單軌車走行輪實(shí)時監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

李文正 李德祥 張 程

(中車青島四方車輛研究所有限公司, 266031， 青島//第一作者,工程師)

目前，基于無線傳輸?shù)妮喬鈮罕O(jiān)測技術(shù)在汽車及單軌車等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用，輪胎氣壓無線監(jiān)測技術(shù)也已非常成熟。傳統(tǒng)的走行輪胎壓監(jiān)測一直采用以機(jī)械壓力開關(guān)為主的監(jiān)控系統(tǒng)和人工定期檢查相結(jié)合的方式預(yù)防由于輪胎氣壓異?？赡芤l(fā)的安全事故。這種方式存在實(shí)時性差、故障數(shù)據(jù)無法記錄、維護(hù)工作量大、周期長和維保成本高等缺點(diǎn)。通過與TCMS(列車控制和管理系統(tǒng))相結(jié)合，能夠?qū)崟r監(jiān)測走行輪輪胎氣壓和溫度等參數(shù)，并提供人機(jī)友好界面。同時司機(jī)及維護(hù)人員可以實(shí)時掌握車輛輪胎的運(yùn)行情況，并且可以記錄走行輪的故障狀態(tài)，為故障追溯和原因分析提供科學(xué)依據(jù)，有利于維保工作的改進(jìn)和提升，有效防止輪胎異常造成的安全事故，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1 單軌車走行輪實(shí)時監(jiān)測診斷系統(tǒng)的構(gòu)成

單軌車每輛車裝有8個走行輪，每個走行輪均需要監(jiān)測輪胎氣壓、溫度、傳感器參數(shù)等信息，數(shù)據(jù)量較大。接入TCMS后，通過TCMS人機(jī)接口單元可以實(shí)現(xiàn)對走行輪系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測診斷，并對輪胎胎壓、溫度等信息進(jìn)行實(shí)時顯示和記錄，以及對輪胎異常情況進(jìn)行實(shí)時報警，并提供離線數(shù)據(jù)的分析診斷。

基于TCMS的單軌車走行輪實(shí)時監(jiān)測診斷系統(tǒng)(以下簡稱為“監(jiān)測診斷系統(tǒng)”)的構(gòu)成如圖1所示。該系統(tǒng)由無線傳感器、信號中繼器、走行輪胎壓監(jiān)測主機(jī)、TCMS監(jiān)控主機(jī)、駕駛室人機(jī)接口單元(HMI)和列車數(shù)據(jù)記錄單元(DRU)等組成。

2 監(jiān)測診斷系統(tǒng)原理

單軌車每個走行輪安裝1個無線傳感器，每輛車安裝4個中繼器，每個中繼器負(fù)責(zé)與2個傳感器通信，中繼器通過有線的RS485方式與無線的走行輪胎壓監(jiān)控主機(jī)相連。

走行輪傳感器采用無線通信(430 MHz)的方式與中繼器進(jìn)行實(shí)時通信，將走行輪輪胎壓力、溫度等信息傳輸給中繼器，每個中繼器將從兩個傳感器獲取的數(shù)據(jù)匯總后通過RS485總線發(fā)送給無線的走行輪胎壓監(jiān)控主機(jī)；走行輪胎壓監(jiān)控主機(jī)將8個走行輪的參數(shù)信息打包通過RS485總線發(fā)送給TCMS主機(jī)；TCMS主機(jī)通過多功能車輛總線(MVB)掛在列車網(wǎng)絡(luò)上，掛在MVB總線上的人機(jī)接口單元(HMI)和數(shù)據(jù)記錄單元(DRU)作為走行輪胎壓實(shí)時監(jiān)測及診斷單元負(fù)責(zé)對走行輪信息進(jìn)行監(jiān)測和診斷。

3 監(jiān)測診斷系統(tǒng)功能

傳感器通過氣門嘴對走行輪輪胎的氣壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并定時將走行輪輪胎傳送至列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷單元。維護(hù)人員可以通過胎壓數(shù)值，及時控制輪胎氣壓在正常范圍之內(nèi)，從而減少輪胎的磨損，提高輪胎使用壽命。

輪胎信息通過安裝于氣門嘴上的專業(yè)傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器固定在延長管氣門嘴上并隨走行輪轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動不會對信號的無線傳輸產(chǎn)生影響。同時傳感器將其電池電壓信息同步上傳，電池正常使用壽命為8 a，通過對電池電壓的實(shí)時監(jiān)測，可以讓維護(hù)人員實(shí)時掌握電池電量情況，做到提前預(yù)判和預(yù)防性更換，避免影響系統(tǒng)的正常使用。

走行輪胎壓的實(shí)時監(jiān)測及診斷功能主要由HMI和DRU實(shí)現(xiàn)。

3.1 HMI實(shí)時監(jiān)測及診斷

HMI為司機(jī)和維護(hù)人員提供友好的人機(jī)接口界面(見圖2)，該界面主要包括走行輪輪胎氣壓值、走行輪輪胎溫度值、走行輪傳感器電池電壓值的顯示，以及走行輪輪胎漏氣的診斷等內(nèi)容。HMI監(jiān)測界面以500 ms的刷新周期進(jìn)行實(shí)時刷新，司機(jī)或維護(hù)人員可以通過HMI界面實(shí)時監(jiān)測走行輪狀態(tài)信息，包括走行輪胎壓、溫度、傳感器電池電壓信息等。同時HMI根據(jù)當(dāng)前的胎壓數(shù)值對走行輪信息進(jìn)行實(shí)時診斷，診斷信息包括胎壓過低報警、輪胎漏氣報警、溫度過高報警和傳感器電量低報警等。

(1) 胎壓正常范圍為750～1 300 kPa，通常按照1 000 kPa的氣壓對走行輪進(jìn)行充氣。當(dāng)HMI檢測到輪胎氣壓低于750 kPa時，立即進(jìn)行胎壓過低報警，并在胎壓監(jiān)測界面對應(yīng)的輪胎位置將有胎壓數(shù)值進(jìn)行“顯紅”提示。

(2) 在連續(xù)60 s內(nèi)，如果胎壓數(shù)值相差-100 kPa，則診斷為輪胎處于漏氣狀態(tài)，此時將出現(xiàn)相應(yīng)的輪胎漏氣故障提示。

(3) 輪胎的正常工作溫度值低于65 ℃，當(dāng)檢測到輪胎溫度高于65 ℃時，立即對走行輪輪胎溫度過高進(jìn)行報警，此時在輪胎溫度監(jiān)測界面對應(yīng)的輪胎位置將有溫度數(shù)值“顯紅”提示。

(4) 對傳感器電池電壓進(jìn)行實(shí)時診斷，傳感器電池電壓正常范圍為2.5～3.3 V。當(dāng)檢測到電池電壓值低于2.5 V時，立即進(jìn)行電池電壓低報警，此時在電池電壓監(jiān)測界面對應(yīng)的輪胎傳感器位置將有電池電壓數(shù)值“顯紅”提示。

3.2 DRU離線診斷

DRU在通電狀態(tài)下能夠?qū)ψ咝休嗇喬鈮骸囟群蛡鞲衅麟姵仉娏康刃畔⑦M(jìn)行實(shí)時記錄，采樣周期為500 ms。DRU提供USB和以太網(wǎng)接口，通過U盤或以太網(wǎng)下載記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時借助專用PTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)軟件對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

DRU每次通電15 min(待輪胎氣壓穩(wěn)定)后，會對全車走行輪胎壓數(shù)據(jù)進(jìn)行一次記錄并生成記錄文件(見圖3)。該記錄文件可以通過PTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)軟件讀出并打印，方便用戶定期對走行輪輪胎氣壓進(jìn)行統(tǒng)計分析。通過PTU軟件，也可以查看故障發(fā)生時刻前后任意時間段內(nèi)的記錄數(shù)據(jù)，為維護(hù)人員提供檢修支持。

圖2 輪胎氣壓實(shí)時監(jiān)測及診斷界面

圖3 輪胎氣壓記錄文件

4 監(jiān)測診斷系統(tǒng)的優(yōu)勢

該系統(tǒng)可提高單軌車走行輪胎壓檢測的及時性，司機(jī)及維護(hù)人員可通過該系統(tǒng)實(shí)時掌控走行輪輪胎的運(yùn)行情況,并對異常情況作出準(zhǔn)確判斷和及時處置，極大地減少因輪胎異常造成的安全事故。

該系統(tǒng)可使輪胎氣壓控制在正常范圍之內(nèi)，這樣能減少輪胎的磨損，從而可以提高輪胎使用壽命，減少運(yùn)營維護(hù)成本，以及提高維護(hù)效率。

該系統(tǒng)可以自動記錄胎壓的參數(shù)信息及故障狀態(tài)，為單軌車故障追溯和原因分析提供科學(xué)依據(jù)，有利于維保工作的改進(jìn)和升級提升。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的無線胎壓檢測系統(tǒng)只能通過專用的PTU軟件讀取輪胎氣壓和溫度等信息，效率較低，實(shí)時性亦較差。通過與TCMS系統(tǒng)相結(jié)合，可預(yù)防輪胎氣壓異?？赡芤l(fā)的安全事故，為單軌車的運(yùn)營提供了安全保障。單軌車走行輪實(shí)時監(jiān)測診斷系統(tǒng)科學(xué)地指導(dǎo)了車輛由日檢、周檢等預(yù)防性檢修為主的檢修模式向均衡檢修模式的過渡，提高了檢修效率，并且在保證檢修質(zhì)量和運(yùn)營品質(zhì)的前提下，進(jìn)一步從人力和物力等方面降低了運(yùn)維成本。