论文部分内容阅读
深圳市地铁集团有限公司运营总部
为加强对牵引电机速度传感器的维护，本文以牵引电机速度传感器的工作原理、故障影响等方面，对牵引电机速度传感器进行浅析。
一、牵引电机速度传感器工作原理
牵引电机速度传感器为非接触性装配，与传感器探头配合的是装在齿轮箱内的牙轮，牙轮模数（轮径/牙数）为2，如图1所示。根据磁感应原理，牙轮随车轴转动，速度传感器通过监控来自非接触式磁性材料的出现和消失，探测牙数形成脉冲信号，并将信号通过一个内置的放大器放大，用两个单独的方波脉冲串传输。
速度传感器传送两个信道，一个主要信道，一个是辅助信道，后一个相位滞后90°。此特点用于车辆中以确定车辆的方向。也就是说，脉冲频率与车轮的速度成比例。速度传感器将脉冲信号发送到牵引逆变模块的DCU板，DCU基于脉冲信号计算出该轴的速度，此信号DCU也会传送到VTCU。
图1 传感器装配示意图
二、牵引电机速度传感器的作用
速度传感器的直接作用是监控车轮轴速度。测量每个轴的轴速，并且计算平均轴速和所有轴的线速，计算基于车轮直径和齿轮速比。DCU/M 通过MVB 向列车控制单元提供轴速，列车控制单元计算列车实际速度。列车实际速度回传给所有的DCU/M，并且进一步用于空转和滑动控制和车轮直径校准。
列车速度是基于主控端3辆车EBCU的速度、主控端B车的4个牵引电机速度传感器采集的速度和主控端C车的4个牵引电机速度传感器采集的速度计算出一个列车速度作为列车的最终速度。在牵引期间，VTCU将采集这些信号中最慢的速度，在制动或打滑期间，VTCU将采取这些信号中最快的速度（即使车轮打滑时也可以获得正确的速度信号）。VTCU计算出的速度信号将作为DCU和AUX的参考信号。
根据试车线测试及试验数据分析，如下表所示：
序号 列车
状态 速度信号数据比较 最终速度 具体
数据
1 牵引 牵引电机速度传感器大于EBCU速度传感器 与最小速度（EBCU采集）
相接近 图3
2 制动 牵引电机速度传感器小于EBCU速度传感器 与最大速度（EBCU采集）
相一致 图4
图2 牵引情况下速度选取
图3 制动状态下速度选取
根据实际测试数据表明，EBCU提供的速度相对于牵引电机速度传感器具有滞后性，在VTCU设定的最终速度计算公式下，VTCU计算出的最终速度往往更接近与EBCU提供的速度数据。
三、牽引电机速度传感器故障的影响
为进一步确认牵引电机速度传感器故障的影响，我们在试车线进行了试验：
首先将试验列车主控端B车轴1的牵引电机速度传感器连接插拆下，静止情况下列车不会报故障，在列车启动时，MMI上报该轴速度传感器故障，但不影响列车功能。列车运行几个来回无异常后，再拆下B车3轴的速度传感器，列车启动时报了一次空转滑行。
分析此过程的数据发现，速度传感器在静态被卸下时，系统未检测到故障，速度传感器的读取值为0。在列车启动3秒后，该读取值仍为0，当其他轴的速度已略大于5km/h（但未对参考速度产生影响），系统判断该节车轴速相差过大，出现空转/滑行。就在同一时刻速度传感器的监测值变为了-32767，从有效变成了无效，如图4所示。在后续的运行过程中，列车牵引制动功能正常。
图4 故障速度传感器时列车启动的情况
上面所描述的是牵引电机速度传感器连接插松脱的故障情况。另外一种情况是，速度传感器监控的速度值不稳定，但不超过正常范围（仍然被系统认为有效）。我们在试验列车试装4个牵引电机速度传感器后，该试验列车7天内报了51次空转滑行严重故障，更换速度传感器后恢复正常水平，后续又将原先试装的4个速度传感器再次装回试验列车，但未出现空转/滑行故障。因此我们推测首次所装的速度传感器可能在安装时未擦拭干净或者是在装的时候不小心碰到了牵引电机表面的油污（已多次检查安装紧固，排除此方面的原因）。
综上，我们可以认为，1. VTCU判断速度传感器从有效到无效需要一个过程，一旦该速度传感器被判故障后，速度传感器器的监测值超出范围，VTCU判定速度传感器故障后就会将其隔离。即列车会忽略该值，因此不会对列车牵引/制动功能产生影响。2.速度传感器监测值不准但未超出范围时仍然会被系统所采用，导致系统会出现误判情况，如出现空转滑行故障。
四、牵引电机速度传感器故障统计及原因分析
近年来牵引电机速度传感器故障数据，如下表所示：
年份 故障次数 故障率
2014 9 2.6%
2013 4 1.1%
2012 28 8.0%
2011 14 4.0%
为加强对牵引电机速度传感器的维护，本文以牵引电机速度传感器的工作原理、故障影响等方面，对牵引电机速度传感器进行浅析。
一、牵引电机速度传感器工作原理
牵引电机速度传感器为非接触性装配，与传感器探头配合的是装在齿轮箱内的牙轮，牙轮模数（轮径/牙数）为2，如图1所示。根据磁感应原理，牙轮随车轴转动，速度传感器通过监控来自非接触式磁性材料的出现和消失，探测牙数形成脉冲信号，并将信号通过一个内置的放大器放大，用两个单独的方波脉冲串传输。
速度传感器传送两个信道，一个主要信道，一个是辅助信道，后一个相位滞后90°。此特点用于车辆中以确定车辆的方向。也就是说，脉冲频率与车轮的速度成比例。速度传感器将脉冲信号发送到牵引逆变模块的DCU板，DCU基于脉冲信号计算出该轴的速度，此信号DCU也会传送到VTCU。
图1 传感器装配示意图
二、牵引电机速度传感器的作用
速度传感器的直接作用是监控车轮轴速度。测量每个轴的轴速，并且计算平均轴速和所有轴的线速，计算基于车轮直径和齿轮速比。DCU/M 通过MVB 向列车控制单元提供轴速，列车控制单元计算列车实际速度。列车实际速度回传给所有的DCU/M，并且进一步用于空转和滑动控制和车轮直径校准。
列车速度是基于主控端3辆车EBCU的速度、主控端B车的4个牵引电机速度传感器采集的速度和主控端C车的4个牵引电机速度传感器采集的速度计算出一个列车速度作为列车的最终速度。在牵引期间，VTCU将采集这些信号中最慢的速度，在制动或打滑期间，VTCU将采取这些信号中最快的速度（即使车轮打滑时也可以获得正确的速度信号）。VTCU计算出的速度信号将作为DCU和AUX的参考信号。
根据试车线测试及试验数据分析，如下表所示：
序号 列车
状态 速度信号数据比较 最终速度 具体
数据
1 牵引 牵引电机速度传感器大于EBCU速度传感器 与最小速度（EBCU采集）
相接近 图3
2 制动 牵引电机速度传感器小于EBCU速度传感器 与最大速度（EBCU采集）
相一致 图4
图2 牵引情况下速度选取
图3 制动状态下速度选取
根据实际测试数据表明，EBCU提供的速度相对于牵引电机速度传感器具有滞后性，在VTCU设定的最终速度计算公式下，VTCU计算出的最终速度往往更接近与EBCU提供的速度数据。
三、牽引电机速度传感器故障的影响
为进一步确认牵引电机速度传感器故障的影响，我们在试车线进行了试验：
首先将试验列车主控端B车轴1的牵引电机速度传感器连接插拆下，静止情况下列车不会报故障，在列车启动时，MMI上报该轴速度传感器故障，但不影响列车功能。列车运行几个来回无异常后，再拆下B车3轴的速度传感器，列车启动时报了一次空转滑行。
分析此过程的数据发现，速度传感器在静态被卸下时，系统未检测到故障，速度传感器的读取值为0。在列车启动3秒后，该读取值仍为0，当其他轴的速度已略大于5km/h（但未对参考速度产生影响），系统判断该节车轴速相差过大，出现空转/滑行。就在同一时刻速度传感器的监测值变为了-32767，从有效变成了无效，如图4所示。在后续的运行过程中，列车牵引制动功能正常。
图4 故障速度传感器时列车启动的情况
上面所描述的是牵引电机速度传感器连接插松脱的故障情况。另外一种情况是，速度传感器监控的速度值不稳定，但不超过正常范围（仍然被系统认为有效）。我们在试验列车试装4个牵引电机速度传感器后，该试验列车7天内报了51次空转滑行严重故障，更换速度传感器后恢复正常水平，后续又将原先试装的4个速度传感器再次装回试验列车，但未出现空转/滑行故障。因此我们推测首次所装的速度传感器可能在安装时未擦拭干净或者是在装的时候不小心碰到了牵引电机表面的油污（已多次检查安装紧固，排除此方面的原因）。
综上，我们可以认为，1. VTCU判断速度传感器从有效到无效需要一个过程，一旦该速度传感器被判故障后，速度传感器器的监测值超出范围，VTCU判定速度传感器故障后就会将其隔离。即列车会忽略该值，因此不会对列车牵引/制动功能产生影响。2.速度传感器监测值不准但未超出范围时仍然会被系统所采用，导致系统会出现误判情况，如出现空转滑行故障。
四、牵引电机速度传感器故障统计及原因分析
近年来牵引电机速度传感器故障数据，如下表所示：
年份 故障次数 故障率
2014 9 2.6%
2013 4 1.1%
2012 28 8.0%
2011 14 4.0%