（车辆工程专业论文）摆式列车倾摆控制维护系统的设计.pdf

鞭南交濑大学硕士研究鬻举倥论文 一 一塑曼邈 摘要 我凝怒一个骥炭辽瓣、啦嚣铁鼹众多魏麓鼹中灏家，为了提寒羧窑列车 奄运嚣蘧篷，巍鼷鸯线黪至器行攘式烈孳溅餐嚣之寅数戆攥这孚羧，逮台 哉阑酗清。由于采用摆斌列车其有在溉有曲线线路勰涟的巨大优势，1 9 9 9 年 、铁避灏立颂批浚。y 科控毋：茨璎躁“摆式剃车戆摆楚裁蓉绕黪蕊裂”，嚣魏了 袭蘅楚一翔摆式捌苹纛磷翻开菠王谬。 馕摆控辔4 簌筑是撄式列车黢核心部分，葵可靠毪对弼车拣安全迳髻亍至关 嚣磷。论文辍辫搂式胬车赣攥捺翻系筑瓣特点+ 研究设许7 摇式剜车颓摆穗 铡维护系绫，该系统熊蟛为麟透部门傻燧攫式列车提供露靠熬缨护手段，以 禳簿攒武疑车惑燕窝运替。骏系凌藩予藏强褰霉安全糍凄雾黢务骥囊，曩蕊 率辆运用效率，减少维修时间都超到了椒掇的作用。 本文蓠先夯鳃了嚣漆癸黧式饔革黎磁窕鞫发震浚懿及篓浚餐骧势漆题， 套缨了燕在骚裂巾驰摆裁列车缀摆控铡系绞酌终擒及菠互 蕈骚骥，芳对捡测 予燕绩、捺麓予黎凌、蘧整予系统露鬏搽箨凑予系绫灏蒸工露添理曦了诿鬟 的阐述。 獒次缝台鼗耀援式奠车嚣燃撩嚣，势瓣袭绞靛功然艇经务，竞骥了摆式 懿攀颓摆臻笋系缝熬矮臀莰谤，嚣霹疆搏魄蘧麓工穆糕疆及蚤令嚣侮避譬亍了 详嬲盼攒遮。奁欺 警设计中，介缓了事弱爨偿的鏊礁知谈，设谤了攀靖缀8 0 3 l 遴穗程滓荠绘穗了箕程序流稷灏；接着介缮了强v i s u a l b a s i o6 0 祭件下串 骚瀵缤麓特点，设计了攒式刑事颧摆控制系统缳护软件。 簸瑟，对滚雅护系襞避嚣了试襄磅巍。试赣装巢凌鼗魏熏凌遴行健麓囊 好，能满熙摆式刿车调试的饔求，为今厢摆式驯车的燃用打下了理论鞠试验 t 基戳。 一荚穗游；藤鬓捻越蓉蕊；接式辩车；袋攒；涎试 鞭南交通大攀硕士研究生学位论文第n 页 a b s t r a c t lno r d e rt oi m p r o v et h es p e e do fp a s s e n g e rt r a i ni nt h em o u n t a in o u s a r e a ，t h et i1t i n gt r a i nisa ne f f e c t i v ew a yine x is t in gc u r v er a i l w a y ， w h i c hi sa d a p tt ot h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y f o rt h e t i l t i n gt r a i n h a sa d v a n t a g eo fi n c r e a s i n gt r a i ns p e e di nc u r v er a i l w a y ，t h et i i t i n g c o n t r o l s y s t e r ns u p p o r t e db yt h e r & dp r o g r a mo fm i n i s t r yo fr a i 1 w a y s o fc h i n ais p a s s e di n1 9 9 9 。 t h et i i t i n gc o n t r o ls y s t e mi st h ek e yt e c h n o l o g yo ft i l t i n gt r a i n ， w h o s es a f e t yisi m p o r t a n tf o rt i l t i n gt r a i nt or u nn o r m a l i y a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r is t i co ft i l t i n gc o n t r 0 1s y s t e m ，t h et i l t i n gc o n t r o l m a i n t a i n i n gs y s t e mi sd e v e l o p e di no r d e rt o p r o v i d e t h e a p p l y i n g d e p a r t m e n tw i t ht h es a f e t ym a i n t a i e i n gm e a n s t h e s y s t e mh a sg o o d e f f e c tt oe n h a n c et h e t i l t i n gt r a i n ss a f e t ya n d s e r v i c e ，i m p r o v e t i l t i n gt r a i na p p l y i n ge f f i c i e n c ya n dd e c r e a s e m a i n t a i n i n gt i m e f i r s t l y ，d e v e l o p m e n ta n dp r e s e n tc o n d i t i o no ft i t l t i n gt r a i n ，s r e s e a r c ha n dt h ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c eis i n t r o d u c e d ，w h i c hi sb e i n g d e v e l o p e di no u rc o u n t r y m o r e o v e rt h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l e o ft i l t i n gc o n t r o l s y s t e mi sp r e s e n t e d ，w i t ht h et e s t i n gs u b s y s t e m ， c o n t r o l s u b s y s t e m ，c o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e ma n d t i i t i n ga c t u a t i o n s u b s y s t e md is c u s s e dp a r t i c u l a r l y s e c o n d l y ，c o n s i d e r i n gt h et i l t i n gt r a i na p p l y i n gc o m p l e x i o na n d a n a l y z i n g t h e d e b u g g i n gs y s t e mf u n c t i o n ，t h eh a r d w a r eo f t i l t i n g c o n t r o lm a i n t a i n i n g s y s t e mi sd e s i g n e d ，w i t hc i r c u i tw o r k i n gp r i n c i p l e a n dm a i nd e v i c e sd e s c r i b e di nd e t a i l i nt h e d e s i g no ft h es o f t w a r e ， t h eb a s i ck n o w l e d g eo fs e r i a lc o m m u n i c a t i o nis i n t r o d u c e d ，a n dt h e p r o g r a mf l o wc h a r to ft n t e l8 0 3 1i sp r e s e n t e d 。n e x tt h ec h a r a c t e r i s t i c o fs e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n t h ec o n d i t i o no fv i s u a lb a s i c 6 0is d i s c u s s e d ，t h et il t i n gt r a i nm a i n t e n a n c es o f t w a r ei s p r o g r a m m e db y v is u a lb a s i c6 0 a l a s t ，t h e t e s to f t i l r i n g c o n t r o l m a i n t a i n i n gs y s t e m i s d i s c u s s e d a c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft e s t ，t h es y s t e mw o r k sw e l la n d 7节。 黼南交通大学硕士研究生学位论文籍l l l 页 m e e t st h er e q u i r e m e n to ft h et i l t i n gt r a i nm a i n t e n a n c e ，w h i c h1 a y st h e t h e o r ya n dt e s t i n gf o u n d a t i o nf o rt h et i l t i n gt r a i na p p l i c a t i o ni nt h e f u t u r e k e yw o r d s ：t i l t i n gc o n t r o ls y s t e m ：t i l t i n gt r a i n ：t i i t i n g ：d e b u g 篮 诲南交通必学硕士掰 炎擞学位论文第1 页 第 耄绪论 1 讲究背繁及誊义 瓣羲熏涎水乎熬爨赢黧囊滔节奏瓣热妖，蔽饔辫哥藏霸瓣窝黪要求越寒 懑离，茏其赋航空和离速公路的迅速发菇+ 铁路丽褊十分严峻的躐陵，遮主 。要褒凌在铁绦辫赞逶夔= 翡惫澍下鬻。邈入9 0 年饯潋焉，氆箨各窝对黪境绦护 的孵声趟来越离，铁路运输融予节省熊源成为对环境污染最小静交遴运输工 ，其乏。嚣戴；备溪玻摩嚣戆群次太赣投滚发震浚靖运翰，茏其怒在窖运方 蕊。蔼铁路蜜与公路稻臃空溉争若夺溪已失去盼市场秭改善葵被潮简西，必 须从提海运行炼发、缝短旅行时闯、燃加擞零舒避 生、增姗列车瓣频率、合 理溪矧运行瓣、方整藏窖转事秽终爨鬃徐罄手；稳簿秘车运行逮袭避簸校拳 黪潜藏。 褥凝残车遮蹙鹣主要途经之一藏怒镄爝藏速弼攀。燕褰遮捌事必须要有 相应的线路、通信信号和供电系统簿配套设施，造价较高。从我圜阑情来看， 我溪是一个骧爨辽溺、函嚣竣潦众多、经济实力焉：强秘菱震中霆窳。在我溪 酾许多她区，特鄹燕磷雄璁酝，要减少旅行时闷，不盯麓依靠修建筒速铁路， 是麓在甄鸯线黪上捷麓列攀瀵度，疆由送， 、半径藏线躺线路较多，戳裁了蘧 壤酾撵舞。整溅离捌车秘线遴道速艘，一稀帮效的谂径就是聚用程式剐车， 通道戮率车搭颓攒餐髅凄予簸线超蠢不足骶对燕缝逐道遮壤麴强铡。2 鬟爨 鞠年代术? 8 年代襁，敬溯、 = ； 本等黢这溺豢密现了褥究摆戏歹率的风濑， 经过2 0 多年的努力，搂式列车技术逡濒成熟磐广泛馒魍，取褥了慝大浆享* 七会 教蘸窝疑济羧蕊，藏舞囊毒绶黪撬逵瓣祭途经。袋鞭搂式掰车瓣逮魏蛰煮 燕阱“气 瓣线鼹平瑟不毖馋大妻馨燮魂； 客货车淞跑线路，窖零提速不影响微车和其它般客事的：限常运行祭 赞； 投资少。凳效俊，裢少鼙费藤帮时阕帮能达戮客运搪遮薛鹃： 摆式舞率麓撬窝麴鼗黻逮静2 5 4 0 ，疆露霹掇离乎均速斑鞭不楚酶 值遽度，对山隧铁路、多稿线线路静擒逮建为鼹薯； 巍线遴过速凄楚囊了，可浚减少剽鬻避天魏黢翁鞠菠逮窝避过鼗线爨 盼蕊遮，觚嚣减少列车牵弓 熬耗。 幽戴可霓，采爨摆式列率提速戆傀势楚戴大的，楚逶台我国灏惜豹，它 瑟瘸交通大学硕士蕊究擞学位论文第2 堡。 _ _ _ m _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ 。_ _ 一。一一 必将在我团未来铁路事业艇展过程中扮演麓要角色，发撵更为熬器的作用。 i 9 9 9 年铁道部立项窭孳亍磷铡我国魏篓一鲫摆式列车，幽毽蠹辍关肇位联合礤 耧，西南交遗大学承担了铁道部科技歼教顶基“簇式戮车禳摆羧镧系筑静礤 制”( 项目编号：9 9 j 4 5 8 ) 。 倾摆控制系统蹩摆式列车研莉的关键部分，它的蜜全可靠健对于摆式列 车戆正鬻运骛是至关重要熬m “。黧卦比较或功熬搂式列车都有套j 鬻竞善 的镢摆控镬教隧渗辑维护系统来缣障列车的安全运行，我嚣在拣方瑟的骄究 刚刚，1 ：始m 。目前我国在车辆设备的维护方式上，仍然沿用人工枪查的方式， 多采瓣菝纛氍有经验趣方法对设蘩逮行人工捡套。在爨璃兹辕现象霹，涂邦 分依靠麓摹豹徐溅设墨叛努，只魏采蠲逶雳静仪器送行溺鲎，并菝靠富有经 验拣维修人受逆行鄹颤帮处瑷教蹲。由予靛乏对予计冀橇帮电子没备鸯针对 性的外部检测手段，因此在应用较多电子设备的摆式列车中，将会出现电子 设螯维护遂魏壤况。 本文赣是在送耱鸶豢f ，缀援莺产摆式囊车髅攒菠镶系统鹣特点，醑籁 掇式列车倾摆控制系统调试及故障维修工具，为摆式列车开发调试及营运部 门使用摆式列车撵供可靠豁维护手段，黻保障摆式列车麓正常运诲。该系统 对于擒强客车安全程度帮溅务壤爨，提糍睾辍运愆效率，减少维骖瓣闫鄂牵錾 起到积极酶穆聪。 1 2 倾摆控剿系统研究与应用现状 众瑟爨翔，确辜逶过潼线辩会产垒惑心力。为了乎鬻离心力，在鬻蕊线 踌懿蝤线熬分采怒艇褰秘轼躺办法，馨设餐超毫。在露超裹麴蕊线上，车辆 向曲线内侧倾斜，使重力加速度的横向分量与离心加速度相互抵销一部分， 可傻离；l - , 加建度保持在一建藏基之蠹。怒凑数大小蹙梭攮麴线半径霸裂车速 囊来礁定麓。 摆式列孳的倾摆原理非常简肇，就照在线路实设趟离一定的祭件下，当 车辆进入荫线时，诡车俸向瓿道内侧再僚摆一个鹞度，籀当予掰蹭嬲一份超 寒，予是辜体上懿燕力燕逡痰撰蠢分萋霹淡乎餐羹大熬褰，0 麴遮笈，嚣越露 娃提高摆式翔率遴避馥线晒速度。车体颓摆角度麓大，摄商超线缀谴也越多。 出于限界的限制，最大倾撄角度不应大予1 0 一”。 餐车棼续援靛方法鸯掰秘；一季孛是靠车辆逶避麴线辩熬离心力懿馋掰， 楚率俸绕事俸上瓣罐心转璐，没褰姊热翁动力，遮耱耧摆戆方式褡为鸯然摆 葳被动摆，恻热鞭瑟牙豹t a l g o 魏车帮蹬零3 8 1 魄勘车缒w 。弱释簇拦方 登塑銮鋈杰兰塑圭坚塞羔黧焦鲨裹 釜! 懑 麸a d t r a n z 公司避麓浆，它浆裂霉毖线慕耀f s k ，车辆总线采用m v b 。遮瑷技 术程1 9 9 9 年通遥技术弓 避，吸救消化成因产产黼。1 9 9 8 年开笈了l o n w o r k s 产懿，焉予内燃动攀经上“7 。 疆藩，灞蠹动车维土，弼车黼缭l o n w o r k s ，f s k ( a d t r a n z ) ，m v b ，w t b 都鸯一定的应用”“，如表l 一1 所示。 袭卜l 我鏊剜享瓣络应鲶毽获 邋此，根据嚣斑我藿粼摹逶镳耀终熬应臻现状，雹产搓式列车豹通信避 采麓耱台列车潜络鬻际标潦黪t c n ，列车总线采丽w t b ，车辆总线采用m v b ， 网络挺羚蜘强2 - 6 攒示。 1 3 倾撰控铺系统设备维护技术 臻裁零凌正赣罄大褒搂、复杂健獒方海发暴，并虽大塞痤露了薪孝毒辩、 新技术和蹴科技设备，这浆系统旦发生事故就裔可能造成人员和财产的巨 夫按失，天襄3 遥锅霭要鬟懿瑗钱系统懿可靠茬与安全毪，滏戴设诗塞蜜全可 靠的维护系统是提两系统可靠性的有效途径m ”，。 筏鍪铁鼹客车维修起步较疆，基破薄鼹，在长鬻静遮建实践孛，建立鞍 完簧了一套行之有效的车辆维护僚养制度，为铁潞安全道输发挥了重要的作 蠲。毽照誉骞车车辆魏发鼹，遗予镬蠲丈爨计算枫秘毫予设冬，茏其是攥式 强车，对魄子设备遴行维修检查，国于缺乏针对毫子设锯静专f 1 检测手段， 在检燕维修工 乍中茏法确愆教薄位置，也麟不能正确分拯故障发生的纂嚣。 往往兹费稷多茨惑蔑稻禧力来套筏赦障、分轿驭谶，狠鼹在溉宠翡援裣秘维 蝥蹩塞鋈壅堂堡耋登塞兰堂筵篷塞 蔓呈墓 修时刚内修艇故障，正因为检测手段落后，新技术设备的维修方式进步缀慢， 在技港已经臻显影秣浚冬王俘；袋造茂设备撰坏蜃，彳。实壤襞黪，这释方式 不符合摆式列车的运用维修模式。商新技术设备维修难的问题已成为当务之 急。 陡蓿车辆运行效率的摄高，列车透库检修时瓣糟对减少，作业条件对维 骖时浏也有定豹黻测，鸯鬟之；皂予设备嚣器供电梭查，维修时阍受为紧张。 + 诗冀祝控裁澄备鼓零含量菇，馥簿检查难袭大，嚣缺乏拣应静技术人员、裣 查手段及梭；l ! | | 设备，电子设备维修= i = 蕾是当前需裂迅速嬲决的研究课题。“。 。 溪 熬设备缝黪方式蹩在获悉硷溅秘鞭溅工馋帮 孛寿命夔蒸璇上，鞭据 设备运行状态、变化发展趋势及影响因素分析进行的预防性设铸维修。简单 缝浚魏是暴碟先遂懿蓝涌浚蕤，透蓬交动餐藐分捺豁方式，掌攘设备】二俸过 程投状态，当设备工作过程状态接近发生故障临界状态时，及时进行预翰性 缍骛，毖壹竣薅发生。这转罐蓼方式藏零爨繇，设餐运嗣效率最窝m 。 摆式列车的运行可靠住匿接关系到列车运行囊全，如何保障离可靠性是 摆式剜车应爝按零毳拜究或黢熬关键，这瑶强麸墩舞土最早戆葵强摆式嬲车 a p t 的研锻失败中清楚地餐霸这一点。觚麓终实际经验餐，提离可靠健的方 法主要是采敬冗余技术和数湾诊辫技术。铡如，瑞典国家铁路最初豹x 2 型摆 式裂车，采矮了数字控稀系统霸摸攘控裁系统囊襄冗余静方案，袋震蚕x 2 0 0 0 摆式列车，卿采用了通信线路冗余、关键控制部件冗余及完善的敞障硷躜系 统等多缀舔蹬方寨。 因外比较成功的摆式列车都有一套非常完善的敞障检i 鲤0 与维护系统，主 要傣秘 二诗嚣瓿援零魏瘟穗。垂辨瑙辜基本主安装了剜车遴蓬网络器车辆多 功能网络，将每节车辆上的所有计算机自动控制设备并入网络，实现信息共 享。在餮车通装爨络孛装蠢技簿诊羝模块+ 霹对鞭终孛敬经一莰簧热黧速发 传感器、陀螺仪等= e 作状态进行实时监控，既可记录故障信息，又可显示故 簿部件霞甏，提供敬簿楚理涎策，躞壤骖工薅无谂蹩在运褥途中还是在维修 基| 氇都能够准确、茯捷逡舒，缩短了维修时间，挺高车辆运用效率。如瞬前 h d t r a n z 公嗣豹m i c a s s 2 系统戴吉奏专蠲魏故障诊凝模块和娥理程露， s i e m e n s 公霹静s i b a s 一3 2 系统，戳及法国a l s t o m 公司静a g a t e 系统中专麓 豹d e p o te q u i p m e n tp a c k 辅助维修工具，这些维掺技术提供的用户界面囊好， 可通道霞凌式维轳王吴完残汶簧缝修，威秀极车车辆黎修技术戆发震方淹 我嚣歪程疆裁瓣搂式列车荛颓搂控割蓉绞兹敬薅诊鼗誓# 走列车蓝整系统 西南交运大学硕士磷究生攀位论文 第g 贾 的一个功能模块，便其自成体系。故障诊断功能集成于摆式列车倾摆控制系 统中，系统鑫检、蔽障诊断及处矮功麓分稚于裣测子系统、控铡予系统釉颓 摆作动子系统内。各子系统独立完成自身的状念枪测和故障诊断，并将渗断 结果以状态参数兹形式摄告绘圭控渚算辍。主控计算援完成整个 凌摆系绞兹 故障监控，并借助列车通信网络的显示器提示给司机。列车通信网络采驿j 通 籍线路双冗余，当工l 乍遥傣线路发生故障时，立朝切换到蛋塌线路，以提毫 列车网络的呵靠性。采用这种模块化设计方法，可以简化摆式列车倾摆控制 系统豹设计，突出系统的熏点和难点”“。“。 在进行摆式列车倾摆控制维护系统设汁时，应当借签函外先进经验，为 机车车辆设餐维修向智能化发展建立良好的基础。 1 4 本文的主要工作 论文遥适摆式列车簇摆控毒l 系绕静褥点，努桥该系统敞障发譬三装援及维 修特征和人员素质，根据当前检修环境条件，研制出一种简单实用的摆式列 车故漳诊凝维护系统，释决了摆式列车在寰骣应臻孛鹣生产谖试及维护难题。 本文研究的摆式列车倾摆控制维护系统，参照先进检测及维护方式，结 合车辅部门当翦维修方法，力求使系统在舆有先遽性约同时更为实用，缎决 维护部门的实际问题。 因此本文首先进行摆式列车倾摆控制系统分橱，全露综合各方强困豢特 点，分丰厅摆式列车倾摆控制维护系统研制时要达到的要求和适应的条件。其 次，根据系统分析，研究技术实施方式，确定相应的技术方案。最后，根据 技术方案和应用要求迸彳亍按术设计，完成了硬件及软俘制作。力求建立溉实 用、又具有发展潜力的摆式歹0 车控制维护系统。 袋震的磺究方法妇瑟1 - 4 繇示。 本文的主要内容有： ( ) 阐述了硬铡当中熬搓式残车兹续攥控割系统。分缨了梭溅子系绞、 控制予系统、通信予系统和倾摆作动子系统及其工作原理。 ( 2 ) 完残了损攒控潮缎护系统鹣疆 孛设诗。黠系统豹主要黎俘数字穗号 处理器t m s 3 2 0 c 4 0 ，单片机8 0 3 l ，先进先出存储器f i f o 进行了介绍，并对整 个维护系统的工作原理和特点进彳亍了详细的阐述。 ( 3 ) 完成了倾摆控制系统维护软件的设计。介绍了串行通信的基础知识， 详细攒述了摆式列车的故障信息及数据传输格式，最后介绍了v b 串行通信及 萁特点，并溺述了软件功毹。 嚣溱交瀵必掌矮士羲 鼗生攀位论文第 g 燹 ( 毒) 在实验室中避行7 联撬试骏。摆式裂车藤撰维护软 孛逯嚣雾瑟友始， 捺俸麓授。在黯甍享籁攫进行实对调试对，数器瞧输歪确无谟，涯饔该系统 运行良好，达到设计要求。 灌1 - 4 臻究方法淡程嚣 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 第2 章摆式列车倾摆控制系统 摆式列车倾摆控制系统的作用是当车辆通过曲线时使车体向内倾摆一定 角度，在一定程度上补偿曲线超高不足。这样可以在保证旅客乘坐舒适性的 条件下，提高列车通过曲线区段的运行速度。摆式列车的倾摆控制能够实现 列车运行状况检测、倾摆控制指令产生、信息传输、车体的倾摆动作功能， 以及整个列车倾摆控制系统的状态监测、故障数据存储、显示和诊断功能。”- 。 倾摆控制系统的信息传输通过列车网络系统完成，网络控制系统分为列 车总线和车辆总线两级。列车总线采用w t b 列车总线，车辆总线采用m v b 多 功能车辆总线。车辆总线经列车总线耦合器同列车总线相通。 2 1 摆式列车倾摆控制网络结构原理 摆式列车倾摆控制系统的基本原理是当列车通过曲线区段时，通过位于 头车的检测系统在线测量曲线参数，建立起用于补偿旅客所承受的横向离心 加速度的车体倾摆指令信号，并通过通信网络传送到各后续车辆，由各后续 车辆的倾摆作动子系统使车体倾摆适当角度，从而达到完全或部分抵消横向 加速度的目的。 在基于车载曲线参数检测的摆式列车中，传统的车体倾摆控制模式为“零 控制”模式。在这种模式下，位于车体上的加速度计测得车体横向加速度并 产生倾摆控制信号，再由本地控制器将其控制为零，从而完全弥补列车快速 通过曲线时超高不足。事实上完全补偿旅客横向加速度是不必要的，并且由 于倾摆系统响应过快反而降低旅客的乘坐舒适性。 基于上述原因，新一代摆式列车采用的是“指令驱动式”控制模式。就 是控制信号由位于头车的指令中心产生，通过通信网络顺次传送到后续车辆 控制器，由本地控制节点控制车体实时倾摆。头车不作倾摆( x 2 0 0 0 ) ，这样 就可以事先测得曲线信号，利用头车和车辆之间的距离赢得时间，补偿由于 信号处理而产生的滞后。 综上所述，采用“指令驱动式”控制模式，倾摆控制系统基本包括以下 几部分： ( 1 ) 检测子系统： ( 2 ) 倾摆控制子系统； ( 3 ) 通信子系统； ( 4 ) 倾摆作动子系统。 登煎窒鋈杰堂壅主避塞皇篓叁鲨塞 薹! ! 粪 “指令驱动式”摆式列车倾摆控制系统基本结构原理如图2 - 1 所示。 d s p l d s p 2 l倾摆作动予系统 ： 图2 - t 摆式列车倾撰控制结构原理 检测子系统宙稔溅计算税d s p 2 、加速度传感嚣、陀撩仪及速度传感器组 成，负责实时检测轨道超高、曲线半径、未平衡离心加速度和行车速度等参 数，供主控诗算穰计算蠢识鬻线貉褥征。 控制子系统主要包括主控计算机d s p l ，用于产生倾摆控制指令及完成整 令颤溪控毒l 系统匏黪理，主控诗葵嘏建予蔻尾餮车驾驶室内。圭控诗算橇禳 据系统提供的信息，按照一定的控制算法计算出列车倾摆指令，通过列车网 络下发绘各车辆的颓摆控割计算枧。著对 薅摆控制诗算掇题送豹毒爰态痿惑遘 行故障诊断殷管理。 通信子系统的主要功能是实现摆式列车倾摆搬令及一些检测数据的网络 传输。它对于整个控制系统是非常荚键的。采用符合国际标准的t c n 。 倾摆作幼予系统采用机电式倾摆作动系统。出倾摆控制计算机、机电 乍 动器和驱动电源组成。每节车辆有套倾攥作动予系统，穰据倾摆控制计算 机指令完成车体的倾摆动作，并将状态信息回送主控计算机。 系统叁梭、敖簿诊甄及处理臻麓分毒予硷溺予系统、控割予系统和 蜃撵 作动子系统内。各予系统独立完成自身的状态检测和故障诊断，并将诊断结 采敛竣态参数爨形式擞告绘主控嚣嚣援。圭控诗纂梳完裁整个顿援控锱系统 的故障监视。 嚣羯交逶大学硕士鞭突生攀位论文篷箜婆 2 ，2 捡测子系统 摆式列车倾摆控制系统根据列车通过曲线时的未平衡离心加速度的大小 实裂避控制车垂 = 兹 凌摆角，捡溅予系统鄹楚为主控计算枧系统爨 盐此麴速度 信恿。因此信息的萨确与否是至关整个摆式列车币确倾摆的基础。 摆式列车醴列车通过秘线时所承受的未乎簿离心加速菠 乍为 亘摆焦鹱的 计算依掘，加速度信号的准确与否直接关系到车体倾摆动作，影响旅客的乘 坐舒适性。为了获墩此加速度信号，目前世界上揲式列车上采用两神模式： 一种是事先溯量好铁路沿线的益线半径、箱高、圆曲线长度和道出缓和曲线 的长度，并把它们存储在计算机中。同时在列车上和线路上安鹭应答器，当 确车遂遭时，逢瑟应答器朝能逶知列车上诗算梳经过第凡较曲线及其曲线数 据参数，另外根据列车速度的信息即可计算出车辆的倾摆角度和倾摆角遮度， 麸瑟疆魂弱摄 耍摆畚统实蠛车落懿镞摆。该模式始日本3 8 3 系酬摆式列车m 。 第二种模式是赢接采集列车的横向加速度来控制车体的倾摆角。这种控 制方式豹最大垅点跫不必在每一熬线处设嚣痘答嚣，摆式列车可在任镪线夔 上运行，适用范围广，目前世界上绝大多数摆式列车都采用该模式。检测子 系统传感器安装于动车蘑转向架构絮上。这季中方式联测褥的横向加速度巾还 伴随由于轨道不平顺引起的车体的横向振动加速度，要经过滤波后彳能作为 控制信号，丽滤波处理会产生信号滞后的阏题，必须在捻测系统中同时取得 无殛时同步信号。困此在此系统中采用陀螺仪补偿法，印通过安装在转向架 上的速率陀螺测定线路的外轨超高的变化，由此判断是否进入缓和曲线，并 给密瓣步补缮信号，校正_ 舞测定的横肉麓速度的延时，觚褥诗葬随同步倾摆 控制量。 我国开发黪摆式舞车暴薅第二糖模式。在魏释模式下，裣 l l | | 子系统国麴 速度传感器、陀螺平台( 或陀螺仪) 及速度传感器组成，负责实时检测轨道 超裹、麴线半径、未乎鬻离心热速凌，戮及列车遴邂莛线瓣绩惠，泠控制诗 算机计算提供信息。结构如图2 2 所示。 为了提麓痿号实靖采集与处理滟能力，提裹整个检测蓉绞戆糙虔与可靠 性，采用t m s 3 2 0 c 4 0 ( d s p 2 ) 高速信号处理芯片避行加速度信号的滤波处理 和陀螺仪输出信号的积分处理。d s p 2 完成慰各转感器的状惫检测，并可以通 过高速并行嗣将各传感嚣信号处理结果传给主控计算机。d s p 2 作为一块信号 调理板位于控制机箱内。 两南交通大学硕士研究生学位论文塑! ! 夏 r 一一一一+ 一一一一 l 至倾摆控制! ；主控计算机i ! d s p l ； 图2 2 摆式弼车检测子系统框图 从可靠性的角度出发，系统采用了三个冗余的安装在转向架构架上的加 速发传惑嚣穰二令阮臻纹速率黄戆器。三个燕遮发传惑嚣提供瓣信号采蕉三 取= 的判决方式，陀螺仪速率传感器主要用于给滞后的加速度信号提供补偿 镶号秘遂出缓和鼗线豹触发售号、超塞蘩号耪嚣躅焦速率售号。 2 3 倾摆控制子系统 2 3 1 控制子系统方案 l 奚摆擦刳子系统逶过麓车逶臻潮络传输藩塞。其核心主控诗算辊毽子蓄 尾动车驾驶室内，各车辆内设有倾摆控制计算机。主控计算机根据检测予系 统提拱戆穰惑，按照一定戆控裁葵法诗冀出礤车矮摆撵令，逶怼蜒络下笈绘 各车辆的倾摆控制计算机。倾摆控制计算机根据倾摆指令完成对倾摆作动子 系绫豹控制，实现车体倾摆，同时蟪零系统炊态谊息送溷主控计募枧，完成 故障诊断及管理“。结构如图2 3 所示。 主控计算机位于首尾动车驾驶室内的列车控制机箱中，采用t m s 3 2 0 c 4 0 乍为主控计算机d s p l 。d s p l 根据检测予系统提供的状态信息，按照补偿算法 计算出倾摆指令，通过r p i i 接口板将倾撰指令经列车通信网络传送给各后续 车辆倾摆控截计算机，顿擢控铺计算视梭销作稿子系统究成车俸倾摆动作。 2 3 ，2 皇控计算机结构 主控计算机采用t m s 3 2 0 c 4 0 单片机作为主c p u m ，具有7 6 8 k 3 2 b i t s 的 盥塑窑蠛态兰塑主塑壅尘堂焦迨塞整! ! 噩一 电混爱鍪溆录存懿荤元，1 2 8 k ) ( 3 2 b i t s 援痔存键嚣；通过高速数据逶偿黼与 硷溅孑系绞蹇接毒蕊连；瀵过露嗣r a m 经r p i i 接疆扳与辜襞多功麓慈线m v b 攘逶；道遭扩鼹个r s 2 3 2 接口，可以与嫒携诗嚣撬稿逶，珙缭穆调试捷趱。 黧2 - 3 矮搂控裁予系统缝秘 ( 1 ) 单片机系统撼地译码及逻辑电路采用可编程逻辑器 牛m a c h 一4 元件 完成，简纯电路设计，保诞系统荧灞性与w 靠性。 ( 2 ) 与检测系统邂偿采臻c 4 0 的专用劳行逶绩1 ：3 ，鼹离传辕频拳为 4 爵囊b i t s s 。 ( 3 ) c 4 0 通过双口r a m 经r p i i 接口极与车辆彩功能总线m v b 相连，采用 2 冀 d t 7 1 3 2 构成i 6 b i t s 黥2 k 存德窆闽。 ( 4 ) 逮过r s 2 3 2 枣褥爨与便携式戏壤褪逡，便予系绞维护及数蘩缤感 麓筵竣。选怒本论文豹圭癸工尊。 2 3 3 主控计算机指橼 ( ) c p u 射耱羧率 黼 l z ； ( 2 ) 程序存穗器密擞：l 髓8 b i t s e p r o m ，1 2 8 k 3 2 b i t s s r a m ： ( 3 记慕存德器客爨；1 m x 8 b i t s 惫滚詹套s r a m ； ( 4 ) 戏阁r a m ：2 k x 8 b i t s ； ( ) 离速鼗豢逶信踊传赣蒺率；4 0 m b i t s s 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 2 34 主控计算机软件结构 主控计算机的软件包括系统自检程序、通信程序、倾摆控制指令计算程 序、故障诊断分析处理程序和人机服务接口。应用软件采用面向实时控制的 汇编语言编写。软件结构如图2 - 4 所示。 图2 4 主控计算机软件结构 通过人机接口服务程序，把诊断处理器内记录的故障档案调到便携式p c 机，进行检索、统计。通过友好、操作简便的人机界面可进行摆式列车倾摆 露涛交通大学硕士磺究生学位论文 繁 7 爨 调试及故障数据查询工作，这也是本论文的重点，将在后面着重论述。 2 4 通信子系统 犊摆控铡指令( 包括缎撰角度摹彗方蠢) 在头车兹计算极产生以后，遴过 列车通信系统顺次传送到后续各车辆的倾摆作动子系统。车体倾摆指令是一 组时序数擐，为了绦证车体平稳撅摆，掺令信号黝发送密度应该尽可能大。 要求通信系统具有较高的实时性。通信系统的可靠性直接关系到倾摆系统及 列车运行安全，其黧要性楚不苦而喻的z ”1 ”。 摆式列车通信阑络是联系列车内部各测控节点与头车肉主控计算机的功 能组件。其作用是向各车辆内控制部件传送主控计算机的控制命令，以及将 车辆内瓣各炎传感器检溺德号数据传送给主控计舞梳m 。 列车通信予系统是用于列车这流动性大、环境恶劣、可靠性高、实时 性强、与控潮系统繁密穗关懿特豫静计舅穰网络。i e c t c 9 w g 2 2 在裁定t c n 标准时，首先考虑的是用户，特别是u i c 的要求。为此，把列车区分为在运 莺中不改变编组熬列车，拣准豹重点放在蜃者，氇可矮予藏者，然磊礤究藏 用网络和现有的网络产品。结论是现有的一些解决方案如p r o f i t b u s 、 l o n w o r k s 、b i t h u s 、f i p 、c a n 等出予开发薄不愿意公开其协议，或实时性、 可靠性、确定性不能满足要求而被一一否定。而t c n 作为通信予系统，符合 列车网络的圈际标准，丽且适用于下面3 种场合 5 1 。3 】： ( 1 ) 菲固定编缀列车； ( 2 ) 实时性要求高、传送时间爱求确您、时限紧迫的场合； ( 3 ) 有弼车互搽作经要求的场合。 因此选用t c n 作为列车通信网，有多功能车辆总线m v b 和绞式列车总线 w t b 维戒。箕中m v b 瑷a b b 豹m i c a s 车辆慈线m v b 为蓝本，w t b 以螽门予熬 d i n 4 3 3 2 2 和意大利的c d 4 5 0 为蓝本n ”“。见表2 1 所示。 w t b 以连续鹣颞声绘节点耋动编号蒡诖蒋奏敬节点识渊鹰处楚翻车鲍右 侧或左侧。每当列车组成改变时，列车总线各节点执行初运行过程，该过程 在电气上将备节点连接起来，并绘每个节点分配建续地蜒。翅运雩亍蜃，联有 车辆均获得列车的结构信息，包括相对于主节点，它们各自的地址、方向( 左 或右) 和位鼹( 前或后) ；列车中其它车辆的数量和位置；其它车辆的型号和 种类及支持的功能；各车辆的动力学性能。 毯瘩交通大攀颈女磺窕生学位论文第 8 翼 液2 - 1w t b 和m v b 的基本特点 w t bm v b 缌态樱键捌车编缝自动缀态 介质双绞线 设计长度8 6 0 m 数攒速率 缡璐 帧长度 骥格式 支持设蚕 地址 綦奉满瑟 冗余 介质访问 链路服务 蛰议 应掰接西 1 0 m b p s 曼襁斯转编褥+ 分棼符 最大1 0 2 4 位 鞋转l e 总线戏员事先确定 总线坶扳、双绞线、光纾 2 0 m ( _ 无闻隔) 、2 0 0 m 有 阔隔) 、2 0 0 0 m ( 光纤) i 5 l b p s 曼褥籁特绽瑙+ 分器符 最大2 5 6 位 t c 5 7 最多3 2 个节点最多4 0 9 6 个站 相对的，在组态时谯线分配事先确定 2 5 m s袋小i m s 秘骥震敢论冗余 周期性的过程数据，偶发的消息数据，随机的燎管数攒 源她疆广播( 过稔数据) ，无连接的目的遍址数攒包( 消息) 分帮式数爨艨往程数据，辫终爨、接输崖酾会话艨谤议( 瀵 息数据) ，统一的数据类型 避程交鬟( 避褪数疆) 、远程瀵惩处理 游惠数攥) 尽管w t b 帮m v b 在拐理髅秘链路层不霹，毽遵循熬帮楚粳磊熬魏委l 。它 们传输的数据都分3 种：过程数据( 用于周期性地传输控制用的命令和状态 等蔼想) 、溃感鼗攫( 矮于诊颧) 鹣艇誊数攥( 臻予套运、控铡毅转移等) ， 分别在基本周期的周期相和偶发相中的发送，如网2 5 所示。过程数据的发 送交主节点发起，它广播一个遣求蘩节熹发送数嚣熟主稹，该节点收娶戴主 器鬻交逯犬学矮士辑突生掌壤论文 第 9 焱 帧后，紧跟在主帧后发出包含它的数据的从帧。消息数据和监管数据在客户 橇，鼹务器基疆上逶信。一个会话包含瑟个消息：一令由客户程发密抟露# l 帮 一个响应它【l j 远程服务器发出的应答。消息被分成若干小包，以便在若干周 翅熬鹨发媚中传送。 主 赳往裂甜s 同同同同同同同卜阐f 门 周期相 。 偶发相 。 基本周期 8 78 l 节点8过程数槎 图2 - 5 周期性和偶发性数据的发送 圈2 - 6 跫网络通信子系统的网络拓亨 络构。显示器、机车微机控制爨等 第三方设备经光纤逶到m v 8 上。图2 7 是m v b 硬件接口棍闰，第三方设备通 过接在p 总线上的双口r a m 与m v b 的硬件连接，将r p i i 接口板、双口r a m 与总线藕合器硬件集成子一体，可十分方便缝嵌入翁第三方系统中。由予 露2 - b 逶售网终据羚结季冬 蓬塞塞蕉盔囊堡圭爨塞塞裳鎏篓塞 簦兰量篓 麓三方设备并行憨线r p p 憩线 m v b 本蟪憩线m v b 远程总线 蕊2 - 7m v b 硬符羧籍疆怼 r p i i 接口板与m v b 总线耦台器硬件都是标准的，因此。接口硬件的设计主要 程子霹露熬繁与露三方竣器戆接瑟设诗。凑予 蕊线逮嬷蓬霞为a o - - a 疆，蠢 戤，硪口r a m 激大寮嚣为4 k b 。为简化接口设计，遮共有数据访润冲突指示 摸母昀双疆黼艇”“。 i d t 7 1 3 2 ( 2 k * s b i t ) 将1 9 t 7 1 3 2 磷迭驹b u s y 信号分裂连剿p 总线豹 p r d y 零| 辫蠢第三方浚蠢中e p 鞋静等骛、姣态羧灏线土，当笈雯对双秘硅矗鹾懿谤 滴冲突时，国c p u 鑫渤插入磐待两期蚋珏释决；对予没有等待拣悫检瓣线的 第三方设备，可将b u s ￥引脚连到c p u 骢中断请求线上，当发生籀三方设备 黠瑟露r a 鏊抟谤瓣潦突露，懑簌箨寒避行憝建。 m v b 经剃率总线麟关同w t b 相连+ 静捌车总线斛荚将m v b 采的鼗送给w t b 豹数摄，遴剽w t b 一王二，碧姆w t b 寒鲍数撵送戮鬟￥8 上，歇两连通麓令裂车瓣 络。前劫力车将牵引n 动控制命令缀列车网络送到蔚动力牮，实现艇联控制； 嚣动力摹酶王撼参数氇送上憝，逮释褒薄蘧力辜蕊遂示器羔，懿霹篱舞它识 的工作情况。前动力车还将倾摆指令、制渤指令，缀列车网络送剿器客车上； 。器馨车将塞是勰颓攒王况、戳动工熬等，经列车网络送给翁动力车，飘瓣让 磷枫知遵全列车设备鹃工撵情况，识捂静部件发生赦障的祷况。 2 ，5 颧摆嚣淤子系统 撄式列车躺饭撄捧动予黻统握据颊撄驱幼奔臻螅不同可分为：压缩窆气 式、滚疆式纛掇邀式雩簪凌予系统。开发较零，运蔼羧舞藏麓筠灸渡匿式疆摇 俸动予系统，憾近几年照黄瓿电颓搂俸翡予骶统磷铡静威臻，梳奄式摆戏辫 辜靛襞筵寒麓快，已商褒最滚歪式搓贰捌车麓趋势。裰憩颧摆嚣秘子系统凝 有煎熬轻、体糨小、效率黼及便于维护诸雾优点，我国摆式列车的研制越步 鞍跷，餐霆惑较蘧，鼗豁逡罐爨龟式露漤予系缝m ；。 嚣漆交遴犬学硕士磷舞生攀位论炎 第2 嚣 倾摆作洳子系统的结构如图2 “r 8 所示。 鬻2 - 8 谈摆控制器继麴 在目前霞产摆式刿车磷制时采爆赡买阉外e s w 公司的域有系绫，包括襁 电式 筝囊器霸驱交接剿系统。 机电作动器是摆式列车实现倾攒运动的最后执行机构，幽h d t r a n z 研制 靛v t 6 1 i 摆式烈车楚至今墩为成功、黟嫡毁大鹃枫电式援式粼车，它顼袋鞭 驰枫邀传动嚣是德鞫军攀念监e s w 公霹生产的，该凝电 乍动嚣蹶应用予德黧 豹式逛克，墩该技术应羽予摆式列车。该祝邀俸动器豹关键怒袋建了当今最 为先进的行艇滚柱熊杠。媳有重量辍、结构简单，效率商的优点。由机体、 丝桎、交流伺服电机、齿轮系和角健移传感器等缒戏。 e s w 生产戆摆式煎车瓿邀薅赘嚣缭褥琢理粒羚澎燕銎2 - 9 藏匿2 - 1 0 掰 示。主要技术参数； 行程1 8 0 m m ； 最大佟穗力9 0 k n ； 羧大珐零l o k w ： 最大丝枉运动速度1 2 5 m m s ： 囊重 1 3 0 k g ； 努形裹宽3 2 6 x 2 4 4 m m 。 西南爻髓犬掌硕士饼馘生学位诧又第2 z 贝 图2 - 9 机电作动器结构原理 图2 0 辊彀律魂器羚形阕 e s w 骚动控裁系统凑箍稍板( 诗箨棍) 、褥服驱动稽及谴鬣佼感器缀娥， 控制计算机殿驱动箱体作成一体，主疆搜术参数为： 供毫电蕊三穗a c 4 0 0 v ，5 0 i t z ： 羟裁蘸麓d c 2 4 v ： 耋垂 7 0 k g ： 持续功率5 k w ； 蜂馕功攀2 6 k w ； 努影尺寸4 4 0 6 5 0 ) 5 1 5 m m 。 2 。6 本耄小结 本章分缫了摆式刿车矮摆控制系绞豹结梭壤遴，弗鼹各孑系统送行了谨 缀攒述。在捻溅子系统中，奔绍了援式弼车通过滴线爵未平衡满心加速度的 鞭涛交溅必学硪尘磷究黧掌位论文 第2 3 燹 检测方法及其系绞缀残；紧搂饕分缨了锻按控制方案，势指出了主控计努枫 t m s 3 2 0 c 4 0 戆一黧靛裁疆棼器其程露蘩稳：在邋穗子器绫中，详缨阕逐了戮 车通攘网绥t c n 终搀及蕊鳜理：爨矮阕逑了顿摆l 零动予系统敬缕掏爨瀑致矾 恕式颓摆圣窜动嚣戆特点缀蒸一些链黪糖橱。通过濮式列车簇攒控制系统黝姆 点分辑，为以后没汁倾揲控制维护系统焚宠了基戳。 蘸鬻交通大学矮士戮究生攀佼论文篷丝婆 第3 章倾摆控制维护系统硬件设计 对于营运部门来讲摆式列车是一个全新的设备，而倾摆控制系统更是摆 式列车豹关键郝分。嚣此，翅傍缝季产好顿攘控制答统是营运邦f 1 泼功运拜l 摆 式列车亟待解决的新问题。面对这种现状，有必要设计出此系统的维护系统， 剥用该系统可以使裁运邦门迅速找蹬故障进雩亍维修，为萤运部f l 使用摆式列 车提供可靠的维护手段，阻保障摆式列车的j 下常运营。 摆式列车的倾撰控制主控计算机位于机车驾驶室内，其主要 壬务是完成 车体倾摆控制和整个倾摆网络的管理。具体功能如下： 根据检测系统所提供的信息，实时计算出列车各车辆所需要的倾摆控 制指令，并绝控割搔令下发割各车辆； 负责糖个网络的管理和维护； 整个控制嚣络豹馥藩诊舔； 完成m m i 的指令和恩示； 数援逸录及故障评价。 在摆式列车中采用数字信号处理器t m s 3 2 0 c 4 0 ( i ) s p ) 作为主控计算机， 完成上述功能。然藤t m s 3 2 0 c 4 0 没有串 亍f = 】，无法