CN109774738A - 一种虚实结合的安全列车线模块及电气车钩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了虚实结合的安全列车线模块，安全列车线模块安装在有重联运营要求的列车端头处，利用短距离无线通信技术在重联列车之间传递跨列车的硬线列车线状态，唯一的联挂完整性物理贯通列车线构成重联列车电路；安全列车线模块接入车载以太网，与本列车的自动列车控制系统进行安全通信。本发明通过虚实结合的方法既简化了电气车钩结构，避免了机械接触导致的磨损问题，导向灵活为全地域的自动联挂提供了可能性，又结合多种故障导向安全技术为自动列车控制系统整体的安全完整性等级提供了基础。

Description

一种虚实结合的安全列车线模块及电气车钩

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及客运列车联挂。

背景技术

现有的电气车钩采用的都是需要机械连接的技术，实现贯穿列车线的电气连接，电路实现闭环。例如：实用新型专利CN205769317U，一种城轨车辆钩缓装置电气车钩以及发明专利CN104494632A，用于动车组重联的电气车钩，都是通过机械重构的方式来提升车钩的可靠性、导向性和使用寿命等。客观上还是没有从根本上摆脱机械连接带来的问题：

1)震动冲击以及磨损导致的电气接触不良。

2)震动冲击以及磨损限制了连接器使用寿命。

3)机械导向性限制了在弯道和坡道等地形变化较大的地域进行联挂的应用。

4)随着列车线要求数量越来越多，车钩性能和体积都带来进一步的限制。

电气车钩为不同种类的列车线提供连接，常见的连接包括：以太网电缆连接，MVB(多功能车辆总线)等总线连接，离散硬线连接等。这些不同连接实质上要求的电气传输线特性也是不同的，而传统电气车钩采用统一材料和工艺对于信号传输，无法实现对所有信号的最优传输。

针对机械连接的一些困难，发明CN102275602B提出采用无线通信技术进行重联控制的方法，该发明意图解决多台机车间的重联同步控制，采用OFDM/MIMO无线通信技术属于通讯行业中采用的移动通信技术，通信距离较长，私密性不佳。另外该发明主要侧重于货运机车的重联控制应用，对于系统安全性的要求考虑较少。对于客运列车，特别是城市轨道交通列车，不同编组列车在线自动联挂，对提高车辆运用效率降低列车成本有很大的意义。但同时在线自动联挂以及载客运行的运营需求也对设备的可靠性及安全性指标都提出了很高的要求。列车控制系统的整体安全完整性指标需要达到SIL4。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚实结合的安全列车线模块，解决客运列车反复重联对于电气车钩的高可靠性和高安全性要求的问题。

实现上述目的的技术方案是：

一种虚实结合的安全列车线模块，安全列车线模块安装在有重联运营要求的列车端头处，利用短距离无线通信技术在重联列车之间传递跨列车的硬线列车线状态，安全列车线模块接入车载以太网，与本列车的自动列车控制系统进行安全通信。

优选的，安全列车线模块采用二取二安全校验处理系统对本列车离散列车线状态进行采集，并通过无线传输通道发送给联挂对端的安全列车线模块；对端的安全列车线模块接收到联挂对列车的列车线状态后通过安全硬线输出接口在本列车复示这些信号。

优选的，安全列车线模块对无线传输通道的报文采用符合EN50159开放通信通道要求的安全通信技术对信息进行保护，同时在重联过程中相互校验安全列车线模块预先配置的模块ID(身份标识)，模块ID指示其所安装列车的车辆编号。

优选的，安全列车线模块使用激光测距传感器对联挂列车距离进行测定，测定的距离由无线通道相互传输，由安全列车线模块进行比对并通过通信接口提供给自动列车控制系统。

优选的，安全列车线模块通过离散输入接口采集联挂完整性列车线状态，联挂完整性状态在未联挂前为低电平信号，联挂完成后为高电平信息；联挂完成后，列车固定距离由激光测距传感器进行测量，距离不变信息与联挂完整性列车线状态相互融合，提供给自动列车控制系统。

本发明之二的一种包含上述安全列车线模块的电气车钩，还包括：用于给出联挂完整性信号的硬线列车线。

本发明的有益效果是：本发明基于无线虚拟列车线技术，将电气车钩的连接数量降低到最小，同时采用联挂完整性硬线列车信号，仅需要两路物理电气连接，结构简单，保障了联挂的可靠性。安全列车线连接采用短距离无线传输技术保证了传输的私密性，在传输协议层加入抵御威胁技术，利用ID识别，距离监测，加密传输的手段保障了系统的完全性。虚实结合保证列车联挂的安全。由于最低程度的机械接触缓解了硬连接的机械导向性问题，列车联挂可以在更大的弯道及坡道上进行，操作灵活。短距离无线通信技术的应用，使得成本相比金属连接器成本更加经济。对于轨道交通运营中需要根据客流高低峰特点进行列车重编的要求提供了有效的基础技术支撑。

附图说明

图1是本发明的电气车钩的示意图；

图2是本发明的安全列车线模块的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的电气车钩基于无线通信的安全列车线模块，采集本车列的硬线列车线状态及联挂完整性列车线状态，并通过私密性较高的短距离无线通信交互本列车的硬线列车线状态，与本列车的车辆WTB总线以及有线以太网接口，实现联挂后的列车间通信网关作用。安全列车线模块接入车载以太网，与本列车的自动列车控制系统进行安全通信。

无线通信采用短距离无线通信技术，典型的短距离无线通信技术可采用包括WiFi、ZigBee等技术。对于距离较长的无线通信技术，可以通过增益调节控制通信范围在小于10米距离范围内。

为确保安全，确认列车的可靠联挂，本发明采用联挂完整性列车线信号的硬线连接，用来指示列车是否完成联挂。唯一的联挂完整性列车线物理贯通构成重联列车电路。联挂完整性信号为安全型信号，一般为两路电气连接。在列车联挂后，安全列车线模块采集到高电平信号，在未联挂前或断开联挂后，该信号为低电平信号。

安全列车线模块作为本列车的有线以太网和列车总线的网关，与联挂对列车的虚拟列车线模块构成网关对，在联挂后实现两边列车网络的连接。同时安全列车模块通过有线以太网与本列车的自动列车控制系统进行安全通信，在联挂过程中，安全列车线模块间交互并验证测距数据，辅助自动列车控制系统进行速度距离控制。

安全列车线模块设有预先配置的模块ID，模块ID指示其所安装列车的车辆编号。此ID信息能够用来确保联挂的合法性，异常ID不能允许建立通信。ID信息提供辅助维护诊断系统进行诊断分析。

按照EN50159(欧洲铁路通信信号领域信息传输系统中安全通信标准)对于开放通信通道通信安全性要求，安全列车线模块采用在报文中增加时间戳、安全校验编码和信息加密的方式对两边连接的合法性和信息完整性进行校验。

短距离激光测距传感器安装在机械车钩固定部位，并通过通信接口与安全列车线模块连接，安全列车线模块获得实时距离信息，距离信息在联挂过程中由两边的安全列车线通过无线进行交互比对，并将比对核实后的距离信息报告给自动列车控制系统。

安全列车线模块采用二乘二取二安全校验处理系统，确保模块安全性指标超过SIL4。

综上，如图2所示，安全列车线模块由二乘二取二安全校验处理系统、以太网接口、无线通信模组、离散硬线接口、车载总线接口、天线和激光测距传感器组成。其中天线和激光测距传感器安装在车体外。二乘二取二安全校验处理系统和各接口硬件设计符合故障导向安全原则，提供高于SIL4安全完整性等级指标的能力。

安全列车线模块采用A/B冗余配置方式确保虚拟列车线连接的可靠性和可用性。安全列车线模块A和虚拟列车线模块B还可以采用不同的短距离无线通信制式。若采用相同制式的冗余模块，可以建立直连和交叉双重连接，提供更多重的冗余性。对于需要安全列车线信号的传输要求，可以通过比对A/B通道的数据进行。冗余模块间通过同步时钟线进行硬同步。

本发明的电气车钩，包括安全列车线模块和专门的联挂完整性信号的硬线列车线。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种虚实结合的安全列车线模块，其特征在于，安全列车线模块安装在有重联运营要求的列车端头处，利用短距离无线通信技术在重联列车之间传递跨列车的硬线列车线状态；安全列车线模块接入车载以太网，与本列车的自动列车控制系统进行安全通信。

2.根据权利要求1所述的安全列车线模块，其特征在于，安全列车线模块采用二取二安全校验处理系统对本列车离散列车线状态进行采集，并通过无线传输通道发送给联挂对端的安全列车线模块；对端的安全列车线模块接收到联挂对列车的列车线状态后通过安全硬线输出接口在本列车复示这些信号。

3.根据权利要求1所述的安全列车线模块，其特征在于，安全列车线模块对无线传输通道的报文采用符合EN50159开放通信通道要求的安全通信技术对信息进行保护，同时在重联过程中相互校验安全列车线模块预先配置的模块ID，模块ID指示其所安装列车的车辆编号。

4.根据权利要求1所述的安全列车线模块，其特征在于，安全列车线模块使用激光测距传感器对联挂列车距离进行测定，测定的距离由无线通道相互传输，由安全列车线模块进行比对并通过通信接口提供给自动列车控制系统。

5.根据权利要求4所述的安全列车线模块，其特征在于，安全列车线模块通过离散输入接口采集联挂完整性列车线状态，联挂完整性状态在未联挂前为低电平信号，联挂完成后为高电平信息；联挂完成后，列车固定距离由激光测距传感器进行测量，距离不变信息与联挂完整性列车线状态相互融合，提供给自动列车控制系统。

6.一种包含权利要求1-5任一项所述安全列车线模块的电气车钩，其特征在于，还包括：用于给出联挂完整性信号的硬线列车线。