一种铁路车辆车体质心位置测量方法及系统与流程

本发明涉及铁路运输安全技术领域，特别涉及一种铁路车辆车体质心位置测量方法及系统。

背景技术：

铁路运输安全是轨道交通领域的重中之重，随着货运列车运行速度以及运载重量的大幅度提高，货运列车的运行安全成为了人们关注的焦点。货运列车具有载荷离散分布的特点，由于装载货物以及摆放位置的不同，车体的质心位置与理论值存在一定的偏移量(主要包括货物重心横向偏移量、货物重心纵向偏移量、车体重心高)，而车体质心偏移量对车辆行车安全有着重要的影响，因此对车辆质心的测量在货车安全运行评估中具有重要意义。

现有的列车测量主要是对整车重心高度的测量，而仅凭整车重心高度不能全面和精确的评估车辆运行安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提出了一种对车体横向、纵向、以及高度方向的综合测量车体质心位置的方法和系统，以便于全面和精确的评估车辆运行安全性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种铁路车辆车体质心位置测量方法，其包括以下步骤：

s1：测量安装在前转向架上的第一空气弹簧和第二空气弹簧以及安装在后转向架上的第三空气弹簧和第四空气弹簧的气压，以及测量车厢底部相对于水平面的倾角；其中，所述第一空气弹簧与所述第三空气弹簧位于车厢右侧，所述第二空气弹簧与所述第四空气弹簧位于车厢左侧；

s2：根据每个空气弹簧的气压-载荷关系，确定其承受的载荷；并利用每个空气弹簧承受的载荷和车厢底部相对于水平面的倾角，计算出该车厢装载货物后的质心位置。

进一步地，计算出车厢装载货物后的质心位置的步骤：

s201：计算质心分别在x、y方向上的偏移量以及在z方向上的位置；

其中，质心在x方向上的偏移量为：

质心在y方向上的偏移量为：

质心在z方向上的位置为：

其中，l为前转向架与后转向架的中心距，b为前转向架或后转向架上设置的空气弹簧的间距的二分之一，θ为车厢底部与水平面的倾角，f1,f2,f3,f4分别为θ＝0时，第一空气弹簧、第二空气弹簧、第三空气弹簧和第四空气弹簧上的载荷，f1',f3',f2',f4'分别为θ>0时，第一空气弹簧、第二空气弹簧、第三空气弹簧和第四空气弹簧上的载荷；

s201：利用质心分别在x、y方向上的偏移量和在z方向上的位置，并结合车厢未装载货物时的质心位置，计算出车厢装载货物后的质心位置。

根据一种具体的实施方式，本发明的铁路车辆车体质心位置测量方法中，通过设置在空气弹簧内的压力传感器，测量控制器传感器的气压；以及通过设置在车厢底部的倾角传感器，测量车厢底部相对于水平面的倾角。

本发明还提供一种铁路车辆车体质心位置测量系统，其包括数据处理终端和数据采集装置；其中，

所述数据采集装置用于采集设置车厢底部各个空气弹簧内的压力传感器所检测的气压数据和安装在车厢底部的倾角传感器所检测的倾角数据，并将其采集到的数据传输给所述数据处理终端；

所述数据处理装置，用于根据每个空气弹簧的气压-载荷关系，确定其承受的载荷；并利用每个空气弹簧承受的载荷和车厢底部相对于水平面的倾角，计算出该车厢装载货物后的质心位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的铁路车辆车体质心位置测量方法，通过测量前转向架和后转向架上的四个空气弹簧的气压以及测量车厢底部相对于水平面的倾角，并结合前转向架与后转向架的中心距、前转向架或后转向架上设置的空气弹簧的横向间距，计算出车厢装载货物后的质心位置。因此，本发明能够实现车体横向、纵向以及高度方向上车体质心位置的综合测量，便于全面和精确地评估车辆的运行安全。

附图说明：

图1为车辆车体上压力传感器和倾角传感器的安装示意图；

图2为车体在x方向上的受力关系示意图；

图3为车体在y方向上的受力关系示意图；

图4为车体在z方向上的受力关系示意图；

图5为本发明铁路车辆车体质心位置测量系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-车体，101-第一空气弹簧，102-第二空气弹簧，103-第三空气弹簧，104-第四空气弹簧，105-倾角传感器。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，在车辆车体1的前转向架上的第一空气弹簧101和第二空气弹簧102以及在车辆车体1的后转向架上的第三空气弹簧103和第四空气弹簧104的内部分别安装一个压力传感器，通过压力传感器分别测量第一空气弹簧101、第二空气弹簧102、第三空气弹簧103和第四空气弹簧104的气压。同时，在在车辆车体1的车厢底部设置一个倾角传感器105，通过倾角传感器105测量车厢底部相对于水平面的倾角。本发明中的压力传感器为气压压力传感器，倾角传感器采用三轴倾角传感器。

在上述传感器安装结构的基础上，本发明铁路车辆车体质心位置测量方法，其包括以下步骤：

s1：获取四个压力传感器的分别采集的气压数据，以及通过倾角传感器检测车厢底部相对于水平面的倾角θ。

s2：根据第一空气弹簧101、第二空气弹簧102、第三空气弹簧103和第四空气弹簧104的气压-载荷关系，确定各自承受的载荷。并利用每个空气弹簧承受的载荷和车厢底部相对于水平面的倾角，计算出该车厢装载货物后的质心位置。

具体的，在车厢底部相对于水平面的倾角θ＝0，得到第一空气弹簧、第二空气弹簧、第三空气弹簧和第四空气弹簧上的载荷f1,f2,f3,f4，在车厢底部相对于水平面的倾角θ>0，得到第一空气弹簧、第二空气弹簧、第三空气弹簧和第四空气弹簧上的载荷f1',f3',f2',f4'。

如图2所示的受力关系，利用前转向架与后转向架的中心距，计算出质心在x方向上的偏移量，即质心在x方向上的偏移量为：

如图3所示的受力关系，利用前转向架或后转向架上设置的空气弹簧的间距，计算出质心在y方向上的偏移量，即质心在y方向上的偏移量为：

如图4所示的受力关系，利用车厢底部相对于水平面的倾角、前转向架或后转向架上设置的空气弹簧的间距，计算出质心在z方向上的位置，即质心在z方向上的位置为：

其中，l为前转向架与后转向架的中心距，b为前转向架或后转向架上设置的空气弹簧的间距的二分之一。

然后，再利用计算出的质心分别在x、y方向上的偏移量和在z方向上的位置，并结合车厢未装载货物时的质心位置，计算出车厢装载货物后的质心位置。

如图5所示，本发明的铁路车辆车体质心位置测量系统包括数据处理终端和数据采集装置；其中，

数据采集装置用于采集如图1所示的设置车厢底部各个空气弹簧内的压力传感器所检测的气压数据和安装在车厢底部的倾角传感器所检测的倾角数据，并将其采集到的数据传输给数据处理终端。

数据处理装置，用于根据每个空气弹簧的气压-载荷关系，确定其承受的载荷；并利用每个空气弹簧承受的载荷和车厢底部相对于水平面的倾角，计算出该车厢装载货物后的质心位置。

具体的，数据处理装置为一台计算机或多台计算机构成的计算机系统，或者具有多处理器芯片的数据处理设备。即数据处理终端具有一个或多个处理器、以及存储装置，而且该存储装置存储一个或多个程序，当这一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本发明的铁路车辆车体质心位置测量方法，利用数据采集装置采集的数据计算出车厢装载货物后的质心位置。