專利名稱:列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)及控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前,隨著鐵路跨越式發(fā)展,我國高速鐵路、客運(yùn)專線等的建設(shè)速度大大 加快。對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言,行車安全是第一位的。高速列車運(yùn)營的安全性,是 我國乃及全世界鐵路部門都予以重視的問題。隨著列車行駛速度的提高,列車 的空氣動(dòng)力學(xué)問題變得更加突出和重要。高速列車運(yùn)行時(shí),由于升浮力的產(chǎn)生, 使得風(fēng)載對(duì)列車的影響隨著列車速度的增加而顯得越來越明顯,特別是側(cè)向風(fēng)載,它會(huì)嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和舒適性。1997年以前,我國各 鐵路分局對(duì)于大風(fēng)的監(jiān)測(cè)主要依靠車站人工感覺,憑借經(jīng)驗(yàn)上報(bào)風(fēng)力,測(cè)報(bào)準(zhǔn) 確率十分低。后來,隨著科技的發(fā)展,各個(gè)分局也配備了 EL型固定式測(cè)風(fēng)儀和 DEM型輕便測(cè)風(fēng)儀,盡管這樣一來測(cè)報(bào)的準(zhǔn)確率有所提高,但是受科技水平限制, 儀器的損壞率及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等問題依然較為嚴(yán)重。風(fēng)載可以使得行駛中的列 車產(chǎn)生共振,引起乘客的不適,導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。當(dāng)風(fēng)載達(dá)到一定程 度時(shí),可能會(huì)使列車橫擺超限、脫軌,甚至出現(xiàn)翻車和人員傷亡事故。對(duì)于某 些特定的列車行駛環(huán)境,比如橋梁、山區(qū)風(fēng)口地段、路堤等,由于列車的流場(chǎng) 明顯改變,導(dǎo)致氣動(dòng)力顯著改變,脫軌等事故發(fā)生的可能性就更高。由于對(duì)風(fēng) 載的測(cè)報(bào)不夠準(zhǔn)確、防風(fēng)監(jiān)測(cè)以及控制系統(tǒng)不夠完善等原因造成的重大傷亡事 故都說明一個(gè)問題建立一套準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)及控制系 統(tǒng),對(duì)于避免此類事故的再生以及提高鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?、可靠性和穩(wěn)定性等 方面是至關(guān)重要的。國際上現(xiàn)有的列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)主要分為兩種 模式 一種是德國鐵路所釆用的Nowcasting系統(tǒng),1998年德國鐵路 (DeutscheBahn)開發(fā)出了一套智能短期風(fēng)報(bào)警系統(tǒng)(Nowcasting),其重要功能 是通過對(duì)鐵路沿線上強(qiáng)側(cè)風(fēng)的預(yù)測(cè),來確定受到側(cè)風(fēng)影響的列車的最大允許速 度,并且控制列車在該速度下運(yùn)行以確保安全。在列車運(yùn)行時(shí),沿著線路布置 的測(cè)風(fēng)點(diǎn)不斷將最新監(jiān)測(cè)到的風(fēng)信號(hào)傳送給系統(tǒng),然后通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)列車 運(yùn)行前方的風(fēng)向以及風(fēng)速,并根據(jù)預(yù)測(cè)的情況、車型和線路情況來確定列車的 最高運(yùn)行速度。最后,通過列車控制系統(tǒng)控制列車的運(yùn)行速度。這種模式的缺 點(diǎn)是局限性較大,只能進(jìn)行短期風(fēng)載的預(yù)測(cè),而且其預(yù)測(cè)是純粹基于在線路上 布置的風(fēng)測(cè)點(diǎn)所收集和測(cè)量到的數(shù)據(jù),再者,此系統(tǒng)在列車處于臨界瞬態(tài)速度 時(shí),會(huì)產(chǎn)生短時(shí)期內(nèi)頻繁波動(dòng)的現(xiàn)象,影響行車安全性,靈活性也不夠理想, 而且沿線布置測(cè)風(fēng)點(diǎn)會(huì)大大增加投入,維護(hù)難度也較大,在某些環(huán)境下布置合適的測(cè)風(fēng)點(diǎn)有一定的難度;另夕|、一種是日本鐵路在2000年開發(fā)的WINDAS強(qiáng)風(fēng) 預(yù)警系統(tǒng),其目的是在保證安全的前提下提高鐵路運(yùn)輸?shù)男省4朔N系統(tǒng)的工 作原理為首先預(yù)測(cè)沿線大風(fēng)情況,分析計(jì)算列車所能夠達(dá)到的臨界運(yùn)行速度, 如果瞬態(tài)實(shí)際運(yùn)行速度超過了此臨界速度,那么就在說預(yù)測(cè)的時(shí)間點(diǎn)(或者時(shí) 間段)之前進(jìn)行風(fēng)管制(即防風(fēng)操作過程),使得列車在處于預(yù)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候其瞬 態(tài)運(yùn)行速度低于分析計(jì)算得到的臨界運(yùn)行速度,列車就相應(yīng)處于一種安全的狀 態(tài)。此種預(yù)警系統(tǒng)對(duì)風(fēng)載的監(jiān)測(cè)是由布局在全國各地(重點(diǎn)是日本暴風(fēng)雨天氣 較多的中西部地區(qū))的測(cè)站來完成。這種模式的缺點(diǎn)是在速度、效率和安全性 三者之間難以做到較高的平衡,在追求速度和效率的同時(shí)會(huì)喪失安全性保證, 反之,追求安全有效就回喪失效率。而且由于自然環(huán)境的瞬息萬變,會(huì)導(dǎo)致系 統(tǒng)處于一種不斷更迭的狀態(tài)之中,長期下去會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。 最后,本系統(tǒng)與德國的Nowcasting系統(tǒng)一樣,都存在測(cè)風(fēng)點(diǎn)布置的困難以及整 個(gè)系統(tǒng)成本的提高。因?yàn)樵谡麄€(gè)鐵路沿線或者固定的位置布置測(cè)風(fēng)點(diǎn),對(duì)于我 國這樣一個(gè)幅員遼闊的國家而言,可行性不夠高,所以需要改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的,就是提供一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、控制方法,使用該 方法的構(gòu)造成本低,檢修維護(hù)方便,對(duì)列車所在位置的風(fēng)壓、風(fēng)向檢測(cè)準(zhǔn)確, 可以有效地對(duì)行駛中的列車的風(fēng)載進(jìn)行安全監(jiān)測(cè),并自動(dòng)控制列車運(yùn)行速度, 保證列車的安全高速運(yùn)行。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的,所采用的技術(shù)方案是, 一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、 控制方法,其步驟是A、 由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀檢測(cè)出列車在線路上運(yùn)行的當(dāng)前位置數(shù) 據(jù),并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī);由車體上安裝的至少一套測(cè)風(fēng)儀檢測(cè)出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向, 并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī);B、 總控計(jì)算機(jī)根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù),并從其存儲(chǔ)的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào) 出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù),再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù), 計(jì)算出列車當(dāng)前時(shí)刻所允許的最高運(yùn)行速度,并將該最高運(yùn)行速度送入列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng);C、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)將其檢測(cè)到的列車當(dāng)前運(yùn)行的實(shí)際速度與所收到 的最高運(yùn)行速度進(jìn)行邏輯判斷,當(dāng)實(shí)際速度大于最高運(yùn)行速度時(shí),列車速度自 動(dòng)控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)控制制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作,降低列車運(yùn)行速度至低于最高運(yùn) 行速度;否則,列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)不輸出控制信號(hào),列車正常運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是將測(cè)風(fēng)儀安裝在列車上,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出列車當(dāng)前位置的風(fēng)向、風(fēng)壓,較之在 鐵路沿線安裝測(cè)風(fēng)儀,測(cè)風(fēng)儀的數(shù)量降低,明顯降低了構(gòu)造與維護(hù)成本;并且 由于風(fēng)向、風(fēng)壓是在列車當(dāng)前位置測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù),列車被控制的速度僅與其 當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向相關(guān),檢測(cè)準(zhǔn)確、反應(yīng)精確;既能確保安全,又能使列 車不被錯(cuò)誤限速,列車運(yùn)行速度快;而現(xiàn)有在地面上定點(diǎn)安裝測(cè)風(fēng)儀,則難以 兼顧列車的安全與高速運(yùn)行。并且測(cè)風(fēng)儀、總控計(jì)算機(jī)均安裝在車上,相互之 間釆用線連接方式傳輸數(shù)據(jù),較之地面安裝數(shù)據(jù)測(cè)風(fēng)儀二者通過無線發(fā)射傳送 數(shù)據(jù),本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸成本低,傳輸干擾小,快速準(zhǔn)確,可靠性強(qiáng),也提高 了列車行駛的安全性和效率。本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其另一發(fā)明目的,所采用的技術(shù)方案是 一種實(shí)現(xiàn)上述的列車 防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、控制方法的裝置,其組成是在列車上安裝總控計(jì)算機(jī)、與列 車的制動(dòng)系統(tǒng)相連的列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位儀,并在車體上至 少安裝一套測(cè)風(fēng)儀;測(cè)風(fēng)儀、全球衛(wèi)星定位儀、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)均與總 控計(jì)算機(jī)相連。采用以上的裝置,可以方便有效可靠地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖l是本發(fā)明實(shí)施例的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖1示出,本發(fā)明方法的一種具體實(shí)施方式
所采用的裝置為在列車上安裝總控計(jì)算機(jī)CC、與列車的制動(dòng)系統(tǒng)B相連的列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC、全 球衛(wèi)星定位儀GPS,并在車體上至少安裝一套測(cè)風(fēng)儀TW;測(cè)風(fēng)儀TW、全球衛(wèi)星 定位儀GPS、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC均與總控計(jì)算機(jī)CC相連。
采用以上的裝置進(jìn)行列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)及控制方法,其步驟是
A、 由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀(;PS檢測(cè)出列車在線路上運(yùn)行的當(dāng)前位 置數(shù)據(jù),并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī)CC;
由車體上安裝的至少一套測(cè)風(fēng)儀TW檢測(cè)出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向, 并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī)CC;
B、 總控計(jì)算機(jī)CC根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù),并從其存儲(chǔ)的線路數(shù)據(jù)庫 中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù),再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向 數(shù)據(jù),計(jì)算出列車當(dāng)前時(shí)刻所允許的最高運(yùn)行速度,并將該最高運(yùn)行速度送入 列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC;
C、 列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC將其檢測(cè)到的列車當(dāng)前運(yùn)行的實(shí)際速度與所 收到的最高運(yùn)行速度進(jìn)行邏輯判斷,當(dāng)實(shí)際速度大于最高運(yùn)行速度時(shí),列車速 度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC輸出控制信號(hào)控制制動(dòng)系統(tǒng)B動(dòng)作,降低列車運(yùn)行速度至 低于最高運(yùn)行速度;否則,列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC不輸出控制信號(hào),列車 正常運(yùn)行。
本發(fā)明所使用的測(cè)風(fēng)儀TW、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC及全球衛(wèi)星定位儀 GPS均可以直接采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品。這樣,本發(fā)明的構(gòu)造實(shí)施容易,性能穩(wěn)定、 可靠。
本發(fā)明在實(shí)施時(shí),總控計(jì)算機(jī)分析計(jì)算最高運(yùn)行速度,其判別法則或傳遞 函數(shù)的確定,需綜合考慮以下因素首先根據(jù)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史氣象資料、 線路情況及列車本身的參數(shù)(如車型、結(jié)構(gòu)參數(shù)等),運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)理論確定 列車在不同風(fēng)載情況、不同運(yùn)行速度和不同線路情況下列車的升浮力及側(cè)向力等參數(shù),然后運(yùn)用機(jī)車動(dòng)力學(xué)確定列車在不同狀態(tài)下所允許的最高運(yùn)行速度, 這樣就從理論上確定了最高允許速度與風(fēng)載情況、線路狀態(tài)、車型等之間的傳 遞函數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行中,由于風(fēng)載等影響因素存在隨機(jī)性,會(huì)不可避免的導(dǎo)致 誤差,因此,總控計(jì)算機(jī)給出的最高安全速度應(yīng)該保留合適的安全余量.
權(quán)利要求
1、一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、控制方法,其步驟是A、由列車上安裝的全球衛(wèi)星定位儀(GPS)檢測(cè)出列車在線路上運(yùn)行的當(dāng)前位置數(shù)據(jù),并將該位置數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī)(CC);由車體上安裝的至少一套測(cè)風(fēng)儀(TW)檢測(cè)出列車所在當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向,并將該風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù)輸送給總控計(jì)算機(jī)(CC);B、總控計(jì)算機(jī)(CC)根據(jù)所收到的列車位置數(shù)據(jù),并從其存儲(chǔ)的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù),再結(jié)合所收到的當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù),計(jì)算出列車當(dāng)前時(shí)刻所允許的最高運(yùn)行速度,并將該最高運(yùn)行速度送入列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC);C、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)將其檢測(cè)到的列車當(dāng)前運(yùn)行的實(shí)際速度與所收到的最高運(yùn)行速度進(jìn)行邏輯判斷,當(dāng)實(shí)際速度大于最高運(yùn)行速度時(shí),列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)輸出控制信號(hào)控制制動(dòng)系統(tǒng)(B)動(dòng)作,降低列車運(yùn)行速度至低于最高運(yùn)行速度;否則,列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)不輸出控制信號(hào),列車正常運(yùn)行。
2、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)、控制方法的裝置,其組 成是在列車上安裝總控計(jì)算機(jī)(CC)、與列車制動(dòng)系統(tǒng)(B)相連的列車速度 自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)、全球衛(wèi)星定位儀(GPS),并在車體上至少安裝一套測(cè)風(fēng) 儀(TW);測(cè)風(fēng)儀(TW)、全球衛(wèi)星定位儀(GPS)、列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC )均與總控計(jì)算機(jī)(cc)相連。
全文摘要
一種列車防風(fēng)安全監(jiān)測(cè)及控制方法,其步驟是A.列車上的全球衛(wèi)星定位儀檢測(cè)出列車在線路上運(yùn)行的當(dāng)前位置數(shù)據(jù);由車體上安裝的測(cè)風(fēng)儀檢測(cè)出當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向;B.總控計(jì)算機(jī)根據(jù)列車當(dāng)前位置數(shù)據(jù),并從其存儲(chǔ)的線路數(shù)據(jù)庫中調(diào)出當(dāng)前線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及車型數(shù)據(jù),再結(jié)合當(dāng)前位置的風(fēng)壓、風(fēng)向數(shù)據(jù),計(jì)算出列車當(dāng)前所允許的最高運(yùn)行速度,并將該最高運(yùn)行速度送入列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng);C.列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)將其檢測(cè)到的列車當(dāng)前的實(shí)際速度與最高運(yùn)行速度進(jìn)行邏輯判斷,據(jù)以自動(dòng)控制列車制動(dòng)系統(tǒng)。使用該方法的構(gòu)造成本低,檢修維護(hù)方便,對(duì)列車所在位置的風(fēng)壓、風(fēng)向檢測(cè)準(zhǔn)確,保證列車的安全高速運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01W1/00GK101126817SQ200710050160
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者濤 崔, 張衛(wèi)華, 田光榮 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)