淺析地鐵車輛中速度傳感器與牽引控制的關(guān)系

黃寧　畢勝　陳光東

摘要：通過分析某地鐵車輛速度傳感器的工作原理，解釋速度傳感器與牽引控制之間的關(guān)系，分析速度傳感器的故障如何影響牽引功能。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛 牽引控制單元 速度傳感器 故障

引言：隨著城市科技建設(shè)的發(fā)展，城市軌道交通早已成為城市建設(shè)中不可缺少的一部分，現(xiàn)在越來越多的城市加入到軌道交通建設(shè)的行業(yè)中來。城市軌道交通地鐵車輛是直接面向廣大乘客，與其他公共交通工具比較，地鐵車輛具有運(yùn)能大、準(zhǔn)時、速度快等多個優(yōu)點(diǎn)。與這些優(yōu)點(diǎn)密切相關(guān)的就是地鐵車輛的一個重要組成部分—牽引系統(tǒng)，本文將從速度傳感器方面著手，分析其與牽引系統(tǒng)之間存在的相應(yīng)關(guān)系。

一、速度傳感器的工作原理

單位時間內(nèi)位移的增量變化就是速度，而速度又分位線速度和角速度，與其相對應(yīng)的就是線速度傳感器和角速度傳感器。傳感器的作用則是將一種非電量的信號，例如速度信號，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N電量信號，傳感器在進(jìn)行測量、計(jì)算和控制中起著非常重要的作用。本文中所提到的速度傳感器，安裝在地鐵車輛的軸端上，用于檢測軸的轉(zhuǎn)速。安裝時與被測齒輪相對，屬于非接觸式傳感器。其產(chǎn)生的脈沖頻率信號與速度成正比，因此很容易能夠計(jì)算出軸的轉(zhuǎn)速，也就能夠得出列車的運(yùn)行速度。

二、速度傳感器與牽引控利的關(guān)系

（1）速度傳感器檢測到軸的速度頻率信號之后，由車輛的制動控制單元接收，隨后經(jīng)過車輛的MVB通訊網(wǎng)絡(luò)。制動控制單元與牽引系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。將采集到的速度頻率信號發(fā)送至牽引系統(tǒng)的控制單元。每輛車的牽引控制單元根據(jù)收到的速度頻率信號分別計(jì)算出每輛車的4個輪對的輪徑值（每輛車有2個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架包含2根軸）。

（2）牽引控制單元中計(jì)算得出每個輪對的輪徑值之后，在其內(nèi)部會通過邏輯運(yùn)算來進(jìn)行輪徑值的對比。若本車最大值與最小值之差超過設(shè)定目標(biāo)值。本車牽引系統(tǒng)就會出現(xiàn)相對應(yīng)的提示或者警告。具體控制：若輪徑的差值超過6.7mm。牽引系統(tǒng)會報(bào)出本車牽引系統(tǒng)中度故障進(jìn)行提示，但不影響車輛的正常功能；若輪徑的差值超過8.4mm。牽引系統(tǒng)會報(bào)出本車牽引系統(tǒng)嚴(yán)重故障，因此就導(dǎo)致本車牽引系統(tǒng)被切除保護(hù)，本車也就喪失了動力的能力。繼而影響到整列車的動力以及列車的速度。

三、典型案例分析

武漢地鐵2號線列車發(fā)生單節(jié)車輛牽引系統(tǒng)嚴(yán)重故障無法恢復(fù)的情況，通過下載車輛故障記錄數(shù)據(jù)顯示。該車的輪徑值和速度存在異常，如下表1和表2。

由表1中可以看出本車4根軸的輪徑最大與最小值差為832-822=10mm，超過設(shè)定參考值8.4mm，因此本節(jié)車輛牽引系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障而不能工作的情況。

d3輪徑值異常偏大的情況可能性如下：

1.速度傳感器自身故障導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)錯誤，遂更換了新的傳感器，然而故障依舊沒有恢復(fù)，因此可以排除傳感器自身問題。

2與速度傳感器配合使用的測速齒盤存在問題。比如齒盤齒部被異物覆蓋、齒損壞或者齒數(shù)異常等原因。

根據(jù)表中記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行以下公式計(jì)算：

因?yàn)榱熊噷?shí)際行進(jìn)過程中，車輛中各車輪對鋼軌的線速度應(yīng)該保持一致，否則車輛會發(fā)生單個車輪打滑或者空轉(zhuǎn)的情況。而通過上述的運(yùn)算可以確切的說明速度傳感器的齒盤部分發(fā)生了故障。

就齒盤問題計(jì)算如下：

該車輛中正常情況下，速度傳感器測速齒盤的齒數(shù)數(shù)量為N=80，

假設(shè)3軸齒盤齒數(shù)為n，假設(shè)3軸速度傳感器頻率為n，1軸速度傳感器頻率為N。

根據(jù)車輛輪對實(shí)際限速度相同進(jìn)行計(jì)算：

最終可以計(jì)算出：n=79

由上述結(jié)果可以得出，軸3的速度傳感器測速齒盤在檢測的時候僅有79個齒被檢測到。因此導(dǎo)致牽引控制單元中計(jì)算出的輪徑值與其他相差較大。通過拆卸安裝在軸箱上的端蓋后檢查，確認(rèn)該齒盤只有79個齒，與正常齒盤相比較，缺少1個齒，最終找明故障的根本原因，將齒盤更換后，牽引系統(tǒng)在進(jìn)行輪徑校準(zhǔn)之后恢復(fù)正常。

四、故障說明

在速度傳感器測速齒盤缺少一個齒的情況下，即，車輪旋轉(zhuǎn)一周，速度傳感器探頭就只檢測到了79個信號脈沖，而制動控制單元中默認(rèn)齒盤齒數(shù)為80，也就是80個脈沖信號為旋轉(zhuǎn)一周，因此軸3在檢測到80個脈沖之后，實(shí)際上已經(jīng)超過一整圈，所以檢測計(jì)算出來3軸的轉(zhuǎn)速就比正常情況下要小一些。根據(jù)式（3），可以看出，在線速度相同的情況下，直徑與轉(zhuǎn)速成反比，轉(zhuǎn)速降低，則輪徑值就增大。

五、結(jié)語

本文通過簡單介紹地鐵車輛速度傳感器的工作原理和牽引控制單元的部分控制功能，通過武漢地鐵2號線的實(shí)際故障案例，充分說明了地鐵車輛中速度傳感器與牽引控制之間的聯(lián)系。以及傳感器在故障下是如何影響到牽引控制功能。