CN109050587A - 地铁列车主动径向控制装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地铁列车主动径向控制装置和控制方法，属于轨道列车径向控制技术领域。所述主动径向控制装置包括线路信息采集存储器、径向控制器，线路信息采集存储器包括TRDP模块，线路信息采集存储器采集ATP速度信息和角度传感器的角位移信息；径向控制器采集地面信标信息，并结合ATP速度信息、角位移信息、列车牵引制动信息，生成径向位移信息；TRDP模块将径向控制器信息转换为TRDP信号，传输至列车网络；主动径向控制装置可冗余执行精确型算法和头车引导型算法，提高了轨道列车在既有线路上通过曲线的速度，具有故障安全导向功能，保障了列车径向运动的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于轨道列车径向控制技术领域，尤其涉及一种地铁列车主动径向控制装置和控制方法。
背景技术
现有轨道列车曲线运行时，由牵引带动转向架时的摩擦力带动转向。传统的定位刚度较大的转向架在通过弯道时，其导向轮对和非导向轮对的轨道作用力差别大，轨道与轮对之间存在很大的摩擦力，大大增加了轮对和轨道的损耗，增加了轨道和轮对的维护成本，增加了列车能量消耗。同时，列车在传统转向时，速度必须严格控制在安全范围内，因而对转向架的设计和轨道半径方面均需要较高的要求。
为降低轨道磨耗，提高了列车曲线运行速度，实现轨道列车的主动径向运动，提高列车径向运动的可靠性和安全性，提出一种主动径向控制装置及控制方法是十分必要的。
发明内容
本发明在上述不足的基础上提供了一种地铁列车主动径向控制装置和控制方法，采用该装置可以及时实现地铁列车的曲线转向运动，提高了列车径向运动的可靠性和有效性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种地铁列车主动径向控制装置，用于控制转向架曲线运动时的径向运动，包括TCP/IP交换机、线路信息采集存储器和径向控制器，TCP/IP交换机与径向控制器和线路信息采集存储器连接；
所述线路信息采集存储器包括线路信息采集单元，所述线路信息采集单元包括用于检测车体与转向架回转角度的角度传感器和用于检测列车速度的ATP车载测速雷达，所述角度传感器设置在车体与转向架连接处；
所述径向控制器包括信标信息采集单元和算法控制单元，径向控制器与线路信息采集存储器连接，信标信息采集单元获取信标阅读器读取的线路信标信息，信标阅读器安装在列车底部；算法控制单元根据信标信息采集单元采集的线路信标信息和线路信息采集单元采集的回转角度信息、列车速度信息，以及列车网络的列车牵引/制动信息，计算生成线路径向位移控制指令并发送至列车执行机构。
优选的，所述线路信息采集存储器还包括TRDP模块，所述TRDP模块与线路信息采集单元连接，包括TRDP接口和TCP/IP接口；所述TRDP模块通过TRDP接口接收角度传感器信息和ATP车载测速雷达信息，通过TCP/IP接口接收径向控制器控制指令并转换为TRDP信号。
优选的，所述线路信息采集存储器进一步包括数据存储模块，所述数据存储模块与TRDP模块连接，用于获取TRDP模块接收的数据并对数据进行存储。
优选的，TCP/IP交换机获取径向控制器输出的线路径向位移信息，并传输至TRDP模块，转换为TRDP信号，传输至列车网络。
优选的，所述主动径向控制装置进一步包括电源模块，所述电源模块用于将DC110V电压转换为DC24V，为线路信息采集存储器、径向控制器、角度传感器、TCP/IP交换机供电。
一种地铁列车主动径向控制方法，用于控制转向架曲线运动时的径向运动，包括如下步骤：
(S1)系统上电，通过TCMS获取当前司机室占用信息，主动径向控制装置启动；
(S2)接收ATP车载测速雷达信息，实时接收TCMS的牵引/制动命令；当网络通信发生故障时，上报网络，控制器输出安全命令至伺服控制器；
(S3)采集回转角度信息和线路信标信息：主动径向控制装置冗余执行精确型算法和头车引导型算法，对采集的线路信标信息执行精确型算法，回转角度信息执行头车引导型算法，生成径向位移；
(S4)径向位移控制指令传输至列车所有执行机构，控制执行机构径向运动。
优选的，所述控制方法进一步包括以下步骤：主动径向控制装置启动后，进行自检，判定是其否存在故障；当判定发生致命故障时，将故障信息上报至网络，并对伺服控制器输出安全命令，系统关闭，直至重新上电检测；当发生非致命故障时，将故障信息上报网络并提示司机，列车继续运行。
优选的，所述控制方法进一步包括以下步骤：主动径向控制装置自检结束后，执行机构自检，接收执行机构状态信息并进行故障判定，执行机构发生故障时，上报至网络表明系统当前不可用。
优选的，所述步骤(S3)进一步包括以下步骤：当线路信标信息均未读取到时，辅助站点进行故障判定其信标存在故障，并上报至网络；冗余的信标部分读取到，上报网络并进行提示，列车继续运行；冗余的信标均读取到，正常行驶；对角度传感器采集的回转角度信息进行头车引导型算法处理，输出当前回转角度信息至算法库，信息采集异常时，上报至网络并输出安全命令至伺服控制器。
优选的，所述步骤(S3)生成径向位移的方法为：径向控制器根据线路信标和ATP车载测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引/制动信息，进行精确型算法处理，计算出径向位移；
径向控制器根据角度传感器和车载测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引/制动状态信息，进行头车引导型算法处理，计算出径向位移。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明针对轨道列车径向控制提出了一种地铁列车主动径向控制装置，采用此主动径向控制装置，能够实现转向架在曲线运动时的径向运动，从而降低轨道磨耗，提高了列车曲线运行速度，实现了地铁列车的主动径向运动，提高了列车径向运动的可靠性和安全性。
(1)提供了一种主动径向控制方法，在列车径向装置发生故障时，执行机构故障时，能够进行故障导航，及时根据具体故障进行应对处理，确保了列车的行驶安全。
(2)与列车间通信采用以太网协议，保证了与列车通讯的一致；采用引导性控制算法和精确性控制算法，可以根据具体线路的实际情况计算出相应的控制方式。
(3)缩短了控制周期，控制周期缩短为20ms，保证了径向控制的实时性；同时，可以根据系统识别的故障信息判定故障等级，并给出相应的处理措施，屏蔽故障点保证列车的安全运行。
附图说明
图1为本发明的地铁列车主动径向控制装置结构拓扑图；
图2为本发明的电源模块拓扑示意图；
图3为本发明的线路信息采集存储器拓扑图；
图4为本发明的径向控制器拓扑示意图；
图5为本发明的TRDP转换逻辑示意图；
图6为本发明的主动径向控制方法流程图；
图7为本发明的执行机构实时运行曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
本发明提供了一种地铁列车主动径向控制装置，可以应用于地铁列车主动径向系统设计。主动径向控制装置结构示意图如图1所示，用于控制转向架曲线运动时的径向运动，包括线路信息采集存储器、径向控制器、TCP/IP交换机和电源模块。TCP/IP交换机连接径向控制器与线路信息采集存储器；线路信息采集存储器包括信息采集单元、TRDP模块和数据存储模块；信息采集单元包括用于检测车体与转向架回转角度的回转角度传感器和用于检测列车速度的多普勒测速雷达。
电源模块参考图2所示，将DC110V母线电压转换为DC24V电源电压，DC110V母线电压通过DC/DC转换器转换为DC24V电源电压，为径向控制装置供电，即为线路信息采集存储器、径向控制器、回转角度传感器、TCP/IP交换机和TRDP模块等模块供电。
参考图3所示，本实施例中线路信息采集存储器的主控MCU通过并口地址总线和数据总线访问TRDP模块，TRDP模块上设置由TRDP接口、DO数字输出接口和TCP/IP协议接口，进而连接TCP/IP网络和TRDP网络。MCU主控芯片共引出3路USART串行接口，连接RS485模块，进而连接至转角度传感器和多普勒测速雷达，TRDP模块通过TRDP接口接收角度传感器信息和ATP速度信息，TRDP模块通过TCP/IP接口接收径向控制器信息并转换为TRDP信号传输至列车网络；MCU主控芯片通过Can总线接口连接至数据存储模块，数据存储模块通过总线接口与电源模块连接，总线引入电源信号和Can信号，输入电源电压5V，数据存储板上转换为DC3.3V供内部供电。线路信息采集存储器采集安装于车体与转向架连接处的头车二系回转角度传感器的回转角度信息和ATP多普勒测速雷达的速度信息，并存储到数据存储模块，数据存储模块同时获取TRDP模块接收的径向控制器数据并对数据进行存储。
参考图4、图5所示，径向控制器包括信标信息采集单元和算法控制单元。信标信息采集单元获取信标阅读器读取的线路信标信息，本实施例中信标阅读器读取到地面的两路线路信标信息，发送至径向控制器，径向控制器算法控制单元根据信标信息采集单元采集的信标信息和TRDP模块采集的角速度信息、ATP速度信息，及列车牵引/制动信息，经过A/D转换和不同控制算法运算，计算出线路径向位移。径向控制器生成径向控制指令并发送至列车执行系统，执行径向运动。径向控制器输出径向位移信息并传输至TCP/IP交换机，经过TRDP模块将TCP/IP信号转换为TRDP以太网信号，进而传输至整个列车网络。
轨道列车径向控制模式通常包括精确型自主控制模式、精确型依赖控制模式和头车引导型自主控制模式。精确型依赖控制模式为径向控制器根据列车网络获得的车辆所在线路位置、参数信息、牵引/制动信息,发出控制指令至执行机构。
本实施例中，径向控制装置可以根据采集的线路信标信息和回转角度信息不同，具体选择精确型自主控制模式或头车引导型自主控制模式。
当径向控制装置选择精确型自主控制模式时，径向控制器根据线路信标信息和测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引、制动状态信息，列车级控制器根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器，伺服控制器控制相应动作执行机构(油缸)运动。
当径向控制装置选择头车引导型自主控制模式时，径向控制器根据头车回转角度传感器和多普勒测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引/制动状态信息，列车级控制器根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引/制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器，伺服控制器控制相应动作执行机构(油缸)运动。
基于上述的径向控制装置，本发明还提供了一种地铁列车主动径向控制方法，用于轨道列车径向控制，参考流程图图6所示，具体包括以下步骤：
一种地铁列车主动径向控制方法，包括如下步骤：
(S1)系统上电，通过TCMS获取当前司机室占用信息，主动径向控制装置启动。
(S2)主动径向控制装置自检，判定致命故障与非致命故障：当发生致命故障时，将故障信息上报至网络，并对伺服控制器输出安全命令，系统关闭，直至重新上电检测；当发生非致命故障时，将故障信息上报网络并提示司机，列车继续运行。
通过对控制器控制面板指示灯的显示情况，初步判断故障类型与故障范围；从电源指示灯的亮灭，判断电源模块是否运行正常，电源模块常见故障包括熔断器烧坏、连接线路断路等致命性故障和供电电压不稳等非致命故障；通过对控制器工作状态、程序运行情况以及存储芯片接触情况等方面的检查，判断整个控制系统工作情况及发生故障类型；通过对输入模块的输入端接通、信号输入、继电器接通、指示灯等情况的判断判定径向控制装置信号输入模块的输入故障情况；通过对输出模块的输出端接通、输出继电器接通、指示灯等方面对信号输出模块输出故障情况进行判定。当控制器自检，发现系统不工作、电源不供电、线路接错、元器件烧毁等致命性故障时，径向控制系统关闭，进行具体故障检测；当发现不影响系统工作的非致命性故障时，将自检给出的故障信息上报网络并提示司机，列车继续运行。
(S3)径向控制装置自检结束后，接收执行机构状态信息并进行故障判定；执行机构发生故障时，上报至网络表明系统当前不可用。
(S4)执行机构自检结束后，接收ATP的测速雷达信息，实时接收TCMS的牵引/制动命令；当网络通信发生故障时，上报网络，控制器输出安全命令至伺服控制器。
(S5)采集角度信息和信标信息，主动径向控制装置冗余执行精确型算法和头车引导型算法，径向控制器根据线路信标和ATP测速雷达的测量数据，以及获取列车网络中列车牵引/制动信息，进行精确型算法处理，生成径向位移；径向控制器根据头车回转角度传感器和ATP测速雷达的测量数据，以及获取的列车网络中牵引/制动状态信息，进行头车引导型算法处理，生成径向位移。
信标信息均未读取到时，辅助站点进行故障判定其信标存在故障，并上报至网络；冗余的信标部分读取到，上报网络并进行提示，列车继续运行；冗余的信标均读取到，正常行驶；对角度传感器采集的角度采集信息进行算法处理，输出当前角度信息至算法库，采集异常时，上报至网络并输出安全命令至伺服控制器。
(S6)径向位移控制指令并传输至各伺服控制器，伺服控制器控制相应执行机构径向运动。
参考图7所示，因计算是实时的，所以显示的列车各个油缸位移曲线是一个随时间变化的曲线。其中1车油缸1234位移为系统向执行机构(油缸)下发的的位移曲线；反馈1车1234号位移为执行机构(油缸)控制轮对转向后返回的位移曲线。从图中可以看出，具有良好的实时性。同时，故障信息上报至网络，可以供相关技术人员进行实时查看分析。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种地铁列车主动径向控制装置，用于控制转向架曲线运动时的径向运动，包括TCP/IP交换机、线路信息采集存储器和径向控制器，TCP/IP交换机与径向控制器和线路信息采集存储器连接；
所述线路信息采集存储器包括线路信息采集单元，所述线路信息采集单元包括用于检测车体与转向架回转角度的角度传感器和用于检测列车速度的ATP车载测速雷达，所述角度传感器设置在车体与转向架连接处；
所述径向控制器包括信标信息采集单元和算法控制单元，径向控制器与线路信息采集存储器连接，信标信息采集单元获取信标阅读器读取的线路信标信息，信标阅读器安装在列车底部；算法控制单元根据信标信息采集单元采集的线路信标信息和线路信息采集单元采集的回转角度信息、列车速度信息，以及列车网络的列车牵引/制动信息，计算生成线路径向位移控制指令并发送至列车执行机构。
2.根据权利要求1所述的地铁列车主动径向控制装置，其特征在于：所述线路信息采集存储器还包括TRDP模块，所述TRDP模块与线路信息采集单元连接，包括TRDP接口和TCP/IP接口；所述TRDP模块通过TRDP接口接收角度传感器信息和ATP车载测速雷达信息，通过TCP/IP接口接收径向控制器控制指令并转换为TRDP信号。
3.根据权利要求2所述的地铁列车主动径向控制装置，其特征在于：所述线路信息采集存储器进一步包括数据存储模块，所述数据存储模块与TRDP模块连接，用于获取TRDP模块接收的数据并对数据进行存储。
4.根据权利要求3所述的地铁列车主动径向控制装置，其特征在于：TCP/IP交换机获取径向控制器输出的线路径向位移信息，并传输至TRDP模块，转换为TRDP信号，传输至列车网络。
5.根据权利要求2所述的地铁列车主动径向控制装置，其特征在于：进一步包括电源模块，所述电源模块用于将DC110V电压转换为DC24V，为线路信息采集存储器、径向控制器、角度传感器、TCP/IP交换机供电。
6.一种地铁列车主动径向控制方法，采用权利要求1-5所述的地铁列车主动径向控制装置，包括如下步骤：
(S1)系统上电，通过TCMS获取当前司机室占用信息，主动径向控制装置启动；
(S2)接收ATP车载测速雷达信息，实时接收TCMS的牵引/制动命令；当网络通信发生故障时，上报网络，控制器输出安全命令至伺服控制器；
(S3)采集回转角度信息和线路信标信息：主动径向控制装置冗余执行精确型算法和头车引导型算法，对采集的线路信标信息执行精确型算法，回转角度信息执行头车引导型算法，生成径向位移；
(S4)径向位移控制指令传输至列车所有执行机构，控制执行机构径向运动。
7.根据权利要求6所述的地铁列车主动径向控制方法，其特征在于：所述控制方法进一步包括以下步骤：主动径向控制装置启动后，进行自检，判定是其否存在故障；当判定发生致命故障时，将故障信息上报至网络，并对伺服控制器输出安全命令，系统关闭，直至重新上电检测；当发生非致命故障时，将故障信息上报网络并提示司机，列车继续运行。
8.根据权利要求7所述的地铁列车主动径向控制方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：主动径向控制装置自检结束后，执行机构自检，接收执行机构状态信息并进行故障判定，执行机构发生故障时，上报至网络表明系统当前不可用。
9.根据权利要求6所述的地铁列车主动径向控制方法，其特征在于：所述步骤(S3)进一步包括以下步骤：当线路信标信息均未读取到时，辅助站点进行故障判定其信标存在故障，并上报至网络；冗余的信标部分读取到，上报网络并进行提示，列车继续运行；冗余的信标均读取到，正常行驶；对角度传感器采集的回转角度信息进行头车引导型算法处理，输出当前回转角度信息至算法库，信息采集异常时，上报至网络并输出安全命令至伺服控制器。
10.根据权利要求6所述的地铁列车主动径向控制方法，其特征在于：所述步骤(S3)生成径向位移的方法为：径向控制器根据线路信标和ATP车载测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引/制动信息，进行精确型算法处理，计算出径向位移；
径向控制器根据角度传感器和车载测速雷达的测量数据确定列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引/制动状态信息，进行头车引导型算法处理，计算出径向位移。
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