CN107757656A - 列车自动驾驶制动方法 - Google Patents

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    • B60T7/12—Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger

Abstract

本发明公开了一种列车自动驾驶制动方法，包括：计算列车自动驾驶制动符合切牵引、惰行、制动施加、制动缓解最短距离S2，计算列车自动驾驶执行牵引、惰行和制动控车的最短距离S1；列车自动驾驶控车之前，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离小于时，控制列车开始以恒定加速度a制动，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离大于时，控制列车以某一恒定加速度加速到v后以恒定速度匀速行驶；若列车自动驾驶控车过程中，列车到前方停车点的距离小于等于S1时，输出预设恒定加速度b，到停车点输出最大制动使列车停下。本发明相对现有技术相比具有更高停车精度。

Description

列车自动驾驶制动方法
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种轨交列车自动驾驶制动方法。
背景技术
车载自动驾驶模式下，列车通过控制牵引制动系统的输出，实现列车的速度控制。其中，为了实现列车的自动制动，需要计算出列车制动时需要遵循的理想速度曲线，提供给自动速度控制模块参考。该列车制动理想速度曲线是一个理论值，它能体现列车运行过程中的各个性能指标。
这种列车制动理想速度曲线不止一条，它们都被称为自动驾驶刹车曲线，包括：安全制动模型曲线、常用制动刹车曲线、刹车曲线2、刹车曲线2a、刹车曲线3。但是这些曲线都是按照正常的列车发车、巡航、切牵引、施加制动、最后停车为模型计算构建的。
1、安全制动模型刹车曲线，SBM(Safe brake mode)。
如图1所示，根据安全制动模型曲线，列车需要经过阶段1-牵引切除最终到达的点不能越过列车自动防护的安全停车点。
假设存在速度v，使得列车从当前位置以速度v开始按照安全制动模型制动，并最终停止在ATO(列车自动驾驶)安全停车点，则速度v被记为安全制动模型刹车曲线在列车当前位置的取值。以距离为x轴，以速度大小为y轴，将每周期计算得出的v的取值按周期排列并连接成线，即可得到安全制动模型曲线。
2、常用制动刹车曲线FSB(Full Service Braking)。
如图2所示，列车行进过程中，会根据土建限速以及临时限速生成目标速度。列车以高于目标速度的速度行驶并接近目标速度点时，需要一个制动阶段使车速降到目标速度，从而不超过新的限速。对最后停站来说，目标速度为0，到目标速度的距离即列车到自动驾驶停车点的距离。
在这个过程中，列车还需要遵循常用制动曲线。常用制动时，列车的加速度为固定值，再加上坡度，根据距离倒推出来的速度即为常用制动速度曲线。
3、刹车曲线1
计算出安全制动模型曲线和常用制动曲线后，取目标刹车曲线1＝Min(安全制动模型曲线,常用制动曲线)，它和刹车曲线2、2a、3之间的关系如图3所示。
2、刹车曲线2
如图4所示，列车行驶至c点以后，需要逐渐施加制动至d点，考虑延时。
Delta Speed＝刹车曲线1的瞬时加速度*(减速度从0Jerk到刹车曲线1的加速的时间+制动施加延时时间)
Jerkin Speed＝急动度*减速度从0Jerk到刹车曲线1的加速的时间^2/2
刹车曲线2＝刹车曲线1-(delta Speed-jerkin Speed)
3、刹车曲线2a
如图5所示，列车行驶至b点以后，需要经过一段时间的惰行至c点，这个过程预留给车辆进行牵引至制动的切换。
Delta Speed＝刹车曲线1的瞬时加速度*惰行时间
刹车曲线2a＝刹车曲线2-delta Speed
4、刹车曲线3
如图6所示，列车行驶至a点以后，需要切牵引(制动)至b点。
Braking Speed＝刹车曲线1的瞬时加速度*(从当前列车实际加速度jerk到0的时间+切牵引延迟时间)
Level Speed＝列车当前实际加速度*切牵引延迟时间+(列车当前实际加速度)^2/2Jerk
刹车曲线3＝刹车曲线2a–(braking Speed+level Speed)
刹车曲线3、2a、2、1的关系可以用一个连续的场景来描述，如图3所示：
列车到达a点时，由于列车具有正向的加速度，列车需要切除牵引，到达b点。
列车从牵引状态切换至制动状态，列车到达c点时，牵引制动切换完成。
之后列车开始施加制动，到达d点时，列车的加速度达到刹车曲线1在d的加速度大小。
一般计算ATO目标速度曲线时都是按照正常的列车发车、巡航、切牵引、施加制动、最后停车计算的。但实际情况往往不是永远到停车点的距离足够远或能覆盖正常发车的所有过程。如果不管什么情况都严格根据计算的三条刹车曲线去控车，会导致无论怎么改进控车算法都跟不上理想的刹车曲线，列车过早停下来，无法对准站台。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种与现有技术相比具有更高停车精度的列车自动驾驶制动方法。本发明还提供了一种采用所述列车自动驾驶制动方法的自动驾驶系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的列车自动驾驶制动方法，包括：
计算列车自动驾驶制动能符合FSB制动曲线的最短距离S2，S2是最后缓解制动的距离、制动缓解延迟距离、制动施加的距离、惰行距离、牵引切除距离、牵引切除延迟距离和牵引距离之和；
计算列车自动驾驶执行牵引、惰行和制动控车的最短距离S1，S1只有加速、惰行、减速三阶段(加速度、速度恒定)。
列车自动驾驶控车之前，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离小于时，控制列车开始以恒定加速度a制动，若若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离大于时，控制列车以某一恒定加速度加速到v后以恒定速度匀速行驶；
若列车自动驾驶控车过程中，列车到前方停车点的距离小于等于S1时，输出预设恒定加速度b，到停车点输出最大制动使列车停下。
其中，S1、S2通过以下公式获得；
S1＝at1(t1+t2)；
j是加价速度，t1牵引切除延迟，t2制动施压延迟(惰行时间)；
其中，恒定加速度a采用以下公式获得；
其中，预设恒定加速度b的范围小于加加速度。
其中，预设恒定加速度b为100mm/S3-300mm/S3。
其中，预设恒定加速度b为300mm/S3。
本发明还提供了一种采用上述任意一种列车自动驾驶制动方法的列车自动驾驶系统。
采用本发明列车自动驾驶制动方法，不考虑停车点距离均根据图3控制列车行驶，实际运行速度-时间曲线如图10所示。速度单位为“米每秒”，时间单位为“秒”，距离单位为“米”，加速度单位为“米每平方秒”。无论如何修改PI的参数，都无法让列车的实际运行速度曲线符合理想的刹车曲线，列车距离停车点具有较大距离(1-10米)，无法对准车站。
利用本发明列车自动驾驶制动方法实际运行速度曲线如图9所示，通过实验室模拟仿真，按照本发明控制列车自动驾驶，每次停车均能对准，且精度都在[-30,+30]cm之内。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是安全制动模型曲线示意图。
图2是常用制动曲线示意图。
图3是刹车曲线1和2、2a、3的关系示意图。
图4是刹车曲线2的示意图。
图5是刹车曲线2a的示意图。
图6是刹车曲线3的示意图。
图7是本发明的控车流程框图。
图8是列车自动驾驶根据一般的控车逻辑控车的曲线最短距离示意图，即显示S2。①缓解制动的距离②制动缓解延迟距离③制动施加的距离④惰行距离⑤牵引切除距离⑥牵引切除延迟距离⑦牵引距离。
图9是为S1和S2的计算方法示意图。①是刹车曲线1，②是刹车曲线2，③是刹车曲线3。
图10是按现有技术方法列车自动驾驶控车曲线示意图。
图11是本发明列车自动驾驶控车曲线示意图。
附图标记说明
StartUp-发车模式
Target-巡航模式
Brake-制动模式
Park-停车模式
具体实施方式
发车模式，列车开始启动，当列车大于300mm/s时进入巡航模式。
巡航模式：施加牵引力，迅速达到自动驾驶限速。
制动模式：列车先切除牵引，然后逐渐施加加速度到常用制动，之后一直跟随刹车曲线。
停车模式：目标速度为0且加速度逐渐减为0。
本发明提供的列车自动驾驶制动方法，包括：
计算列车自动驾驶制动能符合FSB制动曲线的最短距离S2，S2是最后缓解制动的距离、制动缓解延迟距离、制动施加的距离、惰行距离、牵引切除距离、牵引切除延迟距离和牵引距离之和；
1、缓解制动的距离：
2、制动缓解延迟距离：
3、制动施加的距离：
其中
4、惰行距离：
5、牵引切除距离：
6、牵引切除延迟距离：
7、牵引距离：
可根据公算出a；a指列车应该达到的加速度。
计算列车自动驾驶执行牵引、惰行和制动控车的最短距离S1，S1只有加速、惰行、减速三阶段(加速度、速度恒定)。
列车自动驾驶控车之前，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离小于时，控制列车开始以恒定加速度a制动，若若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离大于时，控制列车以某一恒定加速度加速到v后以恒定速度匀速行驶；
若a＝300mm/s2,t1＝1.5s,t2＝1.5s
则S1＝300*1.5*(1.5+1.5)＝1350mm＝1.35m≈1.5m
若常用制动＝600mm/s2，加加速度＝300mm/s2，牵引切除、制动切除、制动施加的延迟时间都是1s，则a＝常用制动。
牵引切除距离＝制动施加的距离
牵引切除延迟距离＝制动缓解延迟距离
最后缓解制动的距离＝牵引距离。
则
若列车自动驾驶控车过程中，列车到前方停车点的距离小于等于S1时，输出预设恒定加速度b，到停车点输出最大制动使列车停下。
其中，预设恒定加速度b的范围小于加加速度(加加速度根据列车用户指定)，预设恒定加速度b优选为300mm/S3。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种列车自动驾驶制动方法，其特征在于，包括：
计算列车自动驾驶制动符合切牵引、惰行、制动施加、制动缓解曲线的最短距离S2，S2是最后缓解制动的距离、制动缓解延迟距离、制动施加的距离、惰行距离、牵引切除距离、牵引切除延迟距离和牵引距离之和；
计算列车自动驾驶执行牵引、惰行和制动控车的最短距离S1；
列车自动驾驶控车之前，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离小于时，控制列车开始以恒定加速度a制动，若S1<列车当前列车位置到前方停车点的距离<S2且列车当前列车位置到前方停车点的距离大于时，控制列车以某一恒定加速度加速到v后以恒定速度匀速行驶；
若列车自动驾驶控车过程中，列车到前方停车点的距离小于等于S1时，输出预设恒定加速度b，到停车点输出最大制动使列车停下。
2.如权利要求1所述列车自动驾驶制动方法，其特征在于：S1、S2通过以下公式获得；
S1＝at1(t1+t2)；
j是加加速度，t1牵引切除延迟，t2制动施压延迟。
3.如权利要求1所述列车自动驾驶制动方法，其特征在于：恒定加速度a采用以下公式获得；
4.如权利要求1所述列车自动驾驶制动方法，其特征在于：预设恒定加速度b的范围小于加加速度。
5.如权利要求1所述列车自动驾驶制动方法，其特征在于：预设恒定加速度b为100mm/S3-300mm/S3。
6.如权利要求5所述列车自动驾驶制动方法，其特征在于：预设恒定加速度b为300mm/S3。
7.一种列车自动驾驶系统，其特征在于：采用权利要求1-6任意一项所述列车自动驾驶制动方法的控制列车制动。
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