CN112606873A - 一种用于机车辅助驾驶的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于机车辅助驾驶的控制方法及装置，所述方法包括：获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发；根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，实现所述机车的自动运行。本申请通过获取机车运行数据、生成最优控制的自动操控指令，并将自动操控指令发送到机车的自动运行控制系统控制机车自动运行，实现了不同类型机车行程优化控制的自动化和通用化。
Description
技术领域
本申请涉及轨道交通的机车控制领域，尤其涉及一种用于机车辅助驾驶的控制方法及装置。
背景技术
随着社会资源优化配置工作的不断推进，轨道交通行业的资源优化配置也亟待提高。因为铁路线路情况的错综复杂，机车型号的多种多样，使得不同线路、不同机车的行程优化控制条件和场景各种不同，加之近年来机车自动驾驶模式的使用，使得机车行程优化控制的自动化和通用化成为了轨道交通业中亟待解决的突出问题。
发明内容
(一)发明目的
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种用于机车辅助驾驶的控制方法及装置，通过获取机车运行数据、生成最优控制的自动操控指令，并将自动操控指令发送到机车的自动运行控制系统控制机车自动运行，以实现不同类型机车行程优化控制的自动化和通用化。
(二)技术方案
本申请实施例第一方面提供了一种用于机车辅助驾驶的控制方法，包括：
获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备；
根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；
当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
一些实施例中，根据所述车载设备运行数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令,包括：
起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线；
区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线；
定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线；
依次连接所述第一速度优化控制曲线、所述第二速度优化控制曲线和所述第三速度优化控制曲线后形成机车行程优化控制曲线，并基于所述机车行程优化控制曲线生成所述自动操控指令。
一些实施例中，所述起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线,包括：
依据所述机车的机车合力和列车总重，计算确定时间范围内所述机车的加速度值；
根据所述加速度值计算所述机车的起车运行速度，并对所述起车运行速度进行周期性采样，形成第一速度曲线；
根据所述加速度值和所述列车总重，计算指定时间点所述机车需要的机车合力值，并通过所述机车合力值计算所述车机需要的机车牵引力值；
依据所述机车牵引力值与所述机车档位的对应关系，确定所述指定时间点的所述机车档位；
根据所述机车运行限制速度确定第二速度曲线；
与所述第二速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第三速度曲线；
将所述第一速度曲线与所述第三速度曲线相交连接起来的连续速度曲线作为所述机车的第一速度优化控制曲线。
一些实施例中，所述区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线,包括：
根据平稳变速的控制目标，确定从高限速区驶入低限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线；
根据平稳变速的控制目标，确定进入限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线；以及
根据平稳变速的控制目标，确定从低限速区驶入高限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线。
一些实施例中，所述定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线，包括：
依据所述定点停车阶段的限速曲线确定第十速度曲线；
与所述第十速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第十一速度曲线；
将所述第十一速度曲线作为所述第三速度优化控制曲线。
一些实施例中，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，包括：
当所述机车处于起车状态，且所述机车的手柄级位处于零位、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备。
一些实施例中，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车处于起车状态，且所述手柄级位处于零位、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备。
一些实施例中，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车启动前、所述机车进站前、所述机车进入长大下坡前、所述机车站内停车再起车出站前、所述机车贯通实验后、所述机车排风完成后或所述机车制动实验前的任一时机，将所述机车列尾装置的工作状态查询指令、排风指令和风压查询指令的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车列尾装置。
本申请实施例第二方面提供了一种用于机车辅助驾驶的控制装置，包括：
数据通信模块，用于获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备；
优化计算主处理模块，用于根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；
优化控制表决模块，用于判断所述机车是否处于自动驾驶模式，并当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
本申请实施例第三方面提供了一种机车，所述机车采用上述的控制装置。
(三)有益效果
本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过获取机车车载设备的运行数据，生成最优控制的自动操控指令，并在机车处于自动驾驶模式时，将自动操控指令发送到所述机车的自动运行控制系统。使各种不同类型的机车均可在自动驾驶模式下通过自动运行控制系统自动执行自动操控指令。
附图说明
图1是本申请实施例控制方法的流程示意图；
图2是图1实施例中生成最优控制的自动操控指令的流程示意图；
图3是图2实施例中起车加速阶段的行程优化曲线图；
图4是图2实施例中区间调速阶段由高限速区进入低限速区规划的行程优化曲线图；
图5是图2实施例中区间调速阶段进入限速区间的行程优化曲线图；
图6是图2实施例中区间调速阶段从低限速区驶入高限速区的行程优化曲线图；
图7是图2实施例中定点停车阶段的行程优化曲线图；
图8是本申请实施例的控制装置的结构框图和通信架构示意图。
具体实施方式
现有技术在机车行程优化控制状况过程中，因为铁路线路错综复杂、机车型号多种多样、应用场景各不相同，而导致控制方法的通用化和自动化水平较低。本申请提出的一种用于机车驾驶的控制方法及装置，作为一种通用的机车行程优化控制方法和装置，通过获取机车车载设备的运行与状态数据；根据所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令自动控制所述机车运行。使各种不同类型的机车均可在自动驾驶模式下通过自动运行控制系统执行自动操控指令。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1是本申请实施例控制方法的流程示意图。
如图1所示，一种用于机车辅助驾驶的控制方法，包括：
步骤110：获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备。
步骤110中获取机车车载设备的实时数据，并对实时数据进行处理和分发。其中机车车载设备包括用于获取网络设备控制数据、事件数据和报警数据的网络控制系统，用于获取线路基础数据、线路实时数据、站名表和揭示数据的列车运行监控纪录装置，用于获取空气制动数据的制动系统，用获取的列尾设备状态和列尾风压数据的机车列尾装置；用于获取防火、高压绝缘、列车供电、走行部数据的车载安全防护系统；以及用于获取机车综合监测与诊断信息数据的远程监测与诊断系统。
一些实施例中，步骤110中获取机车车载设备的实时数据，包括：
从所述网络控制设备实时获取网络设备控制与状态数据、事件数据和报警数据；
从所述列车运行监控纪录装置实时获取线路基础数据、线路实时数据、站名表和揭示数据；
从所述机车制动设备实时获取牵引制动数据和空气制动数据；
从所述机车的机车列尾装置实时获取列尾设备状态和列尾风压数据；
从所述车载安全防护系统实时获取防火、高压绝缘、列车供电、走行部数据；以及
从所述远程监测与诊断系统实时获取机车综合监测与诊断信息数据。
步骤110中对获取的数据进行处理和分发，包括对数据的分类处理，以及根据数据间的通信关系进行接收和发送。
步骤120：根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令。
步骤130：当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
上述实施例通过获取机车车载设备的实时数据，生成最优控制的自动操控指令，并在机车处于自动驾驶模式时，将自动操控指令发送到所述机车的自动运行控制系统。使各种不同类型的机车均可在自动驾驶模式下通过自动运行控制系统自动执行自动操控指令。
图2是图1实施例中生成最优控制的自动操控指令的流程示意图。
如图2所示，一些实施例中，步骤120中根据所述车载设备运行数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令,包括：
步骤121：起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线。
步骤122：区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线。
步骤123：定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线。
步骤124：依次连接所述第一速度优化控制曲线、所述第二速度优化控制曲线和所述第三速度优化控制曲线后形成机车行程优化控制曲线，并基于所述机车行程优化控制曲线生成所述自动操控指令。
其中，步骤121中起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线，包括：
步骤1211：依据所述机车的机车合力和列车总重，计算确定时间范围内所述机车的加速度值；
步骤1212：根据所述加速度值计算所述机车的起车运行速度，并对所述起车运行速度进行周期性采样，形成第一速度曲线；
步骤1213：根据所述加速度值和所述列车总重，计算指定时间点所述机车需要的机车合力值，并通过所述机车合力值计算所述车机需要的机车牵引力值；
步骤1214：依据所述机车牵引力值与所述机车档位的对应关系，确定所述指定时间点的所述机车档位；
步骤1215：根据所述机车运行限制速度确定第二速度曲线；
步骤1216：与所述第二速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第三速度曲线；
步骤1217：将所述第一速度曲线与所述第三速度曲线相交连接起来的连续速度曲线作为所述机车的第一速度优化控制曲线。
其中步骤122中区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线，包括：
步骤1221：从高限速区驶入低限速区的区间调速的速度优化控制，包括：
步骤12211：选定所述机车从高限速区驶入低限速区时，所述区间调速的第一起始点和第一结束点；
步骤12212：根据所述机车的车辆特性、线路情况和列车总重，确定实施惰行或施加机车电制动；
步骤12213：若施加机车电制动，则依据所述机车的制动力与档位的对应关系，确定机车档位；
步骤12214：根据所述机车档位的限制速度确定所述第四速度曲线；
步骤12215：与所述第四速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的所述第五速度曲线；
步骤12216：将所述第五速度曲线作为所述第二速度优化控制曲线；以及
步骤1222：进入限速区的区间调速的速度优化控制，包括：
步骤12221：根据所述限速区的限速值，保持预定速度防护范围，确定第六速度曲线；
步骤12222：根据所述机车的车辆特性、线路情况和列车总重确定所述机车的牵引力；
步骤12223：根据所述牵引力与所述机车档位的对应关系，确定所述机车档位；
步骤12224：采样实时获取区间速度值绘制速度曲线，形成所述第二速度优化控制曲线；以及
步骤1223：从低限速区驶入高限速区的区间调速的速度优化控制，包括：
步骤12231：选定所述机车从低限速区驶入高限速区时，所述区间调速的第二起始点和第二结束点；
步骤12232：根据所述机车的车辆特性、线路情况和列车总重，确定实施惰行或施加制动；
步骤12233：依据所述机车的牵引力特性，通过机车合力确定指定时间范围内所述机车的加速度值；
步骤12234：根据所述加速度值确定所述机车的运行速度，确定第七速度曲线；
步骤12235：根据所述机车加速度值，获取相应时刻的合力值，并通过合力值计算出所需要的机车牵引力；
步骤12236：根据所述牵引力与所述机车档位的对应关系，确定所述机车档位；
步骤12237：根据所述机车档位的限制速度确定第八速度曲线；
步骤12238：与所述第八速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第九速度曲线；
步骤12239：依次连接所述第七速度曲线、第八速度曲线和第九速度曲线形成所述第二速度优化控制曲线。
步骤123中定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线，包括：
步骤1231：依据所述定点停车阶段的限速曲线确定第十速度曲线；
步骤1232：与所述第十速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第十一速度曲线；
步骤1233：将所述第十一速度曲线作为所述第三速度优化控制曲线。
图3是图2实施例中起车加速阶段的行程优化曲线图。
如图3所示，上述实施例中，可选的，起车加速阶段规划既要遵循节时节能原则采用较大牵引力加速运行策略，又要遵循舒适性原则采用逐级平稳加大牵引力原则，所以该阶段的行程优化曲线具体规划过程为：
依据机车车辆牵引制动力特性，通过机车合力计算出一定时间范围内的机车加速度值；
根据计算得到的机车加速度值,计算机车的起车运行速度，并对起车运行速度进行固定时间间隔的采样取值，汇总所有采样速度值便可绘制起车速度曲线A。
根据计算得到的机车加速度值、机车车辆特性及列车总重,计算获取指定时间点需要给出的机车合力值，再通过机车合力值计算获得所需要的机车牵引力数值。
使用计算得到的机车牵引力数值，依据机车牵引力与档位计算关系，计算获取指定时间点应该施加的牵引力档位数值。
根据当前的机车限制速度值曲线C，预留一定速度防护范围，获取合理的区间平稳阶段速度曲线B。
起车速度曲线A与合理区间平稳阶段速度曲线B相交后，连接而成的速度曲线便是行程规划的起车曲线，到此便完成起车加速度阶段的规划。
图4是图2实施例中区间调速阶段由高限速区进入低限速区规划的行程优化曲线图。
如图4所示，上述实施例中，可选的，所述从高限速区驶入低限速区阶段行程优化曲线的规划过程包括：
选定机车区间调速的起始调速区a点和区间调速的结束调速区b点，根据机车车辆特性、线路情况、列车总重等，计算规划实施惰行(上坡)或施加制动力(平坡或下坡)；
如若惰行，则档位为零，如果机车输出制动力，依据机车制动力与档位计算关系，计算获取指定时间点应该施加的制动力档位数值。
调整曲线B与目标曲线c后，按照区间调速进行规划曲线连接，形成从高限速区驶入低限速区规划曲线。
图5是图2实施例中区间调速阶段进入限速区间的行程优化曲线图。
如图5所示，上述实施例中，可选的，所述进入限速区间运行阶段规划过程包括：
依据区间限速值B，预留一定速度余量后，确定目标速度A；
根据机车车辆特性、线路情况、列车总重计算机车牵引制动力；
依据平稳运行策略，使用计算出的机车牵引制动力数值计算对应的机车输出档位数值。
以采样获取的区间速度值绘制行程优化曲线A。
图6是图2实施例中区间调速阶段从低限速区驶入高限速区的行程优化曲线图。
如图5所示，上述实施例中，可选的，19、所述从低限速区驶入高限速区阶段规划过程包括：
确定曲线调整起点b与a距离，在确保安全前提下距离尽量短；
依据机车车辆牵引制动力特性，通过机车合力计算出指定时间范围内的机车加速度值；
使用机车加速度值计算机车的运行速度，并规划速度曲线B；
根据机车加速度值，获取相应时刻的合力值，并通过合力值计算出所需要的机车牵引力；
依据机车牵引力和档位的关系，获取机车牵引档位值；
根据限速曲线E，获取区间速度曲线C；
调整曲线B与目标曲线A和C相交后，对行程优化曲线进行连接。
图7是图2实施例中定点停车阶段的行程优化曲线图。
如图7所示，上述实施例中，可选的，20、所述定点停车阶段规划在保证安全性原则下采用辅助制动施加空气制动的原则进行。具体规划过程包括：
确定机车最终的停车位置c；
根据停车位置与前方信号机的位置d，确定停车曲线起点a的位置；
依据限速曲线计算从a点开始的机车速度值；
当机车速度在到达停车位置c点前低于3km/h，则控制机车以3km/h运行至c后，施加空气制动停车；
当机车速度在到达停车位置时高于3km/h,则调整a点位置，重新规划曲线，直至满足到达c点时速度小于3km/h；
依据以上规则要求规划速度曲线B和C，并连接区间规划速度A，形成停车规划曲线。
一些实施例中，步骤130中当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，包括：
当所述机车处于起车状态，且所述机车的手柄级位处于零位、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备。
一些实施例中，步骤130中当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车处于起车状态，且所述手柄级位处于零位、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备。
一些实施例中，步骤130中当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车启动前、所述机车进站前、所述机车进入长大下坡前、所述机车站内停车再起车出站前、所述机车贯通实验后、所述机车排风完成后或所述机车制动实验前的任一时机，将所述机车列尾装置的工作状态查询指令、排风指令和风压查询指令的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车列尾装置。
一些实施例中，所述机车处于的自动驾驶模式，需要满足一定的预置条件，包括：
当所述机车处于起车状态或运行中状态时，司机通过点击所述人机交互模块的自动按键，触发所述运行控制系统向所述网络控制系统发送请求自动驾驶模式激活指令，并启动20秒倒计时等待所述网络控制系统响应。当所述网络控制系统响应自动驾驶模式已激活，所述网络控制系统将同时交出机车网络控制功能控制权；所述运行控制系统接受所述网络控制系统响应并接管机车网络控制功能控制权；此时，所述网络控制系统达到并处于自动驾驶运行允许状态。当所述网络控制系统20秒内无响应，或所述网络控制系统响应自动驾驶模式未激活,此时，所述网络控制系统处于自动驾驶运行不允许状态。
一些实施例中，所述机车处于的自动驾驶模式，需要满足一定的预置条件，还包括：
当所述机车处于起车状态或运行中状态时，司机通过点击所述人机交互模块的自动按键，触发所述运行控制系统向所述制动系统请求自动驾驶模式激活指令，并启动20秒倒计时等待所述制动系统响应。当所述制动系统响应自动驾驶模式已激活，所述制动系统将同时交出机车空气制动控制权；所述运行控制系统接受所述制动系统响应并接管机车空气制动控制权；此时，所述制动系统达到并处于自动驾驶运行允许状态。当所述制动系统20秒内无响应，或所述制动系统响应自动驾驶模式未激活,此时，所述制动系统处于自动驾驶运行不允许状态。
一些实施例中，所述机车处于的自动驾驶模式，需要满足一定的预置条件，还包括：
当所述机车处于起车状态或运行中状态时，司机通过点击所述人机交互模块的自动按键，触发所述运行控制系统向所述列尾装置请求自动驾驶模式激活指令，并启动20秒倒计时等待所述列尾装置响应。当所述列尾装置响应自动驾驶模式已激活，所述列尾装置将同时开启列尾查询与控制允许；所述运行控制系统接受所述列尾装置响应并开启列尾查询与控制功能；此时，所述列尾装置达到并处于自动驾驶运行允许状态。当所述列尾装置20秒内无响应，或所述列尾装置响应自动驾驶模式未激活,此时，所述列尾装置处于自动驾驶运行不允许状态。
图8是本申请实施例的控制装置的结构框图和通信架构示意图。
如图8所示，一种用于机车辅助驾驶的控制装置，包括：
数据通信模块M1，用于获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备；
优化计算主处理模块M2，用于根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；
优化控制表决模块M3，用于判断所述机车是否处于自动驾驶模式，并当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
一些实施例中，所述控制装置还包括：
优化控制图像处理模块M4，用于将所述自动操控指令转换成行程优化控制曲线、实时限速曲线、信号机信息、站点信息和地形地势信息，并以可交互的图像化方式进行呈现。
数据持久化模块M5，用于将所述所述自动操控指令对应的操控数据实时保存至数据存储器中，为所述操控数据的查询、分析和再次调用提供支持。
蓝牙维护模块M6，用于通过蓝牙无线传输，实现所述控制装置中各模块的软件升级、配置文件更新，以及持久化数据下。可选的，蓝牙维护模块006配置有意法半导体公司的蓝牙5.0芯片，提供了稳定、快速、安全的装置应用软件更新、配置文件升级、持久化数据和日志的无线下载功能。
本实施例通过数据通信模块M1获取机车车载设备的运行数据，通过优化计算主处理模块M2生成最优控制的自动操控指令，并通过优化控制表决模块M3在当机车处于自动驾驶模式时，将自动操控指令发送到所述机车的自动运行控制系统。使各种不同类型的机车均可在自动驾驶模式下通过自动运行控制系统自动执行自动操控指令。
如图8所示，其中，数据通信模块M1接收来自机车TCMS系统(机车网络控制系统)、LKJ装置(列车运行监控装置)、BCU装置(制动控制单元)、CIR装置(机车综合无线通信设备)、6A系统(机车车载安全防护系统)、CMD系统(机车远程监测与诊断系统)的实时数据、配置或常用信息，以行程优化控制的计算需求为中心，将数据分类提取和再次封装。
数据通信模块M1与TCMS系统采用以太网连接(中间加装协议转换装置)，通过UDP通信方式实现双向交互；机车行程优化控制车载终端接收来自TCMS系统的机车实时数据、机车控制状态数据、机车运行故障报警信息，并向TCMS系统发送机车控制命令。数据通信模块M1与LKJ采用CAN总线接口连接，预留以太网接口；该车载终端接收来自LKJ的基础数据信息、交路数据信息、揭示数据信息。数据通信模块M1与BCU装置以太网方式连接，通过UDP通信方式进行数据双向交互；从BCU接收空气制动压力值，并向BCU发送减压、缓解等指令。数据通信模块M1与CIR通过RS422串口连接，获取列车尾部的列车管气压值。数据通信模块M1与6A采用以太网连接，通过UDP通信方式进行数据双向交互；采集防火、高压绝缘、列车供电、走行部、相关视频等信息。数据通信模块M1与CMD装置采用以太网连接，通过UDP通信方式进行数据双向交互；获取机车综合监测与诊断信息。
优化计算主处理模块M2获取数据通信模块M1传输的数据，本着安全、正点、平稳、减负、节能等要求，通过对线路交路信息、线路限速信息、线路坡度信息、线路信号机状态、线路曲线信息、线路临时限速信息、机车实时状态、机车编组信息、机车行程信息等数据进行综合处理、优化计算后，最终得出机车行程中最优的牵引制动力和最优牵引制动档位。该模块采用Altera公司(英特尔阿尔特拉公司)的Stratix系列FPGA处理器以保证行程优化计算的高实时效率和高性能。
优化计算依据不同的策略分模式实时进行，可分为长大上坡策略模式、长大下坡策略模式、贯通实验策略模式、分相区策略模式、临时限速策略模式、支线测线策略模式等。对于区间停车、区间起车、反向行车、信号突变、临时降速或停车等特殊情况依据不同处理方式作出计算响应。
优化控制表决模块M3依据优化计算得出的牵引制动力和机车档位，结合机车其它各个模块的当前状态，实时处理机车行程优化的控制状态、事件响应表决，设定机车行程运行模式，并将行程运行的模式命令发送到TCMS系统和BCU装置。该模块负责统筹协调各个模块间的事件处理、故障决判，并通过机车实时状态、行程优化计算结果，表决机车行程优化控制状态在自动驾驶状态、辅助驾驶状态、自动驾驶准备状态、手动驾驶状态、紧急事件状态之间切换。
优化控制图像处理模块M4负责将数据通信模块、优化计算主处理模块、优化控制表决模块输出的数据、控制决议等，生成数据表、行程优化曲线、状态切换控制输入等图形界面，输出、渲染到外置图形显示装置。该模块配置ATI公司高性能GPU(图像处理器)，提供VGA和HDMI双路输出接口，方便外置显示器的连接与显示。
数据持久化模块M5用于持久化机车优化控制数据、机车司机驾驶操作实时动作数据、机车关键状态和安全数据等。可以使用这些数据实现离线状态下机车行程优化控制的再现。
蓝牙维护模块M6内置新一代低功耗、更高新能的蓝牙无线传输芯片，实现本机车行程优化控制车载终端的软件升级、配置文件更新、持久化数据下载等工作。该模块模块配置有ST公司(意法半导体公司)最新的蓝牙5.0芯片，提供更加稳定、快速、安全的车站终端应用软件更新、配置文件升级、持久化数据和日志的无线下载功能。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种用于机车辅助驾驶的控制方法，其特征在于，包括：
获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备；
根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；
当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述车载设备运行数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令,包括：
起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线；
区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线；
定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线；
依次连接所述第一速度优化控制曲线、所述第二速度优化控制曲线和所述第三速度优化控制曲线后形成机车行程优化控制曲线，并基于所述机车行程优化控制曲线生成所述自动操控指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述起车加速阶段根据逐级加速的控制目标，确定第一速度优化控制曲线,包括：
依据所述机车的机车合力和列车总重，计算确定时间范围内所述机车的加速度值；
根据所述加速度值计算所述机车的起车运行速度，并对所述起车运行速度进行周期性采样，形成第一速度曲线；
根据所述加速度值和所述列车总重，计算指定时间点所述机车需要的机车合力值，并通过所述机车合力值计算所述车机需要的机车牵引力值；
依据所述机车牵引力值与所述机车档位的对应关系，确定所述指定时间点的所述机车档位；
根据所述机车运行限制速度确定第二速度曲线；
与所述第二速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第三速度曲线；
将所述第一速度曲线与所述第三速度曲线相交连接起来的连续速度曲线作为所述机车的第一速度优化控制曲线。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述区间调速阶段根据平稳变速的控制目标，确定第二速度优化控制曲线,包括：
根据平稳变速的控制目标，确定从高限速区驶入低限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线；
根据平稳变速的控制目标，确定进入限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线；以及
根据平稳变速的控制目标，确定从低限速区驶入高限速区的区间调速的第二速度优化控制曲线。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述定点停车阶段根据空气制动辅助电制动的控制目标，确定第三速度优化控制曲线，包括：
依据所述定点停车阶段的限速曲线确定第十速度曲线；
与所述第十速度曲线保持预定速度防护范围，确定当前所述机车平稳运行的第十一速度曲线；
将所述第十一速度曲线作为所述第三速度优化控制曲线。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，包括：
当所述机车处于起车状态，且所述机车的手柄级位处于零位、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述网络控制设备处于自动允许状态时，将所述机车的手柄级位、半自动/自动过分相指令、强泵指令、自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述网络控制设备。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车处于起车状态，且所述手柄级位处于零位、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备；
当所述机车处于运行状态，且所述机车未施加空气制动、且所述制动设备处于自动允许状态时，将所述机车的大闸位、小闸位、均衡目标值和自动手动模式状态的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述制动设备。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，还包括：
当所述机车启动前、所述机车进站前、所述机车进入长大下坡前、所述机车站内停车再起车出站前、所述机车贯通实验后、所述机车排风完成后或所述机车制动实验前的任一时机，将所述机车列尾装置的工作状态查询指令、排风指令和风压查询指令的自动操控指令发送到所述运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车列尾装置。
9.一种用于机车辅助驾驶的控制装置，其特征在于，包括：
数据通信模块，用于获取机车车载设备的实时数据，并对所述实时数据进行处理与分发，所述机车车载设备包括网络控制设备、列车运行监控纪录装置、机车制动设备、机车列尾装置、车载安全防护设备和远程监测诊断设备；
优化计算主处理模块，用于根据所述实时数据，结合所述机车的线路特征、车辆特性、运行时间、信号状态和限速要求，确定所述机车的当前最优牵引制动状态、牵引制动力、空气制动减压量和行车速度，并生成最优控制的自动操控指令；
优化控制表决模块，用于判断所述机车是否处于自动驾驶模式，并当所述机车处于自动驾驶模式时，将所述自动操控指令发送到所述机车的运行控制系统，所述运行控制系统通过所述自动操控指令控制所述机车车载设备，实现所述机车的自动运行。
10.一种机车，其特征在于，所述机车采用了权利要求9所述的控制装置。
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