CN115432038A - 一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法 - Google Patents

一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其特征在于：当虚拟连挂列车即将运行线路上的某个路段出现轨道电路故障时，控制虚拟连挂列车在故障路段入口前停车，然后以固定巡航速度通过故障路段，从首车提速至固定巡航速度开始到尾车完全通过故障路段的时间内生成新的自动驾驶曲线，一旦虚拟连挂列车的尾车通过故障路段，首车即以新的自动驾驶曲线行驶，追踪车以追踪模式跟随行驶。采用本申请的控制方法，能在保证安全的前提下，提高虚拟连挂列车通过轨道电路故障路段的通行效率。

Description

一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法
技术领域
本发明涉及交通运输技术领域，特别是一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法。
背景技术
虚拟连挂技术是指多辆列车之间不依靠物理连接，而是通过车车通信的无线通信连接方式实现多辆列车以相同速度、极小间隔运行的列车群体协同运行方式，其中，首车根据自动驾驶曲线行驶，其余追踪车采用追踪模式跟随前车行驶。虚拟连挂列车所辖的单列车之间通常采用的撞软墙的安全防护模式保持安全间距运行，较撞硬墙的安全防护模式能有效缩小列车运行追踪间隔，大幅提升轨道交通的运输效率，尤其适用于目前运输能力已经饱和、靠现有技术难以继续提高的繁忙线路。
轨道电路是铁路信号系统中关键的基础设备之一，一旦发生故障，将直接影响到铁路的运行效率，甚至危及行车安全。现有技术中心，仅针对单列车采用简单的目视行车模式应对上述故障路段的通行，对于虚拟连挂列车来说，由于其特殊的编组运行方式，列车群中单列车数量、列车群的长度、车车通信方式、首车的自动驾驶、跟踪车的控制策略等均与单列车有着明显差异，对于电路故障路段的通行，虚拟连挂列车尚无一套完整、合理的运行流程和控制方案，以达到即安全又高效地通过电路故障路段。
发明内容
针对背景技术的问题，本发明提供一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，以解决现有技术中如何让虚拟连挂列车安全、高效通过轨道电路故障路段的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其创新点在于：所述虚拟连挂列车由n个单列车组成，将行驶在最前面的单列车记为首车，将行驶在首车后方的单列车记为追踪车，将行驶在最后方的追踪车记为尾车；所述首车上设置有车载控制模块、定位模块和车载ATO模块，所述定位模块和车载ATO模块二者均与车载控制模块连接；所述定位模块能实时获取首车的位置信息，并将实时获取的位置信息传送给车载控制模块；所述控制方法还包括地面列控中心和轨道电路监测模块；所述轨道电路监测模块用于实时监测列车运行线路上各个路段的轨道电路故障；
所述控制方法包括：
当虚拟连挂列车即将运行线路上的某个路段出现轨道电路故障时，
一)所述轨道电路监测模块生成电路故障信号，并将电路故障信号发送给地面列控中心；将发生轨道电路故障的路段记为故障路段，所述电路故障信号包括故障路段入口和出口的位置信息；
二)地面列控中心收到所述电路故障信号后即生成停车指令，并将停车指令和电路故障信号发送给虚拟连挂列车首车的车载控制模块；
三)所述车载控制模块收到停车指令和电路故障信号后控制虚拟连挂列车在故障路段的入口前停车；当虚拟连挂列车全部单列车均停车后，所述车载控制模块生成停车待行信号，并将停车待行信号发送给地面列控中心；
四)地面列控中心收到停车待行信号后生成目视运行指令，并将目视运行指令发送给首车的车载控制模块；
五)所述车载控制模块收到目视运行指令并通过驾驶员按键确认后，即控制首车启动并加速到固定巡航速度v，其余追踪车按追踪模式行驶；当首车加速到固定巡航速度v时，所述车载控制模块开始为ATO模块生成新的自动驾驶曲线，所述车载控制模块在时间T内生成新的自动驾驶曲线；当虚拟连挂列车的尾车刚好驶出故障路段时，车载控制模块即将所述新的自动驾驶曲线加载到所述车载ATO模块，车载ATO模块根据新的自动驾驶曲线控制首车行驶，其余追踪车按追踪模式行驶；所述时间T根据公式一获取；
所述公式一为：
Figure BDA0003893391540000021
其中，所述l1为首车加速到固定巡航速度v时，首车车头到故障路段出口的距离，l1根据首车车头的位置信息和故障路段出口的位置信息计算获取；所述l2为尾车刚驶出故障路段出口时，首车头部端到尾车尾部端的距离，所述l2根据公式二获取；
所述公式二为：
l2＝nL+(n-1)d
其中，所述L为单列车的长度；所述d为单列车之间的追踪间距，所述d根据公式三获取；
所述公式三为：
d＝d2-d1+ds
其中，所述d2为后车在固定巡航速度v下采用最小制动力矩制动得到的制动距离；所述d1为前车在固定巡航速度v下采用最大制动力矩制动得到的制动距离；所述ds为安全保障距离，ds为设定值；所述后车为相邻两个单列车中行驶在相对后方的单列车，所述前车为相邻两个单列车中行驶在相对前方的单列车。
作为优化，所述固定巡航速度v为20km/h或40km/h。
作为优化，所述车载控制模块采用遗传算法或粒子集群算法在时间T内生成新的自动驾驶曲线。
作为优化，所述新的自动驾驶曲线规划的起点位置为所述尾车车尾刚驶过故障路段出口时所述首车的车头所处的位置。
本发明的原理如下：
本发明的控制方法要解决的问题为虚拟连挂列车如何在保证安全的前提下高效地通过轨道电路故障路段。
对于安全问题，由于轨道电路故障，虚拟连挂列车出于安全考虑不能高速通过故障路段，本发明中，通过车地通信，地面列控中心发出停车指令使虚拟连挂列车在轨道电路故障路段入口前停车，然后再通过车载控制模块控制首车按固定巡航速度进行目视运行，其余追踪车按追踪模式跟随运行，通过司机观察轨道路况，以较低的限速通过，保证整个虚拟连挂列车在故障路段的安全通行，一旦虚拟连挂列车驶出故障路段再重新提速运行。
然而，由于正常行驶中断后，首车原有的自动驾驶曲线不再适用，需要重新规划新的自动驾驶曲线指导虚拟连挂列车运行，而自动驾驶曲线的重新生成需要时间，如果暂停虚拟连挂列车的运行或者等待尾车驶出故障路段后再生成新的自动驾驶曲线，都会影响虚拟连挂列车甚至整条线路列车的运行效率。本发明创造性地将虚拟连挂车的尾车刚好驶出故障路段时首车的位置作为新的自动驾驶曲线的起点，将虚拟连挂列车在故障路段开始以固定巡航速度目视运行到刚好尾车驶出故障路段的这段时间T作为约束条件，在时间T约束的时间内生成新的自动驾驶曲线，这样当虚拟连挂列车刚驶出故障路段即可按新的自动驾驶曲线正常运行，而不需要停车或怠速等待，大大提高了虚拟连挂列车通过轨道电路故障路段的效率。
由此可见，本发明具有如下的有益效果：采用本发明所述的控制方法，能使虚拟连挂列车即安全又高效地通过轨道电路故障路段，提高了虚拟连挂列车自身及整条线路的运行效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所述的虚拟连挂列车由n个单列车组成，将行驶在最前面的单列车记为首车，将行驶在首车后方的单列车记为追踪车，将行驶在最后方的追踪车记为尾车，其中首车根据自动驾驶曲线运行，追踪车按追踪模式跟随前车运行；所述首车上设置有车载控制模块、定位模块和车载ATO模块，所述定位模块和车载ATO模块二者均与车载控制模块连接；所述定位模块能实时获取首车的位置信息，并将实时获取的位置信息传送给车载控制模块；所述控制方法还包括地面列控中心和轨道电路监测模块；所述轨道电路监测模块用于实时监测列车运行线路上各个路段的轨道电路故障；
所述控制方法包括：
当虚拟连挂列车即将运行线路上的某个路段出现轨道电路故障时，
一)所述轨道电路监测模块生成电路故障信号，并将电路故障信号发送给地面列控中心；将发生轨道电路故障的路段记为故障路段，所述电路故障信号包括故障路段入口和出口的位置信息；
二)地面列控中心收到所述电路故障信号后即生成停车指令，并将停车指令和电路故障信号发送给虚拟连挂列车首车的车载控制模块；
三)所述车载控制模块收到停车指令和电路故障信号后控制虚拟连挂列车在故障路段的入口前停车；当虚拟连挂列车全部单列车均停车后，所述车载控制模块生成停车待行信号，并将停车待行信号发送给地面列控中心；
四)地面列控中心收到停车待行信号后生成目视运行指令，并将目视运行指令发送给首车的车载控制模块；
五)所述车载控制模块收到目视运行指令并通过驾驶员按键确认后，即控制首车启动并加速到固定巡航速度v，所述固定巡航速度v为20km/h(CTCS-2级列控系统)或40km/h(CTCS-3级列控系统)，此时由首车的驾驶员负责观察轨道环境状况并对安全行驶负责，其余追踪车按追踪模式行驶；当首车加速到固定巡航速度v时，所述车载控制模块开始为ATO模块生成新的自动驾驶曲线，所述车载控制模块在时间T内生成新的自动驾驶曲线，本事实例中，车载控制模块可采用现有技术中的各种智能算法如遗传算法或粒子集群算法等来生成自动驾驶曲线，新的自动驾驶曲线以所述尾车车尾刚出故障路段出口时所述首车的车头所处的位置为新规划的起点位置；当虚拟连挂列车的尾车刚好驶出故障路段时，车载控制模块即将所述新的自动驾驶曲线加载到所述车载ATO模块，车载ATO模块根据新的自动驾驶曲线控制首车行驶，其余追踪车按追踪模式行驶；所述时间T根据公式一获取；
所述公式一为：
Figure BDA0003893391540000051
其中，所述l1为首车加速到固定巡航速度v时，首车车头到故障路段出口的距离，l1根据首车车头的位置信息和故障路段出口的位置信息计算获取；所述l2为尾车刚驶出故障路段的出口时，首车头部端到尾车尾部端的距离，所述l2根据公式二获取；
所述公式二为：
l2＝nL+(n-1)d
其中，所述L为单列车的长度；所述d为单列车之间的追踪间距，所述d根据公式三获取；
所述公式三为：
d＝d2-d1+ds
公式三实际就是软撞墙安全防护模式的追踪间距公式，其中，所述d2为后车在当前行驶速度下(本申请中即在固定巡航速度v下)采用最小制动力矩制动得到的制动距离；所述d1为前车在当前行驶速度下(本申请中即在固定巡航速度v下)采用最大制动力矩制动得到的制动距离；所述ds为安全保障距离，ds为设定值；所述后车为相邻两个单列车中行驶在相对后方的单列车，所述前车为相邻两个单列车中行驶在相对前方的单列车。
本发明中应用到的遗传算法或粒子集群算法等智能算法等理论均为现有技术中十分常见的处理手段或计算方法，相关的内容，本领域技术人员可从现有技术的相关文献中获取。

Claims (4)

1.一种轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其特征在于：所述虚拟连挂列车由n个单列车组成，将行驶在最前方的单列车记为首车，将行驶在首车后方的单列车记为追踪车，将行驶在最后方的追踪车记为尾车；所述首车上设置有车载控制模块、定位模块和车载ATO模块，所述定位模块和车载ATO模块二者均与车载控制模块连接；所述定位模块能实时获取首车的位置信息，并将实时获取的位置信息传送给车载控制模块；所述控制方法还包括地面列控中心和轨道电路监测模块；所述轨道电路监测模块用于实时监测列车运行线路上各个路段的轨道电路故障；
所述控制方法包括：
当虚拟连挂列车即将运行线路上的某个路段出现轨道电路故障时，
一)所述轨道电路监测模块生成电路故障信号，并将电路故障信号发送给地面列控中心；将发生轨道电路故障的路段记为故障路段，所述电路故障信号包括故障路段入口和出口的位置信息；
二)地面列控中心收到所述电路故障信号后即生成停车指令，并将停车指令和电路故障信号发送给虚拟连挂列车首车的车载控制模块；
三)所述车载控制模块收到停车指令和电路故障信号后控制虚拟连挂列车在故障路段的入口前停车；当虚拟连挂列车所辖的全部单列车均停车后，所述车载控制模块生成停车待行信号，并将停车待行信号发送给地面列控中心；
四)地面列控中心收到停车待行信号后生成目视运行指令，并将目视运行指令发送给首车的车载控制模块；
五)所述车载控制模块收到目视运行指令并通过驾驶员按键确认后，即控制首车启动并加速到固定巡航速度v，其余追踪车按追踪模式行驶；当首车加速到固定巡航速度v时，所述车载控制模块开始为ATO模块生成新的自动驾驶曲线，所述车载控制模块在时间T内生成新的自动驾驶曲线；当虚拟连挂列车的尾车刚好驶出故障路段时，车载控制模块即将所述新的自动驾驶曲线加载到所述车载ATO模块，车载ATO模块根据新的自动驾驶曲线控制首车行驶，其余追踪车按追踪模式行驶；所述时间T根据公式一获取；
所述公式一为：
Figure FDA0003893391530000011
其中，所述l1为首车加速到固定巡航速度v时，首车车头到故障路段出口的距离，l1根据首车车头的位置信息和故障路段出口的位置信息计算获取；所述l2为尾车刚驶出故障路段出口时，首车头部端到尾车尾部端的距离，所述l2根据公式二获取；
所述公式二为：
l2＝nL+(n-1)d
其中，所述L为单列车的长度；所述d为单列车之间的追踪间距，所述d根据公式三获取；
所述公式三为：
d＝d2-d1+ds
其中，所述d2为后车在固定巡航速度v下采用最小制动力矩制动得到的制动距离；所述d1为前车在固定巡航速度v下采用最大制动力矩制动得到的制动距离；所述ds为安全保障距离，ds为设定值；所述后车为相邻两个单列车中行驶在相对后方的单列车，所述前车为相邻两个单列车中行驶在相对前方的单列车。
2.根据权利要求1所述的轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其特征在于：所述固定巡航速度v为20km/h或40km/h。
3.根据权利要求1所述的轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其特征在于：所述车载控制模块采用遗传算法或粒子集群算法在时间T内生成新的自动驾驶曲线。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的轨道电路故障下虚拟连挂列车的控制方法，其特征在于：所述新的自动驾驶曲线规划的起点位置为所述尾车车尾刚驶过故障路段出口时所述首车的车头所处的位置。
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