Устройство для позиционирования рельсового транспорта
RAIL VEHICLE POSITIONING DEVICE

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и может быть использовано для определения местоположения подвижных единиц железнодорожного рельсового транспорта.
Известно устройство для определения местоположения рельсового транспортного средства, содержащее подключенный к рельсам на одном конце рельсовой линии блок измерения временного интервала и информационный блок, а на другом конце рельсовой линии к рельсам подключен калибровочный шунт, блок определения занятости участка, соединенный с рельсами на одном конце рельсовой линии, ключевые элементы, подключенные первыми входами к выходу блока измерения временного интервала, блок памяти и блок вычисления координаты транспортного средства, связанный выходом с информационным блоком, одним входом - с выходом одного ключевого элемента, соединенного вторым входом с одним выходом блока определения занятости участка, другой вход которого подключен к второму входу другого ключевого элемента, связанного выходом с входом блока памяти, соединенного выходом с другим входом блока вычисления координаты транспортного средства (SU1162653, B61L 25/02, 23.06.1985).
Недостатками данного устройства являются необходимость формирования и передачи в рельсовую линию дополнительных сигналов и непосредственное подключение аппаратуры к рельсовой линии.
Известно устройство для контроля местоположения подвижного состава, содержащее установленный на локомотиве генератор с передающей антенной, индуктивно связанной с расположенным на пути шлейфом, подключенным через резонансный усилитель к входам амплитудного дискриминатора и формирователя когерентного сигнала, выход которого подключен к одному входу фазового демодулятора, выходом подключенного к индикатору, ключевой элемент, одним входом подключенным к выходу амплитудного дискриминатора, другим - к выходу резонансного усилителя, а выходом - к другому входу фазового демодулятора (SU1219441, B61L 25/02, 23.03.1986).
Недостатками данного устройства являются необходимость формирования и передачи сигналов в дополнительно укладываемый вдоль пути шлейф, а также определение местоположения подвижного состава с точностью до зоны укладки шлейфа.
Известно устройство для определения координаты подвижного объекта, содержащее установленный на подвижном объекте передатчик с индуктивным элементом связи, а на пути - взаимодействующую с упомянутым индуктивным элементом связи трехпроводную индуктивную линию, два провода которой уложены со скрещением и подсоединены к выводу одной из обмоток линейного трансформатора, к среднему выводу которой подключен третий провод через одну из обмоток токового трансформатора, другой конец которой соединен с концами первого и второго проводов, и фазовый приемник, к входам которого подключены другие обмотки линейного и токового трансформаторов, дополнительно устройство снабжено реверсивным счетчиком, элементами И, ИЛИ, НЕ и задержки, D- и JK-триггерами и дополнительными токовым и линейным трансформаторами, фазовым приемником и трехпроводной индуктивной линией, два провода которой уложены с удвоенным шагом скрещения по отношению к первой и подключены к выводам первичной обмотки второго линейного трансформатора, к среднему выводу которой через одну из обмоток второго токового трансформатора подключен третий провод второй индуктивной линии, другой конец которого соединен с концами первого и второго ее проводов, а другие обмотки вторых линейного и токового трансформаторов подключены к входам второго фазового приемника, причем выход первого фазового приемника подключен к счетным входам D-и JК-триггеров и к входу элемента задержки, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам JK-триггера, выходы - соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, а выход второго фазового приемника подключен к установочному входу D-триггера, к входу элемента НЕ и первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу D-триггера, второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, а выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочным входам JК-триггера (SU 1252223, B61L 3/20, 23.08.1986).
Недостатками данного устройства являются необходимость формирования и передачи сигналов в дополнительно укладываемую вдоль пути индуктивную линию, а также определение местоположения подвижного состава с точностью до зоны укладки индуктивной линии.
В качестве прототипа принято устройство для позиционирования рельсового транспорта, содержащее установленные на подвижной единице железнодорожного рельсового транспорта приемник, соединенный с вычислительным блоком, к которому подключен модуль памяти с записанной в нем электронной картой маршрута, на оси колесной пары подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта жестко закреплены бесконтактный измеритель тока с подключенным к нему передатчиком, который по радиоканалу соединен со входом приемника, выход вычислительного блока является выходом устройства (RU2768805, B61L 25/00, 24.03.2022).
Недостатком данного устройства является необходимость установки на оси колесной пары подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта бесконтактного измерителя тока с подключенным к нему передатчиком, что при вибрации оси колесной пары в процессе движения приводит к погрешностям измерения бесконтактного измерителя тока, вплоть до его отказа.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности и помехоустойчивости позиционирования подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта на протяжении всего участка пути железной дороги (колеи).
Технический результат достигается тем, что в устройство для позиционирования рельсового транспорта, содержащее установленные на подвижной единице железнодорожного рельсового транспорта вычислительный блок, к которому подключен модуль памяти с записанной в нем электронной картой маршрута, при этом выход вычислительного блока является выходом устройства, согласно изобретению введены и жестко закреплены на корпусе подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта последовательно соединенные интегратор, узкополосный фильтр, детектор и аналого-цифровой преобразователь, ко входу интегратора подключены выводы катушки индуктивности, индуктивно связанной с осью колесной пары подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта, а выход аналого-цифрового преобразователя подключен ко входу вычислительного блока.
На чертеже приведена функциональная схема устройствадля позиционирования рельсового транспорта.
Устройство для позиционирования рельсового транспорта содержит установленные на подвижной единице железнодорожного рельсового транспорта вычислительный блок 1, к которому подключен модуль 2 памяти с записанной в нем электронной картой маршрута, при этом выход вычислительного блока 1 является выходом устройства, на корпусе 3 подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта жестко закреплены последовательно соединенные интегратор 4, узкополосный фильтр 5, детектор 6 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, ко входу интегратора 4 подключены выводы катушки 8 индуктивности, индуктивно связанной с осью 9 колесной пары 10 подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта, а выход аналого-цифрового преобразователя 7 подключен ко входу вычислительного блока 1.
Устройство для позиционирования рельсового транспорта работает следующим образом.
Устройство для позиционирования рельсового транспорта на основе анализа измеренных параметров тока, протекающего по рельсам и колесной паре подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта, позволяет производить вычисление текущей координаты (местоположения) подвижной единицы в пределах участка железной дороги известной длины.
Как показано в описании выбранного в качестве прототипа технического решения по патенту RU2768805, амплитуда тока, протекающего по оси колесной пары, равна:
или
U
где  – известное выходное напряжение источника тока;
известные постоянные параметры.
L
k
Y
К
Y
х
I
I
Переменный ток, протекающий по оси 9 колесной пары 10, создает переменное магнитное поле с индукцией  где  – известный масштабный коэффициент, определяемый величиной индуктивности цепи протекания тока,  - частота тока рельсовой цепи. Данное магнитное поле наводит в катушке индуктивности 8 э.д.с. , где  - известный масштабный коэффициент, определяемый параметрами катушки индуктивности 8. Напряжение с выхода катушки индуктивности 8 поступает на вход интегратора 4, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное текущему значению . С выхода интегратора 4 через узкополосный фильтр 5, обеспечивающий фильтрацию сигнала с частотой , сигнал поступает на вход детектора 6, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный величине : , где  - известный масштабный коэффициент, определяемый параметрами цепи «катушка индуктивности 8 -...- детектор 6». Данный сигнал  через аналого-цифровой преобразователь 7 поступает на вход вычислительного блока 1, где относительно переменной  решается нелинейное уравнение:
(2)
Y
I
с использованием известных итеративных методов (например, после предварительного умножения  на знаменатель выражения (1) с последующим возведением в квадрат и использованием метода Ньютона-Рафсона:
(3)
х
х=l,
х
х
X
, Y
А
А
X
, Y
К
К
К
К
Так как начальное значение  известно точно –  то данный алгоритм сходится за 2-4 шага, что обеспечивает определение координаты  практически в реальном времени). Информация о пути (длина рельсовой линии (блок-участка), координаты ее конца  и азимутальный угол наклона рельсового пути, размещенная в виде электронной карты в модуле 2 памяти, перед началом движения считывается из приборов безопасности рельсового транспорта по беспроводному каналу связи, либо скачивается через съемный носитель. Вычислительный блок 1 обращается к модулю 2 памяти для получения необходимых данных об азимутальном угле , длине рельсовой линии и координатах  ее конца. После определения значения в вычислительном блоке 1 рассчитываются текущие проекции расстояния колесной пары от конца рельсовой линии на оси двумерной декартовой системы координат:
х
=x
sin
y
= x
cos
t
t
A
A
,,
и окончательно – текущие координаты колесной пары подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта в двумерной декартовой системе координат:
Х
X
A
Y
Y
A
t
К
t
К
=
- x
sin
=
- x
cos
,,
поступающие далее с выхода вычислительного блока 1 на выход устройства.
Х
X
Y
Y
t
К
t
К
=
=
При прохождении колесной парой 10 конца рельсовой линии, определяемого по измеренному значению известной амплитуды тока, текущие координаты полагаются равными ,, что обнуляет возможные ошибки определения текущих координат колесной пары в конце каждой рельсовой линии и наряду с приведенным выше определением ее текущих координат обеспечивает высокоточное позиционирование подвижной единицы железнодорожного рельсового транспорта.