CN117261968A - 一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质，方法包括：步骤S11：列车根据电子地图、轨旁设备及测速系统计算列车的位置、速度信息，根据紧急制动平均减速度计算出制动阶段的等效制动率；步骤S12：后车实时获取前车信息；步骤S13：后车根据前车的实时状态，规划前车制动模型；步骤S14：后车根据本车的实时状态计算本车最不利情况下的安全制动曲线；步骤S15：后车将前车最有利情况的安全制动曲线和本车最不利情况的安全制动曲线揉合，结合时空避撞规则计算出相对制动距离的追踪曲线。该存储介质存储了用来执行上述方法的计算机程序。本发明具有原理简单、能够提高编队内列车间安全性等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到城市轨道交通中的虚拟联挂技术领域，特指一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质。
背景技术
随着交通线路规模不断增大与乘客流量的日益增加，部分线路或者局部区域运力供给与客流需求间矛盾较为突出，潮汐客流、共线线路、大站快车等运营场景下的痛点问题日益凸显。
目前，交通线路多采用固定编组列车单线运营，控制系统按照固定间隔运行，难以通过灵活调配列车的车辆数量，满足不同运力的需求，存在部分线路、区段运力不足，部分线路、区段运力浪费的情况。
为解决上述问题，虚拟联挂技术应运而生。虚拟联挂是指列车间通过无线通信传输、主动感知获取相邻车的协同感知消息，打破既有闭塞限制，实现无需物理车钩的车-车的联挂。列车可以在运行过程中动态改变自己的“构成”，根据客流情况灵活配置编组，根据不同区段、时段的客流需求而改变列车编组，从而较好地适应客流时间及空间分布规律。虚拟联挂将构建基于客流变化的列车动态灵活编组，实现列车在智能调度下的多车协同控制运行，虚拟联挂已成为行业公认的列车运行控制系统未来的创新发展方向。
虚拟联挂系统中，成员列车之间进一步缩小了追踪间隔，最终的期望是替换在两个或多个列车之间的物理联挂机制以提高线路运量。虚拟联挂的核心技术为编组成员车间隔在安全防护的基础上进一步缩短，基于绝对制动距离的控制模式无法进一步缩短列车间的追踪间隔，基于相对制动距离的控制模式是编队间列车追踪的基本思想。
相对制动距离的模型依赖两车相互间的信息交互，利用了前车的速度等信息，预估前车向前运行停车时刻的位置，并考虑一定的保护距离裕量，后车防护点设置为前车当前尾部位置之前的某个位置。在既有的文献及专利中对于相对制动距离模型都有提及和研究，根据前后两车运行的距离关系建立追踪模型或同时考虑前后列车制动性能的差异再增加时间维度而建立追踪模型，都是在IEEE-1474的基本安全制动模型的基础上考虑前后车时空关系得出后车的安全防护模型。后车在进行安全防护模型规划时，对于前车考虑其最有利情况下的制动距离，一般都只考虑制动阶段的走行距离。
有从业者提出中国专利申请“列车制动方法、装置、电子设备和存储介质”(CN113401183 A)，该发明提供一种列车制动方法，装置、电子设备和存储介质，其中方法包括：确定当前列车的ATP防护曲线，ATP防护曲线是基于当前列车的顶棚EB限速曲线、目标EB限速曲线和跟踪EB限速曲线中的最小值确定的，其中EB限速曲线反映各位置点与紧急制动触发速度之间的对应关系，目标EB限速曲线中紧急制动触发速度是从对应位置点制动到目标停车位置点时达到预设目标速度的触发速度，跟踪EB限速曲线中紧急制动触发速度是从对应位置点制动到目标停车位置点停车的触发速度；基于ATP防护曲线控制当前列车进行制动，使当前列车能够按照列车与列车之间的最小追踪间隔行车，在保证行车密度的基础上，提高了运量，减少牵引能耗、实现了节能减排。该技术方案的不足之处就在于：虽然，提出了列车追踪时，后车根据相对制动距离计算安全防护模型的基本思路。但是，该模型仍以IEEE-1474的安全制动模型为基础，仅考虑了前车的速度特性，即前车速度不为零的情况下，后车追踪前车时的安全防护模型，并未对列车的制动的整个过程进行深入的分析，得到的模型也不为最优模型。
另有从业者提出中国专利申请协同编队列车安全防护方法、装置、设备、系统及介质(CN 114132366 A)，该发明公开了一种协同编队列车安全防护方法、装置、设备、系统及介质，该方法包括：获取第一列车与第二列车的运行状态信息和距离信息，以及第一列车和第二列车对应编队的可碰撞速度，其中，第一列车与第二列车为编队中相邻两辆列车；在第一列车处于紧急制动阶段的情况下，根据第二列车所处的行车阶段、运行状态信息、距离信息和可碰撞速度，建立安全防护模型；根据安全防护模型，确定第二列车的安全防护速度，其中，安全防护速度用于第二列车与第一列车不碰撞，或者以不大于可碰撞速度的速度发生碰撞。根据本申请实施例，能够解决前车与后车的停车时间间隔变长，编队列车的进出站效率低的问题。该技术方案的不足之处就在于：以IEEE-1474的安全防护模型为基础，根据前车当前所处的防护曲线的的状态及当前状态下停车需要的时间与后车当前所处的状态及停车需要的时间区分不同的场景，在不同场景下建模实时计算每一时刻前后车间距离，当此距离大于0时，前后车不会相撞。此种处理方式从理论是是可行的，但是信号在实际执行过程中，并不知道自身当前处于制动模型的哪个阶段，所以实际无法实施。
另有从业者提出中国专利申请“一种基于相对速度的列车安全追踪防护方法和装置”(CN 111845862 A)该发明实施例提供了一种基于相对速度的列车安全追踪防护方法和装置，所述方法包括：步骤1，追踪运行的前车和后车利用电子地图及自主测速定位信息结合列车性能，分别得到本列车在停车过程中的安全时空轨迹信息；步骤2，利用车车之间通信方式，所述后车获得所述前车的所述安全时空轨迹信息；步骤3，所述后车结合所述前车和所述后车的安全时空轨迹信息，按照任意时刻后车的位置不能超所述前车位置的约束建立安全条件，求解所述后车的紧急制动触发EBI速度；步骤4，所述后车比较所述后车的当前测量速度v2(t0)是否超过所述后车的EBI速度E2(t0)；若v2(t0)＞E2(t0)，则输出紧急制动指令，使所述后车减速至停车。该技术方案的不足之处就在于：根据前后车的制动性能将前后车位置波函数建模为分段函数，再根据前后车可能的组合对两车位置进行分析，保证两车间实时位置不相撞即可保证两车的追踪安全。在实际实施过程中，由于前后车的通信延迟实际的时空状态及当前列车所处阶段获取不到，在实际中指导意义有限。
另有从业者提出“面向虚拟编组的列控技术研究,铁道标准设计(2019.6：156-159)，该文章介绍虚拟编组的研究背景和基本理念，分析既有欧洲列控系统(ETCS)在应用该技术时面临的问题，旨在提出面向虚拟编组的列控技术实现方案。根据列车间隔控制是否由列控系统进行防护，提出两种方案，并描述它们的基本原理和既有ETCS规范需要变动的内容。在基于列控系统防护的方案中，引入相对制动距离的概念，并提出一种基于相对制动距离的限速曲线计算方法，为下一代列控系统的研究提供参考。该技术方案的不足之处就在于：针对两车追踪的相对制动距离模型分别从空间和时间两个维度进行建模，最后取两个模型的最小值作为后车的安全防护曲线。作为两车追踪的基本模型，仅考虑了前车的速度并未对列车的制动的整个过程进行深入的分析，得到的模型仍有提升空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、能够提高编队内列车间安全性、能够提高编队列车运营效率的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其包括：
步骤S11：列车根据电子地图、轨旁设备及测速系统计算列车的位置、速度信息，根据紧急制动平均减速度计算出制动阶段的等效制动率；
步骤S12：后车实时获取前车位置、速度、加速度、牵引/制动状态、紧急制动实施状态、制动气缸相关参数信息；
步骤S13：后车根据前车的实时状态，判断前车的制动方式、制动状态、制动设备相关信息规划前车制动模型；
步骤S14：后车根据本车的实时状态计算本车最不利情况下的安全制动曲线；
步骤S15：后车将前车最有利情况的安全制动曲线和本车最不利情况的安全制动曲线揉合，结合时空避撞规则计算出相对制动距离的追踪曲线。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S13中，在规划前车制动模型时，判断前车最有利情况下的制动距离，包括：
后车根据前车速度、加速度、牵引/制动状态和紧急制动状态计算前车基于当前位置最有利制动距离时，根据列车的制动机制判断列车采用的制动方式为空气制动还是电制动；
后车根据前方列车当前速度和列车制动的方式分情况进行前车制动模型的确定。
作为本发明方法的进一步改进：所述情况包括：
第一种情况：前车发出紧急制动指令，列车处于紧急制动建立的前期阶段；此时前车的制动模型采用完整的紧急制动建立+紧急制动实施段两个阶段进行计算；
第二种情况：前车处于紧急制动建立阶段的某个阶段中，紧急制动还未完全建立，此时根据与前车状态同步的制动气缸相关参数精确计算列车处于紧急制动建立的哪个阶段；对于前车的制动模型采用部分紧急制动建立+紧急制动实施两个阶段计算；
第三种情况：前车的紧急制动已建立完毕，对于前车的制动模型采用紧急制动实施两个阶段计算，最后得到了前车在最有利情况下的制动距离和停车位置。
作为本发明方法的进一步改进：前车速度模型为：
其中，前车速度为V，V1为前车第一阶段末对应的速度值，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，对应加速度为α，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。
作为本发明方法的进一步改进：所述第一种情况下，前车有完整的紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
其中，L为前车紧急制动施加和制动阶段的走行的总距离，测速误差为θ，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。
前车速度模型为：
其中，前车速度为V，V1为前车第一阶段末对应的速度值，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，对应加速度为α，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻；紧急制动阶段的初始速度为紧急制动建立阶段结束的瞬时速度，t取值为t2。
作为本发明方法的进一步改进：所述第二种情况下，前车有部分紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
t1<Δt<t2
其中，l为切牵引阶段和部分紧急制动阶段列车的走行距离，Δt为列车紧急制动完全建立需要的时间，V3为前车第三阶段末对应的速度值，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；前车速度为V，k1为紧急制动施加比例系数，根据列车的实时制动参数计算。
作为本发明方法的进一步改进：所述第三种情况下，前车只有紧急制动阶段，没有牵引、惰行和紧急制动建立阶段：
其中，L为紧急制动最后一个阶段的列车走行距离，V3为前车第三阶段末对应的速度值，紧急测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ。制动阶段的初始速度即为紧急制动建立阶段结束时刻的瞬时速度，所以t取值为t2。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S11中，虚拟联挂的成员车分别根据存储的电子地图数据和测速定位系统，计算得出本车的位置信息、速度信息；由车辆性能参数中给出的列车紧急制动平均减速度计算出列车在制动阶段的等效紧急制动率。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S14中，后车按本车最不利情况下的制动距离考虑，包括线路条件；列车性能参数中的切断牵引延时、惰行延时和制动建立延时信息；然后根据IEEE1474的安全制动模型计算后车全阶段制动距离。
本发明进一步提供一种存储介质，所述存储介质能够被计算机或处理器读取，所述存储介质中存储有用来执行上述任意一种方法的计算机程序。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质，原理简单、能够提高编队内列车间安全性、能够提高编队列车运营效率，本发明在考虑前后车时空位置关系得出的安全防护模型基础上对后车安全防护模型进行了优化，进一步缩短了编队成员车间的间隔。
2、本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质，充分利用了虚拟联挂成员车间的车-车通信，获取前车速度、位置、牵引/制动状态和关键制动设备的实时状态等信息，判断前车的实时状态(即加速或制动状态)，若前车处于制动状态，则基于列车在不同场景下制动实施的方式不同，将前车的制动状态会细化为空气制动或电制动状态。最后根据前车所处的制动方式和制动所处阶段，将前车的制动曲线精细化为制动阶段走行距离或制动建立阶段加制动实施阶段两个阶段的走行距离。相对制动距离模型中对前车制动模型的精细化处理，根据列车的实际制动机制还原两车的追踪场景，可保证两车不会因前车因发生制动导致相撞的同时进一步缩短追踪间。
3、本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质，对基于相对制动距离安全防护模型做了的精细化处理，模型在满足时空避撞的情况下，进一步缩短了列车间的距离，提升了系统动能。
4、本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质，虽然重点基于车车通信的列控系统或虚拟联挂系统中，但对于传统的CBTC架构也同相适用。
附图说明
图1是IEEE-1474列车安全制动模型的示意图。
图2是本发明在具体应用实例中基于时空避撞的相对制动距离模型的原理示意图。
图3是本发明在具体应用实例中优化后的相对制动距离模型的示意图。
图4是本发明方法在具体应用实例中的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提出是一种用于虚拟联挂编队内安全防护的方法，即在列车虚拟联挂完成、形成虚拟联挂编队后，用来保证虚拟联挂编队内的主车和从车、从车与其前序列车间能够保持安全间隔，避免发生追尾事故。
为了更清楚表达本发明方法的内容，先对虚拟联挂编队中的以下技术特征进行描述：
主车：虚拟联挂车队中负责对外通信、以及内部协同防护、协同运行的车，为车队中的第一辆列车。
从车：虚拟联挂车队中主车后面的跟随列车。
前序列车：虚拟联挂车队中从车前面的车，且非主车。
本发明所提的安全防护的核心是指：虚拟联挂编队在运行过程中，主车或者前序列车发生制动情况下，从车制动静止时均可以与主车或者前序列车保持一定的安全间隔距离，避免追尾情况的发生。即，编队主车或者前序列车在“最有利情况下”最快制动，从车在“最不利情况下”最慢制动时，通过逻辑计算获取的最小安全间隔。其中：
列车最有利情况是指列车采用最大制动率、坡度最优、系统响应最优的情况；
列车最不利情况是指列车制动有损耗、最小制动率、坡度最不利、各系统延时较大的情况。
坡度最优是指列车制动过程中，列车处于最大上坡道的坡度加速度(使列车更快停车的加速度)，当不存在上坡道但有平坡时，按照平坡处理；否则按照所有下坡道中的最小值处理。
坡度最不利指列车制动过程中，如果存在上坡道则按照平坡处理，如果不存在上坡道但是有平坡，按照平坡处理；否则按照所有下坡道中的最大值处理。
对于车辆制动而言，车辆制动一般是由电制动和空气制动组成，列车的制动方式在不同运行场景下分为电制动、空气制动、电制动和空气制动的组合三种制动方式。列车速度高于指定值(设为T值)的正常情况下，列车的制动由电制动实现；但是列车出现如滑行等异常情况，会出现电制动向空气制动的切换。列车速度低于T值，列车的制动由空气制动实现。列车的紧急制动都由空气制动实现，若列车本为电制动阶段收到紧急制动指令后，会切除当前的电制动重新施加紧急制动。另外，电制动的施加时间较短，空气制动的施加时间较长。
本发明是对于虚拟联挂的编队成员间基于时间位置关系得出的相对制动距离模型做了进一步的优化，具体的对于后车计算的相对制动距离模型中前车的制动模型进行了优化，用以保证编队成员车安全不相撞的情况下进一步缩短了两车间的距离，因此本发明对于虚拟联挂系统有着重要的意义。
相对制动距离模型的理论基础仍为IEEE-1474安全制动距离模型，该模型充分考虑从列车牵引状态变化到列车制动真正生效的时间，在这段时间内的列车走行距离并根据此形成列车的安全防护曲线。其中A段和B段为从ATP发送切除牵引命令到车辆真正将牵引切除的阶段，C段是切除牵引后的惰行阶段，D段为从紧急制动施加到制动力施加到90％制动力阶段，E段为紧急制动阶段，见图1。
在上述相对制动距离模型中，充分考虑前车的速度和制动性能的不同，根据时空位置关系得出安全防护模型。进一步后车的制动模型取最不利情况下的安全制动模型，前车的制动模型为最有利情况下的制动模型，即后车为IEEE-1474安全制动模型中全阶段的模型，前车只考虑最后阶段(制动阶段)的模型，见图2。
本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，是对相对制动距离模型中的前车制动模型进行了优化。具体地，根据实时获取的前车的位置、速度，牵引/制动状态、前车制动关键设备状态精确判断前车的实时状态。前车处于制动状态时，精确区分前车使用的制动方式为电制动或空气制动，并根据前车实施的制动方式，进一步把前车的制动模型规划为制动建立阶段加紧急制动阶段或部分紧急制动建立阶段加紧急制动阶段或只有紧急制动阶段几种情况。
其中紧急制动建立段取值需要根据前车制动实施的程度进一步确定，所以紧急制动建立段也可称为可变段。将前车制动实施的过程精细化处理得到的优化后的相对制动距离模型，两车的安全间隔将进一步缩短，见图3。
基于以上原理得到相对制动距离安全模型根据前车的实际状态有三种表达方式：
设定前车速度为V，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2，f(t)为两列车的最小安全距离。
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)为前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
设定前车速度为V，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2，f(t)为两列车的最小安全距离。Δt为列车部分紧急制动的时间。
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
设定前车速度为V，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2，f(t)为两列车的最小安全距离。Δt为列车部分紧急制动的时间。
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)为前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为模型误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
其中，k为紧急制动施加比例系数，k1为前车的紧急制动比例系数，k2为后车的紧急制动比例系数。A与列车紧急制动性能参数。Δt为前后车的通信延时；E为初始安全距离，考虑环境因素，定位误差等。
参见图4，本发明的一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其具体流程包括：
步骤S11：列车根据电子地图、轨旁设备及测速系统计算列车的位置、速度等信息；根据紧急制动平均减速度计算出制动阶段的等效制动率；
即：虚拟联挂的成员车分别根据存储的电子地图数据和测速定位系统，计算得出本车的位置信息、速度信息；由车辆性能参数中给出的列车紧急制动平均减速度计算出列车在制动阶段的等效紧急制动率；
步骤S12：后车实时获取前车位置、速度、加速度、牵引/制动状态、紧急制动实施状态、制动气缸相关参数等信息；
步骤S13：后车根据前车的实时状态，判断前车的制动方式、制动状态、制动设备相关信息规划前车制动模型；
步骤S14：后车根据本车的实时状态计算本车最不利情况下的安全制动曲线；
步骤S15：后车将前车最有利情况的安全制动曲线和本车最不利情况的安全制动曲线揉合，结合时空避撞规则计算出相对制动距离的追踪曲线。
在具体应用实例中，所述步骤S13中，在规划前车制动模型时，判断前车最有利情况下的制动距离，具体流程可以包括：
后车根据前车速度、加速度、牵引/制动状态和紧急制动状态计算前车基于当前位置最有利制动距离时，先根据列车的制动机制判断列车采用的制动方式为空气制动还是电制动。
进一步，在具体应用中后车根据前方列车当前速度和列车制动的方式确定前车的制动模型，可分为三种情况：
第一种情况：前车发出紧急制动指令，列车处于紧急制动建立的前期阶段；此时前车的制动模型采用完整的紧急制动建立+紧急制动实施段两个阶段进行计算；
第二种情况：前车处于紧急制动建立阶段的某个阶段中，紧急制动还未完全建立，此时根据与前车状态同步的制动气缸相关参数精确计算列车处于紧急制动建立的哪个阶段。对于前车的制动模型采用部分紧急制动建立+紧急制动实施两个阶段计算；
第三种情况：前车的紧急制动已建立完毕，对于前车的制动模型采用紧急制动实施两个阶段计算，最后得到了前车在最有利情况下的制动距离和停车位置。
设定前车速度为V，对应加速度为α，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；
前车速度模型为：
其中，前车初始速度为V，V1为前车第一阶段末对应的速度值，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，加速度为α，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。
那么，以上三种情况对应的前车的制动模型分别为：
第一种情况，前车有完整的紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
其中，L为前车紧急制动施加和制动阶段的走行的总距离，测速误差为θ，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。
紧急制动建立阶段的初始速度为惰行阶段结束时刻的瞬时速度，所以t取t1；紧急制动阶段的初始速度为紧急制动建立阶段结束的瞬时速度，t取值为t2。
第二种情况，前车有部分紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
t1<Δt<t2
其中，V3为前车第三阶段末对应的速度值，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，Δt为列车紧急制动完全建立需要的时间，前车所处等效坡度加速度为γ，k为紧急制动施加比例系数，t1紧急开始施加的时间，t紧急制动施加的时间，根据列车的实时制动参数计算。
Δt为列车紧急制动完全建立需要的时间，根据列车的实时制动参数计算；
第三种情况，前车只有紧急制动阶段，没有牵引、惰行和紧急制动建立阶段：
其中，V3为前车第三阶段末对应的速度值，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ。
紧急制动阶段的初始速度即为紧急制动建立阶段结束时刻的瞬时速度，所以t取值为t2。
在具体应用实例中，所述步骤S14中，后车按本车最不利情况下的制动距离考虑，包括线路条件，如坡度，线路限速，曲率；列车性能参数中的切断牵引延时、惰行延时和制动建立延时等信息，根据IEEE1474的安全制动模型计算后车全阶段制动距离。
后车的制动模型为：
L＝L1+L2+L3
其中，L为后车紧急制动情况下的走距离，L1为牵引切除段和惰行段走行距离，L2为紧急制动段走行距离，L3为可变段走行距离。
其中，k为紧急制动施加比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2。
后车根据前车最有利情况下的停车位置，同时考虑列车的通信延时，信号系统的处理延时，测速误差，安装误差等。
f(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
其中，Δt为前后车的通信延时，包括传输延时和信号的处理延时等，根据实际情况实时计算得出。
根据上述流程，得出虚拟编队成员车追踪时后车的安全防护模型，分三种情况：
情况一：前车的制动模型为紧急制动阶段，后车为全制动阶段：
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)为前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为模型误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
其中，k1为前车的紧急制动比例系数，k2为后车的紧急制动比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。后车速度为v，后车测速误差为ε，后车等效紧急制动率为ζ，后车所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2
情况二：前车的制动模型为紧急制动建立的部分阶段和紧急制动实施阶段，后车为全制动阶段：
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)为前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为模型误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
前车速度为V，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2，k1为前车的紧急制动比例系数，k2为后车的紧急制动比例系数。
情况三：前车的制动模型为紧急制动建立阶段和紧急制动实施阶段，后车为全制动阶段：
f(t)＝f1(t)-f2(t)+e(t)
其中，f1(t)为后车的紧急制动施加测算距离，f2(t)为前车的紧急制动施加测算距离，e(t)为模型误差和裕量。
e(t)＝Δtv(1+ε)+(a-η)Δt2/2+E
前车速度为V，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；后车速度为v，测速误差为ε，等效紧急制动率为ζ，所处等效坡度加速度为η，对应的加速度为a，牵引切断时间t0，惰行时间t1，紧急制动建立时间t2；k1为前车的紧急制动比例系数，k2为后车的紧急制动比例系数。
作为优选实施例，本发明中上述三种情况的约束条件为Be>ζ。
采用本发明的方法，虚拟联挂编队内计算的基于相对制动距离的安全防护模型中，前车考虑最有利情况，后车考虑最不利情况的约束条件。前车的制动阶段不考虑切除牵引阶段的延时和惰行阶段延时。
更进一步的，体现在列车性能参数处理上，包括将前车处理为制动系统刚进行校准过的情况，后车采用计算出的紧急制动等效制动前提下，考虑损失部分制动力情况下的制动性能，前车的制动性能优于后车制动性能。
更进一步的，体现在线路情况下为前车处于最有利的线路情况，后车处于最不利的线路情况；包括前车计算有效范围内的制动距离时只包含下坡时采用计算出的最小下坡等效加速度值；有效范围内只包含平坡和下坡时制动模型按平坡处理；有效范围内包含上坡时坡度加速度按上坡处理。后车的坡度选取车尾到目标点范围内的最差坡度值。
本发明进一步提供一种存储介质，所述存储介质能够被计算机或处理器读取，所述存储介质中存储有用来执行上述方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的上述实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，包括：
步骤S11：列车根据电子地图、轨旁设备及测速系统计算列车的位置、速度信息，根据紧急制动平均减速度计算出制动阶段的等效制动率；
步骤S12：后车实时获取前车位置、速度、加速度、牵引/制动状态、紧急制动实施状态、制动气缸相关参数信息；
步骤S13：后车根据前车的实时状态，判断前车的制动方式、制动状态、制动设备相关信息规划前车制动模型；
步骤S14：后车根据本车的实时状态计算本车最不利情况下的安全制动曲线；
步骤S15：后车将前车最有利情况的安全制动曲线和本车最不利情况的安全制动曲线揉合，结合时空避撞规则计算出相对制动距离的追踪曲线。
2.根据权利要求1所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述步骤S13中，在规划前车制动模型时，判断前车最有利情况下的制动距离，包括：
后车根据前车速度、加速度、牵引/制动状态和紧急制动状态计算前车基于当前位置最有利制动距离时，根据列车的制动机制判断列车采用的制动方式为空气制动还是电制动；
后车根据前方列车当前速度和列车制动的方式分情况进行前车制动模型的确定。
3.根据权利要求2所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述情况包括：
第一种情况：前车发出紧急制动指令，列车处于紧急制动建立的前期阶段；此时前车的制动模型采用完整的紧急制动建立+紧急制动实施段两个阶段进行计算；
第二种情况：前车处于紧急制动建立阶段的某个阶段中，紧急制动还未完全建立，此时根据与前车状态同步的制动气缸相关参数精确计算列车处于紧急制动建立的哪个阶段；对于前车的制动模型采用部分紧急制动建立+紧急制动实施两个阶段计算；
第三种情况：前车的紧急制动已建立完毕，对于前车的制动模型采用紧急制动实施两个阶段计算，最后得到了前车在最有利情况下的制动距离和停车位置。
4.根据权利要求3所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，前车速度模型为：
其中，前车初始速度为V，V1为前车第一阶段末对应的速度值，V2为前车第二阶段对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，加速度为α，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t0为切除牵引阶段结束的时刻；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻。
5.根据权利要求4所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述第一种情况下，前车有完整的紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
其中，L为前车紧急制动施加和制动阶段的走行的总距离，测速误差为θ，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ；k为紧急制动施加比例系数；t1为惰行阶段结束的时刻；t2为紧急建立阶段结束的时刻；
前车速度模型为：
其中，紧急制动建立阶段的初始速度为惰行阶段结束时刻的瞬时速度，V为前车初始速度，V1为前车第一阶段末对应的速度值，V2为前车第二阶段末对应的速度值，V3为前车第三阶段末对应的速度值，t取t1，紧急制动阶段的初始速度，t取值为t2为紧急制动建立阶段结束的瞬时速度，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ，k为紧急制动施加比例系数。
6.根据权利要求4所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述第二种情况下，前车有部分紧急制动建立阶段和完整的紧急制动阶段：
t1<Δt<t2
其中，V3为前车第三阶段末对应的速度值，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，Δt为列车紧急制动完全建立需要的时间，前车所处等效坡度加速度为γ，k为紧急制动施加比例系数，t1紧急开始施加的时间，t紧急制动施加的时间，根据列车的实时制动参数计算。
7.根据权利要求4所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述第三种情况下，前车只有紧急制动阶段，没有牵引、惰行和紧急制动建立阶段：
其中，V3为前车第三阶段末对应的速度值，测速误差为θ，等效紧急制动率为Be，前车所处等效坡度加速度为γ，紧急制动阶段的初始速度即为紧急制动建立阶段结束时刻的瞬时速度，所以t取值为t2。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述步骤S11中，虚拟联挂的成员车分别根据存储的电子地图数据和测速定位系统，计算得出本车的位置信息、速度信息；由车辆性能参数中给出的列车紧急制动平均减速度计算出列车在制动阶段的等效紧急制动率。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法，其特征在于，所述步骤S14中，后车按本车最不利情况下的制动距离考虑，包括线路条件；列车性能参数中的切断牵引延时、惰行延时和制动建立延时信息；然后根据IEEE1474的安全制动模型计算后车全阶段制动距离。
10.一种存储介质，所述存储介质能够被计算机或处理器读取，其特征在于，所述存储介质中存储有用来执行上述权利要求1-9中任意一种方法的计算机程序。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311506875.4A CN117261968A (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质 |
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| CN202311506875.4A CN117261968A (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种虚拟联挂列车控制系统编队内安全防护的控制方法及存储介质 |
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