專利名稱：一種測力輪對連續(xù)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道車輛輪軌力測量領(lǐng)域，具體涉及一種測力輪對輪軌作用力和接觸點(diǎn)位置連續(xù)測量方法及解耦算法。
背景技術(shù)：
輪軌作用力的測量對于動(dòng)力學(xué)，脫軌機(jī)理、輪軌接觸理論研究和列車的安全檢測都具有十分重要的意義。鐵路運(yùn)輸不斷向高速、重載，大運(yùn)量和高精密度方向發(fā)展，對輪軌作用力的測量的精度提出了更高的要求。測力輪對方法是目前最直接、最準(zhǔn)確的輪軌力測量技術(shù)，它以車輪作為輪軌力的檢測傳感器，通過測量車輪輻板有限點(diǎn)處的應(yīng)變實(shí)現(xiàn)輪軌接觸力的連續(xù)檢測。車輛運(yùn)行過程中，車輪受到軌道不平順作用，輪軌力是時(shí)變、非平穩(wěn)的。 輪軌力引起的輻板應(yīng)變又被車輪轉(zhuǎn)角所調(diào)制。測力輪對技術(shù)在測量理論和數(shù)據(jù)處理方法上都需要進(jìn)一步研究。測力輪對技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在車輛動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中得到廣泛使用，但在輪軌力連續(xù)測量中仍存在很多問題。如中國專利申請200910244626. 6中所提到的測力輪對連續(xù)測量方法，目前的連續(xù)測力輪對技術(shù)要求輪軌橫向力、垂向力產(chǎn)生的輻板應(yīng)變組橋后沿圓周方向按正、余弦分布，這不僅對輪對的均勻性和貼片工藝提出了很高的要求，實(shí)際上在輪對輻板大部分區(qū)域是根本做不到，電橋輸出中包含的高次諧波可能帶來很大的測量誤差。測力輪對存在的另一個(gè)問題是沒有考慮輪軌作用點(diǎn)位置變化對測量精度的影響。車輛在運(yùn)行過程中，輪對與軌道的接觸點(diǎn)在滾動(dòng)圓附近不停變化，尤其是在過曲線、道岔和蛇形運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸點(diǎn)位置遠(yuǎn)離滾動(dòng)圓。國內(nèi)現(xiàn)有的測力輪對基本都沒有考慮接觸點(diǎn)位置變化，標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理都假設(shè)接觸點(diǎn)在滾動(dòng)圓上，測量結(jié)果誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)中所存在的不足，提供一種新穎的應(yīng)變片組橋方案和輪軌作用力和接觸點(diǎn)位置解耦算法，通過此方案，不僅可以提高橫向力和垂向力的測量精度，而且可以測量輪軌作用點(diǎn)位置。本發(fā)明的目的是通過以下的手段實(shí)現(xiàn)的。I. 一種測力輪對連續(xù)測量方法，在被測輪對上設(shè)置測量電橋組并根據(jù)電橋輸出電特征解耦算出輪對受力數(shù)據(jù)，其特征在于，采用優(yōu)選的電橋布置方案和解耦算法來實(shí)現(xiàn)精確測量電橋布置方案采用在被測輪軸上設(shè)置有由關(guān)于軸對稱的位置且分別輸出正弦波和余弦波信號的兩個(gè)半橋組成的用于測量輪對旋轉(zhuǎn)角度第一組電橋；在被測車輪輻板內(nèi)側(cè)的三個(gè)同心圓周位置上設(shè)置有關(guān)于軸對稱的兩個(gè)半橋組成的用于測量輪軌作用的橫向力、垂向力和作用點(diǎn)位置的三組電橋，即第二組電橋、第三組電橋及第四組電橋；由第二組電橋、第三組電橋及第四組電橋構(gòu)成測力電橋，所述測力電橋輸出只包含了奇次諧波信號；
解耦算法處理車輪輻板的應(yīng)變是橫向力Q、垂向力P、作用點(diǎn)位置Z和輪對旋轉(zhuǎn)角度e的函數(shù)S=f(Q, P，z，0 )；通過kalman濾波器來利用前一時(shí)刻對當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測值更新狀態(tài)估計(jì)量，通過遞歸推算，得到輪對旋轉(zhuǎn)角度e的估計(jì)值，代入s中得到觀測方程組
權(quán)利要求
1.一種測力輪對連續(xù)測量方法，在被測輪對上設(shè)置測量電橋組并根據(jù)電橋輸出電特征解耦算出輪對作用力數(shù)據(jù)，其特征在于，采用優(yōu)選的電橋布置方案和解耦算法來實(shí)現(xiàn)精確測量 電橋布置方案采用 在測力輪對軸上設(shè)置有由關(guān)于軸對稱的位置且分別輸出正弦波和余弦波信號的兩個(gè)半橋組成的用于測量輪對旋轉(zhuǎn)角度第一組電橋；在測力輪對車輪輻板內(nèi)側(cè)的三個(gè)同心圓周位置上設(shè)置有關(guān)于軸對稱的兩個(gè)半橋組成的用于測量輪軌作用的橫向力、垂向力和作用點(diǎn)位置的三組電橋，即第二組電橋、第三組電橋及第四組電橋；由第二組電橋、第三組電橋及第四組電橋構(gòu)成測力電橋，所述測力電橋輸出只包含了奇次諧波信號； 解耦算法處理 車輪輻板的應(yīng)變是橫向力Q、垂向力P、作用點(diǎn)位置Z和輪對旋轉(zhuǎn)角度Θ的函數(shù)S =f(Q, P，Ζ，Θ )； 通過kalman濾波器來利用前一時(shí)刻對當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測值更新狀態(tài)估計(jì)量，通過遞歸推算，得到輪對旋轉(zhuǎn)角度Θ的估計(jì)值，代入s中得到觀測方程組
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測力輪對連續(xù)測量方法，針對現(xiàn)有測力輪對測量精度不夠高，布橋方案繁雜，解耦算法復(fù)雜等問題，提出了一種新穎的測力輪對連續(xù)測量方法以及解耦算法，其中,方法包括采用一個(gè)關(guān)于軸對稱的，布置在軸上且輸出是正弦波的測量電橋，另外一個(gè)關(guān)于軸對稱的，布置在軸上且輸出是余弦波的測量電橋組成第一組電橋來對測力輪對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量；采用另外三組布置在輻板內(nèi)側(cè)且輸出只包含了奇次諧波的測量電橋來測量輪軌作用的橫向力，垂向力和作用點(diǎn)位置；并利用kalman濾波的方法來進(jìn)行解耦計(jì)算。本發(fā)明布橋方案及解耦算法簡單，測量成本低且更加準(zhǔn)確。
文檔編號G01L1/22GK102721491SQ20121020373
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者鄧霏, 陳建政 申請人:西南交通大學(xué)