CN110901696A - 一种基于车重的列车控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通运输技术领域，特别涉及提供了一种基于车重的列车控制方法。所述列车控制方法包括：控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。本发明的列车控制方法根据列车的实际车重进行牵引或者制动输出，因此，列车的实际加速度和理论加速度相等。列车运行过程中能够准确掌握列车的速度变化，提高了自动驾驶的控车效果，提高了列车的停准及舒适度。

Description

一种基于车重的列车控制方法及装置

技术领域

本发明属于交通运输技术领域，特别涉及一种基于车重的列车控制方法及装置。

背景技术

列车自动驾驶系统是列车控制系统中关键的子系统，其完成对列车的启动、加速、巡航、惰行和制动的控制。根据不同的线路条件选择最佳的运行工况，实现了列车的自动驾驶。现有的列车自动驾驶系统多考虑乘客的舒适度体验感，而无法准确及时地对列车的输出控制量进行调整。

目前，配置有自动驾驶系统的车辆，仅具备依据车重变化进行制动控制量的输出补偿功能。并且车重是通过测量安装在车厢下部的多个弹簧的形变，根据弹簧的形变量计算得到的。制动系统根据车重的变化相应调整制动力/减速度大小，来保证相同制动要求下的制动力满足设计要求。

在实际应用中，由于客流可能随时间发生显著变化，如运营的高峰线路或者时段，车上乘客量会剧增，造成车重明显增加。这种情况下，车辆自身通常会通过车厢底部的弹簧来对车重变化进行监测，从而调整其输出制动控制量的大小。

由于列车运行过程中，动态环境会对弹簧造成形变影响，使得根据弹簧形变量计算得到的车重不准确；并且这种方式对于弹簧的要求较高，缩短了弹簧的使用寿命。

再者，并非所有的车辆均具备基于弹簧的车重补偿功能，这种情况下，如果车重发生较大变化，自动驾驶系统将无法感知到车重的变化。由于自动驾驶系统在运行过程中对于某固定档位来说，对车辆施加的制动控制量不会发生改变，但是车重会根据运载情况发生变化。这样就导致列车的实际的加速度和实际车重会呈现等比例变化，影响自动驾驶的控车效果，影响列车的停准及舒适度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于车重的列车控制方法，所述列车控制方法包括：

控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；

根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；

根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

进一步地，所述控制列车进入车重测量模式包括：

获取列车的位置信息以及线路信息；

获取列车的运行状态；

根据所述列车的位置信息、线路信息和运行状态，判断列车是否处于站台发车状态；

若列车处于站台发车状态，则控制列车进入车重测量模式。

进一步地，列车处于所述车重测量模式时，当列车持续加速时间大于牵引输出量的调整时间，获取列车的测量加速度；

当列车持续加速时间小于牵引输出量的调整时间，退出车重量模式。

进一步地，所述获取列车的测量加速度包括：

通过测量列车的运行速度，获取第一加速度；

通过列车上的加速度计，获取第二加速度；

根据所述第一加速度或者第二加速度，计算得到测量加速度。

进一步地，所述获取列车的测量加速度还包括：

获取坡度加速度；

若所述列车车轮打滑或空转程度超过预设值，则所述测量加速度等于所述第二加速度与所述坡度加速度之和；

若所述列车车轮打滑或空转程度未超过预设值，则所述测量加速度等于所述第一加速度与所述坡度加速度之和。

进一步地，所述坡度加速度为当前路段坡度等效的加速度。

进一步地，所述计算列车的实际车重包括：

获取并根据列车基准车重和预设牵引输出量，计算出列车的预计加速度；

获取所述测量加速度；

根据所述预计加速度和测量加速度，计算车重变化因子；

根据所述基准车重和车重变化因子，计算列车的实际车重。

进一步地，计算并输出牵引或者制动控制量包括：

获取列车的预计加速度；

根据所述预计加速度和实际车重，计算出牵引或制动控制量；

输出所述牵引或制动控制量。

本发明还提供了一种基于车重的列车控制装置，所述控制装置包括：

启动模块，用于控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；

测重模块，用于根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；

输出模块，用于根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

进一步地，所述启动模块包括：

第一加速度单元，用于根据列车的车速变化，计算得到列车的第一加速度；

第二加速度单元，用于根据加速度计获得列车的第二加速度；

测量加速度单元，用于获取并根据所述第一加速度和第二加速度，计算出列车的测量加速度。

进一步地，所述测重模块包括：

预计加速度单元，用于获取并根据基准车重和预设牵引输出量，计算出列车的预计加速度；

车重因子计算单元，用于获取并根据所述测量加速度和预计加速度，计算车重变化因子；

测重单元，用于获取并根据所述车重变化因子和基准车重，计算列车的实际车重。

进一步地，所述输出模块包括：

调取单元，用于通过基础牵引/制动特性参数表，获取当前列车运行要求；

输出单元，用于获取当前列车运行要求和所述实际车重，根据所述列车运行要求和实际车重，计算并输出列车的实际牵引或制动控制量。

本发明的列车控制方法根据列车的实际车重进行牵引或者制动输出，因此，列车的实际加速度和理论加速度相等。列车运行过程中能够准确掌握列车的速度变化，提高了自动驾驶的控车效果，提高了列车的停准及舒适度。

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示出了根据本发明实施例的列车控制方法流程示意图；

图2示出了根据本发明实施例的列车运行过程流程示意图；

图3示出了根据本发明实施例的列车控制装置结构示意图。

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。

本发明提供了一种基于车重的列车控制方法，示例性地，如图1所示，所述列车控制方法包括：

步骤一：控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度。

由于列车每次停靠站台，都会进行上下客作业，每次停靠站台后，列车的车重都会发生变化。因此，车重的测量工作可以设置在站台发车时。

示例性地，实时获取列车的位置信息以及线路信息。根据所述列车的位置信息和线路信息，判断列车是否处于站台位置。当列车位于站台位置时，且列车速度从0km/h开始加速时，则判定列车处于站台发车状态，此时可控制列车进入车重测量模式。

列车进入车重测量模式后，自动驾驶系统按照预设的牵引控制量，调整列车的牵引级位。所述牵引级位对应固定的预设牵引输出量(牵引力)F₀。在预设牵引输出量F₀的作用下，列车进行加速行驶。

进一步的，设定列车的基准车重为W₀，获取列车的目标速度为V_t。根据基准车重W₀，计算出列车从静止状态到牵引力为预设牵引输出量F₀的预计所用时间T_k。所述预计所用时间T_k包括信息传输延时、指令执行延时以及相应牵引输出量的建立时间。

具体的，列车的基准车重W₀，在车辆设计过程中就已确定，为列车的已知基础数据，该数据作为自动驾驶系统的配置参数，根据适配的车型进行配置。

自动驾驶系统对列车的运行速度进行实时监测，对列车的运行时长进行计时。具体的，计时列车在预设牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度V_t实际所用时间T₀。具体的，在列车处于发车状态时，初始速度V₀为0。

若实际所用时间T₀大于预计所用时间T_k，则获取列车加速度；若实际所用时间T₀不大于预计所用时间为T_k，则控制列车退出车重测量模式；当列车的实际速度达到目标速度V_t，控制列车退出车重测量模式。

具体的，由于车辆的制动或者牵引力建立需要一定的时长，即列车从无牵引力到牵引力达到理论值是需要经过一段时间，行驶一段距离的。如果测量的时间过短，则会导致在测量过程中，车辆上实际施加的牵引力小于预设牵引输出量F₀，会影响车重的计算结果。

即列车处于所述车重测量模式时，当列车持续加速时间大于牵引输出量的调整时间，则获取列车的测量加速度；当列车持续加速时间小于牵引输出量的调整时间，则退出车重量模式。

具体的，列车退出车重测量模式后，自动驾驶系统依据列车实际车重等于基准车重，对列车进行控制。

除上述方法可以判断是否可以获取列车的测量加速度外，还可以采用其他方法。

例如，根据列车的基准车重为W₀，计算出列车在牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度为V_t的预计行驶距离X_k。

计算出列车在牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度V_t实际行驶距离X₀。

若所述实际行驶距离X₀大于所述预计行驶距离X_k，则说明列车的实际车重不等于基准车重W₀，此时获取列车加速度；若所述实际行驶距离X₀不大于所述预计行驶距离X_k，则说明列车的实际车重等于基准车重W₀，此时控制列车退出车重测量模式。

进一步地，在车重测量模式下，分别通过列车速度和加速度计对列车的加速度进行测量和获取。

具体的，在车重测量模式下，获取t_i时间段内的初始速度V_i和结束速度V_i+1；根据加速度计算公式求出列车第一加速度a₁＝(V_i+1-V_i)/t_i。具体的，所述初始速度V_i和结束速度V_i+1均通过列车的车轮转速计算得到。

具体的，在车重测量模式下，通过加速度计但不限于加速度计，实时获取列车在t_i时间段内的第二加速度a₂。

通过速度测量第一加速度a₁，通过加速度计测量第二加速度a₂，均为通过列车原有设备实现，无需通过车厢底部的弹簧或其它外部设备进行测量，提高了加速度测量精度。

进一步地，在车重测量模式下，比较第二加速度a₂和第一加速度a₁的差值，和预设值Δa的关系。具体的，所述预设值Δa为列车车轮打滑或空转的判断阈值。

示例性地，若(a₂-a₁)>Δa，则说明列车车轮打滑或空转程度超过预设值Δa，此时不能根据第一加速度a₁计算列车的实际加速度a_i，可以根据第二加速度a₂计算列车的实际加速度a_i，所述实际加速度a_i＝a₂+a_r。

若(a₂-a₁)≤Δa，则说明列车车轮打滑或空转程度未超过预设值Δa，此时可以根据第一加速度a₁计算列车的实际加速度a_i，所述实际加速度a_i＝a₁+a_r。

具体的，所述a_r表示当前路段坡度等效的加速度。坡度加速度a_r通过重力加速度和坡度计算得到。例如：设定重力加速度为g，坡度为α，车轮与铁轨的摩擦因数为μ，则坡度加速度a_r＝g*sinα-μ*cosα。并且当前路段为下坡时，所述坡度加速度a_r为负值；当前路段为上坡时，所述坡度加速度a_r为正值。

通过上述方法将重力对列车加速度的影响排除，得到的实际加速度a_i仅为牵引输出量F₀提供的加速度值，保证了实际加速度a_i的精度。

进一步的，在车重测量模式下，测量列车的实际加速度所用时间为T₀，因此列车的测量加速度

具体的，测量加速度a_c为测量时间段内的平均加速度。

步骤二：根据所述测量加速度，计算列车的实际车重。

根据列车的基准车重为W₀和预设牵引输出量F₀，可以计算出列车的预计加速度a₀＝F₀/W₀。

根据测量加速度a_c和预计加速度a₀，可以计算出车重变化因子δ；所述车重变化因子δ＝a₀/a_c。

进一步的，根据牛顿定律可知，δ＝a₀/a_c＝W_c/W₀，因此，列车的实际车重W_c＝W₀*δ。

步骤三：根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

列车自动驾驶系统内存储有其所控制对象(机车或动车组)的基础牵引/制动特性参数表。所述参数表内包括但不限于列车基准车重；列车在基准车重下、不同速度、不同牵引或制动等级下的牵引制动力；以及风阻信息和车辆响应延时信息等。所述参数表内信息为基础配置数据。

在列车运行过程中，自动驾驶系统通过基础牵引/制动特性参数表，获取列车运行要求和所述实际车重。示例性地，所述列车运行要求包括列车在运行过程中的加速度信息。具体的，所述列车运行要求来源于ATP设备及其他外部设备。

根据所述列车运行要求和实际车重，计算并输出列车的实际牵引或者制动控制量F。

本发明提出的列车控制方法不仅可应用于机车自动驾驶或者辅助驾驶的牵引制动补偿控制，也可应用于动车组的牵引补偿输出控制。

示例性地，如图2所示，自动驾驶系统控制列车运行的过程包括以下步骤：

1、列车处于站台发车状态，自动驾驶系统控制列车进入车重测量模式。

2、在车重测量模式下，控制列车按照预设牵引输出量F₀输出，在预设牵引输出量F₀的作用下，列车进行加速行驶。

3、自动驾驶系统通过基础数据参数表获取列车的基准车重W₀，获取列车开始加速时的初始速度为V₀，列车的目标速度为V_t。根据基准车重W₀，计算出列车在牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度V_t预计所用时间为T_k；

自动驾驶系统计时得到列车在预设牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度V_t实际所用时间T₀；

若所述实际所用时间T₀大于预计所用时间为T_k，则说明列车的实际车重不等于基准车重W₀，则进行下一步，获取列车加速度；若实际所用时间T₀不大于预计所用时间为T_k，则说明列车的实际车重等于基准车重W₀，控制列车退出车重测量模式。

4、在车重测量模式下，获取t_i时间段内的初始速度V_i和结束速度V_i+1；根据加速度计算公式求出列车第一加速度a₁＝(V_i+1-V_i)/t_i。

5、在车重测量模式下，通过加速度计但不限于加速度计，实时获取列车在t_i时间段内的第二加速度a₂。

6、若(a₂-a₁)>Δa，则说明列车车轮打滑或空转程度超过预设值Δa，此时不能根据第一加速度a₁计算列车的实际加速度a_i，可以根据第二加速度a₂计算列车的实际加速度a_i，所述实际加速度a_i＝a₂+a_r；

若(a₂-a₁)≤Δa，则说明列车车轮打滑或空转程度未超过预设值Δa，此时可以根据第一加速度a₁计算列车的实际加速度a_i，所述实际加速度a_i＝a₁+a_r；

其中，所述预设值Δa为列车车轮打滑或空转的判断阈值；所述a_r表示当前路段坡度等效的加速度，为坡度加速度。

7、在车重测量模式下，测量列车的实际加速度所用时长为T₀，因此列车的测量加速度

具体的，测量加速度a_c为测量时间内的平均加速度。

8、根据列车的基准车重为W₀和预设牵引输出量F₀，可以计算出列车的预计加速度a₀＝F₀/W₀。

9、计算车重变化因子δ；所述车重变化因子δ＝a₀/a_c。

10、计算出列车的实际车重W_c＝W₀*δ。

11、根据列车实际车重W_c以及预计加速度a₀，计算出列车的实际牵引或者制动控制量F＝W_c*a₀。

12、自动驾驶系统输出实际牵引或者制动控制量F。

由于自动驾驶系统是根据列车的实际车重进行牵引或者制动输出，因此，列车的实际加速度和理论加速度相等。自动驾驶系统能够准确掌握列车的速度变化，提高了自动驾驶的控车效果，提高了列车的停准及舒适度。

为实现上述列车控制方法，本发明还提供了一种基于车重的列车控制装置，示例性地，如图3所示，所述控制装置包括：

启动模块，用于控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；

测重模块，用于根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；

输出模块，用于根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

具体的，所述启动模块包括：

定位单元，用于获取列车的位置信息以及线路信息。

第一判断单元，用于根据所述列车的位置信息和线路信息，判断列车是否处于站台发车状态。

计算单元，用于获取列车的基准车重W₀、列车开始加速时的初始速度V₀，列车的目标速度V_t，以及当前列车的预设牵引输出量F₀；根据所述基准车重W₀、初始速度V₀、目标速度V_t和预设牵引输出量F₀，计算出列车在从静止状态到牵引输出量为预设牵引输出量F₀的预计所用时间T_k。

计时单元，用于计时列车在预设牵引输出量F₀的作用下，从初始速度V₀加速至目标速度V_t实际所用时间T₀。

第二判断单元，用于获取所述计算单元中的预计所用时间T_k和所述计时单元中的实际所用时间T₀，判断所述预计所用时间T_k是否大于所述实际所用时间T₀。

第一加速度单元，用于根据列车的车速变化，计算得到列车的第一加速度a₁。

第二加速度单元，用于根据加速度计获得列车的第二加速度a₂。

测量加速度单元，用于获取并根据所述第一加速度a₁和第二加速度a₂，计算出列车的测量加速度a_c。

所述测重模块包括：

预计加速度单元，用于获取并根据基准车重W₀和预设牵引输出量F₀，计算出列车的预计加速度a₀。

车重因子计算单元，用于获取所述测量加速度a_c和预计加速度a₀，计算得到车重变化因子δ＝预计加速度a₀/测量加速度a_c。

测重单元，用于获取所述车重变化因子δ和基准车重W₀，计算得到列车的实际车重W_c＝W₀*δ。

所述输出模块包括：

调取单元，用于通过基础牵引/制动特性参数表，获取当前列车运行要求。

输出单元，用于获取当前列车运行要求和所述实际车重，根据所述列车运行要求和实际车重，计算并输出列车的实际牵引或者制动控制量F。

本发明提出的列车控制方法可以对车重的变化进行测量，不依赖外部设备。依靠既有设备通过软件算法优化即可实现车重测量，在车辆不具备车重测量和调节功能的情况下，依然可以实现加/减速度输出的稳定及一致性，可以在更大程度上保证自动驾驶系统的控制的准确率和舒适性。

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 (12)

1.一种基于车重的列车控制方法，其特征在于，所述列车控制方法包括：

控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；

根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；

根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述控制列车进入车重测量模式包括：

获取列车的位置信息以及线路信息；

获取列车的运行状态；

根据所述列车的位置信息、线路信息和运行状态，判断列车是否处于站台发车状态；

若列车处于站台发车状态，则控制列车进入车重测量模式。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

列车处于所述车重测量模式时，当列车持续加速时间大于牵引输出量的调整时间，获取列车的测量加速度；

当列车持续加速时间小于牵引输出量的调整时间，退出车重量模式。

4.根据权利要求1或3所述的控制方法，其特征在于，

所述获取列车的测量加速度包括：

通过测量列车的运行速度，获取第一加速度；

通过列车上的加速度计，获取第二加速度；

根据所述第一加速度或者第二加速度，计算得到测量加速度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

所述获取列车的测量加速度还包括：

获取坡度加速度；

若所述列车车轮打滑或空转程度超过预设值，则所述测量加速度等于所述第二加速度与所述坡度加速度之和；

若所述列车车轮打滑或空转程度未超过预设值，则所述测量加速度等于所述第一加速度与所述坡度加速度之和。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

所述坡度加速度为当前路段坡度等效的加速度。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述计算列车的实际车重包括：

获取并根据列车基准车重和预设牵引输出量，计算出列车的预计加速度；

获取所述测量加速度；

根据所述预计加速度和测量加速度，计算车重变化因子；

根据所述基准车重和车重变化因子，计算列车的实际车重。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

计算并输出牵引或者制动控制量包括：

获取列车的预计加速度；

根据所述预计加速度和实际车重，计算出牵引或制动控制量；

输出所述牵引或制动控制量。

9.一种基于车重的列车控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

启动模块，用于控制列车进入车重测量模式，获取列车的测量加速度；

测重模块，用于根据所述测量加速度，计算列车的实际车重；

输出模块，用于根据所述实际车重，计算并输出牵引或者制动控制量。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述启动模块包括：

第一加速度单元，用于根据列车的车速变化，计算得到列车的第一加速度；

第二加速度单元，用于根据加速度计获得列车的第二加速度；

测量加速度单元，用于获取并根据所述第一加速度和第二加速度，计算出列车的测量加速度。

11.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述测重模块包括：

预计加速度单元，用于获取并根据基准车重和预设牵引输出量，计算出列车的预计加速度；

车重因子计算单元，用于获取并根据所述测量加速度和预计加速度，计算车重变化因子；

测重单元，用于获取并根据所述车重变化因子和基准车重，计算列车的实际车重。

12.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述输出模块包括：

调取单元，用于通过基础牵引/制动特性参数表，获取当前列车运行要求；

输出单元，用于获取当前列车运行要求和所述实际车重，根据所述列车运行要求和实际车重，计算并输出列车的实际牵引或制动控制量。

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