CN114435428A - 一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统 - Google Patents

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CN114435428A CN202210178837.XA CN202210178837A CN114435428A CN 114435428 A CN114435428 A CN 114435428A CN 202210178837 A CN202210178837 A CN 202210178837A CN 114435428 A CN114435428 A CN 114435428A
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Abstract

本发明适用于轨道交通领域，提供了一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统，在使用分段减速度模型计算制动曲线时，一级速度区间内使用经过校正的平均减速度。平均减速度更接近整个分段整体的减速能力，计算得到的制动距离更接近真实的制动距离，追踪间隔合理，可以提高铁路运输效率；同时，采用经过校正的平均减速度，计算得到的制动距离在任何情况下不小于真实的制动距离，列车不会发生追尾事故，保证绝对的行车安全。因此，本发明提出的列车制动曲线确定方法，在保证安全的前提下，提高了铁路运输效率，实现安全和效率的统一。

Description

一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统
技术领域
本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统。
背景技术
现有高速铁路列车车载设备在使用分段减速度模型计算制动曲线时，速度分段内使用最小减速度，虽然可以保证行车安全，但是最小减速度却严重低估了整个分段整体的减速能力，导致制动距离过长，追踪间隔加大，降低了铁路运输效率。
发明内容
针对上述问题，一方面，本发明公开了一种列车制动曲线确定方法，包括：
将车辆运行速度进行区间分段，形成多个一级速度区间；每个一级速度区间包括多个区间长度相同的基础速度区间；
根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度；
根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数；
使用减速度校正系数对平均减速度进行修正，并确定列车运行制动曲线。
进一步地，所述根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度具体包括：
假设分为m个一级速度区间，每个一级速度区间包含n个基础速度区间，那么第i(i＝1，2，…，m)个一级速度区间内的第j(j＝1，2，…，n)个基基础速度区间的制动减速度可表示为aij，则平均减速度a(i)为：
Figure BDA0003521479390000011
进一步地，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数具体包括：
根据平均减速度，以及每个一级速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间制动距离savg(i)；
根据每个一级速度区间包含的基础速度区间、每个基础速度区间对应的基础减速度和每个基础速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间的标准制动距离scorr(i)；
根据得到的每个一级速度区间的制动距离以及标准制动距离，分析得到每个一级速度区间的平均减速度校正系数，即第一减速度校正系数f1(i)。
进一步地，每个所述一级速度区间的制动距离具体为：
Figure BDA0003521479390000021
其中，对于每个一级速度区间[vi，vi-1]，vi为速度上限，vi-1为速度下限，a(i)为平均减速度。
进一步地，每个所述一级速度区间的标准制动距离scorr(i)具体为：
Figure BDA0003521479390000022
其中，s(ij)为第i个一级速度区间中的第j个基础速度区间的制动距离。
进一步地，所述第一减速度校正系数f1(i)具体为：
Figure BDA0003521479390000023
其中，savg(i)为一级速度区间的制动距离，scorr(i)为一级速度区间的标准制动距离。
进一步地，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数还包括：
将每个一级速度区间，从上限端值开始，依次递减一个基础速度区间的长度，形成多个连续的二级速度区间，直到最后一个二级速度区间的长度等于基础速度区间的长度为止；
按照分析每个一级速度区间的平均减速度校正系数的方法，分析多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数；
在得到的多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数中，取其中最小的平均减速度校正系数作为第二减速度校正系数f2(i)。
进一步地，所述第二减速度校正系数f2(i)具体为：
Figure BDA0003521479390000031
f2(i)＝MIN(f2(i1),f2(i2),...,f2(ik)) (6)
其中，scorr(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间的标准制动距离；savg(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间的制动距离。
进一步地，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数之后，所述方法还包括：
考虑30‰上坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
考虑30‰下坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第一减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第一减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第一减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第二减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第二减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第二减速度校正系数。
进一步地，所述使用减速度校正系数对平均减速度进行修正具体包括：
在确定制动曲线时，判断制动初始速度所处的一级速度区间；
对于制动初始速度所处的一级速度区间，在计算该一级速度区间的制动距离时，使用第二减速度校正系数对平均减速度进行修正：
acorr(i)＝a(i)×f2(i) (7)
对于不包含制动初始速度的一级速度区间，在计算这些一级速度区间的制动距离时，使用第一减速度校正系数对平均减速度进行修正：
acorr(i)＝a(i)×f1(i) (8)
其中，acorr(i)为修正后的平均减速度；a(i)为平均减速度；f1(i)为第一减速度校正系数；f2(i)为第二减速度校正系数。
进一步地，所述确定列车运行制动曲线具体为：
Figure BDA0003521479390000041
其中，sbrake为从制动初始速度制动到0的制动距离；s(i)为根据校正后的平均减速度计算出的每个一级速度区间的制动距离。
另一方面，一种列车制动曲线确定装置包括：
速度分段模块，用于将车辆运行速度进行区间分段，形成多个一级速度区间；每个一级速度区间包括多个区间长度相同的基础速度区间；
平均减速度分析模块，用于根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度；
校正系数分析模块，用于根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数；
制动曲线确定模块，用于使用减速度校正系数对平均减速度进行修正，并确定列车运行制动曲线。
一种列车控制方法，所述列车控制方法包括离线工作控制方法和在线工作控制方法；
在列车运行过程中，采用上述列车制动曲线确定方法得到列车制动曲线，用于对列车的速度控制和实时监控。
进一步地，所述离线工作控制方法包括：
获取指定车辆的基础速度区间及对应的基础减速度；
对速度进行分段，并根据基础速度区间及对应的基础减速度，使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
进一步地，所述在线工作控制方法包括：
实时采集车辆运行信号；
对车辆运行信号进行处理，得到列车实时速度和走行距离；
结合分段减速度模型和坡度变化点、粘着系数变化点对实时速度进行分段，得到实时速度区间；
将坡度、轨道粘着力、列车减速性能作为影响因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度；
根据综合减速度，计算每个实时速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线；
根据列车制动曲线在线控制列车实时运行过程中的运行速度。
进一步地，所述得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线之后，所述在线工作控制方法还包括：
以列车制动曲线为基础，推导出紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线以及允许速度曲线；
将上述曲线作为监控曲线结合走行距离对列车速度和位置进行实时监控；
在线循环执行上述步骤，实现对列车运行的实时监控。
另一方面，一种列车控制系统，包括：
车载核心处理单元，用于执行控制程序实现离线工作控制方法和在线工作控制方法；
在列车运行过程中，采用上述列车制动曲线确定方法得到列车制动曲线，用于对列车的速度控制和实时监控。
进一步地，所述车载核心处理单元包括：
基础参数获取子单元，用于获取指定车辆的基础速度区间及对应的基础减速度；
离线减速度校正子单元，用于对速度进行分段，并根据基础速度区间及对应的基础减速度，使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
进一步地，所述系统还包括：
车载设备，用于实时采集车辆运行信号；
信息处理单元，用于对车辆运行信号进行处理，得到列车实时速度和走行距离，并传送给车载核心处理单元；
无线传输单元，用于从无线闭塞中心RBC获取无线数据；
人机接口单元，用于将车载核心处理单元生成的监控信息传送给显示设备；
数据记录单元，用于记录列车运行过程中车载核心处理单元产生的数据。
进一步地，所述车载核心处理单元包括：
实时速度分段子单元，用于结合分段减速度模型和坡度变化点、粘着系数变化点对实时速度进行分段，得到实时速度区间；
在线减速度校正子单元，用于将坡度、轨道粘着力、列车减速性能作为影响因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度；
在线制动曲线生成子单元，用于根据综合减速度，计算每个实时速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线；
实时监控子单元，用于以列车制动曲线为基础，推导出紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线以及允许速度曲线；将上述曲线作为监控曲线结合走行距离对列车速度和位置进行实时监控；在线循环执行上述步骤，实现对列车运行的实时监控。
进一步地，所述车载设备包括雷达和速传；地面设备包括轨道电路和应答器；
所述信息处理单元包括测速测距单元、轨道电路信息处理单元以及应答器信息处理单元；
所述测速测距单元从雷达和速传获取数据，计算列车速度和走行距离，并发送给车载核心处理单元；
所述轨道电路信息处理单元获取地面的轨道电路信息，并发送给车载核心处理单元；
所述应答器信息处理单元获取地面的应答器报文，并发送给车载核心处理单元。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明给出了一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统，在使用分段减速度模型计算制动曲线时，一级速度区间内使用经过校正的平均减速度。平均减速度更接近整个分段整体的减速能力，计算得到的制动距离更接近真实的制动距离，追踪间隔合理，可以提高铁路运输效率；同时，采用经过校正的平均减速度，计算得到的制动距离在任何情况下不小于真实的制动距离，列车不会发生追尾事故，保证绝对的行车安全。因此，本发明提出的列车制动曲线确定方法，在保证安全的前提下，提高了铁路运输效率，实现安全和效率的统一。
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的制动曲线分析及列车监控过程流程图；
图2示出了本发明实施例的列车控制系统结构示意图。
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。
本发明给出了一种列车制动曲线确定方法及装置、列车控制方法及系统，在使用分段减速度模型计算制动曲线时，一级速度区间内使用经过校正的平均减速度。平均减速度更接近整个分段整体的减速能力，计算得到的制动距离更接近真实的制动距离，追踪间隔合理，可以提高铁路运输效率；同时，采用经过校正的平均减速度，计算得到的制动距离在任何情况下不小于真实的制动距离，列车不会发生追尾事故，保证绝对的行车安全。因此，本发明提出的列车制动曲线确定方法，在保证安全的前提下，提高了铁路运输效率，实现安全和效率的统一。
下面对列车制动曲线确定方法的具体步骤进行详细说明。
1、车辆厂家提供某一种高铁列车从0km/h到390km/h的减速度，以5km/h为一个基础速度区间，共分为78个基础速度区间，每个基础速度区间对应一个基础减速度，基础减速度由车辆制造厂家在车辆行驶线路上直接试验测量出来并提供给信号设备厂家使用。使用分段减速度模型和方法对从0km/h到390km/h的速度进行分段，由于列车减速度是随速度变化的一条曲线，根据曲线特征和区间长度进行分段，例如将曲线曲率变化较大处的点作为分割点进行一次分段，在一次分段的基础上，对长度较长的区间进行二次分段，因此最终形成的速度区间长度不一定是均等的。分段减速度模型就是对列车速度进行有限分段，以计算列车的制动曲线。
以其中一种7段分段减速度模型[390，345)，[345，300)，[300，210)，[210，120)，[120，70)，[70，20)和[20，0)为例，介绍高速列车制动曲线计算方法。
2、假设将列车运行速度分为m个一级速度区间，每个一级速度区间包含n个基础速度区间，那么第i(i＝1，2，…，m)个一级速度区间内的第j(j＝1，2，…，n)个基础速度区间的制动减速度可表示为aij。根据式(1)可以计算第i个一级速度区间的平均减速度a(i)：
Figure BDA0003521479390000081
3、对于每个一级速度区间[vi，vi-1]，vi为速度上限，vi-1为速度下限。根据式(2)，使用平均减速度a(i)计算一级速度区间对应的制动距离savg(i)。例如，对于一级速度区间[345，300)，345为速度上限，300为速度下限，根据式(1)先计算一级速度区间[345，300)的平均减速度a(i)，根据式(2)就能计算得到使用平均减速度从345制动到300所需要的制动距离savg(i)。
Figure BDA0003521479390000082
4、使用基础速度区间计算标准制动距离scorr(i)。例如，对于一级速度区间[345，300)，包含[345，340)，[340，335)，[335，330)，[330，325)，[325，320)，[320，315)，[315，310)，[310，305)，[305，300)共9个基础速度区间，使用基础减速度，根据式(2)计算每个基础速度区间的制动距离，再根据式(3)计算得到整个一级速度区间[345，300)的标准制动距离scorr(i)。其中，s(ij)为第i个一级速度区间中的第j个基础速度区间的制动距离。
Figure BDA0003521479390000091
5、根据式(4)计算一级速度区间的平均减速度校正系数，也称为一级速度区间的第一减速度校正系数f1(i)。
Figure BDA0003521479390000092
6、计算每个一级速度区间的第二减速度校正系数f2(i)。例如，对于一级速度区间[345，300)，速度上限345开始，速度上限每次减少5(即减去一个基础速度区间)，速度下限300不变，可以构成9个二级速度区间，分别为[345，300)，[340，300)，[335，300)，[330，300)，[325，300)，[320，300)，[315，300)，[310，300)，[305，300)，根据式(4)计算这9个二级速度区间的平均减速度校正系数，得到9个平均减速度校正系数，取最小值，得到该一级速度区间的第二减速度校正系数。其中，scorr(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间采用基础减速度计算得到的标准制动距离。savg(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间采用平均减速度计算得到的制动距离。
Figure BDA0003521479390000093
f2(i)＝MIN(f2(i1),f2(i2),...,f2(ik)) 式(6)
7、考虑30‰上坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数。考虑30‰下坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数。同时，对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡计算得到的第一减速度校正系数和考虑30‰下坡计算得到的第一减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第一减速度校正系数。对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡计算得到的第二减速度校正系数和考虑30‰下坡计算得到的第二减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第二减速度校正系数。
依据式(7)，使用第一减速度校正系数对每个一级速度区间的平均减速度进行校正。
acorr(i)＝a(i)×f1(i) 式(7)
依据式(8)，使用第二减速度校正系数对每个一级速度区间的平均减速度进行校正。
acorr(i)＝a(i)×f2(i) 式(8)
8、在计算制动曲线时，对于制动初始速度所在的一级速度区间，在计算该一级速度区间的制动距离时，使用第二减速度校正系数；对于制动初始速度不在的一级速度区间，在计算该一级速度区间的制动距离时，使用第一减速度校正系数。第一减速度校正系数是包含一个一级速度区间的整体的校正系数，第二减速度校正系数是一级速度区间下的部分速度区间(即二级速度区间)中最小的校正系数。区分使用第一减速度校正系数和第二减速度校正系数的目的是只考虑小于等于制动初始速度的那些速度区间对制动距离的影响，减小误差。因为大于制动初始速度的那些速度区间对制动距离没有影响。
例如列车制动初始速度为320，制动初始速度在[345，300)范围内，计算320到300的制动距离时使用第二减速度校正系数；制动初始速度不在[300，210)，[210，120)，[120，70)，[70，20)和[20，0)范围内，计算这些一级速度区间的制动距离时，使用第一减速度校正系数。最后根据式(9)就可以得到从制动初始速度320制动到0的制动距离sbrake。
Figure BDA0003521479390000101
9、为了对比采用上述方法分析计算出的制动曲线与现有采用最小减速度计算出来的制动曲线；表1和表2分别给出了在一级速度区间内采用最小减速度以及平均减速度计算出来的制动距离与标准制动距离之间的偏差；表3给出了一级速度区间内采用较正后的平均减速度的制动距离偏差比较。
由表1、表2和表3最后一栏的制动距离偏差值可看出，在使用分段减速度模型计算制动曲线时，一级速度区间内使用经过校正的平均减速度，平
表1一级速度区间内采用最小减速度的制动距离偏差
Figure BDA0003521479390000111
表2一级速度区间内采用平均减速度的制动距离偏差
Figure BDA0003521479390000112
表3一级速度区间内采用较正后的平均减速度的制动距离偏差
Figure BDA0003521479390000113
均减速度更接近整个分段整体的减速能力，计算得到的制动距离更接近真实的制动距离，追踪间隔合理，可以提高铁路运输效率；同时，采用经过校正的平均减速度，计算得到的制动距离在任何情况下不小于真实的制动距离，列车不会发生追尾事故，保证绝对的行车安全。
在本发明的一种实施例中，为能够实现上述制动曲线确定方法，对应设置制动曲线确定装置，所述装置包括：
速度分段模块，用于将车辆运行速度进行区间分段，形成多个一级速度区间；每个一级速度区间包括多个区间长度相同的基础速度区间；
平均减速度分析模块，用于根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度；
校正系数分析模块，用于根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数；
制动曲线确定模块，用于使用减速度校正系数对平均减速度进行修正，并确定列车运行制动曲线。
在本实施例的一种情况中，所述校正系数分析模块还具体包括第一校正系数分析子模块和第二校正系数分析子模块；
所述第一校正系数分析子模块具体包括：
根据平均减速度，以及每个一级速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间制动距离savg(i)；
根据每个一级速度区间包含的基础速度区间、每个基础速度区间对应的基础减速度和每个基础速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间的标准制动距离scorr(i)；
根据得到的每个一级速度区间的制动距离savg(i)以及标准制动距离scorr(i)，分析得到每个一级速度区间的平均减速度校正系数，即第一减速度校正系数f1(i)。
所述第二校正系数分析子模块具体包括：
将每个一级速度区间，从上限端值开始，依次递减一个基础速度区间的长度，形成多个连续的二级速度区间，直到最后一个二级速度区间的长度等于基础速度区间的长度为止；
按照分析每个一级速度区间的平均减速度校正系数的方法，分析多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数；
在得到的多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数中，取其中最小的平均减速度校正系数作为第二减速度校正系数f2(i)。
在本发明的一种实施例中，所述装置还包括坡度考量模块；
所述坡度考量模块具体包括：
考虑30‰上坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
考虑30‰下坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第一减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第一减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第一减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第二减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第二减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第二减速度校正系数。
在本实施例的一种情况中，制动曲线确定模块具体包括：
在确定制动曲线时，判断制动初始速度所处的一级速度区间；
对于制动初始速度所处的一级速度区间，在计算该一级速度区间的制动距离时，使用第二减速度校正系数对平均减速度进行修正：
对于不包含制动初始速度的一级速度区间，在计算这些一级速度区间的制动距离时，使用第一减速度校正系数对平均减速度进行修正。
将上述列车制动曲线确定方法运用到列车运行控制过程中，高速列车车载设备实时计算列车速度，根据列车位置、速度、线路数据、制动参数等计算制动曲线，对列车位置和速度进行实时监控。
列车控制方法包括：离线工作控制方法和在线工作控制方法，如图1所示。
1、离线工作控制方法包括：
获取特定车辆的基础速度区间及对应减速度等基础数据；
根据分段减速度模型进行速度分段，每个一级速度区间包含若干基础速度区间；
使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
速度分段模型、每个一级速度区间的平均减速度、第一减速度校正系数、第二减速度校正系数一起构成计算列车制动曲线的制动参数。
2、在线工作控制方法包括：
车载设备实时采集速度传感器、雷达等信号；
使用算法对速度传感器、雷达等信号进行处理，计算列车实时速度和走行距离；
根据分段减速度模型进行基于速度的速度分段，根据坡度变化点、粘着系数变化点等进行基于位置的速度分段，得到实时速度区间；坡度变化点、粘着系数变化点等变化点是地面设备提供的，是铁路线路的实际情况。
考虑坡度以及轨道粘着力等因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度。列车制动曲线是速度、位置构成的一条曲线，每一个位置对应一个速度，根据分段减速度模型查到对应的减速度(列车减速性能)，再加上坡度值(坡度值等于坡度造成的减速度)、轨道粘着力值(轨道粘着力值等于轨道粘着力造成的减速度)，最终得到综合减速度。
根据综合减速度，计算每个实时速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的制动曲线；
以制动曲线为基础，推导紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线、允许速度曲线等监控曲线，对列车速度和位置进行实时监控，保证安全；
在线工作的上述步骤循环执行，实现对列车运行的实时监控。
另外，为使得上述列车控制方法得以实施，相应的设置列车控制系统，高速列车的控制系统构成如图2所示，包括计算制动曲线的所有外部依赖、依据制动曲线监控列车的所有对外输出，具体而言：
所述控制系统包括：
车载核心处理单元，用于执行控制程序实现离线工作控制方法和在线工作控制方法；在列车运行过程中，采用上述的列车制动曲线确定方法得到列车制动曲线，用于对列车的速度控制和实时监控。
车载设备，用于实时采集车辆运行信号；所述车载设备包括雷达和速传；地面设备包括轨道电路和应答器；
信息处理单元，用于对车辆运行信号进行处理，得到列车实时速度和走行距离，并传送给车载核心处理单元；
无线传输单元，用于从无线闭塞中心RBC获取无线数据；
人机接口单元，用于将车载核心处理单元生成的监控信息传送给显示设备；
数据记录单元，用于记录列车运行过程中车载核心处理单元产生的数据。
在本实施例的一种情况中，所述信息处理单元包括测速测距单元、轨道电路信息处理单元以及应答器信息处理单元；
所述测速测距单元从雷达和速传获取数据，计算列车速度和走行距离，并发送给车载核心处理单元；
所述轨道电路信息处理单元获取地面的轨道电路信息，并发送给车载核心处理单元；
所述应答器信息处理单元获取地面的应答器报文，并发送给车载核心处理单元。
在本实施例的一种情况中，所述车载核心处理单元包括：
基础参数获取子单元，用于获取指定车辆的基础速度区间及对应的基础减速度；
离线减速度校正子单元，用于对速度进行分段，并根据基础速度区间及对应的基础减速度，使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
另外，所述车载核心处理单元还包括：
实时速度分段子单元，用于结合分段减速度模型和坡度变化点、粘着系数变化点对实时速度进行分段，得到实时速度区间；
在线减速度校正子单元，用于将坡度、轨道粘着力、列车减速性能作为影响因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度；其中，在离线工作阶段，使用列车制动曲线确定方法已经计算出每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
在线制动曲线生成子单元，根据综合减速度，计算每个一级速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线；
实时监控子单元，用于以列车制动曲线为基础，推导出紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线以及允许速度曲线；将上述曲线作为监控曲线结合走行距离对列车速度和位置进行实时监控；在线循环执行上述步骤，实现对列车运行的实时监控。
高速列车控制系统的各个单元之间的信息传输过程为，测速测距单元从雷达和速传获取数据，计算列车速度和走行距离，并发送给车载核心处理单元。车载核心处理单元通过轨道电路信息处理单元获取地面的轨道电路信息，通过应答器信息处理单元获取地面的应答器报文，通过无线传输单元从无线闭塞中心RBC获取无线数据。车载核心处理单元基于轨道电路、应答器、无线数据等地面数据、列车位置速度等列车状态信息、离线计算并存储的制动参数，计算制动曲线，并推导出各种监控曲线，对列车运行状态进行实时监控。
监控信息通过人机接口单元DMI显示给司机，指导司机操作。当列车超速、故障等情况发生时，通过制动接口单元向列车输出制动，保证列车按照允许速度安全运行。列车速度、位置等状态信息也会通过无线传输给地面的无线闭塞中心RBC，支持无线闭塞中心RBC对列车运行的安全监控。当列车超速时，车载设备通过制动接口单元向列车施加制动，保证行车安全。
列车接口单元是车载设备与列车的接口，车载设备通过该接口获取驾驶台激活状态、方向手柄位置、牵引制动手柄位置等信息；另外，车载设备也通过该接口向列车输出过分相等控制命令。
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 (21)

1.一种列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述方法包括：
将车辆运行速度进行区间分段，形成多个一级速度区间；每个一级速度区间包括多个区间长度相同的基础速度区间；
根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度；
根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数；
使用减速度校正系数对平均减速度进行修正，并确定列车运行制动曲线。
2.根据权利要求1所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度具体包括：
假设分为m个一级速度区间，每个一级速度区间包含n个基础速度区间，那么第i(i＝1，2，…，m)个一级速度区间内的第j(j＝1，2，…，n)个基基础速度区间的制动减速度可表示为aij，则平均减速度a(i)为：
Figure FDA0003521479380000011
3.根据权利要求1所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数具体包括：
根据平均减速度，以及每个一级速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间制动距离savg(i)；
根据每个一级速度区间包含的基础速度区间、每个基础速度区间对应的基础减速度和每个基础速度区间的端值，分析得到每个一级速度区间的标准制动距离scorr(i)；
根据得到的每个一级速度区间的制动距离savg(i)以及标准制动距离scorr(i)，分析得到每个一级速度区间的平均减速度校正系数，即第一减速度校正系数f1(i)。
4.根据权利要求3所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，每个所述一级速度区间的制动距离savg(i)具体为：
Figure FDA0003521479380000021
其中，对于每个一级速度区间[vi，vi-1]，vi为速度上限，vi-1为速度下限，a(i)为平均减速度。
5.根据权利要求3所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，每个所述一级速度区间的标准制动距离scorr(i)具体为：
Figure FDA0003521479380000022
其中，s(ij)为第i个一级速度区间中的第j个基础速度区间的制动距离。
6.根据权利要求3所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述第一减速度校正系数f1(i)具体为：
Figure FDA0003521479380000023
其中，savg(i)为一级速度区间的制动距离，scorr(i)为一级速度区间的标准制动距离。
7.根据权利要求3-6任一所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数还包括：
将每个一级速度区间，从上限端值开始，依次递减一个基础速度区间的长度，形成多个连续的二级速度区间，直到最后一个二级速度区间的长度等于基础速度区间的长度为止；
按照分析每个一级速度区间的平均减速度校正系数的方法，分析多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数；
在得到的多个二级速度区间对应的平均减速度校正系数中，取其中最小的平均减速度校正系数作为第二减速度校正系数f2(i)。
8.根据权利要求7所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述第二减速度校正系数f2(i)具体为：
Figure FDA0003521479380000024
f2(i)＝MIN(f2(i1),f2(i2),...,f2(ik)) (6)
其中，scorr(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间的标准制动距离；savg(ik)为第i个一级速度区间的第k个二级速度区间的制动距离。
9.根据权利要求8所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数之后，所述方法还包括：
考虑30‰上坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
考虑30‰下坡情况，计算所有一级速度区间的第一减速度校正系数和第二减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第一减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第一减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第一减速度校正系数；
对于每个一级速度区间，在考虑30‰上坡情况计算得到的第二减速度校正系数和考虑30‰下坡情况计算得到的第二减速度校正系数两者中，取最小值，得到该一级速度区间最终的第二减速度校正系数。
10.根据权利要求8所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述使用减速度校正系数对平均减速度进行修正具体包括：
在确定制动曲线时，判断制动初始速度所处的一级速度区间；
对于制动初始速度所处的一级速度区间，在计算该一级速度区间的制动距离时，使用第二减速度校正系数对平均减速度进行修正：
acorr(i)＝a(i)×f2(i) (7)
对于不包含制动初始速度的一级速度区间，在计算这些一级速度区间的制动距离时，使用第一减速度校正系数对平均减速度进行修正：
acorr(i)＝a(i)×f1(i) (8)
其中，acorr(i)为修正后的平均减速度；a(i)为平均减速度；f1(i)为第一减速度校正系数；f2(i)为第二减速度校正系数。
11.根据权利要求1所述的列车制动曲线确定方法，其特征在于，所述确定列车运行制动曲线具体为：
Figure FDA0003521479380000041
其中，sbrake为从制动初始速度制动到0的制动距离；s(i)为根据校正后的平均减速度计算出的每个一级速度区间的制动距离。
12.一种列车制动曲线确定装置，其特征在于，所述装置包括：
速度分段模块，用于将车辆运行速度进行区间分段，形成多个一级速度区间；每个一级速度区间包括多个区间长度相同的基础速度区间；
平均减速度分析模块，用于根据每个基础速度区间对应的基础减速度，分析得到每个一级速度区间的平均减速度；
校正系数分析模块，用于根据平均减速度，分析出每个一级速度区间对应的减速度校正系数；
制动曲线确定模块，用于使用减速度校正系数对平均减速度进行修正，并确定列车运行制动曲线。
13.一种列车控制方法，其特征在于，所述列车控制方法包括离线工作控制方法和在线工作控制方法；
在列车运行过程中，采用如权利要求1-11任一所述的列车制动曲线确定方法得到列车制动曲线，用于对列车的速度控制和实时监控。
14.根据权利要求13所述的列车控制方法，其特征在于，所述离线工作控制方法包括：
获取指定车辆的基础速度区间及对应的基础减速度；
对速度进行分段，并根据基础速度区间及对应的基础减速度，使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
15.根据权利要求14所述的列车控制方法，其特征在于，所述在线工作控制方法包括：
实时采集车辆运行信号；
对车辆运行信号进行处理，得到列车实时速度和走行距离；
结合分段减速度模型和坡度变化点、粘着系数变化点对实时速度进行分段，得到实时速度区间；
将坡度、轨道粘着力、列车减速性能作为影响因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度；
根据综合减速度，计算每个实时速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线；
根据列车制动曲线在线控制列车实时运行过程中的运行速度。
16.根据权利要求15所述的列车控制方法，其特征在于，所述得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线之后，所述在线工作控制方法还包括：
以列车制动曲线为基础，推导出紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线以及允许速度曲线；
将上述曲线作为监控曲线结合走行距离对列车速度和位置进行实时监控；
在线循环执行上述步骤，实现对列车运行的实时监控。
17.一种列车控制系统，其特征在于，所述系统包括：
车载核心处理单元，用于执行控制程序实现离线工作控制方法和在线工作控制方法；
在列车运行过程中，采用如权利要求1-11任一所述的列车制动曲线确定方法得到列车制动曲线，用于对列车的速度控制和实时监控。
18.根据权利要求17所述的列车控制系统，其特征在于，所述车载核心处理单元包括：
基础参数获取子单元，用于获取指定车辆的基础速度区间及对应的基础减速度；
离线减速度校正子单元，用于对速度进行分段，并根据基础速度区间及对应的基础减速度，使用列车制动曲线确定方法计算每个一级速度区间的平均减速度及平均减速度校正系数，得到修正后的平均减速度。
19.根据权利要求17所述的列车控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
车载设备，用于实时采集车辆运行信号；
信息处理单元，用于对车辆运行信号进行处理，得到列车实时速度和走行距离，并传送给车载核心处理单元；
无线传输单元，用于从无线闭塞中心RBC获取无线数据；
人机接口单元，用于将车载核心处理单元生成的监控信息传送给显示设备；
数据记录单元，用于记录列车运行过程中车载核心处理单元产生的数据。
20.根据权利要求17-19任一所述的列车控制系统，其特征在于，所述车载核心处理单元包括：
实时速度分段子单元，用于结合分段减速度模型和坡度变化点、粘着系数变化点对实时速度进行分段，得到实时速度区间；
在线减速度校正子单元，用于将坡度、轨道粘着力、列车减速性能作为影响因素，对修正后的平均减速度进一步调整，得到每个实时速度区间的综合减速度；
在线制动曲线生成子单元，用于根据综合减速度，计算每个实时速度区间的制动距离，并得到从制动初始速度制动到停车的列车制动曲线；
实时监控子单元，用于以列车制动曲线为基础，推导出紧急制动曲线、常用制动曲线、报警速度曲线以及允许速度曲线；将上述曲线作为监控曲线结合走行距离对列车速度和位置进行实时监控；在线循环执行上述步骤，实现对列车运行的实时监控。
21.根据权利要求19所述的列车控制系统，其特征在于，所述车载设备包括雷达和速传；地面设备包括轨道电路和应答器；
所述信息处理单元包括测速测距单元、轨道电路信息处理单元以及应答器信息处理单元；
所述测速测距单元从雷达和速传获取数据，计算列车速度和走行距离，并发送给车载核心处理单元；
所述轨道电路信息处理单元获取地面的轨道电路信息，并发送给车载核心处理单元；
所述应答器信息处理单元获取地面的应答器报文，并发送给车载核心处理单元。
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