本发明涉及真空车辆技术领域，特别是一种真空车辆控制系统。
背景技术：
真空车辆具有高速和能耗少等众多优点，具有非常广阔的发展空间，在不久的将来可在各城市或各国之间的交通运输中发挥重要作用。真空车辆是在密闭的真空管道中行驶的高速车辆，一般选用磁悬浮车辆，不受空气阻力、摩擦及天气影响，其理论时速可达到1000-20000公里/时，超过了飞机的数倍，耗能也比飞机低很多倍，这种交通工具可能成为21世纪人类最快的出行方式。
由于真空车辆需处于真空环境下，会涉及到真空的密封、检漏、上下客货、应急、逃生等问题，从而成为了重要的研究课题。现有技术中主要是对真空车辆的结构进行研究和设计，而控制系统方面还处于空白状态。然而真空的密封、检漏、上下客货、应急、逃生及周围的环境检测等都离不开控制系统的控制、监控和调度。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种安全性高，密封性好，舒适度高的真空车辆控制系统。
本发明的技术方案是：一种真空车辆控制系统，包括：
站控系统，用于调度所有经过、进出站的车辆；
隧控制系统，用于获取隧内外的环境信息、行车位置信息，根据行车过程中的可能变化控制闸门、隧门或逃生门的启闭、或调整轨道上直线电机控制参数；根据隧内、隧夹层或闸门内腔的真空状况控制真空机组的启停；
车辆控制系统，用于获取车辆的运行信息、舱内环境信息，根据行车过程中的可能变化控制舱门或逃生门在目标位置的启闭，以及维持启闭过程中的压强平衡；当车辆未在目标位置停靠，控制执行机构驱动车辆移至目标位置；
控制中心，用于与隧控制系统、车辆控制系统、站控系统及服务器进行双向通信，对各个系统进行协调控制，监测控制所有车辆运行工况、各隧段真空状况。
进一步，所述控制系统还包括维生系统，维生系统与车辆控制系统和/或控制中心进行通信；所述维生系统包括以下各项中的至少一个：
舱调温系统，用于对车辆舱内温度进行自适应调节；
舱调湿系统，用于对舱内湿度进行自适应调节；
舱增氧系统，用于产生氧气，根据舱内氧气和二氧化碳的浓度，保持氧气恒定；
紧急吸氧系统，用于遇灾难或紧急情况时，启动该系统；
各维生传感器，用于获取下述至少一种信息：舱内温度信息、湿度信息、氧气浓度信息、
二氧化碳浓度信息、噪音信息、烟气浓度信息、空气质量信息、过滤器阻力信息、剩余清水量信息和污水收集量信息。
进一步，所述舱增氧系统包括制氧机以及产生氧气的化合装置，通过测氧仪和二氧化碳传感器实时检测舱内的氧气和二氧化碳的浓度，通过制氧开关控制化合装置产生氧气，保持氧气恒定。
进一步，所述控制系统还包括墩控制系统，用于获取下述至少一种信息：真空隧道和支撑礅水平和上下方向的位移信息、支撑礅震动信息、周围地理环境的地质运动信息、支撑礅周围环境烟气浓度信息、地表水位信息、温湿度信息、光照强度信息、风速信息；并将上述信息传送至隧控制系统和/或控制中心。
进一步，所述站控系统包括：
调度系统，用于调度所有经过、进出站的真空车辆，控制移隧系统的启停；
移隧系统，用于控制包含车辆的那一段活动隧道的移入、移出，进行上下车，并保障真空隧道的正常通行；
监控系统，用于获取关于站内外事物的图像，并发送至控制中心和服务器。
进一步，所述隧控制系统包括以下各项中的至少一个：
磁浮系统，用于检测并调整车辆在进入磁悬浮状态下的运行状况，所述运行状况包括以下各项中的至少一个：加速、减速、稳速、启停、车辆导向、车辆的高度起伏；
隧闸系统，用于控制闸门的启闭以及闸门锁紧装置的启闭；
隧夹层抽气系统，用于根据真空隧道夹层内的压强状况控制真空机组的启停；
隧/闸抽气系统，用于根据真空隧道和/或闸门内的压强状况控制真空机组的启停；
隧电源系统，用于为其他隧控制系统供电；
隧通讯蓄电模组，用于通过太阳能板充电来给隧各个系统供电；
各隧道传感器，用于获取下述至少一种信息：行车位置信息、隧逃生口开关信息、隧门开关信息、隧表温度信息、隧内温度信息、隧夹层压强信息、隧内压强信息、闸门内腔压强信息、闸门复位信息、隧内噪音信息、活动隧道移入移出的位移对接信息、隧外事物图像信息；并将上述信息传送至控制中心。
进一步，所述车辆控制系统包括以下各项中的至少一个：
车内视讯系统，用于为车辆提供对外通讯、内部电话、个人电视及无线网络中的至少一种，并控制车辆照明及显示屏的信息显示；
感应发电机，用于车辆运行时给车辆蓄电池充电；
各车辆传感器，用于获取下述至少一种信息：车辆速度信息、车内压强信息、车夹层压强信息、重量过载信息、车辆与轨道的间隙信息、车辆振动信息；车辆偏离信息、行车记录信息、车辆与距离最近的隧逃生口的相对位置信息，并将上述信息传送至控制中心；
舱门系统，用于当隔气罩移出与真空隧道连通后，根据隔气罩内的压强状况控制舱门和隧门的开启；当关闭隧门和舱门后，先对隔气罩抽真空，再收起隔气罩；
车驱控制系统，用于根据传感器实时检测到的车辆运行数据，自动调整车辆在非悬浮状态下的运行状况，保障车辆稳定安全运行；所述运行状况包括以下各项中的至少一个：加速、减速、启停、车辆车轮与轨道的接触情况；
调压系统，用于调节车内和/或车夹层内的压强，维持舱门或逃生门在启闭过程中的压强平衡。
进一步，还包括空气冷却过滤机组，用于对隧夹层抽气系统、隧内抽气系统和隧电源系统中的至少一种系统进行冷却和/或净化，保障抽真空机组运行环境的洁净，或对隧电源系统进行冷却。
进一步，所述控制中心通过网络与隧控制系统、车辆控制系统、站控系统、服务器进行双向通信；或者所述车辆控制系统通过网络与维生系统进行通信；或者所述隧控制系统与墩控制系统通过网络进行通信。
进一步，所述网络包括internet网、lan局域网、wlan局域网、蜂窝数据网、卫星无线网络中的至少一种。
本发明的有益效果：
（1）通过将隧控制系统、车辆控制系统、站控系统及服务器与控制中心进行双向通信，可将真空隧道和车辆的所有状态均传送给控制中心，能够及时进行各种事件的处理，例如上下客、所有车辆调度、密封状态的监控以及应急逃生处理等，有效保证乘客安全；
（2）通过设置各个传感器，能够使真空隧道、车辆、站台的内外环境受到监控，以及根据车辆的行驶状态进行上下站的调度；并平衡车辆舱内外的压强，保证人身安全；
（3）通过设置维生系统，能够向车辆舱内提供充足的氧气，保证乘客安全；
（4）通过设置墩控制系统，能够及时了解真空隧道和支撑礅的周围环境，做好应对准备；
（5）通过将真空隧道和/或车辆的壳体采用夹芯结构，不仅提高轻量化，而且单层泄漏，不会影响真空性能，通过压力传感器检测夹芯层的压强，能够精确和快速判断出漏气位置；
（6）通过设置移隧系统，能够让大量乘客上下站，且能够运输大型货物，而舱门由于空间有限，只能让部分乘客进入进出；另外，当某一车辆需要让道时，将其移出即可；当遇到恐袭或应急时，可通过闸门隔断或者活动隧道移出，保护乘客安全；
（7）通过设置隧闸系统，当部分真空管道在施工时，通过关断闸门，使施工部分的真空管道与未施工的管道隔开，进而让真空管道分期投入运行；当站台处的一段隧道进行施工时，通过将活动隧道移出，另一活动隧道补入即可实现正常运行；
（8）当大量乘客上下站时，通过关闭闸门，移出活动隧道，保证其他段隧道的密封；或者通过设置隔气罩，使舱门或逃生口打开后不影响真空隧道的真空状态，保证密封性；
（9）通过设置磁浮系统，可根据感应电流来获取车辆的位置信号，不并根据此位置信号依次接通前方驱动线圈电源、并断开后方驱动线圈电源，节能效果显著；
（10）车辆的加减速控制分两种情况，一种是车辆磁悬浮状态时的加减速通过隧控制系统中的磁浮系统进行控制，另一种是未进入磁悬浮状态时由车辆控制系统中的车驱控制系统进行控制，从而使车辆运行高效可靠稳定；
（11）通过隧夹层抽气系统和隧/闸抽气系统能够对真空隧道的真空度进行多重保护，大大降低泄漏率；
（12）通过设置空气冷却过滤机组，既能保障抽真空机组运行环境的洁净，又能对隧电源系统进行冷却。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示：一种真空车辆控制系统，包括：站控系统，用于调度所有经过、进出站的真空车辆，控制移隧系统的启停；隧控制系统，用于获取隧内外的环境信息、行车位置信息，根据行车过程中的可能变化控制闸门、隧门或逃生门的打开或关闭、或调整轨道上直线电机控制参数；根据隧内和/或闸门内腔的真空状况控制抽真空装置的启停；车辆控制系统，用于获取车辆的运行信息、环境信息，根据行车过程中的可能变化控制车辆的运行状态、舱门或逃生门在目标位置打开或关闭，以及维持启闭过程中的压强平衡；当车辆未在目标位置停靠，控制执行机构驱动车辆移至目标位置；控制中心，用于获取所有车辆的运行状况、真空隧道内的运行参数及隧内外工况信息，并与隧控制系统、车辆控制系统、站控系统及服务器进行双向通信，对各个系统进行协调控制。
具体地，控制中心通过有线或无线方式与隧控制系统、车辆控制系统、站控系统、服务器进行双向通信；例如：通过通信光缆连接或者通过无线局域网络或无线卫星网络连接等。所有或部分传感器的检测信息都可发送至控制中心，便于控制中心的监控，例如监控所有车辆的位置、速度、载客载货重量等运行状况，以及监控真空隧道的运行参数及工况。控制中心通过无线信号和光缆信号实时与隧控制系统、站控系统、车辆控制系统及服务器交换数据，实现所有车辆的调度和监控，保障真空隧道的正常运行。
服务器主要包括系统操作软件、各种数据库、控制指令集、通信协议，用于实现与控制中心、站控系统的双向通信，隧控制系统、车辆控制系统、站控系统可根据控制中心的指令工作，对真空隧道、车辆及站台进行控制，隧控制系统、车辆控制系统、站控系统通过网络将各种数据信息上传至服务器，供控制中心数据共享。
其中，上述行车过程中的可能变化是指应急、到站、上下客货、空袭、逃生、维修、车辆让道等情况。上述的闸门内腔是指闸门的内腔与真空隧道连通，保证闸门的内腔为真空状态。
本实施例中，站控系统包括调度系统、移隧系统和监控系统，优选每500-800公路设置小规模站台，3000-8000公路设置大规模站台。
调度系统，用于调度所有经过、进出站的真空车辆，启动或停止移隧系统。移隧系统，用于控制包含车辆的那一段活动隧道的移入、移出，进行乘客和/或货物的上下车，并保障真空隧道的正常通行。
例如：真空隧道在站台处设有两排活动隧道，活动隧道之间通过滑轨连接，当车辆驶入一活动隧道内进站后，将包含车辆的活动隧道移出，另一活动隧道同步移动补缺空位，再次形成贯通的真空管道。当该车辆进站后，还需要调度其他车辆的进站之间，防止产生冲突。监控系统，对站内外无死角摄像监视，并把所有影像资料、站内运行系统数据发送至控制中心和服务器。
站控系统还包括车辆充电系统和车辆维生补充/排泄系统。其中车辆维生补充/排泄系统用于对车辆维生系统物料补充以及各类垃圾的卸载。车辆充电系统用于对进站的车辆进行充电。
本实施例中，还包括墩控制系统，用于获取下述至少一种信息：真空隧道和支撑礅水平和上下方向的位移信息、支撑礅震动信息、周围地理环境的地质运动信息、支撑礅周围环境烟气浓度信息、地表水位信息、温湿度信息、光照强度信息、风速信息；并将上述信息传送至隧控制系统和/或控制中心。
例如：每个支撑礅（优选间距24米）安装一套礅信号器，实时向隧控制系统发送传感器检测的数据，传感器包括：水平/上下位移计，用于检测真空隧道和支撑礅水平和上下方向的位移，以防止真空隧道和支撑礅下沉、倾斜等；礅震仪，用于检测支撑礅的震动情况，从而判断支撑礅的承重情况；地震仪，用于检测周围地理环境的地质运动，及时预警地震等自然灾害；烟感器，用于检测支撑礅周围环境的烟气浓度，及时预警火灾；地表水位计，用于检测周围环境的地表水位情况；气象仪，用于检测周边温湿度、光照强度、风速等环境数据。通过墩控制系统的主控制器将上述检测到的数据经光缆传送至隧控制系统。当然，也可以直接传送给控制中心；或者先把数据传送至隧控制系统，再由隧控制系统传送给控制中心。一旦出现异常状况，进行预警提示，预警提示可以是控制中心的显示屏显示异常信息、进行蜂鸣报警、进行语音提示、指示灯闪烁等，监控人员可根据预警信息快速做出相应措施。
本实施例中，隧控制系统包括磁浮系统、隧闸系统、隧夹层抽气系统、隧/闸抽气系统、隧电源系统、隧爬梯门禁系统、各隧道传感器等。
具体地，磁浮系统包括变频调速器、驱动线圈、车驱接收器和磁浮启动传感器。磁浮系统用于检测并调整车辆在进入磁悬浮状态下的运行状况，运行状况可以是加速、减速、稳速、启停、车辆导向、车辆的高度起伏等。由于车辆是依靠车轮在轨道上运行，而轨道设于真空隧道内，当车轮与轨道接触时，可通过车辆控制系统进行控制；而如果车辆高速行驶进入磁悬浮状态，即车轮脱离轨道运行时，就不能靠车辆控制系统进行感应，因此磁浮系统的作用就是用于调整进入磁悬浮状态后的车辆的运行状况。
磁浮系统中，驱动线圈布置于隧内轨道底部中间，通过驱动线圈产生的推力驱动车辆运行,轨道两侧布置感应板，如铝板或铜板，通过驱动线圈控制车辆加减速，车辆运行切割磁感线，与感应板间形成反向磁场，为车辆提供悬浮力和导向力，使车辆导向稳定。磁浮启动传感器通过检测感应电流来获取车辆位置信号，隧控制系统根据此信号依次接通前方驱动线圈电源和断开后方驱动线圈电源。变频调速器用于调节车辆速度。车驱接收器用于接收车辆控制系统发送的车辆运行数据，根据车辆运行数据来控制磁浮系统的相关动作。
隧闸系统包括隧闸开/关、开/闭电机、自锁器电机、直线步进电机、隧闸警示灯和行程开关，隧闸系统用于控制闸门的启闭以及闸门锁紧装置的启闭。优选每24公里设置一套隧闸系统。隧闸开/关可手动或自动打开或关闭；开/闭电机带动执行机构打开或关闭闸门；行程开关用于判断闸门位置；例如开闸到位后，断开开/闭电机的电源，同时启动自锁器电机，锁定闸门，防止闸门降落；例如关闸到位后，启动封闭真空隧道外侧的直线步进电机，密封真空隧道。
隧夹层抽气系统由真空机组、空气冷却过滤机组、夹层抽气启/停装置等组成；优选每24公里设置一套隧夹层抽气系统。本实施例中，真空隧道的壳体为夹层结构，单层漏气不影响真空性能。优选地，采用三通电动阀分别连接相邻两段隧道的夹层，打开三通电动阀使相邻两段隧道的夹层形成一个真空整体，通过三通电动阀与抽气主管相连；三通电动阀与隧夹层之间设置隧夹层真空计，检测两夹层内的真空压强。当压强高于设定值时，启动真空机组抽气，打开三通电动阀，直至压强低于设定值后，关闭三通电动阀，停止真空机组。空气冷却过滤机组用于保障真空机组运行环境的洁净，延长真空机组的使用寿命。
隧/闸抽气系统，由真空机组、空气冷却过滤机组、隧内抽气启/停装置等组成；优选每24公里设置一套隧内抽气系统。电动阀一端通过管道与真空隧道内腔连接，另一端与真空机组连接。真空隧道内每24公里设置一隧内真空计，用于检测隧内真空压强。真空压强高于设定值时，启动真空机组抽气，打开电动阀，直至隧内真空压强低于设定值后，关闭电动阀，停止真空机组。
空气冷却过滤机组用于保障真空机组运行环境的洁净，延长真空机组的使用寿命。倘若将闸门设计成带腔体的结构，本实施例还可以将闸门的腔体与真空隧道的内腔连通，对闸门也进行抽真空，来提高闸门与真空隧道之间的密封性和真空度。
隧电源系统由空气冷却过滤机组、开关电源、变压器及车行位置红外线等组成。优选每24公里设置一套隧电源系统，空气冷却过滤机组送入洁净的低温空气，来冷却电源系统环境，保障电源系统稳定运行。变压器将输入的高压电源转变为低压交流电，经开关电源转换为隧道需要的各种电压。车行位置红外线用于确定车辆在真空隧道的位置，为控制中心提供位置信号。
隧通讯蓄电模组，用于通过太阳能板充电来给隧各个系统供电。当隧电源系统停电后，可通过隧通讯蓄电模组继续为隧各个系统供电，而隧通讯蓄电模组通过太阳能板进行充电。通过将隧通讯蓄电模组与隧电源系统结合，能够防止断电后列车不能正常运行。
隧爬梯门禁系统，用于禁止真空隧道外部人员打开逃生门，以保证乘客安全。例如，在逃生门处设置门禁系统，如设置密码，只有输入密码，才能开启逃生门，然后拿出爬梯，便于逃生。
各隧道传感器，包括：隧逃生口开关传感器，用于提供隧逃生口的开关信息；隧门开关传感器，用于提供隧门的开关信息；隧表温度计，用于检测真空隧道的表面温度；隧内温度计，用于检测真空隧道的内腔温度；闸门复位检测传感器，用于检测闸门是否复位；隧内噪音计，用于检测真空隧道内的噪音；隧对接位移计，用于检测活动隧道移入、移出后是否与真空隧道完全对接；隧外摄像仪，用于监控隧外环境状况；各隧道传感器实时检测隧内隧外各项数据并发送至控制中心和服务器。
其中，闸门复位检测传感器可以是光电传感器、限位开关等。上述传感器检测到的数据传送至隧控制系统的主控制器，由主控制器对各个系统进行协调控制。主控制器还可将上述传感器信息传送至控制中心，一旦出现异常状况，监控人员可根据预警信息快速做出相应措施。
真空隧道内还设有隧内无线收发器，用于与控制中心和服务器之间进行无线通信。
真空隧道内还设有隧内灯，用于为真空隧道内提供照明，通过隧控制系统的主控制器控制隧内灯的亮灭。
本实施例中，车辆控制系统由车内视讯系统、舱门系统、感应发电机、轮驱系统、车驱控制系统、调压系统及各传感器、主控制器等组成。主控制器根据控制中心指令自动调整车辆运行状况，遇紧急情况也可手动对车辆加速/稳速/减速/停止等控制操作。
具体地，车内视讯系统，用于为车辆提供对外通讯、内部电话、个人电视及无线wifi，并控制车辆的照明、电源插座及字屏的显示。
感应发电机，用于在车辆运行时把感应的电能给车辆蓄电池充电，保障车辆各系统电源
供应。
舱门系统，包括真空泵、隔气罩抽气启/停装置、隔气真空计、舱门开/关传感器。当乘客上下车时，舱门开启前需要移动隔气罩，使其与真空管道连通，当检测到隔气罩内的压强为大气压时，开启舱门和隧门使乘客下车；当乘客上车后需要关闭舱门时，先关闭列车舱门，再通过真空泵对隔气罩抽真空，当隔气真空计检测到隔气罩内压强符合真空度后，收起隔气罩。隔气罩抽气启/停装置用于控制真空泵的启/停。舱门开/关传感器用于检测舱门的开启和关闭状态。
其中，隔气罩设于隔气槽内，隔气罩通过伸出，与真空管道密封连接，形成隔离空间，实现密封，以保证上下车时真空隧道内仍旧保持真空状态，真空隧道和车舱内均不会产生泄漏。当上下车结束后，将隔气罩收回，使列车顺利运行。隔气罩的伸出和缩进通过手动实现或电动实现。隔气槽可设于车辆舱内或真空隧道上，隔气罩可向外旋出或向内旋入形成走廊通道。
车驱控制系统，包括：
车速计，用于检测车辆的行驶速度及平均速度。
隧逃生口探测器，用于获取最近隧逃生口与车辆的相对位置，在灾难发生时，车辆自动对准与其最近的隧逃生口，打开隧逃生门，保障乘客的安全。
隧门感应器，用于在站台上下客时，使车辆的舱门和真空隧道的隧门对正精调，自动完成舱隧两门的对准后，由乘务员旋出隔气罩，打开阀门，再开启舱门和隧门。
刹车器，作为车辆制动控制装置，在车辆低速运行时，通过机械制动完成车辆的减速或停止。
根据传感器实时检测到的车辆运行数据，车辆控制系统的主控制器自动调整车辆在非悬浮状态下的运行状况，保障车辆稳定安全运行。非悬浮状态是指车辆的车轮与轨道接触的状态，例如车辆刚启动时、低速运行时、或者由高速磁悬浮进入低速阶段时。运行状况可以是加速、稳速、减速、启停、车辆车轮与轨道的接触情况。主控制器还通过隧驱发送器将检测到的车辆运行数据发送给隧控制系统，隧控制系统的主控制器经车驱接收器接收上述数据。
调压系统，包括车内调压和车夹层调压，用于调节车内或车夹层内的压强，维持舱门或逃生门在启闭过程中的压强平衡，保证人身安全。
其他各传感器，包括过载器，用于检测车辆的重量过载信息；磁空隙计，用于检测车辆车轮与轨道的间隙信息；车辆振动计，用于检测车辆振动信息；车内压力计，用于检测车辆增压舱内的压强；车夹层压力计，当车辆外壳采用夹层结构时，该传感器用于检测夹层的压强；车偏心计，用于检测车辆的偏离信息；行车记录仪（黑匣子），用于实时记录车辆各项运行参数及控制指令。上述传感器检测到的数据传送至车辆控制系统的主控制器，由主控制器对各个系统进行协调控制。主控制器还可将上述传感器信息经无线收发器传送至控制中心，一旦出现异常状况，监控人员可根据预警信息快速做出相应措施。
本实施例还包括维生系统，维生系统与车辆控制系统和/或控制中心进行通信。维生系统包括由舱调温系统、舱调湿系统、舱增氧系统及给水及负压厕所系统等组成。
舱调温系统，通过温度计实时检测舱内温度，当车辆内温度发生变化时，恒温开关根据设定温度控制送风装置将冷热源装置中的冷源或热源送入舱内空调系统，保障舱内温度恒定；pm2.5过滤器阻力计检测到pm2.5过滤器阻力超出设定值后，反馈信号给维生系统的主控制器提示更换过滤器。
舱调湿系统，通过湿度计实时检测舱内湿度，当车辆内湿度发生变化时，根据设定湿度，恒湿开关自动控制加湿器和除湿机的启停，保障舱内湿度的恒定。另外还包括反渗透水机，除了为车内人员提供饮用外，同时为加湿器提供水源，避免车辆内二次污染。
舱增氧系统，包含制氧机、产生氧气的化合装置，通过测氧仪和co2计实时检测舱内氧气和二氧化碳的浓度，由恒氧开关控制舱内化合装置产生氧气并除掉二氧化碳，保持氧气的恒定，保障车辆内空气的舒适。
遇灾难或紧急情况时，紧急吸氧系统启动，保障乘客生命安全。舱噪音计、舱烟感器及舱pm2.5仪可实时检测舱内环境，检测到异常时立即报警。
给水及负压厕所系统，通过清水水量计和污水水量计实时计量剩余清水量和污水收集量，保障车辆日常用水。
本实施例通过主控制器发送指令给相对应的子系统，并由子系统反馈信息给相对应的主系统，再通过各个主系统与控制中心双向通信，从而实现各个事件的处理、调度和监控。