簡析列車抖動對速傳脈沖誤輸出的影響

吳 亮

（通號城市軌道交通技術有限公司長沙分公司，長沙 410000）

隨著城市現代化的發展，城市間的軌道交通早已成為城市建設中不可缺少的一部分，甚至已經成為全球各大城市出行的主要交通方式。與其他公共交通工具比較，城市軌道交通具有運能大、準時、速度快等多個優點。與這些優點密切相關的就是地鐵的一個重要組成部分—CBTC 系統，本文將從CBTC 系統中的速度傳感器方面著手，分析列車抖動對速度傳感器帶來的影響。

1 問題概述

通過對某地鐵項目CBTC 信號系統的動態調試，發現部分機車存在速度傳感器輸出多脈沖的問題，且在車輛實施緊急制動情況下速傳報多脈沖的概率更高，在排除多方問題后，懷疑因車輛制動時閘瓦制動抱不死引起輪對來回抖動從而影響速傳輸出多脈沖?，F從地鐵車輛輪對抖動的距離討論引起速。

2 速度傳感器的工作原理

單位時間內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，轉變為一種電量信號，傳感器在進行測量、計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，用于檢測軸的轉速。安裝時與被測齒輪相對，屬于非接觸式傳感器。其產生的脈沖頻率信號與速度成正比，因此能夠計算出軸的轉速，進而計算列車的運行速度，而ATP 根據列車速度進行邏輯計算，實現超速防護功能。

該地鐵項目所使用的速傳為上海德意達電子電纜設備有限公司生產的光電式速度傳感器。它有單、雙、三、四、五及六通道可供選擇。通過內外兩軌道光柵盤掃描，傳感器輸出兩種不同脈沖數的方波信號，內軌道每轉80 個脈沖，外軌道每轉200個脈沖，輸出可以是不同脈沖數的各種組合(不大于200 P/R 的任意脈沖數，或兩種脈沖數輸出的組合)，各通道間彼此隔離，且帶有極性保護、輸出短路保護。

3 簡化速度傳感器脈沖產生模型

速度傳感器通過光柵盤掃描，外軌道每轉輸出200 個脈沖，如圖1 所示，為一個光柵盤，光柵盤外軌均勻分成400 等分，其中開兩百個均勻透光小槽，小槽開口寬為2 mm，光柵盤上附帶有一個固定圓盤，圓盤上裝有3 個均勻分布的小模塊，模塊內開一個1 mm 寬度的小槽。當光柵盤轉動，光柵盤上開口小槽把光透過圓盤上的模塊小槽時即輸出脈沖數。

將光柵盤外軌看做一條線段，如圖2 所示，把光柵盤外軌分成均勻的400 個區間，白色部分為開孔的小槽，紅色部分為固定圓盤模塊上所開小槽。

圖1 光柵盤Fig.1 Grating disc

注：黑色為奇數區間，白色為偶數區間

4 分析速度傳感器與車輛抖動的關系

現討論當其中一個模塊處于光柵上臨界位置時（現向左抖動即產生脈沖），另外兩個模塊所處的位置，以及輪對來回抖動幅度對速傳的影響。

光盤周長為400×2=800 mm。

第1 個模塊：所處位置區間為0 ～1，即已處于臨界位置，當輪對向左抖動時即產生一個脈沖。

將266.67、267.67 分別除以2 即得出所在區間為133.335 ～133.835，如圖3 所示。

圖3 第2個模塊所處位置Fig.3 The location of the second module

可得出第2 個模塊均處于134 區間內，不在臨界位置。

將533.33、534.33 分別除以2 即得出所在區間為266.67 ～267.67，如圖4 所示。

圖4 第3個模塊所處位置Fig.4 The location of the third module

可看出第3 個模塊處于267 ～268 區間內，當輪對向左抖動0.33 mm 時，模塊完全處于不透光環境，若在向右抖動，則產生脈沖數。

通過以上計算可得如下。

1）情形一

當輪對抖動使第1 個模塊向左移動時即產生1個脈沖。

同時若第2 個模塊向右移動距離為268－266.67=1.33 mm 時，產生2 個脈沖。

同時若第3 個模塊向右抖動距離為536－533.33=2.67 mm 時，產生3 個脈沖。

2）情形二

當輪對抖動使第1 個模塊向右移動距離為1 mm 時產生脈沖。

同時若第3 個模塊向左移動距離為534.33－534=0.33 mm 時，產生2 個脈沖。

同時若第2 個模塊向左移動距離為267.67－266=1.67 mm 時，產生3 個脈沖。

綜合上述情形可知：

當列車輪對抖動幅度小于2.67 mm 時，速傳脈沖數受到影響，速傳將誤輸出多脈沖；

當列車輪對抖動幅度大于2.67 mm 時，則速傳脈沖數不受影響。

5 結語

針對速度傳感器誤輸出多脈沖的問題，可歸結為地鐵車輛制動時因閘瓦抱不死的原因，使得列車抖動，從而導致速度傳感器誤輸出多脈沖。后根據地鐵車輛情況，將信號系統中速度傳感器脈沖輸出閾值加大后，速傳誤報多脈沖的故障解決。本文簡單介紹地鐵車輛速度傳感器的工作原理，通過分析某地鐵車輛實際故障案例，充分說明了列車抖動對地鐵車輛中速度傳感器的影響。以及速度傳感器在列車抖動幅度下對輸出脈沖值的影響。