СИСТЕМА РАСПОЗНАВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАНИМАЕМОГО МЕХАТРОННЫМ УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗОМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА ОТНОСИТЕЛЬНО СОСТАВА
SYSTEM FOR DETECTION OF POSITION TAKEN BY MECHATRONIC DEVICE FOR CONTROL OF RAILWAY CAR BRAKE RELATIVELY TO TRAIN

Техническая часть
Настоящее изобретение в целом относится к области тормозных систем железнодорожного транспорта; в частности, изобретение относится к системе распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава.
Предшествующий уровень техники
В мире железнодорожного транспорта широко используются мехатронные устройства, состоящие из механических, пневматических и электронных частей, основанных на использовании микропроцессоров и, таким образом, включающих в себя программное обеспечение. В случаях использования таких мехатронных устройств в системах торможения их количество как минимум равно количеству железнодорожных вагонов, составляющих поезд; то есть каждый железнодорожный вагон оснащается одним или максимум двумя такими устройствами.
Обычно для всех мехатронных устройств, установленных на одном и том же поезде, используется один и тот же программный код – если только нет параметров, значения которых специфически связаны с положением самого устройства относительно состава.
В настоящем документе фраза «положение самого устройства относительно состава» относится к положению, которое железнодорожный вагон, на котором установлено устройство, занимает относительно всего поезда. Например, если состав состоит из 10 железнодорожных вагонов, процедура определения положения заключается в оценке места расположения вагона, на котором установлено устройство, по отношению к другим железнодорожным вагонам, например в соответствии с направлением их движения. Устройство может устанавливаться, например, на первом, втором, третьем и т. д. железнодорожных вагонах состава, в соответствии с направлением движения. Кроме того, на одном вагоне в составе одного и того же поезда может быть установлено несколько устройств, например по одному на каждой тележке вагона; следовательно, положение устройства определяется тем, какая тележка и какой вагон соответствуют линейному расположению самого устройства относительно состава.
Неисключительными примерами параметров могут быть следующие:
- значения веса тары и полной нагрузки для железнодорожного вагона состава, на котором установлено устройство, на основании которых рассчитывается значение усилия торможения, необходимого для достижения требуемой величины снижения скорости;
- параметры кривых перехода, т. е. плавного перехода от пневматического усилия торможения к электродинамическому рекуперативному усилию торможения и наоборот;
- параметры, относящиеся к конфигурации протоколов обмена информацией; и
- параметры, относящиеся к работе антиблокировочной системы.
Кроме того, мехатронное тормозное устройство может быть установлено на различных составах, с использованием одного и того же программного кода, однако в разных конфигурациях. Например, один и тот же поезд может комплектоваться железнодорожными вагонами в различных количествах; в таких обстоятельствах конфигурация одного и того же программного обеспечения будет для каждого случая разной.
Некоторые из параметров конфигурации программного обеспечения используются программными модулями, функциональность которых, в соответствии с классификацией европейских стандартов EN50126, EN50128 и EN50129, может быть охарактеризована уровнями безопасности SIL ≥ 1. В таком случае процесс распознавания положения, занимаемого устройством относительно состава, должен быть адаптирован с учетом того же самого уровня безопасности. Другими словами, в состав кода, используемого для распознавания, должно быть включено определенное количество дополнительных символов, чтобы гарантировать такую вероятность распознавания возможных ошибок кодирования или считывания, которая соответствовала бы установленному уровню SIL.
Уже существуют решения, позволяющие тормозному устройству идентифицировать свое расположение относительно протяженности состава.
На рисунке 1 проиллюстрировано одно из таких известных решений. В частности, соединитель 101 (например, гнездового типа) прикреплен к установочной опоре 102 мехатронного устройства (при этом указанная опора обычно прикрепляется к кузову вагона), а соответствующий соединитель 103 штыревого типа прикреплен к мехатронному устройству 104, в положении, где находится соединитель 101 гнездового типа.
В этом примере работа мехатронного устройства 104 основана на использовании микропроцессорной системы 106. Соединитель 103 штыревого типа электрически соединен с цифровым входным портом 105 микропроцессорной системы 106, при этом все контакты 107 соединителя штыревого типа (за исключением одного) соединяются с повышающими резисторами 108, связанными с источником питания микропроцессорной системы, а контакт 109 соединителя штыревого типа соединяется с «землей» микропроцессорной системы.
Соединитель 101 гнездового типа, постоянно закрепленный на установочной опоре 102 поезда, кодирует информацию о положении в двоичном режиме; при этом контакты с «логическим нулем» подключаются к контакту заземленного соединителя штыревого типа, а контакты с «логической единицей» оставляются неподключенными, что позволяет повышающим резисторам, подключенным к соединителю штыревого типа, вырабатывать напряжение уровня «логической единицы».
На основании описания, приведенного выше, на фигуре 1 показан пример двоичного кодирования (в направлении сверху вниз).
Несмотря на широкое распространение, этот метод имеет несколько недостатков.
Первым недостатком является возможное окисление контактов в долгосрочной перспективе, что со временем приводит к появлению ошибочных считываний.
Вторым недостатком является непрочность соединителя штыревого типа, контакты которого могут повреждаться в процессе установки мехатронного устройства. Таким образом, для компенсации допусков посадки один из двух соединителей должен выполняться в частично «плавающем» по отношению к своему номинальному положению варианте.
-9
Третьим недостатком является малое количество контактов у соединителей указанного типа. Это делает практически невозможным использование дополнительного количества битов обнаружения ошибок, как определено в спецификации уровня безопасности SIL 4, где вероятность возникновения нераспознанной ошибки составляет порядка 10.
Сущность изобретения
Одна из задач настоящего изобретения состоит в создании решения, уменьшающего количество ошибок считывания даже в оборудовании, характеризующемся определенной степенью износа с течением времени; это снижает вероятность возникновения повреждений во время установки системы и позволяет добавлять дополнительные биты для обнаружения ошибок, что обеспечивает достижение адекватного уровня безопасности SIL 4.
Если выражаться кратко, предлагаемая система может оказаться способной распознавать состав, на котором она установлена, и/или вагонный парк, которому принадлежит состав. Такая система может использоваться в составе мехатронной тормозной системы для обеспечения автоматического реконфигурирования параметрического программного обеспечения, которым она оснащена.
Иными словами, предлагаемая система является бесконтактной системой, основанной на использовании программных кодов.
Согласно одному из объектов настоящего изобретения, указанные выше и другие цели и преимущества достигаются путем использования системы распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава, характеризующейся признаками, определенными в пункте 1. Предпочтительные варианты выполнения изобретения определены в зависимых пунктах, содержание которых предназначено для рассмотрения в качестве составной части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
Теперь будут описаны функциональные и конструктивные признаки некоторых из предпочтительных вариантов использования системы распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава, согласно изобретению. В документе упоминаются сопутствующие чертежи, где:
- фигура 1 иллюстрирует решение согласно предшествующему уровню техники;
- фигура 2А иллюстрирует, на примере показанных видов спереди и сбоку, поддерживающую и установочную опору системы распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава, а также дает пример двоичного кодирования; и
- фигура 2Б иллюстрирует, на примере показанных видов спереди и сбоку, мехатронное устройство управления тормозом системы распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава.
Подробное описание
Перед подробным объяснением множества вариантов выполнения изобретения необходимо уточнить, что сфера применения настоящего изобретения не ограничивается элементами конструкции и конфигурацией компонентов, представленными в последующем описании или проиллюстрированными на чертежах. Настоящее изобретение может предполагать использование других вариантов выполнения и может быть реализовано или достигнуто на практике различными способами. Необходимо также понимать, что фразеология и терминология настоящего документа являются описательными и не должны трактоваться в качестве ограничивающих факторов. Использование терминов «включать в себя» и «содержать», а также их вариаций необходимо понимать в качестве пояснения факта охватывания элементов, упоминаемых далее по тексту, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов и их эквивалентов.
В одном из вариантов выполнения система распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава, содержит поддерживающую и установочную опору 200, устанавливаемую на железнодорожный вагон. Поддерживающая и установочная опора 200 проиллюстрирована в качестве примера на фигуре 2А.
Система распознавания, кроме того, содержит элемент 203 идентифицирующий двоичное кодирование положения мехатронного устройства относительно состава, которое отражается в состоянии указанной поддерживающей и установочной опоры. Выражение «отражается в состоянии указанной опоры», используемое в настоящем документе, означает, что кодирование может быть достигнуто непосредственно с использованием поддерживающей и установочной опоры или же другого элемента 201, который после этого окажется связанным с этой поддерживающей и установочной опорой, например путем использования фиксирующего средства 202.
Теперь, обратив внимание на фигуру 2Б, мы увидим, что система распознавания, кроме того, содержит мехатронное устройство 300 управления тормозом, приспособленное к закреплению на указанной поддерживающей и установочной опоре 200.
Мехатронное устройство 300 управления тормозом содержит оптическое считывающее устройство 301, располагающееся таким образом, чтобы регистрировать указанный идентифицирующий двоичный код. Оптическое считывающее устройство 301 может, например, прикрепляться к мехатронному устройству 300 управления тормозом с использованием фиксирующего средства 303.
Мехатронное устройство 300 управления тормозом определяет свое положение относительно состава в соответствии с параметрами элемента 203 идентифицирующего двоичное кодирование, которые оно считывает с использованием указанного оптического считывающего устройства 301.
Другими словами, процедура регистрирования параметров элемента 203 идентифицирующего двоичное кодирование мехатронным устройством 300 управления тормозом может основываться на использовании бесконтактной системы кодирования, в частности оптической сканирующей системы.
Указанный элемент кодирования может содержать оптический код, генерируемый на поддерживающей и установочной опоре 200, прикрепленной к железнодорожному вагону. В одном из неисключительных примеров такой код может состоять из «логических нулей» и «логических единиц», что может достигаться, например, за счет использования светоотражающих символов 204, представляющих «логический ноль», и не отражающих свет непрозрачных символов 205, представляющих «логическую единицу», как показано на фигуре 2А. Указанный оптический код может также иметь векторную или матричную форму.
Непрозрачные и светоотражающие символы могут быть получены, например, путем машинной обработки непосредственно установочной опоры или, например, путем закрепления печатной пластины 201 на установочной опоре с использованием подходящих для этого средств или же, опять в качестве примера, с использованием печатной и перфорированной пластин, с отверстиями, представляющими, например (но не исключительно), «логические единицы». Последний случай проиллюстрирован на фигуре 2А, где показано решение, базирующееся на использовании матрицы размерностью 8x2.
В состав мехатронного устройства управления тормозом может входить микропроцессорная схема.  В таком случае оптическое считывающее устройство 301 может электрически соединяться с логическим входным портом такой микропроцессорной схемы.
Кроме того, как можно видеть по фигуре 2Б, оптическое считывающее устройство может быть закреплено в щелевом отверстии 302 указанного мехатронного устройства таким образом, чтобы быть способным считывать идентифицирующий двоичный код, отображающийся на поддерживающей и установочной опоре 200.
Размещаясь в указанном щелевом отверстии 302, вектор или матрица освещающих и опточувствительных устройств 304 (в количестве, соответствующем количеству битов, кодируемых вектором или матрицей и отражающихся в состоянии установочной опоры) могут освещать и считывать отображающиеся коды. Для того чтобы избежать возникновения оптических помех, программное обеспечение, управляющее работой вектора или матрицы, может осуществлять активацию каждого из опточувствительных освещающих устройств в попеременном режиме. Для того чтобы избежать преждевременного старения опточувствительных освещающих устройств, процедура сканирования может проводиться, например (но не исключительно), только в то время, когда включено питание всего состава, и, возможно, повторяться через очень продолжительные периоды.
В состав идентифицирующего двоичного кода может, предпочтительно, входить, по меньшей мере, один дополнительный символ для обеспечения возможности обнаружения ошибок считывания. Количество дополнительных символов, использующихся для обнаружения ошибок, а также процесс их кодирования могут допускать распознавание ошибок непосредственно в процессе считывания, согласно требованиям уровня безопасности SIL ≥ 1, описанным в стандартах EN50126, EN50128, EN50129.
Система распознавания может использоваться для идентификации места расположения указанного мехатронного устройства среди набора нескольких мехатронных устройств, расположенных в контексте ограниченной инсталляции. Другими словами, в состав системы распознавания могут входить несколько мехатронных устройств, установленных на одном и том же поезде.
Идентифицирующий двоичный код может также индицировать тип состава и/или вагонного парка, которому принадлежит состав, вдобавок к индицированию положения устройства относительно состава или же в качестве альтернативы такому индицированию. Таким образом, система обнаружения может также использоваться для идентификации типа состава и/или вагонного парка, которому принадлежит указанный состав.
Информация о кодировании и положении может использоваться мехатронным устройством управления тормозом для автоматического реконфигурирования параметров программного обеспечения, необходимых для корректного функционирования мехатронного устройства управления тормозом.
Например, указанными параметрами могут быть, в том числе, и те, которые уже были описаны ранее:
- значения веса тары и полной нагрузки для железнодорожного вагона состава, на котором установлено устройство;
- параметры кривых перехода;
- параметры, относящиеся к протоколам обмена информацией; и
- параметры, относящиеся к работе антиблокировочной системы.
Преимущества настоящего решения заключаются в следующем:
- отсутствие незащищенных механических частей, которые могли бы быть повреждены в процессе их установки;
- отсутствие контактов, которые могли бы окисляться, в результате чего могли бы появляться неточные данные считывания; и
- возможность обеспечения наличия гораздо большего количества символов, чем при использовании традиционных соединителей, применяющихся для решения рассматриваемых задач.
Были описаны различные аспекты и варианты выполнения системы распознавания положения, занимаемого мехатронным устройством управления тормозом железнодорожного вагона относительно состава, согласно изобретению. Подразумевается также, что каждый из вариантов выполнения может объединяться с любым другим вариантом выполнения. Это изобретение, кроме того, не ограничивается описанными вариантами выполнения, но допускает варьирование в рамках, определяемых в сопутствующей формуле изобретения.