УСТРОЙСТВО БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики телемеханики и связи и может быть использовано для управления локомотивом при маневровых работах и для повышения безопасности маневровых локомотивов (составов) при выполнении маневровых работ на станции назначения.
Известно устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (RU2248899, B61L 25/04. 27.03.05), содержащее бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивные датчики давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, а также соединенные с бортовым контроллером унифицированным спутниковую антенну, блок индикации, блок управления, блок переключателей, который соединен с рукояткой бдительности машиниста, переключателем кабины и электропневматическим клапаном, причем бортовой контроллер включает в себя вычислитель скорости движения, измеритель датчиков давления, микропроцессор контроля и управления, модуль навигационного приемника, формирователь безопасного напряжения и схему контроля.
Недостатком этого устройства является низкая пропускная способность межмодульного интерфейса связи и отсутствие надлежащей гибкости в изменении конфигурации системы под любой тип локомотива.
Наиболее близким к заявляемому изобретению, по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям, является, принятое в качестве прототипа, устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (RU2341396. B61L 25/04, 20.12.08), содержащее бортовой контроллер и связанные с ним датчики импульсов локомотивные, датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, а также соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления и блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном и содержащее также блок исполнительных цепей, причем бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, вход которого соединен с локомотивным датчиком импульсов, модуль измерителя датчиков давления ИДД, вход которого соединен с локомотивным датчиком давления, модуль навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной, а выход - с первым портом микрокомпьютера, второй порт которого соединен с радиомодемом, третий порт соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход- с выходом блока переключателей, а второй выход через модуль контроля и формирователь безопасного напряжения соединен с первым входом блока переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком исполнительных цепей, выход которого соединен с исполнительными цепями локомотива, мост CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения.
Недостатком известного устройства является то, что для определения фактической скорости движения в нем используется только измерение количества импульсов поступающих в единицу времени от датчиков импульсов в вычислитель скорости движения. Это приводит к неточности измерения скорости движения из-за износа бандажа колесных пар и при юзе и боксовании колес, к, которым подключены датчики. С ростом скорости движения, или при юзе или боксовании абсолютная погрешность увеличиваается вплоть до величин, влияющих на безопасность движения. Дополнительную опасность представляет неправильная калибровка вычислителя скорости движения, которая может происходить из-за ошибки человека-оператора во время подготовки локомотива к поездке при вводе исходных данных для расчета параметров движения.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения скорости и расстояния до мест ограничения скорости.
Технический результат достигается тем, что в устройстве бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации, содержащем бортовой контроллер и связанные с ним блок датчиков импульсов, локомотивный датчик давления, последовательно соединенные антенну радиоканала и радиомодем, соединенные с бортовым контроллером спутниковую антенну, блок индикации, блок управления, блок переключателей, который соединен с переключателем кабины, рукояткой бдительности машиниста и электропневматическим клапаном, и блок исполнительных цепей, причем бортовой контроллер содержит модуль вычислителя скорости движения, вход которого соединен с блоком датчиков импульсов, модуль измерителя датчиков давления, вход которого соединен с локомотивным датчиком давления, модуль навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной, а выход - с первым портом микрокомпьютера, второй порт которого соединен с радиомодемом, третий порт соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй выход - через модуль контроля и формирователь безопасного напряжения соединен с первым входом блока переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком исполнительных цепей, предназначенным для подключения к исполнительным цепям локомотива, мост CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем контроля и управления, с микрокомпьютером, модулем измерителя датчиков давления и модулем вычислителя скорости движения согласно изобретению в бортовой контроллер введен модуль определения граничной скорости движения, порт которого соединен с внутренней общей шиной интерфейса CAN, а вход соединен с выходом блока датчиков импульсов.
На чертеже на фиг.1 приведена структурная схема устройства бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации.
Устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации содержит бортовой контроллер 1 и связанные с ним блок 2 датчиков импульсов, локомотивный датчик 3 давления, последовательно соединенные антенну 4 радиоканала и радиомодем 5, соединенные с бортовым контроллером 1 спутниковую антенну 6, блок 7 индикации, блок 8 управления и блок 9 переключателей, который соединен с переключателем 10 кабины, рукояткой 11 бдительности машиниста, и электропневматическим клапаном 12, и блок 13 исполнительных цепей, причем бортовой контроллер 1 содержит модуль 14 вычислителя скорости движения, вход которого соединен с блоком 2 датчиков импульсов, модуль 15 измерителя датчиков давления, вход которого соединен с локомотивным датчиком 3 давления, модуль 16 навигационного приемника, вход которого соединен со спутниковой антенной 6, а выход - с первым портом микрокомпьютера 17, второй порт которого соединен с радиомодемом 5, третий порт соединен с первым входом блока 7 индикации, второй вход которого соединен с первым выходом модуля 18 контроля и управления, первый вход которого соединен с выходом блока 8 управления, а второй выход - через модуль 19 контроля и формирователь 20 безопасного напряжения соединен с первым входом блока 9 переключателей, выход которого соединен со вторым входом модуля 18 контроля и управления, первый порт которого через первую шину внешнего интерфейса CAN соединен с блоком 13 исполнительных цепей, предназначенным для подключения к исполнительным цепям локомотива, мост 21 CAN своим первым портом через вторую шину внешнего интерфейса CAN соединен с внешними устройствами 22, а вторым портом соединен через внутреннюю общую шину интерфейса CAN с модулем 18 контроля и управления, с микрокомпьютером 17, модулем 15 измерителя датчиков давления и модулем 14 вычислителя скорости движения. Введенный в бортовой контроллер 1 модуль 23 определения граничной скорости движения своим портом соединен с внутренней общей шиной интерфейса CAN, а вход соединен с выходом блока 2 датчиков импульсов.
Устройство бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации работает следующим образом.
Модули устройства взаимодействуют посредством межмодульного интерфейса CAN. Каждый модуль циклически выдает в CAN информацию о своем состоянии и результаты своей работы. Вместе с тем, каждый из модулей выделяет из сообщений других модулей информацию, необходимую ему для работы. Модуль 18 контроля и управления, имеющий для безопасности два независимых канала обработки информации, решает задачи управления локомотивом, и по результатам контроля бдительности машиниста и выполнения скоростных ограничений выдает управляющие воздействия на средства торможения поезда.
Модуль 16 навигационного приемника через спутниковую антенну 6 принимает сигналы от спутников радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Точность автономного определения скорости (с вероятностью 95%) 0,1 м/с, а среднеквадратическая горизонтальная ошибка автономного определения положения до 25 м. (см. журнал Железные дороги мира, №7, 2003, ст.В.И. Зорин и др. «Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения»). Ограниченная точность не позволяет, путем измерения скорости по изменению координаты, надежно отличить остановку поезда от движения поезда с малой скоростью. Поэтому, в предложенном устройстве, до некоторой граничной скорости движения локомотива Vmin (например, 1 км/час), для измерения скорости, также как и в прототипе, используется подсчет импульсов от блока 2 датчиков импульсов. При скорости V>Vmin, расчет скорости движения в основном производится на основе изменения координаты локомотива. В диапазоне повышенных скоростей движения определение скорости по изменению координаты имеет преимущества по точности и достоверности по сравнению с определением скорости по частоте импульсов приходящих от блока 2 датчиков импульсов. Важно и то, что точность измерения параметров движения на основе средств спутниковой навигации не ухудшается из-за юза и боксования. При движении поезда с высокими скоростями непрерывно производится калибровка блока 2 датчиков импульсов для повышения его точности при использовании в диапазоне скоростей V<Vmin, в качестве основного источника информации для измерения скорости.
Модули бортового контроллера 1 соединенные с блоком 2 датчиков импульсов, а именно: модуль 14 вычислителя скорости движения и модуль 23 определения граничной скорости движения непрерывно получают импульсы по которым они вычисляют значения фактической скорости локомотива и пройденного пути. При достижении условия V<Vmm., модуль 23 определения граничной скорости движения посылает команды для изменения алгоритмов работы модулей 16 навигационного приемника, микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения.
Микрокомпьютер 17 периодически получает от модуля 16 навигационного приемника значения текущей координаты, определяет на электронной карте маршрута место нахождения поезда и вычисляет расстояние до места ограничения скорости, а также, при V>Vmin, вычисляет скорость движения поезда по изменению координаты. Параметры движения поезда отображаются на экране блока 7 индикации.
Блок-схемы алгоритмов переключения режимов работы устройства, зависящих от работы модуля 23 определения граничной скорости движения, исправности канала спутниковой навигации и условий по юзу или боксованию колес локомотива приведены на фиг.2 - фиг.7,
На фиг.2 показана блок схема переключения режимов работы для случаев, когда модуль 16 навигационного приемника работает исправно.
Здесь вначале микрокомпьютер 17 вычисляет координату по данным от модуля 16 навигационного приемника. Затем он рассчитывает расстояние до места ограничения скорости по координате и электронной карте маршрута. Далее микрокомпьютер 17 анализирует информацию от модуля 23 определения граничной скорости движения по текущей скорости.
Если V>Vmin, то модуль 14 вычислителя скорости движения вычисляет скорость по изменению координаты и цикл повторяется снова, а если V<Vmin, то микрокомпьютер 17 использует данные от модуля 14 вычислителя скорости движения, который вычисляет скорость по частоте импульсов от блока 2 датчиков импульсов. При этом с помощью модуля 23 определения граничной скорости движения поверяется наличие юза или боксования колес локомотива. Если юз или боксование колес локомотива отсутствуют, то цикл повторяется снова.
Возникновение юза или боксования модуль 23 определения граничной скорости движения, соответственно, определяет по скачкообразному уменьшению или увеличению частоты импульсов, принимаемых от блока 2 датчиков импульсов.
При V<Vmin и наличии юза работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения происходит в соответствии с фиг.3, а при V<Vmin и наличии боксования работа этих устройств происходит в соответствии с фиг.4.
На фиг.3 показано, что во время юза модуль 14 при V<Vmin сохраняет в качестве измеренного последнее значение скорости, определенное им до возникновения режима юза. Это решение обусловлено тем, что при юзе скорость не увеличивается (даже на уклонах).
На фиг.4 показано, что во время боксования модуль 14 при V<Vmin считает, что скорость может повышаться и, за время каждого цикла расчета, добавляет к ранее определенному значению V значение dVmax максимально возможного приращения скорости при боксовании.
В очередном цикле, при выполнении условия V>Vmin, работа микрокомпьютера 17 возвращается на режим по фиг.2 с определением скорости по изменению координаты.
На фиг.5 показана диаграмма для случая, когда модуль 16 навигационного приемника допускает сбои в работе, например, из-за пропадания сигналов от спутников радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS,
Здесь вначале модуль 14 вычисляет пройденный путь по информации от блока 2 датчиков импульсов. Затем микрокомпьютер 17 вычисляет расстояние до места ограничения скорости по пройденному пути и электронной карте маршрута, Далее микрокомпьютер 17 получает значение скорости от модуля 14 и анализирует информацию от модуля 23 по текущей скорости. Затем микрокомпьютер 17 проверяет восстановление работоспособности модуля 16 навигационного приемника и при положительном результате, работа устройства возвращается на режим по фиг.2. Далее с помощью модуля 23 поверяется наличие юза или боксования колес локомотива. Если юз или боксование колес локомотива отсутствуют, то цикл повторяется снова. Возникновение юза или боксования модуль 23, определяет соответственно по скачкообразному уменьшению или увеличению частоты импульсов, принимаемых от блока 2 датчиков импульсов.
При наличии юза, работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 вычислителя скорости движения происходит в соответствии с фиг.6, а при наличии боксования работа микрокомпьютера 17 и модуля 14 происходит в соответствии с фиг.7.
На фиг.6 показано, что во время юза модуль 14 сохраняет в качестве измеренного последнее значение скорости, определенное им до возникновения режима юза. Это решение обусловлено тем, что при юзе скорость не увеличивается (даже на уклонах).
На фиг.7 показано, что во время боксования модуль 14 считает, что скорость может повышаться, и за время каждого цикла расчета добавляет к ранее определенному значению V значение dVmax максимально возможного приращения скорости при боксовании.
Таким образом, при сбоях в работе модуля 16 навигационного приемника для всех скоростей измерение параметров движения производится только по импульсам, поступающм от блока 2 датчиков импульсов. Однако блок 2 датчиков импульсов точно откалиброван на непосредственно предшествующих этапах движения поезда с исправной работой модуля 16 навигационного приемника и ошибки даже в этом случае меньше чем в прототипе.
За счет описанных выше алгоритмов исключается ошибочный проезд места обязательной остановки поезда и тем самым обеспечивается безопасность движения, причем в области скоростей движения V>Vmin, когда точность средств спутниковой навигации высокая, (с сохранением для дополнительной безопасности допускового контроля по количеству импульсов поступающих от блока 2 датчиков импульсов) повышается точность определения скорости и расстояния до мест ограничения скорости.