CN107792122A - 一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统及方法，属于轨道交通技术领域，包括相互连接的车载ATO设备和车辆控制系统；车载ATO设备，用于获取列车的当前速度信息，并判断当前速度信息与当前位置的控制目标速度偏差是否在固定阈值范围内，如果超出阈值范围，车载ATO设备通过车辆控制系统对车辆电气电路进行速度控制，使得列车以合理速度运行，从而实现列车的自动驾驶。本发明通过车载ATO设备和车辆控制系统之间的配合，从而实现了悬挂式单轨列车的自动驾驶。

Description

一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统及方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

悬挂式单轨是一种只通过单根轨道来悬挂、稳定和导向，车体悬挂在轨道下方运行的铁路。技术上的特点主要体现在车辆的转向架、轨道梁和线路道岔三方面，走行机理完全不同于传统的有轨电车，轨道梁承受较大的扭动荷载。就性能而言，悬挂式单轨铁路具有环保低噪节能、建设成本低、占地面积小、线路扩展灵活、施工简单、造价低廉等优点，将在现代城市轨道交通中发挥越来越重要的作用。

为了顺应智能交通的发展趋势以及客流量的高速增长，轨道交通发展的方向是″高速度、高密度、高安全″。这样必然带来以下的需求：(1)提高列车运行速度；(2)缩短列车的行车间隔；(3)增加列车的车次。

高强度的工作必然增加司机的疲劳度，继而降低了行车的安全性。这是现有ATP系统无法解决的问题，这就需要在原有的车载设备上增加一套列车自动驾驶ATO系统。

中国专利公开号″CN 104340236 B″公开了一种跨座式单轨列车的列车自动驾驶控制系统，涉及轨道交通技术领域，所述列车自动驾驶控制系统包括：车载列车自动驾驶ATO子系统；所述车载ATO子系统包括：相互连接的车载ATO设备和车辆电气电路；所述车载ATO设备，用于获取列车的当前速度信息，并判断所述当前速度信息是否在当前区段的预设速度范围内，若否，则对所述车辆电气电路进行控制，以使得所述列车运行于所述当前区段的预设速度范围内，从而实现列车的自动驾驶。本发明通过车载ATO设备和车载电气电路之间的配合，从而实现了跨座式单轨列车的自动驾驶。该技术方案存在定位不准确，运行效率低，监控不到位等不足之处。

发明内容

为实现悬挂式单轨列车的自动驾驶，本发明提供了一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，包括以下功能设备：

车载ATO设备，用于获取列车的当前速度信息并计算其与ATO计算控制目标速度的速度偏差值；

车辆控制系统，与车载ATO设备控制连接，根据速度偏差值实时计算车辆控制系统控制量，控制列车达到目标速度，从而实现自动驾驶；

还包括车载ATP设备，与车载ATO设备控制连接，用于生成当前列车位置的最大允许速度值，根据当前列车位置的最大允许速度值以及轨道数据确定当前列车位置的控制目标速度；

还包括无线通信系统、地面联锁系统和ATS系统，所述的车载ATP设备通过无线通信系统来与地面联锁系统、ATS系统实现信息交互。

作为优选，与地面联锁系统交互信息包括：车门/屏蔽门开关指令；

与ATS系统交互的信息包括：列车位置信息、列车速度信息、运行图信息、列车运营调整信息、开关门信息。

作为优选，所述车载ATO设备采用多传感器信息融合方法进行列车速度信息检测，所述的多传感器包括速度传感器ODO和全球定位系统GNSS。利用速度传感器ODO和全球定位系统GNSS多传感器融合测速方案进行列车测速测距。如上所述，列车车载通过速度传感器ODO和全球定位系统GNSS进行列车测速和定位；同时，配置车载应答器查询器，在列车走行过程中不断根据轨道铺设的地面应答器实现列车定位校准。

作为优选，所述的车载ATO设备还包括非易失性存储器，所述非易失性存储器，用于存储车载ATO设备停车经验值；所述车载ATO设备，根据每站停车的误差计算车载ATO设备停车经验值。

作为优选，所述车载ATO设备还包括车载应答器天线和车载应答器查询器，均与车载ATO设备相连；所述车载应答器查询器，用于通过所述车载应答器天线激活所述地面应答器，并通过所述车载应答器天线接收由所述精确停车应答器发送的位置信息和精确停车点信息。

作为优选，还包括图形化人机交互系统TOD，所述车载ATO设备与图形化人机交互系统TOD通过车载网络相连；所述图形化人机交互系统TOD，用于显示所述车载ATO设备的运行状态信息，包括ATO输出牵引制动或者惰性状态、站台发车倒计时信息、前方站台通过/跳停信息、站台开门侧信息。

一种基于上述悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统的控制方法，其特征是，包括以下功能：

1)车载ATO设备从配置文件中获取轨道数据信息、目标停车点信息；

2)车载ATO设备与车载ATP设备实时通信，获取列车当前速度、位置，同时，所述车载ATP设备计算ATP防护曲线，所述车载ATO设备根据采集的信息计算出目标速度；

3)车载ATO设备根据目标速度通过模糊PID控制计算得出需要输出的牵引/制动值；

4)车载ATO设备通过电气电路接口向车辆控制系统输出牵引制动。

作为优选，所述车载ATO设备，还用于向列车管理系统和车载TAU发送开门信息或关门信息；所述车载ATO设备控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动加速、巡航惰行、减速制动的控制；所述车载ATO设备，还用于采集所述车辆电气电路的状态数据，检测所述车辆电气电路状态与预设状态不匹配时，所述列车自动驾驶控制系统采取相应的报警措施，必要时，退出列车控制，将列车的控制权交给司机。

作为优选，所述车载ATO设备具备日志记录和统计功能；所述车载ATO设备记录和统计的内容包括事件的时间和日期，并至少保存7天。记录和统计的内容包括：ATO报警类别、牵引/制动状态、牵引/制动指令、车载设备的计算速度曲线及实际运行速度曲线、车载设备所接收的地面信息、跳停指令、定点停车超精度范围显示及报警记录、运行时分及故障统计。

作为优选，所述车载ATO设备内部预存几条离线计算的运行曲线；所述离线计算的运行曲线，由所述ATO子系统根据不同等级分别计算最短时间运行曲线、最低运行速度运行曲线以及最佳舒适度运行曲线，所述ATO子系统根据不同的运行要求选取不同的预存曲线，然后结合实际轨道状态进行相应的调整生成最终的目标运行曲线。

本产品在原有的车载设备上增加一套列车自动驾驶ATO系统，能够提高列车运行速度；缩短列车的行车间隔；增加列车的车次。

附图说明

图1是本发明实施例的系统示意图。

图2是本发明实施例的控制方法原理图。

标号说明：车载ATO(Automatic Train Operation)设备1、速度传感器11、全球定位系统12、非易失性存储器13、车辆控制系统2、车载ATP(Automatic Train Protection)设备3、无线通信系统4、地面联锁系统5、ATS(Automatic Train Supervision)系统6、车载应答器天线7、车载应答器查询器8、图形化人机交互系统9、车载网络10、司机驾驶台14。

具体实施方式

以下结合具体实施例来说明本发明，下列实施例仅用于说明本发明的技术方案，并不限定本发明的保护范围。

实施例一：

一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，包括以下功能设备：

车载ATO设备1，用于获取列车的当前速度信息并计算其与ATO计算控制目标速度的速度偏差值；

车辆控制系统2，与车载ATO设备1控制连接，根据速度偏差值实时计算车辆控制系统2控制量，控制列车达到目标速度，从而实现自动驾驶；

其中，车载ATO设备1与列车自动防护车载ATP设备3相连；

车载ATO设备1，还用于获取当前区段的最大允许速度值，并根据所述当前区段的最大允许速度值确定所述当前区段的目标控制速度，当前区段的最大速度值由车载ATP设备3所产生，例如：当前列车位置的最大允许速度值为80km/h，车载ATO设备1就可以将当前位置的目标控制速度设置为75～78km/h，此处仅简单描述目标控制速度范围的选取方式，不对本发明的速度预设范围进行限定。

列车自动驾驶控制系统通过无线通信系统4与地面联锁系统5、ATS系统6(即列车自动监控系统)实现信息交互；

列车自动驾驶系统与地面联锁系统5交互信息包括：车门/屏蔽门开关指令；

列车自动驾驶控制系统与ATS系统6，交互的信息包括：列车位置信息、列车速度信息、运行图信息、列车运营调整信息、开关门信息。

车载ATO设备1，还用于向列车管理系统和车载TAU(列车接入单元)发送开门信息或关门信息；

车载ATO设备1采用多传感器信息融合方法进行列车速度信息检测，其中的多传感器包括速度传感器11(ODO)和全球定位系统12(GNSS)。

车载ATO设备1还包括：相互连接的车载应答器天线7和车载应答器查询器8，车载应答器查询器8与车载ATO设备1相连；用于通过车载应答器天线7激活地面应答器，并通过车载应答器天线7接收地面应答器发送的信息。

车载ATO设备1可控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动、加速、巡航、惰行、减速和制动的合理控制。

还包括非易失性存储器13，用于存储车载ATO设备1停车经验值；根据每站停车的误差计算ATO系统停车经验值。

本实施例的车载ATO设备1，还用于采集车辆控制系统2的状态参数，并将所述状态参数与预设状态进行匹配。

车载ATO设备1还包括与车载ATO设备1相连的司机驾驶台14，司机驾驶台14传输来的信息包括：人工开门人工关门按钮、自动开门人工关门按钮、自动开门自动关门按钮、ATO启动按钮、ATO启动指示灯、故障指示灯、司控器零位信息、列车运行方向手柄状态、牵引切除状态。

车载ATO设备1还包括：ATO内部预存几条离线计算的运行曲线；离线计算的运行曲线，由车载ATO设备1根据不同等级分别计算最短时间运行曲线、最低运行速度运行曲线以及最佳舒适度运行曲线，车载ATO设备1根据不同的运行要求选取不同的预存曲线，然后结合实际轨道状态进行相应的调整生成最终的目标运行曲线。

其中，车载ATO设备1具备日志记录和统计功能；ATO车载设备记录和统计的内容包括事件的时间和日期，并应至少保存7天。记录和统计的内容包括：ATO报警类别、牵引/制动状态、牵引/制动指令、车载设备的计算速度曲线及实际运行速度曲线、车载设备所接收的地面信息、跳停指令、定点停车超精度范围显示及报警记录、运行时分及故障统计等。

车载ATO设备1与图形化人机交互系统9(TOD)通过车载网络10相连；图形化人机交互系统9(TOD)，主要用于显示所述车载ATO系统的运行状态信息，所述运行状态信息包括：ATO输出牵引制动或者惰性状态、站台发车倒计时信息、前方站台通过/跳停信息、站台开门侧信息。

本实施例更为具体的是：车载ATO设备1与车载ATP设备3相连，通信内容包括列车速度、位置信息，通过所述列车当前速度、位置信息对列车禁行精确的牵引、制动控制；车载ATO设备1还与车辆控制系统2(即车辆电气电路)相连，采集车辆的状态信息，并对列车牵引、制动以及开关门禁行控制；车载ATO设备1通过车载网络10与TOD相连，为司机提供运行状态信息显示，内容包括：人工开门人工关门按钮、自动开门人工关门按钮、自动开门自动关门按钮、ATO启动按钮、ATO启动指示灯、故障指示灯、司控器零位信息、列车运行方向手柄状态、牵引切除状态；车载ATO设备1还获取车载应答器(BTM)查询器信息，用于接收位置以及包含的通讯信息；车载ATO设备1还与车载TAU(列车接入单元)相连，车载ATO设备1通过车载TAU向中心ATS发送列车发车倒计时、扣车、跳停等信息，同时通过所述车载TAU获取所述中心ATS发送的运营调整信息，包括：区间运行时间调整、提前发车、扣车、跳停等。

实施例二：

一种基于实施例一的一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统的控制方法，其特征是，包括以下功能：

1)车载ATO设备1从配置文件中获取轨道数据信息、目标停车点信息；

2)车载ATO设备1与车载ATP设备3实时通信，获取列车当前速度、位置，同时，所述车载ATP设备3计算ATP防护曲线，所述车载ATO设备1根据采集的信息计算出目标速度；

3)车载ATO设备1根据目标速度通过模糊PID控制计算得出需要输出的牵引/制动值；

4)车载ATO设备1通过电气电路接口向车辆控制系统2输出牵引制动。

本实施例的车载ATO设备1，还用于向列车管理系统和车载TAU发送开门信息或关门信息；所述车载ATO设备1控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动加速、巡航惰行、减速制动的控制；所述车载ATO设备1，还用于采集所述车辆电气电路的状态数据，检测所述车辆电气电路状态与预设状态不匹配时，所述列车自动驾驶控制系统采取相应的报警措施，必要时，退出列车控制，将列车的控制权交给司机。

本实施例的车载ATO设备1具备日志记录和统计功能；所述车载ATO设备1记录和统计的内容包括事件的时间和日期，并至少保存7天。记录和统计的内容包括：ATO报警类别、牵引/制动状态、牵引/制动指令、车载设备的计算速度曲线及实际运行速度曲线、车载设备所接收的地面信息、跳停指令、定点停车超精度范围显示及报警记录、运行时分及故障统计。

本实施例的车载ATO设备1内部预存几条离线计算的运行曲线；所述离线计算的运行曲线，由所述ATO子系统根据不同等级分别计算最短时间运行曲线、最低运行速度运行曲线以及最佳舒适度运行曲线，所述ATO子系统根据不同的运行要求选取不同的预存曲线，然后结合实际轨道状态进行相应的调整生成最终的目标运行曲线。

以上公开的仅为本申请的具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，包括以下功能设备：

车载ATO设备，用于获取列车的当前速度信息并计算其与ATO计算控制目标速度的速度偏差值；

车辆控制系统，与车载ATO设备控制连接，根据速度偏差值实时计算车辆控制系统控制量，控制列车达到目标速度，从而实现自动驾驶；

还包括车载ATP设备，与车载ATO设备控制连接，用于生成当前列车位置的最大允许速度值，根据当前列车位置的最大允许速度值以及轨道数据确定当前列车位置的控制目标速度；

还包括无线通信系统、地面联锁系统和ATS系统，所述的车载ATP设备通过无线通信系统来与地面联锁系统、ATS系统实现信息交互。

2.根据权利要求1所述的悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，

与地面联锁系统交互信息包括：车门/屏蔽门开关指令；

与ATS系统交互的信息包括：列车位置信息、列车速度信息、运行图信息、列车运营调整信息、开关门信息。

3.根据权利要求1所述的悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，所述车载ATO设备采用多传感器信息融合方法进行列车速度信息检测，所述的多传感器包括速度传感器ODO和全球定位系统GNSS。

4.根据权利要求1所述的悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，所述的车载ATO设备还包括非易失性存储器所述非易失性存储器，用于存储车载ATO设备停车经验值；所述车载ATO设备，根据每站停车的误差计算车载ATO设备停车经验值。

5.根据权利要求1所述的悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，所述车载ATO设备还包括车载应答器天线和车载应答器查询器，均与车载ATO设备相连；所述车载应答器查询器，用于通过所述车载应答器天线激活所述地面应答器，并通过所述车载应答器天线接收由所述精确停车应答器发送的位置信息和精确停车点信息。

6.根据权利要求1所述的悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统，其特征是，还包括图形化人机交互系统TOD，所述车载ATO设备与图形化人机交互系统TOD通过车载网络相连；所述图形化人机交互系统TOD，用于显示所述车载ATO设备的运行状态信息，包括ATO输出牵引制动或者惰性状态、站台发车倒计时信息、前方站台通过/跳停信息、站台开门侧信息。

7.一种基于权利要求1-6任一项悬挂式单轨列车的自动驾驶控制系统的控制方法，其特征是，包括以下功能：

1)车载ATO设备从配置文件中获取轨道数据信息、目标停车点信息；

2)车载ATO设备与车载ATP设备实时通信，获取列车当前速度、位置，同时，所述车载ATP设备计算ATP防护曲线，所述车载ATO设备根据采集的信息计算出目标速度；

3)车载ATO设备根据目标速度通过模糊PID控制计算得出需要输出的牵引/制动值；

4)车载ATO设备通过电气电路接口向车辆控制系统输出牵引制动。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述车载ATO设备，还用于向列车管理系统和车载TAU发送开门信息或关门信息；所述车载ATO设备控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动加速、巡航惰行、减速制动的控制；所述车载ATO设备，还用于采集所述车辆电气电路的状态数据，检测所述车辆电气电路状态与预设状态不匹配时，所述列车自动驾驶控制系统采取相应的报警措施，必要时，退出列车控制，将列车的控制权交给司机。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述车载ATO设备具备日志记录和统计功能；所述车载ATO设备记录和统计的内容包括事件的时间和日期，并至少保存7天。记录和统计的内容包括：ATO报警类别、牵引/制动状态、牵引/制动指令、车载设备的计算速度曲线及实际运行速度曲线、车载设备所接收的地面信息、跳停指令、定点停车超精度范围显示及报警记录、运行时分及故障统计。

10.据权利要求7所述的控制方法，其特征是，所述车载ATO设备内部预存几条离线计算的运行曲线；所述离线计算的运行曲线，由所述ATO子系统根据不同等级分别计算最短时间运行曲线、最低运行速度运行曲线以及最佳舒适度运行曲线，所述ATO子系统根据不同的运行要求选取不同的预存曲线，然后结合实际轨道状态进行相应的调整生成最终的目标运行曲线。