一种列控系统轮径自动校准方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种列控系统轮径自动校准方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.列控系统中，一般使用安装在列车轮对上的里程计测得轮对的转数，并通过轮径值获得列车的运动距离和速度，因此列车轮径值的准确性对列控系统的测速定位起着至关重要的作用。由于列车正常运行和镟轮等操作会导致轮对磨损，轮径值会随着列车的使用而逐渐变小，另外，重新更换车轮也会使列车轮径值发生变化，所以列控系统需要周期性校准列车轮径，得到新的轮径值。轮径校准的基本原理就是利用列车经过线路上布置的固定距离的一对应答器，用预先测量的距离除以实际运行过程中累加的里程计齿数，得到每个齿所表示的距离。
3.经过检索，中国专利公开号cn103707903a公开了一种列车自动轮径校正方法，具体是选取平直线路上另个应答器作为参考基准，利用两个应答器间实际距离和列车对这两个应答器的测量距离之比再乘以校正前的轮径值，得到新的轮径值。并对新的轮径值进行取平均值、有效性检查和剔除异常轮径值等操作。
4.同时，中国专利公开号cn103754236a公开了一种列车轮径的校准方法及校准系统，具体是利用多普勒雷达获得列车累计运行距离和速度传感器脉冲计数进行轮径校准。并利用前后两次校准轮径的差值是否在允许范围作为验证方法。
5.此外，中国专利公开号cn109443277a公开了一种双重校准的短距精确轮径校准方法，具体是根据读取应答器的上升沿和下降沿时刻的传感器脉冲计数，考虑应答器的旁瓣宽度计算得到校准轮径最大值和最小值，并通过两个值的差值是否在允许范围内作为验证方法。
6.由此可见，现有公开轮径校准方法通过在线计算应答器间距离和传感器的脉冲数得到校准轮径，计算过程复杂；同时，校准应答器安装距离较近且精度较高，只利用校准过程中数据作为验证参数，不能保证轮径校准值满足普通应答器用于列车测速定位的要求。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种列控系统轮径自动校准方法、设备及存储介质。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.根据本发明的第一方面，提供了一种列控系统轮径自动校准方法，该方法包括以下步骤：
10.步骤s1，生成轮径校准数据库，用于校准过程查表获得校准轮径数值；
11.步骤s2，进行轮径校准，初始化校准状态为waiting；列车在运行过程中，车载控制器周期性采集里程计转过的齿数，当车载控制器读到第一校准应答器时，记录此时里程计
齿数c1，此时车载控制器进入校准过程，校准状态变为measuring；当车载控制器读到第二校准应答器时，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating；
12.步骤s3，查询轮径校准数据库，得到校准轮径值；
13.步骤s4，当车载控制器读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，验证所计算的校准轮径，验证成功后校准状态变为completed。
14.作为优选的技术方案，所述的步骤s1轮径校准数据库中的信息包括车轮最小齿距、最大齿距和每对校准应答器间最小距离、最大距离、最小转换率、最大转换率以及标准齿数-齿距表。
15.作为优选的技术方案，所述的车轮最小齿距和最大齿距计算过程如下：
16.根据列车供应商提供列车轮径值的最小值和最大值，乘以π后除以里程计转过一圈的齿数n得到车轮齿距最小值和最大值。
17.作为优选的技术方案，所述的每对校准应答器间最小距离、最大距离、最小转换率、最大转换率具体如下：
18.考虑到应答器安装误差和旁瓣宽度的误差，再加上校准应答器间的距离，得到校准应答器间最小距离和最大距离；校准应答器默认距离与列车通过校准应答器间最大间距和最小距离的比值得到最小转换率和最大转换率。
19.作为优选的技术方案，所述的标准齿数-齿距表具体为：
20.通过校准应答器默认距离和车轮齿距最小值、最大值得到校准应答器默认距离内里程计转过的最小齿数c
min
和最大齿数c
max
，基于列车运动过程中的空转和打滑补偿，计算列车在校准应答器默认距离内在最小齿数c
min
和最大齿数c
max
范围内对应的齿距，得到标准齿数-齿距表。
21.作为优选的技术方案，所述的标准齿数-齿距表分为最大齿数-齿距表和最小齿数-齿距表。
22.作为优选的技术方案，所述的步骤s2具体步骤为：
23.步骤s
21
，初始化列车校准状态机，状态设置为waiting；
24.步骤s
22
，判断列车是否经过第一校准应答器，若为是，校准状态变为measuring，记录此时里程计齿数c1，执行步骤s
23
；否则保持状态不变，重新执行步骤s
22
；
25.步骤s
23
，在校准状态为measuring的条件下，判断列车是否经过第二校准应答器，若为是，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating，执行步骤s
24
，否则保持状态不变，重新执行步骤s
23
；
26.步骤s
24
，计算列车经过这对校准应答器所转过的齿数cs。
27.作为优选的技术方案，所述的齿数cs计算方法为cs＝c
2-c1。
28.作为优选的技术方案，所述的步骤s3具体步骤为：
29.步骤s
31
，查询轮径校准数据库中这对校准应答器的最小转换率和最大转换率，乘以转过的齿数，得到换算后的校准应答器默认距离内转过的齿数c
calimin
和c
calimax
；
30.步骤s
32
，查询轮径校准数据库，得到最小校准齿距cog
calimin
和最大校准齿距cog
calimax
；
31.步骤s
33
，判断校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
的合法性，如果检查不通过则认为校准结果不可用，丢弃校准结果，校准状态变为waiting；
32.步骤s
34
，根据得到的校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
计算校准轮径。
33.作为优选的技术方案，所述的步骤s4具体步骤为：
34.在校准状态为validating的条件下，当车载控制器读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，利用校准后的校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
和在第二校准应答器和确认应答器间里程计转过的齿数cm，计算第二校准应答器和确认应答器间的距离，如果第二校准应答器和确认应答器间的距离在计算的最大距离和最小距离范围内，则认为此次校准完成，校准状态变为completed，否则认为此次校准失败，校准状态重置为waiting。
35.作为优选的技术方案，所述的齿数cm计算方法为cm＝c
3-c2。
36.根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
37.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
38.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
39.1)本发明利用查询数据库的方式实现列车轮径校准，简化了软件计算复杂度，提高了软件执行效率；
40.2)本发明考虑了校准应答器安装误差和旁瓣宽度的误差，得到列车校准后轮径的最大值和最小值，安全性高，可以满足列控系统安全功能应用的要求；
41.3)本发明利用确认应答器验证轮径校准值的正确性，可以保证轮径校准值满足普通应答器用于列车测速定位的要求。
附图说明
42.图1为本发明方法的具体流程图；
43.图2为完成校准轮径验证的示意图；
44.图3为轮径校准过程状态机迁移的示意图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
46.如图1所示，一种列控系统轮径自动校准方法，包括：
47.步骤s1，生成轮径校准数据库，用于校准过程查表获得校准轮径数值；
48.步骤s2，进行轮径校准，初始化校准状态为waiting；列车在运行过程中，车载控制器周期性采集里程计转过的齿数，当车载控制器判断读到第一校准应答器时，记录此时里程计齿数c1，此时车载控制器判断进入校准过程，校准状态变为measuring；当车载主机判断读到第二校准应答器时，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating；
49.步骤s3，查询轮径校准数据库，得到校准轮径值；
50.步骤s4，当车载控制器判断读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，验证所计算的校准轮径，验证成功后校准状态变为completed。
51.本发明的具体实施过程如图1所示，分为两个过程。首先，根据系统线路设计数据生成轮径校准数据库，数据库中的信息包括车轮最小齿距、最大齿距和每对校准应答器间最小距离、最大距离、最小转换率、最大转换率以及标准齿数-齿距表，其中：
52.1)根据列车供应商提供列车轮径值的最小值和最大值，乘以π后除以里程计转过一圈的齿数n得到车轮齿距最小值和最大值，n的取值范围为50～200；具体的：
53.车轮齿距最小值(cog
min
)＝列车轮径值最小值*π/n，
54.车轮齿距最大值(cog
max
)＝列车轮径值最大值*π/n；
55.2)考虑到应答器安装误差和旁瓣宽度的误差，再加上校准应答器间的距离，得到校准应答器间最小距离和最大距离；校准应答器默认距离与列车通过校准应答器间最大间距和最小距离的比值得到最小转换率和最大转换率；校准应答器默认距离可在一定范围内配置，可以设置为20～100米；具体的：
56.校准应答器最小距离(d
beaconmin
)＝校准应答器间距离-安装误差-旁瓣宽度误差，
57.校准应答器最大距离(d
beaconmax
)＝校准应答器间距离+安装误差+旁瓣宽度误差，
58.最小转换率(ratio
min
)＝校准信标默认距离/校准应答器最大距离(d
beaconmax
)，最大转换率(ratio
max
)＝校准信标默认距离/校准应答器最小距离(d
beaconmin
)；
59.3)通过校准应答器默认距离和车轮齿距最小值、最大值可以得到校准应答器默认距离内里程计转过的最小齿数c
min
和最大齿数c
max
，基于列车运动过程中的空转和打滑补偿，计算列车在校准应答器默认距离内在最小齿数c
min
和最大齿数c
max
范围内对应的齿距，得到标准齿数-齿距表，标准齿数-齿距表分为最大齿数-齿距表和最小齿数-齿距表。
60.具体的：
61.最小齿数(c
min
)＝校准应答器默认距离/车轮齿距最大值(cog
max
)，
62.最大齿数(c
max
)＝校准应答器默认距离/车轮齿距最小值(cog
min
)，
63.最大齿数-齿距表＝校准应答器默认距离/(最小齿数(c
min
)+index)/slip，
64.最小齿数-齿距表＝校准应答器默认距离/(最小齿数(c
min
)+index)/slide，
65.其中：index范围为最小齿数(c
min
)～最大齿数(c
max
)，slip是空转补偿系数，小于1，slide是打滑补偿系数，大于1。
66.其次，车辆保持匀速进行轮径校准，完整校准过程包括列车判断读到第一校准应答器到列车判断读到确认应答器，完成校准轮径的验证，如图2所示。轮径校准过程状态机迁移如图3所示，具体的：
67.(1)初始化列车校准状态机，状态设置为waiting；
68.(2)判断列车运动经过第一校准应答器，校准状态变为measuring，记录此时里程计齿数c1；
69.(3)在校准状态为measuring的条件下，判断列车运动经过第二校准应答器，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating；计算列车经过这对校准应答器所转过的齿数，计算方法为cs＝c
2-c1；
70.(4)查询轮径校准数据库，调整校准应答器距离内转过的齿数为校准应答器默认距离内转过的齿数,
71.默认转换最小齿数(c
calimin
)＝cs*最小转换率(ratio
min
)，
72.默认转换最大齿数(c
calimax
)＝cs*最大转换率(ratio
max
)，
73.(5)查询轮径校准数据库标准齿数-齿距表，索引值分别为为默认转换最小齿数(c
calimin
)-最小齿数(c
min
)，默认转换最大齿数(c
calimax
)-最小齿数(c
min
)，得到校准最小齿距(cog
calimin
)和校准最大齿距(cog
calimax
)，并判断校准最小齿距(cog
calimin
)和校准最大齿距(cog
calimax
)是否在车轮齿距最小值(cog
min
)和车轮齿距最大值(cog
max
)范围内，如果不在此范围内则认为校准结果不可用，丢弃校准结果，校准状态变为waiting；
74.(6)根据得到的校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
计算校准轮径：
75.校准最小轮径(d
calimin
)＝校准最小齿距(cog
calimin
)*n/π，
76.校准最大轮径(d
calimax
)＝校准最大齿距(cog
calimax
)*n/π；
77.(7)当车载控制器判断读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，利用校准最小齿距(cog
calimin
)和校准最大齿距(cog
calimax
)和在第二校准应答器和确认应答器间里程计转过的齿数(c
3-c2)，计算第二校准应答器和确认应答器间的距离，如果第二校准应答器和确认应答器间的距离在计算的最大距离和最小距离范围内，则认为此次校准完成，校准状态变为completed，否则认为此次校准失败，校准状态重置为waiting。
78.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过电子设备及储存介质实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
79.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
80.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
81.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s4。例如，在一些实施例中，方法s1～s4可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s4的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s4。
82.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
83.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
84.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供
指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
85.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1，生成轮径校准数据库，用于校准过程查表获得校准轮径数值；步骤s2，进行轮径校准，初始化校准状态为waiting；列车在运行过程中，车载控制器周期性采集里程计转过的齿数，当车载控制器读到第一校准应答器时，记录此时里程计齿数c1，此时车载控制器进入校准过程，校准状态变为measuring；当车载控制器读到第二校准应答器时，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating；步骤s3，查询轮径校准数据库，得到校准轮径值；步骤s4，当车载控制器读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，验证所计算的校准轮径，验证成功后校准状态变为completed。2.根据权利要求1所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的步骤s1轮径校准数据库中的信息包括车轮最小齿距、最大齿距和每对校准应答器间最小距离、最大距离、最小转换率、最大转换率以及标准齿数-齿距表。3.根据权利要求2所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的车轮最小齿距和最大齿距计算过程如下：根据列车供应商提供列车轮径值的最小值和最大值，乘以π后除以里程计转过一圈的齿数n得到车轮齿距最小值和最大值。4.根据权利要求2所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的每对校准应答器间最小距离、最大距离、最小转换率、最大转换率具体如下：考虑到应答器安装误差和旁瓣宽度的误差，再加上校准应答器间的距离，得到校准应答器间最小距离和最大距离；校准应答器默认距离与列车通过校准应答器间最大间距和最小距离的比值得到最小转换率和最大转换率。5.根据权利要求2所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的标准齿数-齿距表具体为：通过校准应答器默认距离和车轮齿距最小值、最大值得到校准应答器默认距离内里程计转过的最小齿数c
min
和最大齿数c
max
，基于列车运动过程中的空转和打滑补偿，计算列车在校准应答器默认距离内在最小齿数c
min
和最大齿数c
max
范围内对应的齿距，得到标准齿数-齿距表。6.根据权利要求2所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的标准齿数-齿距表分为最大齿数-齿距表和最小齿数-齿距表。7.根据权利要求1所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的步骤s2具体步骤为：步骤s
21
，初始化列车校准状态机，状态设置为waiting；步骤s
22
，判断列车是否经过第一校准应答器，若为是，校准状态变为measuring，记录此时里程计齿数c1，执行步骤s
23
；否则保持状态不变，重新执行步骤s
22
；步骤s
23
，在校准状态为measuring的条件下，判断列车是否经过第二校准应答器，若为是，记录此时里程计齿数c2，校准状态变为validating，执行步骤s
24
，否则保持状态不变，重新执行步骤s
23
；步骤s
24
，计算列车经过这对校准应答器所转过的齿数c
s
。8.根据权利要求7所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的齿数c
s
计算方法为c
s
＝c
2-c1。9.根据权利要求1所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的步骤s3具体步骤为：步骤s
31
，查询轮径校准数据库中这对校准应答器的最小转换率和最大转换率，乘以转过的齿数，得到换算后的校准应答器默认距离内转过的齿数c
calimin
和c
calimax
；步骤s
32
，查询轮径校准数据库，得到最小校准齿距cog
calimin
和最大校准齿距cog
calimax
；步骤s
33
，判断校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
的合法性，如果检查不通过则认为校准结果不可用，丢弃校准结果，校准状态变为waiting；步骤s
34
，根据得到的校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
计算校准轮径。10.根据权利要求1所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的步骤s4具体步骤为：在校准状态为validating的条件下，当车载控制器读到确认应答器时，记录此时里程计齿数c3，利用校准后的校准齿距cog
calimin
和cog
calimax
和在第二校准应答器和确认应答器间里程计转过的齿数c
m
，计算第二校准应答器和确认应答器间的距离，如果第二校准应答器和确认应答器间的距离在计算的最大距离和最小距离范围内，则认为此次校准完成，校准状态变为completed，否则认为此次校准失败，校准状态重置为waiting。11.根据权利要求10所述的一种列控系统轮径自动校准方法，其特征在于，所述的齿数cm计算方法为c
m
＝c
3-c2。12.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～11中任一项所述的方法。13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～11中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种列控系统轮径自动校准方法、设备及存储介质，该方法包括：S1，生成轮径校准数据库，用于校准过程查表获得校准轮径数值；S2，进行轮径校准，初始化校准状态为WAITING；列车在运行过程中，车载控制器周期性采集里程计转过的齿数，当车载控制器读到第一校准应答器时，记录此时里程计齿数C1，此时车载控制器进入校准过程，校准状态变为MEASURING；当车载控制器读到第二校准应答器时，记录此时里程计齿数C2，校准状态变为VALIDATING；S3，查询轮径校准数据库，得到校准轮径值；S4，当车载控制器读到确认应答器时，记录此时里程计齿数C3，验证所计算的校准轮径，验证成功后校准状态变为COMPLETED。与现有技术相比，本发明具有提高了软件执行效率等优点。点。点。


技术研发人员：胡金根 常鸣 吕新军 王许超 刘奔
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/5/23