專利名稱：在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在測(cè)量車輛，特別是那些鐵路車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法。
先回顧一下，在制動(dòng)過程中，在車軸上的作用力和反作用力結(jié)果如下Re=Fe±Ir2dVdt]]>在此式中Re為鐵軌對(duì)車軸的反作用力，F(xiàn)e為車輛利用鐵軌與輪子之間的附著力在輪緣上產(chǎn)生的制動(dòng)力，I為車軸的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，r為輪子的半徑，v為輪子的圓周速度。
車軸減速時(shí)，鐵軌對(duì)車軸的反作用力Re由下面的表達(dá)式之一給出Re=Fe-Ir2dVdt=Fe-Ir2γ]]>式中γ＞0車軸加速時(shí)，輪子滑動(dòng)后，鐵軌在車軸上的反作用力Re由下面的表達(dá)式之一給出Re=Fe+Ir2dVdt=Fe+Ir2γ]]>另一方面，車輛的動(dòng)力學(xué)方程為(M＋m)γ＝F＋Ra在這里，M是在鐵軌上車輛的質(zhì)量，m是此車輛的那些I/r2之和，F(xiàn)是此車輛的那些Fe之和，Ra是車輛前進(jìn)時(shí)的阻力。
輪子與鐵軌之間具有的附著力τ由下面的表達(dá)式給出τ=FmaxP]]>在這里Fmax是當(dāng)軸不滑動(dòng)時(shí)能作用的力Fe的最大值。
被力F制動(dòng)的車輛，在激起一個(gè)附著力的情況下減速，此附著力由下式給出τs=RP]]>式中R為鐵軌對(duì)于車輛的反作用力，此車輛受到相應(yīng)的力F的作用，并且忽略軸重轉(zhuǎn)移效果。而R由下列表達(dá)式中的一個(gè)給出R=Σ(Re)=Σ(Fe)-Σ(Ir2dVdt)=F-mγ]]>即R＝Mγ－Ra因此τs=M.γ-RaM.g]]>或τs=MRa+FM+m-RaM.g]]>因此，τs=F-mmRa(M+m)g]]>注意—如果在式中保留γ，就得出τs=γg-RaM.g]]>—如果忽略前進(jìn)的阻力，這是一般的情況，就得出τs=F(M+m)g=γg]]>這表明被激起的附著力的常用的定義。
在此階段，被稱作輪子在鐵軌上相對(duì)滑動(dòng)的變量V的定義由下列表達(dá)式之一給出 在這里，W是輪子在鐵軌上的絕對(duì)滑動(dòng)實(shí)驗(yàn)以及理論研究都能表明，由輪子在鐵軌上相對(duì)滑動(dòng)激起的附著力函數(shù)τs＝f(v)曲線有兩部分—第一部分，被稱作微滑區(qū)或偽滑區(qū)，描述輪子在鐵軌上的滑動(dòng)小于1％的可使用的附著力的變化；—第二部分，被稱作宏滑區(qū)或強(qiáng)滑區(qū)，描述輪子在鐵軌上的滑動(dòng)大于1％直至止輪制動(dòng)的附著力的變化。
以輪子在鐵軌上的相對(duì)滑動(dòng)為自變量的激起的附著力的這樣的函數(shù)曲線τs＝f(v)如

圖1所示。
微滑區(qū)位于圖1上曲線的標(biāo)有α的峰點(diǎn)。
理論研究和一些制動(dòng)記錄表明，在制動(dòng)力建立時(shí)，附著力經(jīng)歷一個(gè)極大值。
在1％數(shù)量級(jí)上的很小的滑動(dòng)的情況下可以達(dá)到這個(gè)極大點(diǎn)。
然后當(dāng)滑動(dòng)增加時(shí)，可使用的附著力下降得很快，并且按照附著力減弱的自然規(guī)律下降。
那些被注意到的滑動(dòng)僅僅是一些偽滑動(dòng)，不使輪子和軌道的彈性在接觸橢圓的內(nèi)部發(fā)揮作用。
宏滑區(qū)位于前面確定的峰點(diǎn)α后面的曲線的一個(gè)最大點(diǎn)上，該點(diǎn)在圖1上標(biāo)為B。
當(dāng)峰點(diǎn)α被越過并從微移區(qū)出來后，就進(jìn)入一個(gè)自然地不穩(wěn)定區(qū)，只能借助于反制動(dòng)裝置找到一個(gè)穩(wěn)定的工作區(qū)。這些裝置在輪緣上起作用，以便得到一個(gè)幾乎恒定的被稱作宏滑動(dòng)的滑動(dòng)。
附著力/滑動(dòng)曲線τs＝f(v)的一般形狀已經(jīng)能在試驗(yàn)過程中重復(fù)地顯示出來了。
我們注意到，如果能相當(dāng)快地減小在輪緣上的制動(dòng)力，然后又能逐漸地貼近它，就能得到附著力的恢復(fù)，即用點(diǎn)B表示的曲線τs＝f(v)上的一個(gè)頂點(diǎn)。
B點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的位置與處于滑動(dòng)狀態(tài)的車軸的減速情況有著密切關(guān)系；B點(diǎn)的縱坐標(biāo)越高，滑動(dòng)狀態(tài)的減速越小。
因此，一個(gè)大的減速甚至能夠達(dá)到B點(diǎn)的不出現(xiàn)只有一個(gè)反制動(dòng)裝置能使得減速保持在某一閾值以下，并促使B點(diǎn)出現(xiàn)。
事實(shí)上，當(dāng)車軸自然地滑動(dòng)著起動(dòng)時(shí)，這個(gè)滑動(dòng)一般是伴隨處于滑動(dòng)狀態(tài)的減速γ的增大而形成，并因此隨著附著力的自然減小直到制動(dòng)。
人們注意到，在B點(diǎn)的滑動(dòng)給定時(shí)，在軸上的負(fù)載越大，在B點(diǎn)的附著力越小。
此外，當(dāng)可使用的附著力超過1％時(shí)，點(diǎn)B與點(diǎn)α重合，這實(shí)際上對(duì)應(yīng)著所謂在于軌上的制動(dòng)，在此情況下只發(fā)生偽滑動(dòng)現(xiàn)象。
最后，附著力-滑動(dòng)關(guān)系曲線的狀況在很大程度上與它被通過的速度有關(guān)，也就是說與自從制動(dòng)開始以來滑動(dòng)累積的時(shí)間有關(guān)，因此與處于滑動(dòng)狀態(tài)的減速有關(guān)。
實(shí)際上，在反制動(dòng)裝置正常運(yùn)行的情況下，B點(diǎn)的位置對(duì)應(yīng)于包含在15％和20％之間的滑動(dòng)。
在管道輔助系統(tǒng)，開采輔助系統(tǒng)和維護(hù)輔助系統(tǒng)的范圍內(nèi)，使用標(biāo)有數(shù)碼的輪子，以便能擺脫因電造成的所有缺陷，這是眾所周知的。
這些解決辦法，從技術(shù)的狀況來說，對(duì)于表現(xiàn)機(jī)械方面的缺陷都有不方便之處。
這些機(jī)械缺陷包括—軸斷裂或車軸的經(jīng)常緊固，這是借助于在一切方面使用并裝在另一車軸上的信息裝置檢測(cè)到的缺陷。
—與附著力的暫時(shí)性損失相聯(lián)系的止輪制動(dòng)或滑動(dòng)。此附著力損失表現(xiàn)為輪子的旋轉(zhuǎn)速度幾乎與車輛的速度無關(guān)。
—滑移，它與輪子的速度相對(duì)應(yīng)，此速度與列車的速度不同，但以基本固定的比例與后者相聯(lián)系。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)的保護(hù)方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法的前面所列舉的那些不方便之處。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)，針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法，它確保更加安全。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)，針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法，它能保持性能和可自由使用性水準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)，針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法是這樣的，加速度的值的變化決定一個(gè)自動(dòng)裝置達(dá)到末態(tài)的過渡過程，此過程反映車輛的輪子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，該方法包括如下幾個(gè)階段—第一階段是檢測(cè)車輛制動(dòng)的開始，γ瞬時(shí)＜0，—第二階段是檢測(cè)車輛的滑移開始，—第三階段是增大滑移的額定值，例如15％，并控制滑移穩(wěn)定下來，—第四階段是在γ瞬時(shí)＜-Xm/s2時(shí)，檢測(cè)車輛的止輪制動(dòng)，X為預(yù)定值，對(duì)此值車輛的移動(dòng)測(cè)量將不再被使用。
本發(fā)明的方法滿足下列的特點(diǎn)之一—當(dāng)γ瞬時(shí)＜-2m/s2時(shí)，車輛的滑移開始有效，—滑移的增大的額定值為15％，—當(dāng)-2m/s2＜γ瞬時(shí)＜-1.5m/s2時(shí)，滑移是穩(wěn)定的，—X的預(yù)定值為5m/s2在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)，針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保措方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是保證測(cè)量的安全。
本發(fā)明的另外的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在下面參照附圖對(duì)在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法的描述中。附圖中，—圖1表示激起的附著力的曲線τ＝f(v)是輪子在鐵軌上相對(duì)滑移的函數(shù)，—圖2表示在末態(tài)下一個(gè)自動(dòng)裝置的算法，它使得能實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法。
本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法建立在前面所描述的物理性質(zhì)之上。
對(duì)于地鐵和郊區(qū)列車類型的應(yīng)用，最大速度小于140km/h，更經(jīng)常地是小于100km/h。因此處在最大附著力區(qū)域里。對(duì)于一個(gè)空的車輛來說，附著力的數(shù)值小于0.2。
車軸的減速大于0.2g的觀察使得能檢測(cè)到滑移的開始。
這個(gè)加速度的測(cè)量可以在一個(gè)0.2秒的周期上進(jìn)行，因?yàn)榉粗苿?dòng)裝置的運(yùn)行所要求的反應(yīng)時(shí)間比這個(gè)周期間隔更小。
一旦滑移開始被觀察到，如果同時(shí)注意到加速度的數(shù)值是很大的，就可推論出止輪制動(dòng)將要發(fā)生，這時(shí)要考慮不能再使用測(cè)量了。
如果那些反制動(dòng)裝置運(yùn)行著，它們將使滑移穩(wěn)定并從此減速變得小于2m/s2的平均值。一些快速振動(dòng)可能存在，但在好些周期的平均值應(yīng)該明顯地小于2m/s2。
穩(wěn)定的一個(gè)控制條件是在幾個(gè)周期里平均減速應(yīng)降到1.5m/s2以下。
在穩(wěn)定之前的過渡階段，應(yīng)該通過對(duì)測(cè)量擴(kuò)值推論移動(dòng)的測(cè)量并同時(shí)檢驗(yàn)滑移是否能穩(wěn)定在與使用過的擴(kuò)值相容的更大的值上，例如取一個(gè)15％的擴(kuò)大值。
如果假設(shè)車輛在最大減速為2m/s2的情況下放慢速度，車輛將應(yīng)該有一時(shí)間Tc以使它的初速度減少15％。
如果在這個(gè)期間內(nèi)加速度沒有被穩(wěn)定下來，好象是滑移已經(jīng)能超過15％這個(gè)值，因而可考慮測(cè)量過的信息是不能用的。
如果加速度在時(shí)限Tc之前被穩(wěn)定下來，如果穩(wěn)定后測(cè)得的速度差小于15％，可以認(rèn)為滑移在這個(gè)數(shù)值上仍將要被擴(kuò)大。
第一個(gè)修正在于從減速開始就要保持速度在這個(gè)減速之前的值上，直到測(cè)得速度減小15％。
然后，只要加速度是穩(wěn)定的就使用擴(kuò)值15％的測(cè)量。
在小于Tc的過渡時(shí)間內(nèi)(在此期間滑移是不穩(wěn)定的)，保持車輛的加速度在進(jìn)入止輪制動(dòng)前的那個(gè)值上。
這個(gè)值可能是0，如果止輪制動(dòng)同減速同時(shí)開始，也可能是在減速過程中測(cè)得的γ，如果在減速過程中止輪制動(dòng)突然發(fā)生。
本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法是這樣的加速度數(shù)值的變化決定一個(gè)自動(dòng)裝置達(dá)到末態(tài)時(shí)的過渡時(shí)間，它反映車輛的輪子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法包括如下的主要階段—第一階段是檢測(cè)車輛的制動(dòng)開始，γ瞬時(shí)＜0，—第二階段是檢測(cè)車輛的滑移開始，例如γ瞬時(shí)＜-2m/s2，—第三階段是擴(kuò)大滑移的額定值，例如15％，并控制滑移穩(wěn)定，例如-2m/s2＜γ瞬時(shí)＜-1.5m/s2，—第四個(gè)階段是檢測(cè)車輛的止輪制動(dòng)，例如γ瞬時(shí)＜-Xm/s2，X是一個(gè)預(yù)定值，對(duì)此值來說，車輛的移動(dòng)測(cè)量將不再被使用。
圖2表示在末態(tài)下一個(gè)自動(dòng)裝置的一種算法，它使得能實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)，針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法。
圖2表示出自動(dòng)裝置的四個(gè)狀態(tài)(1-4)，在某一給定時(shí)刻，只有這些狀態(tài)之一可能是有效的。
每個(gè)狀態(tài)都有個(gè)名稱，輸出狀態(tài)和那些實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作也都能被指示出了。
注有1的狀態(tài)是初始狀態(tài)，當(dāng)自動(dòng)裝置激活時(shí)，它是有效的。
那些過濾階段被注在兩個(gè)相繼的狀態(tài)之間，并指示出關(guān)系到狀態(tài)變化的事件。
權(quán)利要求
1.一種在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的保護(hù)方法，其中加速度的值的變化決定一個(gè)自動(dòng)裝置達(dá)到末態(tài)的過渡過程，它反映車輛的輪子的運(yùn)動(dòng)狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中—第一階段是檢測(cè)車輛制動(dòng)的開始，γ瞬時(shí)＜0，—第二階段是檢測(cè)車輛滑移的開始，—第三階段是擴(kuò)大滑移的額定值并控制滑移穩(wěn)定，—第四階段是在γ瞬時(shí)＜-Xm/s2的情況下，檢測(cè)車輛的止輪制動(dòng)，X是一個(gè)預(yù)定值，對(duì)于此值來說，車輛移動(dòng)的測(cè)量將不再被利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)γ瞬時(shí)＜2m/s2時(shí)車輛滑移的開始是有效的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中滑移的擴(kuò)大的額定值是15％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和3中任意一項(xiàng)的方法，其中當(dāng)-2m/s2＜γ瞬時(shí)＜-1.5m/S2時(shí)，滑移是穩(wěn)定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中X的預(yù)定值為5m/s2。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是在測(cè)量車輛的移動(dòng)時(shí)針對(duì)止輪制動(dòng)打滑的一種保護(hù)方法，在該方法中加速度的數(shù)值變化決定一個(gè)自動(dòng)裝置達(dá)到末態(tài)的過渡過程，它反映了車輛的輪子的運(yùn)動(dòng)狀況。
文檔編號(hào)G01P3/56GK1130761SQ9512020
公開日1996年9月11日 申請(qǐng)日期1995年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月5日
發(fā)明者皮埃爾·查普雷特 申請(qǐng)人:Gec阿爾斯托姆運(yùn)輸公司