城鐵軌道客車牽引電機轉(zhuǎn)向自動辨別研究

李祥東 劉宇博 馬博

摘? ?要：城鐵軌道客車作為城市交通的運輸載體，為乘客提供了一種快速、可靠、舒適的方式。而牽引電機是城鐵車輛動力傳遞的重要組成部分，電機的運行環(huán)境較為惡劣，極易造成反轉(zhuǎn)，形成危害。因此啟動靜態(tài)調(diào)試來判別電機傾角正確與否是有必要的。本文對城鐵車輛無線高穩(wěn)定性電機傾角自動辨別進行研究，不受有線傳輸束縛并提高抗干擾能力，保護微弱的信號不受干擾。同時提高判別靈敏性，智能化保障列車運行安全。

關(guān)鍵詞：電機傾角辨別? 無線傳輸? 抗干擾技術(shù)

中圖分類號：U270? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0009-02

城鐵軌道客車因其快速、可靠、舒適的優(yōu)點在全球快速發(fā)展，城市軌道交通的安全問題也越來越受到重視，尤其是自動化檢測的安全問題。傳統(tǒng)人力檢測費時、費力且靈敏度不高，需要檢測維修人員具有豐富經(jīng)驗，與當(dāng)下人工智能、機器視覺的熱門形成了鮮明對比。

牽引電機是城鐵軌道客車動力傳遞的重要組成部分，其工作運行的質(zhì)量直接關(guān)系著車輛的運行效率，如文獻[1]給出了牽引電機環(huán)火故障原因與處理分析以及解決措施。電機接線故障導(dǎo)致電機反轉(zhuǎn)會導(dǎo)致事故和經(jīng)濟損失，因此強調(diào)電機轉(zhuǎn)向辨別的準(zhǔn)確性是提高車輛運行過程中的品質(zhì)保障，是乘客出行與安全的重要基礎(chǔ)。

1? 基本原理

1.1 電機轉(zhuǎn)向

城鐵軌道車輛配備三相交流牽引電機。三相電機的轉(zhuǎn)動方向與其三相線序有關(guān)，三相線序任意兩相反接時，會使電機反向轉(zhuǎn)動。反接的三相異步電機相當(dāng)于發(fā)生堵轉(zhuǎn)，而電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，三相繞組中產(chǎn)生巨大的熱能，從而使電機燒損，造成危害。因此需要啟動靜態(tài)調(diào)試來判別電機轉(zhuǎn)向正確與否。

靜態(tài)調(diào)試判斷電機轉(zhuǎn)向正確與否的基本原理為當(dāng)車輪抱死施加牽引時，由于電機和聯(lián)軸節(jié)之間存在齒輪間隙，會使電機和聯(lián)軸節(jié)之間的齒輪間隙咬合緊密，從而使聯(lián)軸節(jié)發(fā)生微小的轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生一定的微小的角度。根據(jù)這個角度可判斷電機的轉(zhuǎn)向為正或反。

1.2 抗干擾

電機傾角自動辨別的通訊采用無線方式，通訊過程極易受到信號干擾，使得原本微弱的信號發(fā)生偏差，影響辨別精確度和穩(wěn)定性。系統(tǒng)的通信質(zhì)量和可靠性直接決定地鐵的運營狀況。車地?zé)o線通信系統(tǒng)的應(yīng)用包括CBTC通信系統(tǒng)和移動 Wi-Fi 通信系統(tǒng)[2]。干擾信號是一種無線電信號，存在于時間域、頻率域和功率域三個域空間內(nèi)?；驹硎亲屚ㄐ判盘柌灰c干擾信號在頻率域、時間域和功率域所組成的空間內(nèi)重迭，或即使發(fā)生重迭，也要通過各種抗干擾技術(shù)，使通信接收機的輸出端保持較高的信號干擾功率比。

2? 總體方案

本文的研究方案為一種無線高穩(wěn)定性傾角自動辨別裝置，包括采集器和手持設(shè)備，采集器包括5個單元。其中，采集器包括傳感器單元、前置處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和電源與電量監(jiān)測單元。采集器和手持設(shè)備具有抗干擾設(shè)計，在靜態(tài)調(diào)試過程中不受有線束縛，同時排除了周圍的各項信號干擾，使得微弱的信號在無線傳輸過程中不發(fā)生偏差。裝置實現(xiàn)了輕便化和多機發(fā)送一機接收的工作方式，大大提高了工作效率。采集器通過磁性底座安裝在牽引電機聯(lián)軸節(jié)上，保證了安裝的穩(wěn)定性，方便拆卸，不對電機原有結(jié)構(gòu)進行破壞，并能夠精確有效地檢測到牽引電機的轉(zhuǎn)動方向。

采集器的放大及AD采樣電路主要作用為放大弱小輸入信號、完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。數(shù)據(jù)傳輸單元采用單指向天線的方式傳輸信號。該信號的傳輸方式為無線跳傳方式，無線跳傳方式設(shè)置“一問一答”通訊方式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，避免采集器空轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，實現(xiàn)資源節(jié)約。數(shù)據(jù)處理單元由控制中心、時間同步器、時序邏輯器、啟動器和偽碼控制頻率合成器五個部分構(gòu)成。

手持設(shè)備的計算機控制與時間同步器相互作用，采集器和手持設(shè)備使用時間同步器實現(xiàn)精確同步，保證了采集器和手持設(shè)備初始相位一致。本設(shè)計采用信號序列擴展頻譜技術(shù)，能抗多徑干擾。即使通信信號受到干擾，只要通過手持設(shè)備解調(diào)技術(shù)，就能減低接收濾波器內(nèi)的干擾功率，提升手持設(shè)備的信噪比，極大地提高了無線通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力和資源利用效率，增強了整體抗干擾性。

3? 具體實施方案

本文的研究包括采集器和手持設(shè)備，其中每個傳感器配備5個單元。

前置處理單元的作用為對傳感器模塊輸出信號進行調(diào)理及采集，采用16位AD轉(zhuǎn)換，通過濾波器對數(shù)據(jù)進行前置濾波;數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元主要起到抗干擾的效果。其中，數(shù)據(jù)處理單元包含時序邏輯器、啟動器、偽碼控制頻率合成器、時間同步器，共同對數(shù)據(jù)信號進行序列頻譜擴展。數(shù)據(jù)傳輸單元使得波束控制靈活、信號增益高、干擾抑制能力強，極大地提高了無線通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力和資源利用效率，增強了整體抗干擾性。

手持設(shè)備操控欄分為主控車輛欄、前后向試驗欄、列車車號欄、控制按鈕欄和設(shè)備列表欄。主控車輛欄用于標(biāo)識0車主控還是1車主控，不可手動選擇，僅可通過換端命令自動更改，默認(rèn)1車主控;前后向試驗欄用于選擇前向試驗還是后向試驗;列車車號欄根據(jù)車輛實際編組情況，選擇要安裝采集器的車廂號;控制按鈕欄根據(jù)操作流程，選擇執(zhí)行內(nèi)容;錯誤列表欄用于顯示錯誤信息;設(shè)備列表欄用于顯示設(shè)備狀態(tài)以及試驗結(jié)果等信息。

具體判別電機傾角步驟如下：

（1）將本次試驗所用到的采集器全部開機，并打開單指向天線，指向手持設(shè)備所在位置;同時手持設(shè)備開機，并打開天線。

（2）雙擊打開桌面圖標(biāo)，彈出對話框。選擇車輛類型，點擊確定按鈕。

（3）勾選車廂號;雙擊列車車號欄，切換界面;填寫列車信息，根據(jù)單選按鈕選擇每個車廂的采集器數(shù)量;勾選采集器（注：采集器數(shù)量=車廂數(shù)量x每車廂采集器數(shù)量）;開始初始化。

（4）初始化成功后，將傳感器通過底部的磁鐵直接吸附到手持機指定的聯(lián)軸節(jié)下，調(diào)整水平，箭頭指向1車位置。安裝時，盡量保持采集器水平安裝，確保采集器安裝穩(wěn)固。同時在安裝時確保采集器測量角度范圍（±90°）內(nèi)為測量部位，否則會引起測量誤差。

（5）將傳感器安裝完畢后，列車處于前車牽引狀態(tài)，選擇1車主控前向試驗，點擊“開始試驗”。（注：在開始之前應(yīng)保持采集器處于靜止?fàn)顟B(tài)，注2：如未更換測試車輛，則可跳過初始化，直接進行試驗。）

（6）主機輸出測試結(jié)果，完成本次試驗，生成報表文件。

（7）1車主控后向試驗、0車主控前向試驗、0車主控后向?qū)嶒炁c上述操作相同，只需更換主控車輛，和前后向試驗單選按鈕即可。

（8）將安裝在聯(lián)軸節(jié)下方的傳感器全部收集起來，下載數(shù)據(jù)。下載數(shù)據(jù)前需保證傳感器距離主機5m以內(nèi)。

（9）折疊傳感器單指向天線，長按傳感器電源鍵5s關(guān)機;折疊主機天線，長按主機電源鍵5s鐘，滑動屏幕關(guān)機。將所有設(shè)備有序收納入設(shè)備包裝箱中。

4? 結(jié)語

本文的研究在實際操作過程中證實了良好的抗干擾性能。降低主動源功率的同時波束控制靈活、信號增益高、干擾抑制能力強。并且極大地提高了無線通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力和資源利用效率，增強了整體抗干擾性，確保數(shù)據(jù)可靠性與實時性。與傳統(tǒng)人工辨別相比，提高了檢修能力與作業(yè)質(zhì)量。

參考文獻

[1] 常永華.牽引電機環(huán)火故障預(yù)防措施[J].情報學(xué)報，2019（3）：205-206.

[2] 張琳.城市軌道交通無線通信抗干擾技術(shù)的研究[J]. 城市軌道交通研究，2018（12）：118.

[3] 馮陳程.地鐵列車車內(nèi)異常噪聲原因分析及控制措施研究[D].西南交通大學(xué)，2018.