《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》是北京全路通信信號研究設計院有限公司於2011年5月16日申請的發明專利，該專利申請號為2011101249427，公布號為CN102267481A，專利公布日為2011年12月7日，發明人是卓開闊、陳志強、崔俊鋒、王佳。
《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》提供的CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛可以對高速列車進行自動控制，使列車的運行狀態更加平穩，可以實現精確停車，從而提高乘客乘坐的舒適性和滿意度。
2017年12月11日，《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛
- 公布號：CN102267481A
- 公布日：2011年12月7日
- 申請號：2011101249427
- 申請日：2011年5月16日
- 申請人：北京全路通信信號研究設計院有限公司
- 地址：北京市豐臺區華源一里18號樓
- 發明人：卓開闊、陳志強、崔俊鋒、王佳
- 代理機構：北京同立鈞成智慧財產權代理有限公司
- 代理人：劉芳
- Int.Cl.：B61L27/04（2006.01）I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
中國列車運行控制系統（China Train Control System，以下簡稱：CTCS）—3級列控系統是2011年5月之前的國內高速鐵路的核心安全系統，是保障高速列車安全運行和高效運作的關鍵裝備，是高速鐵路的“控制中樞”和“神經系統”。CTCS—3級列控系統通過GSM—R（GSM for Railway）無線通信網路與列控地面設備交換信息，以滿足時速超過350千米/小時的運營速度和對列車3分鐘追蹤間隔的要求。CTCS—3級列控系統是一個規模很大的分散式互動系統，其結構複雜、接口多樣，對互操作性和實時性要求較高。
傳統的列控系統並不具備列車自動運行（Automatic Train Operation，以下簡稱：ATO）功能，其對列車的控制完全由司機進行，隨著列車最大運行速度的提高和列車上所安裝的各種設備越來越多，使司機的工作量不斷增大。在這種情況下，列車的運行安全和運行效率越來越依賴司機的熟練程度和身體狀況，如果司機由於個人原因，例如疲勞、注意力不集中，不能熟練地根據列控地面設備提供的大量行車信息來操縱列車，那么就會給高速列車的運行安全帶來潛在的威脅。ATO功能一方面可以使司機由具體的操縱者轉化為操縱的監督者，從而降低司機的工作強度，使司機不會由於需要進行大量的複雜操作而分散注意力，可以消除列車運行的安全隱患。另一方面通過ATO功能的程式化操作還可以使列車的運行狀態更加平穩，使列車的時分調整更加智慧型化，可以提高乘客乘坐的舒適性和滿意度和運營的效率。
2011年5月以前，城市軌道交通車輛中已經具備了ATO功能，但由於城市軌道交通車輛的運行速度相對較低，其120千米/小時的最大運行速度不到高速鐵路的最大運行速度的一半，並且城市軌道交通車輛中的ATO系統與CTCS—3級列控系統不匹配，無法在高速列車中實現。
發明內容
專利目的
《CTCS—3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》目的在於使高速列車具備ATO功能，提高高速列車運行的安全性和效率。
技術方案
《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》提供一種CTCS—3級列車自動運行車載裝置，包括：接口模組和控車指令生成模組，所述接口模組分別與所述控車指令生成模組、列車自動防護設備和列車控制接口連線，所述控車指令生成模組通過所述接口模組與所述列車自動防護設備和列車控制接口交換信息；所述控車指令生成模組用於根據通過所述接口模組接收到的信息生成控車指令，並通過所述接口模組將所述控車指令傳送給所述列車控制接口，以供與所述列車控制接口連線的設備獲取並執行。《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》還提供一種軌道交通車輛，包括上述的CTCS—3級列車自動運行車載裝置。
改善效果
《CTCS—3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》的軌道交通車輛可以有效地進行自動控制，可以降低司機的工作強度，使列車的運行狀態更加平穩，可以實現精確停車，從而提高乘客乘坐的舒適性和滿意度。
附圖說明
圖1為《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》實施例一的結構圖；
圖2為該發明中實施例二的結構圖。
權利要求
1.《CTCS—3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》其特徵在於，包括：接口模組和控車指令生成模組，所述接口模組分別與所述控車指令生成模組、列車自動防護設備，列車控制接口連線，所述控車指令生成模組通過所述接口模組與所述列車自動防護設備和列車控制接口交換信息；所述控車指令生成模組用於根據通過所述接口模組接收到的信息生成控車指令，並通過所述接口模組將所述控車指令傳送給所述列車控制接口，以供與所述列車控制接口連線的設備獲取並執行。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述通過所述接口模組接收到的信息包括：列車自動防護信息和列車狀態信息。
3.根據權利要求2述的裝置，其特徵在於，所述列車自動防護信息包括：列車運行狀態信息、列車自動防護監控信息和應答器信息。
4.根據權利要求3的裝置，其特徵在於，所述列車運行狀態信息具體為：列車實際運行速度和列車累計行走距離。
5.根據權利要求3的裝置，其特徵在於，所述列車自動防護監控信息具體為：目標速度、目標距離和2011年5月前最大允許速度。
6.根據權利要求3的裝置，其特徵在於，所述應答器信息具體為：列車運行計畫信息、停車目標點信息、應答器自動折返信息、車門開啟信息、線路允許運行速度信息、線路坡度信息和站台運營情況相關信息。
7.根據權利要求2的裝置，其特徵在於，所述列車狀態信息具體為：列車重量信息和列車自動折返信息。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述控車指令包括：制動指令和牽引指令。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括：自動運行激活模組和自動運行裝置狀態模組，所述自動運行激活模組和自動運行裝置狀態模組分別與所述接口模組連線，所述自動運行激活模組用於生成自動運行請求，將所述自動運行請求傳送給所述列車自動防護設備，並根據所述列車自動防護設備的反饋信息確定是否激活自動運行功能；所述自動運行裝置狀態模組用於對所述自動運行車載裝置的工作狀態進行實時監測，生成自動運行裝置狀態信息，並將所述自動運行裝置狀態信息傳送給所述列車自動防護設備，以供所述列車自動防護設備確定是否停止自動運行功能。
10.一種軌道交通車輛，其特徵在於，包括：權利要求1至9中任一權利要求所述的CTCS-3級列車自動運行車載裝置。
實施方式
- 實施例一
《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》實施例一的裝置包括：接口模組10和控車指令生成模組11，接口模組10分別與控車指令生成模組11、列車自動防護設備20和列車控制接口21連線。控車指令生成模組11通過接口模組10與列車自動防護設備20和列車控制接口21交換信息。
舉例來說，該實施例的CTCS—3級列車自動運行車載裝置與CTCS—3級列控系統的列控車載設備中的列車自動防護設備20協作實現列車的列車自動運行功能，CTCS—3級列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11通過接口模組10從列車自動防護設備20和列車控制接口21處獲得進行列車自動運行控制的相關信息，並通過接口模組10將生成的控車指令傳送到列車控制接口21上，與列車控制接口21連線的列車的相關設備就可以獲得控車指令，並執行控車指令所要求的具體操作。控車指令生成模組11用於根據通過接口模組10接收到的信息生成控車指令，並通過接口模組將控車指令傳送給列車控制接口21，以供與列車控制接口21連線的設備獲取並執行。
控車指令生成模組11根據通過接口模組10從列車自動防護設備20和列車控制接口21處獲得進行列車自動運行控制的相關信息生成相應的控車指令，並通過接口模組10將生成的控車指令傳送至列車控制接口21。這樣與列車控制接口21連線的相應執行裝置就可以通過列車控制接口21獲取控車指令，並相應執行該指令，從而可以實現自動停車、自動減速等相關列車自動運行功能。該實施例的CTCS—3級列車自動運行車載裝置可以有效地對高速列車進行自動控制，可以降低司機的工作強度，使列車的運行狀態更加平穩，可以實現精確停車，從而提高乘客乘坐的舒適性和滿意度。
優選地，通過接口模組10接收到的信息可以包括：列車自動防護信息和列車狀態信息。接口模組10可以包括用於與列車自動防護設備20連線的列車自動防護設備接口單元和用於與列車控制接口21連線的列車控制接口單元，列車自動防護設備接口單元接收由列車自動防護設備20提供的實時的列車自動防護信息，並將其相應傳輸給控車指令生成模組11，列車控制接口單元接收由列車控制接口21提供的實時的列車狀態信息，並相應將其傳輸給控車指令生成模組11。這樣控車指令生成模組11就可以根據列車自動防護信息和列車狀態信息生成用於列車自動運行的控車信息。
進一步優選地，列車自動防護信息可以包括：列車運行狀態信息、列車自動防護監控信息和應答器信息。CTCS—3級列車自動運行車載裝置的接口模組10的列車自動防護設備接口單元接收的由列車自動防護設備20提供的實時的列車自動防護信息具體可以分為表示列車運行狀態的列車運行狀態信息，表示列車自動防護設備20生成的用於保障列車安全運行的列車自動防護監控信息和表示列車自動防護設備20為CTCS—3級列車自動運行車載裝置提供的通過應答器獲取的用於進行列車自動運行的應答器信息。速列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11通過這3種信息可以準確地確定該列車的運行狀態和列控地面裝置對列車運行的具體要求，進而可以有效地提高列車自動運行控制的準確性。
進一步優選地，列車運行狀態信息具體可以為：列車實際運行速度和列車累計行走距離。CTCS—3級列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11通過接口模組10接收到列車實際運行速度和列車累計行走距離後，根據列車實際運行速度可以合理地進行制動控制，例如進行制動力最佳化分配、防止車輪在軌道上滑行等，相應可以生成最佳化的具體控車指令，從而可以使列車在自動運行狀態下，使列車運行的平穩度和安全性可以達到熟練司機操控列車運行的水平，可以有效提高列車自動運行的安全性和效率。
進一步優選地，列車自動防護監控信息具體可以為：目標速度、目標距離和最大允許速度。
舉例來說，CTCS—3級列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11通過接口模組10接收到的列車自動防護監控信息可以是列車自動防護設備20生成的列車自動防護設備監控曲線，該曲線中包含目標速度、目標距離和最大允許速度。為了保證行車安全，控車指令生成模組11所生成的控車指令必須滿足目標速度、目標距離和最大允許速度的要求，從而可以有效保障列車自動運行的安全性。
進一步優選地，應答器信息具體可以為：列車運行計畫信息、停車目標點信息、應答器自動折返信息、車門開啟信息、線路允許運行速度信息、線路坡度信息和站台運營相關信息。
舉例來說，CTCS—3級列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11通過接口模組10接收到列車自動防護監控信息，該信息可以是列車自動防護設備20根據接收到的應答器傳送的信息生成的列車運行計畫信息、停車目標點信息、應答器自動折返信息、車門開啟信息、線路允許運行速度信息、線路坡度信息和站台運營情況相關信息。其中，列車運行計畫信息表示列控地面設備制定的運行計畫，列車運行計畫信息相應為CTCS—3級列車自動運行車載裝置提供了具體的運行策略，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據列車運行計畫信息可以對原有的運行策略進行調整或生成全新的運行策略。例如，當車站根據實際情況對列車的進路或發車時間等進行調整時，會生成新的列車運行計畫信息，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據接新的列車運行計畫信息，就可以獲知調整後的列車的進路或發車時間等相關要求，進而就可以根據車站的要求自動調整具體的運行策略，從而使CTCS—3級列車自動運行車載裝置可以根據列車運行計畫信息使列車安全地自動運行。停車目標點信息表示列車停車的目標位置，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據停車目標點信息可以精確地確定列車停車的目標點，並生成相應的控車指令，從而使列車平穩且準確地在停車目標點停車。應答器自動折返信息表示應答器發出的命令列車自動折返的命令，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據應答器自動折返信息可以實現列車到達指定位置後的運行方向的自動折返。車門開啟信息表示是否允許開啟或關閉車門的命令，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據車門開啟信息對車門進行控制操作。線路允許運行速度信息和線路坡度信息相應表示當前線路的最大運行速度和當前線路的坡度，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據線路允許運行速度信息和線路坡度信息生成相應的控車指令，對列車進行制動等具體操作，從而可以有效地防止列車在自動運行狀態下發生超速等危及行車安全的情況發生。站台運營相關信息相應表示車門位於站台左側或右側，及相應股道的停車點位置等信息，CTCS—3級列車自動運行車載裝置根據站台運營相關信息可以對車門開啟或閉合進行更有效的操作。控車指令生成模組11根據這些信息，可以使列車自動運行符合列控地面裝置的要求，精確地進行制動、加速或減速等具體操作。
以車門開啟信息為例，列車自動防護設備20具備用於判斷列車實際停車位置的列車停車位置判斷模組，當列車未到達停車目標點或未在停車目標點停穩時，車門開啟信息為禁止車門開啟，只有列車距離停車目標點誤差不超過0.5米且在停車目標點停穩時，車門開啟信息為允許車門開啟。在列車自動運行狀態下，一旦收到車門開啟信息為允許車門開啟，CTCS—3級列車自動運行車載裝置的控車指令生成模組11進一步確認是否收到相應的站台運營相關信息，並在收到相應的站台運營情況相關信息後，根據站台運營情況相關信息的內容，相應確定具體應該開啟列車左側車門還是右側車門。然後向列車控制接口21發出相應的控車指令，以驅動車門開啟。同時，在列控地面設備包括禁止門的情況下，列車自動防護設備20還根據車門開啟信息向列控地面設備傳送禁止門開啟信息，以控制禁止門相應的開啟和關閉。
需要說明的是，控車指令生成模組11根據這些信息生成的控車指令與司機根據這些信息發出的控車指令是一致的，為使說明書簡潔明了，該實施例不對具體如何根據這些信息生成相應的控車指令進行詳細說明。
優選地，列車狀態信息具體可以為：列車重量信息和列車自動折返信息。舉例來說，列車控制接口21提供的列車狀態信息可以是通過與列車控制接口21連線的感測器採集的列車重量信息，列車重量信息可以表示該列車處於空載、滿載、重載或超載狀態。由於列車重量與制動操作應該施加的最佳化制動力大小密切相關，根據這一信息，控車指令生成模組11就可以對生成的控車指令進行最佳化調整，可以使列車在空載、滿載、重載或超載狀態下，相應可以進行高效且最佳化地制動動作，從而進一步提高列車自動運行的運行效率和安全性。列車自動折返信息可以表示與列車控制接口21連線的司機控制台發出的列車自動折返命令，控車指令生成模組11相應就可以根據這一信息，生成相應的控車指令，使列車在列車自動運行狀態下，可以自動折返。
進一步優選地，控車指令可以包括：制動指令和牽引指令。控車指令生成模組11根據接收到的上述信息所生成的控車指令可以包括制動指令和牽引指令，制動指令和牽引指令相應傳送到列車控制接口21上。與列車控制接口21連線的各制動單元和牽引單元的制動控制裝置和牽引控制裝置相應獲取制動指令和牽引指令，以相應驅動制動裝置和牽引裝置執行制動指令和牽引指令所要求的具體的制動動作和牽引動作，從而可以實現列車在列車自動運行狀態下可以平穩且安全地運行。
- 實施例二
圖2為《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》實施例二的結構圖，如圖2所示，該實施例在實施例一的基礎上，可以進一步包括：自動運行激活模組12和自動運行裝置狀態模組13，自動運行激活模組12和自動運行裝置狀態模組13分別與接口模組10連線。
自動運行激活模組12用於生成自動運行請求，將自動運行請求傳送給列車自動防護設備20，並根據列車自動防護設備20的反饋信息確定是否激活自動運行功能。自動運行裝置狀態模組13用於對自動運行車載裝置的工作狀態進行實時監測，生成自動運行裝置狀態信息，並將自動運行裝置狀態信息傳送給列車自動防護設備20，以供列車自動防護設備20確定是否停止自動運行功能。
具體地，為保障自動運行功能的安全性和可靠性，自動運行功能需要通過列車自動防護設備20激活，這樣就可以在例如軌道線路的狀態不佳，需要司機根據軌道線路的狀態行車等特殊情況下，禁止自動運行功能的開啟，從而有效地保障行車安全。
當列車需要激活自動運行功能時，自動運行車載裝置的自動運行激活模組12生成自動運行請求，將自動運行請求傳送給列車自動防護設備20。列車自動防護設備20接收到自動運行請求後，根據軌道線路，列車狀況等條件進行判斷，基於保障安全的前提確定是否可以激活自動運行功能。若列車自動防護設備20確定可以激活自動運行功能，則向自動運行激活模組12反饋相應的允許自動運行的信息，自動運行激活模組12通過接口模組10接收到該信息後，即可以使列車進入自動運行狀態，根據接口模組10接收到的信息生成控車指令，並通過接口模組10傳送到列車控制接口21上，以使相關的設備獲取並執行。
為防止在自動運行車載裝置發生故障的情況下，由於自動運行裝置的故障而導致列車失控等危險的發生。自動運行車載裝置的自動運行裝置狀態模組13對自動運行車載裝置的工作狀態進行實時監測，並根據自動運行車載裝置的工作狀態生成相應的自動運行裝置狀態信息，並將自動運行裝置狀態信息傳送給列車自動防護設備20。列車自動防護設備20接收到該信息後，就可以獲知自動運行車載裝置是否可以正常工作，並在自動運行車載裝置無法正常工作的情況下，自動停止自動運行功能，以保證行車安全。
《CTCS-3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》還提供了一種軌道交通車輛的實施例，在軌道交通車輛中，可以套用上述圖1至2所示的實施例的CTCS—3級列車自動運行車載裝置。
榮譽表彰
2017年12月11日，《CTCS—3級列車自動運行車載裝置及軌道交通車輛》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
