CN113147827B - 提升列车校轮可用性的ato控制方法、系统、自动驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提升列车自动校轮过程可用性的ATO控制方法、控制系统和自动驾驶系统。控制方法包括：列车探测轮径校准区域标志信息；当探测到标志信息，判断列车满足自动校轮条件后，控制列车进入惰行行驶；列车惰行驶出校准区域后，进行轮径校准。控制系统包括：包括：标志探测器：用于探测轮径校准区域内设置的标志物；控制器，控制器包括：校轮标志单元：获得标志物探测信号并判断满足自动校轮条件后，生成校轮标志信号；运行控制单元：在获得校轮标志信号后，使列车惰行行驶；轮径校准单元：用于获得校轮标志信号，且列车惰行驶出校准区域后，启动轮径校准计算。该控制系统可被配置在列车自动驾驶系统。本发明可提升自动校轮过程的可用性。

Description

提升列车校轮可用性的ATO控制方法、系统、自动驾驶系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，涉及一种列车自动驾驶控制方法及控制系统，尤其是一种提升列车自动校轮过程可用性的ATO控制方法、控制系统。
背景技术
列车在线路上正常运行过程中，随着时间推移，列车轮对和轨道之间产生的摩擦会使列车轮对磨损，使得列车轮对的轮径值逐渐减小，或者在某些特殊运行工况下，如紧急制动，空转，打滑等，会导致列车轮对不同程度的不均匀磨损。
列车定位、测速等计算过程均需要用到轮径值，因此，轮径值对于列车的安全功能有着至关重要的作用，故需要列车控制系统实时记录高精度的轮径值。
为满足该要求，列车运营过程中，列车出库后，进入转换轨之前会布置轮径校准区域，该区域内布置若干组轮径校正应答器，每组轮径校正应答器为两个，列车以任意驾驶模式驶过轮径校准区域后，通过每组轮径校正应答器得到的若干个轮径值，按照预设的取值策略，获取校正后的列车的轮径值。
在全自动无人驾驶过程中，ATO控制列车自动通过轮径校准区域时，与线路其他位置控车时的控车方式和曲线计算保持一致。若采用现有技术中的校准控制策略，那么在轮径校准区域内行驶时，ATO会执行牵引或者制动工况，在轮对上不管施加牵引力或者制动力时，列车轮对就会存在增加发生轻微空转或者打滑的可能，一旦发生，对于轮径值的测量精度就会产生一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于列车自动驾驶系统的自动校轮控制系统和控制方法，以提高列车轮径校准工作的校准精度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提升列车校轮可用性的ATO控制方法，包括以下步骤：
列车探测轮径校准区域标志信息；
当探测到所述标志信息，判断列车满足自动校轮条件后，启动自动校轮，控制列车进入惰行行驶；
列车惰行驶出校准区域后，进行轮径校准。
本发明一些实施例中，控制方法进一步包括：
判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC，若：
Figure BDA0003090140120000021
则在列车进入轮径校准区域后，启动自动校轮，否则，不进行自动校轮；
其中，ad为列车惰行减速度，s为轮径校准区域的距离。
本发明一些实施例中，控制方法进一步包括：
判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC，若：
Figure BDA0003090140120000022
则在列车进入轮径校准区域后，启动自动校轮，否则，不进行自动校轮；
其中，ad为列车惰行减速度，s为轮径校准区域的距离，V0为列车运行在轮径校准区域终点处的常用制动触发速度。
本发明一些实施例中，进一步包括以下步骤：
当探测到所述标志信息，且在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC满足要求时，控制列车进入惰行行驶，否则，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
本发明一些实施例进一步提供一种提升列车校轮可用性的ATO控制系统，包括：
标志探测器：用于探测轮径校准区域内设置的标志物；
控制器，包括：
校轮标志单元：用于获得标志物探测信号并判断满足自动校轮条件后，生成校轮标志信号；
运行控制单元：用于在获得校轮标志信号后，切断列车牵引控制，使列车惰行行驶；
轮径校准单元：用于获得校轮标志信号，且列车惰行驶出校准区域后，启动轮径校准计算。
本发明一些实施例中，所述控制器进一步包括：
速度检测单元：用于实时检测列车的运行速度；
速度判定单元：获取列车运行速度，并判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度是否满足既定的运行规则；
所述运行控制单元被配置为：在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度满足自动校轮条件，控制列车切断列车牵引控制，使列车惰行行驶。
本发明一些实施例中，既定运行规则为：
Figure BDA0003090140120000031
或，
Figure BDA0003090140120000032
或二者的组合。
本发明一些实施例中，所述运行控制单元进一步被配置为，在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC不满足既定规则时，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
本发明一些实施例中，进一步提供一种列车自动驾驶系统，包括以上所述的提升列车校轮可用性的控制系统。
本发明提供的ATO控制方法、系统、列车自动驾驶系统，其有益效果在于：
控制方法在判断列车进入轮径校准区域前满足一定的初速度条件后，控制列车惰行通过轮径校准区域，降低通过轮径校准区域时发生空转或者打滑的可能性，且该初速度应满足ATO可控制列车通过轮径校准区域，并且以该初速度进入轮径校准区域后，惰行过程中不会由于超速导致触发ATP的紧急制动，提升自动校轮过程的可用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为列车自动校轮过程行驶状态示意图；
图2为列车自动校轮过程各速度曲线关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明第一实施例提供一种提升列车校轮可用性的ATO控制方法，用于辅助控制列车执行轮径校准工作。
该方法包括以下步骤：
S1：列车探测轮径校准区域标志信息。
标志通常为设置在轮径校准区域内的校正应答器。校正应答器包括若干组，每组为两个设置在校准区域路段的起始位置和结束位置。列车通过对校正应答器的检测，来判定其是否已经行驶至轮径校准区域，只有在轮径校准区域内，才可能执行自动校轮工作。
通常，轮径校准区域设置在车辆段转换轨区域。
S2：当探测到所述标志信息，判断列车满足自动校轮条件后，启动自动校轮，控制列车进入惰行行驶。
与传统的轮径校准方法不同，本发明的核心改进在于，使列车进入轮径校准区域后，切断对列车的牵引力，使列车进入无牵引惰行状态。在该状态下，列车受轨道摩擦阻力等外界因素影响，按一定减速度惰行行驶。
S3：列车惰行驶出校准区域后，进行轮径校准。轮径校准的具体算法属于现有技术，不在本发明的创新范围内。
由于列车在轮径校准区域行驶在非牵引、非制动状态下，列车处于惰行行驶状态，可降低空转、打滑的可能性，提高校准精度和校准过程的可用性。
由于列车在进入轮径校准区域时的行驶速度，决定了其在轮径校准区域的行驶特性，因此，为了保证自动校轮工作可顺利进行，列车的行驶速度需满足一定的约束条件。
本发明一些实施例中，进一步包括以下步骤，定义为约束条件一：
判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC，若：
Figure BDA0003090140120000051
则在列车进入轮径校准区域后，启动自动校轮，否则，不进行自动校轮；
其中，ad为列车惰行减速度，s为轮径校准区域的距离。
参考图1，其中Start为轮径校准区域起点，End为轮径校准区域终点，VC为自动校轮初速度(驶入轮径校准区域的速度)，Vm为自动校轮末速度(驶出轮径校准区域的速度)，设列车惰行时的加速度为ad，设校轮区域起点至终点的距离为s，则：
Figure BDA0003090140120000052
为使得ATO可以控制列车惰行通过轮径校准区域，则列车不应在轮径校准区域终点前降为0，否则，自动校轮过程不能完整的进行，则得出自动校轮初速度第一个条件：
Vc 2>2ads；
因此，VC应满足约束条件：
Figure BDA0003090140120000053
更进一步的，若速度过大，则列车惰行经过轮径校准区域时，会触发紧急制动。ATO不应使得惰行过程中的车速超过常用制动触发速度，从而继续引发超速紧急，导致列车停在轮径校准区域内，致使自动校轮过程不能完整进行。
本发明一些实施例中，进一步包括以下步骤，定义约束条件二：
判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC，若：
Figure BDA0003090140120000054
则在列车进入轮径校准区域后，启动自动校轮，否则，不进行自动校轮；
其中，ad为列车惰行减速度，s为轮径校准区域的距离，V0为列车运行在轮径校准区域终点处的常用制动触发速度。
参考图2，为列车惰行曲线和各速度曲线关系示意图。如图所示，ATO常用制动触发速度计算模型分为5个阶段。
其中Start为轮径校准区域起点，End为轮径校准区域终点，Protect Point为安全防护点。
第一阶段，常用制动前ATO系统反应和撤销牵引的时间延时，设延时为t1(延时主要有列车网络信号传输延时等原因造成)，该阶段牵引力尚未撤销，列车应持续加速阶段，设该阶段的初速度为V0，末速度为V1，加速度为a1，运行距离为L1，则：
V1＝V0+a1t1
Figure BDA0003090140120000061
第二阶段，撤销牵引过程，列车在常用制动建立等效时间内应继续滑行，设时间为t2，该阶段初速度为V1，设末速度为V2，加速度为a2，运行距离为L2，则：
V2＝V1+a2t2＝V0+a1t1+a2t2；
Figure BDA0003090140120000062
第三阶段，紧急制动前ATP系统反应和切除牵引的时间延时，设延时为t3，该阶段列车应持续加速阶段，该阶段初速度为V2，设末速度为V3，加速度为a3。运行距离为L3，则：
V3＝V2+a3t3＝V0+a1t1+a2t2+a3t3；
Figure BDA0003090140120000063
第四阶段，切除牵引，列车在紧急制动建立等效时间内应继续滑行，设时间为t4，该阶段初速度为V3，设末速度为V4，加速度为a4，运行距离为L4，则：
V4＝V3+a4t4＝V0+a1t1+a2t2+a3t3+a4t4；
Figure BDA0003090140120000071
第五阶段，紧急制动过程，初速度为V4，末速度为0，设加速度为a5，运行距离为L5，则：
Figure BDA0003090140120000072
从轮径校准区域终点End至安全防护点Protect Point，共经历5个阶段，设总距离为L，则：
Figure BDA0003090140120000073
其中，第一阶段和第三阶段均为持续加速阶段，加速过程相同故a1＝a3，第二阶段和第四阶段均为滑行阶段，加速过程相同故a2＝a4，则简化公式最终得出关于总距离L和V0一元二次方程，上述各式中的参数说明如下：
a1为列车最大牵引加速度与坡度加速度合成加速度，由车辆和线路提供，为已知参数。
a2为坡度加速度，由线路提供为已知参数。
a5为列车紧急制动加速度与坡度加速度合成加速度，由车辆和线路提供，为已知参数。
t1为车辆撤销牵引延时，由车辆提供，为已知参数。
t2为车辆常用制动建立延时，由车辆提供，为已知参数。
t3为车辆切除牵引延时，由车辆提供，为已知参数。
t4为车辆紧急制动建立延时，由车辆提供，为已知参数。
根据以上已知参数和总距离L和V0的一元二次方程，可对V0求解，即为列车运行在轮径校准区域终点处的常用制动触发速度，为保证惰行通过轮径校准区域时不触发ATP的紧急制动，则应满足校轮初速度的第二个条件：
Vm<V0；
Figure BDA0003090140120000081
则：
Figure BDA0003090140120000082
在优选的实施方式中，上述约束条件一和约束条件二需要同时满足。
本发明一些实施例中，控制方法进一步包括以下步骤：
当探测到所述标志信息，且在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC满足上述约束条件一和约束条件二时，控制列车进入惰行行驶，否则，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
本发明第二实施例进一步提供一种提升列车校轮可用性的ATO控制系统，该系统包括：
标志探测器：用于探测轮径校准区域内设置的标志物；通常标志物为校正应答器，标志探测器采用可以检测标志应答器的感应器即可；
控制器，控制器包括：
校轮标志单元：用于获得标志物探测信号并判断满足自动校轮条件后，生成校轮标志信号；
运行控制单元：控制单元实时检测标志单元是否已经产生校轮标志信号，并在获得校轮标志信号后，切断列车牵引控制，使列车惰行行驶；
轮径校准单元：用于获得校轮标志信号，且列车惰行驶出校准区域后，启动轮径校准计算。
更进一步的，本发明一些实施例中，控制器进一步包括：
速度检测单元：用于实时检测列车的运行速度；
速度判定单元：获取列车运行速度，并在列车运行速度是否满足既定运行规则；
运行控制单元被配置为：在列车运行速度满足既定运行规则时，控制列车切断列车牵引控制，使列车惰行行驶。
更进一步的，本发明一些实施例中，既定运行规则为：
Figure BDA0003090140120000091
或，
Figure BDA0003090140120000092
或二者的组合。在优选的实施方式中，VC需要满足：
Figure BDA0003090140120000093
本发明一些实施例中，运行控制单元进一步被配置为，在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC不满足要求时，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
本发明第三实施例进一步提供一种列车自动驾驶系统，包括上述的提升列车校轮可用性的控制系统。该列车自动驾驶系统判断列车在轮径校准区域的行驶速度，控制列车惰行行驶，并控制校轮机构校准子单元执行轮径校准工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提升列车校轮可用性的ATO控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
列车探测轮径校准区域标志信息；
当探测到所述标志信息，判断列车满足自动校轮条件后，启动自动校轮，控制列车进入惰行行驶；
列车惰行驶出校准区域后，进行轮径校准；
所述自动校轮条件包括：
判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC，若：
Figure FDA0003790678520000011
则在列车进入轮径校准区域后，启动自动校轮，否则，不进行自动校轮；
其中，ad为列车惰行减速度，s为轮径校准区域的距离，V0为列车运行在轮径校准区域终点处的常用制动触发速度。
2.如权利要求1所述的提升列车校轮可用性的ATO控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
当探测到所述标志信息，且在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC满足要求时，控制列车进入惰行行驶，否则，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
3.一种提升列车校轮可用性的ATO控制系统，其特征在于，可执行权利要求1或2所述的提升列车校轮可用性的ATO控制方法，包括：
标志探测器：用于探测轮径校准区域内设置的标志物；
控制器，所述控制器包括：
校轮标志单元：用于获得标志物探测信号并判断满足自动校轮条件后，生成校轮标志信号；所述自动校轮条件包括：
Figure FDA0003790678520000021
运行控制单元：用于在获得校轮标志信号后，切断列车牵引控制，使列车惰行行驶；
轮径校准单元：用于获得校轮标志信号，且列车惰行驶出校准区域后，启动轮径校准计算。
4.如权利要求3所述的提升列车校轮可用性的ATO控制系统，其特征在于，所述控制器进一步包括：
速度检测单元：用于实时检测列车的运行速度；
速度判定单元：获取列车运行速度，并判断列车进入轮径校准区域起点时的初始速度是否满足既定的运行规则；
所述运行控制单元被配置为：在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度满足自动校轮条件时，控制列车切断列车牵引控制，使列车惰行行驶。
5.如权利要求4所述的提升列车校轮可用性的ATO控制系统，其特征在于：所述运行控制单元进一步被配置为，在列车进入轮径校准区域起点时的初始速度VC不满足既定规则时，控制列车正常按既定运行策略行驶过轮径校准区域，不执行自动校轮工作。
6.一种列车自动驾驶系统，其特征在于，包括权利要求3至5中任意一项所述的提升列车校轮可用性的控制系统。
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