СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАМЕТРА КОЛЕСА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD FOR DETERMINING WHEEL DIAMETER OF RAILWAY VEHICLE

Изобретение относится к управлению движением поездов, а именно, к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом, посредством которых определяют диаметр колеса рельсового транспортного средства.
Прототипом к заявляемому изобретению является способ определения диаметра колеса железнодорожного подвижного состава, согласно которому используют датчик определения прохода колеса, расположенный на рельсе под проезжающим колесом, имеющий две зоны детектирования, расположенные вдоль рельса, каждая из которых генерирует отклик при проходе колеса. Расстояние между зонами детектирования выбирают таким образом, чтобы функции отклика двух зон детектирования имели точку пересечения, по которой и вычисляют диаметр колеса проходящего подвижного состава (ЕР 1630518 А2, опубл. 01.03.2006).
Недостатком данного технического решения является недостаточная точность определения диаметра колеса, что вызвано значительными изменениями амплитуды отклика зон детектирования при смещении реборды колеса относительно боковой поверхности головки рельса и/или при различной степени износа колеса рельсового транспортного средства.
Техническим результатом, на который направлено заявляемое изобретение, является повышение точности определения диаметра колеса рельсового транспортного средства независимо от расстояния, на котором реборда колеса проходит от боковой поверхности головки рельса и независимо от степени износа колеса рельсового транспортного средства.
В соответствии с предлагаемым изобретением способ определения диаметра колеса рельсового транспортного средства включает использование датчика колеса и определение скорости прохода колеса, при этом датчик регистрации прохода колеса содержит по меньшей мере одну зону детектирования, предварительно определяют аппроксимирующую функцию, которой описывается отклик каждой зоны детектирования на проход колеса, и характеризующий параметр или совокупность характеризующих параметров аппроксимирующей функции, также предварительно в память датчика регистрации прохода колеса в виде таблицы соответствия заносят набор значений характеризующего параметра или совокупности характеризующих параметров аппроксимирующей функции, вычисленных по нормированным статическим характеристикам взаимодействия эталонных колес разного диаметра с зонами детектирования датчика, при этом в таблице соответствия каждому значению характеризующего параметра или каждой совокупности характеризующих параметров соответствует определенный диаметр, во время работы датчика при проходе колеса в каждой зоне детектирования в память датчика в режиме реального времени записывают значения отклика зоны детектирования в виде некоторой функции отклика, с учетом определенной фактической скорости функцию отклика преобразовывают к виду нормированной статической характеристики, определяют значение характеризующего параметра или значения совокупности характеризующих параметров аппроксимирующей функции, при которых преобразованная функция отклика с заданной точностью соответствует аппроксимирующей функции, по таблице соответствия определяют диаметр колеса рельсового транспортного средства.
Например, отклик зоны детектирования описанного в прототипе индуктивного рельсового датчика на проход колеса рельсового транспортного средства можно аппроксимировать с некоторой точностью функцией Гаусса:
где k - некоторый амплитудный коэффициент, зависящий от расстояния, на котором реборда колеса проходит от боковой поверхности головки рельса, и от степени износа колеса рельсового транспортного средства, σ - среднеквадратическое отклонение, μ - математическое ожидание.
Экспериментально установлено, что при смещении реборды колеса относительно боковой поверхности головки рельса и/или при проходе колеса различной степени износа меняется амплитуда значений отклика, но тип функции отклика сохраняется (В.В. Ляной. «Обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на основе совершенствования индуктивных датчиков регистрации колеса». Транспорт Урала, №2 (49), 2016. с. 93-98). При этом величина среднеквадратического отклонения σ при некоторой фиксированной скорости прохода колеса зависит только от диаметра проходящего колеса.
Согласно изобретению предварительно в память датчика регистрации прохода колеса заносят набор значений одного характеризующего параметра или совокупности характеризующих параметров аппроксимирующей функции. Для функции Гаусса таким параметром может быть среднеквадратическое отклонение σ(n), n∈1…N, где N - количество колес с различными диаметрами. Значения σ(n) вычисляют по нормированным статическим характеристикам взаимодействия эталонных колес разного диаметра с зоной детектирования датчика.
Статическая характеристика взаимодействия каждого эталонного колеса с зоной детектирования датчика представляет собой зависимость величины отклика зоны детектирования на присутствие колеса в определенных пространственных точках зоны детектирования при некотором постоянном смещении реборды колеса относительно боковой поверхности головки рельса. Нормирование каждой статической характеристики производят относительно ее максимального значения так, чтобы максимальное значение каждой нормированной статической характеристики было равно единице, при этом все нормированные статические характеристики должны иметь сдвиг, при котором максимальное значение характеристики находится в точке х=0.
ф
Во время работы датчика при проходе колеса в память датчика записывают значения отклика каждой зоны детектирования в виде функции ƒ(t) и определяют фактическую скорость ν прохода колеса рельсового транспортного средства.
ф
ф
Для определения скорости ν прохода колеса можно использовать вторую зону детектирования (как это описано, например, в US 6371417, опубл. 16.04.2002), или дополнительные устройства определения скорости ν прохода колеса (как это описано, например, в RU 2586099, опубл. 10.06.2016) и др.
ф
ф
ф
Функцию ƒ(t) с учетом фактической скорости прохода колеса ν преобразовывают сначала к виду статической характеристики, делая подстановку х=t⋅ν, а затем нормируют ее относительно максимального значения функции ƒ(t) и получают нормированную статическую характеристику фактического колеса F(x).
ф
ф
ф
ф
Затем определяют, при каком характеризующем параметре σ(n) аппроксимирующей функции F(x) преобразованная функция отклика F(x) с заданной точностью ε соответствует аппроксимирующей функции F(x). Степень соответствия можно устанавливать с помощью критериев аппроксимации. В качестве критериев аппроксимации могут выступать минимальная сумма квадратов отклонений F(x) от F(x), предельное максимальное отклонение по абсолютной величине F(x) от F(x), минимальная сумма абсолютных отклонений F(x) от F(x) или иные.
ф
Например, если в качестве критерия аппроксимации выбрать минимальную сумму абсолютных отклонений F(x) от F(x), тогда функция критерия аппроксимации R(σ) будет иметь следующий вид:
μ
ф
где x - момент появления максимального значения функции F(x), - X…X - область определения функции F(x), аппроксимирующей максимально возможный диаметр колеса.
D
D
ф
D
Если существует такой параметр σ∈σ(n), для которого R(σ)≤ε, где ε - заданная точность аппроксимации между аппроксимирующей функцией F(x) и преобразованной функцией отклика F(x), тогда по таблице соответствия, хранимой в памяти датчика, определяют диаметр колеса D рельсового транспортного средства, соответствующий σ.
Для повышения точности аппроксимации отклик зоны детектирования на проход колеса рельсового транспортного средства можно аппроксимировать полиномиальной функцией:
0
1
A
A
F(x)=а+ах+…+ax, х∈-X…X,
0
1
А
где a,a,…,а - совокупность параметров, характеризующих аппроксимирующую функцию F(x).
С ростом степени А полиномиальной функции растет точность аппроксимации фактической функции отклика. Однако рост точности аппроксимации в необходимой области сопровождается увеличением количества перегибов всей аппроксимирующей функции. Поэтому полиномиальную аппроксимирующую функцию необходимо ограничивать некоторой областью определения х∈-X…X.
В этом случае для каждого эталонного колеса в память датчика вместо одного параметра, характеризующего аппроксимирующую функцию, заносят вычисленную по нормированным статическим характеристикам взаимодействия эталонных колес с зоной детектирования датчика совокупность характеризующих параметров
ф
Если в качестве критерия аппроксимации выбрана минимальная сумма абсолютных отклонений F(x) от F(x), тогда функция критерия аппроксимации R(σ) будет иметь следующий вид:
Если существует такая совокупность параметров , для которой  тогда по таблице соответствия, хранимой в памяти датчика, определяют соответствующий диаметр колеса D рельсового транспортного средства.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность определения диаметра колеса рельсового транспортного средства, в том числе при смещении реборды колеса относительно боковой поверхности головки рельса и при различной степени износа колеса рельсового транспортного средства.