一种列车长大上坡运行控制的方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种列车长大上坡运行控制的方法及装置。

背景技术

列车自动运行系统需保证列车在不同线路条件下稳定运行，其中列车在长大上坡线路条件下的安全运行十分重要。

列车在长大上坡上运行时，由于沿坡道方向的重力分力增大，在长大上坡需要足够大的牵引力来抵消沿坡道方向的重力分力来保证列车平稳运行。在列车进入长大上坡前，需提前判断列车是否能通过前方长大上坡，若列车在长大上坡施加最大电牵引力后仍减速运行，则需根据配置速度（列车速度最低点-可配置）反推列车进入长大上坡起点最低入口速度，进而在列车进入坡道前提前判断列车是否能够通过坡道，若无法通过，则需提前计算列车提前停车位置，避免列车在大上坡或大下坡停车导致列车后溜或下滑。列车停车后，若前方长大上坡限速抬高，判断在新限速下列车重新起车能够通过坡道后，列车将再次起车运行，最终完成长大上坡速度控制。

列车在长大上坡运行时，可能由于坡道、线路限速及牵引力限制，无法通过坡道。尤其对于重载机车，其载重大、编组长，更容易在长大上坡线路下由于牵引力不足引发安全问题。当列车在复杂路况行驶时，列车自动系统（ATO,Automatic Train Operation）需提前规划列车运行曲线，防止由于线路坡度过大过长导致的列车拉钩，断钩及倒溜等问题， 当列车在长大上坡行驶时，可能由于坡道、线路限速及牵引力限制，无法通过坡道。在长大上坡停车会导致机车后溜，从而引发安全问题，因此对列车运行过程中的曲线规划十分必要，对于列车在长大上坡线路下的运行安全问题也一直被广泛关注。

在列车自动驾驶控制算法研发过程中，需针对长大上坡运行设计一种有效的控制方法，来保证列车在长大上坡线路条件下能够安全运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种列车长大上坡运行控制的方法及装置。

一种列车长大上坡运行控制的方法，所述方法包括：

将长大上坡划分为多个坡段，从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度；

依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡；

若能通过，自动驾驶系统控制列车通过长大上坡；

若不能通过，则计算坡道前停车位置并停车。

进一步的，所述从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度，具体包括：

以最后一个坡段n通过速度为V

V

其中a为加速度，s为最后一个坡段n的距离，通过最后一个坡段n时通过速度V

依次计算每个坡段的最低入口速度。

进一步的，所述加速度a通过最大牵引力加速度a

a=a

进一步的，若计算得出的最低入口速度大于可允许最高速度，则最低入口速度=可允许最高速度。

进一步的，所述依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡，具体包括：

判断列车进入坡段时能否满足最低入口速度，若列车满足长大上坡每个坡段的最低入口速度，则判断列车可通过长大上坡。

进一步的，所述计算坡道前停车位置，具体包括：

列车由于限速无法通过前方坡道，则提前计算列车停车位置，即列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置。

进一步的，所述列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置，具体包括：

以第j个坡道为例，v

；

其中a

若dis

若dis

重复以上步骤直至计算出列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置。

一种列车长大上坡运行控制的装置，包括：最低入口速度计算单元、判断单元和控制单元；

最低入口速度计算单元，用于将长大上坡划分为多个坡段，从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度；

判断单元，用于依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡；

控制单元，用于若能通过时，自动驾驶系统控制列车通过长大上坡；若不能通过时，则计算坡道前停车位置并停车。

进一步的，所述最低入口速度计算单元，具体用于：

以最后一个坡段n通过速度为V

V

其中a为加速度，s为最后一个坡段n的距离，通过最后一个坡段n时通过速度V

依次计算每个坡段的最低入口速度。

进一步的，所述加速度a通过最大牵引力加速度a

a=a

本发明提出一种列车在长大上坡运行控制方法及装置，结合列车实际操控经验，以不可缓解速度为速度规划起始点，提前规划列车在前方长大上坡线路下低速通过运行曲线，进而判断列车能否通过前方长大上坡，若无法通过，则规划列车停车曲线，使列车在小坡道停车。若列车由于线路限速限制无法通过前方坡道，在线路限速抬高后，列车重新起车，列车停车位置保证再次起车后能够通过前方坡道。

本发明避免了列车在长大上坡条件下发生溜车问题，进而实现了列车在长大上坡线路下的速度控制。

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为本发明实施例列车长大上坡运行控制的方法流程图；

图2为本发明实施例列车长大上坡运行控制的装置示意图；

图3为本发明实施例连续上坡条件下列车运行示意图；

图4为本发明实施例ATO通过单个长大上坡前速度曲线示意图；

图5为本发明实施例ATO通过连续长大上坡前速度曲线示意图。

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。

长大上坡在铁路中广泛存在，在长大上坡线路条件下需提前规划运行曲线来判断列车是否能够安全通过。本发明提出一种列车长大上坡运行控制的方法及装置，并针对长大上坡进行速度曲线设计，根据规划的曲线判断在列车进入长大上坡前判断是否能够安全通过前方坡道，若不能通过，对列车停车点位置进行规划，确保列车能够在小坡道安全停车，若列车由于限速过低无法通过前方坡道，确保在限速提高后能够安全通过前方坡道。

第一方面，如图1所示，本发明提供了一种列车长大上坡运行控制的方法，所述方法包括：

将长大上坡划分为多个坡段，从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度；

依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡；

若能通过，自动驾驶系统控制列车通过长大上坡；

若不能通过，则计算坡道前停车位置并停车。

具体实施时，提前规划列车在前方长大上坡线路下低速通过运行曲线，进而判断列车能否通过前方长大上坡，若无法通过，则规划列车停车曲线，使列车在小坡道停车。若列车由于线路限速限制无法通过前方坡道，在线路限速抬高后，列车重新起车，列车停车位置保证再次起车后能够通过前方坡道。

本实施例中，所述从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度，具体包括：

以最后一个坡段n通过速度为V

V

其中a为加速度，s为最后一个坡段n的距离，通过最后一个坡段n时通过速度V

依次计算每个坡段的最低入口速度。

本实施例中，所述加速度a通过最大牵引力加速度a

a=a

本实施例中，若计算得出的最低入口速度大于可允许最高速度，则最低入口速度=可允许最高速度。

本实施例中，所述依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡，具体包括：

判断列车进入坡段时能否满足最低入口速度，若列车满足长大上坡每个坡段的最低入口速度，则判断列车可通过长大上坡。

本实施例中，所述计算坡道前停车位置，具体包括：

列车由于限速无法通过前方坡道，则提前计算列车停车位置，即列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置。

本实施例中，所述列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置，具体包括：

以第j个坡道为例，v

；

其中a

若dis

若dis

重复以上步骤直至计算出列车从停车位置起车后能够通过前方坡道的距离坡道最近的位置。

第二方面，如图2所示，一种列车长大上坡运行控制的装置，包括：最低入口速度计算单元、判断单元和控制单元

最低入口速度计算单元，用于将长大上坡划分为多个坡段，从最后一个坡段向前反推通过每个坡段的最低入口速度；

判断单元，用于依据每个坡段的最低入口速度，判断列车能否通过长大上坡；

控制单元，用于若能通过时，自动驾驶系统控制列车通过长大上坡；若不能通过时，则计算坡道前停车位置并停车。

本实施例中，所述最低入口速度计算单元，具体用于：

以最后一个坡段n通过速度为V

V

其中a为加速度，s为最后一个坡段n的距离，通过最后一个坡段n时通过速度V

依次计算每个坡段的最低入口速度。

本实施例中，所述加速度a通过最大牵引力加速度a

a=a

具体实施时，本发明一种列车长大上坡运行控制的装置和一种列车长大上坡运行控制的方法实现方法一一对应，在此就不赘述。

为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：

本发明提出一种列车在长大上坡运行控制方法及装置，结合列车实际操控经验，以不可缓解速度为速度规划起始点，提前规划列车在前方长大上坡线路下低速通过运行曲线，进而判断列车能否通过前方长大上坡，若无法通过，则规划列车停车曲线，使列车在小坡道停车。若列车由于线路限速限制无法通过前方坡道，在线路限速抬高后，列车重新起车，列车停车位置保证再次起车后能够通过前方坡道。

1.列车在长大上坡控制过程

在前方线路坡度为上坡条件下，自动驾驶系统在长大上坡控制过程如下：

1、自动驾驶系统判断前方是否进入长大上坡，获取前方长大上坡长度以及坡度大小(长大上坡为:线路坡度超过6‰,长度为8km及其以上；线路坡度超过12‰，长度为5km及以上；线路坡度超过20‰，长度为2km及以上)；

2、自动驾驶系统计算入坡后列车在最大牵引力下是否能够加速运行，若列车能够加速运行且限速不变或限速增加，自动驾驶系统维持牵引力不变至长大上坡终点，若限速降低，在限速点前减小牵引力或转为惰行，使列车速度降至限速以下继续运行；若无法加速运行，进行第3步；

3、如在当前坡度下满足（当前最大牵引力-基本阻力<长大上坡坡度等效阻力），即在此长大上坡线路条件下列车将减速运行，自动驾驶系统判断列车是否会长大上坡运行过程中停车；

4、根据配置的最低速度反推列车通过坡道前最低入口速度，若后续坡道为长大上坡，需逐个坡道反推列车通过所有坡道最低速度，判断列车进入连续坡道前最低入口速度小于列车进入坡道实际速度，则列车能够安全通过连续长大上坡，否则进入第5步；

5、计算坡道前停车位置，自动驾驶系统控制列车停车，若限速提高，进入第6步；

6、自动驾驶系统判断列车能够通过前方坡道，自动驾驶系统控制列车重新起车通过前方坡道。

(1)列车由当前位置运行至长大上坡起点的最大速度计算方法

判断列车是否能够通过长大上坡，需判断列车在各个坡道运行情况，若列车无法通过所有坡道，则列车需在坡道前停车。

图3为连续上坡条件下列车运行图，其中降速点1线路限速为v

其中连续坡道分别使用ramp

对应坡道减速度由当前速度下最大牵引力、线路坡度及当前速度下运行阻力共同影响，其中运行阻力计算方法为：

其中a,b,c为运行阻力系数，前两项描述列车滚动阻力，第三项速度的平方系数表示列车受空气阻力的影响，不同类型列车a,b,c取值不同；a

不同速度下的最大牵引力根据车辆参数文件进行配置，车型不同，牵引力配置参数不同，列车不同速度下最大牵引力对应的加速度分别使用a

不同坡度及限速下减速度计算方法如下：

在坡度ramp

通常坡度通过换算可以得到千分之一坡道对应1cm/s

若在坡道中间有多个降速点，则逐个降速点计算列车减速度，在坡度ramp

…

以此类推，在坡度ramp

在坡度ramp

根据降速点减速度对各个降速点最小反推速度进行计算，得到在坡度起始位置列车最低通过速度，在降速点n-1，反推列车最低入口速度为：

若v

若坡道中间存在多个降速点，则逐个降速点反推列车最低入口速度，在降速点n-2，反推最低速度为：

若v

以此类推，在降速点1，即坡度起始位置，反推得到最低速度为：

若v

以此类推，在降速点0，即坡度起始位置，反推得到最低速度为：

若v

v为进入长大上坡时列车速度，若v

(2)列车安全通过长大上坡条件判断方法

自动驾驶系统判断列车能否安全通过前方长大上坡，首先判断进入长大上坡前命令速度是否大于反推得到的最小通过速度，v

若命令速度满足坡道最低入口速度要求，需在列车在进入上一坡道后，预测列车进入长大上坡初始位置速度，图4为根据前方速度预测到达单个长大上坡起始位置速度示意图，从安全考虑，为避免理论与实际列车运行出现误差，限制列车在上坡过程中速度不能降为0，因此设定不可缓解速度，此速度值需根据实际情况配置。

若以最大牵引力运行至长大上坡起始位置仍无法满足坡道通过条件，列车需提前停车，预测速度计算方法如下，其中列车在进入长大上坡前坡度分别为ramp

若v

…

以此类推，图5为本发明实施例ATO通过连续长大上坡前速度曲线示意图，在长大上坡起始位置前，其中v

若v

(3)列车无法通过提前停车位置计算

列车由于限速无法通过前方坡道，则需提前计算列车停车位置，即列车从停车位置起车后能够通过前方坡道，其中v

若dis

;

p为长大上坡入口至列车预估停车位置中间坡度段个数，取值范围为[0，j-i]，其中，v

若dis

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。