本發(fā)明涉及軌道交通控制領(lǐng)域，特別是涉及一種自動(dòng)列車停車控制方法。

背景技術(shù)：

在軌道交通/運(yùn)輸、工控領(lǐng)域，控制系統(tǒng)中具有自動(dòng)控制列車按規(guī)定或需求啟動(dòng)、運(yùn)行、停車的功能需求。自動(dòng)控制列車一般是通過(guò)控制牽引/制動(dòng)力的加速度或車輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，表現(xiàn)為控制列車的牽引、惰行、制動(dòng)等。

在上述領(lǐng)域的某些安全苛求系統(tǒng)，比如地鐵系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)需要擔(dān)負(fù)安全行駛的責(zé)任，就會(huì)對(duì)行駛安全做出種種限制，比如列車不能過(guò)沖移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)、不能沖撞盡頭車檔等。因此信號(hào)系統(tǒng)在行駛控制時(shí)需要按照安全設(shè)計(jì)限制，實(shí)時(shí)對(duì)列車進(jìn)行防護(hù)。

IEEE1474標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定如圖1所示，基于物理學(xué)模型和信號(hào)、車輛、軌道黏著等最不利條件，信號(hào)在對(duì)列車行駛進(jìn)行防護(hù)時(shí)，需要確保在緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線(EB觸發(fā)曲線)前/緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線時(shí)施加緊急制動(dòng)(EB)，才能確保在最不利情況下列車能夠安全的停在障礙物前。常見(jiàn)的障礙物包括：列車、區(qū)段邊界、車檔、道岔等等。

因此，在障礙物前一定距離，軌道列車自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)設(shè)計(jì)或?qū)崟r(shí)計(jì)算一個(gè)停車點(diǎn)，作為停車的目標(biāo)位置，并按安全限制要求在EB觸發(fā)曲線下方計(jì)算一條目標(biāo)曲線作為使列車運(yùn)行停止在停車點(diǎn)的速度曲線，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制列車(ATO)或顯示給司機(jī)手動(dòng)駕駛列車，沿目標(biāo)速度曲線行駛，則會(huì)在保證安全的前提下，滿足行駛過(guò)程不會(huì)因速度過(guò)高觸發(fā)緊急制動(dòng)、停準(zhǔn)在停車點(diǎn)的可用性要求。

《城市軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)-ATO子系統(tǒng)規(guī)范》中規(guī)定：“ATO設(shè)備控制列車在停車點(diǎn)停車時(shí)，應(yīng)采用一次連續(xù)制動(dòng)模式制動(dòng)至目標(biāo)停車點(diǎn)，中途不得緩解，且在進(jìn)站前不應(yīng)有非線路限速要求的減速臺(tái)階。”

傳統(tǒng)的控制方法是信號(hào)系統(tǒng)控制列車按照固定制動(dòng)率的算法制動(dòng)停車，因?yàn)镋B觸發(fā)曲線本身不是一條固定制動(dòng)率的曲線，因此采用常用制動(dòng)率的停車制動(dòng)算法時(shí)，實(shí)際的車速?zèng)]有用足EB觸發(fā)曲線內(nèi)的距離與速度，停車點(diǎn)設(shè)置在離障礙物較遠(yuǎn)時(shí)才能采用傳統(tǒng)方式停準(zhǔn)列車。采用傳統(tǒng)的控制方法會(huì)造成軌道列車在離障礙物前停車的距離過(guò)遠(yuǎn)/過(guò)近，降低軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率。尤其在《GB-50157地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：“折返線、故障列車停車線有效長(zhǎng)度(不含車檔長(zhǎng)度)不應(yīng)小于列車長(zhǎng)度+50m”傳統(tǒng)的控制 方法往往無(wú)法滿足該要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)列車停車控制方法，在保證安全運(yùn)行的前提下使軌道列車停車位置盡可能接近障礙物，從而達(dá)到節(jié)省停車線路設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，提高列車運(yùn)行效率的目的。

解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的自動(dòng)列車停車控制方法,包括：

1)計(jì)算緊急列車制動(dòng)觸發(fā)曲線，簡(jiǎn)稱EB觸發(fā)曲線；

2)以列車制動(dòng)距離為橫坐標(biāo)，列車行駛速度為縱坐標(biāo)，將EB觸發(fā)曲線向下平移控制門限后得到列車行駛速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱ATO目標(biāo)速度曲線；

其中，控制門限是指控制列車不觸碰EB觸發(fā)曲線所需要的速度值；

進(jìn)一步改進(jìn)，控制門限在自動(dòng)控制列車保證不觸碰EB觸發(fā)曲線同時(shí)根據(jù)列車具體運(yùn)行情況預(yù)留一定余量(速度值)；

3)以ATO目標(biāo)速度曲線上每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的列車行駛加速度作為縱坐標(biāo)，以列車制動(dòng)距離作為橫坐標(biāo)，生成列車目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱ATO目標(biāo)加速度曲線；

4)當(dāng)停車點(diǎn)距離障礙物點(diǎn)很近時(shí)(指小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求)，根據(jù)項(xiàng)目及列車特點(diǎn)設(shè)置控制門限，將列車緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線向下平移控制門限后生成列車速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線(即ATO目標(biāo)速度曲線)，實(shí)時(shí)計(jì)算列車加速度和制動(dòng)距離是否符合列車目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線(即ATO目標(biāo)加速度曲線)，如不符合則制動(dòng)列車；

5)制動(dòng)列車時(shí)，控制列車加速度按照目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線運(yùn)行，直到列車加速度達(dá)到對(duì)準(zhǔn)加速度(參考圖3，P點(diǎn))；所述對(duì)準(zhǔn)加速度指列車距離停車點(diǎn)預(yù)設(shè)距離處開(kāi)始停車到達(dá)停車點(diǎn)列車完全靜止，這個(gè)停車過(guò)程列車所需的固定制動(dòng)率；

6)列車到達(dá)距離停車點(diǎn)預(yù)設(shè)距離處按照對(duì)準(zhǔn)加速度停車至停車點(diǎn)。通常，列車距離停車點(diǎn)預(yù)設(shè)距離需要結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及車輛參數(shù)來(lái)選取(該距離可以根據(jù)具體項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，但距離太長(zhǎng)將導(dǎo)致對(duì)站時(shí)間拉長(zhǎng)；太短將導(dǎo)致列車停站過(guò)程中制動(dòng)太猛，乘客體驗(yàn)很差，通常為1m-5m)進(jìn)行最終的制動(dòng)操作(即對(duì)準(zhǔn)加速度)。準(zhǔn)加速度通過(guò)V²＝|2as|計(jì)算；例如，列車速度V為1到2m/s時(shí)，距離s為3m，計(jì)算得到對(duì)準(zhǔn)加速度a在-0.17m/s²到-0.66m/s²之間。

其中，制動(dòng)控制門限為0.1m/s至10m/s。

其中，制動(dòng)控制門限優(yōu)選為0.5m/s、1m/s、1.5m/s或2m/s。

本發(fā)明在EB觸發(fā)曲線向下減去制動(dòng)控制容限V(ATO控制門限)作為ATO行駛速度-制動(dòng)距離曲線，即ATO目標(biāo)速度曲線。其中，ATO控制門限根據(jù)具體項(xiàng)目的車輛特性及項(xiàng)目要求確定。該控制門限保證ATO控制列車運(yùn)行時(shí)ATO行駛速度-制動(dòng)距離曲線不會(huì)與EB觸發(fā)曲線發(fā)生相交，從而導(dǎo)致觸發(fā)緊急制動(dòng)影響運(yùn)營(yíng)。形成加速度-制動(dòng)距離曲線即ATO目標(biāo)加速度曲線，ATO目標(biāo)加速度曲線對(duì)應(yīng)的是ATO目標(biāo)速度曲線上每一點(diǎn)的加速度，考慮到具體項(xiàng)目中列車速度較小時(shí)無(wú)法快速響應(yīng)列車控制信號(hào)命令的加速度(參考圖3中的ATO對(duì)準(zhǔn)加速度)，自動(dòng)控制列車以接近ATO對(duì)準(zhǔn)加速度直至停車(通常此階段列車與停車點(diǎn)的距離在1m到5m間)。此技術(shù)手段解決了列車制動(dòng)過(guò)程中在低速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，并且接近停車時(shí)車輛加速度較低，因此更易精確地對(duì)準(zhǔn)停車點(diǎn)。

在一般的列車自動(dòng)停車控制中，針對(duì)100米長(zhǎng)度的站臺(tái)，通常停車點(diǎn)需要的保護(hù)長(zhǎng)度需要至少32米以上(也就是停車點(diǎn)距離障礙物的距離)，進(jìn)站速度45km/h，進(jìn)站時(shí)間(指列車從進(jìn)入站臺(tái)到停準(zhǔn)位置)在15s左右。

本發(fā)明的自動(dòng)列車停車控制方法是根據(jù)列車停車距離和速度/加速度的關(guān)系動(dòng)態(tài)變化的。本發(fā)明通過(guò)EB觸發(fā)曲線上設(shè)置制動(dòng)控制門限，得到ATO目標(biāo)速度曲線及實(shí)時(shí)計(jì)算用于控車的ATO目標(biāo)加速度曲線。同時(shí)為了保證行駛效率，在列車制動(dòng)過(guò)程中保證安全的前提下，盡可能的使用最大行駛速度。本發(fā)明為列車線路停車保護(hù)距離過(guò)短情況(小于標(biāo)準(zhǔn)要求的停車防護(hù)距離時(shí))，提供了一種安全的自動(dòng)停車方法，從而設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的防護(hù)距離(停車點(diǎn)至障礙物距離)由原來(lái)的50米可以縮短至20米以內(nèi)。從經(jīng)濟(jì)效益上分析，按照每條停車線長(zhǎng)度減少30米的建設(shè)成本，每條地鐵線按30處停車線、地鐵每公里造價(jià)8億元人民幣計(jì)算，一條地鐵線可節(jié)約7億多元。本發(fā)明不但不降低列車運(yùn)營(yíng)效率還能降低列車軌道建設(shè)成本，提高列車運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

圖1是EB觸發(fā)曲線示意圖。

圖2是本發(fā)明ATO目標(biāo)速度曲線示意圖。

圖3是本發(fā)明ATO目標(biāo)加速度曲線示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)訓(xùn)線路實(shí)時(shí)日志示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的自動(dòng)列車制動(dòng)控制方法,包括：

1)計(jì)算緊急列車制動(dòng)觸發(fā)曲線，簡(jiǎn)稱EB觸發(fā)曲線；

第一階段為失控加速階段，圖1所示A階段、B階段；

a₁＝a_run–a_grade；

d₁＝v_x×t₁+(a₁×t₁²/2)；

v₁＝v_x+a₁×t₁；

第二階段為惰行階段,圖1所示C階段、D階段；

a₂＝-a_grade；

d₂＝v₁×t₂+(a₂×t₂²/2)；

v₂＝v₁+a₂×t₂；

第三階段為EB制動(dòng)階段(包括圖1中E階段)

a₃＝-a_gebr-a_grade；

d₃＝v₂×v₂/(2×a₃)；

上述各參數(shù)值的含義如下：

a_run，列車最不利失控加速度；

a_grade，當(dāng)前位置的最不利坡度；

a_gebr，列車最不利的緊急制動(dòng)率；

a_i,i＝1,2,3.為每階段中最不利加速度；

t_i,i＝1,2.為每階段中最不利時(shí)間；

d_i,i＝1,2,3.為每階段中最不利情況下運(yùn)行的距離；

由上述公式可知，EB觸發(fā)曲線上某點(diǎn)x(參見(jiàn)圖2)，該點(diǎn)速度v_x一定時(shí)，距離障礙物終點(diǎn)距離d＝d₁+d₂+d₃即為v_x的f(x)函數(shù)，其中a_i,t_i為信號(hào)、車輛及線路參數(shù)計(jì)算得到，即在特定項(xiàng)目中這些參數(shù)都是常量。d＝f(v_x)即為所求EB觸發(fā)曲線。

2)如圖2所示，以列車制動(dòng)距離為橫坐標(biāo)，列車行駛速度為縱坐標(biāo)，將EB觸發(fā)曲線向下平移控制門限后得到列車行駛速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱ATO目標(biāo)速度曲線；

其中，控制門限是指控制列車不觸碰EB觸發(fā)曲線所需要的速度值；

進(jìn)一步改進(jìn)，控制門限在自動(dòng)控制列車保證不觸碰EB觸發(fā)曲線同時(shí)根據(jù)列車具體運(yùn)行情況預(yù)留一定余量(速度值)；

3)以ATO目標(biāo)速度曲線上每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的列車行駛加速度作為縱坐標(biāo)，以列車制動(dòng)距離作為橫坐標(biāo)，生成列車目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱ATO目標(biāo)加速度曲線；

4)當(dāng)停車點(diǎn)距離障礙物點(diǎn)很近時(shí)(指小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求)，根據(jù)項(xiàng)目及列車特點(diǎn)設(shè)置控制門限，將列車緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線向下平移控制門限后生成列車速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線(即ATO目標(biāo)速度曲線)，實(shí)時(shí)計(jì)算列車加速度和制動(dòng)距離是否符合列車目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線(即ATO目標(biāo)加速度曲線)，如不符合則制動(dòng)列車；

5)制動(dòng)列車時(shí)，控制列車加速度按照目標(biāo)加速度-制動(dòng)距離關(guān)系曲線運(yùn)行，直到列車加速度達(dá)到對(duì)準(zhǔn)加速度(參考圖3，P點(diǎn))；所述對(duì)準(zhǔn)加速度指列車距離停車點(diǎn)預(yù)設(shè)距離處開(kāi)始停車到達(dá)停車點(diǎn)列車完全靜止，這個(gè)停車過(guò)程列車所需的固定制動(dòng)率；

6)列車到達(dá)距離停車點(diǎn)預(yù)設(shè)距離處按照對(duì)準(zhǔn)加速度停車至停車點(diǎn)。

其中，制動(dòng)控制門限為0.1m/s至10m/s。

其中，制動(dòng)控制門限優(yōu)選為0.5m/s、1m/s、1.5m/s或2m/s。

本發(fā)明根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目中的參數(shù)，設(shè)置線路及車輛參數(shù)如表1所示(基于安全性考慮，設(shè)置了速度及位置不確定性值)。

說(shuō)明(*):都是設(shè)計(jì)中的常用值，具體值根據(jù)項(xiàng)目及車輛特性得到

表1

在取制動(dòng)控制門限為1m/s，在不同的設(shè)計(jì)停車點(diǎn)加速度下進(jìn)行計(jì)算如表2所示。

表2

該實(shí)際的實(shí)訓(xùn)線路上采用真實(shí)設(shè)備和列車進(jìn)行了驗(yàn)證。如圖4所示，從圖上可以得出加速度曲線-制動(dòng)距離的加速度變化率小，采用本算法在制動(dòng)過(guò)程中不需要額外控制加速度的變化率，列車不會(huì)產(chǎn)生突然加速/減速情況，使乘客乘坐體驗(yàn)更加舒適。

以上通過(guò)具體實(shí)施方式和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。