CZ27509U1 - Zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel - Google Patents

Description

Zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti techniky pro železniční provoz, konkrétněji se týká zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel.

Dosavadní stav techniky

V současné době je při posunu prováděno svěšování kolejových vozidel manuálně, tedy strojvedoucí řídí lokomotivu, hnací vozidlo, ručně. Ovšem strojvedoucí může při tomto manévru špatně odhadnout vzdálenost mezi vozidly a prudce najet na stojící vozidlo/vozidla, čímž může způsobit velké hmotné škody nebo zranění či usmrcení osob. Ačkoli existují zařízení pro automatické vedení vlaku, obdoba autopilota u letadel, která se používají při jízdě vlaku, nejsou tato uzpůsobena pro činnost při posunu, resp. pro svěšování vozidel, neboť nemají k dispozici informaci o vzdálenosti mezi nárazníky nebo ústředními spřáhly dvou vozidel při jejich vzájemném přibližování.

Z dokumentu EP 1593576 je znám způsob zjišťování vzájemné vzdálenosti kolejových vozidel, který využívá elektromagnetických vlastností kolejnic. Tento systém však nedává požadované přesné informace o vzdálenosti mezi spřáhlovými a narážecími ústrojími dvou vozidel při jejich vzájemném pohybu.

Z dokumentu EP 2349811 je znám způsob a zařízení ke zjišťování vzdálenosti mezi dvěma body, např. bodem na cestě a kolejovým vozidlem, který využívá k měření vzdálenosti technologii RFID. Z patentové literatury jsou známa i jiná řešení pro zjišťování vzdálenosti založená na technologii radaru, ovšem taková řešení jsou relativně drahá a jejich nasazení je náročné, neboť vyžadují použití složité elektroniky a anténního systému. Jsou známy i systémy zjišťování vzdálenosti dvou bodů využívající laseru nebo kamer, ovšem funkčnost těchto systémů může být narušena např. vlivem nepříznivých povětrnostních podmínek, neboť laserový paprsek je v dešti a mlze rozptylován, kamera může být oslněna např. sluncem, nebo reflektorem, omezení je i při mlze. Při zjišťování vzdálenosti dvou bodů pomocí kamer je nutné dodržet podmínku jejich stereoskopického uspořádání, dochází tak k omezení variability umístění kamer na čele lokomotivy. Navíc výše uvedené způsoby umožňují získat informace o přímé vzdálenosti mezi body opatřenými čidly pro měření vzdálenosti, což v případě svěšování vozidel není možné, protože nelze umístit čidla na spřáhlové a narážecí ústrojí vozidel, tedy nárazníky a spřáhla, a získat tak přímo jejich vzdálenost.

Podstata technického řešení

Úkolem tohoto technického řešení je proto navrhnout zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti talířů nárazníků nebo hlav ústředních spřáhel, tj. spřáhlových a narážecích ústrojí, dvou přibližujících se železničních vozidel, které by usnadnilo proces svěšování, případně jej umožnilo automatizovat jeho integrací do stávajících systémů pro automatické vedení vlaku, čímž by bylo možné snížit riziko vzniku hmotných škod nebo zranění či usmrcení osob. Uvedené zapojení by mělo být použitelné za jakýchkoli povětrnostních podmínek a levné pro zajištění masivního nasazení.

Výše uvedeného cíle je dosaženo zapojením pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel, které spočívá v tom, že obsahuje alespoň jedno ultrazvukové čidlo daleké detekce a alespoň jedno ultrazvukové čidlo blízké detekce, přičemž výstupy ultrazvukových čidel daleké i blízké detekce jsou napojeny na vyhodnocovací jednotku měření vzdálenosti opatřenou výstupem s informací o vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí, přičemž jak ultrazvuková čidla daleké i blízké detekce, tak vyhodnocovací jednotka měření vzdálenosti jsou napojeny na napájecí zdroj.

- 1 CZ 27509 Ul

Doplněním tohoto zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel do zařízení pro automatické vedení vlaku, které není předmětem tohoto technického řešení, by bylo možné najíždění hnacího vozidla na jiné stojící vozidlo automatizovat. Hnací vozidlo by přesně zastavilo při kontaktu spřáhlových a narážecích ústrojí. Další výhodou popisovaného technického řešení je možnost detekovat osoby nebo překážky před čelem vozidla, kam strojvedoucí nevidí, tedy v prostoru mimo vizuální kontrolu strojvedoucího. Při detekci osoby nebo překážky by zapojení pomocí displeje nebo jiného zařízení, které není předmětem popisovaného technického řešení, upozornilo strojvedoucího na hrozící nebezpečí při současné signalizaci měřené vzdálenosti, když opět způsob signalizace není předmětem popisovaného technického řešení.

Sekundárně je tedy zapojení dle technického řešení využitelné pro detekci osob a překážek v blízkém okolí hnacího vozidla, které není pod přímou vizuální kontrolou strojvedoucího. Sníží se tak riziko zranění nebo usmrcení osob, které se mohou nalézat v tomto prostoru.

Spřáhlovým a narážecím ústrojím jsou myšleny talíře nárazníků nebo hlavy ústředních spřáhel.

Technické řešení využívá kombinace dvou nebo více ultrazvukových čidel pro měření vzdálenosti. Ultrazvukové čidlo daleké detekce má obvykle úzký vyzařovací lalok s dlouhým dosahem. Toto ultrazvukové čidlo daleké detekce detekuje čelo, v případě vozidla vybaveného nárazníky s výhodou v místě mezi nárazníky, druhého železničního vozidla na dostatečně velkou vzdálenost. Ultrazvukové čidlo, resp. ultrazvuková čidla, blízké detekce má obvykle oproti ultrazvukovému čidlu daleké detekce vyzařovací lalok s kratším dosahem. Jakmile při vzájemném pohybu vozidel je současně detekováno čelo vozidla ultrazvukovým čidlem daleké detekce a spřáhlové a narážecí ústrojí, tedy talíř nárazníku nebo hlava ústředního spřáhla, ultrazvukovým čidlem blízké detekce, je možné stanovit z rozdílu naměřené vzdálenosti xj a stanoveného odstupu x₂ mezi ultrazvukovým čidlem blízké detekce a spřáhlovým a narážecím ústrojím druhého vozidla a z rozdílu odstupů ultrazvukového čidla blízké detekce a ultrazvukového čidla daleké detekce od čela prvního vozidla délku spřáhlového a narážecího ústrojí druhého vozidla. Při dalším přiblížení vozidel, kdy ultrazvukové čidlo blízké detekce přestává pracovat, spřáhlová a narážecí ústrojí jsou mimo vyzařovací lalok, neboje dosažena mrtvá vzdálenost ultrazvukového čidla, je vzdálenost získaná z ultrazvukového čidla daleké detekce korigována o délku spřáhlového a narážecího ústrojí druhého vozidla a odstup spřáhlového a narážecího ústrojí prvního vozidla od tohoto ultrazvukového čidla daleké detekce a je možné řídit zastavení hnacího vozidla tak, aby došlo ke kontaktu spřáhlových a narážecích ústrojí při téměř nulové vzájemné rychlosti vozidel. Tuto vzdálenost lze taktéž signalizovat strojvedoucímu, a/nebo ji předávat systému automatického vedení vlaku.

Podélný odstup x₂ mezi ultrazvukovým čidlem blízké detekce a spřáhlovým a narážecím ústrojím druhého vozidla stanovíme standardním matematickým postupem využívajícím princip pravoúhlého trojúhelníku, kdy přepona je dána vzdáleností mezi ultrazvukovým čidlem blízké detekce a spřáhlovým a narážecím ústrojím druhého vozidla změřenou tímto ultrazvukovým čidlem blízké detekce a odvěsna, představovaná příčným odstupem mezi ultrazvukovým čidlem blízké detekce a spřáhlovým a narážecím ústrojím druhého vozidla, je dána konstrukcí prvního vozidla, tj. známým umístěním ultrazvukového čidla blízké detekce na prvním vozidle, a známým umístěním spřáhlového a narážecího ústrojí druhého vozidla, když rozteč os nárazníků je stanovena jednotně normou pro železniční vozidla a ústřední spřáhlo je umístěno v ose vozidla.

Ve výhodném provedení jsou ultrazvuková čidla blízké detekce a ultrazvukové čidlo daleké detekce uspořádány ve stejném odstupu od čela prvního vozidla. V takovém případě se délka nárazníku druhého vozidla stanoví přímo z rozdílu naměřené vzdálenosti Xi a stanoveného odstupu x₂.

Uvedené zapojení umožňuje libovolné rozmístění ultrazvukových čidel na čele vozidla, typicky lokomotivy. Čidla nemusí být uspořádána stereoskopický, dokonce mohou být umístěna přímo v podélné ose lokomotivy a ani nemusí být uspořádána v jedné rovině kolmé na osu vozidla. Tím je umožněna naprostá variabilita umístění čidel, což přináší výhody pro konstruktéry a designéry při zástavbě systému na lokomotivu. Další výhodou použití ultrazvukových čidel je, že tyto pracují bez jakéhokoliv omezení za jakýchkoli povětrnostních podmínek, a to i při zhoršené viditelnosti,

-2CZ 27509 Ul když je mlha, déšť, či sněžení a pracují i při oslnění např. sluncem nebo reflektorem jiného vozidla.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je demonstrováno na obrázcích. Obr. 1 znázorňuje první fázi přiblížení, obr. 2 znázorňuje druhou fázi přiblížení a obr. 3 znázorňuje třetí fázi přiblížení u železničních vozidel vybavených nárazníky při použití jednoho ultrazvukového čidla daleké detekce a jednoho ultrazvukového čidla blízké detekce. Obr. 4 znázorňuje první fázi přiblížení, obr. 5 znázorňuje druhou fázi přiblížení a obr. 6 znázorňuje třetí fázi přiblížení u železničních vozidel vybavených nárazníky při použití jednoho ultrazvukového čidla daleké detekce a dvou ultrazvukových čidel blízké detekce. Obr. 7 znázorňuje první fázi přiblížení a obr. 8 znázorňuje druhou fázi přiblížení u železničních vozidel vybavených ústředními spřáhly při použití jednoho ultrazvukového čidla daleké detekce a jednoho ultrazvukového čidla blízké detekce. Na obr. 9 je pak znázorněno vlastní zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti nárazníků nebo hlav ústředních spřáhel dvou přibližujících se železničních vozidel opatřené jedním ultrazvukovým čidlem blízké detekce a jedním ultrazvukovým čidlem daleké detekce a na obr. 10 zapojení opatřené dvěma ultrazvukovými čidly blízké detekce a jedním ultrazvukovým čidlem daleké detekce.

Příklady provedení technického řešení

Uvedené příklady představují příkladné varianty provedení, které však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.

Zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel opatřené jedním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a jedním ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce je znázorněno na obr. 9. Toto zapojení je tvořeno jedním ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce a jedním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce, kdy obě ultrazvuková čidla 7 a 8 jsou napojena jednak na vyhodnocovací jednotku 16 měření vzdálenosti a jednak na napájecí zdroj 17. Vyhodnocovací jednotka 16 měření vzdálenosti je také připojena na napájecí zdroj 17 a je opatřena výstupem 15 s informací o vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí, talířů nárazníků nebo hlav ústředních spřáhel, který může sloužit k předání informací strojvedoucímu prostřednictvím zobrazovacího zařízení nebo/i k předání do zařízení pro automatické vedení vlaku.

Na obr. 10 je znázorněno alternativní zapojení dle tohoto technického řešení, které obsahuje navíc druhé ultrazvukové čidlo 9 blízké detekce, které je napojeno jednak na napájecí zdroj 17 a jednak na vyhodnocovací jednotku 16 měření vzdálenosti.

Zapojení dle tohoto technického řešení umožňuje zjišťovat okamžitou vzdálenost spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel následujícími způsoby.

První způsob je znázorněn na obr. 1 až 3. První vozidlo 1 se v tomto případě pohybuje směrem ke druhému vozidlu 2, které je v klidu. U železničních vozidel, která jsou v tomto provedení vybavena nárazníky, je využito jednoho ultrazvukového čidla 7 daleké detekce a jednoho ultrazvukového čidla 8 blízké detekce, kdy obě čidla jsou umístěna v místě podélné osy prvního vozidla 1 a ve stejném odstupu od čela prvního vozidla 1.

V první fázi přiblížení podle obr. 1 je čelo druhého vozidla 2 detekováno ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce, které má úzký vyzařovací lalok 10, dle současného stavu techniky v délce přibližně 10 metrů, a je uspořádáno na prvním vozidle 1. Je tak možné změřit vzdálenost xj mezi ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce a čelem druhého vozidla 2.

Ve druhé fázi přiblížení podle obr. 2 se první vozidlo i přiblíží k druhému vozidlu 2 a talíř pravého nárazníku 5 nebo talíř levého nárazníku 6 druhého vozidla 2 je detekován prvním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce, které má vyzařovací lalok 11, dle současného stavu techniky v délce přibližně 5 metrů, a je uspořádáno na prvním vozidle I. Je tak možné změřit vzdálenost mezi prvním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a talířem alespoň jednoho z nárazníků 5

-3 CZ 27509 Ul nebo 6 druhého vozidla 2, ze které je stanoven odstup x₂ mezi ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a tímto talířem nárazníku druhého vozidla 2. Odečtením odstupu x₂ od odstupu x_b když je rozdíl odstupů prvního ultrazvukového čidla 8 blízké detekce a ultrazvukového čidla 7 daleké detekce od čela prvního vozidla 1 je nulový, se získá délka nárazníku/nárazníků 1₂ druhého vozidla 2. Dále se odečte rozdíl odstupů ultrazvukového čidla 7 daleké detekce a talíře levého nárazníku 3 prvního vozidla I od čela prvního vozidla I h (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí prvního vozidla 1) od odstupu x₂ a získá se tak hodnota vzdálenosti x₃ mezi talířem levého nárazníku 3 prvního vozidla I a talířem pravého nárazníku 5 druhého vozidla 2 nebo mezi talířem pravého nárazníku 4 prvního vozidla I a talířem levého nárazníku 6 druhého vozidla 2.

Ve třetí fázi přiblížení podle obr. 3 jsou oba talíře nárazníků 5 a 6 druhého vozidla 2 mimo vyzařovací lalok Π ultrazvukového čidla 8 blízké detekce, nelze tak získat odstup x₂, ale i nadále je možné měřit vzdálenost xi pomocí ultrazvukového čidla 7 daleké detekce. Odečtením rozdílu odstupů h (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí prvního vozidla i) a vzdálenosti 1₂ (tato je známa, byla zjištěna ve druhé fázi přiblížení) od vzdálenosti xi se získá hodnota vzdálenosti x₃ mezi talířem nárazníku 3 nebo 4 prvního vozidla I a odpovídajícím talířem nárazníku 5 nebo 6 druhého vozidla 2 i za situace, kdy nelze získat odstup x₂.

Další provedení způsobu zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel je znázorněno na obr. 4 až 6. I v tomto případě se první vozidlo 1 pohybuje směrem ke druhému vozidlu 2, které je v klidu. U železničních vozidel, která jsou v tomto příkladném provedení vybavena nárazníky, je využito jednoho ultrazvukového čidla 7 daleké detekce umístěného v místě osy vozidla a dvou ultrazvukových čidel 8 a 9 blízké detekce umístěných po obou stranách ultrazvukového čidla 7 daleké detekce, přičemž všechna čidla jsou umístěna ve stejném odstupu od čela prvního vozidla 1.

V první fázi přiblížení podle obr. 4 je čelo druhého vozidla 2 detekováno ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce, které má vyzařovací lalok 10 a je uspořádáno na prvním vozidle i. Je tak možné změřit vzdálenost Xi mezi ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce a čelem druhého vozidla 2.

V druhé fázi přiblížení podle obr. 5 se první vozidlo 1 přiblíží ke druhému vozidlu 2 a talíř nárazníku 5 nebo 6 druhého vozidla 2 je detekován prvním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a/nebo druhým ultrazvukovým čidlem 9 blízké detekce, které mají vyzařovací laloky 11 a 12 a jsou uspořádána na prvním vozidle I. Je tak možné změřit vzdálenost mezi prvním ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a talířem jednoho nárazníku 5 druhého vozidla 2, ze které je stanoven odstup x₂ mezi ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a tímto talířem nárazníku druhého vozidla 2. Odečtením odstupu x₂ od vzdálenosti x_b se získá délka 1₂ nárazníku druhého vozidla 2. Dále se odečte rozdíl odstupů ultrazvukového čidla 7 daleké detekce a talíře levého nárazníku 3 prvního vozidla I od čela prvního vozidla 1 h (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí vozidla i) od odstupu x₂ a získá se tak hodnota vzdálenosti x₃ nebo x₄ mezi talířem nárazníku 3 nebo 4 prvního vozidla i a talířem nárazníku 5 nebo 6 druhého vozidla 2.

Ve třetí fázi přiblížení, podle obr. 6 jsou oba talíře nárazníků 5 a 6 druhého vozidla 2 mimo vyzařovací laloky 11 a 12 ultrazvukových čidel 8 a 9 blízké detekce, nelze tak získat odstup x₂, ale i nadále je možné měřit vzdálenost x₃ pomocí ultrazvukového čidla 7 daleké detekce. Odečtením rozdílu odstupů h (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí vozidla 1) a vzdálenosti 1₂ (tato je známa, byla zjištěna ve druhé fázi přiblížení) od vzdálenosti xi se získá hodnota vzdálenosti x₃ nebo Χ4 mezi talířem nárazníku 3 nebo 4 prvního vozidla I a talířem nárazníku 5 nebo 6 druhého vozidla 2 i za situace, kdy nelze získat odstup x₂.

Třetí příkladné provedení způsobu představuje zjišťování okamžité vzdálenosti hlav ústředních spřáhel dvou železničních vozidel a je znázorněno na obr. 7 a 8. U železničních vozidel vybavených ústředními spřáhly je využito jednoho ultrazvukového čidla 7 daleké detekce umístěného mimo osu vozidla a jednoho ultrazvukového čidla 8 blízké detekce umístěného v ose vozidla, přičemž obě čidla jsou umístěna ve stejném odstupu od čela prvního vozidla I.

-4CZ 27509 Ul

V první fázi přiblížení, podle obr. 7 je čelo druhého vozidla 2 detekováno ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce, které má vyzařovací lalok K) a je uspořádáno na prvním vozidle 1. Je tak možné změřit vzdálenost xi mezi ultrazvukovým čidlem 7 daleké detekce a čelem druhého vozidla!

V druhé fázi přiblížení podle obr. 8 se první vozidlo 1 přiblíží k druhému vozidlu 2 a hlava ústředního spřáhla 14 je detekována ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce, které má vyzařovací lalok H a je uspořádáno na prvním vozidle 1. Je tak možné změřit vzdálenost mezi ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a hlavou ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2, ze které je stanoven odstup x₂ mezi ultrazvukovým čidlem 8 blízké detekce a touto hlavou ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2. Odečtením odstupu x₂ od vzdálenosti x_b se získá délka 1₂ hlavy ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2. Dále se odečte rozdíl odstupů ultrazvukového čidla 7 daleké detekce a hlavy ústředního spřáhla 14 prvního vozidla 1 od čela prvního vozidla 1 li (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí vozidla i) od odstupu x₂ a získá se tak hodnota vzdálenosti x₃ mezi hlavou ústředního spřáhla 13 prvního vozidla i a hlavou ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2.

Ve třetí neznázoměné fázi přiblížení je hlava ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2 tak blízko ultrazvukového čidla 8 blízké detekce, že je dosažena mrtvá vzdálenost ultrazvukového čidla 8 blízké detekce, takže nelze tak získat odstup x₂, ale i nadále je možné měřit vzdálenost xi pomocí ultrazvukového čidla 7 daleké detekce. Odečtením rozdílu odstupů b (tento je konstantní, předem znám, protože je dán konstrukcí vozidla I) a vzdálenosti 1₂ (tato je známa, byla zjištěna ve druhé fázi přiblížení) od vzdálenosti xi se získá hodnota vzdálenosti x₃ mezi hlavou ústředního spřáhla 14 druhého vozidla 2 a hlavou ústředního spřáhla 13 prvního vozidla 1 i za situace, kdy nelze získat odstup x₂.

Průmyslová využitelnost

Primárně se toto technické řešení použije pro automatizaci procesu svěšování železničních vozidel a sekundárně pro lokalizaci osob či překážek v blízkém okolí hnacího vozidla, které není pod přímou vizuální kontrolou strojvedoucího.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení pro zjišťování okamžité vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí dvou přibližujících se železničních vozidel, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno ultrazvukové čidlo (7) daleké detekce a alespoň jedno ultrazvukové čidlo (8) blízké detekce, přičemž výstupy ultrazvukových čidel (7 a 8) daleké i blízké detekce jsou napojeny na vyhodnocovací jednotku (16) měření vzdálenosti opatřenou výstupem (15) s informací o vzdálenosti spřáhlových a narážecích ústrojí, přičemž jak ultrazvuková čidla (7 a 8) daleké i blízké detekce, tak vyhodnocovací jednotka (16) měření vzdálenosti jsou napojeny na napájecí zdroj (17).

   6 výkresů

   Seznam vztahových značek:

   1 první vozidlo
2. 2 druhé vozidlo
3. 3 levý nárazník prvního vozidla
4. 4 pravý nárazník prvního vozidla
5. 5 pravý nárazník druhého vozidla
6. 6 levý nárazník druhého vozidla

   -5CZ 27509 Ul ultrazvukové čidlo daleké detekce první ultrazvukové čidlo blízké detekce druhé ultrazvukové čidlo blízké detekce vyzařovací lalok ultrazvukového čidla daleké detekce vyzařovací lalok prvního ultrazvukového čidla blízké detekce vyzařovací lalok druhého ultrazvukového čidla blízké detekce hlava ústředního spřáhla prvního vozidla hlava ústředního spřáhla druhého vozidla výstup s informací o vzdálenosti spřahlových a narážecích ústrojí vyhodnocovací jednotka měření vzdálenosti napájecí zdroj.