单轨车走行轮实时监测诊断系统的设计与应用

2019-03-15 12:36李文正李德祥
城市轨道交通研究 2019年3期
关键词:中继器诊断系统胎压

李文正 李德祥 张 程

(中车青岛四方车辆研究所有限公司, 266031, 青岛//第一作者,工程师)

目前,基于无线传输的轮胎气压监测技术在汽车及单轨车等领域已经有了广泛应用,轮胎气压无线监测技术也已非常成熟。传统的走行轮胎压监测一直采用以机械压力开关为主的监控系统和人工定期检查相结合的方式预防由于轮胎气压异常可能引发的安全事故。这种方式存在实时性差、故障数据无法记录、维护工作量大、周期长和维保成本高等缺点。通过与TCMS(列车控制和管理系统)相结合,能够实时监测走行轮轮胎气压和温度等参数,并提供人机友好界面。同时司机及维护人员可以实时掌握车辆轮胎的运行情况,并且可以记录走行轮的故障状态,为故障追溯和原因分析提供科学依据,有利于维保工作的改进和提升,有效防止轮胎异常造成的安全事故,提高了系统的可靠性和安全性。

1 单轨车走行轮实时监测诊断系统的构成

单轨车每辆车装有8个走行轮,每个走行轮均需要监测轮胎气压、温度、传感器参数等信息,数据量较大。接入TCMS后,通过TCMS人机接口单元可以实现对走行轮系统的实时监测诊断,并对轮胎胎压、温度等信息进行实时显示和记录,以及对轮胎异常情况进行实时报警,并提供离线数据的分析诊断。

基于TCMS的单轨车走行轮实时监测诊断系统(以下简称为“监测诊断系统”)的构成如图1所示。该系统由无线传感器、信号中继器、走行轮胎压监测主机、TCMS监控主机、驾驶室人机接口单元(HMI)和列车数据记录单元(DRU)等组成。

2 监测诊断系统原理

单轨车每个走行轮安装1个无线传感器,每辆车安装4个中继器,每个中继器负责与2个传感器通信,中继器通过有线的RS485方式与无线的走行轮胎压监控主机相连。

走行轮传感器采用无线通信(430 MHz)的方式与中继器进行实时通信,将走行轮轮胎压力、温度等信息传输给中继器,每个中继器将从两个传感器获取的数据汇总后通过RS485总线发送给无线的走行轮胎压监控主机;走行轮胎压监控主机将8个走行轮的参数信息打包通过RS485总线发送给TCMS主机;TCMS主机通过多功能车辆总线(MVB)挂在列车网络上,挂在MVB总线上的人机接口单元(HMI)和数据记录单元(DRU)作为走行轮胎压实时监测及诊断单元负责对走行轮信息进行监测和诊断。

3 监测诊断系统功能

传感器通过气门嘴对走行轮轮胎的气压、温度等参数进行实时监测,并定时将走行轮轮胎传送至列车网络系统诊断单元。维护人员可以通过胎压数值,及时控制轮胎气压在正常范围之内,从而减少轮胎的磨损,提高轮胎使用寿命。

轮胎信息通过安装于气门嘴上的专业传感器实现,传感器固定在延长管气门嘴上并随走行轮转动,其转动不会对信号的无线传输产生影响。同时传感器将其电池电压信息同步上传,电池正常使用寿命为8 a,通过对电池电压的实时监测,可以让维护人员实时掌握电池电量情况,做到提前预判和预防性更换,避免影响系统的正常使用。

走行轮胎压的实时监测及诊断功能主要由HMI和DRU实现。

3.1 HMI实时监测及诊断

HMI为司机和维护人员提供友好的人机接口界面(见图2),该界面主要包括走行轮轮胎气压值、走行轮轮胎温度值、走行轮传感器电池电压值的显示,以及走行轮轮胎漏气的诊断等内容。HMI监测界面以500 ms的刷新周期进行实时刷新,司机或维护人员可以通过HMI界面实时监测走行轮状态信息,包括走行轮胎压、温度、传感器电池电压信息等。同时HMI根据当前的胎压数值对走行轮信息进行实时诊断,诊断信息包括胎压过低报警、轮胎漏气报警、温度过高报警和传感器电量低报警等。

(1) 胎压正常范围为750~1 300 kPa,通常按照1 000 kPa的气压对走行轮进行充气。当HMI检测到轮胎气压低于750 kPa时,立即进行胎压过低报警,并在胎压监测界面对应的轮胎位置将有胎压数值进行“显红”提示。

(2) 在连续60 s内,如果胎压数值相差-100 kPa,则诊断为轮胎处于漏气状态,此时将出现相应的轮胎漏气故障提示。

(3) 轮胎的正常工作温度值低于65 ℃,当检测到轮胎温度高于65 ℃时,立即对走行轮轮胎温度过高进行报警,此时在轮胎温度监测界面对应的轮胎位置将有温度数值“显红”提示。

(4) 对传感器电池电压进行实时诊断,传感器电池电压正常范围为2.5~3.3 V。当检测到电池电压值低于2.5 V时,立即进行电池电压低报警,此时在电池电压监测界面对应的轮胎传感器位置将有电池电压数值“显红”提示。

3.2 DRU离线诊断

DRU在通电状态下能够对走行轮轮胎气压、温度和传感器电池电量等信息进行实时记录,采样周期为500 ms。DRU提供USB和以太网接口,通过U盘或以太网下载记录的运行数据,同时借助专用PTU(远程终端设备)软件对记录数据进行分析。

DRU每次通电15 min(待轮胎气压稳定)后,会对全车走行轮胎压数据进行一次记录并生成记录文件(见图3)。该记录文件可以通过PTU(远程终端设备)软件读出并打印,方便用户定期对走行轮轮胎气压进行统计分析。通过PTU软件,也可以查看故障发生时刻前后任意时间段内的记录数据,为维护人员提供检修支持。

图2 轮胎气压实时监测及诊断界面

图3 轮胎气压记录文件

4 监测诊断系统的优势

该系统可提高单轨车走行轮胎压检测的及时性,司机及维护人员可通过该系统实时掌控走行轮轮胎的运行情况,并对异常情况作出准确判断和及时处置,极大地减少因轮胎异常造成的安全事故。

该系统可使轮胎气压控制在正常范围之内,这样能减少轮胎的磨损,从而可以提高轮胎使用寿命,减少运营维护成本,以及提高维护效率。

该系统可以自动记录胎压的参数信息及故障状态,为单轨车故障追溯和原因分析提供科学依据,有利于维保工作的改进和升级提升。

5 结语

传统的无线胎压检测系统只能通过专用的PTU软件读取轮胎气压和温度等信息,效率较低,实时性亦较差。通过与TCMS系统相结合,可预防轮胎气压异常可能引发的安全事故,为单轨车的运营提供了安全保障。单轨车走行轮实时监测诊断系统科学地指导了车辆由日检、周检等预防性检修为主的检修模式向均衡检修模式的过渡,提高了检修效率,并且在保证检修质量和运营品质的前提下,进一步从人力和物力等方面降低了运维成本。

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