CN114291137A - 一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，包括：电力机车自动驾驶系统以点单运行模式开始运行；电力机车进行运行线路轮询检测，若列车行驶方向的前方存在线路限速值变化的第一线路位置点时，则启动限速运行模式；若前方的运行线路上设置有达速点，则启动达速运行模式；若收到定时运行指令则启动定时运行模式；若收到解除定时运行指令时，自动启动点单运行模式继续行驶。本发明使得电力机车自动驾驶系统在整个运行线路行驶的过程中，综合使用多种运行模式控制电力机车自动驾驶系统，使得电力机车自动驾驶系统能够在多种线路条件下进行自适应控制，为机车自动驾驶系统的在多种运用场景下的使用提供了有效控制方法。

Description

一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通的电力机车自动驾驶系统运行模式领域，尤其涉及一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法。

背景技术

随着国家智能交通理念的深入，铁路改革进程不断推进，机务智能化、信息化、规范化工作在某些应用领域已经取得了显著效果，智能化技术作为新一轮科技革命的重要引领，正在快速地推动轨道交通行业进步，列车自动驾驶技术作为智能化技术的典型应用已经成为势不可挡的潮流。列车自动驾驶技术的推广应用可以提升铁路机车运输效率、增强运用运行安全、降低司机疲劳，将给行业带来了极大变革。

现有机车自动驾驶系统多以点单运行模式进行自动驾驶控制，但没有针对在运行线路限速值变化、运行线路设置达速点和在电力机车行驶过程中接收到定时运行指令的多种运行条件下的自动驾驶控制，无法满足电力机车的实际运行条件，使得自动驾驶的应用与推广受到了一定的限制。

发明内容

本发明提供一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，以克服上述技术问题。

本发明公开了一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，包括：

步骤1：启动电力机车，电力机车自动驾驶系统以点单运行模式开始运行；

步骤2：电力机车以第一时间间隔为第一时间段进行运行线路轮询检测，以确定电力机车在运行线路列车行驶方向的前方不小于第一检测距离范围内的运行线路上的道路限速值变化情况及运行线路上达速点的位置；

步骤3：若电力机车在列车行驶方向的前方第一检测距离范围内存在线路限速值由第一线路限速值V₁变化为第二线路限速值V₂的第一线路位置点时，，则自动驾驶系统在第一线路区段内启动限速运行模式；当列车驶出第一线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；重复执行步骤2；

步骤4：若电力机车在前方第一检测距离范围内的运行线路上设置有达速点，则自动驾驶系统在第二线路区段内启动达速运行模式；当列车驶出第二线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；重复执行步骤2；

步骤5：若电力机车在继续行驶过程中，自动驾驶系统收到当前运行位置至下一站点位置运行时间等于第一时间阈值的定时运行指令时，则自动驾驶系统在第三路线区段内启动定时运行模式；当列车驶出第三路线区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；

步骤6：若电力机车在继续行驶过程中，收到解除定时运行指令时，自动驾驶系统解除定时运行模式，同时自动启动点单运行模式继续行驶；

步骤7：重复执行所述步骤2～步骤6，直至电机机车运行结束。

进一步的，所述步骤3中，当V₂>V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第一距离d₁的第一位置点S1为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第二距离d₂的第二位置点S2为终点的线路区间；

其中：

进一步的，所述步骤3中，当V₂<V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第五距离d₅的第五位置点S5为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第六距离d₆的第六位置点S6为终点的线路区间；

其中：

进一步的，所述步骤4中的第二线路区段为：以距离所述达速点向列车行驶方向的后方的距离为第三距离d₃的第三位置点S3为起点，以距离所述达速点向列车行驶方向的前方的距离为第四距离d₄的第四位置点S4为终点的线路区间；

进一步的，所述步骤5中的第三路线区段为：以电力机车自动驾驶系统收到运行时间等于第一时间阈值的定时指令时的位置点S7为起点，以列车行驶方向的前方车站进站点信号机位置点S8为终点的线路区间。

进一步的，所述步骤1中，电力机车以点单运行模式开始运行前还包括：自动驾驶系统判定电力机车是否满足自动驾驶系统启动条件；

若电力机车满足自动驾驶系统启动条件；则执行步骤2；

若电力机车不满足自动驾驶系统启动条件，则电力机车启动报警，并以时间间隔为第二时间段进行轮询检测，直至电力机车满足所述自动驾驶系统启动条件。

有益效果：本发明的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，使得电力机车自动驾驶系统在整个运行线路行驶的过程中，结合电力机车的实际运行状况，综合使用点单运行模式、限速运行模式、达速运行模式和定时运行模式控制电力机车自动驾驶系统，使得电力机车自动驾驶系统能够在多种线路条件下进行自适应控制，为机车自动驾驶系统的在多种运用场景下的使用提供了有效控制方法，间接促进了机车自动驾驶系统的应用推广，具有一定的参考价值。提高了自动驾驶系统的应用范围。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

本实施例为了满足机务运用部门或机车运用线路对于机车运行过程中特殊的运行操作限制情况，结合现有机车自动驾驶系统的功能特点与控制方式，公开了一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：启动电力机车，电力机车自动驾驶系统以点单运行模式开始运行；

具体的，本发明中的点单运行模式是一种成熟的电力机车运行模式，所述点单运行模式是根据电力机车到达前方站点时，是否满足电力机车运行线路区段的运行时间来进行列车运行速度曲线的规划；在进行列车运行速度曲线的规划时，综合线路限速值、列车运行时间、列车运行冲动、驾驶员舒适性、列车运行安全等多个因素。在该模式下，电力机车根据运行线路数据提取坡道附加阻力，将电力机车前方按照坡度提取坡道附加阻力，按照长大上坡、长大下坡。起伏坡道、平坡等场景，按照每一个场景对运行线路进行分段，规划出分段后的每一段的列车运行速度曲线，再将每一段的列车速度运行曲线进行拼接，完成电力机车的列车运行速度曲线的规划。若规划后的速度曲线不能满足区段运行时间，则电力机车的自动驾驶系统重新进行列车速度运行曲线的规划。自动驾驶系统在进行列车速度运行曲线的规划时，同时满足能够实施响应运行线路信号灯的变化。其中的电力机车运行线路为内置于自动驾驶系统中的固定的线路图，电力机车的运行线路数据均可以直接提取进行使用，且规划运行线路的列车运行速度曲线的规划方法是电力机车领域成熟的技术，因此这里不进行详细论述。

为兼顾起车时驾驶员的舒服性，避免产生较大惯性差，点单运行模式下起车过程时整个列车做恒变加速或匀加速运行，加速度的大小取决于线路限制速度、线路坡度值、列车总重及机车牵引特性。

步骤2：电力机车以第一时间间隔为第一时间段进行运行线路轮询检测，以确定电力机车在运行线路列车行驶方向的前方第一检测距离范围内的运行线路上的道路限速值变化情况及运行线路上达速点的位置；具体的，所述第一检测距离为电力机车自动驾驶系统的人机交互显示屏上所能显示出的最大距离。

优选地，在本实施例中，电力机车以时间间隔为500ms进行线路限速值轮询检测，以判断电力机车前方不小于3600米范围内线路限速值的变化状况；其中的线路限速值为电力机车运行线路数据，电力机车自动驾驶系统能够根据电力机车行驶线路状况及线路前方站调度员的通知信号实时更新线路限速值，且自动驾驶系统直接提取使用。此处的电力机车自动驾驶系统根据电力机车行驶线路状况及线路前方站调度员的通知信号实时更新线路限速值的方法为电力机车领域惯常使用的计算方法，因此不进行详细描述。

所述线路运行状态包括运行线路上的，运行线路上是否设置有达速点。

步骤3：若电力机车在列车行驶方向的前方第一检测距离范围内的第一线路位置点时，线路限速值由第一线路限速值V₁变化为第二线路限速值V₂，则自动驾驶系统在第一线路区段内启动限速运行模式；当列车驶出第一线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；执行步骤2；

具体的，本发明中的限速运行模式是一种成熟的电力机车运行模式，所述限速运行模式为响应列车实时线路限速值，而规划出的电力机车当前位置至下一个站点的列车运行速度曲线，自动驾驶系统在进行列车速度运行曲线的规划时，同时满足能够实施响应运行线路信号灯的变化。当自动驾驶系统接收到解除限速运行模式命令时，自动恢复至点单运行模式。

当V₂>V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第一距离d₁的第一位置点S1为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第二距离d₂的第二位置点S2为终点的线路区间；

其中：

优选地，当电力机车在在前方第一距离范围内的第一线路位置点时，若 V₂>V₁，此时步骤3中的第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第一距离d₁的第一位置点S1为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第二距离d₂的第二位置点S2为终点的线路区间；

其中：200米≤d₁≤1200米；200米≤d₂≤1200米；

当V₂<V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第五距离d₅的第五位置点S5为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第六距离d₆的第六位置点S6为终点的线路区间；

其中：

优选地，当电力机车在在前方第一距离范围内的第一线路位置点时，若 V₂<V₁，此时S3中的第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第一距离d₅的第一位置点S5为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第二距离d₆的第二位置点S6为终点的线路区间；

其中：800米≤d₅≤1200米；800米≤d₆≤1200米；

步骤4：若电力机车在前方第一检测距离范围内的运行线路上设置有达速点，则自动驾驶系统在第二线路区段内启动达速运行模式；当列车驶出第二线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶，执行步骤2；

所述第二线路区段为：以距离所述达速点向列车行驶方向的后方的距离为第三距离d₃的第三位置点S3为起点，以距离所述达速点向列车行驶方向的前方的距离为第四距离d₄的第四位置点S4为终点的线路区间；

具体的，所述达速点为根据电力机车运行线路，电力机车能够以某固定速度匀速行驶的位置点。

优选地，所述步骤4中的第二线路区段为：以距离达速点向列车行驶方向的后方的距离为第三距离d3的第三位置点S3为起点，以距离第二线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第四距离d4的第四位置点S4为终点的线路区间；

其中：500米≤d₃≤800米；500米≤d₄≤800米；

步骤5：若电力机车自动驾驶系统收到当前运行位置至下一站点位置运行时间等于第一时间阈值的定时运行指令时，则自动驾驶系统在第三路线区段内启动定时运行模式；当列车驶出第三路线区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；所述步骤5中的第三路线区段为：以电力机车自动驾驶系统收到运行时间等于第一时间阈值的指令时的位置点S7为起点，以列车行驶方向的前方车站进站点信号机位置点S8为终点的线路区间。

具体的，本发明中的定时运行模式是电力机车领域已经成熟的在满足道路限速值确保安全运行的基础上，根据规定的时间来规划列车运行速度曲线的方法。当自动驾驶系统无法在给出的时间到达前方站时，将自动恢复成点单模式，同时发出语音及文字提示，司机手动接管操纵电力机车运行。

步骤6：若电力机车收到解除定时运行指令时，自动驾驶系统解除定时运行模式，同时自动启动点单运行模式继续行驶。

步骤7：重复执行所述步骤2～步骤6，直至电力机车运行结束。

在本发明的电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法中，在所述步骤1中，电力机车以点单运行模式开始运行前还包括：自动驾驶系统判定电力机车是否满足自动驾驶系统启动条件；若电力机车满足自动驾驶系统启动条件；则执行步骤2；若电力机车不满足自动驾驶系统启动条件，则电力机车启动报警，并以时间间隔为第二时间段(2秒)进行轮询检测，直至电力机车满足所述自动驾驶系统启动条件；

所述自动驾驶系统启动条件如下：

(1)自动驾驶系统已完整接收到包括机车型号、列车总重、列车长度、列车重车数量、列车空车数量、列车百吨闸瓦压力、电力机车当前位置的坡度值等电力机车基础数据；

(2)列车关门车车数占电力机车列车总数的百分比不大约6％；

(3)列车列尾风压与列车管风压差值不大于20kPa；

(4)机车空气压缩机工作正常；

(5)机车具有完整的电气制动功能；

其中，若电力机车当前所处位置如果为上坡线路，且电力机车当前位置的坡度值大于6‰时，自动驾驶系统不能启动，此时需要电力机车进行手动启动电力机车，自动驾驶系统启动后，默认启动点单运行模式。

优选地，在本实施例中，在所述点单运行模式、限速运行模式、达速运行模式和定时运行模式下，自动驾驶系统在进行列车运行速度曲线的规划时，兼顾列车安全性、平稳性和节能性。

安全性指自动驾驶系统控制列车运行时的速度不能超越线路限制速度、非特殊要求不停车；具体体现在行程规划曲线速度与线路限制速度的关系上，即：

轻载(列车载重3000吨及以下)上坡时，规划曲线速度小于线路限制速度3km/h及以上。

轻载(列车载重3000吨及以下)平坡时，规划曲线速度小于线路限制速度5km/h及以上。

轻载(列车载重3000吨及以下)下坡时，规划曲线速度小于线路限制速度7km/h及以上。

重载(列车载重3000吨以上)上坡时，规划曲线速度小于线路限制速度 5km/h及以上。

重载(列车载重3000吨以上)平坡时，规划曲线速度小于线路限制速度 7km/h及以上。

重载(列车载重3000吨以上)下坡时，规划曲线速度小于线路限制速度 9km/h及以上。

平稳性指列车运行速度的变化要循序渐进；具体体现在机车牵引制动工况、以及牵引制动时的加速度变化上：

机车牵引工况与制动工况相互转换时，需要先执行不小于3秒钟的惰行工况。

机车运行中的加速度变化要平稳，即机车牵引制动级位输出要渐进。

节能性指节省电网电力消耗，具体体现在上坡、平坡、下坡时牵引制动的使用上，即：

上坡时，发挥机车最大牵引力加速运行；

平坡时，惰行运行；

下坡时，借助重力附加力惰行运行或惰行加速运行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：启动电力机车，电力机车自动驾驶系统以点单运行模式开始运行；

步骤2：电力机车以第一时间间隔为第一时间段进行运行线路轮询检测，以确定电力机车在运行线路列车行驶方向的前方第一检测距离范围内的运行线路上的道路限速值变化情况及运行线路上达速点的位置；

步骤3：若电力机车在列车行驶方向的前方第一检测距离范围内存在线路限速值由第一线路限速值V₁变化为第二线路限速值V₂的第一线路位置点时，则自动驾驶系统在第一线路区段内启动限速运行模式；当列车驶出第一线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；重复执行步骤2；

步骤4：若电力机车在前方第一检测距离范围内的运行线路上设置有达速点，则自动驾驶系统在第二线路区段内启动达速运行模式；当列车驶出第二线路区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；重复执行步骤2；

步骤5：若电力机车在继续行驶过程中，自动驾驶系统收到当前运行位置至下一站点位置的运行时间等于第一时间阈值的定时运行指令时，则自动驾驶系统在第三路线区段内启动定时运行模式；当列车驶出第三路线区段时，电力机车自动恢复点单运行模式继续行驶；

步骤6：若电力机车在继续行驶过程中，收到解除定时运行指令时，自动驾驶系统解除定时运行模式，同时自动启动点单运行模式继续行驶；

步骤7：重复执行所述步骤2～步骤6，直至电力机车运行结束。

2.根据权利要求1所述的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当V₂>V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第一距离d₁的第一位置点S1为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第二距离d₂的第二位置点S2为终点的线路区间；

其中：

3.根据权利要求1所述的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当V₂<V₁时，第一线路区段为：以距离第一线路位置点向列车行驶方向的后方的距离为第五距离d₅的第五位置点S5为起点，以距离第一线路位置点向列车行驶方向的前方的距离为第六距离d₆的第六位置点S6为终点的线路区间；

其中：

4.根据权利要求1所述的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，所述步骤4中的第二线路区段为：以距离所述达速点向列车行驶方向的后方的距离为第三距离d₃的第三位置点S3为起点，以距离所述达速点向列车行驶方向的前方的距离为第四距离d₄的第四位置点S4为终点的线路区间；

5.根据权利要求1所述的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，所述步骤5中的第三路线区段为：以电力机车自动驾驶系统收到运行时间等于第一时间阈值的定时指令时的位置点S7为起点，以列车行驶方向的前方车站进站点信号机位置点S8为终点的线路区间。

6.根据权利要求1所述的一种电力机车自动驾驶系统自适应多运行模式控制方法，其特征在于，所述步骤1中，电力机车以点单运行模式开始运行前还包括：自动驾驶系统判定电力机车是否满足自动驾驶系统启动条件；

若电力机车满足自动驾驶系统启动条件；则执行步骤2；

若电力机车不满足自动驾驶系统启动条件，则电力机车启动报警，并以时间间隔为第二时间段进行轮询检测，直至电力机车满足所述自动驾驶系统启动条件。

Images