浅析地铁车辆中速度传感器与牵引控制的关系

黄宁　毕胜　陈光东

摘要：通过分析某地铁车辆速度传感器的工作原理，解释速度传感器与牵引控制之间的关系，分析速度传感器的故障如何影响牵引功能。

关键词：地铁车辆 牵引控制单元 速度传感器 故障

引言：随着城市科技建设的发展，城市轨道交通早已成为城市建设中不可缺少的一部分，现在越来越多的城市加入到轨道交通建设的行业中来。城市轨道交通地铁车辆是直接面向广大乘客，与其他公共交通工具比较，地铁车辆具有运能大、准时、速度快等多个优点。与这些优点密切相关的就是地铁车辆的一个重要组成部分—牵引系统，本文将从速度传感器方面着手，分析其与牵引系统之间存在的相应关系。

一、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，因此很容易能够计算出轴的转速，也就能够得出列车的运行速度。

二、速度传感器与牵引控利的关系

（1）速度传感器检测到轴的速度频率信号之后，由车辆的制动控制单元接收，随后经过车辆的MVB通讯网络。制动控制单元与牵引系统进行数据传输。将采集到的速度频率信号发送至牵引系统的控制单元。每辆车的牵引控制单元根据收到的速度频率信号分别计算出每辆车的4个轮对的轮径值（每辆车有2个转向架，每个转向架包含2根轴）。

（2）牵引控制单元中计算得出每个轮对的轮径值之后，在其内部会通过逻辑运算来进行轮径值的对比。若本车最大值与最小值之差超过设定目标值。本车牵引系统就会出现相对应的提示或者警告。具体控制：若轮径的差值超过6.7mm。牵引系统会报出本车牵引系统中度故障进行提示，但不影响车辆的正常功能；若轮径的差值超过8.4mm。牵引系统会报出本车牵引系统严重故障，因此就导致本车牵引系统被切除保护，本车也就丧失了动力的能力。继而影响到整列车的动力以及列车的速度。

三、典型案例分析

武汉地铁2号线列车发生单节车辆牵引系统严重故障无法恢复的情况，通过下载车辆故障记录数据显示。该车的轮径值和速度存在异常，如下表1和表2。

由表1中可以看出本车4根轴的轮径最大与最小值差为832-822=10mm，超过设定参考值8.4mm，因此本节车辆牵引系统出现严重故障而不能工作的情况。

d3轮径值异常偏大的情况可能性如下：

1.速度传感器自身故障导致检测数据错误，遂更换了新的传感器，然而故障依旧没有恢复，因此可以排除传感器自身问题。

2与速度传感器配合使用的测速齿盘存在问题。比如齿盘齿部被异物覆盖、齿损坏或者齿数异常等原因。

根据表中记录数据进行以下公式计算：

因为列车实际行进过程中，车辆中各车轮对钢轨的线速度应该保持一致，否则车辆会发生单个车轮打滑或者空转的情况。而通过上述的运算可以确切的说明速度传感器的齿盘部分发生了故障。

就齿盘问题计算如下：

该车辆中正常情况下，速度传感器测速齿盘的齿数数量为N=80，

假设3轴齿盘齿数为n，假设3轴速度传感器频率为n，1轴速度传感器频率为N。

根据车辆轮对实际限速度相同进行计算：

最终可以计算出：n=79

由上述结果可以得出，轴3的速度传感器测速齿盘在检测的时候仅有79个齿被检测到。因此导致牵引控制单元中计算出的轮径值与其他相差较大。通过拆卸安装在轴箱上的端盖后检查，确认该齿盘只有79个齿，与正常齿盘相比较，缺少1个齿，最终找明故障的根本原因，将齿盘更换后，牵引系統在进行轮径校准之后恢复正常。

四、故障说明

在速度传感器测速齿盘缺少一个齿的情况下，即，车轮旋转一周，速度传感器探头就只检测到了79个信号脉冲，而制动控制单元中默认齿盘齿数为80，也就是80个脉冲信号为旋转一周，因此轴3在检测到80个脉冲之后，实际上已经超过一整圈，所以检测计算出来3轴的转速就比正常情况下要小一些。根据式（3），可以看出，在线速度相同的情况下，直径与转速成反比，转速降低，则轮径值就增大。

五、结语

本文通过简单介绍地铁车辆速度传感器的工作原理和牵引控制单元的部分控制功能，通过武汉地铁2号线的实际故障案例，充分说明了地铁车辆中速度传感器与牵引控制之间的联系。以及传感器在故障下是如何影响到牵引控制功能。