CN111055856B - 一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法，包括以下步骤：S1，在钢轨潮湿状态下机车出现空转，机车直接进行撒沙处理；S2，在钢轨干燥状态或撒沙状态下机车出现空转，调整档位；S3，在机车处于撒沙状态，且未出现空转，则预测潮湿状态继续行驶△t时间内是否能够不空转，如果能够不空转则停止撒沙，如果不能则继续撒沙；S4，在钢轨干燥状态或潮湿状态下机车正常运行未出现空转，无需任何操作。本发明的根据机车实时位置通过牵引计算及逻辑判断实时预估出机车正常运行的牵引力或档位，并结合钢轨状态实时调整撒沙控制和档位控制。

Description

一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法及系统

技术领域

本发明涉及铁道交通自动驾驶领域，尤其涉及一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法及系统。

背景技术

在铁路运输中，车轮与钢轨之间的黏着力不仅直接影响到机车牵引力电制动力的性能表现，还可能降低机车有效功率的利用率。当机车牵引力超过黏着力最大值时，机车动力轮将出现空转或滑行现象，影响牵引和制动性能，危及行车安全。

黏着力与轮轨之间的黏着系数成正比，黏着系数又直接与钢轨表面环境状态相关。通过研究发现，干燥的钢轨表面可用黏着系数能够满足日常机车的正常行驶，潮湿的钢轨表面可用黏着系数可能就会过低，影响行车安全。目前我国电力机车和内燃机车，在潮湿等低黏着状态下，通常采用撒沙的方式来提高牵引黏着力。是否撒沙及何时撒沙则由驾驶司机根据经验判断，然后手动控制撒沙开关进行撒沙操作。驾驶司机通常会根据机车所在位置坡度、钢轨表面是否湿滑、机车当前速度、机车当前档位、TCMS(Train Control andManagement System列车控制和管理系统)检测出的空转状态等各个条件综合判断空转原因，施加档位变化太大导致的空转还是路面黏着系数太低导致的空转，然后再决定是否撒沙。

综上所述目前机车撒沙的人工控制方式，严重依赖于驾驶司机的经验和判断力，驾驶司机经验缺乏或人为判断失误将导致行车安全并造成严重后果。

发明内容

本发明为了解决现有技术中撒沙时机严重依赖于驾驶司机的经验和判断力，而提出一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法及系统。

具体而言本发明提供了一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法，其特征在于，所述撒沙控制方法包括以下步骤：

S1，在钢轨潮湿状态下机车出现空转，机车直接进行撒沙处理；

S2，在钢轨干燥状态或撒沙状态下机车出现空转，则计算机车在该钢轨状态正常运行的档位，并调整档位；

S3，在机车处于撒沙状态，且正常运行未出现空转，则预测以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则停止撒沙，如果不能则继续撒沙；

S4，在钢轨干燥状态或潮湿状态下机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

更进一步地，所述△t时间最小是撒沙装置允许开关的最小间隔时间。

还提供了一种用于机车自动驾驶的撒沙控制系统，其特征在于，所述撒沙控制系统包括空转监测模块、钢轨监测模块、牵引计算模块、逻辑判断模块和输出控制模块；

所述空转监测模块分别与所述逻辑判断模块和列车控制和管理系统连接，用于从所述列车控制和管理系统获取并向所逻辑判断模块发送机车是否发生空转打滑现象；

所述钢轨监测模块与所述逻辑判断模块连接，包括钢轨图像采集单元，用于从所述钢轨图像采集单元获取并向所逻辑判断模块发送钢轨的表面状态，钢轨的表面状态包括：干燥状态、潮湿状态、撒沙状态。

所述牵引计算模块与所述逻辑判断模块连接，用于对机车的牵引力和黏着力进行计算；

所述逻辑判断模块与所述输出控制模块连接，用于汇总牵引力、黏着力、空转状态和钢轨状态判断出空转原因，并结合当时钢轨状态判断开始撒沙、停止撒沙以及档位调整；

所述输出控制模块用于输出档位调整信息和撒沙启停信息。

更进一步地，所述撒沙控制系统包括编组信息模块、线路信息模块、档位信息模块和位置信息模块；

所述编组信息模块分别与所述逻辑判断模块和列车运行监控装置连接，用于从所述列车运行监控装置获取并向所述逻辑判断模块发送机车车辆相关的信息，包括：车型、车长、总重量、空车数量、重车数量；

所述线路信息模块分别与所述逻辑判断模块和列车运行监控装置连接，用于从所述列车运行监控装置获取并向所述逻辑判断模块发送机车运行的钢轨线路信息，包括：坡长、坡度、曲线、隧道、信号机位置；

所述档位信息模块分别与所述牵引计算模块和列车控制和管理系统连接，用于从所述列车控制和管理系统获取并向所述牵引计算模块发送机车控制档位数据；

所述位置信息模块分别与所述牵引计算模块和列车运行监控装置连接，用于从所述列车运行监控装置获取并向所述牵引计算模块发送机车位置数据。

更进一步地，所述逻辑判断模块依据以下原则向所述输出控制模块发送控制信息：

所述钢轨监测模块检测钢轨是潮湿状态，所述空转监测模块检测机车出现空转，向所述输出控制模块发送启动撒沙命令；

所述钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或撒沙状态，所述空转监测模块检测机车出现空转，则计算机车在该钢轨状态正常运行的档位，向所述输出控制模块发送调整档位命令；

在机车处于撒沙状态，所述空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则计算以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则向所述输出控制模块发送停止撒沙命令，如果不能则继续撒沙；

所述钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或潮湿状态，所述空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

更进一步地，所述△t时间最小是撒沙装置允许开关的最小间隔时间。

本发明的有益效果是：

本发明的根据机车实时位置通过牵引计算及逻辑判断实时预估出机车正常运行的牵引力或档位，并结合钢轨状态实时调整撒沙控制或进行档位调整。相对于传统的撒沙控制方式，本专利自动撒沙的控制方式更适合自动驾驶的环境，同时实时性更好，控制更安全更准确，消除了传统方式中司机经验不足及人为判断错误的影响。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于机车自动驾驶的撒沙控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-2，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如附图1所示，一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法，通过牵引力、黏着力、空转状态、钢轨状态判断出空转原因，并结合当时钢轨状态决定开始撒沙、停止撒沙还是档位调整。逻辑判断算法在程序实现的方法上可采用程序状态机的形式，按照钢轨状态区分状态机，便于逻辑判断原则的程序实现。包括以下步骤：

S1，在钢轨潮湿状态下机车出现空转，机车直接进行撒沙处理；

S2，在钢轨干燥状态或撒沙状态下机车出现空转，则计算机车在该钢轨状态正常运行的档位，并调整档位；

S3，在机车处于撒沙状态，且正常运行未出现空转，则预测以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则停止撒沙，如果不能则继续撒沙；

S4，在钢轨干燥状态或潮湿状态下机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

在步骤S1中，钢轨监测模块检测钢轨是潮湿状态，空转监测模块检测机车出现空转，逻辑判断模块接收钢轨监测模块和空转监测模块的检测信息。如果同时检测到钢轨处于潮湿状态并且检测到机车空转，则向输出控制模块发送启动撒沙命令。

在步骤S2中，钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或撒沙状态，空转监测模块检测机车出现空转，则通过牵引计算模块对机车的牵引力和黏着力进行计算结果及档位状态计算在该钢轨状态正常运行的档位，并向输出控制模块发送调整档位命令。

在步骤S3中，机车处于开始撒沙状态，空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则通过牵引计算模块对机车的牵引力和黏着力进行计算以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则向输出控制模块发送停止撒沙命令。

其中，△t最小可为撒沙装置开关的最小间隔时间，△t最大可根据经验调整。用于防止撒沙装置停止无法再次开启的时间点出现机车空转而无法通过撒沙来提高摩擦力阻止空转。

在步骤S4中，钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或潮湿状态，空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

如附图2所示，一种用于机车自动驾驶的撒沙控制系统，本系统包括线路及机车物理特性输入部分、机车运行状态输入部分、钢轨监测输入部分、逻辑计算部分和输出控制部分。各部分具体描述如下：

线路及机车物理特性输入部分：

本部分包含两个模块，编组信息模块和线路信息模块。编组信息模块主要采集机车车辆相关的信息，包括：车型、换长(车长)、总重量、空车数量、重车数量；车型关系到算法的牵引计算的系数选择，其它物理特性则直接影响到牵引计算。编组信息模块与逻辑判断模块和列车运行监控装置连接。线路信息模块主要采集机车运行的钢轨线路信息，包括：坡长、坡度、曲线、隧道、信号机位置等相关信息；信号机位置用于定位机车所在位置，其它物理特性则直接影响到牵引计算。线路信息模块与牵引计算模块和列车运行监控装置连接。本部分为不可或缺的，本部分参数全部是用于牵引计算的必要参数，参数数据通过通信的方式从机车LKJ(列车运行监控装置)设备获取。

机车运行状态输入部分：

本部分包含两个模块，档位信息模块和空转监测模块。档位信息模块与牵引计算模块和列车控制和管理系统连接，用于机车的牵引力和黏着力计算。控制档位数据通过通信从TCMS(列车控制和管理系统)设备获取。空转监测模块与逻辑判断模块和列车控制和管理系统连接，用于判断机车是否发生空转打滑现象，空转数据状态数据通过通信从TCMS(列车控制和管理系统)设备获取。

钢轨监测输入部分：

本部分包括钢轨监测模块，钢轨监测模块还包括钢轨图像采集单元，钢轨监测模块数据可以来源于钢轨图像采集单元对钢轨表面图像识别的处理结果，也可以来源于司机的实时输入，为了避免人为输入错误，钢轨图像采集单元通常采用图像识别方法减少人工干预。钢轨监测模块与逻辑判断模块连接，用于向逻辑判断模块发送检测到钢轨的表面状态，钢轨的表面状态分为3种，干燥状态、潮湿状态、撒沙状态。钢轨的状态直接影响到黏着力的计算，因为不同的钢轨状态，算法的牵引计算选取的黏着系数不同。钢轨状态不仅用于计算牵引力和黏着力，也用于逻辑判断模块判断撒沙时机。

逻辑计算部分：

本部分包含两个模块，牵引计算模块和逻辑判断模块，牵引计算模块和逻辑判断模块相互连接，逻辑判断模块与输出控制模块连接。牵引计算模块通过与其连接的线路信息模块和档位信息模块采集到的参数数据，合理选择牵引计算公式用到的各个系数，通过位置、曲线、坡度、钢轨状态等信息利用多质点模型计算出加算坡度，进而计算出牵引力和黏着力，牵引计算出的牵引力和黏着力并被用于后续的逻辑判断部分。逻辑判断模块通过与其连接的牵引计算模块、空转监测模块和钢轨监测模块，综合牵引力、黏着力、空转状态、钢轨状态判断出空转原因，并结合当时钢轨状态决定开始撒沙、停止撒沙还是档位调整，并依据判断结果向输出控制模块发送命令。逻辑判断算法在程序实现的方法上可采用程序状态机的形式，按照钢轨状态区分状态机，便于逻辑判断原则的程序实现。逻辑判断的基本原则为：

在钢轨潮湿状态下机车出现空转时，则机车直接进行撒沙处理，然后再做后续判断。

在钢轨干燥状态或撒沙状态下机车出现空转时，则需要预估出机车在该钢轨状态下可正常运行的档位，通过调整档位解决空转问题。

在钢轨撒沙状态下，机车正常运行未出现空转，则需要预估出前方△t时间内的机车自动控制档位在潮湿状态下可否正常运行，用以决定是否需要停止撒沙。△t最小可为撒沙装置开关的最小间隔时间，△t最大可根据经验调整。

在钢轨干燥状态或潮湿状态下机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

输出控制部分：

本部分包括输出控制模块，用于输出开始撒沙、停止撒沙控制命令、档位调整命令，输出控制模块与逻辑判断模块和列车控制和管理系统连接。通过通信的方式将逻辑判断模块发送的控制命令发送给TCMS(列车控制和管理系统)设备，TCMS再控制机车的档位输出设备或撒沙设备，从而实现档位调整或撒沙控制。

虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (3)

1.一种用于机车自动驾驶的撒沙控制方法，其特征在于，所述撒沙控制方法采用程序状态机的形式，按照钢轨状态区分所述状态机，包括以下步骤：

S1，在钢轨潮湿状态下机车出现空转，机车直接进行撒沙处理；

S2，在钢轨干燥状态或撒沙状态下机车出现空转，则计算机车在该钢轨状态正常运行的档位，并调整档位；

S3，在机车处于撒沙状态，且正常运行未出现空转，则预测以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则停止撒沙，如果不能则继续撒沙；

S4，在钢轨干燥状态或潮湿状态下机车正常运行未出现空转，则无需任何操作；

所述△t时间最小是撒沙装置允许开关的最小间隔时间。

2.一种用于机车自动驾驶的撒沙控制系统，其特征在于，所述撒沙控制系统包括空转监测模块、钢轨监测模块、牵引计算模块、逻辑判断模块、输出控制模块、编组信息模块、线路信息模块和档位信息模块；

所述空转监测模块分别与所述逻辑判断模块和列车控制和管理系统连接，用于从所述列车控制和管理系统获取并向所逻辑判断模块发送机车是否发生空转打滑现象；

所述钢轨监测模块与所述逻辑判断模块连接，包括钢轨图像采集单元，用于从所述钢轨图像采集单元获取并向所述 逻辑判断模块发送钢轨的表面状态，钢轨的表面状态包括：干燥状态、潮湿状态、撒沙状态；

所述牵引计算模块与所述逻辑判断模块连接，用于对机车的牵引力和黏着力进行计算；

所述逻辑判断模块与所述输出控制模块连接，用于汇总牵引力、黏着力、空转状态和钢轨状态判断出空转原因，并采用程序状态机的形式，所述状态机结合当时钢轨状态判断开始撒沙、停止撒沙以及档位调整；

所述输出控制模块用于输出档位调整信息和撒沙启停信息；

所述编组信息模块分别与所述逻辑判断模块和列车运行监控装置连接，用于从所述列车运行监控装置获取并向所述逻辑判断模块发送机车车辆相关的信息，包括：车型、车长、总重量、空车数量、重车数量；

所述线路信息模块分别与所述牵引计算模块和列车运行监控装置连接，用于从所述列车运行监控装置获取并向所述逻辑判断模块发送机车运行的钢轨线路信息，包括：坡长、坡度、曲线、隧道、信号机位置；

所述档位信息模块分别与所述牵引计算模块和列车控制和管理系统连接，用于从所述列车控制和管理系统获取并向所述牵引计算模块发送机车控制档位数据；所述逻辑判断模块依据以下原则向所述输出控制模块发送控制信息：

所述钢轨监测模块检测钢轨是潮湿状态，所述空转监测模块检测机车出现空转，向所述输出控制模块发送启动撒沙命令；

所述钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或撒沙状态，所述空转监测模块检测机车出现空转，则计算机车在该钢轨状态正常运行的档位，向所述输出控制模块发送调整档位命令；

在机车处于撒沙状态，所述空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则计算以当前档位继续行驶△t时间内在钢轨处于潮湿状态下是否能够不空转，如果能够不空转则向所述输出控制模块发送停止撒沙命令，如果不能则继续撒沙；

所述钢轨监测模块检测钢轨是干燥状态或潮湿状态，所述空转监测模块检测机车正常运行未出现空转，则无需任何操作。

3.根据权利要求2所述的撒沙控制系统，其特征在于，所述△t时间最小是撒沙装置允许开关的最小间隔时间。

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