CN114347797A - 一种磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统。所述方法具体包括：确定所述磁悬浮列车的运行速度；确定列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度；基于所述磁悬浮列车的运行速度和所述列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度的比较控制所述磁悬浮列车支撑轮的下放或收起。通过定义的列车在支撑轮收起和下放过程中存在的最小悬浮速度V_悬、支撑轮安全下放速度V_安，并根据实际运用情况，发明并构建了支撑轮下放速度V_支，实现列车悬浮和降落的最优控制；同时对不同情况的支撑轮的收起和下放过程进行具体的说明，使得本发明的磁浮列车的运行策略更加的完整，增加了列车运行过程中的安全性。

Description

一种磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统

技术领域

本发明属于列车轨道运行领域，特别涉及一种磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统。

背景技术

目前，高速磁悬浮列车采用电动悬浮和电磁悬浮两种方式实现列车的悬浮操作。

电磁悬浮在列车静止时，依靠电磁力处于悬浮状态。

电动悬浮列车在静止时，通过支撑轮支撑列车，当列车运行到一定速度后，才能通过切割磁力的方式将列车悬浮起来。由于列车在悬浮时，支撑轮必须收起才能使列车处于悬浮状态，从而高速行驶。而列车停车时，必须下放支撑轮，因此支撑轮的安全控制，成为电动悬浮的一项关键技术。

高速磁浮采用电动悬浮方式，高速磁浮列车在开始运行时，无法进行悬浮，当列车达到一定速度后(速度一般为130km)，列车才能进入悬浮状态，当列车达到悬浮速度后，此时，可以收起支持轮和导向轮，此时列车处于悬浮状态。

当列车需要停车时，磁浮列车降速一定到速度时(一般为230km)，才能下放支撑轮，否者容易导致支撑轮损坏。

同时，当列车速度下降到列车的最低悬浮速度后，必须下放支撑轮，否则容易造成列车突然掉落在轨道上。

目前，基于电动磁浮原理的磁浮列车国内还没有应用，其他磁浮的支撑轮主要应用于磁浮故障后的应急救援。而电动磁浮的支撑轮用于运营，并没有对支撑轮进行控制。

在列车运行中，列车加速到最小悬浮速度时，即将悬浮时，然而因为其他原因，需要降速，而此时收起支撑轮和导向轮，则容易带来危险。同样，在列车减速到允许降落支撑轮和导向轮的速度时，支撑轮和导向轮即将降速，因其他原因又要加速行驶时，支撑轮的下放需要一定时间，而再收回，会导致列车颠簸，同时影响列车再次加速。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种磁悬浮列车支撑轮控制方法，所述方法包括：确定所述磁悬浮列车的运行速度；基于所述磁悬浮列车的运行速度控制所述磁悬浮列车支撑轮的下放或收起。

进一步的，所述方法具体包括：

确定所述磁悬浮列车的运行速度；

确定列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度；

基于所述磁悬浮列车的运行速度和所述列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度的比较控制所述磁悬浮列车支撑轮的下放或收起。

进一步的，所述支撑轮下放速度V_支，根据如下公式计算：

V_支＝V_悬+aT，其中，V_悬表示列车最小悬浮速度，a表示列车从V_悬运行到支撑轮安全下放速度V_安之间的最大加速度，T＝T_降+T_收+T_延迟，T_降为支撑轮下放且锁闭的最大时间，T_收为支撑轮收起且锁闭的最大时间，T_延迟为控制命令发送接收的通信延迟时间。

进一步的，控制所述支撑轮收起包括：

当列车运行速度V≥V_悬时，允许支撑轮进行悬浮；

当列车运行速度V≥V_支时，控制列车收起支撑轮；

当列车运行速度V≥V_安时，控制支撑轮完成收起动作。

进一步的，控制所述支撑轮下放包括：

当列车运行速度V≤V_安时，列车允许放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_支时，控制列车必须开始放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_悬时，控制支撑轮完成下放并锁闭。

进一步的，控制所述支撑轮下放时，当列车运行速度V＞V_安时收到支撑轮下放指令，判断所述下放指令是否有效包括以下步骤：

确定命令周期t_命；

确定列车运行速度下降到支撑轮安全下放速度V_安的时间t；

若t≤t_命，则判断所述指令有效；

若t＞t_命，则判断所述指令无效。

进一步的，控制所述支撑轮收起时，当列车运行速度V＞V_悬时收到支撑轮收起指令，执行以下步骤：

确定所述收起指令的执行时间T_提前，并执行提前收起命令；

确定经过所述执行时间T_提前后的列车运行速度V；

若V≥V_支，则持续收起支撑轮；

若V＜V_支，则下放支撑轮，直至列车运行速度V≥V_支，控制列车收起支撑轮。

本发明还提供一种磁悬浮列车支撑轮控制系统，所述系统包括：

速度确定单元，用于确定列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度，并实时监控列车运行速度；

车载控制单元，用于根据列车运行速度与列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度的比较生成收放指令，并将所述收放指令发送给支撑轮收放执行单元；

支撑轮收放执行单元，用于接收所述车载控制单元的收放指令，并通过所述指令控制支撑轮的下放和收起，控制列车安全运行。

进一步的，所述速度确定单元用于确定所述支撑轮下放速度V_支，

V_支＝V_悬+aT，其中，V_悬表示列车最小悬浮速度，a表示列车从V_悬运行到支撑轮安全下放速度V_安之间的最大加速度，T＝T_降+T_收+T_延迟，T_降为支撑轮下放且锁闭的最大时间，T_收为支撑轮收起且锁闭的最大时间，T_延迟为控制命令发送接收的通信延迟时间。

进一步的，所述车载控制单元生成收起指令包括：

当列车运行速度V≥V_悬时，生成列车悬浮指令，允许支撑轮进行悬浮；

当列车运行速度V≥V_支时，生成列车收起指令，控制列车收起支撑轮；

当列车运行速度V≥V_安时，生成列车完成收起指令，控制支撑轮完成收起动作。

进一步的，所述车载控制单元生成下放指令包括：

当列车运行速度V≤V_安时，生成列车允许下放指令，列车允许放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_支时，生成列车下放指令，控制列车必须开始放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_悬时，生成列车完成下放指令，控制支撑轮完成下放并锁闭。

进一步的，所述车载控制单元生成收起指令控制所述支撑轮收起时，当列车运行速度V＞V_悬时收到支撑轮收起指令，执行以下步骤：

确定所述收起指令的执行时间T_提前，并执行提前收起命令；

确定经过所述执行时间T_提前后的列车运行速度V；

若V≥V_支，则持续收起支撑轮；

若V＜V_支，则下放支撑轮，直至列车运行速度V≥V_支，控制列车收起支撑轮。

进一步的，所述车载控制单元生成下放指令控制所述支撑轮下放时，当列车运行速度V＞V_安时收到支撑轮下放指令，判断所述下放指令是否有效包括以下步骤：

确定命令周期t_命；

确定列车运行速度下降到支撑轮安全下放速度V_安的时间t；

若t≤t_命，则判断所述指令有效；

若t＞t_命，则判断所述指令无效。

本发明的磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统，通过定义的列车在支撑轮收起和下放过程中存在的最小悬浮速度V_悬、支撑轮安全下放速度V_安，并根据实际运用情况，发明并构建了支撑轮下放速度V_支，通过该速度定义以及计算，保证了列车支撑轮收起与和下放的安全，以及速度波动带来支撑轮频繁动作带来危害，保证列车运行过程中的运行策略的适用性；实现列车悬浮和降落的最优控制；同时对不同情况的支撑轮的收起和下放过程进行具体的说明，使得本发明的磁浮列车的运行策略更加的完整，增加了列车运行过程中的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中的磁悬浮列车支撑轮控制系统结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的磁悬浮列车支撑轮控制方法悬浮、降落过程示意图。

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、完整地说明，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。

本发明的磁悬浮列车支撑轮控制方法和系统，主要解决目前正在研究的电动悬浮列车的支撑轮安全的收放控制功能。避免列车在达到最低悬浮速度时，由于测速不准或者偏差导致的支撑轮存在的错误收起或者放下的安全风险，以及支撑轮下放过程中存在错误下放的安全风险，通过设置速度限制值，能够有效解决支撑轮收起过程中来不及下放的问题，以及下放过程中来不及收起的问题。

本发明的高速磁悬浮列车采用电动悬浮方式，并通过车载控制单元控制支撑轮的收起和下放，图1示出了本发明实施例中的磁悬浮列车支撑轮控制系统结构示意图，图中，列车上的速度确定单元与车载控制单元通信连接，速度确定单元计算列车最小悬浮速度V_悬、支撑轮下放速度V_支和支撑轮安全下放速度V_安，并实时监控列车运行速度V，车载控制单元接收列车最小悬浮速度V_悬、支撑轮下放速度V_支和支撑轮安全下放速度V_安和列车运行速度V，并根据V_悬、V_安、V_支和V的比较生成收放指令，并将收放指令发送给支撑轮收放执行单元；支撑轮收放执行单元与车载控制单元通信连接，接收车载控制单元的收放指令，支撑轮收放执行单元根据指令控制支撑轮的下放和收起，控制列车安全运行。

本发明通过设置了磁浮列车运行过程中的最小悬浮速度V_悬、支撑轮下放速度V_支和支撑轮安全下放速度V_安，三个概念，进行了如下定义：

列车最小悬浮速度V_悬定义为：当列车低于该速度时，磁浮列车存在悬浮力不足直接落地的风险。本发明的最小悬浮速度V_悬跟磁浮列车的重量、磁浮导体的材料等相关，一般通过试验最终确定一个值，该值为列车的最自小悬浮速度，是一个固定值，一般由车辆给出，本发明实施例中的最小悬浮速度V_悬以130km/h说明，但并非限于130km/h。

支撑轮安全下放速度V_安定义为：磁浮列车的支撑轮允许下放的速度，在该速度以下，支撑轮下放可能存在导致支撑轮损坏的安全等，在该速度以上，支撑轮不允许下发。支撑轮安全下放速度V_安是列车高速下放时，支持轮能够承受的最大安全速度确定，一般与支撑轮的材料构成，冲击力，磁浮列车重量等、列车架构等相关，最终通过试验确定，由车辆给出，为一固定值，本发明实施例中的支撑轮安全下放速度V_安以230km/h说明，但并非限于230km/h。

支撑轮下放速度V_支定义为：磁浮列车的支撑轮开始下放的速度，列车降速过程中，到达该速度时，能保证支撑轮在到达最小悬浮速度前降落完成。支撑轮下放速度V_支根据如下公式计算：

V_支＝V_悬+aT，其中，V_悬表示列车最小悬浮速度，a表示列车从V_悬运行到支撑轮安全下放速度V_安之间的最大加速度，T＝T_降+T_收+T_延迟，T_降为支撑轮下放且锁闭的最大时间，T_收为支撑轮收起且锁闭的最大时间，T_延迟为控制命令发送接收的通信延迟时间。本发明中由于支撑轮的下放和收起过程中，不会再接收支撑轮收放执行单元下发的外部指令，因此，本发明在计算支撑轮下放速度V_支时考虑到支撑轮下放且锁闭及支撑轮收起且锁闭的最大时间的总和。

本发明实施例中计算支撑轮下放速度V_支，通过该动力学公式的计算，能够更好确定支撑轮下放速度，同时，能够实现依据悬浮速度计算支撑速度的方式和途径，减少了通过试验不断测试该值的时间，也能保障该值的安置性。

图2示出了本发明实施例中的磁悬浮列车支撑轮控制方法悬浮、降落过程示意图，图2中，纵坐标分为三个速度，最小悬浮速度V_悬、支撑轮下放速度V_支和支撑轮安全下放速度V_安，具体的，V_安＞V_支＞V_悬，横坐标表示磁浮列车从开始运行到到达目的地后的路程，图中的曲线表示当前列车运行的速度。磁浮列车开始运行时的支撑轮分为三个阶段：磁浮列车允许悬浮、支撑轮开始收起、支撑轮必须离开地面；磁浮列车停止运行时的支撑轮分为三个阶段：支撑轮允许下放、支撑轮开始下放、支撑轮下放危险等。支撑轮下放和收起的三个阶段的确定与列车运行速度在最小悬浮速度V_悬、支撑轮下放速度V_支和支撑轮安全下放速度V_安的区间相关联。

具体的，本发明实施例中对支撑轮的收起控制过程进行具体描述：

当列车当前运行速度V≥V_悬时(本发明实施例中V_悬中为130km/h)，磁浮列车具备悬浮条件，此时允许列车进行悬浮；

当列车当前运行速度V≥V_支时，允许支撑轮开始动作，并收起支撑轮和导向轮，在收起的过程中，又收到支撑轮下放命令，车载控制单元通过支撑轮收放执行单元控制支撑轮下放，这样能够保证支撑轮在V_悬时，能够下放完成，从而防止列车速度过低砸向轨道；

当列车当前运行速度V≥V_安时，车载控制单元必须通过支撑轮收放执行单元执行支撑轮完成收起动作，控制支撑轮必须离开地面。

当磁浮列车即将到达目的地时，支撑轮收放执行单元控制支撑轮下放，本发明实施例中对支撑轮的下放控制过程进行具体描述：

当列车运行速度V≤V_安时，此时，允许列车放下支撑轮，支撑轮可根据支撑轮收放执行单元的命令可以控制下放支撑轮；

当列车运行速度V≤V_支时，控制列车必须开始下放支撑轮的动作，车载控制单元必须通过支撑轮收放执行单元执行放下支撑轮和导向轮的指令。

当列车运行速度V≤V_悬时，车载控制单元必须通过支撑轮收放执行单元执行支撑轮和导向轮必须完成下放且锁闭，列车运行速度在V_悬以下，支撑轮下放将会存在危险。

由于磁浮列车运行过程中受到控制命令时机的不确定性，本发明实施例中还对列车运行过程中不同情况下的悬浮控制进行举例说明，本发明实施例中通过对支撑轮的提前下放和支撑轮的提前收起策略进行具体的说明，根据如下的支撑轮收放策略进行控制：

支撑轮的提前下放策略：控制支撑轮下放过程中，当列车运行速度V＞V_安时收到支撑轮下放指令，确定列车运行速度下降到支撑轮安全下放速度V_安的时间t，确定一个命令周期t_命，仅当列车运行速度在一定时间内(一个命令周期)下降到支撑轮安全下放速度V_安以下时，如若命令仍然有效，支撑轮则开始执行下放工作；如若列车速度下降V_安后，超过一个命令周期，则认为命令无效，不再执行下发指令，此时列车运行速度持续下降，直至列车运行速度V≤V_安，依次执行本发明实施例中关于支撑轮下放的步骤。

具体的，命令周期指的是安全计算的任务调度周期，该周期由安全计算机的性能以及操作系统等决定，一般由平台给出固定值。

支撑轮的提前收起策略：控制支撑轮收起过程中，当列车运行速度V＞V_悬时提前收到支撑轮收起指令，车载控制单元收到支撑轮提前收起指令(带有执行时间T_提前)后，确定收起指令的执行时间T_提前，并执行提前收起命令，此时车载控制单元不再响应支持轮下放指令，并持续收起一段时间，确定经过执行时间T_提前后的列车运行速度V，若在该时间T_提前结束后，列车运行速度V≥V_支，则持续收起支撑轮，依次执行本发明实施例中关于支撑轮在T_提前收起后V≥V_支时支撑轮持续收起直至列车运行速度V≥V_安后并控制支撑轮下放的步骤；若在该时间T_提前结束后，列车运行速度V＜V_支，则下放支撑轮，直至列车运行速度V≥V_支，控制列车收起支撑轮，并根据磁浮列车的运行区段依次执行支撑轮的收起和下放工作。

尽管参照前述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精神和范围。

Claims (13)

1.一种磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述磁悬浮列车的运行速度；

基于所述磁悬浮列车的运行速度控制所述磁悬浮列车支撑轮的下放或收起。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

确定所述磁悬浮列车的运行速度；

确定列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度；

基于所述磁悬浮列车的运行速度和所述列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度的比较控制所述磁悬浮列车支撑轮的下放或收起。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，所述支撑轮下放速度V_支，根据如下公式计算：

V_支＝V_悬+aT，其中，V_悬表示列车最小悬浮速度，a表示列车从V_悬运行到支撑轮安全下放速度V_安之间的最大加速度，T＝T_降+T_收+T_延迟，T_降为支撑轮下放且锁闭的最大时间，T_收为支撑轮收起且锁闭的最大时间，T_延迟为控制命令发送接收的通信延迟时间。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，控制所述支撑轮收起包括：

当列车运行速度V≥V_悬时，允许支撑轮进行悬浮；

当列车运行速度V≥V_支时，控制列车收起支撑轮；

当列车运行速度V≥V_安时，控制支撑轮完成收起动作。

5.根据权利要求2所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，控制所述支撑轮下放包括：

当列车运行速度V≤V_安时，列车允许放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_支时，控制列车必须开始放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_悬时，控制支撑轮完成下放并锁闭。

6.根据权利要求1、2或5所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，控制所述支撑轮下放时，当列车运行速度V＞V_安时收到支撑轮下放指令，判断所述下放指令是否有效包括以下步骤：

确定命令周期t_命；

确定列车运行速度下降到支撑轮安全下放速度V_安的时间t；

若t≤t_命，则判断所述指令有效；

若t＞t_命，则判断所述指令无效。

7.根据权利要求1、2或4所述的磁悬浮列车支撑轮控制方法，其特征在于，控制所述支撑轮收起时，当列车运行速度V＞V_悬时收到支撑轮收起指令，执行以下步骤：

确定所述收起指令的执行时间T_提前，并执行提前收起命令；

确定经过所述执行时间T_提前后的列车运行速度V；

若V≥V_支，则持续收起支撑轮；

若V＜V_支，则下放支撑轮，直至列车运行速度V≥V_支，控制列车收起支撑轮。

8.一种磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述系统包括：

速度确定单元，用于确定列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度，并实时监控列车运行速度；

车载控制单元，用于根据列车运行速度与列车最小悬浮速度、支撑轮下放速度和支撑轮安全下放速度的比较生成收放指令，并将所述收放指令发送给支撑轮收放执行单元；

支撑轮收放执行单元，用于接收所述车载控制单元的收放指令，并通过所述指令控制支撑轮的下放和收起，控制列车安全运行。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述速度确定单元用于确定所述支撑轮下放速度V_支，

V_支＝V_悬+aT，其中，V_悬表示列车最小悬浮速度，a表示列车从V_悬运行到支撑轮安全下放速度V_安之间的最大加速度，T＝T_降+T_收+T_延迟，T_降为支撑轮下放且锁闭的最大时间，T_收为支撑轮收起且锁闭的最大时间，T_延迟为控制命令发送接收的通信延迟时间。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述车载控制单元生成收起指令包括：

当列车运行速度V≥V_悬时，生成列车悬浮指令，允许支撑轮进行悬浮；

当列车运行速度V≥V_支时，生成列车收起指令，控制列车收起支撑轮；

当列车运行速度V≥V_安时，生成列车完成收起指令，控制支撑轮完成收起动作。

11.根据权利要求9所述的磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述车载控制单元生成下放指令包括：

当列车运行速度V≤V_安时，生成列车允许下放指令，列车允许放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_支时，生成列车下放指令，控制列车必须开始放下支撑轮；

当列车运行速度V≤V_悬时，生成列车完成下放指令，控制支撑轮完成下放并锁闭。

12.根据权利要求8、9或10所述的磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述车载控制单元生成收起指令控制所述支撑轮收起时，当列车运行速度V＞V_悬时收到支撑轮收起指令，执行以下步骤：

确定所述收起指令的执行时间T_提前，并执行提前收起命令；

确定经过所述执行时间T_提前后的列车运行速度V；

若V≥V_支，则持续收起支撑轮；

若V＜V_支，则下放支撑轮，直至列车运行速度V≥V_支，控制列车收起支撑轮。

13.根据权利要求8、9或11所述的磁悬浮列车支撑轮控制系统，其特征在于，所述车载控制单元生成下放指令控制所述支撑轮下放时，当列车运行速度V＞V_安时收到支撑轮下放指令，判断所述下放指令是否有效包括以下步骤：

确定命令周期t_命；

确定列车运行速度下降到支撑轮安全下放速度V_安的时间t；

若t≤t_命，则判断所述指令有效；

若t＞t_命，则判断所述指令无效。

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