CN114906185A - 轨道车辆安全车距计算方法、系统和防撞预警装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轨道车辆安全车距计算方法、系统和防撞预警装置，其中，该计算方法包括：列车制动距离获取步骤，获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于所述列车制动距离生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线；安全车距获取步骤，根据所述列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于所述安全车距生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线。通过本申请实现了灵活、更准确地反应前后列车的安全车距，能够减少不必要的报警，提高列车安全性和运营效率。

Description

轨道车辆安全车距计算方法、系统和防撞预警装置

技术领域

本申请涉及轨道交通领域，特别是涉及一种轨道车辆安全车距计算方法、系统及基于该计算方法的轨道车辆防撞预警装置。

背景技术

车车安全车距，是指运营过程中前、后列车当前距离能够保证后车安全制动停车并且不发生碰撞事故的最小距离。

目前市面上常见的车车防撞预警系统，一般是基于二次雷达技术(二次雷达是由询问雷达和应答雷达所组成的无线电电子测位和辨认系统)，通过雷达测距，确定前、后列车之间的距离，并与安全车距进行比对，当前后车距离触及安全距离值时触发报警，实现防撞预警的功能。

目前，在车车安全车距的计算上，往往是简单设定一个或几个固定的距离值，只要系统检测到前后列车之间的距离小于设定的阈值，便会触发报警。这种方法的问题在于对预警距离的设定太过简单，对于影响安全距离的因素考虑不够完善，如列车速度、司机反应时间、制动距离等参数，其主要缺点在于：

(1)可能会造成许多不必要的报警，影响司机驾驶。比如在本车列车速度较慢的情况下，虽然前后车距离达到了某一固定安全距离阈值，但是由于车速较低，制动距离较短，完全不需要进行报警。

(2)如果没有充分考虑车速、制动率等各种因素的影响，可能造成安全距离值设定偏小，存在一定的安全风险。

发明内容

本申请实施例提供了一种轨道车辆安全车距计算方法、系统及基于该计算方法的轨道车辆防撞预警装置，以至少提高安全车距计算及防撞预警的精确度。

第一方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆安全车距计算方法，包括：

列车制动距离获取步骤，获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于所述列车制动距离生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线，所述列车制动距离为列车开始制动到列车完全停止时的行驶距离；

安全车距获取步骤，根据所述列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于所述安全车距生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线，具体的，所述预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线，其中，所述列车安全余量S_{MinSafeDistance}用于表示列车制动停车时与前车可接受的最小接近距离。

在其中一些实施例中，所述安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为所述制动建立前行驶距离，S_Break为所述列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为所述列车安全余量，S_error为所述测距误差。

在其中一些实施例中，所述列车制动距离S_Break根据以下模型计算获得：

其中，V_train为列车当前速度，V_error为测速误差，a_Break为制动率，所述列车制动率包括常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率，所述列车制动距离包括常用制动距离、最大常用制动距离、紧急制动距离，以对应于不同车速下的列车制动距离。

在其中一些实施例中，所述制动建立前行驶距离S_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

其中，所述T_BeforeBrk为制动完全建立前的所需时间，a为列车当前加速度；

在其中一些实施例中，所述制动完全建立前的所需时间T_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

T_BeforeBrk＝t_Driver+max(t_TraCutoff，t_BrkBuild)，

其中，t_Driver为司机反应时间，t_TraCutoff为牵引力切除时间，t_BrkBuild为制动力建立时间，由于所述牵引力切除时间和所述制动力建立时间在实际应用中存在重合，因此上式中选取二者中最大值，也即max(t_TraCutoff，t_BrkBuild)。

第二方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆安全车距计算系统，包括：

列车制动距离获取模块，用于获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于所述列车制动距离生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线，所述列车制动距离为列车开始制动到列车完全停止时的行驶距离；

安全车距获取模块，用于根据所述列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于所述安全车距生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线，具体的，所述预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线，其中，所述列车安全余量S_{MinSafeDistance}用于表示列车制动停车时与前车可接受的最小接近距离。

在其中一些实施例中，所述安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为所述制动建立前行驶距离，S_Break为所述列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为所述列车安全余量，S_error为所述测距误差。

在其中一些实施例中，所述制动建立前行驶距离、所述列车制动距离分别采用如上述第一方面的模型计算获得。

第三方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆防撞预警装置，采用如上第一方面所述的轨道车辆安全车距计算方法计算得到列车安全距离并获取所述预警曲线，在当前车、后车之间的前后车距触及所述预警曲线时进行报警，所述预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线。

在其中一些实施例中，该装置还包括一三级预警模块，用于在所述前后车距触及对应等级的所述预警曲线时执行对应等级的报警。

在其中一些实施例中，所述报警方式至少包括：

若所述前后车距触及所述常用制动预警曲线，则通过蜂鸣器低频鸣响、指示灯低频闪烁的方式报警；

若所述前后车距触及所述最大常用制动预警曲线，则通过蜂鸣器高频鸣响、指示灯高频闪烁的方式报警；

若所述前后车距触及所述紧急制动预警曲线，则通过蜂鸣器长鸣、指示灯常亮的方式报警。

相比于相关技术，本申请实施例提供的轨道车辆安全车距计算方法、系统及基于该计算方法的轨道车辆防撞预警装置，通过综合考虑了列车可靠速度、列车制动率、前车距离、司机反映时间、测距误差、测速误差、制动力建立时间及安全余量等参数，对前后车距进行安全评估，并按照常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率生成三种不同制动条件下的预警曲线，更灵活、更准确地反应前后列车的安全车距，能够减少不必要的报警，提高列车安全性和运营效率。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的轨道车辆安全车距计算方法的流程示意图；

图2是根据本申请实施例的轨道车辆安全车距计算系统的结构框图；

图3是根据本申请实施例的制动曲线示意图；

图4是根据本申请实施例的预警曲线示意图。

图中：

1、列车制动距离获取模块；2、安全车距获取模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

如前文所述，车车安全车距是保证后车安全制动停止且不发生碰撞事故的最小距离，但是，现有的车车防撞预警系统在车车安全车距的计算上并不完善，无法满足对车车安全距离值计算预估的精确度需求且存在一定的安全风险，提高了车辆运营工作人员及司机的工作难度。

为了解决上述问题，本申请提供了一种轨道车辆安全车距计算方法，旨在，综合考虑列车可靠速度、列车制动率、前车距离、司机反应时间、测距误差、测速误差、制动力建立时间、安全余量等参数，能够更灵活、更准确地反应前后列车的安全车距，图1是根据本申请实施例的轨道车辆安全车距计算方法的流程示意图，参考图1所示，该流程包括如下步骤：

列车制动距离获取步骤S01，获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于列车制动距离生成对应常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线，如图3所示，列车制动距离为列车开始制动到列车完全停止时的行驶距离；

安全车距获取步骤S02，根据列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于安全车距生成对应常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线，如图4所示，具体的，预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线，其中，列车安全余量S_{MinSafeDistance}用于表示列车制动停车时与前车可接受的最小接近距离，此数值可根据要求灵活调整；

在其中一些实施例中，该安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为制动建立前行驶距离，S_Break为列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为列车安全余量，单位为m，S_error为测距误差，测距误差为二次雷达的已知参数，举例而非限制，该测距误差数值范围约为1米以内，上式在误差范围内考虑最大测距值，以扩大安全距离。

在其中一些实施例中，该列车制动距离S_Break根据以下模型计算获得：

其中，V_train为列车当前速度，V_error为测速误差，该测速误差是基于制动系统可以确定的，a_Break为制动率，单位为m/s²，列车制动率包括常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率，可根据实际制动工况进行赋值；列车制动距离包括常用制动距离、最大常用制动距离、紧急制动距离，以对应于不同车速下的列车制动距离，上式中，利用列车当前速度和测速误差之和作为作为当前可能的最大速度进行计算，符合导向安全性原则。

进一步的，该制动建立前行驶距离S_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

其中，T_BeforeBrk为制动完全建立前的所需时间，a为列车当前加速度；

在其中一些实施例中，制动完全建立前的所需时间T_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

T_BeforeBrk＝t_Driver+max(t_TraCutoff，t_BrkBuild)，

其中，t_Driver为司机反应时间，举例而非限制，该司机反应时间为0～2秒左右，t_TraCutoff为牵引力切除时间，t_BrkBuild为制动力建立时间，由于牵引力切除时间和制动力建立时间在实际应用中存在重合，因此上式中选取二者中最大值，也即max(t_TraCutoff，t_BrkBuild)，以使计算的时间更符合实际情况，提高安全车距准确度。

基于如上计算方法，本申请的轨道车辆安全车距计算方法实现了精确的安全车距评估，在进行前后列车安全车距计算时，综合考虑了列车可靠速度、列车制动率、前车距离、司机反映时间、测距误差、测速误差、制动力建立时间及安全余量等参数，对前后车距进行安全评估，并按照常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率生成三种不同制动条件下的预警曲线，当安全距离达到预警曲线时将触发报警或紧急制动，能够更灵活、更准确地反应前后列车的安全车距，能够减少不必要的报警，提高列车安全性和运营效率。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

本实施例还提供了一种轨道车辆安全车距计算系统，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是根据本申请实施例的轨道车辆安全车距计算系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：

列车制动距离获取模块，用于获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于列车制动距离生成对应常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线，如图3所示，列车制动距离为列车开始制动到列车完全停止时的行驶距离；

安全车距获取模块，用于根据列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于安全车距生成对应常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线，如图4所示，具体的，预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线，其中，列车安全余量S_{MinSafeDistance}用于表示列车制动停车时与前车可接受的最小接近距离，此数值可根据要求灵活调整；

基于如上系统，本申请的轨道车辆安全车距计算系统实现了精确的安全车距评估，在进行前后列车安全车距计算时，综合考虑了列车可靠速度、列车制动率、前车距离、司机反映时间、测距误差、测速误差、制动力建立时间及安全余量等参数，对前后车距进行安全评估，按照常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率生成三种不同制动条件下的预警曲线，当安全距离达到预警曲线时将触发报警或紧急制动，能够更灵活、更准确地反应前后列车的安全车距，能够减少不必要的报警，提高列车安全性和运营效率。

在其中一些实施例中，安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为制动建立前行驶距离，S_Break为列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为列车安全余量，S_error为测距误差，测距误差为二次雷达的已知参数，举例而非限制，该测距误差数值范围约为1米以内，上式在误差范围内考虑最大测距值，以扩大安全距离。

在其中一些实施例中，制动建立前行驶距离、列车制动距离分别采用如上述实施例的模型计算获得，作为与上述实施例的相同之处，在此不做赘述。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

另外，结合图1描述的本申请实施例的轨道车辆安全车距计算方法，本申请还提供了一种轨道车辆防撞预警装置，利用上述实施例计算得到列车安全距离并获取如图4所示的预警曲线，在当前车、后车之间的前后车距触及预警曲线时进行报警，该预警曲线具体包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线。

为了实现预警报警功能，该装置还包括一三级预警模块，用于在前后车距触及对应等级的预警曲线时执行对应等级的报警。可选的，报警方式至少包括：

若前后车距触及常用制动预警曲线，则通过蜂鸣器低频鸣响、指示灯低频闪烁的方式报警；

若前后车距触及最大常用制动预警曲线，则通过蜂鸣器高频鸣响、指示灯高频闪烁的方式报警；

若前后车距触及紧急制动预警曲线，则通过蜂鸣器长鸣、指示灯常亮的方式报警。

基于如上装置，本申请实施例提出了结合制动率条件的预警策略，当前后车距触及到任一预警曲线时，装置均将输出对应等级的报警；考虑到现有装置在进行预警时没有设置预警层级，很难让司机直观判断前后车距，本申请基于如上报警方式的设置能够让司机对预警成都有更直观的判断，有利于其采取对应的处理措施。

此外，考虑到目前二次雷达测距方式固有的测距极限，在防撞系统启用的情况下，当列车速度超过60km/h时，系统也会输出报警。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种轨道车辆安全车距计算方法，其特征在于，包括：

列车制动距离获取步骤，获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于所述列车制动距离生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线；

安全车距获取步骤，根据所述列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于所述安全车距生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆安全车距计算方法，其特征在于，所述安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为所述制动建立前行驶距离，S_Break为所述列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为所述列车安全余量，S_error为所述测距误差。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆安全车距计算方法，其特征在于，所述列车制动距离S_Break根据以下模型计算获得：

其中，V_train为列车当前速度，V_error为测速误差，a_Break为制动率，所述列车制动率包括常用制动率、最大常用制动率、紧急制动率，所述列车制动距离包括常用制动距离、最大常用制动距离、紧急制动距离。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆安全车距计算方法，其特征在于，所述制动建立前行驶距离S_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

其中，所述T_BeforeBrk为制动完全建立前的所需时间，a为列车当前加速度；

5.根据权利要求4所述的轨道车辆安全车距计算方法，其特征在于，所述制动完全建立前的所需时间T_BeforeBrk根据以下模型计算获得：

T_BeforeBrk＝t_Driver+max(t_TraCutoff，t_BrkBuild)，

其中，t_Driver为司机反应时间，t_TraCutoff为牵引力切除时间，t_BrkBuild为制动力建立时间。

6.一种轨道车辆安全车距计算系统，其特征在于，包括：

列车制动距离获取模块，用于获取并根据常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率计算列车制动距离，基于所述列车制动距离生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的制动曲线；

安全车距获取模块，用于根据所述列车制动距离与列车安全余量、制动建立前行驶距离及测距误差计算得到安全车距，并基于所述安全车距生成对应所述常用制动率、最大常用制动率及紧急制动率的预警曲线。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆安全车距计算系统，其特征在于，所述安全车距S_SafeDistance根据以下模型计算获得：

S_SafeDistance＝S_BeforeBrk+S_Break+S_{MinSafeDistance}+S_error，

其中，S_BeforeBrk为所述制动建立前行驶距离，S_Break为所述列车制动距离，S_{MinSafeDistance}为所述列车安全余量，S_error为所述测距误差。

8.根据权利要求7所述的轨道车辆安全车距计算系统，其特征在于，所述制动建立前行驶距离、所述列车制动距离分别采用如权利要求3或4所述的模型计算获得。

9.一种轨道车辆防撞预警装置，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的轨道车辆安全车距计算方法计算得到列车安全距离并获取所述预警曲线，在当前车、后车之间的前后车距触及所述预警曲线时进行报警，所述预警曲线包括常用制动预警曲线、最大常用制动预警曲线及紧急制动预警曲线。

10.根据权利要求9所述的轨道车辆防撞预警装置，其特征在于，还包括一三级预警模块，用于在所述前后车距触及对应等级的所述预警曲线时执行对应等级的报警。

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