CN106043351B - 新安全制动模型及移动授权距离内停车的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新安全制动模型，区别于标准IEEE_1474.1‑2004定义的经典安全制动模型，包括滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段，使得经典模型中失控加速阶段通过牵引切除的方法得以消除。还公开了：基于新安全制动模型的缩短安全间隔距离的方法、基于新安全制动模型和经典安全制动模型的移动授权距离内停车的方法、以及切除/激活牵引的装置。本发明可以有效减小安全间隔距离和提高接近停准点速度。

Description

新安全制动模型及移动授权距离内停车的方法

技术领域

本发明涉及轨道通信控制领域。

背景技术

目前列车信号控制系统都参照该标准IEEE_1474.1-2004(IEEE基于通信的列车自动控制系统效率及功能需求标准)定义实施安全制动模型(下文称为经典安全制动模型)，该模型定义了如何依据目前列车行驶速度计算出列车与前方障碍物之间在最不利条件下所需的最小防护距离(安全间隔)。从而保障在列车紧急制动触发后，列车能在撞击前方障碍物之停止。经典安全制动模型从系统探侧并触发紧急制动，到列车停止整个过程建立的最不利场景下需要的防护距离，包含5个阶段：

1)车载列车自动防护系统(ATP)触发紧急制动阶段；

2)列车系统牵引切除(失控加速)阶段；

3)列车系统滑行阶段；

4)列车系统紧急制动建立阶段；

5)列车系统施加保障紧急制动率阶段。

实际，从时间轴来看，经典安全制动模型可以简化看为三个主要阶段：

1)失控加速阶段D1；

2)滑行阶段D2；

3)保障紧急制动率制动阶段D3；

参照该定义计算出的高效进站停站，需要较长的防护距离(安全间隔)。在目前很多地铁项目中，客户提出在保障既有停站效率的前提下，需要更短的站台过冲防护距离，如15米或者更小。按照经典安全制动模型，以下方表1列车参数为例计算，为了满足15米过冲防护距离，列车只能以约3.6公里每小时，也就是1米每秒速度接近停站点。无法在该标准模型下满足客户高效进站的要求，另外列车行进低速控制对于列车速度控制系统也是一大挑战。

参数名称	参数值	单位
			TIME牵引切除延时	0.5	s
惰行时间	1.5	s
			超速容限	1	m/s
ATP紧急制动反应时间	0.28	s
			测速误差	3	％
干轨最小保证紧急制动率	0.95	m/s^2
			继电器响应时间	0.036	s
失控加速度	1.4	m/s^2
			定位不确定度	2	m

表1

发明内容

本发明的目的之一在于提供新安全制动模型和缩短安全间隔距离的方法，以有效缩短安全防护距离。

本发明的目的之二在于提供移动授权距离内停车的方法，可以有效减小安全间隔距离和提高接近停准点速度。

本发明的目的之三在于提供切除/激活牵引的装置，辅助实现牵引的切除和激活。

实现上述目的的技术方案是：

一种新安全制动模型，区别于经典安全制动模型，所述经典安全制动模型包括:失控加速阶段、滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段；

所述新安全制动模型包括滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段，使得经典安全制动模型中的失控加速阶段通过切除牵引的方法得以消除。

根据上述技术方案，消除经典安全制动模型中失控加速阶段对于安全间隔产生的影响，为缩短安全防护距离和提高接近停准点速度提供基础。

一种基于上述新安全制动模型的缩短安全间隔距离的方法，切除列车牵引使能，车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；

列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。

根据上述技术方案，实现缩短安全防护距离要求，从而在保障安全的情况下提高列车运行效率。如15米以内的列车安全过冲防护距离情况下高效进站停站。

进一步地，所述的移动授权距离指：列车到目标停车点的距离加上过冲防护距离；

切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前。

一种基于上述的新安全制动模型和经典安全制动模型的移动授权距离内停车的方法，当有牵引使能时，车载列车自动防护系统选用经典安全制动模型；

当牵引切除时，车载列车自动防护系统选用新安全制动模型；

车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照经典安全制动模型或者新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；

列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。

根据上述技术方案，根据当前列车速度和移动授权距离，动态实施列车牵引激活与切除，即：采用两套安全制动模型，在列车牵引使能激活时，采用标准定义的经典安全制动模型；在列车牵引使能非激活时，采用新安全制动模型(屏蔽经典安全制动模型中失控加速阶段)。从而控制或消除经典安全制动模型中第2阶段(失控加速阶段)对于安全间隔产生的影响。由于列车牵引使能切除，列车无法加速，从而规避了标准中定义的列车失控加速故障，安全间隔计算中规避了由于失控加速阶段产生的防护距离，可以大大缩短高效进站所需的安全防护距离。或者同等安全防护距离下提高进站效率。例如：列车可以以7.2公里每小时，也就是2米每秒的速度接近停站点，接近速度提高了一倍。可应用于轨道交通尽头线车站及停车场、车辆段等场景。实现缩短土建距离、减少了土建投资，满足客户，尤其是地铁客户新需求。

进一步地，所述的移动授权距离指：列车到目标停车点的距离加上过冲防护距离。

进一步地，切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前；

当车载列车自动防护系统计算在激活牵引使能后，按经典安全制动模型不会触发紧急制动时，激活牵引使能。描述了激活/切除牵引的时机，保证了两套安全制动模型的恰当选取。

一种实现上述切除/激活牵引的装置，包括：

两个继电器；

连接车载列车自动防护系统的输出端及输入端的回采线；

连接车载列车自动防护系统和列车控制系统的列车线；以及

连接车载列车自动防护系统和牵引系统的状态线；

其中，每个所述继电器包括线圈、常开触点和常闭触点；

车载列车自动防护系统的输出端连接两个所述继电器的线圈；

两个所述继电器的常闭触点串接在所述回采线上；

两个所述继电器的常开触点串接在所述列车线上。

根据上述技术方案，有效配合实现列车牵引状态的激活/切除，为采用何种安全制动模型提供判断基础。

附图说明

图1是本发明中移动授权距离的定义图；

图2是经典安全制动模型下安全间隔距离图；

图3是经典安全制动模型下速度距离图；

图4是新安全制动模型下安全间隔距离图；

图5是新安全制动模型下速度距离图；

图6是本发明中切除/激活牵引的装置切除牵引时的结构图；

图7是本发明中切除/激活牵引的装置激活牵引时的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

现有技术中，列车在站台之间行进过程中，列车牵引使能一直激活。在列车到达站台停准静止后，切除牵引使能；等停站结束后，列车发车条件满足，再次激活牵引使能，列车发车至下一个站台。研究实际列车进站停车过程后，发现正常减速进站过程中不需要保持牵引力。列车速度自动控制模块，在整个减速到停站停准过程中，可以只使用制动和滑行命令，减速停车，无需牵引力。一旦切除了牵引后，就不会出现失控加速故障阶段，从而在满足了运行控制效率要求下，减少了安全防护距离。

因此，本发明采用新动态安全制动模型，区别于经典安全制动模型，新安全制动模型包括滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段，通过切除牵引使得列车无法加速，经典安全制动模型中的失控加速阶段得以消除。

另外，本发明还提供基于新安全制动模型的缩短安全间隔距离的方法和基于新安全制动模型和经典安全制动模型的移动授权距离内停车的方法。涉及车载列车自动防护系统(ATP)和列车自动驾驶系统(ATO)，其中，车载列车自动防护系统负责列车行驶安全，主要功能是依据移动授权距离，按照安全制动模型计算出列车最高速度曲线(ATP速度曲线)，在列车速度超过该曲线时，触发紧急制动，保障列车在移动授权距离内停车。列车自动驾驶系统负责列车自动驾驶功能，主要功能是在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际运行速度，包括加速或减速。实际控制列车时，如果由于列车或者ATO控制出现错误，造成超速情况，由ATP模块保障触发安全制动。所以ATP速度曲线越高，系统对ATO控制错误的容忍度越大。

既有车载列车自动防护系统参照经典安全制动模型，在收到轨旁移动授权单元发送的移动授权后(移动授权是列车允许移动的距离)计算ATP速度曲线。以列车停站为例，如图1所示，移动授权距离包括两部分：

1)从列车到目标停车点，也就是列车停站停准时车头位置；2)目标停车点到过冲防护区段距离，用于防范列车出现过冲停车点时的防护距离。在列车实际停站过程中，出于运行效率考虑，需要列车在接近停准点时依旧保持一定速度来满足运行效率需求。接近停准点速度过低，时间过长，会影响地铁运行效率，尤其在高峰时段。所以停站时都会预留一定的防护距离，让列车保持一定速度接近停准点。

本发明的缩短安全间隔距离的方法，包括：切除列车牵引使能，车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。即：列车在进站过程中，通过切除牵引保持较高的速度进站，利用滑行及制动接近目的地，实现缩短安全防护距离要求，从而在保障安全的情况下提高列车运行效率。如15米以内的列车安全过冲防护距离情况下高效进站停站。切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前。

本发明的移动授权距离内停车的方法，包括：当有牵引使能时，车载列车自动防护系统选用经典安全制动模型；当牵引切除时，车载列车自动防护系统选用新安全制动模型；车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照经典安全制动模型或者新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。

其中，切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前；当车载列车自动防护系统计算在激活牵引使能后，按经典安全制动模型不会触发紧急制动时，激活牵引使能。

具体地，以下描述经典安全制动模型和新安全制动模型的区别，以验证上述内容：

收到移动授权后，车载列车自动防护系统实时监控当前速度，参照经典安全制动模型监控列车是否会过冲移动授权尽头。针对经典安全模型简化后的三个主要阶段(失控加速阶段D1；滑行阶段D2；保障紧急制动率制动阶段D3)，速度在时间上的积分为行驶的距离D＝∫V(t)dt。整个制动距离,也就是安全间隔距离，为图2中抛物虚线下方面积。

车载列车自动防护系统按照经典安全制动模型计算出ATP速度曲线(行驶到目标点过程中，每个位置的最大允许速度。突破该速度，列车ATP功能模块会触发紧急制动)。从速度距离图(图3)来看，ATP速度曲线如下。ATP速度曲线在每一个点，需保证按经典安全制动模型触发紧急自动后，不会超越移动授权尽头。从ATP速度曲线发出的抛物线为经典安全制动模型曲线，初始上扬部分是由于失控加速造成，该抛物线与横轴的交点需落在移动授权尽头之前，保障列车紧急制动发生后列车停车点不会超越移动授权尽头。ATO速度曲线位予ATP速度曲线下方，用于列车速度自动控制到目标停车点。

在新安全制动模型中，通过提前切除列车牵引使能的方法，使得列车失去牵引而无法加速，从而达到消除失控加速的可能性。切除牵引的时机，选择在列车从滑行转为减速接近停车点的过程中，同时需在按经典制动模型触发紧急制动前完成牵引切除。图2中经典安全制动模型失控加速过程通过切除牵引方法，得以消除，见下方图4。速度在时间上的积分为行驶的距离D＝∫V(t)dt。整个制动距离,也就是安全间隔距离通过消除失控加速减小，即减少图四中阴影部分面积。紧急制动触发速度相同的情况下，新安全制动模型可以有效减小安全间隔距离。

由于相同速度下，所需的安全间隔距离小了，那么在安全防护距离一定的情况下，也就是移动授权距离一定的情况下，列车允许的最高速度会提升。也就是ATP速度曲线(速度距离图)相对提升，见图5。也就是说，在过冲防护距离一定的情况下，新安全制动模型，可以提高进接近停准点速度，从而提高站停车效率。

为实现新动态安全制动模型功能优化，车载列车自动防护系统(ATP)，动态选择采用安全制动模型。当有牵引使能时，采用经典安全制动模型；当牵引切除时，采用新安全制动模型；对于牵引使能的控制，在下文具体描述。列车可以在滑行到减速接近停车点过程中切除牵引，又可以在速度过低且满足经典安全制动模型时再次打开牵引使能提升速度，从而动态选择是否激活牵引，实现新动态安全制动模型监控。ATO需相应配合，如在停站算法中，优化无牵引力停站。

为了实现切除/激活牵引，车载自动防护系统需要监控列车牵引状态，以此为依据判断采用何种安全制动模型。同时，为保障牵引使能输出安全正确，本发明提供实现切除/激活牵引的装置，包括：两个继电器、回采线L1、列车线L2、状态线L3。每个继电器包括线圈J1、J2、常开触点S1、S2和常闭触点K1、K2。

回采线L1连接车载列车自动防护系统的输出端及输入端。列车线L2连接车载列车自动防护系统和列车控制系统。状态线L3连接车载列车自动防护系统和牵引系统。车载列车自动防护系统的输出端连接两个继电器的线圈J1、J2；两个继电器的常闭触点K1、K2串接在回采线L1上。两个继电器的常开触点S1、S2串接在列车线L2上。

切除牵引时：当车载列车自动防护系统命令牵引使能切除时，继电器线圈J1、J2处于失磁状态，回采点(常闭触点K1、K2)按照安全继电器原则取反采集后接点，处于闭合状态。当常闭触点K1、K2都闭合时，输出回采接通，可以确认常闭触点K1、K2都闭合。同时通过安全继电器机械特性保障列车线控制接点(常开触点S1、S2)断开，牵引使能切除命令传达列车线L2。在列控系统切除牵引后，通过状态线L3返回牵引系统状态，确认牵引切除，见图6。

激活牵引时：激活牵引与牵引切除是相反过程，车载ATP输出1,2命令高电平后，继电器线圈J1、J2励磁。回采点(常闭触点K1、K2)打开，列车线控制接点闭合，信号发送至列车控制电路。之后通过牵引列车线回采牵引系统状态确认牵引激活，如图7。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种基于新安全制动模型的缩短安全间隔距离的方法，所述新安全制动模型区别于经典安全制动模型，所述经典安全制动模型包括:失控加速阶段、滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段；所述新安全制动模型包括滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段,使得经典安全制动模型中的失控加速阶段通过切除牵引的方法得以消除；其特征在于，

切除列车牵引使能，车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；

列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。

2.根据权利要求1所述的缩短安全间隔距离的方法，其特征在于，

所述的移动授权距离指：列车到目标停车点的距离加上过冲防护距离；

切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前。

3.一种基于新安全制动模型和经典安全制动模型的移动授权距离内停车的方法，所述新安全制动模型区别于经典安全制动模型，所述经典安全制动模型包括:失控加速阶段、滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段；所述新安全制动模型包括滑行阶段和保障紧急制动率制动阶段,使得经典安全制动模型中的失控加速阶段通过切除牵引的方法得以消除；其特征在于，

当有牵引使能时，车载列车自动防护系统选用经典安全制动模型；

当牵引切除时，车载列车自动防护系统选用新安全制动模型；

车载列车自动防护系统根据移动授权距离，按照经典安全制动模型或者新安全制动模型计算出ATP速度曲线，在列车实际速度超过ATP速度曲线时，触发紧急制动；

列车自动驾驶系统在ATP速度曲线允许范围内，控制列车实际速度。

4.根据权利要求3所述的移动授权距离内停车的方法，其特征在于，所述的移动授权距离指：列车到目标停车点的距离加上过冲防护距离。

5.根据权利要求4所述的移动授权距离内停车的方法，其特征在于，

切除牵引使能的时机，选择在列车从滑行转为减速接近目标停车点的过程中，并在触发紧急制动之前；

当车载列车自动防护系统计算在激活牵引使能后，按经典安全制动模型不会触发紧急制动时，激活牵引使能。

6.一种实现权利要求5所述移动授权距离内停车的方法的装置，其特征在于，所述装置为实现切除/激活牵引并包括：

两个继电器；

连接车载列车自动防护系统的输出端及输入端的回采线；

连接车载列车自动防护系统和列车控制系统的列车线；以及

连接车载列车自动防护系统和牵引系统的状态线；

其中，每个所述继电器包括线圈、常开触点和常闭触点；

车载列车自动防护系统的输出端连接两个所述继电器的线圈；

两个所述继电器的常闭触点串接在所述回采线上；

两个所述继电器的常开触点串接在所述列车线上。