簡(jiǎn)析列車(chē)抖動(dòng)對(duì)速傳脈沖誤輸出的影響

吳 亮

（通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司長(zhǎng)沙分公司，長(zhǎng)沙 410000）

隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，城市間的軌道交通早已成為城市建設(shè)中不可缺少的一部分，甚至已經(jīng)成為全球各大城市出行的主要交通方式。與其他公共交通工具比較，城市軌道交通具有運(yùn)能大、準(zhǔn)時(shí)、速度快等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。與這些優(yōu)點(diǎn)密切相關(guān)的就是地鐵的一個(gè)重要組成部分—CBTC 系統(tǒng)，本文將從CBTC 系統(tǒng)中的速度傳感器方面著手，分析列車(chē)抖動(dòng)對(duì)速度傳感器帶來(lái)的影響。

1 問(wèn)題概述

通過(guò)對(duì)某地鐵項(xiàng)目CBTC 信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)部分機(jī)車(chē)存在速度傳感器輸出多脈沖的問(wèn)題，且在車(chē)輛實(shí)施緊急制動(dòng)情況下速傳報(bào)多脈沖的概率更高，在排除多方問(wèn)題后，懷疑因車(chē)輛制動(dòng)時(shí)閘瓦制動(dòng)抱不死引起輪對(duì)來(lái)回抖動(dòng)從而影響速傳輸出多脈沖?，F(xiàn)從地鐵車(chē)輛輪對(duì)抖動(dòng)的距離討論引起速。

2 速度傳感器的工作原理

單位時(shí)間內(nèi)位移的增量變化就是速度，而速度又分位線(xiàn)速度和角速度，與其相對(duì)應(yīng)的就是線(xiàn)速度傳感器和角速度傳感器。傳感器的作用則是將一種非電量的信號(hào)，例如速度信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N電量信號(hào)，傳感器在進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和控制中起著非常重要的作用。本文中所提到的速度傳感器，安裝在地鐵車(chē)輛的軸端上，用于檢測(cè)軸的轉(zhuǎn)速。安裝時(shí)與被測(cè)齒輪相對(duì)，屬于非接觸式傳感器。其產(chǎn)生的脈沖頻率信號(hào)與速度成正比，因此能夠計(jì)算出軸的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而計(jì)算列車(chē)的運(yùn)行速度，而ATP 根據(jù)列車(chē)速度進(jìn)行邏輯計(jì)算，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)功能。

該地鐵項(xiàng)目所使用的速傳為上海德意達(dá)電子電纜設(shè)備有限公司生產(chǎn)的光電式速度傳感器。它有單、雙、三、四、五及六通道可供選擇。通過(guò)內(nèi)外兩軌道光柵盤(pán)掃描，傳感器輸出兩種不同脈沖數(shù)的方波信號(hào)，內(nèi)軌道每轉(zhuǎn)80 個(gè)脈沖，外軌道每轉(zhuǎn)200個(gè)脈沖，輸出可以是不同脈沖數(shù)的各種組合(不大于200 P/R 的任意脈沖數(shù)，或兩種脈沖數(shù)輸出的組合)，各通道間彼此隔離，且?guī)в袠O性保護(hù)、輸出短路保護(hù)。

3 簡(jiǎn)化速度傳感器脈沖產(chǎn)生模型

速度傳感器通過(guò)光柵盤(pán)掃描，外軌道每轉(zhuǎn)輸出200 個(gè)脈沖，如圖1 所示，為一個(gè)光柵盤(pán)，光柵盤(pán)外軌均勻分成400 等分，其中開(kāi)兩百個(gè)均勻透光小槽，小槽開(kāi)口寬為2 mm，光柵盤(pán)上附帶有一個(gè)固定圓盤(pán)，圓盤(pán)上裝有3 個(gè)均勻分布的小模塊，模塊內(nèi)開(kāi)一個(gè)1 mm 寬度的小槽。當(dāng)光柵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵盤(pán)上開(kāi)口小槽把光透過(guò)圓盤(pán)上的模塊小槽時(shí)即輸出脈沖數(shù)。

將光柵盤(pán)外軌看做一條線(xiàn)段，如圖2 所示，把光柵盤(pán)外軌分成均勻的400 個(gè)區(qū)間，白色部分為開(kāi)孔的小槽，紅色部分為固定圓盤(pán)模塊上所開(kāi)小槽。

圖1 光柵盤(pán)Fig.1 Grating disc

注：黑色為奇數(shù)區(qū)間，白色為偶數(shù)區(qū)間

4 分析速度傳感器與車(chē)輛抖動(dòng)的關(guān)系

現(xiàn)討論當(dāng)其中一個(gè)模塊處于光柵上臨界位置時(shí)（現(xiàn)向左抖動(dòng)即產(chǎn)生脈沖），另外兩個(gè)模塊所處的位置，以及輪對(duì)來(lái)回抖動(dòng)幅度對(duì)速傳的影響。

光盤(pán)周長(zhǎng)為400×2=800 mm。

第1 個(gè)模塊：所處位置區(qū)間為0 ～1，即已處于臨界位置，當(dāng)輪對(duì)向左抖動(dòng)時(shí)即產(chǎn)生一個(gè)脈沖。

將266.67、267.67 分別除以2 即得出所在區(qū)間為133.335 ～133.835，如圖3 所示。

圖3 第2個(gè)模塊所處位置Fig.3 The location of the second module

可得出第2 個(gè)模塊均處于134 區(qū)間內(nèi)，不在臨界位置。

將533.33、534.33 分別除以2 即得出所在區(qū)間為266.67 ～267.67，如圖4 所示。

圖4 第3個(gè)模塊所處位置Fig.4 The location of the third module

可看出第3 個(gè)模塊處于267 ～268 區(qū)間內(nèi)，當(dāng)輪對(duì)向左抖動(dòng)0.33 mm 時(shí)，模塊完全處于不透光環(huán)境，若在向右抖動(dòng)，則產(chǎn)生脈沖數(shù)。

通過(guò)以上計(jì)算可得如下。

1）情形一

當(dāng)輪對(duì)抖動(dòng)使第1 個(gè)模塊向左移動(dòng)時(shí)即產(chǎn)生1個(gè)脈沖。

同時(shí)若第2 個(gè)模塊向右移動(dòng)距離為268－266.67=1.33 mm 時(shí)，產(chǎn)生2 個(gè)脈沖。

同時(shí)若第3 個(gè)模塊向右抖動(dòng)距離為536－533.33=2.67 mm 時(shí)，產(chǎn)生3 個(gè)脈沖。

2）情形二

當(dāng)輪對(duì)抖動(dòng)使第1 個(gè)模塊向右移動(dòng)距離為1 mm 時(shí)產(chǎn)生脈沖。

同時(shí)若第3 個(gè)模塊向左移動(dòng)距離為534.33－534=0.33 mm 時(shí)，產(chǎn)生2 個(gè)脈沖。

同時(shí)若第2 個(gè)模塊向左移動(dòng)距離為267.67－266=1.67 mm 時(shí)，產(chǎn)生3 個(gè)脈沖。

綜合上述情形可知：

當(dāng)列車(chē)輪對(duì)抖動(dòng)幅度小于2.67 mm 時(shí)，速傳脈沖數(shù)受到影響，速傳將誤輸出多脈沖；

當(dāng)列車(chē)輪對(duì)抖動(dòng)幅度大于2.67 mm 時(shí)，則速傳脈沖數(shù)不受影響。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)速度傳感器誤輸出多脈沖的問(wèn)題，可歸結(jié)為地鐵車(chē)輛制動(dòng)時(shí)因閘瓦抱不死的原因，使得列車(chē)抖動(dòng)，從而導(dǎo)致速度傳感器誤輸出多脈沖。后根據(jù)地鐵車(chē)輛情況，將信號(hào)系統(tǒng)中速度傳感器脈沖輸出閾值加大后，速傳誤報(bào)多脈沖的故障解決。本文簡(jiǎn)單介紹地鐵車(chē)輛速度傳感器的工作原理，通過(guò)分析某地鐵車(chē)輛實(shí)際故障案例，充分說(shuō)明了列車(chē)抖動(dòng)對(duì)地鐵車(chē)輛中速度傳感器的影響。以及速度傳感器在列車(chē)抖動(dòng)幅度下對(duì)輸出脈沖值的影響。