[发明专利]列车线路系统应用的电磁通信链路

说明书

本发明涉及一种新型的通信链路，可在诸如铁路或地铁列车之类的具有多节车厢的机车车辆的各车厢之间进行通信，具体涉及包含可在铁路或地铁列车的相邻车厢之间进行的自由空间无线电通信的通信链路。

为了适应系统变化(诸如载客量或货运量、路由、维护、乘务员或铁路车辆的可用性等的变化)的要求，多节车厢的铁路机车的车厢频繁地被联结和被脱开。在这个意义上说，不管考虑到铁路车辆小时、人员小时、停止服务小时还是别的方面，列车的组态和再组态代表整个列车运行中的有效调配。为此，这些组态过程必须尽量简单和自动化。

虽然列车是由多种不同类型的车厢组成的并在某些情况下某些组的车厢很少被脱开，但事实上大量的分别的联结和脱开每天都在进行着。现有系统中的这种例子已在1992年6月9日Demarais的美国专利5,121,410中描述了。从该专利的图4和图5中可以看出，车厢(车厢n-1、车厢n和车厢n+1)之间的通信线路是由绞线对构成的。

本发明致力于解决在不禁止列车车厢联结或脱开的情况下如何在车厢之间提供出充分的信息传输的问题。

本发明提出一种解决方案，在车厢之间提供高容量、高可靠性的信息传输。

多年来，设置在不同车厢上的设备之间以电信号形式进行的信息传输已是列车的一个共同特点。载送这些信号的电通路称为“列车线路”，它是由绑扎成捆的一捆电线构成的，每条导线在列车的整个长度上形成电气上连续的路径上被连接。

广义上说，应用列车线路的电气设备能以广泛的多种多样的方式相互间交互作用。例如，在一节车厢上的诸如开关之类的一个设备可用来控制多个类似的设备，例如列车上每节车厢中的电灯。再一个例子，可以在每节车厢上安装一种特定类型的传感器，如果在某节车厢里发生了情况，则传感器启动一个安装在火车驾驶室内的告警蜂鸣器。还可以有许多其它的配置。

在过去的20年中，先进技术带来的变化中的列车线路信息传输的要求对列车线路设计者提出了新的问题，亦即要考虑两个相关的因素，即信息容量和信息可靠性。

一般地说，铁路车厢之间传输的信息容量在过去的20年间业已增加。由于车上的列车系统能够在每节车厢里使用越来越多的电子的和电气的设备，因此这预示在未来的一段时间内信息容量还会不断增加。这个增加的信息流可以用两种方法来编址并可利用增加数量的导线来承载，或是每条导线须承载较大容量的信息。

在车厢之间信息传输的可靠性对于列车的安全和高效的列车运行是而且始终是至关重要的。在每节车厢内，可靠性是依靠提供机械上牢靠的常规的电气连接器(它们极少断开)来实现的。然而，对于邻接的车厢间的通信而言，邻接车厢上的连接元件必须能自动地、频繁地接通和脱开，这会使常规电气连接头有效性变差。

使用这样的连接元件引起许多问题，导致在地铁服务的中断率中占一个大的百分比。这些问题如下所述：

1.插接脚氧化造成电接触故障。

2.在插接脚脱开而裸露时因脏物、油脂和外来物质积聚在插接脚上造成电接触故障。

3.插接脚的管芯内部因积聚脏物、油脂和外来物质使插接脚弹回离开其正常位置而妨碍了电接触。

4.当异常大的电流不通过电气分路而通过连接头弹簧导致弹簧钢退火使弹簧弹性丧失和弹簧返回失效，因而妨碍了电接触。

所有上述问题会引起服务中断，并需要高费用的维护，因此必须定期地检查和清洁插接脚，以确保正确工作。

本领域的技术人员都知道，在列车的一个子组内和各子组之间的车厢之间，可应用光学设备来提供通信链路，这已在1987年7月21日Ochiai等人的美国专利4,682,144中描述了。这样的系统示在该专利的图4上。

无论是在地铁还是在铁路列车所处的环境，与光学系统有关的问题是该系统都工作在很脏的环境里，使光耦合器本身很快变脏。因光耦合器上会积聚脏物，故光传输的质量变差，还可能完全失效。对此，美国专利4,682,144的系统针对列车的子组的末端车厢之间提供通信链路并不是一种实际的解决办法。

在1976年11月30日Miller等人的美国专利3,994,459中，采用一种无线电系统在与列车脱开的一节车厢与该列车中其余车厢之间提供通信。然而，该专利并未讲述在列车各车厢之间应用无线电信号的任何其它的通信。

影响可靠性的另一个因素是上面提到的信息容量的增加。一般的情况是，随着信息容量增加，整体可靠性趋势下降。