CN110077373A - 一种磁浮列车分级制动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于包括电制动系统、机械制动系统、以及落车制动系统的磁浮列车的分级制动方法，所述方法包括基于所获取的当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，针对所述磁浮列车的每一种制动方式，实时地计算相应的电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线，其中每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值，并且基于计算出的制动曲线叠加地实施牵引力封锁和相应的制动。

Description

一种磁浮列车分级制动的控制方法

技术领域

本发明涉及磁浮列车领域，具体涉及一种磁浮列车分级制动的控制方法。

背景技术

随着我国经济的持续迅猛发展和社会的飞速进步，高铁、城际、地铁、磁浮等轨道交通技术为人们的日常出行带来了极大的便利。特别是近年兴起的低/中/高速磁浮列车，以快速、低耗、环保、安全等优点得到了人们的高度认可，前景十分广阔。2016年5月6日，我国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线——长沙磁浮快线开通试运营。该线路是世界上最长的中低速磁浮运营线。该线路的磁浮列车采用常导短定子技术。在磁浮列车系统中，列车稳定、可靠的制动停车是保证列车安全运行的关键所在。

图1示出了磁浮列车制动机构的示意图，其中示出了磁浮列车采用如下的三种制动方式来控制磁浮列车停车：

1、电制动

常导短定子磁浮采用直线电机控制技术，当磁浮列车停车时，可以利用电机反转实现常用制动。制动时的减速度值约为0.7～1.1m/s²。电制动的特点是在列车速度高时制动力较大，当速度低时(时速低于20公里)制动力严重衰减。

2、机械制动

磁浮列车上还安装有液压制动夹钳的制动装置，通过制动钳包夹F轨实现机械制动。机械制动受制动夹钳与摩擦面的特性影响。当F轨侧面存在油漆涂覆时，摩擦力较小，制动时的减速度值约为0.5～0.8m/s²。当F轨侧面为钢材质金属面时，摩擦力较大，制动时的减速度值约为0.9～1.3m/s²。

3、落车制动

磁浮列车底部安装有滑撬装置，当列车悬浮落下时，会与F轨滑撬面发生摩擦实现机械制动。该制动施加时，列车的减速度值大约为2～3m/s²。

上述三种制动方式从制动性能、乘客舒适性、车辆使用寿命等不同维度来看，各有其优势及不足。因此，仅采用一种制动方式实现磁浮列车的制动停车，难以满足列车在指定目标位置准确、平稳停车的问题。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种分级制动的控制装置及方法，闭环控制列车减速度值和位置。结合三种制动方式的优缺点，实时计算列车的制动性能，确保采用在某种制动方法失效时，仍能控制列车在允许的范围内安全、平稳停车。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于磁浮列车的分级制动方法，所述磁浮列车至少包括电制动系统、机械制动系统、以及落车制动系统，所述方法可包括：

确定目标减速点和目标减速要求；

基于当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，实时计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线，其中每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值；以及

在所述磁浮列车距离所述目标减速点的当前距离处：

响应于所述磁浮列车的当前速度与所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值的差小于预设阈值，输出牵引力封锁指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出电制动指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的机械制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出机械制动指令；以及

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的落车制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出落车制动指令。

根据本发明的一个实施例，确定目标减速点可包括：将正常进站时的规定停车位置确定为目标减速点；将与检测到的列车前进方向上的最近的红灯状态的信号灯相关联的规定停车位置确定为目标减速点；将接收到的来自列车调度的指定停车位置确定为目标减速点；基于检测到的列车前进方向上的前方障碍物的位置来确定目标减速点；或者将线路特殊条件下的限速的指定减速位置确定为目标减速点。

根据本发明的一个实施例，所述当前线路数据包括涉及所述磁浮列车当前位置以及所述目标减速点的路段的道路类型以及限速；所述车况数据包括所述磁浮列车的编组信息、每一种制动方式的制动性能参数、以及自然滑动下的制动性能参数；并且所述旅客舒适度条件包括使旅客在列车减速过程中感到平稳的减速度约束条件。

根据本发明的一个实施例，所述电制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车能够在仅施加电制动的情况下在所述目标减速点前达到目标减速要求来计算的，并且所述电制动曲线还包括紧急限速线，其中紧急限速为一小于等于线路限速的速度，所述紧急限速线指示当所述磁浮列车的当前速度大于等于所述紧急限速时输出电制动指令。

根据本发明的一个实施例，所述落车制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车能够在仅施加落车制动的情况下在所述目标减速点前达到目标减速要求来计算的。

根据本发明的一个实施例，所述机械制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车在仅施加机械制动的情况下制动来计算的，并且所述机械制动曲线介于电制动和落车制动曲线之间。

根据本发明的一个实施例，计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线还包括针对电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线确定不同的的目标减速点，其中沿列车前进方向依次为针对电制动曲线的目标减速点、针对机械制动曲线的目标减速点、针对落车制动曲线的目标减速点。

根据本发明的一个实施例，本发明还提供了一种用于磁浮列车的制动控制装置，所述磁浮列车至少包括电制动系统、机械制动系统、以及落车制动系统，其特征在于，所述制动控制装置包括：

驱动采集装置，其中所述驱动采集装置连接到所述磁浮列车的电制动系统、机械制动系统、落车制动系统、测速测距系统、以及牵引驱动系统；以及

列车制动主控单元，所述列车制动主控单元被配置成：

确定目标减速点和目标减速要求；

基于当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，实时计算相应的电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线，其中每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值；以及

在所述磁浮列车距离所述目标减速点的当前距离处：

响应于所述磁浮列车的当前速度与所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值的差小于预设阈值，经由所述驱动采集装置输出牵引力封锁指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出电制动指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的机械制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出机械制动指令；以及

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的落车制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出落车制动指令。

根据本发明的一个实施例，所述采集驱动装置是所述磁浮列车的信号系统ATP，并且/或者所述列车制动主控单元被实现为独立硬件单元，或者被实现为所述磁浮列车的控制系统的一部分。

根据本发明的一个实施例，本发明还提供了一种磁浮列车，其中所述磁浮列车包括：

电制动系统，用于对所述磁浮列车施加电制动；

机械制动系统，用于对所述磁浮列车施加机械制动；

落车制动系统，用于对所述磁浮列车施加落车制动；

测速测距系统，用于测量所述磁浮列车的实时速度以及所述磁浮列车的实时位置；以及

本发明所提供的制动控制装置，用于实现对所述磁浮列车的分级制动控制。

本发明与现有技术相比至少具有以下技术效果：

1、采用多种制动方式组合，更加适应磁浮交通的列车特点，也提高了整个系统的鲁棒性；

2、本发明基于车载信号系统设备，仅需增加I/O接口，增加少量成本，达到了提高系统可用性和安全性的有益效果；

3、本发明在运行速度高时优先选用电制动，当速度降低到门槛值时，再采用机械制动，在保证安全制动距离的同时，减少了制动闸片机械损耗，将延长机械制动装置的寿命，降低制动系统维护成本；以及

4、最大程度结合了现有磁浮列车的已有设备，能够根据需要计算各种不同制动指令的发出时机，使得安全制动距离得到有效的保证。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是磁浮列车制动机构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的可实现分级制动控制的磁浮列车制动系统的示例结构图。

图3示例性地示出了本发明的磁浮列车的三种制动曲线。

图4示出了根据本发明的一个实施例的示例性三种制动叠加输出分布图。

图5－7分别示出了磁浮列车触发电制动、机械制动以及落车制动的场景下的制动停车曲线图。

图8是根据本发明的磁浮列车分级制动方法800的示例流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

针对磁浮交通在紧急情况下安全停车的要求，本发明提出了一种分级制动控制装置及方法，能够在控制时监测制动控制的效果，从而实现当一种制动失效时仍能控制列车在允许的范围内安全停车。本发明的分级制动控制装置及方法可以提高磁浮列车在紧急情况下制动的可靠性和安全性，以满足磁浮列车控制系统的工程要求。

图2是根据本发明的一个实施例的可实现分级制动控制的磁浮列车制动系统100的示例结构图。如图2中所示，磁浮列车制动系统100包括列车制动控制装置101，以及分别与列车制动控制装置101连接的电制动系统104、机械制动系统105、落车制动系统106、测速测距系统107和牵引驱动系统108。

电制动系统104可响应于制动指令使直线电机牵引力反转，从而实现列车电制动。机械制动系统105可响应于制动指令控制液压制动夹钳等机械制动装置，从而实现列车机械制动。落车制动系统106可响应于制动指令实现列车悬浮落车，从而利用磁浮列车滑撬的制动力进行制动。

测速测距系统107实时监测列车的速度、制动减速度以及与目标停车位置的距离。牵引驱动系统108为列车提供直线电机牵引力以驱动列车，同时也可响应于制动指令实现列车直线电机牵引力切除。

列车制动控制装置101可进一步包括列车制动主控单元102和采集驱动装置103。采集驱动装置103与上述的电制动系统104、机械制动系统105、落车制动系统106、测速测距系统107和牵引驱动系统108连接，用于从测速测距系统107接收其反馈的实时列车速度、制动减速度、距离等列车状态信号，并提供给列车制动主控单元102。列车制动主控单元102基于这些数据实时计算列车需要实施的制动，并经由列车制动主控单元102向电制动系统104、机械制动系统105、落车制动系统106、测速测距系统107和牵引驱动系统108发出制动及切除牵引指令。根据一个示例，采集驱动装置103可以是信号系统ATP，列车制动主控单元102可以被实现为一个独立的硬件单元，也可以被实现为嵌入安装在其他设备(诸如自动驾驶装置ATO或信号系统ATP)中的控制软件。

根据本发明的实现磁浮列车分级制动的列车制动控制装置101主要被配置为计算磁浮给定条件下的牵引封锁指令、电制动指令、机械制动指令和落车制动指令发出的时机。该计算以线路数据(坡、弯、道、桥、隧等)为基础，结合磁浮列车编组信息、限速、旅客舒适度等约束条件，以安全距离内停车为基本条件，计算在紧急停车制动时，牵引切除、制动指令(电制动、机械制动、落车制动)的触发时机等。

列车制动控制装置101可将制动控制信息传输到列车信号系统车载ATC/ATP、ATO装置，以通过信号系统车载ATC或ATP、ATO的显示器进行显示。在磁浮列车运行过程中，列车制动控制装置101还可连接列车网络控制系统以采集机车电制动力信息，用于优化计算过程，保持列车制动力。

在磁浮列车正常行驶过程中，在站间的加速减速等都可以基本按照预设定的速度曲线来进行，因而很多情况下都可以实现自动控制驾驶。在这种情况下，在进站过程中，列车的制动可以在离站台较远时就开始，因此可以实现非常平稳的减速过程，直到停在预定停车位置。然而，在列车行驶过程中，有时候也会遇到需要临时停车或紧急停车(以下为了方便说明，统称为紧急停车)的情况，例如前方某个区间由于某些缘故由绿灯改为红灯，因此在列车收到停车指令或检测到红灯时，则需要启动紧急制动过程。

当磁浮列车需要启动紧急制动时，本发明的磁浮列车制动系统100首先进行牵引封锁，即切除牵引驱动系统108的动力。随后，优先启动电制动，如果制动效果不够，则可以叠加另两种制动方式，其中先启动机械制动105，如果不够则再启动落车制动。以下将结合附图3－7来进一步详细说明本发明的分级制动控制过程。

根据本发明的一个示例，当列车启动紧急制动时，磁浮列车制动系统100首先确定停车点。例如，停车点可以是收到的停车指令中指定的位置，或者是与检测到的列车前方的红灯相关联的规定停车位置等。随后，系统可基于线路数据(坡、弯、道、桥、隧等)，结合列车当前的位置、编组信息、限速、信号、停车点、乘客舒适度等约束条件，以列车制动性能参数为基本条件，实时计算牵引切除以及制动指令(依次为电制动、机械制动、落车制动)的触发时机等。

图3示例性地示出了本发明的磁浮列车的三种制动曲线。在图3中，横轴是距离轴，纵轴是速度轴。在横轴上，列车在轨道上的当前位置被作为距离轴的原点，将列车运行方向作为横轴的正方向，随后根据列车当前距目标停车点的距离来确定目标停车点在距离轴上的位置。在图3中，还示出了列车运行方向前方的两个信号灯(此时为红灯)的位置，因此目标停车点应该被确定为较为靠近原点的那个信号灯之前的规定停车位置。纵轴的正方向代表列车的当前速度。基于当前的线路数据，可以确定线路的限速，在图3中被表示为位于纵轴上部的平行于横轴的点划线。随后，可分别计算电制动、机械制动、以及落车制动曲线，来表示三种制动各自的触发时机。

首先，根据线路限速，可确定实现紧急限速的阈值速度v_m。例如，当前线路限速为100km/h，那么可以将紧急限速设置为90km/h，一旦列车的实时车速超过90km/h，则无论是否面临停车，列车都触发电制动，以确保车速被控制在线路限速以下。

随后，基于线路数据并结合列车的制动性能来计算电制动曲线。如之前所提到的，电制动曲线代表电制动被触发的时机，曲线上的每一点表示若列车处于距离目标停车点为某一距离时若速度达到或超过该点所对应的速度值，则将施加电制动，否则列车可能无法在目标停车点之前平稳地停下。作为一个示例，电制动曲线可采用以下方法来计算。假设电制动曲线上的任意一点坐标为(x₁,y₁)，目标停车点的坐标为(x_t,0)，假设在不施加任何驱动并且仅施加电制动的情况下列车以线路自然减速度a₀和电制动的减速度a₁作匀减速直线运动并恰巧停止在目标停车点。已知匀减速直线运动的速度位移公式为：

其中，S为运动距离，v₀为初始速度，a为减速度，t为运动时间。

那么，如图3所示，列车从(x₁,y₁)位置以a₀+a₁作匀减速直线运动，经过时间t₁，停止在目标停车点的坐标为(x_t,0)处，因此可得到如下的表达式：

因此将t₁消除后可得到(x₁,y₁)的一般表达式：

将列车所在线路的实际的减速度a₀的值和目标停车点位置x_t的值代入上述公式后，就可以计算出电制动速度曲线。曲线形状大致如图3中的曲线1。该曲线的一端为目标停车点(x_t,0)，而另一端则可为与紧急限速线的交点。综合起来，总的电制动曲线可由两段组成，在距离目标停车点距离较远处的一段为紧急限速线，而在距离目标停车点距离较近处的一段则为上述的减速曲线。

落车制动曲线可以与电制动曲线类似的方式来计算。如之前所提到的，落车制动曲线代表落车制动被触发的时机，曲线上的每一点表示若列车处于距离目标停车点为某一距离时若速度达到或超过该点所对应的速度值，则必须施加落车制动，否则列车将无法在目标停车点之前平稳地停下。由于落车制动是最后施加的制动方式，因此也可以被理解为是最后的保障。因此，虽然本发明设想的理想分级制动是依次叠加三种制动，但也不得不考虑前两种制动方式均失效的情况，因此在计算落车制动曲线时可以仅考虑落车制动提供的减速度和线路本身的减速度。

由于落车制动的减速度明显大于线路自然减速度，因此落车制动曲线3的陡峭程度明显大于电制动曲线1，由此也可以让列车在更短距离内停下。

比较电制动曲线1和落车制动曲线3可以发现，电制动相对较为平稳，而落车制动则较为剧烈。同样的从紧急限速速度值降到速度为0，电制动可能需要几百米的制动距离，而落车制动可能只需要几十米。减速度越大，制动距离越短，乘客的平稳性感受就越差。如果直接从电制动过渡为落车制动甚至是落车制动叠加电制动时，过渡的过程通常不够平滑。为了使整个制动过程更为平稳，本发明在电制动和落车制动之间设置了机械制动。

机械制动曲线代表落车制动被触发的时机，曲线上的每一点表示若列车处于距离目标停车点为某一距离时若速度达到或超过该点所对应的速度值，则必须施加机械制动。对于这一机械制动曲线，设想的是机械制动将叠加电制动实施，其介于常规的纯电制动和紧急情况的落车制动之间，希望通过叠加机械制动来平滑这两种制动的过渡过程。此外，考虑到落车制动会造成滑撬装置和F轨滑撬面之间的机械磨损，因此更希望通过叠加机械制动尽可能减少落车制动的触发。在一个实施例中，可以采用类似于电制动曲线和落车制动曲线的计算方式来计算机械制动曲线。作为替代实施例，也可以综合线路条件、目标速度、列车机械制动特性等条件综合设计一条平滑的机械制动曲线，使制动方式叠加瞬间的过渡更平稳，同时尽可能地避免触发落车制动。

此外，如图3中示意性地示出的，针对电制动、机械制动以及落车制动，可分别设置不同的目标停车点。作为一个示例，为电制动曲线设定的目标停车点可距离实际要求的停车点最远(最靠近列车当前位置)，为落车制动曲线设定的目标停车点可距离实际要求的停车点最近，并且为机械制动曲线设定的目标停车点可介于两者之间。可以理解，在计算每一种曲线时只是尽可能的模拟线路环境，但实际上可能无法做到考虑到所有影响制动的因素，因此这样的设置可以为每种制动方式留有适当的安全余量，整体的制动安全可靠性也得到进一步保障。

本领域技术人员可以理解，以上描述的曲线的计算方式仅仅是示例，可以采用任何其他适当的方式来设计电制动、机械制动以及落车制动曲线。例如，可以取落车制动曲线3上的某个点(取决于希望避免在列车处于哪个速度之上时避免落车制动)作为机械制动曲线2与落车制动曲线3的交点来计算机械制动曲线2，也可以通过先选取机械制动曲线2与紧急限速线的交点来计算机械制动曲线2。本领域技术人员可以理解，在线路数据已知的情况下，可以使用更接近于真实场景的运动模型来计算各制动曲线。

在通过实时计算得到了电制动、机械制动以及落车制动曲线后，就可以得到三个制动区域。图4示出了根据本发明的一个实施例的示例性三种制动叠加输出分布图。如图4中所示，由紧急限速线、电制动曲线1和机械制动曲线2围成的区域为电制动区。在电制动区中，因为速度和距离关系超过了电制动曲线但未触及机械制动曲线和落车制动曲线，因此仅电制动被输出。类似地，由紧急限速线、机械制动曲线2以及落车制动曲线3围成的区域为机械制动区。在机械制动区中，因为速度和距离关系进一步超过了机械制动曲线但未触及落车制动曲线，因此仅电制动和机械制动被叠加输出。更进一步，落车制动曲线3右侧的区域为落车制动区。在落车制动区中，因为速度和距离关系进一步超过了落车制动曲线，因此仅电制动、机械制动、落车制动被叠加输出。此外，当速度和距离关系落在电制动区左侧时，理论上列车可以无需制动就自然停下，然而牵引力仍然需要被封锁(即不再使列车加速或维持速度)。因此，可为输出牵引力封锁指令设定一个阈值，例如该阈值可被设定为与同距离轴位置下的电制动曲线对应的速度值相差一个固定的数值(诸如5km/h或10km/h)。例如，假设该阈值被取为5km/h，那么在距离目标停车点1000m处时，若根据电制动曲线，当列车速度大于70km/h时应当触发电制动，则当列车速度大于65km/h时即可输出牵引力封锁指令，以使列车进入减速状态。

图5－7分别示出了磁浮列车触发电制动、机械制动以及落车制动的场景下的制动停车曲线图。在图5中，列车在当前位置具有一初始速度，此时根据停车指令实时计算出制动曲线图。根据该曲线图，列车此时未触发电制动，且距离电制动曲线仍有一定距离，因此此时列车可向前继续行驶，也不需要切除牵引力。在该示例中，列车在行驶一定距离后，速度还有一定上升，因而当接近电制动曲线达到阈值时，列车触发了牵引力封锁。随后，列车速度有所下降，但仍然在某一位置时速度超过了电制动曲线，因此触发了电制动。在电制动被触发以后，列车速度得到了控制并逐渐降到0，最终停在目标停车点之前。

在图6中，与图5类似地，列车先后触发了牵引力封锁和电制动，但此时列车速度仍较快，因而触及了机械制动曲线，列车随即叠加施加机械制动。在机械制动被触发以后，列车速度被控制并逐渐降到0，最终停在目标停车点之前。

在图7中，列车在先后触发牵引力封锁、电制动以及机械制动曲线之后，列车的速度仍然触及到落车制动曲线，列车随即进一步叠加落车制动。在落车制动被触发以后，列车速度被控制并逐渐降到0，最终依然停在目标停车点之前。

通过以上的图5－7所示的停车曲线图可以看到，本发明的分级制动在列车速度较高时，首先切除牵引力并且施加在列车速度较高时制动效果较好的电制动，多数情况下，列车速度都会被有效控制住，实现平稳停车。然而，当情况紧急时，例如在确定要紧急停车时当前车速和距离已经接近电制动曲线或者甚至已经超出了电制动曲线，因此列车速度可能不可避免地触及机械制动曲线。这种情况下，由于本发明的机械制动曲线的设计使得能够比正常情况下更早地发现车速过快隐患，因而可以及时叠加机械制动，从而保证停车安全，并且尽可能少地触发落车制动。在更紧急的情况下，或者电制动或者机械制动故障失效时，紧急落车制动能够确保安全停车。

此外，本领域技术人员也可以理解，虽然以上的各示例都是以对列车进行制动以实现停车来描述的，但是本发明的分级制动并不限于需要列车停车的情形，当需要列车在相对较短的距离内将速度降到指定速度时，一样可以实施本发明的分级制动来实现平稳减速。此时，只需要将以上示例中的停车点改为要实现减到指定速度的目标减速点，并类似地计算各制动曲线即可实现分级制动。

此外，本领域技术人员也可以理解，虽然以上的各示例都是以针对磁浮列车现有的三种制动方式来描述的，但是本发明的分级制动并不限于三种制动方式，若将来磁浮列车配备有更多种的制动方式，本发明的分级制动也同样适用，只需要相应地增加对应的制动曲线即可类似地实现分级叠加制动。

图8是根据本发明的磁浮列车分级制动方法800的示例流程图。方法800开始于块802，确定目标减速点和目标减速要求。如以上提到的，减速的情形可既包括正常行驶状况下的进站停车，也包括临时收到调度的停车指令、检测到前方区间的红灯、检测到前方轨道上存在障碍物、或者因其他情况需要列车在指定距离内将速度降到指定速度。相应地，确定目标减速点可包括：将正常进站时的规定停车位置确定为目标减速点；将与检测到的列车前进方向上的最近的红灯状态的信号灯相关联的规定停车位置确定为目标减速点；将接收到的来自列车调度的指定停车位置确定为目标减速点；基于检测到的列车前进方向上的前方障碍物的位置来确定目标减速点；或者将线路特殊条件下的限速(施工限速、道岔限速、特殊区段限速等)的指定减速位置确定为目标减速点。一般来说，目标减速要求为要求列车在目标减速点之前将速度降低至目标速度或以下。在列车停车的情况下，目标减速点即为目标停车点，目标减速要求即为在列车速度为0(列车停止)。随后，方法800前进至块804。

在块804，基于当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，实时地计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线。如之前描述的，每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值。具体的计算方法已在此前结合附图3－7进行了详细描述。随后，方法800前进至块806。

在块806，判断磁浮列车的当前速度是否接近电制动曲线。更具体地，可判断磁浮列车的当前速度与所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值的差是否小于预设阈值。如果小于预设阈值，则方法800前进至块808，输出牵引力封锁指令，从而切除列车的牵引力，并且方法800前进至块810。否则，列车维持目前的状态，并继续监视当前车速和相对于目标减速点的距离。

在块810，判断磁浮列车的当前速度是否超过电制动曲线。更具体地，可判断磁浮列车的当前速度是否达到或超过所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值。如果是，则方法800前进至块812，叠加地输出电制动指令，以进一步施加电制动，并且方法800前进至块814。否则，列车维持目前的状态，并继续监视当前车速和相对于目标减速点的距离。

在块814，判断磁浮列车的当前速度是否超过或达到机械制动曲线。更具体地，可判断磁浮列车的当前速度是否达到或超过所述当前距离处对应的机械制动曲线的速度触发阈值。如果是，则方法800前进至块816，叠加地输出机械制动指令，以进一步叠加施加机械制动，并且方法800前进至块818。否则，列车维持目前的状态，并继续监视当前车速和相对于目标减速点的距离。

在块818，判断磁浮列车的当前速度是否超过落车制动曲线。更具体地，可判断所述磁浮列车的当前速度是否达到或超过所述当前距离处对应的落车制动曲线的速度触发阈值。如果是，则方法800前进至块820，叠加地输出落车制动指令，随后方法结束，列车将保持各制动的施加，直到列车停止。如果在块818为否，则列车维持目前的状态，并继续监视当前车速和相对于目标减速点的距离。

以上描述了本发明的用于磁浮列车的分级制动技术。与目前在磁浮列车上采用的制动相比，本发明的创新点在于：

1.充分利用了常导短定子磁浮车辆已有的制动方式，建立了分级制动的控制模型；

2.采用本发明的分级制动控制列车，比仅采用机械制动或电制动的控制更为安全可靠；

3.通过实时计算三种制动类型的制动曲线，综合仲裁处理，在适当时机介入机械制动和落车制动，可确保列车平稳、安全停车，提升了列车制动的平稳性和乘客的舒适体验；

4.适应各种制动装置或系统，降低了系统的成本；

5.列车仅需增加制动输出、悬浮控制的少量列车控制线；

6.本发明的系统架构中充分考虑了可靠性和安全性。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于磁浮列车的分级制动方法，所述磁浮列车至少包括电制动系统、机械制动系统、以及落车制动系统，其特征在于，所述方法包括：

确定目标减速点和目标减速要求；

基于当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，实时计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线，其中每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值；以及

在所述磁浮列车距离所述目标减速点的当前距离处：

响应于所述磁浮列车的当前速度与所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值的差小于预设阈值，输出牵引力封锁指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出电制动指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的机械制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出机械制动指令；以及

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的落车制动曲线的速度触发阈值，叠加地输出落车制动指令。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标减速点包括：

将正常进站时的规定停车位置确定为目标减速点；

将与检测到的列车前进方向上的最近的红灯状态的信号灯相关联的规定停车位置确定为目标减速点；

将接收到的来自列车调度的指定停车位置确定为目标减速点；

基于检测到的列车前进方向上的前方障碍物的位置来确定目标减速点；或者

将线路特殊条件下的限速的指定减速位置确定为目标减速点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述当前线路数据包括涉及所述磁浮列车当前位置以及所述目标减速点的路段的道路类型以及限速；

所述车况数据包括所述磁浮列车的编组信息、每一种制动方式的制动性能参数、以及自然滑动下的制动性能参数；并且

所述旅客舒适度条件包括使旅客在列车减速过程中感到平稳的减速度约束条件。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车能够在仅施加电制动的情况下在所述目标减速点前达到目标减速要求来计算的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述落车制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车能够在仅施加落车制动的情况下在所述目标减速点前达到目标减速要求来计算的。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述机械制动曲线是基于在当前线路数据和车况数据条件下，在切除牵引力后所述磁浮列车在仅施加机械制动的情况下制动来计算的，并且所述机械制动曲线介于电制动和落车制动曲线之间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线还包括针对电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线确定不同的的目标减速点，其中沿列车前进方向依次为针对电制动曲线的目标减速点、针对机械制动曲线的目标减速点、针对落车制动曲线的目标减速点。

8.一种用于磁浮列车的制动控制装置，所述磁浮列车至少包括电制动系统、机械制动系统、以及落车制动系统，其特征在于，所述制动控制装置包括：

驱动采集装置，其中所述驱动采集装置连接到所述磁浮列车的电制动系统、机械制动系统、落车制动系统、测速测距系统、以及牵引驱动系统；以及

列车制动主控单元，所述列车制动主控单元被配置成：

确定目标减速点和目标减速要求；

基于当前线路数据、车况数据以及旅客舒适度约束条件，实时计算电制动曲线、机械制动曲线以及落车制动曲线，其中每一条制动曲线表示在当前线路数据和车况数据情况下，为了实现在目标减速点前达到目标减速要求并且满足旅客舒适度约束条件，列车在距离所述目标减速点的不同位置处触发相应制动的速度触发阈值；以及

在所述磁浮列车距离所述目标减速点的当前距离处：

响应于所述磁浮列车的当前速度与所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值的差小于预设阈值，经由所述驱动采集装置输出牵引力封锁指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的电制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出电制动指令；

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的机械制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出机械制动指令；以及

响应于所述磁浮列车的当前速度达到或超过所述当前距离处对应的落车制动曲线的速度触发阈值，经由所述驱动采集装置叠加地输出落车制动指令。

9.如权利要求8所述的制动控制装置，其特征在于，所述采集驱动装置是所述磁浮列车的信号系统ATP，并且/或者

所述列车制动主控单元被实现为独立硬件单元，或者被实现为所述磁浮列车的控制系统的一部分。

10.一种磁浮列车，其特征在于，所述磁浮列车包括：

电制动系统，用于对所述磁浮列车施加电制动；

机械制动系统，用于对所述磁浮列车施加机械制动；

落车制动系统，用于对所述磁浮列车施加落车制动；

测速测距系统，用于测量所述磁浮列车的实时速度以及所述磁浮列车的实时位置；以及

如权利要求8－9中的任意一项所述的制动控制装置，用于实现对所述磁浮列车的分级制动控制。