專利名稱：基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種城市軌道交通設(shè)備，尤其是一種基于無線通信的城 市軌道交通設(shè)備，具體地說是一種基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕 駛系統(tǒng)。
技術(shù)背景目前，在城市軌道交通系統(tǒng)中，列車自動控制系統(tǒng)(ATC)是城市軌道 交通車輛安全、高效運行的主要保證。ATC系統(tǒng)通常由3個系統(tǒng)組成ATP 系統(tǒng)(列車自動防護)、ATO系統(tǒng)(列車自動駕駛)、ATS系統(tǒng)(列車自動監(jiān)車載ATO系統(tǒng)用來完成ATO系統(tǒng)功能，它控制列車自動運行和在車站精 確停車。在城軌交通系統(tǒng)中通過ATO系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，能夠達到提高行車效 率、降低系統(tǒng)成本、減少司機勞動強度的目的。目前，國內(nèi)城軌交通技術(shù)研究發(fā)展很快，但還沒有真正意義上的國產(chǎn)化 ATC系統(tǒng)，國內(nèi)目前正在建設(shè)的城軌線路或即將建設(shè)的城軌線路，均采用進 口的ATC產(chǎn)品，當然也就沒有國內(nèi)自己設(shè)計生產(chǎn)的車載ATO系統(tǒng)在應(yīng)用。車載ATO系統(tǒng)功能的確定，需要依賴于ATC系統(tǒng)的總體設(shè)計，不同的 ATC系統(tǒng)體制，會有不同的車載ATO系統(tǒng)功能實現(xiàn)方案。當前，國際上應(yīng) 用最多的ATC系統(tǒng)為基于無線雙向通信的、采用移動閉塞體制設(shè)計的系統(tǒng)， 在車地之間采用無線通信實現(xiàn)連續(xù)的雙向數(shù)據(jù)傳輸， 一方面提高了系統(tǒng)的總 體性能，另一方面提高系統(tǒng)自動化程度。隨著國內(nèi)城市有軌交通的快速發(fā)展，設(shè)計一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于 無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)是當務(wù)之急。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前的市場急需，設(shè)計一種基于無線通信的城
市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)。 本實用新型的技術(shù)方案是一種基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)，其特征是它主要 由車載自動駕駛處理單元1、駕駛室顯示操作單元2、速度處理單元3、信標收發(fā)處理單元4、無線通訊單元5組成，駕駛室顯示操作單元2與車載自動 駕駛處理單元1雙向連接，速度處理單元3的輸入與速度傳感器的輸出相連， 其輸出與車載自動駕駛處理單元l對應(yīng)的輸入端相連，信標收發(fā)處理單元4和無線通訊單元5的輸入分別與對應(yīng)的信標天線和無線通信天線的輸出相 連，它們的輸出分別與車載自動駕駛處理單元l對應(yīng)的輸入接口相連，車載 自動駕駛處理單元1通過相應(yīng)的繼電I/O 口與駕駛室顯示操作單元2中的顯 示面板相連，車載自動駕駛處理單元1輸出通過繼電I/O 口與車輛對應(yīng)的牽 引制動控制系統(tǒng)相連。所述的車載自動駕駛處理單元1或為采用冗余技術(shù)單獨構(gòu)成的系統(tǒng)，或 為與列車自動防護系統(tǒng)一起共用的3取2硬件組成。車載自動駕駛處理單元1通過調(diào)制解調(diào)器與尾駕駛室的處理系統(tǒng)相連。 本實用新型的有益效果-本實有新型結(jié)束了國外的技術(shù)壟斷，具有結(jié)構(gòu)簡單，集成度和靈活性高， 維護成本低，有利于減少列車行車間隔，具有高可靠性及安全性的優(yōu)點。本實用新型的應(yīng)用廣泛，能夠滿足城軌交通業(yè)主的需求。具有友好的用 戶界面，操作簡單。技術(shù)先進，自動化控制程度高。同時減少了系統(tǒng)硬件設(shè) 備量，降低了系統(tǒng)成本。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成框圖。圖2是本實用新型的無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是本實用新型的速度控制環(huán)原理圖。圖4是本實用新型的站間基本的速度控制曲線圖。圖5是本實用新型的車載自動駕駛系統(tǒng)對臨時限速影響的修正曲線示意圖。圖6是本實用新型車載ATO對EOA影響的修正曲線示意圖。 圖7是本實用新型列車精確停車控制曲線示意圖。 圖8是本實用新型列車在車站處理的邏輯流程圖。 圖9是本實用新型列車在站間運行處理的邏輯流程圖。 圖IO是本實用新型列車在車站的精確停車控制流程圖。 圖11是本實用新型列車調(diào)整功能的處理流程圖。 圖12是本實用新型列車車門開、關(guān)的控制的流程圖。 圖13是本實用新型列車輸入、輸出控制流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖l所示。一種基于無線通信的城市軌道交通用車載自動駕駛系統(tǒng)，它主要由車載 自動駕駛處理單元l、駕駛室顯示操作單元2、速度處理單元3、信標收發(fā)處 理單元4、無線通訊單元5組成，駕駛室顯示操作單元2與車載自動駕駛處 理單元l雙向連接，速度處理單元3的輸入與速度傳感器的輸出相連，其輸 出與車載自動駕駛處理單元1對應(yīng)的輸入端相連，信標收發(fā)處理單元4和無 線通訊單元5的輸入分別與對應(yīng)的信標天線和無線通信天線的輸出通過無線 相連，它們的輸出分別與車載自動駕駛處理單元l對應(yīng)的輸入接口相連，作 為車載自動駕駛處理單元1 一路輸出的開關(guān)指示燈通過相應(yīng)的繼電I/O 口與 駕駛室顯示操作單元2中的顯示面板相連，作為車載自動駕駛處理單元1動 力、控制瑜出通過繼電I/0口與車輛對應(yīng)的驅(qū)動、控制系統(tǒng)相連。其中 車載自動駕駛處理單元l (包括I/0):可采用冗余技術(shù)單獨構(gòu)成系統(tǒng)， 也可與ATP系統(tǒng)一起共用3取2硬件。車載ATO處理單元完成ATO功能的計算和控制。
駕駛室顯示操作單元2:用于列車駕駛員進行有關(guān)ATO功能的運行操作，輸入機組信息并顯示各種數(shù)據(jù)。 ■駕駛室開關(guān)、指示燈面板為駕駛員提供相關(guān)的操作開關(guān)按鈕，并提
供相關(guān)的指示燈顯示?！? IIOV直流電源及開關(guān)車載ATO使用的電源。 無線通信系統(tǒng)的車載部分接收來自ATS系統(tǒng)、ATP系統(tǒng)的信息與指令，并將列車位置報告?zhèn)魉徒o軌旁ATP/ATO系統(tǒng)。
維護終端用于系統(tǒng)維護?！鼍幋a里程計及處理單元測速與測距。
信標天線及處理單元實現(xiàn)重定位功能。 各部分接口關(guān)系如下■串行鏈路駕駛室顯示單元與車載ATO處理單元，維護終端與車載ATO處理單元之間。
繼電接口車載ATO處理單元與駕駛室開關(guān)、指示燈，與列車控制系統(tǒng)之間。 模擬接口信標天線與信標處理器，里程計與速度處理板，車載無線 通信天線與處理設(shè)備之間。 高速串行鏈路(HDLC協(xié)議)車載ATO處理單元與尾駕駛室處理單 元，各ATO處理單元之間，車載ATO處理單元與無線通信處理器， 車載ATO處理單元與信標處理單元之間。 本實用新型能實現(xiàn)的主要功能有'列車自動駕駛 ATO調(diào)整功能 列車在車站的精確停車 車站門控 扣車 越站 ATO自動折返■實際列車識別(PTI) 列車廣播數(shù)據(jù)的產(chǎn)生及傳輸下面結(jié)合一實例對本實用新型作進一步的說明-
一種采用基于無線局域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)車地無線通信的車載自動駕駛系統(tǒng)，采用3取2表決系統(tǒng)構(gòu)成ATO處理單元，采用基于移動閉塞的ATO算法實現(xiàn) ATO功能，技術(shù)先進。(1)無線通信系統(tǒng)采用基于正EE802.11跳頻無線局域網(wǎng)技術(shù)標準實 現(xiàn)，具有高速漫游的特點。如圖2，為無線網(wǎng)絡(luò)方式的車地通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原 理圖。本系統(tǒng)具體技術(shù)指標如下-'數(shù)據(jù)速率可達到lMbps。
調(diào)制類型跳頻擴頻。
頻率范圍2400 2483.5 MHz， ISM頻段。
發(fā)射功率100mW有效各向同性輻射功率。 '高速漫游上至80公里/小時。 ■無線局域網(wǎng)接口 IEEE802.11b標準。無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)了地一車之間的雙向通信，它將列車的位置傳送給 軌旁ATC控制器，并接收從軌旁發(fā)來的報文，包括ATS傳來的各種運行 指令及列車"移動授權(quán)(EOA)"。"移動授權(quán)"也就是列車安全行駛至下 一個位置列車所需一個正式授權(quán)。(2)車載ATO處理單元采用3取2表決系統(tǒng)，由三個獨立的計算 機通道組成，中央處理板采用基于Intel微處理器的CompactPCI單板計算 機，每個通道在物理和電氣特性上與其它兩個相互隔離，并支持各自通道 內(nèi)的邏輯處理功能。三個計算機模塊通過獨立的高速同步串口板兩兩相 連，通過特殊的軟件算法構(gòu)成三取二計算機處理單元。車載ATO處理單元檢測整個ATO系統(tǒng)各部分的運行狀況，并完成系 統(tǒng)所需的ATO功能。(3)駕駛室顯示單元(HMI):駕駛室顯示單元是車載ATO系統(tǒng)在列車 駕駛室內(nèi)的人機接口設(shè)備，主要用于列車駕駛員進行有關(guān)ATO功能的運行操作，輸入機組信息并顯示各種數(shù)據(jù)。顯示單元HMI采用符合EMC兼容設(shè)計的工業(yè)級CPU板及12英寸FTF 顯示器(帶觸摸屏)，包括CPU本地總線接口、內(nèi)存控制器和PC/AT的標
準外設(shè)等，并配有蜂鳴器。HMI顯示內(nèi)容包括列車實際速度、列車目標速度、列車目標距離、 當前駕駛模式、ATO模式許可、ATP模式許可、限速模式許可、緊急制 動顯示、故障顯示等。(4) 編碼里程計通用產(chǎn)品，可進行列車速度與運行距離的測量， 最好安裝于車輛的一從動軸上，通常最佳安裝位置為拖車轉(zhuǎn)向架的第二個 車軸。(5) 信標通用產(chǎn)品，信標用于列車的系統(tǒng)重定位功能，并應(yīng)用于 列車自動輪徑校正。信標安裝在列車底部的鐵軌上，信標天線最佳安裝位 置通常安裝在列車的轉(zhuǎn)向架上。下面具體描述本系統(tǒng)各功能的處理方法(1) 列車速度控制。(2) 列車調(diào)整功能。(3) 列車車門開、關(guān)控制。(4) 輸入、輸出處理。本實用新型的工作過程為-一、列車瑰度控制列車速度控制列車速度控制采用控制環(huán)(如圖3所示)方法進行，包括三 個過程列車在車站的發(fā)車、在站間的運行和在車站的精確停車。 列車在車站發(fā)車當列車從A站運行到B站，車載ATO設(shè)備依據(jù)從軌旁傳來的車站發(fā)車指 令信息，通過動力施加完成自動加速控制，此時必須對車門及站臺門進行了 檢査，在人工駕駛模式下由駕駛員按壓發(fā)車按鈕。同時，車載ATO能夠接收到ATS調(diào)整指令來確定列車在站間運行的等級， 決定必要的運行速度曲線。這個速度曲線以節(jié)省能源和最大限度地提高乘客 的舒適為計算目標。速度曲線計算需考慮軌道的坡度、列車性能、惰行時間， 最大速度、加速度和減速度的限制值等各種參數(shù)。當處于ATO模式時，如果ATO未收到發(fā)車時間，它將在車站預(yù)定的停站 時間完成后自動發(fā)車。處于人工駕駛模式時，則ATO提醒駕駛員發(fā)車(如圖 4所示)。車站發(fā)車邏輯流程圖見圖8。 列車站間運行在沿線的任何位置上，車載ATO都可以通過車地傳輸系統(tǒng)接收到來自 ATS的調(diào)整命令，正常情況下，從而保證列車在預(yù)期時間到達控制點。通過連續(xù)傳輸系統(tǒng)，車站ATO系統(tǒng)實時地知道下一個站間的占用情況。 按照前面列車的位置和此列車尾部出清下個控制點的預(yù)期時間，ATO可計算 出最優(yōu)的運行速度曲線來實現(xiàn)最佳的運行間隔。當ATO接收到ATS傳來的臨時限速指令,ATO將自動修正列車速度曲線。 (如圖5所示)當車載ATO確定EOA對運行產(chǎn)生影響時，將修正列車速度曲線，并在影 響消除后，自動補償運行時間的延遲。(如圖6所示) 列車站間運行邏輯流程圖見圖9。
車站精確停車。如圖5，當列車從地面信標(Tl)處接收到重定位位置信息后，車載ATO 激活車站精確停車控制功能。在此功能控制下，車載ATO設(shè)備重新確定有關(guān) 到精確停車點的速度曲線數(shù)據(jù)，并按照速度曲線完成列車減速控制。當列車處于車站精確停車控制時， 一旦檢測通過了信標T2和信標T3，列 車將自動完成位置的補償，并進一步控制列車的停車位置，直到列車按要求 停在車站的停車窗內(nèi)，當列車信車車站的停車窗內(nèi)，ATO輸出列車剎車控制 以防止列車移動。(如圖7所示)在異常情況下，列車可能停在允許的公差范圍之外。假如不超過5米范圍， 列車允許以一個限定的速度慢慢后退，萬一停站不夠，列車也允許以一個限定的速度向前慢慢移動。列車在車站精確停車邏輯流程圖見圖11。 二、列車調(diào)維功能 ATO系統(tǒng)可以從ATS接收扣車或越站命令。當接收到扣車指令時，車載 ATO將促使列車滯留在車站上(直到ATS釋放扣車控制)，當接收到越站指令時，列車將直接越過指定的車站。ATO啟動時將接收從ATS發(fā)送來的PTI (主動列車識別)初始化指令， 并在列車運行過程中周期性發(fā)送給ATS，在人工模式下，車載ATO也能從車 上接受PTI指令，這時PTI是一個用來識別列車號和乘務(wù)號的邏輯值。車載ATO需要周期性接收時鐘同步指令，以用于列車調(diào)整功能。列車調(diào)整功能邏輯流程圖見圖10。 三、列車車門開、關(guān)控制在車站停站期間，ATO控制車門、站臺門的打開，此時，必須在ATP的 監(jiān)督下進行。關(guān)門則由ATO系統(tǒng)(在ATO模式下)或駕駛員(在人工模式 下)進行。一旦檢測到列車正確地?？壳移渌械陌踩珬l件都滿足，車載ATP給 車載ATO—個按次序開門的權(quán)限。然后，ATO控制車門和站臺門的打開， 并且開始倒計時列車停站時間。列車車門(站臺門)開、關(guān)門控制邏輯流程圖見圖12。四、輸入輸出處理系統(tǒng)ATO車載處理單元輸入信息包括: 輪徑校正信息 里程計速度信息■ 信標信息 駕駛臺信息 其它車載系統(tǒng)信息 車載維護指令信息 無線通信傳來的車地報文系統(tǒng)ATO車載處理單元輸出信息包括- 車載通信報文 列車控制信息 '駕駛臺顯示信息 其它車載系統(tǒng)信息 '維護指令信息列車車載ATO系統(tǒng)輸入、輸出處理控制邏輯流程圖見圖13。
權(quán)利要求1、 一種基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)，其特征是它主要由車載自動駕駛處理單元(1)、駕駛室顯示操作單元(2)、速度處理單元(3)、 信標收發(fā)處理單元(4)、無線通訊單元(5)組成，駕駛室顯示操作單元(2) 與車載自動駕駛處理單元(1)雙向連接，速度處理單元(3)的輸入與速度 傳感器的輸出相連，其輸出與車載自動駕駛處理單元(1)對應(yīng)的輸入端相連， 信標收發(fā)處理單元(4)和無線通訊單元(5)的輸入分別與對應(yīng)的信標天線 和無線通信天線的輸出相連，它們的輸出分別與車載自動駕駛處理單元(1) 對應(yīng)的輸入接口相連，車載自動駕駛處理單元(1)通過相應(yīng)的繼電1/0 口與 駕駛室顯示操作單元(2)中的顯示面板相連，車載自動駕駛處理單元(1) 控制輸出通過繼電1/0 口與車輛對應(yīng)的牽引制動控制系統(tǒng)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)， 其特征是所述的車載自動駕駛處理單元(1)或為采用冗余技術(shù)單獨構(gòu)成的系 統(tǒng)，或為與列車自動防護系統(tǒng)一起共用的3取2硬件組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)， 其特征是采用無線通信的方式傳送車載自動駕駛系統(tǒng)所需要的報文。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)， 其特征是頭駕駛室的車載自動駕駛處理單元(1 )通過調(diào)制解調(diào)器與尾駕駛室 的處理系統(tǒng)相連。
專利摘要一種基于無線通信的城市軌道交通車載自動駕駛系統(tǒng)，屬于城市軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，它主要由車載自動駕駛處理單元(1)、駕駛室顯示操作單元(2)、速度處理單元(3)、信標收發(fā)處理單元(4)、無線通信單元(5)組成，它解決了目前市場急需，具有應(yīng)用廣泛，能夠滿足城軌交通業(yè)主的需求。具有友好的用戶界面，操作簡單。技術(shù)先進，自動化控制程度高。減少了系統(tǒng)硬件量，降低了系統(tǒng)成本。
文檔編號G05D1/00GK201037910SQ20072003827
公開日2008年3月19日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者妃 劉, 顧懷高 申請人:南京恩瑞特實業(yè)有限公司