专利名称：一种检测粘着系数的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明有关于机车与动车组检测技术领域，具体地讲是一种检测粘着系数的方法、装置和系统。
背景技术：
粘着系数μ是机车或动车组设计和日常运行中一个重要的参数，机车或动车组 的粘着重量确定之后，实际能够发挥的最大牵引力/制动力即轮轨粘着力，取决于动轮与 钢轨间的粘着系数μ。机车或动车组牵引时，如果轮周牵引力大于轮轨粘着力，就会发生空 转；机车或动车组制动时，如果制动力大于轮轨粘着力，机车就会发生滑行。根据列车的工 况，粘着系数分为牵引粘着系数和制动粘着系数，一般来说，制动粘着系数小于牵引粘着系 数。粘着系数与很多因素有关，因而不可能制定出一个包括各种因素的计算公式。牵 引计算中采用的粘着系数是经过专门试验确定的，叫做计算粘着系数μ ρ现有技术中对于 机车粘着系数的测定一般是采用被试机车+试验车+负载机车+若干货车车辆的编组方 式，将被试机车静置于测试的铁轨线路上，对后部列车施加制动，逐渐增大牵引力，试验车 连续进行数据采集，直到机车发生空转为止，以测定机车的最大轮周粘着牵引力。但是在实现本发明的过程中发明人发现现有技术至少包括以下不足现有试验方法只能测定机车的起动粘着系数，无法测定在实际运行线路上综合各 种外部环境和轨面条件的粘着系数，也无法测定制动工况下的粘着系数，使用条件有限；进 行试验时，需要专门选定试验线路和试验时间，影响正常的运输任务，并要安装大量传感 器，费时费力，无法开展大规模的试验；并且利用现有技术中的方式只能计算出机车起动时 速度为零的粘着系数，使得真实运输活动中对机车的控制并不准确。
发明内容
本发明正是基于上述问题而提出，其目的在于提供一种检测粘着系数的方法、装 置和系统，用于解决现有技术中检测机车或动车组粘着系数成本高，资源浪费严重、无法在 我国繁忙的运营线路上实施等问题。本发明实施例提供了一种检测粘着系数的方法，包括，获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述控制参数和运行 参数按照时间顺序存储于索引文件中；当所述机车或动车组的运行参数到达预定条件时，将所述索引文件发送给远端计 算机；所述计算机根据所述索引文件计算该机车或动车组的粘着系数。根据本发明实施例所述方法的一个进一步的方面，在所述机车或动车组上获取到 所述控制参数和运行参数后，还包括机车或动车组获取当前的环境参数，将所述环境参数 按照时间顺序存储于索引文件中。
根据本发明实施例所述方法的再一个进一步的方面，所述当所述机车或动车组的 运行参数满足预定条件时，将所述索引文件发送给远端计算机包括，当所述机车或动车组的运行参数至少满足以下条件之一，所述预定条件满足当任一动轴和拖轴的转速差值超过第一预定门限值时，则将所述索引文件发送给 远端计算机；或当任意两个动轴转速之间的差值超过第二预定门限值，则将所述索引文件发送给 所述远端计算机；或当任一动轴加速度的绝对值超过第三预定门限值，则将所述索引文件发送给远端 计算机；或当接收到机车或动车组的车轮发生空转或者滑行的报警信息时将所述索引文件 发送给远端计算机。根据本发明实施例所述方法的另一个进一步的方面，在所述计算机根据所述索引 文件计算该机车或动车组的粘着系数中还包括，所述远端计算机获取环境服务器的环境参 数，根据所述环境参数分析该机车或动车组的粘着系数。本发明实施例还提供了 一种粘着系数的检测装置，包括，获取单元，用于获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述 控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中；发送单元，用于当所述机车或动车组的运行参数满足预定条件时，将所述索引文 件发送出去。根据本发明实施例所述装置的一个进一步的方面，所述获取单元与机车或动车组 上的MVB网络相连接，通过该MVB网络获取机车或动车组上的控制参数和运行参数；或者与机车或动车组上的牵引控制单元相连接，获取控制参数和运行参数。根据本发明实施例所述装置的再一个进一步的方面，还包括环境参数获取单元， 用于获取机车或动车组运行的环境参数，并将所述环境参数存储于所述索引文件中。根据本发明实施例所述装置的另一个进一步的方面，所述发送单元中至少包括以 下�？橹唬谝慌卸夏？椋比我欢岷屯现岬淖俨钪党谝辉ざ畔拗凳保蚪� 索引文件发送出去；或第二判断�？椋比我饬礁龆嶙僦涞牟钪党诙ざ畔拗担蚪� 索引文件发送出去；或第三判断�？椋比我欢峒铀俣鹊木灾党谌ざ畔拗担蚪鏊饕� 文件发送给出去；或第四判断�？椋苯邮盏交祷蚨底榈某德址⑸兆蛘呋械谋ň畔⑹苯� 所述索引文件发送出去。本发明实施例还提供了一种检测粘着系数的系统，包括检测装置和远端计算机，所述检测装置，用于获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将 所述控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中，并且当所述机车或动车组的运 行参数到达预定条件时，将所述索引文件发送给所述远端计算机；所述远端计算机，用于根据所述索引文件计算该机车或动车组的粘着系数。
根据本发明实施例所述系统的一个进一步的方面，还包括环境服务器，所述远端 计算机从所述环境服务器获取环境参数，根据所述环境参数分析所述粘着系数。通过本发明实施例中，可以检测获得实际轨道和机车或动车组之间的数据，后期 计算出来的粘着系数更具有参考性，便于牵引力和制动力的控制，并且可以避免占用轨道 影响正常的生产运输，而且可以获得运行中机车或动车组与轨道之间的粘着系数，对于不 同的应用中更加准确。
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1所示为本发明实施例一种检测粘着系数的方法流程图；图2所示为本发明一种粘着系数的检测装置结构示意图；图3所示为本发明实施例一种检测粘着系数的系统结构图；图4所示为本发明实施例切线力系数与相对滑动速度的关系图；图5所示为本发明实施例机车车轮单轮简化结构示意图；图6所示为本发明实施例粘着系数与速度的曲线图；图7所示为本发明实施例一种检测粘着系数的方法流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和 附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。在以下的实施例中将机车或者动车组统称为机车，但本领域技术人员可以想到的 是，本发明的方法、装置及系统可以适用于机车或者动车组。如图1所示为本发明实施例一种检测粘着系数的方法流程图。包括步骤101，获取运行的机车上实时的控制参数和运行参数，将所述控制参数和 运行参数按照时间顺序存储于索引文件中。其中，所述控制参数是指控制机车中各种动力装置的参数，例如包括电机电流设 定值、电机动轴转矩的设定值、转速设定值等。其中所述控制参数可以通过机车上的多功能 车辆(MVB)网络获取司机室手柄牵引/制动级位、四个动轴的转矩设定值、转速设定值，并 且也可以通过所述机车上的牵引控制单元(TCU)获得。所述运行参数包括例如时间、通过全球卫星定位系统获取的机车的位置参数、电 机电流、四个动轴转速(根据机车型号不同获取的动轴转速的个数也不同)、一个拖轴的转 速、四个动轴的转矩、车辆运行速度、轮轴牵引力、运行公里标、线路条件(上坡或者下坡) 等参数，可以通过机车上的MVB网络获取传感器的运行参数，并且也可以通过所述机车上 的牵引控制单元(TCU)获得。对于机车而言，如果没有运行参数中的一种或几种，可以在该机车上加入特定的 传感器以获取该运行参数。在所述机车上获取到所述控制参数和运行参数后，还包括机车获取当前的环境参数，所述环境参数包括例如天气状况、温度、湿度等，所述天气状况包括晴天、下雨、或者下 雪等天气状况。在上述步骤后还包括，将所述环境参数按照时间顺序存储于索引文件中。
通过上述步骤，可以检测获得实际轨道和机车之间的数据，后期计算出来的粘着 系数更具有参考性，便于牵引力和制动力的控制，并且可以避免占用轨道影响正常的生产 运输，而且可以获得移动中机车与轨道之间的粘着系数，对于不同的应用中更加准确。步骤102，当所述机车的运行参数满足预定条件时，将所述索引文件发送给远端计 算机。作为本发明进一步的实施例，当接收到机车的车轮发生空转或者滑行的报警信息 时才将所述索弓I文件发送给远端计算机。作为本发明进一步的实施例，当任一动轴和拖轴的转速差值超过第一预定门限值 时，所述第一预定门限值例如为0. 27m/s，则将所述索引文件发送给远端计算机，其中，所述 拖轴既不受牵引力又不受制动力，该拖轴的转速换算成的速度可以认为是机车实际的运行速度。作为本发明进一步的实施例，当任意两个动轴转速之间的差值超过第二预定门限 值，所述第二预定门限值例如为1. 5m/s，则将所述索引文件发送给所述远端计算机。作为本发明进一步的实施例，当任一动轴加速度的绝对值超过第三预定门限值， 则将所述索引文件发送给远端计算机，例如在机车速度< 70km/h时，所述第三预定门限值 为每秒加速或减速lkm/h ；当70km/h <机车速度< 110km/h时，所述第三预定门限值为每 秒加速或减速0. 5km/h ；当机车速度> 110km/h时，所述第三预定门限值为每秒加速或减速 0. 33km/h。其中，所述加速度的绝对值包括动轴加速和减速的情况。上述第一预定门限值、第二预定门限值和第三预定门限值可以根据不同车型进行 设定，或者对同种车型设定不同的预定门限值，显然不应当理解为对本发明的限制。其中发送给远端计算机包括，通过无线网络将所述索引文件发送给所述远端计算 机。通过对发送索引文件的判断机制可以减小传输数据的通信量，避免大量的无用数 据对通信资源的浪费。步骤103，所述计算机根据所述索引文件计算该机车的粘着系数。在本步骤中还包括，所述计算机获取包括所述控制参数、运行参数和所述环境参 数构成的所述索引文件，根据所述控制参数、运行参数计算粘着系数，根据所述环境参数分 析该机车的粘着系数。在本步骤中还包括，所述远端计算机还可以获取环境服务器的环境参数，根据所 述控制参数、运行参数计算该机车的粘着系数，并结合环境参数分析在各种环境条件下的 粘着系数，例如分析粘着系数在下雪时是多少，在下雨时是多少，以便于以后的牵引力计算 制定运输计划，例如确定牵引质量、运行速度和运行时间，并且还可以用于牵引力或者制动 力的控制。如图2所示为本发明一种粘着系数的检测装置结构示意图。包括获取单元201，发送单元202。所述获取单元201，用于获取运行的机车上实时的控制参数和运行参数，将所述控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中。其中控制参数和运行参数如前述方法实施例中的描述。所述发送单元202，用于当所述机车的运行参数满足预定条件时，将所述索引文件发送出去。作为本发明进一步的实施例，获取单元201可以和机车上的MVB网络相连接，通过 该MVB网络获取机车上传感器的控制参数和运行参数，也可以和机车上的牵引控制单元相 连接获取控制参数和运行参数。还可以包括环境参数获取单元203，用于获取机车运行的环境参数，并将所述环境 参数存储于所述索引文件中，其中所述环境参数如同方法实施例中的描述。所述发送单元202中进一步包括，第一判断�？�2021，当任一动轴和拖轴的转速 差值超过第一预定门限值时，则将所述索引文件发送出去。所述发送单元202中进一步包括，第二判断�？�2022，当任意两个动轴转速之间 的差值超过第二预定门限值，则将所述索引文件发送出去。所述发送单元202中进一步包括，第三判断�？�2023，当任一动轴加速度的绝对 值超过第三预定门限值，则将所述索弓I文件发送给出去。所述发送单元202中进一步包括，第四判断�？�2024，当接收到机车或动车组的 车轮发生空转或者滑行的报警信息时才将所述索引文件发送出去。所述发送单元202还包括无线网络的接口，通过无线网络将所述索引文件发送出去。通过上述实施例，采集实时运行机车的控制参数和运行参数，可以方便后期计算 实际轨道和机车之间的粘着系数，节省了现有检测粘着系数的成本，并且由于是实际轨道 和机车之间的参数，所以获得的粘着系数更具有参考性，有利于机车的牵引力、制动力的控 制，并且不会影响正常的生产运输任务。如图3所示为本发明实施例一种检测粘着系数的系统结构图。包括，检测装置301，远端计算机302。其中所述检测装置301进一步包括，获取单元3011，发送单元3012。所述获取单元3011，用于获取运行的机车上实时的控制参数和运行参数，将所述 控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中。其中控制参数和运行参数如前述方 法实施例中的描述。所述发送单元3012，用于当所述机车的运行参数到达预定条件时，将所述索引文 件发送给所述远端计算机302。所述远端计算机302，用于根据所述索引文件计算该机车的粘着系数。在本实施例中还可以包括环境服务器，所述远端计算机302从该环境服务器获取 机车的运行时的环境参数，以便用于后期对粘着系数的分析和计算。粘着系数通常定义为最大粘着力与轮轨垂向力的比值，轮周速度与车辆速度之 差称为相对滑动速度。切线力系数与相对滑动速度通常有如图4的关系。从图4中可以看 出在相对滑动速度较小时(OA段)，轮轨间的切线力系数迅速增大，此时车辆运行于微滑 阶段；当相对滑动速度达到A点时，切线力系数为最大值，即粘着系数，此时牵引粘着力发 挥最好；随后相对滑动速度继续增加(AB段)，切线力系数迅速减�。匙牌苹担耸背盗驹诵杏诓晃榷ń锥危簿褪浅德植蚧蚩兆�。以下为远端计算机计算机车在某速度下干燥平直轨面上的粘着系数的实施例，如 图5所示为机车车轮单轮简化结构示意图。根据图5所示可以得到以下公式<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 9</formula>(2)<formula>formula see original document page 9</formula>(3)式中J为车轮的转动惯量；T为牵引力矩；F为粘着力；ωψ为车轮角速度；R为车 辆轮径；μ为切线力系数；m为驱动轮轴质量；Tm为电动机产生的力矩；ig为齿轮箱的传动 比。将(2)、(3)代入(1)，得
<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>
求出每一时刻的相对滑动速度M— = F-f(6)
dtVs=COwR-V(7)M为车辆的质量；f为车轮受到的阻力；V为车辆速度 ’Vs为相对滑动速度。用最小二乘法拟合空转前后一段时间内的切线力系数和相对滑动速度，如图4所
7J\ ο对切线力系数与相对滑动速度曲线取微分则可以得到斜率k为彳，当k = 0
时，即μ取得最大值时即在该线路条件下的在一定速度下的粘着系数。根据多次测量得出在各个速度下的粘着系数绘制一幅如图6所示的粘着系数与 速度的曲线图。如图7所示为本发明实施例一种检测粘着系数的方法流程图。步骤701，检测装置从机车TCU和MVB网络中获取控制参数和运行参数，其中例如 包括各个电机的转速、转矩以及参考轴的转速，机车的运行里程数、机车时间、空转报警信 号、牵引力实际反馈值、司机牵引力和制动手柄的位置等。步骤702，将所述控制参数和运行参数根据时间顺序存储于索引文件中。步骤703，判断运行参数是否满足预定条件，在本例中当机车发生空转时认为满足 预定条件，根据空转报警信号触发发送索引文件的功能。步骤704，将发生空转前后预定时间段内的索引文件通过无线网络的方式发送给 远端的计算机。其中，举例而言，可以将发生空转前两分钟至空转结束后2分钟内的索引文件通 过分组交换(GPRS)网络方式发送给远端计算机。
步骤705，远端计算机根据所述索引文件中的数据对粘着系数进行计算。作为优选的实施例，远端计算机还可以获取气象局的环境服务器发送的环境参 数，根据环境参数分析该粘着系数，使得粘着系数的计算更加准确。本发明实施例的方法、装置和系统，可以检测到运行机车的控制参数和运行参数，用于粘着系数的计算，使得计算出的粘着系数更加可靠、准确，适用于真实运输中的轨道， 并且避免了现有技术中获取粘着系数需要占用轨道影响正常运输的问题，利用本发明方 法、装置及系统获得的粘着系数可以应用于牵引力计算中制定运输计划，例如确定牵引质 量、运行速度、运行时间和在不利天气下制动时的停车距离，并且还可以用于牵引力或者制 动力的控制。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种检测粘着系数的方法，其特征在于包括，获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中；当所述机车或动车组的运行参数到达预定条件时，将所述索引文件发送给远端计算机；所述计算机根据所述索引文件计算该机车或动车组的粘着系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述机车或动车组上获取到所述控制 参数和运行参数后，还包括机车或动车组获取当前的环境参数，将所述环境参数按照时间 顺序存储于索引文件中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述机车或动车组的运行参数满 足预定条件时，将所述索引文件发送给远端计算机中包括，当所述机车或动车组的运行参 数至少满足以下条件之一，所述预定条件满足当任一动轴和拖轴的转速差值超过第一预定门限值时，则将所述索引文件发送给远端 计算机；或当任意两个动轴转速之间的差值超过第二预定门限值，则将所述索引文件发送给所述 远端计算机；或当任一动轴加速度的绝对值超过第三预定门限值，则将所述索引文件发送给远端计算 机；或当接收到机车或动车组的车轮发生空转或者滑行的报警信息时将所述索引文件发送 给远端计算机。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算机根据所述索引文件计算该 机车或动车组的粘着系数中还包括，所述远端计算机获取环境服务器的环境参数，根据所 述环境参数分析该机车或动车组的粘着系数。
5.一种粘着系数的检测装置，其特征在于包括，获取单元，用于获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述控制 参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中；发送单元，用于当所述机车或动车组的运行参数满足预定条件时，将所述索引文件发送出去o
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元与机车或动车组上的MVB网 络相连接，通过该MVB网络获取机车或动车组上的控制参数和运行参数；或者与机车或动车组上的牵引控制单元相连接，获取控制参数和运行参数。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括环境参数获取单元，用于获取机车 或动车组运行的环境参数，并将所述环境参数存储于所述索引文件中。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述发送单元中至少包括以下�？橹唬� 第一判断�？椋比我欢岷屯现岬淖俨钪党谝辉ざ畔拗凳保蚪鏊饕募⑺统鋈ィ换虻诙卸夏？椋比我饬礁龆嶙僦涞牟钪党诙ざ畔拗担蚪鏊饕� 文件发送出去；或第三判断�？椋比我欢峒铀俣鹊木灾党谌ざ畔拗担蚪鏊饕募⑺透鋈ィ换虻谒呐卸夏？椋苯邮盏交祷蚨底榈某德址⑸兆蛘呋械谋ň畔⑹苯� 索引文件发送出去。
9.一种检测粘着系数的系统，其特征在于包括检测装置和远端计算机，所述检测装置，用于获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述 控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中，并且当所述机车或动车组的运行参 数到达预定条件时，将所述索引文件发送给所述远端计算机所述远端计算机，用于根据所述索引文件计算该机车或动车组的粘着系数。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于还包括环境服务器，所述远端计算机从所 述环境服务器获取环境参数，结合所述环境参数分析所述粘着系数。
全文摘要
本发明有关于机车或动车组检测技术领域，为了解决现有技术中机车或动车组粘着系数资源浪费大的问题，提供了一种检测粘着系数的方法、装置和系统，其中方法包括获取运行的机车或动车组上实时的控制参数和运行参数，将所述控制参数和运行参数按照时间顺序存储于索引文件中；当所述机车或动车组的运行参数到达预定条件时，将所述索引文件发送给远端计算机；所述计算机根据所述索引文件计算该机车或动车组的粘着系数。通过上述方法，可以检测到运行机车或动车组的控制参数和运行参数用于粘着系数的计算，使得计算出的粘着系数更加可靠，避免了现有技术中获取粘着系数需要试验列车在运营线路上进行大量专门试验从而占用轨道影响正常运输的问题。
文档编号G01M17/08GK101832869SQ201010164478
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者孙剑方, 孟葳, 张波, 李杰波, 王志峰, 赵红卫, 郑重雨, 郭晓燕, 陆阳, 高翔 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所
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