CN110588720B - 一种列车过分相区的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种列车过分相区的控制方法及装置。所述控制方法包括：根据分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长，并获取主断路器预断时长；根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段。本发明将过分相区过程划分为不同控制阶段，并对各控制阶段所用时间进行分割，基于时间片段平滑调整输出牵引控制量，提高了列车过分相区时的舒适度。

Description

一种列车过分相区的控制方法及装置

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种列车过分相区的控制方法及装置。

背景技术

现有在轨运营的动车组及机车主要采用人工驾驶列车通过分相区。由于分相区内无电，列车接近分相区时会断开主断路器。若在断电前未及时撤销牵引，列车会产生较大的冲击，降低列车运行舒适度，影响乘客乘车体验。

因此，在人工驾驶过分相区时，在进分相区前需在合适的时机撤销牵引，在出分相区后需在合适的时机恢复牵引，从而减少车辆冲击，同时降低效率损失。人工驾驶过分相区与司机驾驶经验，以及司机对驾驶的车型熟悉程度密切相关，存在一定的不确定性。

列车自动驾驶系统(ATO)主要完成列车站内自动发车、区间自动运行、站内自动停车、站台精确停车、车门站台门联动等功能。在装配有列车自动驾驶系统(ATO)的车辆上，司机的主要职责是监控和瞭望，当有意外发生时立即介入接管列车控制。相较于司机人工驾驶，列车自动驾驶系统(ATO)可提高列车驾驶的舒适性和平稳性。

当列车应用自动驾驶或者辅助驾驶技术后，列车自动驾驶系统(ATO)负责车辆的牵引和制动控制输出。若列车自动驾驶系统控制列车区间运行输出牵引时，在进分相区前，车辆主断路器跳开，会导致列车突然缺失牵引，此时列车加速度突变会引起列车剧烈抖动，造成较大冲击，降低列车运行舒适度，影响乘客乘车体验；而在驶过分相区后，车辆合上断路器重新供电并立即响应控制指令，此时，突然施加的牵引力同样会引起列车抖动，造成较大冲击，降低列车运行舒适度，影响乘客乘车体验。

目前，尚未公开一种自动控制的列车过分相区的控制方法和系统，在保证舒适度的条件下，能够控制列车平稳驶过分相区。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种列车过分相区的控制方法，所述控制方法包括：

根据分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长，并获取主断路器预断时长；

根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段；

在所述逐步限制牵引阶段，控制列车逐步卸载牵引力并在预定时间内完成牵引力卸载。

进一步地，所述分相区信息包括：前方分相区的起点坐标信息、前方分相区的终点坐标信息；

所述列车主断路器预断时长为：从列车自动防护系统输出主断路器断开命令起，到列车主断路器断开所用的时间。

进一步地，所述控制方法还包括：

获取分相区最低速度信息；

在所述逐步限制牵引阶段内，控制所述列车的速度不低于所述分相区最低速度。

进一步地，计算所述剩余时长包括：

获取列车前方分相区信息，并获取列车当前位置坐标信息；

根据列车当前位置坐标信息和前方分相区中的起点坐标信息，计算列车和分相区入口的距离；

获取列车当前行驶速度；

根据所述列车当前行驶速度、列车与分相区入口的距离，计算列车到达分相区入口的剩余时长。

进一步地，所述逐步限制牵引阶段所用时长包括电气延迟时长。

进一步地，所述在预定时间内完成牵引力卸载包括：

在所述逐步限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步限制牵引阶段划分为多个子阶段；

将待卸载的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行卸载。

进一步地，所述将待卸载的牵引力依次分布在所述多个子阶段来卸载包括：

在前子阶段的牵引力卸载速率低于在后子阶段的牵引力卸载速率。

进一步地，所述控制方法还包括：

在断开列车主断路器前，将列车调整为无牵引制动状态。

进一步地，所述控制方法还包括：

控制列车在分相区中惰行行驶；

列车驶出分相区后，闭合列车主断路器；

所述主断路器闭合后，控制列车进入逐步撤销限制牵引阶段；

在所述撤销逐步限制牵引阶段，控制列车逐步提升牵引力并在预定时间内完成牵引力提升。

进一步地，所述在预定时间内完成牵引力提升包括：

在所述逐步撤销限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步撤销限制牵引阶段划分为多个子阶段；

将待提升的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行提升。

进一步地，各所述时间控制点对应设置有限制曲线输出参数；

相邻两个所述时间控制点构成一个调整时间段；

在一个所述调整时间段内，所述限制曲线输出参数按照特定变化率降低或提升。

进一步地，在列车过分相区过程中，在相应的时间点上，当实际牵引输出参数，小于或等于所述限制曲线输出参数时，控制列车按照实际牵引输出参数运行，否则按照所述限制曲线输出参数输出牵引指令。

本发明还提供了一种列车过分相区的控制装置，所述控制装置包括：

计算模块，用于获取分相区信息、主断路器预断时长，并根据所述分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长；

判断模块，用于获取所述计算模块中的所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，并根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段；

处理模块，用于控制列车在逐步限制牵引阶段逐步卸载牵引力，并控制列车在预定时间内完成牵引力卸载操作。

进一步地，所述控制装置还包括主断路器控制模块；

所述主断路器控制模块用于输出主断路器断开或闭合命令。

本发明提供的控制方法结合动车组及机车的过分相区技术参数特性，结合列车到达分相区的距离以及列车速度信息，将过分相区过程划分为不同控制阶段，并对各控制阶段所用时间进行分割，基于时间片段平滑调整输出牵引控制量，提高了列车过分相区时的舒适度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了列车过分相区过程的阶段划分示意图；

图2示出了本发明的控制方法的流程示意图；

图3示出了本发明的列车过分相区过程中各阶段所用时长示意图；

图4示出了现有的牵引限制曲线的示意图；

图5示出了本发明的牵引限制曲线的示意图；

图6示出了本发明的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

将列车过分相区的过程分为三个阶段，分别为逐步限制牵引阶段、无电阶段、逐步撤销限制牵引阶段。如图1所示，列车自动驾驶系统(ATO)逐步限制牵引阶段，该阶段是指从列车开始卸载牵引力起，到列车自动防护系统(ATP)输出主断路器断开命令为止。在逐步限制牵引阶段，列车自动驾驶系统(ATO)逐渐撤销列车上的牵引力。无电阶段是指从列车自动防护系统(ATP)输出主断路器断开命令起，到列车自动防护系统(ATP)输出主断路器闭合命令为止。在无电阶段，列车处于无牵引、惰行状态。逐步撤销限制牵引阶段是指，列车自动防护系统(ATP)输出主断路器闭合命令起，到列车实际车速到达目标速度为止。在逐步撤销限制牵引阶段中，列车自动驾驶系统(ATO)逐渐提升列车的牵引力，列车处于加速状态。

具体的，在分相区入口前方轨道旁设置有地面应答器，当列车经过地面应答器时，列车接收地面应答器发送的分相区信息。列车接收到分相区信息后，开始计算列车到达分相区入口的剩余时长T_t，计算逐步限制阶段所用时长T₂；并且获取存储在铁电存储器中的主断路器预断时长T₁。从列车开始撤销牵引力时起，到列车到达分相区入口时，所用时长T₃＝T₁+T₂。

具体的，将列车到达分相区入口的时间点设定为时间原点，并将此时间原点设定为“断”信号触发时间点。将提前于“断”信号触发时间点T₁时长的时间点设定为“预断”信号触发时间点。将提前于“预断”信号触发时间点T₂时长的时间点设定为开始撤销牵引力时间点；所述开始撤销牵引力时间点比“断”信号触发时间点提前T₃时长。

示例性地，列车经过地面应答器，接收到地面应答器发送的分相区信息时，开始实时计算列车到达分相区入口的剩余时长T_t。剩余时长T_t逐渐减小，当剩余时长T_t等于T₃时，列车进入逐步限制牵引阶段；当剩余时长T_t等于T₁时，此时列车运行时间到达“预断”信号触发时间点，列车完成牵引力卸载操作，列车自动防护系统(ATP)输出主断路器断开命令；当剩余时长T_t为零时，列车到达分相区入口位置，此时列车的主断路器已断开。列车在分相区中为无牵引、惰行状态。车载定位系统实时反馈列车位置坐标信息，当列车到达分相区出口时，即到达“合”信号触发时间点时，列车自动防护系统(ATP)输出主断路器闭合命令。主断路器闭合后，列车进入逐步撤销限制牵引阶段，列车的牵引力逐渐增加。

到达“断”信号触发时间点时，若列车主断路器未断开，此时可切换为人工操作，手动关闭主断路器。

由于断开主断路器所用的时长可以确定，因此可在分相区前设置地面过分相区设备。列车经过分相区前的地面过分相区设备的时间点，对应所述“断”信号触发时间点，此时分相区前的地面过分相区设备向列车发送“断”信号。

由于分相区出口位置确定，因此也可在分相区后设置地面过分相区设备。列车经过分相区后的地面过分相区设备的时间点，对应“合”信号触发时间点，此时分相区后的地面过分相区设备向列车发送“合”信号。

通过地面过分相区设备发送“断”信号或“合”信号，对“断”信号触发时间点或“合”信号触发时间点进行校验，确保列车主断路器及时断开或闭合。

由于列车在轨道上可以双向行驶，在电气化线路上“断”信号、“合”信号位置基本重合，因此可以通过同一地面过分相区设备实现两种信号的输出。

本发明提供了一种列车过分相区的控制方法，示例性地，如图2所示，所述控制方法的具体步骤包括：

步骤一：根据分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长，并获取主断路器预断时长。

列车行驶至地面应答器位置时，列车自动防护系统(ATP)接收到地面应答器发送的分相区信息。所述分相区信息包括前方分相区的起点坐标信息、前方分相区的终点坐标信息。

与此同时，列车自动防护系统(ATP)获取列车主断路器预断时长T₁、分相区最低速度信息V_min。具体的，所述主断路器预断时长T₁和分相区最低速度信息V_min为离线配置值，例如：上述离线配置值可存储在铁电存储器中，也可写在软件中，需要时可直接获取。

具体的，所述列车主断路器预断时长T₁是指：从列车自动防护系统输出主断路器断开命令起，到列车主断路器断开所用的时间。

所述分相区最低速度V_min是指：列车安全通过分相区的最低速度。

列车自动防护系统(ATP)接收所述分相区信息，并实时获取列车当前位置坐标信息，实时计算列车和分相区入口的距离。列车自动驾驶系统实时获取列车当前车速，根据列车当前车速、列车和分相区入口间的距离，实时计算出列车到达分相区入口的剩余时长T_t。随着列车行驶，列车和分相区入口的距离逐渐缩短，剩余时长T_t也逐渐缩短。

列车自动防护系统接收到所述分相区信息后，获取当前列车牵引力级位，并计算出撤销列车牵引力所用时长T₂，即列车在逐步限制牵引阶段所用时长。

车载设备和地面设备进行信息交互，以及命令输出、输入执行时，均存在时间延迟。示例性地，如图3所示，在列车进分相区前，撤销列车牵引的时间区间为[FX_IN_TIME_START,FX_IN_TIME_END]。在列车出分相区后，提升列车牵引的时间区间为[FX_OUT_TIME_START,FX_OUT_TIME_END]。

具体的，“FX_IN_TIME_START”是指开始撤销牵引力时间点；“FX_IN_TIME_END”是指“预断”信号触发时间点。列车自动驾驶系统控制列车撤销牵引力时，存在电气延迟Δ₁，因此时间区间[FX_IN_TIME_START,FX_IN_TIME_END]的实际时长为T₂+Δ₁。从列车完成牵引力撤销处理时起，到列车自动防护系统输出断开命令为止，同样存在电气延时α₁。因此，逐步限制牵引阶段实际所用时长T’₂＝T₂+Δ₁+α₁。

步骤二：当所述剩余时长等于所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长之和时，控制列车进入逐步限制牵引阶段。

在列车过分相区过程中，列车参考牵引输出范围[0,MaxTract]输出牵引指令。如图4所示，当列车接收到所述分相区信息时，列车自动控制装置控制列车牵引力始终小于最大牵引力MaxTract。分相牵引限制曲线是列车自动驾驶系统预设的参考参数，其作用是限制牵引指令输出，提高列车运行舒适度。在列车自动防护系统(ATP)输出主断路器断开命令前，分相牵引限制曲线是斜率为负数的线段。即在列车自动防护系统输出主断路器断开命令前，越靠近所述“预断”信号触发时间点，列车牵引限制参数越小，列车牵引力越小。从列车自动防护系统输出主断路器断开命令，到列车自动防护系统输出主断路器闭合命令，列车自动驾驶系统牵引限制参数为零。即在该段时间内，列车牵引力应当为零。在列车自动防护系统输出主断路器闭合命令后，分相牵引限制曲线是斜率为正数的线段。即列车的主断路器闭合后，列车的牵引力逐渐增大，直至列车实际行驶速度达到目标速度。

实际牵引输出曲线是列车自动驾驶系统实际输出的牵引力指令。受运行环境、条件影响，实际牵引输出曲线是不规则曲线，但是其趋势和分相牵引限制曲线相似。即在列车自动防护系统输出主断路器断开命令前，越靠近列车自动防护系统输出主断路器断开命令的时间点，实际牵引输出曲线对应的牵引力参数越小；从列车自动防护系统输出主断路器断开命令，到列车自动防护系统输出主断路器闭合命令，实际牵引输出曲线对应的牵引力参数约等于零；列车自动防护系统输出主断路器闭合命令后，实际牵引输出曲线对应的牵引力参数逐渐增大。

列车在实际行驶过程中，受不同的运行条件、环境影响，其实际牵引输出曲线和分相牵引限制曲线并不相同。在列车过分相区过程中，列车自动驾驶系统不对满足要求的牵引及制动做限制，确保列车自动驾驶系统能够高效率控车，同时不触发列车自动防护系统的防护制动，实现连续平稳的分相区过渡。

示例性地，在列车过分相区过程中，当实际牵引输出曲线对应的参数，小于等于分相牵引限制曲线对应的参数时，列车按照实际牵引输出曲线对应的参数运行，否则按照分相牵引限制曲线对应的参数输出牵引指令。

列车舒适度可以通过运行冲击率进行评价。示例性地，当列车最大牵引力为F_Tmax，列车质量为M，所以列车最大加速度为a_max。可以设定较好的舒适度对应的冲击率

若以此恒定冲击率卸载牵引力，那么调整时间为：

由于不同列车过分相区时的行驶速度、牵引力均不相同，按照统一的冲击率对列车牵引力进行调整，会影响列车的运行效率。并且由于地面应答器位置固定，并且所述地面应答器和分相区入口的距离固定，若按照统一的冲击率

对列车牵引力进行调整，若列车初始牵引力值过大，会出现列车在进分相区前无法完成牵引力卸载处理的情况，影响舒适度。

所以考虑列车运行效率和舒适度，可在逐步限制牵引阶段设置若干组时间控制点，通过时间控制点绘制牵引限制曲线。

示例性地，在列车接收到所述分相区信息时，列车当前牵引级位为3级，若按照冲击率

对牵引力进行匀速撤销，需要时间T_a。若在逐步限制牵引阶段设置四个时间控制点，如图5所示，分别为A、B、C、D。即列车撤销牵引力所用时长T₂+Δ₁＝T_AB+T_BC+T_CD。T_AB、T_BC、T_CD可以不相同，在各时间段内，列车完成对应牵引级位的撤销。例如，在AB时间段内，列车的冲击率为0.17m/s³，列车完成三级牵引的撤销处理；在BC时间段内，列车的冲击率为0.25m/s³，列车完成二级牵引的撤销处理；在CD时间段内，列车的冲击率大于0.3m/s³，列车完成一级牵引的撤销处理。虽然，上述三个时间段内的冲击率对应的舒适度，比冲击率

时对应的舒适度较差，但是各时间段内乘客体感舒适度同样较高，并且列车撤销牵引力所用时长T_AB+T_BC+T_CD<T_a，缩短了列车撤销牵引力所用时长，提高了处理效率，确保列车在进分相区前牵引力撤销为零。

为保证列车牵引力调整过程平稳匀速，提高舒适度。在各时间段内，牵引限制曲线为固定斜率的线段。即在同一个时间段内，列车的牵引力按照固定的速度减小。利用时间控制点将牵引力的调整量划分为多个区段，在保证舒适度的情况下，可以适应性调整列车撤销牵引的总时间，提高了处理效率，确保列车在进分相区前牵引力撤销为零。

示例性地，列车在运行过程中，列车实际速度为V_t，实时计算列车当前到分相区入口的剩余时长T_t。逐步限制牵引阶段设置有n个时间控制点，其中，第n时间控制点所对应的牵引限制为Tract(n)，且

过分相区的最低速度为V_min。

列车接收到地面应答器发送的分相区信息后，实时计算列车距离分相区入口的距离L_fx。列车自动驾驶系统每周期输出的牵引指令为P_t，分相牵引限制曲线输出参数为P_r。列车进入分相区前，计算列车牵引输出量的基本算法如下：

IF(V_t>V_min)//若列车实际速度V_t大于过分相区的最低速度V_min，则进行下一步；

T_t＝(L_fx/V_t)//计算列车到达分相区入口的剩余时长；

IF T_t>T’₂+T₁//若列车到达分相区入口的剩余时长T_t，大于逐步限制牵引阶段实际所用时长T’₂和所述主断路器预断时长T₁之和，即列车未进入逐步限制牵引阶段；

P_r＝P_t//此时列车不做处理，仍按照列车自动驾驶系统每周期输出的牵引指令P_t运行，列车自动驾驶系统输出的牵引指令P_t和限制曲线输出参数P_r相等；

ELSE IF(T_t≤T’₂+T₁)&&(T_t>T₁)//若列车到达分相区入口的剩余时长T_t小于等于逐步限制牵引阶段实际所用时长T’₂和所述主断路器预断时长T₁之和，并且列车到达分相区入口的剩余时长T_t大于主断路器预断时长T₁，即列车进入逐步限制牵引阶段；

WHILE(T_t>T₁)//判断列车是否处于逐步限制牵引阶段；

IF T_t>T(n+1)&&T_t<FX_IN_TIME_END

n＝n+1//当列车处于逐步限制牵引阶段时，实时计算列车限制曲线输出参数P_r；其中，n为时间控制点的序号，Tract(n)为第n时间控制点对应的牵引力限制参数，在逐步限制牵引阶段Tract(n)数值逐渐减小；T(n)为第n时间控制点距离“预断”信号触发时间点的时长，且T(n)的数值逐渐减小；(T_t-T(n+1))为列车当前运行时间距离第n+1时间控制点时长，且该时长逐渐减小；(T(n+1)-T(n))为第n时间控制点和第n+1时间控制点间的时长，该时长不变，相邻两个时间控制点构成一个调整时间段；(Tract(n+1)-Tract(n))为第n时间控制点和第n+1时间控制点之间的牵引限制参数变化量，且在一个调整时间段内，牵引限制参数变化量不变；所以在一个调整时间段内，限制曲线输出参数P_r降低；“FX_IN_TIME_START”是逐步限制牵引阶段的第一个T(n)，“FX_IN_TIME_END”是逐步限制牵引阶段的最后一个T(n)；

ELSE IF(T_t≤T₁)//若列车到达分相区入口的剩余时长T_t小于等于主断路器预断时长T₁，即列车行驶时间到达“预断”信号触发时间点；

P_r＝0//列车行驶时间到达“预断”信号触发时间点，此时列车的限制曲线输出参数P_r＝0；

ELSE

//若不满足上述条件，列车自动驾驶系统显示异常处理。

具体的，所述最低速度V_min是指列车安全通过分相区的最低速度。为了避免列车由于速度过低停在分相区内，因此为列车设定分相区最低速度V_min。当列车在驶过分相区入口前的实际车速小于所述分相区最低速度V_min时，列车自动驾驶系统屏蔽上述算法。

步骤三：当所述剩余时长等于所述主断路器预断时长时，断开列车主断路器。

当列车到达分相区入口的剩余时长T_t等于所述主断路器预断时长T₁时，此时列车已完成牵引力卸载操作，并且列车运行时间已到达“预断”信号触发时间点，列车自动防护系统(ATP)输出主断路器断开命令。由于主断路器断开前牵引力已卸载为零，在切断主断路器过程中，列车不会产生冲击力，提高了列车舒适度。

列车进入分相区之前，将列车调整为无牵引状态，且列车的主断路器应当已断开。当所述剩余时长T_t等于零时，若此时列车的主断路器未断开，列车自动防护系统发出强制断开主断路器的命令，可通过人工操作强制断开主断路器。确保列车在进分相区前保持平稳运行，列车在分相区中以无牵引状态惰行行驶。

步骤四：列车驶出分相区后，控制列车进入逐步撤销限制牵引阶段。

列车在分相区中以无牵引状态惰行行驶，车载定位系统实时反馈列车的位置坐标信息。示例性地，如图3所示，列车在分相区行驶所用时间为T₄。

当列车到达分相区出口位置，此时列车自动防护系统输出主断路器闭合命令。根据所述主断路器闭合命令，列车自动驾驶系统执行主断路器闭合操作。列车通电后，依据设置在逐步撤销限制牵引阶段的时间控制点，逐步提升列车的牵引力，直至列车实际速度达到目标速度。

列车主断路器闭合后，列车进入逐步撤销限制牵引阶段。根据列车当前车速和目标速度、目标牵引制动力，可计算出列车在逐步撤销限制牵引阶段所用时间T₅。由于存在电气延迟，可设定从列车自动防护系统输出主断路器闭合命令起，到列车完成主断路器闭合操作需要时长β₁。进一步地，时间区间[FX_OUT_TIME_START,FX_OUT_TIME_END]是指，列车完成主断路器闭合起，到列车实际速度达到目标速度为止，列车运行所用时长。具体的，列车主断路器闭合后，列车通电，列车自动驾驶系统逐步增加列车牵引力，使列车实际速度提升至目标速度。由于列车运行过程中存在电气延迟Δ₂，因此时间区间[FX_OUT_TIME_START,FX_OUT_TIME_END]的实际时长为T₅+Δ₂。综上，列车在逐步撤销限制牵引阶段实际所用时长为T’₅＝T₅+Δ₂+β₁。

示例性地，如图5所示，在逐步撤销限制牵引阶段，设置四个时间控制点，分别为E、F、J、H。即列车撤销牵引力所用时长T₅+Δ₂＝T_EF+T_FJ+T_JH。T_EF、T_FJ、T_JH可以互不相同，在各时间段内，列车完成对应牵引级位的施加。

在EF时间段内，列车完成一级牵引的施加操作；在FJ时间段内，列车完成二级牵引的施加操作；在JH时间段内，列车完成三级牵引的施加操作。

为保证列车牵引力调整过程平稳匀速，在各时间段内，牵引限制曲线为固定斜率的线段。即在同一个时间段内，列车的牵引力按照固定的速度增大。利用时间控制点将牵引力的调整量划分为多个区段，在保证舒适度的情况下，可以适应性调整列车撤销牵引的总时间，提高了处理效率。

示例性地，列车在运行过程中，列车实际速度为V_t，实时计算列车从分相区出口到达当前位置所用时长。逐步撤销限制牵引阶段设置有m个时间控制点，其中，第m时间控制点所对应的牵引力限制参数为Tract(m)，且

过分相区的最低速度为V_min。列车自动防护系统输出闭合主断路器命令后，实时计算列车距离分相区出口的距离L_fx。列车自动驾驶系统每周期输出的牵引指令为P_t，限制曲线输出参数为P_r。列车在出分相区后，计算列车牵引输出量的基本算法如下：

IF(V_t>V_min)//若列车实际速度V_t大于过分相区的最低速度V_min，则进行下一步；

T_t＝(L_fx/V_t)//实时计算列车从分相区出口行驶至当前位置所用时长T_t；

IF T_t<β₁//此时列车自动防护系统已输出闭合主断路器命令，但列车主断路器还未闭合；

P_r＝0//此时列车不做操作，仍处于无牵引状态；

ELSE IF(T_t<T’₅)&&(T_t≥β₁)//判断列车是否已完成主断路器闭合，且列车实际牵引力未达到目标牵引力；此时列车处于逐渐提升牵引力的状态；

WHILE T_t≤T’₅

IF T_t>T(m)&&T_t<FX_OUT_TIME_END

m＝m+1//当列车处于逐步撤销限制牵引阶段时，实时计算列车限制曲线输出参数P_r，其中，m为时间控制点的序号，Tract(m)为第m时间控制点对应的牵引限制参数，在整个逐步撤销限制牵引阶段，Tract(m)的数值逐渐增大；T(m)为从分相区出口到达第m时间控制点所用时长，在整个逐步撤销限制牵引阶段，T(m)的数值逐渐增大，相邻两个时间控制点构成一个调整时间段；(T_t-T(m))为列车经过第m时间控制点后运行的时长，该时长数值逐渐增大；(Tract(m+1)-Tract(m))为第m时间控制点和第m+1时间控制点间的牵引限制参数差值，在一个调整时间段内，该差值不变；(T(m+1)-T(m))为第m时间控制点和第m+1时间控制点间的时长，在一个调整时间段内，该时长数值不变；因此，在一个调整时间段内，P_r的数值逐渐增大。

ELSE IF(T_t>T’₅)//判断列车是否完成逐步撤销限制牵引阶段的处理；

P_r＝P_t//此时列车已完成过分相区，列车按照列车自动驾驶系统每周期输出的牵引指令P_t运行，列车自动驾驶系统输出的牵引指令P_t和限制曲线输出参数P_r相等；

ELSE

//若不满足上述条件，列车自动驾驶系统显示异常处理。

表1列车过分相区前后时间点表

表1为列车过分相区前后时间点表。“FX_IN_TIME_START”是指列车接收到地面应答器发送的分相区信息后，到达逐步限制牵引阶段起点的时间点。从列车自动防护系统输出主断路器断开命令，到主断路器断开，需要时长为T₁，且逐步限制牵引阶段的处理时长为T’₂。因此，列车需要在到达分相区入口前，提前T₁+T’₂时长进入逐步限制牵引阶段，其中T’₂＝T₂+Δ₁+α₁。

在逐步限制牵引阶段中，设置有n个时间控制点，“FX_IN_SUB(n)”是指逐步限制牵引阶段中第n时间控制点。在到达“预断”信号点前，在各时间控制点，进行一次牵引力撤销处理。相邻的两个时间控制点构成一个处理时段，在一个处理时段内，列车牵引力平稳匀速降低。

“FX_IN_TIME_END”是指，列车到达逐步限制牵引阶段终点时的时间点。列车到达逐步限制牵引阶段终点时，列车的牵引制动均为零。从输出主断路器断开命令，到主断路器断开，需要时长为T₁，且列车从接收预断信息到输出断开命令的电气延迟时长为α₁。因此，列车需要在到达分相区入口前，提前T₁+α₁完成逐步限制牵引处理。

“FX_OUT_TIME_START”是指列车到达列车自动驾驶系统(ATO)逐步撤销限制牵引阶段起点时的时间点。在该时间点，列车已接收到列车自动防护系统输出的主断路器闭合命令。由于列车需要驶过分相区后，列车自动防护系统才会输出闭合命令，并且考虑电气延时，因此从列车驶过分相区出口，到列车逐步撤销限制牵引阶段起点所用时长为β₁。

在逐步撤销限制牵引阶段中，设置有m个时间控制点，“FX_OUT_S UB(m)”是指逐步撤销限制牵引阶段中第m时间控制点。在经过分相区出口后，在各时间控制点，进行一次牵引力提升处理。相邻的两个时间控制点构成一个处理时段，在一个处理时段内，列车牵引力平稳匀速增加。

“FX_OUT_TIME_END”是指列车到达逐步撤销限制牵引阶段终点时的时间点。在逐步撤销限制牵引阶段中，列车牵引力逐步提升，实际行驶速度逐步提升。从到达逐步撤销限制牵引阶段起点时，到列车实际速度达到目标速度时，需要经过时长T₅+Δ₂，其中Δ₂为电气延迟时长。从列车驶过分相区出口，到列车逐步撤销限制牵引阶段起点所用时长为β₁。因此，列车在驶过分相区终点T’₅时长后，将列车实际行驶速度调整至目标速度。其中，T’₅＝T₅+Δ₂+β₁。

上述时间控制点的具体参数可根据车型进行配置。并且上述控制方法支持动车组网络接口及机车电气控制接口输出。

本发明提供的控制方法，通过在分相区前后设置时间控制点，依据时间控制点设置列车牵引限制曲线。保证了列车自动驾驶系统控制列车平稳通过分相区。本控制方法适用于动车组及高速列车的列车自动驾驶系统或辅助驾驶系统，同时适配有级(简单转换即可)和无级的牵引控制。保证列车行驶效率的同时，提高了舒适度，降低了冲击率。

根据上述控制方法，本发明还提供了一种列车过分相区的控制装置，如图6所示，所述控制装置包括：

计算模块，用于获取地面应答器发送的分相区信息、存储在存储模块中的主断路器预断时长，并根据所述分相区信息计算剩余时长、逐步限制牵引阶段所用时长和列车在分相区中的行驶时长；

判断模块，用于获取所述计算模块中的所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，并根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段；

处理模块，用于控制列车在逐步限制牵引阶段逐步卸载牵引力，并控制列车在预定时间内完成牵引力卸载操作；

主断路器控制模块，用于输出主断路器断开或闭合命令。

示例性地，如图6所示，列车行驶至地面应答器位置时，计算模块接收到地面应答器发送的分相区信息。所述分相区信息包括前方分相区的起点坐标信息、前方分相区的终点坐标信息。与此同时，所述计算模块获取存储在存储模块中的列车主断路器预断时长T₁和分相区最低速度信息V_min。所述存储模块可以采用铁电存储器、软件或其它存储设备。

进一步地，所述计算模块实时获取列车当前位置坐标信息、列车当前车速；所述计算模块实时计算列车和分相区入口的距离。根据列车当前车速、列车和分相区入口间的距离，实时计算出列车到达分相区入口的剩余时长T_t。随着列车行驶，列车和分相区入口的距离逐渐缩短，剩余时长T_t也逐渐缩短。

进一步地，所述计算模块接收到所述分相区信息后，获取列车当前牵引力级位，并计算出撤销列车牵引力所用时长T’₂，即列车在逐步限制牵引阶段所用时长。

具体的，所述计算模块可以通过列车自动驾驶系统实时获取列车状态信息，所述列车状态信息包括列车当前位置坐标信息、列车当前车速和列车当前牵引力级位。

进一步地，所述判断模块与车载定位系统连接。所述车载定位系统实时获取列车当前位置坐标信息，并将所述列车当前位置坐标信息发送至判断模块。

进一步地，判断模块获取所述计算模块发送的剩余时长T_t、逐步限制牵引阶段所用时长T’₂、主断路器预断时长T₁；获取所述车载定位系统发送的所述列车当前位置坐标信息。

进一步地，当所述剩余时长T_t等于所述逐步限制牵引阶段所用时长T’₂和所述主断路器预断时长T₁之和时，判断模块判定“此时列车运行时间到达开始撤销牵引力时间点”。判断模块控制列车进入逐步限制牵引阶段，并将“此时列车运行时间到达开始撤销牵引力时间点”发送至处理模块。所述处理模块控制列车在逐步限制牵引阶段逐步卸载牵引力，并控制列车在预定时间内完成牵引力卸载操作。

当所述剩余时长T_t等于所述主断路器预断时长T₁时，判断模块判定“此时列车运行时间到达‘预断’信号触发时间点”，并将“此时列车运行时间到达‘预断’信号触发时间点”发送至处理模块和主断路器控制模块。所述主断路器控制模块输出主断路器断开命令；列车自动驾驶系统接收并执行主断路器断开命令，控制列车进入无电阶段。

具体的，当所述剩余时长T_t等于零时，判断模块判定“此时列车运行时间到达‘断’信号触发时间点”，此时列车到达分相区入口。

当列车运行至分相区出口，即所述列车当前位置坐标信息和分相区的终点坐标信息相同时，判断模块判定“此时列车运行时间到达‘合’信号触发时间点”，并将“此时列车运行时间到达‘合’信号触发时间点”发送至处理模块和主断路器控制模块。所述主断路器控制模块输出主断路器闭合命令；列车自动驾驶系统接受并执行主断路器闭合命令，控制列车进入逐步撤销限制牵引阶段。

所述处理模块还可以与地面过分相区设备连接，所述地面过分相区设备用于发送“断”信号或“合”信号。示例性地，在分相区前后分别设立一组地面过分相区设备。列车经过分相区前的地面过分相区设备的时间点，对应所述“断”信号触发时间点，此时分相区前的地面过分相区设备向列车发送“断”信号。列车经过分相区后的地面分相区设备的时间点，对应所述“合”信号触发时间点，此时分相区后的地面分相区设备向列车发送“合”信号。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种列车过分相区的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

根据分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长，并获取主断路器预断时长；

根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段；

在所述逐步限制牵引阶段，控制列车逐步卸载牵引力并在预定时间内完成牵引力卸载；所述在预定时间内完成牵引力卸载包括：在所述逐步限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步限制牵引阶段划分为多个子阶段；将待卸载的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行卸载；

在断开列车主断路器前，将列车调整为无牵引制动状态；

所述控制方法还包括：

控制列车在分相区中惰行行驶；

列车驶出分相区后，闭合列车主断路器；

所述主断路器闭合后，控制列车进入逐步撤销限制牵引阶段；

在所述逐步撤销 限制牵引阶段，控制列车逐步提升牵引力并在预定时间内完成牵引力提升；所述在预定时间内完成牵引力提升包括：

在所述逐步撤销限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步撤销限制牵引阶段划分为多个子阶段；将待提升的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行提升。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述分相区信息包括：前方分相区的起点坐标信息、前方分相区的终点坐标信息；

所述列车主断路器预断时长为：从列车自动防护系统输出主断路器断开命令起，到列车主断路器断开所用的时间。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

获取分相区最低速度信息；

在所述逐步限制牵引阶段内，控制所述列车的速度不低于所述分相区最低速度。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

计算所述剩余时长包括：

获取列车前方分相区信息，并获取列车当前位置坐标信息；

根据列车当前位置坐标信息和前方分相区中的起点坐标信息，计算列车和分相区入口的距离；

获取列车当前行驶速度；

根据所述列车当前行驶速度、列车与分相区入口的距离，计算列车到达分相区入口的剩余时长。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述逐步限制牵引阶段所用时长包括电气延迟时长。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述将待卸载的牵引力依次分布在所述多个子阶段来卸载包括：

在前子阶段的牵引力卸载速率低于在后子阶段的牵引力卸载速率。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

各所述时间控制点对应设置有限制曲线输出参数；

相邻两个所述时间控制点构成一个调整时间段；

在一个所述调整时间段内，所述限制曲线输出参数按照特定变化率降低或提升。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

在列车过分相区过程中，在相应的时间点上，当实际牵引输出参数，小于或等于所述限制曲线输出参数时，控制列车按照实际牵引输出参数运行，否则按照所述限制曲线输出参数输出牵引指令。

9.一种列车过分相区的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

计算模块，用于获取分相区信息、主断路器预断时长，并根据所述分相区信息计算列车从当前位置到达分相区入口的剩余时长和逐步限制牵引阶段所用时长；

判断模块，用于获取所述计算模块中的所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，并根据所述剩余时长、所述逐步限制牵引阶段所用时长和所述主断路器预断时长，判断是否满足进入逐步限制牵引阶段的条件，若满足所述进入逐步限制牵引阶段的条件，则控制列车进入逐步限制牵引阶段；

处理模块，用于控制列车在逐步限制牵引阶段逐步卸载牵引力，并控制列车在预定时间内完成牵引力卸载操作；所述在预定时间内完成牵引力卸载包括：在所述逐步限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步限制牵引阶段划分为多个子阶段；将待卸载的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行卸载；在断开列车主断路器前，将列车调整为无牵引制动状态；

所述控制装置还包括主断路器控制模块；

所述主断路器控制模块用于输出主断路器断开或闭合命令，具体为：

控制列车在分相区中惰行行驶；

列车驶出分相区后，闭合列车主断路器；

所述主断路器闭合后，控制列车进入逐步撤销限制牵引阶段；

在所述逐步撤销 限制牵引阶段，控制列车逐步提升牵引力并在预定时间内完成牵引力提升；所述在预定时间内完成牵引力提升包括：在所述逐步撤销限制牵引阶段设置若干组时间控制点，所述时间控制点将所述逐步撤销限制牵引阶段划分为多个子阶段；将待提升的牵引力依次分布到所述多个子阶段进行提升。

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