基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量系统及方法与流程

本发明涉及一种轨道线路曲率测量系统及方法，尤其是涉及一种基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量系统及方法。

背景技术：

沿着既定轨道行驶是轨道车辆的特点之一，车辆相对轨道中心线的姿态角会随着线路的改变而发生变化。车体姿态角发生变化是由线路曲率变化引起的，因此可以通过测量车体姿态角获取线路的曲率值。

实用新型专利CN202294869U公开了一种铁路轨道动态监测曲率的监测装置，此装置所用传感器数量较多，数据处理较为复杂。获得测量数据后，通过线下的数据整理获得线路的曲率半径，不具备在线实时测量特性，从而不能指导以曲率值作为参数的主动控制系统动作。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道线路曲率在线实时测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量系统，该系统包括前后转向架二系回转角测量单元、车速测量单元和线路曲率计算单元；

所述的曲率计算单元根据轨道车辆前后转向架二系回转角测量单元测得的前后转向架的二系回转角度信号和车速测量单元测量的车辆实时车速v以及轨道车辆前后转向架之间的距离d计算得到前转向架所在位置的线路曲率kF，具体的：

其中为前后转向架二系回转角度均值，为前后转向架二系回转角度均值变化率。

所述的轨道车辆前后转向架二系回转角测量单元包括两个分别安装在前后转向架上的角度传感器。

所述的车速测量单元包括车载测速雷达。

一种基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)获取轨道车辆前后转向架的二系回转角度信号和轨道车辆前后转向架之间的距离d以及轨道车辆实时车速v；

(2)根据下式获取轨道车辆前转向架所在位置的线路曲率kF：

其中为前后转向架二系回转角度均值，为前后转向架二系回转角度均值变化率。

所述的前后转向架的二系回转角度信号分别通过安装在前后转向架上的角度传感器获得。

所述的轨道车辆实时车速通过测速雷达获得。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明通过实时测量轨道车辆前后转向架的二系回转角度以及道车辆实时车速实现了轨道车辆前转向架所在位置的线路曲率的实时获取，实时高效，从而及时指导以曲率值作为参数的主动控制系统动作；

(2)传统轨道交通教材中提出的曲率计算公式为：为前转向架的二系回转角度信号，d为前后转向架之间的距离，计算结果精度较差，而本发明的线路曲率kF考虑前后转向架二系回转角度均值以及二系回转角度均值变化率，使得计算结果更加接近真实线路曲率，能够满足轨道车辆主动系统对线路曲率实时性、准确性的要求。

附图说明

图1为本发明轨道车辆线路曲率在线实时测量方法的流程框图；

图2为轨道车辆通过曲线时，车体、转向架相对线路姿态角的结构示意图；

图3为两种轨道车辆线路曲率计算方法得到的线路曲率曲线以及实际线路曲率曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量系统，该系统包括轨道车辆前后转向架二系回转角测量单元、车速测量单元和线路曲率计算单元，轨道车辆前后转向架二系回转角测量单元包括两个分别安装在前后转向架上的角度传感器，车速测量单元包括车载测速雷达；

曲率计算单元根据轨道车辆前后转向架二系回转角测量单元测得的前后转向架的二系回转角度信号和车速测量单元测量的车辆实时车速v以及轨道车辆前后转向架之间的距离d计算得到前转向架所在位置的线路曲率kF，具体的：

其中为前后转向架二系回转角度均值，为前后转向架二系回转角度均值变化率。

如图1所示，一种基于二系回转角的轨道线路曲率在线实时测量方法包括如下步骤：

步骤S1：获取轨道车辆前后转向架的二系回转角度信号和轨道车辆前后转向架之间的距离d以及轨道车辆实时车速v，其中前后转向架的二系回转角度信号分别通过安装在前后转向架上的角度传感器获得，轨道车辆实时车速通过测速雷达获得。

步骤S2：根据下式获取轨道车辆前转向架所在位置的线路曲率kF：

其中为前后转向架二系回转角度均值，为前后转向架二系回转角度均值变化率。因后续转向架相对头车前转向架具有固定的空间间隔距离，因此实际应用时得到头车前转向架所在位置的线路曲率，就很容易推出后续车辆转向架所处位置的实时线路曲率，进而指导众多以曲率值作为参数的轨道车辆主动控制系统动作。

如图2所示为轨道车辆通过曲线时，车体、转向架相对线路姿态角的结构示意图，图中1为轨道车辆，2为曲线轨道，A、B为轨道车辆前后转向架所在位置，曲线轨道的起点是坐标系的零点。各计算方程及参数说明如下：

a、曲线在平面直角坐标系中的方程为：y＝f(x)；

b、A点坐标(xA,yA)，B点坐标(xB,yB)，均满足方程y＝f(x)，且AB两点距离为|AB|＝d；

c、A点切线的正切角为α，易知tan(α)＝f′(xA)；B点切线的正切角为β，易知tan(β)＝f′(xB)；

d、后转向架与车体的二系回转角为前转向架与车体的二系回转角为由图示几何关系可以推出：

通过推导可得表达式：

为前后转向架二系回转角度均值，为前后转向架二系回转角度均值变化率，v为轨道车辆实时车速。当轨道车辆处于缓和曲线段时，此式严格成立；当轨道车辆处于直缓过度区、缓圆过度区时，此式近似成立，满足工程运用的要求。

传统轨道交通教材中提出的曲率计算公式为：为前转向架的二系回转角度信号，d为前后转向架之间的距离，计算结果精度较差，而本发明的线路曲率kF考虑前后转向架二系回转角度均值以及二系回转角度均值变化率，使得计算结果更加接近真实线路曲率。

图3所示为本发明曲率在线实时测量方法得到的前转向架所在位置线路曲率、传统曲率计算公式得到的前转向架所在位置线路曲率以及前转向架所处位置实际曲率对比图。图中曲线3为前转向架所处位置实际曲率曲线图，曲线4为本发明曲率在线实时测量方法得到的前转向架所在位置线路曲率的曲线图，曲线5为传统曲率计算公式得到的前转向架所在位置线路曲率的曲线图。由图可以看出前转向架所处位置实际曲率曲线3与本发明曲率在线实时测量方法得到的前转向架所在位置线路曲率曲线4在缓和曲线段、圆曲线段完全重合，在直缓过度区、缓圆过度区，存在一定误差，但误差值较小，可以满足某些轨道车辆主动系统对线路曲率实时性、准确性的要求。传统曲率计算公式得到的前转向架所在位置线路曲率的曲线5相对于前转向架所处位置实际曲率曲线4存在空间滞后，具体表现为：曲线4和曲线5仅在圆曲线段重合，在直缓过度区、缓和曲线段、缓圆过度区均存在较大误差，进而无法满足某些轨道车辆主动控制系统对线路曲率实时性、准确性的要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。