CN104859654B - 车辆限速目标距离的实时计算方法及跟驰运行控制方法 - Google Patents

车辆限速目标距离的实时计算方法及跟驰运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种车辆限速目标距离的实时计算方法和跟驰运行控制方法。该实时计算方法通过函数拟合，得到全速域范围内前、后车任意速度条件下的绝对制动模式下的常用制动限速目标距离、绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离、相对制动模式下的常用制动限速目标距离和相对制动模式下的紧急制动限速目标距离，并实时选择应当遵循的限速目标距离。该跟驰运行控制方法将实际车距与限速目标距离进行比较，根据比较结果控制车辆的跟驰运行。本发明能够在全速域范围内实时计算车辆限速目标距离，为车辆运行过程中行为质量实时评估和调整提供了基础依据；同时，根据实时计算得到的限速目标距离，科学调整车辆跟驰行为，保障车辆安全、高效、平稳地运行。

Description

车辆限速目标距离的实时计算方法及跟驰运行控制方法
技术领域
本发明属于陆地交通工具运行控制技术领域，涉及一种车辆运行控制方法，尤其是车辆跟驰运行控制方法。
背景技术
车载设备控车情况下，从初速度制动到目标速度的制动距离，按照以下公式，结合工程实际数据计算确定，并应取不同类型车辆计算值的最大值：
L＝L1-L2+L3+L4
其中：L1表示车辆从初速度制动到0km/h的最大制动距离；
L2表示车辆从目标度制动到0km/h的最小制动距离；
L3表示车辆按初速度运行的空走距离；
L4表示车辆安全防护距离。
上述限速目标距离的计算公式，为陆地交通工具在跟驰运行过程中所普遍遵循。公路交通需要考虑跟驰过程中的变道问题，轨道交通领域列车跟驰运行则不存在变道问题。限速目标距离的计算与运用，对轨道交通领域的行车组织和列车运行控制具有更加重要的意义。另一方面，未来铁路移动闭塞系统列车间距在跟驰过程中具有“移动”和“长度变化”的特征，必须从安全、高效和平稳(舒适)跟驰运行出发，在列车跟驰运行的任意时刻给出列车间距“长度变化”的依据，才能为列车运行的科学控制和跟驰车距的科学调整奠定良好的基础和前提条件。
基于上述限速目标距离的计算公式，铁道部科技运[2010]第138号文《列控中心技术规范》给出了若干不同初速度和0km/h、45km/h两种目标速度，以及坡度为0‰、-10‰、-20‰、-30‰下的限速目标距离值。
与“安全车距”的概念不同，“限速目标距离”不仅涉及到列车安全运行的指导性原则，而且兼顾到列车运行状态调整的细节，在目标车距的基础上对目标速度做出具体的规定，或在目标速度的基础上对目标车距做出具体的规定，实现了“安全行车”与“列车运行控制”的完美结合。
限速目标距离，是目标距离速度控制模式实施的前提和基础。但是，限速目标距离的计算公式为静态计算公式，在工程上只能给出若干离散的限速目标距离值，不能在全速域范围内给出从0km/h至最大速度值之间任意值作为初速度和目标速度的限速目标距离值，因为列车从0km/h至最大速度值之间有无数个速度值点；如果不解决任意跟驰形势下的限速目标距离的实时计算问题，将无法给出全速域范围内列车跟驰运行过程中列车间距“长度变化”的科学依据，未来的铁路移动闭塞系统中高速列车跟驰控制就很难在任意跟驰形势下同时兼顾到安全、高效和平稳(舒适)等几个方面，并实现综合最优。目前，高速列车在运行过程中限速目标距离的实时计算问题尚未得到有效地解决，其难点在于必须能够适应高速列车任意跟驰形势和运行控制的需求。所谓任意跟驰形势，主要是指前、后列车速度不同且可为列车性能和线路状况约束下的全速域范围内任意速度值的组合。列车运行控制需求，可分为相对制动模式下的跟驰运行控制、绝对制动模式下的跟驰运行控制、绝对制动模式下的定点停车和停车位置点无法预知的紧急停车等情形。对当前限速目标距离计算方法进行讨论，针对其存在的不足之处作出改进，并结合高速列车运行过程中在任意跟驰形势下对限速目标距离的不同需求，提出一种限速目标距离实时计算方法，显然是非常必要的，将有助于高速列车全速域范围内任意跟驰形势下的实时控制，以实现列车安全、高效运行。
目标距离速度控制模式给出了列车减速停车的一次连续制动曲线，主要基于安全行车的考虑，把制动停车作为首选控制措施，时刻将“安全”作为第一考量，并未就列车在安全行车前提下如何提高跟驰效率给出具体的、具有可操作性的实现方案。因此，研究限速目标距离的实时计算方法，并基于目标距离速度控制模式，对列车运行控制进行广泛、深入的研究，对于列车运行控制技术的发展必然也是有益的，特别是对于采用目标距离速度控制模式的准移动闭塞系统(CTCS-3级列控系统)和移动闭塞系统(CTCS-4级列控系统)，将有助于在安全行车前提下进一步挖掘铁路运输的潜能。
跟驰运行在陆地载运工具交通领域已经司空见惯。实现载运工具安全、高效跟驰运行，以及在跟驰运行过程中平稳(舒适)地进行运行状态的调整，既是交通领域研究的热点和难点问题之一，又是安全行车前提下提高路网车辆吞吐能力利用效率的有效举措。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆限速目标距离的实时计算方法及基于该实时计算方法的跟驰运行控制方法，以实现对车辆在全速域范围内的限速目标距离的实时计算并据此控制车辆的跟驰运行。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种车辆限速目标距离的实时计算方法，包括以下步骤：
(1)将所求限速目标距离按照当前技术条件和跟驰状态进行界定，划分为绝对制动模式下的常用制动限速目标距离、绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离、相对制动模式下的常用制动限速目标距离和相对制动模式下的紧急制动限速目标距离；
(2)通过数值分析和函数拟合，为上述四种限速目标距离，提供全速域范围内任意跟驰形势下的计算方法。
所述步骤(2)包括：
(21)选择覆盖全速域范围的多个典型车速，根据所述典型车速及其对应的绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的常用制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_common(v0)＝f(v0)
其中：LAbsolute_common(v0)表示全速域范围内车辆在绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，包括空走距离、常用制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，f(v0)表示自变量为v0的函数；
(22)选择覆盖全速域范围的多个典型车速，根据所述典型车速及其对应的绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_emergency(v0)＝g(v0)
其中：LAbsolute_emergency(v0)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离，包括空走距离、紧急制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，g(v0)表示自变量为v0的函数；
(23)选择覆盖全速域范围的多个典型速度作为目标速度，根据所述目标速度及其对应的绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆的绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离关于目标速度的数学模型：
L2(ve)＝h(ve)
其中：L2(ve)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离，仅包括车辆以目标速度作为初速度的紧急制动距离，ve表示车辆的目标速度，h(ve)表示自变量为ve的函数；
(24)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的常用制动限速目标距离为：
LRelative_common(v0,ve)＝LAbsolute_common(v0)-L2(ve)＝f(v0)-h(ve)
其中：LRelative_common(v0，ve)为相对制动模式下的常用制动限速目标距离；
(25)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的紧急制动限速目标距离为：
LRelative_emergency(v0,ve)＝LAbsolute_emergency(v0)-L2(ve)＝g(v0)-h(ve)
其中：LRelative_emergency(v0，ve)为相对制动模式下的紧急制动限速目标距离。
所述实时计算方法还包括：
(3)根据当前技术条件和跟驰状态，计算车辆应当遵循的限速目标距离。
所述步骤(3)包括：
(31)采用步骤(21)中所述的数学模型，计算车辆的常用制动限速目标距离，根据当前技术条件和跟驰状态，判断车辆跟驰控制对制动模式的具体需求；
(32)当车辆运行在绝对制动模式下时：
(a)若实际车距大于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)；
(b)若实际车距小于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(22)计算车辆的紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(22)计算的紧急制动限速目标距离作为绝对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则采取紧急制动停车，转入步骤(31)；
(33)当车辆运行在相对制动模式下时：
(c)若实际车距大于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则以步骤(24)计算得到的常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻的常用制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)；
(d)若实际车距小于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(25)计算紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(25)计算的紧急制动限速目标距离作为相对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)。
所述步骤(31)包括：若后车无法正常获取前车位置、速度信息，则以前一行为调整周期获取的前车位置信息为依据采取绝对制动模式，转入步骤(32)；若后车能够正常获取前车位置、速度信息，则采取相对制动模式，转入步骤(33)。
一种基于上述车辆限速目标距离的实时计算方法的车辆跟驰运行控制方法，包括以下步骤：
(1)根据车辆跟驰运行中的控制需求实时确定车辆在运行中需要采取的制动模式，包括绝对制动模式和相对制动模式；
(2)根据所述制动模式和当前跟驰形势，以及授权情况，计算当前车辆应当遵循的限速目标距离；
(3)比较实际车距与当前车辆应当遵循的限速目标距离，对车辆跟驰质量进行评估，根据评估结果以及跟驰运行的优化目标，调整车辆的跟驰行为。
所述步骤(3)包括：
(31)当后车能够实时获取前车位置、速度信息时：
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用制动限速目标距离，且实际车距大于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则将前车速度作为车辆的目标速度，调整后车的跟驰行为，在保证安全行车的前提下缩小实际车距；
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用制动限速目标距离，且实际车距等于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的常用制动曲线，控制后车按照所述常用制动曲线减速运行，直至实际车距大于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车；其中，常用制动曲线为常用制动模式下的速度-距离曲线或者速度-时间曲线；
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的紧急制动限速目标距离，实际车距小于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，但大于紧急制动限速目标距离，经授权，将当前制动模式下的紧急制动限速目标距离作为跟驰控制的依据，减速运行，一旦实际车距等于相对制动模式下的紧急制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的紧急制动曲线控制后车按照所述紧急制动曲线减速运行，直至实际车距大于该制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车；其中，所述紧急制动曲线为以车辆最大制动能力减速停车时的速度-距离曲线或速度-时间曲线；
(32)当后车无法实时获取前车位置、速度信息时：
后车采取绝对制动模式，以前一行为调整周期获取的前车位置信息为依据计算实际车距，并且：
若实际车距大于常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施；
若实际车距小于常用制动限速目标距离，则采用紧急制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件：若实际车距大于所述紧急制动限速目标距离，后车减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则紧急制动停车；若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施减速运行直至停车。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明提出了一种车辆限速目标距离的实时计算方法和在此基础上的车辆跟驰运行控制方法，能够在全速域范围内任意跟驰形势下实时计算车辆限速目标距离，为车辆跟驰行为质量实时评估和调整提供了基础依据和优化目标；同时，根据实时计算得到的限速目标距离，通过科学调整控制车辆的跟驰行为，实现动态跟驰车距的科学控制，保障车辆安全、高效、平稳地跟驰运行。本发明尤其适用于轨道交通领域的列车运行控制和跟驰车距的科学调整。
附图说明
图1为本发明实施例中绝对制动模式下基于限速目标距离的高速列车跟驰控制曲线；
图2为本发明实施例中相对制动模式下基于限速目标距离的高速列车跟驰控制曲线。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明针对当前铁路运输领域目标距离速度控制模式无法提供全速域范围内任意跟驰形势下列车限速目标距离的现状，提出了一种前、后车辆限速目标距离的实时计算方法以及基于限速目标距离的车辆跟驰运行控制方法，为列车跟驰运行过程中行为质量实时评估和科学调整提供了基础依据和优化目标。该方法尤其适用于高速列车跟驰运行控制。
其中，车辆实时限速目标距离的实时计算方法包括以下步骤：
(1)将所求限速目标距离按照当前技术条件和跟驰状态进行界定，划分为绝对制动模式下的常用制动限速目标距离、绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离、相对制动模式下的常用制动限速目标距离和相对制动模式下的紧急制动限速目标距离；
(2)通过数值分析和函数拟合，为上述四种限速目标距离，提供全速域范围内任意跟驰形势下的计算方法；
(3)根据当前技术条件和跟驰状态，计算车辆当前应当遵循的限速目标距离。
上述步骤(2)具体包括：
(21)选择能够覆盖全速域范围的若干典型车速，根据若干组这些典型车速及其对应的绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的常用制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_common(v0)＝f(v0)
其中：LAbsolute_common(v0)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，包括空走距离、常用制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，f(v0)表示自变量为v0的函数。其中，空走距离、常用制动距离和安全防护距离在交通领域有公知的含义，分别为：空走距离为车辆制动开始时刻至制动措施生效时刻行走的距离，跟驰运行条件下还应考虑前、后车数据通信延时因素；常用制动距离，指的是车辆为满足平稳性或舒适性条件采用常用制动停车措施从制动措施生效至停车这段时间内行走的距离；安全防护距离，是指为保证跟驰运行安全，综合考虑计算和控制误差，在空走距离和(常用/紧急)制动距离基础上，额外增加的车距安全裕量。
(22)选择能够覆盖全速域范围的若干典型车速，根据若干组这些典型车速及其对应的绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_emergency(v0)＝g(v0)
其中：LAbsolute_emergency(v0)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离，包括空走距离、紧急制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，g(v0)表示自变量为v0的函数。其中，紧急制动距离在交通领域也有公知的含义，表示车辆为满足平稳性或舒适性条件采用紧急制动停车措施从制动措施生效至停车这段时间内行走的距离。
(23)选择能够覆盖全速域范围的若干典型速度作为目标车速，根据若干组这些典型目标速度及其对应的绝对制动模式下的车辆紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离关于目标速度的数学模型：
L2(ve)＝h(ve)
其中：L2(ve)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离，仅包括车辆以目标速度作为初速度的紧急制动距离，ve表示车辆的目标速度，h(ve)表示自变量为ve的函数。
(24)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的常用制动限速目标距离为：
LRelative_common(v0,ve)＝LAbsolute_common(v0)-L2(ve)＝f(v0)-h(ve)
其中：LRelative_common(v0，ve)为相对制动模式下的常用制动限速目标距离，在任意时刻可将后车的速度值代入v0，前车的速度值代入ve即可计算得到LRelative_common(v0，ve)。
(25)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的紧急制动限速目标距离为：
LRelative_emergency(v0,ve)＝LAbsolute_emergency(v0)-L2(ve)＝g(v0)-h(ve)
其中：LRelative_emergency(v0，ve)为相对制动模式下的紧急制动限速目标距离，在任意时刻可将后车的速度值代入v0，前车的速度值代入ve即可计算得到LRelative_common(v0，ve)。
上述步骤(3)具体包括：
(31)采用步骤(21)中所述的数学模型，计算车辆的常用制动限速目标距离，根据当前技术条件和跟驰状态，判断车辆跟驰控制对制动模式的具体需求：若后车无法正常获取前车位置、速度信息，则以前一行为调整周期获取的前车位置信息为依据采取绝对制动模式，转入步骤(32)；若后车能够正常获取前车位置、速度信息，则采取相对制动模式，转入步骤(33)。其中，一个行为调整周期为执行一次该方法的过程。
(32)当车辆运行在绝对制动模式下时：
(a)若实际车距大于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件(在轨道交通领域列车跟驰运行的情形下，行车秩序正常时，按行车组织计划(列车运行图)的规定以正常速度运行，行车秩序打破后，后车可在规定的限速范围内加速运行以提高跟驰效率并恢复正常的行车秩序)，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)。
(b)若实际车距小于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(22)计算车辆的紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于该紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(22)计算的紧急制动限速目标距离作为绝对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则采取紧急制动停车，转入步骤(31)；
(33)当车辆运行在相对制动模式下时：
(c)若实际车距大于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则以步骤(24)计算得到的常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件(在轨道交通领域列车跟驰运行的情形下，行车秩序正常时，按行车组织计划(列车运行图)的规定以正常速度运行，行车秩序打破后，后车可在规定的限速范围内加速运行以提高跟驰效率并恢复正常的行车秩序)，一旦实际车距等于当前时刻的常用制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)；
(d)若实际车距小于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(25)计算紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于该紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(25)计算的紧急制动限速目标距离作为相对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)。
此情况适宜于进一步提高跟驰效率，或在正常行车秩序受到干扰时恢复正常行车秩序，例如自然灾害、行车事故等因素造成的线路中断情形，经授权，可采用步骤(25)中所述的数学模型，计算紧急制动限速目标距离作为车辆应当遵循的限速目标距离。
由于同一类型的列车性能非常相近，同一条运输线路其路况和对列车行为的约束是相同的。高速列车全速域范围内任意跟驰形势下的限速目标距离均可根据具体的控制需求，按照步骤(2)给出的计算公式和步骤(3)给出的具体算法进行实时计算，从而使得限速目标距离的实时计算具有完备性和可执行性的特点，非常适合作为列车运行控制的“标准”去执行。相比于《列控中心技术规范》仅给出离散的、有限的若干限速目标距离值，上述限速目标距离的实时计算方法的优越性是显而易见的。
本发明提出的基于上述车辆限速目标距离的实时计算方法的车辆跟驰运行控制方法包括以下步骤：
(1)根据车辆跟驰运行中的控制需求实时确定车辆在运行中需要采取的制动模式，包括绝对制动模式和相对制动模式；
(2)根据所述制动模式和当前跟驰形势，以及授权情况，计算当前车辆应当遵循的限速目标距离；
(3)比较实际车距与当前车辆应当遵循的限速目标距离，对车辆跟驰质量进行评估，根据评估结果并以车辆安全、高效和平稳(舒适)跟驰运行为优化目标，科学调整车辆的跟驰行为，即：
(31)当后车能够实时获取前车位置、速度信息时：
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用限速目标距离，且实际车距大于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则将前车速度作为车辆的目标速度，调整后车的跟驰行为，在保证安全行车的前提下缩小实际车距，进一步提高跟驰效率，将安全、高效跟驰运行作为车辆跟驰运行的常态。
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用制动限速目标距离，且实际车距等于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的常用制动曲线，控制后车按照该常用制动曲线减速运行，直至实际车距大于该制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车。其中，常用制动曲线为常用制动模式下的速度-距离曲线或者速度-时间曲线。
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的紧急制动限速目标距离，实际车距小于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，但大于紧急制动限速目标距离，经授权，将当前制动模式下的紧急制动限速目标距离作为跟驰控制的依据，减速运行，一旦实际车距等于相对制动模式下的紧急制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的紧急制动曲线，控制后车按照紧急制动曲线减速运行，直至实际车距大于该制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车。其中，紧急制动曲线为以车辆最大制动能力减速停车时的速度-距离曲线或速度-时间曲线。
在高速列车的跟驰控制中，骤起骤停或突然加速、突然减速，对列车造成损伤与折旧远大于以平稳速度运行的列车；从运营和维护上看，尽可能地避免骤起骤停或突然加速、突然减速，将有助于降低运营和维护成本，延长列车运行寿命。因此，无论是常用制动曲线，还是紧急制动曲线，只有其被触发时列车才按照相应的制动曲线减速运行，以降低安全风险；当高速列车跟驰运行不存在安全风险时，制动曲线不应被触发，“制动曲线不被触发”的安全、高效行车状态应为高速列车跟驰运行的常态。
(32)当后车无法实时获取前车位置、速度信息时：
后车采取绝对制动模式，以前一行为调整周期(一个行为调整周期为执行一次该跟驰运行控制方法的过程)获取的前车位置信息为依据计算实际车距，并且：
若实际车距大于常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施；
若实际车距小于常用制动限速目标距离，则采用紧急制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件：若实际车距大于所述紧急制动限速目标距离，后车减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则紧急制动停车；若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施减速运行直至停车。
步骤(3)还包括以下两种特殊情况：
(33)定点停车为停车位置已知的绝对制动模式下车辆跟驰控制的特殊情形：当实际车距等于常用制动车距时，按该模式下常用制动曲线制动停车；若实际车距小于常用制动车距但大于紧急制动车距，减速运行；若实际车距等于或小于紧急制动车距时，紧急制动停车。
(34)停车位置点无法预知的紧急停车，为车辆跟驰运行过程中可能遇到的一种复杂运输状况，一般为自然灾害、断道等突发事件情况下，或难以事先计算得到和直接获取停车点位置的情形，为遵循“安全第一”的行车原则，而采取的一种果断措施，能否保证行车安全，已经超出车辆的性能和能力范围之外，但紧急停车可最大限度地确保安全。
图1示出了绝对制动模式下基于限速目标距离的高速列车跟驰控制。图1中，后车以前车尾部位置为目标停车点，计算限速目标距离，不考虑前车的速度和可能采取的减速运行制动策略，故描述的是“绝对制动模式下限速目标距离的计算问题”，以及“基于绝对制动模式的限速目标距离的高速列车跟驰控制”情形。图1中，Vp为前车速度，Vf为后车速度，SAbsolute_common为绝对制动模式下的常用制动曲线被触发的位置，SAbsolute_emergency为绝对制动模式下紧急制动曲线被触发的位置；L4为安全防护距离，LActual为实际车距，LAbsolute_common为绝对制动模式下的常用制动距离，LAbsolute_emergency为绝对制动模式下的紧急制动距离。
图2示出了相对制动模式下基于限速目标距离的高速列车跟驰控制。图2中，后车的目标停车点，或者说目标距离的计算，在相对制动模式下，需要考虑前车的速度和可能采取的减速运行制动策略下制动运行至停车行驶的一段距离。而相对制动模式下的列车跟驰控制，后车应以前车速度为目标速度，以相对制动模式下的目标停车点，为自身运行状态调整的依据，故图2描述的是“相对制动模式下限速目标距离的计算问题”，以及“基于相对制动模式的限速目标距离的高速列车跟驰控制”情形。图2中，Vp为前车速度，Vf为后车速度，SRelative_common为相对制动模式下的常用制动曲线被触发的位置，SRelative_emergency为相对制动模式下的紧急制动曲线被触发的位置；L4为安全防护距离，LActual为实际车距，LRelative_common为相对制动模式下的常用制动距离，LRelative_emergency为相对制动模式下的紧急制动距离。
本发明提出了一种车辆限速目标距离的实时计算方法和在此基础上的车辆跟驰运行控制方法，能够在全速域范围内实时地计算车辆限速目标距离，为车辆运行过程中行为质量实时评估和调整提供了基础依据和优化目标；同时，根据实时计算得到的限速目标距离，通过科学调整车辆的跟驰行为，实现跟驰车距的科学控制，保障车辆安全、高效、平稳地运行。本发明非常适用于列车运行过程，尤其适用于高速列车运行过程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆限速目标距离的实时计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将所求限速目标距离按照当前技术条件和跟驰状态进行界定，划分为绝对制动模式下的常用制动限速目标距离、绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离、相对制动模式下的常用制动限速目标距离和相对制动模式下的紧急制动限速目标距离；
(2)通过数值分析和函数拟合，为上述四种限速目标距离，提供全速域范围内任意跟驰形势下的计算方法；
所述步骤(2)包括：
(21)选择覆盖全速域范围的多个典型车速，根据所述典型车速及其对应的绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的常用制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_common(v0)＝f(v0)
其中：LAbsolute_common(v0)表示全速域范围内车辆在绝对制动模式下的常用制动限速目标距离，包括空走距离、常用制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，f(v0)表示自变量为v0的函数；
(22)选择覆盖全速域范围的多个典型车速，根据所述典型车速及其对应的绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离关于自身的当前速度的数学模型：
LAbsolute_emergency(v0)＝g(v0)
其中：LAbsolute_emergency(v0)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第一紧急制动限速目标距离，包括空走距离、紧急制动距离和安全防护距离，v0表示车辆的当前速度，g(v0)表示自变量为v0的函数；
(23)选择覆盖全速域范围的多个典型速度作为目标速度，根据所述目标速度及其对应的绝对制动模式下的紧急制动限速目标距离，建立全速域范围内车辆的绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离关于目标速度的数学模型：
L2(ve)＝h(ve)
其中：L2(ve)表示全速域范围内车辆绝对制动模式下的第二紧急制动限速目标距离，仅包括车辆以目标速度作为初速度的紧急制动距离，ve表示车辆的目标速度，h(ve)表示自变量为ve的函数；
(24)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的常用制动限速目标距离为：
LRelative_common(v0,ve)＝LAbsolute_common(v0)-L2(ve)＝f(v0)-h(ve)
其中：LRelative_common(v0，ve)为相对制动模式下的常用制动限速目标距离；
(25)若车辆运行在相对制动模式下，车辆的紧急制动限速目标距离为：
LRelative_emergency(v0,ve)＝LAbsolute_emergency(v0)-L2(ve)＝g(v0)-h(ve)
其中：LRelative_emergency(v0，ve)为相对制动模式下的紧急制动限速目标距离。
2.根据权利要求1所述的车辆限速目标距离的实时计算方法，其特征在于：所述实时计算方法还包括：
(3)根据当前技术条件和跟驰状态，计算车辆应当遵循的限速目标距离。
3.根据权利要求2所述的车辆限速目标距离的实时计算方法，其特征在于：所述步骤(3)包括：
(31)采用步骤(21)中所述的数学模型，计算车辆的常用制动限速目标距离，根据当前技术条件和跟驰状态，判断车辆跟驰控制对制动模式的具体需求；
(32)当车辆运行在绝对制动模式下时：
(a)若实际车距大于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)；
(b)若实际车距小于按步骤(21)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(22)计算车辆的紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(22)计算的紧急制动限速目标距离作为绝对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则采取紧急制动停车，转入步骤(31)；
(33)当车辆运行在相对制动模式下时：
(c)若实际车距大于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则以步骤(24)计算得到的常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻的常用制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的常用制动措施，转入步骤(31)；
(d)若实际车距小于按步骤(24)计算的常用制动限速目标距离，则采用步骤(25)计算紧急制动限速目标距离：若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)；否则，后车将步骤(25)计算的紧急制动限速目标距离作为相对制动模式下应当遵循的安全约束条件，减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，后车立即启动相对制动模式下的紧急制动措施，转入步骤(31)。
4.根据权利要求3所述的车辆限速目标距离的实时计算方法，其特征在于：所述步骤(31)包括：若后车无法正常获取前车位置、速度信息，则以前一行为调整周期获取的前车位置信息为依据采取绝对制动模式，转入步骤(32)；若后车能够正常获取前车位置、速度信息，则采取相对制动模式，转入步骤(33)。
5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的车辆限速目标距离的实时计算方法的车辆跟驰运行控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据车辆跟驰运行中的控制需求实时确定车辆在运行中需要采取的制动模式，包括绝对制动模式和相对制动模式；
(2)根据所述制动模式和当前跟驰形势，以及授权情况，计算当前车辆应当遵循的限速目标距离；
(3)比较实际车距与当前车辆应当遵循的限速目标距离，对车辆跟驰质量进行评估，根据评估结果以及跟驰运行的优化目标，调整车辆的跟驰行为。
6.根据权利要求5所述的车辆跟驰运行控制方法，其特征在于：所述车辆跟驰运行控制方法的步骤(3)包括：
(31)当后车能够实时获取前车位置、速度信息时：
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用制动限速目标距离，且实际车距大于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则将前车速度作为车辆的目标速度，调整后车的跟驰行为，在保证安全行车的前提下缩小实际车距；
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的常用制动限速目标距离，且实际车距等于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的常用制动曲线，控制后车按照所述常用制动曲线减速运行，直至实际车距大于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车；其中，常用制动曲线为常用制动模式下的速度-距离曲线或者速度-时间曲线；
若当前车辆应当遵循的限速目标距离为当前制动模式下的紧急制动限速目标距离，实际车距小于当前制动模式下的常用制动限速目标距离，但大于紧急制动限速目标距离，经授权，将当前制动模式下的紧急制动限速目标距离作为跟驰控制的依据，减速运行，一旦实际车距等于相对制动模式下的紧急制动限速目标距离，则触发当前制动模式下的紧急制动曲线控制后车按照所述紧急制动曲线减速运行，直至实际车距大于该制动模式下的常用制动限速目标距离，或者直至停车；其中，所述紧急制动曲线为以车辆最大制动能力减速停车时的速度-距离曲线或速度-时间曲线；
(32)当后车无法实时获取前车位置、速度信息时：
后车采取绝对制动模式，以前一行为调整周期获取的前车位置信息为依据计算实际车距，并且：
若实际车距大于常用制动限速目标距离，则以该常用制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件，一旦实际车距等于当前时刻车辆的常用制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的常用制动措施；
若实际车距小于常用制动限速目标距离，则采用紧急制动限速目标距离作为下一行为调整周期内的后车应当遵循的安全约束条件：若实际车距大于所述紧急制动限速目标距离，后车减速运行，一旦实际车距等于当前时刻的紧急制动限速目标距离，则紧急制动停车；若实际车距小于或等于所述紧急制动限速目标距离，后车立即启动绝对制动模式下的紧急制动措施减速运行直至停车。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016011325A1 (de) * 2016-09-21 2018-03-22 Wabco Gmbh Verfahren zum Ermitteln eines dynamischen Fahrzeug-Abstandes zwischen einem Folgefahrzeug und einem Vorderfahrzeug eines Platoons
DE102017223360A1 (de) * 2017-01-04 2018-07-05 Honda Motor Co., Ltd. System und verfahren zur fahrzeugsteuerung in drängelsituationen
CN107215331A (zh) * 2017-06-06 2017-09-29 北京洋浦伟业科技发展有限公司 智能优化的安全行车控制方法和装置
CN107539298B (zh) * 2017-08-31 2020-06-12 湖南中车时代通信信号有限公司 一种列车的空气制动控制的方法及系统
CN108163018B (zh) * 2017-11-27 2020-08-14 天津津航计算技术研究所 一种基于固定距离生成停车策略的列车精确停车方法
CN108646745B (zh) * 2018-06-04 2020-12-29 常州工程职业技术学院 一种车辆跟驰控速方法
CN111452837B (zh) * 2019-01-18 2022-02-08 比亚迪股份有限公司 列车自动保护方法及系统
CN110033617A (zh) * 2019-04-19 2019-07-19 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种面向自然驾驶数据的跟驰状态评估系统及方法
CN110126641B (zh) * 2019-05-21 2022-10-04 河南科技学院 一种电动汽车直线跟驰方法及跟驰系统
CN110758393B (zh) * 2019-10-29 2021-05-04 北京汽车集团有限公司 车辆行驶控制方法及装置
CN111179590B (zh) * 2019-12-24 2020-11-20 山东国惠安创智能物联发展有限公司 一种电动车行车速度的远程控制方法及服务器
CN112046455B (zh) * 2020-09-21 2021-11-09 武汉大学 一种基于车辆质量辨识的自动紧急制动方法
CN112172870B (zh) * 2020-10-19 2023-01-03 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种车辆制动方法、装置及列车
CN112278017B (zh) * 2020-11-03 2022-09-02 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种车辆报警方法、装置及列车
CN112744270B (zh) * 2021-01-19 2021-11-16 西南交通大学 一种基于状态辨识的列车快速精确停车方法
CN113460050B (zh) * 2021-07-22 2022-11-15 上汽通用五菱汽车股份有限公司 车辆跟停控制方法、装置及计算机可读存储介质
CN113591229B (zh) * 2021-09-01 2023-05-26 北京建筑大学 一种高速列车制动距离计算方法及系统
CN114735047B (zh) * 2022-06-09 2022-08-23 西南交通大学 一种高速铁路列控系统控车方法及系统
CN115195821B (zh) * 2022-06-14 2023-09-26 同济大学 一种后车跟驰行为控制方法、装置及存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753420A (zh) * 2010-02-19 2012-10-24 三菱电机株式会社 列车控制系统和列车控制系统中的切换方法
CN102955884A (zh) * 2012-11-23 2013-03-06 同济大学 一种高速列车跟驰运行全速域安全车距标定方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511023B2 (en) * 1999-01-22 2003-01-28 Sydney Allen Harland Automated railway monitoring system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753420A (zh) * 2010-02-19 2012-10-24 三菱电机株式会社 列车控制系统和列车控制系统中的切换方法
CN102955884A (zh) * 2012-11-23 2013-03-06 同济大学 一种高速列车跟驰运行全速域安全车距标定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高速列车追踪运行的控制机理研究;潘登等;《铁道学报》;20130331;第35卷(第3期);第53-60页 *

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