一种用于列车调试的主动防护系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通安全防护技术领域，尤其涉及一种用于列车调试的主动防护系统及方法。

背景技术：

地铁列车等轨道交通列车在出厂前、大架修完毕、以及重大技术变更等情况时，均需要在试车线进行数次完整的动态调试，以确保列车满足正线载客运营条件。但是在试车线调试时，列车信号的atp(automatictrainprotection，列车自动保护系统)防护系统处于未开启状态，且试车线的长度较短，一般不超过3km，试车过程中，所以需要司机集中精力驾驶，在列车即将驶到线路终点时及时减速停车。现有技术中，如果没有来得及减速停车，则只能依靠线路末端的车挡来阻止列车冲出试车线，如图1所示。其中，图1a为滑动车挡的一种，图1b为牢固车挡的一种。车挡是依靠机械力作用于列车，使得列车强行停车。

列车在试车线动态调试时，由于传统试车线的末端防护是依靠司机提前停车，或者由试车线末端的车挡提供机械力作用于列车使得列车强行停车，对驾驶员的操作要求极高，在驾驶人疏忽，或者列车速度过快等情况下，采用现有技术进行安全防护，列车依然有可能冲坏车挡，会导致列车冲出试车线末端造成设备损害和人员伤亡的问题。例如，列车脱轨或列车冲出试车线轨道，会导致设备损害或工作人员受伤等情况，如图2所示。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种用于列车调试的主动防护系统，诊断出列车调试过程中存在冲撞车挡的可能性时，使列车提前紧急制动，从根本上避免列车与车挡的接近，从而避免一系列后续危害的发生。在一个实施例中，所述系统包括：

信号发射端，其设置在列车上，用于主动发射感测信号；

信号响应端，其设置在试车线路的设定位置，用于接收所述信号发射端的感测信号，并发送反馈信号；以及

与所述信号发射端通信连接的数据处理器，其设置在列车上，用于对所述感测信号和所述反馈信号进行处理，并根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件，若满足，则向制动模块发送制动控制信号以控制列车实现紧急刹车。

在一个优选的实施例中，所述数据处理器包括：

用于对所述感测信号和反馈信号数据进行处理，并根据数据处理结果输出制动控制信号的控制器，以及

受所述控制器输出信号直接控制的中间信号处理器。

在一个可选的实施例中，所述信号发射端采用测距雷达，所述测距雷达设置在列车头部，用于主动向列车行驶前方发出感测信号；

所述信号响应端采用与测距雷达匹配的应答器，其设置于试车线末端且距离车挡设定距离处，所述应答器在接收到测距雷达发射的感测信号后，向所述测距雷达所在的方向发出反馈信号；

其中，所述设定距离根据应答器发送反馈信号的时间延迟来确定。

在一个实施例中，所述控制器进一步包括：

数据接收单元，其用于接收所述感测信号的数据和反馈信号的数据；

计算单元，其用于根据所述感测信号的数据和反馈信号的数据计算列车与试车线车挡的实时间距，并根据所述实时间距计算列车的速度和停车距离；

制动信号生成单元，其用于利用所述停车距离判定列车是否满足制动触发条件，若满足，则生成制动控制信号并输出。

进一步地，在一个实施例中，所述计算单元根据下式计算列车的停车距离s：

s＝v²/2a

其中，v为列车的实时速度，a为列车的实时减速度，v和a根据述感测信号的数据、反馈信号的数据和所述实时间距计算得到。

在一个实施例中，所述中间信号控制器为继电器，所述制动信号生成单元，根据以下逻辑判定列车是否满足制动触发条件：

若停车距离s＞slimit l，则判定列车未满足制动触发条件，制动信号生成单元不输出制动控制信号，向继电器持续输出高电平信号，使所述继电器保持得电，继电器串入制动模块紧急制动环路的触点保持闭合，列车保持行驶状态；

若停车距离s≤slimit l，则判定列车满足制动触发条件，制动信号生成单元输出制动控制信号，停止向继电器输出高电平，使所述继电器失电，所述继电器串入列车紧急制动环路的触点断开，触发列车实现紧急停车；

其中，slimit为当前时刻列车与试车线末端车挡的距离，l为距离缓冲阈值，其根据该防护系统控制器的响应时间进行调试整定。

在一个可选的实施例中，所述信号发射端采用rfid信号发射器，其设置与列车前端底部，用于向地面方向垂直发射rfid感测信号；

所述信号响应端采用rfid感应标签，其设置于距试车线车挡设定位置处，用于感应所述rfid感测信号并发出反馈信号；

其中，所述rfid感应标签与试车线车挡间的距离大于列车的最大紧急制动距离。

进一步地，在一个实施例中，数据处理器接收到所述rfid感应标签的反馈信号，则说明列车满足制动触发条件，并发出制动控制信号令列车实现紧急刹车。

在一个可选的实施例中，所述中间信号控制器采用mosfet驱动器，所述mosfet驱动器通过近距离触点与制动模块的紧急制动环路连接；

其中，控制器的制动信号生成单元，根据以下逻辑判定列车是否满足制动触发条件：

若停车距离s＞slimit l，则判定列车未满足制动触发条件，制动信号生成单元不输出制动控制信号，使所述mosfet驱动器接入制动模块紧急制动环路的触点保持闭合，列车保持行驶状态；

若停车距离s≤slimit l，则判定列车满足制动触发条件，制动信号生成单元输出制动控制信号，使所述mosfet驱动器接入列车紧急制动环路的触点断开，触发列车实现紧急停车；

其中，slimit为当前时刻列车与试车线末端车挡的距离，l为距离缓冲阈值，其根据该防护系统控制器的响应时间进行调试整定。

基于本发明的上述主动防护系统及其他方面，本发明还提供一种用于列车调试的主动防护方法，该方法包括：

基于调试中列车根据设定的频率向设定方向主动发射感测信号；

接收所述感测信号并沿所述感测信号反方向发送反馈信号：

对所述感测信号和反馈信号的数据进行分析和计算处理，进而根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件，若满足，则向制动模块发送制动控制信号以控制列车实现紧急刹车。

与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

本发明提供的一种用于列车调试的主动防护系统，该系统包括列车上用于发射感测信号的信号发射端、试车线路上用于接收所述信号发射端的感测信号，并发送反馈信号的信号响应端，以及列车上用于对所述感测信号和所述反馈信号进行处理，并根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件的数据处理器，在列车满足制动触发条件时，控制列车紧急停车。采用本发明的主动防护系统，根据计算的实时停车距离生成控制列车紧急停车的控制信号，在诊断出列车存在意外风险时，即时令列车紧急制动，从根本上避免列车与车挡的碰撞，克服现有技术中依然存在的安全隐患，减少物资损耗及人员损伤，为调试人员和列车设备提供可靠的安全保障。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的现有技术防护方案的实际车挡示意图；

图2是本发明提供的现有技术中由于司机疏忽导致列车意外脱轨的事故现场图；

图3是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统中数据处理器的内部电路图；

图5是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统中测距模块的设置位置示意图；

图6是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统接入紧急制动环路的连接示意图；

图7是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统未接入紧急制动环路的连接示意图；

图8是本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

轨道交通列车出厂后在试车线动态调试时，由于传统试车线的末端防护是依靠司机控制提前停车，或者由试车线末端的车挡提供机械力作用于列车使得列车强行停车，对驾驶员的操作要求极高，在驾驶人疏忽，或者列车速度过快等情况下，采用现有技术进行安全防护，列车依然有可能冲坏车挡，会出现由于操作不够严谨导致列车冲出试车线末端造成设备损害或人员伤亡的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种用于列车调试的主动防护系统，其依靠设置的信号发射端和信号相应端采集列车调试过程中的实时信号数据，并由数据处理器根据所述信号数据分析判定列车是否满足制动触发条件，在列车满足制动触发条件的时刻，生成制动控制信号并输出，控制列车紧急制动，即检测到当前试车过程有发生撞击危险之前即提前进行紧急停车，从根本上避免列车与车挡的异常接近，从而避免一系列后续危害的发生，减少物资损耗及人员损伤。下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。

图3示出了本发明实施例一提供的用于列车调试的主动防护系统的结构示意图，参照图3可知，该主动防护系统1包括：

信号发射端11，其设置在列车上，用于主动发射感测信号。

信号响应端13，其设置在试车线路的设定位置，用于接收信号发射端11的感测信号，并发送反馈信号。

以及设置在列车上的数据处理器15，数据处理器15与信号发射端11通信连接，其用于对感测信号和反馈信号进行处理，并根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件，若满足，则向制动模块发送制动控制信号以控制列车实现紧急刹车。

图4示出了本发明实施例主动防护系统的数据处理器内部电路示意图。参照图4可知，在一个实施例中，数据处理器15包括：

用于对感测信号和反馈信号数据进行处理，并根据数据处理结果输出制动控制信号的控制器，以及

受控制器输出信号直接控制的中间信号处理器。

进一步地，控制器包括：数据接收单元，其用于接收感测信号的数据和反馈信号的数据；

计算单元，其用于根据感测信号的数据和反馈信号的数据计算列车与试车线车挡的实时间距，并根据实时间距计算列车的速度和停车距离；

制动信号生成单元，其用于利用停车距离判定列车是否满足制动触发条件，若满足，则生成制动控制信号并输出。在一个优选的实施例中，本发明主动防护系统的信号发射端11采用测距雷达，信号响应端13采用与测距雷达匹配的应答器。图5示出了本发明实施例主动防护系统的设置位置示意图。如图5所示，基于本实施例，该主动防护系统的测距雷达设置在列车头部，用于主动向列车行驶前方发出感测信号。

该实施例中，本发明主动防护系统的应答器设置于试车线末端且距离车挡设定距离处，该应答器在接收到测距雷达发射的感测信号后，向测距雷达所在的方向发出反馈信号。其中，设定距离根据应答器发送反馈信号的时间延迟来确定。

实际应用中，该实施例的信号发射端11、信号响应端13和数据处理器15采用便携式的装置和组件，通常将便携式数据处理器放置于列车上，测距雷达放置于列车前端，使其雷达波发射方向面向列车前端，且雷达不易随着列车的运行发生晃动即可。应答器安装于试车线的末端，车挡前方设定距离的位置，如图5所示。测距雷达的设定发射参数根据列车试车线的长度，列车的配置和测距雷达的配置参数进行设定。

在一个优选的实施例中，数据处理器15的中间信号控制器采用继电器，

在该主动防护系统应用时，将数据处理器15的继电器的触点通过一对近距离端子接入制动模块的紧急制动环路，如附图6所示。本发明的主动防护系统未应用时，制动模块的紧急制动环路连接触点之间采用短接片进行短接，如附图7所示。

在一个实施例中，控制器中还包括用于对试车过程中的实时间距数据、列车实时速度和停车距离进行保存的数据存储单元。其中，控制器的计算单元计算单元根据下式计算列车的停车距离s：

s＝v²/2a

其中，v为列车的实时速度，a为列车的实时减速度，v和a根据述感测信号的数据、反馈信号的数据和实时间距计算得到。

在进行列车调试应用过程中，数据处理器的继电器一旦失电，则会导致列车紧急停车。主动防护系统实时比较停车距离s和列车到终点距离slimit，并根据结果进行防护控制，具体的控制逻辑如下：本发明主动防护系统控制器制动信号生成单元，根据以下逻辑判定列车是否满足制动触发条件：

若停车距离s＞slimit l，则判定列车未满足制动触发条件，制动信号生成单元不输出制动控制信号，向继电器持续输出高电平信号，使继电器保持得电，继电器串入制动模块紧急制动环路的触点保持闭合，列车保持行驶状态。这种情况不会发生由于本实施例继电器失电导致的紧急制动，也即不会发生本防护装置导致的紧急停车。其中，优选的示例中，制动模块的紧急制动环路可以采用假设近距离端子的列车自有的紧急制动电路。

若停车距离s≤slimit l，则判定列车满足制动触发条件，制动信号生成单元输出制动控制信号，停止向继电器输出高电平，使继电器失电，继电器串入列车紧急制动环路的触点断开，触发列车实现紧急停车。其中，slimit为当前时刻列车与试车线末端车挡的距离，l为距离缓冲阈值，其根据该防护系统的响应时间进行调试整定。

该实施例中，基于工作原理，继电器属于受控制器直接输出控制的“与重点距离低”继电器，基于此，本实施例的控制原理如下：当停车距离s＞slimit l时，制动信号生成单元输出dc110v高电平信号，使继电器“与终点距离低”得电，继电器串入制动模块紧急制动环路的触点闭合，车辆继续行驶。不会发生由于本主动防护系统继电器失电导致的紧急制动，也即不会发生本防护装置导致的紧急停车。其中，优选的示例中，制动模块的紧急制动环路采用假设近距离端子的车辆自有的紧急制动电路。

当停车距离s≤slimit l时，制动信号生成单元停止输出dc110v高电平，使继电器“与终点距离低”失电，继电器串入车辆紧急制动环路的触点断开，令制动模块的紧急制动继电器失电并触发紧急停车。

其中，slimit为当前时刻车辆与试车线末端车挡的距离，l为距离缓冲阈值，其根据该防护系统的响应时间进行调试整定。

基于本发明的主动防护系统，需要说明的是，该实施例中的数据处理器，测距雷达和应答器均采用便携式结构或者设有便携固定组件，可拆卸，适用于至少一种线路和至少一种列车。

基于本发明上述实施例的主动防护系统进行列车调试，通过感测模块主动获取并实时更新的列车距离数据和速度数据，并由控制器实时计算列车在调试过程中的实时停车距离，在停车距离满足设定条件时，即时控制内部电路的制动电平信号，即当前列车存在发生意外的风险时就发出制动控制信号，令列车无时差停车，能够有效防止列车调试过程中的意外情况，防护可靠性远远高于现有技术的车挡防护装置，同时大大降低了试车过程中的物资消耗。

而且，本发明主动防护系统中的相关组件被设计为便携和便于安装的，可以适用于不同线路不同列车，仅在试车线调试时才加装和使用，一旦调试完毕可以拆下。不作为列车的固定配件，不会额外增加列车的采购成本，也不会因为作为长期配件，额外增加列车的故障点。且本发明采用动态的距离计算方法，根据车速和减速度不同，实时更新距离阈值，不会缩短试车线的可使用区段，可确保试车线的使用效率。

基于本发明的其他方面，在另一个实施例中，信号发射端11采用rfid信号发射器，其设置与列车前端底部，用于向地面方向垂直发射rfid感测信号。

信号响应端13采用rfid感应标签，其设置于距试车线车挡设定位置处，用于感应rfid感测信号并发出反馈信号。其中，rfid感应标签与试车线车挡间的距离大于列车的最大紧急制动距离。其中，reid(radiofrequencyidentification)为无线射频识别技术。该实施例中，采用一套rfid天线组件替代上述实施例中的测距雷达和应答器，其中发射端(设计为便于在列车底架上布置的)布置在列车上，感应端标签布置在试车线轨道上，感应端距离试车线终点的距离需大于列车的最大紧急制动距离(根据公式vmax²＝2a1s1计算得出，其中vmax为列车的最大运行速度，a1为列车的紧急制动减速度，s1为感应端距离试车线终点的距离)，并根据系统的反应时间预留一定的长度裕量。

该方案中，控制器逻辑上设计为当列车经过地面rfid标签时，则生成紧急制动信号。即数据处理器15接收到rfid感应标签的反馈信号，则说明列车满足制动触发条件，并发出制动控制信号令列车实现紧急刹车。该方案同样可以避免列车与车挡的撞击。但是此方案相较本发明上述实施例的方案，对试车线线路长度的利用率偏低。

基于本发明的其他方面，在另一个实施例中，数据处理器15的中间信号控制器采用mosfet驱动器，mosfet驱动器通过近距离触点与制动模块的紧急制动环路连接；

其中，控制器的制动信号生成单元，根据以下逻辑判定列车是否满足制动触发条件：

若停车距离s＞slimit l，则判定列车未满足制动触发条件，制动信号生成单元不输出制动控制信号，使mosfet驱动器接入制动模块紧急制动环路的触点保持闭合，列车保持行驶状态。若停车距离s≤slimit l，则判定列车满足制动触发条件，制动信号生成单元输出制动控制信号，使mosfet驱动器接入列车紧急制动环路的触点断开，触发列车实现紧急停车。其中，slimit为当前时刻列车与试车线末端车挡的距离，l为距离缓冲阈值，其根据该防护系统控制器的响应时间进行调试整定。

该实施例中，控制器直接采用逻辑控制单元的方式，内部采用mosfet逻辑控制，提供用于紧急制动回路中的触点。其中，mosfet驱动器是一款高频高电压栅极驱动器，可利用一个同步dc/dc转换器和高达100v的电源电压来驱动两个n沟道mosfet。强大的驱动能力降低了具高栅极电容mosfet中的开关损耗。针对两个与电源无关的输入进行配置。高压侧输入逻辑信号在内部被电平移位至自举电源，此电源可以在高出地电位达114v的电压条件下运行，采用该实施例也能够实现本发明的发明目的，有效降低列车调试过程中由于司机疏忽导致列车撞击车挡或者冲出轨道的风险，能够为调试人员和列车设备提供可靠的安全保障。

本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护系统中，各个模块或单元结构可以根据试验需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。

基于本发明的其他方面，还提供一种用于列车调试的主动防护方法。图8示出了本发明实施例提供的用于列车调试的主动防护方法的流程示意图。根据图8中透露的信息可知，该方法包括：步骤s810、基于调试中列车根据设定的频率向设定方向主动发射感测信号。

步骤s820、接收感测信号并沿感测信号反方向发送反馈信号。

步骤s830、对感测信号和反馈信号的数据进行分析和计算处理，进而根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件，若满足，则向制动模块发送制动控制信号以控制列车实现紧急刹车。

在一个优选的实施例中，步骤s810中，采用设置在列车上的测距雷达向列车行驶前方主动发射感测信号。

在步骤s820中，由设置在试车线车挡前设定距离处的应答器接收测距雷达发送的感测信号，并向测距雷达所在方向发射反馈信号。

在步骤s830中，利用数据处理器，对感测信号和反馈信号的数据进行分析和计算处理，进而根据处理结果判断列车是否满足制动触发条件，若满足，则向制动模块发送制动控制信号以控制列车实现紧急刹车。具体的，数据处理器包括控制器和受该控制器直接输出控制的继电器。实际应用中，将数据处理器的继电器的触点通过一对近距离端子接入制动模块的紧急制动环路。此外，本发明的主动防护系统未应用时，制动模块的紧急制动环路连接触点之间采用短接片进行短接。

具体的，本实施例中，采用数据处理器根据测距雷达感测的信息获取列车的实时间距，并计算列车的实时速度v和列车的实时减速度a。进而由控制器的计算单元通过下式计算列车的停车距离s：

s＝v²/2a。

在进行列车调试应用过程中，当停车距离s＞slimit l时，控制器的制动信号生成单元输出dc110v高电平信号，使继电器“与终点距离低”得电，继电器串入制动模块紧急制动环路的触点闭合，列车继续行驶。

当停车距离s≤slimit l时，控制器的制动信号生成单元停止输出dc110v高电平，使继电器“与终点距离低”失电，继电器串入制动模块紧急制动环路的触点断开，令列车的紧急制动继电器失电并触发紧急停车。

其中，slimit为当前时刻列车与试车线末端车挡间的距离，l为距离缓冲阈值，其根据本主动防护系统的响应时间进行调试整定。

采用上述实施例的主动防护方法，基于主动获取并实时更新的列车运行状态，例如获取列车的实时距离数据和速度数据，并计算列车在调试过程中的实时停车距离，在停车距离满足设定条件时，即时控制对应的制动电平信号，即当前列车存在发生意外的风险时就发出制动控制信号，令列车无时差停车，能够有效防止列车调试过程中的意外情况，大大降低意外物资损耗和人员伤亡率。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。