轨道车辆推进无线引导装置的研制

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摘 要：目前，地铁隧道内轨道车辆的推进主要采用人工引导，通过引导员的手势和信号旗等方式与牵引车司机进行通讯，存在较大的人员和设备安全隐患。利用无线通信技术研制了信号引导装置，引导员把前方的准确路况和行驶速度要求通过无线信号传递给牵引车司机，司机通过显示屏和声音提示等方式查看引导员传递的引导信号。引导装置集成了机械、材料、电子和通信等技术，采用模块化设计思想，重点解决了隧道内无线通讯抗干扰和减重等关键技术，具有重量轻、体积小、便于携带和通信可靠等优点。
关键词：轨道车辆引导装置；无线通信；抗干扰
中图分类号：U285.21 文献标识码： 文章编号：
1 引言
轨道车辆具有舒适、快捷和便利等优点，成为了人们出行的重要交通工具[1]。由于轨道车辆发展迅速、线路网络密布，这对行车的安全就提出了重大的考验。为此，铁道部各铁路局、地铁公司规定，轨道车辆因施工、行车需要，推进运行时，由于存在视线不良等诸多不安全因素，推进时必须要有人工引导。引导员给司机以鸣笛、减速、制动、停车等手信号，引导司机进行相应的行车推进操作[2]。在地铁、轻轨等作业过程中，存在施工作业环境复杂、各单位交叉施工以及隧道内夜间照明昏暗或无照等特点，给轨道车辆推进人工引导带来了较大的安全隐患。
目前，主要以人工引导为主，采用信号旗和信号等等方式。采用信号旗和信号灯时，引导员需将手伸出平车外一定距离，对引导员人身安全容易造成伤害（侵限）。在右转弯小曲线时，推进2个平车以上，司机无法看到手信号。电台引导虽然能在一定程度上保障引导员的安全，但是电台通信由于语言受环境干扰，声音杂音严重，从而使驾驶员不能及时明白引导员的意图，造成错误操作。为了保障通信的及时、准确，更为了保障引导人员的人身安全，进行了轨道车辆推进无线引导装置的研发。
2 引导装置整体方案
轨道车辆推进无线引导装置从结构上分为发射装置和接收装置两个部分。
2.1 发射装置
发射装置由引导员随身携带，并且随时可以向列车发送信号。主要由12V直流电源、无线发射模块、照明设备、红蓝爆闪灯、防水按钮、急停按钮、塑料外壳等组成。其设计功能如图1所示。
2.2 接收装置
接收装置安装在列车的驾驶室内，主要由列车自带的24V直流电源、红黄绿显示灯、信号显示器、操作面板、外接线缆等组成。其设计功能如图2所示。
3 控制系统
引导装置电路原理如图3所示。
（a）发射端原理图
（b）接收端原理图
3.1 信号传输
为了减小发射端面板的尺寸，按钮红、黄、绿选用中心带灯的防水按钮，通过电路控制能够实现长亮、闪烁和长灭三种状态。红、黄、绿三个按钮呈互斥关系，刚开始为长亮，按一次按钮状态变为闪烁，再按一次又为长亮状态，以此类推。三个按钮显示的长亮和闪烁这六种状态分别为列车行驶的六种信号指令。
3.2 急停控制
当引导员发现前方有紧急情况又来不及通知司机的情况下，按下急停按钮，一方面可以使蜂鸣器报警，接收端红灯闪烁，屏幕显示紧急停车，另一方面也能直接控制列车上的2个电控阀和换向阀，达到直接对列车紧急刹车的控制。
3.3 鸣笛
当引导员发现前方有行人或施工队伍需要鸣笛警示时，按下鸣笛按钮可以通过继电器对机车上的风笛进行控制，鸣笛按钮也采用中心带点的按钮，正常状态下为长亮，按下时按钮灯熄灭。
3.4 制动与缓解
制动和缓解按钮在接收端，作用在于司机发现需要使列车紧急制动时，可以通过制动按钮达到对列车的急停控制，并且此时可以反锁住发射端的信号，使发射端不可用，直到司机按下缓解按钮为止。
3.5三色反馈灯
为了保障信号传输的完全正确，反馈灯的信号时刻与接收端信号灯的信号一致，从而不仅使引导员确认司机已经收到了信号，并且保证了信号的准确性。
3.6 无线模块
引导装置中的无线模块采用JTT-A半双工无线数传模块如图4所示。该模块发射传输距离远，实际测试在空旷地带距离可以达到1200m以上，抗干扰能力强，通过单片机控制信号的接收、发送和执行。
为了保障通信距离和抗干扰能力，通过编码和重复发射的方式，再加入一些必要的放大电路和磁环来实现。经过测试，设备在使用时当其它大功率的设备（对讲机）距离天线太近时，驾驶室信号接收正常，而反馈信号会受到严重的干扰。为此当设备受到无线干扰时，采用30s无间断连续发送机制，在这30s期间，模块会一直不停的发送信号，直到发射端三色反馈灯接收到信号为止。从而确保了设备受周围电磁波干扰最小，保证了传输的稳定性和准确性。
在工程施工中，急停按钮的优先级别最高，它一旦按下，不仅要在接收端显示信号（红灯闪烁+字幕），更要实现电路中电控阀和换向阀的工作，它的驱动程序如图5所示。
4 样机
由于本装置使用环境多为隧道，环境恶劣，且发射部分需要作为移动设备使用，因此产品不仅需要防震、防水，更要控制重量。在制造设计方面，发射部分采用材质较好的尼龙外壳，结构设计紧凑，易于移动。为确保锂电池充电的安全性，电池采用卡套的形式安装，便于取出和固定，使得对电池的更换方便，设备长久可用。
接收部分放置在司机驾驶室，为固定设备，材质选用一般的塑料或者不锈钢即可。图6为引导装置的实物照片。
5 结论
通过地面、停车场、地铁车站和北京地铁施工现场的多种测试，该装置完全能取代人工引导，在信号显示、声音警示和照明等方面均具有较好的效果，总结如下：
（1）信号引导色灯正常，前进、加速、减速、停车、紧急等信息正常、清楚；
（2）照度达到要求，能突破隧道内原有的干扰亮度，可以看清地面侵限的任何情况；
（3）鸣笛正常，设备停止使用时红蓝警示灯指示正常；
（4）在隧道环境中，当传输距离在50m以内时，无线大功率干扰设备（对讲机）对设备工作完全无干扰，满足轨道车辆推进要求。
该装置无线通讯可靠、重量轻、防水性能好， 特别适用于环境恶劣的施工环境，可以应用于国有、地方铁路和地下铁道的轨行车辆推进引导。
参考文献
[1]李秀明，杜赟睿. 中国高铁发展分析[J]. 科技向导，2010（5）
[2]李光明. 铁路施工安全事故分析及控制技术[J].交通世界，2011（8）
[3]程宪平. 机电传动与控制[M]. 华中科技大学出版社，2006.
[4]谭浩强. C程序设计[M]. 清华大学出版社，1999.
[5]濮良贵. 机械设计[M]. 高等教育出版社，20048.
作者简介：亢涛（1975-），男，四川宜宾人，工程师，主要从事机械设备的维护与管理。
通信地址：四川省成都市金牛区二环路北一段111号西南交通大学机械工程学院
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