CN111619594B - 一种轨道交通列车安全起动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通列车安全起动控制系统及方法，实时接收列车当前线路位置、坡度及运行方向信息，判断列车是否为上坡起动；若为上坡起动，则根据当前线路坡度、列车载荷以及预设的起动加速度计算最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力；若不为上坡起动，则根据车载信号系统或人工控制手柄给出的指令进行起动；根据所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足；若满足，则根据计算得到的最佳起动牵引力，或由车载信号系统或人工控制手柄给出的指令进行坡道起动；若不能满足，则上报起动能力不足故障。本发明能够解决现有方式在坡道行驶中列车减速度或加速度过大带来列车起动过程不平稳，甚至引起列车后溜的技术问题。

Description

一种轨道交通列车安全起动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，尤其是涉及一种应用于轨道交通列车上、下坡道时的起动控制系统及方法。

背景技术

现有的轨道交通列车存在车载信号系统自动控制列车运行(ATO，即自动驾驶系统)与司机人工控制列车运行两种模式。车载信号系统具有列车自身位置的定位与线路电子信息地图功能，列车在信号系统自动控车模式下，车载信号系统可以根据列车所处位置自行调整起动牵引力大小，以获取最佳的列车起动加速度。在司机人工驾驶列车时，司机需要根据线路坡道指示牌及经验自行控制列车起动手柄级位，在司机误判或者经验不足情况下，容易造成手柄给定级位不足或者过大引起列车起动过程不平稳，甚至引起列车倒溜。

由于轨道交通线路经常存在坡道因素，轨道交通列车在线路上坡或下坡实现坡道起动，列车需要由静止起动开始向所需要的运行方向加速至达到一定的初始速度V₀。传统的列车采用车载信号系统或司机人工手柄控制方式，需要根据坡道因素，调整列车牵引控制级位以防止列车在坡道行驶中列车减速度或加速度过大所带来列车起动过程不平稳，尤其在司机驾驶列车上坡起动过程中，由于列车重力下滑力的影响，一旦最小起动牵引力不足容易引起列车后溜，从而带来安全隐患。因此，随着轨道交通无人驾驶技术的发展，列车坡道起动更加需要实现起动控制智能化。

在现有技术中，主要有以下文献与本发明申请技术方案相关：

现有技术1为中车株洲电力机车研究所有限公司于2016年08月04日申请，并于2016年11月09日公开，公开号为CN106080266A的中国发明申请《一种轨道车辆的启动控制方法及装置》。该发明申请提供的轨道车辆的启动控制方法，根据轨道车辆的后溜速度的速度值与电机转差的转差值的关系，提供了在两种不同工况下的启动控制方法，当轨道车辆后溜速度的速度值大于电机转差的转差值时，控制电机输出与电机转差相对应的且与轨道车辆后溜方向相同的电制动转矩，使轨道车辆的后溜速度不断减小，直到轨道车辆的后溜速度的速度值小于电机转差的转差值；当轨道车辆后溜速度的速度值小于电机转差的转差值时，控制电机输出与电机转差相对应的且与轨道车辆后溜方向相反的牵引转矩，使轨道车辆的后溜速度不断减小，直到轨道车辆停止后溜并正常启动。该发明实现了不同后溜速度下轨道车辆的平稳启动，是在基于车辆发生后溜后进行坡道启动控制，而无法在车辆发生后溜前进行有效控制，乘客舒适性和体验度都不理想。

现有技术2为株洲南车时代电气股份有限公司于2015年11月06日申请，并于2016年01月13日公开，公开号为CN105235689A的中国发明申请《一种缓解轨道列车启动冲动的方法》。该发明申请提供一种缓解轨道列车启动冲动的方法，包括如下步骤：S1)获取列车所受后溜力Fb大小；S2)启动列车牵引电机，逐步增加牵引力Ft，并缓解列车制动，逐步减小制动力Fs，使得牵引力Ft小于等于制动力Fs与后溜力Fb之和，同时使得后溜力Fb小于等于制动力Fs与牵引力Ft之和，当牵引力Ft增大到等于后溜力Fb时，锁定并维持牵引力Ft；S3)当制动力Fs降为零后，逐渐增大列车的牵引力Ft，完成列车的平稳启动。该发明方法在列车由静止转为运动时，列车的运动状态只受牵引力的影响，能够有效的缓解列车启动时带来的冲动，为列车乘员带来舒适的乘坐体验，并且该方法具有可适用于各种轨道列车，控制简单等优点。该专利从列车牵引力克服下滑力的角度的描述了坡道启动过程；启动瞬间没有考虑列车启动阻力的影响。该发明对于TCMS(TrainControlandManagementSystem，列车控制和管理系统的英文简写)上坡启动时牵引力增加过程中的控制逻辑进行了较为详细的描述，但并未涉及坡道启动控制的系统性方案，没有具体描述后溜力获取方法，且对于列车静态下制动力理解不足，实际存在可实施性不强的问题。

现有技术3为南车株洲电力机车有限公司于2015年11月26日申请，并于2016年02月03日公开，公开号为CN105292123A的中国发明申请《一种城轨车辆起动控制方法》。该发明申请公开了一种城轨车辆起动控制方法，包括以下步骤：A)在车辆停车时，计算停车线路的模拟坡道α；B)在车辆起动时，计算车辆在模拟坡道的模拟下滑力F1；增大牵引力F2，当F2＝F1时，开始缓解保持制动；C)保持制动完全缓解，车辆起动，增大F2至目标牵引力。本发明在实现防止车辆后溜的功能的基础上，缩短了城轨车辆的起动延时时间，减小了起动时的牵引力和冲击力。该发明从增大列车牵引力克服下滑力的角度具体描述了坡道启动过程。但是该方案中提到的模拟坡道α计算从实际操作层面难以实现准确计算，且其方案重点在于描述模拟坡道α的计算，而并未系统性描述坡道启动控制方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道交通列车安全起动控制系统及方法，以解决现有车辆坡道起动控制方式主要由车载信号系统或司机需要根据坡道因素调整列车牵引控制级位，容易导致列车在坡道行驶中列车减速度或加速度过大带来列车起动过程不平稳，甚至引起列车后溜的技术缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道交通列车安全起动控制系统的技术实现方案，轨道交通列车安全起动控制系统，包括：列车网络控制系统、车载信号系统、人工控制手柄和列车牵引系统。进入坡道起动逻辑控制流程后，所述列车网络控制系统根据列车当前线路位置、坡度及运行方向信息判断列车是否为上坡起动。若判断为上坡起动，则所述列车网络控制系统根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力。若判断不为上坡起动，则所述列车网络控制系统根据所述车载信号系统或人工控制手柄给定的控制级位进行起动，当列车加速度超出时进行提示或自动减少控制级位。所述列车网络控制系统根据列车牵引系统所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求。若判断牵引能力满足，则所述列车网络控制系统根据计算得到的最佳起动牵引力，或所述车载信号系统或人工控制手柄给定的控制级位对列车牵引系统进行控制以实现坡道起动。若判断牵引能力不能满足，则所述列车网络控制系统输出列车起动能力不足故障。

进一步的，所述系统还包括列车制动系统，所述车载信号系统将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息实时发送至列车网络控制系统，所述列车网络控制系统从列车制动系统获取的列车当前重量M，并根据以下公式对列车需要的最佳起动牵引力F_a进行计算：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为列车需要的最佳起动牵引力，a为预设的目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度，F₀为列车起动阻力。

进一步的，所述系统还包括司机显示器，所述列车网络控制系统将最佳起动牵引力的计算结果传输至所述司机显示器以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统。当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，所述列车网络控制系统自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

进一步的，所述列车网络控制系统根据以下公式对防止列车上坡时倒溜的最低限制牵引力F_b进行计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为列车的最低限制牵引力，a₀为预设的最低限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度，F₀为列车起动阻力。

所述列车网络控制系统采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器提示司机注意操作。

优选的，在列车达到起动初始速度V₀之前，如果由所述车载信号系统或人工控制手柄给定的控制级位提供的牵引力F_c超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，所述列车网络控制系统采用车载信号系统或人工控制手柄给定的控制级位控制列车，并实时计算列车的加速度，此时所述列车网络控制系统输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b，及由所述车载信号系统或人工控制手柄给定的控制级位提供的牵引力F_c之中的最大值。当列车处于下坡路段，所述列车网络控制系统计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，通过所述司机显示器提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

优选的，所述列车牵引系统包括若干个驱动控制单元，当所述列车网络控制系统对部分驱动控制单元控制失效或部分驱动控制单元自身失效时，所述列车网络控制系统将输出的坡道启车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元，以确保足够的起动牵引力。如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元所能够达到的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，所述列车网络控制系统不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过所述司机显示器向司机提示列车牵引力不足信息或通过所述车载信号系统向控制中心输出列车牵引力不足信息。

进一步的，当列车处于坡道起动过程中，若所述车载信号系统或人工控制手柄给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则所述列车网络控制系统立即响应所述车载信号系统或人工控制手柄的指令，并退出坡道起动逻辑控制流程。但若车载信号系统或人工控制手柄再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则所述列车网络控制系统重新按照坡道起动逻辑控制流程控制列车。当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照所述车载信号系统或人工控制手柄的控车要求控制列车。

本发明还另外具体提供了一种轨道交通列车安全起动控制方法的技术实现方案，轨道交通列车安全起动控制方法，包括以下步骤：

S101)实时接收列车当前线路位置、坡度及运行方向信息；

S102)判断列车是否为上坡起动；

S103)若为上坡起动，则根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力；

S104)若不为上坡起动，则根据列车信号或司机指令进行起动，当列车加速度超出时进行提示或自动减少控制级位；

S105)根据列车牵引系统所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求；

S106)若牵引能力满足，则提供司机操作指导信息并根据列车网络控制系统或司机指令进行坡道起动；

S107)若牵引能力不能满足，则上报列车起动能力不足故障。

进一步的，车载信号系统将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息实时发送至列车网络控制系统，所述列车网络控制系统根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的目标起动加速度a计算需要的最佳起动牵引力F_a大小为：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为需要的最佳起动牵引力，a为目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

进一步的，所述列车网络控制系统将最佳起动牵引力的计算结果传输至司机显示器以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统。当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，所述列车网络控制系统自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

进一步的，所述列车网络控制系统根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的最小限制起动加速度a₀计算防止列车上坡时倒溜需要的最低限制牵引力F_b。所述列车网络控制系统采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器提示司机注意操作。所述最低限制牵引力F_b的大小根据以下公式计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为最低限制牵引力，a₀为最小限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

优选的，在列车达到起动初始速度V₀之前，如果车载信号或司机操作给定手柄的级位超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，所述列车网络控制系统采用车载信号系统或人工控制手柄的控制级位给定值F_c控制列车，并实时计算列车的加速度，此时所述列车网络控制系统输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b、控制级位给定值F_c之中的最大值。当在下坡路段计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

优选的，所述列车牵引系统包括若干个驱动控制单元，当所述列车网络控制系统对部分驱动控制单元控制失效或部分驱动控制单元自身失效时，所述列车网络控制系统将输出的坡道启车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元，以确保足够的起动牵引力。如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元所能够达到的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，所述列车网络控制系统不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过所述司机显示器向司机提示列车牵引力不足信息或通过所述车载信号系统向控制中心报告列车牵引力不足信息。

进一步的，当列车在坡道起动过程中，若所述车载信号系统或人工控制手柄给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则所述列车网络控制系统立即响应所述车载信号系统或人工控制手柄的指令，并退出步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程。但若车载信号系统或人工控制手柄再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则所述列车网络控制系统重新按照步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程控制列车。当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照所述车载信号系统或人工控制手柄的控车要求控制列车。

通过实施上述本发明提供的轨道交通列车安全起动控制系统及方法的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法，起车过程考虑了线路坡道、列车载荷及起动能力等因素的影响，可自适应实际线路中各种线路坡道情况；通过引入最佳起动牵引力并结合最低限制牵引力进行列车坡道起动控制，避免了在坡道行驶中列车减速度或加速度过大带来列车起动过程不平稳，甚至引起列车后溜的问题，极大地提升了乘客舒适性和体验度；同时，在司机驾驶模式下可做到司机无需关注线路坡道、列车载荷及起动能力等因素，减少了司机劳动强度；

(2)本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法，采用将列车当前线路位置、坡道大小、运行方向等信息引入列车网络控制系统或列车网络控制系统内置电子信息地图以实现列车坡道起车精确控制，列车可以根据车载信号系统提供的当前线路位置、坡道大小、运行方向以及列车载荷及驱动能力等因素，自动调整起动牵引力，使列车能自动适应线路坡度情况，快速自行调节起动牵引力及平滑列车起动速度，同时实现过程更加简单；

(3)本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法，在列车坡道起车阶段设置了起动力最小限制防护，列车在坡道起动过程中，可以根据车载信号系统给定信号或司机手柄级位调整情况采用不同控制策略实现列车安全起动；同时，当列车加速度超出允许的限制值时，通过司机显示器提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位，进一步提升了乘客的舒适性和体验度；

(4)本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法，在列车部分驱动动力失效情况下，列车网络控制系统可根据当前列车可供给的实际驱动能力来分配动力，如果计算到列车其余正常的驱动控制所能够达到的牵引能力不能满足列车起动要求，则实施相应保护，最大限度减少了坡道起车的失败；

(5)本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法，通过分析计算和系统监控，能够实现起车过程智能化监控，同时为列车网络控制系统或司机提供操作警示信息，有利于实现无人驾驶下与控制中心或列车司机操作坡道起车情况下的人机智能交互。

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简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的实施例。

图1是本发明轨道交通列车安全起动控制系统一种具体实施例的系统结构框图；

图2是本发明轨道交通列车安全起动控制系统一种具体实施例更详细的系统结构框图；

图3是本发明轨道交通列车安全起动控制方法一种具体实施例的程序流程图；

图中：1-列车网络控制系统，2-司机显示器，3-车载信号系统，4-人工控制手柄，5-列车牵引系统，6-列车制动系统，7-控制中心，50-驱动控制单元，60-制动控制单元。

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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图3所示，给出了本发明轨道交通列车安全起动控制系统及方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种轨道交通列车安全起动控制系统的实施例，具体应用于轨道交通列车在线路有上坡或者下坡坡道时的列车起动控制。系统具体包括：列车网络控制系统1、车载信号系统3、人工控制手柄4和列车牵引系统5。轨道交通列车安全起动控制系统启动后，进入坡道起动逻辑控制流程，列车网络控制系统1根据列车当前线路位置、坡度及运行方向信息判断列车是否为上坡起动(在本实施例中，车载信号系统3中内置电子地图，列车网络控制系统1实时获取来自于车载信号系统3的列车当前线路位置、坡度及运行方向信息；也可以采用列车网络控制系统1自身内置电子地图，此时采用列车网络控制系统1通过车载信号系统3获取位置定位信息，再结合内置的电子地图获得当前列车起动位置的线路、坡道等信息)。若判断为上坡起动，则列车网络控制系统1根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力F_a，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力F_b。若判断不为上坡起动，则列车网络控制系统1根据车载信号系统3或人工控制手柄4给定的控制级位进行起动，当列车加速度超出时进行提示或自动减少控制级位。列车网络控制系统1根据列车牵引系统5所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求。牵引能力是否满足最低防护起动力需求的判断是在列车处于静态下未有控制级位输出时进行的，此处的列车牵引系统5的牵引能力是指列车在静态下所能发挥的最大牵引力，该最大牵引力与驱动控制单元50的可用数量及列车的粘着系数有关，列车网络控制系统1可以通过软件进行预判。若判断牵引能力满足(即符合列车坡道起动条件)，则列车网络控制系统1根据计算得到的最佳起动牵引力，或车载信号系统3或人工控制手柄4给定的控制级位对列车牵引系统5进行控制以实现坡道起动，列车牵引系统5输出给定的牵引力，轨道交通列车起动。若判断牵引能力不能满足，则列车网络控制系统1输出列车起动能力不足故障，不允许列车起动，轨道交通列车不能起动。轨道交通列车安全起动控制系统还包括列车制动系统6，车载信号系统3将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息(上坡道取+、下坡道取-)实时发送至列车网络控制系统1，列车网络控制系统1从列车制动系统6获取的列车当前重量M，并进一步根据以下公式对列车需要的最佳起动牵引力F_a进行计算：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为列车需要的最佳起动牵引力，a为预设的目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度(即列车起动时所处坡道位置的高度/长度值，也就是tan值)，F₀为列车起动阻力。F_a的具体定义为：在满足列车舒适度的前提下，最大允许加速度a所对应的起车牵引力，预设定的列车舒适性加速度a的取值主要考虑列车起动舒适度及列车粘着情况。

轨道交通列车安全起动控制系统还进一步包括司机显示器2，列车网络控制系统1将最佳起动牵引力的计算结果传输至司机显示器2以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统5。根据上述的公式可以得出，当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，列车网络控制系统1自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

列车网络控制系统1进一步根据以下公式对防止列车上坡时倒溜的最低限制牵引力F_b进行计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为列车的最低限制牵引力，a₀为预设的最低限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度，F₀为列车起动阻力。

列车网络控制系统1进一步采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器2提示司机注意操作。

在列车达到起动初始速度V₀之前，网络控制系统1接收到由车载信号系统3或人工控制手柄4给定的控制级位指令后，会将该给定的控制级位指令对应的牵引力F_c与最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b进行对比判断，确定最终输出的列车牵引力。如果由车载信号系统3或人工控制手柄4给定的控制级位提供的牵引力F_c超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，列车网络控制系统1进一步采用车载信号系统3给定的控制级位(即车载信号系统3的给定值，列车在全自动驾驶模式下，由车载信号系统3给出控制级位给定值)或人工控制手柄4给定的控制级位控制列车(当列车处于无人驾驶，即ATO状态时由车载信号系统3，或列车处于有人驾驶状态时由司机向网络控制系统1发送控制级位指令，然后由网络控制系统1根据指令进行牵引力的转换和分配)，并实时计算列车的加速度，此时列车网络控制系统1输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b，及由车载信号系统3或人工控制手柄4给定的控制级位提供的牵引力F_c之中的最大值，这样既能确保坡道起车控制的安全性，又可满足信号或司机的控车要求。当列车处于下坡路段，列车网络控制系统1计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，通过司机显示器2提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

如附图2所示，列车牵引系统5进一步包括若干个驱动控制单元50，列车制动系统6进一步包括若干个制动控制单元60。当列车网络控制系统1对部分驱动控制单元50控制失效或部分驱动控制单元50自身失效时，列车网络控制系统1将输出的坡道启车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元50，以确保足够的起动牵引力。如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元50所能够提供的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，列车网络控制系统1不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过司机显示器2向司机提示列车牵引力不足信息。如果列车处于无人驾驶状态，则通过车载信号系统3向控制中心7输出列车牵引力不足信息。

当列车处于坡道起动过程中，若车载信号系统3或人工控制手柄4给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则列车网络控制系统1立即响应车载信号系统3或人工控制手柄4的指令，并退出坡道起动逻辑控制流程。但若车载信号系统3或人工控制手柄4再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则列车网络控制系统1重新按照坡道起动逻辑控制流程控制列车。当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照车载信号系统3或人工控制手柄4的控车要求控制列车。

在本实施例中，列车网络控制系统1和车载信号系统3为两个各自独立的系统，也可以将列车网络控制系统1与车载信号系统3进行融合，融合后的控制系统具备两个分立系统各自的功能。

本实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统结合轨道交通列车自身控制系统的特点，针对列车坡道起动控制过程中的控制策略系统性地提出了，通过列车网络控制系统1与车载信号系统3之间的线路数据交互、共享，并通过列车网络控制系统1进行逻辑分析及信息反馈或司机显示以达到坡道起动智能控车目的。当列车在有坡道的线路运行时，列车网络控制系统1可以根据车载信号系统3提供的当前线路位置、坡道大小、运行方向以及从牵引或制动系统获取的列车载荷及驱动能力等因素，自动调整起动牵引力，使列车能自动适应线路坡度、载荷、驱动能力等情况。同时，本实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统能够快速自行调节起动牵引力及平滑列车起动速度，使列车达到快速、平稳地达到起动初始速度V₀，大幅提升了列车的坡道起动效率，同时提示司机操作信息提示，减少了司机人工操作的难度，提高了列车运行的安全性和舒适性。

实施例2

如附图3所示，一种轨道交通列车安全起动控制方法的实施例，具体包括以下步骤：

S101)实时接收列车当前线路位置、坡度及运行方向信息；

S102)判断列车是否为上坡起动；

S103)若为上坡起动，则根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力；

S104)若不为上坡起动，则根据列车信号或司机指令进行起动，当列车加速度超出时进行提示或自动减少控制级位；

S105)根据列车牵引系统5所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求；

S106)若牵引能力满足，则提供司机操作指导信息并根据计算得到的最佳起动牵引力，或车载信号系统3或司机给出的指令进行坡道起动；

S107)若牵引能力不能满足，则上报列车起动能力不足故障。

车载信号系统3将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息实时发送至列车网络控制系统1，列车网络控制系统1根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统6获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的目标起动加速度a进一步计算需要的最佳起动牵引力F_a大小为：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为需要的最佳起动牵引力，a为目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

列车网络控制系统1将最佳起动牵引力的计算结果传输至司机显示器2以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统5。当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，列车网络控制系统1自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

列车网络控制系统1根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统6获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的最小限制起动加速度a₀计算防止列车上坡时倒溜需要的最低限制牵引力F_b。列车网络控制系统1采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器2提示司机注意操作。最低限制牵引力F_b的大小进一步根据以下公式计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为最低限制牵引力，a₀为最小限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

在列车达到起动初始速度V₀之前，如果车载信号或司机操作给定手柄的级位超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，列车网络控制系统1进一步采用车载信号系统3或人工控制手柄4的控制级位给定值F_c控制列车，并实时计算列车的加速度，此时列车网络控制系统1输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b、控制级位给定值F_c之中的最大值。当在下坡路段计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

列车牵引系统5进一步包括若干个驱动控制单元50，当列车网络控制系统1对部分驱动控制单元50控制失效或部分驱动控制单元50自身失效时，列车网络控制系统1将输出的坡道启车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元50，以确保足够的起动牵引力。如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元50所能够达到的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，列车网络控制系统1不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过司机显示器2向司机提示列车牵引力不足信息或通过车载信号系统3向控制中心7报告列车牵引力不足信息。

当列车在坡道起动过程中，若车载信号系统3或人工控制手柄4给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则列车网络控制系统1立即响应车载信号系统3或人工控制手柄4的指令，并退出步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程。但若车载信号系统3或人工控制手柄4再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则列车网络控制系统1重新按照步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程控制列车。当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照车载信号系统3或人工控制手柄4的控车要求控制列车。

通过实施本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法，起车过程考虑了线路坡道、列车载荷及起动能力等因素的影响，可自适应实际线路中各种线路坡道情况；通过引入最佳起动牵引力并结合最低限制牵引力进行列车坡道起动控制，避免了在坡道行驶中列车减速度或加速度过大带来列车起动过程不平稳，甚至引起列车后溜的问题，极大地提升了乘客舒适性和体验度；同时，在司机驾驶模式下可做到司机无需关注线路坡道、列车载荷及起动能力等因素，减少了司机劳动强度；

(2)本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法，采用将列车当前线路位置、坡道大小、运行方向等信息引入列车网络控制系统或列车网络控制系统内置电子信息地图以实现列车坡道起车精确控制，列车可以根据车载信号系统提供的当前线路位置、坡道大小、运行方向以及列车载荷及驱动能力等因素，自动调整起动牵引力，使列车能自动适应线路坡度情况，快速自行调节起动牵引力及平滑列车起动速度，同时实现过程更加简单；

(3)本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法，在列车坡道起车阶段设置了起动力最小限制防护，列车在坡道起动过程中，可以根据车载信号系统给定信号或司机手柄级位调整情况采用不同控制策略实现列车安全起动；同时，当列车加速度超出允许的限制值时，通过司机显示器提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位，进一步提升了乘客的舒适性和体验度；

(4)本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法，在列车部分驱动动力失效情况下，列车网络控制系统可根据当前列车可供给的实际驱动能力来分配动力，如果计算到列车其余正常的驱动控制所能够达到的牵引能力不能满足列车起动要求，则实施相应保护，最大限度减少了坡道起车的失败；

(5)本发明具体实施例描述的轨道交通列车安全起动控制系统及方法，通过分析计算和系统监控，能够实现起车过程智能化监控，同时为列车网络控制系统或司机提供操作警示信息，有利于实现无人驾驶下与控制中心或列车司机操作坡道起车情况下的人机智能交互。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (14)

1.一种轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于，包括：列车网络控制系统(1)、车载信号系统(3)、人工控制手柄(4)和列车牵引系统(5)；进入坡道起动逻辑控制流程后，所述列车网络控制系统(1)根据列车当前线路位置、坡度及运行方向信息判断列车是否为上坡起动；若判断为上坡起动，则所述列车网络控制系统(1)根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力；若判断不为上坡起动，则所述列车网络控制系统(1)根据所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的控制级位进行起动；所述列车网络控制系统(1)根据列车牵引系统(5)所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求；若判断牵引能力满足，则所述列车网络控制系统(1)根据计算得到的最佳起动牵引力，或由所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的控制级位对列车牵引系统(5)进行控制以实现坡道起动；若判断牵引能力不能满足，则所述列车网络控制系统(1)输出列车起动能力不足故障。

2.根据权利要求1所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于，所述系统还包括列车制动系统(6)，所述车载信号系统(3)将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息实时发送至列车网络控制系统(1)，所述列车网络控制系统(1)从列车制动系统(6)获取的列车当前重量M，并根据以下公式对列车需要的最佳起动牵引力F_a进行计算：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为列车需要的最佳起动牵引力，a为预设的目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度，F₀为列车起动阻力。

3.根据权利要求2所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于：所述系统还包括司机显示器(2)，所述列车网络控制系统(1)将最佳起动牵引力的计算结果传输至所述司机显示器(2)以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统(5)；当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，所述列车网络控制系统(1)自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

4.根据权利要求3所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于，所述列车网络控制系统(1)根据以下公式对防止列车上坡时倒溜的最低限制牵引力F_b进行计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为列车的最低限制牵引力，a₀为预设的最低限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡度，F₀为列车起动阻力；

所述列车网络控制系统(1)采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器(2)提示司机注意操作。

5.根据权利要求4所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于：在列车达到起动初始速度V₀之前，如果由所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的控制级位提供的牵引力F_c超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，所述列车网络控制系统(1)采用车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的控制级位控制列车，并实时计算列车的加速度，此时所述列车网络控制系统(1)输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b，及由所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的控制级位提供的牵引力F_c之中的最大值；当列车处于下坡路段，所述列车网络控制系统(1)计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，通过所述司机显示器(2)提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

6.根据权利要求3、4或5所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于：所述列车牵引系统(5)包括若干个驱动控制单元(50)，当所述列车网络控制系统(1)对部分驱动控制单元(50)控制失效或部分驱动控制单元(50)自身失效时，所述列车网络控制系统(1)将输出的坡道起车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元(50)，以确保足够的起动牵引力；如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元(50)所能够达到的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，所述列车网络控制系统(1)不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过所述司机显示器(2)向司机提示列车牵引力不足信息或通过所述车载信号系统(3)向控制中心(7)输出列车牵引力不足信息。

7.根据权利要求6所述的轨道交通列车安全起动控制系统，其特征在于：当列车处于坡道起动过程中，若所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则所述列车网络控制系统(1)立即响应所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)的指令，并退出坡道起动逻辑控制流程；但若车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则所述列车网络控制系统(1)重新按照坡道起动逻辑控制流程控制列车；当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)的控车要求控制列车。

8.一种轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101)实时接收列车当前线路位置、坡度及运行方向信息；

S102)判断列车是否为上坡起动；

S103)若为上坡起动，则根据当前线路位置的坡度、列车载荷及预设的起动加速度计算需要的最佳起动牵引力，并结合最低限制起动加速度计算最低限制牵引力；

S104)若不为上坡起动，则根据车载信号系统或人工控制手柄给出的指令进行起动；

S105)根据列车牵引系统(5)所能提供的牵引力判断牵引能力是否满足最低防护起动力需求；

S106)若牵引能力满足，则根据计算得到的最佳起动牵引力，或由车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给出的指令进行坡道起动；

S107)若牵引能力不能满足，则上报列车起动能力不足故障。

9.根据权利要求8所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于，车载信号系统(3)将列车当前线路位置、坡度及运行方向信息实时发送至列车网络控制系统(1)，所述列车网络控制系统(1)根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统(6)获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的目标起动加速度a计算需要的最佳起动牵引力F_a大小为：

F_a＝M×a+M×g×φ+F₀

其中，F_a为需要的最佳起动牵引力，a为目标起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

10.根据权利要求9所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于：所述列车网络控制系统(1)将最佳起动牵引力的计算结果传输至司机显示器(2)以提示司机采用合适的牵引级位控制列车起动，或在收到司机已给出牵引级位时自动调整至当前最佳起动牵引力F_a的计算值并发送至列车牵引系统(5)；当列车处于上坡起动过程中，φ取正值，加大列车牵引力，当列车处于下坡起动过程中，φ取负值，减小列车牵引力，当列车起动后的加速度超过设定值时，所述列车网络控制系统(1)自动采取制动控制或者通知司机采取制动措施。

11.根据权利要求10所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于，所述列车网络控制系统(1)根据接收到的当前线路位置的坡道大小φ、坡道方向，以及从列车制动系统(6)获取的列车当前重量M进行实时计算，并根据预设的最小限制起动加速度a₀计算防止列车上坡时倒溜需要的最低限制牵引力F_b；所述列车网络控制系统(1)采用最低限制牵引力F_b作为列车起动力最小限制防护，并通过司机显示器(2)提示司机注意操作；所述最低限制牵引力F_b的大小根据以下公式计算：

F_b＝M×a₀+M×g×φ+F₀

其中，F_b为最低限制牵引力，a₀为最小限制起动加速度，M为列车当前重量，g为重力加速度，φ为列车起动时的线路坡道，F₀为列车起动阻力。

12.根据权利要求11所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于：在列车达到起动初始速度V₀之前，如果车载信号或司机操作给定手柄的级位超过最佳起动牵引力的计算值F_a时，所述列车网络控制系统(1)采用车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)的控制级位给定值F_c控制列车，并实时计算列车的加速度，此时所述列车网络控制系统(1)输出的坡道启车牵引力F为最佳起动牵引力F_a、最低限制牵引力F_b、控制级位给定值F_c之中的最大值；当在下坡路段计算到列车的加速度超出列车允许的限制值时，提示司机注意调整列车控制级位或在列车具有速度后自动减小控制级位。

13.根据权利要求10、11或12所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于：所述列车牵引系统(5)包括若干个驱动控制单元(50)，当所述列车网络控制系统(1)对部分驱动控制单元(50)控制失效或部分驱动控制单元(50)自身失效时，所述列车网络控制系统(1)将输出的坡道启车牵引力F重新分配至其余工作正常的列车的驱动控制单元(50)，以确保足够的起动牵引力；如果计算到列车其余工作正常的驱动控制单元(50)所能够达到的牵引能力不能满足列车的最低限制牵引力F_b时，所述列车网络控制系统(1)不对列车实施牵引操作，同时对列车的制动不予缓解，并通过所述司机显示器(2)向司机提示列车牵引力不足信息或通过所述车载信号系统(3)向控制中心(7)报告列车牵引力不足信息。

14.根据权利要求13所述的轨道交通列车安全起动控制方法，其特征在于：当列车在坡道起动过程中，若所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)给定的操作级位直接回零位或采用制动级位，则所述列车网络控制系统(1)立即响应所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)的指令，并退出步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程；但若车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)再次给出牵引级位，只要列车速度小于起动初始速度V₀则所述列车网络控制系统(1)重新按照步骤S101)～S107)的坡道起动逻辑控制流程控制列车；当列车达到起动初始速度V₀后，则完全按照所述车载信号系统(3)或人工控制手柄(4)的控车要求控制列车。

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