CN1429726A - 小型车辆的轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型车辆的轨道交通系统。指在替代地铁和轻轨。系统组织无人驾驶的小型车辆在封闭道路内运行。系统由车辆、封闭轨道、车站组成。车辆是由计算机控制的自动驾驶电动车辆，封闭轨道配置车辆运行控制设备，车站随机发送车辆。采用车站至车站的直达运输。本发明既有干线运输的客流量大的优点，又有个性化服务特点；它不仅降低建设投资，而且也降低运营费用；它既能进行客运，也可以进行货运；它能建设成全市性的轨道交通路网。它还具有许多地铁和轻轨不能实现的功能。

Description

小型车辆的轨道交通系统

                                   技术领域

本发明涉及城市轨道交通，具体地说，是以组织无人驾驶的小型车辆在封闭轨道路内运输的轨道交通系统。

                                   背景技术

地铁和轻轨是城市轨道交通系统，它是城市的公共交通运输的主干线，具有客流量大的特点，它促进了城市的经济发展和改善了人民的生活和工作。目前，还没有一种城市交通系统能替代地铁和轻轨。地铁和轻轨主要由调度中心、车站、列车和封闭轨道组成；运输组织方式是列车按调度中心的运行计划运行，实行区间闭塞。

但是，地铁和轻轨投资大，工期长；运营费用高，客运低峰时间运输效率低；运输服务单一(仅是客运)，不能实现综合运输；不便于组成城市轨道交通运输网，车辆不能跨线路运行，不能实现全市轨道运输路网的站至站服务；不能实现个性化服务等缺点。

本发明综合了铁路车站的轨道布局、重载列车运输的方式、驼峰编组的车速控制方法；地铁和轻轨的封闭轨道特点，出租车的点到点运输的模式；自动驾驶的电动车辆，汽车自动控制的原理；计算机网络技术、单片机应用技术、遥测遥控技术、无线数据通信和泄漏电缆的应用技术。提出了一套全新的城市轨道交通系统：采用与地铁和轻轨不同的小型车辆，封闭轨道，随机发车的车站等设施；并实行与地铁和轻轨在根本上就不同的调度方法。

                                 发明内容

本发明的目的是提供由计算机组织小型的无人驾驶的车辆在封闭道路上进行运输的轨道交通系统。它既有地铁和轻轨的大运输量的特点，又有出租车的灵活性运输方式；与地铁和轻轨相比，它的投资少，运输效率高，能建立全市性轨道交通路网等优点。

为达到所述目的，本发明采用由计算机控制的小型运输车辆、封闭轨道上设置了配套的控制装置、具有轨道网和计算机调度系统的车站；并采用了按需发车的运输组织方式。

所述的运输车辆是单独运行的无人驾驶小型电动车辆，车辆的前部装有碰撞缓冲装置、电子测距设备49、前车信息接收器45，在前、后保险杠的中部安装虚拟列车连接装置47、48，在保险杠的两端分别固定了定位轮44，车辆的后部装有车辆运行信息发射器46，在底盘下面安装了轨道控制板51、轨道信号接收装置、车辆信息发送装置和无线数据通信天线53；主控微机和单片机组成了计算机系统；碰撞缓冲装置、电子测距设备、前车信息接收器、车辆运行信息发射器、轨道信号接收装置、车辆信息发送装置等分别连接单片机，并且受单片机控制。

所述的区间封闭轨道有直行轨道2、上坡轨道6、下坡轨道7、分岔路口4、合并路口5；轨道一侧架设泄漏电缆23，轨道两侧设置车辆定位护栏22、轨道中间有车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置26；分岔路口还安装车辆转向控制装置24；区间的轨道计算机和所属单片机组成主从式计算机系统，车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置、车辆转向控制装置分别连接单片机，并且受单片机控制。

所述的车站设有轨道网(由直通轨道71、通行轨道73、下车站台轨道72、上车站台轨道80、折返轨道77、发车轨道76、调车轨道75、停车轨道79、联络轨道81和分岔路口、合并路口等组合构成)，站台74(下车站台741、上车站台742)。在轨道上安装了车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置26，车辆引导装置，车辆转向控制装置24，或车辆横向传送装置78。

所述的无线数据通信系统包括车辆无线数据通信设备，车站、轨道无线数据通信设备，和泄漏电缆；车站、轨道的各无线数据通信设备分别连接一段泄漏电缆，构成无线数据通信区域，各区域成为一个无线数据通信子系统。

所述的运输组织方法，是各车站上有乘客就随机发车，车辆自动驾驶直达目的站，该方法包括下列步骤：(1)调车：车站的计算机调度系统调度车辆，指定空车开到上车站台轨道，车辆与轨道的控制设备相互配合，控制车辆停在指定位置；(2)选线：确定车辆行驶的目的站后，乘客上车；车辆的主控微机确定行驶路线计划；(3)发车：计算机调度系统发送发车指令，车辆通过通行轨道进入发车轨道；在出站的合并路口处，车辆与轨道的控制设备相互配合后，控制车辆驶入区间的直行轨道；(4)行驶：车辆在区间的直行轨道上行驶，并向轨道的主控微机进行登记和确定车辆所在区段；车辆的主控微机将实际行驶路线与行驶路线计划进行比对，确定继续行驶的方向；轨道计算机根据车辆的行驶路线计划和实际位置，确定车辆的前进方向，车辆在分岔路口需要拐弯时，轨道计算机通过单片机启动车辆转向控制装置，控制车辆拐弯；在行驶过程中，后车与前车可以自动组成虚拟列车在直行轨道上行驶；(5)到站：车辆在到达目的站的分岔路口时，车辆与轨道的控制设备相互配合，控制车辆驶到下车站台轨道的适当位置；(6)收车：在乘客下完车后，车辆通过折返轨道停在停车轨道。

本发明的轨道交通系统，之所以有地铁和轻轨的运输能力，是采用大量的小型运输车辆组成虚拟列车在区间轨道上鱼贯而行，他们的每小时单向轨道截面的客流量如下：

例如：车辆长度为4米，3排座位，车辆内宽1.6米，每排座位乘座3人，每辆车载客9人；车速40公里/小时，平均车辆间隔为1米，则单向轨道截面的客流量为

40公里/小时×200辆/公里×9人/辆＝36,000人/小时；

当车辆长度为6米，4排座位，车辆内宽1.6米，每排座位乘座3人，每辆车载客12人；车速40公里/小时，平均车辆间隔为2米，则单向轨道截面的客流量为

40公里/小时×125辆/公里×12人/辆＝60,000人/小时；

一般地铁的单向轨道截面的客流量为4～6万人/小时；

一般轻轨的单向轨道截面客的流量为1～3万人/小时。

提高车辆通过车站时的通过能力，采用的技术方案是类似铁路车站的轨道布局，在车站设置直通轨道和站台轨道，减少到、发车辆对直通车辆的影响。

本发明的另一个目的是与轻轨相比，在相同的运输量时，大幅度降低建设投资，主要是降低车辆的成本、轨道和车站的建设投资。

降低车辆成本的办法是采用较小动力的电机，减小蓄电池的容量；和减少车辆的机械装置，简化车辆结构。

使用较小动力的电机，会遇到在上坡时的动力不足的问题，本发明在上坡轨道上设置了车速控制装置，强制车辆按车速控制装置的速度运行，从而弥补了车辆在上坡时的动力不足。

减少车辆的机械装置，在此省略了制动系统和转向系统。车辆减速由主控微机降低电机转速来实现；在下坡时，依靠设置在轨道上的车速控制装置控制车速。解决车辆的转向的办法：在直行轨道的弯道上行驶时，车辆依靠定位轮保持正常运行；在分岔路口需要拐弯时，由轨道上的车辆转向装置控制车辆拐弯；在站台轨道拐弯时，由车辆转向装置控制车辆拐弯。

本发明使用的小型车辆，与地铁和轻轨的车辆相比，大幅度减轻了单位长度轨道上的负荷，从而可以简化轨道结构，降低了区间和车站的轨道建设投资。

本发明的车站分大、中、小3个客流等级，由于车辆运行密度大，车站客流量均匀，车站的最大客流量要比地铁和轻轨要少得多；车站的高度和宽度也会比地铁和轻轨的小，车站的建设投资也会减少。

准确的无线数据通信确保无人驾驶车辆能正常行驶的必要措施，除采用具有检错纠错能力的通信协议外，还必须保证接收信号的信噪比。本发明采用了无线通信专业公知的泄漏电缆系统，在轨道一侧安装了泄漏电缆，车辆的无线数据通信的天线安装在车辆底盘下面的泄漏电缆一侧。

车辆与轨道的控制设备需要准确的配合，车辆需要了解所在的区段，轨道需要知道轨道上的车辆号码；车辆与轨道的计算机之间的无线数据通信，需要避免同频干扰，等原因。车辆与轨道分别设置了信号发送和信号接收的装置。这些装置采用了光、电、磁的某种方式，或几种方式的组合。例如：利用光学原理的光对射器(接收信号)55、遮光板56(发送信号)，红外线发射器和接收器，信号灯54和光信号检测器52利用电学原理的无线标志信号发射器和接收器；利用磁学原理的电磁铁和霍尔器件。

本系统能达到发明的目的，其主要解决的问题是采用重量轻的无人驾驶车辆组成的虚拟列车进行运输，车站随机发送车辆，任意组合的立体轨道网络等措施；为保证无人驾驶车辆的正常运行，车辆、轨道和车站配置了信息发送和接收装置，无线通信设备、控制和引导车辆运行的设备和装置，车辆、轨道和车站的设备之间的准确配合；全系统都采用了计算机(包括单片机)进行信息采集、数据处理、分析和判断、制定方案、输出指令和信息、以及执行和控制，确保系统的调度自动化和车辆运行自动化。

本系统不采用地铁和轻轨的计划运输的方式，取消了调度中心；车辆也取消了转向系统和制动系统。

本系统可以采用各种运输车辆组成综合运输系统，不仅解决了城市的大运输量的运输，还提高系统的运营效率。

本系统是一种投资少、运输量大、效率高、服务好、污染少、占地少的城市轨道交通系统。

                            附图说明

图1是小型车辆的轨道交通系统示意图

图2是直行双向轨道俯视示意图

图3是直行双向轨道的端视示意图

图4是单向分岔路口轨道俯视示意图

图5是单向合并路口轨道俯视示意图

图6是单向上坡轨道俯视示意图

图7是单向上坡轨道侧视示意图

图8是单向下坡轨道俯视示意图

图9是单向下坡轨道侧视示意图

图10是车速控制装置示意图

图11是车辆转向控制装置示意图

图12是小客车俯视示意图

图13是小客车右侧视示意图

图14是小骄车俯视示意图

图15是小骄车右侧视示意图

图16是车辆底盘仰视示意图

图17是车辆底盘(Z)侧视示意图

图18是车辆底盘(Y)侧视示意图

图19是车辆定位轮结构的示意图

图20是车辆定位轮A-A剖面示意图

图21是碰撞缓冲弹簧结构示意图(1)

图22是碰撞缓冲弹簧结构示意图(2)

图23是小客流量车站轨道的示意图

图24是中等客流量车站轨道的示意图

图25是大客流量车站轨道的示意图

图26是站台轨道(A)的示意图

图27是站台轨道(B)的示意图

图28是车辆横向传送装置示意图

                            具体实施方式

下面结合附图对本发明进行分段描述：(一)系统：

图1所示小型车辆的轨道交通系统，系统主要有小型车辆1、区间封闭轨道2和车站3组成，其中区间封闭轨道有类似铁路和高速公路那样的直行轨道、分岔路口4和合并路口5，系统采用了分岔路口4和合并路口5的轨道结构就可以很方便地轨道交通的路网；在本系统的直行轨道中有上坡轨道6和下坡轨道7(如图6、图7、图8、图9所示)。

利用分岔路口和合并路口就可以组成轨道路网。(二)轨道：

图2和图3所示了区间的双向直行轨道的结构：轨道两端与车站的轨道衔接，在每条单向轨道的两侧安装了护栏22、轨道面21，在车辆运行方向的轨道左侧安装了供无线通信的泄漏电缆23；在车辆运行方向的入口处安装了检测车辆通过的车辆信息接收装置，它是一对光接收器29，用于车辆检测的轨道信息发送装置，它是信号灯30，用于检测车辆通过和用于车辆检测的方法还有很多，例如：遮光原理的光电对射器27与遮光板28，磁技术的电磁铁与霍尔器件，无线标志信号发射机，压敏器件和加速度传感器等。(车辆需要安装相应设备)。在接近分岔路口和合并路口的直行轨道处，同样安装了车辆信息接收装置和轨道信息发送装置(如图4和图5所示，它们由分岔路口单片机和合并路口单片机管理)。

轨道上的车辆信息接收装置和轨道信息发送装置对应车辆上安装的轨道信息接收装置和车辆信息发送装置，在车辆的主控微机与轨道计算机收到对方信号时，实现一次触发，启动一项工作。在不同位置，工作内容有所不同。

图4所示单向分岔路口轨道结构，入口处安装了由单片机控制的车辆转向控制装置24。分岔路口单片机接收到轨道计算机发送的车辆运行信息，在车辆到达接近分岔路口的车辆信息接收装置和轨道信息发送装置位置，路口单片机与车辆主控微机进行信息交换；当车辆需要拐弯时，路口单片机启动车辆转向控制装置24，控制车辆拐弯驶向岔道。当车辆需要直行时，车辆转向控制装置停止工作。

在分岔路口的出口处的中间，安装了车辆定位轮25若干对，其第一对定位轮安装间隔略宽，后面定位轮的间隔逐渐减少。定位轮是一对无动力的滑轮。

车辆转向装置是安装在轨道上的一对传送带244(见图11)，传送带由主动轴241驱动，被动轴242定位，主动轴连接低速电机243。当左边的传送带速度大于右边的传送带速度时，车辆将向右拐弯，反之，车辆向左拐弯，当两个传送带速度相等时，车辆直行。

图5所示单向合并路口轨道结构，在两条轨道的入口处，分别安装了一对定位轮25和车速控制装置26，用于控制通行的车辆，便于车辆有序地通过路口。

图6、图7和图8、图9分别是上坡轨道和下坡轨道的结构示意图，在入口处，安装了车辆信息接收装置，在坡道上安装一对定位轮和若干组车速控制装置。当车辆信息接收装置检测到车辆信息后，启动车速控制装置，车辆按车速控制装置的速度运行。

上坡轨道的车速控制装置可以弥补车辆动力不足，而下坡轨道的车速控制装置起到车辆刹车的作用。

车速控制装置的结构如图10所示，车速控制装置是由一对固定在轴上的旋转轮260，旋转轮的轴261通过轴承262固定在支架263上；两个旋转轮之间的间隙与车辆底盘下的控制板51的厚度相配合；其中一根轴通过变速箱264连接在由单片机控制的电机265。(三)车辆：

图12、图13和图14、图15示意车辆的结构，图16、图17、图18示意车辆底盘的设备安装情况。

车辆的前保险杠安装了电子测距装置49，碰撞缓冲装置43，前车信息接收器45和虚拟列车连接装置，车辆的后保险杠42装有车辆运行信息发射器46和虚拟列车连接装置。

碰撞缓冲装置的缓冲部件为弹簧或液压杆，图21、22所示碰撞缓冲弹簧的结构：在前保险杠41上焊接导杆431，导杆外面套上弹簧，导杆的端部有罗纹，穿过车辆底盘50的固定孔501后，由螺母432固定；

导杆的端部连接位置传感装置——微动开关439或电位器436(见图21)，电位器通过带有固定轴435和连接轴434的连接杆433与导杆的端部连接。位置传感装置还可以采用无接触的电容器(见图22)，在底盘50上固定两组电容器定片4381、4382，在导杆431的端部连接电容器动片437。

当车辆相碰撞时，车辆碰撞缓冲装置的碰撞信号传感器输出信号，降低车速，碰撞信号传感器无输出信号时，提高车速，主控微机不停调整车速与前车的运行速度保持同步；前后车辆的虚拟列车连接装置定位连接前后车辆。虚拟列车连接装置有许多方式，例如具有锥度的定位孔47和有相同斜率的圆锥定位销48。

车辆的前、后保险杠的两端分别固定了定位轮44，在底盘下面的中间安装了轨道控制板51。图19、图20所示车辆定位轮的结构，定位轮通过轴承441固定在定位轮轴442上，定位轮的组件由调整高度的垫片444和螺母443固定在保险杠的端部。车辆的定位轮与轨道的护栏长期磨擦，为减少护栏的局部磨损，定位轮的表面有突出的罗纹，另外可以选用表面平滑的定位轮，但其安装高度是随机的。

例如车辆宽度为1.8米，定位轮直径为0.2米，超出车辆侧面0.1米，护栏宽度略大于2米。

车辆底盘下的轨道控制板51，有3个作用：车辆通过分岔路口进入岔路时，起定位作用；车辆在上坡时，起到地面对车辆加力的作用；在其它地方，起到地面直接控制车辆速度的作用。

车辆底盘下安装的轨道信号接收装置55、车辆信息发送装置54、56，安装位置与轨道的车辆信号接收装置27、29，轨道信息发送装置28，相对应。如前所述，轨道信号接收装置和车辆信息发送装置可以采用其它方法。

车辆底盘下安装的无线数据通信天线53，安装在车辆的左侧，它接收泄漏电缆辐射的射频信号，轨道的无线数据通信设备通过泄漏电缆接收车辆天线发射的射频信号。泄漏电缆系统能按照设计要求，准确控制射频信号的场强，满足无线通信的要求；由于天线安装在车辆底部，降低了干扰信号的强度，改善信号的信噪比。

车辆顶部安装了光敏器件组57，用于接收车辆引导的光信号。

车门上部安装了红外检测器58，用于自动开关车门；还安装电子显示牌59，用于显示车辆运行的目的站。

车辆的主控微机和单片机组成的计算机系统；碰撞缓冲装置、电子测距设备、前车信息接收器、车辆运行信息发射器、轨道信号接收装置、车辆信息发送装置分别连接单片机。主控微机采集各单片机的信息，向单片机发送工作指令；各单片机各负其责，控制车辆按主控微机的运行计划运行，实现无人驾驶。(四)车站：

车站分为3个等级：小客流量车站，中等客流量车站，大客流量车站。

图23所示小客流量车站的轨道布局，它类似铁路的小车站，在进站处有分岔路口4，在出站处有合并路口5，车站中间每方向有两条相互隔离的轨道，一条为提供通过车辆的直通轨道71，另一条为上车和下车的站台轨道72。站台设在站台轨道的外侧，当然也可以站台设于中间，而直通轨道安排在外侧，两种轨道布局各有优缺点。

图24所示中等客流量车站的轨道布局，在直通轨道与站台轨道之间增加一条通行轨道73，站台轨道和通行轨道之间没有隔离护栏，在这两条轨道上安装了前述的车辆信号接收装置、轨道信息发送装置和车辆转向装置和车辆横向传送装置，控制车辆进出站台轨道。

图25所示大客流量车站的轨道布局，车站轨道分上下两层，上层为直通轨道71和下车站台轨道72，下层为通行轨道73和上车站台轨道80。区间直行轨道在进站的第1个分岔路口分别连接直行轨道和调车轨道75；直行轨道通过第2个分岔路口分别接直通轨道71和供下车的站台轨道72，下车的站台轨道与折返轨道77连接，折返轨道是从上层到达下层的轨道，在下层与停车轨道79连接；停车轨道与反向的通行轨道73和上车站台轨道80相接，上车站台轨道与通行轨道平行，上车站台轨道和通行轨道之间没有隔离护栏，通行轨道接至发车轨道76，发车轨道是从下层到达上层的轨道；发车轨道和直通轨道在合并路口合并到区间的直行轨道。为便于从后方站调用空车，空车从调车轨道驶入下层停车轨道和通行轨道。

为在调度空车时，减少占用行车轨道(直行轨道、直通轨道、干线的分岔路口和合并路口)，在发车轨道与折返轨道之间设置一段联络轨道81。

图26为站台轨道的示意图，在通行轨道和上车站台轨道上安装了车辆信号接收装置、轨道信息发送装置和车辆转向装置，控制车辆拐弯驶入和驶离上车站台轨道；在车辆进入上车站台轨道后，车站的车辆引导装置引导车辆停靠准确位置。

车辆引导装置是安装在上车站台轨道上的2排引导灯，车辆底盘上的轨道光信号检测器52检测引导灯的光信号，车辆跟随灯光行驶。另一种方案是安装在上车站台轨道上方旋转的引导灯，车辆顶部的光敏器件组接收到上方的引导灯光，车辆跟随灯光行驶。车辆引导装置还可以是无线遥控发射机对车辆进行遥控(车辆需要配置相应的无线遥控接收机)。

图27所示采用车辆横向传送装置78的站台轨道的结构，车辆按调度指令驶到指定的车辆横向传送装置处，车辆横向传送装置将车辆移送的上车站台轨道；待需要发车时，车辆横向传送装置将车辆移送的通行轨道。

图28是车辆横向传送装置的结构示意图，车辆横向传送装置由站台轨道计算机控制主动电机783，主动电机带动主动滚轮781，从而驱动传送带784，传送带由辅助滚轮782固定。电机按需要可以顺时针和逆时针旋转。(五)组织车辆运行的方法：1.调车：

车站的调度计算机通过车站局域网，向有关的计算机发送调度空车指令；

停车轨道无空车时，调度计算机向后方站的调度计算机调用空车，后方站来的空车将从进站的分岔路口通过调车轨道停至停车轨道，并向停车轨道计算机发送车辆号码进行登记。

反向(对于车辆行驶方向而言)停车轨道有空车时，停车轨道计算机通过无线发送调车指令——车辆号码、停车轨道代码，被调车辆应答后，从通行轨道进入周转轨道，到达正向的停车轨道，车辆向(正向)停车轨道计算机进行登记，并等待调用。

正向停车轨道有车时，停车轨道计算机通过无线发送调车指令——车辆号码、停靠站台的位置代码，被调车辆发送应答信息，并启动驶入通行轨道；车辆检测轨道信号，当到达通行轨道的相应位置时，车辆与轨道设备相互配合，车辆准确地停靠在指定位置，并自动开门等候乘客登车。2.发车：

售票计算机将乘客信息发送给调度计算机，调度计算机进行信息处理后，向站台计算机发送调度指令，站台计算机向车辆发送调度指令——车辆号码、目的站。车辆的电子显示牌显示目的站站名；站台计算机控制站台的乘车口电子显示牌显示车辆开往目的站站名，乘客通过乘车口的验票机验票后登车。

车辆的主控微机根据出发站和目的站的信息，安排行车路线计划——行程中的轨道、分岔路口、合并路口、车站的代码和顺序。

车辆满员后，将自动关门；或者，车辆的红外检测器检测到站台上无乘客时，也将自动关门。车辆立即向站台轨道计算机申请发车，调度计算机根据各轨道的车辆运行信息，发送发车指令：站台的车辆横向传送装置传送车辆到通行轨道，车辆启动发车；或者车辆启动，轨道上的车辆转向装置控制车辆行驶到通行轨道；车辆通过通行轨道行驶到发车轨道的合并路口的入口处。

站台计算机将发车信息发送给出站的合并路口单片机，路口单片机根据两条线路的车辆情况进行控制，如遇到同时有车辆需要通过时，先放行直行车辆，直行轨道的车速控制装置按车辆的运行速度运转，合并路口的单片机通过车速控制装置，限制出发车辆的速度；单片机选择直通轨道的行车空隙，放行出站车辆；放行时，调整车速控制装置提高出站车辆的车速。3.行驶：

车辆进入直行轨道时，车辆的轨道信号接收装置检测到信号后，车辆的无线数据通信设备发送信息——车辆号码、目的站，轨道计算机接收到车辆运行信息后进行登记；轨道的车辆信号接收装置检测到车辆信号和接收到车辆登记信息后，轨道计算机向车辆发送指令——区段代码、车辆在区段运行的序号、车辆最高运行速度；车辆接收到轨道计算机的信息和指令后，核对运行计划，确定继续行驶的方向，并通知轨道计算机；轨道计算机将车辆运行的有关信息发送给车辆运行前方的分岔路口单片机。

在直行轨道上，车辆追逐前车，当车辆距离小于阀值时，车辆的车辆信息接收器能接收到前车的车辆信息发射器发送的车辆运行信息。如果，车辆与前车的行驶方向相同时，车辆自动组成虚拟列车行驶；否则车辆之间保持一定距离行驶。

实现虚拟列车是采用了车辆追逐技术，它涉及到车辆上安装的电子测距装置、车辆信息接收器、车辆信息发射器、虚拟列车连接装置和碰撞缓冲装置。具体步骤是：(1)测距：车辆的前部安装的电子测距装置在运行时不断测量与前车的距离，车辆的主控微机根据距离控制车辆速度；当距离大于阀值时，车辆按轨道计算机的指定的速度运行；(2)追逐：当距离小于阀值时，后车的车辆信息接收器能接收到前车的车辆信息发射器发送的车辆运行信息，主控微机根据前车的速度，控制本车以大于前车的速度进行追逐，车辆距离越小则车辆之间的速度之差越小；(3)碰撞：当车辆接近而碰撞时，车辆的碰撞缓冲装置起到缓冲作用，并向主控微机提供碰撞信息，主控微机降低车辆速度，直到脱离碰撞；后车不断调整速度，直到两车的速度同步为止。以此类推，车辆就组成了虚拟列车在区间运行，提高了运输能力。

在接近分岔路口、合并路口时，路口单片机按轨道计算机发送的车辆运行信息，在车辆到达路口前的车辆信息接收装置和轨道信息发送装置位置，路口单片机与车辆主控微机进行信息交换。在分岔路口，车辆需要拐弯时，路口单片机启动车辆转向控制装置，控制车辆拐弯驶向岔道；当车辆需要直行时，车辆转向控制装置停止工作或等速工作。在合并路口，其工作方式与出站处的合并路口的工作方式一样。车辆需要核对行驶路线的正确性。

车辆需要通过车站时，经过进站的分岔路口直行到直通轨道。车辆与直通轨道的计算机通信，直通轨道的计算机将车辆的运行信息送往出站的合并路口单片机；车辆按直通轨道计算机指定的速度运行；或者，根据与前方车辆的距离和两车的速度差，控制车辆的车速。车辆再经过出站的合并路口而进入直行轨道。

车辆经过分岔路口、合并路口、车站等处后，进入直行轨道时，车辆需要重新登记和排序。4.到站：

车辆到达目的站，经过分岔路口时，由车辆转向控制装置控制拐弯进入下车站台轨道，车辆广播通知乘客准备下车；车辆行驶到站台的最前端，当前方有停靠车辆时，车辆就自动调整速度，停靠在前车的后面。停车后，车辆自动开门，车辆广播提示乘客下车。

车辆内部的传感器测定无乘客时，车辆自动关门，跟随前方车辆行驶到折返轨道和停车轨道，停在停车轨道的前车后面。车辆停车后，通过无线向停车轨道的计算机进行登记。5.调用空车：

调度计算机与后方大型车站的调度计算机之间通过通信线路交换信息，需要空车数量，后方大型车站组织发送空车，其发车过程如前所述。

综上所述，本发明既有干线运输的客流量大的优点，又有个性化服务特点；它不仅降低建设投资，而且也降低运营费用；它既能进行客运，也可以进行货运；它不仅能建设成全市性的轨道交通路网，而且可以方便地连接专用线；它轨道占地少，弯曲半径小，车辆矮，修建立体交叉线路方便，也容易在商业中心建设轨道交通。也就是说：它完全能替代地铁和轻轨，并且还能实现地铁和轻轨不能实现的功能。

Claims (45)

1.一种小型车辆的轨道交通系统，包括有计算机调度中心，电动运输车辆，区间封闭轨道和供乘客上下车的车站等系统，还包括传输指令和信息的有线、无线数据通信系统，电力系统，供水系统，票务系统，计算机管理、控制、检测的智能化系统，其特征是：

所述计算机调度中心是车站计算机局域网。

所述的运输车辆是单独运行的自动驾驶小型电动车辆，车辆的前部装有碰撞缓冲装置、电子测距设备(49)、前车信息接收器(45)，车辆的前、后安装虚拟列车连接装置，在保险杠的两端分别固定了定位轮(44)，车辆的后部装有车辆运行信息发射器(46)，在底盘下面安装了轨道控制板(51)、轨道信号接收装置、车辆信息发送装置和无线数据通信天线(53)；主控微机和单片机组成的计算机系统；碰撞缓冲装置、电子测距设备、前车信息接收器、车辆运行信息发射器、轨道信号接收装置、车辆信息发送装置分别连接单片机，并由单片机控制；

所述的区间封闭轨道有直行轨道(2)、上坡轨道(6)、下坡轨道(7)、分岔路口(4)、合并路口(5)，轨道一侧架设泄漏电缆(23)，轨道两侧设置车辆定位护栏(22)、轨道中间有车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置(26)；分岔路口还安装车辆转向控制装置(24)；区间轨道的主控微机和所有单片机组成主从式计算机系统，车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置、车辆转向控制装置分别连接单片机；

所述的车站设有轨道网，在轨道上安装了车辆信息接收装置和轨道信号发送装置、车速控制装置(26)，车辆引导装置，和车辆转向控制装置(24)；

所述的无线数据通信系统包括车辆无线数据通信设备，车站、轨道无线数据通信设备，和泄漏电缆；车站、轨道的各无线数据通信设备分别连接一段泄漏电缆，构成无线数据通信区域，各区域成为一个无线数据通信子系统。

2.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述车辆的碰撞缓冲装置是在前保险杠(41)上焊接导杆(431)，导杆外面套上弹簧，导杆的端部有罗纹，穿过车辆底盘的固定孔(501)后，由螺母(432)固定；导杆的端部连接位置传感装置。

3.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆的碰撞缓冲装置是在前保险杠(41)通过液压杆与车辆底盘(50)连接。

4.根据权利要求2所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的位置传感装置是连接杆(433)连接的电位器。

5.根据权利要求2所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的位置传感装置是传动杆(433)连接的微动开关(439)。

6.根据权利要求2所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的位置传感装置是可变电容器的动片，可变电容器的定片固定在底盘上。

7.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆的前、后安装虚拟列车连接装置是在前保险杠有一个锥形的定位孔(47)，在后保险杠的相应位置安装一个圆锥定位梢(48)。

8.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆的前、后安装虚拟列车连接装置是在前保险杠上安装的电磁铁。

9.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的前车信息接收器是红外线接收器，对应的车辆信息发射器是红外线发射器。

10.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的前车信息接收器是无线接收器，对应的车辆信息发射器是无线发射器。

11.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的定位轮通过轴承固定在轴上。

12.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的定位轮表面有一条突出的螺纹。

13.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的定位轮是薄型的，且表面是平正的，安装高度是随机的。

14.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号接收装置是光电对射器。

15.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号接收装置是无线信标接收器。

16.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号接收装置是霍尔器件。

17.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号接收装置是光敏器件。

18.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息发送装置是遮挡板。

19.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息发送装置是无线标志信号发射器。

20.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息发送装置是一个电磁铁。

21.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息发送装置是一个发光管。

22.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息接收装置是光电对射器(对应车辆上安装的遮挡板)。

23.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息接收装置是无线标志信号接收器(对应车辆上的无线标志信号发射器)。

24.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息接收装置是霍尔器件(对应车辆上安装的电磁铁)。

25.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆信息接收装置是光敏器件(对应车辆上安装的发光管)。

26.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号发送装置是一块遮挡板(对应车辆上安装的光电对射器)。

27.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号发送装置是无线标志信号发射器(对应车辆上安装的无线标志信号接收器)。

28.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号发送装置是一个电磁铁(对应车辆上安装的霍尔器件)。

29.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道信号发送装置是发光管(对应车辆上安装的光敏器件)。

30.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车速控制装置是一对由电机带动的旋转轮，两轮之间的间隙与车辆的轨道控制板的厚度相配合。

31.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆转向控制装置是一对传送带，传送带由电机驱动，电机由单片机控制。

32.根据权利要求1所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的轨道网由直通轨道、通行轨道、站台轨道、调车轨道、折返轨道、停车轨道、联络轨道、分岔路口、合并路口构成；轨道中有上坡轨道和下坡轨道。

33.根据权利要求32所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的在通行轨道和站台轨道之间不设隔离护栏，在这两条轨道上安装了车辆引导设备和辅助装置。

34.根据权利要求33所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆引导设备是安装在轨道上部的聚光灯，聚光灯的转动电机受单片机控制。

35.根据权利要求33所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆引导设备是车站的无线遥控发射机和车辆的无线遥控接收机。

36.根据权利要求33所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的车辆引导设备是在轨道上安装的组灯和车辆上安装的光信号检测器。

37.根据权利要求33所述的小型车辆的轨道交通系统，其特征是，所述的辅助装置是车辆转向控制装置或车辆横向传送装置。

38.一种小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法，该方法是在出发站随机发送车辆，自动驾驶的车辆直驶目的站，该方法包括下列步骤：(1)调车：车站的计算机调度系统调度车辆，指定空车到乘客上车的站台轨道，车辆与轨道的控制设备相互配合，控制车辆停在指定位置；(2)选线：确定车辆行驶的目的站后，乘客上车；车辆的主控微机确定行驶路线计划；(3)发车：计算机调度系统发送发车指令，车辆通过通行轨道进入发车轨道；在出站的合并路口，车辆与轨道的控制设备相互配合，驶入区间的直行轨道；(4)行驶：车辆在区间的直行轨道上行驶，并向轨道计算机进行登记和确定车辆所在区段，车辆的主控微机将实际行驶路线与行驶路线计划进行比对，确定继续行驶的方向；轨道计算机根据车辆的行驶路线计划和实际位置，确定车辆前进方向，车辆在分岔路口需要拐弯时，轨道的计算机启动车辆转向控制装置，控制车辆拐弯；

后车与前车可以自动组成虚拟列车在直行轨道上行驶；(5)到站：车辆在到达目的站的分岔路口时，车辆与轨道的控制设备相护配合，控制车辆驶到通行轨道，按目的站计算机调度系统的调度指令，车辆停到下车站台轨道的指定位置；(6)收车：在乘客下完车后，车辆通过折返轨道停在停车轨道。

39.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，车站的计算机调度系统调度车辆的步骤如下：(1)调空车到停车轨道：停车轨道上无空车时，调度计算机向后方站的调度计算机申请空车，空车将从进站的分岔路口到调车轨道并驶入停车轨道；

反向停车轨道有空车时，停车轨道计算机通过无线发送调车指令，被调车辆应答后，从通行轨道进入联络轨道，到达正向的停车轨道，车辆向(正向)停车轨道计算机进行登记，并等待调用。(2)调空车到通行轨道：停车轨道计算机通过无线发送调车指令，停在首位的车辆发送应答信息和车辆号码，并启动驶入通行轨道；轨道计算机将车辆号码发送给调度计算机；(3)指定停车位置：调度计算机向站台计算机发送指令，指定号码的车辆和应停的位置；站台计算机与车辆通信，指定停车的位置代码；(4)车辆停车到位：车辆行驶到通行轨道的相应位置，轨道的车辆转向控制装置启动，车辆拐弯驶向站台轨道，轨道的车辆引导装置引导车辆准确停在指定位置；也可以由车辆横向传送装置将车辆传送到位。

40.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，车辆行驶的路线和目的站的步骤如下：(1)确定目的站：乘客在购票时确定达到的目的站，票务计算机将信息传送给站台计算机，站台计算机向车辆发送目的站的指令，车辆的电子显示牌显示目的站名；站台护栏的乘车口显示目的站名；(2)乘客上车：乘客持车票通过乘车口上车，乘车口确定车辆满员后，停止通行；车辆的红外检测器检测到站台上无乘客时，车门自动关闭；车辆向站台计算机发送发车申请。(3)选择行驶路线：车辆的主控微机根据出发站和目的站的信息，自动选择行驶路线，确定行驶路线计划：通过的轨道、分岔路口、合并路口、车站的代码和顺序；

41.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，发车的步骤如下：(1)发车指令：乘客上车后，调度计算机发送发车指令，站台计算机在通行轨道上的发车车辆通过后，向准备发车的车辆发送发车指令；启动车辆转向控制装置，车辆拐弯驶向通行轨道；站台计算机将发车信息发送给出站的合并路口单片机；(2)车速控制：站台计算机将发车信息发送给出站的合并路口单片机；当直通轨道有车辆通过时，合并路口的单片机控制车速控制装置，限制出发车辆的速度；(3)出站：单片机选择直通轨道的行车空隙，放行出站车辆；放行时，调整车速控制装置提高出站车辆的车速。

42.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，向轨道计算机进行登记的步骤如下：(1)发送登记指令：车辆进入直行轨道时，车辆的轨道信号接收装置检测到信号后，车辆的无线数据通信设备发送车辆号码和目的站，轨道计算机接收到车辆运行信息后进行登记；(2)核对运行区段：轨道的车辆信号接收装置检测到车辆信号和接收到车辆登记信息后，轨道计算机向车辆发送区段代码、车辆在区段运行的序号和车辆运行速度；车辆接收到轨道计算机的信息和指令后，与运行线路进行核对；轨道计算机向车辆运行前方的分岔路口单片机发送车辆的运行信息。

43.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，行驶的过程如下：(1)速度控制：车辆按轨道计算机的运行指令的速度运行，当前方无车辆时，就按指令的速度运行；当测量到前方车辆的运行速度时，本车以略大于前车的运行速度运行；在车辆速度控制装置的路段内，车辆按轨道的控制速度运行；(2)虚拟列车运行：在与前方车辆的距离接近到相碰撞时，本车辆与前方车辆的速度相同，进入虚拟列车运行方式；前方车辆不断发送车辆运行信息，本车判断和选择车辆运行速度，同样，也向后方车辆发送本车的运行信息；(3)单车运行：在接近分岔路口路段内，当与前方车辆运行方向不同时，本车降低车速，脱离虚拟列车运行方式；(4)通过车站；车辆按运行线路需要通过车站时，经过分岔路口后，进入直通轨道继续直行；分岔路口的车辆转向装置停止工作或以相同方向和速度工作；(5)重新登记：车辆每次进入区间的直行轨道时，都需要进行登记和重新排序。

44.如权利要求38所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，车辆到站的步骤如下：(1)驶入下车站台轨道：车辆经过分岔路口时，由车辆转向控制装置的控制，车辆驶入下车的站台轨道；(2)停靠下车站台：车辆进入站台轨道后，行驶到站台的最前端；当前方有停靠车辆时，车辆就自动调整速度，停靠在前车的后面，车辆停稳后，自动开启车门；(3)通过折返轨道到停车轨道：车辆待乘客下车完毕后，车辆自动关闭车门，跟随前方车辆行驶到折返轨道，进入停车轨道后停在轨道上；(4)停车登记：车辆在进入停车轨道时，车辆向停车轨道计算机进行登记。

45.如权利要求39所述的小型车辆的轨道交通系统的运输组织方法中，调度计算机向后方站的调度计算机申请空车的步骤如下：(1)调度计算机之间通信：调度计算机与后方的调度计算机之间通信，要求需要空车的车型和数量；(2)空车出发：后方车站的调度计算机调发空车，目的站为本站；(3)到站：车辆行驶到进站的分岔路口，拐弯通过调车轨道和停车轨道，车辆在停车轨道进行登记。

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