CN110289648A - 一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法以及系统。方法包括：在休眠模式下监测蓄电池的状态，所述蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，其中：当存在唤醒操作且所述蓄电池处于所述正常状态时，唤醒所述车辆进入正常唤醒模式；当所述蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；当所述蓄电池进入欠压状态时令进入欠压保护状态，在所述欠压保护状态下，所述车辆无法进入正常唤醒模式。根据本发明的方法及系统，从根本上避免车载蓄电池深度馈电，有效提高蓄电池使用寿命；并且由于任何时候蓄电池电压不会降低到欠压保护系统动作，即确保了无人驾驶列车在任何时候都能够投入运用，有效提高了列车的使用率。

Description

一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法及系统

技术领域

本发明涉及交通领域，具体涉及一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法及系统。

背景技术

在现有技术中，轨道交通车辆上通常安装有低压设备。一般的，轨道交通车辆的低压负载通常由蓄电池进行供电。为了节省电能，在轨道交通车辆停止运行时，会切断轨道交通车辆的蓄电池的供电回路，停止对低压负载供电。然后在轨道交通车辆启动时恢复供电回路。

然而，在现有技术中，如果没有及时为蓄电池充电，蓄电池会出现电能过渡消耗、输出电压过低的欠压状态。尤其的，即使切断供电回路，蓄电池的电能也会不断流失从而导致长时间放置的蓄电池进入欠压状态。在欠压状态下，强行启动供电回路不仅不能正常的启动低压负载，而且会导致蓄电池的意外损坏。因此，在现有技术中，通常蓄电池的供电回路中安装有欠压保护电路，其在蓄电池进入欠压状态时主动切断供电回路直到蓄电池恢复正常状态。

欠压保护电路的存在使得蓄电池不会在欠压状态下强行供电，从而维护了蓄电池的使用寿命。但是，随着无人驾驶技术的应用，无人驾驶轨道交通车辆被越来越多的投入使用。无人驾驶轨道交通车辆通常是遵循固定的行车计划在设定好的时间节点自动启动，如果在无人驾驶轨道交通车辆启动时蓄电池欠压从而导致欠压保护电路阻止车辆启动，这势必会影响无人驾驶车辆的行车计划，严重时会影响整个无人驾驶轨道交通车辆的运行系统。

发明内容

本发明提供了一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法，所述方法包括：

在休眠模式下监测蓄电池的状态，所述蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，其中：

所述低压状态为所述正常状态转变为所述欠压状态过程中的过渡状态；

当存在唤醒操作且所述蓄电池处于所述正常状态时，唤醒所述车辆进入正常唤醒模式；

当所述蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；

当所述蓄电池进入欠压状态时令进入欠压保护状态，在所述欠压保护状态下，所述车辆无法进入正常唤醒模式。

在一实施例中，通过监测所述蓄电池的电压判断所述蓄电池的状态，其中：

当所述蓄电池的电压大于第一阈值时所述蓄电池处于所述正常状态；

当所述蓄电池的电压小于等于第一阈值且大于第二阈值时所述蓄电池进入低压状态；

当所述蓄电池的电压小于等于第二阈值时所述蓄电池进入欠压状态。

在一实施例中，所述方法还包括：

当存在所述低压提醒信息时，唤醒所述车辆进入低压保护模式，令蓄电池脱离低压状态进入正常状态。

在一实施例中，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，直到所述蓄电池充满电时停止充电。

在一实施例中，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，直到所述蓄电池进入并可以维持所述正常状态时停止充电。

在一实施例中，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，充电操作持续预设时长后充电完成。

在一实施例中，所述方法还包括：

在所述低压保护模式下，当所述蓄电池充电完成后，令所述车辆脱离所述低压保护模式，进入所述休眠模式。

在一实施例中，所述方法还包括：

在所述低压保护模式下，当所述蓄电池充电完成后，令所述车辆维持所述低压保护模式，等待外部操作指令。

本发明还提出了一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的系统，所述系统包括休眠供电回路、唤醒电路以及蓄电池监测电路，其中：

所述休眠供电回路配置为在车辆进入休眠模式时令所述车辆的蓄电池为所述唤醒电路以及所述蓄电池监测电路供电；

所述蓄电池监测电路配置为监测所述蓄电池的状态，所述蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，所述低压状态为所述正常状态转变为所述欠压状态过程中的过渡状态；

所述蓄电池监测电路还配置为当所述蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；

所述唤醒电路配置为在车辆进入休眠模式时监测唤醒操作指令，当存在所述唤醒操作指令且所述蓄电池处于所述正常状态时唤醒所述车辆进入正常唤醒模式，令所述蓄电池为所述车辆的常规负载供电；

所述唤醒电路还配置为当所述蓄电池进入所述欠压状态时令所述蓄电池无法为所述常规负载供电。

在一实施例中，所述系统还包括低压保护模块，其中：

所述休眠供电回路还配置为在车辆进入休眠模式时令所述车辆的蓄电池为所述低压保护模块供电；

所述低压保护模块配置为监测所述低压提醒信息，当存在所述低压提醒信息时，令所述唤醒电路唤醒所述车辆进入低压保护模式，令蓄电池脱离低压状态进入正常状态。

根据本发明的方法及系统，从根本上避免车载蓄电池深度馈电，有效提高蓄电池使用寿命；并且由于任何时候蓄电池电压不会降低到欠压保护系统动作，即确保了无人驾驶列车在任何时候都能够投入运用，有效提高了列车的使用率。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1、图6以及图7是根据本发明不同实施例的系统部分电路结构简图；

图2以及图3是根据本发明实施例的方法的流程图；

图4以及图5是根据本发明不同实施例的系统结构简图；

图8是根据本发明一实施例的系统运行流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在现有技术中，轨道交通车辆上通常安装有低压设备。一般的，轨道交通车辆的低压负载通常由蓄电池进行供电。为了节省电能，在轨道交通车辆停止运行时，会切断轨道交通车辆的蓄电池的供电回路，停止对低压负载供电。然后在轨道交通车辆启动时恢复供电回路。

然而，在现有技术中，如果没有及时为蓄电池充电，蓄电池会出现电能过渡消耗、输出电压过低的欠压状态。尤其的，即使切断供电回路，蓄电池的电能也会不断流失从而导致长时间放置的蓄电池进入欠压状态。在欠压状态下，强行启动供电回路不仅不能正常的启动低压负载，而且会导致蓄电池的意外损坏。因此，在现有技术中，通常蓄电池的供电回路中安装有欠压保护电路，其在蓄电池进入欠压状态时主动切断供电回路直到蓄电池恢复正常状态。

欠压保护电路的存在使得蓄电池不会在欠压状态下强行供电，从而维护了蓄电池的使用寿命。但是，随着无人驾驶技术的应用，无人驾驶轨道交通车辆被越来越多的投入使用。无人驾驶轨道交通车辆通常是遵循固定的行车计划在设定好的时间节点自动启动，如果在无人驾驶轨道交通车辆启动时蓄电池欠压从而导致欠压保护电路阻止车辆启动，这势必会影响无人驾驶车辆的行车计划，严重时会影响整个无人驾驶轨道交通车辆的运行系统。

针对上述问题，本发明提出了一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法。首先，在完全切断供电回路的状态下，再次恢复供电回路不仅操作复杂(很多应用场景中，需要人工手动恢复电路)而且存在启动速度慢的问题。而在无人驾驶轨道交通车辆的应用场景中，通常需要无人驾驶车辆在特定的时间节点自动快速启动。

针对上述需求，在本发明的方法中，为无人驾驶轨道交通车辆设置休眠状态，将轨道交通车辆低压供电的负载分为永久负载和常规负载。绝大部分设备如牵引控制单元、制动控制单元、蓄电池充电机控制单元、照明等均为常规负载，常规负载需要在车辆唤醒以后才能得到供电，而用于控制车辆唤醒的回路则为永久负载。

也即：

1)永久负载在任何时候(包括休眠状态)都被接入蓄电池的供电回路中，以保证随时可以唤醒车辆。对于无人驾驶轨道交通车辆，除了唤醒控制回路以外，车载列车自动控制(Automatic Train Control，ATC)的唤醒模块也为永久负载；

2)常规负载仅在车辆唤醒以后才能得到供电，常规负载受电成功以后才称为唤醒成功。

同时，为了保护车载蓄电池，避免其馈电影响使用寿命，还设置了蓄电池欠压保护，并被用于常规负载的控制。即常规负载的得电条件除了车辆唤醒以外，还需要车载蓄电池电压正常。在一实施例中，无人驾驶轨道交通车辆的低压供电回路如图1所示。

图1所示电路，其车载蓄电池保护电压为84V(84V为一个典型值，在其他实施例中，根据蓄电池选型不同会有细微差别)，即欠压检测单元101确认车载蓄电池电压低于84V时，欠压保护继电器失电，欠压保护开关105断开，则常规负载继电器102无法得电，常规负载开关103不能闭合，蓄电池输出的DC110V无法到达低压供电母线，常规负载不能得电。

无人驾驶轨道交通车辆休眠以后，在欠压检测单元101确认车载蓄电池电压正常的情况下，此时欠压保护继电器得电，欠压保护开关105闭合。在此状况下，可通过车载信号系统实现远程控制列车唤醒，操作唤醒回路工作，使“列车唤醒”继电器得电，唤醒开关104闭合，则常规负载继电器102得电，常规负载开关103闭合，使得列车常规负载母线得电，常规负载受电成功，完成唤醒过程。

但是，若车辆长时间停放或蓄电池显著老化导致容量降低等因素，加上休眠期间永久负载的持续消耗，则可能发生车载蓄电池严重馈电，以致电压低于84V的情况。此时，若仍然采用2中所述方案，将导致休眠的列车无法正常唤醒。也即现有控制方法存在以下问题：

1)蓄电池有馈电的风险，并影响蓄电池使用寿命

2)蓄电池馈电以后导致列车无法远程唤醒，不仅影响车辆使用率，而且会打乱行车计划。

因此，进一步的，本发明的方法中还引入了分级监控策略。具体的，如图2所示，在一实施例中，在休眠模式下监测蓄电池的状态(S210)，蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，其中，低压状态为正常状态转变为欠压状态过程中的过渡状态。

即，当蓄电池脱离正常状态后其首先会进入低压状态，然后才会进一步进入欠压状态。在正常状态-低压状态-欠压状态的过程中，蓄电池的输出电压不断降低。

在欠压状态下，蓄电池电压过低、无法进行正常的供电输出且有馈电的风险，并且，长时间处于欠压状态会影响蓄电池使用寿命

在低压状态下，蓄电池不存在输出电压过低的馈电的风险且可以进行供电输出，但是，在该状态下蓄电池处于随时因电能消耗而进入欠压状态的临界状态。

进一步的，在一实施例中，通过监测蓄电池的电压判断蓄电池的状态，其中：

当蓄电池的电压大于第一阈值时蓄电池处于正常状态；

当蓄电池的电压小于等于第一阈值且大于第二阈值时所述蓄电池进入低压状态；

当蓄电池的电压小于等于第二阈值时蓄电池进入欠压状态。

其中，第一阈值以及第二阈值根据蓄电池选型而确定。

即，对蓄电池电压进行监控，对应的保护电压分别为Ua，Ub，且Ua＞Ub，具体取值根据蓄电池类型和容量确定。当电压值低于两种不同的保护电压时，将分别设置不同的对应措施。

在一实施例中，保护电压的设置根据永久负载的大小和蓄电池的类型有不同。具体的，在一实施例中，：如果永久负载一共100W，电池类型为铅酸蓄电池，考虑5个小时的系统对低压保护作出反应时间，则Ua≈Ub+1.2V。

进一步的，如图2所示，判断是否存在唤醒操作(S220)当存在唤醒操作且蓄电池处于正常状态时，唤醒车辆进入正常唤醒模式(S221)；当蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息(S230)；当蓄电池进入欠压状态时令进入欠压保护状态(S240)，在欠压保护状态下，车辆无法进入正常唤醒模式。

进一步的，在一实施例中，在步骤S230之后，针对蓄电池进入低压状态这一情况作对应操作，例如提前调整行车计划，避免蓄电池进一步进入欠压状态时影响行车计划。或者安排工作人员人工调整蓄电池，令蓄电池脱离低压状态进入正常状态，从而保证蓄电池可以正常供电输出、车辆可以正常被唤醒。

具体的，如图3所示，在一实施例中，方法还包括：当存在低压提醒信息时(步骤S330被执行)，唤醒车辆进入低压保护模式(S350)。

进一步的，在一实施例中，在步骤S350中，存在低压提醒信息时，由ATC直接输出唤醒命令，或人工上车去操作唤醒命令。

进一步的，在一实施例中，在步骤S350中，在低压保护模式中，为蓄电池充电，从而使得蓄电池脱离低压状态进入正常状态。

进一步的，在一实施例中，在低压保护模式中为蓄电池持续充电，考虑到在蓄电池充满电时仍然持续充电会造成安全隐患，因此在一实施例中，当蓄电池充满电时即停止充电。

进一步的，在一实施例中，为进一步降低蓄电池过充的可能，在低压保护模式中，为蓄电池充电，直到蓄电池进入并可以维持正常状态时停止充电。

具体的，为了达成蓄电池的充电目标，在一实施例中，在低压保护模式中，为蓄电池充电，充电操作持续预设时长后充电完成。该预设时长由蓄电池的具体情况决定。即，将蓄电池由低压状态到充满电所需的充电时长或者是由低压状态到进入并可以维持正常状态的充电时长设置为预设充电时长。

进一步的，考虑到蓄电池充电完成后(脱离低压模式后)，车辆即可以正常的被唤醒。因此，在一实施例中，在低压保护模式下，当蓄电池充电完成后，令车辆脱离低压保护模式，进入休眠模式。

进一步的，蓄电池充电完成后(脱离低压模式后)，车辆虽然可以正常的被唤醒。但是，考虑到蓄电池曾经进入过低压状态，为保护蓄电池，在一实施例中，在低压保护模式下，当蓄电池充电完成后，令车辆维持低压保护模式(维持唤醒状态)，等待外部操作指令。

进一步的，当低压保护模式被正确执行时，理论上，蓄电池不会进入欠压状态，也就是说，欠压保护操作不会被执行。但是，由于低压保护操作存在执行失误的可能性，为保护蓄电池，在本发明的实施例中，保留欠压保护操作。从而在低压保护操作失效或执行错误时令车辆进入欠压保护状态以保护蓄电池。

进一步的，基于本发明的分级监控方法，本发明还提出了一种采用了分级监控模式的控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的系统。如图4所示，在一实施例中，系统包括休眠供电回路410、唤醒电路420以及蓄电池监测电路430，其中：

休眠供电回路410配置为在车辆进入休眠模式时令车辆的蓄电池401为唤醒电路420以及蓄电池监测电路430供电；

蓄电池监测电路430配置为监测蓄电池401的状态，蓄电池401的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，；

蓄电池监测电路430还配置为当蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；

唤醒电路420配置为在车辆进入休眠模式时监测唤醒操作指令，当存在唤醒操作指令且蓄电池401处于正常状态时唤醒车辆进入正常唤醒模式，令蓄电池401为车辆的常规负载402供电；

唤醒电路420还配置为当蓄电池401进入欠压状态时令蓄电池401无法为常规负载402供电。

进一步的，在一实施例中，420还可以配置为，当430检测到低压状态时，由ATC系统或人工操作使得420工作。

进一步的，在一实施例中，系统还包括低压保护模块，其中：

休眠供电回路还配置为在车辆进入休眠模式时令车辆的蓄电池为低压保护模块供电；

低压保护模块配置为监测低压提醒信息，当存在低压提醒信息时，令唤醒电路唤醒车辆进入低压保护模式。

具体的，如图5所示，在一实施例中，休眠供电回路510还配置为在车辆进入休眠模式时令车辆的蓄电池501为低压保护模块540供电；

低压保护模块540配置为监测低压提醒信息，当存在低压提醒信息时，令唤醒电路520唤醒车辆进入低压保护模式。具体的，唤醒电路520唤醒常规负载中的蓄电池充电相关部件，为蓄电池501充电，从而令蓄电池501脱离低压状态进入正常状态。

具体的，在一实施例中，系统的蓄电池供电回路如图6所示，系统的蓄电池监测电路以及唤醒电路的部分结构如图7所示。当蓄电池电压下降到Ua时，此时欠压检测单元605尚未激活，欠压保护继电器还未失电，欠压保护开关603还未断开。但低压检测单元606被激活，低压保护继电器已经失电，其触点低压保护开关701动作并被车载ATC监视到。

车载ATC系统根据预设好的控制逻辑，控制其内部“ATC远程唤醒”继电器触点闭合，使得列车唤醒继电器702得电，唤醒开关602闭合并唤醒列车，使常规负载继电器604得电，其触电常规负载开关601闭合，列车常规负载工作。此时蓄电池充电机获得控制电，可以输出DC110V对蓄电池充电，使得蓄电池电压回升。

根据蓄电池容量和充电电流，ATC可预设充电时间t，当蓄电池电压恢复正常以后，车载ATC可以控制列车唤醒继电器失电使列车休眠，也可以等待其他命令。

在一实施例中，图6以及图7所示的实施例的运行流程如图8所示。在休眠状态下，列车的ACT系统通过低压保护继电器(低压检测单元606)对蓄电池电压进行持续监控(S800)，判断蓄电池电压是否低于Ua(S810)，如果未低于Ua，则返回步骤S800继续监控。

如果低于Ua，则低压保护继电器失电，其触点低压保护开关701动作，“ACT远程唤醒”触电闭合(S820)，列车唤醒继电器702得电(S830)，常规负载继电器604得电(S840)，其触点常规负载开关601闭合，列车常规负载工作。此时蓄电池充电机获得控制电，可以输出DC110V对蓄电池充电，使得蓄电池电压回升(S850)。

蓄电池电压抬升，经过实践t以后充满(S860)，“ACT远程唤醒”触电断开，常规负载继电器604失电，其触点常规负载开关601断开，列车休眠(S870)。

根据本发明的方法及系统，从根本上避免车载蓄电池深度馈电，有效提高蓄电池使用寿命；并且由于任何时候蓄电池电压不会降低到欠压保护系统动作，即确保了无人驾驶列车在任何时候都能够投入运用，有效提高了列车的使用率。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的方法，其特征在于，所述方法包括：

在休眠模式下监测蓄电池的状态，所述蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，其中：

所述低压状态为所述正常状态转变为所述欠压状态过程中的过渡状态；

当存在唤醒操作且所述蓄电池处于所述正常状态时，唤醒所述车辆进入正常唤醒模式；

当所述蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；

当所述蓄电池进入欠压状态时令进入欠压保护状态，在所述欠压保护状态下，所述车辆无法进入正常唤醒模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过监测所述蓄电池的电压判断所述蓄电池的状态，其中：

当所述蓄电池的电压大于第一阈值时所述蓄电池处于所述正常状态；

当所述蓄电池的电压小于等于第一阈值且大于第二阈值时所述蓄电池进入低压状态；

当所述蓄电池的电压小于等于第二阈值时所述蓄电池进入欠压状态。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当存在所述低压提醒信息时，唤醒所述车辆进入低压保护模式，令蓄电池脱离低压状态进入正常状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，直到所述蓄电池充满电时停止充电。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，直到所述蓄电池进入并可以维持所述正常状态时停止充电。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述低压保护模式中，为所述蓄电池充电，充电操作持续预设时长后充电完成。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述低压保护模式下，当所述蓄电池充电完成后，令所述车辆脱离所述低压保护模式，进入所述休眠模式。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述低压保护模式下，当所述蓄电池充电完成后，令所述车辆维持所述低压保护模式，等待外部操作指令。

9.一种控制无人驾驶轨道交通车辆蓄电池的系统，其特征在于，所述系统包括休眠供电回路、唤醒电路以及蓄电池监测电路，其中：

所述休眠供电回路配置为在车辆进入休眠模式时令所述车辆的蓄电池为所述唤醒电路以及所述蓄电池监测电路供电；

所述蓄电池监测电路配置为监测所述蓄电池的状态，所述蓄电池的状态包括正常状态、低压状态以及欠压状态，所述低压状态为所述正常状态转变为所述欠压状态过程中的过渡状态；

所述蓄电池监测电路还配置为当所述蓄电池进入低压状态时生成并输出低压提醒信息；

所述唤醒电路配置为在车辆进入休眠模式时监测唤醒操作指令，当存在所述唤醒操作指令且所述蓄电池处于所述正常状态时唤醒所述车辆进入正常唤醒模式，令所述蓄电池为所述车辆的常规负载供电；

所述唤醒电路还配置为当所述蓄电池进入所述欠压状态时令所述蓄电池无法为所述常规负载供电。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括低压保护模块，其中：

所述休眠供电回路还配置为在车辆进入休眠模式时令所述车辆的蓄电池为所述低压保护模块供电；

所述低压保护模块配置为监测所述低压提醒信息，当存在所述低压提醒信息时，令所述唤醒电路唤醒所述车辆进入低压保护模式，令蓄电池脱离低压状态进入正常状态。