CN111824214B - 一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统。该方法包括：实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息；根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常；根据判断结果，做出相应自动驾驶主动安全控制指令。本发明可以有效保障自动驾驶重载机车的行车安全，具有很好的应用前景。

Description

一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统

技术领域

本发明涉及机车自动驾驶技术领域，尤其涉及一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统。

背景技术

重载运输在大宗物资运输中具有运量大、成本低、全天候等得天独厚的优势。在传统的重载机车运营当中，采用的是人工控车模式。但是，由于重载列车编组长、载重大，使重载列车司机操作的难度大大增加。并且，由于重载列车司机需要长时间控车，导致重载列车司机在驾驶时劳动强度很高，极易造成疲劳驾驶。此外，重载列车司机的操纵失误会导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等情况发生，严重威胁铁路行车安全。

为了减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，机车智能驾驶是铁路运输行业未来发展的必然趋势，对于保障重载货运列车的运行安全、提高运输效率、降低运用成本方面有着重大的研究价值和应用推广意义。因此，如何确保自动驾驶重载机车的行车安全，成为业界急需解决的重要问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何确保自动驾驶重载机车的行车安全。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法，包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常；

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线；

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线；

调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

在本发明一优选实施例中，所述方法还包括：

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，主动分析导致自动驾驶重载机车的运行状态异常的原因，并根据分析结果采取相应主动安全控制措施，以保证自动驾驶重载机车安全行车。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，包括：

利用差错检测方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息进行检测；

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息均正确的情况下，将实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息进行比较；

根据比较结果，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，还包括：

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息错误的情况下，利用差错纠正方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息进行纠正。

在本发明一优选实施例中，所述线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息、分相信息和障碍物信息。

在本发明一优选实施例中，所述列车信息包括：列车载重与长度信息、列车特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息、列车运行前方线路信息、列车运行时间信息、列车实际工况信息、当前LKJ列车速度信息、当前TCMS列车速度信息、制动缸压力信息、均衡风缸信息、充风流量信息、列车管减压量信息、总风缸压力信息、尾部风压信息、大闸位置信息、小闸位置信息、列尾类型信息、车辆类型信息、列车保护性降弓信息、列车保护性分主断信息、列车部件故障信息、列车动力损失信息、以及LKJ行驶模式信息，其中，列车特性信息包括：机车特性信息、车辆特性信息、以及车辆与车辆之间的车钩力状态信息和机车与车辆之间的车钩力状态信息，LKJ行驶模式信息包括：降级模式信息、段内走行模式信息、调车模式信息、通常模式信息、随时停车模式信息、与其他列控设备结合模式信息、以及非本务模式信息。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线，包括：

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车掉在分相区的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线，还包括：

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车发生超速的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线，还包括：

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车发生断钩的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

根据本发明的另一个方面，提供了一种重载机车自动驾驶主动安全控制系统，包括：

采集单元，用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息；

校验单元，与所述采集单元相连接，用于根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，并输出判断结果；

主动安全控制单元，与所述校验单元相连接，用于根据所述校验单元输出的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内安全行驶，并输出自动驾驶主动安全控制指令；

执行单元，与所述主动安全控制单元相连接，用于根据所述自动驾驶主动安全控制指令，控制自动驾驶重载机车安全行车。

在本发明一优选实施例中，所述系统还包括：行程动态规划单元，与所述校验单元和所述主动安全控制单元相连接，用于

在所述校验单元判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线；以及

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线；

所述主动安全控制单元具体用于调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，能够根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，并根据判断结果采取相应自动驾驶主动安全控制措施。因此，本发明可以有效保障自动驾驶重载机车的行车安全，具有很好的应用前景。

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特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一的重载机车自动驾驶主动安全控制方法的具体流程示意图；

图2为图1中的步骤S102的具体流程示意图；

图3为图1中的步骤S103和步骤S104的示意图；

图4为在自动驾驶模式下对重载机车进行主动安全控制的具体过程的示意图；

图5为本发明实施例二的重载机车自动驾驶主动安全控制系统的结构示意图；

图6为本发明的重载机车自动驾驶主动安全控制系统的具体操作示意图。

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。

在传统的重载机车运营当中，采用的是人工控车模式。但是，由于重载列车编组长、载重大，使重载列车司机操作的难度大大增加。并且，由于重载列车司机需要长时间控车，导致重载列车司机在驾驶时劳动强度很高，极易造成疲劳驾驶。此外，重载列车司机的操纵失误会导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等情况发生，严重威胁铁路行车安全。

为了减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，机车智能驾驶是铁路运输行业未来发展的必然趋势，对于保障重载货运列车的运行安全、提高运输效率、降低运用成本方面有着重大的研究价值和应用推广意义。因此，如何确保自动驾驶重载机车的行车安全，成为业界急需解决的重要问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法及系统。

实施例一

图1为本发明实施例一的重载机车自动驾驶主动安全控制方法的具体流程示意图。

如图1所示，本发明实施例的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，主要包括以下步骤S101至步骤S106。

在步骤S101中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。

其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息、分相信息和障碍物信息。

列车信息包括：列车载重与长度信息、列车特性信息、列车编组信息(包括列车编组模式信息)、列车当前位置信息(包括：列车相对位移信息和列车绝对位移信息)、列车运行前方线路信息、列车运行时间信息、列车实际工况信息(包括：惰行信息、牵引力信息、电制动力信息、空气制动力信息、空电混合制动力信息)、当前LKJ列车速度信息、当前TCMS列车速度信息、制动缸压力信息、均衡风缸信息、充风流量信息、列车管减压量信息、总风缸压力信息、尾部风压信息、大闸位置信息(包括：过充信息、运转信息、最小制动信息、常用制动信息、全制动信息、抑制信息、重联信息、紧急信息)、小闸位置信息(包括：缓解信息、运转信息、制动区信息、全制动信息)、列尾类型信息(包括：可控列尾和普通列尾)、车辆类型信息、列车保护性降弓信息、列车保护性分主断信息、列车部件故障信息、列车动力损失信息、以及LKJ行驶模式信息。

其中，列车部件故障信息包括：列车分相装置故障信息、列车压缩机故障信息和列车制动机故障信息。列车特性信息包括：机车特性信息(包括：机车实际发挥牵引力信息或电制动力信息、机车当前可用最大牵引力信息或电制动力信息)、车辆特性信息、以及车辆与车辆之间的车钩力状态信息和机车与车辆之间的车钩力状态信息。LKJ行驶模式信息包括：降级模式信息、段内走行模式信息、调车模式信息、通常模式信息、随时停车模式信息、与其他列控设备结合模式信息、以及非本务模式信息。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

在步骤S102中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。其具体过程如图2所示。

在步骤S1021中，利用差错检测方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息进行检测。

优选地，差错检测方法包括：奇偶校验码(PCC)和循环冗余校验(CRC)。

需要说明的是，由于上述差错检测方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息均正确的情况下，执行步骤S1022，将实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息进行比较。

具体地，将实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息进行比较，判断实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息是否和与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息相匹配。

接着，执行步骤S1023，根据比较结果，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。

具体地，若实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息和与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息均匹配，则判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常。

若实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息和与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和/或标准列车信息不匹配，则判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常。

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息错误的情况下，执行步骤S1024，利用差错纠正方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息进行纠正。

优选地，差错纠正方法包括：反馈检测法、空闲重发请求方法和连续重发请求方法。

需要说明的是，由于上述差错纠正方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，执行步骤S103，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线。

接着，执行步骤S104，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。其中，预设安全规则包括：保证列车与障碍物之间的安全距离、不发生断钩、不掉分相、不超速、不冒进、按信号灯行驶。具体请参考图3。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车掉在分相区的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车发生超速的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

在本发明一优选实施例中，根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除存在使列车发生断钩的风险的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。

具体地，根据坡道信息得到自动驾驶重载机车在坡道上安全行驶所需的工况信息，约束坡道变坡点处列车的工况变化，并根据该工况信息和列车当前工况信息判断出列车是否存在发生断钩的风险。

接着，执行步骤S105，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。其中，目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量)。

具体地，将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，执行步骤S106，主动分析导致自动驾驶重载机车的运行状态异常的原因，并根据分析结果采取相应主动安全控制措施，以保证自动驾驶重载机车安全行车。

图4为在自动驾驶模式下对重载机车进行主动安全控制的具体过程的示意图。其中，自动驾驶主动安全控制措施分为以下四个等级：

第一等级：文字和语音进行提示注意列车运行、维持列车自动运行；

第二等级：文字和语音提示人工接管，维持电制，提示10s到限未进行人工干预时常用初制动保护，安全导向列车减速运行；

第三等级：常用制动/惩罚制动保护，文字和语音提示，安全控制列车停车；

第四等级：常用制动减速/紧急制动保护停车，文字和语音提示，安全控制列车紧急停车。

如图4所示，首先，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。

然后，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，不申请退出自动驾驶模式，返回第一步骤，继续实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。同时，主动安全控制单元继续发出自动驾驶主动安全控制指令(即第一等级)。

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，主动安全控制单元发出自动驾驶保护指令(即第二等级至第四等级)。若保护成功，则继续发出自动驾驶主动安全控制指令。若保护失败，则退出自动驾驶模式。

在退出自动驾驶模式的情况下，执行人工接管重载机车或停车。在不退出自动驾驶模式的情况下，返回第一步骤，继续实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，并重复执行以上操作。

具体地，在通过感知装置判断出在前方预设范围内存在影响列车正常行驶的障碍物致使自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，根据障碍物与列车之间的距离，采取相应主动安全控制措施。例如，若障碍物与列车之间的距离大于2公里时，采取施加空气制动力措施以降低列车的行车速度，保证列车安全行车。若障碍物与列车之间的距离小于等于2公里时，采取停车保护措施。

在通过感知装置判断出信号灯故障致使自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，例如，信号灯原来显示为绿灯，表示列车可以正常通过。但是，该信号灯由于出现故障突然由绿灯变为红灯或红黄灯或白灯时，表示列车不能通过。此时，采取停车保护措施。

在根据列车LKJ速度(或列车TCMS速度)和车轴转速判断出列车空转滑行致使自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下(即，将列车LKJ速度(或列车TCMS速度)和与车轴转速对应的车轮速度进行比较，若车轮速度大于列车LKJ速度(或列车TCMS速度)，则判断出列车空转滑行)，进一步根据机车实际发挥牵引力或电制动力与目标牵引力或电制动力之比来判断列车空转滑行的严重程度。例如，若机车实际发挥牵引力与目标牵引力之比持续5秒都小于75％，则判断出列车处于严重空转滑行状态，此时，申请退出自动驾驶模式，并采取人工接管措施。若在人工接管前判断出列车不再处于严重空转滑行状态，则维持自动驾驶模式。

在根据列车LKJ速度和列车TCMS速度判断出列车速度异常致使自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下(即，将同一时刻的列车LKJ速度与列车TCMS速度进行比较，若同一时刻的列车LKJ速度与列车TCMS速度的速度之差大于3.5km/h，则判断出列车速度异常)。此时，申请退出自动驾驶模式，并采取人工接管措施。

在根据列车保护性降弓信息判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，申请退出自动驾驶模式，并采取停车保护措施。

在根据列车的任一压缩机故障信息判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，申请退出自动驾驶模式，并采取停车保护措施。

在根据列车动力损失信息判断出列车剩余动力不能满足安全行车要求时，申请退出自动驾驶模式，并采取停车保护措施。在根据列车动力损失信息判断出列车剩余动力能够满足安全行车要求时，不申请退出自动驾驶模式，继续发出自动驾驶主动安全控制指令。

在根据列车制动机通讯故障信息或制动能力故障信息判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，申请退出自动驾驶模式，并采取停车保护措施。

在人工驾驶模式下，若判断出重载机车的运行状态异常，则不允许进入自动驾驶模式。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，能够根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，并根据判断结果采取相应自动驾驶主动安全控制措施。因此，本发明可以有效保障自动驾驶重载机车的行车安全，具有很好的应用前景。

实施例二

图5为本发明实施例二的重载机车自动驾驶主动安全控制系统的结构示意图。

如图5所示，本发明的重载机车自动驾驶主动安全控制系统，主要包括：采集单元201、校验单元202、主动安全控制单元203、以及执行单元204。

采集单元201用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。

其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息、分相信息和障碍物信息。

列车信息包括：列车载重与长度信息、列车特性信息、列车编组信息(包括列车编组模式信息)、列车当前位置信息(包括：列车相对位移信息和列车绝对位移信息)、列车运行前方线路信息、列车运行时间信息、列车实际工况信息(包括：惰行信息、牵引力信息、电制动力信息、空气制动力信息、空电混合制动力信息)、当前LKJ列车速度信息、当前TCMS列车速度信息、制动缸压力信息、均衡风缸信息、充风流量信息、列车管减压量信息、总风缸压力信息、尾部风压信息、大闸位置信息(包括：过充信息、运转信息、最小制动信息、常用制动信息、全制动信息、抑制信息、重联信息、紧急信息)、小闸位置信息(包括：缓解信息、运转信息、制动区信息、全制动信息)、列尾类型信息(包括：可控列尾和普通列尾)、车辆类型信息、列车保护性降弓信息、列车保护性分主断信息、列车部件故障信息、列车动力损失信息、以及LKJ行驶模式信息。

其中，列车部件故障信息包括：列车分相装置故障信息、列车压缩机故障信息和列车制动机故障信息。列车特性信息包括：机车特性信息(包括：机车实际发挥牵引力信息或电制动力信息、机车当前可用最大牵引力信息或电制动力信息)、车辆特性信息、以及车辆与车辆之间的车钩力状态信息和机车与车辆之间的车钩力状态信息。LKJ行驶模式信息包括：降级模式信息、段内走行模式信息、调车模式信息、通常模式信息、随时停车模式信息、与其他列控设备结合模式信息、以及非本务模式信息。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

校验单元202与采集单元201相连接，用于根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，并输出判断结果。

主动安全控制单元203与校验单元202相连接，用于根据校验单元202输出的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内安全行驶，并输出自动驾驶主动安全控制指令。

其中，自动驾驶主动安全控制指令分为以下四个等级：

第一等级：文字和语音进行提示注意列车运行、维持列车自动运行；

第二等级：文字和语音提示人工接管，维持电制，提示10s到限未进行人工干预时常用初制动保护，安全导向列车减速运行；

第三等级：常用制动/惩罚制动保护，文字和语音提示，安全控制列车停车；

第四等级：常用制动减速/紧急制动保护停车，文字和语音提示，安全控制列车紧急停车。

执行单元204与主动安全控制单元203相连接，用于根据自动驾驶主动安全控制指令，控制自动驾驶重载机车安全行车。

在本发明一优选实施例中，该系统还包括：行程动态规划单元205，与校验单元202和主动安全控制单元203相连接，用于在校验单元202判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线；以及根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线。其中，目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量)。其中，预设安全规则包括：保证列车与障碍物之间的安全距离、不发生断钩、不掉分相、不超速、不冒进、按信号灯行驶。

主动安全控制单元203具体用于调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

图6为本发明的重载机车自动驾驶主动安全控制系统的具体操作示意图。

如图6所示，采集单元201实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，并将该线路信息和该列车信息传输给校验单元202。

校验单元202根据该线路信息和该列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。

在校验单元202判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，校验单元202将该线路信息和该列车信息传输给行程动态规划单元205。行程动态规划单元205根据该线路信息和该列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线，并根据预设安全规则，从该多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线，并将该目标位置-速度曲线传输给主动安全控制单元203。

主动安全控制单元203将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则输出调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数的指令。

执行单元204在接收到主动安全控制单元203输出的调整指令后，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在校验单元202判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，校验单元202将该判断结果传输给主动安全控制单元203。主动安全控制单元203根据该判断结果，输出自动驾驶保护指令。执行单元204在接收到主动安全控制单元203输出的自动驾驶保护指令后，做出相应主动安全控制措施，以保证自动驾驶重载机车安全行车。

上述各部件中的操作的具体细化，可参见上面结合图1至图4对本发明方法的说明，在此不再详细赘述。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶主动安全控制系统，校验单元能够根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。主动安全控制单元根据校验单元的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内安全行驶，并做出自动驾驶主动安全控制指令。因此，本发明可以有效保障自动驾驶重载机车的行车安全，具有很好的应用前景。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常；

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线；

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线；所述影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线包括：使列车掉在分相区的风险的位置-速度曲线、使列车发生超速的风险的位置-速度曲线和使列车发生断钩的风险的位置-速度曲线中的至少一种；

调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

2.根据权利要求1所述的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在判断出自动驾驶重载机车的运行状态异常的情况下，主动分析导致自动驾驶重载机车的运行状态异常的原因，并根据分析结果采取相应主动安全控制措施，以保证自动驾驶重载机车安全行车。

3.根据权利要求1或2所述的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，包括：

利用差错检测方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息进行检测；

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息均正确的情况下，将实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及与自动驾驶重载机车对应的标准线路信息和标准列车信息进行比较；

根据比较结果，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常。

4.根据权利要求3所述的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，还包括：

在检测出实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息错误的情况下，利用差错纠正方法对实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和/或列车信息进行纠正。

5.根据权利要求3所述的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，所述线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息、分相信息和障碍物信息。

6.根据权利要求3所述的重载机车自动驾驶主动安全控制方法，其特征在于，所述列车信息包括：列车载重与长度信息、列车特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息、列车运行前方线路信息、列车运行时间信息、列车实际工况信息、当前LKJ列车速度信息、当前TCMS列车速度信息、制动缸压力信息、均衡风缸信息、充风流量信息、列车管减压量信息、总风缸压力信息、尾部风压信息、大闸位置信息、小闸位置信息、列尾类型信息、车辆类型信息、列车保护性降弓信息、列车保护性分主断信息、列车部件故障信息、列车动力损失信息、以及LKJ行驶模式信息，其中，列车特性信息包括：机车特性信息、车辆特性信息、以及车辆与车辆之间的车钩力状态信息和机车与车辆之间的车钩力状态信息，LKJ行驶模式信息包括：降级模式信息、段内走行模式信息、调车模式信息、通常模式信息、随时停车模式信息、与其他列控设备结合模式信息、以及非本务模式信息。

7.一种重载机车自动驾驶主动安全控制系统，其特征在于，包括：

采集单元，用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息；

校验单元，与所述采集单元相连接，用于根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断自动驾驶重载机车的运行状态是否正常，并输出判断结果；

主动安全控制单元，与所述校验单元相连接，用于根据所述校验单元输出的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内安全行驶，并输出自动驾驶主动安全控制指令；

执行单元，与所述主动安全控制单元相连接，用于根据所述自动驾驶主动安全控制指令，控制自动驾驶重载机车安全行车；

行程动态规划单元，与所述校验单元和所述主动安全控制单元相连接，用于

在所述校验单元判断出自动驾驶重载机车的运行状态正常的情况下，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线；以及

根据预设安全规则，从自动驾驶重载机车在前方预设范围内的多组位置-速度曲线中，实时剔除影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线，得到能够使自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的目标位置-速度曲线，所述影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内安全行驶的位置-速度曲线包括：使列车掉在分相区的风险的位置-速度曲线、使列车发生超速的风险的位置-速度曲线和使列车发生断钩的风险的位置-速度曲线中的至少一种；

所述主动安全控制单元具体用于调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

Images