机车实时速度估计的研究现状与技术展望

于单 片 机 的机 车 速度 信 号模 拟 与 测 量 装置 。该 装 置 能 准 确 地测 量 机 车 运行 状 态 下光 电转 速传 感 器 输 出的速 度 信 号 。文 献 成 功 将激 光 技 术运 用在 机 车实 时速 度 测最 。 文献 ［ ８ 提 山将 两 个 惯性 传 感器 安装 在 机 车 转 向 架 上 ，通 过 惯 性 传 感器 的动 态 响 应 估 测 机 车 的 实 时车 速 。其 他 基 于 的 时 间延 迟 检 测 类 似 的方 法 也 被 提 出， 只 是 采 用 不 同 的传 感 器 ，例 如 ，光学 传 感器 ｐ 或 摄像 机 ” … 。 由于可 靠 性 、 成 本 等 方 面 的 问题 ，这 些 系 统 都 没 有 被广 泛 应 用 于 铁 路 车 辆 。 最 近 ， 全球 定 位 系 统 已经 逐步 应 用 于 轨 道 车 辆 的 实 时速 度 测 量 。 姬 冰冰【 】 ” 提 出 了基 于 自适 应卡 尔 曼 滤 波 的 方法 来 提 高 雷 达 的 测速 精 度， 并 成 功运 用 在 机 车 上 。通 过 Ｇ Ｐ Ｓ 或 安 装 雷 达 ， 能够 获 得 机 车 速 度 ，但是 这 些方法 不 仅成 本 昂贵 ，而 且在 恶 劣天气 状 况和 经 过隧 道
时测速 精度 差 。
在利 用 已有 的传感 器 估 计实 时车速 的方法 中 ，任 强” 。 提 出利 用 机 车６ 个轴 的 速度 和６ 个 轴 的加 速度 估计 出重载 机车 的 实时 速度 。赵 寅¨ 采用 速度 传 感器 和加 速度 传 感器 获取 的 车身 加速 度和 车 轮速 度 信息 ，文 献 提 出卡 尔曼 滤波 算法 的 速度 估 算方 法 。利用 机 车 已有 的传 感器 获 取相 关信 息 ，再通 过 处理 获取 机车 的 实时 速度 是 目前 研
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ ＷＯＲ Ｌ Ｄ・ 探 索与观 察
机车实时速度估计 的研 摘要 】重载机车是大宗货物 中长距离运输的最佳途径。重载机车实时速度是粘着控制方法的重要参数。本文从添加装置测量和利用已有的
传 感器估 计 两个 方 面，综述 了近年 来重 载机 车 实时速 度估 计 的研 究现状 。并讨 论 了重载机 车实 时速 度 估计 所 面临的 难 点 ，主要 在 于噪 音 的处 理 和 传感 器故 障 两个 方 面。最后 展 望 了机车 实时速度 估计 的研 究方 向
【 关键词 】 传感器；重载机车；实时速度；噪音
利 用 已有 的传感 器估 计两 个方 面 。 在 利 用添 加 装置 测 量机 车 实 时速 度 的方 法 中 ，郑平 【 ６ 研 制 了基
０ 引言
近年来 我 国铁 路快速 发展 ，铁 路网纵横 交错 ，重载机车 运量大 、 速度快 、成 本低 ，给货 物运输 带来 了极大 便利 】 。随着 国家经 济建 设 和一带 一路战 略的 发展需求 ，货运重 载将成 为客运 高速之后 中 国铁 路 建设 的新重 点 。随着 铁路机 车的运输 能力不 断释放 ，保障重 载机车 安 全运 行显得 尤为 重要口 Ｊ 。当轮对 的牵 引力大 于最大 黏着 力时 ，轮对就 会产牛 空转 。空转时 轮对 的转 速迅速 上升 ，如果任 其发展往往 可能在 数秒或 略长 时间 内超 过构造速 度 ，这 样不仅 使牵 引力下 降，而且 由于 高速 空转使轮 对的踏 面严重擦 伤 ，若 是带有 轮箍结 构形式 的轮对 ，还 会 导致 轮箍 因过热 而松动脱 落 ，同时牵 引电机转子 绕组也 可能 因离心 力过 大而 飞散 “ 扫膛 ” ，可 能会 引起重 大安全 事故 】 。重载机 车安 全 运行受 到了广发关注 ，是 国内外 学者和科研单 位研宄 的重 点。 牵 引控 制是 保 障机 车安 全运 行 的关 键环 节 ，然 而 ，一 切先 进 的 控 制方 法都是 建立在 实时 了解 轨道车 辆实时 速度 的信 息 的基础 上 的。 当 前我 国机 车 大部 分采 用 光 电式 测速 传感 器 进行 机车 实 时速 度 的测 量ｌ ４ 】 ，电式测 速传 感器 的本质 是测量 机车 各个轮 对 的线 性速度 。在 没 有发生 的车轮 空转或 滑行现 象的情况 下 ，这 种方法 能够提供 可靠 的精 度 。当车轮发 生空转 或滑行 时 ，车轮 旋转速 度便不 能准确表 示轨道 车 辆存线实 时速度 ，通 常的解决方法 是平均所有 已知的车轮速 度 。
究的难 点。
３ 存在问题及技术展望 １ 机车速度相关 的概 念介绍
重 载机 车 是指 牵 引重 量 达 到 或超 过 ８ ｏ ｏ ｏ ｎ ￣、 车辆 轴 重 超 过 ２ ７ 吨 的货物 列 车 。随 着重 载货 运量 增 加 ，重载 机车 的牵 引功率 越来 越 高 。例 如 ，在 《 中国制 造２ ０ ２ ５ ） ）中，提 出研 发 具有 自主 知识 产权 的 ３ ０ 吨轴 重 机 车 ， 牵 引功 率 要 达 ￣ Ｊ ９ ６ ０ ０ ｋ ｗ。车 轮 蠕滑 及 牵 引 力产 生 示意 图如 图 ｌ 所示。 ３ ． １ 存在 的 问题 从上 述研 究现 状 可看 出 ，对 轨道 车辆 实 时速度 估 计 的研 宄成 果 主要集 中在添 加 装置测 量 的基 础 上 ，对本 项 目的研 究 具有 重要 的指 导意 义 。但在 采 用 已有 的传感 器估 机 车实 时车 速 方面 的研 究成 果 ， 尚不丰 富 ，还 需针对 下 述 问题开 展进 ‘ 步 研 究： （ １ ）利 用轨道 车辆 自有传 感器 测量车 速可 以反应 车辆 的实时 速 度状 态 ，这 种方法 实用性和 实时性好 ，但测 量的 效果受到数 据处理 能 力 的制约 。由于噪 声干扰 ，速 度传感 器输 出的原始速 度信 号中夹杂 着 噪声分 量。如果对 速度信 号不作 处理就直 接用于 车辆实 时速度测 量 ， 必然会影 响粘着特 性的辨 识精度 的可靠性 ，情况 恶劣时甚 至会导致 控 制系 统做 出错 误的判 断和 决 策 ，严 重损 害 粘着 利用 性能 。 （ ２ ）重 载机 车 工 作 环境 复 杂 、恶 劣 ，在 机 车 控 制系 统 中 ，传 感 器是 机车 中容 易损 坏 的车 载设 备 。 目前 ，人 工检测 和 定期 维修 校 准 是诊 断测 速传 感 器故 障 的最基 本 的方 法 ，但其 工 作效 率低 、工作 强度 大 、实 时性 差 ，不 能满足 重载 机车 当 前的 需求 。 ３ ． ２ 技术 展望