СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА
TRAIN CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к системам управления движением поездов, имеющих переднюю кабину управления в начале и заднюю кабину управления в конце поезда, таких как, например, пригородные электропоезда и двухсекционные локомотивы, и может использоваться для повышения достоверности определения местоположения поезда на маршруте движения.
Известна система управления движением поездов, в которой для определения местоположения поезда на маршруте движения на борту каждого локомотива установлен опросный узел, включающий приемопередатчик сигналов от путевых приемоответчиков (бализов) и блок измерения скорости, связанный с блоком электронной карты маршрута движения поезда. В момент прохождения над бализами происходит уточнение текущей координаты места нахождения поезда на маршруте, увязанное с электронной картой маршрута (журнал «Железные дороги мира», №2, 2007, с.64).
Недостаток вышеуказанной системы управления движением заключается в необходимости дополнительной путевой и локомотивной аппаратуры (радиоблок-центры, ретрансляторы, евробализы, радары акселерометры и.т.д.) как на грузонапряженных, так и на малодеятельных линиях. В связи с этим, использование таких систем требует значительных капитальных вложений.
В качестве прототипа выбрана система управления движением поездов, содержащая в передней и задней кабинах управления поездом, соответственно, комплекты устройств единой комплексной системы управления и безопасности движения поезда (ЕКС), каждый из которых содержит связанные через соответствующие CAN интерфейсы своих кабин управления поездом подсистемы контроля безопасности движения, автоматического управления служебным торможением и автоведения, при этом подсистема контроля безопасности движения состоит из подключенных к CAN интерфейсу своей кабины управления поездом модуля контроля проследования границ рельсовых цепей, модуля электронной карты маршрута, модуля измерения пройденного пути и модуля памяти длины поезда (RU 2355596, B61L 3/00, 20.05.09).
Модуль контроля проследования границ рельсовых цепей фиксирует изменение параметров кодовых сигналов, поступающих в локомотивные приемные катушки подсистемы контроля безопасности движения, во время прохода этих катушек над границей между соседними рельсовыми цепями для последующей точечной корректировки координаты места положения поезда. Координата места положения поезда непрерывно отслеживается подсистемой контроля безопасности движения по электронной карте в модуле электронной карты маршрута и используется для оптимизации параметров движения поезда, например, таких как маршрутная скорость, расход энергии, точность остановки перед препятствием и др. По сравнению с использованием бализов на пути, использование признака границ проследования рельсовых цепей, выделяемого из кодового сигнала АЛСН, существенно упрощает путевую аппаратуру.
Известная система управления движением поезда не обеспечивает достаточную достоверность и точность измерения текущей координаты места нахождения поезда из-за накопления большой ошибки в модуле измерения пройденного пути. Эта ошибка может быть дополнительно уменьшена за счет повышения частоты достоверной проверки и коррекции координаты.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности и точности в определении текущей координаты местонахождения поезда.
Технический результат достигается тем, что в системе управления движением поезда, содержащей в передней и задней кабинах управления поездом соответствующие комплекты устройств единой комплексной системы управления и безопасности движения поезда, каждый из которых содержит соединенные через CAN интерфейс своей кабины управления поездом подсистему автоведения, подсистему автоматического управления служебным торможением и подсистему контроля безопасности движения, состоящую из подключенных к CAN интерфейсу своей кабины управления поездом модуля контроля проследования границ рельсовых цепей, модуля электронной карты маршрута, модуля измерения пройденного пути и модуля памяти длины поезда, согласно изобретению в подсистему контроля безопасности движения введен модуль коррекции текущей координаты, который первым портом подключен к CAN интерфейсу своей кабины управления поездом, через который своими вторым, третьим, четвертым и пятым портами модуль коррекции текущей координаты соединен соответственно с модулем контроля проследования границ рельсовых цепей, модулем электронной карты маршрута, модулем измерения пройденного пути и модулем памяти длины поезда, шестой порт модуля коррекции текущей координаты соединен с блоком памяти, содержащим базу данных приращений длин и координат аппроксимирующих отрезков пути математической модели маршрута движения поезда, выход модуля коррекции текущей координаты соединен с портом управления модуля электронной карты маршрута, a CAN интерфейсы кабин управления поездом соединены между собой посредством канала защищенного цифрового обмена данными.
На чертеже (рис.1) приведена схема системы управления движением поезда, на рис.2 приведена блок-схема алгоритма работы модуля коррекции текущей координаты.
Система управления движением поезда содержит в передней и задней кабинах (1 и 2) управления поездом соответствующие комплекты (3 и 4) устройств единой комплексной системы управления и безопасности движения поезда, каждый из которых содержит соединенные через CAN интерфейс 5 своей кабины управления поездом подсистему 6 автоведения, подсистему 7 автоматического управления служебным торможением и подсистему 8 контроля безопасности движения, состоящую из подключенных к CAN интерфейсу 5 своей кабины управления поездом модуля 9 контроля проследования границ рельсовых цепей, модуля 10 электронной карты маршрута, модуля 11 измерения пройденного пути и модуля 12 памяти длины поезда, в подсистеме контроля безопасности движения модуль 13 коррекции текущей координаты первым портом подключен к CAN интерфейсу 5 своей кабины управления поездом, через который своими вторым, третьим, четвертым и пятым портами модуль 13 коррекции текущей координаты соединен соответственно с модулем 9 контроля проследования границ рельсовых цепей, модулем 10 электронной карты маршрута, модулем 11 измерения пройденного пути и модулем 12 памяти длины поезда, шестой порт модуля 13 коррекции текущей координаты соединен с блоком 14 памяти, содержащим базу данных приращений длин и координат аппроксимирующих отрезков пути математической модели маршрута движения поезда, выход модуля 13 коррекции текущей координаты соединен с портом управления модуля 10 электронной карты маршрута, a CAN интерфейсы 5 кабин управления поездом соединены между собой посредством канала 15 защищенного цифрового обмена данными.
Система управления движением поезда функционирует следующим образом.
При движении поезда по конкретному участку дороги в подсистеме 8 контроля безопасности движения на основе данных о скоростных ограничениях, записанных в модуле 10 электронной карты маршрута этого участка, а также данных о допустимых скоростях движения, поступающих от путевых устройств АЛСН, АЛС-ЕН и из центра управления движением по радиоканалу цифровой связи (на чертеже не показано), определяются значения допустимой скорости Vд и целевой скорости Vц движения. Допустимая скорость является максимальной и превышение ее вызывает экстренное торможение.
При использовании электронной карты, по мере приближения локомотива к препятствию, на котором предусмотрено ограничение скорости, значение скорости Vд. постепенно снижается в соответствии с заданной кривой торможения до значения Vц. Машинист поезда, при этом, должен поддерживать значение фактической скорости движения Vф.<Vд. В таком режиме движения средняя скорость движения поезда определяется препятствием на пути поезда, задающим наиболее жесткое ограничение скорости. Средняя скорость движения поезда с использованием данных электронной карты за счет возможности оптимального движения выше по сравнению со средней скоростью движения без использования электронной карты. Поэтому все случаи перехода из этого режима в режимы движения только по сигналам АЛС-ЕН и/или АЛСН крайне нежелательны, так как снижают пропускную способность и оптимальность режимов движения поезда.
Одной из распространенных причин этого является накопление ошибки в вычислении текущей координаты на основе данных, поступающих из модуля 11 измерения пройденного пути.
Модуль 10 электронной карты маршрута осуществляет
- запись и хранение данных электронной карты маршрута следования поезда,
- вычисление линейной железнодорожной координаты локомотива по данным модуля 11 измерения пройденного пути,
- выбор целей на пути поезда (на участке длиной 5000 м) и отслеживание их проследования головой или хвостом поезда,
- поддержка отслеживания целей до конца маршрута при выходе из электронной карты или за пределы участка внесенного в электронную карту.
При работе подсистем 8 контроля безопасности движения, с электронной картой маршрута на дисплее (на чертеже не показан) в кабине машиниста индицируются буквы ЭК (электронная карта) в случае, если по данным из электронной карты маршрута формируется актуальное (действующее в данный период времени) ограничение скорости. После ввода номера пути на дисплее машиниста также индицируется координата пути и расстояние до препятствия.
В предлагаемой системе (по сравнению с прототипом) за счет работы модуля 13 коррекции текущей координаты коррекция координаты местонахождения производится не только в моменты проследования границы между смежными рельсовыми цепями передней частью поезда, но и при проследовании этой же границы задней частью поезда. Это существенно повышает надежность работы устройства управления движением поезда в режиме следования по электронной карте маршрута.
При проследовании границы очередной рельсовой цепи через локомотивную приемную катушку (на чертеже не показана) подсистемы 8 контроля безопасности движения передней кабины 1 поезда в модуле 9 контроля проследования границ рельсовых цепей происходит фиксация изменения параметров кодового сигнала. При этом он формирует на своем выходе сигнал стробирования. Одновременно, подсистема 8 контроля безопасности движения выделяет из сигнала индивидуальный номер очередной рельсовой цепи, по которому в модуле 10 электронной карты маршрута определяется точная координата X1 данной границы. Сигнал стробирования поступает на второй порт модуля 13 коррекции текущей координаты. По этому сигналу модуль 13 считывает точную координату X1 из внутренней базы данных модуля 10 электронной карты маршрута и при необходимости корректирует текущую координату, непрерывно вычисляемую модулем 10 электронной карты маршрута по данным модуля 11 измерения пройденного пути.
Далее модуль 13 через шестой порт считывает из базы данных (блока 14 памяти) приращений длин и координат аппроксимирующих отрезков пути математической модели маршрута движения поезда, записанные в ней приращения координат dXi. База данных содержит математическую модель маршрута движения поезда в виде таблицы, в которой текущий маршрут движения поезда разделен на отрезки, каждому из которых соответствует запись, включающая значение индекса i, значение приращения координаты местоположения dXi и значение соответствующего приращения длины маршрута dLi. Длина отрезков выбрана равной 1 м, из компромиссного условия достижения необходимой точности при разумном расходе ресурса электронной памяти и вычислительной мощности. Эта таблица в иной форме дублирует информацию, записанную в базе данных модуля 10 электронной карты маршрута.
Сопоставление результатов вычислений, производимых по разным алгоритмам с использованием разных исходных данных, обеспечивает повышение уровня достоверности контроля текущей координаты и повышает безопасность движения поездов.
Модуль 13 суммированием приращений координат dXi (начиная от i=0) находит первый индекс i=j, для которого ∑(dXi)>=X1. После этого при обнаружении некоторого расхождения между текущей координатой Х по электронной карте маршрута и X1, модуль 13 выполняет первую коррекцию, устанавливая Х=X1.
Далее модуль 13 суммированием приращений длин dLi, из базы данных аппроксимирующих отрезков (начиная от i=j) находит первый индекс i=k, для которого ∑(dLi)>=Lпоезда. Параметр L поезда модуль 13 получает через пятый порт и CAN интерфейс 5 из модуля 12 памяти длины поезда. Длина поезда заносится в модуль 12 памяти длины поезда во время конфигурации системы перед каждой новой поездкой.
Затем модуль 13 суммированием X1 и приращений координат dXi, из базы данных аппроксимирующих отрезков, начиная от i=j до i=k, рассчитывает прогнозируемую координату Х2=X1+∑(dXi) положения передней кабины 1 поезда в момент получения сигнала проследования границы рельсовой цепи приемной катушкой (на чертеже не показана) локомотивной подсистемы 8 контроля безопасности движения задней кабины 2 поезда.
При пересечении границы данной рельсовой цепи локомотивной приемной катушкой подсистемы 8 контроля безопасности движения задней кабины 2 поезда на модуль 13 передней кабины 1 поступает стробирующий сигнал от модуля 9 кабины 2 поезда. Этот сигнал (и другие вспомогательные данные) передаются из CAN интерфейса 5 задней кабины 2 в CAN интерфейс 5 передней кабины 1 по каналу 15 защищенного цифрового обмена данными. Высокая надежность работы канала 15 достигается применением помехозащищенного кодирования информации и физической защитой от электромагнитных помех. Упомянутый сигнал синхронизации из CAN интерфейса 5 передней кабины 1 поступает на второй порт модуля 13 коррекции текущей координаты. По этому сигналу модуль 13, при необходимости, еще раз за время движения поезда по данной рельсовой цепи корректирует текущую координату X, непрерывно вычисляемую модулем 10 электронной карты маршрута, путем осуществления присваивания Х=Х2.
В задней кабине 2 функционирует только ее модуль 9 контроля проследования границ рельсовых цепей. Остальные устройства выключаются переключателем установленного направления движения поезда.
Если модулем 13 обнаружено аномально большое не соответствие всех трех данных X, X1, Х2, то на выходе модуля 13 формируется команда выключения модуля 10 электронной карты маршрута через порт управления. При этом происходит временный переход на работу устройства без использования режима отслеживания местоположения поезда по электронной карте маршрута. Подсистема контроля безопасности движения 8 переключается на режим движения поезда только по сигналам АЛС-ЕН и/или АЛСН до восстановления нормальной работы соответствующих модулей устройства.
Поскольку корректировка работы модуля 10 электронной карты маршрута производится в два раза чаще, чем в прототипе, заявляемая система управления движением поезда повышает достоверность и точность в определении текущей координаты местонахождения поезда и обеспечивает более надежное функционирование аппаратуры в оптимальном режиме управления движением поезда.