CN106143540B - 轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，包括以下步骤：确定列车运行路径和列车全速运行参考曲线；计算列车牵引运行曲线；计算列车牵引运行曲线与其他参考曲线相交段；计算列车巡航运行曲线；计算列车巡航运行曲线与其他参考曲线相交段；计算列车制动运行曲线；计算列车制动运行曲线与其他参考曲线相交段；按照列车运行方向，生成列车全速密贴运行控制曲线。本发明可极大缩短项目任务周期，加快项目建设进度，节约大量项目经费；延长车载系统设备的使用周期，减少维修养护的工作量，提高轨道交通项目综合设计质量与水平，保障线路运输能力的有效实现。

Description

轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法

技术领域

本发明涉及一种轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，特别是涉及一种用于轨道交通列车运行控制系统的列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法。

背景技术

轨道交通列车运行控制系统的列车全速密贴运行控制曲线作为最高运行效率的列车运行曲线，是线路运输能力、ATS(Automatic Train Supervision system，列车自动监控系统)时刻表调整、闭塞设计优化、配线方案设计等的基础，是轨道交通运营综合服务水平的关键影响因素之一。

轨道交通列车全速密贴运行控制曲线由列车牵引运行曲线、巡航运行曲线和制动运行曲线组成。根据事先预算得出的列车全速运行参考曲线(无列车牵引运行参考曲线)，参照线路实际条件和车辆、信号、舒适度控制等参数，采用相关的列车运行控制计算方法，实时计算得出列车牵引运行曲线、与列车全速运行参考曲线紧密贴合的列车巡航运行曲线和制动运行曲线，形成列车全速密贴运行控制曲线，并满足停站精度设计要求。

既有列车运行控制计算方法通常采用PI(proportional integral controller比例调节和积分调节)控制和滑膜控制等传统工业控制方法，完成列车全速密贴运行控制曲线的实时计算。其中，PI控制方法由比例单元P、积分单元I组成，通过设置比例放大系数和积分时间2个全局性运行控制参数，获得列车全速密贴运行控制曲线；滑膜控制器是由滑膜控制模型和PI控制器组成，滑膜控制模型通过制定切换函数(全局性运行控制函数)、设置函数相关常量确定参考加速度(减速度为负值，下同)，并交由PI控制器实现列车运行控制。

既有列车运行控制计算方法属全局性运行控制方法，在全线车站平均停站精度满足设计要求的前提下，部分车站停站精度仍会较差，若对停站精度较差的车站进行调整，需更改全局性运行控制参数的取值，还会影响停站精度较好的车站。

在现场应用方面，由于列车实际性能和系统设计取值存在一定偏差，甚至同一批次的列车实际性能也存在一些差别，通常系统设计阶段只对既有列车运行控制计算方法中的全局性运行控制参数设定大致数值，具体精确取值需在实际线路通过现场反复调试确定，如遇列车运行曲线波动较大、列车停站不准等情况，可能需数月才能完成现场调试，且对调试人员的专业水平要求较高，人力和物力耗费极大。

在列车运行控制调速作用力(牵引力和制动力)取值方面，既有列车运行控制计算方法的调速作用力取值区间通常为0至最大作用力，当采用较小和较大的作用力进行调速时，由于车辆牵引电机自身的控制误差，实际输出作用力与预期作用力间偏差较大，会导致列车运行控制调速精度不准，与列车全速运行参考曲线的跟随性较差，并影响列车全速密贴运行控制曲线的停站精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的轨道交通列车运行控制的计算方法存在的调速精度低、与列车全速运行参考曲线的跟随性较差且影响列车的停站精度的缺陷，提供一种轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，无需进行全局性运行控制参数设置和取值测试，可精确高效计算得出列车全速密贴运行控制曲线，又能提供与列车全速运行参考曲线良好的跟随控制和高停站精度。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，其特点在于，包括以下步骤：

确定列车运行路径和列车全速运行参考曲线；

计算列车牵引运行曲线；

计算列车牵引运行曲线与其他参考曲线相交段；

计算列车巡航运行曲线；

计算列车巡航运行曲线与其他参考曲线相交段；

计算列车制动运行曲线；

计算列车制动运行曲线与其他参考曲线相交段；

按照列车运行方向，生成列车全速密贴运行控制曲线。

较佳地，计算列车牵引运行曲线所采用的计算公式包括：

公式一：

公式二：

公式三：

其中，S_i+1为当前采样周期至下一采样周期的列车位移；

v_i为当前采样周期的列车瞬时速度；

v_i+1为下一采样周期的列车瞬时速度；

j为冲击极限，为列车加速度的变化率限制；

a_i为当前第i个采样周期的加速度；

a_i+1为下一第i+1个采样周期的加速度；

a_wi为当前第i个采样周期的列车运行阻力加速度；

a_wi+1为下一第i+1个采样周期的列车运行阻力加速度；

t_sample为列车运行控制系统的采样周期；

列车运行阻力a_w的计算公式为：

公式四：

其中，为基本阻力加速度，为坡道阻力加速度，为曲线阻力加速度，为隧道空气阻力加速度；

的计算公式为：

公式五：其中v为列车运行速度，α、b、c为常数；

的计算公式为：

公式六：

其中，i₁、i₂为线路坡度；L为列车长度；l为列车在坡度i₁的斜坡上的列车长度；L-l为列车在坡度i₂的斜坡上的列车长度；ρ为列车旋转系数；

的计算公式为：

公式七：

其中，R₁、R₂为曲线半径，L为列车长度；l为列车在曲线半径R₁的线路上的列车长度；L-l为列车在曲线半径R₂的线路上的列车长度；

当隧道内有限制坡道时，的计算公式为：

公式八：

当隧道内无限制坡道时，的计算公式为：

公式九：

其中，L_s为隧道长度；v为列车在隧道内的运行速度。

上述计算公式，若牵引加速度为制动减速度，可进行列车制动运行曲线的计算；若牵引加速度或制动减速度等于列车运行阻力加速度，可进行列车匀速运行曲线的计算；若牵引加速度或制动减速度为0，可进行列车惰行过程的计算；若牵引加速度或制动减速度逐步减小至0，可进行列车牵引切除或制动切除过程的计算；若制动减速度由0逐步增加至指定值，可进行列车制动建立过程的计算。因此，上述计算公式可进行列车牵引运行曲线、列车制动运行曲线、列车匀速运行曲线、列车惰行过程、列车牵引切除或制动切除过程、列车制动建立过程等计算，适用范围广泛。

较佳地，当牵引加速度为制动减速度时，上述公式还用于进行列车制动运行曲线的计算；当牵引加速度或制动减速度等于列车运行阻力加速度时，上述公式还用于进行列车匀速运行曲线的计算；当牵引加速度或制动减速度为0时，上述公式还用于进行列车惰行过程的计算；当牵引加速度或制动减速度逐步减小至0时，上述公式还用于进行列车牵引切除或制动切除过程的计算；当制动减速度从0逐步增加至指定值时，上述公式还用于进行列车制动建立过程的计算。

较佳地，计算列车牵引运行曲线与其他参考曲线相交段包括：

计算牵引切除最大预估时间；

计算牵引切除最大预估时间起点；

计算牵引切除起点；

计算列车巡航运行或制动运行曲线的起点，若列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交，则根据牵引切除起点，计算列车牵引切除后的线路位置和速度，作为列车巡航运行曲线起点；若列车牵引运行曲线与列车制动运行参考曲线相交，则根据牵引切除起点，计算列车牵引切除、惰行、常用制动建立后的线路位置和速度，作为列车制动运行曲线起点。

较佳地，计算列车巡航运行曲线包括：

确定巡航调速作用力施加规则；

根据巡航调速工况选取规则；

计算巡航运行的调速控制；

确定列车巡航运行曲线的计算终点。

较佳地，计算列车巡航运行曲线与其他参考曲线相交段包括：

当列车进入下一更高土建限速的列车巡航运行参考曲线区域时：

若为制动运行工况，则制动切除并惰行运行，待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

若为惰行运行工况，若惰行运行工况之前为制动运行工况，待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；若惰行运行工况之前为牵引运行工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

若为牵引运行工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

当列车巡航运行曲线与列车制动运行参考曲线相交时：

计算制动切除最大预估时间；

计算制动切除最大预估时间起点；

计算制动切除起点；

确定列车制动运行曲线计算起点。

较佳地，列车制动运行曲线包括预期停车点、预期降速阶段及非预期停车点的制动参考曲线。

较佳地，计算列车制动运行曲线与其他参考曲线相交段包括：

当列车停车后再次牵引运行时：

采用牵引运行工况，根据列车停车点位置，待满足停车时间限制后，视作牵引启动起点，计算列车牵引运行曲线；

当列车制动运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交时：

计算制动切除最大预估时间；

计算制动切除最大预估时间起点；

计算制动切除起点；

确定列车巡航运行曲线计算起点。

本发明的积极进步效果在于：本发明提出列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，无需人工设置全局性运行控制参数并花费大量的时间进行复杂的现场测试，以完成相关控制参数的取值精调，通过建立列车运行控制调速作用力取值的置信区间以缩小调速作用力的输出偏差，设置列车运行控制调速作用力档位以减少速度调整的频率，延长车辆、列车运行控制系统等速度控制硬件设备的使用寿命，并可高效精确计算得出列车全速密贴运行控制曲线，通过适当缩小计算采样周期以增加计算采样点，可同步提高全线所有车站的停站精度。本发明可极大缩短项目任务周期，加快项目建设进度，节约大量项目经费；延长车载系统设备的使用周期，减少维修养护的工作量，提高轨道交通项目综合设计质量与水平，保障线路运输能力的有效实现。

附图说明

图1为本发明的一实施例的轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法的流程图。

图2为本发明一实施例的自适应计算方法中各类曲线的关系示意图。

图3为本发明一实施例的自适应计算方法中列车全速密贴运行控制曲线的生成示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本发明的轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法包括以下步骤：

步骤101、确定列车运行路径和列车全速运行参考曲线；

步骤102、计算列车牵引运行曲线；

步骤103、计算列车牵引运行曲线与其他参考曲线相交段；

步骤104、计算列车巡航运行曲线；

步骤105、计算列车巡航运行曲线与其他参考曲线相交段；

步骤106、计算列车制动运行曲线；

步骤107、计算列车制动运行曲线与其他参考曲线相交段；

步骤108、按照列车运行方向，生成列车全速密贴运行控制曲线。

其中，在步骤101中，会根据轨道交通运营组织需求，确定与不同类型列车、不同运行交路相关联的列车运行路径；由列车巡航运行参考曲线与制动运行参考曲线组成列车全速运行参考曲线。

其中列车制动运行参考曲线包含预期停车点(指定停车点，例如车站、折返轨换头点等)列车制动参考曲线、非预期停车点(非指定停车点，例如区间临时停车等)列车制动参考曲线和预期降速阶段(高土建限速进入低土建限速区段的降速过程)列车制动参考曲线，其中各类曲线的关系示意图如图2所示。

在步骤102中，本发明的列车牵引运行曲线的计算适用于列车由较低速度至较高速度的列车全速运行曲线的牵引运行计算。具体涉及两类情况，一类是列车由停车点牵引启动运行；另一类是列车由低土建限速进入高土建限速区段的迟滞加速情况，即列车尾部位置不确定性出清低限速区段后的牵引加速运行。

根据列车参考牵引加速度和线路实际条件，从列车牵引运行起点(包含停车点和牵引加速起点)开始计算列车牵引运行曲线，若与列车巡航运行参考曲线或制动运行参考曲线相交，记录交点信息，并转入步骤103；

在本发明中，需要注意的是：在列车牵引运行曲线计算过程中，可能先后会与列车巡航运行参考曲线、列车制动运行参考曲线相交，即存在多个交点，此时取交点速度最低的参考曲线作为与列车牵引运行曲线相交的曲线，这样可以确定列车牵引运行曲线的终点，并且充分考虑列车的运行安全。

在步骤102中，为实现精确计算，计算列车牵引运行曲线所采用的计算公式具体包括：

公式一：

公式二：

公式三：

其中，S_i+1为当前采样周期至下一采样周期的列车位移；

v_i为当前采样周期的列车瞬时速度；

v_i+1为下一采样周期的列车瞬时速度；

j为冲击极限，为列车加速度的变化率限制，即乘客乘坐的舒适度控制参数；

a_i为当前第i个采样周期的加速度；

a_i+1为下一第i+1个采样周期的加速度；

a_wi为当前第i个采样周期的列车运行阻力(基本阻力和附加阻力的和值)加速度；

a_wi+1为下一第i+1个采样周期的列车运行阻力加速度；

t_sample为列车运行控制系统的采样周期；

列车运行阻力a_w的计算公式为：

公式四：

其中，为基本阻力加速度，为坡道阻力加速度，为曲线阻力加速度，为隧道空气阻力加速度；

的计算公式为：

公式五：其中v为列车运行速度；

的计算公式为：

公式六：

其中，i₁、i₂为线路坡度；L为列车长度；l为列车在坡度i₁的斜坡上的列车长度；L-l为列车在坡度i₂的斜坡上的列车长度；ρ为列车旋转系数；当列车车长内存在多个线路坡度时，分别考虑每一个线路坡度的列车长度，依据上述公式进行计算。

的计算公式为：

公式七：

其中，R₁、R₂为曲线半径，L为列车长度；l为列车在曲线半径R₁的线路上的列车长度；L-l为列车在曲线半径R₂的线路上的列车长度；

计算时，当列车车长内存在多个曲线半径时，分别考虑每一个线路曲线半径的列车长度，依据上述公式进行计算。

当隧道内有限制坡道时，的计算公式为：

公式八：

当隧道内无限制坡道时，的计算公式为：

公式九：

其中，L_s为隧道长度；v为列车在隧道内的运行速度。

上述计算公式，若牵引加速度为制动减速度，可进行列车制动运行曲线的计算；若牵引加速度或制动减速度等于列车运行阻力加速度，可进行列车匀速运行曲线的计算；若牵引加速度或制动减速度为0，可进行列车惰行过程的计算；若牵引加速度或制动减速度逐步减小至0，可进行列车牵引切除或制动切除过程的计算；若制动减速度由0逐步增加至指定值，可进行列车制动建立过程的计算。因此，上述计算公式可进行列车牵引运行曲线、列车制动运行曲线、列车匀速运行曲线、列车惰行过程、列车牵引切除或制动切除过程、列车制动建立过程等计算，适用范围广泛。

在步骤103中，计算列车牵引运行曲线与其他参考曲线相交段具体包括：

1)计算牵引切除最大预估时间

列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线或制动运行参考曲线的相交时，是由牵引运行工况直接转入巡航运行或制动工况，未考虑转入之前的牵引切除或牵引切除、惰行、常用制动建立等过程，为真实反映实际列车运行情况，需进行处理计算。

受线路条件变化、列车牵引加速度变化、列车运行阻力变化等影响，若精确得出交点的速度和线路位置，计算时间较长，无法满足列车运行控制系统实时计算效率的需求。因而采用在牵引切除最大预估时间内，求取与列车巡航运行参考曲线或制动运行参考曲线最贴近的交点的方法，平衡实时计算效率与精度需求。

(1)列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交

(2)列车牵引运行曲线与列车制动运行参考曲线相交

分为列车牵引运行曲线与预期停车点列车制动参考曲线相交，列车牵引运行曲线与预期降速阶段、非预期停车点列车制动参考曲线相交2种类型。

由于牵引运行与制动工况间的转换需经惰行运行工况的过渡，因而牵引切除最大预估时间为：

①列车牵引运行曲线与预期停车点列车制动参考曲线相交

②列车牵引运行曲线与预期降速阶段、非预期停车点列车制动参考曲线

相交

2)计算牵引切除最大预估时间起点

以列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线或制动运行参考曲线交点为起点，读取该点的瞬时速度，按照列车反向运行方向，乘以牵引切除最大预估时间，得到牵引切除最大预估时间的反向走行距离终点，即牵引切除最大预估时间起点的线路位置。根据该线路位置读取列车牵引运行曲线的瞬时速度，作为牵引切除最大预估时间起点。

3)计算牵引切除起点

将牵引切除最大预估时间内的列车牵引运行曲线上的采样点视作可能的牵引切除起点，适当缩短采样周期以增加采样点数量，根据常用制动工况算法和线路实际条件，依次计算可能的所有牵引切除起点在牵引切除(适用于列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交)或牵引切除、惰行、常用制动建立(适用于列车牵引运行曲线与列车制动运行参考曲线相交)后与参考曲线最贴合的采样点作为牵引切除起点。

4)计算列车巡航运行或制动运行曲线起点

若列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交，根据牵引切除起点，计算列车牵引切除后的线路位置和速度，作为列车巡航运行曲线起点，转入步骤104；若列车牵引运行曲线与列车制动运行参考曲线相交，根据牵引切除起点，计算列车牵引切除、惰行、常用制动建立后的线路位置和速度，作为列车制动运行曲线起点，转入步骤106。

在步骤104中，对于列车巡航运行曲线的计算采用巡航调速方式，适用于与列车巡航运行参考曲线紧密贴合运行的列车巡航运行曲线的计算。

1)巡航调速作用力施加规则

对于列车运行控制系统，列车采用多大的牵引/制动力进行列车巡航调速控制没有统一标准，因而需人工进行分档。通过人工分档，可采用相对较小档位的牵引/制动力进行巡航调速，在保证与列车巡航运行参考曲线的跟随度前提下，既可降低对旅行速度的影响，又可减少速度调整的频率，延长车辆、列车运行控制系统等速度控制硬件设备的使用寿命。

(1)牵引/制动力分档

部分新型列车的牵引/制动力在一定范围内已可实现连续变化输出，但对于过小或过大的牵引/制动力，输出仍存在一定偏差。出于巡航运行精确调速的需求，人工会设定列车巡航调速的最小与最大牵引加速度/常用制动率置信区间,该区间内的牵引/制动力输出偏差较小。

根据列车荷载情况(AWO～AW3)，在列车最小与最大牵引加速度/常用制动率置信区间内，按照列车最大牵引加速度/全常用制动率百分比形式或具体档位数值形式对相应的牵引力、制动力进行分档。

例如，列车巡航调速所用常用制动率区间为0.5～0.8m/s²，干/湿轨全常用制动率为1m/s²，若每个制动力档位间相差干/湿轨全常用制动率的5％，即0.05m/s²，相应制动力档位划分如下表所示。

列车巡航调速所用常用制动率的档位划分列表

(2)确定牵引/制动力大小

根据列车巡航调速工况选取结果，若选用牵引工况进行调整，采用大于列车运行阻力的最小牵引力档位；若选用制动工况进行调整，采用大于列车运行阻力的最小制动力档位。

2)巡航调速工况选取规则

(1)若列车瞬时速度小于当前列车运行控制系统采样周期的巡航运行阶段列车参考曲线速度，判断当前位置的列车运行阻力，

①若为正(与列车运行方向相同为正)，采用惰行工况进行速度调整；

②若为0或负，采用牵引工况进行速度调整。

(2)若列车瞬时速度等于当前列车运行控制系统采样周期的巡航运行阶段列车参考曲线速度，判断当前位置的列车运行阻力，

①若为正，采用制动工况进行速度调整；

②若为0，采用惰行工况进行速度调整；

③若为负，采用牵引工况进行速度调整。

(3)若列车瞬时速度大于当前列车运行控制系统采样周期的巡航运行阶段列车参考曲线速度，判断当前位置的列车运行阻力，

①若为正(参照列车运行方向)或0，采用制动工况进行速度调整；

②若为负，采用惰行工况进行速度调整。

需要注意的是：

列车巡航调速进行运行工况转换时，牵引与制动工况相互转换间存在惰行时间限制，不能立刻转换；牵引与再次牵引、制动与再次制动工况之间不存在惰行时间限制，但须遵循冲击极限的限制，逐步施加至所需的牵引或制动力。

3)巡航运行的调速控制计算

由列车巡航运行曲线计算起点开始，根据巡航调速工况选取规则、巡航调速作用力施加规则，进行如下控制计算：

(1)若列车瞬时速度小于当前列车运行控制系统采样周期的列车巡航运行参考曲线速度

①当前列车为牵引工况，若当前位置的列车运行阻力为正，选取惰行工况进行调整，进行牵引切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0或负，选取牵引工况进行调整，以最小牵引力为目标进行牵引力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

②列车当前为制动工况，若当前位置的列车运行阻力为正，选取惰行工况进行调整，进行制动切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0或负，选取牵引工况进行调整，进行制动切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

③列车当前为惰行工况，若列车当前位置的列车运行阻力为正，选取惰行工况进行调整，每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行列车巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0或负，选取牵引工况进行调整，若惰行工况之前为制动工况且满足惰行时间限制(制动与牵引工况转换间存在惰行时间限制)，开始施加最小牵引力，若不满足惰行时间限制，继续进行惰行运行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取；若惰行工况之前为牵引工况，开始施加最小牵引力，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

(2)若列车瞬时速度等于当前列车运行控制系统采样周期的巡航运行阶段列车参考曲线速度

①当前列车为牵引工况，若当前位置的列车运行阻力为正，选取制动工况进行调整，进行牵引切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0，选取惰行工况进行调整，进行牵引切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为负，选取牵引工况进行调整，以最小牵引力为目标进行牵引力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

②列车当前为制动工况，若当前位置的列车运行阻力为正，选取制动工况进行调整，以最小制动力为目标进行制动力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0，选取惰行工况进行调整，进行制动切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若当前位置的列车运行阻力为负，选取牵引工况进行调整，进行制动切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

③列车当前为惰行工况，若列车当前位置的列车运行阻力为正，选取制动工况进行调整，若惰行工况之前为制动工况，以最小制动力为目标进行制动力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取；若惰行工况之前为牵引工况，若满足惰行时间限制，以最小制动力为目标进行制动力调整，若不满足惰行时间限制，继续进行惰行运行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为0，选取惰行工况进行调整，继续进行惰行运行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为负，选取牵引工况进行调整，若惰行工况之前为制动工况，若满足惰行时间限制，以最小牵引力为目标进行牵引力调整，若不满足惰行时间限制，继续进行惰行运行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取，若惰行工况之前为牵引工况，以最小牵引力为目标进行牵引力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

(3)若列车瞬时速度大于当前列车运行控制系统采样周期的巡航运行阶段列车参考曲线速度

①当前列车为牵引工况，若当前位置的列车运行阻力为正或0，选取制动工况进行调整，进行牵引切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为负，选取惰行工况进行调整，进行牵引切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

②列车当前为制动工况，若当前位置的列车运行阻力为正或0，选取制动工况进行调整，以最小制动力为目标进行制动力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为负，选取惰行工况进行调整，进行制动切除，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

③列车当前为惰行工况，若列车当前位置的列车运行阻力为正或0，选取制动工况进行调整，若惰行工况之前为制动工况，以最小制动力为目标进行制动力调整，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取；若惰行工况之前为牵引工况，若满足惰行时间限制，以最小制动力为目标进行制动力调整，若不满足惰行时间限制，继续进行惰行运行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。若列车当前位置的列车运行阻力为负，选取惰行工况进行调整，继续进行惰行，之后每间隔一个列车运行控制系统采样周期进行巡航调速工况再次选取。

4)确定列车巡航运行曲线的计算终点。

当列车巡航运行曲线计算至列车巡航运行参考曲线的终点时，停止计算，记录列车此时的运行工况、加/减速度取值、速度和线路位置信息，初步视作列车巡航运行曲线的计算终点，转入步骤105。

在步骤105中，列车巡航运行曲线在计算终点会存在两类情况，分别是进入下一更高土建限速的列车巡航运行参考曲线区域、列车巡航运行曲线与列车制动运行参考曲线相交。考虑下一阶段的运行工况，需对列车巡航运行曲线的计算终点优化。

(1)进入下一更高土建限速的列车巡航运行参考曲线区域

列车进入下一更高土建限速的列车巡航运行参考曲线区域，需采用牵引运行工况，根据列车巡航运行曲线终点的工况

①若为制动运行工况，需制动切除并惰行运行，待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，转入步骤102，计算列车牵引运行曲线。

②若为惰行运行工况，若惰行工况之前为制动工况，需待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，转入步骤102，计算列车牵引运行曲线；若惰行工况之前为牵引工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，转入步骤102，计算列车牵引运行曲线。

③若为牵引运行工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，转入步骤102，计算列车牵引运行曲线。

(2)列车巡航运行曲线与列车制动运行参考曲线相交

列车巡航运行曲线与列车制动运行参考曲线相交会存在两类情况，分别是列车巡航运行曲线与预期停车点列车制动参考曲线相交，列车巡航运行曲线与预期降速阶段、非预期停车点列车制动参考曲线相交。

①制动切除最大预估时间计算。

A.列车巡航运行曲线与预期停车点列车制动参考曲线相交

B.列车巡航运行曲线与预期降速阶段、非预期停车点列车制动参考曲线相交

②制动切除最大预估时间起点计算。以列车巡航运行曲线与制动参考曲线交点为起点，读取该点的瞬时速度，按照列车反向运行方向，乘以制动切除最大预估时间，得到制动切除最大预估时间的反向走行距离终点，即制动切除最大预估时间起点的线路位置。根据该线路位置读取列车巡航运行曲线或列车牵引运行曲线(列车巡航运行曲线之前为列车牵引运行曲线，且列车巡航运行曲线较短，小于制动切除最大预估时间)的瞬时速度，作为制动切除最大预估时间起点。

③制动切除起点计算。将制动切除最大预估时间内的列车巡航运行曲线或列车牵引运行曲线上的采样点视作可能的制动切除起点，适当缩短采样周期以增加采样点数量，根据牵引运行工况算法、常用制动工况算法和线路实际条件，依次计算所有制动切除起点在牵引切除、惰行、常用制动建立或常用制动建立后与参考曲线最贴合的采样点作为制动切除起点。

④确定列车制动运行曲线计算起点。将牵引切除、惰行、常用制动建立或常用制动建立后与参考曲线最贴合的采样点作为列车制动运行曲线计算起点，转入步骤106。

在步骤106中，与制动参考曲线相交的曲线分为2类，分别是列车牵引运行曲线和巡航运行曲线。此处制动参考曲线包含预期停车点、预期降速阶段、非预期停车点列车制动参考曲线。

对于列车牵引运行曲线和巡航运行曲线的终点，需计算取得与制动参考曲线最贴合的采样点。如果将牵引/制动切除最大预估时间内的列车运行控制系统采样周期缩短，即缩短采样点之间的时间间隔，这样采样点的数量会增加，取得的计算终点可与制动参考曲线无限贴合，同时满足列车停站精度的要求。

因而，根据列车牵引运行曲线和巡航运行曲线的计算终点，计算预期停车点、预期降速阶段、非预期停车点的列车制动运行曲线，记录列车制动运行曲线终点，转入步骤107。当计算至列车运行路径终点时，转入步骤108。

在步骤107中，列车制动运行曲线在计算终点会存在两类情况，分别是列车停车后的再次牵引运行、列车制动运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交。考虑下一阶段的运行工况，需对列车巡航运行曲线的计算终点优化。

(1)列车停车后的再次牵引运行

列车停车后若再次牵引运行，需采用牵引运行工况，根据列车停车点位置，待满足停车时间限制后，视作牵引启动起点，转入步骤102，计算列车牵引运行曲线。

(2)列车制动运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交

①制动切除最大预估时间计算。

②制动切除最大预估时间起点计算。以列车制动运行曲线与列车巡航运行参考曲线交点为起点，读取该点的瞬时速度，按照列车反向运行方向，乘以制动切除最大预估时间，得到制动切除最大预估时间的反向走行距离终点，即制动切除最大预估时间起点的线路位置。根据该线路位置读取列车制动运行曲线的瞬时速度，作为制动切除最大预估时间起点。

③制动切除起点计算。将制动切除最大预估时间内的列车制动运行曲线上的采样点视作可能的制动切除起点，适当缩短采样周期以增加采样点数量，根据常用制动工况算法和线路实际条件，反向依次计算所有取采样点制动切除后与参考曲线最贴合的采样点作为制动切除起点。

④确定列车巡航运行曲线计算起点。将计算制动切除后与参考曲线最贴合的采样点作为列车巡航运行曲线计算起点，转入步骤104。

在步骤108中，列车全速密贴运行控制曲线是由若干条列车牵引运行曲线、列车巡航运行曲线和列车制动运行曲线的组成。

因而，按照列车运行方向，当计算至列车运行路径终点时，停止计算。从列车停车点开始，根据精确计算得出的列车牵引运行曲线、列车巡航运行曲线、列车制动运行曲线及其起始点，依次连接相关的采样点，形成列车全速密贴运行控制曲线。

具体的列车全速密贴运行控制曲线的生成示意图如图3所示，按照列车运行方向，点A即作为列车牵引运行曲线的终点，又作为后续列车巡航运行曲线的起点；点B即作为列车巡航运行曲线的终点，又作为后续列车牵引运行曲线的起点；点C即作为列车牵引运行曲线的终点，又作为后续列车制动运行曲线的起点；点E即作为列车制动运行曲线的终点，又作为后续列车巡航运行曲线的起点；点F即作为列车巡航运行曲线的终点，又作为后续列车制动运行曲线的起点。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轨道交通列车全速密贴运行控制曲线的自适应计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定列车运行路径和列车全速运行参考曲线；

计算列车牵引运行曲线；

计算列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线、列车制动运行参考曲线的相交段；

计算列车巡航运行曲线；

计算列车巡航运行曲线与列车牵引运行曲线、列车制动运行参考曲线相交段；

计算列车制动运行曲线；

计算列车制动运行曲线与列车牵引运行曲线、列车巡航运行参考曲线相交段；

按照列车运行方向，生成列车全速密贴运行控制曲线；

计算列车巡航运行曲线包括：

确定巡航调速作用力施加规则；

确定巡航调速工况选取规则；

计算巡航运行的调速控制；

确定列车巡航运行曲线的计算终点。

2.如权利要求1所述的自适应计算方法，其特征在于，计算列车牵引运行曲线所采用的计算公式包括：

公式一：

公式二：

公式三：

其中，S_i+1为当前采样周期至下一采样周期的列车位移；

v_i为当前采样周期的列车瞬时速度；

v_i+1为下一采样周期的列车瞬时速度；

j为冲击极限，为列车加速度的变化率限制；

a_i为当前第i个采样周期的加速度；

a_i+1为下一第i+1个采样周期的加速度；

a_wi为当前第i个采样周期的列车运行阻力加速度；

a_wi+1为下一第i+1个采样周期的列车运行阻力加速度；

t_sample为列车运行控制系统的采样周期；

列车运行阻力加速度a_w的计算公式为：

公式四：

其中，为基本阻力加速度，为坡道阻力加速度，为曲线阻力加速度，为隧道空气阻力加速度；

的计算公式为：

公式五：其中v为列车运行速度；

的计算公式为：

公式六：

其中，i₁、i₂为线路坡度；L为列车长度；l为列车在坡度i₁的斜坡上的列车长度；L-l为列车在坡度i₂的斜坡上的列车长度；ρ为列车旋转系数；

的计算公式为：

公式七：

其中，R₁、R₂为曲线半径；l₁为列车在曲线半径R₁的线路上的列车长度；L-l₁为列车在曲线半径R₂的线路上的列车长度；

当隧道内有限制坡道时，的计算公式为：

公式八：

当隧道内无限制坡道时，的计算公式为：

公式九：

其中，L_s为隧道长度。

3.如权利要求2所述的自适应计算方法，其特征在于，当牵引加速度为制动减速度时，上述公式还用于进行列车制动运行曲线的计算；当牵引加速度或制动减速度等于列车运行阻力加速度时，上述公式还用于进行列车匀速运行曲线的计算；当牵引加速度或制动减速度为0时，上述公式还用于进行列车惰行过程的计算；当牵引加速度或制动减速度逐步减小至0时，上述公式还用于进行列车牵引切除或制动切除过程的计算；当制动减速度从0逐步增加至指定值时，上述公式还用于进行列车制动建立过程的计算。

4.如权利要求1所述的自适应计算方法，其特征在于，计算列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线、列车制动运行参考曲线的相交段包括：

计算牵引切除最大预估时间；

计算牵引切除最大预估时间起点；

计算牵引切除起点；

计算列车巡航运行或制动运行曲线的起点，若列车牵引运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交，则根据牵引切除起点，计算列车牵引切除后的线路位置和速度，作为列车巡航运行曲线起点；若列车牵引运行曲线与列车制动运行参考曲线相交，则根据牵引切除起点，计算列车牵引切除、惰行、常用制动建立后的线路位置和速度，作为列车制动运行曲线起点。

5.如权利要求1所述的自适应计算方法，其特征在于，计算列车巡航运行曲线与列车牵引运行曲线、列车制动运行参考曲线相交段包括：

当列车进入下一更高土建限速的列车巡航运行参考曲线区域时：

若为制动运行工况，则制动切除并惰行运行，待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

若为惰行运行工况，若惰行运行工况之前为制动运行工况，待满足惰行时间限制后，视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；若惰行运行工况之前为牵引运行工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

若为牵引运行工况，将列车巡航运行曲线的计算终点视作牵引加速起点，计算列车牵引运行曲线；

当列车巡航运行曲线与列车制动运行参考曲线相交时：

计算制动切除最大预估时间；

计算制动切除最大预估时间起点；

计算制动切除起点；

确定列车制动运行曲线计算起点。

6.如权利要求1所述的自适应计算方法，其特征在于，列车制动运行曲线包括预期停车点、预期降速阶段及非预期停车点的制动参考曲线。

7.如权利要求1所述的自适应计算方法，其特征在于，计算列车制动运行曲线与列车牵引运行曲线、列车巡航运行参考曲线相交段包括：

当列车停车后再次牵引运行时：

采用牵引运行工况，根据列车停车点位置，待满足停车时间限制后，视作牵引启动起点，计算列车牵引运行曲线；

当列车制动运行曲线与列车巡航运行参考曲线相交时：

计算制动切除最大预估时间；

计算制动切除最大预估时间起点；

计算制动切除起点；

确定列车巡航运行曲线计算起点。