CN103057553A

CN103057553A - 用于控制列车速度的装置和方法

Info

Publication number: CN103057553A
Application number: CN2012103929665A
Authority: CN
Inventors: 郑锺哲; 赵镛纪
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN103057553B; KR101256315B1; US20130096741A1

Abstract

本发明公开了用于控制列车速度的装置和方法，所述方法包括：接收运转数据；使用列车的运转数据和动力学模型，来估算列车在预定时间后的列车未来速度；计算时间-速度限制交叉点，即当列车速度超出自动列车保护速度限制时的时点；以及在时间-速度限制交叉点小于预定阈值的情况下，通过确定附加制动力来输出减速命令。

Description

用于控制列车速度的装置和方法

技术领域

本公开涉及列车速度的控制技术。

背景技术

该部分提供了与本公开相关但未必是现有技术的背景信息。

通常，自动列车运转（运行）的目的是使列车能够在每个运转段以预定目标速度运行，并且使列车能够有效地和安全地停止在车站的指定位置处。

自动列车运转可以在无驾驶员的情况下实现，并且即使有驾驶员，驾驶员也不前摄地参与列车的操作，而是在发生紧急情况时提供最少量的执行列车制动的操作。

在通过无线电通信操作的CBTC（基于通信的列车控制）的情况下，由ATP（自动列车保护）系统执行列车保护，而由ATO（自动列车运转）系统执行如列车速度控制的操作。

ATP系统在考虑包括各段的列车速度限制、响应移动授权的停止位置和安全制动模型的各种因素的情况下建立ATP速度曲线或ATP速度限制。速度限制被传送到ATO系统，其中ATO系统在考虑到例如乘坐舒适性或粘附系数的各种因素的情况下来生成ATO速度曲线，以免列车速度超出速度限制。

然后，控制器测量当前速度并将减速/加速命令传送到列车，以遵循ATO速度曲线。随后，列车响应于生成的ATO速度曲线而运行。

图1为图示了根据现有技术的列车速度控制的曲线图。

参照图1，T1是当前时间，Tw是列车超出ATP警告速度限制的时点，以及T2是列车超出ATP紧急制动速度限制的时点。

尽管列车响应于ATO速度曲线（未图示）而运行，但是如果列车超出ATP速度曲线或ATP速度限制，则ATP系统激活紧急制动以使列车最终停止。

更具体地，尽管根据系统而有所差异，但是提供了两种类型ATP速度限制，即一种是ATP警告速度限制，而另一种是ATP紧急制动速度限制，并且如果列车超出ATP警告速度限制，则ATP系统向驾驶员或管理员传送警告。然而，如果列车速度超出ATP紧急制动速度限制，因为未响应于传送的警告而做出后续的随动动作，所以列车被停止。

也就是说，如果列车以图1所示的列车速度运行，则ATP系统在Tw处向驾驶员或管理员传送警告信号，并在T2处将紧急制动命令传送到列车，由此列车通过紧急制动而停止。

如前文所述，在常规的自动列车运转系统中，ATO基于ATP生成的ATP速度限制来生成ATO速度曲线，并传送推进或制动命令以使列车能跟踪（遵循）ATO速度曲线，同时不超出ATP速度限制，由此保证列车安全。

因而，在如同上述系统的系统中，通常在生成ATO速度曲线时会充分地设置安全余量，以防止在列车运转期间发生紧急制动。因此，只能采用基于保守观点的操作方法，即扩大设定值与允许限值之间的差距。也就是说，即使列车能够以更快的速度运行，也只能允许列车低速运行，以免可能执行紧急制动。

因而，常规列车运转系统的缺点在于：在相关线路上的列车操作频率减小，从经济角度看降低了操作效率。

发明内容

该部分提供了本公开的概括内容，而不是全面公开了全部范围或所有特征。

本公开的示例性方案至少基本解决了上述问题和/或缺点，并且至少提供了以下优势。相应地，本公开的方案提供了一种用于控制列车速度的装置及利用所述装置的方法，所述装置配置为通过预测列车超出列车的ATO的ATP速度限制的时点以防止列车的紧急制动，并且通过在生成ATO速度曲线期间使得安全余量最小化而使列车经济且高效地运转。

然而，应该强调的是，本公开不限于上面说明的特定公开。应该理解的是，本领域的技术人员也可以构想此处未提及的其他技术主题。

在本公开的一个概括方案中，提供了一种用于控制列车速度的装置，所述装置包括：估算单元，其使用列车的运转数据和动力学模型，来估算列车在预定时间后的未来速度；计算单元，其使用来自所述估算单元的未来速度，来计算TTSLC（时间-速度限制交叉点，即当列车速度超出ATP（自动列车保护）速度限制时的时点）；以及第一控制器，在TTSLC小于预定阈值的情况下，所述第一控制器通过确定附加制动力来输出减速命令。

在一些示例性实施例中，所述装置进一步包括：生成单元，其使用所述ATP速度限制和PSM（精确停止标记）传感器数据，来生成ATO（自动列车运转）速度曲线；以及第二控制器，其通过比较由列车提供的当前速度和所述ATO速度曲线以及通过确定列车的速度减量/增量，来输出减速/加速命令。

在一些示例性实施例中，所述运转数据包括牵引力、制动力和加速度。

在一些示例性实施例中，所述估算单元使用列车的所述牵引力、所述制动力和所述加速度来估算列车当前速度，并且使用列车的所述列车当前速度和所述动力学模型来估算列车在预定时间后的列车未来速度。

在一些示例性实施例中，所述运转数据包括列车的牵引力、制动力和加速度。

在一些示例性实施例中，所述估算单元使用列车的所述列车当前速度和所述动力学模型，来估算列车在预定时间后的列车未来速度。

在一些示例性实施例中，所述第一控制器预设考虑到列车特性的相对于所述TTSLC的预定阈值。

在一些示例性实施例中，所述装置进一步包括加法单元，其将所述第一控制器的减速命令与所述第二控制器的减速/加速命令相加，并将相加结果输出到列车。

在本公开的另一个概括方案中，提供了一种用于控制列车速度的方法，所述方法包括：接收运转数据；使用列车的运转数据和动力学模型，以估算列车在预定时间后的列车未来速度；计算TTSLC（时间-速度限制交叉点，即当列车速度超出ATP（自动列车保护速度）限制时的时点）；以及在TTSLC小于预定阈值的情况下，通过确定附加制动力来输出减速命令。

在一些示例性实施例中，所述方法进一步包括使用所述运转数据来估算列车当前速度。

在一些示例性实施例中，所述运转数据包括列车的牵引力、制动力和当前速度。

在一些示例性实施例中，所述方法进一步包括：使用所述ATP速度限制和PSM（精确停止标记）传感器数据，以生成ATO（自动列车运转）速度曲线；以及通过比较由列车提供的当前速度和所述ATO速度曲线以及通过确定列车的速度减量/增量，来输出减速/加速命令。

在一些示例性实施例中，所述方法进一步包括将所述减速命令与所述减速/加速命令相加并将相加结果输出到列车。

根据本公开的示例性实施例的用于控制列车速度的装置和方法的有益效果在于：通过列车当前速度来预算列车未来速度，以预测列车在哪点超出预定ATP速度限制，并且在列车达到预定ATP速度限制之前提供附加维护（service）制动力，以使列车能够安全地运行。

另一个有益效果是能够预算出列车未来速度以防止由于超出ATP速度限制而发生紧急制动。又一个有益效果是：在生成ATO速度曲线时设置最小安全余量，以增加列车运转期间的列车速度，进而提高列车的运转频率并增强列车的可用性。

通过结合附图公开了本发明的示例性实施例的下面的详细描述，使得本公开的其他示例性方案、优势和显著特征对本领域的普通技术人员变得更加显而易见。

附图说明

附图被包含以提供对本公开进一步的理解，其并入本申请中并组成本申请的一部分，附图图示了本公开的一个或者多个实施例并且与说明书一起用来解释本公开的原理。在附图中：

图1为图示了根据现有技术的列车速度控制的曲线图；

图2为图示了在本公开中使用的TTSLC的定义的示例性曲线图；

图3为图示了根据本公开的一个示例性实施例的用于控制列车速度的装置的框图；

图4为图示了根据本公开的用于控制列车速度的方法的流程图；

图5为图示了根据本公开的另一个示例性实施例的用于控制列车速度的装置的框图。

本公开的其他优势、目的和特征将在下面描述中部分阐释，而通过下面描述对本领域的技术人员而言有些部分是显而易见的或可以从本公开的实施中获知。通过在书面描述和关于此的权利要求及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本公开的目标和其他优势。

应该理解的是，本公开的前述概括性描述和下面详细描述都是示例性和说明性描述，并且旨在提供所申请的本公开的进一步说明。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。

在描述本公开的过程中，将省略本领域中已知的构造或过程的详细描述，以免关于已知构造和功能的不必要细节影响本领域技术人员对本发明构想的清晰理解。相应地，在说明书和权利要求书中使用的特定术语或词语的含义不应限于字面或一般采用的含义，而是应该根据使用者或操作员的意图和惯常用途进行解释，或者可以不同于根据使用者或操作员的意图和惯常用途的解释。因此，特定术语或词语的定义应该基于说明书的全部内容。

除非另外具体说明，否则从下面详述中明确可知，应该理解的是，在全部说明书详述中利用术语“处理”、“计算”、“运算”、“确定”等表示计算机或计算系统或类似电子计算装置的动作和/或处理，即将表示为计算系统的寄存器和/或存储器内的物理如电子量的数据处理和/或转换为类似表示为计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传送或显示装置内的物理量的其它数据。

为了有助于内容公开，后缀“模块”、“单元”和“部件”可用于表示元件。后缀本身不能给出重要含义或作用，应该理解的是，“模块”、“单元”和“部件”可以一起使用或互换使用。也就是说，说明书中所述的术语“-器”、“-仪”、“部件”和“模块”表示用于处理至少一种功能和操作的单元，并且所述单元能够通过硬件部件或软件组件和二者结合实施。

在此处使用时，“示例性”仅表示一个示例而非最佳示例。此外，还应该理解的是，为了简明和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件被图示为具有相对于彼此的特定尺寸和/或方位，但是，实际的尺寸和/或方位可以实质上不同于图示的尺寸和/或方位。也就是说，在附图中，可以放大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸，以提供更清晰的图示。在全文中，相同附图标记表示相同元件，并且将省略重复元件的说明。

应该理解的是，当一个元件被称为“连接”或“联接”至另一个元件时，表明一个元件能够直接连接或联接至其他元件或者存在中间元件。不同的是，当一个元件被称为“直接连接”或“直接联接”至另一个元件时，表明没有中间元件。

应该理解的是，虽然此处可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各个元件，但是这些元件不应该受限于这些术语。这些术语仅用于使一个元件区别于另一个元件。例如，第一区域/层能够命名为第二区域/层，并且，同样地，第二区域/层能够命名为第一区域/层，而不会偏离本公开的教导。

此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制总体发明构思。此处使用的单数形式“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文明确指出。

为了列车安全运转，在无线电通信系统上设置了ATP（自动列车保护）允许为安全的列车速度限制。然后，在不超出ATO（自动列车运转）系统上的列车速度限制的范围内，列车响应于列车运转策略而运行。

如果在任何给定瞬间列车超出所述速度限制，则ATP会为了列车安全而输出紧急制动命令，以保护列车从而使列车能够安全停止。也就是说，ATO基于从ATP接收到的ATP速度限制，而生成供列车遵循的考虑到了乘坐舒适性、运转策略和制动性能的ATO速度曲线。

ATO比较ATO速度曲线与列车当前速度，输入牵引和制动命令到牵引和制动装置，并允许列车跟踪或遵循指定的ATO速度曲线。

然而，如果在任何给定瞬间列车速度超出ATP速度限制，则立即使得列车紧急制动，以按照惯例生成具有大安全余量的ATO速度曲线，从而防止列车超出ATP速度限制。

本公开涉及ATO（即自动列车运转装置）的列车速度限制，并使用基于模型的观测器设计来预测列车未来速度，计算列车将在这一秒或这些秒中超出ATP速度限制，并且在列车超出速度限制之前，通过执行维护制动操作以允许通过紧急制动来防止列车遭遇危险情况。

也就是说，限定了TTSLC{时间-速度限制交叉点，当列车超出ATP（自动列车保护）速度限制时的时点}，并且如果TTSLC小于预定允许时点，则减小列车速度以防止列车紧急制动。

本公开的优势在于：能够预测在当前时间段内列车超出速度限制的时点，并且在列车操作后执行紧急制动以实现安全运转，以及在建立速度曲线时使得安全余量最小化以实现更有效的列车运转。

现在，将参照附图描述本公开的示例性实施例。

图2为图示了在本公开中使用的TTSLC的定义的示例性曲线图。

参照图2，假设当前时间为T1，而超出ATP速度限制的时点为T2，在本公开中使用的TTSLC是T2和T1之间的差值。

图3为图示了根据本公开的一个示例性实施例的用于控制列车速度的装置的框图。

参照图3，根据本公开的一个示例性实施例的用于控制列车速度的装置1（在下文中，称为“装置”）包括未来速度估算单元10、TTSLC计算单元20、辅助速度控制器30、ATO速度曲线生成单元40和速度跟踪控制器50，并且装置1控制列车2的速度。

未来速度估算单元10使用从列车2接收到的运转数据（例如，牵引力、制动力和加速度）和当前时间的动力学模型，来估算列车当前速度并预测第n步后的列车速度。

因而，需要列车2的纵向动力学模型，以估算列车未来速度估算单元10的第n步后的列车速度，现在描述细节。

首先，如果列车2在横向的运动足够小以致可以忽略，则可以使用牛顿第二定律从下面等式获得列车2的纵向动力学模型。

【等式1】

m \frac{dv}{dt} = T_{e} - T_{b} - R_{r} - R_{g} - R_{c}

其中，m是列车2的列车等效质量，v是列车2的列车纵向速度，T_e是牵引力，T_b是制动力，R_r是通过使滚动阻力和气动阻力相加而形成的运行阻力。此外，R_g是坡度阻力，而R_c是弯曲阻力。

虽然列车2大致上通过连接多个铁道车辆而形成的，但是列车2的列车等效质量m由假定的集总质量（lumped mass）限定。牵引力T_e和制动力T_b分别接收自列车2的牵引装置（未图示）和制动装置（未图示）。

列车2的运行阻力R_r由滚动阻力和气动阻力之和表示，并可以通过下面的速度二次等式建模。

【等式2】

R_r＝c₁+c₂v+c₃v²

其中，c₁、c₂和c₃分别是常数，速度的平方项是气动阻力的等式，速度的线性项和常数项是滚动阻力的表达式。

坡度阻力R_g可以如以下等式3所示由列车等效质量m和列车的坡度的关系表达式进行表示。

【等式3】

R_g＝mgθ

其中g是重力加速度，θ是梯度角。也就是说，如果几乎没有倾斜，则可以忽略坡度阻力R_g。

此外，弯曲阻力R_c是曲率半径的函数，并且弯曲阻力R_c可以由以下等式4表示。

【等式4】

R_{c} = \frac{c_{4}}{r}

其中，c₄是常数，r是曲率半径。

未来速度估算单元10使用列车2的当前运转数据来预测列车未来速度。为此，未来速度估算单元10使用列车2的动力学模型。

等式1中的列车2的纵向动力学模型的离散化可以由以下等式5表示。

【等式5】

v (k) = v (k - 1) + \frac{ΔT}{m} [T_{e} (k - 1) - T_{b} (k - 1) - c_{5} - c_{2} v (k - 1) - c_{3} v {(k - 1)}^{2}]

其中，c₅＝R_g+R_c+c₁，并且可以由能够由如曲线阻力和弯曲阻力的常数表示的各项之和限定，而且ΔT是采样周期。

可以使用上述等式5来设计能够估算列车当前速度的观测器。能够估算非线性系统中的状态变量的各种观测器都可用，但是在本公开中使用简单可设计的扩展卡尔曼滤波器来执行速度估算。然而，扩展卡尔曼滤波器只是一个示例，本领域的技术人员显然知道并不排除使用除卡尔曼滤波器以外的其他观测器作为估算列车速度的观测器设计。

可以由以下等式表示使用扩展卡尔曼滤波器的当前速度估算。

【等式6】

\hat{v} (k | k - 1) = \hat{v} (k - 1 | k - 1) + \frac{ΔT}{m} [- c_{2} \hat{v} (k - 1 | k - 1) - c_{3} \hat{v} {(k - 1 | k - 1)}^{2}] + \frac{Δt}{m} [T_{e} (k - 1) - T_{b} (k - 1) - c_{5}]

【等式7】

P(k|k-1)＝F(k-1)P(k-1|k-1)F(k-1)^T+Q(k-1)

【等式8】

\hat{y} (k | k - 1) = \frac{1}{m} [T_{e} (k) - T_{b} (k) - c_{5} - c_{2} \hat{v} (k | k - 1) - c_{3} \hat{v} {(k | k - 1)}^{2}]

【等式9】

L(k)＝P(k|k-1)H(k)^T(H(k)P(k|k-1)H(k)^T+R(k)^-1

【等式10】

\hat{v} (k | k) = \hat{v} (k | k - 1) + L (k) (y (k) - \hat{y} (k | k - 1))

其中，L(k)是卡尔曼滤波器的增益，而y(k)是从联接至列车2的加速度传感器（未图示）获得的列车2的加速度。Q(k-1)和R(k)是过程噪音和传感器噪音的误差协方差。此外，F(k-1)是由等式5表示的过程模型相对于状态变量的雅可比矩阵，而H(k)是相对于测量模型的状态变量的雅可比矩阵。

从等式10中能够看到，校正值用于通过将测量加速度与等式8估算的速度之间的差值乘以增益L(k)来估算速度。

卡尔曼滤波器增益L(k)是考虑观测器稳定性和收敛速度而适当确定的。由卡尔曼滤波器增益估算的列车当前速度在预定步后收敛到实际列车速度。也就是说，

在时间上逼近v(k)。因为使用扩展卡尔曼滤波器的当前速度估算是基于列车的动力学模型，所以可以估算对于例如传感器噪音等不确定因素的速度稳健性（speed robust）。

未来速度估算单元10利用使用等式6至等式10设计的列车当前速度，来估算第n步后的列车未来速度。为此，假设应用于当前列车的牵引力和制动力没有变化且均为常数。上面已经说明了利用建议用于估算列车未来速度的动力学模型。

【等式11】

v (k + 1) = v (k) + \frac{ΔT}{m} [c_{2} v (k) - c_{3} v {(k)}^{2}] + \frac{ΔT}{m} + [T_{e} (k) - T_{b} (k)]

【等式12】

v (k + 2) = v (k + 1) + \frac{ΔT}{m} [c_{2} v (k + 1) - c_{3} v {(k + 1)}^{2}] + \frac{ΔT}{m} [T_{e} (k) - T_{b} (k)]

【等式13】

v (k + 3) = v (k + 2) + \frac{ΔT}{m} [c_{2} v (k + 2) - c_{3} v {(k + 2)}^{2}] + \frac{ΔT}{m} [T_{e} (k) - T_{b} (k)]

【等式14】

v (k + n - 1) = v (k + n - 2) + \frac{ΔT}{m} [c_{2} v (k + n - 2) - c_{3} v {(k + n - 2)}^{2}] + \frac{ΔT}{m} [T_{e} (k) - T_{b} (k)]

【等式15】

v (k + n) = v (k + n - 1) + \frac{ΔT}{m} [c_{2} v (k + n - 1) - c_{3} v {(k + n - 1)}^{2}] + \frac{ΔT}{m} [T_{e} (k) - T_{b} (k)]

使用第k步的列车数据，然后使用等式11至等式15，可以预测第k+n步的列车速度。

概括地说，未来速度估算单元10使用第k步的运转数据（如列车加速度、牵引力和制动力）来估算列车当前速度，并能够使用估算出的列车当前速度和动力学模型来预测第k+n步的列车未来速度。

图3中的TTSLC计算单元20使用由未来速度估算单元10估算出的列车未来速度，来计算列车2超出ATP速度限制的时间点。也就是说，TTSLC计算单元20计算如果假设列车2保持当前加速/减速状态，则哪一秒后列车2超出ATP速度限制。假设列车速度在第n步超出ATP速度限制。也就是说，我们假设下面等式。

【等式16】

v(k+n)≥ATP紧急制动速度限制

其中，如果k是当前时间，则第n步后的列车速度表示列车2超出ATP速度限制。此时，可以通过以下等式计算TTSLC。

【等式17】

TTSLC＝n×ΔT

此时，TTSLC的单位是秒，ΔT是采样周期。

辅助速度控制器30比较从TTSLC生成单元20输入的TTSLC与阈值，如果TTSLC小于阈值，同时阈值是考虑了列车2的特性和制动装置（未示出）的动力学特性而预设的，则生成附加制动力以输出减速命令。

例如，假设辅助速度控制器30已经将阈值设定为三秒。如果由TTSLC计算单元20计算出的TTSLC小于三秒，则表示列车速度将在三秒内超出ATP速度限制，并且意味着必须执行附加维护制动以防止列车超出ATP速度限制。因而，考虑到制动装置（未图示）的动力学特性，辅助速度控制器30响应TTSLC值而生成适当的附加制动力以输出减速命令到列车2。

ATO速度曲线生成单元40使用ATP速度限制和从PSM（精确停止标记，未图示）传感器接收到的PSM（精确停止标记）传感器数据，来生成ATO速度曲线（即，自动列车运转的基准速度）。

PSM安装在火车站入口的前面，PSM用于通过在列车2进入车站时列车2识别到安装在车站附近地面上的PSM的瞬间减小即时速度，而使列车停止在待停止的位置。

对于本领域的技术人员而言，ATO速度曲线的生成是众所周知的，因此将不再提供进一步详细说明。

ATO速度曲线成为目标值，并且比较器45将ATO速度曲线与由设置至列车2的速度传感器（未图示）输出的当前速度进行比较，而速度跟踪控制器50基于比较结果来确定加速度或减速度水平，以输出加速/减速命令。

例如，如果在各站之间运转期间列车速度限制是100km/h，则ATO速度曲线生成单元40响应于该速度限制而生成ATO速度曲线，并比较ATO速度曲线与列车当前速度，由此速度跟踪控制器50执行速度跟踪控制。

随后，列车2一旦检测到PSM（优选地，标记检测传感器联接至列车2的地板），就生成了用于停止列车的ATO速度曲线，然后速度跟踪控制器50执行跟踪ATO速度曲线（输出的减速命令）的控制，由此列车2能够最终停止在车站中指定的适当位置处。

如前所述，速度跟踪控制器50生成的加速/减速命令和辅助速度控制器30生成的减速命令由加法单元55进行相加，并且相加结果被传送至列车2的牵引单元（未示出）和制动单元（未示出）以控制列车速度。

图4为图示了根据本公开的用于控制列车速度的方法的流程图。

参照图4，用于控制列车速度的方法包括：接收运转数据S41，例如从列车2的牵引装置接收到的牵引力、从制动装置接收到的制动力和从加速传感器接收到的加速度；通过未来速度估算单元10，使用运转数据来估算列车当前速度并使用列车当前速度来估算第n步后的未来速度S42。

其后，TTSLC计算单元20计算假设列车2保持当前减速/加速状态，则哪一秒后列车将超出ATP速度限制S43；如果TTSLC小于阈值，则辅助速度控制器30计算用于减慢列车速度的附加维护制动力，并且基于计算来输出减速命令S45。

同时，除了S41至S45外，ATO速度曲线生成单元40使用ATP速度限制和PSM传感器数据来生成ATO速度曲线（即，自动列车运转的基准速度）S46。所述基准速度成为目标值，并且速度跟踪控制器50比较所述基准速度与从设置至列车2的传感器接收到的列车当前速度，以确定减速度/加速度水平并基于其输出减速/加速命令S47。

虽然S46和S47已经图示并说明为在S41至S45之后执行，但是本公开不限于此，并且S46和S47及S41至S45可以同时执行，或者S46和S47可以提前执行，因此保证了S46和S47及S41至S45的单独执行。

如前所述，通过使由辅助速度控制器30输出的减速命令和由速度跟踪控制器50输出的减速/加速命令相加，并将相加结果传送到列车2的牵引装置和制动装置S48，能够控制列车速度。

同时，如果通过设置至列车2的传感器能够获得列车速度，则可以简化图3的装置。

图5为图示了根据本公开的另一个示例性实施例的用于控制列车速度的装置的框图，其中未来速度控制器10从设置至列车2的传感器（未示出）接收列车速度。

参照图5，根据本公开的另一个示例性实施例的未来速度控制器10从加速度传感器（未示出）接收加速度，并立即使用列车当前速度来估算第n步后的未来速度，而不是使用运转数据（牵引装置的牵引力、制动装置的制动力和加速度）来估算列车当前速度。

也就是说，因为能够立即估算出列车未来速度，而无需使用等式6至10进行计算，能够简化图3说明中的系统。

参照图5，所述未来速度估算单元接收来自列车2的牵引装置的牵引力、来自制动装置的制动力和来自速度传感器的列车当前速度，并使用列车2的动力学模型来估算第n步后的列车未来速度。其他组成部分的说明与图3的几乎相同，因此不再对其进行赘述。

通过前述内容可知，本公开的工业实用性在于：通过在自动列车运转期间通过列车当前速度来预测未来速度，预测在预定时点处预测出的列车速度何时超出预设ATP速度限制，并在列车速度达到ATP速度限制之前通过预测而施加附加维护制动力，以使得列车能够安全运转。

本公开的另一方面工业实用性在于：在生成ATO速度曲线期间设置最小安全余量，以增加列车运转期间的列车速度，从而通过增加列车运转频率来实现有效的列车运转，由此能够提高列车的安全性和可用性。

同时，本公开的示例性实施例可以体现为包含在有形介质中的程序代码形式，有形介质如磁记录介质、光记录介质、固态存储器、软盘、CD-ROM、硬盘或任何其他非暂时性机器可读存储介质。当使用软件实施本公开的示例性实施例时，本公开的组成部件可以是执行必要过程的代码段。程序或代码段也可以体现为程序代码形式，例如存储在非暂时性机器可读存储介质中、加载到机器中和/或由机器执行，或是通过一些传送介质或载体如电线或电缆、光纤或电磁辐射等进行传送，其中，当程序代码被加载到机器（如计算机）中并由所述机器执行时，所述机器成为用于实施本公开的装置。

本公开的上述实施例也能够体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码/指令/程序。计算机可读记录介质的示例包括存储介质，如磁存储介质（例如，ROM、软盘、硬盘、磁带等）、光读取介质（例如CD-ROM、DVD等）、载波（例如，通过因特网传送）等。计算机可读记录介质也能够分布在网络联接的计算机系统上，因此，以分布形式存储和执行计算机可读代码。

然而，根据本公开的用于控制列车速度的上述装置和方法可以体现为许多不同形式，并且不应解释为限于此处所述的实施例。因而，本公开的实施例旨在涵盖落入随附的权利要求及其等同构思范围内的本公开的改进和变型。

尽管已经在多个实施例中公开了特定特征或方案，但是这些特征或方案可以根据需要与其他实施例的一个或多个其他特征和/或方案选择性地组合。

Claims

1.一种用于控制列车速度的装置，所述装置包括：估算单元，其使用列车的运转数据和动力学模型来估算列车在预定时间后的未来速度；计算单元，其使用来自所述估算单元的未来速度，来计算时间-速度限制交叉点，即当列车速度超出自动列车保护速度限制时的时点；以及第一控制器，在所述时间-速度限制交叉点小于预定阈值的情况下，所述第一控制器通过确定附加制动力来输出减速命令。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：生成单元，其使用所述自动列车保护速度限制和精确停止标记传感器数据，来生成自动列车运转速度曲线；以及第二控制器，其通过比较由列车提供的当前速度和所述自动列车运转速度曲线以及通过确定列车的速度减量/增量，来输出减速/加速命令。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运转数据包括牵引力、制动力和加速度。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述估算单元使用列车的所述牵引力、所述制动力和所述加速度，来估算列车当前速度，并且所述估算单元使用列车的所述列车当前速度和所述动力学模型，来估算列车在预定时间后的列车未来速度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运转数据包括列车的牵引力、制动力和加速度。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述估算单元使用列车的所述列车当前速度和所述动力学模型，来估算列车在预定时间后的列车未来速度。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一控制器预设考虑到列车特性的相对于所述时间-速度限制交叉点的预定阈值。

8.根据权利要求2所述的装置，进一步包括加法单元，其将所述第一控制器的减速命令与所述第二控制器的减速/加速命令相加，并将相加结果输出到列车。

9.一种用于控制列车速度的方法，所述方法包括：接收运转数据；使用列车的运转数据和动力学模型，来估算列车在预定时间后的列车未来速度；计算时间-速度限制交叉点，即当列车速度超出自动列车保护速度限制时的时点；以及在所述时间-速度限制交叉点小于预定阈值的情况下，通过确定附加制动力来输出减速命令。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括使用所述运转数据来估算列车当前速度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述运转数据包括列车的牵引力、制动力和加速度。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述运转数据包括列车的牵引力、制动力和当前速度。

13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：使用所述自动列车保护速度限制和精确停止标记传感器数据，来生成自动列车运转速度曲线；以及通过比较由列车提供的当前速度和所述自动列车运转速度曲线以及通过确定列车的速度减量/增量，来输出减速/加速命令。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：将所述减速命令与所述减速/加速命令相加并将相加结果输出到列车。