CN201224413Y - 列车事故预警及防撞装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种列车事故预警及防撞装置，包括主车，所述主车上安装有指示灯，其特征在于：还包括有前导车，所述主车和前导车上安装有无线通讯系统，所述前导车位于所述主车前面，两者保持足够的安全距离，所述主车和前导车通过所述无线通讯系统传递信息。一旦前导车检测到碰撞信息，马上将该信息传送给主车，主车指示灯亮示警，并立即做出停车处理。该装置易于实现，用途广泛，并不受天气影响，极大的提高了事故预防的可靠性。

Description

列车事故预警及防撞装置

技术领域

本实用新型属于一种事故预警防撞装置，尤其涉及一种适用于铁路、磁悬浮等轨道或管道交通运输方式的列车事故预警及防撞装置。

背景技术

众所周知，在轨道运输方式中，高速运行中的列车如何有效防撞一直是一道难题。在现有的安全控制体系中，常见的防撞方法有：在列车两端安装缓冲装置、在线路终端安装挡土墙、通过联网的计算机和通讯系统遥控列车运行等方式，这些方法由于各自的局限性，均未能从根本上解决好这个问题。特别是随着技术进步，以磁悬浮列车为代表的现代高速列车运行速度迅猛增长，其所引发的撞车事故后果更加惨重，在随着列车提速而成倍增长的巨大动能面前，传统的防撞方法愈加显得力不从心。正是受到这一问题的影响，磁悬浮列车高达每小时六百多公里的试验速度在实际运营中只能达到每小时四百多公里，受到很大的限制。

现有技术的缺陷是：未能很好的解决高速运行中的列车的撞车事故，而且运行速度越快，其防撞越难预防。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种能安全有效地预防列车撞车的列车事故预警及防撞装置，尤其能在高速运行时预防列车撞车，行驶速度越快，避险作用越大。

本实用新型的具体方案是：一种列车事故预警及防撞装置，包括主车，所述主车上安装有指示灯，其关键在于：还包括有前导车，所述主车和前导车上还安装有无线通讯系统，所述主车和前导车通过所述无线通讯系统传递信息；

所述前导车位于所述主车前面，与所述主车保持安全距离；该前导车前端安装有碰撞传感器，该碰撞传感器将碰撞信号传送给所述无线通讯系统，并通过该无线通讯系统将该碰撞信号传送给所述主车。

所述无线通讯系统由发送通道和接收通道组成，所述发送通道由A/D转换芯片、主控模块、调制器和天线转换模块组成，所述A/D转换芯片输入端ANALOG接收信号，进行模数转换后，由输出端D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8输出数字信号给所述主控模块，该主控模块对数字信号处理后，交给所述调制器进行调制处理，最后经天线转换模块发送信号；所述接收通道由D/A转换芯片、解调器组成，所述天线转换模块接收信号后，所述解调器对接收信号进行解调，发送解调信号给所述主控模块，所述主控模块对其进行处理后，将信号送给所述D/A转换芯片的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7，数模转换后经所述D/A转换芯片输出端IOUT1和IOUT2输出。

所述无线通讯系统可以采用全球移动通讯系统(Global System for MobileCommunications，GSM)，利用现有资源，可以节约成本。

所述主车上的接收通道接收所述前导车发送的正常信号或碰撞报警信号，该信号驱动所述指示灯，使其发亮，所述主车上的发送通道向所述前导车发送停车信号，通知所述前导车主车已停车；所述前导车上的接收通道接收所述主车发送的停车信号，发送通道向所述主车发送正常信号或是碰撞报警信号。

所述前导车也可以脱离所述主车作为道路检测车单独运行。

所述主车和前导车内部都分别安装有主控计算机，控制该主车和前导车的信号发送、接收以及其他工作。对于所述主车，只需要升级主控计算机的软件即可，不需要对现有运行方式和设备作大的改动。

所述列车事故预警及防撞装置启动后，进行初始化，所述主车内主控计算机信号处理部分包括：

用于判断是否接收到前导车信号的装置；

如果没有接收到前导车信号，则进入用于主车停车处理的装置；

如果接收到前导车信号，则进入用于判断是否有报警信号的装置；

如果没有报警信号，则进入绿色指示灯亮的装置；

回到所述用于判断是否接收到前导车信号的装置；

如果有报警信号，则进入红色指示灯亮的装置；

用于主车停车处理的装置；列车员看到红色指示灯亮，表明前方发生事故，主车停车。

用于向前导车发送停车信号的装置。通知前导车主车已经停车。所述前导车内主控计算机信号处理部分包括：

用于判断是否有传感器输入信号的装置；检测是否有碰撞信号；

如果没有传感器输入信号，则进入用于向主车发送正常信号的装置；

回到所述用于判断是否有传感器输入信号的装置；没有异常情况，就继续检测碰撞传感器信号；

如果有传感器输入信号，则进入用于向主车发送报警信号的装置；通知主车前方发生事故，主车应该采取有效措施；

用于判断是否接收到主车停车信号的装置；检测主车是否已停车；

如果没有接收到主车停车信号，则进入所述用于向主车发送报警信号的装置；如果主车没有停车，则继续发送报警信号，通知主车停车；

如果接收到主车停车信号，则进入用于停止发送报警信号的装置。

所述足够的安全距离大于或等于所述主车紧急制动时的最短制动距离。这样就可以保证所述前导车向所述主车发出事故预警后，主车能在不与所述前导车发生碰撞的情况下，及时采取减速或紧急制动等安全措施，即使所述前导车发生意外，也可以确保所述主车的安全。在所述前导车与主车行驶过程中，一般保持两者速度相同，就能有效的保证两者在安全距离内行驶，所述主车主控计算机还包括有车速及安全距离控制部分：

用于判断主车是否停车的装置；

如果主车已经停车，则进入用于结束的装置；

如果主车没有停车，则进入用于前导车向主车发送车轮转数的装置；

用于主车接收前导车车轮转数信号的装置；

用于主车计算前导车已驶出距离的装置；

用于主车计算本车已驶出距离的装置；

用于根据主车当前行驶速度计算要求的安全距离的装置；

用于计算前导车与主车实际间距的装置；

用于判断两车间距是否超过当前要求的安全距离的装置；

如果没有超过，则进入所述用于判断主车是否停车的装置；

如果超过，则进入调整主车和前导车车速的装置；使主车减速或前导车加速行驶，直到两车间距达到要求的安全距离；

回到所述用于判断主车是否停车的装置。

所述前导车主控模块上设置有输入口连接摄像机、GPS卫星定位系统、红外线和雷达探测仪。可以在不受天气情况及其他情况限制的情况下，全方位地探测前方路况、障碍物等有碍于所述主车行驶的情况，所述主车能根据这些情况及时采取有效的措施，尽可能地防止事故的发生。

所述列车事故预警及防撞装置是通过SIM卡来实现身份的识别以及数据管理的。通过SIM卡，就可以保证信息传递的准确性、安全性以及专一性，只有插入SIM卡后，所述列车事故预警及防撞装置才能正常工作。

所述A/D转换芯片的内部电路由拨挡开关、开关、反向积分器、积分电容、比较器、与非门、计数器、定时器和逻辑控制门组成；所述拨挡开关的两个自由端，一端接收碰撞传感器的输入电压u_i，另一端接收基准电压-V_REF，该拨挡开关的固定端连接所述反向积分器的负向输入端，该反向积分器的正向输入端接地，所述反向积分器的输出端输出信号给所述比较器的负向输入端，在所述反向积分器的输出端和负向输入端之间并接有所述积分电容，该积分电容与所述开关并联，所述比较器的正向输入端接地，该比较器的输出端连接所述与非门的一个输入端，该与非门的另一输入端接收时钟信号，所述与非门的输出端连接所述计数器的输入端，该计数器的输出端与所述定时器的输入端相连，所述定时器的输出端连接所述逻辑控制门的输入端，该逻辑控制门控制所述拨挡开关自由端的连接。

所述碰撞传感器在检测到碰撞发生时，u_i>0，检测无碰撞发生时，u_i＝0。

准备阶段：所述开关闭合，待所述积分电容放电完毕，该开关断开，同时所述计数器清零。

第一次积分阶段：所述逻辑控制门输出低电平，控制所述拨挡开关，所述反向积分器开始积分，积分结果u₀≥0时，所述比较器输出为0，积分结果u₀<0时，所述比较器输出为1，将所述比较器输出结果与周期为T的时钟脉冲一起输入所述与非门，该与非门输出时钟脉冲驱动所述计数器计数，经过2ⁿ个时钟脉冲，所述计数器达到满量程后，所述逻辑控制门输出高电平，所述拨挡开关接收碰撞传感器输入电压u_i的自由端断开，另一接收基准电压-V_REF的自由端闭合。第一次积分结束，进入第二次积分阶段。整个第一次积分阶段，所述反向积分器输出电压

$u_o=-\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}{\&Integral;}_0^t{u}_i\mathrm{dt}$

第一次积分时间t＝T₁＝2ⁿT_c

第一次积分结束时，所述反向积分器输出电压

$u_p=-\frac{T_1}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i=-\frac{2^n{T}_c}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i$

第二次积分阶段：基准电压-V_REF加到所述反向积分器的负向输入端，当该反向积分器输出电压u₀＝0时，所述比较器输出为0，所述与非门输入端关闭，所述计数器停止计数。此阶段所述反向积分器输出电压

$u_o\left(t_2\right)=u_p-\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}(-V_{\mathrm{REF}})\mathrm{dt}=0$

设T₂＝t₂-t₁，

$\frac{V_{\mathrm{REF}}{T}_2}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{2^n{T}_c}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i$

有 $T_2=\frac{2^n{T}_c}{V_{\mathrm{REF}}}{u}_i$

假设此时计数器显示值为λ，则有

T₂＝λT_c

所以 $\mathrm{\&lambda;}=\frac{T_2}{T_c}=\frac{2^n}{V_{\mathrm{REF}}}{u}_i$

可以看出，所述计数器显示的值λ与第一次积分阶段的输入电压u_i成正比，可以直接从所述计数器读出输入电压u_i的值。如果u_i>V_REF，则计数器也只是显示满量程结果。如果取V_REF＝2ⁿV，则被测电压u_i就等于所述计数器显示的值。

列车员可以根据所述计数器显示值的大小，了解所述前导车碰撞的严重程度。

本实用新型的显著效果是：能安全有效地预防高速运行的列车发生撞车事故，而且可以实现道路检测、路况监测、卫星定位等服务，有效的预防各种事故的发生，极大的保障了主车的安全，尤其能在高速运行时预防列车撞车，行驶速度越快，避险作用越大。由于前导车的动量远远小于主车，前导车撞上被撞物所造成的损害程度也远远小于主车所造成的损害程度，尤其是对行人、动物等活体而言，大大减小了伤亡程度。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是接收通道和发送通道原理图；

图3是主控计算机信号处理流程图；

图4是主车主控计算机车速和安全距离控制流程图；

图5是A/D转换电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示：

一种列车事故预警及防撞装置，包括主车1，所述主车1上安装有指示灯L，其中，还包括有前导车2，所述主车1和前导车2上还安装有无线通讯系统3，所述主车和前导车经所述无线通讯系统无线连接；

所述前导车位于所述主车前面，与所述主车保持安全距离；该前导车前端安装有碰撞传感器CR，该碰撞传感器CR连接所述无线通讯系统，该无线通讯系统连接所述主车。

如图2所示：

所述无线通讯系统3由发送通道SC和接收通道AC组成，所述发送通道SC由A/D转换芯片ADT、主控模块CCT1、调制器MOD和天线转换模块组成，所述A/D转换芯片ADT输入端ANALOG连接所述碰撞传感器CR，输出端D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8连接所述主控模块CCT，该主控模块CCT输出端连接所述调制器MOD，调制器MOD输出端经天线连接所述接收通道AC；所述接收通道AC由D/A转换芯片DAT、解调器DEM组成，所述解调器DEM的输出端连接所述主控模块CCT，所述主控模块连接所述D/A转换芯片DAT的输入端DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7，所述D/A转换芯片DAT输出端IOUT1和IOUT2输出。

所述A/D转换芯片ADT的型号为TLC5510，所述D/A转换芯片DAT的信号为DAC0830，所述无线通讯系统3采用全球移动通讯系统Global System for MobileCommunications，GSM，利用现有资源，节约成本。

所述主车1上的接收通道AC接收所述前导车2发送的正常信号或碰撞报警信号，该信号驱动所述指示灯L，使其发亮，所述主车1上的发送通道SC向所述前导车2发送停车信号，通知所述前导车2主车1已停车；所述前导车2上的接收通道AC接收所述主车1发送的停车信号，发送通道SC向所述主车1发送正常信号或是碰撞报警信号。

所述前导车2也可以脱离所述主车1作为道路检测车单独运行。

所述主车1和前导车2内部都分别安装有主控计算机，控制该主车1和前导车2的信号发送、接收以及其他工作。对于所述主车1，采用升级主控计算机的原有软件的方法，没有对现有运行方式和设备作大的改动。

如图3所示：

所述列车事故预警及防撞装置启动后，进行初始化，所述主车1内主控计算机信号处理部分包括：

用于判断是否接收到前导车信号的装置；

如果没有接收到前导车信号，则进入用于主车停车处理的装置；

如果接收到前导车信号，则进入用于判断是否有报警信号的装置；

如果没有报警信号，则进入绿色指示灯亮的装置；

回到所述用于判断是否接收到前导车信号的装置；

如果有报警信号，则进入红色指示灯亮的装置；

用于主车停车处理的装置；列车员看到红色指示灯亮，表明前方发生事故，主车停车。

用于向前导车发送停车信号的装置。通知前导车主车已经停车。所述前导车2内主控计算机信号处理部分包括：

用于判断是否有传感器输入信号的装置；检测是否有碰撞信号；

如果没有传感器输入信号，则进入用于向主车发送正常信号的装置；

回到所述用于判断是否有传感器输入信号的装置；没有异常情况，就继续检测碰撞传感器信号；

如果有传感器输入信号，则进入用于向主车发送报警信号的装置；通知主车前方发生事故，主车应该采取有效措施；

用于判断是否接收到主车停车信号的装置；检测主车是否已停车；

如果没有接收到主车停车信号，则进入所述用于向主车发送报警信号的装置；如果主车没有停车，则继续发送报警信号，通知主车停车；

如果接收到主车停车信号，则进入用于停止发送报警信号的装置。

所述足够的安全距离大于所述主车1紧急制动时的最短制动距离。这样就可以保证所述前导车2向所述主车1发出事故预警后，主车1能在不与所述前导车2发生碰撞的情况下，及时采取减速或紧急制动等安全措施，即使所述前导车2发生意外，也可以确保所述主车1的安全。在所述前导车2与主车1行驶过程中，一般保持两者速度相同，就能有效的保证两者在安全距离内行驶，所述主车1主控计算机还包括有车速及安全距离控制部分，如图4所示：

用于判断主车是否停车的装置；

如果主车已经停车，则进入用于结束的装置；

如果主车没有停车，则进入用于前导车向主车发送车轮转数的装置；

用于主车接收前导车车轮转数信号的装置；

用于主车计算前导车已驶出距离的装置；

用于主车计算本车已驶出距离的装置；

用于根据主车当前行驶速度计算要求的安全距离的装置；

用于计算前导车与主车实际间距的装置；

用于判断两车间距是否超过当前要求的安全距离的装置；

如果没有超过，则进入所述用于判断主车是否停车的装置；

如果超过，则进入调整主车和前导车车速的装置；使主车减速或前导车加速行驶，直到两车间距达到要求的安全距离；

回到所述用于判断主车是否停车的装置。

所述前导车2主控模块上设置有输入口连接摄像机、GPS卫星定位系统、红外线和雷达探测仪。可以在不受天气情况及其他情况限制的情况下，全方位地探测前方路况、障碍物等有碍于所述主车1行驶的情况，所述主车1能根据这些情况及时采取有效的措施，尽可能地防止事故的发生。

所述列车事故预警及防撞装置是通过SIM卡来实现身份的识别以及数据管理的。通过SIM卡，就可以保证信息传递的准确性、安全性以及专一性，只有插入SIM卡后，所述列车事故预警及防撞装置才能正常工作。

如图5所示：

所述A/D转换芯片ADT的内部电路由拨挡开关S1、开关S2、反向积分器UJ、积分电容C、比较器UB、与非门G、计数器COU、定时器TIM和逻辑控制门LOG组成；所述拨挡开关S1的两个自由端，一端连接碰撞传感器，另一端连接基准电压-V_REF，该拨挡开关S1的固定端连接所述反向积分器UJ的负向输入端，该反向积分器UJ的正向输入端接地，所述反向积分器UJ的输出端连接所述比较器UB的负向输入端，在所述反向积分器UJ的输出端和负向输入端之间并接有所述积分电容C，该积分电容C与所述开关S2并联，所述比较器UB的正向输入端接地，该比较器UB的输出端连接所述与非门G的一个输入端，该与非门G的另一输入端连接时钟信号，所述与非门G的输出端连接所述计数器COU的输入端，该计数器COU的输出端与所述定时器TIM的输入端相连，所述定时器TIM的输出端连接所述逻辑控制门LOG的输入端，该逻辑控制门LOG控制所述拨挡开关S1自由端的连接。

所述碰撞传感器在检测到碰撞发生时，u_i>0，检测无碰撞发生时，u_i＝0。

准备阶段：所述开关S2闭合，待所述积分电容C放电完毕，该开关S2断开，同时所述计数器COU清零。

第一次积分阶段：所述逻辑控制门LOG输出低电平，控制所述拨挡开关S1，所述反向积分器UJ开始积分，积分结果u₀≥0时，所述比较器UB输出为0，积分结果u₀<0时，所述比较器UB输出为1，将所述比较器UB输出结果与周期为T的时钟脉冲一起输入所述与非门G，该与非门G输出时钟脉冲驱动所述计数器COU计数，经过2ⁿ个时钟脉冲，所述计数器COU达到满量程后，所述逻辑控制门LOG输出高电平，所述拨挡开关S1接收碰撞传感器输入电压u_i的自由端断开，另一接收基准电压-V_REF的自由端闭合。第一次积分结束，进入第二次积分阶段。整个第一次积分阶段，所述反向积分器UJ输出电压

$u_o=-\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}{\&Integral;}_0^t{u}_i\mathrm{dt}$

第一次积分时间t＝T₁＝2ⁿT_c

第一次积分结束时，所述反向积分器UJ输出电压

$u_p=-\frac{T_1}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i=-\frac{2^n{T}_c}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i$

第二次积分阶段：基准电压-V_REF加到所述反向积分器UJ的负向输入端，当该反向积分器UJ输出电压u₀＝0时，所述比较器UB输出为0，所述与非门G输入端关闭，所述计数器COU停止计数。此阶段所述反向积分器UJ输出电压

$u_o\left(t_2\right)=u_p-\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}(-V_{\mathrm{REF}})\mathrm{dt}=0$

设T₂＝t₂-t₁，

$\frac{V_{\mathrm{REF}}{T}_2}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{2^n{T}_c}{\mathrm{\&tau;}}{u}_i$

有 $T_2=\frac{2^n{T}_c}{V_{\mathrm{REF}}}{u}_i$

假设此时计数器显示值为λ，则有

T₂＝λT_c

所以 $\mathrm{\&lambda;}=\frac{T_2}{T_c}=\frac{2^n}{V_{\mathrm{REF}}}{u}_i$

可以看出，所述计数器COU显示的值λ与第一次积分阶段的输入电压u_i成正比，可以直接从所述计数器COU读出输入电压u_i的值。如果u_i>V_REF，则计数器也只是显示满量程结果。如果取V_REF＝2ⁿV，则被测电压u_i就等于所述计数器COU显示的值。

列车员可以根据所述计数器COU显示值的大小，了解所述前导车2碰撞的严重程度。

其工作原理如下：前导车在前，主车在后，两车以相同的速度行驶，同时主车主控计算机随时监控两车是否保持足够的安全距离，一旦距离过近，马上控制主车减速或者前导车加速；主车与前导车通过GSM系统随时保持通讯，前导车前端的碰撞传感器一旦检测到碰撞信息，马上就通过GSM系统向主车发送该碰撞信息，主车主控计算机也随时对前导车传来的信号进行判断，确定安全时，主车上的绿色指示灯亮，如果是事故报警信号时，红色指示灯亮，计数器显示此时碰撞力的大小，主车马上进行停车处理，并通知前导车已经停车，前导车收到主车发来的停车信号，便不再向主车发送报警信号；当前导车上的摄像机、红外线、雷达探测仪检测到事故信息时，前导车也同样的向主车发送报警信息，主车及时做出相应的应急处理；如果主车一旦接收不到前导车传来的信号，主车马上采取停车处理，以免发生事故。

Claims (5)

1、一种列车事故预警及防撞装置，包括主车(1)，所述主车(1)上安装有指示灯L，其特征在于：还包括有前导车(2)，所述主车(1)和前导车(2)上都安装有无线通讯系统(3)，所述主车(1)和前导车(2)经所述无线通讯系统(3)无线连接；

所述前导车(2)位于所述主车(1)前面，与所述主车(1)保持安全距离；该前导车(2)前端安装有碰撞传感器CR，该碰撞传感器CR连接所述无线通讯系统(3)，该无线通讯系统(3)连接所述主车(1)。

2、根据权利要求1所述列车事故预警及防撞装置，其特征在于：所述无线通讯系统(3)由发送通道SC和接收通道AC组成，所述发送通道SC由A/D转换芯片ADT、主控模块CCT1、调制器MOD和天线转换模块组成，所述A/D转换芯片ADT输入端ANALOG连接所述碰撞传感器CR，输出端D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8连接所述主控模块CCT，该主控模块CCT输出端连接所述调制器MOD，调制器MOD输出端经天线连接所述接收通道AC；所述接收通道AC由D/A转换芯片DAT、解调器DEM组成，所述解调器DEM的输出端连接所述主控模块CCT，所述主控模块连接所述D/A转换芯片DAT的输入端DIO、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7，所述D/A转换芯片DAT输出端IOUT1和IOUT2输出。

3、根据权利要求1所述列车事故预警及防撞装置，其特征在于：所述安全距离大于或等于所述主车(1)紧急制动时的最短制动距离。

4、根据权利要求1所述列车事故预警及防撞装置，其特征在于：所述前导车(1)主控模块上设置有输入口连接摄像机、GPS卫星定位系统、红外线和雷达探测仪。

5、根据权利要求2所述列车事故预警及防撞装置，其特征在于：所述A/D转换芯片ADT的内部电路由拨挡开关S1、开关S2、反向积分器UJ、积分电容C、比较器UB、与非门G、计数器COU、定时器TIM和逻辑控制门LOG组成；所述拨挡开关S1的两个自由端，一端连接碰撞传感器，另一端连接基准电压-VREF，该拨挡开关S1的固定端连接所述反向积分器UJ的负向输入端，该反向积分器UJ的正向输入端接地，所述反向积分器UJ的输出端连接所述比较器UB的负向输入端，在所述反向积分器UJ的输出端和负向输入端之间并接有所述积分电容C，该积分电容C与所述开关S2并联，所述比较器UB的正向输入端接地，该比较器UB的输出端连接所述与非门G的一个输入端，该与非门G的另一输入端连接时钟信号，所述与非门G的输出端连接所述计数器COU的输入端，该计数器COU的输出端与所述定时器TIM的输入端相连，所述定时器TIM的输出端连接所述逻辑控制门LOG的输入端。

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