摆式列车信号检测系统探究和体会

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1、摆式列车信号检测系统探究和体会　　摘要：摆式列车是近十几年来迅速发展起来的现代铁路新技术，随着铁路提速的发展需求和各国大环境的影响，摆式列车已成为当前世界上发展高速的捷径和主流，其信号检测系统显得尤为关键和重要。常用的信号检测方式有三种，本文着重倾向于研究第三种陀螺仪检测系统加加速度传感器补偿方式，并详细分析了该方式的优越性。最后谈了几点自己在研究过程中的体会。关键词：摆式列车；信号检测系统；信号处理程序；体会0引言摆式列车是一种车体转弯时可以侧向摆动的列车。摆式列车能够在普通路轨上的弯曲路段高速驶过而无需减速。摆式列车供乘客乘座的车体在转弯时可以侧向摆动。当车辆向左转时，

2、车体向左倾摆，让重力抵销向右推的离心力。摆式列车可在极舒适和安全条件下，行驶到每小时250公里。在列车提速的当今历史中，用于既有线的摆式列车和用于新建高速线的高速列车必将并驾齐驱，相辅相成。它拥有顶级的旅途舒适度、环境影响最小、使用上灵活、高效能和绝对安全的刹车系统等优点。1摆式列车基本原理7机车车辆在通过曲线时会产生离心力，大小与质量及速度的平方成正比，与曲线半径的大小成反比。为了降低离心力，通常采用的办法是设置外轨超高。在有超高的曲线上，车体向内侧倾斜，使离心加速度被重力加速度的横向分量抵消一部分。离心加速度可用下式表示：式中：R—曲线半径h—外轨超高L—轨距超高的大小

3、是根据曲线半径和列车通过的速度来确定的，考虑到列车运行的安全性，一般在客货混跑的线路上，超高是根据货车的平均运行速度来确定的。由于客车的平均运行速度远大于货车的平均运行速度，因此超高的大小对于客车是远远不够的。为了改变这种状况，可以使列车进入曲线时车体向轨道超高的方向再倾摆一定的角度。这实际上相当增加了外轨的有效超高，从而增大了重力加速度的横向分量，抵消了更多的离心加速度，因此可以提高客车通过曲线的速度，这就是摆式列车的基本工作原理。这种车体可以相对轨道平面纵向轴转动的列车就称为摆式列车。7使车体倾摆的方式有两种：一种是靠车辆在通过曲线时的离心力作用，使车体绕其摆心转动，没

4、有外加的动力，这种倾摆的方式称为被动摆。与之相对应的，用外加的动力使车体倾摆的方式则称为主动摆。从倾摆角度看，一般被动摆的最大角度不超过3.5°，而主动摆的摆角一般都可达到8～10°。由摆式列车的工作原理可知，车体倾摆的角度越大，则曲线通过的速度提高越多。由于被动摆提速不多，因此极少被采用。为了尽可能地提高摆式列车的速度，应采用主动摆。根据欧洲等国家的应用经验，采用主动摆可使列车速度提高30%左右。根据我国的实际情况，摆式列车的研制应采用主动摆方式。2信号检测系统原理对于主动摆式列车，为了控制列车体的倾摆方向和角度大小，必需采用检测系统及时获得有关的线路参数。根据信号的检测

5、方式来看，常用的有三种：加速度传感器检测系统、陀螺仪检测系统、陀螺仪检测系统加加速度传感器补偿。采用加速度传感器输出的剩余离心加速度信号是一种比较简单的方法，但由于混有线路的随机干扰，必须有较好的滤波装置，另外线路的曲线半径和超高无法测出。用陀螺仪只能测出线路超高的大小。采用陀螺仪检测系统附加加速度传感器补偿则既可测出超高的大小，又可测出未平衡加速度，从而可以推算出曲线半径的大小。目前世界上的摆式列车均采用这三种方式，而更多的是采用陀螺仪检测系统加加速度传感器补偿的方式。7第三种信号检测方式属于实时采集模式，即直接采集列车的剩余离心加速度来控制车体的倾摆角，这种方式可适用于

6、任何线路。由于车辆系统是复杂的多刚体系统，自由度数目多，列车在运行过程中在横向存在着多种运动形式的组合，在弯道上既有所须的横向离心加速度信号，又有列车本身的横向振动、侧滚及摇头等运动引起的信号。因此在加速度传感器所测出的信号当中，包含了各种随机振动的信息，如图1，如果用它直接作为控制信息对伺服倾摆系统进行控制，必然会引起车体倾摆机构的误动作，造成车体也会随机振动，甚至失控，恶化了舒适性和安全性。因此必须对剩余离心加速度进行滤波才能作为倾摆控制信号。但滤波会造成信号延迟，如图2。由于车辆本身几个主要振型的固有频率在1～10赫兹的范围内，要获得稳定的波形，截止频率要在0.5～1

7、Hz之间，信号延迟约为0.8～1秒。为了补偿滤波延时，可在头车（机车）转向架上安装速率陀螺仪，检测线路的外轨超高的变化，由此判断是否进入缓和曲线，从而触发客车预先倾摆，补偿滤波信号的延时。但陀螺仪测得的信号不仅包含了外轨超高的变化率信号，而且包含了轨道不平顺、列车通过时轨缝冲击、路基变形等多种因素的影响，因此要除去噪声才能获得平滑的波形，以准确确定其稳定的上升（下降）沿作为触发信号。3信号处理程序简介7信号处理程序是根据已测得的线路试验数据进行实时仿真，即每采样一个数据就处理一个数据后输出。子函数loaddata（