專利名稱：一種城市軌道交通檢修小車定位系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通檢修小車領域，尤其是涉及一種城市軌道交通檢修小車定位系統。
背景技術：
在城市軌道交通列車深夜停運期間需要可服務于沿線設備維護檢測工作的并具有車輛定位功能的工務小車，對其要求是系統結構簡單、使用方便和成本低廉；定位精確度合理(在±2/1000米之內)；盡可能利用現有軌道交通的定位資源；不對現有通信信號系統產生干擾；以及不與現有自動列車控制(ATC)的定位系統對接。鑒于現有城市軌道交通列車的車載定位功能主要服務于列車閉塞控制，其系統構成復雜，接口也不開放給其它應用，因此無法直接利用。許多文獻已經引述了通過安裝在運轉輪軸上的光電編碼器的脈 沖輸出數來計算行走距離并確定車輛位置的技術方法，但在軌道檢修小車的應用環境下還需要特別考慮和解決的是小車可以隨意靈活地前向和后向行走時的位置確定、以及小車可能會打滑和空轉情況發生時帶來的定位誤差補償。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單、功能有效、適應靈活、應用廣泛的城市軌道交通檢修小車定位系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種城市軌道交通檢修小車定位系統，其特征在于，以檢修小車和軌道為基礎，包括光電編碼器、信標、光電接近傳感器及處理器；所述的光電編碼器設置在檢修小車的轉動輪軸上，并與處理器連接；所述的信標是在軌道線路上等距離長度地點處固定在軌道枕木中間位置上的反光物體；所述的光電接近傳感器有兩個，分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的直線位置上的前后部位，并且分別與處理器連接。所述的信標為一段截面呈三角形的與枕木同向地固定在枕木中部位置上的紅外反光架，其兩側面為反光平面，底面固定在枕木中間位置，信標的頂角α小于或等于90。。所述的光電接近傳感器設有兩個，分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的直線位置上的的前后部，光電接近傳感器的安裝位置滿足以下條件I)兩個光電接近傳感器的安裝距離必須使得前向傳感器要比后向傳感器較早地檢測到信標，二者距離滿足J = 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2]/tg ( α /2) +w/4}，H為光電接近傳感器離地面枕木的高度，w為信標截面底邊寬度，α為信標截面頂角的角度，tg(·)為三角正切函數；2)光電接近傳感器發射的紅外線與信標的反光平面垂直；3)光電接近傳感器分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的中心軸線的前后位置上；4)信標固定在枕木中心位置，其反光面與軌道方向垂直；
5)光電接近傳感器離地面枕木的高度H高于信標的高度，且H_h>b α/2)，h為光電接近傳感器離信標的高度，b為信標截面反光面棱長，cos(·)是三角余弦函數。與現有技術相比，本發明具有以下優點I、應用廣泛可應用到城市軌道交通小型工務檢修車輛上，可迅速到達目標工作地點、確保管理人員與現場人員有一致的地點認知度、提高維修保障工作的有效性與計劃性；2、結構簡單系統由I個光電編碼器、2個光電接近傳感器及其處理器和軌道信標組成，沒有電磁輻射信號對通信信號系統產生干擾、不與現有列車定位系統對接、利用現有軌道無源反光信標便于今后技術整合和兼容；3、功能有效采用光電編碼器對行走距離連續檢測記錄和光電接近傳感器對連續記錄的距離數據進行間隔校正的方法，兼顧了定位數據準確度和系統結構有效性； 4、適應靈活充分考慮到小車工作時可能前向行走、也可能隨時停下后向行走的特點，安裝了 2個面向不同輻射方向的光電接近傳感器，恰當選定傳感器的安裝角度，使得面向2個方向的紅外光線的發射和檢測互不干擾，又分別工作在最優狀態，同時二個方向的傳感器分別檢測到同一個信標的方法還顯著提高了系統可靠性。
圖I為本發明的光電編碼器安裝結構示意圖；圖2為本發明的光電接近傳感器與信標的安裝狀態結構示意圖；圖3為光電接近傳感器與信標的安裝位置關系示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖I和圖2所示的城市軌道交通檢修小車定位系統，是以檢修小車和軌道為基礎，包括光電編碼器1，信標6，光電接近傳感器4、5及處理器。光電編碼器I可以安裝在檢修小車的轉動輪軸3的中間部位，光電編碼器轉動部分的內徑需與轉動輪軸匹配并緊固，光電編碼器的固定部分通過安裝支架2與小車底盤緊固，光電編碼器通過連線與處理器連接。信標6以等間距安裝在軌道枕木上。光電接近傳感器設有兩個前向光電接近傳感器4和后向光電接近傳感器5，分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的中心軸線的前后部位，二者安裝角度不同，但是相互對稱，而且射線與對應信標的反光平面相互垂直。兩個光電接近傳感器分別與處理器連接。信標為一段截面呈三角形的紅外反光架，與軌道枕木同向地固定在枕木上，其兩側面為反光平面，底面固定在軌道上，信標的頂角α小于或等于90。。光電接近傳感器有兩個，分別安裝在檢修小車底盤前后部，光電接近傳感器的安裝位置滿足以下條件I)兩個光電接近傳感器的安裝距離必須使得前向傳感器要比后向傳感器較早地檢測到 目標，二者距尚 J = 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2] /tg ( α /2) +w/4}, tg ( ·)是二角正切函數，H為光電接近傳感器離地面枕木的高度，w為信標截面底邊寬度，α為信標截面頂角的角度；2)光電接近傳感器發射的紅外線與信標的反光平面垂直；3)光電接近傳感器分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的中心軸線的前后位置上；4)信標固定在枕木中心位置，其反光面與軌道方向垂直；5)光電接近傳感器離地面枕木的高度H高于信標的高度，且H_h>b α/2)，h為光電接近傳感器離信標的高度，b為信標截面反光面棱長，cos(·)為三角余弦函數。本發明的工作原理如下(I)光電編碼器通過檢測轉動輪軸速度及其方向輸出脈沖信號，從而確定行走距 離和方向；(2)光電接近傳感器發射定向紅外線，通過檢測以固定間隔距離安裝在軌道枕木中心的信標的反射信號，確定車輛行走到的標稱位置；(3)處理器對光電編碼器和光電接近傳感器輸出信號進行綜合分析處理，對光電編碼器輸出的行走距離數據進行校正并輸出位置信息。光電編碼器安裝在轉動輪軸上，當光電編碼器內徑套和外徑套相對運動時輸出脈沖，通過對脈沖計數可知行走絕對距離，行走方向由編碼器輸出的二個相位之差來確定。信標是截面頂角為α底面寬度為w的對稱三角形紅外反光架。將2個光電接近傳感器分別安裝在車輛底盤下的前后二個部位，當小車經過信標時這2個傳感器能夠以不同角度先后照射到同一信標并分別檢測到反射光強度，通過這種“雙向檢測”來提高對信標檢測的可靠性。為避免光電傳感器對信標二個反射面的重復掃描，信標頂角角度必須適當。為保障最大紅外功率和反射傳輸，傳感器中心射線與信標反射面相垂直，且傳感器與信標反射面連線越短越好。一般信標反射面寬度b (截面反光面棱長)是固定，一旦α確定后信標就可制作。傳感器安裝后的高度必須保證不會碰到信標的頂端。為確保2個光電接近傳感器可以同時檢測到信標，二者的間隔距離有嚴格要求。
權利要求
1.一種城市軌道交通檢修小車定位系統，其特征在于，以檢修小車和軌道為基礎，包括光電編碼器、信標、光電接近傳感器及處理器；所述的光電編碼器設置在檢修小車的轉動輪軸上，并與處理器連接；所述的信標是在軌道線路上等距離長度地點處固定在軌道枕木中間位置上的反光物體；所述的光電接近傳感器有兩個，分別安裝在檢修小車底盤的前后部位，并且分別與處理器連接。
2.根據權利要求I所述的一種城市軌道交通檢修小車定位系統，其特征在于，所述的信標為一段截面呈三角形的與枕木同向地固定在枕木中部位置上的紅外反光架，其兩側面為反光平面，底面固定在枕木中間位置，信標的頂角α小于或等于90°。
3.根據權利要求I所述的一種城市軌道交通檢修小車定位系統，其特征在于，所述的光電接近傳感器設有兩個，分別安裝在檢修小車底盤的前后部位，光電接近傳感器的安裝位置滿足以下條件 1)兩個光電接近傳感器的距離滿足J= 2 {[H- (w/2) /tg ( α /2) /2] /tg ( a /2)+w/4}, H為光電接近傳感器離地面枕木的高度，w為信標截面底邊寬度，α為信標截面頂角的角度，tg(·)為三角正切函數； 2)光電接近傳感器發射的紅外線與信標的反光平面垂直； 3)光電接近傳感器分別安裝在檢修小車底盤與軌道方向并行的中心軸線的前后位置上； 4)信標固定在枕木中心位置，其反光面與軌道方向垂直； 5)光電接近傳感器離地面枕木的高度H高于信標的高度，且H-h> b cos ( α /2)，h為光電接近傳感器離信標的高度，b為信標截面反光面棱長，cos(·)是三角余弦函數。
全文摘要
本發明涉及一種城市軌道交通檢修小車定位系統，該系統以檢修小車和軌道為基礎，包括光電編碼器、信標、光電接近傳感器及處理器；所述的光電編碼器設置在檢修小車的轉動輪軸上，并與處理器連接；所述的信標固定在軌道枕木的中間部位上；所述的光電接近傳感器有兩個，分別安裝在檢修小車底盤的前后部位，并分別與處理器連接。與現有技術相比，本發明具有結構簡單、功能有效、適應靈活和應用廣泛等優點。
文檔編號G01C23/00GK102897195SQ20111021117
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月26日 優先權日2011年7月26日
發明者周民立 申請人:上海工程技術大學