CN109421766A - 智能车钩系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

智能车钩系统是代替传统密接式车钩，实现动车组列车调车作业自动化的列车间连接装置，本发明就是利用轨道交通合分联运模式和智能车钩系统软硬结合，实现调车作业由人工操作向自动化的转型，满足合分联运中频繁连挂或解编作业的需要，特别是动态解列的新型操作方式的实现，更好地发挥铁路大运量优势，克服轨道交通机动性差的缺陷的新型运输方法，本方法有望打破铁路运输最高设计容量的机制约束，产生巨大的产能潜力。

Description

智能车钩系统的运行方法

技术领域

本发明属于轨道交通运输领域，具体地说，涉及一种以动车组列车为载体的客运方法。

背景技术

轨道交通是一种高能效、高集中度、高载量运输体系，为陆上高速、高效率、大运量、节能低碳的运输方式，这些优点是其它陆上交通所难以企及的；但是，它的缺点也同样明显，那就是，与其它陆上交通、特别是汽车运输相比，轨道交通列车运行的机动性非常差，表现在难于应对客流、车况、路况的激烈变化。

怎样更好发挥轨道交通的大运量低碳运输优势，同时克服其机动性差的缺点，必须找到一种全新的运行模式，这是轨道交通运输设备和运输技术领域，特别是高速客运中特别重大、实用的深刻创新课题。

中国发明专利授权201110023132.2《轨道交通合分联运方法》，以其非常简单明了的操作思路和非常低的改进成本，提出了一种全新的运行模式，突破了阻扰轨道交通进一步发展的瓶颈制约，即以“合”的方式更好地发扬其高效大容量的优势，同时以“分”的方式改善、消除其缺乏机动性的劣势。但是，合分联运方法频繁的列车间合分操作又会加重列车车钩的负担，增加站务、车务人员的劳动强度，所以有必要解决列车合分的非人力操作问题。

目前所使用的传统车钩，虽然已经属于自动车钩的范畴，自动车钩可以按自动程序完成车钩动作，但要完成列车的连挂或解编，具体的驱动操作仍以人工操纵列车的方式运作，在连挂或解编过程中，不管是司驾人员、机务人员还是站务人员都得高度思想集中、妥善配合操作、防止过分冲撞，避免损坏车钩，所以思想压力重、紧张程度高，此外还特别要保证车钩连接的牢固和可靠性，防止列车在运行中脱钩，产生严重的甩车事故。

发明内容

既然轨道交通运输体系具有大运量的优势，半个世纪前日本开发的东海道新干线又开创了全球铁路高速化新时代。今天，认为铁路运输是夕阳产业的观点正在淡出人们视线，高速铁路列车的优点已为包括美国在内的全球发达国家认可。那么通过列车，特别是客运列车的“合”，即连挂在一起运行的更多车厢的大列车组，可以更好地发挥轨道运输体系高速大运量的优势；同时，通过列车的“分”，即大列车组的解编，也就是在大列车组中的列车具有不同目的站，甚至不同方向车站，或需要解决部分停和部分行的矛盾时，实行列车按计划程序自由分拆解编(列车间的解编而并不是列车与车厢的解编)，就解决了体系机动性不足的难题。所以说，通过与“合分联运”的有机联合运行相结合，配合自动操作，可使轨道交通运输体系发生革命性的变革。

本发明的动车组列车车钩系统的操作方法，其特征是，借助智能车钩和合分联运运行模式，自动完成列车间的连挂、解编过程的操作方式。

使列车的连挂或解编完成自动化操作转型，由智能车钩自动完成列车连挂或解编的列车操作，可不依赖于人工操作，大大减轻了操作人员的劳动强度和精神负担，易于实现合分联运中的频繁连挂或解编，使合分联运模式更好地发挥轨道交通运输的高速大运量优势，同时克服其机动性差的缺陷。

本发明的直接技术效果是消除了列车人工操作的低效和耗时，减少了工作压力，提高了操作质量；而间接效果更由于有利于合分联运的运行，使列车组获得更大的客运量，以及远低于各车分别运行时的总能耗，有利于节能减排，降低交通碳排放，提高铁路运输效率，更好地发挥轨道交通的大容量、快速、节能、减排优势，同时也能克服轨道交通运输机动性差的缺点。

附图说明

图1、用作连挂的标尺式物理测距器结构简图

图2、标尺式物理测距器动作示意图

图3、用作连挂的射线式测距器结构简图

图4、射线式测距器测距原理示意图

图5、本发明的连挂列车驱动信号特性曲线图

图6、本发明的自动连挂准备工作示意图

图7、本发明的动态自动解编准备工作示意图

具体实施方式

本发明方法的思路是将合分联运列车的连接操作或解连接操作由人工为主改变为自动操作为主，即靠智能车钩所产生的新运行方式实现列车间的自动连挂和自动解编。

首先需明确，智能车钩的定义是，能根据人工指令但不依赖人为操作，安全、正确地自动完成列车间的连挂、解编过程，且采取与合分联运模式相关的适当后续行为操作方式的执行系统。

在阐述操作方法前，有必要对车钩历史、当前应用的密接式车钩结构，特别是智能车钩结构和它们的基础操作原理作适当的铺垫和说明。

车钩属于车端连接装置，是用来实现机车与车辆或列车和列车之间的连接，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。车钩和换向架都可以称为体现轨道交通技术优势的精髓装置。

车钩由最早人工操作的插销钩、螺旋链式钩，发展到詹尼式(Janney)自动钩、旋转车钩等，在当今客运领域，已改进成密接式自动车钩，大量用在客运列车，特别是高速动车组列车间的连接中。

旋转车钩主要用在货运列车中，车钩的构造与其它车钩不同处是，钩尾开有锁孔，钩尾销与钩尾框的转动套连接。钩尾端面为一球面，顶紧在带有凹球面的前从板上。当钩头受到扭转力矩作用时，钩身连同尾销以及转动套一起转动。这种车辆的一端装设旋转车钩，另一端装设固定车钩，整列车上每组连接的两个车钩，两两相互搭配。旋转车钩可以使车辆翻转卸货时不摘钩连续作业，缩短了卸货作业时间。

车钩缓冲器用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动。缓冲器有耗散车辆之间冲击力和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用。缓冲器的工作原理是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。缓冲器通常也可视为自动车钩中的重要配套部件。

整体自动车钩由钩头，钩身、钩尾三个部分组成、车钩前端粗大的部分称为钩头，在钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。车钩后部称为钩尾，在钩尾上开有垂直扁锁孔，以便与钩尾框联结。为了实现挂钩或摘钩(即车辆连接或分离)，车钩具有以下三个位置，也就是车钩的三态：

锁闭位置——车钩的钩舌被钩锁铁挡住不能向外转开的位置，两个车辆连挂在一起时车钩就处在这种位置。

开锁位置——即钩锁铁被提起，钩舌只要受到拉力就可以向外转开的位置。摘钩时，只要其中一个车钩处在开锁位置，就可以把两辆连挂在一起的列车分开。

全开位置——即钩舌已经完全向外转开的位置。当两车需要连挂时，只要其中一个车钩处在全开位置，与另一辆车钩碰撞后就可实现连挂。

密接式车钩一般用在高速铁路和地下铁道的车辆上，特别是动车组列车间的连接。它的体积小、重量轻、两车钩连挂后各方向的相对移动量很小，可实现真正的“密接”；同时，对提高制动软管、电气接头自动对接的可靠性极为有利。是高速客运列车广泛采用的列车连接装置。

现有的密接式自动车钩，它包括机械钩、电路钩和气路钩，其构成了为列车间连接的整体结构方案。目前国际上密接式自动车钩有多种结构型式，主流结构为欧洲的沙库车钩和日本的柴田车钩等少数几种。

机械钩直接承受牵引力和冲击力，是列车之间连接的主体。电路钩和气路钩，分别用于列车之间电路、气路连接，是保证列车之间控制、供电、制动等功能连接的重要器件。另外，还有防止机械冲击的缓冲器，列车头尾车钩还有起保护作用兼改善列车空气动力学性能的导流罩。此外，为确保应急需要，自动车钩一般都设有手动操作功能，以防因车钩系统故障而无法连挂和脱钩，以最后人工操作手段实现车钩的挂合和解编。

现有自动车钩的操作过程大致分为连挂和解列两种，以动车组列车连挂加以具体说明。

在不连挂时，自动车钩通常收缩后藏在导流罩后面，导流罩处于关闭状态。

两列动车组列车连挂前，必须先行打开两车的导流罩，伸出机械钩。按要求在司机室触发各车的“连挂模式”，让车组的自动控制系统知道后续要进行的连挂作业，车组会自动做好动作准备。

连挂或解编操作通常由驾驶员和机械师协同操作。

假设甲列车质量较大而乙列车质量较小，则通常甲列车处于静止制动状态，而由乙列车以低于5km/h的速度主动上前对接连挂，为减少连挂时的冲击，列车驾驶员通常希望主动连挂车列车的对接速度控制在2km/h内。

选定连挂模式后，除了自动开启导流罩伸出车钩外，甲车组会自动做准备，预先施加紧急制动，对于没有停放制动的动车组也会施加制动力，确保连挂时被挂车组不会因为连挂冲击而串动。主动连挂的动车组在选定连挂模式后一般会自动限制可运行的最大速度以限制冲击力。

对于经常需要连挂的短编车组而言，导流罩和车钩的动作一般都是自动完成的，但连挂操作仍需由驾驶员和机械师配合人工操作，例如，司机则应驾驶其中一列动车组以很低的速度与另一列动车组靠近并对接。

由于动车组与动车组连挂时，车钩不一定是在一条直线上，沙库车钩在车钩的前面设置了凸锥、凹锥与导向杆。在这些部件作用下，两车机械钩将自动对中准备连挂。柴田车钩也有相应的导向机构。司机驾驶主动连挂车靠近被连挂车组，车钩自对中及机械钩的内部连挂过程设计成由装置自动完成。

在机械钩连挂完成后，两列列车组在机械上已经形成同一列型动车组。不过，此时两个动车组在电路上还是完全独立的。

机械钩连挂完毕后，紧跟着进行电路钩的伸出与对接。车组机械钩连通后，电钩驱动风缸的供风气路接通，活塞动作伸出电钩，方才自动贯通供风气路并对接。对接完毕后，控制系统通过确认电钩中的一组配合触点是否形成回路来判断电钩对接是否成功。就此，方可进行电路和网络的配置。以安全回路为例，这个时候，才通过接触器的通断，把两列列车各种安全回路由原来两个独立的小环组成一个大环。电路钩相连的前提是硬件结构相同且软件协议相容的同型动车组。列车级总线网络满足动态节点的功能，检测到有新的节点了，WTB也进行重新配置。这时，两列动车组才能组成为重联车组，连挂完成。

在车钩上部，安装有电气钩(切换器)，连接切换器可通过气缸的动作，将连接导线插座切换到“合并”或“分割”位置，“合并”时，则用于两动车组列车间连接电气线路。当车辆联挂时，插座防尘罩会自动抬起，插座连接面有防水密封垫，通过气缸的动作实现电气连接。

驾驶室左侧检修门内下部安装有连接插座的插座切换操作器供人工操作。选择操作器按钮，连接切换器也可通过气缸的动作，将连接导线切换到“合并”或“分割”位置。

电钩就是车钩中用来进行电路连接的机构，它是安装在机械钩上的电路“插座”。

电钩的动作一般也是通过气缸驱动的。不过电钩控制的特殊之处在于电钩的伸出必须建立在车组机械钩已经连挂好的前提下，否则电钩先伸出再进行机械钩的连接容易损坏电钩。而解编时，一般也要求在机械钩解钩之前，插座先行脱离，缩回电钩。

为了实现这个要求，在电钩的控制上与前面讨论的制动管导通非常类似，电钩动作风缸的供风也与钩舌中心转轴联动。

车组机械钩连通后，电钩驱动风缸的供风气路方才自动贯通，伸出电钩并对接。

车钩下部装有空气管座，在车钩联挂的同时，带动空气管的连接，实现气路的连通。

对于CRH2系列动车组所使用的柴田车钩，电路气路连接没有做得这么复杂，电钩使用机械联动而非气动，故没有风缸伸缩机构，车钩端面上只设置总风管接口，未设制动管接口。总风管连挂完毕后通过电控的空气管开闭器控制其导通。使用机车拖动需要连接制动管时。预留了人工风管连接接口。此车钩未设有伸缩功能。从整体上讲，这种设计自动化程度低些，但可靠性较高。

车钩室内还安装有空气管开闭器。动车组解编与联挂操作中，车钩带动空气管开闭器自动进行车辆联挂和解编后的MR空气回路接通和切断动作，完成气路连接。

总风管接头较复杂，常态下利用弹簧压力将接口堵死，连挂时阀杆被连挂车推入，克服弹簧作用力将阀门打开，两列车总风管贯通。

车钩面接触后总风管导通，钩舌旋转后制动管导通，同时限位开关将钩舌动作信息反馈，主动连挂车知道自己连挂后也会触发紧急制动，这个就是连挂后通常会听到的制动气缸的排风声。

当然，即使紧急制动命令失效，对于设置有间接制动系统的车型，例如CRH3C型动车组，由于被连挂车组原来处于紧急制动状态，它的制动管还一直是开口的，连挂贯通制动管后，主动连挂车制动管也会通过被连挂车组排风口排风，在纯粹气路层面也会起到紧急制动的作用。这也就是产生“哗”的排风声的起因。只有机械钩、电路钩和气路钩三者都准确连接，连挂操作才正式结束。

确认上一步再进行下一步，这是保证系统正常工作的基本思路。整个过程这么多的作业，把车钩、制动、总线通信、安全回路全用上了。各车型在整个过程中司机室显示器会自动地显示连挂信息并提示下一步骤的操作信息。

整个系统连挂动作完成后，主挂车司机退出重联端司机室，到前端的司机室重新激活，两个车组重联成同一列车组，连挂结束。

沙库车钩功能设置多、结构相应变得复杂，在现场应用中容易出现故障，德国的高速列车也如此。而柴田车钩的结构较简化，属于不可伸缩车钩。

上面谈到的是连挂，也就是“合”的操作，下面介绍的是解编，即“分”的操作，两者互为逆操作。

本处将现有传统解编操作涉及的设备动作说明如下：

需要解编时，先使电路钩脱钩，然后再给解构气缸充风，产生结构所需转矩，它克服钩锁弹簧的力，推动钩舌顺时针转向拉动钩舌转动，模拟解钩气缸动作的效果，实现机械钩的解钩。

解钩风缸是一根直通的管道，当处于相连接状态的任何一组车发送解钩命令时，它能把本车组解钩风缸的驱动压缩空气提供给重联的另一个车，以便两车同时解钩，提高容错性。

总风管接头较复杂，常态下利用弹簧压力将接口堵死，解编时阀杆被释放，将阀门关闭，两列车总风管分离。

制动管的自动连通原理比总风管更复杂。尽管制动管与总风管都要求单编时截止，重联连挂后自动导通，但是考虑故障安全的原则，通常希望在动车组意外被拉断的情况下制动管能排风以产生紧急制动，所以制动管采用了不同的方案。其阀门是采用钩舌转动联动来实现的。

当车钩被意外拉断后，由于钩舌没有恢复，制动管依然处于开口排风状态，车组在气路层面上增加了自动施加紧急制动的机构。

传统动车组中密接式车钩的连挂解编作业为：

两列动车组连挂前，按要求在司机室触发各车的“连挂模式”，让车组的自动控制系统知道后续要进行的连挂作业，车组会自动做好动作准备。两列车进行连挂端导流罩开启、车钩伸出的作业。

选定连挂模式后，除了自动开启导流罩伸出车钩外，被连挂车组会自动做准备，预先施加紧急制动，对于没有停放制动靴的动车组更需要施行紧急制动，确保连挂时车组不会因为连挂冲击而串动。主动连挂的动车组在选定连挂模式后一般会自动限制可运行的最大速度以限制冲击力。

司机驾驶主挂动车组以很低的速度与被挂动车组靠近，车钩自对中及机械钩的内部连挂过程将自动完成。车钩面接触后总风管导通，钩舌旋转后制动管导通，同时限位开关将钩舌动作信息反馈，主动连挂车在连挂后也会触发紧急制动，这个就是连挂后我们听到压缩空气在列车间流动所产生的“哗”的排风声。当然，即使紧急制动命令失效，对于设置有间接制动系统的CRH3C型动车组，由于被连挂车组原来处于紧急制动状态。它的制动管还一直是开口的，连挂贯通制动管后，主动连挂车制动管也会通过被连挂车组排风口排风，在纯粹气路层面也会起紧急制动作用。

机械钩连挂完毕，紧跟着进行电钩的伸出与对接。对接完毕后，控制系统通过确认电钩中的一组配合触点是否形成回路来判断电钩对接是否成功。就此，方可进行电路和网络的配置。以安全回路为例，这个时候，才通过接触器的通断，把两列车各种安全回路由原来两个独立的小环组成一个大环。

列车级总线网络满足动态节点的功能，检测到有新的节点了，WTB也进行重新配置。

确认上一步再进行下一步，这是保证系统正常工作的基本思路。整个过程这么多的作业，把车钩、制动、总线通信、安全回路全用上了，是不是容易出错呢？一般是不会的，各车型在整个过程中驾驶室显示器会自动地提示步骤信息，以便机械师及时获得车钩动作状态，更可以在自动操作因故中断时采取人工操作补救措施。

最后，司机换端激活车组，两个车组重联成一列车组。

电钩相连的前提是硬件结构相同且软件协议相容的同型动车组，作为一种运输车，必然有一种只是提供拖拉力的机械拖拉的模式，动车组也有这种只连挂机械钩，不连挂电钩的模式。

功能设置多了，结构自然变得复杂，现场应用中会经常出现故障，德国的高速列车也如此。我国车钩专家们在原型车的基础上，对德国新一代ValaroD动车组车钩进行了一些优化，如采用了与CRH2系列动车组类似的不可伸缩车钩的方案。

解编可以看作是连挂的逆操作，解编过程与连挂过程相反。

首先列车进入解编模式，由信号系统发送一条解编消息给列车控制系统。列车控制系统在收到解编信息后先检查列车安全，连挂监视在收到列车控制系统的列车安全信息后，将此消息转发给连挂控制。连挂控制收到该信息后给制动系统发送一条施加全制动或停放制动的信息，制动系统得到信息后实施全制动或停放制动，然后连挂控制向连挂监视、列车控制系统回应列车安全信息。接着驾驶员执行解编动车组指令，两列动车单元实施解编命令后，电路钩气缸动作，将电路插座分离，然后解编气缸动作，推动钩舌旋转，车钩从锁闭位置转向开锁位置，完成电气解编和机械解编。最后，列车驱动分离，两车钩脱离接触。完成解编后，列车控制系统自动施加常用制动或停放制动。

如果自动解列操作发生故障，则通过列车驾驶室内车钩操作柜还可人工操纵解列，所以通常不存在因设备故障而引致不能解列的问题。

通过车钩使机车和车辆或车辆和车辆之间连挂、解编(去连挂)的操作是铁路调车的基础作业。

调车是铁路运输生产不可缺或的重要组成部分，是铁路系统为了解体、编组列车或摘挂、取送车辆等目的而使机车车辆在铁路线路上移动的作业。它是铁路行车工作的基本内容之一。安全是调车工作的基础，也是铁路运输生产的生命线和永恒的主题。

调车作业是铁路运输过程中最为重要的一个环节，但同时也是事故发生概率较高的一个环节。连挂控速不当，推送作业前端无人或人员不到位，连挂两车距离掌握上出现明显误差，导致与停留车超速连挂产生冲撞，并导致脱轨，在车务系统的事故中，其比例占事故发生总数的80％左右，所以调车安全仍是当前车务安全的薄弱环节和最大隐患。

从原铁道部每月下发的车务系统安全通报来看，全路所发生的事故，几乎都与调车作业有关。这是因为调车作业总是伴随着机车、车辆的移动，是多工种、多环节的联合作业过程，随机性强，点多面广，要求机务、运转、客货运、装卸等多工种协同，受人——机——环境的影响，稍有不慎就会发生意外，造成人员伤亡、设备损坏，影响正常的运输生产秩序。

由此可见，强化调车工作的安全管理对加速机车车辆周转，提高运输效率，降低运输成本，实现铁路的科学发展、和谐运行，甚至为国民经济又好又快发展具有十分重要的意义。

由上述描绘可知，车端连接系统是涉及调车作业的关键设备，也是体现轨道交通精髓的地方。

本发明的连挂和解编都涉及智能车钩，所以有必要对智能车钩作适当描述。智能车钩本体由钩头，钩身、钩尾三个部分组成，钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。车钩本体与当前应用中的密接式车钩大致相似，但增加了一些传感器，对密接式车钩前文已作说明，本处不作详述。

智能车钩自动化系统，是由自动车钩本体、物理测距器、距离/车速解析器、驱动操作转换器、传感器构成；自动车钩本体为列车间的连接器，智能车钩中含有多个传感器。

物理测距器用于探测需连挂的两列车间的距离；距离/车速解析器和驱动操作转换器用以生成主挂列车驱动信号并自动向列车驾驶台发送列车开行的操作指令；传感器则用以测定车钩状态和/或受力、形变和反映特定的连锁工况；驱动操作转换器安装在列车驾驶车钟上或车钩控制柜上。

用智能车钩系统取代动车组列车中的密接式车钩，是使列车的连挂或解编完成自动化操作转型，由智能车钩自动完成列车连挂或解编的列车操作，在正常情况下无需人工操作，从而实现合分联运中的频繁连挂或解编的自动化，使合分联运模式更好地发挥轨道交通运输的高速大运量优势，同时克服轨道交通运输机动性差的缺陷。

本发明的操作方法，其特征是，操作方法有三大种，分别是：自动静态联发、自动静态解编和自动动态解编。

智能车钩装置的操作层面包括自动操作、人工气动或电动操作和完全手动操作三种模式，以自动操作为主，人工气动操作和手动操作作为自动操作失效时的辅助手段或应急操作下的补充手段。

自动连挂设计的具体方法为：

实现列车间的连挂模式是，希望主挂列车先以较快速度向被挂列车靠近，然后在接近被挂列车时，以仅可能低的速度接触被挂列车，最后以一个合适的冲击力将车钩钩头相互深入对方的车钩腔，所以测距器是自动连挂中的一个重要传感器。

为实现自动连挂和自动解编，本发明对原有列车驾驶操作台(通常称为车钟)作改进，所增加的驱动操作转换器(也称合分操作转换开关)设置在列车驾驶操作台或车钩控制箱上，为一种三位置转换开关；三位置为：正常运行操作位置、自动连挂操作位置和自动解编操作位置。

正常运行位置即列车正常运行时，由列车驾驶员操控列车运行或制动的操作工位，自动连挂(合操作工位)工位和自动解编(分操作工位)为机械师操控。

由于列车的正常驱动速度通常由驱动操纵器(俗称车钟)控制，所以必须在列车驾驶操作台上增设一个控制转换器，即控制转换开关，此开关在正常运行操作位置即“驾驶操作”位置时，由列车驾驶员控制列车运行速度，而当此转换开关转向或自动连挂操作位置和自动解编操作位置，统称“合”、“分”两位置时，则列车处于自动连挂或自动解编工况，由驾驶员发令而机械师执行操作。

在车钩箱上已有一个车钩箱导流罩开启开关；自动连挂和自动解编的程序受车钩导流罩开启开关和列车驾驶操作器电源的连锁，只有二者条件满足时，自动连挂程序才能启动。只有列车驾驶操作器电源接通后，自动解编程序才能启动。

在列车作为主驾单独操车行驶时，车钩箱导流罩是关闭的，所以此时即使误操作，将合分操作转换开关置于自动连挂(合)或自动解编(分)的位置，也不会激活自动合分程序。

驱动操作转换器设置在列车驾驶操作台或车钩控制箱上，为一种三位置转换开关；三位置为：正常运行操作位置、自动连挂操作位置和自动解编操作位置。

智能车钩中的物理测距器是用来测量两列车间距离的装置。物理测距器有标尺式测距器或射线测距器两种，通常采用其中的一种。

图1为最简单的物理测距器，即标尺式物理测距器结构简图。

图1中，在动车组列车车钩箱A内安装有车钩(2)、标尺总成(3)和标尺挡板(4)；标尺总成(3)由标尺(30)、标尺架(31)组成；另外还有计数器以及标尺收放装置(图中未标出)；标尺总成(3)及标尺挡板(4)分居车钩两侧。

图2为标尺式物理测距器动作示意图。

如以A车的标尺伸展到欲对接车B的挡板，由标尺计数器产生一个电子读数，电子读数可采用模拟量也可采用数字量，电子读数输入列车驱动自动合分系统，系统的输出，即两列车间的距离显示在驾驶台连挂操作指示台或车钩控制箱上，安装在操作指示台内或车钟内的距离/车速解析器和合分控制器以特有的连挂程序，通过列车驱动电机的变频器，驱动列车前行或后退。

智能车钩的静态连挂和静态解编的设备内部操作过程基本上与现有操作相仿，不同的是自动化操作代替了原来的人工操作或准自动化操作。

静态连挂时，在自动连挂过程中，原来车钟正常操控时的输出信号是被暂时切断而不起作用，但在连挂过程结束转换开关转到正常运行操作位置时，车钟信号立即起作用。所以，在执行自动连挂过程前和过程中，车钟位置必须先置于零位状态，目的是防止自动连挂过程结束车钟转换到正常驱动位置时，列车突然起动造成误操作。

物理测距器的测距方法大致有两种，第一种是在两连接车组前，在较大的间距前就事先将主动连挂车，例如A车的标尺(3)伸出，当然标尺或者还够不到被连挂车B的标尺挡板(4)，列车以预设低速向前行进。然后开启转换开关到自动连挂位置，A车的自动连挂驱动程序被激活；当A车的标尺触及B的标尺挡板后，标尺显示两边车距在逐渐减小，列车按列车距离接近反比例的速度更缓慢地行进，标尺受标尺挡板阻挡被动缩回。达到0.5m距离时，更以最低速0.5km/h缓行，并以最小的的冲击力，将钩头伸入B车的钩头腔，减轻连挂时对车钩和对方列车的冲击，直至车钩上的“连接”传感器输出“挂合”的信号，顺利完成机械钩、电路钩和气路钩的连接，标尺缩回到已方车钩箱，自动连挂执行程序终止。

第二种自动连挂方法是，司机原先将A车开行到离B车的距离小于标尺最大长度的位置后停止前进，让主动车A车伸出标尺触及B车的标尺挡板，显示两车距离；然后开启A车的自动连挂驱动操作转换器，执行自动连挂操作，直至顺利实现两列车的自动连挂。

以实观的机械标尺为测距器的设备较简单直观并且易于实现，但标尺系统的部件体积和重量大、在狭窄的车钩箱中安装受到空间条件的限制，开启的导流罩也避免不了外物侵入，产生碰撞损坏。而采用无形的波、场或射线的物理测距器应为比较科学和理想的设备选择，就像汽车中使用的各种无接触式测距器或探测器一样，有更广的应用选择空间。

图3为利用射线测距的无线测距器。图中，车钩(2)位于车钩箱(1)的居中位置，射线收发器(5)和射线反射板(6)分居车钩两侧，所构成的一种无线测距器示意图。射线收发器(5)由射线发生器、射线发射器、射线接收器和信号处理器四部分组成。

其结构是，射线式物理测距器由射线收发器(5)和射线反射板(6)构成，并分居车钩两侧；射线收发器(5)由射线发生器、射线发射器、射线接收器和信号处理器四部分组成。

图4为射线测距器或称无接触式测距器的基本工作原理图。射线收发器天线向列车前方发出集束射线R，R到达对方列车车钩箱中的射线反射器后被反射回到主发列车的接收器。接收器根据收发射线的时间差计算出距离S2，通过计算获得两车的距离数据S1，距离数据通过距离/车速解析器，计算出列车拟用车速信号，输入列车车钟，用以自动操作列车的前进或后退速度。

具体计算方法为：

1、假定两车车钩间距离为S1，要求在两车钩连挂后，S1＝0，

假设A车射线收发器到B车射线反射板距离为S2，

则二个距离差ΔS为：

ΔS＝S2-S1 (式1)

2、假设射线在空气中的前进速度为V，

收发器内所测得的收发时间差，即射线来回时间为Δt

S2＝V×(Δt-Δte)/2 (式2)

Δte为射线收发器内电子度越时间，

3、通过以上计算，可得到两车车钩间的实际距离S1为：

S1＝S2-ΔS＝V×(Δt-Δte)/2-ΔS (式3)

由于ΔS和Δte为系统常数，V为射线波速，通常也是常数，所以测得Δt后，即可获知列车间的实际距离。

射线收发器中的射线，就相当于伸出的“物理标尺”，当然，这是一把无形的标尺。按物理性质的不同，可供本设备采用的射线主要有以下几种：声波、电磁波、光波，而实际使用的是超声波、微波、激光或红外线。

距离/车速解析器是产生列车驱动信号的一块功能电子电路板(作为独立附件)或电子电路(放在驱动操作器的线路板上)。

图5为本发明的驱动信号特性曲线图。

特性曲线图的横坐标为两列车间的距离S，纵坐标为主挂列车的前进速度V。曲线可简化为二段直线，即恒速段水平线和正比段斜线，其交点C的坐标约为(50cm，0.5km/h)，也就是说，在两列车的间距低于50cm时，列车以0.5km/h低速行进；超过50cm时，列车前进速度与距离成正比例关系，而0.5km/h的连挂速度，对列车和对车钩的冲击将会很小，如图5a)所示。

特性曲线图也可以以二次方或三次方的连续曲线代替折线，如图5b)所示。

本发明中传感器的作用是多方面的，广义上说，测距器可以看作为一种位置传感器，即用于测量并提供两车距离的传感器。

列车是否挂住，也由一个位置传感器来给出一个信号，这个传感器也称合分信号传感器。

采用射线式测距器执行连挂的操作过程比标尺式测距器更简单易行。它直接将从测距到列车前行对接的步骤以程序的形式固化在系统中，开启连挂程序后列车将按程序自动完成对接。连挂程序的参数可由专用程序作修改。

本发明采用测距器的目的，是为掌握列车间距离，然后以该距离为依据，代替驾驶员的操作，或者说先将驾驶员的操作固定在程序中，以程序操作代替驾驶员的人工操作，实现自动化目标。同样的道理，在车钩中设置的传感器，能够及时反映连挂过程中车钩敏感部位受冲击力的程度和牵挂力大小，以判断连挂的质量，这比机械师目测能更深刻了解车钩状况，既减轻了机械师的劳动，又可得到更高的操作质量。

本发明智能车钩的操作方法，是使列车的连挂或解编完成自动化操作转型，由智能车钩自动完成列车连挂或解编的列车操作，无需人工操作，实现了合分联运中的频繁连挂或解编，简化操作步骤，使合分联运更好地发挥轨道交通运输的高速大运量优势，同时克服机动性差的缺陷。

以下先例举某一型号动车组列车的连挂(重联)解编作业作为传统车钩操作的一般步骤，以与本发明的方法作对比参考。

关于CRH380BG型动车组重联及解编作业办法(2017-03-12发布)

一、适用范围

本办法适用于CRH380BG型动车组之间重联及解编作业。

注：CRH380BG型动车组(高寒一、二单编)与CRH380BG型动车组(简统高寒)不能相互重联。

二、总体要求

1.重联解编作业应在站场内进行，如需在线路上进行作业，需按规定进行安全防护。

2.作业过程中需按规定做好动车组的防溜保护。

3.联挂端开闭机构(导流罩)的打开及关闭操作由驾驶员在驾驶室内完成，随车机械师下车确认；对于不能由驾驶员自动完成上述操作时，由随车机械师在车下手动操作完成，驾驶员在车上配合。

4.主控车机械师为①号机械师，被控车机械师为②号机械师。

三、重联操作作业办法

1.①号、②号机械师分别确认两列重联动车组处于正常运用状态。

2.①号、②号机械师分别确认动车组联挂端正确。重联时，两列动车组的间距应大于5米。

3.重联过程中，移动的车作为主控车，静止的车作为被控车，被控车应施加停放制动。

4.被控车驾驶员在联挂端驾驶室，将方向开关置于“前进”位，施加2级制动，缓解停放制动；在HMI上选择“系统-联挂-第八项-列车就绪”，按软键“前车钩罩开”或“前车钩罩开2km/h”按扭，打开前车钩罩；将“方向开关”操作至“0”位置，取下主控钥匙，并呼叫②号机械师：“②号机械师，请确认联挂端头罩状态”。②号机械师确认联挂端开闭机构已打开并处于锁闭状态；确认自动车钩伸出并锁闭到位(CRH380BG型动车组需将钩头处的导向杆取下，插入前部)；确认被控车已打开的车钩罩内联挂灯指示灯亮。并回答：“联挂端头罩已打开”。被控车驾驶员回答：“头罩已打开，驾驶员明白。”

5.主控车驾驶员按“前前弓、后后弓”原则升弓供电；将方向开关置于“前进”位，施加2级制动，缓解停放制动；在联挂端驾驶室按下“前车钩罩开2km/h”按钮打开前车车钩导流罩，并呼叫①号机械师：“①号机械师，请确认联挂端头罩状态。”①号机械师确认联挂端开闭机构已打开并处于锁闭状态；确认自动车钩伸出并锁闭到位(CRH380BG型动车组需将钩头处的导向杆取下，插入前部)，并回答：“联挂端头罩已打开。”驾驶员回答：“头罩已打开，驾驶员明白。”

6.①号、②号机械师分别确认两重联动车组联挂端Z07/1(自动车钩截断塞门)、Z17(总风管截断塞门)、Z13(列车管截断塞门)处于开位；确认两重联动车组的自动车钩、电气车钩状态良好。

7.①号机械师向主控车驾驶员发出连接信号：发出联挂作业请求，呼叫主控车驾驶员“XX号动车组驾驶员联挂准备就绪，请以2km/h速度进行联挂。”(昼间——两臂高举头上，使拢起的手信号旗杆成水平末端相接；夜间——红、绿色灯光“无绿色灯光的人员，用白色灯光”交互显示数次)。

8.主控车驾驶员接收到联挂请求后，回答“XX号动车组驾驶员明白。”动车组机械师发出主控车向显示人方向稍行移动的信号，进行联挂作业。(昼间——拢起的红色信号旗直立平举，再用展开的绿色信号旗左右小动；夜间——绿色灯光下压数次后，再左右小动。)

9.主控车驾驶员再次按下“前车钩罩开2km/h”按钮，HMI界面操作自动设定为2km/h的联挂速度，操纵主控车进行联挂。

10.联挂完成后，①号机械师向主控车驾驶员发出停车信号：要求列车停车。(昼间——展开的红色信号旗；夜间——红色灯光)。确认车钩联挂状态。确认良好后呼叫主控车驾驶员，“联挂状态正常。”主控车驾驶员回答：“联挂状态正常，驾驶员明白。”

11.联挂完成后，两重联动车组驾驶员在HMI上确认重联列车的编组配置正常。主控车驾驶员呼叫①号机械师：“主控车联挂显示正常。”①号机械师回答：“联挂显示正常，①号机械师明白。”主控车驾驶员将“牵引手柄”操作至“0”位、“运行速度设定手柄”操作至“0”位、关闭速度设定(ASC)，“方向开关”操作至“0”位，退出驾驶室占用。

12.动车组驾驶员换端后，①号机械师通知主控车驾驶员进行试拉作业。①号机械师呼叫主控车驾驶员：“XX号动车组驾驶员，请进行试拉。”并发出向显示人反方向稍行移动的信号。(昼间——拢起的红色信号旗直立平举，再用展开的绿色信号旗上下小动；夜间——绿色灯光上下小动。)主控车驾驶员回答：“XX号动车组驾驶员，进行试拉，驾驶员明白。”

13.试拉完成后，①号机械师向主控车驾驶员发出停车信号：要求列车停车。(昼间——展开的红色信号旗；夜间——红色灯光)。动车组机械师再次确认重联状态，并呼叫主控车驾驶员：“XX号动车组，试拉良好。”主控车驾驶员回答：“XX号动车组，试拉良好，驾驶员明白。”重联作业结束。

14.作业中的注意事项

如主控车ASC联挂靠近功能没被激活，驾驶员可手动操作HMI将ASC速度设定为2km/h的连挂速度；如手动设定主控车ASC速度失败，则联挂时速度不能超过2km/h。

传统车钩的解编操作作业办法

1.主控车驾驶员确认主控车前进方向有5米以上安全距离。并通知①号机械师：“XX车为主控车，是否可以进行摘解作业？”①号机械师回答：“可以进行摘解作业。”主控车驾驶员回答“可以进行摘解作业，驾驶员明白。”

2.a.远端解编操作

主控车驾驶员在非重联端司机室进行远端解编操作，占用驾驶室，“方向开关”位于“前进”位。

主控车驾驶员在非重联端司机室按下“停放制动”按钮，确认停放制动已经施加，在HMI上主页面通过软键2选择显示页面“系统”，然后通过软键5选择画面“解编”；按软键8“列车就绪”使动车组保持静止，按软键4“解编”，然后再按软键“解编动车组1/2正在解编”进行自动解编。

3.b.本地解编操作

主控车驾驶员在主控车联挂端司机室进行本地解编操作，确认车上的所有“方向开关”位于“0”位；按“本地解编”按钮至少约3秒以上，直到“联挂”指示灯熄灭。

4.列车自动进行电气钩和机械解钩完成后，主控车驾驶员确认HMI屏为本组动车组状态。向①号机械师报告：“主控车显示本组动车组状态”。①号机械师回答：“主控车显示本组动车组状态，①号机械师明白。”②号机械师在被控车联挂端确认本组车状态，并向①号机械师报告。

5.①、②号机械师在车下确认电气连接器分解状态良好，并通知驾驶员：“①号机械师报告，具备摘解作业条件，可以进行摘解作业。”驾驶员回答：“可以摘解作业，驾驶员明白。”并向主控车驾驶员发出向显示人反方向稍行移动的信号。主控车驾驶员到主控车非重联端操纵动车组以低于5km/h速度前进。(昼间——拢起的红色信号旗直立平举，再用展开的绿色信号旗上下小动；夜间——绿色灯光上下小动)。

6.确认解钩正常后，主控车移动至距被控车5m以上距离时，动车组机械师向主控车驾驶员发出停车信号：要求列车停车。(昼间——展开的红色信号旗；夜间——红色灯光)。

7.动车组机械师分别将两重联动车组连挂端钩头处的导向杆取下插入后部。

8.分别关闭主控车、被控车钩导流罩，解编作业结束。

本发明智能车钩的操作方法，是使列车的连挂或解编完成自动化操作转型，由智能车钩自动完成列车连挂或解编的列车操作，无需人工操作，实现了合分联运中的频繁连挂或解编，简化操作步骤，使合分联运更好地发挥轨道交通运输的高速大运量优势，同时克服机动性差的缺陷。

本发明书将在下面阐述智能车钩的以下操作方法：操作方法有静态自动连挂、静态自动解编和动态自动解编三种不同操作，前两种操作与传统方法相比，自动化全面代替了人工操作，而第三种动态自动解编是在现有传统列车调车方法中不存在的。

图6为本发明的自动连挂准备工作示意图。

假设主挂车2的A端欲与被挂车1的B端连挂。假定连挂由两车的机械师操作，则1车的机械师位于1车B端，2车机械师位于2车的A端，两位机械师在各自驾驶室中操作，而不是在站台上，工作条件好，非但能照顾到自己的车，更易观察到对方车的细节，便于相互照看，保证了连挂的质量。

1车驾驶员按规定做好列车1的防溜保护。而由2车驾驶员按传统驾行作业将列车2人工操纵开近距被挂车5～10m距离间，然后停车，换上2车机械师在驾驶室A端执行连挂作业。

自动连挂具体操作程序为：

1、确认两边列车车钩箱导流罩开启，检查车钩装置完好，车钟处于零速状态，然后两车机械师各自回到本车连挂端驾驶室，准备自动连挂操作。

2、2车机械师将车钟转换器开关置于“合”的位置，即自动连挂位置，连挂指示灯点亮，系统适当延时后连挂程序自动启动，连挂指示灯闪亮，主挂车开动并显示两列车间的距离在逐步缩小，说明自动连挂程序正在执行中，机械师可不予任何干扰。

3、主挂车的钩头伸入连挂车钩头腔，并发出碰撞声响，连挂指示灯快闪，说明机械钩连挂成功，距离/车速解析器输出归零，2车停止前进。

4、听到一声排气声后，说明列车车钩中的电路钩和气路钩自动接通，届时连挂指示灯改变为常亮状态，指示整个自动连挂程序完成并通知2车驾驶员。

5、2车机械师将车钟转换开关置于正常运行位置，拔出操作钥匙，将整个列车运行权归于2车B端驾驶员，2车驾驶员试行开动一定距离，由2车机械师检查连挂质量是否合格并报告2车驾驶员。

6、1车机械师向1车驾驶员报告连挂操作完成。

自动连挂程序都是事先制定在系统中的，基本上实现了连挂的自动化，排除了人工操作的不确定性。也就是说，只要事先做好准备和检查，为程序正常运行创造好条件，连挂操作就变得非常轻松。除非在连挂过程中出现设备故障，必须使用人工操作的按钮，连挂程序都是自动进行的。当然，为安全操作考虑，原有人工操作的应急操作按钮还是保留的。

本发明方法的解编操作分两种：静态解编和动态解编。

静态解编，即目前通常在两列车都处于静止状态下完成的解编，通常在车站内进行。而动态解编是两列车在行驶状态下实行的解编作业，是合分联运系统特定的解编方法。

现将智能车钩自动解编分静态解编和动态解编两种不同运行模式分别进行说明。

自动静态解编可以看作自动连挂的反向操作。以图6中的列车为例，假定列车1为主车，1车的驾驶员在其A端操纵列车并使整列列车停留在合适轨道上，准备工作程序为，1车机械师进入1车B端驾驶室，2车机械师进入2车A端驾驶室，以1车机械师作为主动解编方，则2车处于制动状态。

1、1车驾驶员确认列车A端前方一定距离内可自由开行、无障碍物。

2、确认1车驾驶室车钟处于零速状态，列车操纵权下放到B端，准备自动解编列车的操作，并向位于B端驾驶室的1车机械师发出准予解编的指令。

3、1车机械师将车钟转换开关置于“分”的位置，即自动解编位置，1车解编指示灯点亮，适当延时后解编程序自动启动，1车解编指示灯闪亮，车钩中的电路钩和气路钩首先自动脱离连接。

4、1车车钩的锁扣动作，两车钩脱离互锁状态，解编指示灯快闪。同时距离/车速解析器按连挂曲线输出倒车低速驱动信号，1车开始倒向驶行，即1车向前方运行，物理测距器不断显示两列车间的距离在增加，在距离到达5米左右的设定限值时，1车停止输出驶行信号，并立即转入制动状态，解编指示灯常亮，1车停止运行，说明自动解编成功。

5、1车机械师将车钟开关从自动解编位置回复到正常运行状态，解编指示灯熄灭，拔出操作钥匙，操作结束。

6、两列车的机械师分别向各自驾驶员报告解编成功的消息。

7、两列车的运行操作权限回复到各自驾驶员。

如果以2车机械师作为主动解编方，操作过程可以仿照上节内容执行，可参照1车机械师作为主动解编方的操作过程。

自动动态解编是合分联运系统所特有的操作方法，是本发明操作法的精粹，因为这在现有传统运行中是没有的。以图7的列车联合运行为例，其前提准备工作为，1车驾驶员在A端全程负责联运列车的操车并领导自动动态解编操作，1车机械师到1车B端就位主持自动动态解编的具体操作，2车驾驶员到2车A端就位驾驶工作，接管解编后2车的运行。

图7为本发明的动态自动解编准备工作示意图。

其具体的过程是：

准备阶段，1车驾驶员在A端驾驶室操车，列车1带动列车2处于前进运动状态。1车机械师进入1车B端驾驶室待命，2车驾驶员从休息状态转入工作状态，进入2车A端驾驶室待命，准备接管列车的操作权，见图7。

1、确认组合列车进入线路所设计的动态解编区段，前方线路视野清晰，驾驶员瞭望路况、气候状况适合解编操作，轨道无异常或影响解编的因素。B端车钟处于正常运行允许解编状态。

自动解编操作的命令由1车驾驶员发出，1车机械师和2车驾驶员具体执行；1车机械师和2车驾驶员在车钩连接处隔车相望，1车机械师将车钟处于零位，转换开关置于自动解编位置，解编指示灯点亮。

2、1车机械师在接到1车驾驶员解编命令后向2车驾驶员手势告示准备执行解编命令；1车机械师按解编按钮后，适当延时后解编程序自动启动，1车解编指示灯由常亮转为慢闪。

3、车钩中的电路钩自动脱离连接；然后1车车钩的锁扣动作，车钩脱离互锁状态后，指示灯快闪，气路钩脱钩；两车自动车钩系统自动程序分别向各自驾驶车钟自动发出改变列车运行速度控制操作信号，使1车在原有运行速度的基础上增加车速，增速幅值约10％；2车在原有运行速度的基础上降低车速，降速幅值约10％。

1车机械师同时观察到两车距离的不断增加，将观察到的自车情况和与2车距离报告1车驾驶员，当两车距离超过10米后，1车解编指示灯变长亮，说明动态自动解编程序完成；1车机械师将操作转换开关从解编位置回复到正常运行位置，解编指示灯熄灭，关闭车钩箱导流罩。

4、与此同时，2车驾驶员继续降低车速，使两列车距离迅速拉大。

5、当车距超过10米后，2车系统认可解编程序结束。2车机械师关闭车钩箱导流罩。

6、两列车的操作权限回归到各自驾驶员，两车在同一轨道上各自独立开行，两列车间距离不断拉大，安全风险越来越小，直至两列车进入不同轨道，回复正常的列车安全闭塞状态。

必须提出的是，根据本发明的系统特征，列车车钟的操作关系有待改进，例如增加车钟与合分系统的联系，允许同一列车两驾驶室的同时供电，但避免两车钟同时操作运行，等等。

本发明操作方法的共同特征是，车钩的连挂或解编由程序完成；操作执行指令由驾驶员发布，机械师执行；设备正常情况下，连挂或解编的行车速度、操作时间均由程序设定，无须人工执行；机械师通常在驾驶室内执行操作，相互查看自方和对方车钩情况，除向本车驾驶员报告外，相对方机械师或驾驶员并相互通报，无须或一般无须在车外观察。

在上面针对智能车钩的描述中，可以发现本智能车钩系统能将基本上还处于人工操作范畴的列车连挂和解编实现自动化操作，减少了人为操作的人员数量、劳动强度和思想压力。例如，传统连挂作业中，通常需要二位机械师与一位驾驶员联合操作，且机械师与驾驶员需要频繁通话联络，因为操作需要驾驶员驱动列车，而车钩的具体操作是由机械师执行的，所以必须两者密切配合；再加上列车间的接与断，另一车的机械师也必须参与，三人员同时参与同一操作，且至少有一位机械师在站台上，工作条件不佳。而在本发明的方法中，静态连挂或静态解编都只要二位机械师在驾驶室内就可以相互照看，由一位机械师执行就够了。

虽然在本发明中，列车的运行权仍归驾驶员管辖，在自动静态连挂操作中，列车的运行权为系统程序设定，驾驶员无须直接操作，仅担负车前观察和在系统失控状态下的应急操作。在本发明自动静态解编操作中，列车的运行权仍为系统程序设定，无须驾驶员直接操作，只要同车的驾驶员和机械师二人配合，就可以执行任务，驾驶员仅担负车前观察和在系统失控状态下的应急操作，不直接参与操作。

此外，由于操作是按程序自动执行的，所以正常情况下机械师也无操作的压力，操作质量由系统负责和保证。

将基本上处于人工操作的传统调车作业改变成本发明的以智能车钩为手段的自动调车，这已经是一项很大的进步。但是有了智能车钩，还使原来几乎不可能实现的动态解编又成为可能，这是一项更大的技术进步。至于为什么要提出这么复杂的自动动态解编，这就牵涉到实现一项更为重要的创新——合分联运模式目标。可以认为合分联运模式是智能车钩的创新动力，反过来说合分联运模式的技术效果也依靠智能车钩的实现。所以在阐述实施智能车钩的操作方法后，有必要将高铁合分联运系统作一个简明描绘。

众所周知，现有的轮轨式轨道交通形式是钢轮在铁轨上滚动，优点是摩擦损耗低、驱动效率高，所以用一个不太大的驱动功率就可载很多乘客高速行驶，大运量是由列车承载的，所以合在一起运行的列车组就成为其优点的基本特征。此外，这个车组和轨道也反过来成为其最大的缺点，那就是机动性差。

轨道交通要发展，即使向磁悬浮列车发展，但磁悬浮也同样有轨道，只是轨道的形式有所不同，铁路运输要发展就意味着要更大地扩展其优势，同时更从基础上克服其机动性差的缺点。从逻辑上说，更大的运量，较易达到目标的手段就是把更多的车厢“合”在一起运行；而为了达到较高的机动性，既要让到站的乘客下车，又要让不愿在此站下车的乘客不停车继续前进以缩短这些旅客的在途时间，或者让一整列列车向不同方向运行，那最简单不过的方法将是让列车“分”，所以轨道交通合分联运系统就是轨道交通发展的重大方向性的方法，本说明书有必要在此展开论述。

轨道交通合分联运系统，主要提出一种新型客运模式，原理也简单明了，仅用26个字就可概括，那就是：

“道同而合，道异而分；合则两利，分则两宜”和“该走的不停，该停的不走”。

意即，如果两列或多列列车同线同向行驶时，则让他们合在一起走；当他们不能再同道开行时，则分道而行；该走则走，该停则停，各取其宜。

高铁合分联运系统又称“动车组静态联发/动态解列系统”，这13个字又是系统运行技术特征的概括。

众所周知，要克服列车高速化后与大量停站所形成的时间上的冲突和矛盾，就拿京沪高铁为例，这条连接环渤海经济区和长三角经济区的重要交通要道，必须跨越冀鲁皖苏四省并连接京津沪三直辖市，为建设这条经济大动脉，前者为此贡献的土地量是后者的7倍，沿线各省大量二线三线城市都希望列车多在他们的城市停车，以便带动当地经济发展，这样一来，将严重影响京沪间列车的高速驰达。如果使列车可分可合，既可让该下车的乘客在这些中途站下车，又不增加不需在这些站下车乘客的无谓延时，势必要采用可分可合的办法，将乘客按不同目的站预先安排在不同列车车厢内，在到达目的站时，将这些车厢从列车中分离。分离的列车将以新的列车车次，重新载客后继续向前营运，在终点站里，各分离的列车将恢复重组合成原始列车返程，继续按回程合分联运列车运行。

按联合方式的不同，可分为静态连挂和动态连挂；而按分离方式的不同，也可分为静态解编和动态解编。

航天领域通过穿梭机沟通地面与空间站的交通方式，将航天员从地面接送到空间站的原理，用于解决高速列车中的停站矛盾就产生了高铁载驳运输的方法。载驳系统的具体实施方法是让高速列车从起点站开出后不停靠任何中间车站，直达终点站，而在各中间站配置载驳车，欲上该列车的乘客在车站登上载驳车，载驳车载客后飞驰追上前进中的列车，与列车实现对接式的动态“连挂”，对接成功后载驳车和列车成为一体，就可以交换乘客，让欲上车的乘客进入列车，而让要在该车站下车的乘客转移到载驳车。乘客交换结束后，载驳车与列车执行动态解列，载驳车将乘客接送到车站，完成他们的旅程。

载驳车方案的过程看似简单明了，但实施起来却非常困难，根本原因在于动态连挂需要采用能精密驱动的列车控制技术和操纵技巧，才能保证运动中的列车安全对接避免碰撞，而这种精密驱动技术目前在各国铁路列车系统中还不具备，所以载驳车对接就无法执行。

此外，载驳车与列车如采用串联对接，对接后交换乘客通道的设置，会影响列车高速运行对线型的要求，且改造不易。大量载驳车的购置成本，以及乘客需二次换位带来的安全性和舒适性都存在不少问题，所以载驳车方案在目前条件下实现的可行性几乎为零。

相比之下，合分联运系统的难点只有动态解列一项。但同样是在动态条件下，动态连挂涉及精密驱动，而动态解编可能避开精密驱动技术，因为动态连挂前要达到两车的同步，必然有一段同步驱动、逐渐靠近的时间段，在这段时间段内，每一时刻都存在撞车风险。而动态解编的危险点仅在两列车分离的瞬间，只要在这极短时间内实现简单的自动化操作，让解编后前车加速而后车减速，那么两列车间的距离将不断拉大，撞车的危险性将不复存在，直至分离后的两列车分别安全驶入各自轨道，虽然这中间存在闭塞区的问题，但本处的无法满足闭塞要求与传统的闭塞区的要求不同，不会增加两车相撞的风险。

那么，合分联运方式究竟能产生什么重大技术效果呢？

首先，合分联运可将多列动车串联在一起行驶，将可能使客运量翻倍甚至翻几倍，提高了铁路利用率产生巨大的经济利益，特别可以缓解节假日乘客对铁路列车一票难求的局面。

在每日运行的高峰时间，如将相邻时间的列车在始发站静态连挂后一起发车，而在各不同车站前实行动态解列，就可消除大城市始发站发车列数瓶颈制约和客运量极限，方便乘客选择最佳出行时间。

根据上述两点，铁路原始设计的年最大人次的限制，铁路运量的饱和，将很容易为合分联运方式所突破。客流饱和后新建二线、三线的必要性也就不复存在，新建铁路线的大量建设投资可以节省下来。

由于列车，特别是高速列车中的运行耗能，很大部分源于克服列车排除车头空气的阻力，产生的车头阻力损耗，两列或多列列车合分联运后，只有最前面的一列列车有车头阻力，只要排除一次车头空气，所以合在一起运行列车的能耗，小于两列或多列列车单独在线路上运行能耗之和，具有很明显的节能效果。此外，合分联运列车中的每一节车厢只在途中停一次，而远少于传统列车的停站数量，所以车厢起停时多出的耗能被合分联运列车节约。

这样，实现“合分联运系统”所产生的、众多的、巨量的优越性就显现了：

1、颠覆了“列车停站多，就必成慢车”的命题。可使任一乘客一站直达，能用最短的时间到达每位乘客的目的地车站，时间效率最高，而且用不了费心去关注自己应该在哪个车站下车，也不怕越站，因为一旦正确乘上车，就不存在可能错乘站的任何可能。

2、五列列车的运量，相比之单列列车的运量大得多，线路上的运输量将轻易翻番，甚至增加3～5倍都是可能的，将在满足更多乘客出行需求的同时产生巨大的运输经济利益。

3、线路运量大幅提升后，运输经济收入随之大幅增加，铁路的建设投资能更快收回，这对需要花费巨大资金量投资建设的高速铁路，例如中国高铁、东南亚高铁、南亚高铁、日本高铁、欧亚高铁的开发建设，可行性将大增。

4、列车节能效益显著，五列列车一起在线路上的阻力远低于五列列车分别单独在线路上开行时的阻力之和，所以说，合分联运列车可以使五部车的总驱动能耗远小于五倍。

原因之二是，原来的这列列车，每节车厢需要停五次，合分联运后，每节只需停一次，也是省能的另一大原因。

因为列车在停站过程中，无法将全部动能回收，而起动和加速所得到的列车动能，却要消耗额外的许多能量，列车停站少就可以节省列车因减速、加速、停车、启动时的额外能源消耗。

正是这两大原因，使“合分联运系统”列车至少比普通列车节能20％～40％。

5、铁路运输是最节能，碳排放最低的陆上大运量运输系统，高速化后虽然耗能增加，但合分联运系统又使耗能降低到一个新的水平，有利于全球节能减排目标的实现和生态环境的保护。

6、合分联运系统非但适合高铁列车，原则上普速列车也同样能采用，只要使用能独立驱动、且能作为一部大列车合分操作的列车，例如动车组列车就能胜任。

7、在产生巨大的社会经济和环境的效益的同时，可基本上现成利用现有路轨和列车，增加新车辆的投资投入不高，不必专门增建线路或制造另一类的专门列车，基本上可采用现有铁路体系和列车系列运行，所以其性价比也是无与伦比的。

Claims (10)

1.一种动车组列车车钩系统的操作方法，其特征是，借助智能车钩和合分联运运行模式，自动完成列车间的连挂、解编过程的操作方式。

2.根据权利要求1所述的车钩系统操作方法，其特征是，合分联运模式的核心操作方式为：列车始发站的静态联发和列车行进途中的动态解列。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的车钩系统操作方法，其特征是，列车的连挂或解编完成自动化操作转型，由智能车钩系统自动完成列车连挂或解编的列车操作，正常情况下无需人工操作，从而满足合分联运中的频繁连挂或解编作业的需要。

4.根据权利要求3所述的车钩系统操作方法，其特征是，操作方法有三大种，分别是：自动静态联发、自动静态解编和自动动态解编。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的车钩系统操作方法，其特征是，操作层面包括自动操作、人工气动或电动操作和完全手动操作三种模式，以自动操作为主，人工操作和手动操作作为自动操作失效时的辅助手段或应急操作下的补充手段。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的车钩系统操作方法，其特征是，

通过测距器掌握列车间距离，以程序化运作代替驾驶员的人工操作；以车钩传感器反映的冲击力的程度和牵挂力大小，以判断连挂的质量，以代替机械师的劳动。

7.根据权利要求1、权利要求2或权利要求4所述的车钩系统操作方法，其特征是，静态自动连挂具体操作程序为：

准备阶段：

1车驾驶员按规定做好列车1的防溜保护。而由2车驾驶员按传统驾行作业将列车2人工操纵开近距被挂车5～10m距离间，然后停车，换上2车机械师在驾驶室A端执行连挂作业。

操作程序：

7.1、确认两边列车车钩箱导流罩开启，检查车钩装置完好，车钟处于零速状态，然后两车机械师各自回到本车连挂端驾驶室，准备自动连挂操作。

7.2、2车机械师将车钟转换器开关置于“合”的位置，即自动连挂位置，连挂指示灯点亮，系统适当延时后连挂程序自动启动，连挂指示灯闪亮，主挂车开动并显示两列车间的距离在逐步缩小，说明自动连挂程序正在执行中，机械师可不予任何干扰。

7.3、主挂车的钩头伸入连挂车钩头腔，并发出碰撞声响，连挂指示灯快闪，说明机械钩连挂成功，距离/车速解析器输出归零，2车停止前进。

7.4、听到一声排气声后，说明列车车钩中的电路钩和气路钩自动接通，届时连挂指示灯改变为常亮状态，指示整个自动连挂程序完成并通知2车驾驶员。

7.5、2车机械师将车钟转换开关置于正常运行位置，拔出操作钥匙，将整个列车运行权归于2车B端驾驶员，2车驾驶员试行开动一定距离，由2车机械师检查连挂质量是否合格并报告2车驾驶员。

7.6、1车机械师向1车驾驶员报告连挂操作完成。

8.根据权利要求1、权利要求2或权利要求4所述的车钩系统操作方法，其特征是，静态自动解编具体操作程序为：

准备工作程序为，1车机械师进入1车B端驾驶室，2车机械师进入2车A端驾驶室，以1车机械师作为主动解编方，2车处于制动状态。

操作程序：

8.1、1车驾驶员确认列车A端前方一定距离内可自由开行、无障碍物。

8.2、确认1车驾驶室车钟处于零速状态，列车操纵权下放到B端，准备自动解编列车的操作，并向位于B端驾驶室的1车机械师发出准予解编的指令。

8.3、1车机械师将车钟转换开关置于“分”的位置，即自动解编位置，1车解编指示灯点亮，适当延时后解编程序自动启动，1车解编指示灯闪亮，车钩中的电路钩和气路钩首先自动脱离连接。

8.4、1车车钩的锁扣动作，两车钩脱离互锁状态，解编指示灯快闪。同时距离/车速解析器按连挂曲线输出倒车低速驱动信号，1车开始倒向驶行，即1车向前方运行，物理测距器不断显示两列车间的距离在增加，在距离到达5米左右的设定限值时，1车停止输出驶行信号，并立即转入制动状态，解编指示灯常亮，1车停止运行，说明自动解编成功。

8.5、1车机械师将车钟开关从自动解编位置回复到正常运行状态，解编指示灯熄灭，拔出操作钥匙，操作结束。

8.6、两列车的机械师分别向各自驾驶员报告解编成功的消息。

8.7、两列车的运行操作权限回复到各自驾驶员。

9.根据权利要求1、权利要求2或权利要求4所述的操作方法，其特征是，自动动态解编操作的具体过程是：

准备阶段，1车驾驶员在A端驾驶室操车，列车1带动列车2处于前进运动状态。1车机械师进入1车B端驾驶室待命，2车驾驶员从休息状态转入工作状态，进入2车A端驾驶室待命，准备接管列车的操作权。

9.1、确认组合列车进入线路所设计的动态解编区段，前方线路视野清晰，驾驶员瞭望路况、气候状况适合解编操作，轨道无异常或影响解编的因素。B端车钟处于正常运行允许解编状态。

自动解编操作的命令由1车驾驶员发出，1车机械师和2车驾驶员具体执行；1车机械师和2车驾驶员在车钩连接处隔车相望，1车机械师将车钟处于零位，转换开关置于自动解编位置，解编指示灯点亮。

9.2、1车机械师在接到1车驾驶员解编命令后向2车驾驶员手势告示准备执行解编命令；1车机械师按解编按钮后，适当延时后解编程序自动启动，1车解编指示灯由常亮转为慢闪。

9.3、车钩中的电路钩自动脱离连接；然后1车车钩的锁扣动作，车钩脱离互锁状态后，指示灯快闪，气路钩脱钩；两车自动车钩系统自动程序分别向各自驾驶车钟自动发出改变列车运行速度控制操作信号，使1车在原有运行速度的基础上增加车速，增速幅值约10％；2车在原有运行速度的基础上降低车速，降速幅值约10％。

1车机械师同时观察到两车距离的不断增加，将观察到的自车情况和与2车距离报告1车驾驶员，当两车距离超过10米后，1车解编指示灯变长亮，说明动态自动解编程序完成；1车机械师将操作转换开关从解编位置回复到正常运行位置，解编指示灯熄灭，关闭车钩箱导流罩。

9.4、与此同时，2车驾驶员继续降低车速，使两列车距离迅速拉大。

9.5、当车距超过10米后，2车系统认可解编程序结束。2车机械师关闭车钩箱导流罩。

9.6、两列车的操作权限回归到各自驾驶员，两车在同一轨道上各自独立开行，两列车间距离不断拉大，安全风险越来越小，直至两列车进入不同轨道，回复正常的列车安全闭塞状态。

10.根据权利要求2所述的操作方法，其特征是，车钩的连挂或解编由程序完成；操作执行指令由驾驶员发布，机械师执行；设备正常情况下，连挂或解编的行车速度、操作时间均由程序设定，无须人工执行；机械师通常在驾驶室内执行操作，相互查看自方和对方车钩情况，除向本车驾驶员报告外，相对方机械师或驾驶员并相互通报，无须或一般无须在车外观察。