專(zhuān)利名稱(chēng)：一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，涉及軌道上車(chē)輛之間的防碰撞技術(shù)，尤其是主動(dòng)防止軌道交通系統(tǒng)中運(yùn)行車(chē)輛發(fā)生碰撞、追尾事故的發(fā)生，為一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在國(guó)民生產(chǎn)，人民生活中不可缺少會(huì)使用到軌道交通系統(tǒng)，如鐵路客貨運(yùn)、地鐵、輕軌等。軌道交通系統(tǒng)中運(yùn)行車(chē)輛一旦發(fā)生碰撞，必然造成對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)的損害，尤其是載人軌道車(chē)輛等發(fā)生碰撞、追尾時(shí)，在造成物質(zhì)損失的同時(shí)也給經(jīng)歷事故的人們留下巨大的精神創(chuàng)傷?！0003]分析引發(fā)軌道交通發(fā)生碰撞事故的原因主要有以下一些前后車(chē)被派上同一區(qū)間；前后車(chē)存在較大的速度差、前車(chē)停車(chē)或慢行、后車(chē)快于前車(chē)；軌道中心控制系統(tǒng)的調(diào)度出現(xiàn)問(wèn)題；環(huán)境(惡劣天氣情況)和人為因素的影響等等。這些災(zāi)禍的發(fā)生可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)加以預(yù)防和控制，這就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的軌道交通中車(chē)輛間的防碰撞方法。防止軌道交通中車(chē)輛間的碰撞、追尾可以采用的技術(shù)原理很多。已有系統(tǒng)中有通過(guò)信號(hào)燈系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(GPS)以及在軌道電路中傳輸相位連續(xù)的鍵控移頻(FSK)信號(hào)進(jìn)行區(qū)間閉塞等方法避免碰撞事故的發(fā)生。由于軌道交通防碰撞的特點(diǎn)要求在設(shè)計(jì)相應(yīng)的方法時(shí)必須同時(shí)具有高可靠、高可用和高安全性的特性，防碰撞方法應(yīng)該是具有多套冗余的方案，系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立運(yùn)行，不應(yīng)互相聯(lián)鎖，并且各套系統(tǒng)應(yīng)采用不同的技術(shù)原理，以確保冗余的有效性，不因某一共同原因同時(shí)失效，即共因失效。因此有必要提出和一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞方法，保證軌道交通的安全高效運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有軌道交通中，已使用的中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS (Chinese Train Control System)以及類(lèi)似系統(tǒng)中，軌道車(chē)輛上并沒(méi)有相應(yīng)的裝置實(shí)現(xiàn)車(chē)輛間主動(dòng)探測(cè)以實(shí)現(xiàn)防止碰撞，不能有效保證車(chē)輛的安全運(yùn)行，需要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種主動(dòng)防止軌道上車(chē)輛之間發(fā)生碰撞的系統(tǒng)，應(yīng)用于現(xiàn)有的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，能夠主動(dòng)檢測(cè)軌道車(chē)輛前進(jìn)方向上有無(wú)車(chē)輛信息，前車(chē)的速度以及兩車(chē)的相對(duì)軌道距離，并將估計(jì)結(jié)果用于車(chē)輛間防碰撞控制。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)，包括雙軌軌道和軌道車(chē)輛，軌道為導(dǎo)電材料，雙軌軌道的兩根軌道平行且為開(kāi)路狀態(tài)，雙軌軌道與大地之間絕緣，軌道車(chē)輛的車(chē)輪與雙軌軌道始終保持接觸，軌道車(chē)輛由車(chē)輪、輪軸、驅(qū)動(dòng)裝置、斷路裝置、車(chē)載主機(jī)和電源模塊組成，軌道車(chē)輛包括主、從兩種狀態(tài)，主狀態(tài)指主動(dòng)檢測(cè)本車(chē)前后是否有車(chē)輛的狀態(tài)，從狀態(tài)指本車(chē)處于被其他車(chē)輛檢測(cè)的狀態(tài)，車(chē)輪包括一對(duì)前輪和一對(duì)后輪，前輪之間和后輪之間通過(guò)輪軸連接，斷路裝置分別設(shè)置在前輪和后輪的輪軸上，主狀態(tài)時(shí)車(chē)載主機(jī)發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)，斷路裝置斷路，使前輪和后輪的輪軸兩端為斷路狀態(tài)，從狀態(tài)時(shí)車(chē)載主機(jī)不發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)，斷路裝置短路，使前輪和后輪的輪軸兩端為短路狀態(tài)；兩輛軌道車(chē)輪與雙軌軌道構(gòu)成一個(gè)電回路，其中主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)輸出測(cè)距脈沖信號(hào)，經(jīng)主狀態(tài)軌道車(chē)輛的輪軸、車(chē)輪傳輸至雙軌軌道中的一條，測(cè)距脈沖信號(hào)沿軌道到達(dá)從狀態(tài)軌道車(chē)輛，經(jīng)短路狀態(tài)的斷路裝置傳輸至另一條軌道，再沿軌道回到主狀態(tài)軌道車(chē)輛，經(jīng)由主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)輪和輪軸輸入車(chē)載主機(jī)；軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置雙向通訊連接，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)軌道車(chē)輛運(yùn)行，同時(shí)向車(chē)載主機(jī)反饋該車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，電源模塊向軌道車(chē)輛供電。所述車(chē)載主機(jī)由處理器核心、前脈沖發(fā)射電路、后脈沖發(fā)射電路、前高速比較器電路、后高速比較器電路、參考電壓電路、前差分運(yùn)放、后差分運(yùn)放、驅(qū)動(dòng)裝置接口、前斷路裝置接口和后斷路裝置接口構(gòu)成，前脈沖發(fā)射電路連接前輪，后脈沖發(fā)射電路連接后輪，處理器核心的輸出連接前、后脈沖發(fā)射電路和參考電壓電路，處理器核心通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置接口連接驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)前、后斷路裝置接口連接前、后斷路裝置，前、后脈沖發(fā)射電路發(fā)出測(cè)距脈沖信號(hào)，參考電壓電路向前、后高速比較器電路提供參考電壓信號(hào)，軌道車(chē)輛接收的返回的 測(cè)距脈沖信號(hào)分別經(jīng)前、后差分運(yùn)放電路輸入前、后高速比較器電路，前、后高速比較器電路的輸出信號(hào)輸入處理器核心。本實(shí)用新型軌道車(chē)輛運(yùn)行在雙軌軌道上，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)軌道車(chē)輛的運(yùn)行，根據(jù)車(chē)載主機(jī)的命令實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛的行駛狀態(tài)控制，并向車(chē)載主機(jī)反饋軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，所述車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)包括行駛方向、速度和加速度；主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制前、后斷路裝置，使連接在同一輪軸上的車(chē)輪之間成開(kāi)路狀態(tài)，然后再通過(guò)前脈沖發(fā)射電路發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)，判斷軌道車(chē)輛測(cè)量范圍內(nèi)是否有其他車(chē)輛行駛；當(dāng)在測(cè)距脈沖信號(hào)有效傳輸范圍內(nèi)沒(méi)有其他軌道車(chē)輛行駛時(shí)，車(chē)載主機(jī)將不會(huì)接收到返回的測(cè)距脈沖信號(hào)，此時(shí)由車(chē)載主機(jī)控制增寬發(fā)射脈沖的寬度，再次發(fā)射測(cè)距脈沖信號(hào)，如果直至脈沖寬度達(dá)到最大設(shè)定值還沒(méi)接收到返回測(cè)距脈沖信號(hào)，則周期性重復(fù)發(fā)射最大寬度的測(cè)距脈沖信號(hào)；當(dāng)在測(cè)距脈沖信號(hào)有效傳輸范圍內(nèi)有其他軌道車(chē)輛行駛時(shí)，測(cè)距脈沖信號(hào)將沿著遇到的處于從狀態(tài)的軌道車(chē)輛的車(chē)輪和短路狀態(tài)的斷路裝置傳到另一條軌道上，然后測(cè)距脈沖信號(hào)沿著另一條軌道返回到主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)，車(chē)載主機(jī)采集測(cè)距脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算發(fā)送的測(cè)距脈沖信號(hào)時(shí)間點(diǎn)與接收的測(cè)距脈沖信號(hào)峰值時(shí)間點(diǎn)的差值，獲得前輪的測(cè)距結(jié)果，重復(fù)上述發(fā)送脈沖信號(hào)、采集脈沖信號(hào)和處理脈沖信號(hào)的過(guò)程，進(jìn)行多次測(cè)量，根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置反饋給車(chē)載主機(jī)的本車(chē)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出另一軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)；同時(shí)通過(guò)后脈沖發(fā)射電路發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)到軌道上，獲得后輪的測(cè)距結(jié)果，將由同一時(shí)刻發(fā)出的測(cè)距脈沖信號(hào)獲得的前、后輪測(cè)距結(jié)果作比較，如果前輪的測(cè)距結(jié)果大于后輪的測(cè)距結(jié)果，則從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛行駛方向的后方，如果前輪的測(cè)距結(jié)果小于后輪的測(cè)距結(jié)果，則從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛行駛方向的前方；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛時(shí)，主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制測(cè)距脈沖信號(hào)從前輪發(fā)出，對(duì)前車(chē)再次進(jìn)行測(cè)距，當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的后方行駛時(shí)，主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制測(cè)距脈沖信號(hào)從后輪發(fā)出，對(duì)后車(chē)再次進(jìn)行測(cè)距；根據(jù)所得到的兩輛軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)和再次測(cè)距結(jié)果進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)，車(chē)載主機(jī)向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)本軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，控制軌道車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛之間的防碰撞，對(duì)軌道車(chē)輛防止碰撞做出的相應(yīng)處理為當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛時(shí)，如果兩車(chē)的軌道距離大于設(shè)定的安全距離，比較兩車(chē)的車(chē)速，若主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速小于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，則退出處理流程，保持正常行駛，若主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速大于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速降至等于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，并再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，確認(rèn)兩車(chē)的目前的運(yùn)行狀態(tài)，如果兩車(chē)的軌道距離小于設(shè)定的安全距離，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛立即實(shí)施停車(chē)動(dòng)作，同時(shí)再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，直到兩車(chē)的軌道距離重新回到安全距離以外再啟動(dòng)；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的后方行駛時(shí)，如果兩車(chē)的軌道距離大于設(shè)定的安全距離，比較兩車(chē)的車(chē)速，若從狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速小于主狀態(tài)軌道車(chē)輛，則退出處理流程，保持正常行駛，若從狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速大于主狀態(tài)軌道車(chē)輛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速提高至等于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，并再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，確認(rèn)兩車(chē)的目前的運(yùn)行狀態(tài)，如果兩車(chē)的軌道距離小于設(shè)定的安全距離，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速提高至高于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，同時(shí)再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，直到兩車(chē)的軌道距離重新回到安全距離以外。與現(xiàn)有的技術(shù)相比本實(shí)用新型有如下優(yōu)勢(shì)·[0016]I、能夠主動(dòng)發(fā)送測(cè)距脈沖進(jìn)行測(cè)距，有效避免發(fā)生碰撞；2、能夠判斷出從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛還是后方行駛；3、能夠調(diào)節(jié)測(cè)試脈沖的寬度，適應(yīng)不同的測(cè)試距離；4、能夠調(diào)節(jié)參考電壓的大小，提高距離測(cè)試的精度；5、能夠獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需外在控制。

圖I為本實(shí)用新型主動(dòng)式防碰撞系統(tǒng)示意圖。圖2為本實(shí)用新型軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型車(chē)載主機(jī)示意圖。圖4為本實(shí)用新型脈沖信號(hào)處理流程示意圖。圖5為本實(shí)用新型軌道車(chē)輛參數(shù)估計(jì)流程。圖6為本實(shí)用新型軌道車(chē)輛碰撞預(yù)測(cè)與處理流程。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型軌道所采用的材料為良好的導(dǎo)電材料，保證能夠傳輸測(cè)距脈沖信號(hào)，兩根平行軌道之間是開(kāi)路狀態(tài)，軌道與大地之間是絕緣的，軌道車(chē)輛的車(chē)輪與軌道能夠很好地接觸，以保證脈沖信號(hào)的有效傳輸。主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)先控制前、后斷路裝置使該車(chē)的同軸輪子之間成開(kāi)路狀態(tài)，然后再發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)；車(chē)載主機(jī)先通過(guò)前脈沖發(fā)射電路發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)判斷測(cè)量范圍內(nèi)是否有其他車(chē)輛行駛；當(dāng)在測(cè)距脈沖有效傳輸范圍內(nèi)沒(méi)有其他軌道車(chē)輛行駛時(shí)，車(chē)載主機(jī)將接收不到返回的脈沖信號(hào)，此時(shí)由處理器核心控制增寬發(fā)射脈沖的寬度再次發(fā)射測(cè)距脈沖，如果直至脈沖寬度達(dá)到最大還沒(méi)接收到返回脈沖，則以一定的周期重復(fù)發(fā)射最大寬度的測(cè)距脈沖；當(dāng)在測(cè)距脈沖信號(hào)有效傳輸范圍內(nèi)有其他軌道車(chē)輛行駛時(shí)，測(cè)距脈沖信號(hào)將沿著遇到的從狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)輪和短路狀態(tài)的斷路裝置傳到另一條軌道上，然后測(cè)距脈沖信號(hào)沿著另一條軌道返回到主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)，車(chē)載主機(jī) 迅速采集脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算發(fā)送的測(cè)距脈沖信號(hào)時(shí)間點(diǎn)與接收的測(cè)距脈沖信號(hào)峰值時(shí)間點(diǎn)的差值，獲得前輪的測(cè)距結(jié)果，重復(fù)上述發(fā)送脈沖、采集脈沖和處理脈沖信號(hào)進(jìn)行多次測(cè)量，再根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置反饋給車(chē)載主機(jī)的本車(chē)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出另一軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，再通過(guò)后脈沖發(fā)射電路發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)到同一條軌道上，獲得后輪的測(cè)距結(jié)果，將兩次測(cè)試獲得的前、后輪測(cè)距結(jié)果作比較，如果前輪的測(cè)距結(jié)果大于后輪的測(cè)距結(jié)果，則從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛行駛方向的后方，如果前輪的測(cè)距結(jié)果小于后輪的測(cè)距結(jié)果，則從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛行駛方向的前方；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛時(shí)，主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制從前輪發(fā)送脈沖信號(hào)對(duì)前車(chē)進(jìn)行精確測(cè)距，當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的后方行駛時(shí)，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制從后輪發(fā)送脈沖信號(hào)對(duì)后車(chē)進(jìn)行精確測(cè)距；根據(jù)所得到的兩輛軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)和精確測(cè)距結(jié)果進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)，車(chē)載主機(jī)向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)本軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，控制軌道車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛之間的防碰撞。對(duì)軌道車(chē)輛防止碰撞做出控制前的碰撞預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)包括了測(cè)試主、從車(chē)輛的軌道距離以及從狀態(tài)軌道車(chē)輛的速度估計(jì)和加速度估計(jì)。當(dāng)兩輛軌道車(chē)輛在同一段軌道區(qū)間上運(yùn)行時(shí)，主狀態(tài)軌道車(chē)輛通過(guò)主動(dòng)發(fā)送測(cè)距脈沖對(duì)從狀態(tài)軌道車(chē)輛進(jìn)行探測(cè)，測(cè)距脈沖信號(hào)在軌道中的傳輸速度為Vp，測(cè)試主、從狀態(tài)軌道車(chē)輛的速度分別為vz、v。，主狀態(tài)軌道車(chē)輛在從發(fā)送到接收到正的返回信號(hào)的時(shí)間差為T(mén)，則可由L=VpXT/4估算出兩車(chē)相對(duì)的軌道距離L ；按照測(cè)距脈沖信號(hào)的發(fā)射時(shí)間間隔Λ t，經(jīng)多次測(cè)量得到L1,，L2. ...，Ln,對(duì)該序列做差分運(yùn)算得到Λ L1, Λ L2,.…，Λ Llri，主狀態(tài)軌道車(chē)輛速度Vzi已知，通過(guò)Vci= Δ Li/ Δ t+Vzi (i = I, 2, ···, η)估算出從狀態(tài)軌道車(chē)輛速度，其中Vcd, Vzi分別為從狀態(tài)軌道車(chē)輛和主狀態(tài)軌道車(chē)輛在i時(shí)刻的速度；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛的速度發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)aci= (Vci+1-Vci) /At (i = I, 2,…，η)估算出從狀態(tài)軌道車(chē)輛的加速度。圖I為本實(shí)用新型主動(dòng)式防碰撞系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)由軌道車(chē)輛和軌道兩部分組成。軌道能夠傳輸脈沖信號(hào)，并且軌道與大地彼此絕緣，兩根平行軌道之間保持開(kāi)路狀態(tài)；軌道車(chē)輛I能夠隨時(shí)主動(dòng)地沿軌道發(fā)送測(cè)距脈沖，測(cè)距脈沖經(jīng)過(guò)軌道車(chē)輛2的短路態(tài)的輪軸傳到另外一條軌道上，這樣測(cè)距脈沖就能夠沿另一條軌道回到軌道車(chē)輛1，軌道車(chē)輛I根據(jù)發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)和接收測(cè)距脈沖信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出兩車(chē)的相對(duì)軌道距離，再利用該軌道距離做出防碰撞預(yù)測(cè)以及控制軌道車(chē)輛I的運(yùn)行狀態(tài)。圖2為軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)示意圖，軌道車(chē)輛由車(chē)輛主體、驅(qū)動(dòng)裝置、前斷路裝置、后斷路裝置、車(chē)載主機(jī)和電源模塊組成。軌道車(chē)輛的車(chē)輪能夠傳輸測(cè)距脈沖信號(hào)并且能夠與軌道有良好的接觸；前、后輪軸能夠由前、后斷路裝置控制其兩端的連通狀態(tài)，當(dāng)車(chē)載主機(jī)發(fā)送測(cè)距脈沖時(shí)前、后輪軸兩端為斷路狀態(tài)，當(dāng)車(chē)載主機(jī)沒(méi)有發(fā)送測(cè)距脈沖時(shí)前、后輪軸兩端為短路狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)裝置能夠驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的運(yùn)行，根據(jù)車(chē)載主機(jī)的命令實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛的加速、減速、制動(dòng)和啟動(dòng)等行駛狀態(tài)控制，并能夠向車(chē)載主機(jī)提供軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)包括行駛方向、速度和加速度；車(chē)載主機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，能夠控制驅(qū)動(dòng)裝置和斷路裝置的運(yùn)行，也能夠發(fā)送、采集和分析測(cè)距脈沖信號(hào)；電源模塊為整個(gè)軌道車(chē)輛提供電能，可采用大容量的蓄電池。圖3為車(chē)載主機(jī)示意圖，車(chē)載主機(jī)由處理器核心、前脈沖發(fā)射電路、后脈沖發(fā)射電路、前高速比較器電路、后高速比較器電路、參考電壓電路、前高速差分運(yùn)放、后高速差分運(yùn)放、驅(qū)動(dòng)裝置接口、前斷路裝置接口和后斷路裝置接口構(gòu)成。處理器核心能夠控制前脈沖發(fā)射電路、后脈沖發(fā)射電路、前高速比較器電路、后高速比較器電路和參考電壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距脈沖信號(hào)從前、后兩個(gè)端口的發(fā)送和采集，并能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得兩車(chē)的相對(duì)軌道距離，還能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置接口和前、后斷路裝置接口控制驅(qū)動(dòng)裝置和前、后斷路裝置的運(yùn)行；前、后脈沖發(fā)射電路能夠響應(yīng)處理器核心的控制發(fā)出寬度可控的測(cè)距脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)寬度越寬能夠傳輸?shù)姆秶驮竭h(yuǎn)；前、后高速比較器用于測(cè)距脈沖信號(hào)的采集，當(dāng)信號(hào)電平大于參考電壓電平時(shí)比較器輸出高電平，當(dāng)信號(hào)電平小于參考電壓電平時(shí)比 較器輸出低電平；參考電壓電路為前、后高速比較器提供參考電壓，處理器核心通過(guò)調(diào)節(jié)PWM波的占空比來(lái)調(diào)節(jié)參考電壓的大小，參考電壓的大小可根據(jù)實(shí)際測(cè)得的兩車(chē)的距離來(lái)調(diào)節(jié)，如果兩車(chē)距離較近則可以適當(dāng)提高參考電壓，如果兩車(chē)距離較遠(yuǎn)則可以適當(dāng)降低參考電壓，一般小于IOOm時(shí)參考電壓可調(diào)節(jié)到IV左右，大于IOOm時(shí)參考電壓可調(diào)節(jié)到O. 5V左右，也可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)定；前、后高速差分運(yùn)放用于降低外在環(huán)境對(duì)軌道上傳輸?shù)臏y(cè)距脈沖信號(hào)的干擾。本實(shí)用新型測(cè)距脈沖信號(hào)的寬度是可控制的，可根據(jù)運(yùn)行軌道的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)射初始脈沖信號(hào)沒(méi)有返回信號(hào)時(shí)，說(shuō)明在該脈沖的測(cè)試范圍內(nèi)沒(méi)有其他軌道車(chē)輛行駛，此時(shí)需要增大發(fā)射脈沖的寬度再次測(cè)試，如果此時(shí)存在返回脈沖則處理器核心開(kāi)始測(cè)距計(jì)算，如果還沒(méi)有返回脈沖信號(hào)則繼續(xù)增大脈沖信號(hào)的寬度，當(dāng)脈沖寬度增加到最大值時(shí)仍然沒(méi)有返回脈沖信號(hào)時(shí)，處理器核心將控制脈沖發(fā)射電路以一定周期重復(fù)發(fā)射最大寬度的脈沖信號(hào)，重復(fù)的周期一般大于等于IOs小于等于60s，脈沖信號(hào)寬度調(diào)節(jié)的范圍一般為50ns到200ns之間，每次調(diào)節(jié)的幅度一般為50ns，發(fā)射的初始脈沖信號(hào)寬度為50ns，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。圖4為脈沖信號(hào)處理流程示意圖，首先設(shè)置高速比較器的參考電平，當(dāng)發(fā)送的測(cè)距脈沖信號(hào)和接收的測(cè)距脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器后，高速比較器將對(duì)應(yīng)輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)，觸發(fā)器在比較器輸出的第一個(gè)脈沖的上升沿時(shí)觸發(fā)輸出高電平，在第二脈沖的上升沿時(shí)再次觸發(fā)輸出低電平，高速計(jì)數(shù)器在觸發(fā)器輸出為高電平期間進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就可以計(jì)算出兩個(gè)脈沖的時(shí)間差，從而進(jìn)一步計(jì)算出兩車(chē)的軌道距離。圖5為軌道車(chē)輛參數(shù)估計(jì)流程圖，車(chē)載主機(jī)上電后等待是否需要主動(dòng)測(cè)距的命令，如果不需要主動(dòng)測(cè)距則短接該車(chē)的輪軸等待測(cè)距命令；如果需要主動(dòng)測(cè)距則斷開(kāi)該車(chē)的前、后輪軸，由前脈沖發(fā)射電路沿軌道發(fā)送測(cè)距脈沖，根據(jù)回波情況判斷軌道上是否有車(chē)輛，如果前方存在車(chē)輛，則重復(fù)脈沖信號(hào)處理流程計(jì)算出被測(cè)車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)；如果前方?jīng)]有存在車(chē)輛，則按照原定的行車(chē)計(jì)劃繼續(xù)前行，同時(shí)車(chē)載主機(jī)還以一定的頻率沿軌道發(fā)送測(cè)距脈沖。圖6為軌道車(chē)輛碰撞預(yù)測(cè)與處理流程圖，根據(jù)讀取的本車(chē)的行車(chē)參數(shù)以及通過(guò)主動(dòng)測(cè)距得到的前車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，所得到的兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)包括兩車(chē)的加速度和速度等，再通過(guò)前、后輪的測(cè)距結(jié)果判斷兩車(chē)所處的相對(duì)位置，如果從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制從前輪發(fā)送脈沖信號(hào)對(duì)前車(chē)進(jìn)行精確測(cè)距，如果從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的后方行駛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)控制從后輪發(fā)送脈沖信號(hào)對(duì)后車(chē)進(jìn)行精確測(cè)距，根據(jù)所得到的兩輛軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)和精確測(cè)距結(jié)果進(jìn)行碰撞預(yù)測(cè)；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的前方行駛時(shí)，如果兩車(chē)的軌道距離大于設(shè)定的安全距離，比較兩車(chē)的車(chē)速，若主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速小于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，則退出處理流程，保持正常行駛，若主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速大于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速降至等于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，并再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，確認(rèn)兩車(chē)的目前的運(yùn)行狀態(tài)，如果兩車(chē)的軌道距離小于設(shè)定的安全距離，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛立即實(shí)施停車(chē)動(dòng)作，同時(shí)再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，直到兩車(chē)的軌道距離重新回到安全距離以外再啟動(dòng)；當(dāng)從狀態(tài)軌道車(chē)輛在主狀態(tài)軌道車(chē)輛的后方行駛時(shí)，如果兩車(chē)的軌道距離大于設(shè)定的安全距離，比較兩車(chē)的車(chē)速，若從狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速小于主狀態(tài)軌道車(chē)輛，則退出處理流程，保持正常行駛，若從狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)速大于主狀態(tài)軌道車(chē)輛，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速提高至等于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，并再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，確認(rèn)兩車(chē)的目前的運(yùn)行狀態(tài)，如果兩車(chē)的軌道距離小于設(shè)定的安全距離，則主狀態(tài)軌道車(chē)輛將車(chē)速提高至高于從狀態(tài)軌道車(chē)輛，同時(shí)再次獲取兩車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，直到兩車(chē)的軌道距離重新回到安全距離以外?！?br> 權(quán)利要求1.一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)，其特征是包括雙軌軌道和軌道車(chē)輛，軌道為導(dǎo)電材料，雙軌軌道的兩根軌道平行且為開(kāi)路狀態(tài)，雙軌軌道與大地之間絕緣，軌道車(chē)輛的車(chē)輪與雙軌軌道始終保持接觸， 軌道車(chē)輛由車(chē)輪、輪軸、驅(qū)動(dòng)裝置、斷路裝置、車(chē)載主機(jī)和電源模塊組成，軌道車(chē)輛包括主、從兩種狀態(tài)，主狀態(tài)指主動(dòng)檢測(cè)本車(chē)前后是否有車(chē)輛的狀態(tài)，從狀態(tài)指本車(chē)處于被其他車(chē)輛檢測(cè)的狀態(tài)，車(chē)輪包括一對(duì)前輪和一對(duì)后輪，前輪之間和后輪之間通過(guò)輪軸連接，斷路裝置分別設(shè)置在前輪和后輪的輪軸上，主狀態(tài)時(shí)車(chē)載主機(jī)發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)，斷路裝置斷路，使前輪和后輪的輪軸兩端為斷路狀態(tài)，從狀態(tài)時(shí)車(chē)載主機(jī)不發(fā)送測(cè)距脈沖信號(hào)，斷路裝置短路，使前輪和后輪的輪軸兩端為短路狀態(tài)；兩輛軌道車(chē)輪與雙軌軌道構(gòu)成一個(gè)電回路，其中主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)輸出測(cè)距脈沖信號(hào)，經(jīng)主狀態(tài)軌道車(chē)輛的輪軸、車(chē)輪傳輸至雙軌軌道中的一條，測(cè)距脈沖信號(hào)沿軌道到達(dá)從狀態(tài)軌道車(chē)輛，經(jīng)短路狀態(tài)的斷路裝置傳輸至另一條軌道，再沿軌道回到主狀態(tài)軌道車(chē)輛，經(jīng)由主狀態(tài)軌道車(chē)輛的車(chē)輪和輪軸輸入車(chē)載主機(jī)； 軌道車(chē)輛的車(chē)載主機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置雙向通訊連接，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)軌道車(chē)輛運(yùn)行，同時(shí)向車(chē)載主機(jī)反饋該車(chē)的運(yùn)行參數(shù)，電源模塊向軌道車(chē)輛供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)，其特征是所述車(chē)載主機(jī)由處理器核心、前脈沖發(fā)射電路、后脈沖發(fā)射電路、前高速比較器電路、后高速比較器電路、參考電壓電路、前差分運(yùn)放、后差分運(yùn)放、驅(qū)動(dòng)裝置接口、前斷路裝置接口和后斷路裝置接口構(gòu)成，前脈沖發(fā)射電路連接前輪，后脈沖發(fā)射電路連接后輪，處理器核心的輸出連接前、后脈沖發(fā)射電路和參考電壓電路，處理器核心通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置接口連接驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)前、后斷路裝置接口連接前、后斷路裝置，前、后脈沖發(fā)射電路發(fā)出測(cè)距脈沖信號(hào)，參考電壓電路向前、后高速比較器電路提供參考電壓信號(hào)，軌道車(chē)輛接收的返回的測(cè)距脈沖信號(hào)分別經(jīng)前、后差分運(yùn)放電路輸入前、后高速比較器電路，前、后高速比較器電路的輸出信號(hào)輸入處理器核心。
專(zhuān)利摘要一種主動(dòng)式軌道車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)施依靠車(chē)載主機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和斷路裝置三部分，車(chē)載主機(jī)控制驅(qū)動(dòng)裝置和斷路裝置運(yùn)行，發(fā)射、處理和分析測(cè)距信號(hào)；斷路裝置控制軌道車(chē)輛的輪軸兩端的連通狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)裝置用來(lái)驅(qū)動(dòng)軌道車(chē)輛的運(yùn)行，根據(jù)車(chē)載主機(jī)的命令實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛的加速、減速、制動(dòng)和啟動(dòng)。本實(shí)用新型系統(tǒng)能夠精確測(cè)量出前后兩列軌道車(chē)輛的相對(duì)軌道距離，并能夠進(jìn)行防碰撞預(yù)測(cè)，調(diào)節(jié)軌道車(chē)輛的運(yùn)行參數(shù)，有效且主動(dòng)避免軌道車(chē)輛發(fā)生碰撞事故。
文檔編號(hào)B61L23/18GK202703634SQ20122024811
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者李建清, 吳劍鋒, 于忠洲, 徐高志, 毛志鵬, 王愛(ài)民, 胡異煒, 劉華程, 李 亨, 駱楊, 劉海洋 申請(qǐng)人:東南大學(xué)