第八讲 列控车载设备(1)

应答器定位修正
在线路上每隔一定距离的固定位置铺设应答器，该应答器组称为最近相关 应答器组（LRBG），从而对列车的绝对位置进行校正； 应答器安装的间隔距离取决于系统能够容忍的定位误差极限，当需要定位 误差减小时可以增加应答器的数量，但随之带来的是成本的提高。
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轨道交通控制与安全
tk ve (tk ) ve (t0 ) ae dt t0 tk vn (tk ) vn (t0 ) an dt t0 tk v (t ) v (t ) a dt u 0 u u k t0
tk ve dt 0 ( h N ) cos t0 tk vn dt 0 M h t0 tk h h v dt 0 u t 0
G F’ F θ
前进方向
车轮蠕滑
由于轮轨的接触为弹性接触，所以列 车在运行时可能出现轮对的蠕滑现象，尤 其是在曲线线路上。由于蠕滑率非常低， 实践证明，与影响测量精度的其它因素相 比，蠕滑所产生的误差可以忽略不计。
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当车轮的角加速度小于 列车打滑
amax R
时，
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Balise
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典型测速定位传感器
惯性定位传感器：自主式全天候导航系统，其工作时不需要任何外
来信息，仅依靠系统本身就能在全天候条件下进行连续的三维空间
定位和定向。
采用脉冲速度传感器进行列车定位的误差也主要来自于计数误差和车轮磨损两 个方面：
so (t ) sr (t ) ss (t ) sd (t )
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为车轮轮径造成的误差。
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若物体是朝着无线电线发射的方向前进 时，此时所反射回来的无线电波会被压 缩，因此该电波的频率会随之提高
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典型测速定位传感器
雷达发射电磁波的频率为 F 在介质中的传播速度为 发射角为 a1
雷达 速度传感器
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车载设备基本功能
列车接口
速度检测 记录器 列车接口 人机界面
车 载 安 全 计 算 机
速度监控 测速功能 安全 制动 模型 计算 制动输出 显示功能
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典型测速定位传感器
应答器： 利用车载天线通过应答器时
接收场强信号变化，产生的Attention 信号，提供准确定位置信号。
Valid Distance 1m Antenna
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R
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基于轮轴测速+应答器的测速定位系统原理
车轮滑行
当列车制动时，如果制动力过大，闸瓦
就会将车轮抱死，则车轮将不能再转动， 而是在钢轨上滑行，此时脉冲计数值会小 于正常值，导致脉冲速度传感器的速度计 算结果存在较大的误差。
典型测速定位传感器
轮轴速度传感器：利用车轮的周长作为“尺子”测量列车的走行距
离，根据测量得到的列车走行距离测算出列车运行速度
V= π×D×φ
D为车轮直径
φ为车轮转速
列车速度测量转换为检测 车轮转速和列车轮径。
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静态曲线 列车数据
列车运行防护
最低值 动态曲线 比较
制动实施
车载设备
车地信息传输
行车许可
线路数据 行车许可 生成 进路信息
空气间隙
轨道占用检测
传送
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列控系统基本组成
加速度计
光纤陀螺仪
速度信息
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位置信息
惯性测量单元
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基于轮轴测速+应答器的测速定位系统原理
测速定位误差主要来自于两个方面：
1、计数误差：主要由车轮空转、滑行、蠕滑等造成；
估计的运行距离 LRBG 方向 正向 反向
b)置
信区间
过读 误差
欠读 误差
d)
相对于 LRBG 的列车方向 正向 反向 激活驾驶台
b) 置信
区间
过读 误差
欠读 误差
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典型测速定位传感器
脉冲速度传感器：即随着列车运行，传感器输出脉冲信号，通过
传感器输出脉冲计数可以计算车轮的转速，进而确定列车运行速 度及位置。
V= π×D×φ=Δn× π×D÷N
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c
当雷达以速度 V 平行于反射面运动
c f1 F c V cos a1
c V cos a2 c V cos a2 f 2 f1 F c c V cos a1
2 V cos a1 ˆ fr F c
发射波与入射波之间的频移与雷达的 速度沿发射波方向的分量的大小成正比。
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典型测速定位传感器
多普勒雷达：
根据多普勒频移效应原理，在发射波和 反射波之间产生频差，通过测量频差可以计 算出机车的运行速度。
多普勒效应：
波是由频率及振幅所构成，而无线电 波是随着波而前进的。当无线电波在
行进的过程中，碰到物体时，该无线
电波会被反射，而且其反射回来的波 ，其频率及振幅都会随着所碰到的物 体的移动状态而改变。
列车位置的置信区间
Q_LOCACC(LRBG) (由前一个链接信息、或者默认值提供)
LRBG
1
D_LINK(1) Q_LOCACC(1) D_LINK(2) Q_LOCACC(2)
2
D_LINK(3) Q_LOCACC(3)
3
LRBG 链 接信息
链接距离 正向/反向 链接信息
反向
正向
参考位置 1st 2nd 3rd
列车每经过一个定位参考应答器组进行一
次定位修正，并更新一次应答器坐标系
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反向 正向
带有内在坐标系 的参考应答器组
由链接信息分配坐标系的 单应答器组
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2、轮径磨耗：由于车轮磨损引起轮径变化，继而影响里程的计算
车轮空转
当发动机(或电动机)供给车轮的 角加速度很大，而车轮与钢轨之间又 没有足够的摩擦力时，车轮与钢轨接 触面上的点的切线速度和加速度都要 比列车大得多。车轮就会空转
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前进方向
F’ F θ G
当车轮的角加速度大于amax 时， 列车空转
列车运行防护 测速定位 其他防护功能
列控 车载 设备 地车 信 息 传 输
地车信息传输（车载）
其他列车信息 列车位置信息 行车许可信息 其他地面信息
地车信息传输（地面） 列车占用检查 行车许可生成 其他地面设备
列控 地面 设备
其他功能
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列车速度实际就是 列车沿轨道经向运行 的线速度； 列车沿轨道的一维 线速度的积分即为列
车走行的距离。
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二、列车测速与定位
位置坐标系
以应答器作为系统中描述位置参考坐标系 每个应答器组的坐标原点由应答器组内编 号为1的应答器（称为位置参考点）给出 将组内应答器编号增加的方向定义为每个 应答器组的正向 列车、限速点等均以应答器坐标系为进行 位置描述
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由此测量得到的列车速度应当包含如下三个部分：
V VR VP VD
VR
VP
VD
为列车真实运行速度，
因空转或滑行造成的轮对运行的速度误差，空转时为正，滑行时为负，
车轮轮径误差对速度测量造成的影响。
典型测速定位传感器 列车轮径检测： 随着列车走行，列车轮径会逐渐磨耗，且会定期铣轮； 轮径修正方法： （1）人工输入法
（2）设置标准长度的轮径校准点
D= d÷V
d
DW1
DW2
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模式控制
显示输出
记录功能
定位功能
其他安全防护
特有功能
应答器
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轨道电路
无线闭塞中心
地面设备接口
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二、列车测速与定位
速度和位置是描述列车运动状态的重要信息 为防止列车超速且与前行列车保持安全距离，必须可靠、精确地确定列车 的速度和位置
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二、列车测速与定位
列车位置描述：列车方向对应的机车前端位置距LRBG的距离。
列车经过LRBG后，进行定位
列车估计前端位置至LRBG的距离 与该距离对应的置信区间，从而确
LRBG 方向 orientation 反向 正向
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列车运行控制系统
第八讲列控车载设备（1） 速度测量与列车定位
唐涛 教授
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主要内容
车载设备基本组成
列 控 系 统 车 载 设 备
测速与定位
速度监控基本原理
人机界面
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列控系统关键功能模块
列车占用检查 行车许可生成 地车信息传输
d) 相对于 LRBG 的列车方向
反向 正向 激活驾驶台
c)
LRBG 标识号
a)
估计的运行距离
定欠读误差/过读误差
LRBG标识号 相对于LRBG朝向的列车朝向 相对于LRBG的列车前端的位置 列车速度 列车完整性信息 相对于LRBG朝向的列车运行方向
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c) LRBG 标识号 a)
一、列控车载设备组成
车载安全计算机、
连续信息通信模块 如无线通信单元、
无线电 台
车载设备
DMI
记录器
轨道电路信息接收器、
点式信息通信模块 测速测距单元 列车接口单元 人机界面 记录单元
无线通信模块
ຫໍສະໝຸດ Baidu
车载安全计算机
列车接口
列车
应答器传输 模块
轨道电路信息 读取器
测速测距 单元1
应答器天线
轨道电路接收天线