CN101992795B - 用于在自动列车运行中控制速度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在自动列车运行中控制速度的方法和装置，其能够估测和控制列车在其将行驶到的每个位置处所应当行驶的速度，从而满足限制速度曲线，而且在加速或者减速列车的情况下，通过遵守加速度限制和加加速度限制确保乘客舒适。

Description

用于在自动列车运行中控制速度的方法和装置

本申请要求于2009年8月24日提交的申请号为10-2009-0078059的韩国专利的在先申请日和优先权权益，其全部内容被合并于此。

技术领域

本公开涉及一种用于在自动列车运行中控制速度的方法和装置。

更具体地，本公开涉及这样一种用于在自动列车运行中控制速度的方法和装置，其能够估测和控制列车在其将行驶到的每个位置处应该行驶的速度，从而满足限制速度曲线，而且一旦列车加速或者减速列车，通过遵守加速度限制和加加速度限制(jerk limit)使得乘客舒适。

背景技术

铁路领域的信号控制设备由各种信号装置的技术和控制系统的技术构造而成，这些技术用于防止事故的发生、在列车行驶时促进列车安全运行并提高列车列车运行的效率。

信号控制设备分成：诸如轨道电路、联锁器件、转换器件和集中交通控制器等的列车路径控制设备；诸如闭锁系统、自动列车制动器等用于控制列车之间的间距的设备；和用于自动列车控制、自动列车运行、其他运行安全性和信息的目的的设备。

信号控制设备中的自动列车运行用于通过自动执行诸如列车的加速、减速和制动的功能来提升列车的运行效率。

公知地，自动列车运行包括：与给定的行驶条件和铁路一致地预先计划运行调度表的方法；和预先存储当行驶预定距离时的各种速度模式，并且通过选择适于条件的速度模式来设定运行调度表的方法。在与给定的行驶条件和铁路一致地预先计划运行调度表的方法中，列车是通过预先确定相对于特定行驶区段的每个位置处列车的速度控制模式、并使得列车的速度遵循所确定的速度控制模式来运行列车的。

但是，当由于在先的列车延迟等类似的原因，列车的行驶状态大大脱离运行调度表时，不容易纠正预先确定的调度表，因此发生运行延迟，并且不易于跟随所发生的延迟时间。此外，当列车由于干扰等类似的原因而脱离运行调度表时，不容易纠正调度表。在这种情形下，当过多地遵循预先确定的调度表时，不易于完成诸如节省能源和舒适性乘坐等施加在运行调度表上的目标。此外，不易于灵活处理纠正运行调度表的需要，诸如铁路条件和铁路状态改变等。

此外，在预先存储当行驶预定距离时的各种速度模式、并且通过选择适于条件的速度模式来设定运行调度表的方法中，可以通过连续地组合多种速度模式来计划到目标点的整个运行调度表。此外，条件指令装置将列车当前的位置与预先输入的路线信息进行比较。而且，当列车靠近速度限制区段时，条件指令装置检测列车速度限制区段，并观察诸如图表中的裕度级别、列车靠近在先列车的级别等各种条件。然后，条件指令装置选择适当的模式并作出指令。

但是，可能不清楚如何改变列车的速度模式以及使之运行。即，当确定最优状态的条件不清楚时，不易于保证条件指令装置在给定的条件下找出最优模式。此外，由于不可能具有每种速度模式，所以不易于获得每种情形的满意结果。

此外，登记的10-435983号韩国专利公开了目标速度是从轨道电路接收的，获得了当遵守加速度限制和加加速度限制时用来从当前速度达到目标速度的加加速度曲线，通过对加加速度曲线积分获得加速度曲线和速度曲线，并且列车遵循所获得的速度曲线。

但是，因为在10-435983号韩国专利中使用了基于时间的曲线，就不易于执行跟随控制，因此当行驶状态脱离运行调度表时不易于纠正位置误差。特别地，当列车速度在特定位置应该满足速度限制值时(当列车处于减速运行状态时这会成为一个麻烦)，不易于根据时延纠正当遵循曲线时满足了速度限制的位置上发生的误差。即，在速度-时间图表的下部分的面积指的是列车移动的距离。在遵循速度曲线的情形下，当在目标曲线和实际行驶记录之间发生误差时，结果可能会产生速度-时间图表的下部分的面积的误差。此外，当即使暂时地在随后发生问题时，也不可能恢复。

因此，即使当自动制动列车时，在使用基于时间的曲线时存在限制。

此外，登记的韩国专利仅仅简单地建议一种从当前速度达到目标速度的普通类型的曲线计算方法。此外，建议了一种分成三个区段的曲线：预定加加速度-预定加速度-预定加加速度。但是，因为当给出的是复杂的限制速度曲线时，可能发生各种模式，因此不易于利用仅在上文描述的曲线计算模式来响应。即，利用上文描述的方法不易于响应取决于位置的任意限制速度曲线，因此出现了自动列车运行的灵活性的限制。

发明内容

因此，本公开的目的在于提供一种在自动列车运行中用于控制速度的方法和装置，其在从地面信号系统接收考虑到包括铁路状况、列车之间的间距和图表变动等各种条件在各个区段绘制出的限制速度曲线时，出于乘客舒适性乘坐的考虑而遵循加速度限制和加加速度限制的同时，能够从各个区段的限制速度曲线绘制出最优行驶性能的基于位置的速度曲线，并通过控制列车以遵循绘制出的速度曲线而在自动列车运行中获得需要的行驶性能和制动性能。

本公开的技术目的不限于上述的技术目的，本领域技术人员参照下文的描述将清楚地理解未提及的其他技术目的。

在本公开的一个普通的方案中，自动列车运行中的速度控制装置包括：自动运行速度曲线计算器，其使用从限制速度曲线提供器输入的限制速度曲线来计算列车自动运行的各个位置处的目标速度，并提供列车据以自动运行的位置-速度曲线；速度/位置计算器，其计算列车的当前位置和行驶速度；目标速度搜索单元，其从自动运行速度曲线计算器提供的位置-速度曲线中搜索由速度/位置计算器计算出的列车当前位置处的目标速度；减法器，其从由速度/位置计算器计算出的列车行驶速度中减去由目标速度搜索单元搜索出的目标速度，并检测速度误差；和推进/刹车计算器，其根据减法器检测出的速度误差来生成列车的推进或者刹车指令，其中自动运行速度曲线计算器从限制速度曲线选取出使列车加速将达到的加速目标点、使列车恒速行驶所将达到的恒速目标点、以及使列车减速所将达到的减速目标点，划分列车的起点位置、加速目标点、恒速目标点和减速目标点之间的区段，并计算每个区段的位置-速度曲线。

在一些示意性实施例中，限制速度曲线可以包括列车将在每个区段行驶的限制速度的信息。

在一些示意性实施例中，这样执行位置-速度曲线的计算：计算出各个区段的时间-速度曲线，并使用计算出的时间-速度曲线来计算时间-位置曲线，然后使用时间-速度曲线和时间-位置曲线来计算位置-速度曲线。

在一些示意性实施例中，速度控制装置可以进一步包括数据库，其存储由自动运行速度曲线计算器提供的位置-速度曲线，其中目标速度搜索单元从数据库中搜索目标速度。

在一些示意性实施例中，限制速度曲线提供器可以安装在地面系统中，并无线地向机载系统发送限制速度曲线，而自动运行速度曲线计算器安装在机载系统中，并运用由限制速度曲线提供器无线发送的限制速度曲线来计算位置-速度曲线，并将位置-速度曲线存储在数据库中。

在一些示意性实施例中，限制速度曲线提供器和自动运行速度曲线计算器可以安装在地面系统中，并向机载系统发送由自动运行速度曲线计算器提供的位置-速度曲线，且将曲线存储在数据库中。

在一些示意性实施例中，限制速度曲线提供器和自动运行速度曲线计算器可以安装在机载系统中。

在本公开的另一个概括的方案中，自动列车运行中的速度控制方法包括：由自动运行速度曲线计算器使用从限制速度曲线提供器输入的限制速度曲线，来提供列车自动运行的各个位置处的目标速度的位置-速度曲线；由速度/位置计算器计算列车的当前位置和行驶速度；由目标速度搜索单元从位置-速度曲线中搜索列车当前位置处的目标速度；通过从列车行驶速度中减去搜索出的目标速度而检测出速度误差；和根据检测出的速度误差来生成列车的推进或者刹车指令。

在一些示意性实施例中，由自动运行速度曲线计算器使用从限制速度曲线提供器输入的限制速度曲线提供作为在列车自动运行的各个位置上的目标速度的位置-速度曲线可以包括：从限制速度曲线选取使列车加速所将达到的加速目标点、使列车恒速行驶所将达到的恒速目标点以及使列车减速所将达到的减速目标点；划分列车的起点位置、选取出的加速目标点、选取出的恒速目标点和选取出的减速目标点之间的区段；以及计算在每个划分出的区段中列车将在每个位置上行驶的速度，并提供位置-速度曲线。

在一些示意性实施例中，由自动运行速度曲线计算器使用从限制速度曲线提供器输入的限制速度曲线提供作为在列车自动运行的各个位置处的目标速度的位置-速度曲线可以包括：计算在每个划分出的区段内的时间-速度曲线；使用计算出的时间-速度曲线计算时间-位置曲线；以及通过从时间-速度曲线和时间-位置曲线检测列车将在每个位置处行驶的速度计算出位置-速度曲线，并提供计算出的位置-速度曲线。

根据本公开的在自动列车运行中用于控制速度的装置和方法，可以通过基于考虑到舒适性乘坐和列车性能而给出的加速度限制值和加加速度限制值，计算自动列车运行的运行调度表速度曲线，来计划列车的最优运行调度表。其中可以在根据舒适性乘坐和列车性能而给出的值的基础上，考虑到控制器的性能，可以对用以获得曲线的加速度限制值和加加速度限制值设置一定的裕度。

此外，列车可以通过基于距离(位置)而产生自动运行速度曲线，并基于距离(位置)而运用控制参考速度对其进行操作，从而在遵守每个位置的速度限制的同时在准确的位置上制动。

此外，在列车行驶中可以相应灵活地将自动运行行驶调度表计划和纠正到任意的限制速度曲线。

附图说明

附图被包括以提供对本公开的进一步理解，其被并入本说明书中并构成说明书的一部分，阐释本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的原理。在附图中：

图1是示出自动列车运行系统的构造的视图；

图2是示出根据本公开的优选实施例的速度控制装置的构造的视图；

图3是示出限制速度曲线的示例的视图；

图4是解释在限制速度曲线中设置加速目标点、限制目标点和恒速目标点的操作的视图；

图5至图8是示出用来计算在起点和多个目标点之间的曲线的基本模式的示例的视图；

图9是示出在限制速度曲线中的300m～650m之间的区段的加加速度限制、加速度限制和位置-速度曲线的示例的视图；

图10是示出在限制速度曲线中的300m～650m之间的区段的时间-位置曲线的视图；

图11是示出在限制速度曲线中的300m～650m之间的区段的位置-速度曲线的视图；

图12是示出根据本公开的计算位置-速度曲线的示例的视图；

图13是示出本公开的相对于图3所示的限制速度曲线的自动运行位置-速度曲线的示例的视图；

图14a至图14c是解释根据本公开的当限制速度曲线改变时改变自动运行位置-速度曲线的操作的视图。

具体实施方式

下文将描述的详细说明仅仅是本公开的示例和示意性实施例。此外，本公开的原理和概念都是出于以最可用和简单的方式来解释本公开的目的而提供的。

因此，没有提供本公开的基本理解之外的不必要的详细构造，并参照附图描述本领域技术人员可以实施的包括在本公开的实质中的各种变形。

图1是示出自动列车运行系统的构造的视图。这里，数字100表示邻近列车行驶的铁路安装的地面系统。地面系统100包括自动列车制动发送器102和限制速度曲线提供器104。

当列车经过自动列车制动发送器102所安装的位置时，自动列车制动发送器102无线地发送包括列车当前位置等类似的自动列车制动发送器信息。

限制速度曲线提供器104计算每个区段的限制速度曲线，并将其无线地发送。例如，每个区段的限制速度曲线包括在每个区段，列车根据与在先列车的距离、铁路条件等在每个区段应该行驶的速度和行驶距离的信息。

数字150表示安装在列车中的机载系统。机载系统150包括速度计152、自动列车制动发送器信息接收器154、限制速度曲线接收器156、速度控制器158、推进/刹车指令接口160、列车推进单元162和列车刹车单元164。

速度计152检测列车的行驶速度，并产生行驶速度信号。

自动列车制动发送器信息接收器154接收由地面系统100的自动列车制动发送器102发送的自动列车制动发送器信息。

限制速度曲线接收器156接收由地面系统100的限制速度曲线提供器104发送的限制速度曲线。

速度控制器158根据由速度计152产生的行驶速度信号、由自动列车制动发送器信息接收器154接收的自动列车制动发送器信息、以及由限制速度曲线接收器156接收的限制速度曲线来估测列车的行驶速度，并根据估测出的行驶速度产生推进/刹车指令。

推进/刹车指令接口160接合(interface)由速度控制器158产生的推进/刹车指令。

列车推进单元162根据由推进/刹车指令接口160接合的推进指令推进列车。

列车刹车单元164根据由推进/刹车指令接口160接合的刹车指令对列车进行刹车。

图2是示出根据本公开的优选实施例的图1的自动列车运行系统的速度控制器158的构造的视图。参照图2，速度控制器158包括自动运行速度曲线计算器200、数据库210、速度/位置计算器220、目标速度搜索单元230、减法器240和推进/刹车计算器250。

自动运行速度曲线计算器200根据从限制速度曲线提供器104输入的每个区段的限制速度曲线，以距离为基础计算列车自动运行的自动运行速度曲线。

数据库210存储由自动运行速度曲线计算器200计算出的自动运行速度曲线。

速度/位置计算器220运用从速度计152输出的行驶速度信号和由自动列车制动发送器信息接收器154接收的自动列车制动发送器信息，计算列车的当前位置信息和当前速度信息。

目标速度搜索单元230从数据库210搜索列车在当前位置处应当行驶的目标速度，其中当前位置是由速度/位置计算器220计算出来的。

减法器240通过从由速度/位置计算器220计算出的列车当前速度中减去由目标速度搜索单元230搜索到的目标速度，来计算列车的速度误差。

推进/刹车计算器250根据由减法器240计算出的列车的速度误差来计算列车的推进或者刹车，根据计算结果生成列车的推进/刹车指令，并将该指令输出给推进/刹车指令接口160。

根据具有这种构造的本公开，当列车在铁路上行驶时，速度计152检测列车的行驶速度，并产生行驶速度信号，产生的行驶速度信号被输入到速度控制器158的速度/位置计算器220中。

此外，当列车到达地面系统100的自动列车制动发送器102安装的位置时，自动列车制动发送器信息接收器154接收由自动列车制动发送器102发送的自动列车制动发送器信息，即，包括列车当前行驶位置的信息的自动列车制动发送器信息，并将其输入到速度控制器158的速度/位置计算器220中。

此外，当地面系统100计算出相对于相同列车在每个区段的新限制速度曲线，并且限制速度曲线提供器104通过诸如无线通信器等媒介将每个区段中新计算出的限制速度曲线发送给机载系统150时，限制速度曲线接收器156接收每个区段的新限制速度曲线，并将曲线输入到速度控制器158的自动运行速度曲线计算器200中。

每个区段的限制速度曲线包括根据列车位置的每个区段的限制速度信息。例如，如图3所示，限制速度曲线包括指示列车在300m到650m之间以60km/h或者更小的速度行驶，在650m到1000m之间以90km/h或者更小的速度行驶，在1000m到1350m之间以40km/h或者更小的速度行驶，在1350m到1825m之间以80km/h或者更小的速度行驶，在1825m到2000m之间以50km/h或者更小的速度行驶的限制速度信息。

此外，当列车在行驶到2000m点，在每个区段没有接收到新的限制速度曲线时，列车应该在2000m点之前制动下来。

当图3中所示的每个区段的限制速度曲线是从限制速度曲线接收器156输入的时，自动运行速度曲线计算器200计算自动运行速度曲线，即考虑到给出的加速度限制和加加速度限制列车在每个位置处应当行驶的目标速度。

当计算出列车在每个位置的自动运行速度曲线时，自动运行速度曲线计算器200将计算出的列车每个位置的自动运行速度曲线存储到数据库210中。

在这种情况下，速度/位置计算器220运用从速度计152输入的行驶速度信号和从自动列车制动发送器信息接收器154输入的自动列车制动发送器信息，产生指示列车当前位置的位置信息和指示列车当前行驶速度的速度信息。

即，速度/位置计算器220根据从自动列车制动发送器信息接收器154输入的自动列车制动发送器信息识别列车的当前位置，使用从速度计152输入的行驶速度信号根据识别出的当前位置检测列车行驶的当前位置，并产生这个位置信息。此外，速度/位置计算器220使用从速度计152输入的行驶速度信号产生指示列车当前行驶速度的速度信息。

当速度/位置计算器220产生列车的当前位置信息时，目标速度搜索单元230通过搜索数据库210搜索列车在当前位置处应当行驶的目标速度，并将搜索到的目标速度输出给减法器240。

然后，减法器240通过从由速度/位置计算器220产生的列车当前行驶速度中减去由目标速度搜索单元230搜索到的目标速度，来计算列车的速度误差。推进/刹车计算器250使用计算出的速度误差进行计算，以确定列车要推进还是刹车，并产生推进/刹车指令。

由推进/刹车计算器250产生的推进/刹车指令通过推进/刹车指令接口160传送给列车推进单元160和列车刹车单元164，并推进或者刹住列车。

因此，列车在遵循存储在数据库210中的列车当前位置的每个速度的同时行驶。

在本公开中，将详细描述以下操作：自动运行速度曲线计算器200接收诸如如图3所示的这种在每个区段的限制速度曲线，并计算出自动运行速度曲线，即列车在每个区段应当行驶的目标速度。

首先，自动运行速度曲线计算器200接收如图3所示的这种在每个区段的限制速度曲线，并且从每个区段的点300m的列车起始位置400到限制速度曲线的点2000m，顺次地连接通过在加速运行中使列车行驶到达的加速目标点410、420和450，通过在恒速运行中使列车行驶到达的恒速目标点440和470，以及通过在减速运行中使列车行驶到达的限制目标点430、460和480，并如图4所示将这些点选取出来。

即，自动运行速度曲线计算器200顺次地连接在点650m处的加速目标点410、在点1000m处的加速目标点420和限制目标点430、在点1350m处的恒速目标点440、在点1825m处的加速目标点450、在点1825m处的限制目标点460、在点2000m处的恒速目标点470和在点2000m处的限制目标点480，并将这些点选取出来。

当选取出起始位置400和多个目标点410至480时，自动运行速度曲线计算器200运用在起始位置400和多个目标点410至480之间的速度曲线，来计算整个区段的速度曲线。

当计算出起始位置400和多个目标点410至480之间的速度曲线时，例如，运用了诸如图5至图8所示的基本速度模式。

即，在将模式应用在加速目标点410、420和450的情形中，运用了图5的加速度增加→等加速度→加速度减小的基本速度模式，或者图7中的加速度增加→加速度减小的基本速度模式。

此外，在将模式应用在限制目标点430、460和480的情形中，运用了图6的加速度增加→等加速度→加速度减小的基本速度模式，或者图8中的加速度减小→加速度增加的基本速度模式。

关于恒速目标点440和470，由于在那些点上列车可能以固定的速度行驶，因此不需要单独的加速模式或者减速模式。

当给出列车的初始状态(初始位置l_i，初始速度v_i和初始加速度a_i)、在目标点上的列车状态(目标位置l_tgt，目标速度v_f和目标加速度a_f＝0)、以及加速度限制(加速度的最大值a_max和减速度的最小值a_min)和加加速度限制(最大J_m和最小-J_m)时，按照以下顺序绘制基本速度模式。

首先，在加速目标点410、420和450的情形中，第一基本模式中的区段t_i～t₁、区段t₁～t₂和区段t₂～t_f处的曲线分别示出了加速度增加(最大加加速度)、等加速度(加加速度0)和加速度减小(最小加加速度)的形状。为了确定模式的方程式，需要获取边界时间t₁、t₂和t_f的值。

此外，可以通过对加加速度曲线积分获得加速度曲线，并且可以通过对加速度曲线积分获得速度曲线。当初始时间设定为0(t_i＝0)时，整个区段的加速度曲线a(t)和速度曲线v(t)可以分别用下面的方程式1和2表示出来。

方程式1

方程式2

在方程式1的加速度曲线a(t)和方程式2的速度曲线v(t)中，在t＝t₁、t＝t₂和t＝t_f的情形下，使用边界条件可以获得t₁、t₂和t_f的值。

此时，在t₁＜t₂的情形下，由于到加速目标点410、420和450的距离足够长，所以存在等加速区段，因此，采用图5中所示的加速度增加→等加速度→加速度减小的基本模式。

此外，在t₁≥t₂的情形下，由于到加速目标点410、420和450的距离短，所以不存在等加速区段，因此，采用图7中所示的加速度增加→加速度减小的基本速度模式。

此外，在限制目标点430、460和480的情形中，通过与加速目标点410、420和450相同的过程，根据限制目标点可以确定基本模式和方程式中的变量。

图9是示出其中基本模式应用在每个区段的限制速度曲线中的300m～650m的区段处的第一加速目标点410的示例的视图。

这里，假设给定的加加速度限制是J_m＝2km/h/s/s，加速度限制是a_max＝3km/h/s到最大值。此外，假设列车的初始加速度是0km/h/s，初始速度是30km/h，以及初始位置是300m。

当根据上文描述的本公开的方法绘制模式的变量时，可以获得如图9所示的列车在11.5秒以后达到60km/h的目标速度的曲线。

边界时间t₁、t₂和t_f的值分别是1.5秒、10.0秒和11.5秒，在这些时间点上的列车的速度值分别是32.25km/h、57.25km/h和60km/h。

可以通过对如上所述获得的速度进行积分来获得列车移动的距离，列车在图9中所示的模式中达到目标速度v₁所需的时间t₁中移动的距离是143.75m。

由于143.75m的距离短于起始位置400到加速目标点410之间的距离350m，所以自动运行速度曲线从点300m开始，在点443.75m处达到列车的目标速度60km/h，然后恒速行驶直至加速目标点410。

当通过对图9中所示的时间-速度曲线中的速度进行积分而获得列车在每个时间处的位置时，可以绘制图10中所示的时间-位置曲线。此外，当使用时间为参数将获得的时间-速度曲线和时间-位置曲线结合在一起时，可以绘制如图11中所示的位置-速度曲线。

例如，在图11中在时间t的情形中，假定在时间-速度曲线中速度为v_t，在时间-位置曲线上位置为l_t，可以获得在位置-速度曲线上的值(l_t，v_t)。这意味着在自动列车运行的情形下在位置l_t上的目标速度设定为v_t。

图12暗示了运用电脑或者微处理器中的计算器绘制位置-速度曲线的方法，并且可以通过下文描述的程序计算位置-速度曲线的值。

1、运用基本加速模式获得基于时间的加加速度曲线J(t)，在加加速度曲线J(t)的基础上获得基于时间的参考加加速度，并且使用参考加加速度。

例如，如图12所示，使用参考加加速度J(t_p)＝0获得在时间t_p处的l_p，使用参考加加速度J(t_q)＝-2获得在时间t_q处的l_q。

2、在当前计算步中的位置和时间是l_p＝l(t_p)，t_p＝p·Δt(这里，p＝0，1，2，…，t₀＝0，l₀＝l(0))，从l₀到l_p-1的之前步的曲线{(lj，vj)|j＝0，1，2，…，p-1}处于已经计算出的状态，紧接在先状态(时间t_p-1)的位置、速度和加速度l_p-1、v_p-1和a_p-1被存储起来(初始状态：l₀，v₀和a₀)。

3、在曲线指向加速目标点的情形下，在v_p-1＝vt的情形下可以运用下述方程式3计算当前位置的参考速度v_p，在v_p-1＜v_t的情形下，运用下述方程式4计算。

方程式3

$\left\{\begin{array}{c}{a}_p=0\\ v_p=v_t\\ l_p=l_{p-1}+v_t\·\mathrm{\Δt}\end{array}\right.$

方程式4

$\left\{\begin{array}{c}{a}_p=a_{p-1}+J\left(t_p\right)\·\mathrm{\Δt}=a_{p-1}+J\left(\mathrm{p\Δt}\right)\·\mathrm{\Δt}\\ v_p=v_{p-1}+a_{p-1}\·\mathrm{\Δt}+0.5\·J\left(t_p\right)\·\mathrm{\Δ}{t}^2\\ l_p=l_{p-1}+v_p\·\mathrm{\Δt}\end{array}\right.$

当模式指向加速目标点的情形下，运用方程式3，模式具有图5所示的加速度加→等加速度→加速度减小。即使是当模式指向减速目标点或者模式不具有等加速区段，也可以绘制通过使用与方程式3相同的方式对图6至图8的加加速度曲线进行积分而获得的v(t)的方程式。

这里，可以通过采用如方程式5所示的平均移动值计算出方程式4的l_p。

方程式5

$l_p=l_{p-1}+\frac{v_p+v_{p-1}}{2}\·\mathrm{\Δt}$

4、从用来获得曲线的区段的起点开始直至l_p达到目标位置l_t，重复过程1到过程3。

这里，虽然Δt被用作固定值，但是其也可以用作变量值，该值是根据列车速度来调节的。

图13是示出相对于图3所示的每个区段的限制速度曲线，从起始位置400开始直到列车到达终点位置的限制目标点480，通过在每个目标点重复上文描述的过程而获得的自动运行速度曲线计算器200的位置-速度曲线的示例。

这里，将描述计算在前进方向上的，从列车的起始位置400到终点位置的限制目标点480的每个区段的限制速度曲线的位置-速度曲线的程序。

在300m到650m的区段上，如示例中建议的，准备好从点300m开始到加速目标点410(650m，60km/h)的位置-速度曲线。在650m到1000m的区段上，虽然位置-速度曲线是准备朝向点650m的加速目标点420(1000m，90km/h)，但是同时将目标点改变成限制目标点430(1000m，40km/h)，然后准备好位置-速度曲线。

由于可以运用上文描述的基本模式获得从当前位置到达特定目标点所需的距离，所以可以将相对于以下限制目标点430所需的刹车距离和事实上的剩余距离在每个计算步进行比较，并且当刹车距离与剩余距离彼此相等的时候，可以准备好相对于限制目标点430的刹车曲线。

准备好在区段1000m到1350m上恒速朝向恒速目标点440(1350m，40km/h)的位置-速度曲线，以及在区段1350m到1825m上朝向加速目标点450(1350m，80km/h)并达到目标速度80km/h的位置-速度曲线。在达到目标速度之后，准备恒速的位置-速度曲线。此外，当以与区段650m到1000m相同的方式确定了相对于限制目标点460(1825m，50km/h)需要刹车时，通过采用加速曲线模式准备刹车至限制目标点460(1825m，50km/h)的位置-速度曲线。

最后，在区段1825m到2000m上，准备从相对于限制目标点480(2000m，0km/h)需要刹车的时间点刹车的位置-速度曲线，然后准备列车能够在限制目标点480(2000m，0km/h)制动的位置-速度曲线。

当自动运行速度曲线计算器200通过采用限制速度曲线计算位置-速度曲线，并且在列车根据计算出的位置-速度曲线行驶的状态下输入新的限制速度曲线时，通过采用新的限制速度曲线再次计算位置-速度曲线，并且列车根据再次计算出的位置-速度曲线行驶。

例如，当自动运行速度曲线计算器200计算出如图14a所示的位置-速度曲线，并且在列车根据计算出的位置-速度曲线行驶的同时，输入其中如图14b所示临时改变行驶速度限制区段和制动点的限制速度曲线时，自动运行速度曲线计算器200将新输入的限制速度曲线应用到计算出的位置-速度曲线，因此自动运行速度曲线计算器200更新如图14c所示的列车自动运行的位置-速度曲线，并且列车按例如更新后的位置-速度曲线运行。

同时，上文还描述了地面系统100包括限制速度曲线提供器104并且机载系统150具有安装在其上的自动运行速度曲线计算器200的示例。

本公开的实施例不限于以上示例，限制速度曲线提供器104和自动运行速度曲线计算器200都安装在机载系统150上的构造，或者限制速度曲线提供器104和自动运行速度曲线计算器200都安装在地面系统100上的构造都是可以的。

当限制速度曲线提供器104和自动运行速度曲线计算器200都安装在机载系统150上时，只要产生了能够影响列车限制速度的信息，地面系统100就将这个信息发送给机载系统150。

此外，包括在机载系统150中的限制速度曲线提供器104根据由地面系统100发送的信息计算出限制速度曲线，并将这个限制速度曲线传送给自动运行速度曲线计算器200，自动运行速度曲线计算器200根据限制速度曲线计算列车据以自动运行的位置-速度曲线，并将这个位置-速度曲线存储在数据库210中。

在这个构造中，由地面系统100发送给机载系统150的那种数据可能会变得有一些复杂，并且机载系统中的计算负担会增加。但是，由于限制速度曲线中的计算量与在位置-速度曲线中的相比少很多，所以限制速度曲线的计算不会实质性地加重机载系统150的负担。

此外，当限制速度曲线提供器104和自动运行速度曲线计算器200都安装在地面系统100上时，在产生了能够影响列车限制速度的信息的情形下，限制速度曲线提供器104计算限制速度曲线，并且自动运行速度曲线计算器200根据计算出的限制速度曲线计算列车据以自动运行的位置-速度曲线。

此外，当计算出的位置-速度曲线被发送给机载系统150，或者机载系统150根据列车位置请求目标速度时，目标速度被从位置-速度曲线中搜索出来并被发送给机载系统150。

在这种情形中，虽然可以使得机载系统150的计算负担最小，但存在发送数据量大和地面系统100的计算负担重的缺陷。

但是，即使是当地面系统100计算相对于多辆列车的位置-速度曲线时，在多辆列车中同时更新限制速度曲线的可能性很小(在列车行驶期间不会持续地进行曲线更新)，因此与在机载系统150中计算曲线的情形相比，在地面系统100中不需要太多的计算能力(即，当地面上有n辆列车时，不需要n倍计算能力)。

此外，为了根据本公开控制列车的运行，需要在每个控制周期相对于列车当前位置的目标速度(自动运行位置-速度曲线)。这个信息也可以以方程式或者成对的位置-速度列表存储。

当采用如图11所示的相对于每个时间区段的基本模式，获得自动运行的时间-速度曲线的方程式时，可以使用时间-速度曲线的方程式获得自动运行时间-位置曲线的方程式。然后，可以使用方程式(使用时间作为参数)计算在每个控制周期相对于列车当前位置的在时间-速度曲线中的目标速度的值。

图12示出了其中加加速度曲线模式应用在每个区段，并且在应用结果的基础上随后获得根据位置的目标速度值的方法。这是在上文描述的运行中建议的计算方法，这种方法利用的是计算机(或者微处理器)的迭代计算能力。在这个方法中，当从限制速度曲线的起始点开始，重复地前进到下一个目标点时，在特定的时间间隔(固定的或者可变的)随后获得位置-目标速度对。当使用这个方法时，可以获得从起始点具有特定时间分辨率的一系列位置-速度对列表。

列车可以通过根据每个控制周期的当前位置搜索列表来绘制目标速度，并且运用绘制出的目标速度控制输出。虽然这里描述的方法可以看成是向前的方法，其中计算是在从起始点到目的点的方向上执行的，但也可以使用退后方法，其中使用了相同的加加速度曲线模式并且计算是在相反的方向上进行的。

在上文中，虽然相对于典型实施例详细描述了本公开，但本领域的任一技术人员可以认识到相对于上述实施例可以做出落在本公开范围内的各种改进、修改和变动。因此，应当认识到本公开的范围不是由上述实施例限定的，而是由权利要求及其等同权利要求所限定的。

Claims (7)

1.一种自动列车运行中的速度控制装置，包括：

自动运行速度曲线计算器，其考虑给出的加速度限制和加加速度限制使用从限制速度曲线提供器输入的限制速度曲线来计算列车自动运行的各个位置处的目标速度，并提供列车据以自动运行的位置-速度曲线；

速度/位置计算器，其计算列车的当前位置和行驶速度；

目标速度搜索单元，其从所述自动运行速度曲线计算器提供的位置-速度曲线中搜索由所述速度/位置计算器计算出的列车当前位置处的目标速度；

减法器，其从由所述速度/位置计算器计算出的列车行驶速度中减去由所述目标速度搜索单元搜索出的目标速度，并检测速度误差；和

推进/刹车计算器，其根据所述减法器检测出的速度误差来生成列车的推进或者刹车指令，其中所述自动运行速度曲线计算器从所述限制速度曲线选取出使列车加速所将达到的加速目标点、使列车恒速行驶所将达到的恒速目标点、以及使列车减速所将达到的减速目标点，划分列车的起点位置、加速目标点、恒速目标点和减速目标点之间的区段，并计算每个区段的位置-速度曲线，并且其中，在列车根据计算出的位置-速度曲线行驶的状态下从限制速度曲线提供器输入新的限制速度曲线时，自动运行速度曲线计算器通过采用列车据以行驶的新的限制速度曲线计算新的位置-速度曲线，所述装置的特征在于：

所述自动运行速度曲线计算器使用如下的方程式来计算出加速度曲线和速度曲线，进而计算出所述位置-速度曲线和所述新的位置-速度曲线：

方程式1

方程式2

其中，t为时间，a(t)为加速度曲线，v(t)为速度曲线，a_i为初始加速度，J_m为加加速度，a_max为加速度的最大值，v_i为初始速度，t₁、t₂、t_f为边界时间，v₁为t₁时刻的速度，v₂为t₂时刻的速度。

2.根据权利要求1所述的速度控制装置，其中所述限制速度曲线包括列车将在每个区段行驶的限制速度的信息。

3.根据权利要求1所述的速度控制装置，其中这样执行位置-速度曲线的计算：计算出各个区段的时间-速度曲线，并使用计算出的所述时间-速度曲线来计算时间-位置曲线，然后使用所述时间-速度曲线和所述时间-位置曲线来计算所述位置-速度曲线。

4.根据权利要求1所述的速度控制装置，其进一步包括数据库，所述数据库存储由所述自动运行速度曲线计算器提供的所述位置-速度曲线，其中所述目标速度搜索单元从所述数据库中搜索目标速度。

5.根据权利要求4所述的速度控制装置，其中所述限制速度曲线提供器安装在地面系统中，并无线地向机载系统发送所述限制速度曲线，而所述自动运行速度曲线计算器安装在所述机载系统中，并运用由所述限制速度曲线提供器无线发送的所述限制速度曲线来计算位置-速度曲线，并将所述位置-速度曲线存储在所述数据库中。

6.根据权利要求4所述的速度控制装置，其中所述限制速度曲线提供器和所述自动运行速度曲线计算器安装在地面系统中，并向机载系统发送由所述自动运行速度曲线计算器提供的所述位置-速度曲线，且将所述曲线存储在所述数据库中。

7.根据权利要求4所述的速度控制装置，其中所述限制速度曲线提供器和所述自动运行速度曲线计算器安装在机载系统中。