一种测力轮对连续测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102721491A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102721491A(43)申请公布日2012.10.10(21)申请号201210203736.X(22)申请日2012.06.20(71)申请人西南交通大学地址610031四川省成都市二环路北一段111号西南交通大学科技处(72)发明人陈建政邓霏(74)专利代理机构成都信博专利代理有限责任公司51200代理人张澎(51)Int.Cl.G01L1/22(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书77页页附图附图33页(54)发明名称一种测力轮对连续测量方法(57)摘要本发明涉及一种测力轮对连续测量方法，针对现有测力轮对测量精度不够高，布桥方案繁杂，解耦算法复杂等问题，提出了一种新颖的测力轮对连续测量方法以及解耦算法，其中,方法包括采用一个关于轴对称的，布置在轴上且输出是正弦波的测量电桥，另外一个关于轴对称的，布置在轴上且输出是余弦波的测量电桥组成第一组电桥来对测力轮对旋转角度进行测量；采用另外三组布置在辐板内侧且输出只包含了奇次谐波的测量电桥来测量轮轨作用的横向力，垂向力和作用点位置；并利用kalman滤波的方法来进行解耦计算。本发明布桥方案及解耦算法简单，测量成本低且更加准确。CN102749ACN102721491A权利要求书1/2页1.一种测力轮对连续测量方法，在被测轮对上设置测量电桥组并根据电桥输出电特征解耦算出轮对作用力数据，其特征在于，采用优选的电桥布置方案和解耦算法来实现精确测量：电桥布置方案采用：在测力轮对轴上设置有由关于轴对称的位置且分别输出正弦波和余弦波信号的两个半桥组成的用于测量轮对旋转角度第一组电桥；在测力轮对车轮辐板内侧的三个同心圆周位置上设置有关于轴对称的两个半桥组成的用于测量轮轨作用的横向力、垂向力和作用点位置的三组电桥，即第二组电桥、第三组电桥及第四组电桥；由第二组电桥、第三组电桥及第四组电桥构成测力电桥，所述测力电桥输出只包含了奇次谐波信号；解耦算法处理：车轮辐板的应变是横向力Q、垂向力P、作用点位置Z和轮对旋转角度θ的函数s＝f(Q，P，Z，θ)；通过kalman滤波器来利用前一时刻对当前时刻的预测值和当前时刻的观测值更新状态估计量，通过递归推算，得到轮对旋转角度θ的估计值，代入s中得到观测方程组：其中，vik为其对应的观测噪声;根据kalman滤波器方程，测力轮对测量模型的状态空间模型的状态方程和测量方程为：Xk＝AXk-1+Wk-1Yk＝CXk+Vk其中，Xk为第k次采样的状态向量，Yk为测量值；Wk、Vk为过程噪声和测量噪声，A为状态转移矩阵，C为量测矩阵，由测力轮对测量模型的状态空间模型可得：n＝1，3，5，72CN102721491A权利要求书2/2页使用扩展kalman滤波器中的时间更新方程和状态更新方程，通过递归推导获得较为准确轮轨作用的横向力，垂向力和作用点位置，完成测量。3CN102721491A说明书1/7页一种测力轮对连续测量方法技术领域[0001]本发明涉及轨道车辆轮轨力测量领域，具体涉及一种测力轮对轮轨作用力和接触点位置连续测量方法及解耦算法。背景技术[0002]轮轨作用力的测量对于动力学，脱轨机理、轮轨接触理论研究和列车的安全检测都具有十分重要的意义。铁路运输不断向高速、重载，大运量和高精密度方向发展，对轮轨作用力的测量的精度提出了更高的要求。测力轮对方法是目前最直接、最准确的轮轨力测量技术，它以车轮作为轮轨力的检测传感器，通过测量车轮辐板有限点处的应变实现轮轨接触力的连续检测。车辆运行过程中，车轮受到轨道不平顺作用，轮轨力是时变、非平稳的。轮轨力引起的辐板应变又被车轮转角所调制。测力轮对技术在测量理论和数据处理方法上都需要进一步研究。[0003]测力轮对技术经过几十年的发展，在车辆动力学试验中得到广泛使用，但在轮轨力连续测量中仍存在很多问题。如中国专利申请200910244626.6中所提到的测力轮对连续测量方法，目前的连续测力轮对技术要求轮轨横向力、垂向力产生的辐板应变组桥后沿圆周方向按正、余弦分布，这不仅对轮对的均匀性和贴片工艺提出了很高的要求，实际上在轮对辐板大部分区域是根本做不到，电桥输出中包含的高次谐波可能带来很大的测量误差。测力轮对存在的另一个问题是没有考虑轮轨作用点位置变化对测量精度的影响。车辆在运行过程中，轮对与轨道的接触点在滚动圆附近不停变化，尤其是在过曲线、道岔和蛇形运动时，接触点位置远离滚动圆。国内现有的测力轮对基本都没有考虑接触点位置变化，标定实验、数据处理都假设接触点在滚动圆上，测量结果误差较大。发明内容[0004]本发明的目的在于解决上述技术中所存在的不足，提供一种新颖的应变片组桥方案和轮轨作用力和接触点位置解耦算