一种机车司机控制器操作模拟装置的制作方法

本发明属于列车自动驾驶领域，特别涉及一种实现机车司机控制器操作功能的模拟装置。

背景技术：

司机控制器是铁道机车、动车组的控制设备，作为机车换向、调速的主令电器。其安装在机车司机室内，是司机用来操纵机车的一种手动电器，它主要用来控制机车的换向、柴油机调速，进而控制机车的运行方向、功率、牵引力及速度。

现有的司机控制器均需要人工进行操作，无法实现自动驾驶功能。

技术实现要素：

基于上述现有技术的问题，本发明提供一种能够实现自动驾驶功能的机车司机控制器操作模拟装置。

本发明采用以下技术方案：

一种机车司机控制器操作模拟装置，包括连接在司机控制器和机车控制单元之间的模拟装置，所述模拟装置内部设置多个切换装置；

每个切换装置均与司机控制器的开关量输出端和模拟量输出端连接，每个切换装置均包括开关量切换电路和模拟量切换电路；所述开关量输出端具有开关量触点；

所述开关量切换电路包括连接司机控制器和机车控制单元的第一手动驾驶切换开关，和连接机车智能驾驶系统和机车控制单元的第一自动驾驶切换开关；

所述模拟量切换电路包括连接司机控制器和机车控制单元的第二手动驾驶切换开关，和连接机车智能驾驶系统和机车控制单元的第二自动驾驶切换开关。

还包括处理器，所述开关量切换电路和模拟量切换电路均连接处理器。

所述开关量切换电路还包括连接在开关量触点输出端和处理器之间的开关量信号采集电路；

所述模拟量切换电路还包括连接在模拟量输出端和处理器之间的模拟量信号采集电路。

所述开关量信号采集电路包括第十一开关装置，第十一开关装置的一端连接开关量触点的输出端，另一端通过开关量检测电路连接处理器；

所述模拟量信号采集电路包括第四开关装置，所述第四开关装置的一端连接模拟量输出端，另一端通过模拟量检测电路连接处理器。

所述开关量信号采集电路还连接有开关量自检电路，所述开关量自检电路包括第十二开关装置，所述第十二开关装置一端连接自检电压，另一端连接第六开关装置，第六开关装置）连接开关量检测电路。

所述第一手动驾驶切换开关包括与开关量输出端的开关量触点连接的第二十一开关装置，第二十一开关装置的一端连接开关量触点输出端，另一端连接机车控制单元；

所述第一自动驾驶切换开关包括第二十二开关装置和第三开关装置，第二十二开关装置一端连接第三开关装置的一端，第二十二开关装置的另一端连接机车控制单元；第三开关装置连接机车智能驾驶系统；

所述第二手动驾驶切换开关包括第五十一开关装置，第五十一开关装置的一端连接模拟量输出端，另一端连接机车控制单元；

所述第二自动驾驶切换开关包括第五十二开关装置，所述第五十二开关装置连接机车智能驾驶系统和机车控制单元。

所述第五十二开关装置的一端通过da输出电路连接处理器，处理器连接机车智能驾驶系统。

所述第三开关装置的另一端连接处理器；处理器连接机车智能驾驶系统。

本发明的有益效果：

（1）本发明可通过处理器传输司机操作状态给外部设备，用于可监测机车操控状态，对机车的安全运行具备监督作用。

（2）本发明能够通过开关的切换进行自动辅助驾驶，可减少机车司机工作强度，改善铁路员工劳动条件。

（3）技术导向为机车的自动驾驶，可提高铁路区间通过能力，增加铁路运输经济效益。

附图说明

图1为本发明的模拟装置的结构图。

图2为开关量信号采集电路。

图3为模拟量信号采集电路。

图4为da输出电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种机车司机控制器操作模拟装置，该模拟装置连接在司机控制器和机车控制单元之间，不仅能够进行正常的司机操作，而且能够通过接受sto（机车智能驾驶系统）发送的信号，进行自动驾驶的切换。

模拟装置内部设置多个切换装置；每个切换装置均与司机控制器的开关量输出端和模拟量输出端连接，每个切换装置均包括开关量切换电路和模拟量切换电路；开关量输出端具有开关量触点，开关量触点的开闭输出不同的开关量信号。

开关量切换电路包括连接司机控制器和机车控制单元的第一手动驾驶切换开关，和连接机车智能驾驶系统和机车控制单元的第一自动驾驶切换开关；通过切换第一手动驾驶切换开关和第一自动驾驶切换开关的开闭，能够进行司机手动驾驶和自动驾驶的切换，手动驾驶时，第一手动驾驶切换开关闭合，第一自动驾驶切换开关断开，此时司机控制器的开关量信号通过开关触点发送给机车控制单元进行司机的手动驾驶；自动驾驶时，第一手动驾驶切换开关断开，第一自动驾驶切换开关闭合，此时sto发送的自动驾驶信号通过第一自动驾驶切换开关发送给机车控制单元进行自动驾驶。

模拟量切换电路包括连接司机控制器和机车控制单元的第二手动驾驶切换开关，和连接机车智能驾驶系统和机车控制单元的第二自动驾驶切换开关。通过切换第二手动驾驶切换开关和第二自动驾驶切换开关的开闭，能够进行司机手动驾驶和自动驾驶的切换。手动驾驶时，第二手动驾驶切换开关闭合，第二自动驾驶切换开关断开，此时司机控制器的模拟量信号发送给机车控制单元进行司机的手动驾驶；自动驾驶时，第二手动驾驶切换开关断开，第二自动驾驶切换开关闭合，此时sto发送的自动驾驶信号通过第二自动驾驶切换开关发送给机车控制单元进行自动驾驶。

本发明的切换装置还可以包括处理器，上述的开关量切换电路和模拟量切换电路均连接处理器，sto发送的进行智能驾驶的开关量信号和模拟量信号发送给处理器，处理器接收信号后，对开关量切换电路和模拟量切换电路进行切换，并发送开关量信号和模拟量信号给机车制动单元进行自动制动。

或者，sto可直接发送进行智能驾驶的开关量信号和模拟量信号给开关量切换电路和模拟量切换电路，开关量切换电路和模拟量切换电路进行输出线路的切换和输出信号的发送。

如图1所示的实施例中，第一手动驾驶切换开关包括与开关量输出端的开关量触点连接的第二十一开关装置k21，第二十一开关装置k21的一端连接开关量触点输出端，另一端连接机车控制单元。第一自动驾驶切换开关包括第二十二开关装置k22和第三开关装置k3，第二十二开关装置k22一端连接第三开关装置k3的一端，第二十二开关装置k22的另一端连接机车控制单元；第三开关装置k3连接机车智能驾驶系统。

上电后的默认状态下，第二十一开关装置k21闭合，第二十二开关装置k22打开，当进行手动驾驶时，司机控制器发送信号给开关量触点，开关量触点发送的开关量信号通过第二十一开关装置k21发送给机车控制单元，机车控制单元接收到开关量信号后执行相应的动作，此过程为人工操作控制的过程。当需要进行智能辅助驾驶时，机车智能驾驶系统sto发送信号给第二十一开关装置k21和第二十二开关装置k22，第二十一开关装置k21断开，第二十二开关装置k22闭合，此时第三开关装置k3处于打开状态，此状态下为进行自能辅助驾驶的状态，第三开关装置k3模拟开关量触点的动作输出开关量信号，开关量信号通过第二十二开关装置k22发送给机车控制单元后，执行相应的动作。上述过程中，第三开关装置k3的打开还是闭合信号由现有的机车智能驾驶系统sto根据预先存储的揭示进行控制。

本发明的切换装置还可以包括处理器，该处理器包括但不现有的cpu、单片机、dsp。第二十一开关装置k21、第二十二开关装置k22、第三开关装置k3均可由处理器控制，此时处理器连接机车智能驾驶系统sto，接收机车智能驾驶系统sto的信号并根据信号控制第二十一开关装置k21、第二十二开关装置k22、第三开关装置k3的开闭，实现自动与手动驾驶过程中，开关量信号的输出。

如图1所示的实施例中，第二手动驾驶切换开关包括第五十一开关装置k51，第五十一开关装置k51的一端连接模拟量输出端，另一端连接机车控制单元；第二自动驾驶切换开关包括第五十二开关装置k52，第五十二开关装置k52连接机车智能驾驶系统和机车控制单元。

由于模拟量信号为0~24v的电压信号，所以第五十二开关装置k52可通过da输出电路连接机车控制单元，机车智能驾驶系统发出的模拟信号通过da输出电路后，再通过第五十二开关装置输出给机车控制单元。

在上电后的默认状态下，第五十一开关装置k51处于闭合状态，第五十二开关装置k52处于打开状态，手动驾驶时，司机控制器发送的模拟量信号通过第五十一开关装置发送给机车控制单元，机车控制单元接收到模拟量信号后，执行相应的动作，实现人工控制的过程。当需要进行自动驾驶时，机车智能驾驶系统sto发送信号给第五十一开关装置k51和第五十二开关装置k52，第五十一开关装置k51打开，第五十二开关装置k52闭合，此时，处于能够进行辅助驾驶的状态，机车智能驾驶系统sto发送信号给da输出电路，da输出电路输出模拟量信号给机车控制单元，机车控制单元接收到信号以后，执行相应的动作。上述过程中，机车智能驾驶系统sto根据预先存储的揭示进行模拟量信号的输出。

当切换装置中具有处理器时，第五十一开关装置k51和第五十二开关装置k52均由处理器控制，处理器连接机车智能驾驶系统sto，接收机车智能驾驶系统sto发送的信号，对第五十一开关装置k51和第五十二开关装置k52的开闭进行控制，当自动驾驶时，处理器接收机车智能驾驶系统sto发送的信号后，通过da输出电路和第五十二开关装置k52发送给机车控制单元。

本发明的模拟装置还能够监测机车操控状态，并将检测的信号传输给外部设备，以便对机车的安全运行进行监督。

此时，开关量切换电路还包括连接在开关量触点输出端和处理器之间的开关量信号采集电路，如图2所示，为开关量信号采集电路图；模拟量切换电路还包括连接在模拟量输出端和处理器之间的模拟量信号采集电路，如图3所示，为模拟量信号采集电路图。开关量信号采集电路和模拟量信号采集电路采集的司控器的开关量信号和模拟量信号可发送给处理器，处理器将信号发送给sto或者其他外部设备进行监测。

开关量信号采集电路包括第十一开关装置k11，第十一开关装置k11的一端连接开关量触点的输出端，另一端通过开关量检测电路连接处理器；第十一开关装置k11将接收到的司控器发送的信号通过开关量检测电路发送给处理器，处理器进行转发送。

模拟量信号采集电路包括第四开关装置k4，第四开关装置k4的一端连接模拟量输出端，另一端通过模拟量检测电路连接处理器。第四开关装置k4将接收的模拟量信号发送给模拟量检测电路，然后再通过模拟量检测电路发送给处理器，处理器将信号进行转发送。

开关量信号采集电路还连接有开关量自检电路，用于对开关量采集电路进行自检，自检通过即可进行信号的采集，开关量自检电路包括第十二开关装置k12，第十二开关装置k12一端连接自检电压，另一端连接第六开关装置k6，第六开关装置k6连接开关量检测电路。

系统上电后，首先进行通道的自检，此时，第十二开关装置k12闭合，此时首先输入自检电压，处理器发送信号给第六开关装置k6，第六开关装置k6接通进行通道信号的采集，如果处理器接收通道采集的信号以后，与预先设置的信号阈值比对，属于正常的信号，则认为自检正常，自检正常后第六开关装置k6断开，此时，处理器控制第十二开关装置k12断开，第十一开关装置k11闭合，开关量信号接入开关量检测电路进行采样隔离后送给处理器，处理器将信号发送给外部设备，即完成司控器开关量状态的采集。

系统上电后，第四开关装置k4、第五十一开关装置k51不动作，此时原司控器可正常控制。如果需要监测机车操控状态时，控制第四开关装置k4动作，第四开关装置k4闭合，常开点闭合、常闭点断开，k4默认是常开的，默认为人工操控状态，此时也不进行监测机车操控状态，如需监测机车操控状态则控制k4闭合，此时模拟量信号接入模拟量采样通道经模拟量检测电路隔离后送处理器，即完成司控器模拟量状态的采集。

模拟装置与机车辅助操作系统之间通过can总线进行通信。

在自动驾驶中，处理器发送给第五十二继电器的信号通过da输出电路后，da输出电路输出的模拟量信号首先通过模拟量检测电路发送给处理器，处理器根据存储的模拟量阈值判断模拟量信号是否正常，正常则控制第五十二继电器k52动作，否则进行手动操作。

本发明中，所有的开关装置均包括但不限于现有的开关、继电器，具体实施时，可根据需要设置。如图1所示的电路中，第十一开关装置k11、第十二开关装置k12属于强制导向的联动控制继电器-第一继电器k1的两个触点，两个触点一个为常开触点，一个为常闭触点。而第二十一开关装置k21和第二十二开关装置k22属于强制导向的联动控制继电器-第二继电器k2的两个触点，其中一个为常开触点，一个为常闭触点。

而第五十一开关装置k51和第五十二开关装置k52属于强制导向的联动控制继电器-第二继电器k5的两个触点，其中一个为常开触点，一个为常闭触点。

第三开关装置和第六开关装置也可采用强制导向继电器。由于该型继电器具有常闭触点与常开触点不同时闭合的特点，故可利用同一继电器的不同触点作为检测触点以表征继电器的动作状态。图中虚线表示联动控制。

本发明在需要监控司控器操作时，机车辅助操作系统通过can总线发送监控命令，模拟装置切换到监控状态进行开关量及模拟量采集，此种状态只是监控司控器状态，不干预司机操控司控器。当需要模拟司控器操作时（即自动驾驶操作），机车辅助操作系统通过can总线发送控制命令，模拟装置切换到控制状态，接收机车辅助操作系统发送的控制指令并模拟司控器操作输出相应的开关量（通过cpu控制相应的继电器实现）和模拟量信号（通过cpu控制相应的继电器及da输出电路实现）给机车控制单元来操控机车从而实现自动驾驶功能。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。