CN110606107A - 基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法及装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法，包括轨道上内设计时器的计时应答器和车辆上内设计时器的车载设备。利用车载设备控制计时应答器进行计时以确定车辆时间间隔，利用计时应答器控制车载设备进行计时以确定应答时间间隔，依此计算出保证当前车辆行车安全所需要的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值，判断当时间间隔达到下限值时生成制动用的控制信号进行制动控制，使车辆随后到达前方计时应答器位置时确定的车辆时间间隔和应答时间间隔恢复且保持在依此计算出的各自下限值之上。提供一种计时应答器信息生成装置。使用本发明，当前车辆可以主动保持与同轨在先车辆运行时间间隔，降低车辆冒进风险及缓解冒进危害。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通运输应用领域，涉及轨道上车辆间防撞技术，尤其是主动防止轨道交通系统中运行车辆发生追尾事故，属于无线电技术及自动控制技术领域。
背景技术
在现代铁路运输系统中，除了铁路固定设备(线路、桥、隧)和移动设备(机车、车辆)以外，还需要铁路信号系统的支撑，共同构成铁路运输系统三个不可分割的技术基础，铁路信号系统的第一使命是保证行车安全，是铁路运输的神经中枢，在现代铁路运输系统中占有非常重要的地位，已经成为铁路现代化的重要标志之一，近年来随着“棱镜门”事件的持续发酵，网络空间已经成为陆、海、空和天之后各国博弈的另外一个空间，所涉及的网络空间安全也成为国家战略组成部分，涉及网络与信息安全的各个应用领域都在重新审视、关注和重视潜在的威胁及其应对方案。
我国高速铁路系统中列车运行主要依靠既有中国列车运行控制系统CTCS(Chinese Train Control System)防止车辆发生碰撞，CTCS共有5个等级，目前已实现了当今在线运行最先进列车自动防护(Automatic Train Protection，简称ATP)系统CTCS-3，最高等级CTCS-4是面向未来的发展规划，CTCS-3和CTCS-4都是由地面无线闭塞中心(RBC)和车载设备来完成列车占用检测及完整性检查的，列车行车安全与RBC发送的控车消息紧密相关，由于RBC的授权距离更长及与外部设备的信息交互方式更加复杂，因此从这些复杂的逻辑中准确地辨识出可能导致安全风险的原因也更加困难，虽然已采取优选的对策及实施多种技术措施，但车辆超速和车辆冒进依然是关注焦点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是为了解决在既有列车运行控制系统中存在车辆冒进风险的问题，提供一种基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法及装置，可以有效地降低车辆冒进风险及缓解车辆冒进危害，提高行车安全性。
(二)技术方案
为了实现上述目的，一方面本发明提供一种基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法，系统设有安装在车辆上的车载设备和安装在轨道线路上的计时应答器序列，车辆沿轨道线路行驶其车载设备向空间发射询问信号，其中，所述车载设备为安装于车辆上内部设有计时器并用于控制车辆的设备，所述计时应答器为内部设有计时器的应答器并用于向车载设备提供在先一个询问与当前询问先后到达时间间隔信息的装置；当前车辆沿轨道线路正向追踪同轨在先车辆运行，车辆依次先后到达后方最近计时应答器位置和当前计时应答器位置，在先车辆和当前车辆依次先后到达当前计时应答器位置，其中，所述当前车辆为同轨追踪运行的车辆，所述在先车辆为当前车辆正向追踪运行同轨道前方最近车辆，所述当前计时应答器为当前车辆车载设备正在行驶到达的计时应答器，所述后方最近计时应答器为在先车辆和当前车辆在行驶到达当前计时应答器位置之前所到达过的所有计时应答器中的最后一个计时应答器；利用在先车辆上车载设备内设天线和当前车辆上车载设备内设天线发射的询问信号控制设置于轨道上的计时应答器进行累计时间及生成车辆时间间隔，利用后方最近计时应答器内设天线和当前计时应答器内设天线发射的应答信号控制车辆上车载设备进行累计时间及生成应答时间间隔；依据车辆时间间隔和应答时间间隔计算出保证当前车辆行车安全所需要的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值，判断当车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值或者应答时间间隔达到应答时间间隔下限值或者两者同时达到各自下限值时生成制动用的控制信号进行制动控制，使车辆随后到达前方计时应答器位置时确定的车辆时间间隔和确定的应答时间间隔恢复且保持在依此计算出的各自下限值之上，本发明方法包括步骤：
步骤A：确定当前车辆与在先车辆的车辆时间间隔和当前车辆的应答时间间隔。
其中，所述步骤A包括子步骤A1，确定车辆时间间隔：轨道上计时应答器内设计时器累计由在先车辆先期到达该计时应答器位置时为起点至当前车辆后期到达该计时应答器位置时为终点的时间间隔。
优选的，所述在先车辆先期到达该计时应答器位置，采用在先车辆询问信号幅度与该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位与该计时应答器预设相位阈值大小比较的判断，当在先车辆询问信号幅度达到该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到该计时应答器预设相位阈值时，判定为在先车辆到达该计时应答器位置；所述当前车辆后期到达该计时应答器位置，采用当前车辆询问信号幅度与该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位与该计时应答器预设相位阈值大小比较的判断，在当前车辆询问信号幅度达到该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到该计时应答器预设相位阈值时，判定为当前车辆到达该计时应答器位置。
优选的，计时应答器当在先车辆询问信号幅度达到该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到该计时应答器预设相位阈值时控制内设计时器开始累计时间，在当前车辆询问信号幅度达到该计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到该计时应答器预设相位阈值时控制内设计时器停止累计时间，并将该累计时间获取的时间间隔作为所述由在先车辆先期到达该计时应答器位置时为起点至当前车辆后期到达该计时应答器位置时为终点的时间间隔。
所述步骤A包括子步骤A2，确定应答时间间隔：当前车辆上车载设备内设计时器累计由当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置时为起点至后期到达当前计时应答器位置时为终点的时间间隔。
优选的，所述当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置，采用后方最近计时应答器应答信号幅度与当前车辆车载设备预设幅度阈值大小比较的判断，当后方最近计时应答器应答信号幅度达到当前车辆车载设备预设幅度阈值时，判定为当前车辆到达后方最近计时应答器位置；所述当前车辆后期到达当前计时应答器位置，采用当前计时应答器应答信号幅度与当前车辆车载设备预设幅度阈值大小比较的判断，在当前计时应答器应答信号幅度达到当前车辆车载设备预设幅度阈值时，判定为当前车辆到达当前计时应答器位置。
优选的，当前车辆车载设备在后方最近计时应答器应答信号幅度达到当前车辆车载设备预设幅度阈值时控制内设计时器开始累计时间，在当前计时应答器应答信号幅度达到当前车辆车载设备预设幅度阈值时控制内设计时器停止累计时间，并将该累计时间获取的时间间隔作为所述由当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置时为起点至后期到达当前计时应答器位置时为终点的时间间隔。
步骤B，依据确定的车辆时间间隔和应答时间间隔计算出当前车辆保证行车安全所需要的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
可选的，包括步骤：a.计算出在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔；b.计算出在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔变化率；c.根据确定出的车辆时间间隔和应答时间间隔及计算出的在先车辆应答时间间隔和在先车辆应答时间间隔变化率读取预先编制及存储的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
可选的，所述预先编制的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值，可以为预先采用仿真技术对型号车辆在既有线路中的运行状态进行模拟，编制车辆在各种状态下的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值数据，并存储在车载设备的数据库中。
步骤C，判断当车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值或者应答时间间隔达到应答时间间隔下限值或者两者同时达到各自下限值时，生成制动用的控制信号进行制动控制，使当前车辆随后到达前方计时应答器位置时确定的车辆时间间隔和应答时间间隔恢复且保持在依此计算出的各自下限值之上。
优选的，判断车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值和应答时间间隔达到应答时间间隔下限值采用数值大小比较的判断，当车辆时间间隔小于或等于车辆时间间隔下限值时判定为车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值，当应答时间间隔小于或等于应答时间间隔下限值时判定为应答时间间隔达到应答时间间隔下限值。
优选的，所述制动用的控制信号为适用于具体型号车辆制动装置的控制信号。
为了实现上述目的，另一方面，本发明还同时提供一种计时应答器信息生成装置，所述计时应答器在内部设有计时器，计时器用于累计时间以生成由在先一个询问至当前询问先后到达计时应答器之间的时间间隔信息。计时应答器为应用于轨道交通车辆防撞的信息生成装置，计时应答器沿轨道线路按序列设置，当前车辆沿轨道线路正向追踪同轨在先车辆运行，所述当前车辆为同轨追踪运行的车辆，所述在先车辆为当前车辆正向追踪运行同轨道前方最近车辆，在先车辆和当前车辆先后依次行驶到达计时应答器位置；车辆在运行中向空间发射询问信号，对轨道上任意一个计时应答器，在先车辆的询问为当前车辆询问的在先一个询问，在先一个询问的信号和当前询问的信号先后依次逐步靠近计时应答器，计时应答器利用接收到的询问信号采用测量其幅度与计时应答器预设幅度阈值和/或其相位与计时应答器预设相位阈值大小比较的判断，当测量到询问信号幅度达到计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到计时应答器预设相位阈值时判定为该询问到达计时应答器，计时应答器先后依次判定出在先一个询问为到达计时应答器和当前询问为到达计时应答器，计时应答器在判定出在先一个询问为到达计时应答器时控制内设计时器开始计时，及在判定出当前询问为到达计时应答器时控制内设计时器停止计时，以计时器累计时间的方式生成由在先一个询问至当前询问先后依次到达计时应答器之间的时间间隔信息；计时应答器将时间间隔信息调制到应答信号上并以应答通信的方式将时间间隔信息传递给当前车辆。
优选的，计时应答器还包括天线模块、接收模块、检测模块、调制模块、发射模块、控制模块和电源模块，其中，天线模块用于变换询问信号电磁波和应答信号电磁波，接收模块用于增强询问信号强度，检测模块用于测量询问信号及判断询问是否到达计时应答器，当判定为询问到达计时应答器时生成应答启动信号，存储模块用于存储应答数据，调制模块用于信号调制及生成包含时间间隔数据和应答数据的应答信号，发射模块用于发射包含时间间隔数据和应答数据的应答信号，控制模块用于在应答启动信号控制下对计时器、调制模块和存储模块进行顺序控制，电源模块用于提供计时器、接收模块、检测模块、存储模块、调制模块、发射模块和控制模块所需电能。
可选的，计时应答器内设控制模块按以下之一顺序进行控制：d.按顺序：计时器停止计时和/或暂停计时，调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器复零，计时器开始计时；e.按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，计时器复零，计时器开始计时，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上；f.按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，计时器复零，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器开始计时；g.按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器复零，计时器开始计时。
可选的，所述询问包括以下之一或其组合：控制计时器进行计时操作的信号、控制存储模块进行数据读取操作的信号、控制调制模块进行信号调制操作的信号、控制控制模块进行顺序控制操作的信号。
(三)有益效果
本发明为独立且完整的轨道车辆防撞机车主体化信号系统，与既有CTCS-2级和CTCS-3级列车控制系统友好兼容，利用本发明，车辆可以自主控制自身速度以保持时间间隔运行，有效降低车辆冒进风险及缓解冒进危害。
附图说明
图1为本发明较佳实施例1设施布置示意图；
图2为本发明防撞方法流程图；
图3为本发明信息生成场景图；
图4为本发明系统结构示意图；
图5为本发明较佳实施例1流程图；
图6为本发明计时应答器原理框图；
图7为本发明计时应答器流程图；
图8为本发明较佳实施例2设施布置示意图；
图9为本发明较佳实施例5设施布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明较佳实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了采用保持运行车辆间时间间隔的方法来防止车辆发生碰撞的概念，以计时应答器生成车辆时间间隔信息方法使轨道上留存同轨在先车辆行车关联信息，当前车辆以获取轨道上计时应答器留存信息方法感知在先车辆行车状态，及利用车辆的速度惯性规律来确定当前车辆轨道前方在时间间隔内是否有车辆，以控制自身车辆速度方法达到保持车辆间运行时间间隔的目的，从而有效地控制车辆冒进风险及其危害。
图1所示为本发明较佳实施例1设施布置示意图，可见，车载设备随着车辆行驶依次到达后方第二计时应答器位置、后方最近计时应答器位置、当前计时应答器位置、前方最近计时应答器位置。
图2所示为本发明基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法流程图，下面以相邻的同轨追踪运行的在先车辆和当前车辆为例，并参见图3示出的信息生成场景，对本发明防撞方法进行详细说明，包括以下步骤：
步骤11：确定当前车辆与在先车辆的车辆时间间隔和当前车辆的应答时间间隔，其中，确定车辆时间间隔为轨道上计时应答器内设计时器累计由在先车辆先期到达该计时应答器位置时为起点至当前车辆后期到达该计时应答器位置时为终点的时间间隔，确定应答时间间隔为当前车辆上车载设备内设计时器累计由当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置时为起点至后期到达当前计时应答器位置时为终点的时间间隔。
上述步骤为电控自动过程，计时应答器确定车辆时间间隔过程为计时应答器内设计时器累计时间的过程，该累计时间过程为在在先车辆和当前车辆控制下的过程，车载设备确定应答时间间隔的过程为车载设备内设计时器累计时间的过程，该累计时间过程为在后方最近应答器和当前应答器控制下的过程；在计时应答器累计时间过程中，计时应答器采用测量源自车载设备询问信号的幅度达到计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到预设相位阈值的时间点作为在先车辆和/或当前车辆到达该计时应答器位置的时间点，以在先车辆先期到达计时应答器位置的时间点作为累计时间的起点，以当前车辆后期到达计时应答器位置的时间点作为累计时间的终点，将由该起点至该终点的时间间隔作为当前车辆与在先车辆在该计时应答器位置的车辆时间间隔；在车载设备累计时间过程中，车载设备采用测量源自计时应答器应答信号的幅度达到车载设备预设幅度阈值的时间点作为车辆到达该计时应答器位置的时间点，以当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置的时间点作为累计时间的起点，以当前车辆后期到达当前计时应答器位置的时间点作为累计时间的终点，将由该起点至该终点的时间间隔作为当前车辆在该计时应答器位置的应答时间间隔。
步骤12：依据确定的车辆时间间隔和确定的应答时间间隔计算出当前车辆保证行车安全所需要的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值，可选地，计算车辆时间间隔下限值的具体过程为：B1、计算出在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔Ttr：Ttr＝Tvr+Tvvb-Tvv，其中，Tvr为当前车辆在当前计时应答器位置的应答时间间隔，Tvvb为当前车辆先期在后方最近计时应答器位置的车辆时间间隔，Tvv为当前车辆在当前计时应答器位置的车辆时间间隔；B2、计算出在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔变化率ΔTtr：ΔTtr＝(Ttrb-Ttr)/Ttrb，其中，Ttrb为按照步骤B1方法计算出的在先车辆先期在后方最近计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔，Ttr为按步骤B1方法计算出的在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔；B3、根据确定的车辆时间间隔Tvv和应答时间间隔Tvr及计算出的在先车辆应答时间间隔Ttr和在先车辆应答时间间隔变化率ΔTtr读取所存储的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
图3所示为本发明信息生成场景图，结合图3的图示内容可以清楚理解步骤12用的Tvr、Tvv、Tvvb、Ttr、Ttrb相互之间的关系，还可以理解，步骤12用的Tvr、Tvv、Tvvb、Ttr、Ttrb全部信息均为当前车辆车载设备到达当前计时应答器位置下和/或在此到达之前已经获取和/或经计算得到了的信息。
所述计算出车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值可以预先采用仿真技术对型号车辆在既有线路中的运行状态进行模拟，编制车辆在各种状态下的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值数据，并存储在车载设备的数据库中，这样在车辆上运行本发明所述方法时，当遇到与仿真同样的情况时，例如达到某个车辆时间间隔Tvv、应答时间间隔Tvr、某个应答时间间隔Ttr和应答时间间隔变化量ΔTtr情况时，则可以调用所存储的该情况对应的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
所述步骤12中采用仿真技术编制车辆时间间隔下限值Tvlv和应答时间间隔下限值Trlv，在计算中采用下述函数：Tvlv＝f(Tv，Tr，Tc，Lv，Lt，Lr，Lp)，Trlv＝f(Tv，Tr，Te，Lv，Lt，Lr，Lp)，其中，Tv为当前车辆与在先车辆的车辆时间问隔，Tr为当前车辆的应答时间间隔，Te为当前车辆的制动空走时间，Lv为当前车辆由车头端至车载设备安装位置的距离长度，Lt为在先车辆由车载设备安装位置至车尾端的距离长度，Lr为由后方最近计时应答器位置至当前计时应答器位置的轨道线路长度，Lp为预设的当前车辆与在先车辆的安全防护距离。
在我国客运专线运行情况下，车辆头部和车辆尾部已经设有相同的车载设备，在不改变本发明方法实施的情况下，还可以利用尾部车载设备发射与头部车载设备相同的询问信号以在车辆行驶经过计时应答器位置时重复控制轨道上计时应答器进行累计时间，达到减小车辆时间间隔下限值计算中Lt等效数值的目的，有利于提高本发明方法有效性。可选的，按照上述我国客运专线运行情况，在时间间隔下限值实施的计算中，可以将目标车辆由车载设备安装位置至车尾端的距离长度Lt取值为2米，将当前车辆由车头端至车载设备安装位置的距离长度Lv取值为2米，将Lr取值为20米，将安全停车防护距离Lp取值为20米，依据车辆情况及轨道条件将当前车辆制动空走时间Te取值为1.3秒。
步骤13：判断当确定的车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值或者确定的应答时间间隔达到应答时间间隔下限值及两者同时达到其各自下限值时，生成制动用的控制信号进行制动控制，使随后到达前方计时应答器位置时确定的车辆时间间隔和应答时间间隔恢复且保持在依此计算出的各自下限值之上；其中，利用当前车辆确定的车辆时间间隔与当前读取的车辆时间间隔下限值进行数值比较，判断是否小于或者等于车辆时间间隔下限值，若是，则为达到，若否，则为未达到；利用当前车辆确定的应答时间间隔与当前读取的应答时间间隔下限值进行数值比较，判断是否小于或者等于应答时间间隔下限值，若是，则为达到，若否，则为未达到；判断当两者之一达到或者两者同时达到为达到；所述车载设备生成制动用的控制信号是适用于具体型号车辆制动装置的控制信号，可以随车辆制动装置制型号不同或者车辆制动率不同而不同；通过自身车辆制动降低速度使随后确定的车辆时间间隔和应答时间间隔向数值增加的方向变化，通过控制制动系数和制动时间使当前车辆运行置于编制的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值之上。
优选的，所有车辆可以保证在每次到达计时应答器位置时能够控制计时应答器进行累计时间，计时应答器内设电源模块可以保证其内设的计时模块每次由开始至停止的累计时间过程为完整的连续过程；所有计时应答器可以保证每次应答通信能够控制车载设备进行累计时间，车载设备内设电源模块可以保证其内设的计时模块每次由开始至停止的累计时间过程为完整的连续过程。
通过对上述内容的理解可以看出，使用本发明，当前车辆可以自主监控在先车辆的运行状态。当在先车辆采用最大制动系数的连续一次紧急制动直至停车的极端情况时，当前车辆可以在在先车辆采取制动控制的相同轨道区间监控及实施自身车辆制动的控制，由于当前车辆使用本发明的实际可用制动距离受到Te、Lv、Lt、Lr和Lp的制约，虽不能达到防止车辆发生追尾事故的目的，但可以大幅度地缓解追尾速度和碰撞动能达到缓解碰撞危害效果。还可以看出，在在先车辆采用最大制动系数的连续一次紧急制动直至停车的极端情况下，若设定有限制条件的制动规则，例如，设定本发明实际可用的最大制动系数略大于人工可操控的连续一次紧急制动停车最大可用制动系数，并利用车载电子设备自动控制及执行该规则，那么，使用本发明，可以实现有限数量车辆的防追尾。
图4所示为本发明系统结构示意图，可见：1、本发明基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法为仅限于以轨道上计时应答器401和车辆上车载设备402构成的系统，不存在计时应答器401和车载设备402以外的其它设备和/或源自外部的基准信号和/或基准信息；2、计时应答器401与车载设备402仅限于相互之间建立的信号连接，不存在车辆与车辆相互之间的信号连接和/或车辆与地面设备相互之间的网络连接；3、仅限于步骤11中A1步骤为以计时应答器401主体实施的步骤，其它的全部步骤均为以当前车辆车载设备主体实施的步骤，本发明为以车载设备为主体的主体化机车信号系统；4、在距离范围内计时应答器间冗余备份。
图5所示为本发明较佳实施例1流程图，包括：
步骤501：车辆沿轨道线路行驶其车载设备向空间发射询问信号。
运行于轨道上的所有车辆设有相同的车载设备及发射相同的询问信号。
步骤502：车载设备随着车辆行驶到达计时应答器位置，计时应答器判定出该车载设备到达计时应答器位置。
计时应答器通过测量车载设备发射询问信号幅度和/或相位的变化判断车载设备是否到达计时应答器位置，当测量到询问信号幅度达到计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到预设相位阈值时判定为该车载设备到达计时应答器位置，并且将该车载设备到达计时应答器位置作为该车辆到达计时应答器位置。
步骤503：计时应答器在判定出该车载设备到达计时应答器位置时控制内设计时器以累计时间的方式确定出车辆时间间隔Tvv。
所述判定出该车载设备到达计时应答器位置包括采取信号选频滤波、信号放大、频率转换等手段达到询问信号的增强，及采取幅度比较和/或相位比较的方式实施询问信号是否达到预设阈值的判断；所述计时器以累计时间的方式确定出车辆时间间隔Tvv为以判定到在先车辆车载设备到达计时应答器时间点计时器开始计时和以当前车辆车载设备到达计时应答器时间点计时器停止计时的累计时间过程。
步骤504：计时应答器控制内设发射模块向车载设备发送应答信号将确定出的车辆时间间隔Tvv信息传递至车载设备。
所述将确定出的车辆时间间隔Tvv信息传递至车载设备为采用信号调制技术将车辆时间间隔Tvv调制到应答信号载波上，用计时应答器内设发射模块将包含车辆时间间隔Tvv信息在内的应答信号发射至空间，经空间无线电传播后，车载设备接收到应答信号，经解调后获取到车辆时间间隔Tvv信息的过程。
需要说明的是，控制内设发射模块向车载设备发送应答信号可以采取控制计时器停止计时、控制调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上、控制计时器复零、控制计时器开始计时的顺序控制步骤，通常，调制模块还可以具有数据锁存的接口，在这种情况下，也可以利用调制模块具有的锁存功能采取控制调制模块锁存下计时器的时间间隔数据、控制计时器复零、控制计时器开始计时、控制调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上的顺序控制步骤，还可以利用调制模块具有的锁存功能采取控制调制模块锁存下计时器的时间间隔数据、控制计时器复零、控制调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上、控制计时器开始计时的顺序控制步骤，还可以利用调制模块具有的锁存功能采取控制调制模块锁存下计时器的时间间隔数据、控制调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上、控制计时器复零、控制计时器开始计时的顺序控制步骤，上述不同顺序的控制都可以获得等同的技术效果。
步骤505：车载设备利用应答信号控制内设计时模块以累计时间的方式确定出应答时间间隔Tvr。
所述利用应答信号控制内设计时模块包括采取信号选频滤波、信号放大、频率转换等手段达到应答信号的增强，及采取幅度比较的方式实施询问信号是否达到预设阈值的判断，当判定到后方最近计时应答器应答信号达到预设阈值时控制车载设备内设计时器开始计时，及当判定到当前计时应答器应答信号达到预设阈值时控制该计时器停止计时，将计时器累计时间得到的时间间隔作为应答时间间隔Tvr。
步骤506：车载设备利用既有的车辆间隔数据和应答时间间隔数据计算出在先车辆先期在该相同位置下的应答时间间隔Ttr及其变化率ΔTtr采用下述公式：Ttr＝Tvr+Tvvb-Tvv，ΔTtr＝(Ttrb-Ttr)/Ttr，其中，Tvr为当前车辆在当前计时应答器位置的应答时间间隔，Tvvb为当前车辆先期在后方最近计时应答器位置的车辆时间间隔，Tvv为当前车辆在当前计时应答器位置的车辆时间间隔；Ttr为在先车辆先期在当前计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔，Ttrb为在先车辆先期在后方最近计时应答器位置的在先车辆应答时间间隔，Tvr为当前车辆在当前计时应答器位置的应答时间间隔。车载设备依据确定的车辆时间间隔Tvv和应答时间间隔Tvr及计算出的在先车辆应答时间间隔Ttr和在先车辆应答时间间隔变化率ΔTtr读取预先编制并存储的对应于不同Tvv、Tvr、Ttr、ΔTtr数值情况的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
步骤507：判断Tvv≤Tvlv或者Tvr≤Trlv。
所述判断为采用车辆时间间隔Tvv与车辆时间间隔下限值Tvlv及应答时间间隔Tvr与应答时间间隔下限值Trlv数值大小比较的判断，当满足Tvv≤Tvlv或者满足Tvr≤Trlv或者同时满足Tvv≤Tvlv和Tvr≤Trlv条件时，判定为是，否则判定为否。
步骤508：车载设备生成制动用的控制信号进行制动控制。
所述车载设备生成制动用的控制信号，为以信号生成装置产生适用于具体型号车辆制动装置的控制信号，可以因车辆制动装置型号不同或者因车辆制动装置不同而不同，控制信号可以为电压源的形式，也可以为电流源的形式，为结合具体型号车辆运动性能及制动装置制动性能预先编制的具备特定样式的信号。
图6为本发明一种计时应答器原理框图，由图中可见，计时应答器为基于常规应答器增加了计时器的应答器，计时器用于生成由在先一个询问到达时间至当前询问到达时间的时间间隔。询问信号经天线模块转换和接收模块选频放大后送至检测模块，当检测模块测量到询问到达计时应答器时生成应答启动信号送至控制模块，控制模块实施按时间顺序的控制以发射包含时间间隔信息在内的应答信号，其中，存储模块存储的应答数据为常规应答器常规采取的应答方式之一，例如提供轨道线路数据、限速信息等，控制模块可以提供及改变存储模块的数据地址，再提供读取数据的时钟信号将存储模块内存储的数据逐一读出，另外，调制模块读取存储模块数据的操作和调制模块进行信号调制的控制采取常规调制的方式之一，例如采用FSK、MSK、GMSK、QFDM等调制之一，图中仅示出了以控制模块按计时器停止计时、调制模块调制包含时间间隔信息的应答信号、计时器复零、计时器开始计时的顺序进行控制的情形，其它的情形可以依此推断得出，在此不再赘述。
图6所示是为了使本领域技术人员便于理解本发明，图中仅示出了一种以控制模块顺序控制的方式，可以理解，还可以采用各种变化和变型的方式达到发射包含计时器时间间隔数据应答信号的同等技术效果。本领域技术人员同样可以理解，所述询问可以包括以下之一或其组合：控制计时器进行计时操作的信号、控制存储模块进行数据读取操作的信号、控制调制模块进行调制操作的信号、控制发射模块进行发射操作的信号、控制控制模块进行控制操作的信号，采用上述其中之一或其组合变化和变型的方式同样也可以达到发射包含计时器时间间隔数据应答信号的同等技术效果。
图7所示为本发明一种计时应答器的工作流程图，下面结合轨道车辆在行驶中其车载设备到达轨道上一个计时应答器所处位置的具体场景，对计时应答器的工作过程进行详细的描述，包括：
步骤701：车辆沿轨道线路行驶其车载设备向空间发射询问信号。
优选的，运行于轨道上的所有车辆都载有相同的车载设备及发射相同的询问信号以利于计时应答器进行询问信号接收和询问到达判断。
步骤702：一个车载设备随着车辆行驶到达计时应答器位置，接收模块接收询问信号的幅度和相位发生变化，检测模块测量到询问信号达到预设阈值及判定出询问到达。
所述车载设备随着车辆行驶到达计时应答器位置，采用下述判定过程，当车载设备随着车辆行驶逐渐靠近计时应答器位置时，计时应答器内设接收模块所接收到的询问信号的强度和/或相位不断发生变化，经接收模块选频放大和/或变频选频放大增强后送至测量询问信号的检测模块，检测模块对强度和/或相位不断变化的询问信号进行测量，当测量到询问信号的幅度达到计时应答器预设幅度阈值和/或相位达到预设相位阈值时为检测模块判定出该询问到达。
步骤703：控制模块控制计时器停止计时，控制调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，控制模块控制发射模块发射包含计时器的时间间隔数据在内的应答信号。
所述将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，既可以采用载波信号调频的方式也可以采用载波信号调相的方式，也可以采用载波信号调频与调相组合的方式，还可以增加用于数据通信纠错的校验码。
所述发射包含计时器的时间间隔数据在内的应答信号，既可以采用以控制模块控制发射模块进行发射应答信号，也可以采用以调制生成的应答信号自身控制发射模块进行发射应答信号，图6所示计时应答器采用应答信号控制发射模块进行发射。
步骤704：控制模块控制计时器复零，控制模块控制计时器开始计时。
该计时器开始计时为用于下一个询问到达下的在先一个询问到达时开始的计时。。
步骤705：计时应答器等待下一个车载设备的行驶到达。
在所述等待下一个车载设备的行驶到达的过程中，计时器一直保持持续累计时间的计时状态，直到下一个车载设备到达计时应答器位置时，按步骤702、703、704获取该累计时间的时间间隔数据及发射包含该时间间隔数据在内的应答信号。
需要说明的是，虽然上述实施例是以监控相邻两列车辆之间的时间间隔以对车辆进行制动控制防碰撞为例进行说明的，不难理解，本方法也可以用来监控自身车辆保证正常行驶，即控制车辆运行保持不低于设定的某个应答时间间隔阈值。例如，车辆在运行时，车载设备自主监控自身车辆的应答时间间隔，并与设定的应答时间间隔阈值作比较，生成控制信号输出并控制车辆的牵引与制动使车辆运行速度限制在需要范围之内。
本发明提供的轨道车辆防撞方法可以用于实施例2：磁悬浮轨道车辆防撞，通过特别设计车辆，在磁悬浮轨道车辆的车头和车尾分别设置向外延伸的碰撞缓解装置及在该装置末端处设置相同的询问信号发射装置以减小Lv和Lt的制约，在磁悬浮轨道车辆上设置快速响应制动器以减小Te制约，设置适宜的Lr，使用本发明可以防止追尾事故或者高速追尾事故。
图8所示为本发明较佳实施例2设施布置示意图，可见，通过特别设计车辆，在车辆尾部设有与车辆头部相同的询问信号发射装置，利于缓解Lv和Lt对车辆防撞效果的制约。
本发明提供的轨道车辆防撞方法可以用于实施例3：城市地铁轨道车辆防撞，通过特别设计车辆，在城市地铁轨道车辆车头端和车尾端分别设置碰撞缓解装置及在该装置末端处设置相同的询问信号发射装置以减小Lv和Lt的制约，在城市地铁轨道车辆上设置快速响应制动器用于减小Te制约，设置适宜的Lr，使用本发明可以防止追尾事故或者高速追尾事故。
本发明提供的轨道车辆防撞方法可以用于实施例4：城市空中轨道车辆防撞，通过特别设计车辆，在城市空中轨道车辆车头端和车尾端分别设置碰撞缓解装置及在该装置末端处设置相同的询问信号发射装置以减小Lv和Lt的制约，在城市空中轨道车辆上设置快速响应制动器用于减小Te制约，设置适宜的Lr，使用本发明可以防止追尾事故或者高速追尾事故。
本发明提供的轨道车辆防撞方法可以用于实施例5：高速真空管道运输轨道车辆防撞，通过特别设计车辆，在高速真空管道轨道车辆的车头端和车尾端分别设置向外延伸的碰撞缓解装置及在该装置末端处设置相同的询问信号发射装置以减小Lv和Lt的制约，在高速真空管道轨道车辆上设置快速响应制动器用于减小Te制约，设置适宜的Lr，使用本发明可以防止追尾事故或者高速追尾事故。
图9所示为本发明较佳实施例5设施布置示意图，可见，通过特别设计车辆，在车辆尾部设有与车辆头部相同的询问信号发射装置，利于缓解Lv和Lt对车辆防撞效果的制约。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例中的全部或部分步骤是可以通过程序指令和/或相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一个计算机可读取存储介质中，该程序在执行过程时，包括上述实施例的各个步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘等。因此，与本发明方法相对应的，本发明还同时包括一种计时应答器，该计时应答器通常用与本发明方法各步骤相对应的功能模块的形式表示，但本领域技术人员应当理解，该模块化的表示并非是本发明的系统所唯一采用的方式，其实质上也应与具体的软件和/或硬件(计算机设备、微处理器或各类可编程逻辑器件)系统相对应。
与现有列车控制系统及控制技术相比，本发明提出的轨道车辆防撞方法不但能保证危害事件成因和后果控制的有效性，仅仅利用单一近距离询问/应答无线电通信方式实现本发明全部信息的传输，不存在网络通信及其安全性问题，除了确定车辆时间间隔以外的全部操作步骤均设于当前车辆自身车载设备之内，实现无需任何外部基准信息和/或外部信息支持及全部信息自主生成的以自身车辆信号作为主体信号的车辆速度自主控制信号系统，达到车辆防高速碰撞功能的完整和无外部信息支持运行的独立，而且采用本发明车辆防撞方法对运行车辆间的时间间隔进行控制的思路清晰，车辆可以直接自动地针对同轨在先车辆进行控制，有利于措施设置的有效性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的技术范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种基于时间间隔保持的轨道车辆防撞方法，其特征是：基于轨道上内设计时器计时应答器和车辆上内设计时器车载设备的主动式轨道交通车辆防撞系统，包括步骤：
A、确定当前车辆与在先车辆的车辆时间间隔和当前车辆的应答时间间隔，包括步骤：
A1、确定车辆时间间隔：轨道上计时应答器内设计时器累计由在先车辆先期到达该计时应答器位置时为起点至当前车辆后期到达该计时应答器位置时为终点的时间间隔；
A2、确定应答时间间隔：当前车辆上车载设备内设计时器累计由当前车辆先期到达后方最近计时应答器位置时为起点至后期到达当前计时应答器位置时为终点的时间间隔；
B、依据确定的车辆时间间隔和应答时间间隔计算出当前车辆保证行车安全所需要的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值；
C、判断当车辆时间间隔达到车辆时间间隔下限值或者应答时间间隔达到应答时间间隔下限值或者两者同时达到各自下限值时，生成制动用的控制信号进行制动控制，使当前车辆随后到达前方计时应答器位置时确定的车辆时间间隔和应答时间间隔恢复且保持在以此计算出的各自下限值之上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述当前车辆为同轨追踪运行的车辆；
所述在先车辆为当前车辆正向追踪运行同轨道前方最近车辆；
所述计时应答器为内部设有计时器的应答器，并沿轨道线路按序列设置；
所述车载设备为安装于车辆上内部设有计时器并用于控制车辆的设备；
所述当前计时应答器为当前车辆车载设备正在行驶到达的计时应答器；
所述后方最近计时应答器为在先车辆和当前车辆在行驶到达当前计时应答器位置之前所到达过的所有计时应答器中的最后一个计时应答器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述确定车辆时间间隔和应答时间间隔，包括：
步骤A1中，计时应答器累计时间为在在先车辆和当前车辆控制下的过程；
步骤A2中，车载设备累计时间为在后方最近计时应答器和当前计时应答器控制下的过程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述计算车辆时间间隔下限值Tvlv和应答时间间隔下限值Trlv，为：
Tvlv＝f(Tv，Tr，Tc，Lv，Lt，Lr，Lp)，Trlv＝f(Tv，Tr，Te，Lv，Lt，Lr，Lp)，其中，Tv为当前车辆与在先车辆的车辆时间间隔，Tr为当前车辆的应答时间间隔，Te为当前车辆的制动空走时间，Lv为当前车辆由车头端至车载设备安装位置的距离长度，Lt为在先车辆由车载设备安装位置至车尾端的距离长度，Lr为由后方最近计时应答器位置至当前计时应答器位置的轨道线路长度，Lp为预设的当前车辆与在先车辆安全防护距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述计算车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值采用预设的下限值，包括：
预先存储所编制的不同车辆时间间隔和不同应答时间间隔下的不同车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值；
根据确定的车辆时间间隔和应答时间间隔读取所存储的车辆时间间隔下限值和应答时间间隔下限值。
6.一种计时应答器，其特征在于，所述计时应答器在内部设有计时器，包括：
计时器，用于累计时间以生成由在先一个询问至当前询问先后到达计时应答器之间的时间间隔信息。
7.根据权利要求6所述的计时应答器，其特征在于，所述计时应答器为应用于轨道交通车辆防撞的信息生成装置，包括：
所述计时应答器沿轨道线路按序列设置，当前车辆沿轨道线路正向追踪同轨在先车辆运行，所述当前车辆为同轨追踪运行的车辆，所述在先车辆为当前车辆正向追踪运行同轨道前方最近车辆，在先车辆和当前车辆先后依次行驶到达计时应答器位置；
车辆在运行中向空间发射询问信号，对轨道上任意一个计时应答器，在先车辆的询问为当前车辆询问的在先一个询问，在先一个询问的信号和当前询问的信号先后依次逐步靠近计时应答器，计时应答器利用接收到的询问信号采用测量其幅度与计时应答器预设幅度阈值和/或其相位与计时应答器预设相位阈值大小比较的判断，当测量到询问信号幅度达到计时应答器预设幅度阈值和/或询问信号相位达到计时应答器预设相位阈值时判定为该询问到达计时应答器，计时应答器先后依次判定出在先一个询问为到达计时应答器和当前询问为到达计时应答器，计时应答器在判定出在先一个询问为到达计时应答器时控制内设计时器开始计时，及在判定出当前询问为到达计时应答器时控制内设计时器停止计时，以计时器累计时间的方式生成由在先一个询问至当前询问先后依次到达计时应答器之间的时间间隔信息；
计时应答器将时间间隔信息调制到应答信号上并以应答通信的方式将时间间隔信息传递给当前车辆。
8.根据权利要求6所述的计时应答器，其特征在于，还包括：
天线模块，用于变换询问信号电磁波和应答信号电磁波；
接收模块，用于增强询问信号强度；
检测模块，用于测量询问信号及判断询问是否到达计时应答器，当判定为询问到达计时应答器时生成应答启动信号；
存储模块，用于存储应答数据；
调制模块，用于信号调制及生成包含时间间隔数据和应答数据的应答信号；
发射模块，用于发射包含时间间隔数据和应答数据的应答信号；
控制模块，用于在应答启动信号控制下对计时器、调制模块和存储模块进行顺序控制；
电源模块，用于提供计时器、接收模块、检测模块、存储模块、调制模块、发射模块和控制模块所需电能。
9.根据权利要求6-8所述的计时应答器，其特征在于，所述控制模块按以下之一顺序进行控制：
按顺序：计时器停止计时和/或暂停计时，调制模块将计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器复零，计时器开始计时；
按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，计时器复零，计时器开始计时，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上；
按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，计时器复零，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器开始计时；
按顺序：锁存下计时器的时间间隔数据，调制模块将锁存下的计时器的时间间隔数据调制到应答信号上，计时器复零，计时器开始计时。
10.根据权利要求6-9任一项所述的计时应答器，其特征在于，所述询问包括以下之一或其组合：
控制计时器进行计时操作的信号、控制存储模块进行数据读取操作的信号、控制调制模块进行信号调制操作的信号、控制控制模块进行顺序控制操作的信号。
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