CN114506306A - 一种列车下坡空气制动调节方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种列车下坡空气制动调节方法、系统，方法包括：确定参考速度曲线；确定空气制动速度阙值；根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。根据充风和放风时间以及下坡坡度值调节巡航下界保证级位输出的平缓性，能够对空气制动的施加和撤销进行更为准确的评估，保证空气制动输出的平缓性，同时，还能够形成的电制动、空气制动切换策略对减小列车运行过程中的纵向冲动和提高列车运行的平稳性有良好的效果，保障了列车安全高效通过路况复杂的线路。

Description

一种列车下坡空气制动调节方法、系统

技术领域

本发明属于列车控制领域，特别涉及一种列车下坡空气制动调节方法、系统。

背景技术

重载机车进行下坡运行时，会进行机车在长大下坡道上特有的循环制动，机车空气制动包括制动和缓解两个阶段，并且相邻两次空气制动之间应满足缓解再充风约束，才能保证第二次空气制动的制动效果。循环制动时，每次空气制动消耗的压缩空气必须在下次制动前得到补充，即“再充风”，如果再充风不足，将影响下次空气制动的制动力。随着制动的持续，机车闸瓦的温度也在不断上升，这不仅会加剧机车闸瓦的损耗，也会对后续制动造成影响，因此单次制动时间不宜过长，在两次制动间也需要足够的时间以满足闸瓦的降温。

但现有技术中，空气制动的施加直至机车可以降速的过程不好直接评估，同时空气制动撤销的时间也不易控制，容易导致充风时间过长、过短导致空气制动效果不佳。现有技术中存在空气制动不及时或者充风时间不足的情况，已发生如下问题：若在列车运行速度将超过线路限制速度时才触发空气制动，因制动作用有延时性，列车有超速的危险；如果列车速度较低就进行空气制动，那么列车的运行效率就不高，另一方面，可能因为缓解时间太短副风缸充气不足，影响制动。需要进行缓解时，如果列车运行速度太高进行缓解，则可能导致下一次制动时副风缸气压不足，没有足够的制动力；如列车速度过低才进行缓解，列车有停车的可能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种列车下坡空气制动调节方法，所述方法包括：

确定参考速度曲线；

确定空气制动速度阙值；

根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

进一步的，所述空气制动的调节包括恒速区空气制动调节、减速区空气制动调节。

进一步的，所述空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁、空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

进一步的，根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

进一步的，减速区空气制动撤销包括以下步骤：

确定列车充风时间后的预估位置；

根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

本发明还提供一种列车下坡空气制动调节系统，所述系统包括：曲线确定单元、阙值确定单元、调节单元；

其中，曲线确定单元，用于确定参考速度曲线；

阙值确定单元，用于确定空气制动速度阙值；

调节单元，用于根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

进一步的，所述调节单元对空气制动的调节包括恒速区空气制动调节、减速区空气制动调节。

进一步的，所述阙值确定单元确定的空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁、空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv2＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

进一步的，调节单元包括第一施加模块、第二施加模块、第一撤销模块；

其中，第一施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

第一撤销模块用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

第二施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

进一步的，所述调节单元还包括第二撤销模块，第二撤销模块用于调节减速区空气制动撤销，所述第二撤销模块包括第一确定子模块、第二确定子模块、撤销子模块；

其中，第一确定子模块，用于确定列车充风时间后的预估位置；

第二确定子模块，用于根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

撤销子模块，用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

本发明的列车下坡空气制动调节方法、系统，根据充风和放风时间以及下坡坡度值调节巡航下界保证级位输出的平缓性，能够对空气制动的施加和撤销进行更为准确的评估，保证空气制动输出的平缓性，同时，还能够形成的电制动、空气制动切换策略对减小列车运行过程中的纵向冲动和提高列车运行的平稳性有良好的效果，保障了列车安全高效通过路况复杂的线路。

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线路数据描述形式示意图；

图2示出了本发明实施例中的根据当前线路数据曲线计算的最严格目标速度的示意图；

图3示出了本发明实施例中的ATO参考速度曲线设计示意图；

图4示出了本发明实施例中的机车巡航控制设计原理示意图；

图5示出了本发明实施例中的恒速区空气制动施加和撤销切换原理示意图；

图6示出了本发明实施例中的减速区空气制动施加和撤销切换原理示意图。

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。

长大下坡普遍存在于货运铁路，列车在长大下坡区间需要施加空气制动才能保证减速。列车空气制动包括制动和缓解两个阶段，并且相邻两次空气制动之间应满足缓解再充风约束，才能保证第二次空气制动的制动效果。本发明提出一种重载列车长大下坡运行控制方法，首先通过设计线路数据的描述形式确定列车运行前方最严格的目标速度和位置；其次，根据最严格的目标速度和位置，结合线路坡度完成对长大下坡参考速度曲线设计，实现长大下坡区间列车提前降速，保证ATO速度在安全范围内；最后，根据充风和放风时间以及下坡坡度值调节空气制动施加和撤销的速度下界，保证空气制动输出的平缓性。

本发明实施例中提供一种列车下坡运行控制方法，所述方法包括：确定列车运行前方最严格目标速度和最严格目标位置；根据所述最严格目标速度和所述最严格目标位置确定参考速度曲线；根据所述参考速度曲线，调节恒速或减速时的空气制动，控制列车运行；空气制动调节包括施加和撤销。

本发明实施例中以限速段的方式表示线路数据中对线路限速的描述，图1示出了本发明实施例中的线路数据描述形式示意图，图1中，横坐标表示位置，纵坐标表示速度，若整个线路限速分为n段限速段，可表示为{P₀,D₀,V₀}，{P₁,D₁,V₁}，……，{P_n,D_n,V_n}，其中P₀表示第一个限速段限速值的起始位置，D₀表示第一个限速段的限速值的长度，V₀表示第一个限速段的限速值，依次类推，P_n,D_n,V_n分别表示第n+1个限速段起始位置，限速长度以及限速值，例如，图中，{P₁,D₁,V₁}表示第二个限速段的起始位置为P₁，第二个限速段的限速值的长度为D₁，第二个限速段的限速值为V₁。

ATO在减速过程中，为了防止出现超速风险，需要知道前方需要减速的具体位置以及限速值，这个位置称为目标位置，该位置对应的限速值为目标速度；在列车在前方减速过程中可能出现不止一处的需要减速的位置(即目标位置)，此时，需要判断确定采用哪一个目标位置进行减速为最安全的减速方式，则确定的目标位置称为最严格的目标位置，该最严格目标位置对应的限速称为最严格的目标速度。

本发明实施例中还提供确定列车运行前方最严格目标速度和最严格目标位置的步骤：包括确定线路数据曲线；根据线路数据曲线确定目标速度和目标位置；根据目标速度、目标位置和参考减速度确定理论限速值；将所述理论限速值最小时相对应的所述目标位置确定为最严格目标位置，所述最严格目标位置对应的速度确定为最严格目标速度。

最严格目标速度tv表示为：

其中，tv表示若根据目标位置P_i计算的理论限速值Vc_i最小，则最严格目标速度为目标位置P_i对应的速度

最严格目标位置tpos表示为：

其中，tpos表示若根据目标位置P_i计算的理论限速值Vc_i最小，则最严格目标位置为tP_i，tP_i＝P_i。

图2示出了本发明实施例中的根据当前线路数据曲线计算的最严格目标速度的示意图，对最严格目标速度、最严格目标位置的确定进行举例说明，如图2所示，根据当前线路数据曲线，找到限速曲线下降沿对应的速度以及前方停车位置对应的速度作为目标速度，分别为

和

前方停车点速度0km/h，作为最严格目标速度的备选项，其中，目标速度对应的目标位置分别为P₁、P₂、Stoppos，当前列车位置为Pos。Vc_i表示的是根据前方减速目标位置和目标速度，判断当前位置需要减至的期望理论限速值。其中Vc₁是根据目标位置P₁计算的理论限速值，Vc₂是根据目标位置P₂计算的理论限速值，Vc₃是根据目标位置Stoppos计算的理论限速值。

具体的，根据目标速度

作为最严格目标速度的备选项的前方停车点速度0km/h，以及目标速度对应的目标位置分别为P₁、P₂、Stoppos，结合参考减速度refa(可配置)，根据列车的制动特性，配置列车减速过程的参考减速度，规划减速过程中的最佳参考速度，用于列车的实际速度追踪参考速度控制；理论限速值Vc₁，Vc₂，Vc₃计算如下：

其中，

表示目标速度、refa表示参考减速度、P₁、P₂、Stoppos表示目标速度、Pos表示当前列车位置。

则最严格的目标速度tv为：

最严格的目标位置tpos为：

式中，若根据目标位置P₁计算的理论限速Vc₁最小，则最严格目标速度为目标位置P₁对应的速度

最严格目标位置为P₁；若根据目标位置P₂计算的理论限速Vc₂最小，则最严格目标速度为目标位置P₂对应的速度

最严格目标位置为P₂；若根据目标位置Stoppos计算的理论限速Vc₃最小，则最严格目标速度为目标位置Stoppos对应的速度0，最严格目标位置为Stoppos。

Vc_i表示的是根据前方减速目标位置和目标速度，判断当前位置需要减至的期望理论限速，为了防止列车依次经过前方目标位置减速时出现超速情况，需要考虑当前位置的理论限速最低的速度值，作为ATO的参考限速，提前将速度降下来，保证运行的安全。目标位置和目标速度是对应的关系，根据选择的最低理论限速(根据目标位置和参考减速度计算)即可确定最严格目标位置，最严格目标位置对应的限速，即为最严格目标速度。

本发明实施例中还公开了参考速度曲线的形成方法，长大下坡情况下，需要合理的设计参考速度，实现提前减速功能，防止下坡情况下放风较大，纵向控制不平稳，对车钩的损耗严重。参考速度曲线方案设计如下：

根据不同速度段设定不同的参考减速度，运行前方所有坡度段的起始和位置，根据所在速度段参考减速度叠加所在位置的坡度，计算列车当前位置所在的参考速度。

本发明实施例中公开了确定参考速度曲线的步骤，包括确定不同速度段的参考减速度及所在位置坡度；根据列车位置、参考减速度、所在位置坡度计算列车当前位置所在的参考速度，得到参考速度曲线。

图3示出了本发明实施例中的ATO参考速度曲线设计示意图，ATO参考减速度根据所在速度区间的不同分为4个可配置值，速度区间[v₀,v₁]、[v₁,v₂]、[v₂,v₃]以及[v₃,v_max]参考减速度分别为a₁、a₂、a₃、a₄，v₁、v₂、v₃，即参考减速度切换速度点；标记线路坡度切换点所在的位置点S₁和S₄，位置用S表示，对应图3中的S₀、S₁、S₂、S₃、S₄、S₅；参考速度用V表示，其中图3中Vs_i表示位置S_i处的参考速度，i＝0,1,2,3,4,5；参考减速度用a表示，如图3所示，不同速度区间分别配置为a₁、a₂、a₃、a₄；坡度用r(ramp)表示，如图3所示，根据线路情况，分为r₁、r₂、r₃，表示的坡度值(单位为‰)，表示列车走行1000m爬升或者下降的高度。图中，v₀为参考减速度a₀切换a₁的临界速度，v₁为参考减速度a₁切换a₂的临界速度，v₂为参考减速度a₂切换a₃的临界速度，v₃为参考减速度a₃切换a₄的临界速度。其中临界速度的设置，可根据列车的制动特性差异进行配置，ceilv表示顶棚限速。

从目标点S_t开始，根据位置、减速度以及位置所在坡度计算参考速度，若参考速度达到设定参考减速度切换速度点或者线路坡度切换点，需在上一周期计算的参考速度基础上，叠加新的坡度或者参考减速度计算逻辑，如此类推，直至计算列车当前位置对应的参考速度，并将此速度作为后续控制逻辑的参考依据。图中：

位置S_t处参考速度Vs_t，Vs_t＝tv；

位置S₅处参考速度Vs₅，

位置S₄处参考速度Vs₄，

位置S₃处参考速度Vs₃，

位置S₂处参考速度Vs₂，

位置S₁处参考速度Vs₁，

位置S₀处参考速度Vs₀，

式中，tv表示最严格目标速度，a₁-r₃、a₂-r₃、a₂-r₂、a₃-r₂、a₄-r₂、a₄-r₁表示所在速度段参考减速度叠加所在位置的坡度值，S₅-S_t表示位置S₅至位置S_t的距离、S₄-S₅表示位置S₄至位置S₅的距离、S₃-S₄表示位置S₃至位置S₄的距离、S₂-S₃表示位置S₂至位置S₃的距离、S₁-S₂表示位置S₁至位置S₂的距离、S₀-S₁表示位置S₀至位置S₁的距离。

本发明实施例中还公开了对恒速、减速区的当前速度曲线图，图4示出了本发明实施例中的机车巡航控制设计原理示意图，本发明实施例中，长大下坡的坡度值为-12‰，图中，加黑曲线的上升表示电制动施加、空气制动施加，加黑曲线的下降表示电制动撤销、空气制动撤销，其中，空气制动的施加和撤销时间点与参考速度曲线相关，平坡下以电制动进行调速，长大下坡采用空气制动调速。

本发明提供一种列车下坡空气制动调节方法，所述方法包括：

确定参考速度曲线；

确定空气制动速度阙值；

根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

具体的，空气制动的调节包括恒速区空气制动调节、减速区空气制动调节，空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁、空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

具体的，根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

具体的，减速区空气制动撤销包括以下步骤：

确定列车充风时间后的预估位置；

根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

本发明实施例中还提供一种列车下坡空气制动调节系统，所述系统包括：曲线确定单元、阙值确定单元、调节单元；

其中，曲线确定单元，用于确定参考速度曲线；

阙值确定单元，用于确定空气制动速度阙值；

调节单元，用于根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

具体的，调节单元对空气制动的调节包括恒速区空气制动调节、减速区空气制动调节；阙值确定单元确定的空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁、空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

具体的，调节单元包括第一施加模块、第二施加模块、第一撤销模块；

其中，第一施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

第一撤销模块用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

第二施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

具体的，调节单元还包括第二撤销模块，所述第二撤销模块包括第一确定子模块、第二确定子模块、撤销子模块；

其中，第二撤销模块，用于调节减速区空气制动撤销；

第一确定子模块，用于确定列车充风时间后的预估位置；

第二确定子模块，用于根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

撤销子模块，用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

本发明实施例中对恒速区空气制动施加和撤销进行描述，图5示出了本发明实施例中的恒速区空气制动施加和撤销切换原理示意图，图5中，Δv₁表示恒速区空气制动施加的速度阙值，Δv₂表示恒速区空气制动撤销的速度阙值，当前速度曲线中加黑曲线的上升起始点表示空气制动施加，加黑曲线的上升区段表示空气制动响应时间，加黑曲线的下降终点表示空气制动撤销，一个加黑曲线的上升和下降表示空气制动施加时间，两个空气制动施加时间的间隔表示空气制动撤销时间。

本发明实施例中公开了根据所述参考速度曲线调节恒速时的空气制动施加和撤销的步骤，包括根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、空气制动响应时间确定空气制动施加的速度阙值；根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、充风时间、空气制动响应时间确定空气制动撤销的速度阙值；根据当前车速与空气制动施加的速度阙值、当前车速与空气制动撤销的速度阙值的求和与参考速度的比较控制恒速区的空气制动施加和撤销。

在大下坡区间，电制动根本无法达到降速的效果，为了补偿电制动不足的情况，需设置空气制动施加的条件。由于空气制动的施加直至机车可以降速的过程不好直接评估，此处假设列车整车完全响应空气制动后才开始降速，整个过程存在延时，因此列车需提前开始施加空气制动，保证延时不会影响运行超速，该提前量可转化为低于参考速度的阈值Δv₁：

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

其中，t_{空气制动响应时间}来源于《列车牵引计算规程》中空走时间，空走时间是指从列车施加制动时起，至全列车所有闸瓦(闸片)都压上车轮(制动盘)，并且闸瓦压力增到最大值为止，列车在这一过程中所经历的时间；ramp为当前列车所在位置对应的坡度，acc_{电制动最大加速度}可以根据列车车辆参数查找列车最大电制动力F_{最大电制动}，以及列车载重W计算得到，即acc_{电制动最大加速度}＝F_{最大电制动}/W。

《列车牵引计算规程》中规定空走时间按下列公式计算：

旅客列车：

紧急制动时：t_k＝3.5-0.08i_j

常用制动时：t_k＝(4.1+0.002mn)(1-0.03i_j)

货物列车：

紧急制动时：t_k＝(1.6+0.065n)(1-0.028i_j)

常用制动时：t_k＝(3.6+0.00176mn)(1-0.032i_j)

式中，t_k表示空走时间，n表示牵引辆数，m表示列车管减压量，单位为kPa；i_j表示为制动地段加算坡度千分数，上坡道取i_j＝0。

为了保证足够充风时间，在长大下坡撤销空气制动仅电制动作用的情况下，运行过程不会超速，需考虑空气制动撤销的速度阈值Δv₂：

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风对间+t_{空气制动响应时间})

其中，t_{空气制动响应时间}来源于《列车牵引计算规程》中空走时间，t_充风时间来源于《列车牵引计算规程》，ramp为当前列车所在位置对应的坡度，acc_{电制动最大加速度}可以根据列车车辆参数查找列车最大电制动力F_{最大电制动}，以及列车载重W计算得到，即acc_{电制动最大加速度}＝F_{最大电制动}/W。

《列车牵引计算规程》规定的货物列车充风时间如表1、表2所示：

表1货物列车不同列车管减压量副风缸再充风时间(列车管空气压力500kPa)

表2货物列车不同列车管减压量副风缸再充风时间(列车管空气压力600kPa)

表中，表格横轴表示减压量，纵轴表示车辆数，表格内容为充风时间。

本发明实施例中，恒速区空气制动施加须同时满足以下三个条件：

一、空气制动持续施加时间不能大于列车制动主管风压泄露时间，制动主管风压泄露时间是指，制动主管在设定的压力下，根据主管的泄漏量计算，压力完全消失所需的时间；

二、上次空气制动撤销至空气制动再次施加的时间满足充风所需时间(全列车管和副风缸压力达到额定压力为止)；

三、当前车速已经在参考限速下Δv₁以内，即当前车速和Δv₁求和大于参考限速。

恒速区空气制动撤销加须同时满足以下两个条件：

一、当前车速已经在参考限速下Δv₂以外，当前车速和Δv₂求和小于参考限速；

二、当前车速不低于不可缓解速度，若列车速度低于不可缓解速度，已经施加空气制动，不可以缓解该空气制动，直至停车。

具体的，目前的空气制动机缓解波速较低，先缓解的前部车辆与后缓解的存在较大制动力的后部车辆之间势必出现剧烈的拉伸冲动，甚至造成断钩事故。“操规”(《铁路机车操作规则》)第24条对货物列车低速缓解速度值做出明确规定，即“货物列车速度在15km/h以下时，不应缓解列车制动。长大下坡道区间受周期制动等因素限制，最低缓解速度不应低于10km/h。重载货物列车速度在30km/h以下不应缓解列车制动”。因此该速度也称为不可缓解速度。

本发明实施例中对减速区空气制动施加和撤销进行描述，图6示出了本发明实施例中的减速区空气制动施加和撤销切换原理示意图，图6中，Δv₁表示减速区空气制动施加的速度阙值，Δv₂表示减速区空气制动撤销的速度阙值，Δv₁和Δv₂的计算与恒速区一致，ΔT₁表示空气制动持续施加的时间，air_filled_time表示列车管和副风缸充风所需时间；加黑曲线的上升区段表示空气制动响应时间，加黑曲线的下降终点表示空气制动撤销。

本发明实施例中公开了根据所述参考速度曲线调节减速时的空气制动施加的步骤，包括确定减速区的起始位置；根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、空气制动响应时间确定空气制动施加的速度阙值；根据当前车速与空气制动施加的速度阙值的求和与参考速度的比较控制减速区的空气制动施加。

本发明实施例中还公开了根据所述参考速度曲线调节减速时的空气制动撤销的步骤，包括确定列车充风时间后的预估位置；根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、充风时间、空气制动响应时间确定空气制动撤销的速度阙值；根据当前车速与空气制动撤销的速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较控制减速区的空气制动撤销。

具体的，减速区需要考虑充风时间之后超速情况，不能轻易缓解空气控制，首先确定减速区的起始位置tm_start_pos，其计算如下，tv、tpos分别表示前方最严格目标速度和最严格目标位置，ceilv为当前的顶棚限速，refa为ATO参考减速度(可配置)：

tm_start__pos＝tpoS-(tv×tv-ceilv×ceilv)/(2×refa)

若当前位置撤销空气制动，根据当前列车速度、当前列车位置以及列车管和副风缸充风所需时间，可计算满足充风时间后的预估位置：

temp_aai_fill_pos＝pos+(cmdv+v)×air_filled_time/1000/2

其中，temp_air_fill_pos表示预估位置，air_filled_time表示列车管和副风缸充风所需时间，pos表示当前列车位置，v表示列车当前速度，cmdv表述参考速度曲线。

若预估位置temp_air_fill_pos大于减速区的起始位置tmstart_pos，即列车已经处于减速区段，则考虑充风时间后的预估参考速度temp_v：

预估参考速度的计算，为了判断在减速区列车可否缓解空气制动，可见减速区空气制动撤销条件第一条。

本发明实施例中，减速区空气制动施加须同时满足以下三个条件：

一、空气制动持续施加时间不能大于列车制动主管风压泄露时间，制动主管风压泄露时间是指，制动主管在设定的压力下，根据主管的泄漏量计算，压力完全消失所需的时间；

二、上次空气制动撤销至空气制动再次施加的时间满足充风所需时间(全列车管和副风缸压力达到额定压力为止)；

三、当前车速已经在参考限速下Δv₁以内，即当前车速和Δv₁求和大于参考限速。

减速区空气制动撤销必须同时满足以下两个条件：

一、当前车速已经在预估参考速度temp_v下Δv₂以外，当前车速和Δv₂求和小于预估参考限速；

二、当前车速不低于不可缓解速度，若列车速度低于不可缓解速度，已经施加空气制动，不可以缓解该空气制动，直至停车。

本发明实施例中还提供一种列车下坡运行控制系统，所述系统包括：

最严格目标速度、最严格目标位置确定单元，用于确定列车运行前方最严格目标速度和最严格目标位置；

参考速度曲线确定单元，用于根据所述最严格目标速度和所述最严格目标位置确定参考速度曲线；

调节单元，用于根据所述参考速度曲线调节恒速/减速时的空气制动施加和撤销，控制列车运行。

具体的，所述最严格目标速度、最严格目标位置确定单元包括线路数据曲线确定模块、目标速度和目标位置确定模块、理论限速值确定模块、比较模块；

其中，线路数据曲线确定模块，用于确定线路数据曲线；

目标速度和目标位置确定模块，用于根据线路数据曲线确定目标速度和目标位置；

理论限速值确定模块，用于根据目标速度、目标位置和参考减速度确定理论限速值；

比较模块，用于将所述理论限速值最小时相对应的所述目标位置确定为最严格目标位置，所述最严格目标位置对应的速度确定为最严格目标速度。

具体的，所述参考速度曲线确定单元包括参考减速度及所在位置坡度确定模块、参考速度确定模块、曲线确定模块；

其中，参考减速度及所在位置坡度确定模块，用于确定不同速度段的参考减速度及所在位置坡度；

参考速度确定模块，用于根据列车位置、参考减速度、所在位置坡度计算列车当前位置所在的参考速度；

曲线确定模块，用于根据所述参考速度确定参考速度曲线。

具体的，所述调节单元包括空气制动施加速度阙值确定模块、空气制动撤销速度阙值确定模块、恒速区空气制动施加和撤销模块；

其中，空气制动施加速度阙值确定模块，用于根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、空气制动响应时间确定空气制动施加的速度阙值；

空气制动撤销速度阙值确定模块，用于根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、充风时间、空气制动响应时间确定空气制动撤销的速度阙值；

恒速区空气制动施加和撤销模块，用于根据当前车速与空气制动施加的速度阙值、当前车速与空气制动撤销的速度阙值的求和与参考速度的比较控制恒速区的空气制动施加和撤销。

具体的，所述调节单元包括预估位置确定模块、预估参考速度确定模块、空气制动撤销速度阙值确定模块、减速区空气制动撤销模块；

其中，预估位置确定模块，用于确定列车充风时间后的预估位置；

预估参考速度确定模块，用于根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

空气制动撤销速度阙值确定模块，用于根据列车电制动加速度、列车所在位置坡度、充风时间、空气制动响应时间确定空气制动撤销的速度阙值；

减速区空气制动撤销模块，用于根据当前车速与空气制动撤销的速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较控制减速区的空气制动撤销。

本发明的列车下坡运行控制方法、系统，通过设计重载列车运行控制策略并生成目标速度曲线；使列车在通过长大下坡线路时，降低列车和线路的磨损，避免车钩拉断；在跟踪目标速度曲线时，将实际跟踪速度与目标速度的误差控制在合理的范围内，实现对列车的速度跟踪控制。本发明的方法首先通过设计线路数据的描述形式确定列车运行前方最严格的目标速度和位置；其次，根据最严格的目标速度和位置，结合线路坡度完成对长大下坡参考速度曲线设计，实现长大下坡区间列车提前降速，保证ATO速度在安全范围内；最后，根据充风和放风时间以及下坡坡度值调节空气制动施加和撤销的速度下界，保证空气制动输出的平缓性。

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 (10)

1.一种列车下坡空气制动调节方法，其特征在于，所述方法包括：

确定参考速度曲线；

确定空气制动速度阙值；

根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

2.根据权利要求1所述的列车下坡空气制动调节方法，其特征在于，

所述空气制动的调节包括恒速区空气制动调节和减速区空气制动调节。

3.根据权利要求2所述的列车下坡空气制动调节方法，其特征在于，

所述空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁和空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

4.根据权利要求3所述的列车下坡空气制动调节方法，其特征在于，

根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

5.根据权利要求3或4所述的列车下坡空气制动调节方法，其特征在于，减速区空气制动撤销包括以下步骤：

确定列车充风时间后的预估位置；

根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

6.一种列车下坡空气制动调节系统，其特征在于，所述系统包括：曲线确定单元、阙值确定单元、调节单元；

其中，曲线确定单元，用于确定参考速度曲线；

阙值确定单元，用于确定空气制动速度阙值；

调节单元，用于根据列车当前车速和空气制动速度阙值的求和与参考速度的比较，调节列车空气制动的施加或撤销。

7.根据权利要求6所述的列车下坡空气制动调节系统，其特征在于，

所述调节单元对空气制动的调节包括恒速区空气制动调节、减速区空气制动调节。

8.根据权利要求7所述的列车下坡空气制动调节系统，其特征在于，

所述阙值确定单元确定的空气制动速度阙值包括空气制动施加速度阙值Δv₁、空气制动撤销速度阙值Δv₂；

Δv₁＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)×t_{空气制动响应时间}

Δv₂＝(acc_{电制动最大加速度}-ramp)*(t_充风时间+t_{空气制动响应时间})

其中，acc表示列车电制动最大加速度；ramp表示列车所在位置坡度。

9.根据权利要求8所述的列车下坡空气制动调节系统，其特征在于，

调节单元包括第一施加模块、第二施加模块、第一撤销模块；

其中，第一施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动施加；

第一撤销模块用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与参考速度的比较，控制恒速区的空气制动撤销；

第二施加模块用于根据当前车速和空气制动施加速度阙值的求和与参考速度的比较，控制减速区的空气制动施加。

10.根据权利要求8或9所述的列车下坡空气制动调节系统，其特征在于，所述调节单元还包括第二撤销模块，第二撤销模块用于调节减速区空气制动撤销，所述第二撤销模块包括第一确定子模块、第二确定子模块、撤销子模块；

其中，第一确定子模块，用于确定列车充风时间后的预估位置；

第二确定子模块，用于根据所述列车充风时间后的预估位置确定充风时间后预估参考速度；

撤销子模块，用于根据当前车速和空气制动撤销速度阙值的求和与所述充风时间后预估参考速度的比较，控制减速区的空气制动撤销。

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