CN106585669A - 机车辅助操控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机车辅助操控系统。该机车辅助操控系统包括：安全计算单元VCU和控制执行单元CEU，VCU分别与列车运行监控装置LKJ和CEU连接，CEU与机车的列车控制和管理系统TCMS连接；VCU，用于从LKJ中获取机车运行信息，并结合保存在VCU中的机车的车载基础数据和机车时刻表，获得机车的牵引力；VCU，还用于将牵引力发送给CEU；CEU，用于将牵引力转换成机车的级位，并将级位发送给TCMS，以使TCMS根据级位控制所述机车。该机车辅助操控系统可以适用于电力机车和内燃机机车，进而避免了不同机车上单独设置机车辅助操控系统造成的资源浪费，实现了机车的节能运行。

Description

机车辅助操控系统

技术领域

本发明涉及车辆技术，尤其涉及一种机车辅助操控系统。

背景技术

随着铁路事业的发展，铁路运输业与国民经济生活已经不可分割。近年来中国铁路运营里程不断增加，能耗支出逐年增大，铁路行业节能减排也被提上日程。机车消耗能源占铁路运输企业主营消耗能源的比重在70％以上，做好机车节能减耗工作对我国铁路行业实现节能减排的目标具有举足轻重的作用。

在机车运行过程中，同一辆机车在限定时间内完成目标运输距离有着多种方法，而不同的操作方法产生的能源消耗各不相同，机车辅助控制系统作为机车司机的驾驶辅助，能够为机车司机提供优化的操作控制，进而减少能源消耗。

但是，现有的机车辅助控制系统是针对特有的机车单独设计的，并与机车的自动控制系统融合在一起，难以分割。例如电力机车的机车辅助控制系统只适用于电力机车，内燃机机车的机车辅助控制系统只适用于内燃机机车，进而使得机车辅助控制系统无法共用，造成资源的浪费。

发明内容

本发明提供一种机车辅助操控系统，以克服在不同的机车上单独设置机车辅助操控系统造成资源浪费的问题。

本发明提供一种机车辅助操控系统，包括：安全计算单元VCU和控制执行单元CEU，所述VCU分别与列车运行监控装置LKJ和CEU连接，所述CEU与所述机车的列车控制和管理系统TCMS连接；

所述VCU，用于从所述LKJ中获取机车运行信息，并结合保存在所述VCU中的机车的车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的牵引力；

所述VCU，还用于将所述牵引力发送给所述CEU；

所述CEU，用于将所述牵引力转换成所述机车的级位，并将所述级位发送给所述TCMS，以使所述TCMS根据所述级位控制所述机车。

进一步的，所述VCU具体用于：

根据所述机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的位置与速度曲线；

根据所述位置与速度曲线获得所述机车的牵引力。

进一步的，所述机车运行信息包括：所述机车的速度、位置、阻力、车辆信息和机车信号，所述机车的车载基础数据包括：线路信息；

所述VCU具体用于：

根据所述机车的速度、位置、阻力、车辆信息、机车信号和线路信息，获得所述机车的位置与速度曲线；

根据所述位置与速度曲线，以及所述机车的当前速度和位置信息，获得所述机车的牵引力。

进一步的，所述系统还包括人机交互单元DMI，所述DMI与所述VCU连接；

所述DMI，用于接收所述VCU发送的位置与速度曲线，并将所述位置与速度曲线进行显示。

进一步的，所述CEU中保存有不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系；

所述CEU，具体用于根据所述牵引力、以及不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系，获得所述牵引力对应的级位。

进一步的，所述CEU还用于，在将所述级位发送给所述TCMS后，向所述VCU发送传输成功确认消息；

或者，在没有将所述级位发送给所述TCMS后，向所述VCU发送传输失败确认消息。

可选的，所述VCU还用于在所述LKJ、所述TCMS、所述CEU、所述DMI和所述VCU出现故障时进行报警。

进一步的，所述CEU与一个机车司控器连接。

本发明提供的机车辅助操控系统，通过将所述VCU分别与列车运行监控装置LKJ和CEU连接，所述CEU与所述机车的列车控制和管理系统TCMS；所述VCU，用于从所述LKJ中获取机车运行信息，并结合保存在所述VCU中的车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的牵引力；所述VCU，还用于将所述牵引力发送给所述CEU；所述CEU，用于将所述牵引力转换成所述机车的级位，并将所述级位发送给所述TCMS，以使所述TCMS根据所述级位控制所述机车，进而实现对机车的辅助驾驶，减轻司机的工作量。并且，该机车辅助操控系统可以适用于电力机车也可以适用于内燃机机车，进而避免了不同机车上单独设置机车辅助操控系统造成的资源浪费，实现了机车的节能运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的机车辅助操控系统实施例一的结构示意图；

图2为本实施例一提供的机车辅助操控系统的应用场景示意图；

图3为本发明提供的机车辅助操控系统实施例三的结构示意图；

图4为本实施例三提供的机车辅助操控系统的应用场景示意图。

附图标记说明：

100：机车辅助操控系统；

10：安全计算单元VCU；

20：控制执行单元CEU；

50：列车运行监控装置LKJ；

40：列车控制和管理系统TCMS；

21：I端CEU；

22：Ⅱ端CEU；

61：I端DMI；

62：Ⅱ端DMI。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的机车辅助操控系统，适用于任意类型的电力机车或者内燃机，可以与列车的自动控制系统结合，实现机车的辅助驾驶。

本实施例的机车辅助操控系统为一个独立的设备，既适用于电力机车也适用于内燃机，进而避免了在不同的机车上单独设计不同的机车辅助操控系统造成资源浪费的问题。

下面，通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本发明提供的机车辅助操控系统实施例一的结构示意图，图2为本实施例一提供的机车辅助操控系统的应用场景示意图。如图1和图2所示，本实施例的机车辅助操控系统100可以包括安全计算单元(Vital Computer Unit，简称VCU)10和控制执行单元(Control Execution Unit，简称CEU)20，所述VCU10分别与列车运行监控装置LKJ50和CEU20连接，所述CEU20与所述机车的列车控制和管理系统40(Train Control andManagement System，简称TCMS)连接；所述VCU10，用于从所述LKJ50中获取机车运行信息，并结合保存在所述VCU10中的车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的牵引力；所述VCU10，还用于将所述牵引力发送给所述CEU20；所述CEU20，用于将所述牵引力转换成所述机车的级位，并将所述级位发送给所述TCMS40，以使所述TCMS40根据所述级位控制所述机车。

需要说明的是，本实施例的机车辅助操控系统100是一个独立的设备，可以适用于不同型号的电力机车或者内燃机，在实际使用时，只需要将本实施例的机车辅助操控系统100与列车的自控控制系统连接，即可实现对机车的辅助控制驾驶。

具体的，如图1所示，本实施例的机车辅助操控系统100可以包括VCU10和CEU20，VCU10与CEU20连接可以互相通信。其中，VCU10通过CAN总线与列车的LKJ50(例如LKJ502000)连接，并且可以从LKJ50中获取机车运行信息(例如，机车的时速等)。CEU20与TCMS40连接，例如CEU20通过RS485总线或者以太网与TCMS40连接。

图1和图2中，箭头的方向标识信号的流向，如图2所示，本实施例的TCMS40与机车司控器30连接，CEU20连接在机车司控器30与TCMS40之间。

需要说明的是，本实施例的VCU10中保存有机车的车载基础数据(例如多条线路数据)和该机车的机车时刻表，不需要从TCMS40中获取。

在实际使用时，VCU10根据从LKJ50中获取的机车运行信息和自身保存的车载基础数据、机车时刻表，计算获得机车的牵引力(具体为机车下一时刻的牵引力)。由于列车的TCMS40只能识别级位信息，因此，本实施例的VCU10将机车的牵引力传输给CEU20，CEU20将该牵引力转换成TCMS40可以识别的级位信息，并将该级位信息发送给TCMS40，TCMS40根据该级位信息来控制机车的牵引系统，进而实现对机车的控制。其中TCMS40根据级位信息控制机车的运行为本领域技术人员的公知常识，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例的CEU20发送给TCMS40的级位，具体是该级位转换成的模拟电信号，将该模拟电信号发送给TCMS40，TCMS40根据该模拟电信号控制机车的牵引系统，其中将级位转换成模拟电信号为现有技术，在此不再赘述。因此，本实施例的中CEU20发送给TCMS的级位可以理解为该级位对应的模拟电信号。

本实施例的机车辅助操控系统100，VCU10根据机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表，计算获得机车下一时刻运行需要的牵引力，并将该牵引力发送给CEU20。CEU20将该牵引力转换成TCMS40可以识别的级位，并将该级位发送给TCMS40。TCMS40根据该级位来控制机车的运行，进而实现机车的自动驾驶，减轻了司机的工作量。

可选的，本实施例中，VCU10与CEU20之间可以是有线连接，也可以是无线连接，本实施例对VCU10与CEU20之间的具体连接方式不做限制，只要保证两者之间可以可靠地进行信号交互即可。

本实施例中，VCU10可以根据机车的车载基础数据、机车时刻表和机车运行信息，并结合不同的控制计算方法(例如鲁棒控制法、模糊控制法等)，获得机车下一时刻的牵引力。本实施例对VCU10计算机车的牵引力的具体计算公式不做限制，只要保证是根据机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表获得的即可。

进一步的，本实施例对CEU20将机车的牵引力转换成机车的级位的方法也不做限制，例如，CEU20可以根据历史机车牵引力与级位的关系，获得牵引力与级位的经验公式，根据该经验公式计算不同的牵引力对应的级位。可选的，CEU20还可以根据其他的方法将机车的牵引力转换成机车的级位。

本发明提供的机车辅助操控系统，通过将所述VCU分别与列车运行监控装置LKJ和CEU连接，所述CEU与所述机车的列车控制和管理系统TCMS连接；所述VCU，用于从所述LKJ中获取机车运行信息，并结合保存在所述VCU中的车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的牵引力；所述VCU，还用于将所述牵引力发送给所述CEU；所述CEU，用于将所述牵引力转换成所述机车的级位，并将所述级位发送给所述TCMS，以使所述TCMS根据所述级位控制所述机车，进而实现对机车的辅助驾驶，减轻司机的工作量。并且，本实施例的机车辅助操控系统可以适用于电力机车也可以适用于内燃机机车，进而避免了不同机车上单独设置机车辅助操控系统造成的资源浪费，实现了机车的节能运行。

本发明的另一个可行的实施例中，在上述实施例的基础上，本实施例的VCU10具体用于根据所述机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的位置与速度曲线；根据所述位置与速度曲线获得所述机车的牵引力。

具体的，VCU10根据机车的运行信息、车载基础数据和机车时刻表，获得一条机车的位置与速度曲线，该位置与速度曲线为机车的最优运行曲线。接着，VCU10根据该位置与速度曲线获得机车的牵引力(即机车下一时刻的牵引力)。

本实施例中，可选的可以在目标长度S内，以机车消耗的能源最小为条件，计算获得机车的位置与速度曲线。可选的，还可以以用时最短为条件，计算获得机车的位置与速度曲线。

可选的，本实施例可以使用计算最优路径的方法，例如蚁群算法、智能优化算法等方法来计算获得机车的位置与速度曲线。

进一步的，当本实施例的机车运行信息包括机车的速度、位置、阻力、车辆信息和机车信号，所述机车的车载基础数据包括线路信息时，VCU10可以用于根据机车的速度、位置、阻力、车辆信息、机车信号和线路信息，获得所述机车的位置与速度曲线；根据所述位置与速度曲线，以及所述机车的当前速度和位置信息，获得所述机车的牵引力。

具体的，本实施例中，机车的车载基础数据中保存有多条线路信息，其中每条线路信息与机车的车种信息一一对应。即当机车的辅助控制系统安装在机车上之后，VCU10可以从列车的LKJ50中获得机车的车种信息，接着，VCU10根据机车的车种信息从车载基础数据中的多条线路信息中获得该车种信息对应的线路信息。

接着，VCU10根据从LKJ50中获得的机车的速度、位置、阻力、车辆信息、机车信号，以及上述线路信息，计算获得当前机车的位置与速度曲线，该位置与速度曲线为机车的目标位置与速度曲线，即在目标位置A时，期望机车的实际运行速度为A点对应的速度值。

为了使机车可以按照上述位置与速度曲线进行运行，则VCU10根据机车的位置与速度曲线、以及机车的当前速度和当前位置，计算获得机车的牵引力(即下一时刻满足位置与速度曲线的牵引力)。接着，将该牵引力发送给CEU20，CEU20将该牵引力转换成TCMS40可以识别的级位，并将该级位发送给TCMS40，TCMS40根据该级位来控制机车的运行，进而使得机车的运行可以满足位置与速度曲线，从而实现机车的节能运行。

进一步的，本实施例的CEU20中保存有不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系，CEU20，具体用于根据上述VCU10发送的牵引力、以及CEU20保存的不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系，获得该牵引力对应的级位。例如，VCU10发送给CEU20的牵引力为100KN，而在CEU20中保存的100KN的牵引力对应的级位为2时，则CEU20将级位2转换成对应的模拟电信号发送给TCMS40，使得TCMS40根据级位2对应的模拟电信号来控制机车的运行。

可选的，本实施例的VCU10还具备记录实时运行数据的功能，例如能够记录日期、时间、机车条件变化、运行状态变化、交互信息、位置与速度曲线等信息。

可选的，本实施例的CEU20还具有异常处理功能。例如CEU20可以实时监测其自身内部各项关键设备的运行状况，当出现故障时能够自动导向安全侧，进而提高了CEU20的工作可靠性。

本发明提供的机车辅助操控系统，VCU根据机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的位置与速度曲线，并根据该位置与速度曲线计算获得机车下一时刻的牵引力。接着，将该牵引力发送给CEU，CEU将该牵引力进行转换成级位信息，并将级位信息发送给TCMS，使得TCMS根据该级位信息来控制机车的运行，进而使得机车按照位置与速度曲线运行，从而实现了机车的节能运行。

图3为本发明提供的机车辅助操控系统实施例三的结构示意图，图4为本实施例三提供的机车辅助操控系统的应用场景示意图。在上述实施例的基础上，本实施例的机车辅助操控系统100还可以包括人机交互单元(Driver Machine Interface，简称DMI)60，所述DMI60与所述VCU10连接；所述DMI60，用于接收所述VCU10发送的位置与速度曲线，并将所述位置与速度曲线进行显示。

具体的，如图3所述，DMI60与VCU10连接，VCU10将其计算获得的位置与速度曲线发送给DMI60，DMI60显示该位置与速度曲线。

本实施例中DMI60可以通过总线与VCU10连接，可选的，还可以通过无线与VCU10连接通信，本实施例对DMI60与VCU10的连接方式不做限制。

可选的，本实施例的DMI60能够显示机车运行过程中的必要实时信息，例如：实时速度、采集级位、指导速度、日期时间、实时限速、车次信息和控制级位等信息。可选的，DMI60还能够显示辅助机车乘务员运行的相关信息，例如：站中心、电分相、早晚点判断(即早点多长时间或者晚点多长时间)、预计到达时间、操纵端号显示和充风时间计时等信息。

可选的，本实施例的DMI60还具有信息交互功能，例如控制信息交互、状态信息查询、设备维护及测试和维护功能。具体的，机车乘务员可以通过DMI60进行控制信息的交互，其主要包括：进入辅助驾驶状态和退出辅助驾驶状态。机车乘务员可以通过DMI60进行机车辅助操控系统100状态查询，其主要包括：VCU10状态查询、CEU20状态查询、程序版本查询和地面数据查询等。机车乘务员可以通过DMI60进行设备的维护及测试，其主要包括：文件转储、程序升级和设备测试等。DMI60具有设备维护及记录功能，其主要包括：维护信息记录、故障信息记录和故障信息导出等。

在实际使用过程中，司机可以在DMI60上选择进入辅助驾驶状态，进入辅助驾驶后，TCMS40通过CEU20发送的级位信息来控制机车的自动手柄，进而实现自动调整机车的牵引级位、零位和电阻制动级位，从而达到自动控制机车加速、匀速、减速运行的目的，从而实现机车的无人驾驶。当司机在DMI60上选择退出辅助驾驶状态时，司机可以通过DMI60上显示的位置与速度曲线来指导机车的手动驾驶，进而提高了机车的运行可靠性，并且实现了节能驾驶。

进一步的，本实施例的CEU20还可以用于在将所述级位发送给所述TCMS40后，向所述VCU10发送传输成功确认消息，或者在没有将所述级位发送给所述TCMS40后，向所述VCU10发送传输失败确认消息，进而使得VCU10获知CEU20是否将机车的级位信息发送给TCMS40。若没有，则VCU10可以再次向CEU20发送机车的牵引力，使得CEU20将牵引力转换成级位之后发送给TCMS40，进而保证了机车的安全运行，提高了整个机车辅助操控系统100的可靠性。

可选的，本实施例的VCU10还可以在所述LKJ50、所述TCMS40、所述CEU20、所述DMI60和所述VCU10出现故障时进行报警，并采取相应措施导向安全。具体是，VCU10检测与其连接的LKJ50、TCMS40、CEU20和DMI60的接口的通信状态，当上述接口的通信发生异常时，VCU10进行报警，并且导向安全侧。可选的，本实施例的VCU10还可以检测出上述各故障的原因，并且VCU10中可以保存有各故障对应的诊断文件。在DMI60没有故障时，VCU10可以将各故障原因，以及各故障的诊断文件发送给DMI60，DMI60进行显示，用于指导工作人员对相应设备进行维护。

进一步的，如图4所示，本实施例的一个CEU20连接一个机车司控器30，当机车的两端各有一个机车司控器30时，本实施例的CEU20包括两个，即I端CEU21和Ⅱ端CEU22，分别与机车两端的机车司控器30连接，对应的，本实施例的DMI60也包括两个，即I端DMI61和Ⅱ端DMI62。

本发明提供的机车辅助操控系统，通过将DMI与VCU连接，DMI用于接收VCU发送的位置与速度曲线，并将该位置与速度曲线进行显示，使得司机根据该位置与速度曲线实现简单、准确驾驶，进而减轻了司机的工作量，提高了机车的运行可靠性和节能性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种机车辅助操控系统，其特征在于，包括：安全计算单元VCU和控制执行单元CEU，所述VCU分别与列车运行监控装置LKJ和CEU连接，所述CEU与所述机车的列车控制和管理系统TCMS连接；

所述VCU，用于从所述LKJ中获取机车运行信息，并结合保存在所述VCU中的机车的车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的牵引力；

所述VCU，还用于将所述牵引力发送给所述CEU；

所述CEU，用于将所述牵引力转换成所述机车的级位，并将所述级位发送给所述TCMS，以使所述TCMS根据所述级位控制所述机车。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述VCU具体用于：

根据所述机车运行信息、车载基础数据和机车时刻表，获得所述机车的位置与速度曲线；

根据所述位置与速度曲线获得所述机车的牵引力。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机车运行信息包括：所述机车的速度、位置、阻力、车辆信息和机车信号，所述机车的车载基础数据包括：线路信息；

所述VCU具体用于：

根据所述机车的速度、位置、阻力、车辆信息、机车信号和线路信息，获得所述机车的位置与速度曲线；

根据所述位置与速度曲线，以及所述机车的当前速度和位置信息，获得所述机车的牵引力。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括人机交互单元DMI，所述DMI与所述VCU连接；

所述DMI，用于接收所述VCU发送的位置与速度曲线，并将所述位置与速度曲线进行显示。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CEU中保存有不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系；

所述CEU，具体用于根据所述牵引力、以及不同的牵引力与不同的级位之间的对应关系，获得所述牵引力对应的级位。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述CEU还用于，在将所述级位发送给所述TCMS后，向所述VCU发送传输成功确认消息；

或者，在没有将所述级位发送给所述TCMS后，向所述VCU发送传输失败确认消息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述VCU还用于在所述LKJ、所述TCMS、所述CEU、所述DMI和所述VCU出现故障时进行报警。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CEU与一个机车司控器连接。