Интегрированные инерциальные технологии динамического мониторинга рельсового пути

На правах рукописи

Боронахин Александр Михайлович ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Специальность: 05.11.03 – Приборы навигации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург – 2013 1

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)» на кафедре «Лазерных измерительных и навигационных систем»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Филатов Юрий Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Петербургского государственного университета путей сообщения Бороненко Юрий Павлович доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Физики и механики» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения Лестев Александр Михайлович доктор технических наук начальник отдела, ученый секретарь ОАО «Концерн „ЦНИИ "Электроприбор» Литманович Юрий Аронович

Ведущая организация:

ООО Научно-производственный комплекс «Электрооптика» (г. Москва)

Защита состоится «25» декабря 2013 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.06 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу:

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5, ауд. 5108.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Учёный секретарь совета, доктор технических наук, профессор Е.М. Антонюк

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования определяется сохраняющейся тенденцией роста грузоперевозок, а следовательно, и интенсивности движения по железным дорогам, что в условиях развития высокоскоростного транспорта предъявляет более жесткие требования к методам и средствам диагностики текущего состояния рельсового пути. При этом во просам динамического взаимодействия ж.д.-состава и пути должно быть уделено особое внимание, так как степень упругих деформаций рельсовых нитей непосредственно сказы вается на достоверность результатов измерений геометрических параметров.

Степень ее разработанности При анализе динамического взаимодействия ж.д.-состава и рельсового пути рас сматриваются различные кинематические схемы колебательных систем вагона и пути, в большинстве случаев представляющие собой дифференциальные уравнения 5-го и более высоких порядков. Это приводит к трудностям в реализации их решений в режиме реаль ного времени. С другой стороны, благодаря стремительному развитию вибро- и ударо прочных микромеханических гироскопов (ММГ) и акселерометров (ММА) и возможности построения миниатюрных трехосных микромеханических модулей (ММ), устанавливае мых непосредственно на крышки подшипников колесных пар, становится возможным вы полнять измерения результирующих сил такого взаимодействия непосредственно в точках контакта «колесо-рельс». В свою очередь это позволит снизить порядок дифференциаль ных уравнений, описывающих колебательное движение элементов вагона (колесной пары, рамы тележки и кузова вагона) и получить теоретико-экспериментальное обоснование требований к бесплатформенной инерциальной навигационной системе (БИНС) в зависи мости от места ее установки. В последующем такой подход даст возможность выполнять пересчет деформации пути, возникающей в процессе движения путеизмерительного ваго на, к ситуации, когда по контролируемому участку будет следовать грузовой состав, обла дающий существенно большей массой по сравнению с путеизмерительным вагоном (ПВ).

Одним из эффективных путей развития систем диагностики является оснащение по движных единиц (вагона или локомотива) регулярно курсирующих составов малогаба ритными комплексами среднего класса точности с различной степенью автономности, контролирующих основные геометрические параметры пути. С одной стороны это эконо мически более привлекательно, чем производство дорогостоящего оборудования высоко точного ПВ, требующего, в том числе привлечения группы сотрудников для его обслужи вания, с другой стороны, благодаря сопоставлению результатов от проезда к проезду, ста новится возможным выявление участков пути с тенденцией к развитию дефектов. Тогда ремонтные работы по такому участку могут быть выполнены заблаговременно до возник новения ситуаций, требующих снижения скоростного режима или закрытия движения.

В настоящее время наиболее эффективным средством мониторинга рельсового пути остаются путеизмерительные комплексы на базе пассажирских вагонов, включаемые в со ставы регулярно курсирующих поездов. При этом для построения базовой системы коор динат, в которой производятся измерения основных геометрических параметров пути, ис пользуется интегрированная система ориентации и навигации (ИСОН), в состав которой традиционно входят БИНС, спутниковая навигационная система (СНС) и датчик пути (ДП) [1]. Однако, учитывая относительно небольшое количество подобных комплексов как в России, так и за рубежом, в качестве БИНС, привлекаются системы изначально спроектированные для морского или воздушного транспорта. Поэтому алгоритмы функ ционирования таких ИСОН в недостаточной мере адаптированы к условиям эксплуатации на железной дороге. В частности, задача навигации на рельсовом пути, определяющем квазипостоянную траекторию движения, сводится к определению не географических ко ординат, а величины пройденной дистанции S. Основным источником информации об этом параметре выступает ДП, в основе которого используется датчик угла поворота ко леса (одометра). Соответственно для построения эффективного алгоритма функциониро вания ИСОН требуется знание математической модели его погрешностей, которая харак теризуется как инструментальными погрешностями уменьшение диаметра колеса в про цессе эксплуатации, так и его проскальзыванием в результате динамических процессов взаимодействия вагона и рельсового пути, приводящим, в том числе, к упругим деформа циям последнего. Это приводит к проблеме воспроизводимости решения задачи локализа ции обнаруживаемых дефектов.

Особое внимание в процессе производства инерциальных измерительных модулей (ИИМ) и БИНС уделяется вопросам их калибровки и испытаний. При этом разработчики руководствуются стандартами IEEE, носящими рекомендательный характер и предусмат ривающими использование в качестве испытательного оборудования одно-, двух- и трех осных стендов в режимах угловых позиционирований и вращений с постоянными угло выми скоростями. Однако вполне логичным являлось бы выполнять испытания в режимах близких к условиям последующей эксплуатации на объекте. При этом в большинстве слу чаев речь идет о движениях с квазигармоническими угловыми колебаниями. В условиях инфраструктуры железной дороги ИИМ подвержен не только изменениям температуры, но и существенным электромагнитным помехам.

Указанный комплекс проблем составил предмет данной диссертационной работы и определил ее цель.

Цель работы – решение научно-технической проблемы разработки новых принци пов построения систем динамического мониторинга рельсового пути, в основе которых используются последние достижения интегрированных инерциальных технологий.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Анализ методов и средств диагностики рельсового пути и формулирование тенден ций развития путеизмерительных средств в условиях высокоскоростного движения, опи раясь на последние достижения технологий инерциальной и спутниковой навигации и геоинформационных систем (ГИС).

2. Разработка концепции построения ИСОН для задач диагностики рельсового пути.

3. Разработка математического описания динамического взаимодействия рельсового пути и подвижного состава для формулирования требований к техническим характеристи кам инерциальных систем, используемых в составе путеизмерительных средств.

4. Разработка системы диагностики рельсового пути с использованием микромеханиче ских датчиков.

5. Анализ методов калибровки ИИМ и оценка эффективности комплексирования пока заний ИИМ и испытательного стенда в режимах квазигармонических колебаний.

6. Формулирование требований к испытательному оборудованию для калибровки инерциальных датчиков и систем на их основе, а также разработка методики его поверки.

Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что в ходе их вы полнения:

- разработана концепция построения ИСОН для задач диагностики рельсового пути;

- предложена математическая модель динамического взаимодействия вагона и рельсо вого пути;

- разработана система диагностики импульсных неровностей рельсовых нитей;

- предложен и разработан новый метод высокоточной привязки результатов контроля рельсовых нитей к пройденному пути на основе интегрированной системы ДП/БИНС/СНС/ММ, позволяющий создать геоинформационную базу данных состояния пути;

- проанализированы традиционные и предложены новые динамические методы калиб ровки ИИМ в режимах квазигармонических колебаний.

Теоретическая значимость работы заключается в обобщении опыта построения комплексов для диагностики состояния рельсового пути, модернизации существующих и разработки новых алгоритмов их функционирования, предполагающих более эффектив ное использование потенциальных возможностей систем инерциальной навигации и ори ентации.

Практическая значимость работы:

- Сформулированы требования к техническим характеристикам ММА и ММГ для по строения ИИМ, устанавливаемых непосредственно на крышки подшипников колесных пар. Это позволило уточнить перечень обобщенных координат достаточных для создания математической модели, описывающей колебательные движения элементов вагона.

Сформулированы требования к БИНС, установленной на раме тележки;

- Разработан способ бесконтактного измерения относительного положения кузова ваго на и рамы железнодорожной тележки, обеспечивающий контроль угловых перемещений с точностью 1 и линейные 1 мм, что является достаточным для приведения показаний СНС к месту расположения БИНС на раме тележки;

- Разработана и реализована инерциальная система диагностики рельсового пути на микромеханических чувствительных элементах, позволившая автоматизировать процесс выявления дефектов поверхности катания рельсовых нитей и колес;

- Разработаны методы и алгоритмы высокоточной привязки результатов контроля к пройденной дистанции, базирующиеся на построении ИСОН на рельсовом пути, объеди няющей ДП, ИНС, СНС и ММ, которые позволяют обеспечить независимость результатов измерений от изменения скорости движения и локализовать обнаруженные дефекты с по грешностью 0,5 м на 20 км пути;

- Разработаны и апробированы методы динамической калибровки гироскопов и акселе рометров, позволяющие обеспечить наблюдаемость всех параметров модели нескомпен сированных погрешностей соответствующих датчиков, а также реализовать их калибров ку в заданном (рабочем) диапазоне угловых скоростей;

- Разработан и реализован бесконтактный способ оценки отклонения от перпендикуляр ности двух осей стенда для случая, когда к ним отсутствует физическая доступность (не возможен монтаж измерительной аппаратуры).

Методология и методы исследования базируются на общей теории инерциальной навигации и теории интегрированных навигационных систем, теории измерений, теории точности, теории оптимальной обработки информации, теории кинематики и динамики твердого тела, теории колебаний, аналитической механике и векторной алгебре, теории случайных процессов и статистических методах их анализа, методах математического и имитационного моделирования.

В результате проведенных исследований получены следующие основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция построения системы динамического мониторинга рельсового пути, исполь зующая ММ в качестве измерителей результирующих сил в точках контакта «колесо рельс», позволяет повысить степень воспроизводимости результатов вне зависимости от скорости и массы вагона.

2. Математическое описание динамического взаимодействия рельсового пути и подвиж ного состава, предполагающее использование в качестве измерителей результирующих сил в точках контакта «колесо-рельс» показания ИИМ на МЭМС, дает возможность сформулировать требования к БИНС при ее установке на раме тележки.

3. Система диагностики неровностей рельсового пути с использованием ММ создает предпосылки для автоматизации процедуры выявления не только дефектов поверхности катания рельс, но и колес измерительной тележки, что также повышает точность измере ний традиционными хордовыми методами.

4. Комплексирование ДП/БИНС/СНС с привлечением в качестве дополнительных нави гационных отметчиков (НО) стыки, стрелочные переводы и пр., позволяет сформиро вать единую для всех ПВ геоинформационную базу состояния рельсового пути, которая может быть использована в дальнейшем, как для коррекции инерциальных систем, так и для формирования прогноза развития дефектов.

5. Динамические методы калибровки, предполагающие комплексирование показаний ИИМ и испытательного стенда при квазигармоническом изменении угловых скоростей с прохождением через угловые положения, используемые традиционными методами, обес печивают наблюдаемость и требуемую точность всех искомых параметров модели по грешностей при существенном сокращении времени испытаний.

Степень достоверности и апробации результатов.

Достоверность результатов исследований определяется их использованием при со здании следующих измерительных комплексов:

1. Малогабаритная инерциальная система диагностики рельсового пути (МИСД РП-M) (ОАО «Радиоавионика»);

2. Блок интеграции БИ-1.0 данных БИНС, СНС и ДП (Группа компаний ТВЕМА);

3. Стенд для испытаний инерциальных навигационных систем СИ ИНС (ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»);

4. Стенды двухосные автоматизированные СДА-15, СДА-2Т и СТА-1Т (ООО «ИНЕРТЕХ», СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), прошедших приемо-сдаточные испытания с привлечением метрологических служб и ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на российских и зарубежных конференциях, симпозиумах, выставках и семинарах: Национальном симпозиуме с международным участием "Аэро космические приборные технологии" (Москва, 1999), Международном симпозиуме Gyro Technology (Германия, Штутгарт, 2001), Семинаре по физике и астрономии (С.-Петербург, Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе, 2002), НТК «Технические науки промышленности региона» (С.-Петербург, СПбГТУ, 2002), 57-ой научно-технической конференции, посвященной Дню радио (С.-Петербург, СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч Бруевича, 2002), Всероссийской НТК "Лазеры, измерения, информация" (С.-Петербург, 2000, 2001, 2003), НТК памяти Н. Н. Острякова “Навигация и гироскопия” (С.-Петербург, ОАО “Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»»”, 20002008, 2012), Третьей Всероссийской НТК «Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях» СУДОМЕТРИКА 2010 (Санкт-Петербург, 2010), НТК молодых ученых “Навигация и управление движени ем” (С.-Петербург, ОАО “Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»»”, 20002008), Междуна родном научно-практическом семинаре «Конструкция железнодорожного пути и вопросы технического обслуживания высокоскоростных магистралей» (С.-Петербург, ПГУПС, 2010), Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навига ционным системам (С.-Петербург, ОАО “Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»»”, 2011), I международной НПК «Интеллектуальные технологии на транспорте» (С.-Петербург, 2011), Международном симпозиуме “Инерциальные сенсоры и системы” (Германия, Карлсруэ, 2012), Общероссийском семинаре «Современные методы навигации и управле ния движением-2012» (Москва, 2012), Заседании Объединенного ученого совета ОАО РЖД (Москва, 2012), Международном МЭМС-ФОРУМ 2012 (Москва, 2012), на профес сорско-преподавательских конференциях СПГЭТУ "ЛЭТИ" (2000 – 2012) и СПбГИТМО (ТУ) (2000 – 2001), а также научно-технических выставках: 7th International Exhibition of Equipment (Базель, Швейцария, 2003), Промышленник (Санкт-Петербург, 2011, 2012), InnoTrans 2012 (Берлин, Германия, 2012), Raillog Korea Railways & Logistics Fair (Южная Корея, 2013).

Основные теоретические и практические результаты диссертации изложены в публикациях, среди которых 3 монографии, 3 учебных пособия, 22 статьи в ведущих ре цензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 13 патентов на изобретения и полезные модели, 5 статей в других изданиях, 52 – в научных сборниках и трудах российских и международных конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка использованной литературы, включающе го 174 наименования. Основная часть работы изложена на 280 страницах машинописного текста. Работа содержит 199 рисунков и 20 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи ис следования, определяется научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе «Анализ методов и средств диагностики рельсового пути» показано, что в условиях развития высокоскоростного движения путеизмерительные комплексы российского производства требуют модернизации в части измерений угловых и линейных перемещений, обеспечиваемых БИНС, в ряде случаев интегрированных с показаниями ПА СНС. Разработка схем построения ИСОН должна учитывать специфические требования – обеспечение точности измерения величины пройденной дистанции, основным источником информации о которой в настоящее время является датчик пути (одометр). При этом его инструментальные погрешности определяются динамическим взаимодействием вагона и рельсового пути, приводящим к проскальзыванию колеса и уменьшению его диаметра в процессе эксплуатации.

В табл. 1 приведены точностные характеристики, обеспечиваемые существующими высокоточными путеизмерительными комплексами России [2] и требования Европейского Союза [3], предъявляемые к системам диагностики высокоскоростных линий ж.д. транспорта. Основной вывод, который из нее следует – это несоответствие максимально возможной скорости движения реальной скорости инспекционного проезда. Повышение скорости движения ПВ потребует модернизации не только аппаратной, но и методической части, так как на высоких скоростях движения начинают сказываться новые виды возму щений, в том числе аэродинамического характера.

Таблица Научной группой А.В. Мочалова [1] было показано, что традиционные методы из мерения вертикальных и горизонтальных неровностей рельсовых нитей с пространствен ной длиной волны, предполагающие использование хорд на базе тележки или кузова ва гона, обладают существенными (до 100%) методическими погрешностями измерения ве личины неровности. Для уменьшения погрешности измерения могут быть использованы показания БИНС не только в выработке угловых перемещений, но и выходные данные о линейных и угловых скоростях, а также ускорениях кузова вагона. Следует также отме тить, что помимо этого, точность измерений вертикальных неровностей зависит от нали чия так называемых импульсных неровностей поверхностей катания как рельсовых нитей, так и самих колес. Поэтому необходимо разработать новые методы для их измерения, что, соответственно, напрямую приведет к снижению погрешности измерения вертикальных просадок. Реализуемость данного предложения подкрепляется последними достижениям промышленности в изготовлении вибро- и ударопрочных микромеханических гироскопов и акселерометров, на базе которых могут быть изготовлены трехосные ИИМ для после дующей установки непосредственно на крышки подшипников буксовых узлов колесных пар. Однако анализ ранее полученных другими авторами результатов, предполагающих классическое двойное интегрирование показаний вертикальных ММА, выявил следующие недостатки: трудности в настройке контуров фильтров из-за изменений частотных состав ляющих полезного сигнала при вариациях скорости движения и невозможность организа ции измерений искомых параметров без привлечения показаний высокоточной БИНС о среднем угловом положении рельсового пути.

Из существующих схем построения ПВ, наиболее эффективной с точки зрения орга низации ИСОН и обеспечения современных требований (табл. 1), является вариант с изго товлением моноблочной конструкции, в состав которой входят БИНС и профилометр по перечных сечений рельсовых нитей, установленной на подрессоренной раме тележки.

Для решения задачи пересчета показаний СНС, учитывая, в том числе, и расхожде ние курсовых углов кузова вагона и тележки на криволинейном участке пути, предложен бесконтактный способ измерения взаимного положения «тележка-кузов» (ТК). Система состоит из трех измерительных комплектов (на рис. 1 приведены 2), каждый из которых содержит источника излучения (И) и двухкоординатный приемник (П). Оптические кана лы расположены таким образом, чтобы проекции оптических осей (см. рис. 1, пунктирная линия) на подрессоренное основание пересекались в одной точке, являющейся центром качания системы.

Рисунок Сформулированы требования к минимальной комплектации измерительной аппа ратуры системы динамического мониторинга (рис. 2). На раме тележки устанавливается моноблок, в состав которого входят БИНС и профилометр. Таким образом реализуется схема измерения шаблона, уровня и рихтовки рельсового пути (табл. 1). Для реализации традиционного двухточечного хордового метода измерения просадок рельсовых нитей на базе тележки устанавливается комплект из четырех датчиков линейных перемещений «букса-тележка» (датчики БТ). Соответственно БИНС/профилометр/датчики БТ обес печивают измерения отклонения от продольного профиля, перекосов и т.д. [2]. Для реали зации методов нормирования результатов измерений с целью повышения степени воспро изводимости результатов диагностики вне зависимости от массогабаритных и динамиче ских характеристик ПВ требуется определение изменения распределения нагрузки, созда ваемой ПВ на путь, в точках контакта колес тележки. При этом помимо показаний датчи ков БТ, необходимо знать жесткости пружин, через которые рама тележки опирается на буксовые узлы. Другим более эффективным решением является использование микроме ханических модулей (ММ), в состав которых входят миниатюрные датчики угловой ско рости и линейных ускорений.

Рисунок В качестве построителя базовой системы координат остается БИНС, но требования к ней становятся более жесткими, учитывая место ее расположения (рис. 2) и принятую концепцию построения системы динамического мониторинга рельсового пути (рис. 3) с использованием только одного профилометра. Для компенсации ее инструментальных погрешностей должны быть реализованы ставшие уже традиционными схемы коррекции по показаниям СНС и датчика пути (ДП). В качестве дополнительных НО, используемых для коррекции погрешностей ДП, следует рассматривать не только пикетные столбы, положение которых фиксируется в настоящее время вручную, но и естественные характеристики рельсового пути (стыки, стрелочные переводы).

Рисунок Таким образом концепция построения системы динамического мониторинга рельсового пути может быть представлена структурной схемой рис. 3, для реализации которой в первую очередь следует решить следующие задачи:

1. Математическое описание динамического взаимодействия рельсового пути и по движного состава, необходимого для выработки требований к точностным характеристи кам инерциальных датчиков и систем на их основе;

2. Разработка системы диагностики неровностей рельсового пути с использованием микромеханических модулей, которая должна автоматизировать процедуру измерения импульсных неровностей рельсовых нитей. При этом должны диагностироваться откло нения формы поверхности катания колес от окружности, возникающие в процессе эксплу атации ПВ. В результате достоверность традиционных методов измерения просадок также возрастет;

3. Разработка ИСОН на рельсовом пути для коррекции инструментальных погрешно стей БИНС и получения математического описания погрешностей ДП в зависимости от пространственного положения рельсового пути и динамических характеристик ПВ. Ис пользование такой ИСОН позволит со временем сформировать геоинформационную базу данных о состоянии пути – для выявления тенденций развития возникающих дефектов и о его пространственном положении электронную карту, содержащую в себе в первую очередь такие параметры как кривизна пути и географические координаты стационарных навигационных отметчиков (пикетные столбы и пр.).

4. Разработка методов и средств испытаний инерциальных измерительных модулей с учетом специфических для железной дороги условий эксплуатации – ударов, электромаг нитных помех и пр.

Во второй главе «Математическое описание динамического взаимодействия рельсового пути и подвижного состава» выполнен анализ существующих решений и отмечена про блема их реализации на практике для «нормирования» результатов измерений ПВ по ско рости движения и оказываемой нагрузке на путь, в результате которой возникают его упругие деформации. Процедура «нормирования» [1] позволяет учитывать различие сте пени деформации пути от прохождения подвижных единиц с различными массо габаритными и скоростными характеристиками (грузовые и скоростные поезда).

Модель пути, обладающего упругими свойствами (рис. 4), представляется в виде не разрезной балки, проходящей над рядом промежуточных опор-шпал Ni (пружин). Сила Q, прикладываемая точечно к балке, имитирует создаваемую колесом вертикальную нагруз ку. Силы инерции элементов пути при существующих скоростях движения поездов малы по сравнению с весовой составляющей и силами инерции колеблющихся масс подвижного состава и ими без существенной для практической цели погрешности можно пренебречь.

Получена математическая модель для определения величины опускания опор-шпал zi под движущейся нагрузкой:

z1 b11 b12 L b1i z1 z b L b2i z z b 2 = B z2 = 21 22 2, M M L M M M M L b ji zi b j1 b j zi zi ср.li (L l j )[L2 li 2 (L l j ) 2 ] где bij – коэффициенты матрицы В: для i j, b ji = 6EIL ср. ( L li )l j {li (2 L li ) l j 2 } для i j, где ЕI – изгибная жесткость рельса;

Q=mg;

m – b ji = 6 EIL масса нагрузки;

L=Nd – длина балки (d расстояние между опорами-шпалами);

l – рас стояние до точки приложения силы;

y – продольная координата точки, в которой опреде ляется прогиб слева и справа от точки приложения нагрузки.

Сила воздействия нагрузки на рельс определялась как Qi () = mg + maдин i (), где maдин i () динамическая составляющая, определя емая частотой свободных колебаний балки;

– скорость движения.

Рисунок 4 Разработанное программное обеспечение позволило смоделировать часто встречающийся на практике случай наличие так называемых «отрясенных шпал», т. е. шпал, которые в результате эксплуатации рельсового пути, пере стали иметь контакт с балластным слоем (шпала «висит» на рельсовой нити). В качестве возмущения моделировалось движение колес одной из тележек вагона (рис. 5). В момент времени, когда тележка находится в положении, как показано на рисунке, рельсовая нить имеет форму 2, вид которой определила введенная неравножесткость конструкции (рас пределение «отрясенных» шпал).

( «отрясенная» шпала;

шпала, характеризующаяся конечной жесткостью) Рисунок 5 Результат моделирования деформации рельсовой нити при перемещающейся нагрузке Следует отметить, что даже при отсутствии колебательно го движения кузова вагона относительно горизонтальной плос кости, которое возникает при движении вагона и вызывает из менение величин нагрузок, передаваемых на путь в точках кон такта (колесо-рельс), траектории движения колес К1 и К (рис.5, линии 3 и 4) не совпадают.

Результаты имитационного моделирования реакции рель сового пути на динамическое воздействие со стороны вагона позволили сформулировать требования к ММ по полосе про Рисунок пускания. Вариант аппаратной реализации ММ, разработанного для оснащения вагона-дефектоскопа производства ОАО «Радиоавионика» (АВИКОН-03М), приведен на рис. 6. Исходя из максимального значения скорости движения в процессе диа гностики, в состав ММ были включены по три одноосных ММГ ADXRS 614 и ММА ADXL 278, трехосный ММА ADXL 325 и термодатчик.

Экспериментальные исследования комплекта из 4-х ММ подтвердили аналитические оценки, позволили оценить динамику движения буксовых узлов и сформулировать необ ходимый и достаточный перечень обобщенных координат для составления математиче ской модели, описывающей колебательные движения элементов вагона (кузова, рам теле жек, колесных пар). Кинематическая схема приведена на рис. 7.

Рисунок Исходя из принципа освобождаемости от связей, рельсовый путь заменялся реакци ей на движение по нему подвижной единицы (F1…8). В качестве сил, действующих со сто роны гасителей колебаний, рассматривались сила упругости рессоры и диссипативная си ла сопротивления движению демпфера. Нахождение дифференциальных уравнений дви жения вагона было осуществлено с использованием уравнения Лагранжа 2-го рода, где в качестве обобщенных сил учитывались как потенциальные (действие сил тяжести и упру гости), так и непотенциальные (влияние сил реакции связи вагона с рельсовым путем, диссипации механической энергии в гасителях колебаний). В результате были получены следующие выражения динамической модели:

Для колесных пар:

• mкп &&кп1...4 + 2 т zкп1...4 + 2cкп т zкп1...4 = & z ( ) = mкп g + c кп т fст1,3,5,7 f ст2,4,6,8 + F1,3,5,7 + F2,4,6, кп т кп т ( ) I кп&&кп1...4 + 0.5lкп т кп1...4 + 0.5lкпc кп т I кп кп1...4 кп1...4 = Э Э & & 2 (1) ( ) = c кп т 0.5lкп fст2,4,6,8 + fст1,3,5,7 + aт т1,2 + кп т кп т l +0.5lкп т aт т1,2 + кп F2,4,6,8 F1,3,5, ( ) & ( ) О Э2 Э & && & кп1...4 I кп + I кпкп1...4 + 2 I кпкп1...4кп1...4 кп1...4 = M Для рам тележек:

• ( ) mт &&т1,2 + ( 4 т + 2 к ) zт1,2 + 4c кп т + 2c т к zт1,2 = & z ( ) = mт g cкп т fст1,5т fст2,6т fст3,7т fст4,8т 2 zкп1,3 2 zкп2,4 + кп кп кп кп ( ) + c т к fст1,3 fст2,4 + 2 zк ± bк к т 2 zкп1,3 2 zкп2,4 + к ( 2 zк ± bк к ) т к т к ( ) & & & & ( ) ( ) I Cт&&т1,2 I zт 2 aт c кп т 0.5lт c т к т1,2 + aт т + 0.5lт к т1,2 = & 2 2 2 C& y т1, ( = 0.5aт cкп т f ст1,5т + fст2,6т fст3,7т + f ст4,8т + lкпкп1,3 + lкпкп2, кп кп кп кп ) ( ) 0.5lт c т к f ст1,3 + fст2,4 aк к + 0.5aт т lкпкп1,3 + lкпкп2,4 + 0.5aкlт к к т к т к ( ) & & & (2) ( ) ( ) ( ) 2 кп т & I xт + I zт 2 C C C && & т1,2 т1,2 + 2 I zт т1,2т1,2 + bт т т1,2 + bт c т1,2 = ( ) = 0.5bт cкп т fст1,5т + fст2,6т fст3,7т fст4,8т + 2 zкп1,3 2 zкп2, кп кп кп кп ( ) & & 0.5bт т 2 zкп1,3 + 2 zкп2, Для кузова:

• mк &&к + 4 к zк + 4c т к zк = & z ( ) = mк g c т к f ст1,5 f ст2,6 fст3,7 f ст4,8 2 z т1 2 z т2 к ( 2 zт1 2 zт2 ) т к т к т к т к & & ( ) I Cк&&к + aк к к I zк к aк c т к к = 2& C &2 y (3) ( ) = 0.5aк c т к fст1,5 + fст2,6 fст3,7 + fст4,8 + lт т1 + lт т2 + т к т к т к т к ( ) & & +0.5aк к lт т1 + lт т ( ) ( ) ( ) I xк + I zк к к + bк к + 2 I zк к к к + bк c т к к = C& C 2 && 2 C & ( ) = 0.5bк c т к fст1,5 f ст2,6 + fст3,7 + f ст4,8 2 z т1 + 2 z т т к т к т к т к 0.5bк к ( 2 zт1 + 2 zт2 ) & & В выражениях приняты обозначения: КП – колесная пара;

Т – тележка;

К – кузов;

c – жесткость пружины;

– коэффициент сопротивления демпфера;

lкп – расстояние между колесами одной колесной пары;

lт – ширина тележки;

aт, bт – координаты точек крепления гасителей колебаний на тележке;

aк, bк – координаты точек крепления гасителей колебаний на кузове;

m – масса;

I – осевой момент инерции;

M – вращательный момент для колесных пар;

fст – статическая деформация пружины, определяющаяся (в случае равномерного распределения масс) по следующим формулам:

g g кп т т к ( 0.25mт + 0.125mк ) ;

fст1...4 = т к 0.25mк.

fст1...8 = кп т c c Использование ММ для измерения результирующих сил F1…8 (рис. 8) позволило без потери точности в сравнении с существующими математическими описаниями сократить порядок дифференциальных уравнений с 4-го до 2-го.

Динамические характеристики кузова вагона достаточно хорошо изучены, поэтому для контроля достоверности предложенной модели была использована система 2-го клас са точности БИНС2М, установленная на кузове вагона-дефектоскопа АВИКОН-03М. На рис. 8 приведены спектры, полученные по результатам моделирования и обработки сигна лов БИНС.

а) б) а – по углу крена;

б – вертикальные ускорения Рисунок Совпадение спектральных составов позволило сформулировать требования к дина мическим характеристикам БИНС в случае ее установки на раме тележки (рис. 2):

1) Исходя из требований к точности измерения возвышения одной рельсовой нити отно сительно другой 0,5 мм (табл. 1), в процессе начальной выставки БИНС ее акселерометры должны обеспечивать точность 0,0003g. При этом из результатов моделирования в реше нии (2) рабочая полоса частот составляет 800 Гц, а диапазон измерений 5g;

2) Анализ требований по предельно допускаемому уклону отводов возвышения наруж ного рельса в кривых, изменению ширины и пр. [2] показал, что изменение угла с наибольшей скоростью происходит вокруг вертикальной оси из-за рыскающего движения тележки в колее ( ± 18 град/с ) при движении по кривой минимального радиуса 2,83 13 град/с.

= Rмин Rмин =170 м Таким образом, используемые в БИНС гироскопы должны обеспечивать измерения в диапазоне ± 31 град/с. Учитывая выбранный состав измерительной аппаратуры (рис. 2) и реализуя схему измерения рихтовки [2], следует вывод о том, что хорда, относительно ко торой определяется стрела изгиба, должна быть построена аналитически по показаниям курсового канала БИНС. Наиболее критичным в данном случае становится движение с минимальной скоростью по кривой максимального радиуса. При этом вклад систематиче ской составляющей ухода курсового канала может быть скомпенсирован в режиме апосте риорной обработки, а максимально возможный случайный дрейф по углу при выполнении требований табл. 1 на скорости движения 5 км/ч не должен превышать 0,01 град/ ч. Для решения поставленной задачи вполне могут быть использованы БИНС не только на лазер ных, но и на волоконно-оптических гироскопах.

В третьей главе «Система диагностики неровностей рельсового пути с использо ванием микромеханических модулей» приводятся результаты разработки малогабаритной инерциальной системы диагностики рельсового пути (МИСД РП). В рамках ее создания был предложен новый метод измерения дефектов поверхностей катания рельсов (смятия, пробоксовки и рифли).

Структурная схема алгоритма определения вертикальных неровностей рельсовых нитей приведена на рис. 9. Сигналы вертикальных микромеханических акселерометров, измеряющих линейные ускорения буксовых узлов тележки вагона (Wz1 – для впереди идущего колеса, Wz2 – для следом идущего колеса), нормируются в блоке Н по значению скорости движения вагона.

W1м a1 н Wz Н Н н a1j R КА dl=2,4м Н =360° Ст.Об. a1кор h1 с h R12кор h R КА ФНЧ КА h2 с h Rпор a2кор Ст.Об.

=360° Н a2jн R22 КА Н Wz2 Н a2 н W2м Рисунок Нормировка осуществляется в соответствии с представлением неровности (как для рельсового пути, так и для колес вагона), описываемой выражением A A 2t 2t h = 1 cos 1 + 2 cos 1 (4) 2 2 L2 где A1 – глубина неровности (просадки длиной до 1 м);

A2 и 2 – глубина и длина импульс ной неровности.

Глубина неровности hн в этом случае определяется, как, hн = amax (5) где amax – значение максимума ускорения в сигнале ММА, – длина волны неровности.

В этом случае исключение влияния скорости движения средства измерения на ре зультат измерений ускорения (нормирование по скорости) выполняется в блоке Н только на величину (2 )2, т. к. длина неровности колеса неизвестна.

Далее каждый из сигналов a1н и a2н участвуют в корреляционном анализе (блок КА) на соседних оборотах колеса для выявления дефектов поверхности катания 1-го и следом идущего по рельсовой нити 2-го колеса (R11 и R22, соответственно). Одновременно с этим вычисляется R12 коэффициент взаимной корреляции показаний ММА, приведенных к одной путевой координате (bт – расстояние между осями колесных пар тележки).

Полученные коэффициентов корреляции сравниваются в блоке “” и если (R11 и R22) превышают R12, то принимается решение, что на протяжении двух оборотов колес значе ния ускорений, определяются в большей степени геометрией колеса, нежели рельса. Тогда данные с ММА передаются в блок статистической обработки (Ст.Об.), где формируется профиль колеса с СКО 0,1 мм. Известно, что в некруглость колес, возникающая в про цессе эксплуатации, определяется от одной до четырех волн неровностей, что соответ ствует пространственной частоте (длина окружности колеса 3 м) от 0,3 до 1,3м-1. Это является определяющим условием при настройке фильтр низких частот (ФНЧ, рис. 9).

Следует отметить, что полученные профили колес постоянно обновляются, так как геометрия колеса может измениться даже в течение одного проезда (влияние динамиче ских воздействий при прохождении стыковых зазоров и дефектов рельсового пути, тор можении и разгоне).

Полученные таким образом “маски колес” (h1с, h2с, мм) позволяют рассчитать W1,2м для коррекции текущих показаний ММА. При этом значения a12кор определяются исклю чительно импульсными неровностями рельсовых нитей. Использование «масок» колес позволило увеличить амплитуду пика взаимной корреляционной функции R12 на ~10%.

Условием для принятия решения о наличии импульсной неровности поверхности ка тания рельсовой является превышение значение экспериментально полученного макси мума R12 рассчитанного порога Rпор, определяемого для идеализированного случая, когда ММА не имеют инструментальных погрешно стей (показания определяются только неровно стью вида (4)) и процедуры сведения сигналов и нормирования выполнены идеально. При вы полнении такого условия, путевые координаты первого и второго минимумов показаний ММА (Smin1 и Smin2) принимаются за начало и конец дефекта. Таким образом находится его протя женность. Затем в соответствии с выражени ем (5) определяется его глубина h.

Результаты сдаточных испытаний систе мы диагностики неровностей рельсового пути с использованием микромеханических модулей в составе АВИКО03М подтвердили заявленные требования по точности 1 мм. На рис. 10 при веден пример итоговой ведомости обнаружен Рисунок ного дефекта.

В работе предложена процедура определения в процессе монтажа взаимных угловых положений ММ и БИНС, также входящей в состав МИСД РП. При этом показания БИНС, работающей в автономном режиме, записываются в месте ее штатного положения, после этого она демонтируется, затем поочередно монтируется на 4-х буксах и возвращается на свое место.

При опытной эксплуатации МИСД РП, учитывая достаточно частые плановые промеры одного из участков рельсового пути, было от мечено, что помимо выявления дефекта, систе ма может быть использована в качестве анали затора его развития. Из рис. 11, на котором приведены показания одного из ММА. При этом ремонтные работы были выполнены в ин тервале между 3 и 15 февраля. Следует очевид ный вывод о целесообразно установки таких относительно недорогих средств диагностики Рисунок на подвижные единицы регулярно (в данном случае 1 раз в неделю) курсирующих составов. В этом случае было бы возможно уже в декабре предыдущего года не только выявить данный дефект, но и сделать оценку момен та времени, когда он достигнет критического значения, требующего снижения скорости движения или вообще закрытия данного участка пути.

В четвертой главе «Специализированные системы навигации в задачах диагности ки рельсового пути» приводятся результаты разработки ИСОН на рельсовом пути. По скольку все контролируемые параметры состояния рельсовой колеи фиксируются как функция пройденной ПВ дистанции, требования к точности ее измерения чрезвычайно высоки. ДП является основным прибором, по показаниям которого определяется прой денное вагоном расстояние, но его погрешность может составлять до 5 м на 1 км. Широко практикуемый ручной способ требует своевременного нажатия кнопки синхронизации при прохождении вагоном километровых столбов (пикетов), что является трудновыпол нимой задачей при высоких скоростях движения вагона. Существует также автоматиче ская коррекция, которая требует установки в колее магнитного датчика (например, InduSI). При этом вагон должен быть оснащен считывающим устройством. Такой способ обеспечивает точность считывания 2 см при скорости движения до 200 км/ч, но подразу мевает существенные дополнительные финансовые вложения в инфраструктуру, а также выполнение чрезвычайно трудоемких геодезических измерений длины рельсового пути между такими НО.

В работе приводятся результаты разработки и исследования ИСОН в составе БИНС/СНС/одометр, прошедшей апробацию в составе ПВ Германии OMWE и России ЦНИИ-4МД и ИНТЕГРАЛ.

Для проверки эффективности работы схем ИСОН (рис. 4) было выполнено несколь ко контрольных проездов немецкого ПВ OMWE по участку пути длиной 20 км с тремя датчиками InduSI, расстояние между которыми составляло примерно 12 и 8 км. Контроль погрешности интегрированной системы осуществлялся путем сравнения ее показаний с данными о дистанции между пикетами, предоставленными метрологической службой же лезной дороги. На рис. 12 показаны зависимости от пройденного пути разности d A = S ДП S ис ( S ис дистанция по показаниям ИСОН, а S ДП по ДП). Кривая dA1 со ответствует оценке ошибки, определенной ИСОН при комплексировании БИНС/ДП и СНС по географическим координатам, dA2 по скоростям. Начало проезда совпадает с расположением InduSI1. Точки d2 и d3 на оси ординат представляют действительные ве личины погрешностей показаний ДП на основе информации о местоположении InduSI.

Расхождения показаний ИСОН и метрологических служб в точках InduSI2 и InduSI3 не превысили 20 см.

Рисунок Результаты испытаний ИСОН в составе российского ПВ (ЦНИИ-4) также показали увеличение точности воспроизведения измерений пройденной дистанции от проезда к проезду по одному и тому же (одноколейному) участку пути до 2 м при исходном расхож дении 26 м. Анализ позволил получить модель погрешностей ДП:

& m (1 + m5 sign V ) +, ( ) S = S 0 + l m1 + m2V + m3V 1 4 (6) ДП R где S0 – ошибка начальной выставки;

m1 0.0005-0.005 – относительная погрешность одометра;

m2, m3 и m4 – коэффициенты зависимости погрешности от скорости, ускорения и движения по криволинейному участку пути;

m5 – коэффициент зависимости погрешности от направления движения;

l – инкремент одометра (0.235 м);

ДП – случайная инструментальная погрешность.

Наиболее полным и эффективным способом повышения точности измерения прой денного пути является интегрирование одометра с ИНС, GPS и НО на трассе (см. рис. 4).

Опытная эксплуатация ММ в составе АВИКОН-03М (см. гл.3) показала, что в качестве таких НО могут выступать конструктивные особенности рельсового полотна стыки, стрелочные переводы и т.п., а использование процедуры взаимной корреляции сигналов одного и того же микромеханического модуля, но теперь уже в разных проездах при их предварительном сведении по показаниям ДП и сигналов СНС, в силу квазипостоянства положения пути, позволяет достичь существенного эффекта в задаче коррекции ДП. На рис. 13 приведены показания одного из ММ в 8-ми проездах одного и того же участка пу ти с разными скоростями движения.

Рисунок 13 Показания ДММ в 8 последовательных проездах Видно, что амплитуды сигналов меняются, но их пространственное положение, естественно, остаётся неизменным. Кроме этого, измерение времени между реакциями на стык первого и следом идущего колеса, исходя из фиксированного расстояния между ни ми, позволяет дополнительно оценить текущую скорость движения.

Все рассмотренные выше варианты реализации НО, в той или иной степени, предпо лагают использование сигналов приёмной аппаратуры СНС. Однако штатный режим её работы характеризуется значительными погрешностями (порядка 10-15 м) в определении координат, а реализация дифференциального режима предполагает строительство рефе ренц-станций каждые 50 км, что не всегда может быть обеспечено. С другой стороны, сам по себе путь, являясь квазипостоянной структурой, несёт в себе значительный объем априорной информации о траектории движения, что, безусловно, может быть использова но для случаев многократных прохождений контролируемого участка пути.

Характерной особенностью формы железнодо рожного пути в плане является то, что траектория мо жет быть представлена последовательностью прямо линейных и криволинейных участков. Последние, в свою очередь, характеризуются серией переходных (рис.14) и круговой кривых. Математически переход ная кривая (клотоида) может быть описана следующи ми выражениями: =L+aL5, =bL3+cL7, а круговая Рисунок кривая: =R sin(L/R), =R[1-cos(L/R)], где L – пройден ная дистанция, R – радиус кривизны. Соответственно в случае формирования массива данных СНС, пополняемого от проезда к проезду, данные соотношения могут быть ис пользованы для статистической обработки. При этом результаты аппроксимации стано вятся фактически электронной картой пути, содержащей в себе в том числе информацию о местах систематических пропаданий и искажений сигналов СНС, при прохождении кото рых коррекция показаний БИНС следует выполнять исключительно по ДП.

Для эффективного комплексирования показаний БИНС и СНС, учитывая, что при емная антенна установлена на крыше вагона, необходимо учитывать ее колебательное движение. Особенностью железнодорожного транспорта является то, что помимо колеба тельного движения относительно плоскости горизонта, при движении по криволинейным участкам пути курсы тележек и кузова вагона отличаются на десятые доли град. В работе выработаны рекомендации по месту монтажа приемной антенны – над шкворнем тележки, на которой установлена БИНС (рис. 2). В этом случае проекции вектора линейной скоро сти будут совпадать.

В главе 5 «Методы и средства испытаний инерциальных измерительных модулей» отмечается, что на сегодняшний день испытания и калибровка инерциальных датчиков и определение их параметров (сдвига нуля, масштабного коэффициента и т.д.) основываются на международных стандартах IEEE, предполагающих реализацию серии позиционирований в гравитационном поле Земли и последовательности вращений с заданными угловыми ско ростями вокруг всех осей связанной с ИИМ системы координат Oxyz. Для этих целей ис пользуют двухосные испытательные стенды, которые должны в полной мере обеспечивать достоверное определение коэффициентов традиционных математических моделей показа ний триад акселерометров и гироскопов. Выходные сигналы гироскопов U iг (i = x, y, z) мо гут быть записаны в следующем виде:

г г U x K x 0 cos sin 0 cos 0 sin x г 0 [Dг ] sin cos 0 0 0 y + Kг U y = 0 y г г 1 sin 0 cos z 0 U z 0 0 Kz (7) K г cos K 0 0 s r sin K 0 0 xx x x x x 0 y + sin K 0 0 cos + s + r K г y + 0 cos K yy y y 1 sin s r г K z z z 0 z z 0 где K iг масштабные коэффициенты гироскопов (i = x, y, z);

K ii коэффициенты г нелинейности выходных характеристик гироскопов;

is систематические сдвиги нулей r гироскопов;

i составляющие случайных дрейфов сдвигов нулей гироскопов;

угловая скорость вращения Земли;

широта места;

К 0 курс горизонтальной оси стенда;

Dг – матрица, характеризующая положение измерительных осей гироскопов относительно осей приборной системы координат [рад] г г 1 y z Dг = г г.

1 (8) x z г г x y Угловые положения ( наружная ось, внутренняя) и скорости вращения ( x, y и z ) задаются в данном случае двухосным стендом.

Для случая ИИМ на ММГ из математической модели (7) может быть исключена со ставляющая от суточного вращения Земли.

В качестве математической модели, описывающей выходные сигналы акселеромет ров U iа, широко используется следующее выражение:

U а K x а Wx 0 x Kа а U y = 0 Da W y + y а а U z 0 0 Kz Wz (9) K xxWx K xyWx K xzWx Wx W s W r а а а а xs xr а а K yyW y K yzW y W y + W y + W y, + K yxW y s r K zyWz K zzWz Wz Wz Wz K zxWz а а а а где K iа – масштабные коэффициенты акселерометров;

K ii – коэффициенты нелинейно сти выходной характеристики;

K xy, K xz, K а, K а, K zx, K zy – коэффициенты перекрестных а а а а yx yz связей;

Wis систематические сдвиги нулей акселерометров;

Wir составляющие случайных дрейфов сдвигов нулей акселерометров;

Dа – составляется аналогично Dг (8) с использованием углов а, а, а, а, а, а [рад].

yz xzxy В работе, следуя рекомендациям IEEE, получены соотношения, позволяющие, в за висимости от характеристик двухосного испытательного оборудования и требуемой точ ности калибруемого ИИМ, рассчитать количество и длительность итераций (угловых по зиционирований для калибровки акселерометров и угловых скоростей – для гироскопов).

Исследования ИИМ на ВОГ показали, что в процессе калибровки происходит изменение магнитной обстановки в результате работы электропривода стенда, что приводит к дополнительным составляющим сдвигов нулей (румбовый дрейф). Для их оценки было предложено ввести в состав БИНС трехосный магнитометр, использование которого, учитывая условия последующей эксплуатации на железнодорожном транспорте, также будет целесообразным. В результате выражения, описывающие составляющие сдвигов нулей ВОГ, приняли следующий вид:

is = 0i + iR = 0i + Ai M jk, (10) где is – систематические сдвиги нулей ВОГ (7);

0i – постоянные составляющие смещения сдвигов нулей ВОГ;

iR – сдвиги нулей ВОГ, обусловленные влиянием маг нитного поля и характеризуемые первой гармоникой разложения в ряд Фурье, Ai (i = x, y, z ) – коэффициенты;

M jk ( j = x, y, z;

k = x, y, z;

i j k ) – проекция вектора магнитной индукции на плоскость, ортогональную измерительной оси i-гироскопа.

В свою очередь исследования ИИМ на ММГ не только подтвердили зависимость данного типа гироскопов от действия линейных ускорений, но и выявили неоднозначность расположения оси чувствительности относительно осей первичных и вторичных колебаний. Поэтому в математическую модель выходных сигналов триады ММГ было предложено ввести слагаемое вида:

g L L3 Wx L x g 1 L6 Wy, y = L4 L5 (11) g L9 Wz z L7 L8 где g, g, g вклад линейного ускорения в показания ММГ;

Li – коэффициенты, ха x y z рактеризующие чувствительность ММГ к проекциям линейного ускорения на связанные оси Oxyz (i=1...9), которые в штатном режиме работы ИИМ могут быть измерены входя щей в его состав триадой ММА.

Определяющей характеристикой испытательных стендов при калибровке гироскопов является нестабильность задаваемой скорости вращения за оборот. При этом нестабиль ность внутри оборота может достигать 10%, а оценить текущую угловую скорость по по казаниям ДУ не представляется возможным в силу его динамических погрешностей. Из этого следует, что и оценка среднего значения показаний гироскопов для последующего построения выходной характеристики также должна выполняться за оборот, что при ма лых значениях угловых скоростей приводит к существенному увеличению времени испы таний. Соответственно, в том случае, если гироскоп обладает температурной и магнитной чувствительностью, как например ВОГ и ММГ, это приводит к необходимости высоко точного контроля условий окружающей среды как внешней, так и внутри гироблока.

На рис. 15 приведена схема комплексирования показаний триады ВОГ с показаниями ДУ двухосного стенда.

Рисунок 15 Алгоритм оценки погрешностей триады ММГ Штатное использование трехосного магнитометра в составе ИИМ на ВОГ позволило предложить следующий вид вектора состояния ОФК X = [ x y z K x K г K z г г г г г г Ax Ay Az ]T.

г г (12) y yz xzxy Алгоритм оценки остаточных погрешностей триады ММГ представлен на рис. 16.

При этом g, g, g (11) как в режиме калибровки, так и в дальнейшем при штатной x y z эксплуатации формируются по показаниям триады ММА, входящей в состав ИИМ.

Рисунок 16 Алгоритм оценки погрешностей триады ММГ Тогда вектор состояния примет следующий вид:

X = [ x y z K x K г K z г г г г г г L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 ]T. (13) г г y xzxzxy В условиях высокодинамичных измерений, аналогичный подход был предложен к применению в рамках калибровки триады ММА, так как в условиях угловых движений колесных пар начинает сказываться отстояние датчиков от центра координат системы, связанной с корпусом ММ.

В качестве закона движения, задаваемого стендом в процессе калибровки, было предложено реализовывать квазигармонические изменения угловых скоростей по двум осям с прохождением через угловые положения, используемые традиционными методами.

При этом периоды колебаний были кратными, но не равными, что позволило обеспечить наблюдаемость и требуемую точность всех искомых параметров модели погрешностей при существенном сокращении времени испытаний. В качестве подтверждения эффектив ности предложенного метода динамической калибровки, на рис. 17 приведены оценки элементов вектора состояния (13). При этом следует подчеркнуть, что при формировании начального значения вектора состояния были использованы коэффициенты модели, полу ченные по традиционной схеме, рекомендованной IEEE.

Рисунок Учитывая тот факт, что динамический метод предполагает одновременные движения вокруг двух осей, требование к точности определения отклонения от перпендикулярности осей стенда становится значимым. В работе предложена методика аттестации испыта тельного стенда, использующая традиционные схемы аттестации по точности задания уг ловых положений и оценки стабильности задаваемой угловой скорости за оборот, но по требовавшая разработки нового способа оценки величины неортогональности осей.

На рис. 18 представлена схема реализации предлагаемого способа. В качестве средств измерений могут быть использованы автоколлимационные устройства, которые располагаются в вершинах пространственного треугольника, лежащего, в свою очередь, в плоскости автоколлимационных измерений. В качестве держателя физической величины (эталона) могут применяться как многогранные призмы, так и оптические зеркала.

Призму в оправе или зеркало 4 (рис. 18) располагают на малой оси стенда и юстиру ют положение эталона с помощью теодолита следующим образом: производят разворот планшайбы на -90° вокруг большой оси установки и выставляют зрительную трубу теодо лита Т1 так, чтобы в автоколлимационном режиме работы прибора визуально наблюдать отраженное от рабочей поверхности призмы или зеркала изображение.

Рисунок Далее реализуют развороты планшайбы на 180° вокруг обеих осей установки и вы ставляют зрительную трубу средства измерения Т2 аналогично Т1. Прибор Т3 должен обеспечивать оптическую связь между всеми средствами измерений.

После проведения подготовительных операций необходимо вернуть призму в поло жение, когда зрительная труба теодолита Т1 направлена в сторону ее рабочей поверхности (рис. 3(а)) и зафиксировать горизонтальный отсчет 11 соответствующим теодолитом, ра ботающим в режиме автоколлимационных измерений.

Далее, реализовав развороты призмы на 180° вокруг обеих осей стенда (рис. 18(б)), снимают соответствующий горизонтальный отсчет 21 теодолитом Т2 от той же грани призмы, при этом исключается влияние пирамидальности призмы (заклона зеркала).

Теодолит Т3 разворачивают вокруг его вертикальной оси в сторону теодолита Т так, чтобы существовала возможность снять второй горизонтальный отсчет 13 теодоли том Т1 изображения подсвеченной сетки нитей теодолита Т3, при этом фиксируют начальный горизонтальный отсчет 31 теодолитом Т3. Аналогично, развернув теодолит Т3 вокруг его вертикальной оси в сторону теодолита Т2, снимают отсчеты 23 и 32.

Наконец, имея все входные данные, вычисляют углы 1, 2 и 3 (рис. 18):

1 = 13 11 ;

2 = 23 21 ;

3 = 32 31.

После чего, исходя из известного правила суммы углов треугольника, рассчитывают величину отклонения от перпендикулярности двух осей:

c = (180° (1 + 2 + 3 )) 2.

Точность оценки искомого параметра определяется техническими характеристиками средств измерений, используемых в методе, а также их и поверяемой установки ориента циями относительно горизонта.

Рисунок Экспериментальные исследования выполнялись на испытательных стендах (рис. 19), при создании которых были использованы рекомендации по организации программного обеспечения, а также методика для их первичной и периодической аттестации.

Заключение Таким образом, основным результатом работы является решение научно технической проблемы разработки новых принципов построения систем динамического мониторинга рельсового пути, в основе которых используются последние достижения ин тегрированных инерциальных технологий.

В ходе проведенных исследований получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Предложена концепция построения системы динамического мониторинга рельсового пути, предполагающая использование ММ для измерения как результирующих сил в точ ках контакта «колесо-рельс», так и выявления импульсных неровностей рельсовых нитей, диагностируемых в настоящее время исключительно ручными средствами.

2. Разработано математическое описание динамического взаимодействия рельсового пути и подвижного состава, необходимое для выработки требований к точностным характери стикам инерциальных датчиков и систем на их основе в зависимости от мест установки. В результате стало возможно приступить к практической реализации методов нормирования результатов измерений ПВ по скорости и нагрузке, что позволит учитывать отличия в массогабаритных и динамических характеристиках ПВ и других типов подвижных единиц ж.д.-составов.

3. Разработана система диагностики неровностей рельсового пути с использованием ММ, которая позволяет автоматизировать процедуру измерения импульсных неровностей рель совых нитей. При этом дополнительно диагностируются отклонения формы поверхности катания колес от цилиндрической, возникающие в процессе эксплуатации ПВ. В результа те достоверность традиционных методов измерения просадок также возрастает.

4. Разработана ИСОН на рельсовом пути, предполагающая, во-первых, использование уточненной математической модели погрешностей ДП (зависимости от пространственно го положения рельсового пути и динамических характеристик ПВ), а, во-вторых, органи зацию дополнительных НО (стыки, стрелочные переводы и т.п.), для индикации прохож дения которых могут быть эффективно использованы ММ. Показана принципиальная возможность формирования единой для всех ПВ и иных диагностических средств геоин формационной базы данных о состоянии пути – для выявления тенденций развития воз никающих дефектов и о его пространственном положении. Такая электронная карта должна содержать в себе в первую очередь такие параметры как кривизна пути и геогра фические координаты стационарных навигационных отметчиков (пикетные столбы и пр.).

5. Предложены новые методы испытаний инерциальных измерительных модулей в режи мах квазигармонических колебаний. При этом учтены специфические для железной доро ги условия эксплуатации – удары, электромагнитные помехи и пр.

Научные и практические результаты, полученные в диссертации, могут быть использова ны в инерциальных измерительных системах, применяемых как для ж.д.-транспорта, так и для контроля асфальтовых, бетонных дорог, взлетно-посадочных полос и трубопроводов.

Цитируемая литература:

1. Мочалов А.В. Инерциальные методы и средства динамических измерений параметров движения и деформаций объектов: Автореф. дис. … доктора. техн. наук. СПб.: Изд-во СПб ГИТМО (ТУ), 2002.

2. Технические указания по определению и использованию характеристик устройства и состояния пути, получаемых вагонами путеобследовательскими станциями ЦНИИ-4.

(ЦПТ – 55/15) / Департамент пути и сооружений МПС России. – М.. – 2003. – 100 с.

3. British standard. Railway applications – Track – Track geometry quality. Part 1:

Characterisation of track geometry. BS EN 13848-1:2003+A1:2008.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Гупалов В. И., Мочалов А. В., Боронахин А. М. Аналитические гировертикали усе ченного состава// Гироскопия и навигация. 2001. № 2 (33). С. 25 36.

2. Боронахин А. М., Гупалов В. И., Мочалов А. В. Интегрированная система навигации на рельсовом пути на базе аналитической гировертикали усеченного состава// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2002. Сер. “Приборостроение и информационные технологии”.

Вып. 1. С. 1013.

3. Боронахин А. М., Казанцев А. В., Мочалов А. В. Экспериментальные исследования системы навигации на рельсовом пути в составе путеизмерительного вагона ЦНИИ-4// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2002. Сер. “Приборостроение и информационные техноло гии”. Вып. 1. С. 610.

4. Гупалов В. И., Боронахин А. М., Филипеня Н. С. К вопросу о синтезе путеизмери тельного комплекса нового поколения// Железные дороги мира. 2004. № 8. С. 4448.

5. Бесхордовый инерциальный метод измерения неровностей в продольной вертикаль ной плоскости рельсовых нитей/ А. М. Боронахин., В. И. Гупалов, А. В. Казанцев, М. Е.

Плех, Е. А. Шалагина// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. “Приборостроение и информа ционные технологии”. Вып. 1. С. 2429.

6. Разработка и исследование метода измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути/ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, М. В. Иванов, А. В. Казанцев, Е. Д. Масленок// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2004. Сер. «Приборостроение и информа ционные технологии». Вып. 1. С. 2124.

7. Гупалов В. И., Боронахин А. М., Филипеня Н. С.. Новые инерциальные методы изме рения параметров рельсового пути// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия “Приборострое ние и информационные технологии”. Вып. 1, 2005. С. 38.

8. Боронахин А.М., Олейник Л.Н., Филипеня Н.С. Малогабаритная интегрированная си стема диагностики рельсового пути// Гироскопия и навигация. 2009. № 1 (64). С. 63-74.

9. А.М. Боронахин, П.А. Иванов, И.Л. Суров. Исследование погрешностей триады мик ромеханических гироскопов с использованием малогабаритного двухосного стенда// На но- и микросистемная техника. – 2010. – №1. – С. 35-41.

10. А.М. Боронахин, П.А. Иванов, И.Л. Суров. Коррекция влияния линейного ускорения на показания микромеханического гироскопа // Нано- и микросистемная техника. – 2010.

– №7. – С. 41-44.

11. А.М. Боронахин, П.А. Иванов, И.Л. Суров. Исследование влияния инструментальных погрешностей испытательного средства на результаты калибровки блока микроакселеро метров // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – №3. – С. 9-11.

12. А.М. Боронахин, Л.Н. Подгорная. Применение микромеханических датчиков для диа гностики рельсового пути// Нано- и микросистемная техника, №8, 2010, C. 47–50.

13. А.М. Боронахин, А.А. Великосельцев, А.А. Янковский, Д.Б. Пухов, А.Н. Ткаченко.

Волоконно-оптические датчики вращения для сейсмических измерений// Оптический журнал. Т. 77. Вып. № 7. 2010, С. 54-59.

14. А.М. Боронахин, А.Н. Ткаченко. Результаты калибровочных испытаний триады воло конно-оптических гироскопов// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», серия ”Приборостроение и информационные технологии”. Вып. 7, 2010. С. 87-96.

15. В.В. Алексеев, А.М. Боронахин, Е.Ю. Закемовская, П.Г. Королев, Н.В. Романцова. Кри терии эффективности для задачи составления расписания многоканальных средств измере ния с автоматической коррекцией // Приборы, №7, 2011, C. 45–49.

16. В.В. Алексеев, А.М. Боронахин, И.В. Калякин, В.С. Коновалова, Л.Н. Подгорная. Из мерение характеристик железнодорожного полотна с помощью измерительной системы, построенной на базе микромеханических акселерометров// Приборы, №12, 2011, C. 22–29.

17. А.М. Боронахин, И.Л. Суров. Инерциально-спутниковая навигационная система на микромеханических датчиках// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", Серия ”Приборостроение и информационно-измерительные системы”. Вып. 9, 2011 С. 95-102.

18. А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, Д.Ю. Ларионов, Л.Н. Подгорная, Р.В. Шалымов. Мо бильная инерциальная система мониторинга рельсового пути// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", Серия “Приборостроение и информационно-измерительные систем”. Вып. №10, 2011. С. 84-91.

19. С.А. Анисимов, А.М. Боронахин, А.В. Вейнмейстер, П.А. Иванов. Концепция постро ения испытательного оборудования для калибровки систем навигации и ориентации// Из вестия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", Серия “Приборостроение и информационно-измерительные систем”. Вып. №8, 2011. С. 76-82.

20. Боронахин А.М., Иванов П.А., Бохман Е.Д., Филатов Ю.В., Суров И.Л. Новый ком плекс средств для испытаний малогабаритных инерциальных систем и их чувствительных элементов// Гироскопия и навигация. 2011. № 4. С. 33-42.

21. Боронахин А.М., Подгорная Л.Н., Бохман Е.Д., Филипеня Н.С., Филатов Ю.В., Ша лымов Р.В., Ларионов Д.Ю. Использование микромеханических чувствительных элемен тов в задачах диагностики рельсового пути// Гироскопия и навигация. 2012. № 1. С. 57-66.

22. Боронахин А.М., Лукомский Ю.А., Шпекторов А.Г., Тханг Х.М., Дык Ч.Т. Обоснова ние требований к системам навигации и ориентации при решении задач управления дви жением подвижных объектов// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", Серия “Приборостроение и информационно-измерительные систем”. Вып. №2, 2012 С. 77-80.

Другие статьи и материалы конференций:

23. Боронахин А. М., Гупалов В. И., Лисовой С. А.. Принципы построения аналитических гировертикалей на лазерных гироскопах и акселерометрах// Навигация и управление дви жением: II НТК молодых ученых, СПб., 2830 марта 2000 г./ ЦНИИ “Электроприбор“.

СПб., 2000. С. 4448.

24. Боронахин А. М., Мочалов А. В. Навигация по рельсовому пути// Навигация и управ ление движением: II НТК молодых ученых, СПб., 2830 марта 2000 г./ ЦНИИ “Электро прибор“. СПб., 2000. С. 251258.

25. Gupalov V. I., Mochalov A. V., Boronachin A. M. Application of a ring laser for measure ment of the track geometrical parameters// International Conference on Lasers for Measurements and Information Transfer, 13 (November 27, 2000)/ Proc. SPIE. 2000. № 4316. P. 1320.

26. Боронахин А. М. Результаты экспериментальных исследований системы навигации на рельсовом пути// Навигация и управление движением: III НТК молодых ученых, СПб., 1214 марта 2001 г./ ЦНИИ “Электроприбор“. СПб., 2001. С. 206213.

27. Gupalov V. I., Mochalov A. V., Boronachin A. M. The method of the ring laser correction for the measurement of an object angular moving//Proc. SPIE. 2001. № 4680. P. 7984.

28. Исследование интегрированной системы навигации на рельсовом пути/ А. М. Боро нахин, А. В. Мочалов, М. Рехель, Й. Шмайстер // Интегрированные инерциально спутниковые системы навигации: Сб. ст. и докл./ ГНЦ РФ-ЦНИИ “Электроприбор”. СПб., 2001. С. 181197.

29. Integrated System for Navigation on Railway Tracks/ M. Rechel, J. Schmeister, A. M. Bo ronachin, А. V. Моchalov // Proc. on Symp. GyroTechnology. Germany, 19 20 Sept. 2001.

Stuttgart. P. 17.017.18.

30. Боронахин А. М. Использование аналитической гировертикали усеченного состава для навигации на рельсовом пути// Навигация и управление движением: IV НТК молодых ученых, СПб., 12-14 марта 2002 г./ ЦНИИ “Электроприбор“. СПб., 2002. С. 4552.

31. Боронахин А. М., Казанцев А. В., Карпасов С. А. Результаты экспериментальных ис следований системы навигации на рельсовом пути в составе путеизмерительного вагона ЦНИИ-4// Навигация и управление движением: IV НТК молодых ученых, СПб., марта 2002 г./ ЦНИИ “Электроприбор“. СПб., 2002. С. 286291.

32. Боронахин А. М., Казанцев А. В., Гупалов В. И. Модель погрешности датчика прой денного пути при различных режимах и условиях движения// Навигация и управление движением: Мат-лы V НТК молодых ученых, СПб., 11-13 марта 2003/ ЦНИИ «Электро прибор». СПб., 2003. C. 5458.

33. Boronakhin A. M., Gupalov V. I., Filatov Y. V. Some aspects of synthesis of new genera tion way-measuring systems// Proc. of SPb IEEE Chapters, СПб., 8 июня 2004г../ СПбГЭТУ «ЛЭТИ». СПб., 2004.

34. Боронахин, А.М. Бесхордовый инерциальный метод измерения неровностей в про дольной вертикальной плоскости рельсовых нитей / А.М. Боронахин, В.И. Гупалов, Н.С.

Филипеня// Навигация и управление движением: материалы VI науч. тех. конф. молодых ученых, г. Санкт - Петербург, 12 – 14 марта 2004 г. – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2005г. – С. 118 – 123.

35. В.И. Гупалов, А.М. Боронахин, Н.С. Филипеня. Инерциальные методы измерения па раметров рельсового пути// «Навигация и управление движением» Сб. докладов VII Науч но-технической конференции молодых ученых, СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электроприбор», 2006. – С. 94-100.

36. А.М. Боронахин. Инерциальные технологии в задачах достижения безопасности желез нодорожного транспорта// Сб. докл. 21 собрания Академии Навигации и Управления дви жением, Гироскопия и навигация, № 4, 2006, С. 124.

37. А.М. Боронахин, В.И. Гупалов, Н.С. Филипеня. Анализ динамического воздействия пу теизмерительного вагона при контроле параметров рельсовых нитей// Навигация и управ ление движением: материалы VIII науч. тех. конф. молодых ученых, г. Санкт - Петербург, 14 – 16 марта 2006 г. – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2007 г. – С. 238 – 244.

38. Инерциальный измерительный модуль на микромеханических чувствительных элемен тах / А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, Н.С. Филипеня А.О. Грунский, Д.П. Лукьянов// Навига ция и управление движением: материалы VIII науч. тех. конф. молодых ученых, г. Санкт Петербург, 14 – 16 марта 2006 г. – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2007 г. – С. 118-124.

39. А.М. Боронахин, Л.Н. Олейник, А.Н. Ткаченко, Н.С. Филипеня. Разработка малогаба ритной интегрированной системы диагностики рельсового пути/ Материалы X конферен ции молодых ученых “Навигация и управление движением”// Санкт-Петербург, Навига ция и управление движением. – 2009, С. 403-409.

40. С.А. Анисимов, А.М. Боронахин, М.Н. Бурнашев, П.А. Иванов, Л.Н. Олейник, И.Л.

Суров, А.Н. Ткаченко, Ю.В. Филатов. Алгоритм испытаний триады гироскопов на двух осном испытательном стенде// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», серия «Приборостроение и информационные технологии». – выпуск 8/2009. – С. 26-34.

41. А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, Л.Н. Подгорная, Н.С. Филипеня. Разработка малогаба ритной автономной системы диагностики рельсового пути/ Сборник докладов Междуна родного научно-практического семинара «Конструкция железнодорожного пути и вопро сы технического обслуживания высокоскоростных магистралей», Санкт-Петербург, 3- июня 2010, С. 134-141.

42. А.М. Боронахин, Л.Н. Подгорная, Е.Д. Бохман, Р.В. Шалымов, Д.Ю. Ларионов. Авто матизированная система диагностики рельсового пути для обеспечения безопасности же лезнодорожного движения/ Сборник докладов I международной НПК «Интеллектуальные технологии на транспорте», Санкт-Петербург, 24-26 марта 2011, С. 166-171.

43. А.М.Боронахин, Л.Н.Подгорная, Е.Д.Бохман, Н.С.Филипеня, Ю.В.Филатов, Р.В.Шалымов, Д.Ю.Ларионов. Инерциальная система диагностики рельсового пути на ос нове микромеханических чувствительных элементов/ Сборник докладов XVIII Санкт Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным систе мам, 30 мая – 1 июня 2011 г., ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», с.152-160.

44. А.М. Боронахин, П.А. Иванов, Е.Д. Бохман, Ю.В. Филатов, И.Л. Суров. Средства ис пытаний инерциальных систем и их чувствительных элементов/ Сборник докладов XVIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, 30 мая – 1 июня 2011 г., ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», с.34-41.

45. А.М.Боронахин, Н.С. Филипеня, Л.Н.Подгорная, Е.Д.Бохман, Р.В.Шалымов, Д.Ю.Ларионов. Малогабаритная инерциальная система диагностики рельсового пути/ Ра диоэлектронные комплексы многоцелевого назначения: сборник научных трудов. Юби лейный выпуск. 1991-2011/ Открытое акционерное общество «Радиоавионика». – СПб.:

Изд-во Политехн. ун-та, 2011. с.50-58.

46. A. M. Boronahin, L. N. Podgornaya, E. D. Bokhman, N. S. Filipenya, Yu. V. Filatov, R. B.

Shalymov, D. Yu. Larionov. MEMS-Based Inertial System for Railway Track Diagnostics/ Gy roscopy and Navigation (ISSN 2075-1087), Vol. 2, No. 4, pp. 262–269.

47. A.M. Boronakhin. Test beds for inertial systems and their sensitive elements// P.A.Ivanov, E.D.Bokhman, Yu.V.Filatov, I.L.Surov// ISSN 2075-1087, Gyroscopy and Navigation, 2012, Vol. 3., pp. 188-193.

48. А.М.Боронахин, Н.С. Филипеня, Л.Н.Подгорная, Е.Д.Бохман, Р.В.Шалымов, Д.Ю.Ларионов. Малогабаритная инерциальная система диагностики рельсового пути. Ре зультаты внедрения/ Сборник докладов 64 НТК ППС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 25 января февраля, 2011 г., С. 170- 49. А.М.Боронахин, П.А.Иванов, И.Л.Суров, М.А. Лебедева, А.В. Маляева, Дао Ван Ба, Ле Ван Чанг. Результаты испытаний микромеханического модуля/ Сборник докладов НТК ППС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 25 января 5 февраля, 2011 г., С. 173-176.

50. Боронахин А.М. Автономная система диагностики рельсового пути// А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, Д.Ю.Ларионов, Л.Н.Подгорная, Р.В. Шалымов. // Сборник докладов 65 НТК Профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 188-191.

51. Boronahin, D. Larionov, Yu. Filatov, L. Podgornaya, E. Bokhman, R. Shalymov. Inertial System for Railway Track Diagnostics// Proc. on Symp. Inertial Sensors and Systems. Germany, 18 19 Sept. 2012. Karlsruhe. P. 17.117.20.

52. Yu. V. Filatov, A.M. Boronakhin, N. S. Filipenya, L. N. Podgornaya/ G.N. Zyuzev. Ray lwayTrack – das Gleisgeometriemesssystem auf Basis von inertialen mikromechanischen Tech nologien. // DER EISENBAHNINGENIEUR, 2012, №12, pp. 28-31.

53. А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, Д.Ю. Ларионов, Л.Н. Подгорная, Ю.В. Филатов, Р.В. Шалымов. Методы и средства диагностики рельсового пути на основе инерциальных и геоинформационных технологий// Бюллетень Объединенного Ученого Совета ОАО РЖД, 2012, №5, с. 28-38.

Монографии:

54. А.М. Боронахин, Д.П. Лукьянов, Ю.В. Филатов. Оптические и микромеханические инерциальные приборы. СПб.: Изд-во «Элмор», 2007. 400 с.

55. А.М. Боронахин, Д.П. Лукьянов, Ю.В. Филатов. Оптические и микромеханические инерциальные приборы. СПб.: Изд-во «Элмор», 2-е издание, 2008. 400 с.

56. Боронахин А. М., Гупалов В. И. Инерциальные и информационные технологии опре деления параметров движения объектов и свойств рельсового пути. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2012. 288 с.

Учебные пособия:

57. Боронахин А. М., Гупалов В. И., Мочалов А. В. Инерциальные методы и средства определения параметров движения объектов: Учеб.пособие по курсам “Проектирование и конструирование устройств АСНУ” и “Инерциальные системы навигации и управления”.

СПб.: Изд-во СПбГЭТУ“ЛЭТИ”, 2000. C.84.

58. Боронахин А. М., Гупалов В. И., Мочалов А. В. Инерциальные методы и средства определения параметров движения объектов и свойств рельсового пути: Учеб. пособие по курсам “Проектирование и конструирование устройств ЛИНС” и “Инерциальные системы навигации и управления”.СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2003. С.144.

59. А.М. Боронахин, Д.П. Лукьянов, А.В. Мочалов, Ю.В. Филатов. Теоретические основы малогабаритных инерциальных систем: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2007. С.416.

Патенты РФ:

60. Пат. РФ № 2253091/ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, А. В. Мочалов. Способ коррек ции аналитических гировертикалей усеченного состава, 27.05.2005. Бюл.№ 15.

61. Пат. РФ № 2243505/ А.М. Боронахин, В.И. Гупалов, А.В. Казанцев. Способ коррекции датчика пройденной дистанции. Опубл. 27.12.2004. Бюл. № 36.

62. Пат. РФ № 2242391/ Боронахин А.М., Гупалов В.И., Мочалов А.В. Способ инерциаль ных измерений неровностей рельсового пути. Опубл. 20.12.2004. Бюл. № 35.

63. Пат. РФ № 2276216/ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, Е. А. Шалагина. Способ измере ния горизонтальных неровностей (рихтовки) и кривизны в плане рельсовых нитей. Опубл.

10.05.2006. Бюл. №13.

64. Пат. РФ № 2242554/ Боронахин А. М., Гупалов В. И., Казанцев А. В., Карпасов С. А.

Способ измерения просадки рельсовых нитей. Опубл. 20.12.2004. Бюл. № 35.

65. Пат. РФ № 2240244./ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, А. В. Мочалов, А. В. Казанцев.

Способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути. Опубл.

20.11.2004. Бюл. №32.

66. Пат. РФ №2291803/ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, Н. С. Филипеня. Способ измере ния путеизмерительным вагоном вертикальных жесткостей рельсовых нитей. Опубл.

20.01.2007. Бюл. № 2.

67. Пат. РФ №2291804/ А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, Н. С. Филипеня. Способ измере ния путеизмерительным вагоном боковых (поперечных) жесткостей рельсовых нитей.

Опубл. 20.01.2007. Бюл. № 2.

68. Пат. РФ №2446380/ А.М. Боронахин, Е.Д. Бохман, П.А. Иванов. Способ оценивания отклонения от перпендикулярности двух осей. Опубл. 27.03.2012. Бюл. № 9.

69. Пат. РФ № 111310/ А.М. Боронахин, А.А. Великосельцев А.Н. Ткаченко. Устройство регистрации линейных и угловых перемещений. Опубл. 10.12.2011. Бюл. № 34.

70. Пат. РФ № 112882/ А.М. Боронахин, Л.Н. Подгорная, Е.Д. Бохман, Д.Ю. Ларионов, Р.В. Шалымов. Устройство для контроля поверхности катания рельсов. Опубл. 27.01.2012.

Бюл. № 3.

71. Пат. РФ № 112627/ А.М. Боронахин, Л.Н. Подгорная, Е.Д. Бохман, Д.Ю. Ларионов, Р.В. Шалымов. Устройство для определения местоположения дефектов рельсового пути.

Опубл. 10.12.2012. Бюл. № 34.

72. Пат. РФ № 129217/ А.М. Боронахин, В.Ю. Венедиктов, А.В. Горелая и др. Оптическая система для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона.

Опубл. 20.06.2013. Бюл. № 17.