本發(fā)明涉及列車動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)和評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、鐵路貨運(yùn)列車基本上由機(jī)車和若干車輛通過車鉤緩沖裝置連接而成。但是在列車啟動(dòng)、加速、制動(dòng)過程中動(dòng)力傳遞復(fù)雜，而且在各個(gè)操作過程中由于各種操作會(huì)帶來的各個(gè)方向的沖擊力，這不僅會(huì)導(dǎo)致車輛不能平穩(wěn)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致車鉤斷鉤，造成嚴(yán)重的列車安全事故。因此需要有效的監(jiān)測(cè)列車在運(yùn)行過程中所帶來的各個(gè)方向的沖動(dòng)，對(duì)其平穩(wěn)性進(jìn)行評(píng)估。

2、目前尚未有對(duì)列車駕駛過程中的平穩(wěn)性數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集處理的設(shè)備和方法，大多只是針對(duì)加速度或者采用單一的車鉤緩沖器位移來進(jìn)行分析，有的雖然提到了加速度和車鉤緩沖器位移綜合分析的例子，但是也沒有結(jié)合列車駕駛過程中的各種駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)和電子地圖等綜合分析平穩(wěn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確評(píng)估貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性的系統(tǒng)和方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，包括沿車輛分布設(shè)置的若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置和地面綜合評(píng)估單元；所述平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置包括：cpu板、加速度傳感器、激光傳感器、gps設(shè)備、行車記錄儀、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)顯示模塊和電源模塊；所述加速度傳感器用于采集車廂的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角和繞3個(gè)軸的角速度；所述激光傳感器用于采集相鄰兩節(jié)車廂間的間距；所述gps設(shè)備作為時(shí)鐘模塊提供系統(tǒng)時(shí)間并進(jìn)行當(dāng)前時(shí)間經(jīng)緯度的采集；所述cpu板與加速度傳感器、激光傳感器和gps設(shè)備進(jìn)行串口通信；所述行車記錄儀用于記錄相鄰兩節(jié)車廂間的車鉤狀態(tài)；所述地面綜合評(píng)估單元與平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，利用平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估。

4、進(jìn)一步地，所述地面綜合評(píng)估單元還與機(jī)車駕駛狀態(tài)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，結(jié)合機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)及電子高清地圖進(jìn)行平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估。

5、所述地面綜合評(píng)估單元包括數(shù)據(jù)處理單元、自由間隙狀態(tài)判定單元、間距修正單元、相對(duì)加速度和相對(duì)位移計(jì)算單元、數(shù)據(jù)有效性判斷單元、平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元；所述數(shù)據(jù)處理單元又包括數(shù)據(jù)對(duì)齊單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理和真實(shí)值計(jì)算單元。

6、所述數(shù)據(jù)對(duì)齊單元依據(jù)gps設(shè)備提供的時(shí)間將單個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊、將多個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊、將平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)和機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊；同時(shí)還依據(jù)gps設(shè)備提供的時(shí)間以及經(jīng)緯度將平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)與電子高清地圖對(duì)齊，從而能夠顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)所處的地理位置，并能夠與鐵路線路數(shù)據(jù)中的具體里程進(jìn)行匹配，以獲得該位置的線路參數(shù)。

7、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理和真實(shí)值計(jì)算單元針對(duì)俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并針對(duì)縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角進(jìn)行真實(shí)值計(jì)算。

8、所示自由間隙狀態(tài)判定單元用于對(duì)行車記錄儀記錄的圖像進(jìn)行解析，從而判定車鉤自由間隙狀態(tài)c，車鉤自由間隙狀態(tài)分為自由狀態(tài)、壓鉤狀態(tài)和拉鉤狀態(tài)。

9、所述間距修正單元利用視頻處理算法對(duì)行車記錄儀記錄的圖像進(jìn)行解析，計(jì)算出當(dāng)前車鉤彎曲角度，進(jìn)而修正激光傳感器采集的相鄰兩節(jié)車廂間的間距l(xiāng)。

10、所述相對(duì)加速度和相對(duì)位移計(jì)算單元利用前后兩節(jié)車廂之間的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角進(jìn)行相對(duì)加速度δa的計(jì)算，利用相鄰兩節(jié)車廂修正后的車廂間距l(xiāng)計(jì)算相對(duì)位移δl。

11、所述數(shù)據(jù)有效性判斷單元接收所述相對(duì)加速度δa、相對(duì)位移δl以及車鉤自由間隙狀態(tài)c，在所述平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元開始計(jì)算之前，利用之前專利cn202210850080.4所寫的方法先對(duì)δa、δl數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判斷，若數(shù)據(jù)有效，則發(fā)送給所述平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元進(jìn)行計(jì)算；若數(shù)據(jù)無效，則不發(fā)送給所述平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元，且根據(jù)無效的情形選擇將數(shù)據(jù)刪除或直接給出列車運(yùn)行不平穩(wěn)的信號(hào)。

12、所述平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元進(jìn)行局部平穩(wěn)性和整體平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估；局部平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估利用單個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置所對(duì)應(yīng)的有效的相對(duì)加速度δa和相對(duì)位移δl進(jìn)行平穩(wěn)性計(jì)算，具體為將接收到的離散的δa、δl數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到δa-δl曲線，并計(jì)算δa-δl曲線與δl坐標(biāo)軸圍成的圖形的面積，從而得到局部平穩(wěn)性指標(biāo)s。并結(jié)合gps時(shí)間、gps經(jīng)緯度、機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)和電子高清地圖確定所述平穩(wěn)性是列車在何種狀態(tài)以及在線路何種位置下的平穩(wěn)性指標(biāo)；整體平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估利用所述若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)，即完成局部平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估后，根據(jù)每個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置所對(duì)應(yīng)的平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。

13、本發(fā)明還提供了一種貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估方法，所述方法包括：沿車輛分布設(shè)置若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置，每一所述平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集時(shí)間、經(jīng)緯度、車廂的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角、繞三個(gè)軸的角速度、車廂間距、車鉤狀態(tài)等信息；將上述采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊；將加速度傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和真實(shí)值計(jì)算，得到縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角的真實(shí)值；依據(jù)行車記錄儀的視頻判定車鉤自由間隙狀態(tài)c；依據(jù)行車記錄儀的視頻修正激光傳感器采集的相鄰兩節(jié)車廂間的間距l(xiāng)，依據(jù)前后兩節(jié)車廂之間的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角進(jìn)行相對(duì)加速度δa的計(jì)算，依據(jù)相鄰兩節(jié)車廂修正后的車廂間距l(xiāng)計(jì)算相對(duì)位移δl；依據(jù)相對(duì)加速度δa、相對(duì)位移δl以及車鉤自由間隙狀態(tài)c進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性判斷，最后依據(jù)有效的相對(duì)加速度δa和相對(duì)位移δl進(jìn)行平穩(wěn)性指標(biāo)計(jì)算，將接收到的離散的δa、δl數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到δa-δl曲線，并計(jì)算δa-δl曲線與δl坐標(biāo)軸圍成的圖形的面積，從而得到局部平穩(wěn)性指標(biāo)s，并根據(jù)gps時(shí)間、gps經(jīng)緯度、機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)和電子高清地圖進(jìn)行局部平穩(wěn)性綜合計(jì)算評(píng)估，最后利用若干個(gè)平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行整體平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估。

14、本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是：1)相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的信息更加全面，包括運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行位置(經(jīng)緯度)、加速度、角度、車廂間距和車鉤自由間隙狀態(tài)，還可以結(jié)合列車運(yùn)行過程中的各種駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而以往對(duì)列車運(yùn)行過程中的信息采集比較片面，不能反映列車運(yùn)行的全貌。2)本發(fā)明不僅可以根據(jù)單個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)評(píng)估列車的局部平穩(wěn)性，還可以根據(jù)多個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)評(píng)估列車的整體平穩(wěn)性。3)本發(fā)明根據(jù)列車運(yùn)行平穩(wěn)性可以評(píng)估司機(jī)駕駛水平和自動(dòng)駕駛算法的優(yōu)劣，從而為自動(dòng)駕駛關(guān)鍵控制算法研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，包括沿車輛分布設(shè)置的若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置和地面綜合評(píng)估單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述地面綜合評(píng)估單元還與機(jī)車駕駛狀態(tài)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，結(jié)合機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)及電子高清地圖進(jìn)行平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述地面綜合評(píng)估單元包括數(shù)據(jù)處理單元、自由間隙狀態(tài)判定單元、間距修正單元、相對(duì)加速度和相對(duì)位移計(jì)算單元、數(shù)據(jù)有效性判斷單元、平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元；所述數(shù)據(jù)處理單元又包括數(shù)據(jù)對(duì)齊單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理和真實(shí)值計(jì)算單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)對(duì)齊單元依據(jù)gps設(shè)備提供的時(shí)間將單個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊、將多個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊、將平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)和機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊；同時(shí)還依據(jù)gps設(shè)備提供的時(shí)間以及經(jīng)緯度將平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)與電子高清地圖對(duì)齊，從而能夠顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)所處的地理位置，并能夠與鐵路線路數(shù)據(jù)中的具體里程進(jìn)行匹配，以獲得該位置的線路參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)預(yù)處理和真實(shí)值計(jì)算單元針對(duì)俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并針對(duì)縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角進(jìn)行真實(shí)值計(jì)算。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所示自由間隙狀態(tài)判定單元用于對(duì)行車記錄儀記錄的圖像進(jìn)行解析，從而判定車鉤自由間隙狀態(tài)，車鉤自由間隙狀態(tài)分為自由狀態(tài)、壓鉤狀態(tài)和拉鉤狀態(tài)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述間距修正單元利用視頻處理算法對(duì)行車記錄儀記錄的圖像進(jìn)行解析，計(jì)算出當(dāng)前車鉤彎曲角度，進(jìn)而修正激光傳感器采集的相鄰兩節(jié)車廂間的間距。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述相對(duì)加速度和相對(duì)位移計(jì)算單元利用前后兩節(jié)車廂之間的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角進(jìn)行相對(duì)加速度的計(jì)算，利用相鄰兩節(jié)車廂修正后的車廂間距計(jì)算相對(duì)位移。所述數(shù)據(jù)有效性判斷單元接收所述相對(duì)加速度δa、相對(duì)位移δl以及車鉤自由間隙狀態(tài)c，進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性判斷。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于：所述平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估單元進(jìn)行局部平穩(wěn)性和整體平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估；局部平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估利用相對(duì)加速度和相對(duì)位移進(jìn)行平穩(wěn)性計(jì)算，并結(jié)合機(jī)車駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)和電子高清地圖確定所述平穩(wěn)性是列車在何種狀態(tài)以及在線路何種位置下的平穩(wěn)性指標(biāo)；整體平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估利用所述若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)，即完成局部平穩(wěn)性計(jì)算評(píng)估后，根據(jù)每個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置所對(duì)應(yīng)的平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。

10.一種利用權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估的方法，所述方法包括：沿車輛分布設(shè)置若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置，每一所述平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集時(shí)間、經(jīng)緯度、車廂的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角和繞3個(gè)軸的角速度、車廂間距、車鉤狀態(tài)等信息；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的貨運(yùn)列車運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)估系統(tǒng)，包括沿車輛分布設(shè)置的若干個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置和地面綜合評(píng)估單元；平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置包括：CPU板、加速度傳感器、激光傳感器、GPS設(shè)備、行車記錄儀、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)顯示模塊和電源模塊；地面綜合評(píng)估單元與平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，利用平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行平穩(wěn)性的計(jì)算評(píng)估。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是：較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置采集的信息更加全面，不僅可以根據(jù)單個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)評(píng)估列車的局部平穩(wěn)性，還可以根據(jù)多個(gè)平穩(wěn)性數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)評(píng)估列車的整體平穩(wěn)性；根據(jù)列車運(yùn)行平穩(wěn)性可以評(píng)估司機(jī)駕駛水平和自動(dòng)駕駛算法的優(yōu)劣。

技術(shù)研發(fā)人員：劉中田,王建民,陳鋒華,丁小汀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京交大思諾科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6