CN113147830B - 一种随动式轨道电路测距通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随动式轨道电路测距通信***，包括前后车通信接口和车载通信***，所述前后车通信接口通过FS接线端子与前行列车车载通信***的车尾侧接线端子连接；所述前后车通信接口还通过JS接线端子与后行列车车载通信***的车头侧接线端子连接。本***用以实现区间内相邻列车借助钢轨直接通信和直接测量列车沿钢轨间距两大基本功能，并极大减少地面集中设备，降低***负担和***复杂度，减少故障率和维护技术难度。
Description
技术领域
本发明涉及铁路信号与列车运行控制领域，具体涉及一种随动式轨道电路测距通信***。
背景技术
近些年我国高速铁路飞速发展，车速不断提高，为确保高铁列车行车安全，对列车运行控制***的功能和性能提出了新的更高的要求。实现前后追踪运行的列车间直接可靠的通信和沿钢轨测距，加快实现实体性移动闭塞成为促进高铁发展的一项亟待攻破的技术难题，而制约这项技术突破的屏障正是传统轨道电路结构及其带来的固定闭塞制式。
目前现有传统轨道电路***按照固定闭塞制式设计构建，在区间内固定的设置电气绝缘节、固定划分区段、各区段集中控制。从欲实现实体性移动闭塞的角度来看，该种***存在下述不足之处：
1.地面核心设备承担功能过重，而且整个***体系结构复杂庞大，维护难度较高，所以故障发生概率较高；
2.车与车之间信息交互能力低，车与车的协调运行通过集中调度的方式来实现，由于脱离现场，存在反应延时和误判可能，安全可靠性也相对较低；
3.地面核心设备一旦出现故障，将影响控制范围内多列列车的正常运行，甚至波及到其他控制范围，故障影响范围较大；
4.配套轨道电路的调谐单元、空心线圈、匹配变压器等轨旁设备复杂，维护困难，限制了***整体的可靠性；
5.后车获取前车位置和速度信息是间接的，前车→地面设备→后车，信息传输环节较多，通信可靠性相对较低。
发明内容
针对以上问题，本申请提供一种随动式轨道电路测距通信***，用以实现区间内相邻列车借助钢轨直接通信和直接测量列车沿钢轨间距两大基本功能，并极大减少地面集中设备，降低***负担和***复杂度，减少故障率和维护技术难度。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种随动式轨道电路测距通信***，包括前后车通信接口和车载通信***，所述车载通信***包括与通信交换机相连的车载发送器、车载接收器、射频加载器、射频解调器、选路控制器、通信维护机、防雷保护器a和防雷保护器b；
所述车载发送器，通过车载通信总线与所述通信交换机的通信接口装置连接，用于接收车载列控***发来且包括本车位置、行程、速度等运行状态信息的载频编码信息和低频编码信息，并根据所述载频编码信息和低频编码信息生成相应的移频信号，与所述射频加载器生成的周期性射频信号叠加为混合信号，再通过防雷保护器b后将所述移频信号或混合信号输出至前后车通信接口的发送端(FS端)；所述车载发送器还用于把所述发送器的自身工作状态及所述移频信号或所述混合信号通过通信交换机的通信接口装置输出至所述通信维护机。
所述车载接收器，通过防雷保护器a连接到所述前后车通信接口的接收端(JS端)，用于接收前行列车发来的移频信号或混合信号，如果为混合信号再滤波分解为移频信号和发生多普勒频移的射频信号，对所述移频信号进行解调处理，获取前行列车的运行状态信息，再将所述前行列车的运行状态信息输出至所述车载列控***和通信维护机，将所述发生多普勒频移的射频信号输出至射频解调器；所述车载接收器还用于把自身工作状态输出至所述通信维护机；
所述射频加载器，用以周期性的生成射频信号，将所述射频信号通过导线输出到车载发送器并叠加到移频信号上，最终能够通过所述前后车通信接口以较低的损耗由前行列车传递到后行列车，且发生有效的多普勒频移；所述射频加载器还用于将自身工作状态通过车载总线和所述通信交换机的通信接口装置传输到通信维护机；
所述射频解调器，通过导线连接到所述车载接收器，用以接收前车发来的射频信号，并对所述射频信号进行多普勒频移分析，获得射频源，也即前行列车的速度和沿钢轨到本车的间距，再通过车载通信总线和通信交换机的通信接口装置连接到所述车载列控***和通信维护机，将所述前行列车射频源的速度和沿钢轨到本车距离信息传输给车载列控***；所述射频解调器还用于把自身工作状态输出至所述通信维护机；
所述选路控制器，通过车载通信总线与所述通信交换机的通信接口装置连接，从而与所述车载列控***实现通信，获知本车的运行方向信息和列车前后两区间载频信息，生成相应的两路选路控制信号，控制选路继电器励磁电路的接通与断开，进而对所述前后车通信接口的电路连接方式进行选择；
所述通信维护机，通过车载通信总线与所述通信交换机的通信接口装置相连接，用于对所述车载发送器、车载接收器、射频加载器、射频解调器和选路控制器五部分的自身工作状态，以及对所述移频信号或所述混合信号和轨道状态信息进行判断分析，如果发现故障，则进行报警甚至发出紧急制动指令，并生成故障信息报文，发送到地面列控***。
所述通信交换机采取主用通信接口装置和备用通信接口装置构成冗余双环网拓扑结构，提供可靠数据通信服务，完成设备通信优先级分配并按照设备优先级对车载通信总线进行调度，进行数据传输。
所述前后车通信接口，其发送端和接收端通过铁路信号专用电缆经防雷保护器分别连接到车载发送器和车载接收器，为前后车之间提供通信信道，构成一个实体性移动闭塞分区，并对相邻移动闭塞分区构成电气绝缘，起到隔离作用。
特别的，所述前后车通信接口内部采用前车尾部信号导接轮和后车头部信号导接轮实现所述移频信号或所述混合信号向钢轨的加载和拾取，且分别与两根钢轨接触的信号导接轮之间有效绝缘，所述信号导接轮通过电刷和信号引接线连接到选路继电器的两组动接点上，调谐单元A并接到选路继电器的前接点(A侧)上，调谐单元B并接到选路继电器后接点(B侧)上，匹配变压器钢轨一侧并接到选路继电器另外两组动接点上。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本***通过车载通信总线和通信交换机，实现车载发送器、车载接收器、射频加载器、射频解调器、车载列控***、选路控制器和通信维护机之间的通信；并采用前后车通信接口实现前后车之间直接通信和以运行列车为界的实体性移动闭塞分区划分及相邻闭塞分区电气隔离，使得闭塞分区随车而动；同时该***前车尾部通过钢轨向后车发送叠加到移频信号上的射频信号，后车采用基于多普勒频移的射频测距方法实现前后车沿钢轨距离的直接测定，为后车获取前车位置提供校正参考；另外，周期性发送的射频信号可以击穿钢轨生锈层，保证钢轨和信号导接轮的良好电气接触。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例技术方案描述中所需使用的附图作一简单介绍。
图1是前后车通信接口的一个实施例的结构示意图；
图2是车载通信***的一个实施例的结构示意图；
图3是通信交换机的一个实施例的内部结构示意图；
图4是车载通信总线冗余双环网络的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
实施例1
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的描述，以使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，显然，所描述的实施例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为前后车通信接口结构示意图，如图1所示，本实施例的前后车通信接口包括：钢轨1、前车尾部FS端2、后车头部JS端3；所述前车尾部FS端包括：前车尾部信号导接轮4、电刷10、信号引接线11、FS选路继电器5、调谐单元A8、调谐单元B9、匹配变压器12、FS接线端子13；所述后车头部JS端包括：后车头部信号导接轮6、电刷10、信号引接线11、JS选路继电器7、调谐单元A8、调谐单元B9、匹配变压器12、JS接线端子14。调谐单元A为由电感L1和电容C1构成的串联谐振；调谐单元B为由电感L2、电容C2和电容C3构成的并联谐振；所述FS选路继电器和所述JS选路继电器均包括：由上至下四排接点组，前两排中接点通过所述信号引接线、电刷与所述前车尾部信号导接轮或后车头部信号导接轮连接，用于借助所述钢轨构建前后车信号传输信道；后两排中接点上并接匹配变压器，用于与车载通信***相连，完成通信信号和测距射频信号的传输；前接点并接所述调谐单元A，后接点并接所述调谐单元B。
在本实施例中，移频信号或混合信号在钢轨的加载与拾取通过所述信号引接线、所述电刷和所述前车尾部信号导接轮及所述后车头部信号导接轮与钢轨发生电气联系来实现；前后车通信接口的前车尾部FS端与后车尾部JS端构造基本相同，可以通过选路控制器控制切换，实现列车可双向运行；另外所述调谐单元A对A类载频构成极阻抗，对B类载频构成零阻抗；调谐单元B对B类载频构成极阻抗，对A类载频构成零阻抗。所述调谐单元A和所述调谐单元B在所述FS选路继电器或所述JS选路继电器控制下不同时接入；所述前车尾部FS端和所述后车头部JS端分别安装在前行列车尾部和后行列车头部，在同一列车上，头部JS端和尾部FS端不能同时接入所述调谐单元A或所述调谐单元B，以保证闭塞分区电气绝缘，信号不发生串扰。
具体的，一个区间运行的多列车向后方发出移频信号或混合信号时，应当交错采用A类和B类载频；当一列车运行前方闭塞分区采用A类载频通信，运行后方闭塞分区采用B类载频通信，也即本车发出B类载频的移频信号或混合信号时，本车头部JS端的JS选路继电器应励磁吸起，接入所述调谐单元A，对前行列车尾部发出的移频信号或混合信号构成极阻抗，用于拾取前行列车尾部发出的移频信号或混合信号，并对本车尾部发出的移频信号或混合信号构成零阻抗，用于阻断本车尾部发出的移频信号或混合信号向本车运行前方移动闭塞分区传递；本车尾部FS端的FS选路继电器应失磁落下，接入所述调谐单元B，对本车发出的移频信号或混合信号构成极阻抗，用于向本车运行后方移动闭塞分区加载本车发出的移频信号或混合信号，并对前行列车尾部发出的移频信号或混合信号构成零阻抗，用于阻断前行列车尾部发出的移频信号或混合信号向本车运行后方移动闭塞分区传递。
还需说明的是，所述前车尾部FS端2的所述匹配变压器12的正电端接到所述FS接线端子的FC接线柱，负电端接到所述FS接线端子的FC`接线柱；所述FS选路继电器励磁线圈的正电端接到所述FS接线端子的FD接线柱，负电端接到所述FS接线端子的FD`接线柱；所述后车头部JS端的所述匹配变压器12的正电端接到所述JS接线端子的JC接线柱，负电端接到所述JS接线端子的JC`接线柱；所述JS选路继电器励磁线圈的正电端接到所述JS接线端子的JD接线柱，负电端接到所述JS接线端子的JD`接线柱。
图2为车载通信***结构示意图，如图2所示，本实施例的车载***包括：车头侧接线端子15、车尾侧接线端子16、选路控制器17、通信交换机18、防雷保护器19、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22、射频加载器23、车载列控***24、通信维护机25。
在本实施例中，所述选路控制器17、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22、射频加载器23、车载列控***24、通信维护机25均通过CAN总线与所述通信交换机18连接，实现数据双向传输；所述车头侧接线端子15的JC和JC`接线柱、防雷保护器19、车载接收器20、射频解调器22依次通过两路信号电缆连接；所述车尾侧接线端子16的FC和FC`接线柱、防雷保护器19、车载发送器21、射频加载器23依次通过两路信号电缆连接；所述选路控制器17的两路控制线，其中一路正电端连接到所述车头侧接线端子15的JD接线柱，负电端接到所述车头侧接线端子15的JD`接线柱，另一路正电端接到所述车尾侧接线端子16的FD接线柱，负电端接到所述车尾侧接线端子16的FD`接线柱。
具体的，选路控制器17，通过CAN总线与通信交换机18相连接，用于接收车载列控***24发送的载频类型选择信息，并根据该载频类型选择信息生成两路励磁电路控制信号，控制所述JS选路继电器和所述FS选路继电器的工作状态，最终实现所述前后车通信接口中所述后车头部JS端3和所述前车尾部FS端2中所述调谐单元A8和所述调谐单元B9的选择性接入；还用于将自身工作状态发送到所述通信维护机25。
车载接收器20通过CAN总线与通信交换机18相连接，用于将接收到的混合信号分离为移频信号和射频信号，且将射频信号接续传输给射频解调器22；还用于接收车载列控***24发送的载频编码信息和低频编码信息，并根据该载频编码信息和低频编码信息，对接收到的移频信号进行解调处理，获取前行列车位置和速度等状态信息，再将该状态信息输出至通信维护机25和车载列控***24；另外，还用于把自身的工作状态输出至通信维护机25；需要说明的是，车载列控***24可根据前行列车状态信息重新调整生成本列车运行控制信息，以调控本列车运行速度。
车载发送器21通过CAN总线与通信交换机18相连接，用于接收列控***发送的载频编码信息和低频编码信息，并根据载频编码信息和低频编码信息，生成相应的移频信号；还用于将射频加载器发射的射频信号叠加到生成的移频信号上，产生混合信号，再通过防雷保护器19将该信号输出至前后车通信接口，最终传输到后行列车的车载接收器20；另外还用于把自身工作状态，以及该移频信号或混合信号通过通信交换机18输出至通信维护机25。
车载列控***24，通过CAN总线与通信交换机相连接，主要用于根据前行列车状态信息生成调节本列车运行状态的控制指令，以及根据本列车运行状态信息生成相应的载频编码信息和低频编码信息；还用于通过通信交换机18向各设备发送控制指令，以协调整个***运行。
通信维护机25，通过CAN总线与通信交换机相连接，用于对接收的车载接收器20的自身工作状态、车载发送器21的自身工作状、射频解调器22的自身工作状态、射频加载器23的自身工作状态，移频信号或者混合信号信息进行判断分析，并根据判断结果执行相应的处理；还用于针对故障设备发出故障报警甚至发出紧急制动指令，并生成故障信息报文，发送到地面列控***。需要说明的是，通信维护机25可以接收：车载接收器20转发的移频信号或移频信号与射频信号的混合信号、车载发送器21输出的移频信号或移频信号与射频信号的混合信号、射频解调器22转发的射频信号、射频加载器23生成的射频信号。
通信交换机18，通过CAN总线与选路控制器17、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22、射频加载器23、车载列控***24、通信维护机25相连接，用于完成选路控制器17、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22、射频加载器23、车载列控***24、通信维护机25通信协议转换和总线调度；还用于将自身工作状态发送给所述通信维护机25。
需要说明的是，在本实施例中，为提高***可靠性，车载接收器20和射频解调器22可以采用双机并联运行方式，选路控制器17、通信交换机18、车载发送器21和射频加载器23可以采用双机设备冗余方式。
还需说明的是，在本实施例中，为保障车载通信网络可靠性，防止单个通信接口故障影响整个***正常工作，所述通信交换机18内部采用冗余双接口设计，如图3所示，所属通信交换机主要包括：总线调度控制器26、主用通信接口装置27、备用通信接口装置28、数据缓存器29；
所述总线调度控制器26通过所述通信交换机18的内部总线30分别与主用通信接口装置27、备用通信接口装置28和数据缓存器29连接，用于为本实施例的车载***各设备提供通信CAN总线调度控制服务，管理设备通信优先级；所述主用通信接口27和所述备用通信接口28各设置冗余的CANC、CAND和CANE三路同步CAN通信总线接口，用于与本实施例车载***各设备进行连接；所述数据缓存器29通过所述通信交换机18的内部总线30分别与总线调度控制器26、主用通信接口装置27和备用通信接口装置28相连接，为大量的数据提供暂时存储空间，用于在所述总线调度控制器26时序信号作用下形成数据队列。
图4为通信总线交叉冗余的一个实施例的结构示意图，如图4所示，为保证单个通信接口故障时不影响整个***正常工作，所述通信交换机包括两个通信接口装置，其中一个为主用通信接口装置27，另一个为备用通信接口装置28，具体的，主用通信接口装置27通过CAND、CANE总线分别控制选路控制器17、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22射频加载器23的主用设备和备用设备；备用通信接口装置28通过CAND、CANE总线分别控制选路控制器17、车载接收器20、车载发送器21、射频解调器22射频加载器23的备用设备和主用设备，构成交叉冗余双环网结构，以保证每一条总线故障或任意发送器、接收器导致其关联的两条总线故障时，不会造成整个***通信故障，有效保证随动式轨道电路测距通信***的可靠性。
最后应说明的是：上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其的限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换并不能使相应的技术方案超出本发明各实施例技术方案的范畴。
Claims (9)
1.一种随动式轨道电路测距通信***，包括前后车通信接口和车载通信***，其特征在于，所述前后车通信接口通过FS接线端子与前行列车车载通信***的车尾侧接线端子连接；所述前后车通信接口还通过JS接线端子与后行列车车载通信***的车头侧接线端子连接；
所述前后车通信接口包括钢轨，在所述钢轨上设有前车尾部信号导接轮、后车头部信号导接轮，所述前车尾部信号导接轮通过电刷和信号引接线连接到前车尾部FS端的FS选路继电器的中接点上；所述后车头部信号导接轮通过电刷和信号引接线连接到后车头部JS端的JS选路继电器的中接点上。
2.根据权利要求1所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述前车尾部FS端包括FS选路继电器、调谐单元A、调谐单元B、匹配变压器和FS接线端子，所述FS选路继电器通过前接点、后接点分别与调谐单元A、调谐单元B相连，所述FS选路继电器的另一组中接点通过匹配变压器和FS接线端子相连。
3.根据权利要求1所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述后车头部JS端包括JS选路继电器、调谐单元A、调谐单元B、匹配变压器和JS接线端子，所述JS选路继电器通过前接点、后接点分别与调谐单元A、调谐单元B相连，所述JS选路继电器的另一组中接点通过匹配变压器和JS接线端子相连。
4.根据权利要求2或3所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，调谐单元A为由电感L1和电容C1构成的串联谐振；调谐单元B为由电感L2、电容C2和电容C3构成的并联谐振；调谐单元A和调谐单元B在FS选路继电器或JS选路继电器的控制下，不同时地接入信号传输网络；所述调谐单元A对A类载频的移频信号或混合信号构成极阻抗，对B类载频的移频信号或混合信号构成零阻抗；所述调谐单元B对B类载频的移频信号或混合信号构成极阻抗，对A类载频的移频信号或混合信号构成零阻抗。
5.根据权利要求2或3所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述FS选路继电器和所述JS选路继电器均包括：由上至下四排接点组，前两排中接点通过所述信号引接线、电刷与所述前车尾部信号导接轮或后车头部信号导接轮连接，用于借助所述钢轨构建前后车信号传输信道；后两排中接点上并接匹配变压器，用于与车载通信***相连，完成通信信号和测距射频信号的传输；前接点并接所述调谐单元A，后接点并接所述调谐单元B；所述FS选路继电器和所述JS选路继电器励磁吸起时，使所述调谐单元A接入，失磁落下时，使所述调谐单元B接入；并且在同一列车上，当选定一类发送载频情况下，本列车所述FS选路继电器和所述JS选路继电器处于不同的工作状态，使得所述前车尾部FS端和所述后车头部JS端接入不同类型的调谐单元。
6.根据权利要求1所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述车载通信***包括与通信交换机相连的车载发送器、车载接收器、射频加载器、射频解调器、选路控制器、防雷保护器a、防雷保护器b、车载列控***，从所述选路控制器、防雷保护器a、防雷保护器b中引出车头侧接线端子、车尾侧接线端子。
7.根据权利要求6所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述车载通信***还包括与通信交换机相连的通信维护机。
8.根据权利要求6所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述通信交换机包括主用通信接口装置和备用通信接口装置，且每套通信接口装置扩展CANC、CAND、CANE三路同步CAN总线，其中，两套通信接口装置的CAND和CANE总线分别与所述选路控制器、车载接收器、车载发送器、射频解调器、射频加载器、车载列控***的主用和备用双套设备交叉连接，构成冗余双环网；而两套通信接口装置的CANC总线与通信维护机的专用通信总线连接。
9.根据权利要求8所述一种随动式轨道电路测距通信***，其特征在于，所述通信交换机还包括相连的总线调度控制器和数据缓存器，所述总线调度控制器、数据缓存器均分别与主用通信接口装置、备用通信接口装置相连。
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