УСТРОЙСТВО БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК B61L25/00 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано для управления локомотивом при маневровых работах и для повышения безопасности маневровых локомотивов (составов) при выполнении маневровых работ на станции назначения.

Известно устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (RU 2248899, B61L 25/04, 27.03.05), содержащие бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивные датчики давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, а также соединенные с бортовым контроллером унифицированным спутниковую антенну, блок индикации, блок управления, блок переключателей, который соединен с рукояткой бдительности машиниста, переключателем кабины и электропневматическим клапаном, причем бортовой контроллер включает в себя вычислитель скорости движения, измеритель датчиков давления, микропроцессор контроля и управления, модуль навигационного приемника, формирователь безопасного напряжения и схему контроля.

Недостатком этого устройства является низкая пропускная способность межмодульного интерфейса связи и отсутствие надлежащей гибкости в изменении конфигурации системы под любой тип локомотива.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям, является принятое в качестве прототипа устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (RU 2341396, B61L 25/04, 20.12.08), содержащее бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивный датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, а также соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления и блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном, и содержащее также блок исполнительных цепей, причем бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, вход которого соединен с локомотивным датчиком импульсов, модуль измерителя датчиков давления ИДД, вход которого соединен с локомотивным датчиком давления, модуль навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной, а выход - с первым портом микрокомпьютера, второй порт которого соединен с радиомодемом, третий порт соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход - с выходом блока переключателей, а второй выход через модуль контроля и формирователь безопасного напряжения соединен с первым входом блока переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком исполнительных цепей, выход которого соединен с исполнительными цепями локомотива, мост CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения.

В известном устройстве для определения пройденного пути используется измерение количества импульсов, поступающих от датчиков импульсов, подключенных к колесным парам, а для периодического измерения текущей координаты используется модуль навигационного приемника, соединенный со спутниковой антенной. Определенное значение координаты используется для привязки местоположения поезда к электронной карте маршрута и расчета кривой торможения перед местами ограничений скорости.

Предпочтительность измерения координаты с помощью модуля навигационного приемника связана с тем, что при скорости более 3 км/час точность этого метода выше, чем точность определения координаты с помощью измерения пройденного пути от датчиков импульсов, подключенных к колесным парам.

В измерении пройденного пути от датчиков импульсов, подключенных к колесным парам, накапливается погрешность из-за износа бандажа колесных пар и/или из-за юза и боксования колес, к которым подключены датчики. Однако при движении со скоростью менее 3 км/час и при отсутствии юза и боксования погрешность измерения координаты с помощью модуля навигационного приемника, составляющая ±15 м, превышает погрешность определения координаты, подсчитанной по пройденному пути на основе количества импульсов, принятых от датчиков импульсов. Поэтому при движении со скоростью менее 3 км/час в известном устройстве используют определение координаты путем расчета по пройденному пути.

Недостатком известного устройства является возможность сбоев в работе, при переключениях с одного алгоритма определения координаты на другой.

Например, если реальная координата головной части поезда, находящегося перед светофором с запрещающим сигналом и координатой 0, составляет (-10м), то координата головной части поезда, определенная по информации от датчиков импульсов, будет (из-за погрешности этого метода) составлять -20 м. При скачкообразном переходе на другой метод определения координаты (с помощью модуля навигационного приемника) эта координата будет составлять +25 м (из-за погрешности уже этого метода, плюс 1 м продвижения со скоростью 3 км/час поезда за период между двумя измерениями) после светофора. Это будет воспринято системой прицельного торможения поезда, как проезд светофора с запрещающим сигналом без остановки, и вызовет экстренное торможение поезда.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности устройства за счет устранения возможных сбоев в его работе при переходе с одного на другой алгоритм определения координаты местонахождения поезда.

Технический результат достигается тем, что в устройстве бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации, содержащем бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивный датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления, блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном, и блок исполнительных цепей, причем бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, вход которого соединен с блоком датчиков импульсов, модуль измерителя датчиков давления, вход которого соединен с локомотивным датчиком давления, модуль навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной, а выход - с первым портом микрокомпьютера, второй порт которого соединен с радиомодемом, третий порт соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй выход - через модуль контроля и формирователь безопасного напряжения - соединен с первым входом блока переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком исполнительных цепей, предназначенным для подключения к исполнительным цепям локомотива, мост CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения, согласно изобретению в бортовой контроллер введен модуль корректирования координаты, порт которого соединен с внутренней общей шиной интерфейса CAN, а вход соединен с выходом блока датчиков импульсов.

На на фиг.1 приведена структурная схема устройства бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации.

Устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации содержит бортовой контроллер 1 и связанные с ним блок 2 датчиков импульсов, локомотивный датчик 3 давления, последовательно соединенные антенну 4 радиоканала и радиомодем 5, соединенные с бортовым контроллером 1 спутниковую антенну 6, блок 7 индикации, блок 8 управления и блок 9 переключателей, который соединен с переключателем 10 кабины, рукояткой 11 бдительности машиниста и электропневматическим клапаном 12, и блок 13 исполнительных цепей, причем бортовой контроллер 1 содержит модуль 14 вычислителя скорости движения, вход которого соединен с блоком 2 датчиков импульсов, модуль 15 измерителя датчиков давления, вход которого соединен с локомотивным датчиком 3 давления, модуль 16 навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной 6, а выход - с первым портом микрокомпьютера 17, второй порт которого соединен с радиомодемом 5, третий порт соединен с первым входом блока 7 индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля 18 контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока 8 управления, а второй выход - через модуль 19 контроля и формирователь 20 безопасного напряжения соединен с первым входом блока 9 переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля 18 контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком 13 исполнительных цепей, предназначенным для подключения к исполнительным цепям локомотива, мост 21 CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами 22, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем 18 контроля и управления, с микрокомпьютером 17, модулем 15 измерителя датчиков давления и модулем 14 вычислителя скорости движения. Введенный в бортовой контроллер 1 модуль 23 корректирования координаты своим портом соединен с внутренней общей шиной интерфейса CAN, а вход соединен с выходом блока 2 датчиков импульсов.

Устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации работает следующим образом.

Модули устройства взаимодействуют посредством межмодульного интерфейса CAN. Каждый модуль циклически выдает в CAN информацию о своем состоянии и результаты своей работы. Вместе с тем, каждый из модулей выделяет из сообщений других модулей информацию, необходимую ему для работы. Модуль 18 контроля и управления, имеющий для безопасности два независимых канала обработки информации, решает задачи управления локомотивом и по результатам контроля бдительности машиниста и выполнения скоростных ограничений выдает управляющие воздействия на средства торможения поезда.

Модуль 16 навигационного приемника, через спутниковую антенну 6, принимает сигналы от спутников радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Точность автономного определения скорости (с вероятностью 95%) 0,1 м/с, а среднеквадратическая горизонтальная ошибка автономного определения положения до 25 м (см. журнал «Железные дороги мира», №7, 2003, ст. В.И.Зорин и др. «Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения»). Модули бортового контроллера 1, соединенные с блоком 2 датчиков импульсов (модуль 14 вычислителя скорости движения и модуль 23 корректирования координаты), непрерывно получают импульсы, по которым они вычисляют значения фактической скорости локомотива и пройденного пути.

Модуль 14 вычислителя скорости движения производит подсчет импульсов, приходящих в единицу времени, от блока 2 датчиков импульсов и определяет скорость движения локомотива V. Измеренные значения скорости через межмодульный интерфейс CAN передаются, в частности, в модуль 23 корректирования координаты.

Модуль 23 корректирования координаты сравнивает текущие значения скорости движения локомотива V с заданным пределом Vmin (например 3 км/час), при достижении которого происходят переключения алгоритмов определения и использования координаты.

При достижении Vmin модуль 23 корректирования координаты осуществляет плавный переход между алгоритмами работы модуля 16 навигационного приемника, микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения ВСД.

Когда V>Vmin, микрокомпьютер 17 определяет на электронной карте маршрута место нахождения поезда по координате, полученной с помощью модуля 16 навигационного приемника. При V<Vmin микрокомпьютер 17 определяет на электронной карте маршрута место нахождения поезда по координате, полученной с помощью модуля 23 корректирования координаты, который рассчитывает координату по информации от блока 2 датчиков импульсов.

Плавный переход с одного алгоритма на другой обеспечивается модулем 23 корректирования координаты, включающим в микрокомпьютере 17 специальный алгоритм, обеспечивающий введение временной поправки, позволяющей результаты расчета координаты, с использованием информации от блока 2 датчиков импульсов, постепенно приближать к результатам определения координаты с помощью модуля 16 навигационного приемника. При достижении разрешенной разницы в результатах двух методов определения координаты (например, 2 м) микрокомпьютер 17 переключает алгоритмы расчета без возникновения сбоев в работе системы управления торможением.

Параметры движения поезда непрерывно отображаются на экране блока 7 индикации.

Алгоритмы переключения режимов работы устройства, зависящих от работы модуля 23 корректирования координаты, исправности канала спутниковой навигации и условий по юзу или боксованию колес локомотива, приведены на фиг.2 - фиг.7.

На фиг.2 показан алгоритм переключения режимов работы для случаев, когда модуль 16 навигационного приемника работает исправно.

Здесь вначале микрокомпьютер 17 вычисляет расстояние до места ограничения скорости по ранее определенной координате и электронной карте маршрута. Затем модуль 14 вычислителя скорости движения вычисляет скорость по частоте импульсов от блока 2 датчиков импульсов. Далее микрокомпьютер 17 анализирует информацию от модуля 23 корректирования координаты по текущей скорости.

Если V>Vmin, то микрокомпьютер 17 вычисляет координату по данным от модуля 16 навигационного приемника, а если V<Vmin, то микрокомпьютер 17 получает значение координаты от модуля 23 корректирования координаты, который рассчитывает ее прибавлением пройденного пути к предыдущему значению координаты. Далее модулем 23 корректирования координаты проверяется наличие юза или боксования колес локомотива. Если юз или боксование колес локомотива отсутствуют, то модуль 23 корректирования координаты реализует алгоритм, показанный на фиг.8, и цикл повторяется снова. Переходный алгоритм обеспечивает отсутствие больших скачков в оценке координаты поезда при переключении алгоритмов определения координаты, предотвращая сбои в работе устройства.

При фиксации юза или боксования модуль 23 корректирования координаты (по скачкообразному уменьшению или увеличению частоты импульсов, принимаемых от блока 2 датчиков импульсов) выполняет переход к соответствующим алгоритмам обработки.

При V<Vmin и наличии юза работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения происходит в соответствии с фиг.3, а при V<Vmin и наличии боксования работа этих устройств происходит в соответствии с фиг.4.

На фиг.3 показано, что во время юза модуль 14 при V<Vmin сохраняет в качестве измеренного последнее значение скорости, определенное им до возникновения режима юза. Это решение обусловлено тем, что при юзе скорость не увеличивается (даже на уклонах).

На фиг.4 показано, что во время боксования модуль 14 при V<Vmin считает, что скорость может повышаться, и, за время каждого цикла расчета, добавляет к ранее определенному значению V значение dVmax максимально возможного приращения скорости при боксовании.

В очередном цикле, при выполнении условия V>Vmin, работа микрокомпьютера 17 возвращается на режим по фиг.2 с определением скорости по изменению координаты.

Фиг.5 иллюстрирует случай, когда модуль 16 навигационного приемника допускает сбои в работе, например из-за пропадания сигналов от спутников радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

Здесь вначале микрокомпьютер 17 вычисляет расстояние до места ограничения скорости по координате и электронной карте маршрута. Далее модуль 14 вычислителя скорости движения вычисляет скорость по данным от блока 2 датчиков импульсов. Затем микрокомпьютер 17 проверяет восстановление работоспособности модуля 16 навигационного приемника, и при положительном результате работа устройства возвращается на режим по фиг.2.

Если модуль 16 навигационного приемника не восстановил свою работоспособность, то с помощью модуля 23 корректирования координаты поверяется наличие юза или боксования колес локомотива. Если юз или боксование колес локомотива отсутствуют, то цикл повторяется снова. Возникновение юза или боксования модуль 23 корректирования координаты определяет соответственно по скачкообразному уменьшению или увеличению частоты импульсов, принимаемых от блока 2 датчиков импульсов.

При наличии юза работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения происходит в соответствии с фиг.6, а при наличии боксования работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 происходит в соответствии с фиг.7.

На фиг.6 показано, что во время юза модуль 14 сохраняет в качестве измеренного последнее значение скорости, определенное им до возникновения режима юза. Это решение обусловлено тем, что при юзе скорость не увеличивается (даже на уклонах).

На фиг.7 показано, что во время боксования модуль 14 считает, что скорость может повышаться, и за время каждого цикла расчета добавляет к ранее определенному значению V значение dVmax максимально возможного приращения скорости при боксовании.

Таким образом, при сбоях в работе модуля 16 навигационного приемника для всех скоростей измерение параметров движения производится только по импульсам, поступающм от блока 2 датчиков импульсов. Однако блок 2 датчиков импульсов точно откалиброван на непосредственно предшествующих этапах движения поезда с исправной работой модуля 16 навигационного приемника.

В переходном алгоритме, приведенном на фиг.8, при каждом новом измерении координаты по данным модуля 16 навигационного приемника координата, рассчитанная по данным от блока 2 датчиков импульсов, получает в алгоритме поправку, например на 1 м, в сторону уменьшения разницы D. Здесь в приведенной формуле буквой D обозначена абсолютная величина разницы между координатой X1, рассчитанной по числу импульсов от блока 2 датчиков импульсов, и координатой Х2, измеренной на основе данных от модуля 16 навигационного приемника.

Модуль 23 корректирования координаты разрешает переход на фиг.2 с одного алгоритма на другой после прохождения граничной скорости Vmin и только, если D не превышает некоторой выбранной нормы, например 2 м.

Таким образом, за счет устранения возможных сбоев в нормальной работе устройства при переключении алгоритмов определения координаты местонахождения поезда обеспечивается повышение надежности работы устройства.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано для управления локомотивом при маневровых работах и для повышения безопасности маневровых локомотивов при выполнении маневровых работ на станции назначения. Устройство содержит бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивный датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления и блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном, и блок исполнительных цепей. Бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, модуль измерителя датчиков давления, модуль навигационного приемника, микрокомпьютер, модуль контроля и управления, модуль контроля, формирователь безопасного напряжения. Мост CAN своим первым портом через шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения. В бортовой контроллер введен модуль корректирования координаты, соединенный с внутренней общей шиной интерфейса CAN. Достигается повышение надежности устройства. 8 ил.

Устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации, содержащее бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивный датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления, блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном, и блок исполнительных цепей, причем бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, вход которого соединен с блоком датчиков импульсов, модуль измерителя датчиков давления, вход которого соединен с локомотивным датчиком давления, модуль навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной, а выход - с первым портом микрокомпьютера, второй порт которого соединен с радиомодемом, третий порт соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй выход - через модуль контроля и формирователь безопасного напряжения соединен с первым входом блока переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком исполнительных цепей, предназначенным для подключения к исполнительным цепям локомотива, мост CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения, отличающееся тем, что в бортовой контроллер введен модуль корректирования координаты, обеспечивающий плавный переход между алгоритмами работы модуля навигационного приемника, микрокомпьютера и модуля вычислителя скорости движения, порт модуля корректирования координаты соединен с внутренней общей шиной интерфейса CAN, а вход соединен с выходом блока датчиков импульсов.