CN115782847A - 一种列车安全制动控制流程的确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于列车安全制动控制领域，具体公开了一种列车安全制动控制流程的确定方法及系统，通过将安全制动接口集中在车辆上，牵引系统及装置安装在地面上，并将控制权进行转移，选择主动或被动地将安全制动控制权移交给车载运控系统，增强了命令的时效性，同时提高系统的安全性；本发明将各功能合理地分配给了分区运控系统和车载运控系统，明确了分区运控系统和车载运控系统之间的通信要素以及各自的控制流程；能够有效地保障运营安全并提高运输效率；同时本发明提出了分级速度防护曲线，对列车超速进行逐级防护，有效地将列车速度限制在合理范围内，同时又极大程度地避免意外停车情形发生，既能保证运营安全，又能提高运输效率。

Description

一种列车安全制动控制流程的确定方法及系统

技术领域

本发明属于列车安全制动控制领域，特别涉及一种列车安全制动控制流程的确定方法及系统。

背景技术

在既有的普速、高速等轮轨列车控制系统中,列车的牵引装置、测速测距装置、安全制动装置均安装在车辆上，由车载自动防护系统根据列车的移动授权和线路数据计算安全防护速度，当列车运行速度超过安全防护速度时，车载自动防护系统输出切断牵引指令和安全制动指令控制列车减速或停车。其中车载自动防护系统与牵引装置、测速测距装置以及安全制动装置的接口均集中在车辆上，便于采用有线通信或继电IO的接口形式，从而使车载自动防护系统输出的控制指令能够可靠的、实时地传递给执行机构。相对而言，高速磁浮交通系统存在不同的技术分支，不论是常导电磁悬浮还是超导电动悬浮，由于共同采用了长定子直线电机的牵引原理而导致其牵引装置必须配置在地面，测速测距装置按照不同的技术原理有安装在地面上的定位测速系统，也有安装在车辆上的车载测速系统，安全制动接口仍然设置在车辆上，这种系统结构上的变化使得既有普速、高速列车控制系统所使用的成熟的安全制动控制方法和流程不再适用，甚至特定条件下无法保证系统的安全性。

现有技术中适用于高速铁路的CTCS-3级列车控制系统主要由部署地面上的无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器、计算机联锁系统、轨道电路、应答器、集中调度系统（CTC）、部署在车辆上的车载自动防护系统（ATP）以及GSM-R无线通信系统组成。CTCS-3级列车控制系统中与安全制动相关的接口包括紧急制动接口、常用制动接口和切除牵引接口，三个接口均设置在车辆上，由ATP根据列车运行状态进行集中控制。紧急制动能够确保列车运行在安全速度之下并且在到达指定的危险位置之前停车，列车一旦施加了紧急制动就会立即减速停车，在停车之后才允许撤销紧急制动。紧急制动虽然能够保证运营的安全性，但频繁停车将极大影响运输效率，因此紧急制动并不宜经常性地触发。常用制动作为列车减速的常规措施，允许在列车速度低于限制速度的条件下撤销，可有效地避免超速导致停车的情形。牵引切除用于暂时性封锁列车牵引力，从而保证紧急制动与常用制动快速生效，因此ATP在输出常用制动命令或紧急制动命令时也会同时输出切除牵引命令。

而高速磁浮交通系统的技术原理、运行环境、系统结构和控制接口等方面均与轮轨列车交通系统存在较大差异，因此需要确定一种适用于磁浮列车的安全制动系统来保证高速磁浮列车运行的安全性和可靠性。

发明内容

针对上述问题，一方面本发明公开了一种列车安全制动控制流程的确定方法，所述确定方法包括以下步骤：

设置安全制动相关接口，并确定所述安全制动相关接口的分布和约束关系；

根据所述安全制动相关接口的分布和约束关系确定安全制动命令的生成过程和功能分配并制定安全制动的运营目标；

根据所述运营目标确定安全制动控制策略，包括列车超速分级防护策略和制动控制权转移策略；

根据所述安全制动控制策略设计列车安全制动控制流程。

进一步地，所述安全制动相关接口包括牵引电子切断接口、牵引电气切断接口、牵引电制动接口和安全制动接口。

进一步地，所述安全制动相关接口的分布和约束关系为：

所述牵引电子切断接口、牵引电气切断接口和牵引电制动接口均设置在地面/轨旁，与分区运控系统直接连接；

所述安全制动接口设置在列车上，与车载运控系统直接连接。

进一步地，所述牵引电子切断接口由地面牵引控制系统提供，通过封锁变流器功率开关器件的触发信号关断功率开关器件，进而控制变流器停止电流输出；

所述牵引电气切断接口由地面牵引供电系统提供，通过切断牵引供电系统的输入供电和输出供电，消除产生牵引电流的可能性；

所述牵引电制动接口由地面牵引控制系统提供，通过控制变流器生成反向牵引电流形成制动力。

进一步地，安全制动命令的生成过程包括以下生成步骤：

计算列车移动授权，确定列车的运行方向、移动范围以及行进路径；

生成列车移动授权覆盖范围内的线路数据；

根据列车移动授权和线路数据生成速度防护曲线；

根据所述速度防护曲线监控列车速度，根据列车速度和速度防护曲线之间的关系生成不同的安全制动命令。

进一步地，列车移动授权基于轨道拓扑结构、进路与道岔状态、轨道占用状态以及相邻列车位置信息。

进一步地，所述线路数据包括线路静态限速、线路坡度、临时限速和环境限速；其中，

所述线路静态限速和线路坡度以配置数据的形式存储；

所述临时限速由分区运控系统根据中央运控系统下发的限速命令进行设置、更新和取消；

所述环境限速由分区运控系统根据环境监控系统报告的参数生成。

进一步地，所述运营目标包括：

列车在移动授权终点位置之前停车；

列车在移动授权范围内遵守规定限速；

缩短列车运行时间。

进一步地，所述功能分配包括：

生成列车移动授权、环境限速、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线、牵引电制动曲线以及牵引电子切断接口控制、电气切断接口控制和牵引电制动接口控制由分区运控系统独立完成；

线路静态限速、线路坡度在分区运控系统提供列车移动授权信息的前提下由车载运控系统生成；

安全制动曲线在分区运控系统提供列车移动授权、临时限速和环境限速信息的前提下由车载运控系统生成；

安全制动接口控制由车载运控系统响应控制命令后操作。

进一步地，所述列车超速分级防护策略包括：

将速度防护曲线划分防护等级，包括牵引电制动曲线、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线和安全制动曲线；

根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护。

进一步地，根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护包括以下情况：

若列车速度低于牵引电制动曲线，则运控系统不干涉列车的运行；

若列车速度超过牵引电制动曲线，则运控系统输出牵引电制动命令使列车减速；

若牵引电制动失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电子切断曲线时，运控系统输出电子切断命令，暂时切断地面牵引控制系统对磁浮列车输出的牵引力；

若牵引电子切断失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电气切断曲线时，运控系统输出电气切断命令，彻底切除牵引力；

若列车速度突破了安全制动曲线，运控系统应输出安全制动命令使列车减速直至停车；

所述运控系统包括分区运控系统和车载运控系统。

进一步地，所述制动控制权转移策略包括：

分区运控系统将控制权转移给车载运控系统，并向车载运控系统提供用于生成安全制动命令的相关信息；

所述相关信息包括列车移动授权、线路数据、速度防护曲线。

进一步地，所述控制流程包括分区运控系统控制流程和车载运控系统控制流程。

另一方面本发明还提出了一种列车安全制动控制流程的确定系统，所述确定系统包括：

设置模块，用于设置安全制动相关接口，并确定所述安全制动相关接口的分布和约束关系；

第一制定模块，用于根据所述安全制动相关接口的分布和约束关系确定安全制动命令的生成过程和功能分配并制定安全制动的运营目标；

第二制定模块，用于根据所述运营目标确定安全制动控制策略，包括列车超速分级防护策略和制动控制权转移策略；

设计模块，用于根据所述安全制动控制策略设计列车安全制动控制流程。

进一步地，所述设置模块中设置的安全制动相关接口包括牵引电子切断接口、牵引电气切断接口、牵引电制动接口和安全制动接口；

所述安全制动相关接口的分布和约束关系为：

所述牵引电子切断接口、牵引电气切断接口和牵引电制动接口均设置在地面/轨旁，与分区运控系统直接连接；

所述安全制动接口设置在列车上，与车载运控系统直接连接；

所述牵引电子切断接口生效或牵引电气切断接口生效后，则牵引电制动接口无法生效。

进一步地，所述第一制定模块用于生成安全制动命令，具体包括：

计算列车移动授权，确定列车的运行方向、移动范围以及行进路径；

生成列车移动授权覆盖范围内的线路数据；

根据列车移动授权和线路数据生成速度防护曲线；

根据所述速度防护曲线监控列车速度，根据列车速度和速度防护曲线之间的关系生成不同的安全制动命令。

进一步地，所述第一制定模块中功能分配包括：

生成列车移动授权、环境限速、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线、牵引电制动曲线以及牵引电子切断接口控制、电气切断接口控制和牵引电制动接口控制由分区运控系统独立完成；

线路静态限速、线路坡度在分区运控系统提供列车移动授权信息的前提下可由车载运控系统生成；

安全制动曲线在分区运控系统提供列车移动授权、临时限速和环境限速信息的前提下可由车载运控系统生成；

安全制动接口控制由车载运控系统响应控制命令后操作。

进一步地，所述第二制定模块用于制定列车超速分级防护策略，具体包括：

将速度防护曲线划分防护等级，包括牵引电制动曲线、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线和安全制动曲线；

根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护；

若列车速度低于牵引电制动曲线，则运控系统不干涉列车的运行；

若列车速度超过牵引电制动曲线，则运控系统输出牵引电制动命令使列车减速；

若牵引电制动失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电子切断曲线时，运控系统输出电子切断命令，暂时切断地面牵引控制系统对磁浮列车输出的牵引力；

若牵引电子切断失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电气切断曲线时，运控系统输出电气切断命令，彻底切除牵引力；

若列车速度突破了安全制动曲线，运控系统应输出安全制动命令使列车减速直至停车；

其中，所述运控系统包括分区运控系统和车载运控系统。

进一步地，所述第二制定模块用于制定制动控制权转移策略，具体包括：

分区运控系统将控制权转移给车载运控系统，并向车载运控系统提供用于生成安全制动命令的相关信息；

所述相关信息包括列车移动授权、线路数据和速度防护曲线。

本发明的有益效果：

本发明提出的制动控制方法和系统，将安全制动接口集中在车辆上，牵引系统及装置安装在地面上，该设置会导致控制权发生分离，因此本方案中将控制权进行了转移，选择主动或被动地将安全制动控制权移交给车载运控系统，增强了命令的时效性，同时提高系统的安全性；本发明将各功能合理地分配给了分区运控系统和车载运控系统，明确了分区运控系统和车载运控系统之间的通信要素以及各自的控制流程；能够有效地保障运营安全并提高运输效率；本发明提出了适用于高速磁浮列车的分级速度防护曲线：第一级为牵引电制动曲线；第二级为牵引电子切断曲线；第三级为牵引电气切断曲线；第四级为安全制动曲线，四条防护曲线对列车超速进行逐级防护，有效地将列车速度限制在合理范围内，同时又极大程度地避免意外停车情形发生，既能保证运营安全，又能提高运输效率。

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列车安全制动控制流程的确定方法流程图；

图2示出了本发明实施例中速度防护曲线图；

图3示出了本发明实施例中分区运控系统控制流程图；

图4示出了本发明实施例中车载运控系统控制流程图。

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。

高速磁浮交通系统包括轨道、列车、牵引和运行控制四大系统。其中，运行控制系统由三层结构和五套系统组成。三层结构是指位于指挥中心的中央控制层、位于牵引变电站轨道旁边的分区控制层和位于磁浮列车的车载控制层。五套系统是指中央运行控制系统（CCS）、分区运行控制系统（DCS）——简称分区运控系统、车载运行控制系统（VCS）——简称车载运控系统、列车定位测速系统（ORT）以及通信系统。

CCS负责调度指挥功能，用于将指定的列车运行计划和运行图转化为行车计划，对整个系统的列车运行状况进行监督并对运行过程的数据进行记录存储。

DCS用于检查、分解与执行中央运控系统下发的控制命令，负责道岔防护、进路防护、列车防护以及环境（如低真空管道环境）防护等。

VCS用于执行DCS发起的运行控制流程（比如列车注册、开门/关门、列车换端、安全制动与列车注销等）、监测车载磁浮电气设备的运行状态以及相关运行数据的记录和落地下传等。

ORT用于对线路上的列车进行安全定位并采集实时运行方向、速度、加速度等信息。根据不同技术原理，有安装在轨道旁的感应式地面定位测速系统，也有安装在车辆上的车载测速测距系统，二者均能独立完成列车定位与测速功能。

通信系统分为无线通信系统和有线通信系统。无线通信系统为VCS与地面设备之间的数据传输提供了快速、可靠的通信通道。有线通信系统则为地面设备之间的数据传输提供了专用安全网络。

本发明通过分析安全制动控制命令的生成过程、传输路径、相关接口的位置分布以及接口信号的约束关系，从而重新分配系统功能，并规划车/地协作的方法以及通信要素，提出一种车地协同的分级控制方法，能够在特定条件（比如传输通道中断或通信故障情形）下利用控制权转移策略保证安全制动命令被可靠地、及时地执行，有效地避免安全风险。以下将从安全制动相关接口分布、命令生成过程与系统分工、协作与分级控制策略、子系统控制与交互流程等方面来详细描述本技术方案。

1、安全制动相关接口分布与约束关系

与安全制动相关的接口包括：

（1）牵引电子切断接口：地面牵引控制系统（MCU）为DCS提供了非安全的牵引电子切断接口（没有故障导向安全的机制，可以频繁使用），通过封锁变流器功率开关器件的触发信号的方式来关断功率开关器件，进而控制变流器停止电流输出。撤销牵引电子切断命令后即可快速恢复牵引电流输出，进而重新获得牵引力或电制动力。

（2）牵引电气切断接口：地面牵引供电系统为DCS提供了安全的牵引电气切断接口，该接口能够彻底地切断牵引供电系统的输入供电和输出供电，执行电气切断命令后将无法在短时间内恢复牵引力或电制动力，因此应尽量避免触发牵引电气切断命令。

（3）牵引电制动接口：MCU为分区运控系统提供了非安全的电制动接口，通过控制变流器生成反向牵引电流形成制动力。牵引电制动属于高速磁浮列车减速的常规手段，但电制动是依靠MCU对地面长定子线圈输出反向牵引电流实现的，因此如果MCU已经执行了牵引电子切断命令或牵引电气切断命令，那么电制动将无法生效。

（4）安全制动接口：高速磁浮车辆为VCS提供了安全制动接口，安全制动的实施要以牵引切断为前提，否则既施加安全制动同时又带有牵引力的列车将无法达到预期安全制动效果。安全制动一旦生效，磁浮列车会立即减速停车，因此也应尽量避免触发安全制动命令。

基于上述说明，本发明的安全制动相关接口的位置分布以及与运控系统的连接关系如表1所示：

表1

接口名称	接口位置分布	与运控系统的连接关系
			牵引电子切断接口	地面/轨旁	与分区运控系统直接连接
牵引电气切断接口	地面/轨旁	与分区运控系统直接连接
			牵引电制动接口	地面/轨旁	与分区运控系统直接连接
安全制动接口	列车	与车载运控系统直接连接

其中，牵引电子切断接口、牵引电气切断接口和牵引电制动接口分布在地面/轨旁，与分区运控系统直接连接；安全制动接口设置在列车上，与与车载运控系统直接连接，牵引电子切断接口生效或牵引电气切断接口生效后，则牵引电制动接口无法生效。

2、安全制动命令的生成过程与功能分配

（1）分区运控系统生成列车移动授权，确定列车的运行方向、移动范围以及行进路径。

具体地，计算移动授权需要基于轨道拓扑结构、进路与道岔状态、轨道占用状态以及相邻列车位置信息。轨道拓扑结构属于不可变的静态信息，以配置数据的形式存储即可；进路与道岔状态由分区运控系统管理，根据中央运控系统下发的进路命令与道岔控制系统报告的道岔状态进行设置、取消和监控；轨道占用状态和列车位置信息由地面定位测速系统生成。通过以上分析可知计算移动授权所需的动态信息均来源于地面/轨旁设备，并可通过专用有线网络快速汇集到分区运控系统，因此生成列车移动授权的功能宜由分区运控系统实现。

（2）分区运控系统根据列车移动授权、列车的运行方向、移动范围以及行进路径生成列车移动授权覆盖范围内的线路数据，包括线路静态限速、线路坡度、临时限速、环境限速（如低真空管道环境有关的限速）等。

其中线路静态限速、线路坡度属于不可变的静态信息，以配置数据的形式存储即可；临时限速由分区运控系统根据中央运控系统下发的限速命令进行设置、更新和取消；环境相关的限速可由分区运控系统根据环境监控系统报告的参数生成。通过以上分析可知分区运控系统可以直接获取与列车运行所需的全部线路数据，而车载运控系统无法直接获取临时限速和环境限速，需要借助车地之间的无线通信网络从分区运控系统获取。

（3）分区运控系统根据所述线路数据生成列车速度防护曲线，在列车移动授权以及线路数据生成后，要实现如下运营目标：

保证列车能够在移动授权终点位置之前停车，避免发生撞车风险；

保证列车在移动授权范围内遵守规定的限速，避免发生脱轨及翻车风险；

缩短运输时间，使列车尽快到达目的地。一方面要保持较快的运行速度，另一方面要尽可能地减少意外停车事件的发生。

必须采取适当的策略对速度防护曲线进行有序规划来实现上述目的，速度防护曲线具体的分级策略在下文详细描述。分区运控系统具备生成速度防护曲线的所有条件，并且能够实时捕获各类动态信息的变化情况，便于及时调整或更新速度防护曲线。

（4）分区运控系统将生成的列车速度防护曲线发送至车载运控系统，车载运控系统执行列车速度监控，及时输出相关控制命令。由于分区运控系统和车载运控系统各自管理着不同的制动接口，双方应通过一定的协作策略共同监控列车速度，按照速度防护曲线同步地、协调地输出控制命令，以集中统筹、分散控制的形式实现超速防护功能。

通过分析运控系统结构关系和接口分布特征可以发现，要实现安全制动控制功能，分区运控系统与车载运控系统之间应按表2方式分工协作：

表2

序号	功能	分区运控系统	车载运控系统
				1	生成列车移动授权	独立完成	不承担
2	生成线路静态限速	独立完成	协作完成：需要分区运控系统提供列车移动授权信息
				3	生成线路坡度	独立完成	协作完成：需要分区运控系统提供列车移动授权信息
4	生成临时限速	独立完成	协作完成：需要分区运控系统提供列车移动授权信息
				5	生成环境限速	独立完成	不承担
6	生成牵引电子切断曲线	独立完成	不承担
				7	生成牵引电气切断曲线	独立完成	不承担
8	生成牵引电制动曲线	独立完成	不承担
				9	生成车载安全制动曲线	独立完成	协作完成：需要分区运控系统提供列车移动授权、临时限速、环境限速信息
10	牵引电子切断接口控制	独立完成	不承担
				11	牵引电气切断接口控制	独立完成	不承担
12	牵引电制动接口控制	独立完成	不承担
				13	安全制动接口控制	协作完成：需要车载运控系统响应控制命令	独立完成

从表2可以看出，生成列车移动授权、环境限速、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线、牵引电制动曲线以及牵引电子切断接口控制、电气切断接口控制和牵引电制动接口控制由分区运控系统独立完成；线路静态限速、线路坡度在分区运控系统提供列车移动授权信息的前提下由车载运控系统生成；车载安全制动曲线在分区运控系统提供列车移动授权、临时限速和环境限速信息的前提下由车载运控系统生成；而安全制动接口控制需要车载运控系统响应控制命令后操作。

3、安全制动控制策略

1）列车超速分级防护策略

为了实现上述运营目标，将速度防护曲线自下而上划分为4级，具体如图2所示，分别是牵引电制动曲线、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线和安全制动曲线，图中纵坐标为列车速度，横坐标为列车位置。

如果列车速度低于牵引电制动曲线，则分区运控系统/车载运控系统不干涉列车的运行过程。

如果列车速度超过牵引电制动曲线，则分区运控系统/车载运控系统立即输出牵引电制动命令使列车减速。牵引电制动是磁浮列车的常规减速措施，在列车速度降低至允许速度以下时，运控系统应撤销电制动命令。

如果牵引电制动失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电子切断曲线时，分区运控系统/车载运控系统应立即输出电子切断命令，暂时性切断地面牵引控制系统对磁浮列车输出的牵引力。此后如果列车能够有效减速，在列车速度降低至允许速度以下时，运控系统将撤销牵引电子切断命令，使列车恢复牵引力继续运行。

如果牵引电子切断失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电气切断曲线时，分区运控系统/车载运控系统应立即输出电气切断命令，彻底切除牵引力，此后列车将处于风阻减速状态或惯性匀速状态（如在低真空管道环境下）。

如果列车速度突破了安全制动曲线，分区运控系统/车载运控系统应立即输出安全制动命令使列车减速直至停车。安全制动曲线属于最不利条件下的防护曲线，在安全制动触发之前切除牵引力，就是为了保障安全制动的减速效果。

利用四条曲线将对列车超速进行逐级防护，前一级防护能够有效降低后一级防护的触发概率，将列车速度限制在合理范围内，极大程度地避免安全制动导致的停车情形，提高运输效率。

2）制动控制权转移策略

高速磁浮的技术原理和系统结构决定了分区运控系统的核心地位，各类信息要先汇集到分区运控系统进行集中统筹，待分区运控系统输出控制命令后，再由其他系统进行响应和执行，多个系统进行协作完成所有流程。由于安全制动接口设置在列车上，从分区运控系统发出的安全制动命令要经过地面有线传输网、基站、空中路径、无线通信电台、车辆有线通信网等若干环节才能到达车载运控系统，虽然高速磁浮可以使用较为先进的通信技术并配置高可靠性的专用网络，但是高速、超高速条件下的无线通信延时、短时中断、通信故障等问题仍然难以杜绝，如果重要命令无法到达或传递不及时，亦或命令变化过于频繁导致执行机构来不及响应，将会影响整个系统的安全性和可用性。

面对这类问题，分区运控系统应将控制权进行下放，允许执行机构自主生成控制指令并自主执行。对于安全制动防护功能，分区运控系统可以选择主动地或被动地将控制权转移给车载运控系统，并向车载运控系统提供用于生成安全制动命令的相关信息。与控制命令相比，应向车载运控系统传输对时效性不敏感的信息（比如列车移动授权、线路数据、速度防护曲线等），利用这些信息，车载运控系统能够自行监控列车速度，并及时地输出控制命令，甚至可以在车地通信断开的一定时间内继续监控列车运行。

4、控制流程设计，包括分区运控系统控制流程和车载运控系统控制流程。通过设置制动控制权转移策略，分区运控系统可以根据需要下发转移安全制动控制权命令，所述转移安全制动控制权命令包括转移命令和非转移命令，选择主动移交或不移交控制权。两种控制流程均能应对正常情形和异常情形（比如车地通信异常），两种控制流程结合使用，既能保证安全又能提高效率。通过分区与车载之间的通信要素传递，能够使系统做出快速响应。

1）分区运控系统控制流程

分区运控系统应通过向车载运控系统发送转移安全制动控制权命令的方式，主动地将控制权移交给车载运控系统。分区运控系统也可以将控制权保留，直接向车载运控系统发送施加安全制动命令或撤销安全制动命令。

为了使车载运控系统快速生成安全制动命令，分区运控系统应持续计算从列车前端位置至移动授权终点的完整速度防护曲线，并将分区安全制动曲线发送给车载运控系统。需要说明的是，安全制动曲线包括车载安全制动曲线和分区安全制动曲线，其中分区安全制动曲线是由分区运控系统计算和生成的；车载安全制动曲线是指由车载设备计算和生成。

分区运控系统应周期性地向车载运控系统提供目标列车的地面测速，一方面便于车载运控系统执行速度监控，另一方面也能够使车载运控系统及时地识别出车地通信延时、中断和故障情形。

分区运控系统还应向车载运控系统提供列车移动授权、临时限速、环境限速等信息，协助车载运控系统自主计算速度防护曲线，用以应对车地无线通信中断和故障情况，使车载运控系统具备继续维持列车运行的能力。

本实施例结合图3所示的流程图对分区运控系统控制流程进行说明，具体包括以下步骤，

根据地面轨道信号生成列车移动授权，地面轨道信号包括进路命令、道岔状态和轨道占用信息等；

根据临时限速命令生成列车移动授权范围内的临时限速曲线；

根据临时限速曲线、环境限速、线路静态限速、线路坡度、列车固有限速以及安全制动模型生成列车移动授权范围内的安全制动曲线；

基于安全制动曲线与牵引属性模型生成电气切断曲线和电子切断曲线；其中所述牵引属性模型中包括牵引加速度、电气/电子切断指令传输延时、电气/电子切断指令执行延时等参数；

基于牵引切断曲线与牵引电制动模型生成列车牵引电制动曲线，其中，所述列车牵引电制动曲线基于牵引电制动模型生成；

向车载运控制系统发送第一信息，所述第一信息包括转移安全制动控制权命令、列车移动授权、临时限速曲线、环境限速曲线、安全制动曲线和地面测速；地面测速和环境限速均由地面轨道系统设备提供，其中环境限速是指真空管道环境相关的限速。

判断地面测速是否超过分区安全制动曲线；若地面测速超过分区安全制动曲线，则向车载运控系统发送施加安全制动请求；若地面测速不超过分区安全制动曲线，则向车载运控系统发送缓解安全制动请求，并判断地面测速是否超过牵引电气切断曲线；

若地面测速超过牵引电气切断曲线，则向所述地面牵引控制系统发送电气切断牵引力请求；若地面测速不超过牵引电气切断曲线，则判断地面测速是否超过牵引电子切断曲线；

若地面测速超过牵引电子切断曲线，则向所述地面牵引控制系统发送电子切断牵引力请求；若地面测速不超过牵引电子切断曲线，则判断地面测速是否超过牵引电制动曲线；

若地面测速超过牵引电制动曲线，则向地面牵引控制系统发送施加牵引电制动请求；若地面测速不超过牵引电制动曲线，则向地面牵引控制系统发送撤销牵引电制动请求。

2）车载运控系统控制流程

车载运控系统判断车地无线通信出现延时、中断或故障时，应立即进入自主控制状态，该情形属于被动移交控制权情形。根据分区运控系统之前发送的列车移动授权、临时限速曲线、环境限速曲线，基于线路静态限速、线路坡度、列车固定限速以及安全制动模型计算车载安全制动速度，其中，所述列车移动授权、临时限速曲线、环境限速曲线保存在车载运控系统内，所述线路静态限速、线路坡度、列车固定限速以及安全制动模型来源于车载运控系统的静态数据配置。另外，车载运控系统应使用车载测速与车载安全制动速度来执行列车速度监控。

如果车地无线通信故障超过最大时限阈值（即通信恢复阈值），车载运控系统直接向制动接口输出施加安全制动命令。最大时限阈值与系统设计参数以及工程参数（比如牵引区域的长度、最大运行速度等）有关，高速磁浮的单个牵引区域内最多只能允许一列车辆存在，因此整个牵引区域就相当于一个闭塞分区。

需要说明的是，车载运控系统不必计算从列车前端位置至移动授权终点的完整速度曲线，仅需要计算列车当前位置处的安全制动速度。车载安全制动速度可能与分区运控系统计算出的安全制动速度存在差异，车载测速与地面测速也可能存在差异，这里遵守地面测速与分区计算的安全制动曲线进行比较、车载测速与车载计算的安全制动速度比较的一致性原则。

如果车地无线通信正常，车载运控系统应根据分区运控系统发送的安全制动曲线与地面测速信息执行列车速度监控。

不论是分区运控系统主动移交控制权还是车载运控系统被动接管控制权，车载运控系统均应周期性地向分区运控系统报告是否处于自主控制状态。

如果控制权保留在分区运控系统上，车载运控系统应直接向制动接口转发分区运控系统的控制命令，所述控制命令包括安全制动施加命令或撤销命令。

本实施例结合图4所示的流程图对车载运控系统控制流程进行说明，具体包括以下步骤：

判断发生车地无线通信是否延时和/或通信中断，若车地无线通信延时和/或通信中断，则根据车载运控系统存储的列车移动授权、临时限速、环境限速，基于线路静态限速、线路坡度、列车固有限速以及安全制动模型生成车载安全制动速度；

若车地无线通信正常，则进一步判断是否收到分区运控系统的转移制动控制权命令；

若未收到分区运控系统的转移制动控制权命令，则直接向制动接口转发分区运控系统的安全制动命令，所述安全制动命令包括施加安全制动命令或者撤销安全制动命令；在接收到安全制动施加命令后，存储分区运控系统发送的第一信息，所述第一信息包括分区安全制动曲线、列车移动授权、临时限速和环境限速等；并向分区运控系统报告是否处于自主控制状态；

若收到分区运控系统的转移制动控制权命令，则进一步判断地面测速是否超过分区安全制动曲线，若地面测速超过分区安全制动曲线，则向制动接口输出施加安全制动命令；若地面测速不超过分区安全制动曲线，则向分区运控系统报告是否处于自主控制状态，以便于分区运控系统进行闭环监控并及时判断异常，及时地把异常情况通知到系统操作人员或维护人员。

生成车载安全制动速度后，判断车地通信中断时间是否超过通信恢复阈值；若车地通信时间超过通信恢复阈值，则向制动接口输出施加安全制动命令；

若未超过通信恢复阈值，则进一步判断车载测速是否超过了车载安全制动速度；若车载测速超过车载安全制动速度，则向制动接口输出施加安全制动命令；

若车载测速未超过车载安全制动速度，则向制动接口输出撤销安全制动命令，并进一步向分区运控系统报告是否处于自主控制状态。

综上所述，分区运控系统与车载运控系统在控制权转移的策略下协作，能够从系统整体上提高安全制动命令的时效性，甚至能够在车地通信彻底断开的情况下继续监控列车速度和输出制动命令。

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 (19)

1.一种列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括以下步骤：

设置安全制动相关接口，并确定所述安全制动相关接口的分布和约束关系；

根据所述安全制动相关接口的分布和约束关系确定安全制动命令的生成过程和功能分配并制定安全制动的运营目标；

根据所述运营目标确定安全制动控制策略，包括列车超速分级防护策略和制动控制权转移策略；

根据所述安全制动控制策略设计列车安全制动控制流程。

2.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述安全制动相关接口包括牵引电子切断接口、牵引电气切断接口、牵引电制动接口和安全制动接口。

3.根据权利要求2所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述安全制动相关接口的分布和约束关系为：

所述牵引电子切断接口、牵引电气切断接口和牵引电制动接口均设置在地面/轨旁，与分区运控系统直接连接；

所述安全制动接口设置在列车上，与车载运控系统直接连接。

4.根据权利要求2或3所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述牵引电子切断接口由地面牵引控制系统提供，通过封锁变流器功率开关器件的触发信号关断功率开关器件，进而控制变流器停止电流输出；

所述牵引电气切断接口由地面牵引供电系统提供，通过切断牵引供电系统的输入供电和输出供电，消除产生牵引电流的可能性；

所述牵引电制动接口由地面牵引控制系统提供，通过控制变流器生成反向牵引电流形成制动力。

5.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

安全制动命令的生成过程包括以下生成步骤：

计算列车移动授权，确定列车的运行方向、移动范围以及行进路径；

生成列车移动授权覆盖范围内的线路数据；

根据列车移动授权和线路数据生成速度防护曲线；

根据所述速度防护曲线监控列车速度，根据列车速度和速度防护曲线之间的关系生成不同的安全制动命令。

6.根据权利要求5所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

列车移动授权基于轨道拓扑结构、进路与道岔状态、轨道占用状态以及相邻列车位置信息。

7.根据权利要求5或6所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述线路数据包括线路静态限速、线路坡度、临时限速和环境限速；其中，

所述线路静态限速和线路坡度以配置数据的形式存储；

所述临时限速由分区运控系统根据中央运控系统下发的限速命令进行设置、更新和取消；

所述环境限速由分区运控系统根据环境监控系统报告的参数生成。

8.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述运营目标包括：

列车在移动授权终点位置之前停车；

列车在移动授权范围内遵守规定限速；

缩短列车运行时间。

9.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述功能分配包括：

生成列车移动授权、环境限速、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线、牵引电制动曲线以及牵引电子切断接口控制、电气切断接口控制和牵引电制动接口控制由分区运控系统独立完成；

线路静态限速、线路坡度在分区运控系统提供列车移动授权信息的前提下由车载运控系统生成；

安全制动曲线在分区运控系统提供列车移动授权、临时限速和环境限速信息的前提下由车载运控系统生成；

安全制动接口控制由车载运控系统响应控制命令后操作。

10.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述列车超速分级防护策略包括：

将速度防护曲线划分防护等级，包括牵引电制动曲线、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线和安全制动曲线；

根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护。

11.根据权利要求10所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护包括以下情况：

若列车速度低于牵引电制动曲线，则运控系统不干涉列车的运行；

若列车速度超过牵引电制动曲线，则运控系统输出牵引电制动命令使列车减速；

若牵引电制动失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电子切断曲线时，运控系统输出电子切断命令，暂时切断地面牵引控制系统对磁浮列车输出的牵引力；

若牵引电子切断失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电气切断曲线时，运控系统输出电气切断命令，彻底切除牵引力；

若列车速度突破了安全制动曲线，运控系统应输出安全制动命令使列车减速直至停车；

所述运控系统包括分区运控系统和车载运控系统。

12.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述制动控制权转移策略包括：

分区运控系统将控制权转移给车载运控系统，并向车载运控系统提供用于生成安全制动命令的相关信息；

所述相关信息包括列车移动授权、线路数据、速度防护曲线。

13.根据权利要求1所述的列车安全制动控制流程的确定方法，其特征在于，

所述控制流程包括分区运控系统控制流程和车载运控系统控制流程。

14.一种列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，所述确定系统包括：

设置模块，用于设置安全制动相关接口，并确定所述安全制动相关接口的分布和约束关系；

第一制定模块，用于根据所述安全制动相关接口的分布和约束关系确定安全制动命令的生成过程和功能分配并制定安全制动的运营目标；

第二制定模块，用于根据所述运营目标确定安全制动控制策略，包括列车超速分级防护策略和制动控制权转移策略；

设计模块，用于根据所述安全制动控制策略设计列车安全制动控制流程。

15.根据权利要求14所述的列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，

所述设置模块中设置的安全制动相关接口包括牵引电子切断接口、牵引电气切断接口、牵引电制动接口和安全制动接口；

所述安全制动相关接口的分布和约束关系为：

所述牵引电子切断接口、牵引电气切断接口和牵引电制动接口均设置在地面/轨旁，与分区运控系统直接连接；

所述安全制动接口设置在列车上，与车载运控系统直接连接；

所述牵引电子切断接口生效或牵引电气切断接口生效后，则牵引电制动接口无法生效。

16.根据权利要求14所述的列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，

所述第一制定模块用于生成安全制动命令，具体包括：

计算列车移动授权，确定列车的运行方向、移动范围以及行进路径；

生成列车移动授权覆盖范围内的线路数据；

根据列车移动授权和线路数据生成速度防护曲线；

根据所述速度防护曲线监控列车速度，根据列车速度和速度防护曲线之间的关系生成不同的安全制动命令。

17.根据权利要求14所述的列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，

所述第一制定模块中功能分配包括：

生成列车移动授权、环境限速、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线、牵引电制动曲线以及牵引电子切断接口控制、电气切断接口控制和牵引电制动接口控制由分区运控系统独立完成；

线路静态限速、线路坡度在分区运控系统提供列车移动授权信息的前提下可由车载运控系统生成；

安全制动曲线在分区运控系统提供列车移动授权、临时限速和环境限速信息的前提下可由车载运控系统生成；

安全制动接口控制由车载运控系统响应控制命令后操作。

18.根据权利要求14所述的列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，

所述第二制定模块用于制定列车超速分级防护策略，具体包括：

将速度防护曲线划分防护等级，包括牵引电制动曲线、牵引电子切断曲线、牵引电气切断曲线和安全制动曲线；

根据所述防护等级对列车超速进行逐级防护；

若列车速度低于牵引电制动曲线，则运控系统不干涉列车的运行；

若列车速度超过牵引电制动曲线，则运控系统输出牵引电制动命令使列车减速；

若牵引电制动失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电子切断曲线时，运控系统输出电子切断命令，暂时切断地面牵引控制系统对磁浮列车输出的牵引力；

若牵引电子切断失效或减速效果不符合预期，在列车速度突破牵引电气切断曲线时，运控系统输出电气切断命令，彻底切除牵引力；

若列车速度突破了安全制动曲线，运控系统应输出安全制动命令使列车减速直至停车；

其中，所述运控系统包括分区运控系统和车载运控系统。

19.根据权利要求14所述的列车安全制动控制流程的确定系统，其特征在于，

所述第二制定模块用于制定制动控制权转移策略，具体包括：

分区运控系统将控制权转移给车载运控系统，并向车载运控系统提供用于生成安全制动命令的相关信息；

所述相关信息包括列车移动授权、线路数据和速度防护曲线。

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