一种高速磁浮列车的紧急停车系统的制作方法

1.本发明涉及一种轨道交通紧急停车系统，特别涉及一种高速磁浮列车紧急停车系统。


背景技术：

2.作为输送乘客的重要载体，轨道车辆设备以“安全导向”为设计原则。为应对紧急突发状况，列车的司机室及客室内设有紧急停车按钮，司机及乘客可操作此按钮对车辆进行牵引切除和紧急制动，使列车以最快反应时间停车。紧急停车按钮仅在极端工况时才被允许使用，是列车安全防护的最后一道防线。
3.对于牵引切除，传统的轮轨列车通过车上的牵引变流器驱动旋转电机来牵引车辆，其牵引系统安装在车上，紧急停车按钮通过车上的线束对车辆进行牵引切除。高速磁浮列车由地面的直线电机长定子驱动车辆悬浮运行，其牵引系统布置于地面，紧急停车按钮安装在车上且与地面牵引系统距离较远。通过现有传统的轮轨车辆的紧急停车装置无法实现高速磁浮交通控制牵引切除的功能。
4.对于紧急制动，高速磁浮列车采用的紧急制动方式是通过车下涡流制动控制器驱动涡流制动电磁铁进行涡流制动，该方式为高速磁浮列车特有，有别于机车、动车、城轨及低速磁浮车辆的制动方式。因此，通过现有传统的轮轨车辆的紧急停车装置无法实现高速磁浮列车交通控制紧急制动的功能。
5.有鉴于此，亟需要一种高速磁浮列车紧急停车系统，能够响应于司机或者乘客的紧急停车需要，对高速磁浮列车执行牵引切除和紧急制动，从而解决高速磁浮列车的紧急停车控制问题。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.如上所述，为了解决高速磁浮列车的紧急停车控制问题，本发明提供了一种高速磁浮列车的紧急停车系统，具体包括：至少一个急停触发装置、车载安全计算机、车载制动系统和分布在地面的地面运控系统；其中
8.响应于任意一个上述急停触发装置输出急停指令，上述车载安全计算机输出制动信号至上述车载制动系统以使上述列车主动制动，并通过无线通信输出牵引切除信号至上述地面运控系统以切除上述列车的牵引。
9.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，各个上述急停触发装置内设置有至少一个常闭开关，上述常闭开关响应于上述急停触发装置被触发而断开，响应于上述常闭开关断开，上述急停触发装置输出低电平的急停指令。
10.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，各个上述急停触发装置内设置有多个上述常闭开关，多个上述常闭开关之间并联连接，响应于多个上述常闭开关中的任意一个断开，上述急停触发装置输出低电平的急停指令。
11.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述紧急停车系统包括多个上述急停触发装置，多个上述急停触发装置分别设置在上述高速磁浮列车的各个车厢，多个上述急停触发装置中的上述至少一个常闭开关串联连接，以形成至少一个常闭开关回路，其中
12.上述急停指令通过上述常闭开关回路输出。
13.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，各个上述急停触发装置内设置有多个上述常闭开关，多个上述急停触发装置中的多个上述常闭开关分别串联连接，以形成多个上述常闭开关回路，多个上述常闭开关回路之间并联连接。
14.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述车载制动系统包括涡流制动控制器和涡流制动电磁铁；其中
15.上述涡流制动控制器响应于接收到上述制动信号，输出控制信号驱动上述涡流制动电磁铁进行涡流制动，以使上述列车主动制动。
16.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述车载安全计算机通过车载控制网络输出上述制动信号至上述车载制动系统。
17.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述紧急停车系统还包括车地无线通信装置，上述车载安全计算机通过上述车地无线通信装置输出上述牵引切除信号至上述地面运控系统。
18.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述车地无线通信装置进一步包括车载无线通信装置和地面无线通信装置；其中
19.上述车载无线通信装置将上述车载安全计算机输出的牵引切除信号转发至上述地面无线通信装置；以及
20.上述地面无线通信装置转发上述牵引切除信号至上述地面运控系统。
21.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述地面运控系统进一步包括地面分区安全计算机和牵引系统；其中
22.上述地面分区安全计算机接收上述地面无线通信装置转发的牵引切除信号，并转发至上述牵引系统。
23.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述紧急停车系统包括冗余的车载安全计算机，上述车地无线通信装置进一步包括冗余的车载无线通信装置，上述冗余的车载安全计算机和上述冗余的车载无线通信装置分别设置在上述列车的头部车厢和尾部车厢；其中
24.上述冗余的车载安全计算机中的至少一个输出上述牵引切除信号，并通过对应的车载无线通信装置转发至上述地面无线通信装置。
25.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述紧急停车系统还包括牵引切除信号发生器；其中
26.响应于接收到急停指令，上述牵引切除信号发生器产生第二牵引切除信号，并通过无线通信直接输出上述第二牵引切除信号至上述地面运控系统中的牵引系统。
27.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述牵引切除信号发生器包括车载
信号发射端和地面信号接收端；其中
28.响应于接收到急停指令，上述车载信号发射端通过无线通信输出上述第二牵引切除信号至上述地面信号接收端，上述地面信号接收端转发上述第二牵引切除信号至上述牵引系统。
29.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述牵引切除信号发生器进一步包括冗余的车载信号发射端，上述冗余的车载信号发射端分别设置在上述列车的头部车厢和尾部车厢；其中
30.上述第二牵引切除信号通过上述冗余的车载信号发射端中的至少一个输出至上述地面信号接收端。
31.在上述紧急停车系统的一实施例中，可选的，上述牵引系统进一步包括：
32.牵引切除计算机和牵引设备；其中
33.上述牵引切除计算机响应于接收到上述牵引切除信号或上述第二牵引切除信号，输出牵引切除指令至上述牵引设备，以使上述牵引设备停止输出牵引。
34.根据本发明所提供的高速磁浮列车的紧急停车系统，能够基于无线通信技术，解决了磁浮车辆急停触发装置对地面牵引系统的远程控制问题，技术方案易于使用和推广。本发明根据高速磁浮列车结构特点，采用冗余设计，紧急停车系统具备紧急制动和牵引切除两种功能，具有较高的可靠性和安全性，极大程度地保障了司机及乘客的人身和财产安全。
附图说明
35.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
36.图1示出了本发明所提供的高速磁浮列车的紧急停车系统的示意图。
37.图2示出了本发明的一方面所提供的紧急停车系统中主动制动装置的示意图。
38.图3示出了本发明的一方面所提供的紧急停车系统中牵引切除装置的示意图。
39.图4示出了本发明的一方面所提供的紧急停车系统中牵引切除装置另一实施例的示意图。
具体实施方式
40.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
41.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
42.请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明
书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
43.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
45.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
46.如上所描述的，为了解决高速磁浮列车的紧急停车控制问题，本发明提供了一种高速磁浮列车的紧急停车系统，具体包括：至少一个急停触发装置、车载安全计算机、车载制动系统和分布在地面的地面运控系统；其中响应于任意一个上述急停触发装置输出急停指令，上述车载安全计算机输出制动信号至上述车载制动系统以使上述列车主动制动，并通过无线通信输出牵引切除信号至上述地面运控系统以切除上述列车的牵引。
47.请结合图1来理解本发明所提供的紧急停车系统。在如图1所示出的实施例中，本发明所提供的紧急停车系统包括分别设置在头部车厢、中间车厢和尾部车厢的急停触发装置，急停触发装置与车载安全计算机相连，车载安全计算机与车载制动系统相连，车载安全计算机还通过无线通信装置与地面运控系统相连。
48.当识别到影响车辆安全运行的故障或发生对其生命财产安全造成重大威胁的紧急突发状况时，司机或乘客可以触发安装于司控台(对应于头部车厢和尾部车厢)或乘客室(对应于中间车厢)的急停触发装置。急停触发装置对司机或乘客的触发进行逻辑判断后输出低电平的急停指令。当车载安全计算机的i/o接线端子呈低电平状态时，车载安全计算机分别下发制动信号和牵引切除信号给车载制动系统和地面运控系统。
49.一方面，车载安全计算机通过车载控制网向车载制动系统下发制动信号，使车载制动系统执行涡流制动，并将其工作状态反馈给车载安全计算机；另一方面，车载安全计算机通过无线通信装置将牵引切除指令经地面分区安全计算机下发到牵引切除计算机，由牵引切除计算机执行牵引切除命令，封锁牵引设备的电流输出。
50.本发明所提供的紧急停车系统采用冗余设计的原则，具有牵引切除和主动制动两种功能，通过远距离无线通信技术实现车上急停触发装置对地面运控系统，尤其是对地面运控系统中的牵引设备的远程控制，从而解决高速磁浮车辆的紧急停车控制问题。
51.更为具体的，对于急停触发装置，其外部的表象可以是以机械按钮或电子按钮等各种能够被触发的开关装置。根据本发明的一方面所提供的急停触发装置，为了保证系统的可靠性，急停触发装置的内部设置有至少一个常闭开关，上述常闭开关响应于上述急停触发装置被外部触发而断开，响应于上述常闭开关断开，上述急停触发装置输出低电平的急停指令。
52.更为优选的，为了进一步的保证系统的可靠性，急停触发装置的内部亦采用冗余设计，即在每个急停触发装置内部设置两个常闭开关，两个常闭开关分别连接至车载安全计算机两个不同的i/o端口，响应于任意一个常闭开关断开，对应的车载安全计算机的i/o端口呈现低电平状态，因此，可以认为两个常闭开关之间是并联连接的。可以理解的是，可以通过单刀双掷的方式来实现在急停触发装置内部设置两个常闭开关的方案。
53.可以理解的是，为了保证紧急停车系统的可靠性和实用性，可以分别在司机室(对应于头部车厢和尾部车厢)以及乘客室(对应于中间车厢)分别设置急停触发装置。也就是说，本发明的一方面所提供的紧急停车系统包括多个急停触发装置，多个急停触发装置分别设置在各个车厢里。
54.在急停触发装置内部仅设置有一个常闭开关的实施例中，多个急停触发装置内部的常闭开关可以通过线缆经跨车厢连接器串联，以形成常闭开关回路，并连接至车载安全计算机的i/o端口。在一实施例中，上述的线缆可以采用屏蔽双绞线，从而能够保证信号的可靠性。
55.在急停触发装置内部设置有冗余的常闭开关的实施例中，多个急停触发装置内部的多组常闭开关可以分别通过线缆经跨车厢连接器串联，以形成多条常闭开关回路，并连接至车载安全计算机不同的i/o端口。在一实施例中，上述的线缆可以采用屏蔽双绞线，从而能够保证信号的可靠性。
56.在如图1所示出的实施例中，多个急停触发装置内部设置有两组冗余的常闭开关，因此，位于多个急停触发装置内的两组冗余的常闭开关串联形成两条冗余的常闭开关回路，可以认为两条冗余的常闭开关回路并联连接，并与车载安全计算机相连接。
57.当列车在正常运行时，列车的所有急停触发装置保持带电常闭状态，常闭开关回路闭合，车载安全计算机侧的i/o接线端子呈高电平状态，不触发紧急停车命令。当触发急停触发装置后，常闭开关回路断开，车载安全计算机侧的i/o接线端子呈低电平状态，认为已经通过急停触发装置输出了急停指令，车载安全计算机经车载控制网分别向车载制动系统、地面运控系统下发制动命令和牵引切除指令。
58.对于本发明的一方面所提供的急停触发装置，由于在其内部设置常闭开关，其触点由闭合到断开的动作时间比常开开关的触点由断开到闭合短得多，响应时间更快，因此，能够更快地响应司机或乘客的紧急停车指令，从而能够提高紧急停车系统的可靠性和实用性。
59.请进一步地结合图2来理解本发明的一方面所提供的主动制动装置。如图2所示出的，主动制动部分包括急停触发装置、车载安全计算机和车载制动系统。其中，对于高速磁浮列车而言，车载制动系统包括涡流制动控制器和涡流制动电磁铁。
60.急停触发装置与车载安全计算机之间的连接关系已经在上文描述，在此不再赘述。车载安全计算机通过车载控制网络与涡流制动控制器相连接。本领域技术人员可以理解的是，车载控制网是指由车载控制器及相关设备组成的控制专网，用于实现车辆控制命令的下发。涡流制动控制器用于控制涡流制动电磁铁，因此，响应于车载安全计算机经过车载控制网向涡流制动控制器下发制动指令，涡流制动控制器驱动涡流制动电磁铁进行涡流制动，列车制动停车。
61.请进一步地结合图3来理解本发明的一方面所提供的牵引切除装置。如图3所示出
的，牵引切除装置包括急停触发装置、车载安全计算机、车地无线通信装置和地面运控装置。车地无线通信装置进一步包括设置在列车上的车载无线通信装置和设置在地面的地面无线通信装置。地面运控装置包括地面分区安全计算以及牵引系统，其中，牵引系统又进一步包括牵引切除计算机和牵引设备。
62.在图3所示出的实施例中，优选地，车载安全计算机在头部车厢和尾部车厢冗余地设置。同时，车地无线通信装置中的车载无线通信装置对应地冗余地设置在头部车厢和尾部车厢。
63.急停触发装置与车载安全计算机之间的连接关系已经在上文描述，在此不再赘述。当冗余的车载安全计算机中的任意一个接收到紧急停车指令后，通过对应的车载无线通信装置将牵引切除信号传递给地面无线通信装置。地面无线通信装置经过地面分区安全计算机，将牵引切除信号下发给牵引系统中的牵引切除计算机，从而控制牵引设备实施牵引切除，封锁牵引设备的电流输出。
64.通过如图3所示出的实施例，响应于急停触发装置输出急停指令，车载安全计算机能够通过车地无线通信装置将牵引切除信号输出至位于地面的地面运控系统，从而能够响应于急停触发装置，对地面的牵引系统进行操作。
65.上述的车地无线通信装置用于高速磁浮车载运控系统与地面分区运控系统通信，是车载运控系统与地面分区运控系统的通信设备。关于车地无线通信装置的具体实现方式可以通过现有或将有的方式实现，对于车地无线通信装置的具体实现方式不应不当地限制本发明的保护范围。
66.本发明的另一方面还提供了牵引切除装置的另一优选实施例，请参考图4来理解本发明的另一方面所提供的牵引切除装置的另一优选实施例。如图4所示出的，在该优选实施例中，牵引切除装置包括急停触发装置、牵引切除信号发生器和地面运控系统中的牵引系统。
67.其中牵引切除信号发生器进一步包括位于列车上的牵引切除车载信号发射端和位于地面的牵引切除地面信号接收端。牵引系统进一步包括牵引切除计算机和牵引设备。
68.在如图4所示出的实施例中，优选地，牵引切除车载信号发射端冗余地设置在列车的头部车厢和尾部车厢。冗余的牵引切除车载信号发射端与急停触发装置相连接，从而能够接收到急停触发装置输出的急停指令。牵引切除地面接收端直接与牵引系统中的牵引切除计算机相连接。
69.响应于冗余的牵引切除车载信号发射端中的任意一个接收到急停指令，该接收到急停指令的牵引切除车载信号发射端随即通过无线通信向牵引切除地面信号接收端输出牵引切除指令。牵引切除地面信号接收端在接收到切除指令后，直接输出至牵引系统中的牵引切除计算机，从而能够通过牵引切除计算机实施牵引切除，封锁牵引设备的输出电流。
70.在上述的实施例中，由于从急停触发装置输出的急停指令能够更为迅速地转化为控制地面牵引系统的牵引切除指令，因此，上述的牵引切除装置具有更优的响应速度。
71.可以理解的是，在如图4所示出的实施例中，冗余的牵引切除信号发射端可以与多个急停触发装置所构成的多条常闭开关回路相连接，从而能够通过常闭开关回路提高紧急指令的响应速度。
72.在如图4所示出的实施例中，由于需要设置额外的牵引切除信号发生器，虽然提高
了整个系统的成本，但是，在无线通信装置的选择上可以脱离于原有的列车车地无线通信装置，可以选择最新一代的通信装置，例如，可以通过5g网络来传递牵引起初信号，从而能够提高整个系统的响应速度。
73.在紧急停车系统的另一优选的实施例中，可以同时将急停触发装置的输出端与车载安全计算机和牵引切除发生器相连，从而使得整个紧急停车系统具有冗余的牵引切除装置，从而能够保证牵引切除。
74.至此，已经描述了本发明所提供的高速磁浮列车的紧急停车系统。根据本发明所提供的高速磁浮列车的紧急停车系统，能够基于无线通信技术，解决了磁浮车辆急停触发装置对地面牵引系统的远程控制问题，技术方案易于使用和推广。本发明根据高速磁浮列车结构特点，采用冗余设计，紧急停车系统具备紧急制动和牵引切除两种功能，具有较高的可靠性和安全性，极大程度地保障了司机及乘客的人身和财产安全。
75.结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
76.结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
77.在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
78.提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。