CN112297875B - 用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法、控制系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆控制领域，提供了一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法、控制系统及车辆。其中，用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法包括获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。其能够根据ATP限速自动调整恒速运行的速度，保证车辆的安全性。

Description

用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法、控制系统及车辆
技术领域
本发明属于车辆控制领域，尤其涉及一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法、控制系统及车辆。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
自动驾驶方式是通过ATC系统输出牵引或制动状态和级位信息，车辆施加相应的牵引力或制动力，实现车辆加速或者减速。发明人发现，在人工驾驶方式时，由于手柄速度选择值可能会超过ATP限速值或车辆最大允许速度值，这样难以保障车辆恒定速度稳定运行；另一方面，由于车辆很难以稳定速度运行，当站区间较长时，需要司机不停的微调主控手柄，给司机操作车辆加大了难度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的提供第一个方面提供一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其能够根据ATP限速自动调整恒速运行的速度，保证车辆的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在一个或多个实施例中，一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，包括：
获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；
根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
本发明的第二个方面提供一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统。
在一个或多个实施例中，一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，包括：
目标速度确定模块，其用于获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；
牵引逆变器控制模块，其用于根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
在一个或多个实施例中，一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，包括：
ATP系统，其用于将ATP限速值发送至TCMS系统；
司机控制器，其用于将手柄速度选择值发送至TCMS系统；
TCMS系统，其用于比较其内部的车辆最大允许速度值以及接收到的ATP限速值和手柄速度选择值，确定三者中的最小值为车辆目标速度；比较车辆目标速度与车辆当前速度，输出牵引逆变器控制信号；
牵引逆变器，其用于接收牵引逆变器控制信号，以驱动牵引电机相匹配运行，以确保车辆以目标速度恒速运行。
本发明的第三个方面提供一种车辆，其包括如上述所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值三者中的最小值确定为车辆目标速度，从中取出最小值，在保证安全的前提下尽量满足司机的意向速度；根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，实现了在ATP限速的前提下，自动调整恒速运行的速度，保证了车辆的安全性，而且可以减少人工驾驶时司机的工作量，提高车辆运行的平稳性和节能性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法流程图；
图2是本发明实施例的方向开关示意图；
图3是本发明实施例的电位计输出电压与目标速度曲线；
图4是本发明实施例的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释：
ATP：Automatic Train Protection，列车自动防护子系统。
ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动。
TCMS：Train Control and Management System，列车控制和管理系统。
TCMS体系结构基于具有高冗余度的标准TCN。该体系结构使用2个标准的TCMS模块，每半列车(称为车组)一个。TCMS体系结构沿用了HV结构(每个牵引变压器有一个TCMS模块)。两个模块使用网关通过列车总线进行通信。
牵引逆变器是列车关键部件之一，主要包括大功率二极管以及晶闸管、电容器和电抗器等。安装在列车动车底部，其主要功能是转换直流制和交流制间的电能量，把来自接触网上的1500V直流电转换为0～1150V的三相交流电，通过调压调频控制实现对交流牵引电动机起动、制动、调速控制。
<用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法>
参照图1，本实施例提供了一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其包括：
步骤1：获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度。
在步骤1的具体实施过程中，ATP限速值是由ATP系统提供的；手柄速度选择值由司机控制器来提供的；车辆最大允许速度值由TCMS系统提供的。
其中，司机控制器的结构可采用如下结构来实现：
司机控制器设置有VI档的方向开关和控制器手柄，VI档用于控制车辆前向且以恒定速度模式运行，控制器手柄设置有若干个速度档位。如图2所示，本实施例的司机控制器除了VI档的方向开关之外，还设置有F档、0档和R档的方向开关。其中，F档用于控制车辆前向运行；0档用于控制车辆不动；R档用于控制车辆后向运行。
例如：控制器手柄设置有六个速度档位，分别为Vmin、V1、V2、V3、V4和Vmax六个速度等级；控制器手柄一侧标记有牵引力和制动力,随着控制器手柄偏移角度与力大小成正比。
在具体实施方式，控制器手柄的速度档位采用电位计实现，电位计设置在司机控制器内部，电位计的输出电压与手柄速度选择值满足分段函数关系。
其中，电位计使用精密电源进行供电，假设电位计的输出电压范围为最小输出电压Pmin和最大输出电压Pmax,电压和手柄速度选择值的关系如图3所示：
当手柄速度选择值在最小目标速度Vmin～最大目标速度Vmax范围内，电压P在Pmin～Pmax之间满足一次函数。
由图3可知：
Pmax＝A*Vmax+B
Pmin＝A*Vmin+B
可以得出：
Figure BDA0002745660760000061
Figure BDA0002745660760000062
其中，A和B为不同速度分段内的系数。
当速度和电压无法用一个函数进行表示时，可采用分段法。其中，速度分段点对应固定的电压值；速度分段内采用同一函数关系。
控制器手柄的速度档位采用电位计实现的方式简易、精度满足使用要求、并且可靠性高。
在另一实施例中，控制器手柄的速度档位采用编码器来实现，编码器设置在司机控制器内部，采用不同的编码表示不同速度档位的速度。
例如：因手柄选择速度是一个有限集(如：1km/h精度的速度变化)，这样可以使用不同的编码表示不同的手柄选择速度。
此处需要说明的是，在其他实施例中，控制器手柄的速度档位也可采用其他现有的方式来实现，比如：控制器手柄的速度档位采用占空比信号来实现，不同的占空比代表不同速度档位的速度。
步骤2：根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
在步骤2的具体实施过程中：
若车辆目标速度V大于车辆当前速度Vc，则控制牵引逆变器输出增大牵引力的信号至牵引电机。
若车辆目标速度V小于车辆当前速度Vc，则控制牵引逆变器输出施加制动力的信号至牵引电机。
若车辆目标速度V等于车辆当前速度Vc，则控制牵引逆变器输出的信号维持当前状态。
其中，车辆当前速度Vc的计算过程为：
为了预防出现某一车辆空转时对整车速度的影响，当车辆处于牵引工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最大值后的平均值。这样提高了车辆当前速度的准确性，进而提高了整车的控制精度，从而能够达到车辆恒速稳定运行的目的。
为了预防出现某一车辆滑行时对整车速度的影响，当车辆处于制动工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最小值后的平均值。这样提高了车辆当前速度的准确性，进而提高了整车的控制精度，从而能够达到车辆恒速稳定运行的目的。
在图1中，VVVF，Variable Voltage and Variable Frequency，指的是本实施例的牵引逆变器。
本实施例将ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值三者中的最小值确定为车辆目标速度，从中取出最小值，在保证安全的前提下尽量满足司机的意向速度；根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，实现了在ATP限速的前提下，自动调整恒速运行的速度，保证了车辆的安全性。
<用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统>
在一个或多个实施例中，提供了一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，其包括：
(1)目标速度确定模块，其用于获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；
(2)牵引逆变器控制模块，其用于根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
其中，本实施例的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统中的目标速度确定模块和牵引逆变器控制模块，与用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法中步骤1和步骤2分别相对应，其具体实施过程，与上述控制方法中的步骤1和步骤2相同，此处不再累述。
此处可以理解的是，目标速度的确定可在TCMS系统内实现，也可在牵引逆变器内实现，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置。
在另一实施例中，参照图4，提供的一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，包括：
ATP系统，其用于将ATP限速值V1发送至TCMS系统；
司机控制器，其用于将手柄速度选择值V2发送至TCMS系统；
TCMS系统，其用于比较其内部的车辆最大允许速度值V3以及接收到的ATP限速值V1和手柄速度选择值V2，确定三者中的最小值为车辆目标速度V；其中，V＝min{V1，V2，V3}；
比较车辆目标速度与车辆当前速度，输出牵引逆变器控制信号；
牵引逆变器，其用于接收牵引逆变器控制信号，以驱动牵引电机相匹配运行，以确保车辆以目标速度恒速运行。
在具体实施中，ATP系统与TCMS系统通过车辆通信网络连接，常规的通信方式为MVB或以太网。
司机控制器与TCMS系统之间通过多芯线缆连接，TCMS系统通过模拟量通道采集司控器发出的模拟量信号，解析出手柄选择速度V2。
车辆最大允许速度值V3通常来自TCMS系统内部，一般是车辆在当前运行状态下的最大允许速度。
当车辆处于牵引工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最大值后的平均值；这样能够预防出现某一车辆空转时对整车速度的影响，提高车辆当前速度的准确性以及整车的控制精度，从而能够达到车辆恒速稳定运行的目的。
当车辆处于制动工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最小值后的平均值。这样能够预防出现某一车辆滑行时对整车速度的影响，提高车辆当前速度的准确性以及整车的控制精度，从而能够达到车辆恒速稳定运行的目的。
本实施例将ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值三者中的最小值确定为车辆目标速度，从中取出最小值，在保证安全的前提下尽量满足司机的意向速度；根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，实现了在ATP限速的前提下，自动调整恒速运行的速度，保证了车辆的安全性，而且可以减少人工驾驶时司机的工作量，提高车辆运行的平稳性和节能性。
<车辆>
本实施例提供了一种车辆，其包括如上述任一实施例所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统。
此处需要说明的是，本实施例的车辆，除了上述所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统之外，其他结构均可采用现有结构来实现，此处不再累述。
本实施例的车辆实现了在ATP限速的前提下，自动调整恒速运行的速度，保证了车辆的安全性，而且可以减少人工驾驶时司机的工作量，提高车辆运行的平稳性和节能性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，包括：
获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；手柄速度选择值由司机控制器来提供的，控制器手柄的速度档位采用电位计实现，电位计设置在司机控制器内部，电位计的输出电压与手柄速度选择值满足分段函数关系；
根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
2.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，若车辆目标速度大于车辆当前速度，则控制牵引逆变器输出增大牵引力的信号至牵引电机。
3.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，若车辆目标速度小于车辆当前速度，则控制牵引逆变器输出施加制动力的信号至牵引电机。
4.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，若车辆目标速度等于车辆当前速度，则控制牵引逆变器输出的信号维持当前状态。
5.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，当车辆处于牵引工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最大值后的平均值。
6.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制方法，其特征在于，当车辆处于制动工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最小值后的平均值。
7.一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，其特征在于，包括：
目标速度确定模块，其用于获取并比较ATP限速值、手柄速度选择值和车辆最大允许速度值，将三者中的最小值确定为车辆目标速度；手柄速度选择值由司机控制器来提供的，控制器手柄的速度档位采用电位计实现，电位计设置在司机控制器内部，电位计的输出电压与手柄速度选择值满足分段函数关系；
牵引逆变器控制模块，其用于根据车辆目标速度与车辆当前速度的比较结果来控制牵引逆变器的运行状态，以确保车辆以目标速度恒速运行。
8.一种用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，其特征在于，包括：
ATP系统，其用于将ATP限速值发送至TCMS系统；
司机控制器，其用于将手柄速度选择值发送至TCMS系统；
TCMS系统，其用于比较其内部的车辆最大允许速度值以及接收到的ATP限速值和手柄速度选择值，确定三者中的最小值为车辆目标速度；比较车辆目标速度与车辆当前速度，输出牵引逆变器控制信号；手柄速度选择值由司机控制器来提供的，控制器手柄的速度档位采用电位计实现，电位计设置在司机控制器内部，电位计的输出电压与手柄速度选择值满足分段函数关系；
牵引逆变器，其用于接收牵引逆变器控制信号，以驱动牵引电机相匹配运行，以确保车辆以目标速度恒速运行。
9.如权利要求7或8所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统，其特征在于，当车辆处于牵引工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最大值后的平均值；
或当车辆处于制动工况时，车辆当前速度是去掉整车所有牵引逆变器速度值中最小值后的平均值。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的用于轨道交通车辆恒速运行的控制系统。
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