一种货运列车运行平稳性评估系统的制作方法

本发明涉及列车动力学领域，具体涉及一种货运列车运行平稳性评估系统和评估方法。

背景技术：

1、铁路货运列车基本上由机车和若干车辆通过车钩缓冲装置连接而成。但是在列车启动、加速、制动过程中动力传递复杂，而且在各个操作过程中由于各种操作会带来的各个方向的冲击力，这不仅会导致车辆不能平稳运行，严重时甚至会导致车钩断钩，造成严重的列车安全事故。因此需要有效的监测列车在运行过程中所带来的各个方向的冲动，对其平稳性进行评估。

2、目前尚未有对列车驾驶过程中的平稳性数据进行全面采集处理的设备和方法，大多只是针对加速度或者采用单一的车钩缓冲器位移来进行分析，有的虽然提到了加速度和车钩缓冲器位移综合分析的例子，但是也没有结合列车驾驶过程中的各种驾驶状态数据和电子地图等综合分析平稳性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能够准确评估货运列车运行平稳性的系统和方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种货运列车运行平稳性评估系统，包括沿车辆分布设置的若干个平稳性数据采集装置和地面综合评估单元；所述平稳性数据采集装置包括：cpu板、加速度传感器、激光传感器、gps设备、行车记录仪、数据采集状态显示模块和电源模块；所述加速度传感器用于采集车厢的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角和绕3个轴的角速度；所述激光传感器用于采集相邻两节车厢间的间距；所述gps设备作为时钟模块提供系统时间并进行当前时间经纬度的采集；所述cpu板与加速度传感器、激光传感器和gps设备进行串口通信；所述行车记录仪用于记录相邻两节车厢间的车钩状态；所述地面综合评估单元与平稳性数据采集装置进行数据交互，利用平稳性数据采集装置采集的数据，进行平稳性的计算评估。

4、进一步地，所述地面综合评估单元还与机车驾驶状态采集设备进行数据交互，结合机车驾驶状态数据及电子高清地图进行平稳性的计算评估。

5、所述地面综合评估单元包括数据处理单元、自由间隙状态判定单元、间距修正单元、相对加速度和相对位移计算单元、数据有效性判断单元、平稳性计算评估单元；所述数据处理单元又包括数据对齐单元、数据预处理和真实值计算单元。

6、所述数据对齐单元依据gps设备提供的时间将单个平稳性数据采集装置采集的各个数据进行对齐、将多个平稳性数据采集装置采集的相应数据进行对齐、将平稳性数据采集装置的数据和机车驾驶状态数据进行对齐；同时还依据gps设备提供的时间以及经纬度将平稳性数据采集装置的数据与电子高清地图对齐，从而能够显示当前数据所处的地理位置，并能够与铁路线路数据中的具体里程进行匹配，以获得该位置的线路参数。

7、所述数据预处理和真实值计算单元针对俯仰角、滚动角和偏航角进行数据预处理，并针对纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角进行真实值计算。

8、所示自由间隙状态判定单元用于对行车记录仪记录的图像进行解析，从而判定车钩自由间隙状态c，车钩自由间隙状态分为自由状态、压钩状态和拉钩状态。

9、所述间距修正单元利用视频处理算法对行车记录仪记录的图像进行解析，计算出当前车钩弯曲角度，进而修正激光传感器采集的相邻两节车厢间的间距l。

10、所述相对加速度和相对位移计算单元利用前后两节车厢之间的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角和偏航角进行相对加速度δa的计算，利用相邻两节车厢修正后的车厢间距l计算相对位移δl。

11、所述数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，在所述平稳性计算评估单元开始计算之前，利用之前专利cn202210850080.4所写的方法先对δa、δl数据的有效性进行判断，若数据有效，则发送给所述平稳性计算评估单元进行计算；若数据无效，则不发送给所述平稳性计算评估单元，且根据无效的情形选择将数据删除或直接给出列车运行不平稳的信号。

12、所述平稳性计算评估单元进行局部平稳性和整体平稳性的计算评估；局部平稳性计算评估利用单个平稳性数据采集装置所对应的有效的相对加速度δa和相对位移δl进行平稳性计算，具体为将接收到的离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，并计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到局部平稳性指标s。并结合gps时间、gps经纬度、机车驾驶状态数据和电子高清地图确定所述平稳性是列车在何种状态以及在线路何种位置下的平稳性指标；整体平稳性计算评估利用所述若干个平稳性数据采集装置的数据，即完成局部平稳性计算评估后，根据每个平稳性数据采集装置所对应的平稳性指标进行综合判断。

13、本发明还提供了一种货运列车运行平稳性评估方法，所述方法包括：沿车辆分布设置若干个平稳性数据采集装置，每一所述平稳性数据采集装置采集时间、经纬度、车厢的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角、绕三个轴的角速度、车厢间距、车钩状态等信息；将上述采集的信息进行数据对齐；将加速度传感器相关数据进行数据预处理和真实值计算，得到纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角的真实值；依据行车记录仪的视频判定车钩自由间隙状态c；依据行车记录仪的视频修正激光传感器采集的相邻两节车厢间的间距l，依据前后两节车厢之间的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角和偏航角进行相对加速度δa的计算，依据相邻两节车厢修正后的车厢间距l计算相对位移δl；依据相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c进行数据有效性判断，最后依据有效的相对加速度δa和相对位移δl进行平稳性指标计算，将接收到的离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，并计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到局部平稳性指标s，并根据gps时间、gps经纬度、机车驾驶状态数据和电子高清地图进行局部平稳性综合计算评估，最后利用若干个平稳性指标进行整体平稳性计算评估。

14、本发明的技术优势是：1)相较于现有技术，本发明的平稳性数据采集装置采集的信息更加全面，包括运行时间、运行位置(经纬度)、加速度、角度、车厢间距和车钩自由间隙状态，还可以结合列车运行过程中的各种驾驶状态数据进行分析，而以往对列车运行过程中的信息采集比较片面，不能反映列车运行的全貌。2)本发明不仅可以根据单个平稳性数据采集装置的数据评估列车的局部平稳性，还可以根据多个平稳性数据采集装置的数据评估列车的整体平稳性。3)本发明根据列车运行平稳性可以评估司机驾驶水平和自动驾驶算法的优劣，从而为自动驾驶关键控制算法研究提供坚实的基础。

技术特征：

1.一种货运列车运行平稳性评估系统，包括沿车辆分布设置的若干个平稳性数据采集装置和地面综合评估单元；

2.根据权利要求1所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述地面综合评估单元还与机车驾驶状态采集设备进行数据交互，结合机车驾驶状态数据及电子高清地图进行平稳性的计算评估。

3.根据权利要求2所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述地面综合评估单元包括数据处理单元、自由间隙状态判定单元、间距修正单元、相对加速度和相对位移计算单元、数据有效性判断单元、平稳性计算评估单元；所述数据处理单元又包括数据对齐单元、数据预处理和真实值计算单元。

4.根据权利要求3所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述数据对齐单元依据gps设备提供的时间将单个平稳性数据采集装置采集的各个数据进行对齐、将多个平稳性数据采集装置采集的相应数据进行对齐、将平稳性数据采集装置的数据和机车驾驶状态数据进行对齐；同时还依据gps设备提供的时间以及经纬度将平稳性数据采集装置的数据与电子高清地图对齐，从而能够显示当前数据所处的地理位置，并能够与铁路线路数据中的具体里程进行匹配，以获得该位置的线路参数。

5.根据权利要求3所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述数据预处理和真实值计算单元针对俯仰角、滚动角和偏航角进行数据预处理，并针对纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角进行真实值计算。

6.根据权利要求5所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所示自由间隙状态判定单元用于对行车记录仪记录的图像进行解析，从而判定车钩自由间隙状态，车钩自由间隙状态分为自由状态、压钩状态和拉钩状态。

7.根据权利要求6所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述间距修正单元利用视频处理算法对行车记录仪记录的图像进行解析，计算出当前车钩弯曲角度，进而修正激光传感器采集的相邻两节车厢间的间距。

8.根据权利要求7所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述相对加速度和相对位移计算单元利用前后两节车厢之间的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角和偏航角进行相对加速度的计算，利用相邻两节车厢修正后的车厢间距计算相对位移。所述数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，进行数据有效性判断。

9.根据权利要求8所述的货运列车运行平稳性评估系统，其特征在于：所述平稳性计算评估单元进行局部平稳性和整体平稳性的计算评估；局部平稳性计算评估利用相对加速度和相对位移进行平稳性计算，并结合机车驾驶状态数据和电子高清地图确定所述平稳性是列车在何种状态以及在线路何种位置下的平稳性指标；整体平稳性计算评估利用所述若干个平稳性数据采集装置的数据，即完成局部平稳性计算评估后，根据每个平稳性数据采集装置所对应的平稳性指标进行综合判断。

10.一种利用权利要求1-9中任一项所述的评估系统进行货运列车运行平稳性评估的方法，所述方法包括：沿车辆分布设置若干个平稳性数据采集装置，每一所述平稳性数据采集装置采集时间、经纬度、车厢的纵向加速度、横向加速度、垂直加速度、俯仰角、滚动角、偏航角和绕3个轴的角速度、车厢间距、车钩状态等信息；

技术总结本发明的货运列车运行平稳性评估系统，包括沿车辆分布设置的若干个平稳性数据采集装置和地面综合评估单元；平稳性数据采集装置包括：CPU板、加速度传感器、激光传感器、GPS设备、行车记录仪、数据采集状态显示模块和电源模块；地面综合评估单元与平稳性数据采集装置进行数据交互，利用平稳性数据采集装置采集的数据，进行平稳性的计算评估。本发明的技术优势是：较于现有技术，本发明的平稳性数据采集装置采集的信息更加全面，不仅可以根据单个平稳性数据采集装置的数据评估列车的局部平稳性，还可以根据多个平稳性数据采集装置的数据评估列车的整体平稳性；根据列车运行平稳性可以评估司机驾驶水平和自动驾驶算法的优劣。技术研发人员：刘中田,王建民,陈锋华,丁小汀受保护的技术使用者：北京交大思诺科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6