CN115056831A - 列车虚拟联挂融合控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车虚拟联挂融合控制系统及其控制方法。其中融合控制系统包括融合控制装置、车车重联装置、列车测距装置、列车定位装置、列车测速装置；融合控制装置用于实现各信号控制；车车重联装置用于实现前后列车之间的通讯连接，实现在前后列车之间的列车信息同步；列车定位装置用于定位头车的位置；所述列车测距装置用于测量前后两列车之间的间距，以便后车实现跟踪前车运行；列车测速装置设置在各列车上，用于测定各列车的实时速度。上述技术方案改进成本低，工作量较小，在既有FAO列车系统功能下，仅增加车车重联装置、列车测距装置，通过各装置或部件的协调配合即可实现近距离的虚拟联挂运行。

Description

列车虚拟联挂融合控制系统及其控制方法

技术领域

本发明列车行车控制技术领域，特别涉及一种列车虚拟联挂融合控制系统及其控制方法。

背景技术

目前地铁列车采用固定编组形式，并根据经验编制列车运行计划，在客流高峰时存在运能不足，运营效率低下的问题。在客流平峰时存在运能过剩，能源浪费的问题。

《智慧城轨发展纲要》提出综合利用列车虚拟联挂、灵活编组、智能调度等先进技术，实现客流与运能的精准匹配，提高运营效率，并降低能耗。采用虚拟联挂技术，无需使用车钩进行物理连接，就可实现协同控制两列或多列小编组列车保持一定的速度和较小的间距。同时根据客流需求来灵活控制小编组列车的组编和解编，是实现灵活编组和智能调度的基础和有效手段。

然而，当前列车数据传输速度慢、数据交互延迟、接口繁杂、数据及资源共享不够充分，存在着信息传递不及时等问题；且目前各列车还是采用各自独立的防护模式，信号闭塞；同时信号系统中的车车通信还需要经过地面基站，无法直接实现虚拟联挂。

发明内容

本发明提供一种列车虚拟联挂融合控制系统及其控制方法，用于解决列车数据传输速度慢、数据交互延迟、接口繁杂、数据及资源共享不够充分等问题，通过将网络、牵引、制动、信号系统的接口数据基础融合在一起集成了一个完整统一的硬件控制平台，从而形成了新一代的列车虚拟联挂融合控制系统。

本发明一方面提供了一种列车虚拟联挂融合控制系统，融合控制系统包括融合控制装置、地面基站通讯装置、车车重联装置、列车测距装置、列车定位装置、列车测速装置；

融合控制装置设置在至少一个列车上，用于实现各信号控制和运算，并且根据信号控制实现列车制动、列车牵引以及列车运行状态的控制；

地面基站通讯装置，用于与地面基站通讯，实现列车距离、车辆运行数据的同步；

车车重联装置设置在各列车上，用于实现前后列车之间的通讯连接，实现在前后列车之间的列车信息同步；

列车定位装置设置在虚拟联挂列车中的头车上，用于定位和获取头车的位置；

列车测距装置设置在相邻列车中的前车或后车上，用于测量前后两列车之间的间距，以便后车实现跟踪前车运行；

列车测速装置设置在各列车上，用于测定各列车的实时速度。

可选的，控制系统还包括远程控制中心，远程控制中心根据客流预测决定列车是否虚拟联挂以及确定需要联挂的列车。

可选的，融合控制装置还用于根据头车的位置和速度计算出后车的防护速度和后车运行所需的速度。

可选的，列车信息包括如下的至少一种信息：目标速度、行进方向、牵引指令、制动指令、防护指令、牵引力或制动力。

可选的，融合控制装置还用于，根据前车发送的列车目标速度和加速度信息控制当前列车的牵引力或制动力，以达到同样的目标速度和加速度。

可选的，融合控制装置还用于，根据列车测距装置实时测定与前车的距离，并通过距离补偿，保证前后列车的距离保持不变。

可选的，头车上设置有列车测距装置，列车测距装置用于检测头车前方障碍物，并且将前车障碍物信息发送到融合控制装置，实现主动防撞防护。

可选的，车车重联装置基于5G技术和实时以太网实现信息互通。

本发明另一方面还提供了一种根据上述任一项的列车虚拟联挂融合控制系统的控制方法，控制方法包括：

S1，前后各列车基于车车重联装置实现点对点通讯，构成虚拟联挂编组；

S2，在虚拟联挂编组内，融合控制装置根据获得的前车的列车信息以及前后两车之间的距离信息，并结合后车的运行状态信息，控制后车保持安全距离跟踪前车运行。

可选的，在S2中，根据列车定位装置获取的头车的位置以及根据列车测速装置获得的速度计算出当前列车编组与前面列车编组的安全防护速度以及当前列车编组的目标速度，并且生成相应的列车信息发送给当前列车编组内的各列车。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过基于5G技术和实时以太网的车车重联装置、融合信号、网络、牵引、制动功能的新一代列车融合控制系统、列车测距装置(主动防撞及障碍物检测)、列车定位装置及列车测速装置之间的相互配合，利用速度闭环及距离补偿算法，最终实现列车近距离的虚拟联挂运行。

上述技术方案改进成本低，工作量较小，在既有FAO列车系统功能下，仅增加车车重联装置、列车测距装置，通过各装置或部件的协调配合即可实现。

本发明不需要列车车钩便可以实现列车短距离的同步跟踪运行,并能够实现列车的灵活编组、运能与客流精准匹配的列车智能调度。

附图说明

附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本发明的保护范围。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明的一个实施例中列车实现虚拟联挂的示意图；

图2是本发明的一个实施例中融合控制装置的功能示意图；

图3是本发明的一个实施例中融合控制系统中各装置的设置和功能运行的逻辑示意图；

图4是本发明的一个实施例中列车虚拟联挂融合控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的核心构思在于，通过基于5G技术和实时以太网的车-车通讯装置、融合信号、网络、牵引、制动功能的新一代列车融合控制系统、列车测距装置(主动防撞及障碍物检测)、列车定位装置及列车测速装置之间的相互配合，利用速度闭环及距离补偿算法，最终实现列车近距离的虚拟联挂运行。

如图1-3所示，本发明首先公开一种列车虚拟联挂融合控制系统，该控制系统可应用在至少两个列车组成的虚拟连接编组内，具体的，融合控制系统包括融合控制装置、车车重联装置、列车测距装置、列车定位装置、列车测速装置，各装置的个数和位置可根据虚拟联挂列车的实际情况进行设置，其中，列车上的列车测距装置和测速装置等传感感应组件组成列车感知系统，车车重联装置、地面基站通讯装置等组成列车的信号系统。

其中，融合控制装置可以仅设置一个，也可以根据需要设置多个，优选的在各列车上均采用上述的融合控制装置，该融合控制装置主要用于实现各信号控制和运算，接收各传感器或各列车传递来的信息，然后根据运算结果向各列车下发控制指令，从而实现各列车制动、列车牵引以及列车行车状态的控制。

地面基站通讯装置设置在各列车上，用于列车与地面基站通讯，实现列车距离、车辆运行数据的同步。

车车重联装置设置在各列车上，它用于实现两两相邻的前后列车之间的通讯连接，从而可以保持在前后列车之间的列车信息的同步。

并且，控制系统还包括列车定位装置，该列车定位装置优选设置在虚拟联挂列车中的头车上，用于定位头车的位置，为虚拟列车编组和头车的定位打下设备基础。

控制系统还包括列车测距装置，其可根据需要设置在相邻列车中的前车或后车上，用于测量前后两列车之间的间距，以便后车实现跟踪前车运行。优选按照固定间距进行安全运行。

另外，在各列车上还设置有列车测速装置，用于测定各列车的实时速度，便于融合控制装置根据各列车速度进行运算和控制。在该实施例中，头车需要根据ETCS-3级行车许可，按信号系统控车指令正常运行，车车重联装置负责前后两列虚拟联挂编组的列车信息同步，例如方向、启动、列车当前位置、列车目标速度等信息给后车，列车定位装置负责定位列车头车位置，以方便头车根据位置计算列车防护速度及运行所需要的速度，列车测距装置是后车根据测距装置测出前后两车的装置，以便后车实现跟踪，列车测速装置是测定当前列车速度。

通过上述的实施例，在不需要利用列车车钩连接的情况下便可以实现列车短距离的同步跟踪运行,以实现列车的灵活编组，以及运能与客流精准匹配的列车智能调度。

在一个实施例中，控制系统还包括远程控制中心，远程控制中心根据客流预测决定列车是否虚拟联挂以及确定需要联挂的列车。

优选的，融合控制装置为FPGA控制器，其具有可连接处理的信号多，处理速度快，反应及时等特点。当然也可以选择PLC、单片机等其他的控制器。

在一个实施例中，融合控制装置还用于根据头车的位置和速度计算出后车的防护速度和后车运行所需的速度，其中防护速度也是一种安全速度，用于避免车与车之间的碰撞。

其中，列车信息包括如下的至少一种信息：目标速度、行进方向、牵引指令、制动指令、防护指令、牵引力或制动力，牵引力或制动力一般由列车的动力设备实施，其同样受控于列车上的融合控制装置。

优选地，融合控制装置还能够根据前车发送的列车目标速度和加速度信息控制当前列车的牵引力或制动力，以达到同样的目标速度和加速度。

进一步的，融合控制装置还用于根据列车测距装置实时测定与前车的距离，并通过距离补偿，保证前后列车的距离保持不变。

在一个优选的实施例中，为了避开编组前方的障碍物，虚拟编组中的头车上设置有列车测距装置，列车测距装置用于检测头车前方障碍物，并且将前车障碍物信息发送到融合控制装置，实现主动防撞防护。

在一个优选的实施例中，车车重联装置基于5G技术和实时以太网实现信息互通，从而进一步提高控制系统的反应速度以及通讯的可靠性。

本发明另一方面还公开了一种根据上述实施例中的列车虚拟联挂融合控制系统的执行的控制方法，该控制方法包括：

步骤S1，根据指令或者实际需要，在前后的至少两个列车之间基于车车重联装置实现点对点通讯，使得上述的列车构成虚拟联挂编组。

步骤S2，在虚拟联挂编组内，融合控制装置根据获得的前车列车信息以及前后两车之间的距离信息，并结合后车的运行状态信息，控制后车保持安全距离跟踪前车运行，优选的，安全距离保持不变。

在一个具体的实施例中，在多个编组存在的情况下，步骤S2还包括：根据列车定位装置获取的头车的位置以及根据列车测速装置获得的速度计算出当前列车编组与前面列车编组的安全防护速度以及当前列车编组的目标速度，并且生成相应的列车信息发送给当前列车编组内的各列车。

具体的，根据本发明上述实施例中记载的控制方法，以头车为主，通过列车定位装置获取头车的位置，通过测速装置获取头车当前的列车速度，头车根据当前的位置及速度计算出当前列车编组与前面列车编组的安全防护速度以及本编组列车的目标速度，并通过列车融合控制装置控制列车加速度以便头车达到目标速度，并把列车方向、牵引/制动指令、列车当前位置、防护速度、列车目标速度等信息通过车车通信装置发给后车，同时头车的测距装置负责远距离的障碍物检测及主动防撞防护。后续列车融合控制装置根据前车发送的列车目标速度/加速度等信息控制当前列车的牵引制动力，以达到同样的目标速度/加速度，同时根据列车测距装置实时测定与前车的距离，并通过距离补偿，保证前后列车具体保持不变，从而可以实现短距离的跟踪运行。

优选实施例

以两个列车A、B虚拟联挂为本发明优选实施例，其列车虚拟联挂融合控制系统和控制方法优选的以如下的方式实现：

1、上述控制系统的远程控制中心获取线路运行列车数量、从信号系统获取列车的定位、客流信息等判断是否进入虚拟联挂准备模式；

2、当远程控制中心确定需要进入虚拟联挂模式后，选取目标两列列车(A-B两列)进入虚拟联挂准备模式；

3、A列车信号系统接收到远程控制中心的虚拟联挂模式后，将进入虚拟联挂模式及B车的位置信息、速度信息等通过信号系统地面基站通讯装置、车载信号系统设备(包括在信号系统中)传递给列车融合控制器(融合控制装置)，A列车融合控制装置接收到车载信号系统传输的虚拟联挂模式及B车的位置信息、速度信息等信息后，反馈给信号系统进入虚拟联挂模式准备成功，并启动列车测距装置和测速装置等组成的感知系统及无线车车重联装置。

4、B信号车载系统接收到A车准备成功后，撤销安全防护，由B车融合控制装置、协同运行及防护算法执行B车运行曲线，闭环跟踪A车，使得两列车距离逐渐减小，直至感知系统反馈收到前车信号。

5、当B车的感知系统检测到A车，B车校核地面基站通讯装置、车载信号系统发送给A车与车车重联装置的信息无误后，B车接收A车同步的方向、启动、列车当前位置、列车目标速度等信息，通过融合控制装置、协同运行及防护算法将两车距离缩小至虚拟联挂的目标值后，继续保持同步运行。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述融合控制系统包括融合控制装置、地面基站通讯装置、车车重联装置、列车测距装置、列车定位装置、列车测速装置；

所述融合控制装置设置在至少一个列车上，用于实现各信号控制和运算，并且根据信号控制实现列车制动、列车牵引以及列车运行状态的控制；

地面基站通讯装置，用于与地面基站通讯，实现列车距离、车辆运行数据的同步；

所述车车重联装置设置在各列车上，用于实现前后列车之间的通讯连接，实现在前后列车之间的列车信息同步；

所述列车定位装置设置在虚拟联挂列车中的头车上，用于定位和获取所述头车的位置；

所述列车测距装置设置在相邻列车中的前车或后车上，用于测量前后两列车之间的间距，以便后车实现跟踪前车运行；

所述列车测速装置设置在各列车上，用于测定各所述列车的实时速度。

2.根据权利要求1所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，还包括远程控制中心，所述远程控制中心根据客流预测决定列车是否虚拟联挂以及确定需要联挂的列车。

3.根据权利要求1所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述融合控制装置还用于根据所述头车的位置和速度计算出后车的防护速度和后车运行所需的速度。

4.根据权利要求1所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述列车信息包括如下的至少一种信息：目标速度、行进方向、牵引指令、制动指令、防护指令、牵引力或制动力。

5.根据权利要求1-4任一项所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述融合控制装置还用于，根据前车发送的列车目标速度和加速度信息控制当前列车的牵引力或制动力，以达到同样的目标速度和加速度。

6.根据权利要求1-4任一项所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述融合控制装置还用于，根据所述列车测距装置实时测定与前车的距离，并通过距离补偿，保证前后列车的距离保持不变。

7.根据权利要求6所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述头车上设置有所述列车测距装置，所述列车测距装置用于检测头车前方障碍物，并且将前车障碍物信息发送到所述融合控制装置，实现主动防撞防护。

8.根据权利要求1-4任一项所述的列车虚拟联挂融合控制系统，其特征在于，所述车车重联装置基于5G技术和实时以太网实现信息互通。

9.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法采用权利要求1-8任一项所述的列车虚拟联挂融合控制系统，所述控制方法包括：

S1，前后各列车基于车车重联装置实现点对点通讯，构成虚拟联挂编组；

S2，在虚拟联挂编组内，融合控制装置根据获得的前车的列车信息以及前后两车之间的距离信息，并结合后车的运行状态信息，控制后车保持安全距离跟踪前车运行。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在S2中，根据所述列车定位装置获取的头车的位置以及根据列车测速装置获得的速度计算出当前列车编组与前面列车编组的安全防护速度以及当前列车编组的目标速度，并且生成相应的列车信息发送给当前列车编组内的各列车。

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