CN105905121A - 一种控制列车在低速状态下限速运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制列车在低速状态下限速运行的方法，设置有至少2个速度控制点，每个速度控制点对应一个预设的速度值和一个预设的牵引力值；所述速度控制点中包括至少1个速度值可根据预设的调整规则进行调整的可调控制点。本发明可根据列车运行速度对各可调控制点所对应的速度值进行调整，使得列车快速达到并稳定在预设的限速值，具有调整速度快、限速稳定性高等优点。

Description

一种控制列车在低速状态下限速运行的方法

技术领域

本发明涉及一种控制列车限速运行的方法，尤其涉及一种控制列车在低速状态下限速运行的方法。

背景技术

在列车运行过程中，一些维持低速度的限速运行模式已成为列车的必备功能需求，这些列车低速度限速运行模式一般要求列车以某一较小速度作为目标速度限速运行，通常以低于列车额定速度的30％以下为低速状态，如额定运行速度为120km/h的城际动车组，可选择其低速状态的速度范围为30km/h以下的速度。当然，在列车的具体运行环境中，可以根据需要设定不同的低速状态的限速值，如洗车模式一般要求列车以3km/h(限速点)的目标速度限速运行、退行模式一般要求列车以15km/h(限速点)的目标速度限速运行。由于要求列车持续低速度稳定运行，因此对列车的控制难度大，在该作业过程中，经常发生车辆运行速度超出限速值的风险。

目前，在列车低速度限速运行控制领域，主要是采用人为操作司控手柄控制牵引级位来调节列车运行速度。该方法人员实际操作工作压力大、作业模式落后。由于列车低速度限速运行模式对列车速度要求比较苛刻，需要操作人员时刻聚精会神，易造成操作人员过劳。由于人为手动操作，常导致操作不到位，容易造成列车运行速度超过限速值。其次，也有少量使用控制系统进行低速度限速运行控制的设计。《地铁列车洗车模式下牵引控制方式探讨》提供一种通过设立洗车模式下专用的力-速度的控制曲线，进而控制地铁列车保持在较小偏差范围内的运行，无需驾驶员进行人工干预做出调整操作的控制方法。但现有列车低速度限速运行控制算法不具备自适应调整功能，适用性不足。由于存在同种车型车辆间会有一些差异性，洗车线路发生变化等因素，不进行适当调整也会出现列车运行速度超出限速值的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可根据速度调整速度控制点，保证列车速度稳定在预设的限速值允许的误差范围，调整速度快、限速稳定性高的控制列车在低速状态下限速运行的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种控制列车在低速状态下限速运行的方法，设置有至少2个速度控制点，每个速度控制点对应一个预设的速度值和一个预设的牵引力值；所述速度控制点中包括至少1个速度值可根据预设的调整规则进行调整的可调控制点。

作为本发明的进一步改进，所述速度控制点将速度划分为不同的速度区间；所述每个速度区间对应一段预设的以速度控制点的速度值和牵引力值为参数的速度牵引力控制曲线，所述速度牵引力控制曲线可根据可调控制点的调整进行调整；根据所述速度牵引力控制曲线确定当前速度对应的牵引力值，以该牵引力值为目标值调整列车牵引电机的输出。

作为本发明的进一步改进，所述速度控制点还包括1个限速控制点，所述限速控制点对应固定的速度值，所述固定的速度值为预设的限速值。

作为本发明的进一步改进，所述调整规则为：当前速度大于预设的限速值且超出误差允许范围时，按预设的调整步长减小各可调控制点对应的速度值；当前速度小于预设的限速值且超出预设的误差允许范围时，按预设的调整步长增大各可调控制点对应的速度值。

作为本发明的进一步改进，所述速度控制点包括第一控制点，第二控制点和第三控制点；所述第一控制点和第三控制点为可调控制点，所述第二控制点为限速控制点；所述第一控制点、第二控制点、第三控制点对应的速度值依次增大，对应的牵引力值依次减小。

作为本发明的进一步改进，所述第二控制点对应的牵引力值为预设的列车所受阻力值，所述第三控制点对应的牵引力值为0。

作为本发明的进一步改进，所述速度控制点包括第四控制点，第五控制点和第六控制点；所述第四控制点和第五控制点为可调控制点，所述第六控制点为限速控制点；所述第四控制点，第五控制点和第六控制点对应的速度值依次增大，对应的牵引力值依次减小。

作为本发明的进一步改进，所述第四控制点对应的牵引力值为列车牵引电机最大牵引力，所述第六控制点对应的牵引力值为0。

作为本发明的进一步改进，所述调整规则为：当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第四控制点对应的速度值；当前速度小于限速值，且限速值与当前速度之差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长增大第四控制点对应的速度值；当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差小于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第五控制点对应的速度值。

作为本发明的进一步改进，包括如下步骤：

S1.获取列车的当前速度，确定当前速度对应的速度区间，根据该速度区间的速度牵引力控制曲线确定牵引力值，并调整列车牵引电机的输出为该牵引力值；

S2.判断列车当前速度是否满足预设的调整规则，是则根据调整规则调整可调控制点对应的速度值，并更新速度牵引力控制曲线，否则不进行修改。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明具有可调整速度值的速度控制点，针对不同的列车，根据调整规则调整速度控制点的速度值，从而生成合适列车的速度牵引力控制曲线，精确控制列车在低速限速运行中速度值稳定在限速值允许的误差范围内。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的速度牵引力控制曲线示意图。

图2为本发明具体实施例一的速度牵引力控制曲线调整示意图一。

图3为本发明具体实施例一的速度牵引力控制曲线调整示意图二。

图4为本发明具体实施例一的实施流程示意图。

图5为本发明具体实施例二的速度牵引力控制曲线示意图。

图6为列车典型牵引电机牵引力包络线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。本发明中列车的低速状态指列车以低于列车额定速度的30％以下的运行状态。

实施例1：

本实施例一种控制列车在低速状态下限速运行的方法，设置有至少2个速度控制点，每个速度控制点对应一个预设的速度值和一个预设的牵引力值；速度控制点中包括至少1个速度值可根据预设的调整规则进行调整的可调控制点。速度控制点将速度划分为不同的速度区间；每个速度区间对应一段预设的以速度控制点的速度值和牵引力值为参数的速度牵引力控制曲线，所述速度牵引力控制曲线可根据可调控制点的调整进行调整；根据速度牵引力控制曲线确定当前速度对应的牵引力值，以该牵引力值为目标值调整列车牵引电机的输出。速度控制点还包括1个限速控制点，限速控制点对应固定的速度值，固定的速度值为预设的限速值。

如图1所示，在本实施例中，设置有第一控制点P₁，第二控制点P₂和第三控制点P₃；第一控制点P₁和第三控制点P₃为可调控制点，第二控制点P₂为限速控制点；第一控制点P₁对应的速度值为v₁，对应的牵引力值为f₁；第二控制点P₂对应的速度值为v₂，对应的牵引力值为f₂；第三控制点P₃对应的速度值为v₃，对应的牵引力值为f₃；其中，v₁<v₂<v₃，f₁>f₂>f₃。在本实施例中，f₁的值为列车牵引电力的最大牵引力输出值F_max，该最大牵引力输出值可根据如图6所示的列车牵引电机牵引力包络线确定，v₂的速度值为预设的限速值V_限，f₂的值为预设的列车所受阻力值，该阻力值可通过列车控制系统根据列车载荷等因素估算得出，f₃的值为0。当然，各速度控制点的值可根据实际情况灵活进行设置。在速度区间[0，v₁)，速度牵引力控制曲线为f＝f₁；在速度区间(v₁，v₂)，速度牵引力控制曲线f为第一控制点P₁和第二控制点P₂之间的线段，在速度区间(v₂，v₃)，速度牵引力控制曲线f为第二控制点P₂和第三控制点P₃之间的线段，在速度大于v₃的速度区间，速度牵引力控制曲线为f＝0。在本实施例中，速度牵引力控制曲线为在速度区间内具有固定斜率的线段，当然，也可以根据实际情况，选择其它控制曲线，如变化斜率的曲线。

在本实施例中，可调控制点的调整规则为：当前速度大于预设的限速值且超出误差允许范围时，按预设的调整步长减小各可调控制点对应的速度值；当前速度小于预设的限速值且超出预设的误差允许范围时，按预设的调整步长增大各可调控制点对应的速度值。

如图2所示，在列车低速限速运行中当前速度为v，处于速度区间(v₁，v₂)，且当前速度v小于v₂-ΔV，列车在该状态下持续运行时间超过预设的调整周期Δt时，根据式(1)所示的调整规则，调整可调整控制点的速度值，第一控制点P₁调整为P₁'，速度值调整为v₁′＝v₁+Δv₁，Δv₁为第一控制点P₁的调整步长，第三控制点P₃调整为P₃'，速度值调整为v₃′＝v₃+Δv₃，Δv₃为第三控制点P₃的调整步长。同时，根据调整后各速度控制点的速度值，重新计算速度区间(v₁，v₂)和速度区间(v₂，v₃)的斜率值，更新对应的速度牵引力控制曲线。当然，对于不同的速度控制点，也可以选择采用相同的调整步长。调整后，速度区间(v₁，v₂)的速度牵引力控制曲线具有更大的斜率，即同样的速度变化会导致列车牵引电机输出的牵引力变化更大，从而可以使列车的速度更快的达到预设的限速值。并且，速度区间(v₂，v₃)的速度牵引力控制曲线的斜率变小，即通过速度牵引力控制曲线控制的列车牵引电机输出的变化会更加平缓，从而，在当列车速度达到预设的限速值V_限后，处于速度区间(v₂，v₃)，通过更平缓的牵引电力输出控制，保证列车的速度更好的稳定在预设的限速值V_限及允许的误差范围内ΔV。

同理，如图3所示，当列车的当前速度v位于速度区间(v₂，v₃)，且当前速度v大于v₂+ΔV，列车在该状态下持续运行时间超过预设的调整周期Δt时，根据式(1)所示的调整规则，调整可调整控制点的速度值，第一控制点P₁调整为P₁'，速度值调整为v₁′＝v₁-Δv₁，Δv₁为第一控制点P₁的调整步长，第三控制点P₃调整为P₃'，速度值调整为v₃′＝v₃-Δv₃，Δv₃为第三控制点P₃的调整步长。同时，根据调整后各速度控制点的速度值，重新计算速度区间(v₁，v₂)和速度区间(v₂，v₃)的斜率值，更新对应的速度牵引力控制曲线。当然，对于不同的速度控制点，也可以选择采用相同的调整步长。调整后，速度区间(v₂，v₃)的速度牵引力控制曲线具有更大的斜率，即同样的速度变化会导致列车牵引电机输出的牵引力变化更大，从而可以使列车的速度更快的达到预设的限速值。并且，速度区间(v₁，v₂)的速度牵引力控制曲线的斜率变小，即通过速度牵引力控制曲线控制的列车牵引电机输出的变化会更加平缓，从而，在当列车速度下降至预设的限速值V_限后，处于速度区间(v₁，v₂)，通过更平缓的牵引电力输出控制，保证列车的速度更好的稳定在预设的限速值V_限及允许的误差范围内ΔV。当然，对于不同的可调控制点，可分别设置不同的调整周期。

如图4所示，列车进行低速限速运行控制的步骤为：S1.获取列车的当前速度，确定当前速度对应的速度区间，根据该速度区间的速度牵引力控制曲线确定牵引力值，并调整列车牵引电机的输出为该牵引力值；S2.判断列车当前速度是否满足预设的调整规则，是则根据调整规则调整可调控制点对应的速度值，并更新速度牵引力控制曲线，否则不进行修改。

在本实施例中，列车进行低速限速运行的流程为：确定限速值，列车进入低速限速运行状态。速度传感器获取列车当前运行速度，参照速度控制点确定当前速度所处的速度区间，通过该区间的速度牵引力控制曲线计算得到当前速度下的牵引力值，并以该牵引力值为目标值调整列车牵引电机的输出。同时监测列车当前运行速度是否满足预设的调整规则，满足则按照预设的调整周期及调整步长调整可调控制点的速度值，并根据调整后各可调控制点的速度值，更新速度牵引力控制曲线。当列车退出低速限速运行状态后，可存储该速度牵引力控制曲线，方便在下次低速限速运行时使用。

本实施例通过采用可调控制点，根据列车的运行速度调整可调控制点对应的速度值，可实现对列车低速限速运行的精确控制。对于不同的列车，或者同一列车在不同载荷或不同线路上运行时，都能自动根据调整规则生成与之最相适应的速度控制点，从而生成最相适应的速度牵引力控制曲线，从而实现对列车低速限速运行的精确控制，具有控制速度快，控制精度高等优点。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别仅在于速度控制点的设置及对应的调整规则不同。

如图5所示，本实施例中，速度控制点设置为第四控制点P₄，第五控制点P₅和第六控制点P₆；第四控制点P₄和第五控制点P₅为可调控制点，第六控制点P₆为限速控制点；第四控制点P₄对应的速度值为v₄，对应的牵引力值为f₄；第五控制点P₅对应的速度值为v₅，对应的牵引力值为f₅；第六控制点P₆对应的速度值为v₆，对应的牵引力值为f₆；其中，v₄<v₅<v₆，f₄>f₅>f₆。在本实施例中，f₄的值为列车牵引电力的最大牵引力输出值，v₆的速度值为预设的限速值V_限，f₆的值为0。当然，各速度控制点的值可根据实际情况灵活进行设置。在速度区间[0，v₄)，速度牵引力控制曲线为f＝f₄；在速度区间(v₄，v₅)，速度牵引力控制曲线f为第四控制点P₄和第五控制点P₅之间的连接线段，在速度区间(v₅，v₆)，速度牵引力控制曲线为f为第五控制点P₅和第六控制点P₆之间的连接线段，在速度大于v₆的速度区间，速度牵引力控制曲线为f＝0。在本实施例中，速度牵引力控制曲线为在速度区间内具有固定斜率的线段，当然，也可以根据实际情况，选择其它控制曲线，如变化斜率的曲线。

在本实施例中，可调控制点的调整规则为：当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第四控制点对应的速度值；当前速度小于限速值，且限速值与当前速度之差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长增大第四控制点对应的速度值；当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差小于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第五控制点对应的速度值。该调整规则可表示为如式(1)所示形式，

式(1)中，v_{4_new}为第四速度控制点调整后对应的速度值，v_{4_old}为第四速度控制点调整前对应的速度值，Δv₄为第四速度控制点对应速度值的调整步长，v_{5_new}为第五速度控制点调整后对应的速度值，v_{5_old}为第五速度控制点调整前对应的速度值，Δv₅为第五速度控制点对应速度值的调整步长，V_限为预设的限速值，ΔV为预设的速度误差范围，v为当前速度值。

在本实施例中，通过调整规则对可调控制点的速度值进行调整，可以使列车的速度较快的达到并稳定在预设的限速值及允许的误差范围。同时，由于第六控制点的速度值为限速值，对应的牵引力为0，可以使得列车的速度较快的接近预设的限速值，并稳定在允许的误差范围内，且有效的控制列车不会超出预设的限速值。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：设置有至少2个速度控制点，每个速度控制点对应一个预设的速度值和一个预设的牵引力值；所述速度控制点中包括至少1个速度值可根据预设的调整规则进行调整的可调控制点。

2.根据权利要求1所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述速度控制点将速度划分为不同的速度区间；所述每个速度区间对应一段预设的以速度控制点的速度值和牵引力值为参数的速度牵引力控制曲线，所述速度牵引力控制曲线可根据可调控制点的调整进行调整；根据所述速度牵引力控制曲线确定当前速度对应的牵引力值，以该牵引力值为目标值调整列车牵引电机的输出。

3.根据权利要求2所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述速度控制点还包括1个限速控制点，所述限速控制点对应固定的速度值，所述固定的速度值为预设的限速值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于，所述调整规则为：当前速度大于预设的限速值且超出误差允许范围时，按预设的调整步长减小各可调控制点对应的速度值；当前速度小于预设的限速值且超出预设的误差允许范围时，按预设的调整步长增大各可调控制点对应的速度值。

5.根据权利要求4所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述速度控制点包括第一控制点，第二控制点和第三控制点；所述第一控制点和第三控制点为可调控制点，所述第二控制点为限速控制点；所述第一控制点、第二控制点、第三控制点对应的速度值依次增大，对应的牵引力值依次减小。

6.根据权利要求5所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述第二控制点对应的牵引力值为预设的列车所受阻力值，所述第三控制点对应的牵引力值为0。

7.根据权利要求3所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述速度控制点包括第四控制点，第五控制点和第六控制点；所述第四控制点和第五控制点为可调控制点，所述第六控制点为限速控制点；所述第四控制点，第五控制点和第六控制点对应的速度值依次增大，对应的牵引力值依次减小。

8.根据权利要求7所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于：所述第四控制点对应的牵引力值为列车牵引电机最大牵引力，所述第六控制点对应的牵引力值为0。

9.根据权利要求8所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于，所述调整规则为：当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第四控制点对应的速度值；当前速度小于限速值，且限速值与当前速度之差大于等于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长增大第四控制点对应的速度值；当前速度大于限速值，且当前速度与限速值的差小于允许的误差值时，以预设的调整周期和预设的调整步长减小第五控制点对应的速度值。

10.根据权利要求7至9任一项所述的控制列车在低速状态下限速运行的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取列车的当前速度，确定当前速度对应的速度区间，根据该速度区间的速度牵引力控制曲线确定牵引力值，并调整列车牵引电机的输出为该牵引力值；

S2.判断列车当前速度是否满足预设的调整规则，是则根据调整规则调整可调控制点对应的速度值，并更新速度牵引力控制曲线，否则不进行修改。