、I /0模塊、LonWorks網絡傳輸模塊單 獨作為網絡傳輸模塊的傳輸示意圖。圖3至圖6中，傳感器為三軸加速度傳感器，系統(tǒng)裝置主 機為圖1中除了三軸加速度傳感器及地面專家模塊的部分。
[0060]本發(fā)明的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置通過安裝在列車車體的平穩(wěn)性監(jiān)控傳感器， 采集列車車體橫向、縱向以及垂向振動信號，并將數(shù)據傳輸至主機。主機結合列車運行里 程、速度、公里標等信息，根據相關標準對加速度信號進行時域分析、頻域分析及模式識別， 給出車輛運行可靠性的評價結果，并將結果實時發(fā)送給整車網絡，動車據此采取相應的減 速運行及故障導向安全措施，保障了列車運行的安全性及舒適性，使車輛運用部門對車輛 的維修有的放矢，提高了檢修效率。
[0061] 另外，本發(fā)明通過地面專家模塊對車載橫向、縱向和垂向振動信號進行大數(shù)據分 析，建立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集，為實現(xiàn)預測車輛平穩(wěn)性狀態(tài)提供了基礎，同 時大大減小了車輛的維修運用成本。
[0062] 基于圖1所示的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置相同的發(fā)明構思，本申請還提供了一 種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，如下面的實施例所述。由于該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法 解決問題的原理與動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置相似，因此該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置的 實施可以參見服務數(shù)據發(fā)布方法的實施，重復之處不再贅述。
[0063] 圖7為本發(fā)明實施例的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法流程圖，如圖7所示，該動車組 車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法包括：
[0064] S701:采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車車體振動信號；
[0065] S702:對所述列車車體振動信號進行信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信 號；
[0066] S703:對所述三軸加速度數(shù)字信號進行去野值、低通濾波處理，結合列車運行信息 對處理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的 評價結果，所述列車運行信息包括列車ID信息、里程、速度及公里標。
[0067] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法還包括:將所述三軸加速度數(shù)字信號 及評價結果與所述列車運行信息一一對應存儲。
[0068] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法還包括:根據所述三軸加速度數(shù)字信 號建立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集。
[0069] 一實施例中，該動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法還包括:根據所述三軸加速度數(shù)字信 號及所述評價結果進行縱向及橫向歷史對比，判斷造成平穩(wěn)性值超標的原因，剔除系統(tǒng)誤 報。
[0070] 本發(fā)明通過對動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控，保障了列車運行的安全性及舒適性；
[0071] 本發(fā)明通過生成車輛運行可靠性的評價結果報告，使車輛運用部門對車輛的維修 有的放矢，提尚了檢修效率；
[0072] 本發(fā)明通過地面專家模塊對車載橫向、縱向和垂向振動信號進行大數(shù)據分析，建 立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集，為實現(xiàn)預測車輛平穩(wěn)性狀態(tài)提供了基礎，同時大 大減小了車輛的維修運用成本。
[0073] 本領域內的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序 產品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機 可用存儲介質（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等）上實施的計算機程序產 品的形式。
[0074] 本發(fā)明是參照根據本發(fā)明實施例的方法、設備（系統(tǒng)）、和計算機程序產品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序 指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器以產 生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實 現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0075] 這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據處理設備以特 定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或 多個方框中指定的功能。
[0076] 這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據處理設備上，使得在計 算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或 其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一 個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0077] 本發(fā)明中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例 的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員， 依據本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內 容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【主權項】
1. 一種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，包括： 至少一三軸加速度傳感器，用于采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車車體 振動信號； 數(shù)據采集模塊，連接所述三軸加速度傳感器，用于對所述列車車體振動信號進行信號 處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號； 數(shù)據處理模塊，連接所述數(shù)據采集模塊，用于對所述三軸加速度數(shù)字信號進行去野值、 低通濾波處理，結合列車運行信息對處理后的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析及 模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價結果； 網絡傳輸模塊，連接至所述數(shù)據處理模塊，并通過列車級網絡連接至列車控制端，用于 將所述評價結果發(fā)送至所述列車控制端，并將所述列車運行信息發(fā)送至所述數(shù)據處理模 塊； 車載實時數(shù)據庫，用于將所述三軸加速度數(shù)字信號及所述評價結果與所述列車運行信 息 對應存儲。2. 根據權利要求1所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，還包括： 地面專家模塊，連接所述車載實時數(shù)據庫，用于根據三軸加速度數(shù)字信號建立車輛運 行可靠性及舒適性指標訓練集。3. 根據權利要求1所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，所述數(shù)據處理模塊 還用于根據所述三軸加速度數(shù)字信號及所述評價結果進行縱向及橫向歷史對比，判斷造成 平穩(wěn)性值超標的原因，剔除系統(tǒng)誤報。4. 根據權利要求1所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，所述網絡傳輸模塊 為包括:MVB網絡模塊、以太網網絡模塊、I /0模塊、LonWorks網絡傳輸模塊。5. 根據權利要求1所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，所述三軸加速度傳 感器的個數(shù)為兩個，分別設置于所述列車的車頭及車尾，位于轉向架中心一側1000mm的車 體下方。6. 根據權利要求5所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控裝置，其特征在于，所述三軸加速度傳 感器的安裝位置的橫向允許安裝范圍為-500mm~+500_，縱向允許向車體中心方向移動小 于1500mm〇7. -種動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，其特征在于，包括： 采集包含橫向信號、縱向信號及垂向信號的列車車體振動信號； 對所述列車車體振動信號進行信號處理及A/D轉換，生成三軸加速度數(shù)字信號； 對所述三軸加速度數(shù)字信號進行去野值、低通濾波處理，結合列車運行信息對處理后 的三軸加速度信號進行時域分析、頻域分析及模式識別，生成車輛運行平穩(wěn)性的評價結果， 所述列車運行信息包括列車ID信息、里程、速度及公里標。8. 根據權利要求7所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，其特征在于，還包括:將所述三 軸加速度數(shù)字信號及評價結果與所述列車運行信息一一對應存儲。9. 根據權利要求7所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，其特征在于，還包括:根據所述 三軸加速度數(shù)字信號建立車輛運行可靠性及舒適性指標訓練集。10. 根據權利要求7所述的動車組車載平穩(wěn)性監(jiān)控方法，其特征在于，還包括:根據所述 三軸加速度數(shù)字信號及所述評價結果進行縱向及橫向歷史對比，判斷造成平穩(wěn)性值超標的
【文檔編號】G01H17/00GK105973457SQ201610274627
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】延九磊, 申宇燕, 韓彥青, 張瑞芳, 劉峰
【申請人】中國鐵道科學研究院, 北京縱橫機電技術開發(fā)公司, 中國鐵道科學研究院機車車輛研究所