一种货运列车运行平稳度监测系统的制作方法

1.本发明涉及货运列车状态监测技术领域，尤其涉及货运列车运行平稳度的监测。

背景技术：

2.铁路货运列车一般由机车和若干车辆通过车钩缓冲装置(简称钩缓装置)连接而成。货运列车采用机车牵引，动力集中，列车启动、加速过程动力传递复杂；货运列车车辆制动力离散，主要采用空气闸瓦制动，制动执行延时时间长，制动指令和生效时间不一致；货运列车一般采用非密接式车钩，车钩间连接轮廓的自由间隙大，运行过程中纵向力和冲击力大，严重时可导致车钩断钩；货运列车车辆类型多、非固定编组，空车时的质量与重车时差别大，空重车混编加剧了车辆间的冲击力，易产生空车“抬挤”效应，严重时可导致车辆脱轨。尤其是近些年铁路货运列车的牵引质量、编组长度、运行速度不断增长，车辆间纵向冲动也急剧增大，过大的列车纵向冲动加剧了车钩断裂、甚至造成车辆被挤压脱轨的风险。有效地监测列车纵向冲动，实现货运列车平稳运行，是货运列车优化操纵、辅助驾驶和自动驾驶首要解决的问题。
3.目前，货运列车的平稳运行主要依赖有经验司机的驾驶操纵，而客运列车通常采用“木棒检测法”定性考核评价司机驾驶操纵的平稳度，后期也发展出利用加速度计进行客运列车运行平稳度检测的技术。然而，“木棒检测法”及其相关技术无法用于货运列车，以提供反映列车平稳度的检测参数，也无法满足货运列车平稳操纵考核和自动驾驶的需求。
4.专利文献cn111497900a采用加速度的变化率反映车辆运行过程中的平稳性，然而其检测的是某一节车厢的加速度变化率，只能反映一节车厢的运动状态，并不能反映相邻两节车厢之间的相互作用，也不能反映加速度变化的主要因素和所处阶段。专利文献cn112597665a的其中一个实施例通过检测车钩力反映车钩状态，另一实施例通过检测车钩缓冲器位移反映车钩状态，该专利文献只是采用单一的变量(要么是车钩力、要么是车钩缓冲器位移)反映相邻两节车厢之间的相互作用，没有综合考虑反映相邻两节车厢之间相互作用的变量之间的关系，且检测的车钩力和车钩缓冲器位移都是瞬时值，其只能反映某一时刻车辆的状态。然而，车辆在运行中的状态是一个不断变化的过程，从不平稳状态过渡到平稳状态需要一定的时间，上述专利文献既没有综合考虑反映相邻两节车厢之间相互作用的变量之间的关系，也没有考虑不平稳状态或平稳状态中的时间因素。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种货运列车运行平稳度监测系统及方法，有效地监测货运列车在运行过程中的纵向冲动，避免出现车钩断钩或车辆脱轨的事故，并为货运列车自动驾驶控制提供平稳度依据。
6.本发明提供一种货运列车运行平稳度监测系统，包括沿车辆分布设置的多个平稳运行监测装置，每一所述平稳运行监测装置包括车间相对加速度监测模块、车间相对位移监测模块、车钩自由间隙状态监测模块、平稳度计算单元、数据有效性判断单元和时钟模
块；
7.所述车间相对加速度监测模块用于确定相邻两节车厢之间的相对加速度δa，所述车间相对位移监测模块用于检测相邻两节车厢之间的相对位移δl，所述车钩自由间隙状态监测模块用于判定车钩自由间隙状态c；
8.所述相对加速度δa、相对位移δl被传输给所述平稳度计算单元；
9.所述时钟模块用于保证δa、δl数据在时间上的同步性；
10.所述数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，并在所述平稳度计算单元开始计算之前，先对δa、δl数据的有效性进行判断，若数据有效，则发送给所述平稳度计算单元进行计算；若数据无效，则不发送给所述平稳度计算单元，且根据无效的情形选择将数据删除或直接给出列车运行不平稳的信号；
11.所述平稳度计算单元将接收到的离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，并计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到平稳度s，所述平稳度s是不平稳状态耗散能量的表征。
12.本发明的技术优势如下：本发明通过多个平稳运行监测装置对货运列车编组中的多点进行监测，获取相邻两节车厢之间的相对加速度δa、相邻两节车厢之间的相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，并通过计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到平稳度s，为货运列车运行的平稳性提供了评价指标，该评价指标是货运列车自动驾驶平稳控制算法的基础。平稳度s不再是一个瞬态监测值，其考虑了不平稳状态或平稳状态中的时间因素，同时也综合考虑了反映相邻两节车厢之间相互作用的变量(即δa和δl)之间的关系，克服了现有技术缺乏针对货运列车运行平稳度的综合监测、没有考虑反映相邻两节车厢之间相互作用的变量之间的关系以及不平稳状态或平稳状态中的时间因素的缺陷。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的图。
14.图1为本发明实施例提供的货运列车自动驾驶控制系统的组成结构图；
15.图2为本发明实施例提供的平稳运行监测装置的结构框图；
16.图3为车间相对加速度监测模块的一个实施例；
17.图4为车间相对位移监测模块的一个实施例；
18.图5为车钩自由间隙状态监测模块的一个实施例；
19.图6为车钩缓冲装置的模型示意图；
20.图7(a)为车钩间隙的初始状态为自由状态时牵引工况下δa-δl曲线的示意图；
21.图7(b)为车钩间隙的初始状态为压钩时牵引工况下δa-δl曲线的示意图；
22.图7(c)为车钩间隙的初始状态为拉钩时牵引工况下δa-δl曲线的示意图；
23.图8(a)为车钩间隙的初始状态为自由状态时制动工况下δa-δl曲线的示意图；
24.图8(b)为车钩间隙的初始状态为压钩时制动工况下δa-δl曲线的示意图；
25.图8(c)为车钩间隙的初始状态为拉钩时制动工况下δa-δl曲线的示意图；
26.图9为本发明实施例提供的货运列车运行平稳度监测方法流程图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
28.本发明的货运列车运行平稳度监测系统包括沿车辆分布设置的多个平稳运行监测装置(即平稳运行监测装置1、平稳运行监测装置2、
……
平稳运行监测装置n)，根据本发明的一个实施例，所述平稳运行监测装置至少包括3个，分别设置在头部机车与车辆的连接处、列车编组的中部以及尾部，因为这三个位置是列车在牵引、制动、制动缓解、上坡、下坡工况下最能反映列车运行平稳性的地方。所述货运列车运行平稳度监测系统可应用于货运列车自动驾驶控制系统，如图1所示，所述货运列车自动驾驶控制系统还包括一般安装于列车头部机车的列车自动驾驶主控单元，该主控单元通过广域无线物联网与所述多个平稳运行监测装置进行通信。优选地，所述广域无线物联网为lora或nb-iot。
29.图2为本发明实施例提供的平稳运行监测装置的结构框图。如图2所示，每一平稳运行监测装置包括车间相对加速度监测模块、车间相对位移监测模块、车钩自由间隙状态监测模块、平稳度计算单元、数据有效性判断单元和时钟模块。
30.所述车间相对加速度监测模块用于确定相邻两节车厢之间的相对加速度δa。根据本发明的一种实施方式，如图3所示，所述车间相对加速度监测模块包括在相邻两节车厢上分别设置的加速度计，其中一节车厢的监测模块作为主机，另一节车厢的监测模块作为从机，从机的加速度计将其检测的加速度数据通过蓝牙通信传输给主机，主机和从机保持时钟同步，主机依据其自身的加速度计检测的数据以及从机传输获得的数据计算相邻两节车厢之间的相对加速度δa。
31.所述车间相对位移监测模块用于检测相邻两节车厢之间的相对位移δl。根据本发明的一种实施方式，如图4所示，车间相对位移监测模块采用测距装置测量相邻两节车厢之间的距离l，用该距离l减去相邻两节车厢之间的正常距离即可得到所述相对位移δl。所述相邻两节车厢之间的正常距离是指车钩间隙处在自由状态、车钩缓冲器既没有拉伸也没有压缩时相邻两节车厢之间的距离。
32.如图5所示，所述车钩自由间隙状态监测模块包括摄像单元、自由间隙状态判定单元，所述摄像单元用于对车钩连接部位进行拍摄，并将拍摄的图像传输给所述自由间隙状态判定单元，所述自由间隙状态判定单元用于对所述图像进行解析，从而判定车钩自由间隙状态c。根据本发明的一个实施例，车钩自由间隙状态分为压钩、拉钩和自由状态。
33.图6为车钩缓冲装置的模型示意图。坐标系上δl轴的原点对应的是车钩间隙处在自由状态、车钩缓冲器既没有拉伸也没有压缩；当车钩间隙处在拉钩状态或车钩缓冲器也开始拉伸时，δl的值为正；当车钩间隙处在压钩状态或车钩缓冲器也开始压缩时，δl的值为负。
34.所述相邻两节车厢之间的相对加速度δa、相邻两节车厢之间的相对位移δl被传输给所述平稳度计算单元，所述平稳度计算单元将接收到的离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，然后计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积(即图7(a)-图7(c)中阴影部分的面积)，从而得到平稳度s。
35.图7(a)-图7(c)分别为车钩间隙的初始状态为自由状态、压钩、拉钩时牵引工况下δa-δl曲线的示意图。需要说明的是，为方便后面的计算，图7(a)-图7(c)将δa随δl的变化趋势简化成直线段，这仅起到示意的作用，实验中δa随δl的变化是一条类似双曲线或抛物线的曲线，具体的曲线形式与车钩间隙的大小、车钩缓冲器的特性、牵引力的大小、车辆运行阻力的大小、车辆载重相关。图中δl1为车钩自由间隙值的一半，例如13a型车钩的连挂间隙为11.5mm，则δl1为5.75mm。按车间运动传递简化模型分析，如图7(a)所示，当车钩间隙的初始状态为自由状态时，在牵引工况下的开始阶段，只有前一节车厢受到牵引力，其加速度随牵引力的增大而增大，而后一节车厢不受牵引力，其加速度为零，因此在这一阶段相邻两节车厢之间的相对加速度δa迅速增大，直至δl增大到δl1点，此时δa达到最大值。在δl1点相邻两节车厢的车钩开始接触，即将转变为拉钩状态，一旦转变为拉钩状态，并且随着之后缓冲器也开始拉伸，后一节车厢也开始受到拉力，其加速度从零开始增大，而前一节车厢受到后一节车厢的反作用力，取决于前一节车厢受到的牵引力的变化情况，作用在前一节车厢上的合力可能继续增大但增大的趋势减缓，也可能减小，但不管怎样，相邻两节车厢之间的相对加速度δa逐渐开始呈下降趋势，直至δl2点，在δl2点缓冲器达到拉伸平衡状态，此时相邻两节车厢之间的作用力与反作用力成为一对内力，相邻两节车厢达到同步运动的状态，它们之间的相对加速度δa下降到零。同理，图7(b)、图7(c)分别为车钩间隙的初始状态为压钩、拉钩时牵引工况下δa-δl曲线。
36.在图7(a)-图7(c)的δa-δl曲线中，δa为零、缓冲器达到拉伸平衡状态时表示车辆间处于稳定的状态，车辆间的纵向冲动为零，因此图7(a)-图7(c)的δa-δl曲线描述了牵引工况下车辆间由不平稳状态过渡到平稳状态的过程。由于δa与作用力相关，δl为相邻两节车厢之间的相对位移，因此平稳度s表征了车辆间由不平稳状态过渡到平稳状态所耗散的能量，该能量越大，表明不平稳状态越严重；反之亦然。由于平稳度s是不平稳状态耗散能量的表征，因此s不再是一个瞬态监测值，s考虑了不平稳状态或平稳状态中的时间因素。此外，将s定义成δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，综合考虑了反映相邻两节车厢之间相互作用的变量(即δa和δl)之间的关系。
37.当所述货运列车运行平稳度监测系统应用于货运列车自动驾驶控制系统时，所述多个平稳运行监测装置通过广域无线物联网将平稳度s发送给所述列车自动驾驶主控单元，所述列车自动驾驶主控单元将平稳度s与设定的区间范围进行比较，根据平稳度s分属不同的区间范围判断列车运行平稳性的优劣，其中，平稳度s的值越大，表明列车运行平稳性越差。优选地，所述设定的区间范围分为三个，当平稳度s分属所述三个不同的区间范围时，所述列车自动驾驶主控单元将列车运行平稳性分别判断为“优”、“中”、“差”。
38.由于沿列车设置了多个平稳运行监测装置，每个平稳运行监测装置都能计算出一个平稳度si(i＝1，2，
…
n)。根据本发明的一种实施方式，所述列车自动驾驶主控单元将每个平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
…
n)分别与所述设定的区间范围进行比较；根据本发明的另一种实施方式，所述列车自动驾驶主控单元将每个平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
…
n)进行求和，即计算并将与所述设定的区间范围进行比较。
39.假设图7(a)-图7(c)中阴影部分的面积分别为sa、sb、sc，如果δa1＝δa2＝δa3，
根据三角形面积计算公式可知，则必然有sb》sa》sc，即在相同牵引力的作用下，压钩状态下牵引起动较自由钩或拉钩状态下牵引起动产生的纵向冲动更大，这与实验结果是一致的。如果sa＝sb＝sc，那么δa3》δa1》δa2,也就是说，为保证列车在牵引工况下的平稳性，拉钩状态下牵引起动较自由钩或压钩状态下牵引起动可施加的牵引力更大，这与实验结果也是一致的。
40.图8(a)-图8(c)分别为车钩间隙的初始状态为自由状态、压钩、拉钩时制动工况下δa-δl曲线的示意图，对其的分析与图7(a)-图7(c)类似，因此不再赘述。
41.为保证车间相对加速度监测模块计算的相对加速度δa的正确性以及δa-δl曲线的正确性，车间相对加速度监测模块采集的相邻两节车厢的加速度数据、车间相对位移监测模块测量的相邻两节车厢之间的距离数据必须具备时间上的同步性，这对于实现本发明的技术方案是至关重要的。为此，在平稳运行监测装置所在的相邻两节车厢上设置时钟模块。所述主机的加速度计与所述测距装置设置在同一节车厢上，它们共用该节车厢上的时钟模块，从机的加速度计使用设置在另一节车厢上的时钟模块。从机的加速度计通过蓝牙通信传输给主机的加速度数据具有时间戳，主机将其自身的加速度数据具备的时间戳与从机的时间戳进行比对，如果时间戳相同，主机才认为采集的相邻两节车厢的加速度数据具备时间上的同步性，才计算相邻两节车厢之间的相对加速度δa。由此，所述车间相对加速度监测模块发送的δa数据具备时间戳(与主机、从机的加速度数据的时间戳相同)，所述车间相对位移监测模块发送的δl数据也具备时间戳(与测距装置测量的距离数据l的时间戳相同)。
42.如前所述，如果δa和δl不具备时间上的同步性(即时间戳不一致)，则无法保证δa-δl曲线的正确性；此外，由图7(a)-图7(c)和图8(a)-图8(c)可看出，牵引和制动工况下，在车钩间隙分别为自由状态、压钩、拉钩时，δa和δl都有各自的取值范围，如果δa和δl偏离所述取值范围过大，说明数据的采样出现错误或车辆出现严重的不平稳状态，该严重的不平稳状态导致再计算平稳度s已经没有意义。因此，在平稳度计算单元开始计算之前，首先要进行数据有效性的判断，该判断由所述数据有效性判断单元执行。
43.所述数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，并在所述平稳度计算单元开始计算平稳度s之前，先对δa、δl数据的有效性进行判断，若数据有效，则将δa、δl发送给所述平稳度计算单元进行计算；若数据无效，则不发送给所述平稳度计算单元，且根据无效的情形选择将数据删除或直接给出列车运行不平稳的信号。
44.所述数据有效性判断具体包括以下几个判断条件：
45.(1)比对接收到的δa和δl的时间戳是否一致，如果是，表明该组δa和δl具有时间上的同步性。
46.(2)判断|δl|是否小于等于δlmax，其中δlmax为缓冲器的行程，如果是，表明缓冲器仍可以自由拉伸或压缩，如果否，表明出现了拉断钩或压死钩的状况，拉断钩和压死钩都属于所述严重的不平稳状态。
47.(3)如果车钩间隙处于自由状态，判断|δa|是否小于等于阈值th1；如果车钩处于拉钩状态且目前是牵引工况，判断|δa|是否小于等于阈值th2；如果车钩处于拉钩状态且目前是制动工况，判断|δa|是否小于等于ζ，ζ是一个接近零的数值；如果车钩处于压钩状
态且目前是牵引工况，判断|δa|是否小于等于ζ，ζ是一个接近零的数值；如果车钩处于压钩状态且目前是制动工况，判断|δa|是否小于等于阈值th3；其中th1《th2且th1《th3，th2和th3可分别依据车钩能承受的最大拉钩力和最大压钩力来设定。
48.当上述判断条件(1)-(3)的判断结果均为“是”时，所述数据有效性判断单元将δa和δl判定为有效数据，并发送给所述平稳度计算单元进行计算；当只有上述条件(1)的判断结果为“否”时，所述数据有效性判断单元将δa、δl作为无效数据删除；当上述条件(2)、(3)中至少之一的判断结果为“否”时，所述数据有效性判断单元直接给出列车运行不平稳的信号。
49.当所述货运列车运行平稳度监测系统应用于货运列车自动驾驶控制系统时，所述数据有效性判断单元给出的列车运行不平稳信号被通过广域无线物联网发送给所述列车自动驾驶主控单元，列车自动驾驶主控单元直接将列车运行平稳性判断为“差”。
50.所述列车自动驾驶主控单元也包括时钟模块，该时钟模块通过广域无线物联网与车厢上的时钟模块进行通信，将时间同步信息传输至车厢上的时钟模块，使得所有车厢上的时钟模块与列车自动驾驶主控单元中的时钟模块的时间信息是一致的。
51.本发明还提供了一种货运列车运行平稳度监测方法，采用所述平稳度监测系统来实现。如图9所示，所述监测方法包括：沿车辆分布设置多个平稳运行监测装置，每一所述平稳运行监测装置中的车间相对加速度监测模块、车间相对位移监测模块、车钩自由间隙状态监测模块分别监测相邻两节车厢之间的相对加速度δa、相邻两节车厢之间的相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，所述平稳运行监测装置中的平稳度计算单元将离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，并计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到平稳度s。
52.所述平稳运行监测装置中的数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，并在所述平稳度计算单元开始计算之前，先对δa、δl数据的有效性进行判断，若数据有效，则发送给所述平稳度计算单元进行计算；若数据无效，则不发送给所述平稳度计算单元，且根据无效的情形选择将数据删除或直接给出列车运行不平稳的信号。
53.所述平稳运行监测装置中的时钟模块用于保证δa、δl数据在时间上的同步性。
54.本发明还提供了一种货运列车自动驾驶控制方法，采用所述货运列车自动驾驶控制系统来实现。所述控制方法包括：列车自动驾驶主控单元通过广域无线物联网与所述多个平稳运行监测装置进行通信，接收所述多个平稳运行监测装置发送的平稳度s，将平稳度s与设定的区间范围进行比较，根据平稳度s分属不同的区间范围判断列车运行平稳性的优劣。
55.优选地，所述设定的区间范围分为三个，当平稳度s分属所述三个不同的区间范围时，所述列车自动驾驶主控单元将列车运行平稳性分别判断为“优”、“中”、“差”。
56.根据本发明的一种实施方式，所述列车自动驾驶主控单元将每个平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
…
n)分别与所述设定的区间范围进行比较；根据本发明的另一种实施方式，所述列车自动驾驶主控单元将每个平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
…
n)进行求和，即计算并将与所述设定的区间范围进行比较。
57.所述列车自动驾驶主控单元中的时钟模块通过广域无线物联网与车厢上的时钟模块进行通信，将时间同步信息传输至车厢上的时钟模块，使得所有车厢上的时钟模块与列车自动驾驶主控单元中的时钟模块的时间信息是一致的。
58.由上述技术方案可看出，本发明通过多个平稳运行监测装置对货运列车编组中的多点进行监测，获取相邻两节车厢之间的相对加速度δa、相邻两节车厢之间的相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，通过计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到平稳度s。si是对货运列车运行平稳度的单点综合评估，是对货运列车运行平稳度的多点综合评估，它们为货运列车运行的平稳性提供了评价指标，该评价指标是货运列车自动驾驶平稳控制算法的基础。平稳度s不再是一个瞬态监测值，其考虑了不平稳状态或平稳状态中的时间因素，同时也综合考虑了反映相邻两节车厢之间相互作用的变量(即δa和δl)之间的关系，克服了现有技术缺乏针对货运列车运行平稳度的综合监测、没有考虑反映相邻两节车厢之间相互作用的变量之间的关系以及不平稳状态或平稳状态中的时间因素的缺陷。
59.上述实施例是提供给熟悉本领域的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明构思的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，这些修改或变化均落入本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种货运列车运行平稳度监测系统，包括沿车辆分布设置的多个平稳运行监测装置，每一所述平稳运行监测装置包括车间相对加速度监测模块、车间相对位移监测模块、车钩自由间隙状态监测模块、平稳度计算单元、数据有效性判断单元和时钟模块；所述车间相对加速度监测模块用于确定相邻两节车厢之间的相对加速度δa，所述车间相对位移监测模块用于检测相邻两节车厢之间的相对位移δl，所述车钩自由间隙状态监测模块用于判定车钩自由间隙状态c；所述相对加速度δa、相对位移δl被传输给所述平稳度计算单元；所述时钟模块用于保证δa、δl数据在时间上的同步性；所述数据有效性判断单元接收所述相对加速度δa、相对位移δl以及车钩自由间隙状态c，并在所述平稳度计算单元开始计算之前，先对δa、δl数据的有效性进行判断，若数据有效，则发送给所述平稳度计算单元进行计算；若数据无效，则不发送给所述平稳度计算单元，且根据无效的情形选择将数据删除或直接给出列车运行不平稳的信号；所述平稳度计算单元将接收到的离散的δa、δl数据进行曲线拟合，得到δa-δl曲线，并计算δa-δl曲线与δl坐标轴围成的图形的面积，从而得到平稳度s，所述平稳度s是不平稳状态耗散能量的表征。2.根据权利要求1所述的货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，所述车间相对加速度监测模块包括在相邻两节车厢上分别设置的加速度计，其中一节车厢的监测模块作为主机，另一节车厢的监测模块作为从机，从机的加速度计将其检测的加速度数据通过蓝牙通信传输给主机，主机和从机保持时钟同步，主机依据其自身的加速度计检测的数据以及从机传输获得的数据，计算相邻两节车厢之间的相对加速度δa。3.根据权利要求2所述的货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，所述车间相对位移监测模块采用测距装置测量相邻两节车厢之间的距离l，用该距离l减去相邻两节车厢之间的正常距离，即可得到所述相对位移δl；所述相邻两节车厢之间的正常距离是指车钩间隙处在自由状态、车钩缓冲器既没有拉伸也没有压缩时相邻两节车厢之间的距离；所述车钩自由间隙状态监测模块包括摄像单元、自由间隙状态判定单元，所述摄像单元用于对车钩连接部位进行拍摄，并将拍摄的图像传输给所述自由间隙状态判定单元，所述自由间隙状态判定单元用于对所述图像进行解析，从而判定车钩自由间隙状态c；所述车钩自由间隙状态分为压钩、拉钩和自由状态。4.根据权利要求3所述的货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，每一所述平稳运行监测装置的所述时钟模块包括在所述相邻两节车厢上设置的时钟模块；主机的加速度计与所述测距装置设置在同一节车厢上，共用该节车厢上的时钟模块，从机的加速度计使用设置在另一节车厢上的时钟模块；从机的加速度计通过蓝牙通信传输给主机的加速度数据具有时间戳，主机将其自身的加速度数据具备的时间戳与从机的时间戳进行比对，如果时间戳相同，主机才计算相邻两节车厢之间的相对加速度δa；车间相对加速度监测模块发送的δa数据以及车间相对位移监测模块发送的δl数据均具备时间戳。5.根据权利要求4所述的货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，所述数据有效性
判断单元进行数据有效性判断的条件包括：(1)比对δa和δl的时间戳是否一致；(2)判断|δl|是否小于等于δlmax，其中δlmax为缓冲器的行程；(3)如果车钩间隙处于自由状态，判断|δa|是否小于等于阈值th1；如果车钩处于拉钩状态且目前是牵引工况，判断|δa|是否小于等于阈值th2；如果车钩处于拉钩状态且目前是制动工况，判断|δa|是否小于等于ζ，ζ是一个接近零的数值；如果车钩处于压钩状态且目前是牵引工况，判断|δa|是否小于等于ζ；如果车钩处于压钩状态且目前是制动工况，判断|δa|是否小于等于阈值th3；其中th1<th2且th1<th3；当上述判断条件(1)-(3)的判断结果均为“是”时，所述数据有效性判断单元将δa和δl判定为有效数据，并发送给所述平稳度计算单元进行计算；当只有上述条件(1)的判断结果为“否”时，所述数据有效性判断单元将δa、δl作为无效数据删除；当上述条件(2)、(3)中至少之一的判断结果为“否”时，所述数据有效性判断单元直接给出列车运行不平稳的信号。6.根据权利要求1所述的货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，所述平稳运行监测装置至少包括3个，分别设置在头部机车与车辆的连接处、列车编组的中部以及尾部。7.一种货运列车自动驾驶控制系统，包括安装于列车头部机车的列车自动驾驶主控单元和如权利要求1所述货运列车运行平稳度监测系统，其特征在于，所述列车自动驾驶主控单元通过广域无线物联网与所述多个平稳运行监测装置进行通信，接收所述多个平稳运行监测装置发送的平稳度s；所述列车自动驾驶主控单元将平稳度s与设定的区间范围进行比较，根据平稳度s分属不同的区间范围判断列车运行平稳性的优劣，平稳度s的值越大，表明列车运行平稳性越差；所述设定的区间范围分为三个，当平稳度s分属所述三个不同的区间范围时，所述列车自动驾驶主控单元将列车运行平稳性分别判断为“优”、“中”、“差”。8.根据权利要求7所述的货运列车自动驾驶控制系统，其特征在于，所述列车自动驾驶主控单元将每个所述平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
…
n)分别与所述设定的区间范围进行比较。9.根据权利要求7所述的货运列车自动驾驶控制系统，其特征在于，所述列车自动驾驶主控单元将每个平稳运行监测装置传来的平稳度si(i＝1，2，
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n)进行求和，即计算并将与所述设定的区间范围进行比较。10.根据权利要求7所述的货运列车自动驾驶控制系统，其特征在于，所述列车自动驾驶主控单元也包括时钟模块，该时钟模块通过广域无线物联网与车厢上的时钟模块进行通信，将时间同步信息传输至车厢上的时钟模块，使得所有车厢上的时钟模块与列车自动驾驶主控单元中的时钟模块的时间信息是一致的。

技术总结

本发明的货运列车运行平稳度监测系统，包括沿车辆分布设置的多个平稳运行监测装置，每一所述平稳运行监测装置的车间相对加速度监测模块用于确定相邻两节车厢之间的相对加速度Δa，车间相对位移监测模块用于检测相邻两节车厢之间的相对位移ΔL，车钩自由间隙状态监测模块用于判定车钩自由间隙状态C；时钟模块用于保证Δa、ΔL数据在时间上的同步性；平稳度计算单元将接收到的离散的Δa、ΔL数据进行曲线拟合，从而得到平稳度S。本发明的技术优势如下：通过多个平稳运行监测装置对货运列车编组中的多点进行监测，得到平稳度S，为货运列车运行的平稳性提供了评价指标，该评价指标是货运列车自动驾驶平稳控制算法的基础。货运列车自动驾驶平稳控制算法的基础。货运列车自动驾驶平稳控制算法的基础。