磁浮列车运行速度计算方法、系统及磁浮列车与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体为一种磁浮列车运行速度计算方法、系统即磁浮列车。


背景技术：

2.不同于传统的轮轨轨道交通制式，磁浮列车由于没有车轮，运行时车辆悬浮于轨道上方，无法使用旋转编码器等方法进行测速。国内外关于磁浮列车的定位测速技术随着近年来中低速磁浮列车的发展也得到了快速发展和应用。
3.现有的磁浮快线列车采用了非接触轨枕计数方式实现测量测速，为保证冗余，至少需增加2套车载测试设备，且采用此测速方法的磁浮列车低速运行时，存在速度数据更新慢、测量精度低、误差大的缺点，交叉感应环线测速虽然精度可以达到厘米级，但需要铺设车载激励和地面环线，还存在建设成本高，维修难度大等缺点。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种磁浮列车运行速度计算方法、系统即磁浮列车，提高磁浮列车运行速度的测量精度。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种磁浮列车运行速度计算方法，包括：
6.s1、获取每节车的运行速度，得到n节车的运行速度值v
平1、
v
平2
……
v
平n
；
7.s2、计算n节车的运行速度值v
平1、
v
平2
……
v
平n
的算术平均值v
平
，若|v
平i
‑
v
平
|＞误差阈值y，则丢弃v
平i
，重新计算剩下n
‑
1个运行速度值的算术平均值，得到更新后的算术平均值v'
平
；其中，i＝1，2，
…
，n；
8.s3、将更新后的算术平均值v'
平
作为列车的运行速度。
9.本发明利用磁浮列车所有车节(n节车)的运行速度值计算算术平均值，并将该算术平均值与运行速度值的绝对值与设定的误差阈值进行比对，丢弃对应的异常速度，从而减小了运算误差，提高了磁浮列车运行速度的测量精度。
10.步骤s2之后，还进行如下处理：判断是否存在两个以上的运行速度值与对应的算术平均值差值的绝对值大于误差阈值y，若是，则输出第一运算故障标识。
11.例如，i＝1时，若|v
平1
‑
v
平
|＞误差阈值y，则丢弃v
平1
，重新计算v
平2
……
v
平n
的算术平均值v'
平
，若|v
平2
‑
v'
平
|＞误差阈值y，则丢弃v
平2
，此时输出第一运算故障标识，说明整车速度计算过程出现了故障。
12.步骤s1中，运行速度值v
平i
的计算过程包括：获取第i节车n个悬浮传感器位置的运行速度v1、v2、
……
vn，计算v1、v2、
……
vn的算术平均值v
平
，若|vk
‑
v
平
|＞误差阈值x，则丢弃vk，重新计算剩下n
‑
1个运行速度值的算术平均值，得到更新后的算术平均值v'
平
；其中，k＝1，2，
…
，n；将更新后的算术平均值v'
平
作为第i节的运行速度。
13.本发明利用磁浮列车没节车内悬浮传感器获取的运行速度值计算算术平均值，并
将该算术平均值与运行速度值的绝对值与设定的误差阈值进行比对，丢弃对应的异常速度，从而减小了运算误差，提高了磁浮列车单节车运行速度的测量精度，从而进一步提高了磁浮列车运行速度的测量精度。
14.运行速度值v
平i
的计算过程还包括：判断是否存在两个以上的运行速度值与对应的算术平均值差值的绝对值大于误差阈值x，若是，则输出第二运算故障标识。
15.例如，k＝1时，若|v1
‑
v
平
|＞误差阈值x，则丢弃v1，重新计算v2、
……
vn的算术平均值v'
平
，若|v2
‑
v'
平
|＞误差阈值x，则丢弃v2，此时输出第二运算故障标识，说明第i节车速度计算过程出现了故障。在此情况下，舍弃第i节的运行速度值，利用其余节车的运行速度值计算整车速度，以进一步保证整车速度计算的准确性。
16.作为一个发明构思，本发明还提供了一种磁浮列车运行速度计算系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求上述所述方法的步骤。
17.所述计算机设备包括整车速度计算模块；所述整车速度计算模块被配置或编程为用于执行以下步骤：
18.s1、获取每节车的运行速度，得到n节车的运行速度值v
平1、
v
平2
……
v
平n
；
19.s2、计算n节车的运行速度值v
平1、
v
平2
……
v
平n
的算术平均值v
平
，若|v
平i
‑
v
平
|＞误差阈值y，则丢弃v
平i
，重新计算剩下n
‑
1个运行速度值的算术平均值，得到更新后的算术平均值v'
平
；其中，i＝1，2，
…
，n；
20.s3、将更新后的算术平均值v'
平
作为列车的运行速度。
21.本发明中，所述整车速度计算模块数量为两个；对于第一个整车速度计算模块，当其判断存在两个以上的运行速度值与对应的算术平均值差值的绝对值大于误差阈值y，则第一整车速度计算模块输出第一运算故障标识，此时启动第二个整车速度计算模块工作，由第二整车速度计算模块获得列车的运行速度。
22.本发明的所述计算机设备还包括对应设置于n节车内的n个单车速度运算模块；所述单车速度运算模块被配置或编程为用于执行以下步骤：
23.运行速度值v
平i
的计算过程包括：获取第i节车n个悬浮传感器位置的运行速度v1、v2、
……
vn，计算v1、v2、
……
vn的算术平均值v
平
，若|vk
‑
v
平
|＞误差阈值x，则丢弃vk，重新计算剩下n
‑
1个运行速度值的算术平均值，得到更新后的算术平均值v'
平
；其中，k＝1，2，
…
，n；将更新后的算术平均值v'
平
作为第i节的运行速度。
24.判断是否存在两个以上的运行速度值与对应的算术平均值差值的绝对值大于误差阈值x，若是，则输出第二运算故障标识。
25.对于输出运算故障标识的单车速度运算模块，本发明将舍弃该单车速度运算模块的计算输出，采用其余单车速度运算模块的输出计算整车运行速度。
26.为了方便地获取每节车的运行速度值，每个所述单车速度运算模块均与所述整车速度计算模块通信。
27.本发明的所述计算机设备还包括多个单点速度运算模块；每个所述单点速度运算模块与一个悬浮传感器通信；第i节车的所有单点速度运算模块均与该第i节车的单车速度运算模块通信。
28.本发明还提供了一种磁浮列车，其其采用上述的计算系统。
29.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明利用悬浮传感器过轨缝时
的悬浮间隙数据特点，分别利用单个悬浮控制器计算单个点的运行速度，最后数据汇总到整车层面，计算整车的运行速度，可实现速度数据的快速更新，并减少数据运算误差、提高数据可靠性，实现高冗余度的三级冗余机制。
附图说明
30.图1为本发明实施例1单点运算模块布置图。
31.图2为本发明实施例2单点速度计算示意图。
32.图3为本发明实施例2整车运行速度计算流程图。
具体实施方式
33.如图1，本发明实施例1的计算系统包括m*n个单点速度运算模块，n个单车速度运算模块(与车节数量相同)，2个整车速度运算模块。(m、n均为自然数。m一般为20，n一般为3。)每个悬浮控制器配置一个单点速度运算模块，每节车配置一个单车速度运算模块，整列车配置一个整车速度运算模块。由于一列三编组或六编组的磁浮列车的长度(超过45m)往往大于磁浮轨道的轨道缝隙之间的间隔距离(约15m)，磁浮列车的f型轨道是双边轨道制式，即轨道缝隙必定是成对存在的，所以当磁浮列车运行时，通过一段距离(0～2720mm)，必然有至少2个悬浮控制器分别通过轨道缝隙，即至少有2个单点速度运算模块有更新的速度数据输出，从而实现了整车速度数据的快速更新。m*n个单点速度运算模块均可获取运行速度且相互独立，可构成第一级冗余，n个单车速度运算模块均可获取运行速度且相互独立，可构成第二级冗余，2个整车速度运算模块均可获取运行速度且相互独立，可构成第三级冗余，即实现高冗余度的三级冗余机制。
34.单点速度运算模块即是单个悬浮控制器通过过轨缝的信号特征计算运行速度(运行速度计算过程见cn104049103a)的模块，每节车有m个相互独立的悬浮控制器，每列车有n节车，共m*n个相互独立的悬浮控制器，1个悬浮控制器对应1个单点速度运算模块，即整车共有m*n个单点速度运算模块。
35.单车速度运算模块即是单独一节车的速度运算模块，单车速度运算模块对m个单点速度运算模块的速度输出数据进行速度运算、故障判断、互相冗余实现和整合输出，每列车有n节车，每节车对应1个单车速度运算模块，即整列车共有n个单车速度运算模块。
36.整车速度运算模块即是一列车的速度运算模块，整车速度运算模块对n个单车速度运算模块的速度输出数据进行速度运算、故障判断和整合输出，为实现冗余，即整列车采用2个整车速度运算模块。
37.本发明巧妙地利用单点悬浮控制器上的单点速度运算模块计算出此点的运行速度，再通过网络将此节车的所有单点速度输出汇总到单车速度运算模块，最后再通过网络将此列车的所有单车速度输出汇总到整车速度运算模块，每个模块均可获取运行速度且相互独立，最终可实现速度数据的快速更新，实现高冗余度的三级冗余机制。
38.本发明实施例2提供了运行速度具体计算过程。如图1，磁浮列车在f型轨道上运行时，正常磁浮列车会覆盖3个以上轨道缝隙，每个悬浮控制器中配备一个单点速度运算模块，各单点速度运算模块完全相互独立均可获取运行速度，实现第一级冗余机制。单点速度运算模块依靠悬浮传感器进行信号输入，单点速度运算模块设置在悬浮控制器中(每个悬
浮控制器设置有一个单点速度运算模块)，按图2所示规律分布，会形成最短测量距离和最长测量距离(最长测量距离与电磁铁的长度相同)交替排列的形式，列车通过一段测量距离后，通过的这段测量距离与单点速度运算模块的速度更新频率有对应关系，即最小频率对应最长测量距离，最大频率对应最短测量距离，即某一点的磁浮列车通过最长测量距离或最短测量距离会更新一个运算速度值，由于轨道缝隙是成对存在的，即必然有2个及以上的单点运算模块会更新速度计算值，分别记为v1、v2、
……
vn(v1、v2、vn均为自然数，n为大于等于2的正偶数)。
39.如图3所示，单点速度运算模块的输出值v1、v2、
……
vn会全部输入给单车速度运算模块进行速度运算、故障判断、第二级冗余实现和整合输出。以第1节车为例，理论上v1、v2、
……
vn均为同一个值，考虑到运算误差，先算出v1、v2、
……
vn的算术平均值v
平1
，再设立一个误差阈值x，(x取值范围是自然数，单位是km/h，根据实际情况，速度误差值一般需控制在2km/h以内，即x取值为2km/h，x取值过大会导致最终结果误差偏大，x取值过小会导致舍弃值过多，容易导致判断为一级运算故障)假如v1
‑
v
平1
的绝对值大于误差阈值x，则舍弃v1的值，重新计算剩下的v2、
……
vn的平均值得到v
平1
作为最终输出；同理，若vn
‑
v
平1
的绝对值大于误差阈值x，则舍弃vn的值，重新计算剩下的v1、v2、
……
v(n
‑
1)的平均值得到v
平1
作为最终输出；当存在2个及以上的vk
‑
v
平1
的绝对值大于误差阈值x，则判断为一级运算故障，输出运算故障标志error1，其余的单车速度运算模块均可获取运行速度且运算过程完全独立，可实现第二级冗余机制；k＝1,2，
……
，n。
40.设1列磁浮列车有n节车，即存在n个单车速度运算模块，每个模块的输出对应v
平1、
v
平2
……
v
平n
，全部输出给整车运算模块进行速度运算、故障判断、第三级冗余实现和整合输出。若某个单车模块模块的输出v
平n
判断存在故障，即输出errorn，理论上v
平1、
v
平2
……
v
平n
均为同一个值，考虑到运算误差，先算出v
平1、
v
平2
……
v
平n
的算术平均值v
平
，再设立一个误差阈值y，(y取值范围是自然数，单位是km/h，根据实际情况，速度误差值一般需控制在2km/h以内，即y取值为2km/h，y取值过大会导致最终结果误差偏大，y取值过小会导致舍弃值过多，容易导致判断为二级运算故障)假如v
平1
‑
v
平
的绝对值大于误差阈值y，则舍弃v
平1
的值，重新计算剩下的v
平2
、
……
v
平n
的平均值得到v
平
作为整车速度运算模块的最终输出，当存在2个及以上的v
平i
‑
v
平
的绝对值大于误差阈值y，则判断为二级运算故障，输出运算故障标志error2，当无故障时，1个整车速度运算模块可输出最终运行速度，另1个整车速度运算模块可获取运行速度且运算完全独立，作为热备冗余实现第三级冗余机制；i＝1,2，
……
，n。