[发明专利]一种基于多种传感器的城轨车辆车轮直径测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于多种传感器的城轨车辆车轮直径测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，设置传感器：沿着车辆前进方向，在轨道外侧依次设置一个测速传感器、一个涡流传感器和一个激光位移传感器，三个传感器在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，其中测速传感器与涡流传感器之间的距离为L₂，涡流传感器与激光位移传感器之间的距离为L₁，激光位移传感器的激光发射方向与列车前进方向的夹角为180°-α，即激光位移传感器的激光发射方向与轨道之间的夹角为α，当L₂小于100mm时，车轮通过检测系统的速度为速度传感器测得的速度；

步骤2，建立二维坐标系：在进行直径测量的车轮圆周所在平面上建立二维坐标系，以激光位移传感器所在位置为原点坐标，车轮前进方向为x轴负方向，竖直向上的方向为y轴正方向；

步骤3，测量车辆速度v及激光位移传感器的输出值：记录t₁时刻激光位移传感器的输出l₁，并记录下测速传感器的探测值v；车轮继续往前运动时，激光位移传感器会有连续不断的距离值l_i输出，i＝1,2,3,4…；

步骤4，坐标点时空还原：对激光位移传感器有效输出的各时刻轮缘顶点的坐标进行时空还原，将不同时刻坐标点还原至t₁时刻在车轮上所处的位置，并求出该点在步骤2中所建坐标系中的坐标；

步骤5，求取各时刻车轮直径：根据涡流传感器定位点和步骤4得出点的坐标计算各个时刻车轮直径；

步骤6，求取最终车轮直径：对步骤5求得的各时刻的直径值采用1.5σ准则去除粗大误差，对剩余直径值在时间轴上采用一次方程进行最小二乘拟合得出拟合方程，计算不同时刻拟合方程的纵坐标值，并进行均值化处理，从而得到最终车轮直径。

2.根据权利要求1所述的基于多种传感器的城轨车辆车轮直径测量方法，其特征在于，步骤1所述激光位移传感器采用基于三角测量原理的激光位移传感器，激光位移传感器用于测量车轮踏面基点与激光位移传感器之间的距离。

3.根据权利要求1所述的基于多种传感器的城轨车辆车轮直径测量方法，其特征在于，步骤4所述坐标点时空还原，具体方法如下：

(4.1)设t₁、t₂、…、t_i、…、t_n为车轮经过激光位移传感器有效探测范围内的n个时刻，a₁、a₂、…、a_i、…、a_n为相应时刻步骤4中提取的轮缘顶点位置，并设a₁、a₂、…、a_i、…、a_n变换后的坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、…、(x_i,y_i)、…(x_n,y_n)；

(4.2)变换坐标的公式如下：

x_i＝l_i·cosα+vΔt_i

y_i＝l_i·sinα

式中：v为测速传感器测得的车辆前进速度；x_i为变换坐标后的横坐标值；y_i为变换坐标后的纵坐标值；Δt_i为相应t_i时刻与t₁时刻的时间差：

Δt_i＝t_i-t₁。

4.根据权利要求1所述的基于多种传感器的城轨车辆车轮直径测量方法，其特征在于，步骤5所述的涡流传感器用于定位车轮轮缘顶点圆在铅垂方向上的最低点位置。