一種基于gps速度的機(jī)車輪徑自動(dòng)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通車輛測(cè)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPS (Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）速度的機(jī)車輪徑自動(dòng)校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，通常通過(guò)機(jī)車車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)比來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)來(lái)車輪 的轉(zhuǎn)速，并通過(guò)機(jī)車車輪轉(zhuǎn)速與車輪周長(zhǎng)來(lái)計(jì)算機(jī)車的運(yùn)行速度；同時(shí)，通過(guò)機(jī)車的運(yùn)行時(shí) 間和機(jī)車的運(yùn)行速度來(lái)計(jì)算機(jī)車運(yùn)行里程；同時(shí)，由于機(jī)車的運(yùn)行軌道是固定的，根據(jù)機(jī)車 在軌道上的運(yùn)行里程，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車的定位。
[0003] 機(jī)車在運(yùn)行一段時(shí)間后，輪對(duì)與鋼軌的磨損將使得其輪對(duì)直徑發(fā)生變化，從而導(dǎo) 致機(jī)車的速度及運(yùn)行里程等信息都會(huì)出現(xiàn)誤差，因此需要定期對(duì)車輪的輪徑進(jìn)行校正，保 證相關(guān)信息的精度。機(jī)車車輪輪徑校正的方法就是利用上述原理，通過(guò)測(cè)得一個(gè)基準(zhǔn)機(jī)車 運(yùn)行里程或基準(zhǔn)機(jī)車運(yùn)行速度，計(jì)算得到待測(cè)車輪的輪徑。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)主要采用的輪徑校正方法為半自動(dòng)校正方法，通過(guò)機(jī)務(wù)段的維護(hù)人員 會(huì)定期對(duì)機(jī)車的輪徑進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，以該車輪作為基準(zhǔn)，計(jì)算出機(jī)車的基準(zhǔn)運(yùn)行里程或基 準(zhǔn)運(yùn)行速度，計(jì)算其它待測(cè)車輪的輪徑，顯然手動(dòng)測(cè)量的方式效率比較低。
[0005] 目前，針對(duì)基于GPS定位系統(tǒng)的機(jī)車輪徑自動(dòng)校正方法僅有少量研究，基于GPS 定位系統(tǒng)的機(jī)車輪徑校正方法主要是利用GPS能夠提供全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的 衛(wèi)星定位及導(dǎo)航服務(wù)的特點(diǎn)，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)測(cè)得作為輪徑校正計(jì)算中的基準(zhǔn)機(jī)車運(yùn)行 里程或機(jī)車運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)輪徑的校正。但是現(xiàn)有基于GPS定位系統(tǒng)的機(jī)車輪徑校正方法 或者需要依賴外部數(shù)據(jù)，如地圖數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)等，如果缺乏這些數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)精度不高， 則無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)車的輪徑校正；或者需要在GPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上額外加裝陀螺儀等慣性測(cè)量裝 置，對(duì)硬件要求高，投入及維護(hù)成本大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一 種無(wú)需外部數(shù)據(jù)支持，僅需利用現(xiàn)有的GPS數(shù)據(jù)信息，就能高效、高精度、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)輪徑 校正的基于GPS速度的機(jī)車輪徑自動(dòng)校正方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種基于GPS速度的機(jī)車輪徑 自動(dòng)校正方法，包括如下步驟：
[0008] SI.建立GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)、機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)、速度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)；
[0009] S2.監(jiān)測(cè)GPS信號(hào)參數(shù)和機(jī)車工況參數(shù)；
[0010] S3.判斷GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)、機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)、速度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)是否同時(shí)為 真，當(dāng)同時(shí)為真時(shí)跳轉(zhuǎn)到步驟S4,否則繼續(xù)執(zhí)行步驟S3 ;
[0011] S4.計(jì)算待校正車輪的輪徑，完成輪徑自動(dòng)校正。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟Sl中GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)如式（1)所示：
[0013] fGPS (NumS, HDOP, VDOP) (I)
[0014] 式（I)中，NumS為GPS定位衛(wèi)星顆數(shù)；HDOP為GPS水平分量精度因子，VDOP為GPS 垂直分量精度因子；
[0015] 當(dāng)同時(shí)滿{
卜，GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)fSPS(NumS，HD0P，VD0P)為真，否則為 假，其中，S 預(yù)設(shè)的GPS定位衛(wèi)星顆數(shù)門檻值，δ 2為預(yù)設(shè)的GPS水平分量精度因子門檻 值，S 3為預(yù)設(shè)的GPS垂直分量精度因子門檻值。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟Sl中機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)如式（2)所示：
[0017] fLoco (Sliptest, Sentest, T, B, Vgps) (2)
[0018] 式（2)中，Sliptest為機(jī)車待校正車輪的車軸傳感器空轉(zhuǎn)信號(hào)參數(shù)、Sen test為機(jī)車 待校正車輪的車軸傳感器狀態(tài)信號(hào)參數(shù)，T為機(jī)車牽引工況狀態(tài)信號(hào)參數(shù)，B為機(jī)車制動(dòng)工 況狀態(tài)信號(hào)參數(shù)，V spsS GPS速度；
[0019] 通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)車待校正車輪的車軸傳感器空轉(zhuǎn)信號(hào)參數(shù)Sliptest得出待校正車輪的 車軸傳感器未發(fā)出空轉(zhuǎn)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間f (Sliptest)，監(jiān)測(cè)機(jī)車牽引工況信號(hào)參數(shù)T得出未 發(fā)出機(jī)車牽引工況信號(hào)的持續(xù)時(shí)間時(shí)間f (T)，監(jiān)測(cè)機(jī)車制動(dòng)工況信號(hào)參數(shù)B得出未發(fā)出機(jī) 車制動(dòng)工況信號(hào)的持續(xù)時(shí)間f (B);
[0020] 當(dāng)同時(shí)滿{
機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)USliptest, Sentest, T，B，Vcps) 為真，否則為假，其中，Vth為預(yù)設(shè)的機(jī)車速度門檻值，δ 4為預(yù)設(shè)的機(jī)車惰行時(shí)間門檻值，δ 5 為預(yù)設(shè)的待校正車輪未發(fā)生空轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間門檻值。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟Sl中速度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)如式（3)所示：
[0022] fsta (Ntest, Vgps) (3)
[0023] 式⑶中，Ntest為機(jī)車待校正車輪牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，V ^為GPS速度；
[0024] 通過(guò)對(duì)GPS速度Vsps進(jìn)行微分計(jì)算在預(yù)設(shè)時(shí)間t i內(nèi)的GPS加速度a SPS，對(duì)GPS加 速度am進(jìn)行微分計(jì)算在預(yù)設(shè)時(shí)間12內(nèi)的GPS加速度變化量k (；pS，對(duì)機(jī)車待校正車輪牽引 電機(jī)的轉(zhuǎn)速Ntest進(jìn)行微分計(jì)算在預(yù)設(shè)時(shí)間1 3內(nèi)的機(jī)車待校正車輪牽引電機(jī)的加速度amcitOT， 對(duì)機(jī)車待校正車輪牽引電機(jī)的加速度a mcitOT進(jìn)行微分計(jì)算在預(yù)設(shè)時(shí)間14內(nèi)的機(jī)車待校正車 輪牽引電機(jī)的加速度變化量k MtOT;
[0025] 當(dāng)同時(shí)滿屈
i度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)fSta(Ntest，V tips)為真，否則為假，其 中，S 6為預(yù)設(shè)的GPS加速度門檻值，δ 7為預(yù)設(shè)的GPS加速度變化量門檻值，δ 8為預(yù)設(shè)的 電機(jī)轉(zhuǎn)速加速度門檻值，S 9為預(yù)設(shè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速加速度變化量門檻值。
[0026] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中GPS信號(hào)參數(shù)包括GPS定位衛(wèi)星顆數(shù) NumS、GPS水平分量精度因子HDOP、GPS垂直分量精度因子VDOP、GPS速度Vsps;所述待測(cè)機(jī) 車工況參數(shù)包括機(jī)車待校正車輪的車軸傳感器空轉(zhuǎn)信號(hào)參數(shù)Slip test、機(jī)車待校正車輪的 車軸傳感器狀態(tài)信號(hào)參數(shù)Sentf3st、機(jī)車牽引工況狀態(tài)信號(hào)參數(shù)T、機(jī)車制動(dòng)工況狀態(tài)信號(hào)參 數(shù)B，機(jī)車待校正車輪牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)N test。
[0027] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4計(jì)算待校正車輪的輪徑，其輪徑校正計(jì)算 方法如式（4)所示：
[0028]
⑷：
[0029] 式⑷中，Dtest為待校正車輪的輪徑（單位為：m)，V ^為GPS的速度（單位為：km/ h)，Ntest為待校正車輪牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速（單位為：r/min)，k為傳動(dòng)比，Pi為常數(shù)圓周率。
[0030] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4計(jì)算待校正車輪的輪徑，包括對(duì)GPS速度 信號(hào)和待校正車輪牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速的時(shí)序補(bǔ)償，其輪徑校正計(jì)算方法如式（5)所示：
[0031]
(5)
[0032] 式（5)中，Dtest為待校正車輪的輪徑（單位為：m)，V ^為GPS的速度（單位為：km/ At h)，k為傳動(dòng)比，Pi為常數(shù)圓周率，Ntastp為待校正車輪牽引電機(jī)在計(jì)算時(shí)間點(diǎn)后^個(gè)數(shù) 據(jù)更新周期的轉(zhuǎn)速（單位為：r/min)，其中，At為GPS數(shù)據(jù)更新周期與待校正車輪牽引電 機(jī)的轉(zhuǎn)速更新周期之差，cycle為輪徑校正系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集到完成一次計(jì)算所需的時(shí)間。
[0033] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟S3中，同時(shí)判斷GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)，及多個(gè) 待校正車輪的機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)和速度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)是否同時(shí)為真，同時(shí)為真時(shí)跳轉(zhuǎn)到 步驟S4,否則繼續(xù)執(zhí)行步驟S3。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0035] 1、本發(fā)明僅需要利用機(jī)車現(xiàn)有的GPS信息及機(jī)車本身的工況信息，無(wú)需要提供額 外的外部數(shù)據(jù)信息，也無(wú)需額外加裝硬件設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)車輪的輪徑校正，設(shè)備投入少， 維護(hù)成本低。
[0036] 2、本發(fā)明通過(guò)GPS信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)、機(jī)車工況評(píng)價(jià)函數(shù)和速度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)評(píng) 估GPS信號(hào)的質(zhì)量和機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，僅在完全滿足上述三個(gè)函數(shù)的情況下，才開(kāi)始進(jìn)行機(jī) 車輪徑校正計(jì)算，輪徑校正精度