一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，包括以下步驟：1)懸浮架沿軌道運(yùn)動(dòng)方向上依次設(shè)置四個(gè)間隙傳感器；2)建立參考坐標(biāo)系；3)根據(jù)間隙傳感器測(cè)量的間隙值和間隙傳感器的設(shè)置位置得到四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)；4)根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取同一時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第一擬合直線，再根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第一擬合直線的偏差值獲取中低速磁浮軌道在當(dāng)前時(shí)刻所處位置的四點(diǎn)直線度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用列車懸浮控制設(shè)備，通過懸浮控制傳感器，以懸浮磁鐵模塊為“尺”，高效準(zhǔn)確的檢測(cè)磁浮軌道的直線度、錯(cuò)臺(tái)、折角等不平順內(nèi)容。
【專利說明】
一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及中低速磁浮系統(tǒng)軌道檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種基于四傳感器的中低 速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中低速磁浮交通作為一種新型的軌道交通制式，具有選線靈活，轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡 能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前中低速磁浮在北京、長(zhǎng)沙等城市正在進(jìn)行工程建設(shè)。由于中低速磁浮的 F型軌道和傳統(tǒng)軌道交通的工字型軌道形面相比有所不同，傳統(tǒng)的軌道交通軌道檢測(cè)設(shè)備 不能滿足中低速磁浮軌道檢測(cè)的要求。此外，用于施工驗(yàn)收階段的軌道測(cè)量方法一般需要 較長(zhǎng)時(shí)間，難以滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的快速檢測(cè)或監(jiān)測(cè)要求，因此需要開發(fā)適合軌道維護(hù)檢 查的軌道監(jiān)測(cè)方法。
[0003] 懸浮控制系統(tǒng)是整個(gè)中低速磁浮交通系統(tǒng)的核心，主要包括懸浮傳感器、懸浮控 制器、懸浮斬波器以及電源等輔助設(shè)備。懸浮系統(tǒng)由電磁鐵、F軌、斬波器及控制單元、間隙 檢測(cè)傳感器組成，利用車載電磁鐵與導(dǎo)軌之間的吸引力懸浮列車。電磁鐵用于產(chǎn)生電磁力， 提供懸浮和導(dǎo)向功能;斬波器及控制單元通過控制電磁鐵中的電流確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，其 懸浮間隔約為6~10mm。中低速磁浮列車上間隙信號(hào)是通過渦流傳感器測(cè)得的。電感線圈在 高頻信號(hào)的作用下感應(yīng)出高頻電磁場(chǎng)，金屬反應(yīng)板表面在這個(gè)高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生閉合流動(dòng)的 感應(yīng)電流，這就是渦流。線圈又在渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下改變了電感，從而檢測(cè)出傳感器探 頭與軌道之間的間隙。
[0004] 中低速磁浮的軌道不平順將對(duì)車輛的運(yùn)行產(chǎn)生影響。一方面，軌道不平順會(huì)影響 乘客的舒適性。懸浮控制系統(tǒng)在檢測(cè)軌道間隙時(shí)磁浮軌道不平順將會(huì)導(dǎo)致列車懸浮架的大 幅度振動(dòng)，通過空氣彈簧傳遞到車輛上時(shí)也將導(dǎo)致車輛在運(yùn)行中的振動(dòng)而降低乘客的舒適 性。另一方面，軌道不平順也會(huì)影響車輛運(yùn)行的安全性。軌道結(jié)構(gòu)的大幅度變形將超過列車 的運(yùn)行限界，導(dǎo)致在列車運(yùn)行過程中與車輛結(jié)構(gòu)發(fā)生擦碰，使車輛結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生破 損，嚴(yán)重時(shí)可造成列車的無法運(yùn)行和安全事故。
[0005] 中低速磁浮的軌道不平順，可以分為軌排不平順和接縫不平順。軌排不平順是指 在同一 F軌軌排上，軌道結(jié)構(gòu)在車輛荷載、外部擾動(dòng)等因素的的長(zhǎng)期作用下發(fā)生形變，軌道 結(jié)構(gòu)的直線度將發(fā)生變化。在軌道接縫處，由于列車荷載作用和基礎(chǔ)不均勻沉降等因素造 成相鄰軌道之間的錯(cuò)臺(tái)偏差和折角偏差。
[0006] 國(guó)內(nèi)外工程化應(yīng)用的磁浮領(lǐng)域的軌道檢測(cè)設(shè)備主要采用基于慣性基準(zhǔn)法的軌道 檢測(cè)方法、基于弦測(cè)法的軌道檢測(cè)方法或與靜態(tài)測(cè)量相結(jié)合的軌道檢測(cè)方法。其中，慣性基 準(zhǔn)法的軌道檢測(cè)系統(tǒng)包括上海磁浮示范線上采用的軌道梁功能面長(zhǎng)波檢測(cè)系統(tǒng)（GMS系 統(tǒng)）、國(guó)防科技大學(xué)的中低速磁浮F軌幾何參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)(FMS01系統(tǒng)）、西南交通大學(xué)的基于 雙傳感器的低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法等，采用慣性基準(zhǔn)法，在速度較低時(shí)測(cè)量誤差較 大，此外，加速度信號(hào)的質(zhì)量和濾波導(dǎo)致的相位錯(cuò)誤也對(duì)整個(gè)軌道檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生一定誤差； 基于弦測(cè)法的軌道檢測(cè)系統(tǒng)包括中南大學(xué)的中低速磁浮便攜式軌檢系統(tǒng)等，該系統(tǒng)主要存 在問題為，采用弦測(cè)法但是沒有通過傳遞函數(shù)的修正，測(cè)量誤差隨測(cè)量里程的增大而增大， 并且沒有和靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，缺乏校驗(yàn)；與靜態(tài)測(cè)量相結(jié)合的軌道檢測(cè)方法包括上 海磁浮示范線上的線路軌道自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備(AIE系統(tǒng)），韓國(guó)中低速磁浮的軌道幾何測(cè)量 系統(tǒng)等，與靜態(tài)測(cè)量相結(jié)合的軌道檢測(cè)方法相當(dāng)于是一種大地測(cè)量的簡(jiǎn)化，提高了大地測(cè) 量的效率。但檢測(cè)速度依然較慢，難以滿足線路運(yùn)營(yíng)后對(duì)于軌道快速監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的需要。
[0007] 在中低速磁浮領(lǐng)域，現(xiàn)有的軌道檢測(cè)方法都是基于專用的軌道檢測(cè)設(shè)備，在列車 運(yùn)營(yíng)的過程中難以同時(shí)運(yùn)行。此外，一方面，現(xiàn)有的軌道檢測(cè)方法部分基于慣性基準(zhǔn)法，經(jīng) 驗(yàn)證在列車運(yùn)行速度較低時(shí)存在較大誤差。另一方面，對(duì)于基于弦測(cè)法的軌道檢測(cè)設(shè)備，主 要采用手推式的準(zhǔn)靜態(tài)的測(cè)量，檢測(cè)效率較低。因此，目前中低速磁浮領(lǐng)域需要開發(fā)適合軌 道維護(hù)檢查的軌道動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，以滿足中低速磁浮快速軌道監(jiān)測(cè)的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于四傳感器 的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，充分利用列車懸浮控制設(shè)備，通過懸浮控制傳感器，以 懸浮磁鐵模塊為"尺"，高效準(zhǔn)確的檢測(cè)磁浮軌道的直線度、錯(cuò)臺(tái)、折角等不平順內(nèi)容。
[0009] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] -種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0011] 1)懸浮架沿軌道運(yùn)動(dòng)方向上依次設(shè)置四個(gè)間隙傳感器，并順序編號(hào)，四個(gè)間隙傳 感器實(shí)時(shí)測(cè)量獲取對(duì)應(yīng)間隙測(cè)點(diǎn)的間隙值；
[0012] 2)建立參考坐標(biāo)系，其中，懸浮架的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，z軸垂直于懸浮架；
[0013] 3)根據(jù)間隙傳感器測(cè)量的間隙值和間隙傳感器的設(shè)置位置得到四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相 對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)；
[0014] 4)根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取同一時(shí)刻四 個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第一擬合直線，再根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第一擬合直線的偏差值獲取中低 速磁浮軌道在當(dāng)前時(shí)刻所處位置的四點(diǎn)直線度f(wàn)，滿足以下公式：
[0015] f = | Emax-Emin
[0016] 式中，Emax表示四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)中與第一擬合直線的最大偏差值，Emin表示四個(gè)間隙 測(cè)點(diǎn)中與第一擬合直線的最小偏差值，四點(diǎn)直線度用于評(píng)價(jià)軌道不平順的程度。
[0017] 該方法還包括獲取中低速磁浮軌道在軌縫處的錯(cuò)臺(tái)偏差的步驟，具體為：
[0018] 若當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí) 亥IJ，則獲取當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí) 刻的前三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直線，以當(dāng)前時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第二擬合直線 的偏差作為中低速磁浮軌道在軌縫處的錯(cuò)臺(tái)偏差，錯(cuò)臺(tái)偏差用于評(píng)價(jià)相鄰軌道之間不平順 的程度。
[0019] 該方法還包括獲取中低速磁浮軌道在軌縫處折角偏差的步驟，具體為：
[0020] 若當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí) 亥IJ，則獲取當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，以及上一時(shí)刻第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相 對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí)刻的前三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直 線，同時(shí)采用最小二乘法擬合獲取前后兩個(gè)時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第三擬合直線，以第 二擬合直線與第三擬合直線相交的角度作為中低速磁浮軌道在軌縫處的折角偏差，折角偏 差用于評(píng)價(jià)相鄰軌道之間不平順的程度。
[0021] 以間隙值的突變狀況來判斷當(dāng)前時(shí)刻是否為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三 個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí)刻。
[0022] 所述間隙傳感器采用懸浮架上設(shè)置的懸浮控制器。
[0023] 所述四個(gè)間隙傳感器均分為兩組，兩組間隙傳感器分別沿軌道運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置在懸 浮架的兩端。
[0024]獲取間隙測(cè)點(diǎn)的間隙值的同時(shí)，還獲取GPS定位信號(hào)，通過間隙值突變狀況以及 GPS定位信號(hào)將間隙值與軌道的里程相匹配，進(jìn)而將檢測(cè)結(jié)果與軌道的里程相匹配。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1、本發(fā)明提出了"以車為尺"檢測(cè)軌道的方法，避免了慣性基準(zhǔn)法的低速檢測(cè)誤差 較大的問題和列車運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)問題，更大限度地化簡(jiǎn)了監(jiān)測(cè)方法，以車輛為主體，基于懸 浮架對(duì)于線路的相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)，檢測(cè)出中低速磁浮線路的錯(cuò)臺(tái)偏差和折角偏差，為線路的 平順性提供重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過車載軌道檢測(cè)系統(tǒng)的反饋，及時(shí)調(diào)整線路幾何參數(shù)，以保證 列車運(yùn)行的安全性并提升列車運(yùn)行的舒適性。
[0027] 2、本發(fā)明提出了四點(diǎn)直線度的軌道檢測(cè)方法，在監(jiān)測(cè)過程中以懸浮磁鐵模塊為 "尺"，用四個(gè)懸浮間隙傳感器的測(cè)量值通過最小二乘法擬合直線，并計(jì)算各點(diǎn)距擬合直線 的偏差，四點(diǎn)中偏差最大值(正數(shù))和偏差最小值(負(fù)數(shù))之差即為四點(diǎn)直線度，該四點(diǎn)直線 度可直接、準(zhǔn)確地反映在一個(gè)懸浮架范圍內(nèi)軌道的不平順程度，無需考慮速度、加速度等其 他可帶來誤差的數(shù)據(jù)，可大大提高軌道不平順檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。
[0028] 3、本發(fā)明還分別提出了錯(cuò)臺(tái)偏差的監(jiān)測(cè)方法和折角偏差的監(jiān)測(cè)方法，方法簡(jiǎn)單， 計(jì)算快速，可直接、準(zhǔn)確地反應(yīng)軌道之間的垂向突變偏差和角度突變偏差，保證軌道不平順 檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
[0029] 4、本發(fā)明基于車載的懸浮控制傳感器作為監(jiān)測(cè)探頭，在原有懸浮控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上增添了軌道檢測(cè)的功能，并可在列車運(yùn)行時(shí)同步采集，使得整個(gè)監(jiān)測(cè)過程更加高效、準(zhǔn) 確，適用于中低速磁浮的軌道動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明中四點(diǎn)直線度監(jiān)測(cè)方法示意圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明中軌道間錯(cuò)臺(tái)偏差監(jiān)測(cè)方法示意圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明中軌道間折角偏差監(jiān)測(cè)方法示意圖。
[0034] 圖中：1、間隙傳感器，2、懸浮架，3、軌道不平順示意曲線，4、F型軌道，5、第二擬合 直線，6、第三擬合直線。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0036] 如圖1所示，一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法包括以下步驟：
[0037] 1)單個(gè)懸浮架2沿軌道運(yùn)動(dòng)方向上依次設(shè)置四個(gè)間隙傳感器1，并順序編號(hào)，四個(gè) 間隙傳感器1實(shí)時(shí)測(cè)量獲取對(duì)應(yīng)間隙測(cè)點(diǎn)的間隙值；
[0038] 2)建立以懸浮磁鐵模塊為"尺"的參考坐標(biāo)系，其中，懸浮架2的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方 向，z軸垂直于懸浮架2;
[0039] 3)根據(jù)間隙傳感器1測(cè)量的間隙值和間隙傳感器1的設(shè)置位置得到四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn) 相對(duì)于懸浮架2的坐標(biāo)；
[0040] 4)四點(diǎn)直線度的監(jiān)測(cè)：
[0041] 根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架2的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取同一時(shí)刻四 個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第一擬合直線，再根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第一擬合直線的偏差值獲取中低 速磁浮軌道在當(dāng)前時(shí)刻所處位置的四點(diǎn)直線度f(wàn)，滿足以下公式：
[0042] f = | Emax-Emin
[0043] 式中，Emax表示四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)中與第一擬合直線的最大偏差值，Emin表示四個(gè)間隙 測(cè)點(diǎn)中與第一擬合直線的最小偏差值，四點(diǎn)直線度用于評(píng)價(jià)軌道不平順的程度，四點(diǎn)直線 度越大，表示軌道的平整度越低，軌道的不平順程度越高；
[0044] 5)錯(cuò)臺(tái)偏差的監(jiān)測(cè)：
[0045] 錯(cuò)臺(tái)偏差原是在高速磁浮線路上相鄰的兩個(gè)功能件表面間相互的法向錯(cuò)位值。在 中低速磁浮的線路上沒有功能件，因此在中低速磁浮中，錯(cuò)臺(tái)偏差表示在F軌接縫處前后兩 個(gè)F型軌道4在垂向的高低差。由于錯(cuò)臺(tái)處即軌縫處，先要通過間隙值的突變判斷軌道之間 的縫隙，懸浮架2上的四個(gè)間隙傳感器探頭將依次通過軌縫，若當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感 器1通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器1未通過軌縫的時(shí)刻，則獲取當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì) 于懸浮架2的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí)刻的前三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直線 5,以當(dāng)前時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第二擬合直線5的偏差作為中低速磁浮軌道在軌縫 處的錯(cuò)臺(tái)偏差，錯(cuò)臺(tái)偏差用于評(píng)價(jià)相鄰軌道之間不平順的程度，錯(cuò)臺(tái)偏差越大，表示相鄰軌 道之間的錯(cuò)臺(tái)高度越大，相鄰軌道之間過渡的不平順程度越高。
[0046] 6)折角偏差的監(jiān)測(cè)：
[0047] 軌縫折角原是在高速磁浮上反映線路上相鄰兩塊功能件之間折角變化的指標(biāo)。由 于在中低速磁浮的線路上沒有功能件，因此在中低速磁浮中，軌縫折角表示F軌軌縫處前后 兩個(gè)F型軌道4的線性延長(zhǎng)線在軌縫中心處相交的角度。與錯(cuò)臺(tái)監(jiān)測(cè)的原理相似，先要通過 間隙值得突變判斷軌道之間的縫隙，懸浮架2上的四個(gè)間隙傳感器探頭將依次通過軌縫，若 當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感器1通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器1未通過軌縫的時(shí)刻，則獲取 當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架2的坐標(biāo)，以及上一時(shí)刻第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮 架2的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí)刻的前三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直線5,同時(shí) 采用最小二乘法擬合獲取前后兩個(gè)時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第三擬合直線6,以第二擬合 直線5與第三擬合直線6相交的銳角角度作為中低速磁浮軌道在軌縫處的折角偏差，折角偏 差用于評(píng)價(jià)相鄰軌道之間不平順的程度，折角偏差越大，表示相鄰軌道之間端部對(duì)準(zhǔn)度越 差，相鄰軌道之間過渡的不平順程度越高。
[0048] 其中，步驟5)、6)中，以間隙值的突變數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)閾值來判斷當(dāng)前時(shí)刻是否 為第四個(gè)間隙傳感器1通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器1未通過軌縫的時(shí)刻。
[0049] 軌道之間的錯(cuò)臺(tái)和折角對(duì)列車運(yùn)行的安全性和舒適性有重要影響。軌道之間由于 施工誤差、列車運(yùn)行荷載造成的形變以及軌道下支墩的不均勻沉降等因素影響存在錯(cuò)臺(tái)偏 差和折角偏差。錯(cuò)臺(tái)的危害在于使垂向出現(xiàn)突變的偏差，列車在通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的顛簸， 嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致懸浮架2和軌道之間發(fā)生擦碰。折角的危害在于使軌道之間角度發(fā)生突變，列 車經(jīng)過時(shí)懸浮控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程將發(fā)生非線性變化，導(dǎo)致列車運(yùn)行顛簸和晃動(dòng)。本發(fā)明 基于四個(gè)間隙傳感器1還可以獲取錯(cuò)臺(tái)偏差和折角偏差，進(jìn)一步反應(yīng)軌道間的不平順，有利 于懸浮列車穩(wěn)定運(yùn)行的控制。
[0050] 間隙傳感器1采用懸浮架2上設(shè)置的懸浮控制器。懸浮傳感器是懸浮控制系統(tǒng)的組 成部分，懸浮控制器提供懸浮磁鐵與軌道面間的間隙、懸浮磁鐵垂向加速度信號(hào)。每節(jié)車輛 由5個(gè)走行機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)走行機(jī)構(gòu)有4個(gè)懸浮控制回路，每個(gè)懸浮控制回路包括1套懸浮控 制單元和1個(gè)懸浮傳感器，每節(jié)車共配置20個(gè)懸浮傳感器。車輛懸浮架2的懸浮控制傳感器 在列車行進(jìn)過程中采集車輛懸浮架2與F軌下面的間隙，這個(gè)間隙一般保持在6~10mm，而傳 感器探頭的測(cè)量范圍是4~24mm(指懸浮間隙），精度0.1mm。完全能夠滿足對(duì)軌道不平順的 監(jiān)測(cè)。本發(fā)明主要使用1個(gè)懸浮架2上的4個(gè)懸浮控制傳感器。這四個(gè)間隙傳感器1直接檢測(cè) 出F軌下側(cè)中心位置和懸浮模塊之間的相對(duì)位置，直接反映出了以車為主體，所觀察到的軌 道不平順情況。
[0051] 本實(shí)施例中，四個(gè)間隙傳感器1均分為兩組，兩組間隙傳感器1分別沿軌道運(yùn)動(dòng)方 向設(shè)置在懸浮架2的兩端，一組內(nèi)間隙傳感器1間距為d，兩組間隙傳感器1間距為L(zhǎng)，L>d，L+ 2d〈一段軌道長(zhǎng)度，使得檢測(cè)獲得的四點(diǎn)直線度可以準(zhǔn)確的反應(yīng)一懸浮架2范圍內(nèi)軌道的不 平順程度，且可以快速檢測(cè)到間隙值的突變，從而獲取準(zhǔn)確的錯(cuò)臺(tái)偏差和折角偏差。運(yùn)行 時(shí)，首先，從懸浮控制系統(tǒng)分離出傳感器間隙信號(hào)。傳感器探頭檢測(cè)軌道輸出電壓信號(hào)經(jīng)過 模塊處理輸出數(shù)字信號(hào)。采用數(shù)字信號(hào)分支器，將一股信號(hào)分為兩股，分別傳輸?shù)綉腋】刂?系統(tǒng)和軌道檢測(cè)系統(tǒng)中。其次，通過采集卡采集間隙信號(hào)和GPS里程信號(hào)。再次，通過數(shù)字信 號(hào)處理對(duì)采集的間隙信號(hào)進(jìn)行濾波，并結(jié)合間隙信號(hào)經(jīng)過梁縫的突變和GPS定位信號(hào)將間 隙信號(hào)與里程相匹配。最后，對(duì)處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，求出軌道在各個(gè)位置處的直 線度和在軌縫處的折角與錯(cuò)臺(tái)。
[0052] 實(shí)例:通過中低速磁浮列車懸浮架2四個(gè)傳感器測(cè)量的懸浮間隙值，可以監(jiān)測(cè)同一 軌道不平順中的四點(diǎn)直線度和軌道之間的錯(cuò)臺(tái)與折角。
[0053]首先，在監(jiān)測(cè)過程中以懸浮架2為"尺"，用四個(gè)懸浮間隙傳感器的測(cè)量值通過最小 二乘法擬合直線，并計(jì)算個(gè)點(diǎn)距擬合直線的偏差，四點(diǎn)中偏差最大值(整數(shù))和偏差最小值 (負(fù)數(shù))之差即為四點(diǎn)直線度。
[0054]如圖2所示，對(duì)四個(gè)測(cè)點(diǎn)A、B、C、D，其相對(duì)于車輛懸浮架2的坐標(biāo)分別為（X1，Z1)、 &2,22)、（13,23)和(14,24)，圖2中四個(gè)測(cè)點(diǎn)連線為軌道不平順示意曲線3。設(shè)最小二乘法擬 合的第一擬合直線為:z = kix+bi，由 Σ[ζ「(Μ?)Τ =，i表示間隙傳感器的編號(hào)， i-0 可求出：
[0057] 求得在測(cè)量方向（z坐標(biāo)方向）上的偏差值EjPEmax、E_，從而求得平面直線度誤差 f值：
[0058] f = | Emax-Emin
[0059] 其次，說明軌道之間錯(cuò)臺(tái)和折角的監(jiān)測(cè)方法。對(duì)于軌道之間的錯(cuò)臺(tái)，由于錯(cuò)臺(tái)處即 軌縫處，先要通過間隙值得突變判斷軌道之間的縫隙，懸浮架2上的四個(gè)間隙傳感器探頭將 依次通過軌縫，在第一個(gè)傳感器探頭通過軌縫且第二個(gè)傳感器探頭還沒通過軌縫時(shí)，狀態(tài) 如圖3所示。
[0060] 對(duì)四個(gè)測(cè)點(diǎn)A、B、C、D，其相對(duì)于車輛懸浮架2的坐標(biāo)分別為(Χ1，Ζ1)、（χ 2，Ζ2)、（χ3， Ζ3)和(Χ4，Ζ4)。設(shè)A、B、C三點(diǎn)最小二乘法擬合的第二擬合直線5為：Z = k2X+b2,方法與求四點(diǎn) 直線度時(shí)擬合直線方法同理。在D點(diǎn)處，計(jì)算在Z方向與擬合直線的偏差即為軌道之間的錯(cuò) 臺(tái)值。其中，錯(cuò)臺(tái)值〇ffset = Z4_(kx4+b)。
[0061] 對(duì)于軌道之間的折角，與錯(cuò)臺(tái)監(jiān)測(cè)的原理相似，先要通過間隙值得突變判斷軌道 之間的縫隙，懸浮架2上的四個(gè)間隙傳感器探頭將依次通過軌縫，在第一個(gè)傳感器探頭通過 軌縫且第二個(gè)傳感器探頭還沒通過軌縫時(shí)，狀態(tài)如圖4所示。
[0062]設(shè)此時(shí)為點(diǎn)為D點(diǎn)在t-to即，D點(diǎn)剛剛檢測(cè)到第二個(gè)軌道的時(shí)刻。由于有折角 的存在，在D點(diǎn)移動(dòng)過程中，不同時(shí)刻z方向檢測(cè)的數(shù)值連成直線后必然與A、B、C三點(diǎn)擬合的 直線存在著折角，那么我們可以對(duì)折角進(jìn)行計(jì)算。
[0063] 對(duì)四個(gè)測(cè)點(diǎn)A、B、C，其相對(duì)于車輛懸浮架2的坐標(biāo)分別為(Χ1，Ζ1)、（χ2， Ζ2)、（χ3，Z3)。 設(shè)A、B、C三點(diǎn)最小二乘法擬合的第二擬合直線5為：z = k2X+b2，方法與求四點(diǎn)直線度時(shí)擬合 直線方法同理。
[0064] D點(diǎn)在t和t-to時(shí)刻的坐標(biāo)分別為(X4，Z4)、（Χ%，ζ?，將動(dòng)點(diǎn)t和t-to時(shí)刻的坐標(biāo)在 連成直線，直線方程為:z = k3X+b3。
[0065]其中
：，折角 Θ =arctan(k2)-arctan(k3) 〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 懸浮架沿軌道運(yùn)動(dòng)方向上依次設(shè)置四個(gè)間隙傳感器，并順序編號(hào)，四個(gè)間隙傳感器 實(shí)時(shí)測(cè)量獲取對(duì)應(yīng)間隙測(cè)點(diǎn)的間隙值； 2) 建立參考坐標(biāo)系，其中，懸浮架的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，z軸垂直于懸浮架； 3) 根據(jù)間隙傳感器測(cè)量的間隙值和間隙傳感器的設(shè)置位置得到四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于 懸浮架的坐標(biāo)； 4) 根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取同一時(shí)刻四個(gè)間 隙測(cè)點(diǎn)的第一擬合直線，再根據(jù)四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第一擬合直線的偏差值獲取中低速磁 浮軌道在當(dāng)前時(shí)刻所處位置的四點(diǎn)直線度f(wàn)，滿足以下公式： f - Emax-Emin 式中，Emax表示四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)中與第一擬合直線的最大偏差值，Emin表示四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn) 中與第一擬合直線的最小偏差值，四點(diǎn)直線度用于評(píng)價(jià)軌道不平順的程度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特 征在于，該方法還包括獲取中低速磁浮軌道在軌縫處的錯(cuò)臺(tái)偏差的步驟，具體為： 若當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí)刻，則 獲取當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí)刻的前 三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直線，以當(dāng)前時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)第二擬合直線的偏差 作為中低速磁浮軌道在軌縫處的錯(cuò)臺(tái)偏差，錯(cuò)臺(tái)偏差用于評(píng)價(jià)相鄰軌道之間不平順的程 度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特 征在于，該方法還包括獲取中低速磁浮軌道在軌縫處折角偏差的步驟，具體為： 若當(dāng)前時(shí)刻為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí)刻，則 獲取當(dāng)前時(shí)刻四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸浮架的坐標(biāo)，以及上一時(shí)刻第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)相對(duì)于懸 浮架的坐標(biāo)，采用最小二乘法擬合獲取當(dāng)前時(shí)刻的前三個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第二擬合直線，同時(shí) 采用最小二乘法擬合獲取前后兩個(gè)時(shí)刻的第四個(gè)間隙測(cè)點(diǎn)的第三擬合直線，以第二擬合直 線與第三擬合直線相交的角度作為中低速磁浮軌道在軌縫處的折角偏差，折角偏差用于評(píng) 價(jià)相鄰軌道之間不平順的程度。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其 特征在于，以間隙值的突變狀況來判斷當(dāng)前時(shí)刻是否為第四個(gè)間隙傳感器通過軌縫且第三 個(gè)間隙傳感器未通過軌縫的時(shí)刻。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特 征在于，所述間隙傳感器采用懸浮架上設(shè)置的懸浮控制器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特 征在于，所述四個(gè)間隙傳感器均分為兩組，兩組間隙傳感器分別沿軌道運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置在懸 浮架的兩端。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四傳感器的中低速磁浮軌道不平順檢測(cè)方法，其特 征在于，獲取間隙測(cè)點(diǎn)的間隙值的同時(shí)，還獲取GPS定位信號(hào)，通過間隙值突變狀況以及GPS 定位信號(hào)將間隙值與軌道的里程相匹配，進(jìn)而將檢測(cè)結(jié)果與軌道的里程相匹配。
【文檔編號(hào)】B61K9/08GK106080658SQ201610548735
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】林國(guó)斌, 畢晟, 榮立軍, 徐俊起
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)