CN115071767B - 轨道交通车辆、司机控制器及输出级位控制方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆、司机控制器及输出级位控制方法、系统，当司控器手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δ_p；当手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp。本发明通过手柄按压时间控制输出级位，级位信号平滑过渡，输出稳定。

Description

轨道交通车辆、司机控制器及输出级位控制方法、系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种轨道交通车辆、司机控制器及输出级位控制方法、系统。

背景技术

轨道车辆的司机台上通常安装有司机控制器(简称司控器)，车辆司机通过调节司控器上的方向手柄的位置控制车辆的前进或后退，通过调节司控器上的级位手柄的位置控制车辆在各个级位下进行牵引或制动。

在调节司控器的级位手柄时，司控器输出相应的模拟信号，该模拟信号经过控制设备中的采样装置处理后转换为采样值，该采样值再被控制设备转换为相应的另一模拟信号。控制设备根据该另一模拟信号确定此时司控器级位手柄所对应的级位，进而根据该级位确定牵引力或制动力的大小，对车辆进行控制。通常情况下，采样值的一个区间对应一个级位，相邻的两个区间对应不同的级位大小，因而也就对应不同的牵引力或制动力。

目前，现有技术通过改变司控器牵引手柄的位置来输出不同的电位信号或者PWM信号，以控制列车输出不同的牵引或者制动级位信号，这种司控器结构复杂，需要校准电位器或者PWM信号，还需要外部的模拟采集设备采集模拟信号，成本较高，操作过快还会引起级位信号增长过快。

申请号为201710736478.4的发明专利申请公开了一种用于切换司控器冗余信号的控制方法和装置。其中，该方法包括：获取司控器上第一电位计的第一电压值，以及司控器上第二电位计的第二电压值；判断第一电压值与第二电压值的差值是否超出第一预设电压值范围；在差值超出第一预设电压值范围的情况下，根据司控器当前的档位信息，确定司控器当前采用的电位计。该方案解决了现有技术中司机通过操作司控器来控制车辆，由于没有考虑司控器本身超限或输出不准确的情况导致运行中的车辆经常出现清客现象的问题。然而，该方案实际上依然需要校准电位计(电位器)，导致级位信号输出不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通车辆、司机控制器及输出级位控制方法、系统，解决现有技术级位信号输出不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种司机控制器，包括手柄；所述手柄设有0位，M个自锁位和N个自复位；

当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δp；

当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp；

其中，所述第一方向和第二方向相反。

本发明根据司控器手柄在自复位的停留时间(即手柄按压时间)计算输出级位，因此本发明的司控器无需使用电位器或电位计，结构简单，操作方便，且由于无需校准电位器或者PWM信号，极大地降低了司控器使用成本，解决了现有技术中司控器操作过快会引起级位信号增长过快的问题，确保级位信号平滑过渡，输出稳定，避免级位信号增长过快或减少过快，从而可以防止列车牵引或制动工况下的冲动，保证牵引或制动工况平滑，提高了乘客舒适性，同时极大地提高了行车安全性。

本发明的输出级位包括牵引级位和制动级位。

本发明中，所述M个自锁位包括第一自锁位和第二自锁位；当所述手柄处于0位时，输出级位为0；当所述手柄从0位以所述第一方向切换到第一自锁位时，输出级位为第一级位值m％；当所述手柄从0位以所述第二方向切换到第二自锁位时，输出级位为第二级位值n％。

本发明在0位两侧(本发明所指的两侧，设置只某一位置向前推动手柄的一侧，和向后推动手柄的一侧)各设置了一个自锁位，便于更加精准地控制输出级位。0位一侧的自锁位和自复位为牵引级位控制位，0位另一侧的自锁位和自复位为制动级位控制位。

所述手柄自第一自锁位以第一方向切换时，进入第一自复位；所述手柄自第一自锁位以第二方向切换时，进入第二自复位；所述手柄自第二自锁位以第一方向切换时，进入第三自复位；所述手柄自第二自锁位以第二方向切换时，进入第四自复位。

第一自锁位两侧各设置了一个自复位，同样地，第二自锁位两侧个设置了一个自复位，以0位为中间位置，其余自锁位、自复位对称设置，便于手柄操作，同时便于区分牵引工况和制动工况，简化了输出级位控制流程。

本发明中，所述手柄通过开关量采集装置与列车控制单元电连接。本发明无需电位器或PWM发生器，也无需外部的模拟信号采集设备，而是采用开关量采集装置替代了模拟信号采集设备，简化了司控器结构以及司控器外部采集电路，降低了司控器成本，简化了整车配置。

本发明中，所述开关量采集装置包括多个触点(即多个开关)；每个所述自锁位和自复位各通过一触点与所述列车控制单元电连接。

本发明中，当所述手柄位于某一自锁位时，输出级位维持不变。即，当手柄位于自锁位时，输出级位为一固定值，在自锁位时输出级位不会动态变化。

本发明中，为了防止级位突变，进一步保证级位信号稳定输出，当所述手柄在某一自复位停留时间T后，回到对应自锁位时，输出级位维持为P；其中，P为所述手柄在所述自复位停留时间T后的输出级位。

本发明中，所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p的计算公式为：其中，m为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₁为所述手柄在该自复位的停留时间。

本发明中，所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p’的计算公式为：p^*为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₂为所述手柄在该自复位的停留时间。

本发明中，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第二方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

本发明中，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第一方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆输出级位控制方法，该方法包括：

当获取到轨道交通车辆的司机控制器手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位的第一指令时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δp；

当获取到所述司机控制器手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位的第二指令时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp；

其中，所述第一方向和第二方向相反。

本发明根据司控器手柄的按压时间计算输出级位，无需校准电位器或者PWM信号，解决了现有技术中司控器操作过快会引起级位信号增长过快的问题，确保级位信号输出稳定，从而可以极大地提高行车安全性。

本发明中，当所述手柄从自锁位或自复位切换回0位时，输出级位为0。一旦手柄回到0位，即表示停止牵引或停止制动。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆牵引控制系统，其包括列车控制单元；所述列车控制单元通过开关量采集装置与司机控制器手柄电连接；所述列车控制单元被配置为用于实现本发明上述输出级位控制方法的步骤。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用本发明的上述司机控制器；或者，其采用本发明的上述控制系统。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、本发明无需电位器或PWM发生器，也无需外部的模拟信号采集设备，只需要根据司控器按压时间来计算输出级位，结构简单，操作方便；

2、本发明通过手柄按压时间控制输出级位，级位信号平滑过渡，输出稳定；

3、本发明简化了司控器本身，同时也简化了司控器外部采集电路，降低了成本，简化了整车配置。

附图说明

图1为本发明实施例司控器与列车控制单元连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种实现方式中，司控器的手柄设有7个位置，从下到上分别为：“B+”、“B＝”、“B-”、“0”、“P-”、“P＝”、“P+”。其中“B＝”、“0”、“P＝”三个位置为自锁位，即手柄推到此位置松手后，会自动锁定在该位置。“B+”、“B-”、“P-”、“P+”四个位置为自复位位置，用手按压时可停在相应位置，松手后，“B+”、“B-”会自动回到“B＝”的位置，“P-”、“P+”会自动回到“P＝”位置。未做任何操作时，手柄处于“0”位，即手柄垂直位。当手柄往前推时，会停在“P＝”位，此时列车输出固定的牵引级位(假定固定牵引级位为m％的级位，m可取值0～100，通常可取0)。当继续往前推手柄并按住不动时，手柄会固定在P+位，此时列车控制单元会采集到手柄固定在P+位的信号并开始计时，时间每增加Δt，输出级位增加Δp(例如每200ms，级位增加5％，推到2s时，级位增加50％，Δt和Δp可根据实际情况调整)。当松开手柄，手柄自动复位到“P＝”的位置并维持当前级位不变。当往后拉手柄到“P-”位置并按住不动时，列车控制单元会开始计时，时间每增加Δt，输出级位减少Δp(例如每200ms，级位少5％，推到2s时，级位减少50％，Δt和Δp可根据实际情况调整)，级位信号取值范围为0～100％。

本发明的一种实现方式中，通过开关量采集设备判断手柄所处位置。开关量设备包括6个开关K1～K6。本发明实施例开关量采集设备输出信号如下表1所示。

表1司控器内部触点输出关系图(0表示断开，1表示闭合)

司控器手柄位置	K1	K2	K3	K4	K5	K6
							0	0	0	0	0	0	0
P-	0	1	1	0	0	0
							P＝	0	1	0	0	0	0
P+	1	1	0	0	0	0
							B-	0	0	0	1	1	0
B＝	0	0	0	0	1	0
							B+	0	0	0	0	1	1

本发明只需要采集K1～K6几个开关量的信号，计算手柄在“B+”、“B-”、“P-”、“P+”四个自复位位置的停留时间长短，即可计算输出的级位信号大小，简化了司控器的结构，无需通过模拟量采集设备来采集电位计或者PWM信号，简化了整车采集设备配置，简化了整车电路设计，同时也节省了开发成本。

本发明一种实现方式中，当手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δp。此种方式下的输出级位可以是牵引级位，可以用于列车牵引工况下。

本发明一种实现方式中，当手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp。此种方式下的输出级位可以是制动级位，可以用于列车制动工况下。

本发明的一种实现方式中，第一方向可以定义为向前推手柄的方向，例如图1中，将手柄从第一自锁位P＝推到第一自复位P+的方向。第二方向可以定义为向后拉手柄的方向，即图1中，将手柄从第一自锁位P＝拉到第二自复位P-的方向。当然，第一方向、第二方向也可以反向设置，保证第一方向、第二方向相反即可。

本发明一种实现方式中，当所述手柄处于0位时，输出级位为0。当所述手柄从0位以第一方向切换到第一自锁位时，输出级位为第一级位值m％；当所述手柄从0位以第二方向切换到第二自锁位时，输出级位为第二级位值n％。

如图1所示，手柄自第一自锁位P＝以第一方向切换时，进入第一自复位P+。手柄自第一自锁位P＝以第二方向切换时，进入第二自复位P-。手柄自第二自锁位B＝以第一方向切换时，进入第三自复位B-。手柄自第二自锁位B＝以第二方向切换时，进入第四自复位B+。

本发明实施例中，由于列车运行过程中，手柄位置是动态变化的，本发明实施例提供了手柄位置动态变化过程中的输出级位计算过程，确保输出级位稳定过渡，防止级位增长过快或者级位减少过快。

初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第二方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第一方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

如图1所示，本发明一种实现方式用于控制列车牵引级位。当手柄在“0”位时，K1～K6输出信号全为0。K1表示司控器位置在P+位信号，K2表示司控器在P＝位信号，K3表示司控器在P-位信号，K4表示司控器在B-位信号，K5表示司控器在B＝位信号，K6表示司控器在B+位信号。K1-K6实际上是司控器内部触点的状态，K1-K6输出端(右边)连接到列车控制单元，实时采集司控器内部触点的状态信号。

当手柄推至“P＝”位置时，此时为固定的牵引级位(假定为m％，m可取0～100，通常可取0)，K2输出信号为1，列车控制单元采集到该信号，判定列车进入牵引模式，并输出m％的级位信号。继续往前推手柄(该往前推手柄的时刻对应以上初始时刻)至“P+”位置并按住不动，此时K1输出信号为1，列车控制单元采集到此信号后，按照每增加Δt的时间，输出级位增加Δp(取值范围：0～100)来计算实时级位信号p，0≤p≤100％，假定司控器手柄在“P+”位置停留了t₁秒，则实时输出级位信号为：

松开司控器手柄后，手柄会自动回到“P＝”位置(对应以上第一时刻)，并维持p的级位值不变，持续输出级位值p。

当司控器手柄再从“P＝”位置拉到“P-”位置(对应以上第二时刻)并持续t₂时，此时级位信号p₁为(0≤p₁≤100)：

同理，本发明上述实施例还可以用于控制列车制动级位。当手柄从“0”位推到“B＝”位置时，此时为固定的制动级位(假定为n％，n可取0～100，通常可取0)，K5输出信号为1，判定列车进入制动模式，并输出n％的级位信号。继续往后推(拉)手柄(该往前推手柄的时刻对应以上初始时刻)至“B+”位置并按住不动，此时K6输出信号为1，列车控制单元采集到此信号后，按照每增加Δt的时间，输出级位增加Δb(取值范围：0～100)来计算实时级位信号p₃，0≤p₃≤100％。假定司控器手柄在“B+”位置停留了t₃秒，则实时输出级位信号为：

松开司控器手柄后，手柄会自动回到“B＝”位置(对应以上第一时刻)，并维持p₃的级位值不变持续输出。

当司控器手柄再从“B＝”位置拉到“B-”位置(对应以上第二时刻)并持续t₄时，此时级位信号p₄为(0≤p₄≤100)：

由上述分析可知，本发明牵引级位和制动级位控制过程原理相同。

当司控器手柄不论从P区(对应第一自锁位P＝、第一自复位P+、第二自复位P-)，还是从B区(对应第二自锁位B＝、第三自复位B-、第四自复位B+)回到中间的“0”位时，司控器输出级位信号立刻清零。

Claims (19)

1.一种司机控制器，包括手柄；所述手柄设有0位，M个自锁位和N个自复位；其特征在于：

当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δp；

当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp；

其中，所述第一方向和第二方向相反；

所述手柄通过开关量采集装置与列车控制单元电连接；所述开关量采集装置包括多个触点；每个所述自锁位和自复位各通过一触点与所述列车控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的司机控制器，其特征在于，所述M个自锁位包括第一自锁位和第二自锁位；当所述手柄处于0位时，输出级位为0；当所述手柄从0位以所述第一方向切换到第一自锁位时，输出级位为第一级位值m％；当所述手柄从0位以所述第二方向切换到第二自锁位时，输出级位为第二级位值n％。

3.根据权利要求2所述的司机控制器，其特征在于，所述手柄自第一自锁位以第一方向切换时，进入第一自复位；所述手柄自第一自锁位以第二方向切换时，进入第二自复位；所述手柄自第二自锁位以第一方向切换时，进入第三自复位；所述手柄自第二自锁位以第二方向切换时，进入第四自复位。

4.根据权利要求1所述的司机控制器，其特征在于，当所述手柄位于某一自锁位时，输出级位维持不变。

5.根据权利要求1所述的司机控制器，其特征在于，当所述手柄在某一自复位停留时间T后，回到对应自锁位时，输出级位维持为P；其中，P为所述手柄在所述自复位停留时间T后的输出级位。

6.根据权利要求1～5之一所述的司机控制器，其特征在于，所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p的计算公式为：其中，m为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₁为所述手柄在该自复位的停留时间。

7.根据权利要求1～5之一所述的司机控制器，其特征在于，所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p，的计算公式为：p^*为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₂为所述手柄在该自复位的停留时间。

8.根据权利要求1～5之一所述的司机控制器，其特征在于，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第二方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

9.根据权利要求1～5之一所述的司机控制器，其特征在于，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第一方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

10.一种轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，该方法包括：当获取到轨道交通车辆的司机控制器手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位的第一指令时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位增加Δp；

当获取到所述司机控制器手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位的第二指令时，开始计时，手柄在该自复位停留的时间每增加Δt，输出级位相对上一时刻的输出级位减少Δp；

其中，所述第一方向和第二方向相反；

所述手柄通过开关量采集装置与列车控制单元电连接；所述开关量采集装置包括多个触点；每个所述自锁位和自复位各通过一触点与所述列车控制单元电连接。

11.根据权利要求10所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，当所述手柄位于某一自锁位时，输出级位维持不变。

12.根据权利要求10所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，当所述手柄在某一自复位停留时间T后，回到对应自锁位时，输出级位维持为P；其中，P为所述手柄在所述自复位停留时间T后的输出级位。

13.根据权利要求10～12之一所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p的计算公式为：其中，m为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₁为所述手柄在该自复位的停留时间。

14.根据权利要求10～12之一所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位后，当前时刻输出级位p，的计算公式为：p^*为所述手柄位于所述自锁位时的输出级位，t₂为所述手柄在该自复位的停留时间。

15.根据权利要求10～12之一所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第一方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第二方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：

m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；

第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

16.根据权利要求10～12之一所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，初始时刻，当所述手柄从某一自锁位以第二方向切换到某一自复位，在所述自复位停留时间t₁后，于第一时刻回到所述自锁位，在第二时刻由所述自锁位以第一方向切换到另一自复位，并在该另一自复位停留时间t₂时，输出级位p₁的计算公式为：

m为初始时刻所述手柄位于所述自锁位时的输出级位；

第一时刻所述手柄在所述自锁位时的输出级位维持为p。

17.根据权利要求10～12之一所述的轨道交通车辆输出级位控制方法，其特征在于，当所述手柄从自锁位或自复位切换回0位时，输出级位为0。

18.一种轨道交通车辆控制系统，其特征在于，包括列车控制单元；所述列车控制单元通过开关量采集装置与司机控制器手柄电连接；所述列车控制单元被配置为用于实现权利要求10～17之一所述方法的步骤。

19.一种轨道交通车辆，其特征在于，其采用权利要求1～9之一所述的司机控制器；或者，其采用权利要求18所述的控制系统。