CN113753009A - 列车长大下坡控制方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明一个或多个实施例提供一种列车长大下坡控制方法、装置及电子设备，包括：输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；根据减压量系数比最大约束以及最小约束确定第二把闸的减压量系数比；获取第二把闸的充风时间，根据换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；查询模型获取第二把闸的减压量；列车到达减压地点时控制输出第二把闸的减压指令，根据减压情况更新最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。本发明能够提前预测下一把闸的减压量，设计自动驾驶长大下坡可变减压量策略，提高列车标准化操作水平。

Description

列车长大下坡控制方法、装置及电子设备

技术领域

本发明属于一种列车控制技术领域，具体是涉及到一种列车长大下坡控制方法、装置及电子设备。

背景技术

铁路已经实现2万吨组合列车常态化运营，铁路货运量逐年增长，但由于列车长度较长、载重量大，铁路线路长大下坡道较多，需要多次制动/缓解才能有效控制车速，因此列车自动驾驶系统控制过程中控制难度大、安全风险高。

现有铁路连续长大下坡区段操规对列车减压/缓解的地点、速度都做了严格的要求和限制，迫切需要标准化统一操纵。但由于铁路使用空气制动系统制动，每次列车管减压量、制动缸压强、车辆制动时刻、充风时间、闸瓦摩擦系数等均存在不确定性，因此自动驾驶系统输出同一减压指令(常用减压量50kPa)情况下，列车制动力不一致，导致列车操纵复杂，很难完美有效地控制列车缓解的地点和速度同时满足操规要求。现阶段列车多质点模型和基于流体力学的空气制动系统模型虽然精度高，但模型复杂度高、计算量大、难收敛；基于机车运行速度平滑滤波得到加速度，并反算空气制动力的方案虽然可以得到整个列车空气制动力，但由于坡道、牵引电制动力变化、滤波等因素，机车加速度并不准确，且机车加速度并不等于整个列车的加速度，因此反算得到的空气制动力不准确。在此现状下，本发明提出一种新的空气制动力计算方法，可提前预测空气制动力，并设计自动驾驶长大下坡可变减压量策略和克隆复制优秀司机操纵经验方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种列车长大下坡控制方法、装置及电子设备，以解决空气制动力不准确，列车标准化操作水平不高的问题。

基于上述目的，本发明一个或多个实施例提供了一种列车长大下坡控制方法，包括：输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸的减压量；在列车到达减压地点时根据所述第二把闸的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

可选的，所述输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令之前，包括：根据长大下坡连续制动的历史数据构建所述换算空气制动力理论计算模型；根据贯通试验获取所述减压量系数比最大约束。

可选的，所述根据长大下坡连续制动的历史数据构建所述换算空气制动力理论计算模型，包括：根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力以及多个离散充风时间下不同速度对应的空气制动力；根据所述空气制动力对换算摩擦系数和常用制动系数进行修正；根据修正的所述换算摩擦系数和所述常用制动系数进行数据插值，获取每隔预设压差的减压量下不同速度的空气制动力以及每隔第一预设时间的充风时间下不同速度的空气制动力，形成所述换算空气制动力理论计算模型。

可选的，所述根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力，包括：获取连续长大下坡区段中某一把闸的列车制动/缓解区间的最大计算速度和最低速度，其中某一把闸对应一个离散减压量；将由所述最大计算速度和所述最低速度构成的速度区间划分为预设数量个速度子区间，并记录每个所述速度子区间对应的时间以及里程区间；获取每个所述里程区间的电制动力做功、列车阻力做功以及重力势能，并根据能量守恒定理计算每个所述里程区间的空气制动力；应用插值法获取某一把闸的不同速度对应的空气制动力；计算多个其它闸的不同速度对应的空气制动力。

可选的，所述根据贯通试验获取所述减压量系数比最大约束，包括：获取贯通试验的第一实际减压量，并根据贯通试验过程中列车运行数据计算第一实际空气制动力；根据所述第一实际空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第一换算减压量；根据所述第一实减压量与所述第一换算减压量计算所述减压量系数比最大约束。

可选的，所述输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束，包括：输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，所述减压指令中包括第一把闸的第二实际减压量；获取减压的里程和速度，计算第二实际空气制动力；根据所述第二实际空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第二换算减压量；根据所述第二实减压量与所述第二换算减压量计算所述下一把闸减压量系数比最小约束。

可选的，所述根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比，包括：如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2小于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2-abs(1-R1)，其中R1为预设的所述减压量系数比最大约束；如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2大于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2+abs(1-R1)，如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2等于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2。

可选的，所述方法还包括：选取基准车次的自动驾驶数据，自动驾驶数据包括时间、里程、速度、减压量、牵引/电制动力、线路条件、充风时间、制动/缓解地点；自动控制列车在与所述基准车次相同的所述制动地点达到相同的速度并施加相同的所述减压量；在空气制动区段首先保持所述牵引/电制动力与所述基准车次一致，维持第二预设时间；应用能量守恒定理重复计算基准车次子区间空气制动力和当前列车子区间空气制动力，并计算两者的空气制动力差值；根据所述空气制动力差值重复调整所述列车下一区间的所述牵引/电制动力以精确跟踪基准车次速度曲线，直到所述列车缓解。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提出了一种列车长大下坡控制装置，包括：第一减压输出单元，用于输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；减压系数获取单元，用于根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；制动力获取单元，用于获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；减压量获取单元，用于根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸空气制动力对应的减压量；第二减压输出单元，用于在列车到达减压地点时根据所述第二把闸空气制动力对应的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提出了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项中所述的方法。

从上面所述可以看出，本发明一个或多个实施例提供的一种列车长大下坡控制方法、装置及电子设备，通过输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸的减压量；在列车到达减压地点时根据所述第二把闸的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量，能够提前预测下一把闸的减压量，设计自动驾驶长大下坡可变减压量策略，提高列车标准化操作水平，降低司机劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，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一个或多个实施例，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为本发明明一个或多个实施例中的列车长大下坡控制方法的流程示意图；

图2为本发明明一个或多个实施例中的根据贯通试验获取减压量系数比最大约束的方法示意图；

图3为本发明明一个或多个实施例中的坡道路段里程数的积分计算示意图；

图4为本发明明一个或多个实施例中的空气制动力及平均速度与里程的关系示意图；

图5为本发明明一个或多个实施例中的换算空气制动力理论计算模型示意图；

图6为本发明明一个或多个实施例中的根据历史数据构建换算空气制动力理论计算模型的方法示意图；

图7为本发明明一个或多个实施例中的同一车次在不同减压缓解路段的空气制动力强弱示意图；

图8为本发明明一个或多个实施例中的不同车次同一减压缓解路段的空气制动力强弱示意图；

图9为本发明明一个或多个实施例中的又一列车长大下坡控制方法的流程示意图；

图10为本发明明一个或多个实施例中的列车长大下坡克隆操纵方法的示意图；

图11为本发明明一个或多个实施例中的列车长大下坡控制装置的结构示意图；

图12为本发明一个或多个实施例中电子设备示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明一个或多个实施例提供了一种列车长大下坡控制方法。如附图1所示，列车长大下坡控制方法包括:

步骤S11：输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束。

在本发明实施例中，在步骤S11之前，根据贯通试验获取所述减压量系数比最大约束。

如图2所示，包括：

步骤S111：获取贯通试验的第一实际减压量，并根据贯通试验过程中列车运行数据计算第一实际空气制动力。

贯通试验是固定减压量，例如以50kPa为基准。采用积分方法计算当前坡道路段的行驶一个时间步长的里程数；根据所述里程数计算当前坡道路段的行驶一个时间步长的电制动力做功、阻力做功以及重力势能，并根据能量守恒定理计算当前的第一实际空气制动力。

在本发明实施例中，读取自动驾驶系统记录板中存储的以时间周期为单位的列车运行数据，包括线路条件、里程、速度、减压量、列车质量、机车和车辆总数等。查询线路起始点海拔高度h₀，根据每个坡道路段[l_i-1，l_i]的坡度θ_i，计算坡道路段起始点与终点海拔高度，计算公式：h_i≈h_i-1+(l_i-l_i-1)*θ_i。确定计算时间步长dt，假设步长内时间周期为N，如图3所示，横坐标为时间t，纵坐标为速度，对dt时间内列车阻力做功∫fdl进行计算，将积分以每个周期小区间面积近似计算。列车阻力包括基本运行阻力、曲线阻力和隧道阻力等，阻力公式中使用的速度变量根据下面公式计算：

计算长大下坡区间列车电制动力做功∫F_dynldt，积分计算方法参见图3。分别计算t和t+dt时刻列车各车辆海拔高度。机车或车辆长度为C，机车或车辆总数为TotalNum，根据数据记录板中列车当前里程I_t，计算第k个车辆所在位置：l_k＝l_t-(k-1)C，在坡道区间[l_i，l_i+1]由以下关系式计算每个车辆海拔高度：

判断列车所处坡道，若整个列车处于同一坡道上(坡度为θ)，则重力势能变化计算公式为：E_g＝Mg·(l_t+dt-l_t)·θ，M为列车质量。若整个列车处于不同坡道路段上，则：

根据能量守恒定理

计算列车的空气制动力，得到的空气制动力及平均速度与里程的关系如图4所示，即可实现列车长大下坡空气制动力在线或离线计算。应用该方法以时间t为自变量，实时评估计算列车当前的第一实际空气制动力。

步骤S112：根据所述第一实际空气制动力查询换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第一换算减压量。

换算空气制动力理论计算模型如图5所示，包括不同减压量下不同速度对应的空气制动力。根据第一实际空气制动力查询换算空气制动力理论计算模型即可得到与第一实际空气制动力对应的第一换算减压量。

步骤S113：根据所述第一实减压量与所述第一换算减压量计算所述减压量系数比最大约束。

在本发明实施例中，减压量系数比R1＝实际减压量P1/理论减压量P2，减压量系数比为第一实减压量与所述第一换算减压量的比值，该减压量系数比将是后续长大下坡制动过程中减压量系数比最大约束。

在本发明实施例中，在步骤S11之前，还根据长大下坡连续制动的历史数据构建所述换算空气制动力理论计算模型。由于列车空气制动力与速度密切相关，强弱闸的判断离不开速度，因此选择速度作为自变量计算空气制动力，通过大量历史数据计算，得到不同减压量和不同充风时间的列车空气制动力，并能够精确计算出强弱闸的空气制动力差值(精确到减压量相差1kPa)。如图6所示，包括：

步骤S114：根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力以及多个离散充风时间下不同速度对应的空气制动力。

在本发明实施例中，假定当前选择计算的车次编号为车次1，从自动驾驶数据记录板中读取数据，数据区间为连续长大下坡区段中列车制动/缓解区间[L₁，L₂]，根据均衡缸压力变化记录列车每一把闸的充风时间。

可选地，首先获取连续长大下坡区段中某一把闸的列车制动/缓解区间的最大计算速度和最低速度，其中某一把闸对应一个离散减压量。由于空气制动波速传播和闸瓦抱闸需要一定时间，因此空气制动后速度不会立刻下降。当制动第一制动时间后，选取此速度v₁作为最大计算速度，并记录当前里程l₁(l₁＞L₁)、当前时间t₁。第一制动时间的具体时间可以根据减压后速度变化情况选择，例如30秒。获取制动/缓解区间(主控机车位移)最低速度，由于列车缓解时刻空气波速的传递有一定延迟，部分车辆仍会有闸瓦压力，因此缓解后的列车空气制动力不为0。选择列车缓解第一缓解时间的速度为最低速度v₂，记录缓解时刻后30秒对应里程为L₂。第一缓解时间可以根据需要设置，优选为30秒。

然后将由所述最大计算速度和所述最低速度构成的速度区间划分为预设数量个速度子区间，并记录每个所述速度子区间对应的时间以及里程区间。根据记录板数据对速度区间[v₁，v₂]，划分间隔数为n，则速度间隔划分为[v₁₁，v₁₂…，v_1n]，选择空气制动力计算速度子区间[v₁₁，v₁₂]、[v₁₂，v₁₃]、[v₁₃，v₁₄]等，并记录速度区间对应时刻[t₁₁，t₁₂]、[t₁₂，t₁₃]、[t₁₃，t₁₄]等。根据计算速度子区间记录对应的里程区间。以[v₁₁，v₁₂]为例，对应的里程区间为[l₁₁，l₁₂]。

再获取每个所述里程区间的电制动力做功、列车阻力做功以及重力势能，并根据能量守恒定理计算每个所述里程区间的空气制动力。可选地，计算里程区间列车电制动力做功Fdyn。根据公式∑F_il_1i＝F_dyn(l₁₂-l₁₁)得到F_dyn。计算里程区间列车阻力做功∑f(l₁₂-l₁₁)。列车阻力包括基本运行阻力、曲线阻力、坡道阻力和隧道阻力等，列车基本运行阻力公式中速度变量使用列车平均速度

获取列车质量m，计算里程区间列车重力势能。两万吨组合列车长度可达近2.8公里左右，若计算里程区间整个列车在同一坡度的长大下坡道上，坡度为i，则将列车视为单个质点，列车下降高度为h＝(l₁₂-l₁₁)·i，计算得到某里程区间的列车重力势能。若整个列车所处坡度不一致，则计算不同坡度列车下降高度，加权求取下降平均高度，进而得到精确的列车重力势能。具体方法与前面步骤S111中的方法相同，在此不再赘述。根据能量守恒定理计算公式计算空气制动力：

根据上述描述，仅空气制动力F_air未知，可求得平均速度

对应空气制动力大小。计算所有速度子区间空气制动力，得到不同平均速度对应的列车空气制动力序列F_air1、

等。

进一步应用插值法获取某一把闸的不同速度对应的空气制动力。可选地，使用拉格朗日插值法得到某一把闸的不同速度下对应的列车空气制动力。

最后计算多个其它闸的不同速度对应的空气制动力。根据前述步骤循环计算其它闸的空气制动力。并根据大量长大下坡连续制动历史数据计算得到不同充风时间、不同速度对应的空气制动力大小，以此量化空气制动力的强弱(即强弱闸)。

根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力以及多个离散充风时间下不同速度对应的空气制动力的方法一般用于精确计算、修正同一车次或不同车次情况下，不同减压量和不同充风时间的列车空气制动力。如图7所示，若同一车次在不同减压缓解路段下，需要精确计算以不同速度对应的空气制动力，则需考虑基本运行阻力、坡道阻力、隧道阻力和弯道阻力等，在非空气制动阶段计算列车阻力并修正阻力模型，两个减压缓解区段选择相同速度区间[v_b，v_a]，根据步骤S111即可计算得到精确的空气制动力差值。其中LKJ防护曲线为列车速度的阈值曲线，如果列车的速度超过该LKJ防护曲线，则列车会进行安全防护，如进行紧急停车。如图8所示，若仅仅判断不同车次同一减压缓解路段的空气制动力强弱程度，由于不同列车经过的线路条件一致，则选择相同计算速度区间，省略∑fdl(其它阻力做功)计算过程，计算得到的空气制动力相减，即可得知不同车次同一把闸空气制动力强弱程度。

步骤S114所述的方法同样也可用于在线计算空气制动力(如制动一定时间后至缓解后30秒)，或在线判断当前车次某把闸相比于以往车次某把闸的空气制动力强弱，或在线判断当前空气制动力与上一把闸空气制动力差别(即充风时间不同)。

步骤S115：根据所述空气制动力对换算摩擦系数和常用制动系数进行修正。

由于实际减压量样本数有限，无法覆盖所有减压场景(初减压一般为50kPa～60kPa)，因此通过以上计算得到的较精确空气制动力需要进一步拓展，得到一个换算空气制动力理想计算模型。

在本发明实施例中，根据《列车牵引计算规程》中换算列车空气制动力方法，不同减压量计算公式为：

其中，β_c为常用制动系数，与减压量有关；

为换算摩擦系数；∑K′_h为换算闸瓦压力。根据步骤S114中得到的数据矫正列车空气制动力换算公式中的摩擦系数

常用制动系数β_c和换算闸瓦压力K′_h，现以充风时间充足情况下矫正后的减压60kPa摩擦系数为例，其公式为：

步骤S116：根据修正的所述换算摩擦系数和所述常用制动系数进行数据插值，获取每隔预设压差的减压量下不同速度的空气制动力以及每隔第一预设时间的充风时间下不同速度的空气制动力，形成所述换算空气制动力理论计算模型。

现有《列车牵引计算规程》给出了50-170kPa整十倍离散减压量情况下(减压量相差10kPa)基于换算法的列车制动力计算系数，然而实际空气制动减压量存在很大的离散性，对50-60kPa之间的离散减压量51、52、…、58、59kPa进行空气制动力计算。根据步骤S112中修正后的两个已知常用制动系数β₁(如减压52kPa常用制动系数)和β₂(如减压55kPa常用制动系数)进行数据插值，从而得到减压量相差1kPa的如图5所示所有换算空气制动力理论计算模型。

将步骤S113中得到的列车空气制动力换算模型存储在自动驾驶系统中，得到多个二维列表，即不同充风时间对应的不同速度下的列车空气制动力，以便自动驾驶系统控制过程中查表使用。

列车长大下坡区段自动驾驶发出相同减压量指令，可能由于120阀灵敏度、闸瓦摩擦等差异较大导致空气制动力离散性很大，因此需要设计一种能够自适应不同空气制动力的自动驾驶控制方法，提高列车长大下坡区段安全裕量和制动/缓解精度。

本发明实施例的列车自动驾驶长大下坡控制方法可以是基于已有模型和当前列车状态进行在线动态减压，从而达到较优控制效果，即自动驾驶可变减压量控制。可选地，在步骤S11中，输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，所述减压指令中包括第一把闸的第二实际减压量；获取减压的里程和速度，计算第二实际空气制动力；根据所述第二实际空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第二换算减压量；根据所述第二实减压量与所述第二换算减压量计算所述下一把闸减压量系数比最小约束。具体地，固定长大下坡制动区间自动驾驶第一把闸的第二实际减压量，减压后第一时间t(闸瓦全部贴合车轮，即全抱闸所需时间)内，不计算空气制动力，且维持固定电制动力控速，t时刻后记录里程和速度，根据步骤S114中的方法计算第二实际空气制动力；根据云计算的第二实际空气制动力查询图5所示的换算空气制动力理论计算模型，得到对应的第二换算减压量，下一把闸减压量系数比最小约束即为第二实际减压量与第二换算减压量的比值。

步骤S12：根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比。

可选地，如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2小于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2-abs(1-R1)，其中R1为预设的所述减压量系数比最大约束。如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2大于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2+abs(1-R1)。如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2等于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2。

步骤S13：获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力。

在本发明实施例中，根据列车纵向动力学计算加速度和所需电制动力，实现列车空电配合以控制列车在合适位置和速度缓解。列车缓解时记录缓解时间，列车到达第二把闸减压地点前计算列车拟减压时刻，结合缓解时间，得到第二把闸的列车管充风时间t_r＝上一把闸缓解时刻-下一把闸拟制动时刻，查询存储的t_r充风时间对应的不同速度下换算空气制动力理论计算模型，得到第一理论空气制动力P2，结合步骤S12中得到的第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力：P＝round(R*P2)。

步骤S14：根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸的减压量。

在本发明实施例中，根据第二把闸的空气制动力查询换算空气制动力理论计算模型，得到对应的第二把闸的减压量。

步骤S15：在列车到达减压地点时根据所述第二把闸的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

在本发明实施例中，在列车到达第二把闸的减压地点时，自动驾驶系统根据第二把闸的减压量输出第二把闸的减压指令。第二把闸制动第二制动时间后，根据列车纵向动力学计算加速度和所需电制动力，实现列车空电配合以控制列车在合适位置和速度缓解。若列车运行过程中，速度持续高于列车速度规划曲线，则根据步骤S114中得到的不同充风时间、不同速度下1kPa空气制动力大小选择增大减压量；若速度持续低于列车速度规划曲线，则达到缓解速度后，立刻缓解。其中列车速度规划曲线是预存在列车的自动驾驶系统中的。

应用与步骤S11相同的方法更新下一把闸减压量系数比最小约束，以计算下一把闸自动驾驶输出减压量。重复步骤S12-步骤S15，直到某一把闸后的缓解地点已经不在长大下坡区段，停止循环，如此可实现列车长大下坡可变减压量控制。

需要注意的是，列车长大下坡控制过程中，只能够增大减压量，不可以减小减压量；只能够一次缓解，不能够阶段缓解。可变减压量控制包括：已知上一次减压量提前计算出下一次减压量；列车减压过程中增大减压量或提前结束空气制动。

本发明实施例通过离线或在线计算列车空气制动力，能够判断列车长大下坡制动过程中列车制动力强弱，计算列车非整十减压量空气制动力，进而应用插值法构建列车自动驾驶系统可变减压量控制策略的换算空气制动力理论计算模型，能够提高长大下坡控制安全裕量，提高列车标准化操纵水平，从而降低司机劳动强度。

本发明实施例的列车自动驾驶长大下坡控制方法也可以是基于历史长大下坡控制数据进行列车控制，即自动驾驶克隆控制(需信号机变灯序列一致)。该方法需要克隆基准车次关键操纵，如每把闸输出减压量、制动/缓解地点、牵引/电制动力、列车运行速度等，学习基准车次操纵经验，仅调整电制动力达到克隆控制。具体方法如图9所示，包括：

步骤S201：选取基准车次的自动驾驶数据，自动驾驶数据包括时间、里程、速度、减压量、牵引/电制动力、线路条件、充风时间、制动/缓解地点。

选取某车次作为基准(人工驾驶、自动驾驶车次均可)。提取该车次自动驾驶数据记录板记录的自动驾驶数据，包括时间、里程、速度、减压量、牵引/电制动力、线路条件、充风时间、制动/缓解地点等，存储在列车的自动驾驶系统中。

步骤S202：自动控制列车在与所述基准车次相同的所述制动地点达到相同的速度并施加相同的所述减压量。

已知基准车次速度、里程、线路坡度等信息，在进入长大下坡区段前第一预设距离，提前以基准车次列车制动地点和制动速度为目标，根据列车纵向动力学模型和约束条件，每隔第二预设距离为一个目标点，生成列车速度规划曲线。并且在非长大下坡区段，可以使用能量守恒定理矫正各阻力公式参数。计算列车加速度和所需牵引/电制动力，自动驾驶系统控制列车在基准车次制动地点达到相同的速度并施加相同的减压量。其中，第一预设距离和第二预设距离可以根据需要进行设置，第一预设距离优选为3公里左右，第二预设距离优选为10米。

步骤S203：在空气制动区段首先保持所述牵引/电制动力与所述基准车次一致，维持第二预设时间。

在空气制动区段，先保持牵引/电制动力与基准车次一致，空气制动维持第二预设时间。

步骤S204：应用能量守恒定理重复计算基准车次子区间空气制动力和当前列车子区间空气制动力，并计算两者的空气制动力差值。

每次空气制动维持第二预设时间后，应用能量守恒定理计算基准车次子区间空气制动力和当前列车子区间空气制动力，计算两个子区间空气制动力的空气制动力差值，该空气制动力差值可视作导致当前速度和基准速度有差异的主要原因。第二预设时间可以根据需要设置，每次空气制动维持的第二预设时间可以设置成相同，也可以设置成不相同，在此不作限制。

步骤S205：根据所述空气制动力差值重复调整所述列车下一区间的所述牵引/电制动力以精确跟踪基准车次速度曲线，直到所述列车缓解。

在下一个子区间基于列车平稳操纵约束条件根据所述空气制动力差值调整当前列车的牵引/电制动力，控制列车精确跟踪基准车次速度曲线。依次迭代计算，直至列车缓解。缓解后则重复迭代步骤S202至步骤205，实现列车自动驾驶长大下坡区段克隆控制。

如图10所示，列车进入制动地点前通过调整电制动力达到制动前初速度；进入空气制动初始阶段，自动驾驶系统克隆基准车次减压地点和减压量；空气制动过程中，按照能量守恒定理计算空气制动力，调整电制动力追踪基准车次速度曲线；空气制动终止阶段，自动驾驶克隆缓解地点、速度和电制动力。本发明实施例的最终目的是通过克隆司机驾驶，能够快速学习到列车标准操纵规则并修正换算空气制动力理论计算模型，优化列车自动驾驶相关算法，同时得到一个不同天气、不同机车/车辆状况、空气制动随机特性等情况下各种力的数值范围，从而提高列车操纵安全裕度。

本发明实施例通过输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸的减压量；在列车到达减压地点时根据所述第二把闸的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量，能够提前预测下一把闸的减压量，设计自动驾驶长大下坡可变减压量策略，提高列车标准化操作水平，降低司机劳动强度。

上述对本发明特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提供了一种列车长大下坡控制装置，如图11所示，包括：第一减压输出单元、减压系数获取单元、制动力获取单元、减压量获取单元以及第二减压输出单元。其中，

第一减压输出单元，用于输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；

减压系数获取单元，用于根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；

制动力获取单元，用于获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；

减压量获取单元，用于根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸空气制动力对应的减压量；

第二减压输出单元，用于在列车到达减压地点时根据所述第二把闸空气制动力对应的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提供了一种电子设备，该电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一实施例所述的方法。

图12示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203、通信接口1204和总线1205。其中处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203和通信接口1204通过总线1205实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1201可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本发明实施例所提供的技术方案。

存储器1202可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1202可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本发明实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1202中，并由处理器1201来调用执行。

输入/输出接口1203用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1204用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1205包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203和通信接口1204)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1201、存储器1202、输入/输出接口1203、通信接口1204以及总线1205，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本发明实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种列车长大下坡控制方法，其特征是，所述方法包括：

输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；

根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；

获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；

根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸的减压量；

在列车到达减压地点时根据所述第二把闸的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令之前，包括：

根据长大下坡连续制动的历史数据构建所述换算空气制动力理论计算模型；

根据贯通试验获取所述减压量系数比最大约束。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述根据长大下坡连续制动的历史数据构建所述换算空气制动力理论计算模型，包括：

根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力以及多个离散充风时间下不同速度对应的空气制动力；

根据所述空气制动力对换算摩擦系数和常用制动系数进行修正；

根据修正的所述换算摩擦系数和所述常用制动系数进行数据插值，获取每隔预设压差的减压量下不同速度的空气制动力以及每隔第一预设时间的充风时间下不同速度的空气制动力，形成所述换算空气制动力理论计算模型。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述根据长大下坡连续制动的历史数据获取多个离散减压量下不同速度对应的空气制动力，包括：

获取连续长大下坡区段中某一把闸的列车制动/缓解区间的最大计算速度和最低速度，其中某一把闸对应一个离散减压量；

将由所述最大计算速度和所述最低速度构成的速度区间划分为预设数量个速度子区间，并记录每个所述速度子区间对应的时间以及里程区间；

获取每个所述里程区间的电制动力做功、列车阻力做功以及重力势能，并根据能量守恒定理计算每个所述里程区间的空气制动力；

应用插值法获取某一把闸的不同速度对应的空气制动力；

计算多个其它闸的不同速度对应的空气制动力。

5.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述根据贯通试验获取所述减压量系数比最大约束，包括：

获取贯通试验的第一实际减压量，并根据贯通试验过程中列车运行数据计算第一实际空气制动力；

根据所述第一实际空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第一换算减压量；

根据所述第一实减压量与所述第一换算减压量计算所述减压量系数比最大约束。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束，包括：

输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，所述减压指令中包括第一把闸的第二实际减压量；

获取减压的里程和速度，计算第二实际空气制动力；

根据所述第二实际空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型，获取对应的第二换算减压量；

根据所述第二实减压量与所述第二换算减压量计算所述下一把闸减压量系数比最小约束。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比，包括：

如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2小于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2-abs(1-R1)，其中R1为预设的所述减压量系数比最大约束；

如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2大于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2+abs(1-R1)，

如果所述下一把闸减压量系数比最小约束R2等于1，则确定第二把闸的减压量系数比R＝R2。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述方法还包括：

选取基准车次的自动驾驶数据，自动驾驶数据包括时间、里程、速度、减压量、牵引/电制动力、线路条件、充风时间、制动/缓解地点；

自动控制列车在与所述基准车次相同的所述制动地点达到相同的速度并施加相同的所述减压量；

在空气制动区段首先保持所述牵引/电制动力与所述基准车次一致，维持第二预设时间；

应用能量守恒定理重复计算基准车次子区间空气制动力和当前列车子区间空气制动力，并计算两者的空气制动力差值；

根据所述空气制动力差值重复调整所述列车下一区间的所述牵引/电制动力以精确跟踪基准车次速度曲线，直到所述列车缓解。

9.一种列车长大下坡控制装置，其特征是，所述装置包括：

第一减压输出单元，用于输出长大下坡制动区间第一把闸的减压指令，并根据减压情况获取下一把闸减压量系数比最小约束；

减压系数获取单元，用于根据预设的减压量系数比最大约束以及所述下一把闸减压量系数比最小约束确定第二把闸的减压量系数比；

制动力获取单元，用于获取第二把闸的列车管充风时间，并根据预设的换算空气制动力理论计算模型获取第一理论空气制动力，并结合所述第二把闸的减压量系数比获取第二把闸的空气制动力；

减压量获取单元，用于根据所述第二把闸的空气制动力查询所述换算空气制动力理论计算模型获取第二把闸空气制动力对应的减压量；

第二减压输出单元，用于在列车到达减压地点时根据所述第二把闸空气制动力对应的减压量控制输出第二把闸的减压指令，并根据减压情况更新所述下一把闸减压量系数比最小约束，以预测计算下一把闸需要输出的减压量。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的方法。

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