城铁轨道客车牵引电机转向自动辨别研究

时间：2024-08-31

李祥东刘宇博马博

摘要：城铁轨道客车作为城市交通的运输载体，为乘客提供了一种快速、可靠、舒适的方式。而牵引电机是城铁车辆动力传递的重要组成部分，电机的运行环境较为恶劣，极易造成反转，形成危害。因此启动静态调试来判别电机倾角正确与否是有必要的。本文对城铁车辆无线高稳定性电机倾角自动辨别进行研究，不受有线传输束缚并提高抗干扰能力，保护微弱的信号不受干扰。同时提高判别灵敏性，智能化保障列车运行安全。

关键词：电机倾角辨别无线传输抗干扰技术

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0009-02

城铁轨道客车因其快速、可靠、舒适的优点在全球快速发展，城市轨道交通的安全问题也越来越受到重视，尤其是自动化检测的安全问题。传统人力检测费时、费力且灵敏度不高，需要检测维修人员具有丰富经验，与当下人工智能、机器视觉的热门形成了鲜明对比。

牵引电机是城铁轨道客车动力传递的重要组成部分，其工作运行的质量直接关系着车辆的运行效率，如文献[1]给出了牵引电机环火故障原因与处理分析以及解决措施。电机接线故障导致电机反转会导致事故和经济损失，因此强调电机转向辨别的准确性是提高车辆运行过程中的品质保障，是乘客出行与安全的重要基础。

1 基本原理

1.1 电机转向

城铁轨道车辆配备三相交流牵引电机。三相电机的转动方向与其三相线序有关，三相线序任意两相反接时，会使电机反向转动。反接的三相异步电机相当于发生堵转，而电机发生堵转时，三相绕组中产生巨大的热能，从而使电机烧损，造成危害。因此需要启动静态调试来判别电机转向正确与否。

静态调试判断电机转向正确与否的基本原理为当车轮抱死施加牵引时，由于电机和联轴节之间存在齿轮间隙，会使电机和联轴节之间的齿轮间隙咬合紧密，从而使联轴节发生微小的转动，产生一定的微小的角度。根据这个角度可判断电机的转向为正或反。

1.2 抗干扰

电机倾角自动辨别的通讯采用无线方式，通讯过程极易受到信号干扰，使得原本微弱的信号发生偏差，影响辨别精确度和稳定性。系统的通信质量和可靠性直接决定地铁的运营状况。车地无线通信系统的应用包括CBTC通信系统和移动 Wi-Fi 通信系统[2]。干扰信号是一种无线电信号，存在于时间域、频率域和功率域三个域空间内。基本原理是让通信信号不要与干扰信号在频率域、时间域和功率域所组成的空间内重迭，或即使发生重迭，也要通过各种抗干扰技术，使通信接收机的输出端保持较高的信号干扰功率比。

2 总体方案

本文的研究方案为一种无线高稳定性倾角自动辨别装置，包括采集器和手持設备，采集器包括5个单元。其中，采集器包括传感器单元、前置处理单元、数据处理单元、数据传输单元和电源与电量监测单元。采集器和手持设备具有抗干扰设计，在静态调试过程中不受有线束缚，同时排除了周围的各项信号干扰，使得微弱的信号在无线传输过程中不发生偏差。装置实现了轻便化和多机发送一机接收的工作方式，大大提高了工作效率。采集器通过磁性底座安装在牵引电机联轴节上，保证了安装的稳定性，方便拆卸，不对电机原有结构进行破坏，并能够精确有效地检测到牵引电机的转动方向。

采集器的放大及AD采样电路主要作用为放大弱小输入信号、完成模数转换的功能。数据传输单元采用单指向天线的方式传输信号。该信号的传输方式为无线跳传方式，无线跳传方式设置“一问一答”通讯方式的网络协议，避免采集器空转现象的发生，实现资源节约。数据处理单元由控制中心、时间同步器、时序逻辑器、启动器和伪码控制频率合成器五个部分构成。

手持设备的计算机控制与时间同步器相互作用，采集器和手持设备使用时间同步器实现精确同步，保证了采集器和手持设备初始相位一致。本设计采用信号序列扩展频谱技术，能抗多径干扰。即使通信信号受到干扰，只要通过手持设备解调技术，就能减低接收滤波器内的干扰功率，提升手持设备的信噪比，极大地提高了无线通信网络的信息传输能力和资源利用效率，增强了整体抗干扰性。

3 具体实施方案

本文的研究包括采集器和手持设备，其中每个传感器配备5个单元。

前置处理单元的作用为对传感器模块输出信号进行调理及采集，采用16位AD转换，通过滤波器对数据进行前置滤波;数据处理单元和数据传输单元主要起到抗干扰的效果。其中，数据处理单元包含时序逻辑器、启动器、伪码控制频率合成器、时间同步器，共同对数据信号进行序列频谱扩展。数据传输单元使得波束控制灵活、信号增益高、干扰抑制能力强，极大地提高了无线通信网络的信息传输能力和资源利用效率，增强了整体抗干扰性。

手持设备操控栏分为主控车辆栏、前后向试验栏、列车车号栏、控制按钮栏和设备列表栏。主控车辆栏用于标识0车主控还是1车主控，不可手动选择，仅可通过换端命令自动更改，默认1车主控;前后向试验栏用于选择前向试验还是后向试验;列车车号栏根据车辆实际编组情况，选择要安装采集器的车厢号;控制按钮栏根据操作流程，选择执行内容;错误列表栏用于显示错误信息;设备列表栏用于显示设备状态以及试验结果等信息。

具体判别电机倾角步骤如下：

（1）将本次试验所用到的采集器全部开机，并打开单指向天线，指向手持设备所在位置;同时手持设备开机，并打开天线。

（2）双击打开桌面图标，弹出对话框。选择车辆类型，点击确定按钮。

（3）勾选车厢号;双击列车车号栏，切换界面;填写列车信息，根据单选按钮选择每个车厢的采集器数量;勾选采集器（注：采集器数量=车厢数量x每车厢采集器数量）;开始初始化。

（4）初始化成功后，将传感器通过底部的磁铁直接吸附到手持机指定的联轴节下，调整水平，箭头指向1车位置。安装时，尽量保持采集器水平安装，确保采集器安装稳固。同时在安装时确保采集器测量角度范围（±90°）内为测量部位，否则会引起测量误差。

（5）将传感器安装完毕后，列车处于前车牵引状态，选择1车主控前向试验，点击“开始试验”。（注：在开始之前应保持采集器处于静止状态，注2：如未更换测试车辆，则可跳过初始化，直接进行试验。）

（6）主机输出测试结果，完成本次试验，生成报表文件。

（7）1车主控后向试验、0车主控前向试验、0车主控后向实验与上述操作相同，只需更换主控车辆，和前后向试验单选按钮即可。

（8）将安装在联轴节下方的传感器全部收集起来，下载数据。下载数据前需保证传感器距离主机5m以内。

（9）折叠传感器单指向天线，长按传感器电源键5s关机;折叠主机天线，长按主机电源键5s钟，滑动屏幕关机。将所有设备有序收纳入设备包装箱中。

4 结语

本文的研究在实际操作过程中证实了良好的抗干扰性能。降低主动源功率的同时波束控制灵活、信号增益高、干扰抑制能力强。并且极大地提高了无线通信网络的信息传输能力和资源利用效率，增强了整体抗干扰性，确保数据可靠性与实时性。与传统人工辨别相比，提高了检修能力与作业质量。