CN113591229B - 一种高速列车制动距离计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速列车制动距离计算方法及系统，该方法包括：根据列车目标减速度‑速度特性曲线获取数据对，根据数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；根据目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；根据各设定时间区间内的列车目标减速度确定对应列车单位制动力；根据列车回转质量系数、设定时间区间对应的所述列车单位制动力、第一速度、第二速度及列车总阻力，确定列车制动过程中设定时间区间的制动距离，进而确定列车有效制动距离，再结合列车空走距离，确定列车制动总距离。本发明基于目标减速度法预先设定目标速度，分段计算各设定时间区间列车制动距离，累加得到制动总距离，提高制动距离的计算精度。

Description

一种高速列车制动距离计算方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆安全技术领域，特别是涉及一种高速列车制动距离计算方法及系统。
背景技术
随着铁路事业的快速发展，铁路车辆的安全问题变得尤为突出。列车的制动系统在列车安全行驶中发挥了非常重要的作用，其中“列车的制动距离”是评价列车制动系统性能好坏非常重要的一个指标。
以往查看列车的制动距离，仅能通过试验的手段进行测试。这种方法需要耗费较大的人力、物力和时间，并且如果仅仅改变其中的一两个参数，则需要重新进行试验，效率较低周期长。理论层面也有学者进行过列车制动距离计算的相关研究，虽然得到了很多的理论成果，但是系统化程度远远不够，计算精度较低，距离实际应用相距甚远。现有的仅靠试验手段获取列车制动距离结果的方法显然是无法满足列车生产单位、制动系统生产单位、相关研究单位以及高校的相关课题组的相关需求的。
因此，亟需一种高速列车制动距离的计算方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速列车制动距离的计算方法及系统，能够提高列车制动距离计算精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高速列车制动距离计算方法，所述方法包括：
获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力；
根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线；
根据所述列车制动过程的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度；
根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力；
获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离；
根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离；
获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离。
可选地，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2；
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
可选地，所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为：
Figure BDA0003241313460000021
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，v为列车目标速度。
可选地，在所述确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离之前，还包括：
根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure BDA0003241313460000022
所述第二比较值为
Figure BDA0003241313460000023
判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000031
Figure BDA0003241313460000032
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000033
Figure BDA0003241313460000034
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000035
Figure BDA0003241313460000036
Figure BDA0003241313460000037
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
为实现上述目的，本发明还提供了一种高速列车制动距离计算系统，所述系统包括：
总阻力获取模块，用于获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力；
目标速度拟合函数确定模块，用于根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线；
速度确定模块，用于根据所述列车制动过程的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度；
列车单位制动力确定模块，用于根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力；
第一制动距离确定模块，用于获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离；
有效制动距离确定模块，用于根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离；
制动总距离确定模块，用于获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离。
可选地，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2；
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
可选地，所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为：
Figure BDA0003241313460000051
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，v为列车目标速度。
可选地，所述系统还包括：
比较值确定模块，用于根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure BDA0003241313460000052
所述第二比较值为/>
Figure BDA0003241313460000053
第二制动距离确定模块，用于判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000054
Figure BDA0003241313460000055
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000056
Figure BDA0003241313460000057
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000058
Figure BDA0003241313460000061
Figure BDA0003241313460000062
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种高速列车制动距离计算方法及系统，该方法包括：获取列车总阻力；根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据数据对确定列车制动过程的目标速度拟合函数；根据列车制动过程的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；根据各设定时间区间内的列车目标减速度确定各设定时间区间对应的列车单位制动力；获取列车回转质量系数，根据列车回转质量系数、设定时间区间对应的所述列车单位制动力、第一速度、第二速度及列车总阻力，确定列车制动过程中设定时间区间的制动距离；根据各设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离；获取列车空走距离，根据列车有效制动距离和列车空走距离，确定列车制动总距离。本发明基于目标减速度法预先设定目标速度，分段计算各设定时间区间的列车制动距离，并将分段制动距离累加得到制动总距离，提高了制动距离的计算精度。
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为本发明高速列车制动距离计算方法的流程图；
图2为本发明高速列车制动距离计算系统的模块结构示意图。
符号说明：
总阻力获取模块-1、目标速度拟合函数确定模块-2、速度确定模块-3、列车单位制动力确定模块-4、第一制动距离确定模块-5、有效制动距离确定模块-6、制动总距离确定模块-7。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种高速列车制动距离的计算方法及系统，能够提高列车制动距离计算精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明高速列车制动距离的计算方法包括以下步骤：
获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力。
根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线。
根据所述列车制动过程的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度。
根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力。
获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离。
根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离。
获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离。
具体地，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2 (1)
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
列车在运行中会受到阻力的影响，这些运行中所产生的阻力可分为列车运行基本阻力和列车单位附加阻力两方面。本算法为了保证计算阻力单位的统一，将阻力换算为阻力的相对系数，单位均为(N/KN)。
实际运行过程中，列车运行基本阻力主要由以下五部分组成：1、由轴承摩擦引起的运行阻力；2、车轮滚动引起的运行阻力；3、轮轨间滑动的摩擦阻力；4、冲击和振动引起的阻力；5、空气阻力。列车运行时，情况复杂多变，现实中难以得出适应于列车任何工况的基本阻力数值，所以在求解过程中通常采用由大量实验综合得出的经验公式法。这些公式都是以单位基本阻力为函数因变量，以列车运行速度为自变量的一元二次方程，其中A、B、C随车型而异，详见表1至表4。
(1)货车单位基本阻力的计算参数
中国货车车型繁多，不同类型的车辆，由于外形、尺寸、轴型、转向架结构以及自重、载重等因素的不同，单位基本阻力也不相同。根据《牵规》相关的规定，我国铁路货车的单位基本阻力相关参数A、B、C按表1取值并进行计算：
表1货车单位基本阻力的计算参数取值
Figure BDA0003241313460000081
Figure BDA0003241313460000091
(2)机车单位基本阻力的计算参数
机车单位基本阻力公式考虑了机车发动机的机械摩擦牵引状态，按《牵规》相关的规定，机车单位基本阻力相关参数A、B、C按表2取值并进行计算：
表2机车单位基本阻力的计算参数取值
Figure BDA0003241313460000092
(3)CRH型动车组单位基本阻力的计算参数
按《牵规》相关的规定，CRH型动车组单位基本阻力相关参数A、B、C按表3取值并进行计算：
表3 CRH型动车组单位基本阻力的计算参数取值
Figure BDA0003241313460000093
Figure BDA0003241313460000101
(4)其他列车单位基本阻力的计算参数
按《牵规》相关的规定，其他列车单位基本阻力相关参数A、B、C按表4取值并进行计算：
表4其他列车单位基本阻力的计算参数取值
Figure BDA0003241313460000102
进一步地，列车附加阻力主要包括列车坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道附加阻力。
(1)坡道附加阻力通常指的是坡道终点对起点的坡道差与两点间水平距离的比值千分数，坡道附加阻力为ωi＝1000×tanθ＝i。 (2)
式中：ωi为列车的单位坡道附加阻力(N/KN)；i为坡道的坡度千分数；θ为海拔差与运行里程间角度。
若坡道千分数数值为负则表示该阻力起的是负作用，变成了与列车运行方向相同促使列车加速的“坡道下滑力”。
(2)曲线附加阻力：曲线附加阻力产生的原因有：轮缘与外轨轨头内侧的摩擦，轴瓦与轴领的摩擦，轮轨间的横向与纵向滑动，车辆心盘和旁承因转向架转动而产生的摩擦等。因此，曲线阻力与曲线半径、列车运行速度、外轨超高、车辆轴距、轮箍磨耗程度、车辆重量等许多因素有关。通常也是按大量实验得出的经验公式来计算单位曲线阻力。
Figure BDA0003241313460000111
式中：ωr为列车的曲线附加阻力(N/KN)；R为列车转弯曲线半径(m)；A为综合反映其他因素的常数，A取为600。
(3)隧道附加阻力：列车进入隧道时，对隧道内的空气产生的冲击阻力作用，使列车头部受到突然增大的正面压力。进入隧道后，列车驱动空气移动，增大了列车头部的正压与尾部负压的压力差，即增大阻碍列车运行的空气阻力。同时，由于动车车型结构的原因，隧道内的空气产生紊流，加剧了空气与列车表面、隧道表面的摩擦，也增大了阻碍列车运行的阻力。以上增量之和为隧道附加阻力。
通常计算方法(列车牵引力一定的情况下，为保证一定重量的列车可以通过上坡坡道，于是对坡道的最大坡度进行了限制。有些坡道长度较长或线路曲折，因此需要对隧道进行特殊限制，于是称为有限制坡道)
隧道内有限制坡道时：
ωs＝Ls×vs 2×10-7(N/KN) (4)
隧道内无限制坡道时：
ωs＝0.00013Ls(N/KN) (5)
式中：ωs为列车的隧道附加阻力(N/KN)；Ls为隧道长度(m)；vs为列车在隧道内的运行速度(km/h)。
进一步地，列车总附加阻力表示为：
ωj＝ωi+ωr+ωs (6)
式中：ωj为列车的总附加阻力(N/KN)；ωi为列车的单位坡道附加阻力(N/KN)；ωr为列车的曲线附加阻力(N/KN)；ωs为列车的隧道附加阻力(N/KN)。
进一步地，所述列车制动过程的目标速度拟合函数为：
Figure BDA0003241313460000112
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，不同的时间间隔内k、q取值不同，制动总过程中包含多个该时间区间，v为列车目标速度。
由于动车组采用微机控制的制动方式，通过查询目标减速度－速度特性曲线获得目标减速度，按照预定的制动级位、目标减速度和车重进行制动力计算和电空制动力分配，制动系统更为高效、准确。目标减速度的形式给出，因此可将制动系统引发的单位制动力表示为：
Figure BDA0003241313460000121
式中：b为列车单位制动力(N/KN)；M为列车质量(t)；g≈9.81m/s2；a为制动目标减速度(m/s2)；v为时间区间内第一速度和第二速度的平均值，v＝(v1+v2)/2。若k＝0时，列车为匀减速运动；若k≠0时，列车为变减速运动。
目标减速度法根据动车组制动系统的制动特性曲线，运用列车牵引制动计算和运动学的相关理论，研究了动车组的制动距离的计算方法。通常情况下，制动计算时将整个列车视为一个刚性系统，则按动能定律(系统动能的微分等于该系统合力做功的微分)可推导出列车运动的微分方程式。
Figure BDA0003241313460000122
Figure BDA0003241313460000123
Figure BDA0003241313460000124
式中：v1，v2为设定时间间隔的起始速度和截止速度(km/h)；t1，t2为v1，v2对应的时间(s)。g≈9.81m·s-2；b为列车单位制动力(N/KN)；ω0为列车单位基本阻力(N/KN)；ωj为列车总附加阻力(N/KN)；γ为列车回转质量系数，J为列车回转部分的转动惯量(t·㎡)；M为列车质量(t)；Rh为列车回转部分的转动半径(m)。
进一步地，在所述确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离之前，还包括：
根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure BDA0003241313460000131
所述第二比较值为
Figure BDA0003241313460000132
判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000133
Figure BDA0003241313460000134
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000135
Figure BDA0003241313460000136
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000137
Figure BDA0003241313460000138
Figure BDA0003241313460000141
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
目前动车组的制动系统采用速度黏着控制方式，充分利用黏着特性，按照预定的目标减速度合理匹配动力制动和空气制动进行制动。根据动车组的目标减速度分为多个速度间隔，按照每个速度间隔内制动初末速度的算术平均值来近似计算目标减速度和单位基本阻力ω0，根据下式计算出有效制动距离：
Se＝∑Δs；
Se为有效制动距离(m)。
采用如下公式计算所述列车空走距离：
Figure BDA0003241313460000142
tk＝3.5-0.08ωj
其中，Sk为列车空走距离，v0为列车制动过程的初速度，tk为列车紧急制动状况下空走时间，ωj为列车运行基本阻力。
根据S＝Sk+Se，得到列车制动总距离。
如图2所示，为实现上述目的，本发明还提供了一种高速列车制动距离计算系统，所述系统包括：总阻力获取模块1、目标速度拟合函数确定模块2、速度确定模块3、列车单位制动力确定模4、第一制动距离确定模块5、有效制动距离确定模块6、制动总距离确定模块7。
总阻力获取模1，用于获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力。
目标速度拟合函数确定模块2，用于根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线。
速度确定模块3，用于根据所述列车制动过程的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度。
列车单位制动力确定模4，用于根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力。
第一制动距离确定模块5，用于获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离。
有效制动距离确定模块6，用于根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离。
制动总距离确定模块7，用于获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离。
具体地，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2；
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
进一步地，所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为：
Figure BDA0003241313460000151
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，v为列车目标速度。
进一步地，所述系统还包括：
比较值确定模块，用于根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure BDA0003241313460000161
所述第二比较值为/>
Figure BDA0003241313460000162
第二制动距离确定模块，用于判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000163
Figure BDA0003241313460000164
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000165
Figure BDA0003241313460000166
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure BDA0003241313460000167
Figure BDA0003241313460000168
Figure BDA0003241313460000169
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
系统使用过程如下：
1、在第一步中确定需要计算的车型，每种车型的单位运行基本阻力均对应着A、B、C三个常数，系统内已经储存了国内外常用车型(部分)(见表1-表4)(无需输入，可直接选择车型)；如用户需添加新车型，可选择自定义输入，系统会根据用户需求将自定义的输入参数储存至系统数据库中。同时根据列车运行条件，可添加列车运行线路相关参数，分别为坡段总长度、坡段海拔差高度、列车转弯曲线半径、隧道长度，列车运行线路相关参数将会储存至临时数据库中。其中“列车附加阻力”相关的计算为可选模块，若列车不具备相关线路条件，可直接跳过设置，同时系统为用户提供了相关列车运行线路场景可以选择，场景中已设置了“列车附加阻力”相关系数。
2、第二步中需要输入列车初速度、列车质量、列车回转部分转动半径以及列车回转部分的转动惯量，数据将储存至临时数据库中，本步骤的数据均属于列车基础参数。
3、第三步需要输入计算附加参数，其中包含速度间隔的初速度v1和末速度v2和时间区间内的拟合一次函数相关系数k、q，随后数据将储存至临时数据库中。
4、在许可的情况下，以上输入的全部数据均可以全部保存至系统数据库中，方便日后随时根据实际情况进行调用。
5、完成参数配置后，进入计算求解模块，便可选择计算模式(高精度、通用计算和快速计算)，高精度可以得到精度较高的计算结果但需要花费较长的计算时间(计算迭代次数较多)，而快速计算可以快速得到计算结果但计算精度相对较低(计算迭代次数较少)，通用计算模式可以得到中等精度结果也能保证计算时间花费的不多。
6、计算求解模块对前处理模块中输入的参数进行调用，使用求解器进行计算。首先根据第一步中选择的车型，求解器调用系统数据库中的国内外常用车型的A、B、C三个常数(见表1-表4)，或是用户自定义常数A、B、C，完成列车运行基本阻力的计算。接着调用列车运行线路相关参数，计算单位附加阻力。随后提取第二步和第三步中输入的列车基础参数和计算附加参数，进行列车回转质量系数的计算，进而计算单位制动力，完成制动距离相关参数的计算，进行参数m和n的计算，并进行m2和n的比较，采用相应的Δs算法。最后完成有效制动距离的计算，进而计算列车的制动总距离。
7、完成计算后，结果数据进入“计算结果分析模块”，进行一定的数据分析统计，最后进入数据可视化模块，制成相应的数据统计图表。计算完成后，用户可以在后处理模块查看计算结果，同时可以查看相关的分析结果(“速度-列车单位基本运行阻力曲线图”，“制动力占比图”，“速度区间制动距离直方图”)。同时用户可以根据自身需求，自动生成分析报告，相关信息为：高速列车耗风量分析报告中的“项目名称”，“项目编号”，“项目负责人”，“项目组成员”，“委托单位”，“报告年份”，“报告月份”，“报告日期”，“传真号码”，“报告关键词”，“电话号码”，“报告类型”，“项目完成单位及通讯地址”，“摘要内容”，“前言”，“总结”。同时用户可选择“数据可视化模块”中需要的图片插入到分析报告中。用户只需进行简单输入，无需排版，便可得到“.docx”或“.PDF”格式的分析报告。
本发明的技术效果：
1、高速列车制动距离计算系统适用于高速列车大部分车型，通过计算机语言合理配置计算逻辑以及算法的优化，同时基于大量试验结果验证，可以快速准确地计算出制动距离的结果。
2、由于MySQL数据库的支持，用户可随时储存输入的参数，并快速调用以前的参数和结果。
3、高速列车制动距离计算系统中存储有大量现有车型的相关数据，用户在参数填写中可以根据需求快速调用；如有新车型，用户可以快速进行添加，并保存至数据库中，方便随时调用。
4、本系统可以根据用户不同方面的需求，进行不同精度的计算。
5、高速列车制动距离计算系统可对计算结果进行一定程度分析，同时可以绘制相应的图表，对数据进行可视化处理。
6、各模块均可自动根据需求生成计算分析报告，节省了工作时间。
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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种高速列车制动距离计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力；
根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线；
根据所述列车制动过程中的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度；
根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力；
获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离；
根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离；
获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离；
在所述确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离之前，还包括：
根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure FDA0004131622910000011
所述第二比较值为/>
Figure FDA0004131622910000012
判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中在所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000021
Figure FDA0004131622910000022
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中在所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000023
Figure FDA0004131622910000024
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中在所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000025
/>
Figure FDA0004131622910000026
Figure FDA0004131622910000027
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
2.根据权利要求1所述的高速列车制动距离计算方法，其特征在于，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2；
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
3.根据权利要求1所述的高速列车制动距离计算方法，其特征在于，所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为：
Figure FDA0004131622910000031
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，v为列车目标速度。
4.一种高速列车制动距离计算系统，其特征在于，所述系统包括：
总阻力获取模块，用于获取列车总阻力，所述列车总阻力包括：列车运行基本阻力和列车总附加阻力；
目标速度拟合函数确定模块，用于根据列车目标减速度-速度特性曲线获取数据对，根据所述数据对确定列车制动过程中的目标速度拟合函数；所述数据对包括目标减速度和与所述目标减速度对应的目标速度；所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为列车制动过程中速度随时间变化的曲线；
速度确定模块，用于根据所述列车制动过程中的目标速度拟合函数，确定不同设定时间区间对应的第一速度和第二速度；所述第一速度为所述设定时间区间起始时刻对应的速度；所述第二速度为所述设定时间区间的截止时刻对应的速度；
列车单位制动力确定模块，用于根据各所述设定时间区间内的列车目标减速度确定各所述设定时间区间对应的列车单位制动力；
第一制动距离确定模块，用于获取列车回转质量系数，根据所述列车回转质量系数、所述设定时间区间对应的所述列车单位制动力、所述第一速度、所述第二速度及所述列车总阻力，确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离；
有效制动距离确定模块，用于根据各所述设定时间区间的制动距离，确定列车有效制动距离；
制动总距离确定模块，用于获取列车空走距离，根据所述列车有效制动距离和所述列车空走距离，确定列车制动总距离；
所述系统还包括：
比较值确定模块，用于根据列车目标减速度以及所述列车总附加阻力，确定不同设定时间区间的第一比较值和第二比较值；所述第一比较值为
Figure FDA0004131622910000041
所述第二比较值为/>
Figure FDA0004131622910000042
第二制动距离确定模块，用于判断所述第一比较值是否小于第二比较值，若是，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000043
Figure FDA0004131622910000044
若否，判断所述第一比较值是否等于第二比较值，当所述第一比较值等于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000045
Figure FDA0004131622910000046
当所述第一比较值大于第二比较值时，采用如下公式确定列车制动过程中所述设定时间区间的制动距离：
Figure FDA0004131622910000047
Figure FDA0004131622910000051
Figure FDA0004131622910000052
其中，m2为第一比较值，A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数，d1为第三系数，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，n为第二比较值，ωj为列车总附加阻力；Δt为列车制动过程中设定区间的时间，Δs为列车制动过程中设定区间的行驶距离，v1为列车制动过程中设定时间区间的第一速度，v2为列车制动过程中设定时间区间的第二速度，m为所述第一比较值的开方值，l为中间参数，γ为列车回转质量系数。
5.根据权利要求4所述的高速列车制动距离计算系统，其特征在于，采用如下公式计算所述列车运行基本阻力：
ω0＝A+Bv+Cv2；
其中，ω0为列车运行基本阻力；v为列车目标速度；A为列车单位基本阻力第一相关参数，B为列车单位基本阻力第二相关参数，C为列车单位基本阻力第三相关参数。
6.根据权利要求4所述的高速列车制动距离计算系统，其特征在于，所述列车制动过程中的目标速度拟合函数为：
Figure FDA0004131622910000053
其中，a为列车制动过程目标减速度，k为目标速度拟合函数的第一系数，q为目标速度拟合函数的第二系数，v为列车目标速度。
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