劉俊坤 何萬順

摘 要：?jiǎn)诬壛熊囁捷啛o線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置是用一套電子測(cè)量設(shè)備取代了原有的憑經(jīng)驗(yàn)判斷或者用機(jī)械式氣壓表測(cè)量輪胎氣壓的裝置。重慶市單軌列車采用橡膠輪胎與軌道接觸，水平輪用來保證單軌列車的平衡及引導(dǎo)行車方向，因此輪胎的氣壓正常與否關(guān)系著行車安全。一套既可以準(zhǔn)確測(cè)量輪胎的內(nèi)壓又有很好實(shí)時(shí)性的裝置—單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置就應(yīng)運(yùn)而生。本文對(duì)單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置的原理、功能特點(diǎn)、可推廣性進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：無線；單軌列車；內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置；水平輪

重慶采用的跨坐式單軌技術(shù)來源于日本，其主要特點(diǎn)是采用單根軌道支撐、穩(wěn)定和導(dǎo)向。車輛的轉(zhuǎn)向架裝有走行輪和水平輪兩種充氣橡膠輪胎，水平輪的作用是平衡列車過彎的向心力，穩(wěn)定轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行，是單軌列車運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，在日常檢修時(shí)水平輪的內(nèi)壓需要進(jìn)行檢查以確保其運(yùn)行的穩(wěn)定安全，如果采用一套實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)壓的系統(tǒng)將大大減少人工操作，提高效率，同時(shí)對(duì)其運(yùn)行的實(shí)時(shí)胎壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)也能更好的保證單軌列車的運(yùn)行安全。基于安全與效率的考慮，研究和推廣無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置在單軌水平輪上的應(yīng)用是非常必要的。

1 單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置的原理

單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置是針對(duì)軌道交通單軌車輛設(shè)計(jì)開發(fā)的一套輪胎內(nèi)壓在線實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由發(fā)射器、中繼器、車載顯示器組成。由安裝在輪胎的氣門嘴上的發(fā)射器自動(dòng)檢測(cè)輪胎內(nèi)的內(nèi)壓、溫度以及發(fā)射器內(nèi)電池電壓等參數(shù)，通過無線信號(hào)傳輸?shù)桨惭b在車上的中繼器。中繼器自動(dòng)接收數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行處理分析，正常時(shí)每?jī)煞昼娹D(zhuǎn)發(fā)一次處理后的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)接收到有漏氣等異常狀況信息時(shí)，立即轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，安裝在駕駛室內(nèi)的車載顯示器實(shí)時(shí)接收中繼器發(fā)來的數(shù)據(jù)信息并直觀地顯示出來，與此同時(shí)車載顯示器通過GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將檢測(cè)數(shù)據(jù)以及相關(guān)信息每隔3分鐘定時(shí)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。網(wǎng)內(nèi)客戶終端通過遠(yuǎn)程服務(wù)器可以實(shí)時(shí)觀察車輛輪胎內(nèi)壓、輪胎溫度以及電池電壓等參數(shù)的變化情況，以便實(shí)時(shí)掌控在線運(yùn)行車輛的每個(gè)車胎運(yùn)行情況，對(duì)超過設(shè)定閾值的參數(shù)將發(fā)出異常報(bào)警提示并記錄存儲(chǔ)，其主要原理圖如下圖所示：

1.1 發(fā)射器的工作原理

發(fā)射器每隔4秒檢測(cè)一次壓力、溫度、電池電壓；胎壓正常時(shí)，每隔兩分鐘發(fā)射兩幀數(shù)據(jù)；胎壓過低時(shí)，每30秒發(fā)射兩幀數(shù)據(jù)；漏氣時(shí)，2分鐘內(nèi)，任何一次監(jiān)測(cè)漏氣累計(jì)超過0.3bar，連續(xù)發(fā)射10幀數(shù)據(jù)。

1.2 中繼器的工作原理

中繼器一旦接收到發(fā)射器的信號(hào)，LED1指示燈就會(huì)跳變（亮滅交替），接收模塊會(huì)對(duì)剛收到的信號(hào)進(jìn)行判斷，如果發(fā)射器的ID號(hào)對(duì)應(yīng)于該中繼器內(nèi)存儲(chǔ)的ID號(hào)某一ID號(hào)，LED2就會(huì)跳變（亮滅交替），存儲(chǔ)該次接收到的數(shù)據(jù)，并分析該次接收到的數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)漏氣，就立即通過串口RS232把數(shù)據(jù)傳給ZIGBEE模塊，ZIGBEE把數(shù)據(jù)上傳給駕駛室的顯示器，如果收到的數(shù)據(jù)正常，接收模塊每隔兩分鐘發(fā)一次數(shù)據(jù)給ZIGBEE模塊，ZIGBEE模塊在把數(shù)據(jù)上傳到顯示器，如果是漏氣，延遲0.8秒立即通過ZIGBEE模塊發(fā)送到顯示器。

1.3 車載顯示器的工作原理

時(shí)刻接收中繼器發(fā)過來的數(shù)據(jù)，收到異常的輪胎數(shù)據(jù)，就馬上報(bào)警，報(bào)警情況有漏氣，低電壓、高溫、信號(hào)異常，監(jiān)視器可以設(shè)置壓力、溫度的報(bào)警閥值。

2 單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置的功能特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)性能

（1）在傳感器的結(jié)構(gòu)方面，采用標(biāo)準(zhǔn)的氣門嘴固定方式，并加深和加長(zhǎng)了螺紋，在與原車氣嘴形成更牢固的結(jié)合關(guān)系，保證產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行中不產(chǎn)生脫落、松懈等現(xiàn)象。

（2）氣門嘴頂氣位置拋棄了原有的塑膠與原車氣芯的接觸方式，采用更先進(jìn)的銅柱頂氣方式，同時(shí)，氣嘴密封位置采用耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕的盯氰膠，且為特定制作，保證了產(chǎn)品感受氣壓時(shí)的通透性，并保證產(chǎn)品在運(yùn)行過程中不產(chǎn)生氣嘴處漏氣的情況。

（3）傳感器PCBA沉入底座腔內(nèi)，在底座腔內(nèi)及PCBA打上樹脂，保證PCBA與底座之間不產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。

（4）耐壓性能方面，使每個(gè)傳感器在20kg的氣壓下，承受氣壓1分鐘，測(cè)量出在此時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生漏氣的產(chǎn)品，以保證出廠的每個(gè)傳感器均能承受高壓，并在高壓?jiǎn)拘巡划a(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。

（5）在成品測(cè)試階段，將傳感器通氣壓20kg的情況下，同時(shí)將傳感器完全浸泡在清水內(nèi)，測(cè)試傳感器的防水性能。

2.2 電氣性能

（1）傳感器功耗。由于傳感器睡眠電流在0.4uA，發(fā)射電流在保證發(fā)射功率輸出的情況下僅7mA，并采用正常氣壓與異常氣壓分開發(fā)射機(jī)制，因此，可保證產(chǎn)品電池壽命在2年以上；同時(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為電池可更換特性，利用專用工具打開產(chǎn)品外殼，可很容易更換電池，且更換時(shí)間不會(huì)超過2分鐘。

（2）高頻性能。傳感器輸出功率5dbm，中繼器接收靈敏度-110dbm，輸出功率10dbm，顯示主機(jī)接收靈敏度-80dbm，保證高頻信號(hào)的可靠性。

（3）抗靜電措施。中繼器和顯示主機(jī)內(nèi)部采用多種防靜電干擾元器件（比如防雷管、磁珠等）同時(shí)內(nèi)部含有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，可保證不會(huì)對(duì)車內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾及破壞。

2.3 功能可靠性能

（1）測(cè)量誤差可靠性措施：采用美國(guó)GE胎壓檢測(cè)專用傳感器進(jìn)行對(duì)輪胎內(nèi)部的氣壓測(cè)量（內(nèi)部集成溫度校正），可保證測(cè)量誤差控制在20kpa以內(nèi)。

（2）人機(jī)界面可靠性措施：人機(jī)界面采用4.3寸TFT256色顯示，對(duì)48個(gè)輪胎氣壓進(jìn)行全方位展示，當(dāng)某個(gè)輪胎出現(xiàn)故障時(shí)，可清晰的指示出對(duì)應(yīng)輪胎的位置以及故障類型；此措施保證司機(jī)能快速、明確的做出相關(guān)預(yù)防措施。

（3）系統(tǒng)本身的自檢功能措施：系統(tǒng)內(nèi)部含有對(duì)自身的自檢措施，可第一時(shí)間通知使用者設(shè)備本身的狀況。

（4）故障記錄特性：系統(tǒng)每2分鐘將所有測(cè)試記錄上傳到服務(wù)器，便于后續(xù)檢查維護(hù)及其他相關(guān)維護(hù)。

3 單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置的可推廣性

整個(gè)系統(tǒng)研發(fā)并測(cè)試合格后，分兩個(gè)階段在重慶軌道三號(hào)線303車進(jìn)行裝車實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)。

第一階段：在303車選擇兩節(jié)車廂安裝該系統(tǒng)試用，在線實(shí)際運(yùn)行兩個(gè)月，驗(yàn)證了無線胎壓系統(tǒng)能否及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)輪胎胎壓實(shí)時(shí)狀況以及發(fā)現(xiàn)胎壓異常時(shí)能否及時(shí)報(bào)警等基本性能，并對(duì)無線胎壓信號(hào)傳輸穩(wěn)定性以及系統(tǒng)各部件工作的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試。

第二階段：進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的基本功能和性能以及工作穩(wěn)定性和可靠性，并且對(duì)在第一階段試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的所有問題和客戶提出的建議完成整改和完善。

經(jīng)過兩個(gè)階段的實(shí)際運(yùn)行，該系統(tǒng)累計(jì)在線實(shí)際運(yùn)行一年多，行駛里程達(dá)16萬余km，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)各個(gè)輪胎的內(nèi)壓、溫度等參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)發(fā)射器松動(dòng)，脫落，漏氣，及中繼器松動(dòng)現(xiàn)象，胎壓檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，漏氣，氣壓低等異常情況能及時(shí)報(bào)警，后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面友好，操作方便，報(bào)警、統(tǒng)計(jì)和分析等功能及時(shí)便捷。

基于以上分析和驗(yàn)證，單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置性能穩(wěn)定性、可靠性基本能滿足單軌列車的使用要求，單軌列車水平輪無線內(nèi)壓監(jiān)測(cè)裝置可進(jìn)入推廣階段。

4 推廣應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的研究方向

（1）除了發(fā)射器到中繼器采用無線通信以外，系統(tǒng)內(nèi)的各部件之間的通信可盡量考慮采用有線連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠度；

（2）中繼器的位置可考慮安裝到列車轉(zhuǎn)向架上，使其可以更好的接受發(fā)射器的信號(hào)；

（3）中繼器傳輸出來的數(shù)據(jù)可考慮直接進(jìn)入列車的TMS（監(jiān)控）系統(tǒng)。

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（作者單位：1.重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司；2.東莞市諾麗電子科技有限公司）