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铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置及方法
申请号	CN201710356054.5	申请日	2017-05-16	公开(公告)号	CN107200043A	公开(公告)日	2017-09-26
申请人	同济大学;			发明人	左建勇; 丁景贤; 韩飞;
摘要	本发明提供了一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置及方法，其中，所述铁路车辆包括车底架以及车轮的车轴，所述装置包括色差识别传感器、码盘以及数据采集处理单元，所述色差识别传感器安装于所述车底架上，所述码盘上具有明显色差的颜色条，所述码盘安装于车轴上以随所述车轴同轴旋转，所述色差识别传感器对准所述码盘以供感应所述码盘的颜色变化，通过所述数据采集处理单元采集并处理所述颜色变化的特征信息，进而在所述铁路车辆运行时测量出所述车轴的轴速并判断出所述铁路车辆的运行方向。本发明解决了如何判断铁路车辆轴速的测量以及车辆运行方向的问题，进一步提高了测量和识别的真实精确性。
权利要求	1.一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置，所述铁路车辆包括车底架以及车轮的车轴，其特征在于：所述装置包括色差识别传感器、码盘以及数据采集处理单元，所述色差识别传感器安装于所述车底架上，所述码盘上具有明显色差的颜色条，所述码盘安装于车轴上以随所述车轴同轴旋转，所述色差识别传感器对准所述码盘以供感应所述码盘的颜色变化，通过所述数据采集处理单元采集并处理所述颜色变化的特征信息，进而在所述铁路车辆运行时测量出所述车轴的轴速并判断出所述铁路车辆的运行方向。 2.根据权利要求1所述的铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置，其特征在于：多个所述颜色条间隔分布于所述码盘的外圆周面上，相邻两个相同或相近颜色的所述颜色条的沿圆周方向宽度以及间隔距离均为可调节的变量。 3.一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供权利要求1或2所述的装置；通过所述色差识别传感器测量由始至终所述颜色条的数量以计算得出所述车轴的轴速；通过所述色差识别传感器感应不同大小的所述颜色条所出现的先后顺序进而判断出所述铁路车辆的运行方向。 4.根据权利要求3所述的铁路车辆运行方向识别与轴速测量的方法，其特征在于：所述点式色差识别传感器根据公式Ⅰv＝kzT，计算出所述车轴的转速，式中，k为常数、z为扫过的条纹数、T为一个最小单元的长度。 5.根据权利要求3所述的铁路车辆运行方向识别与轴速测量的方法，其特征在于：在判断所述铁路车辆的运行方向时，沿所述码盘的外圆周面循环间隔分布多个不同宽度与不同间隔的所述颜色条，每隔若干所述颜色条形成具有连续性数值的颜色条组，从该组中分别找出最大值和最小值，观察该最大值和最小值出现的先后顺序即可知所述车辆运行的方向。
说明书全文	铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置及方法技术领域 [0001] 本发明属于铁路车辆测控技术领域，涉及一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置及方法。背景技术 [0002] 目前，关于铁路车辆轴速的测量方法中大多采用测速齿轮法进行测量或通过测速雷达进行测量，然而，测速齿轮法对安装形式有特殊要求，需安装在轴段，其安装复杂，测速雷达只能测量轴速，但不能够判断车辆运行的方向。发明内容 [0003] 为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置及方法，以解决如何判断铁路车辆轴速的测量以及车辆运行方向的问题，进一步提高了测量和识别的真实精确性。 [0004] 为实现上述目的，本发明的解决方案是：首先提供一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的装置，所述铁路车辆包括车底架以及车轮的车轴，所述装置包括色差识别传感器、码盘以及数据采集处理单元，所述色差识别传感器安装于所述车底架上，所述码盘上具有明显色差的颜色条(例如：黑白两种颜色)，所述码盘安装于车轴上以随所述车轴同轴旋转，所述色差识别传感器对准所述码盘以供感应所述码盘的颜色变化，通过所述数据采集处理单元采集并处理所述颜色变化的特征信息，进而在所述铁路车辆运行时测量出所述车轴的轴速并判断出所述铁路车辆的运行方向。 [0005] 优选地，多个所述颜色条间隔分布于所述码盘的外圆周面上，相邻两个相同或相近颜色的所述颜色条的沿圆周方向宽度以及间隔距离均为可调节的变量。 [0006] 为更好地实现上述目的，本发明还提供一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量的方法，包括以下步骤： [0007] 提供如上所述的装置； [0008] 通过所述色差识别传感器测量由始至终所述颜色条的数量以计算得出所述车轴的轴速； [0009] 通过所述色差识别传感器感应不同大小的所述颜色条所出现的先后顺序进而判断出所述铁路车辆的运行方向。 [0010] 优选地，所述点式色差识别传感器根据公式Ⅰv＝kzT，计算出所述车轴的转速，式中，k为常数、z为扫过的条纹数、T为一个最小单元的长度。 [0011] 优选地，在判断所述铁路车辆的运行方向时，沿所述码盘的外圆周面循环间隔分布多个不同宽度与不同间隔的所述颜色条，每隔若干所述颜色条形成具有连续性数值的颜色条组，从该组中分别找出最大值和最小值，观察该最大值和最小值出现的先后顺序即可知所述车辆运行的方向。 [0012] 本发明铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置的有益效果包括： [0013] 1)能够准确测量车轴运转速度； [0014] 2)能够准确判断出车辆运行方向； [0015] 3)针对码盘的不同形式，设计四种不同的形式以判断车轴的轴速测量以及运行方向； [0016] 4)车辆在牵引时车轮出现空转或者车辆在制动过程中出现轮对滑行等情况时，同样可以及时准确地测量得到车轴的轴速； [0017] 5)装置设计简单、维护方便、可作为一个独立的装置方便地安装到车上。附图说明 [0018] 图1为本发明铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置的立体结构示意图； [0019] 图2为对应于图1的控制原理示意图； [0020] 图3为本发明第一种做法中码盘的外圆周示意图； [0021] 图4为对应于图3的波形图； [0022] 图5为本发明第二种做法中码盘的外圆周面示意图； [0023] 图6为对应于图5的波形图； [0024] 图7为本发明第三种做法中码盘的外圆周面示意图； [0025] 图8为对应于图7的波形图； [0026] 图9为本发明第四种做法中码盘的外圆周面示意图； [0027] 图10为对应于图9的波形图。 [0028] 图中标号：1--固定在车底的支架；2--点式色差识别传感器；3--码盘；4--数据采集处理单元；5--电源；6--车轴；7--车轮；8--钢轨。具体实施方式 [0029] 以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。 [0030] 结合图1和图2所示，本发明首先提供了一种铁路车辆运行方向识别与轴速测量装置，包括固定在车底的支架1、点式色差识别传感器2、码盘3、数据采集处理单元4、电源5等组件。车轮7之间设有车轴6，车轮7置于钢轨8上。其中： [0031] 具体地，点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2朝下对准码盘3，感应码盘3颜色特征的变化，数据采集处理单元4采集信号并对信号进行处理。码盘3的外圆周上具有明显色差的多个颜色条，呈圆周状粘贴在车轴4的圆周面。较为优选地，码盘3具有四种不同的形式。 [0032] 本发明的装置利用点式色差识别传感器，通过对码盘颜色特征的实时采集与处理，进而可以在车辆运行时测量出车轴的轴速并判断出车辆运行方向。 [0033] 本发明的具体工作原理如下： [0034] 码盘3包含有明显色差的两种颜色，圆周形状，利用点式色差识别传感器2测量特定码盘3，从而计算得出车轴6转速及判别车辆运行方向。 [0035] 测量车轴轴速及判别车辆运行方向的方法可包含多种方案： [0036] 首先对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，点式色差识别传感器2都能测量出从起始到结束过程中码盘3上扫过的条纹数量。 [0037] 再根据公式Ⅰv＝kzT，即可计算出车轴的转速，式中， [0038] k为常数，z为扫过的条纹数，T为一个最小单元的长度。 [0039] 而对于方向的判断，可根据码盘的不同形式，分别找出其分布特征，通过一定的算法即可准确判断出车辆的运行方向。 [0040] 第一种做法：需要两个传感器，一个用于测量车轴轴速，一个用于判断车辆运行方向。 [0041] 对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，点式色差识别传感器2都能测量出从起始到结束过程中码盘3上扫过的条纹数量。 [0042] 再根据公式Ⅰv＝kzT，即可计算出车轴的转速，式中， [0043] k为常数，z为扫过的条纹数，T为一个最小单元的长度； [0044] 对于判断方向，如图3和图4所示，图中t1、t2、t3代表深色(黑)条纹的三种不同沿圆周方向的宽度大小，且t1>t2>t3，整个圆周方向只有这一组。 [0045] 假定按照t1→t2→t3方向旋转为车辆前进方向，那么在多次循环中，首先取出一部分连续数值，找出最大值，即为t1，再找出最小值，即为t3，注意找出相邻的t1和t3，观察t3和t1出现的先后顺序即可得知车辆运行的方向：如果t1出现在t3之后，则可知车辆为前进方向；如果t1出现在t3之前，即可知车辆反方向运行。如果t1和t3不相邻，那么当t1出现在t3之前，车辆为前进方向；当t1出现在t3之后，车辆反方向运行。 [0046] 第二种做法：只需要一个传感器，即可测量轴速和判断方向。 [0047] 对于测量轴速：车辆在运行过程中，由于点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，点式色差识别传感器2都能测量出从起始到结束过程中码盘3上扫过的条纹数量。 [0048] 再根据公式Ⅰv＝kzT，即可计算出车轴的转速，式中， [0049] k为常数，z为扫过的条纹数，T为一个最小单元的长度； [0050] 对于判断方向，如图5和图6所示，图中深色(黑)条纹沿圆周方向的宽度大小从大到小布置，比如从90％到10％，这是可以调整的。图中，t1、t2、t3、t4···代表深色(黑)条纹的不同沿圆周方向的宽度大小，且t1>t2>t3>t4>···，公差为常数，沿圆周方向循环分布，图4中的T中至少包含3个T1。 [0051] 假定按照t1→t2→t3→t4→···方向旋转为正方向，那么在多次循环中，首先检测出t1、t2、t3、t4、···，再通过观察上述连续数值出现的先后顺序即可得知车辆运行的方向，具体地，在不考虑猛然跳变的情况下，只要局部有递减特征的，则可知车辆为前进方向；只要局部具有递增特征，即可知车辆反方向运行。在考虑猛然跳变的情况下，如果是从最小值跳到最大值，则车辆为前进方向；如果是从最大值跳到最小值，则车辆反方向运行。 [0052] 第三种做法：只需要一个传感器，即可测量轴速和判断方向。 [0053] 对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，点式色差识别传感器2都能测量出从起始到结束过程中码盘3上扫过的条纹数量。 [0054] 再根据公式Ⅰv＝kzT，即可计算出车轴的转速，式中， [0055] k为常数，z为扫过的条纹数，T为一个最小单元的长度； [0056] 对于判断方向，如图7和图8所示，图中t1、t2、t3、t4代表两种颜色的不同沿圆周方向的宽度大小，t1和t3为一组，代表深色(黑)条纹的不同沿圆周方向的宽度大小，t2和t4为一组，代表浅色条纹的不同沿圆周方向的宽度大小，且满足t1+t2＝t3+t4，t1+t3t3，t3最小，t4最大，沿圆周方向循环分布。 [0057] 假定按照t1→t2→t3→t4方向旋转为正方向，那么在多次循环中，首先取出一部分连续数值，找出最大值，即为t4，再找出最小值，即为t3，观察t4和t3的出现的先后顺序即可得知车辆运行的方向：找到相邻的t3和t4，如果t3出现在t4之前，则可知车辆为前进方向；如果t3出现在t4之后，即可知车辆反方向运行；如果找不到t3和t4相邻，那么当t3出现在t4之后，车辆为前进方向；当t3出现在t4之前，车辆反方向运行。 [0058] 第四种做法：只需要一个传感器。 [0059] 对于测量轴速，车辆在运行过程中，由于点式色差识别传感器2固定在车底的支架1上，点式色差识别传感器2会随着车辆的运行而一同行进。在行进过程中，不管车辆在牵引时是否出现空转，还是车辆在制动时轮对是否出现滑行等情况，点式色差识别传感器2都能测量出从起始到结束过程中码盘3上扫过的数量。 [0060] 再再根据公式Ⅰv＝kzT，即可计算出车轴的转速，式中， [0061] k为常数，z为扫过的条纹数，T为一个最小单元的长度。 [0062] 对于判断方向，如图9和图10所示，图中t1、t2、t3分别代表深色(黑)条纹的三种不同的沿圆周方向的宽度大小，且t1>t2>t3，沿圆周方向循环分布。 [0063] 假定按照t1→t2→t3方向旋转为正方向，那么在多次循环中，首先取出一部分连续数值，找出最大值，即为t1，再找出最小值，即为t3，注意找出相邻的t1和t3，观察t3和t1出现的先后顺序即可得知车辆运行的方向：如果t1出现在t3之后，则可知车辆为前进方向；如果t1出现在t3之前，即可知车辆反方向运行。如果t1和t3不相邻，那么当t1出现在t3之前，车辆为前进方向；当t1出现在t3之后，车辆反方向运行。 [0064] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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