CN115848418A - 一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通领域，公开了一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法及装置。该方法对于需要虚拟解耦或虚拟耦合的列车，通过调整前车和后车的速度实现解耦和耦合，其中，可以根据前车和后车解耦后的线路情况和耦合前的线路情况，按不同的应用情况控制前车和后车的间距；同时本发明以最小安全追踪距离作为解耦或耦合完成的依据，改进了计算最小安全追踪距离的方法。本发明可以获得列车间更精确的最小安全追踪距离，实现在不同应用场景下列车进行解耦或耦合的灵活变化，提高了列车的作业效率。

Description

一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法及 装置

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法及装置。

背景技术

随着城市轨道交通的快速发展，线网规模日益扩大，客流的时空分布特征愈加复杂，如何在控制运营成本的同时提高线路的服务质量成为了运营商和乘客较为关注的问题。虚拟编队的运营组织技术是基于车车之间的无线通信，利用信号系统进行虚拟解耦或耦合操作代替利用车钩进行车辆的解编或联挂操作，较大程度提高了作业效率，实现了列车编组数量的灵活变化。当停车区域长度无法满足虚拟耦合编队的停靠作业时，或者虚拟耦合编队中多个列车编组单元需要前往或来自不同方向的线路时，列车可以在区间进行虚拟解耦或者耦合作业，能够减少列车的停站时间以及充分利用线路的通过能力。

目前，一些控制虚拟编队列车方法仅考虑解耦或耦合过程中列车的运动过程，没有考虑到列车区间虚拟动态解耦和耦合作业时的具体应用场景；另一些控制虚拟编队列车方法虽然考虑到了列车运动过程的具体应用场景，但没有考虑列车参数、区间长度和区间限速等因素对列车运动过程的影响。

发明内容

本发明提供了一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法及装置，可以获得列车间更精确的最小安全追踪距离；实现了在不同应用场景下列车进行解耦或耦合的灵活变化；提高了列车的作业效率。

为了解决上述技术问题，本发明的第一实施例提供了一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法，包括：

当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元；

当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦；

第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同；

若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地；

若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

本发明对于需要虚拟解耦的列车，控制前车和后车作为虚拟编队出站；当虚拟编队接收到解耦指令时，开始解耦；当前车和后车之间的间距达到硬撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成解耦；完成解耦后前车和后车作为独立编组前往各自的目的地，若两车的目的地相同，则两车之间的间距要满足目的车站的最小接车间隔，若两车通过道岔去往不同的目的地，则两车之间的间距要满足通过道岔的安全间隔。本发明以最小安全追踪距离作为解耦完成的依据，能更容易判断虚拟编队的耦合状态；在完成解耦后，能根据列车的不同的运动场景，提供不同的控制方案，提高了控制列车运动方法的灵活性。

进一步地，所述当第一虚拟编队接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，具体为：

当第一虚拟编队接收到解耦指令时，将第一虚拟编队的速度调整至解耦目标速度；

当第一虚拟编队的速度达到解耦目标速度时，控制第一前车以解耦目标速度匀速行驶，调整第一后车的速度至制动目标速度，并以制动目标速度匀速行驶。

本发明在接收到解耦指令时，先将虚拟编队的速度调整成解耦目标速度准备解耦；通过保持前车的解耦目标速度和调整后车的速度至制动目标速度来实现列车解耦，仅需调整列车的速度就可以控制虚拟编队进行解耦，极大地提高了列车的作业效率。

进一步地，所述若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，还包括：

控制第一前车直向通过道岔，第一后车侧向通过道岔。

本发明由于列车侧向通过道岔会受到速度限制，所以为了保证列车的行驶安全，在前车和后车通过道岔前往不同道路时，控制前车直向通过道岔，后车侧向通过道岔，以减少解耦过程中列车工况的频繁变化。

进一步地，所述软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L_vd为软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；t₂为第一后车通信延迟、设备反应和动力切断的时间；

为第一后车最大牵引加速度；t₃为第一后车制动建立前时间；t₄为第一后车制动建立时间；α为第一后车制动建立阶段的紧急制动率；v_A为第一前车制动时的初始速度；/>

为第一前车最大制动减速度；L_vs为虚拟耦合情况下第一前车和第一后车间的安全防护距离。

本发明的软撞墙模式下的最小安全追踪距离做出了改进，计算软撞墙模式下的最小安全追踪距离主要是根据列车的参数，其中还增加考虑了后车制动建立的过程，为列车区间虚拟动态解耦和耦合状态的判断提供了依据，保障了列车的行驶安全。

相应的，本发明第一实施例提供了一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制装置，包括：第一速度控制模块、第一调整模块、第一判断模块、第一间距控制模块和第二间距控制模块；

所述第一速度控制模块用于当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元；

所述第一调整模块用于当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦；

所述第一判断模块用于第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同；

所述第一间距控制模块用于若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地；

所述第二间距控制模块用于若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

本发明第一实施例对于需要虚拟解耦的列车，通过调整前车和后车的速度实现解耦，其中，可以根据前车和后车解耦后的线路情况，按不同的应用情况控制前车和后车的间距；同时本发明以最小安全追踪距离作为解耦或耦合完成的依据，改进了计算最小安全追踪距离的方法。本发明可以获得列车间更精确的最小安全追踪距离，实现在不同应用场景下列车进行解耦的灵活变化，提高了列车的作业效率。

本发明第二实施例提供了一种基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法，包括：

当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元；

若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站；

若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站；

出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；

当第二前车和第二后车接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合；

第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

本发明对于需要虚拟耦合的列车，控制前车和后车作为独立编组出站，其中，若两车来自同一行驶线路，则两车间距需满足出发车站的最小发车间隔，若两车来自道岔的不同的行驶线路，则两车间距需满足道岔的安全间隔；出站后，两车的间距要大于硬撞墙模式下的最小安全追踪距离；当前车和后车接收到耦合指令时，开始耦合；当前车和后车之间的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成耦合；完成耦合后前车和后车作为虚拟编队前往目的地。本发明以最小安全追踪距离作为耦合完成的依据，能更容易判断虚拟编队的耦合状态；在完成解耦后，能根据列车的不同的运动场景，提供不同的控制方案，提高了控制列车运动方法的灵活性。

进一步地，所述当第二前车和第二后车接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，具体为：

当第二前车接收到耦合指令时，调整第二前车的速度至耦合目标速度，并以耦合目标速度匀速行驶；

当第二后车接收到耦合指令时，调整第二后车的速度至牵引目标速度，并以牵引目标速度匀速行驶；

调整第二后车的速度至耦合目标速度；其中，调整第二后车的速度的时间由第二前车和第二后车的行驶距离决定，以使第二后车的速度达到耦合目标速度时，第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离。

本发明接收到耦合指令时，分别调整前车和后车的速度至耦合目标速度，当前车和后车的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成耦合，仅需调整列车的速度就可以控制虚拟编队进行解耦，极大地提高了列车的作业效率。

进一步地，所述若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，还包括：

控制第二前车侧向通过道岔，第二后车直向通过道岔。

本发明由于列车侧向通过道岔会受到速度限制，所以为了保证列车的行驶安全，在前车和后车需要通过道岔进行耦合时控制前车侧向通过道岔，后车直向通过道岔，以减少解耦过程中列车工况的频繁变化。

进一步地，所述软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L′_vd为软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；t₂′为第二后车通信延迟、设备反应和动力切断的时间；

为第二后车最大牵引加速度；t₃′为第二后车制动建立前时间；t₄′为第二后车制动建立时间；α′第二后车制动建立阶段的紧急制动率；v_A′为第二前车制动时的初始速度；/>

为第二前车最大制动减速度；L′_vs为虚拟耦合情况下第二前车和第二后车间的安全防护距离。

相应的，本发明第二实施例提供了一种基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制装置，包括：第二判断模块、第三间距控制模块、第四间距控制模块、第五间距控制模块、第二调整模块和行驶模块；

所述第二判断模块用于当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元；

所述第三间距控制模块用于若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站；

所述第四间距控制模块用于若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站；

所述第五间距控制模块用于出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；

所述第二调整模块用于当接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合；

所述行驶模块用于第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

本发明第二实施例对于需要虚拟耦合的列车，在出站时根据前车和后车的线路情况，按不同的应用情况控制前车和后车的间距；在接收到耦合信号时，通过调整前车和后车的速度实现耦合；同时本发明以最小安全追踪距离作为解耦或耦合完成的依据，改进了计算最小安全追踪距离的方法。本发明可以获得列车间更精确的最小安全追踪距离，实现在不同应用场景下列车进行耦合的灵活变化，提高了列车的作业效率。

附图说明

图1为本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法的一种实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的硬撞墙模式下的列车制动速度的一种示意图；

图3为本发明提供的软撞墙模式下的列车制动速度的一种示意图；

图4为本发明提供的列车最小安全追踪距离计算相关参数的一种示意图；

图5为本发明提供的列车最小安全距离与初始速度关系的一种示意图；

图6为本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法的一种实施例的流程示意图；

图7为本发明提供的区间虚拟动态解耦的一种流程示意图；

图8为本发明提供的同一线路区间虚拟动态解耦过程的一种示意图；

图9为本发明提供的不同线路区间虚拟动态解耦过程的一种示意图；

图10为本发明提供的同一线路下列车动态解耦相关参数的一种示意图；

图11为本发明提供的解耦列车速度的一种示意图；

图12为本发明提供的同一线路下列车动态解耦运行数据的一种示意图；

图13本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法的一种实施例的结构示意图；

图14为本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法的一种实施例的流程示意图；

图15为本发明提供的区间虚拟动态耦合的一种流程示意图；

图16为本发明提供的同一线路区间虚拟动态耦合过程的一种示意图；

图17为本发明提供的不同线路区间虚拟动态耦合过程的一种示意图；

图18为本发明提供的耦合列车速度的一种示意图；

图19为本发明提供的同一线路下列车动态耦合运行数据的一种示意图；

图20本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

实施例1

如图1所示，本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦和耦合控制方法，首先需要获取列车、车站和线路的相关参数，通过上述参数计算移动闭塞和虚拟耦合情况下列车的最小安全追踪距离。本发明根据前车和后车出发车站和目的车站的不同对其应用场景进行分类，基于不同的场景在考虑列车性能、区间长度、区间限速和安全间隔等因素的基础上提供一种前车和后车在区间虚拟动态解耦和耦合的运动过程。

在本发明第一实施例中，独立编组和虚拟编队状态的区别之一是前车和后车间列车安全追踪距离的不同，列车在区间虚拟动态解耦和耦合的实现首先需要确定列车在不同速度下基于移动闭塞和车车通信技术的最小安全追踪距离。

在本发明第一实施例中，在传统移动闭塞下，后车以运行前方列车的车尾位置作为追踪目标点，此时的硬撞墙模式下的最小安全追踪距离不受前车速度的影响。如图2所示，是本发明提供的硬撞墙模式下的列车制动速度的一种示意图。阶段Ⅰ中前车速度突变为0，后车经历设备反应时间内的匀速运行阶段Ⅱ和以最大制动工况运行的减速阶段Ⅲ。其中，硬撞墙模式下的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L_md为硬撞墙模式下的最小安全追踪距离；v_B为后车制动时的初始速度，t₁为后车的车载设备反应时间；

为后车的最大制动减速度；L_ms为移动闭塞下列车间的安全防护距离。

在本发明第一实施例中，在列车虚拟耦合情况下，前车和后车以相同的速度运行，后车以前车制动后的车尾位置作为追踪目标点，此时的软撞墙模式下的最小追踪距离受到前车速度的影响。如图3所示，是本发明提供的软撞墙模式下的列车制动速度的一种示意图。考虑最不利情况下列车的制动过程，前车和后车的运行速度可能存在一定偏差，前车经过采用最大制动工况运行的减速阶段Ⅰ，后车经过通信延迟、设备反应和动力切断的加速阶段Ⅱ、制动建立前的匀速阶段Ⅲ、制动建立的减速阶段Ⅳ和以最大制动工况运行的减速阶段Ⅴ。其中，软撞墙模式下的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L_vd为软撞墙模式下的最小安全追踪距离；t₂为后车通信延迟、设备反应和动力切断的时间；

为后车最大牵引加速度；t₃为后车制动建立前时间；t₄为后车制动建立时间；α为后车制动建立阶段的紧急制动率；v_A为前车制动时的初始速度；/>

为前车最大制动减速度；L_vs为虚拟耦合情况下列车间的安全防护距离。

作为本发明第一实施例的一种举例，列车最小安全追踪距离计算相关参数如图4所示，虚拟耦合编队中前车和后车最大速度差取2km/h，移动闭塞和虚拟耦合条件下列车最小安全追踪距离如图5所示。由图5可知，随着制动初始速度的增加，两种条件下列车最小安全追踪距离的差值逐渐增大，当列车制动初始速度为20km/h，虚拟耦合相较于移动闭塞情况，列车最小安全追踪距离缩短了69.3％，当列车制动初始速度为160km/h，最小安全追踪距离缩短了86.8％。

综上，本发明第一实施例是一种虚拟耦合情况下列车的最小安全追踪距离的计算方法。硬撞墙模式下的最小安全追踪距离，无需考虑前车的影响，是根据后车和行驶线路的相关参数计算的。软撞墙模式下的最小安全追踪距离，计算软撞墙模式下的最小安全追踪距离主要是根据列车的参数，其中还增加考虑了后车制动建立的过程。本发明的提供的最小安全追踪距离为列车区间虚拟动态解耦和耦合状态的判断提供了依据，保障了列车的行驶安全。

实施例2

如图6所示，是本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤105，各步骤具体如下：

步骤101：当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元。

步骤102：当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦。

在本发明第二实施例中，所述当第一虚拟编队接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，具体为：

当第一虚拟编队接收到解耦指令时，将第一虚拟编队的速度调整至解耦目标速度；

当第一虚拟编队的速度达到解耦目标速度时，控制第一前车以解耦目标速度匀速行驶，调整第一后车的速度至制动目标速度，并以制动目标速度匀速行驶。

在本发明第二实施例中，当接收到解耦指令时，先将虚拟编队的速度调整成解耦目标速度准备解耦；通过保持前车的解耦目标速度和调整后车的速度至制动目标速度来实现列车解耦，仅需调整列车的速度就可以控制虚拟编队进行解耦，极大地提高了列车的作业效率。

步骤103：第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同。

步骤104：若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地。

步骤105：若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

在本发明第二实施例中，所述若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，还包括：

控制第一前车直向通过道岔，第一后车侧向通过道岔。

在本发明第二实施例中，由于列车侧向通过道岔会受到速度限制，所以为了保证列车的行驶安全，在前车和后车通过道岔前往不同道路时，控制前车直向通过道岔，后车侧向通过道岔，以减少解耦过程中列车工况的频繁变化。

在本发明第二实施例中，如图7所示，是本发明提供的区间虚拟动态解耦的一种流程示意图，本发明的区间虚拟动态解耦方法大致需要经历3个阶段，第1阶段为虚拟编队加速出站过程，此阶段前车和后车保持软撞墙模式下的最小安全追踪距离。第2阶段为虚拟编队的解耦过程，首先虚拟编队调整为解耦目标速度，解耦指令发出后，前车仍以解耦目标速度匀速运行，后车采用“常用制动－巡航”的操纵方案，减速至制动目标速度后匀速运行，当前车和后车的间距增大为硬撞墙模式下的最小安全追踪距离时成为独立编队，完成虚拟解耦过程。第3阶段为前车和后车作为独立编组在满足安全间隔的前提下前往目的地。其中第3阶段包括两种情况，第一种情况是解耦后前车和后车前往同一线路，则两者需要满足目的车站的最小接车间隔。第二种情况是前车和后车通过道岔前往不同方向线路，则两者需要满足通过道岔的安全间隔。由于列车侧向通过道岔受到速度限制，为了减少解耦过程中列车工况的频繁变化，前车应直向通过道岔，后车应侧向通过道岔。

在本发明第二实施例中，如图8所示，是本发明提供的同一线路区间虚拟动态解耦过程的一种示意图。其中，图8中每个阶段的具体描述为：

阶段a为虚拟编队加速出站过程，其常用加速度为a_C，运行时间为t_a，最大速度为v_a＝a_Ct_a，运行距离为

阶段b为虚拟编队匀速运行过程，运行时间为t_b，运行距离为s_b＝v_at_b。

阶段d为解耦指令发出至解耦完成，前车以解耦目标速度匀速运行过程，运行时间为t_d，运行距离为s_d＝v_vdt_d。

阶段e为解耦后前车作为独立编组以解耦目标速度匀速运行过程，运行时间为t_e，运行距离为s_e＝v_vdt_e。

阶段f为前车减速进站过程，其常用减速度为b_A，运行时间为

行时间为t_h，运行距离为s_h＝v_bst_h。

阶段i、j和k为解耦后的后车运动过程，阶段i中列车可能加速、匀速或减速运行，目的是为了和前车保持目的车站的安全到站间隔，作为一种举例，图8仅展示后车加速运行过程。后车常用加速度为a_B，

拟动态解耦需要满足以下六个条件：

条件一为列车区间运行速度需低于区间最大限速v_max，高于区间最小限速v_min，即v_a≤v_max，v_bs≥v_min且v_j≤v_max。

条件二为阶段d内前车和后车需要从虚拟编队状态转换为独立编组状态，解耦时间T_vd＝t_d＝t_g+t_h。完成虚拟解耦时，前车与后车运行距离之差等于硬撞墙模式下的最小安全追踪距离减去软撞墙模式下的最小安全追踪距离，此时有2种情况：

情况1为阶段g内能完成虚拟解耦，即t_h＝0且

情况2为阶段g内不能完成虚拟解耦，即t_h>0且

条件三为区间虚拟解耦完成后前车作为独立编组，阶段e和阶段f需满足办理其接车进路时间和进站所需时间，列车进站距离为，此时有3种情况：

之差等于前车列车长度和软撞墙模式下最小安全追踪距离之和，其中前车的运行距离为s_A＝s_d+s_e+s_f，后车的运行距离为s_B＝s_g+s_h+s_i+s_j+s_k，即s_B-s_A＝L_td+L_vd。

条件五为前车和后车在目的车站的到站间隔需满足车站的安全接车间隔T_sr，即t_g+t_h+t_i+t_j+t_k-(t_d+t_e+_f)≥T_sr。

条件六为全过程列车运行距离需等于区间实际长度L_se，即L_se＝s_a+s_b+s_c+s_d+s_e+s_f。

在本发明第二实施例中，如图9所示，是本发明提供的不同线路区间虚拟动态解耦过程的一种示意图。其中，图9中每个阶段的具体描述为：

阶段a为虚拟编队加速出站过程，运行时间为t_a，最大速度为v_a＝a_Ct_a，运行距离为

阶段b为虚拟编队匀速运行过程，运行时间为t_b，运行距离为s_b＝v_at_b。

阶段c为虚拟编队调整为解耦目标速度过程，运行时间为

阶段d为解耦指令发出至解耦完成，前车以解耦目标速度匀速运行过程，运行时间为t_d，运行距离为s_d＝v_vdt_d。

阶段e为解耦完成后前车作为独立编组，主线与支线连接处道岔办理其接车进路且前车通过道岔过程，运行时间为t_e，运行距离为s_e＝v_vdt_e。

阶段g为解耦指令发出后，后车减速至制动目标速度的过程，运

行时间为t_h，运行距离为s_h＝v_bst_h。

阶段i和j为解耦后的后车运动过程，阶段i中列车可能加速、匀速或减速运行，目的是为了和前车保持通过道岔的安全间隔，同时要求后车通过道岔速度低于侧向通过道岔的限速，图9仅展示后车减

度曲线，其运动过程和道岔位置与目的车站的距离有关，本发明的方法不关注其具体过程。

在本发明第二实施例中，前车和后车前往不同线路情况下区间虚拟动态解耦需要满足以下六个条件：

条件一为列车区间运行速度需低于区间最大限速，高于区间最小限速，即v_a≤v_max且v_j≥v_min；后车侧向通过道岔，速度需低于道岔限速v_Tmax，即v_j≤v_Tmax。

条件二为阶段d内前车和后车需要从虚拟编队状态转换为独立编组状态，解耦时间T_vd＝t_d＝t_g+t_h。完成虚拟解耦时，前车与后车运行距离之差等于硬撞墙模式下的最小安全追踪距离减去软撞墙模式下的最小安全追踪距离，此时有2种情况：

情况1为阶段g内能完成虚拟解耦，则t_h＝0且

情况2为阶段g内不能完成虚拟解耦，则t_h>0且

条件三为区间虚拟解耦完成后前车作为独立编组，阶段e需满足为其办理道岔接车进路时间和通过道岔时间，道岔区段长度为L_to，即

条件四为阶段d初始时刻解耦指令发出至列车通过道岔，后车与前车运行距离之差等于软撞墙模式下的最小安全追踪距离和前车长度之和，其中前车的运行距离为s_A＝s_d+s_e，后车的运行距离为s_B＝s_g+s_h+s_i+s_j，即s_B-s_A＝L_vd+L_td。

条件五为前车和后车在通过道岔前需保证道岔办理接车进路的最

即L_st＝s_a+s_b+s_c+s_d+s_e-L_to。

作为本发明第二实施例的一种举例，如图10所示，是本发明提供的同一线路下列车动态解耦相关参数的一种示意图。为了探究前车和后车前往同一线路情况下区间虚拟动态解耦过程所需要的最小区间长度，在前车和后车前往同一线路情况下的情况下，虚拟编队加速至解耦目标速度后立即进行解耦作业，同时前车成为独立编组后立即办理目的车站的接车进路，假设前车和后车作为独立编组停靠在目的车站的不同正线，接车作业最小间隔T_sr取43s。图11是解耦目标速度为60km/h的列车运行速度曲线，如图11所示，后车制动目标速度为28km/h，随后加速至34km/h，最终与前车保持最小到站间隔43s。不同解耦目标速度下列车的运行数据如图12所示，随着解耦目标速度的增加，最小解耦区间长度也逐渐增加，市区线区间长度通常小于1km，建议解耦目标速度设置在30－70km/h，市郊线和城际线区间长度可能超过3km，因此解耦目标速度在30－160km/h范围内均适用。

相应的，如图13所示，是本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制装置的一种实施例的结构示意图，该装置包括第一速度控制模块301、第一调整模块302、第一判断模块303、第一间距控制模块304和第二间距控制模块305；

第一速度控制模块301用于当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元；

第一调整模块302用于当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦；

第一判断模块303用于第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同；

第一间距控制模块304用于若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地；

第二间距控制模块305用于若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

综上，本发明第二实施例对于需要虚拟解耦的列车，控制前车和后车作为虚拟编队出站；当虚拟编队接收到解耦指令时，开始解耦；当前车和后车之间的间距达到硬撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成解耦；完成解耦后前车和后车作为独立编组前往各自的目的地，若两车的目的地相同，则两车之间的间距要满足目的车站的最小接车间隔，若两车通过道岔去往不同的目的地，则两车之间的间距要满足通过道岔的安全间隔。本发明以最小安全追踪距离作为解耦完成的依据，能更容易判断虚拟编队的耦合状态；在完成解耦后，能根据列车的不同的运动场景，提供不同的控制方案，提高了控制列车运动方法的灵活性。

实施例3

如图14所示，是本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤201至步骤206，各步骤具体如下：

步骤201：当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元。

步骤202：若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站。

步骤203：若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站。

在本发明第三实施例中，所述若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，还包括：

控制第二前车侧向通过道岔，第二后车直向通过道岔。

在本发明第三实施例中，由于列车侧向通过道岔会受到速度限制，所以为了保证列车的行驶安全，在前车和后车需要通过道岔进行耦合时控制前车侧向通过道岔，后车直向通过道岔，以减少解耦过程中列车工况的频繁变化。

步骤204：出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离。

步骤205：当接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合。

在本发明第三实施例中，所述当第二前车和第二后车接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，具体为：

当第二前车接收到耦合指令时，调整第二前车的速度至耦合目标速度，并以耦合目标速度匀速行驶；

当第二后车接收到耦合指令时，调整第二后车的速度至牵引目标速度，并以牵引目标速度匀速行驶；

调整第二后车的速度至耦合目标速度；其中，调整第二后车的速度的时间由第二前车和第二后车的行驶距离决定，以使第二后车的速度达到耦合目标速度时，第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离。

在本发明第三实施例中，在接收到耦合指令时，分别调整前车和后车的速度至耦合目标速度，当前车和后车的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成耦合，仅需调整列车的速度就可以控制虚拟编队进行解耦，极大地提高了列车的作业效率。

步骤206：第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

在本发明第三实施例中，如图15所示，是本发明提供的区间虚拟动态耦合的一种流程示意图，本发明的区间虚拟动态耦合方法大致需要经历3个阶段，第1阶段为前车和后车作为独立编组分别加速出站过程，此阶段前车和后车的间隔需大于硬撞墙模式下的最小安全追踪距离。第2阶段为虚拟编队的耦合过程，前车以耦合目标速度匀速运行，后车调整为牵引目标速度后匀速运行，随后减速至耦合目标速度，当前车和后车的间距减小为软撞墙模式下的最小安全追踪距离时成为虚拟编队，完成虚拟耦合过程。第3阶段为前车和后车作为虚拟编队前往目的地。其中第1阶段包括两种情况，第一种情况是前车和后车来自同一线路，则两者需要满足出发车站的最小发车间隔。第二种情况是前车和后车来自不同线路，通过两线路连接处道岔后进行虚拟耦合，则两者需要满足通过道岔的安全间隔，由于列车侧向通过道岔受到速度限制，为了减少耦合过程中列车工况的频繁变化，前车应侧向通过道岔，后车应直向通过道岔。

在本发明第三实施例中，如图16所示，是本发明提供的同一线路区间虚拟动态耦合过程的一种示意图。其中，图16中每个阶段的具体描述为：

阶段a为前车加速出站过程，其常用加速度为a_A，最大运行速度

距离为s_b＝v_cst_b。

阶段c为后车加速出站过程，最大运行速度为牵引目标速度v_ts，

距离为s_d＝v_tst_d。

阶段e为后车减速至耦合目标速度过程，运行时间为

运行距离为

阶段f和阶段g为虚拟编队匀速运行和减速进站阶段，运行时间

拟动态解耦需要满足以下五个条件：

条件一为耦合目标速度需高于区间最低限速，即v_min≤v_cs；后车牵引目标速度需低于区间最高限速，高于耦合目标速度，即v_cs<v_Bmax≤v_max。

条件二为后车出发时发出虚拟耦合指令，前车和后车需要从独立编组状态转换为虚拟编队状态，耦合时间为T_cs＝t_c+t_d+t_e，其中前车的运行距离为s_A＝s_a+s_b，后车的运行距离为s_B＝s_c+s_d+s_e，前车与后车运行距离之差等于软撞墙模式下的最小安全追踪距离和前车长度之和，即s_A-s_B＝L_vd+L_td。

条件三为前车和后车需保持出发车站的最小发车间隔T_sd，即t_a+t_b-(t_c+t_d+t_e)≥T_sd。

条件四为区间虚拟耦合完成后前车和后车作为虚拟编队，阶段f和阶段g需满足办理其接车进路时间和列车进站时间，此时有3种情况：

L_se＝s_a+s_b+s_f+s_g。

在本发明第三实施例中，如图17所示，是本发明提供的不同线路区间虚拟动态解耦过程的一种示意图。其中，图17中每个阶段的具体描述为：

阶段a为前车通过道岔过程，运行速度为v_a，运行时间为

运行距离为L_to。

距离为s_c＝v_cst_c。

阶段d为后车道岔前运行及通过道岔过程，列车可能加速、匀速或减速运行，目的是为了和前车保持通过道岔的安全间隔，本方面不关注其具体运动过程，图17仅展示后车匀速运行过程，运行时间为t_d，运行距离为s_d＝v_tst_d。

阶段e为后车以牵引目标速度匀速运行过程，运行时间为t_e，运行距离为s_e＝v_tst_e。

阶段f为后车减速至耦合目标速度过程，运行时间为

运行距离为

阶段g和阶段h为虚拟编队匀速运行和减速进站过程，运行时间

拟动态解耦需要满足以下五个条件：

条件一为前车侧向通过道岔，其速度需低于道岔限速，高于区间最低限速，即v_min≤v_a≤v_Tmax；后车牵引目标速度需低于区间最高限速，高于耦合目标速度，即v_cs<v_ts≤v_max。

条件二为前车和后车在通过道岔前需保证道岔办理接车进路的时

编组状态转换为虚拟编队状态，耦合时间为T_cs＝t_e+t_f，其中通过道岔后前车的运行距离为s_A＝s_b+s_c，后车的运行距离为s_B＝s_e+s_f，前车与后车运行距离之差等于软撞墙模式下的最小安全追踪距离和前车长度之和，即s_A-s_B＝L_vd+L_td。

条件四为区间虚拟耦合完成后前车和后车作为虚拟编队，阶段g和阶段h需满足办理其接车进路和列车进站时间，此时有3种情况：

离L_ts，即L_ts＝s_b+s_c+s_g+s_h。

作为本发明第三实施例的一种举例，为了探究前车和后车来自同一线路情况下区间虚拟动态耦合过程所需要的最小区间长度，市区线设置区间最高限速为80km/h，市郊线和城际线设置区间最高限速为160km/h。此场景中假设前车和后车作为独立编组停靠在出发车站的不同正线，最小发车作业间隔T_sd取43s，前车和后车耦合为虚拟编队后立即办理目的车站的接车进路。图18是耦合目标速度为60km/h，区间最高限速为80km/h的列车运行速度曲线，如图18所示，两车发车间隔为43s，后车牵引目标速度为80km/h。不同耦合目标速度下列车的运行数据如图19所示，随着耦合目标速度的增加，最小耦合区间长度也逐渐增加，市区线区间长度通常小于1km，适用耦合目标速度仅为20－30km/h，因此不建议市区线进行区间虚拟耦合作业，市郊线和城际线区间长度可能超过3km，因此耦合目标速度在20－80km/h范围内均适用。

相应的，如图20所示，是本发明提供的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制装置的一种实施例的结构示意图，该装置包括第二判断模块401、第三间距控制模块402、第四间距控制模块403、第五间距控制模块404、第二调整模块405和行驶模块406；

第二判断模块401用于当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元；

第三间距控制模块402用于若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站；

第四间距控制模块403用于若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站；

第五间距控制模块404用于出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；

第二调整模块405用于当接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合；

行驶模块406用于第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

综上，本发明的第三实施例对于需要虚拟耦合的列车，控制前车和后车作为独立编组出站，其中，若两车来自同一行驶线路，则两车间距需满足出发车站的最小发车间隔，若两车来自道岔的不同的行驶线路，则两车间距需满足道岔的安全间隔；出站后，两车的间距要大于硬撞墙模式下的最小安全追踪距离；当前车和后车接收到耦合指令时，开始耦合；当前车和后车之间的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离时，完成耦合；完成耦合后前车和后车作为虚拟编队前往目的地。本发明以最小安全追踪距离作为耦合完成的依据，能更容易判断虚拟编队的耦合状态；在完成解耦后，能根据列车的不同的运动场景，提供不同的控制方案，提高了控制列车运动方法的灵活性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法，其特征在于，包括：

当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元；

当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦；

第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同；

若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地；

若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

2.根据权利要求1所述的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法，其特征在于，所述当第一虚拟编队接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，具体为：

当第一虚拟编队接收到解耦指令时，将第一虚拟编队的速度调整至解耦目标速度；

当第一虚拟编队的速度达到解耦目标速度时，控制第一前车以解耦目标速度匀速行驶，调整第一后车的速度至制动目标速度，并以制动目标速度匀速行驶。

3.根据权利要求1所述的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法，其特征在于，所述若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，还包括：

控制第一前车直向通过道岔，第一后车侧向通过道岔。

4.根据权利要求1所述的基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制方法，其特征在于，所述软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L_vd为软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；t₂为第一后车通信延迟、设备反应和动力切断的时间；

为第一后车最大牵引加速度；t₃为第一后车制动建立前时间；t₄为第一后车制动建立时间；α为第一后车制动建立阶段的紧急制动率；v_A为第一前车制动时的初始速度；/>

为第一前车最大制动减速度；L_vs为虚拟耦合情况下第一前车和第一后车间的安全防护距离。

5.一种基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法，其特征在于，包括：

当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元；

若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站；

若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站；

出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；

当接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合；

第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

6.根据权利要求5所述的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法，其特征在于，所述当第二前车和第二后车接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，具体为：

当第二前车接收到耦合指令时，调整第二前车的速度至耦合目标速度，并以耦合目标速度匀速行驶；

当第二后车接收到耦合指令时，调整第二后车的速度至牵引目标速度，并以牵引目标速度匀速行驶；

调整第二后车的速度至耦合目标速度；其中，调整第二后车的速度的时间由第二前车和第二后车的行驶距离决定，以使第二后车的速度达到耦合目标速度时，第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下的最小安全追踪距离。

7.根据权利要求5所述的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法，其特征在于，所述若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，还包括：

控制第二前车侧向通过道岔，第二后车直向通过道岔。

8.根据权利要求5所述的基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制方法，其特征在于，所述软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离，具体为：

其中，L′_vd为软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；t′₂为第二后车通信延迟、设备反应和动力切断的时间；

为第二后车最大牵引加速度；t′₃为第二后车制动建立前时间；t′₄为第二后车制动建立时间；α′第二后车制动建立阶段的紧急制动率；v′_A为第二前车制动时的初始速度；/>

为第二前车最大制动减速度；L′_vs为虚拟耦合情况下第二前车和第二后车间的安全防护距离。

9.一种基于节能虚拟编队的列车动态解耦控制装置，其特征在于，包括：第一速度控制模块、第一调整模块、第一判断模块、第一间距控制模块和第二间距控制模块；

所述第一速度控制模块用于当第一前车和第一后车组成的第一虚拟编队在行驶中需要解耦时，控制第一虚拟编队加速出站，且控制第一前车和第一后车的间距大于软撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离；其中，第一前车和第一后车分别包括一个或多个列车编组单元；

所述第一调整模块用于当接收到解耦指令时，调整第一前车和第一后车的速度，待第一前车和第一后车的间距达到硬撞墙模式下第一前车和第一后车的最小安全追踪距离时，完成解耦；

所述第一判断模块用于第一前车和第一后车完成解耦后，判断第一前车和第一后车完成解耦后的行驶线路是否相同；

所述第一间距控制模块用于若第一前车和第一后车前往同一条行驶线路，则控制第一前车和第一后车的间距满足目的车站的最小接车间隔，且作为独立编组前往目的地；

所述第二间距控制模块用于若第一前车和第一后车通过道岔前往不同方向的行驶线路，则控制第一前车和第一后车间距满足通过道岔的安全间隔，且作为独立编组前往目的地。

10.一种基于节能虚拟编队的列车动态耦合控制装置，其特征在于，包括：第二判断模块、第三间距控制模块、第四间距控制模块、第五间距控制模块、第二调整模块和行驶模块；

所述第二判断模块用于当第二前车和第二后车在行驶中需要耦合时，判断第二前车和第二后车在耦合前的行驶线路是否相同；其中，第二前车和第二后车分别包括一个或多个列车编组单元；

所述第三间距控制模块用于若第二前车和第二后车来自同一行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足出发车站的最小发车间隔，分别作为独立编组出站；

所述第四间距控制模块用于若第二前车和第二后车来自道岔的不同行驶线路，则控制第二前车和第二后车的间距满足道岔的安全间隔，分别作为独立编组出站；

所述第五间距控制模块用于出站后，控制第二前车和第二后车的间距大于硬撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离；

所述第二调整模块用于当接收到耦合指令时，调整第二前车和第二后车的速度，待第二前车和第二后车的间距达到软撞墙模式下第二前车和第二后车的最小安全追踪距离时，完成耦合；

所述行驶模块用于第二前车和第二后车完成耦合后，作为第二虚拟编队前往目的地。

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