CN113820149A - 车辆转向架监控系统、方法和车辆控制系统、方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及轨道交通车辆技术领域，具体涉及一种车辆转向架监控系统、方法和车辆控制系统、方法，解决了相关技术中转向架通信布线复杂、容易受电磁兼容影响的问题。该系统包括：至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；所述无线传感器包含外置天线，用于实现所述无线传感器与所述走行部监控子系统之间的无线通信。
Description
技术领域
本申请涉及轨道交通车辆技术领域，特别地涉及一种车辆转向架监控系统、方法和车辆控制系统、方法。
背景技术
目前，轨道交通内车辆的转向架安全检测系统均采用主机与有线传感器结合的方式进行转向架相关部位温度、加速度以及震动的检测，该方式需要检测的单点多，网络复杂，该方式对车体布线、电源取舍难度非常大，受安装线缆和安装位置的影响，检修极不方便，且在信息传递过程中容易受电磁兼容、接触不良等问题的影响，使得采集到的数据存在误差，给故障判断带来困难，使得转向架安全检测系统的应用极不方便。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种车辆转向架监控系统，解决了相关技术中转向架通信布线复杂、容易受电磁兼容影响的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种车辆转向架监控系统，所述系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
所述无线传感器包含外置天线，用于实现所述无线传感器与所述走行部监控子系统之间的无线通信。
第二方面，本申请提供了一种车辆转向架监控系统，所述系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
无线传感网关，所述无线传感网关设置在车辆底部；
网关天线，所述网关天线设置在所述车厢内，所述无线传感器通过所述无线传感网关、所述网关天线与所述走行部监控子系统无线通信。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述网关天线通过馈线与所述无线传感网关连接。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述传感网关还包括第一供电模块，所述第一供电模块与所述无线传感器连接，用于为所述无线传感器提供电源。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述无线传感器包括第二供电模块，用于为所述无线传感器提供电源。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述无线传感器包括温度传感器、加速度传感器、振动传感器以及温振一体式传感器中至少一种。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述走行部监控子系统包括：无线控制板、CPU板、通信板、电源板；
其中，所述无线控制板分别与所述无线传感器和CPU板通信连接；所述CPU板与所述通信板通信连接；电源板，所述电源板分别与所述无线控制板、所述CPU以及所述通信板电连接。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控系统中，所述走行部监控子系统采用机箱结构，所述机箱采用3U或6U插件板。
第三方面，本申请提供了一种车辆控制系统，所述系统包括上述的转向架监控系统。
第四方面，本申请提供了一种车辆转向架监控方法，包括：
基于安装在转向架上的无线传感器获取车辆转向架相应的状态信息；
将所述状态信息通过无线传输方式传输给走行部监控子系统，基于所述状态信息对所述转向架进行控制。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控方法中，所述无线传输方式包括：通过无线传感器的外置天线，将所述状态信息传输给走行部监控子系统。
根据本申请的实施例，可选的，上述车辆转向架监控方法中，所述无线传输方式包括：通过设置在车辆底部的无线传感网关以及设置在所述车厢内的网关天线，将所述状态信息传输给走行部监控子系统。
第五方面，本申请提供了一种车辆控制方法，使用上述的车辆转向架监控方法对所述车辆进行控制。
本申请提供的一种车辆转向架监控系统，该系统相较于现有技术的有益效果包括：
1、无线传感器直接与走行部监控子系统通信，或无线传感器通过无线网关与走行部监控子系统通信实现无线网络通信，减少布线、减少线间串扰和连接器接触不良等导致的故障；
2、避免因布线及线缆节点或线缆本身问题带来的数据采集误差大或数据错误等问题；
3、扩大对轨道车辆的检测范围，提高了检测效率；
4、安装维修方便，成本低，支持智能运维和诊断。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述：
图1为本申请实施例提供的机车微机控制监视系统框图；
图2为本申请实施例提供的动车稳定性检测系统的系统框图；
图3为本申请实施例提供的无线传感拓扑图；
图4为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的组网示意图；
图5为本申请实施例提供的无线传感器内部原理示意图；
图6为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的走行部监控子系统示意图；
图7为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统可选择的无线通信方案示意图；
图8为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的另一种组网示意图；
图9为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的网关通信原理框图；
图10为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的网关供电示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。
现有技术中，动车组转向架安全监控系统都是基于主机和有线传感器的方式进行转向架相关部位温度、加速度、振动量的检测。
具体的，图1为本申请实施例提供的动车组轴温系统框图，如图1所示，动车轴温系统包括网络主机，温度检测单元，供电电源，继电器和温度传感器；网络主机与上位机服务软件通过ETH接口通信；网络主机通过ETH接口和MVB接口与温度检测单元通信；温度检测单元与继电器连接，温度检测单元上通过线缆与主机连接器、车上部分与车下部分连接器以及传感器与线缆连接端子，和温度传感器通信连接；供电电源为温度检测单元供电。
温度传感器获取转向架的温度信息，并传输给温度检测单元；温度检测单元将温度信息传输给网络主机，网络主机对温度信息进行处理，将处理结果上传给TCMS(TrainControl and Management System，列车控制和管理系统)，TCMS根据网络主机的处理结果对动车运行进行控制。
其中，网络主机，温度检测单元，供电电源以及继电器设置在车上部分(车体)，温度传感器设置在车下部分(转向架)。
具体的，温度传感器的型号可以为PT100。
同理，对动车转向架的失稳、平稳以及振动检测的系统也类似。图2为本申请实施例提供的动车稳定性检测系统的系统框图，如图2所示，动车稳定性检测系统包括监控主机，该监控主机设置在车上部分；加速度传感器，该加速度传感器设置在车下部分；加速度传感器通过线缆与传感器连接器、车上部分与车下部分连接器以及线缆与传感器连接器，和监控主机通信；监控主机将加速度传感器获取的速度信息上传给TCMS，TCMS根据速度信息对动车运行进行控制。
由于机车需要检测的单点多、网络复杂，采用有线传感的方式对车体布线、电源取舍难度非常大，特别是因布线带来的电磁兼容问题。所以在本申请公开的转向架监控系统采用无线传感的方式，采用的组网方式可以是直接组网，也可以是网关组网。
本公开提供一种车辆转向架监控系统、方法和车辆控制系统、方法，通过无线传感器检测转向架的温度、加速度和振动等状态，无需进行复杂的布线，且信息传递过程中可减小电磁兼容的影响，采用无线传感方式减少了传感器的布线，减少了线间串扰和连接器接触不良等导致的故障，动车采用无线传感方式可扩大感知的范围，也提高了作业效率，还可支撑智能运维和诊断。
实施例一
本申请采用无线传感方式可减少布线以及减少线间串扰和连接器接触不良等导致的故障。
具体的，图3为本申请实施例提供的无线传感拓扑图，如图3所示，多个无线传感器节点采集所需信息并发送给汇聚网关；汇聚网关将接收的信息汇聚到一起，为设备的应用提供宽带网络的接入，在网络层实现窄带与宽带的互通以及媒体信号的转换，实现对节点的管理；设备应用通过汇聚网关获取无线传感器采集的信息执行相应的动作。
本实施例提供一种车辆转向架监控系统，图4为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的组网示意图，如图4所示，本系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
所述无线传感器包含外置天线，用于实现所述无线传感器与所述走行部监控子系统之间的无线通信。
其中，所述预设距离可以根据通信范围、通信速度等特征进行预设。
具体的，无线传感器设置在车辆的转换架上，将无线传感器的外置天线设置在车窗距离符合预设距离处，走行部监控子系统设置在车辆的车厢内部。
车辆底部的无线传感器将采集的信号通过外置天线发出，外置天线发出的无线信号通过车窗进入车厢内，车厢内部的走行部监控子系统接收到该外置天线发出的无线信号，对该无线信号进行处理
进一步的，所述无线传感器内设置有第二供电模块，用于为所述无线传感器提供电源。
具体的，图5为本申请实施例提供的无线传感器内部原理示意图，如图5所示，无线传感器包括电源模块、射频电路板模块、外置天线以及信号转换电路。信号转换电路将无线传感器采集到的模拟量进行转换打包处理得到数据信息，射频电路和外置天线将数据信息无线传输给走行部监控子系统，电源模块为无线传感器提供电源。
其中，电源模块为可更换电池。
进一步的，所述无线传感器包括温度传感器、加速度传感器以及振动传感器，也可以是温振一体式传感器。
其中，温度传感器可以是温度采集范围为-40度～+250度的温度传感器，加速度传感器的可以是采集频率范围为0Hz～400Hz，电流输出4～20mA的加速度传感器，振动传感器可以是振动采集范围为0Hz～10kHz，电流输出2～10mA的振动传感器，温振一体式传感器可以根据温度和振动的采集范围进行选择。
进一步的，所述走行部监控子系统包括：无线控制板、CPU板、通信板、电源板；其中无线控制板分别与所述无线传感器和CPU板通信连接；所述CPU板与通信板通信连接；所述电源板分别与所述无线控制板、所述CPU板以及所述通信板电连接。
具体的，无线控制板、CPU板和通信板通过BUS总线通信连接，电源板为无线控制板、CPU板和通信板提供的内部电源包括12V、5V、3.3V。
具体的，图6为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的走行部监控子系统示意图，如图6所示，当无线控制板通过无线传感器的外置天线接收到无线传感器发送的数据信息，该数据信息包括温度、振动频率量等，通过数据解析后，无线控制板在通过内部背板总线将数据信息发送给CPU板；CPU板对数据信息进行逻辑运算处理同时进行存储。
其中，无线控制板和CPU板、通信板和CPU板都是通过背板总线连接，，无线控制板和通信板通过CPU板进行数据交换。
进一步的，所述走行部监控子系统采用机箱结构，所述机箱采用3U或6U插件板。
图7为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统可选择的无线通信方案示意图，如图7所示，可选择的无线通信方案包括：低功耗蓝牙(Bluetooth LowEnergy，低功耗蓝牙)/proprietary 2.4GHz私有频道、Zigbee紫蜂协议/Thread，6LoWPAN协议/Wi-Fi/Sub-1GHz，Dual-Band无线模块以及5G技术等。
本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统，包括至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在车辆的转向架上；走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；所述无线传感器包含外置天线，用于实现所述无线传感器与所述走行部监控子系统之间的无线通信。本申请通过直接组网的方式实现无线传感器与所述走行部监控子系统无线通信，减少布线，减少线间串扰和连接器接触不良等导致的故障，且布线简单、无线传感器功耗交底；安调便捷，降低了安装成本；扩大了列车感知的范围，提高了对转向架监测作业的效率；且提供支撑智能运维和诊断；解决因布线及线缆节点或线缆本身问题带来的数据采集错误问题。
实施例二
本实施例提供另一种车辆转向架监控系统，图8为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的另一种组网示意图；如图8所示，本系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
无线传感网关，所述无线传感网关设置在车辆底部；
网关天线，所述网关天线设置在所述车厢内，所述无线传感器通过所述无线传感网关、所述网关天线与所述走行部监控子系统无线通信。
具体的，无线网关设置在车辆的转向架上。
进一步的，所述网关天线通过馈线与所述无线传感网关连接。
具体的，无线传感器设置在车辆的转换架上；无线传感网关设置在车辆的转换架上，该无线传感的网关天线设置在车厢顶部，并通过馈线与无线传感网关连接；走行部监控子系统设置在车辆的车厢内部。
车辆底部的无线传感器采集的转换架的状态信号并以无线信号的形式发出，无线传感网关接收该无线信号并通过馈线发送给网关天线，网关天线发出无线信号，车厢内部的走行部监控子系统接收到该网关天线发出的无线信号，对该无线信号进行处理。
具体的，无线传感器的外置天线无需额外布线，无线传感器功耗较低。
举例说明，图9为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的网关通信原理框图，如图9所示，WIFI模块RS9113(2.4G)和RS9113(5G)与无线传感器通信，获取无线传感器发送的无线信息；RS9113(2.4G)和RS9113(5G)分别通过SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)与OMAPL138通信，OMAPL138通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)与RS9113(2.4G)通信，RS9113(2.4G)将OMAPL138发送的信号通过馈线传输给车厢中的网关天线，网关天线与走行部监控子系统无线通信。
其中，OMAPL138是DSP+ARM工业处理器。
其中，DSP，digital signal processor，数字信号处理器；ARM，AdvancedRISCMachines，ARM处理器。
具体的，OMAPL138还可以替换为专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。
进一步的，所述传感网关还包括第一供电模块，所述第一供电模块与所述无线传感器连接，用于为所述无线传感器提供电源。
具体的，图10为本申请实施例提供的一种车辆转向架监控系统的网关供电示意图，如图10所示，包括EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)防护模块，第一DC/DC(直流转换器)，第二DC/DC，短路防护模块。
EMC防护模块对输入的+110Vdc电源进行电磁兼容性防护处理，然后第一DC/DC对电磁兼容防护处理后的电流进行直流转换，得到+24Vdc的电源；短路防护模块对通过的+24Vdc电流进行短路防护处理，与无线传感器连接，为无线传感器提供+24V的直流电；第二DC/DC与短路防护模块并联，为无线传感网关提供电源。
车辆转向架监控系统的具体实施过程可参见实施例一，本实施例在此不再重复赘述。
实施例三
本申请实施例提供一种车辆控制系统，所述系统包括实施例一或实施例二中的转向架监控系统。
进一步的，走行部监控子系统将CPU板的运算结果(超温、失稳或装置故障等)通过通信板传输到车辆控制系统。
进一步的，车辆控制系统可将运算结果通过显示屏显示给工作人员，也可将运算结果通过扬声器播放给工作人员，还可以通过多媒体告知工作人员。
进一步的，工作人员根据运算结果输入相应指令到车辆控制系统，车辆控制系统根据该指令控制车辆的运行。
车辆转向架监控系统的具体实施过程可参见实施例一和实施例二，本实施例在此不再重复赘述。
实施例四
本申请提供一种车辆转向架监控方法，所述方法包括：
基于安装在转向架上的无线传感器获取车辆转向架相应的状态信息；
将所述状态信息通过无线传输方式传输给走行部监控子系统，基于所述状态信息对所述转向架进行控制。
进一步的，所述无线传输方式包括：通过无线传感器的外置天线，将所述状态信息传输给走行部监控子系统。
进一步的，所述无线传输方式包括：通过设置在车辆底部的无线传感网关以及设置在所述车厢内的网关天线，将所述状态信息传输给走行部监控子系统。
车辆转向架监控方法的具体实施过程可参见实施例一、实施例二和实施例三，本实施例在此不再重复赘述。
实施例五
本申请提供一种车辆控制方法，使用实施例四中的车辆转向架监控方法对所述车辆进行控制，具体实施过程可参见实施例一、实施例二和实施例三，本实施例在此不再重复赘述。
综上，本申请提供的一种车辆转向架监控系统、方法和车辆控制系统、方法，该系统包括：至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在车辆的转向架上；走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；所述无线传感器与所述走行部监控子系统无线通信。
通过无线传感器直接与走行部监控子系统通信，或无线传感器通过无线网关与走行部监控子系统通信实现无线网络通信，减少布线、减少线间串扰和连接器接触不良等导致的故障；避免了因布线及线缆节点或线缆本身问题带来的数据采集误差大或数据错误等问题；扩大对轨道车辆的检测范围，提高了检测效率；安装维修方便，成本低，支持智能运维和诊断；且安装便捷，成本低。在轨道交通车辆领域中提出了新的运用思路，指定合适的协议和数据压缩算法。
在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、系统、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (13)
1.一种车辆转向架监控系统，其特征在于，所述系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
所述无线传感器包含外置天线，用于实现所述无线传感器与所述走行部监控子系统之间的无线通信。
2.一种车辆转向架监控系统，其特征在于，所述系统包括：
至少一个无线传感器，所述无线传感器设置在所述车辆的转向架上；
走行部监控子系统，所述走行部监控子系统设置在所述车辆的车厢内；
无线传感网关，所述无线传感网关设置在车辆底部；
网关天线，所述网关天线设置在所述车厢内，所述无线传感器通过所述无线传感网关、所述网关天线与所述走行部监控子系统无线通信。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述网关天线通过馈线与所述无线传感网关连接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感网关还包括第一供电模块，所述第一供电模块与所述无线传感器连接，用于为所述无线传感器提供电源。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述无线传感器包括第二供电模块，用于为所述无线传感器提供电源。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述无线传感器包括温度传感器、加速度传感器、振动传感器以及温振一体式传感器中至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述走行部监控子系统包括：无线控制板、CPU板、通信板、电源板；
其中，所述无线控制板分别与所述无线传感器和所述CPU板通信连接；所述CPU板与所述通信板通信连接；所述电源板分别与所述无线控制板、所述CPU以及所述通信板电连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述走行部监控子系统采用机箱结构，所述机箱采用3U或6U插件板。
9.一种车辆控制系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1～8中任意一项所述的车辆转向架监控系统。
10.一种车辆转向架监控方法，其特征在于，所述方法包括：
基于安装在转向架上的无线传感器获取车辆转向架相应的状态信息；
将所述状态信息通过无线传输方式传输给走行部监控子系统，基于所述状态信息对所述转向架进行控制。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无线传输方式包括：通过无线传感器的外置天线，将所述状态信息传输给所述走行部监控子系统。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无线传输方式包括：通过设置在车辆底部的无线传感网关以及设置在车辆的车厢内的网关天线，将所述状态信息传输给所述走行部监控子系统。
13.一种车辆控制方法，其特征在于，使用权利要求10～12中任意一项所述车辆转向架监控方法对所述车辆进行控制。
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