轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法及系统与流程

本发明涉及轮轨关系测试，是轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法及系统。

背景技术：

1、随着我国轨道交通产业的迅猛发展，国铁、地铁、城际等轨道交通系统运营速度提高、建设里程的增加以及线路日趋繁忙，引起轮轨动力作用增大。轨道在动力作用下产生各种轨道不平顺和表面磨耗及缺陷。各种轨道不平顺向上引起轨道车辆平稳性和舒适度的变化，向下引发轨道扣件松动、轨下基础设施破坏等结果，造成轨道裂纹甚至断裂，严重缩短钢轨的使用寿命，引发严重的运行安全事故。近年来，随着开行地铁线路的不断增加，因不良轮轨关系导致的噪声突出、车轮磨损异常而频繁进行的旋轮维修等现象时有发生，运营前的轨道检测则是有效防范造成这些不良后果的重要措施之一。

2、轨道动态几何状态是指通过车载方式检测轨道动态几何，由于轨道路基存在一定的沉降和变形，车体压在钢轨上受力导致的轨道几何同静态情况下存在差异，因此导致轨道动态几何状态同静态几何状态存在变化。轮轨关系检测是指在列车动荷载作用下，使用专用仪器设备对车和轨道状态进行定期的系统检测，检测轨道发生的轨距、水平、轨向、高低等轨道变形，用以反映轨道安全和舒适状态，分析轨道病害。

3、在现有已公开的发明技术中，如申请公开号为cn112015782a的专利公开了地铁轨道动态检测数据管理分析系统及其方法，包括如下模块：数据接收模块、数据分析模块、电子示意图模块、缺陷管理模块、缺陷分析模块。该发明系统包括s1：轨检数据的接收、s2：轨检数据的分析、s3：轨检数据的电子反映、s4：轨检数据的缺陷管理、s5：轨检数据的缺陷分析。

4、上述专利中地铁轨道状态的缺陷数据以及整改过程数据实时性较差，检测线路的安全性和稳定性可能受到影响。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中，线激光照相测量的方法存在的错报误报、数据滞后、设备复杂、校准困难的问题。提出了轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法及系统。

3、为了达到上述目的，本发明轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法的技术方案包括如下步骤：

4、s1：通过激光传感器对轨道状态进行几何不平顺检测，并提取轨道几何参数数据；

5、s2：利用三维建模软件对轨道进行三维建模，通过数据拟合模型获取轨道几何谱特征，评估轨道质量；

6、s3：将标定后的测力轮对换装至列车，并在测力轮对两侧轴端分别安装滑环式集流装置，通过集流装置将轮轨力信号引至数据采集端；

7、s4：采集车辆动力学安全性响应数据，评估安全性响应数据合标度；

8、s5：采集车辆动力学舒适性响应数据，计算车辆的舒适度，并评估车辆舒适性；

9、s6：根据s2-s5，计算融合影响指数，输出融合影响指数、各个检测项目的评估分数以及相应的钢轨维修建议，对检测项目的评估分数进行分级标色处理，并将轨道维修建议可视化至轨道检测客户端界面。

10、具体地，s1中，所述几何不平顺检测包括：轨距不平顺检测、高低不平顺检测、钢轨轨向不平顺检测、水平不平顺检测、三角坑检测、曲率半径和曲线变化率检测；

11、其中，轨距数据的获取包括：通过高精度数字激光传感器获取钢轨轮廓，利用得到的二维坐标数据进行计算得到轨距；

12、其中，轨道高低数据和钢轨轨向数据通过惯性基准法获得；

13、其中，三角坑数据为两个横断面水平幅值的代数差；

14、其中，曲率半径数据的获取中基线弦长的长度为30m；

15、其中，曲线变化率数据为以2.5m基长的两个曲率值之差除以基长。

16、具体地，s2中，轨道质量的评估标准包括：

17、轨距符合时，符合检测标准，记作3分；反之，记作0分；

18、高低距符合时，符合检测标准，记作3分；反之，记作0分；

19、钢轨轨向距符合时，符合检测标准，记作3分；反之，记作0分；

20、水平距符合时，符合检测标准，记作3分；反之，记作0分；

21、三角坑符合时，符合检测标准，记作3分；反之，记作0分；

22、曲线变化率符合时；符合检测标准，记作3分；反之，记作0分。

23、具体地，s3中，测力轮对的标定包括：按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、135°、180°、225°、270°、315°进行垂向力和横向力标定，标定横向力时需通过工装将轮对吊离轨道底座3m。

24、具体地，s4中，所述车辆动力学安全性响应数据包括：

25、车辆实时动态垂向力p和轮轨横向力q、脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力的数值数据和波形曲线数据；所述脱轨系数的计算策略如下：；所述轮重减载率的计算策略如下：；其中，为轮轨垂向力相对平均静轮重减载量；为平均静轮重。

26、具体地，s4中，安全性响应数据合标度的评估包括：

27、脱轨系数的评估：

28、脱轨系数时，检测区段脱轨系数指标优秀，符合检验标准，记作3分；

29、脱轨系数时，检测区段脱轨系数指标良好，符合检验标准，记作2分；对应输出钢轨维修建议为：脱轨系数指标偏大，记录脱轨系数的数值所属区间，并利用天窗时间对线路进行整治；

30、脱轨系数时，检测区段脱轨系数超出我国标准值，不符合检验标准，记作1分；对应输出钢轨维修建议为：在检测出超限时立即降至安全速度等级运行，同时结束当日检测试验，安排线路整修；

31、脱轨系数时，检测区段存在脱轨事故的风险，记作0分；对应输出钢轨维修建议为：立即降速运行，合理调整试验计划；

32、轮重减载率的评估：

33、当轮重减载率时，检测区段轮重减载率指标符合相关检测标准，线路满足继续进行后续试验条件，记作3分；

34、当轮重减载率时，检测区段检测值超出限值，相应指标不合格，记作2分；对应输出钢轨维修建议为：继续安排行车测试，同时建议随后安排1-2天对线路进行整修；

35、当轮重减载率时，检测区段检测值不符合标准，记作0分；对应输出钢轨维修建议为：检测区段存在脱轨事故的风险，应立即降速运行，合理调整试验计划；

36、轮轴横向力的评估：

37、当时，检测区段检测值符合检测标准，记作3分；

38、当时，检测区段检测值不符合检测标准，记作0分；对应输出钢轨维修建议为：对轨道产生危害，进行限速处理。

39、具体地，s5中，所述车辆动力学舒适性响应数据包括：车体垂向振动加速度、车体横向加速度、车体纵向加速度、构架垂向加速度、构架横向加速度、左轴箱加速度、右轴箱加速度、实时舒适度、车辆速度、车辆里程的数据曲线。

40、具体地，s5中，所述车辆舒适度w的计算策略包括：

41、；

42、其中，a为车体垂向振动加速度、车体横向加速度、车体纵向加速度、构架垂向加速度、构架横向加速度、左轴箱加速度、右轴箱加速度的均值；

43、为车体振动频率；为车体振动频率为时的车体频率修正系数。

44、具体地，所述车辆舒适性的评估包括：

45、当时，车辆舒适性不符合标准，记作0分；其中，为车辆舒适阈值；

46、当时：

47、若检测区段检测指标a未出现连续振动６次以上大于等于，则符合测试标准，线路满足后续试验条件，记作3分；

48、若检测区段检测指标a未出现连续振动６次以上大于等于，但单次加速度最大值超过，部分检测区段不符合标准，记作2分；对应输出钢轨维修建议为：利用天窗时间对相应线路进行整修；

49、检测区段检测指标a出现连续振动６次以上大于等于，不符合标准，记作0分；对应输出钢轨维修建议为：利用天窗时间或停轮1-2天，对检测出现问题区段集中整治。

50、具体地，s6中，所述融合影响指数的计算策略如下：

51、；

52、其中，；

53、为轨道几何参数融合影响系数；为车辆动力学安全性响应数据融合影响系数；为车辆动力学舒适性响应数据融合影响系数；

54、为轨道几何参数所得总分；为车辆动力学安全性响应数据所得总分；为车辆动力学舒适性响应数据所得总分。

55、另外，本发明轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析系统包括如下模块：

56、几何参数模块、几何谱模块、测力轮对模块、安全性响应模块、舒适性响应模块、融合影响模块；

57、所述几何参数模块通过激光传感器对轨道状态进行几何不平顺检测，并提取轨道几何参数数据；

58、所述几何谱模块利用三维建模软件对轨道进行三维建模，通过数据拟合模型获取轨道几何谱特征，评估轨道质量；

59、所述测力轮对模块用于将标定后的测力轮对换装至列车，并在测力轮对两侧轴端分别安装滑环式集流装置，通过集流装置将轮轨力信号引至数据采集端；

60、所述安全性响应模块用于采集车辆动力学安全性响应数据，评估安全性响应数据合标度；

61、所述舒适性响应模块用于采集车辆动力学舒适性响应数据，计算车辆的舒适度，并评估车辆舒适性；

62、所述融合影响模块用于计算融合影响指数，输出融合影响指数、各个检测项目的评估分数以及相应的钢轨维修建议，对检测项目的评估分数进行分级标色处理，并将轨道维修建议可视化至轨道检测客户端界面。

63、一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行所述的轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法。

64、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的轨道几何参数与车辆动力学融合影响分析方法。

65、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

66、1、本发明为钢轨维修提供参考依据，实行全线线路廓形状检测，结合车轮踏面廓形检测，进行轮轨相互匹配运算，得到全部车辆的全线线路廓形状数据，进行轮轨运行健康管理及运用评价，是轮轨智能运维和健康管理重要的组成部分，为实现计划修向状态修转变提供支撑。

67、2、本发明可以在隧道、地面上、高架线路上运行，车体和所有外部安装的设备均能全天候不间断地工作（在强光、夜间、雨雪天气等条件下正常工作），在检测过程中不会出现钢轨轮廓模糊或测试数据丢失；能够适应极寒、极热、潮湿、遍布灰尘等极端恶劣的测试环境，系统启动温度在-20℃~+60℃，工作环境温度在-40℃~+60℃；能实现双向检测，不受方向和速度的影响。

68、3、本发明通过高速数字激光传感器连续检测钢轨动态变化，对轨道高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺、轨距不平顺以及三角坑等参数进行检测，并实时显示钢轨廓形。车体加速度测量系统采用垂向和横向加速度传感器，通过加速度值计算车辆的平稳性和舒适度等指标。

69、4、本发明中测力轮对主要受到横向力、垂向力和纵向力的作用，沿径向贴片可消除纵向力的影响。通过轮对的有限元模型模拟加载的方法来选择最佳贴片位置，对于给定的电桥，可以找到贴片位置，既可以得到高的输出灵敏度、理想的输出波形，又能将价差干扰、载荷作用位置的影响等误差降到最低。