專(zhuān)利名稱(chēng)：鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路機(jī)車(chē)的前大燈轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法。本發(fā)明包 括驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
鐵路機(jī)車(chē)的前大燈，也稱(chēng)為前照燈， 一般是固定安裝在機(jī)車(chē)前端，當(dāng)機(jī)車(chē) 運(yùn)行到鐵路彎道時(shí)，前照明燈的光束會(huì)沿彎道切線方向射出，偏離鐵道線路。 由于其聚焦光點(diǎn)不能落到車(chē)行的前方鐵道上，形成彎道內(nèi)側(cè)照明盲區(qū)，存在重 大安全隱患。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，有多個(gè)專(zhuān)利及專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)控制、 調(diào)整機(jī)車(chē)前大燈的技術(shù)方案。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利88105127.6公開(kāi)一種鐵路機(jī)車(chē)自動(dòng)轉(zhuǎn)向的前照燈，該專(zhuān)利是 由一個(gè)采用閉環(huán)控制又加校正的自動(dòng)控制系統(tǒng)和一套與之相適應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)所組成，其控制器跟蹤機(jī)車(chē)行駛軌跡提供驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)由 齒輪付和蝸輪付減速后通過(guò)撥塊拉桿帶動(dòng)向前照燈隨機(jī)車(chē)同步轉(zhuǎn)向和自動(dòng)復(fù) 位，使前照燈的燈光始終照射在鐵軌中間，從而確保運(yùn)行安全的前照燈。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200510021088.6公開(kāi)的鐵路機(jī)車(chē)前照燈自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置包括驅(qū) 動(dòng)前照燈燈體偏轉(zhuǎn)的電動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鐵路線路曲線半徑探測(cè)器和前照燈自身位 置傳感器、根據(jù)檢測(cè)信號(hào)控制前照燈偏轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制器，該專(zhuān)利所用的鐵路線 路曲線半徑探測(cè)器采用位移傳感器，用于檢測(cè)車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間的相對(duì)角位移 量，因該角位移量與鐵路彎道的曲線半徑唯一對(duì)應(yīng)并同步，從而使前照燈的聚 焦投光點(diǎn)始終準(zhǔn)確地落在安全瞭望距離處的鐵道上。
前述專(zhuān)利存在的問(wèn)題是作為控制參數(shù)的物理量及相應(yīng)的傳感器選擇不合 理，可能會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作；其次這些專(zhuān)利中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)過(guò)于的復(fù)雜，而且結(jié)構(gòu)不 緊湊，可能會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作不同歩的現(xiàn)象；第三其靈敏度低。為解決這些不足，中 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200610022575.9公開(kāi)的機(jī)車(chē)頭燈自動(dòng)尋跡系統(tǒng)，采用GPS定位系統(tǒng)， 用計(jì)算機(jī)接收GPS數(shù)據(jù)接收機(jī)收到的機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)的路線上的各點(diǎn)的經(jīng)、緯度信息， 并通過(guò)計(jì)算某一點(diǎn)與它附近點(diǎn)位置關(guān)系，確定該點(diǎn)的機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)方向角度，通過(guò) 計(jì)算該點(diǎn)與頭燈期望照亮點(diǎn)的連線方向的角度和該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向角度差，得到 該點(diǎn)頭燈要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，用同樣方法計(jì)算各點(diǎn)的角度，并將各點(diǎn)角度信息及其 經(jīng)、緯度信息生成路線位置角度表，微處理器，在機(jī)車(chē)的行車(chē)線路上接收GPS
4數(shù)據(jù)接收機(jī)在當(dāng)前點(diǎn)的經(jīng)、緯度信息，從存貯器中讀取路線位置角度表中各點(diǎn) 的經(jīng)、緯度信總，計(jì)算與其當(dāng)前點(diǎn)的距離，取路線位置角度表中計(jì)算結(jié)果距離 最小點(diǎn)作為當(dāng)前點(diǎn)的位置，再?gòu)穆肪€位置角度表中取出距離最小點(diǎn)的角度信息， 并計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信息。但這一技術(shù)需要首先利用GPS獲得線路整個(gè) 路面多個(gè)信息點(diǎn)處的經(jīng)緯度信息，然后經(jīng)過(guò)擬合，得到路況信息圖；其次，要 用GPS生成的路況信息圖，并根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)信息和此后第5點(diǎn)信息之間的經(jīng)諱度 正切值，得到當(dāng)前機(jī)車(chē)大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，因此還需要對(duì)鐵路線路的所有點(diǎn)都進(jìn) 行分析，如要運(yùn)行新的其他線路，則必須經(jīng)過(guò)二次測(cè)繪，其工作量巨大。
現(xiàn)有技術(shù)除上述不足外，還存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即機(jī)車(chē)只能是在到達(dá)軌 道轉(zhuǎn)彎處時(shí)才能做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，這樣在彎道的起始處不可避免地會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)大燈照射盲區(qū)，給機(jī)車(chē)的運(yùn)行帶來(lái)不安全因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)不足，能在列車(chē)行駛過(guò)程中隨軌道的情 況自動(dòng)控制機(jī)車(chē)頭燈旋轉(zhuǎn)，使鐵路機(jī)車(chē)前大燈可以始終照射在機(jī)車(chē)運(yùn)行前方300 米左右的軌面中心，而不存在照射盲區(qū)的裝置和控制方法。
本發(fā)明的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置包括驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和 驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，本發(fā)明的裝置中，機(jī)車(chē)監(jiān)控器通過(guò)帶光電隔離 的總線與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路相連，微處理器分別與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息 接口電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，微處理器的存儲(chǔ)器中事先存入機(jī)車(chē)運(yùn)行區(qū)間 的彎道信息和與彎道信息相對(duì)應(yīng)的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，微處理器根據(jù)機(jī)車(chē) 運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路給出的機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息從其存儲(chǔ)器中査找出對(duì) 應(yīng)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度輸出控制歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)至步 進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，由歩進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明中所用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器最好采用歩進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，這樣可 以消除步進(jìn)電機(jī)的固有的低頻振蕩；其次還可以得到更高的控制精度。
本發(fā)明的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置中的驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn) 軸固定板、控制系統(tǒng)固定板、固定于機(jī)車(chē)頭上的底板、轉(zhuǎn)軸、支架、U型支架、 不完全蝸輪、蝸桿、鏈板、電機(jī)支架、大燈、大燈固定軸、防塵端蓋、軸承， 及步進(jìn)電機(jī)和聯(lián)軸器構(gòu)成，其中固定于機(jī)車(chē)上的底板上用螺栓固定U型支架， 轉(zhuǎn)軸固定板固定在底板上，轉(zhuǎn)軸和機(jī)架上設(shè)置的軸承連接，并使整個(gè)支架可繞 著轉(zhuǎn)軸左右往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，歩進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)支架固定在底板上，步進(jìn)電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器和蝸桿相連接，蝸桿與蝸輪相嚙合，蝸輪固定于支架上，蝸輪的轉(zhuǎn) 動(dòng)中心與大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合且繞著轉(zhuǎn)軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置中微處理器可采用雙CPU結(jié)構(gòu)的嵌入式 控制器，其中一個(gè)CPU用于與機(jī)車(chē)監(jiān)控器實(shí)時(shí)通訊，另一個(gè)CPU根據(jù)從存儲(chǔ)器 中查得的大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置中機(jī)車(chē)監(jiān)控器與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口
電路通過(guò)CAN、 RS422或RS485隻通訊總線形式連接。
本發(fā)明裝置控制方法是其機(jī)車(chē)監(jiān)控器以廣播方式循環(huán)方式向微處理器發(fā) 送包括機(jī)車(chē)行駛速度和彎道數(shù)據(jù)的彎道信息，其中的彎道數(shù)據(jù)為當(dāng)機(jī)車(chē)駛過(guò)彎
道后，1000米內(nèi)有新彎道時(shí)，廣播新彎道的數(shù)據(jù)信息，否則仍然發(fā)送最后一次 發(fā)送的歷史數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)收到的機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息和機(jī)車(chē)運(yùn)行速 度信息查找存儲(chǔ)器中存入的對(duì)應(yīng)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢 的信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的信號(hào)，同時(shí)與機(jī)車(chē)監(jiān)控器通訊。
本發(fā)明所述的控制方法是微處理器根據(jù)收到的機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息在 彎道前250至350米即開(kāi)始輸出轉(zhuǎn)動(dòng)大燈的信號(hào)，彎道結(jié)束，大燈回到零位。
本發(fā)明的控制方法其前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表的生成方式是根據(jù)已知列車(chē) 運(yùn)行區(qū)間線路的彎道半徑，彎道長(zhǎng)度等的特征信息，建立在大燈轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模 型。
本發(fā)明的控制方法是以大燈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為起始坐標(biāo)0，大燈停止轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為 結(jié)束坐標(biāo)E，在計(jì)算機(jī)中計(jì)算出大燈在此之間以每30米為進(jìn)制的多個(gè)離散的轉(zhuǎn) 動(dòng)角度值。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明的方法及裝置具有控制準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，具有通用性。
目前鐵路運(yùn)行采用的方法是每輛機(jī)車(chē)只在固定路段行車(chē)，例如行駛在蘭 渝路段的就不可能行駛別的路段；司機(jī)在行車(chē)之前，先領(lǐng)取本路段路況信息圖，
其中包括整個(gè)線路所有的彎道、隧道信息和各個(gè)路段的限速情況。這些地面數(shù) 據(jù)的所有權(quán)、編輯權(quán)都在各鐵路局。地面數(shù)據(jù)由鐵路局的相關(guān)部門(mén)已經(jīng)完成的，
且這種數(shù)據(jù)完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并存放在u盤(pán)樣的存儲(chǔ)器中；機(jī)車(chē)司機(jī)上車(chē)后 將存儲(chǔ)器與機(jī)車(chē)監(jiān)控器，即俗稱(chēng)的"黑匣子"，相連，由機(jī)車(chē)監(jiān)控器讀取存儲(chǔ)器中 的地面數(shù)據(jù)，即路況信息。行車(chē)中，機(jī)車(chē)監(jiān)控器根據(jù)地面信號(hào)機(jī)公里標(biāo)推算 出相對(duì)公里標(biāo)，根據(jù)安裝在機(jī)車(chē)輪對(duì)軸端的光電傳感器的脈沖計(jì)算出速度，然后將速度、當(dāng)前公里標(biāo)、路段限速信息等在鐵路機(jī)車(chē)顯示器中顯示出來(lái)，脈沖 計(jì)算出速度，然后將速度、當(dāng)前公里標(biāo)、路段限速信息等在鐵路機(jī)車(chē)顯示器中 顯示出來(lái)。
本發(fā)明直接利用了現(xiàn)有鐵路機(jī)車(chē)使用的監(jiān)控器，并利用鐵路線路彎道都是 標(biāo)準(zhǔn)的一段圓弧的共性，根據(jù)彎道半徑和彎道長(zhǎng)度的不同生成一個(gè)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ) 在微處理器的存儲(chǔ)器中，在機(jī)車(chē)行駛中通過(guò)監(jiān)控器讀取存儲(chǔ)器中的路況信息， 以及所得到的相對(duì)公里標(biāo)和機(jī)車(chē)速度信息，查找微處理器的存儲(chǔ)器中事先存入 的對(duì)應(yīng)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的信號(hào)， 不但其數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，而且更為簡(jiǎn)單、更為可靠，并更具有通用性，也就是利 用本發(fā)明時(shí)僅需在程序中改幾個(gè)參數(shù)，就可以運(yùn)行于其他鐵路線路，而無(wú)需如 現(xiàn)有技術(shù)那樣需要重新進(jìn)行新線路的測(cè)繪。
2、 本發(fā)明采用雙處理器的嵌入式控制器，且兩個(gè)微處理器使用一般的單片 機(jī)，并用兩個(gè)CPU來(lái)分別完成通信和控制步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)任務(wù)，這樣既解決了單 片機(jī)功能不是很強(qiáng)大的不足，又可以最大程度地降低裝置的成本，而且在控制、 體積和攜帶上都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。其次，采用兩個(gè)CPU既可以滿(mǎn)足通信的實(shí)時(shí)性， 又可以滿(mǎn)足對(duì)大燈控制的連貫性，以保證不失步，其實(shí)時(shí)性好，精度高。
3、 本發(fā)明采用了CAN、 RS422或RS485璧通訊總線形式連接，特別是采 用485通訊總路線形式，由于這種通訊的差分信號(hào)，使其抗干擾性?xún)?yōu)于其它的 一些通訊形式，并且其制造成本較低而且結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。
4、 本發(fā)明采用循環(huán)廣播的通信方式，可以充分保證黑匣子(機(jī)車(chē)監(jiān)控器) 的數(shù)據(jù)安全性，因?yàn)楹谙蛔又皇遣煌５慕o我方發(fā)送數(shù)據(jù)，而不考慮我方是否接 收到，不需要建立通信聯(lián)系，即使在我們的嵌入式控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，仍然 能保證火車(chē)黑匣子以及火車(chē)的JH常運(yùn)行，這對(duì)于機(jī)車(chē)安全正點(diǎn)行駛是非常重要 的；同時(shí)循環(huán)廣播發(fā)送還可以減輕我們的控制系統(tǒng)的工作量。即使第一次接收 不正確，還可以等待二次通信，而無(wú)需與黑匣子握手通信。
5、 本發(fā)明的裝置中將蝸輪直接固定于支架上，并使蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與大燈 的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合且繞著同一轉(zhuǎn)軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這一結(jié)構(gòu)既緊湊、簡(jiǎn)單，又可靠， 而且可以克服現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動(dòng)與大燈運(yùn)動(dòng)不同步的問(wèn)題。
6、 本發(fā)明的控制方法中將機(jī)車(chē)大燈的照明設(shè)定于其前方300米左右的軌面 上，也就是要司機(jī)可以始終看到前方300米內(nèi)軌道面的信息，同時(shí)在本發(fā)明中 根據(jù)黑匣子的提不，在彎道前300米即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)大燈，在彎道結(jié)束，大燈即到
7零位，這就可以使機(jī)車(chē)前大燈的燈光焦點(diǎn)始終處于軌道中央處，而不存在現(xiàn)有 技術(shù)中的局部盲區(qū)的不足。關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明在軌道轉(zhuǎn)變起始處的照明情 況可參見(jiàn)附圖l和附圖2。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)，包括前述現(xiàn)有專(zhuān)利的控制方式，由圖可見(jiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)
中機(jī)車(chē)行駛到與轉(zhuǎn)彎弧相切的位置后，即通過(guò)圖中所示的s段后，才開(kāi)始控制
大燈轉(zhuǎn)動(dòng)，在這一瞬間會(huì)存在一個(gè)大燈照射盲區(qū)；而在機(jī)車(chē)通過(guò)彎道后大燈才 控制大燈復(fù)位，這時(shí)也同樣會(huì)存在一個(gè)大燈照射盲區(qū)。
圖2為本發(fā)明的控制方式示意圖。，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明是在轉(zhuǎn)彎前的適當(dāng)距 離控制大燈轉(zhuǎn)動(dòng)，即圖屮S段的起始位置就輸出控制大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，同樣在 機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)彎將結(jié)束時(shí)即進(jìn)行復(fù)位，這樣就保證了燈光始終處于軌道中間，而不存 在照射盲區(qū)。在本發(fā)明中S段的距離設(shè)定為250 300米，而這一距離是鐵路部 門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)定的燈光照射距離。
圖3為本發(fā)明優(yōu)選的微處理器為嵌入式控制器構(gòu)成的鐵路機(jī)車(chē)前大燈主動(dòng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖。圖中CPU1通過(guò)機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路(2)不斷接 收機(jī)車(chē)監(jiān)控器發(fā)送的彎道信息和實(shí)時(shí)行車(chē)信息，當(dāng)接收到有效的前方彎道信息 時(shí)，CPU1根據(jù)前方彎道半徑和長(zhǎng)度，査找CPU1存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角 度數(shù)據(jù)表，將線路前方各關(guān)鍵點(diǎn)大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度事先提取出來(lái)。當(dāng)列車(chē)駛?cè)氪?燈轉(zhuǎn)動(dòng)公里標(biāo)區(qū)間時(shí)，CPU1依次將各關(guān)鍵點(diǎn)處的大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度值和當(dāng)前列午-速 度通過(guò)SPI總線，傳遞給CPU2。 CPU2根據(jù)上述信息，控制機(jī)車(chē)前大燈實(shí)時(shí)轉(zhuǎn) 動(dòng)。
圖4、 5為本發(fā)明嵌入式控制器控制系統(tǒng)工作程序流程示意圖，其中圖4為 CPU1的程序流程圖示意，圖5為CPU2的程序流程圖。系統(tǒng)工作流程是控制 系統(tǒng)上電，開(kāi)始工作時(shí)，首先讓人燈轉(zhuǎn)回到零位，然后嘗試和機(jī)車(chē)監(jiān)控器建立 通信，當(dāng)控制系統(tǒng)收到機(jī)車(chē)監(jiān)控器發(fā)送的一組完整數(shù)據(jù)時(shí)，通信建立。在通信 周期中，控制系統(tǒng)的CPU1不斷接收來(lái)自機(jī)車(chē)監(jiān)控器的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn) 行分析，當(dāng)確認(rèn)前方有彎道時(shí)，CPU1將根據(jù)接收到的彎道起始坐標(biāo)、終止坐標(biāo) 和彎道半徑，在flash存儲(chǔ)器的角度數(shù)據(jù)表中査找相匹配的彎道關(guān)鍵點(diǎn)的大燈轉(zhuǎn) 角值，同時(shí)計(jì)算出大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的起始點(diǎn)坐標(biāo)和終止點(diǎn)坐標(biāo)，等待機(jī)車(chē)進(jìn)入這一行 駛區(qū)間。當(dāng)機(jī)車(chē)公里標(biāo)介于己經(jīng)計(jì)算出的大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的起始點(diǎn)坐標(biāo)和終止點(diǎn)坐標(biāo) 時(shí)，CPU1開(kāi)始向CPU2發(fā)送歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指令，并在機(jī)車(chē)駛?cè)敫麝P(guān)鍵點(diǎn)后，通過(guò)SPI總線順次向CPU2發(fā)送各關(guān)鍵點(diǎn)處大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度、方向和當(dāng)前點(diǎn)處的機(jī)車(chē)
行駛速度，CPU2根據(jù)CPU1的上述控制指令，計(jì)算歩進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率和方向， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)大燈做連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在每個(gè)SPI通信周期中，向CPU1回傳 當(dāng)前的大燈角度。為進(jìn)一步保證行車(chē)安全，當(dāng)列車(chē)駛出彎道時(shí)，CPU1向CPU2 發(fā)送大燈回零命令，CPU2在接到這一指令后，勻速控制步進(jìn)電機(jī)回到零位。
附圖6為機(jī)車(chē)監(jiān)控器采用循環(huán)廣播方式向微處理器發(fā)送數(shù)據(jù)的示意圖。如 圖所示，機(jī)車(chē)監(jiān)控器向微處理器不間斷廣播最近的一條彎道與最近的-條隧道 數(shù)據(jù)給嵌入式控制器，在彎道1前1000米，機(jī)車(chē)監(jiān)控器會(huì)發(fā)送彎道信息，當(dāng)駛 入彎道后，1000米內(nèi)存在彎道2，則發(fā)送彎道2的信息，廣播新彎道的數(shù)據(jù)信 息，否則主機(jī)仍然發(fā)送最后一次發(fā)送的歷史數(shù)據(jù)。
圖7是列車(chē)進(jìn)出彎道時(shí)計(jì)算前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)學(xué)模型圖。
圖8為A類(lèi)彎道數(shù)學(xué)模型示意圖。
圖9為B類(lèi)彎道數(shù)學(xué)模型示意圖。
圖IO為本發(fā)明的機(jī)車(chē)大燈控制機(jī)械系統(tǒng)示意圖，這幅圖是從大燈的后部向 前投影的視圖。
圖11為圖8的右視圖。
圖12為表示本發(fā)明的機(jī)車(chē)大燈控制機(jī)械系統(tǒng)各主要部件裝配關(guān)系的俯視圖。
在圖10至圖12中，各部件標(biāo)號(hào)是5為U型支架，6為固定于機(jī)車(chē)頭上 的底板，7為蝸桿，8為不完全蝸輪，9為防塵端蓋，10和11為軸承，12為轉(zhuǎn) 軸，13為轉(zhuǎn)軸固定板，14和15為固定螺栓，16為機(jī)車(chē)前大燈，1.7為步進(jìn)電機(jī) 電源，18為接線柱，19為控制系統(tǒng)電源，20為步進(jìn)電機(jī)，21為電機(jī)支架，22 為聯(lián)軸器，23為支架，24為鏈板，25為大燈固定軸，26為控制系統(tǒng)固定板。 其中底板6固定于機(jī)車(chē)頭上，其余所有部件都裝配在底板6上，
具體實(shí)施例方式
附圖3 12給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，微處理器采用的 是嵌入式控制器。以下結(jié)合附圖的實(shí)施例解說(shuō)本發(fā)明。
圖3中機(jī)車(chē)監(jiān)控器1通過(guò)帶光電隔離的RS485總線與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接 口電路2相連，嵌入式控制器3，通過(guò)機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路2與機(jī)車(chē)監(jiān)控 器1相連。
機(jī)車(chē)監(jiān)控器1循環(huán)向嵌入式控制器3發(fā)送列車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)信息數(shù)據(jù)，包括
9列車(chē)運(yùn)行的當(dāng)前速度、公里標(biāo)和前方彎道方向、半徑、起始公里標(biāo)、結(jié)束公里
標(biāo)，以及前方隧道開(kāi)始公里標(biāo)、隧道結(jié)束公里標(biāo)。通訊采用主從方式，機(jī)車(chē)監(jiān)
控器1為主機(jī)，嵌入式控制器3為從機(jī)。主機(jī)采用循環(huán)廣播方式，采用這種通
信方式，黑匣子只是不停的給從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，而不考慮從機(jī)是否接收到，不需
要建立通信聯(lián)系，即使在嵌入式控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，仍然能保證火車(chē)黑匣子
以及火車(chē)的正常運(yùn)行，這是非常重要的；同時(shí)循環(huán)廣播發(fā)送還可以減輕本發(fā)明
的控制系統(tǒng)的工作量。即使第一次接收不正確，還可以等待第二次通信，而無(wú) 需與黑匣子握手通信。
本發(fā)明發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不斷廣播最近的一條彎道數(shù)據(jù)，當(dāng)機(jī)車(chē)駛過(guò)彎道后1000 米內(nèi)有新彎道時(shí)廣播新彎道的數(shù)據(jù)信息，否則主機(jī)仍然發(fā)送最后一次發(fā)送的歷 史數(shù)據(jù)。
在運(yùn)行中，嵌入式控制器3可接收到機(jī)車(chē)監(jiān)控器1發(fā)送的有效彎道信息， 包括下一個(gè)彎道的起始坐標(biāo)、結(jié)束坐標(biāo)、彎道半徑等，并查詢(xún)事先存入嵌入式 控制器3包含的flash存儲(chǔ)器中的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，得出前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的起 始公里標(biāo)，結(jié)束公里標(biāo)和此區(qū)間內(nèi)多個(gè)離散關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、方向信息，并 在列車(chē)運(yùn)行至前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)間內(nèi)，根據(jù)當(dāng)前速度、公里標(biāo)和相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)控 制策略，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出一定頻率和方向的脈沖信息，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電 機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)機(jī)車(chē)前大燈做小角度的隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
嵌入式控制器是本發(fā)明系統(tǒng)的核心部分，本發(fā)明的核心部分嵌入式控制器 包括兩片單片機(jī)，其中CPU1負(fù)責(zé)提取機(jī)車(chē)監(jiān)控器發(fā)送的地面數(shù)據(jù)信息，并由 此判斷前方是否有彎道，如果前方有彎道，則CPU1在轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表根據(jù)地 面數(shù)據(jù)信息中的彎道半徑、彎道長(zhǎng)度所在區(qū)間，查表得出大燈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的各關(guān) 鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、方向信息，同時(shí)根據(jù)照明距離，計(jì)算出大燈轉(zhuǎn)動(dòng)起始公里標(biāo)， 結(jié)束公里標(biāo)，其中-
大燈轉(zhuǎn)動(dòng)起始公里標(biāo)0=彎道起始公里標(biāo)一 / + (鐵路公里標(biāo)不是單向的遞
增，或者是遞減的，由于信號(hào)機(jī)或這測(cè)繪的原因，會(huì)出現(xiàn)一段遞增一段遞減的 公里標(biāo)，但機(jī)車(chē)監(jiān)控器給我們的控制系統(tǒng)發(fā)信息的時(shí)候，會(huì)將當(dāng)前公里標(biāo)的最 高位，也就是第16位作為公里標(biāo)遞增或者遞減的指示，0為遞減，l指示遞增， 所以如果當(dāng)前公里標(biāo)指示為遞增的，那么顯然，如果在進(jìn)入彎道前300米轉(zhuǎn)動(dòng) 的話(huà)，o=xl-300;反之，o=xl+300)照明距離S，本發(fā)明中的S值為鐵路系統(tǒng)確 定的大燈照明距離， 一般為250 400米.本發(fā)明中實(shí)際使用的是300米。另外本發(fā)明中大燈轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束公里標(biāo)E-彎道結(jié)束公里標(biāo)；
在列車(chē)運(yùn)行至各關(guān)鍵點(diǎn)處，CPU1通過(guò)SPI總線向CPU2傳遞當(dāng)前速度和下
一關(guān)鍵點(diǎn)處大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)。CPU2用于接收來(lái)自CPU]的上述信息，根據(jù)大 燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)(3和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分角度0.0625 (即嵌入式控制系統(tǒng)輸出一個(gè)脈 沖，歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)0.0625度)，以及渦輪蝸桿減速比(本發(fā)明中采用的減速比為 100: 1)，換算成步進(jìn)電機(jī)的歩進(jìn)值，也就是嵌入式控制系統(tǒng)輸出脈沖個(gè)數(shù)N， 公式為N=(3/ (0.0625*100)，設(shè)速度為V，單位為公里，則當(dāng)N* V/108<833，也 就是大燈轉(zhuǎn)動(dòng)頻率低于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率時(shí)，嵌入式控制系統(tǒng)輸出頻率為 833hz的脈沖，控制大燈走過(guò)N歩，當(dāng)100ON* V/108>833時(shí)，嵌入式控制系 統(tǒng)將控制脈沖逐漸加速到1000hz，當(dāng)1250>N* V/108〉10(X)時(shí)，嵌入式控制系統(tǒng) 將控制脈沖逐漸加速到1250hz，以此類(lèi)推，最大運(yùn)行頻率2500hz，以使大燈跟 隨列車(chē)的行駛做隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)。并及時(shí)調(diào)整輸出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率，使大燈光 線緊密跟隨列車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)前方200到300米處的軌道
同時(shí)通過(guò)CPU1和機(jī)車(chē)運(yùn)行信息獲取接口電路向機(jī)車(chē)監(jiān)控器回送步進(jìn)電機(jī) 實(shí)際步進(jìn)值，以便顯示在機(jī)車(chē)運(yùn)行途中，方便機(jī)車(chē)駕駛員了解當(dāng)前機(jī)車(chē)頭燈的 轉(zhuǎn)角情況。嵌入式控制系統(tǒng)將當(dāng)前機(jī)車(chē)大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，回傳給機(jī)車(chē)監(jiān)控器， 也就是黑匣子，黑匣子接收到后將它顯示在機(jī)車(chē)運(yùn)行顯示屏卜.。
需說(shuō)明的是本發(fā)明中微處理器也可不使用單片機(jī)，而采用高端CPU，雖然 這一技術(shù)方案將會(huì)使其功能更為強(qiáng)大，但其實(shí)施成本也會(huì)更大。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，包括步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和零位控制器。本發(fā)明采 用的步進(jìn)電機(jī)為常州雙杰生產(chǎn)二相混合式步進(jìn)電機(jī)的58BYG (57BYG系列)， 歩進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器為常州雙杰生產(chǎn)的SJ-230M2二相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng) 器。將接收到的步進(jìn)電機(jī)角度信息和脈沖信息，轉(zhuǎn)化為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和細(xì)分脈 沖信號(hào)；零位控制器能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，手動(dòng)復(fù)位，發(fā)出控制脈沖信號(hào)，使 大燈回復(fù)至零位。
木發(fā)明的大燈轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模型如下
由于鐵路彎道類(lèi)型相對(duì)復(fù)雜，彎道半徑在300-1500之間，而且彎道長(zhǎng)度也 不同，另外還有連續(xù)彎道、緩和彎道等。為使討論較為簡(jiǎn)單，在本發(fā)明的實(shí)施 例中著重討論半徑固定的彎道，并將其分為A類(lèi)彎道和B類(lèi)彎道，其中彎道長(zhǎng) 度大于300米的彎道為A類(lèi)彎道，而彎道長(zhǎng)度小于300米的彎道為B類(lèi)彎道。 ^巾
11A類(lèi)彎道的模型
以一段直線一曲線一直線的A彎道來(lái)討論大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度P的計(jì)算公式:XI ，
X2為彎道起始和終止點(diǎn)公里標(biāo)，O點(diǎn)為Xl之前300米處，也就是大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的 起始點(diǎn)，作為坐標(biāo)的零點(diǎn)，R為曲線半徑，X為列車(chē)當(dāng)前點(diǎn)位置公里標(biāo)，設(shè)大燈 前方300米的輝點(diǎn)落在C點(diǎn)處，則有， 當(dāng)CKX〈X1時(shí)，
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出彎道時(shí)，
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機(jī)車(chē)仍在曲線上，而輝點(diǎn)已進(jìn)入
直線范圍，
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008
以卜.可參見(jiàn)圖8.
而當(dāng)彎道不夠長(zhǎng)時(shí)，也就是這里的B類(lèi)彎道，設(shè)彎道長(zhǎng)度L叫X2-X11，
當(dāng)0〈X〈L時(shí)，和A類(lèi)相同，這里界限L也是一個(gè)近似值； —1 工i — t ^ s2十…(gr， 一 a》2
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當(dāng)L〈X〈X1日寸，= — — <5，
其中《 = 71 —乙/ ; 5 = sin—'
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當(dāng)XKX〈X2時(shí)，和A類(lèi)第三階段相同。 以上可參見(jiàn)圖9。對(duì)以上數(shù)學(xué)模型的建立，可參考圖7給出的示意圖，本發(fā)明中再用計(jì)算軟
件Fortran進(jìn)行分析，依次取R=300， 350， 400， 450......1500， X2-X1=30，
60……270， 300，計(jì)算的0點(diǎn)到X2點(diǎn)之間多個(gè)離散點(diǎn)的角度值，并進(jìn)行比較、 優(yōu)化，就得到了轉(zhuǎn)動(dòng)角度表。
圖7給出的是計(jì)算大燈轉(zhuǎn)角時(shí)的模擬坐標(biāo)位置圖，圖8和9是對(duì)圖7的數(shù) 學(xué)化，就是從實(shí)際情況到數(shù)學(xué)分析。所以圖7需要說(shuō)明的就是它指示的是在實(shí) 際列車(chē)過(guò)彎道時(shí)的一種情況，設(shè)了 O點(diǎn)大燈起始點(diǎn)0=彎道起始公里標(biāo)_ / + S， Xl彎道起始點(diǎn)、X2彎道終止點(diǎn)、X列車(chē)當(dāng)前點(diǎn)和C列車(chē)大燈期望照明點(diǎn)， 然后在圖8和9中提取其數(shù)學(xué)的部分抽象分析。
對(duì)于連續(xù)彎道、緩和彎道等情況可以參照前述方法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
本發(fā)明的實(shí)施例中采用兩片atmegal6單片機(jī)、串行通信接口，復(fù)位電路、 大燈零位輸入口和歩進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口構(gòu)成嵌入式控制器。每片 atmegal6單片機(jī)具有2M的flash存儲(chǔ)器，CPU1的flash存儲(chǔ)器不僅用來(lái)存儲(chǔ)系 統(tǒng)程序，還用于存儲(chǔ)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，CPU1和CPU2通過(guò)SPI總線進(jìn)行 數(shù)據(jù)通信，CPU1為主機(jī)，CPU2為從機(jī)，工作在中斷方式，當(dāng)CPU1向CPU2 發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，根據(jù)SPI總線通信完成通信雙方數(shù)據(jù)交換的特點(diǎn)，CPU2同時(shí) 將步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)值回送CPUl,并在CPU1與機(jī)車(chē)監(jiān)控器通訊周期中，回送機(jī)車(chē) 監(jiān)控器，并輸出到與機(jī)車(chē)監(jiān)控器相連接的機(jī)車(chē)屏幕上，方便司機(jī)及時(shí)了解機(jī)車(chē) 前大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。
圖4描述的是CPU1的程序流程圖，CPU1上電之后，首先根據(jù)零位限位開(kāi) 關(guān)的指示信號(hào)，判斷當(dāng)前大燈是否處在零位，如果不在則發(fā)送零位控制指令給 CPU2，只有零位信號(hào)正確時(shí)，CPU1才進(jìn)入與機(jī)車(chē)監(jiān)控器的循環(huán)通信周期。在 此周期中，CPU1接收到來(lái)自機(jī)車(chē)監(jiān)控器的一組有效數(shù)據(jù)信息時(shí)，就對(duì)這組數(shù) 據(jù)中的彎道信息進(jìn)行分析，根據(jù)當(dāng)前機(jī)車(chē)公里標(biāo)和彎道起始公里標(biāo)、彎道結(jié)束 公里標(biāo)，判斷前方是否有新的彎道。如果有新彎道，則根據(jù)機(jī)車(chē)監(jiān)控器傳遞的 彎道起始公里標(biāo)、彎道結(jié)束公里標(biāo)，計(jì)算大燈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的起始坐標(biāo)O，大燈 停止轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的結(jié)束坐標(biāo)E，同時(shí)根據(jù)彎道半徑和彎道長(zhǎng)度，査詢(xún)CPU1的flash 中存儲(chǔ)的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，得出大燈在轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)間30米為進(jìn)制的多個(gè)離散 的關(guān)鍵點(diǎn)處，例如O， 0+/—30， 0+/—60， 0+/—90， 0+/—120，…，E，處 的大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度值，并存于全局?jǐn)?shù)組變量中。在機(jī)車(chē)進(jìn)入大燈從O到E的關(guān)鍵 點(diǎn)區(qū)間后，CPU1根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的列車(chē)當(dāng)前公里標(biāo)，判斷列車(chē)是否進(jìn)入大燈轉(zhuǎn)
13動(dòng)的各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)區(qū)間，將大燈在此區(qū)間屮應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度值和3前速度傳遞給
CPU2，同時(shí)接收CPU2在spi通信中回送的步進(jìn)電機(jī)實(shí)際歩進(jìn)值。當(dāng)列車(chē)行駛 出彎道后，CPU1根據(jù)零位限位開(kāi)關(guān)的指示信兮，向CPU2發(fā)送歸零位指令，確 保行車(chē)安全。
另外在O點(diǎn)的計(jì)算上，0=彎道起始坐標(biāo)一 / +300，選擇減號(hào)或者加號(hào)是 由當(dāng)前這一段公里標(biāo)是遞加還是遞減趨勢(shì)決定的。機(jī)車(chē)監(jiān)控器的公里標(biāo)是根據(jù) 信號(hào)機(jī)公里標(biāo)推算出的相對(duì)公里標(biāo)，由于線路的原因，存在遞增或遞減的可能， 但是彎道左右線路一般都是單方向變化的，不會(huì)突變，所以機(jī)車(chē)監(jiān)控器發(fā)送當(dāng) 前公里標(biāo)時(shí)，最高位會(huì)指示此段線路公里標(biāo)是遞增還是遞減的，如果是遞增的 就是說(shuō)，當(dāng)前如果公里標(biāo)是10330，那么接下來(lái)就是10331、 10332，如果是遞 減的就是說(shuō)，當(dāng)前如果公里標(biāo)是10330，那么接下來(lái)就是10329、 10328，所以 CPU要根據(jù)接收到的彎道起始坐標(biāo)和公里標(biāo)的變化趨勢(shì)一起，算出O點(diǎn)；如果 是遞增的公里標(biāo)，那么0=彎道起始坐標(biāo)+ 300，如果是遞減的公里標(biāo)，那么0= 彎道起始坐標(biāo)一300。由此可見(jiàn)，大燈的實(shí)際轉(zhuǎn)向是在進(jìn)入彎道前的300米就開(kāi) 始了，這就保證了大燈照射始終是照射在機(jī)車(chē)運(yùn)行前方300米左右的軌面中心 處。
圖5給出的是CPU2的程序流程圖，CPU2在收到CPU1發(fā)送的大燈轉(zhuǎn)角控 制指令后，首先分析控制指令類(lèi)別是否為歸零指令，如果為歸零指令，則CPU2 向步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)送低于步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻率的步進(jìn)脈沖信號(hào)，并根據(jù)零位限 位開(kāi)關(guān)的指示信號(hào)，在大燈回到零位時(shí)，及時(shí)停止步進(jìn)電機(jī)；如果是歩進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)控制指令，則CPU2根據(jù)接收到的當(dāng)前列車(chē)行駛的速度、大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度和 方向，根據(jù)確定的控制策略，增加或者減少步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，使大燈加速 或者減速轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)機(jī)車(chē)拐彎時(shí)運(yùn)行節(jié)奏，使大燈光線始終照在機(jī)車(chē)前方200 到300米左右的軌面上。
前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表的生成方式是根據(jù)已知列車(chē)運(yùn)行區(qū)間線路的彎道半 徑，彎道長(zhǎng)度等的特征信息，建立大燈轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)照明距離要求， 以大燈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為起始坐標(biāo)O，大燈停止轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為結(jié)束坐標(biāo)E，在計(jì)算機(jī)中計(jì) 算出大燈在此之間以30米為進(jìn)制的多個(gè)離散的關(guān)鍵點(diǎn)處，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 中建立的離散角度值為0， 0+/—30， 0+/—60， 0+/—90， 0+/—120......處的
轉(zhuǎn)動(dòng)角度值，這一角度值是彎道半徑、彎道長(zhǎng)度和關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)共同決定的。
本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)大燈運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)參見(jiàn)圖10、 11和12如下
14固定于機(jī)車(chē)上的底板6上用螺栓固定U型支架5，轉(zhuǎn)軸固定板13固定在底
板6上，轉(zhuǎn)軸12和機(jī)架上設(shè)置的軸承10和11連接，本發(fā)明的實(shí)施例中是采用
一個(gè)深溝球軸承和一個(gè)單向推力軸承結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)架與轉(zhuǎn)軸間的聯(lián)接，并使整個(gè)
支架5可繞著轉(zhuǎn)軸12左右往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)20通過(guò)電機(jī)支架1固定在 底板6上，步進(jìn)電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器22和蝸桿7相連接，蝸桿7與不完全蝸輪8 相嚙合，蝸輪8固定于支架5上，蝸輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合且 繞著轉(zhuǎn)軸12的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
由所述結(jié)構(gòu)可知蝸輪通過(guò)緊固螺栓固定在支架上的一側(cè)，并且蝸輪的中心 與轉(zhuǎn)軸中心相重合，在旋轉(zhuǎn)中不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。由于支架旋轉(zhuǎn)角度控制在正0 15 度和負(fù)-15~0度之間，因此可以把一個(gè)完整的蝸輪加工好后平均切成6~10等份， 本例采用10等份，使用其中的一等份即可。支架通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸連接在一起。 歩進(jìn)電機(jī)通電后，控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng) 蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿和蝸輪擬合帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得支架繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定角度。
本發(fā)明的這種機(jī)構(gòu)由于采用了由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制的歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶 動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)使大燈支架繞轉(zhuǎn)軸左右旋轉(zhuǎn)，其傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)平穩(wěn)、體積 小、成本低；在轉(zhuǎn)軸和支架之間采用了一個(gè)深溝球軸承和一個(gè)單向推力軸承連
接，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)間隙小、緊湊；其蝸輪的制造可先加工一個(gè)完整的蝸輪，再 平均切成6 10等份，用其中的一等份，這樣可以進(jìn)一步降低成本。
1權(quán)利要求
1、鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，其特征在于機(jī)車(chē)監(jiān)控器(1)通過(guò)帶光電隔離的總線與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路(2)相連，微處理器(3)分別與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路(2)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(4)相連，微處理器(3)的存儲(chǔ)器中事先存入機(jī)車(chē)運(yùn)行區(qū)間的彎道信息和與彎道信息相對(duì)應(yīng)的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，微處理器(3)根據(jù)機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路(2)給出的機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息從其存儲(chǔ)器中查找出對(duì)應(yīng)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器(4)，由步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器(4)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置，其特征是步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器(4)為步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置，其特征是裝置中 的驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)大燈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)軸固定板(13)、控制系統(tǒng)固定板(4)、固 定于機(jī)車(chē)頭上的底板(6)、轉(zhuǎn)軸(12)、支架(23)、 U型支架(5)、不完全蝸 輪(8)、蝸桿(7)、鏈板(24)、電機(jī)支架(21)、大燈(16)、大燈固定軸(25)、 防塵端蓋(9)、軸承(10)、 (11)，及步進(jìn)電機(jī)(20)和聯(lián)軸器(22)構(gòu)成，其 中固定于機(jī)車(chē)上的底板(6)上用螺栓固定U型支架(5)，轉(zhuǎn)軸固定板(13)固 定在底板(6)上，轉(zhuǎn)軸(12)和機(jī)架(3)上設(shè)置的軸承(10)和(11)連接， 并使整個(gè)支架(5)可繞著轉(zhuǎn)軸(12)左右往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)(20)通過(guò) 電機(jī)支架(21)固定在底板(6)上，步進(jìn)電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器(22)和蝸桿(7) 相連接，蝸桿(7)與蝸輪(8)相嚙合，蝸輪(8)固定于支架(5)上，蝸輪(8)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與大燈的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合且繞著轉(zhuǎn)軸(12)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置，其特征是微處理器(3)為采用雙CPU結(jié)構(gòu)的嵌入式控制器，其中一個(gè)CPU用于與機(jī)車(chē)監(jiān)控器(1)實(shí) 時(shí)通訊，另一個(gè)CPU根據(jù)從存儲(chǔ)器中查得的大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路機(jī)車(chē)前大燈控制裝置，其特征是機(jī)車(chē)監(jiān)控器 (1)與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路(2)通過(guò)CAN、 RS422或RS485通訊總線形
6、 權(quán)利要求1至5所述的任一裝置的控制方法，其特征是機(jī)車(chē)監(jiān)控器(1) 以廣播皿循環(huán)方式向微處理器(3)發(fā)送包括機(jī)車(chē)行駛速度和彎道數(shù)據(jù)的彎道信 息，其中的彎道數(shù)據(jù)為當(dāng)機(jī)車(chē)駛過(guò)彎道后，1000米內(nèi)有新彎道時(shí)，廣播新彎道 的數(shù)據(jù)信息，否則仍然發(fā)送最后一次發(fā)送的歷史數(shù)據(jù)，微處理器(3)根據(jù)收到的 機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息和機(jī)車(chē)運(yùn)行速度信息查找存儲(chǔ)器中存入的對(duì)應(yīng)前大燈 轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的信號(hào)，同時(shí)與機(jī)車(chē) 監(jiān)控器(1)通訊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征是微處理器(3)根據(jù)收到的機(jī)車(chē) 運(yùn)行前方的彎道信息在彎道前250至350米即開(kāi)始輸出轉(zhuǎn)動(dòng)大燈的信號(hào)，彎道 結(jié)束，大燈回到零位。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的控制方法，其特征是前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表 的生成方式是根據(jù)已知列車(chē)運(yùn)行區(qū)間線路的彎道半徑，彎道長(zhǎng)度等的特征信 息，建立大燈轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模型。
9、 根據(jù)權(quán)利要求S所述的控制方法，其特征是根據(jù)照明距離要求，以大燈 開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為起始坐標(biāo)O，大燈停止轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)為結(jié)束坐標(biāo)E，在計(jì)算機(jī)中計(jì)算出大 燈在此之間以每30米為進(jìn)制的多個(gè)離散的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵路機(jī)車(chē)的前大燈轉(zhuǎn)向控制裝置及方法。本發(fā)明的裝置中，機(jī)車(chē)監(jiān)控器通過(guò)帶光電隔離的總線與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路相連，微處理器分別與機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，微處理器的存儲(chǔ)器中事先存入機(jī)車(chē)運(yùn)行區(qū)間的彎道信息和與彎道信息相對(duì)應(yīng)的前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)表，微處理器根據(jù)機(jī)車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息接口電路給出的機(jī)車(chē)運(yùn)行前方的彎道信息從其存儲(chǔ)器中查找出對(duì)應(yīng)前大燈轉(zhuǎn)動(dòng)角度輸出控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)至步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，由步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B61L15/00GK101574974SQ20091012902
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者付俊國(guó), 磊 周, 楊繼業(yè), 狄長(zhǎng)艷, 申永軍, 杰 耿, 魏雅文 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué);蘭州鐵路局技術(shù)中心