简析列车抖动对速传脉冲误输出的影响

吴 亮

（通号城市轨道交通技术有限公司长沙分公司，长沙 410000）

随着城市现代化的发展，城市间的轨道交通早已成为城市建设中不可缺少的一部分，甚至已经成为全球各大城市出行的主要交通方式。与其他公共交通工具比较，城市轨道交通具有运能大、准时、速度快等多个优点。与这些优点密切相关的就是地铁的一个重要组成部分—CBTC 系统，本文将从CBTC 系统中的速度传感器方面着手，分析列车抖动对速度传感器带来的影响。

1 问题概述

通过对某地铁项目CBTC 信号系统的动态调试，发现部分机车存在速度传感器输出多脉冲的问题，且在车辆实施紧急制动情况下速传报多脉冲的概率更高，在排除多方问题后，怀疑因车辆制动时闸瓦制动抱不死引起轮对来回抖动从而影响速传输出多脉冲。现从地铁车辆轮对抖动的距离讨论引起速。

2 速度传感器的工作原理

单位时间内位移的增量变化就是速度，而速度又分位线速度和角速度，与其相对应的就是线速度传感器和角速度传感器。传感器的作用则是将一种非电量的信号，例如速度信号，转变为一种电量信号，传感器在进行测量、计算和控制中起着非常重要的作用。本文中所提到的速度传感器，安装在地铁车辆的轴端上，用于检测轴的转速。安装时与被测齿轮相对，属于非接触式传感器。其产生的脉冲频率信号与速度成正比，因此能够计算出轴的转速，进而计算列车的运行速度，而ATP 根据列车速度进行逻辑计算，实现超速防护功能。

该地铁项目所使用的速传为上海德意达电子电缆设备有限公司生产的光电式速度传感器。它有单、双、三、四、五及六通道可供选择。通过内外两轨道光栅盘扫描，传感器输出两种不同脉冲数的方波信号，内轨道每转80 个脉冲，外轨道每转200个脉冲，输出可以是不同脉冲数的各种组合(不大于200 P/R 的任意脉冲数，或两种脉冲数输出的组合)，各通道间彼此隔离，且带有极性保护、输出短路保护。

3 简化速度传感器脉冲产生模型

速度传感器通过光栅盘扫描，外轨道每转输出200 个脉冲，如图1 所示，为一个光栅盘，光栅盘外轨均匀分成400 等分，其中开两百个均匀透光小槽，小槽开口宽为2 mm，光栅盘上附带有一个固定圆盘，圆盘上装有3 个均匀分布的小模块，模块内开一个1 mm 宽度的小槽。当光栅盘转动，光栅盘上开口小槽把光透过圆盘上的模块小槽时即输出脉冲数。

将光栅盘外轨看做一条线段，如图2 所示，把光栅盘外轨分成均匀的400 个区间，白色部分为开孔的小槽，红色部分为固定圆盘模块上所开小槽。

图1 光栅盘Fig.1 Grating disc

注：黑色为奇数区间，白色为偶数区间

4 分析速度传感器与车辆抖动的关系

现讨论当其中一个模块处于光栅上临界位置时（现向左抖动即产生脉冲），另外两个模块所处的位置，以及轮对来回抖动幅度对速传的影响。

光盘周长为400×2=800 mm。

第1 个模块：所处位置区间为0 ～1，即已处于临界位置，当轮对向左抖动时即产生一个脉冲。

将266.67、267.67 分别除以2 即得出所在区间为133.335 ～133.835，如图3 所示。

图3 第2个模块所处位置Fig.3 The location of the second module

可得出第2 个模块均处于134 区间内，不在临界位置。

将533.33、534.33 分别除以2 即得出所在区间为266.67 ～267.67，如图4 所示。

图4 第3个模块所处位置Fig.4 The location of the third module

可看出第3 个模块处于267 ～268 区间内，当轮对向左抖动0.33 mm 时，模块完全处于不透光环境，若在向右抖动，则产生脉冲数。

通过以上计算可得如下。

1）情形一

当轮对抖动使第1 个模块向左移动时即产生1个脉冲。

同时若第2 个模块向右移动距离为268－266.67=1.33 mm 时，产生2 个脉冲。

同时若第3 个模块向右抖动距离为536－533.33=2.67 mm 时，产生3 个脉冲。

2）情形二

当轮对抖动使第1 个模块向右移动距离为1 mm 时产生脉冲。

同时若第3 个模块向左移动距离为534.33－534=0.33 mm 时，产生2 个脉冲。

同时若第2 个模块向左移动距离为267.67－266=1.67 mm 时，产生3 个脉冲。

综合上述情形可知：

当列车轮对抖动幅度小于2.67 mm 时，速传脉冲数受到影响，速传将误输出多脉冲；

当列车轮对抖动幅度大于2.67 mm 时，则速传脉冲数不受影响。

5 结语

针对速度传感器误输出多脉冲的问题，可归结为地铁车辆制动时因闸瓦抱不死的原因，使得列车抖动，从而导致速度传感器误输出多脉冲。后根据地铁车辆情况，将信号系统中速度传感器脉冲输出阈值加大后，速传误报多脉冲的故障解决。本文简单介绍地铁车辆速度传感器的工作原理，通过分析某地铁车辆实际故障案例，充分说明了列车抖动对地铁车辆中速度传感器的影响。以及速度传感器在列车抖动幅度下对输出脉冲值的影响。