CN112026595A - 自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆 - Google Patents

自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆 Download PDF

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陈爱军
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Abstract

本发明公开了一种自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆，在不新增任何硬件设备的情况下能实现车辆的自动过分相，无需配备额外的地面和/或车载硬件，节省了车载和/或地面硬件的硬件、施工及后续全寿命周期维护的成本。在自动过分相的过程中，节省了中间设备的传递环节有效的提升了自动过分相过程的可靠性，避免了带载闯入分相区，造成车辆与弓网设备的损害。

Description

自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是一种自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆。
背景技术
在电气化牵引区段，牵引接触网采用单相工频交流供电方式。为了使电力***三相负荷平衡和提高电网利用率，要求电气化铁路接触网采用分段换相供电。为防止相间短路，相邻相之间用空气或绝缘物分割，称为“电分相”。当轨道交通车辆过分相时需要采取合适的过分相方式，目前常见的有车载自动过分相、司机手动过分相、ATP过分相以及地面转换自动过分相等方式。而目前这些过分相方式都需要有额外的地面和/或车载硬件配合完成，会较大的增加车辆成本，降低了可靠性；如果仅采用手动过分相的方式将增加司乘人员的工作强度并影响运营效率。如何节省轨道交通的制造成本及减轻司乘人员的工作强度并影响运营效率，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
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，提供一种自动过分相方法、***、车载网络控制器及车辆，在不新增任何硬件设备的情况下实现车辆的自动过分相。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种自动过分相方法，包括：
S1、计算车辆与分相区位置之间的距离S；或者计算车辆到达分相区位置所需的时间T；
S2、对比S与预先设定的距离L，当S与L之间的差值小于距离阈值(距离阈值可以设置为500m)时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区；或者，对比时间T与预先设定的时间T1，当T与T1之间的差值小于时间阈值(时间阈值可以设置为100s)时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区。
本发明的过分相方法无需借助额外的过分相设备即可完成，节省了轨道交通的制造成本及减轻司乘人员的工作强度，提高了过分相可靠性，从而提高了车辆运营效率。
步骤S1中，车辆与分相区位置之间的距离S的计算公式为：
Figure BDA0002651567340000021
其中，t0、t1分别为起始时间与终止时间；v为起始时间与终止时间内车辆实时速度。
本发明对起始时间与终止时间之间的速度进行积分，从而计算车辆与分相区位置之间的距离，计算结果准确，计算量小。
所述实时速度为车辆上速度源速度信号的实时平均值。本发明中的实时平均值，是指各速度源信号在某一时刻的平均值。将实时速度设定为车辆上速度源速度信号的实时平均值，可以保证速度计算更精确，从而确保距离值更精确。
本发明也可以通过以下方法计算车辆与分相区位置之间的距离S：步骤S1中，车辆与分相区位置之间的距离S的计算公式为：
Figure BDA0002651567340000022
其中，Vi为车辆i时刻的速度；tj为时间；m，n分别为速度的步长数与时间的步长数。
上述计算公式中，通过调整时间的步长数，可以更加精确计算距离值。步长数可以根据处理器性能、实际使用需要设置。
本发明中，设置速度步长是为了在某一小段时间(例如1s)内，取该段时间内的最佳速度值(该最佳速度值可以根据实际使用需要选择)。
为便于实时检测过分相，步骤S2之后，还包括：
S3，当重新检测到单相交流网压时，控制车辆闭合主断路器，并返回步骤S1。
本发明还提供了一种自动过分相***，其包括：
速度采集装置，用于实时采集车辆运行速度；
车载网络控制器，用于根据所述运行速度实时计算车辆与分相区位置之间的距离S；或者计算车辆到达分相区位置所需的时间T；对比S与预先设定的距离L，当S与L之间的差值小于距离阈值(例如500m)时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区；或者，对比时间T与预先设定的时间T1，当T与T1之间的差值小于时间阈值(例如100s)时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区。
本发明利用车辆上原有的速度采集装置、网络控制器即可实现自动过分相，无需增加额外的硬件设备，提高了过分相可靠性，从而提高了车辆运营效率。
所述车载网络控制器还用于执行以下操作：当检测到单相交流网压时，控制车辆闭合主断路器。
所述车载网络控制器还用于控制显示器显示过分相前车辆距离分相区位置的距离或到达分相区位置所需的时间。
本发明中，通过显示器显示过分相前车辆距离分相区位置的距离或到达分相区位置所需的时间，便于司乘人员及时获知相关信息，进一步提高运行可靠性。
所述车载网络控制器与定位***通信；所述实时监测车辆位置，并将位置信号直接或经过转换后发给车载网络控制器，用于自动过分相的控制或校准(此处所述控制，是指直接运用该车载定位***的位置信号和/或换算后的时间等信息进行车载自动过分相；校准，是指将车载定位***的位置信息与其他测速***测速信息进行对比，核实车载速度信号***或测速装置是否失真并舍弃失真数据(即剔除速度源异常信号)提升车辆位置的计算精度；或者将车载定位***的位置信息与车载速度信号***和/或测速装置求得的位置求加权平均值，减小距离计算误差)。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种车载网络控制器，该车载网络控制器被配置为用于执行本发明上述方法的步骤。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用本发明上述自动过分相***。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明利用轨道车辆已配备的车载网络控制***，结合车载已有的车载测速装置，预设线路过分相位置，并通过与其他***进行对比，确保了轨道车辆能在不额外配备地面和/或车载硬件后实现车辆的自动过分相，提升了车辆运行的可靠性，降低了司乘人员的工作强度，提升了车辆的运营效率。
附图说明
图1是本发明车载自动分相控制***结构示意图；
图2是本发明车载自动过分相的过程原理框图图；
图3为本发明实施例过分相过程的流程图。
具体实施方式
图1为本发明实施例车载自动分相控制***结构示意图，详述如下：
自动过分相控制***包括：制动***速度信号或测速装置1、设置界面2、车载显示界面3、牵引***速度信号或测速装置4、车载网络控制***或控制器5、车载定位***6。
车载速度信号***或测速装置1：用于列车速度的检测，并将速度信号直接或经过转换后发给车辆网络控制***作为控制信号或参考信号，用于自动过分相的控制或校准。
设置界面2：通过车载显示界面或其他***及维护软件的设置界面进行车辆运行前、更换或增加运营线路时过分相位置的录入以及试验前或过程中出现问题时设置或调整时间步长、进行时间和/或距离自动过分相模式的选择等。
车载显示界面或显示装置3：通过车载网络控制***的司机显示界面或其他显示器设置界面进行车辆运行前、更换或增加运营线路时过分相位置的录入以及试验前或过程中出现问题时设置或调整时间步长、进行时间和/或距离自动过分相模式的选择等。同时，通过车载网络控制***的司机显示界面或其他***的显示界面，在过分相前一段距离或时间，提示司机前方有分相区并提示司机列车通过分相区的最低速度，让车速控制在最低的自动过分相速度。
车载网络控制***或控制器4：车载网络控制***或控制器通过直接或间接获取车辆的牵引***、制动***、信号等***的速度信号，将速度与时间按照时间步长进行距离的积分，计算出车辆距离固定过分相位置点的距离，再通过距离除以速度可以得到距离过分相位置点的时间。此时，对比车载网络控制***或控制器计算的距离和/或时间与预先设置的自动过分相开始的位置和/或时间，当列车到达预先设置的自动过分相开始位置S和/或时间t时，车载网络控制***或控制器自动控制车辆卸载、分断主断路器通过分相区，为确保车辆安全通过分相区，车载网络控制***或控制器在一段时间和/或距离内会禁止闭合主断路器，当列车通过分相区又重新检测到单相交流网压后，网络控制***或控制器会自动控制车辆闭合主断路器，重新牵引正常运营竟而退出自动过分相模式。
车载定位***5：用于车辆实时位置的检测，并将位置信号直接或经过转换后发给车辆网络控制***或控制器作为控制信号或参考信号，用于自动过分相的控制或校准，如：车载网络控制***或控制器，直接运用该车载定位***的位置信号和/或换算后的时间等信息进行车载自动过分相，和/或通过将车载定位***的位置信息与其他测速***测速信息进行对比，核实车载速度信号***或测速装置是否失真并舍弃失真数据(即剔除速度源异常信号)提升车辆位置的计算精度，、或者通过对车载定位***的位置信息与车载速度信号***和/或测速装置求得的位置求加权平均值，减小位置误差。
如图2和图3所示，本发明利用轨道车辆已配备的车载网络控制***，结合车载已有的车载测速装置，通过算法在不新增任何硬件设备的情况下实现车辆的自动过分相。具体实现过程包括：
首先，在电气化牵引区段，牵引接触网采用单相工频交流供电方式，为了使电力***三相负荷平衡和提高电网利用率，一般每20至40公里的位置会设置“电分相区而且分相区的位置也是固定的。因此可以预先将车辆运营线路上的各个“分相区”的位置预设在轨道车辆的车载网络控制***中。
其次，车辆的牵引***、制动***、信号***等装有各种速度传感器会实时对车辆的速度进行检测与监控，而这些速度值也会实时传递给车载网络控制***，距离等于速度乘以时间S＝V×t(S为距离，V为速度，t为时间)，按照时间步长进行距离的积分
Figure BDA0002651567340000051
和/或按照时间步长进行距离求和
Figure BDA0002651567340000052
车载网络控制***能够方便的计算出车辆距离固定位置的距离。
最后，将车载网络控制***计算的距离与预先设计的线路分相区的位置进行对比，当列车接近分相区时可以按照时间和/或距离通过车载网络控制***自动控制车辆卸载、分断主断路器通过分相区，间隔一段时间和/或距离，当列车通过分相区又重新检测到单相交流网压后，网络控制***自动控制车辆闭合主断路器，重新牵引正常运营竟而实现车辆的自动过分相。
为提升该自动过分相方案的安全性、可用性与可靠性，首先因为牵引***、制动***提供的速度信号有多个，网络控制***会对速度源(本发明的速度源是指采集速度信号的装置，例如车辆各处的速度传感器等)进行对比甄别，剔除因空转、打滑和/或设备故障导致的问题信号；其次，对没有问题的速度信号进行平均值求解，让计算速度与车辆实际速度相符，求速度的平均值是为了更精确计算速度，从而确保距离值计算更精确；再有，借助车辆上的其他定位***如：信号***、网轨检的定位***进行距离的校正；最后，如果上述措施均失效的情况下，司机还可以通过车辆上既有的主断路器分合操作确保车辆不会带载闯入分相区，防止造成车辆与弓网设备的损害。
为确保该自动过分相方案的适用性与可扩展性，在车载网络控制***的司机显示界面或其他***及维护软件的显示界面上设计有专门的过分相设计界面，用于过分相位置录入、调整时间步长、按照时间和/或距离过分相方式的选择等，因此当列车需要更换或增加运营线路时，能方便快捷的录入分相位置信息，当试验过程中自动过分相出现偏差时，可通过调整时间步长、时间、距离、自动过分相方式等方式进行解决。最后，通过车载网络控制***的司机显示界面或其他***的显示界面，在过分相前一段距离或时间，提示司机前方有分相区控制好车速，确保车辆不会因为速度低而停在分相区导致救援等影响运营效率事件的发生。
本发明利用轨道车辆既有的车载网络控制***，结合车载已有的车载测速装置，通过算法在不新增任何硬件设备的情况下能实现车辆的自动过分相，无需配备额外的地面和/或车载硬件，节省了车载和/或地面硬件的硬件、施工及后续全寿命周期维护的成本。在自动过分相的过程中，节省了中间设备的传递环节，有效的提升了自动过分相过程的可靠性，避免了带载闯入分相区，造成车辆与弓网设备的损害。
相较于仅采用司机手动过分相的方式，该自动过分相方案可以减少司乘人员的工作强度，且整个过程中节省了司机人员的反应时间将会提升车辆的运营效率。
在车载网络控制***的司机显示界面或其他***及维护软件的显示界面上设计有专门的过分相设计界面用于过分相位置录入、调整时间步长、按照时间和/或距离过分相方式的选择等，能便捷的录入新增或调整后的分相位置信息，当试验过程中自动过分相出现偏差时可以通过调整时间步长、自动过分相方式等方式解决。
车载网络控制***的司机显示界面或其他***的显示界面在过分相前一段距离或时间，能提示司机前方有分相区控制好车速，确保车辆不会因为速度低而停在分相区导致救援等影响运营效率事件的发生。

Claims (10)

1.一种自动过分相方法，其特征在于，包括：
S1、计算车辆与分相区位置之间的距离S；和/或计算车辆到达分相区位置所需的时间T；
S2、对比S与预先设定的距离L，当S与L之间的差值小于距离阈值时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区；和/或
对比时间T与预先设定的时间T1，当T与T1之间的差值小于时间阈值时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区。
2.根据权利要求1所述的自动过分相方法，其特征在于，步骤S1中，车辆与分相区位置之间的距离S的计算公式为：
Figure FDA0002651567330000011
其中，t0、t1分别为起始时间与终止时间；v为起始时间与终止时间内车辆实时速度；优选地，所述实时速度为车辆上速度源速度信号的实时平均值。
3.根据权利要求1所述的自动过分相方法，其特征在于，步骤S1中，车辆与分相区位置之间的距离S的计算公式为：
Figure FDA0002651567330000012
其中，Vi为车辆i时刻的速度；tj为时间；m，n分别为速度的步长数与时间的步长数。
4.根据权利要求1～3之一所述的自动过分相方法，其特征在于，步骤S2之后，还包括：
S3，当重新检测到单相交流网压时，控制车辆闭合主断路器，并返回步骤S1。
5.一种自动过分相***，其特征在于，包括：
速度采集装置，用于实时采集车辆运行速度；
车载网络控制器，用于根据所述运行速度实时计算车辆与分相区位置之间的距离S；和/或计算车辆到达分相区位置所需的时间T；对比S与预先设定的距离L，当S与L之间的差值小于距离阈值时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区；和/或对比时间T与预先设定的时间T1，当T与T1之间的差值小于时间阈值时，控制车辆卸载，分断主断路器通过分相区。
6.根据权利要求5所述的自动过分相***，其特征在于，所述车载网络控制器还用于执行以下操作：当检测到单相交流网压时，控制车辆闭合主断路器。
7.根据权利要求5所述的自动过分相***，其特征在于，所述车载网络控制器还用于控制显示器显示过分相前车辆距离分相区位置的距离或到达分相区位置所需的时间。
8.根据权利要求5～7之一所述的自动过分相***，其特征在于，所述车载网络控制器与定位***通信；所述实时监测车辆位置，并将位置信号直接或经过转换后发给车载网络控制器，用于自动过分相的控制或校准。
9.一种车载网络控制器，其特征在于，该车载网络控制器被配置为用于执行权利要求1～4之一所述方法的步骤。
10.一种轨道交通车辆，其特征在于，其采用权利要求5～8之一所述的自动过分相***。
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