轨道车辆对标停车控制方法、装置及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及铁路及轨道交通领域，具体地涉及一种轨道车辆对标停车控制方法、装置及计算机存储介质。

背景技术

在城市轨道交通车辆中，由于轨道车辆的运营都是采用ATO(Automatic TrainOperation，自动驾驶系统)，而且站台停车基本都是采用站台屏蔽门和列车车门对齐的方式，所以当车辆进站停车时对于车辆的对标停车精度要求较为严苛，通常是以目标距离为基准，上下0.3m浮动。

目前对于轨道交通车辆的制动类型一般分为紧急制动、快速制动和常用制动。城市轨道车辆列车通常情况下采用常用制动，而常用制动一般采用的是电空混合制动，即电制动优先，空气制动补偿补足的原则。在车辆低速运行的情况下，电机的电制动性能有所衰减，此时将进行电空转换，由空气制动接管车辆的电制动。当完成电空转换后，空气制动已经完成了90％以上的预期压缩空气的动作，此时主要是利用车辆信号系统根据车辆距离目标点位的距离计算出车辆所需要的减速度，再通过列车控制系统TCMS发送给制动系统进行制动，保证车辆车门停靠的位置和站台屏蔽门相应位置能对齐。

上述方法存在以下缺点，一是根据距离计算减速度需要根据工作经验来预估当前车辆距目标的距离大小，这种操作势必会增大操作过程中误差。二是制动系统接收制动指令后直接进行制动，未能根据当前车辆的减速值实时调整对应的制动力，即未形成制动系统的闭环控制。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种轨道车辆对标停车控制方法，以解决现有技术中未能形成制动系统的闭环控制、误差大的技术问题。

本发明的目的之一在于提供一种轨道车辆对标停车控制装置。

本发明的目的之一在于提供一种计算机存储介质。

为了实现上述发明目的之一，本发明提供一种轨道车辆对标停车控制方法，包括：判断轨道车辆是否满足状态转换条件；若是，则记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV，根据所述采样周期ΔT与所述线速度变化量ΔV计算得到实际减速度值a；根据所述实际减速值a与理论减速度值a

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述状态转换条件包括轨道车辆未发生滑行和/或轨道车辆已完成电空转换。

作为本发明一实施方式的进一步改进，“所述状态转换条件包括轨道车辆未发生滑行；所述“判断轨道车辆是否满足状态转换条件”具体包括：检测所述轨道车辆的第一轮对的角速度和第二轮对的角速度，判断所述第一轮对的角速度和所述第二轮对的角速度的差值是否在预设范围内；若是，则判定所述轨道车辆未发生滑行。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述状态转换条件包括轨道车辆已完成电空转换；所述“判断轨道车辆是否满足状态转换条件”具体包括：检测所述轨道车辆在预设时间长度内的行驶速度，判断所述当前行驶速度是否落入预设低速范围内；若是，则判定所述轨道车辆已完成电空转换，处于空气制动状态。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV”具体包括：记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的角速度变化量Δω；根据所述角速度变化量Δω计算得到所述线速度变化量ΔV。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的角速度变化量Δω”具体包括：记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的轴转数变化量Δn，根据所述轴转数变化量Δn，计算所述角速度变化量Δω；所述“根据所述实际减速值a与理论减速度值a

Δa＝a

a＝ΔV/ΔT

ΔV＝Δω×R

Δω＝2×π×Δn

其中，R表示轮对中车轮的半径。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“根据所述减速度补偿量Δa，确定并施加对应的制动力，控制所述轨道车辆对标停车”具体包括：判断所述减速度补偿量Δa是否大于等于补偿基准值A；若是，则控制轨道车辆中的制动系统提高空气制动力输出，增幅为与所述减速度变化量Δa对应的制动力补偿量；若否，则控制所述制动系统降低空气制动力输出，降幅为与所述减速度变化量Δa对应的制动力补偿量。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种轨道车辆对标停车控制装置，所述控制装置包括对标停车控制模块，其包括存储器和处理器，所述存储器有可能在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的轨道车辆对标停车控制方法的步骤。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制装置还包括制动系统，所述制动系统受所述处理器控制，用于向第一轮对和第二轮对输出空气制动力。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制装置还包括：第一轴数传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测第一轮对的第一轴转数，并将第一轴转数数据传输至所述处理器；第二轴数传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测第二轮对的第二轴转数，并将第二轴转数数据传输至所述处理器。

为实现上述发明目的之一，本发明还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，并且所述计算机程序运行时导致所述计算机存储介质的所在设备执行上述轨道车辆对标停车控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：

本发明采用轨道车辆对标停车控制方法，仅通过记录采样周期时间内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量，计算得到对应的实际减速度值，根据所述实际减速度值和制动系统给定的理论减速度值之间的大小关系，确定所述轨道车辆的减速度补偿量，并根据该减速度补偿量确定对应的制动力补偿量，并依此调整空气制动力的输出，控制所述轨道车辆对标停车。本控制方法与装置简单易实现，通过周期性的测量车辆轮对的实际数据计算得到减速度值，数据准确性高，误差小且实现了制动系统的闭环控制。

附图说明

图1是本发明一实施方式中轨道车辆对标停车控制方法的步骤示意图。

图2是本发明一实施方式中轨道车辆电制动和空气制动的转换过程示意图。

图3是本发明一实施方式中轨道车辆对标停车控制装置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在本发明具体实施方式的描述中，术语“上”、“下”和“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，通常以装置或设备等处于正常使用状态为参照，而并不是指示所指的位置或元件必须具有特定的方位。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在轨道交通领域，所述对标停车是指列车在进站停车时，列车的车门与站台的屏蔽门刚好对齐，以使得车辆能平稳安全的停靠到对应的站点。这不仅方便乘客上下车，同时也便于在车辆的停车点进行安全防护，保证乘客的安全出行。故而，在轨道车辆领域实现对标停车具有较为重要的现实意义。

基于此，本发明提供一种轨道车辆对标停车控制方法，如图1所示，具体包括下述步骤：

步骤S1，判断轨道车辆是否满足状态转换条件。

若是，则跳转步骤S2，记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV，根据所述采样周期时间ΔT与所述线速度变化量ΔV计算得到实际减速度值a。

步骤S3，根据所述实际减速值a与理论减速度值a

如图2所示，在轨道车辆的正常运行过程中，一般包括紧急制动、快速制动和常用制动至少其中之一。对城市轨道车辆列车而言，电空混合形式的常用制动是更为合适的制动手段，此时轨道车辆的制动力以电制动为主体，空气制动作为补充。而在车辆速度降低到一定范围时，准备进行对标的过程中，比如以5km/h至8km/h速度运行时，一种较优实施方式中会发生由电空混合制动到空气制动的转换，此种过程可以定义为一种状态转换。为实现上述状态转换的自适应控制，本发明通过为状态转换过程设定判断条件的方式，实现快速响应和动态调整。

对于步骤S1，所述状态转换条件可进一步包括轨道车辆未发生滑行、轨道车辆已完成电空转换，或同时包括轨道车辆未发生滑行且已完成电空转换。

一方面，对于轨道车辆未发生滑行这一条件，在第一实施例中，可以通过检测轮对的角速度差来实现。具体而言，步骤S1可以具体包括：

步骤S111，检测所述轨道车辆的第一轮对的角速度和第二轮对的角速度，并判断所述第一轮对的角速度和所述第二轮对的角速度的差值是否在预设的范围内；

若是，则跳转步骤S112，判定所述轨道车辆未发生滑行。如此，通过检测轨道车辆的轮对的角速度差来判断车辆是否滑行，该过程简单易实现，同时基于实际的数据检测，数据的准确性较高。

在第二实施例中，可以通过检测轮对的减速度来完成判断。具体而言，步骤S1可以具体包括：检测所述轨道车辆的第一轮对的减速度值和第二轮对的减速度值，并判断所述第一轮对减速度值和第二轮对减速度值是否都未超过预设值；若是，则制动系统判定所述轨道车辆未发生滑行。

另一方面，对于轨道车辆已经完成电空转换这一条件，可以通过检测当前行驶速度来实现。具体地，步骤S1可以包括：

步骤S121，检测所述轨道车辆在预设时间长度内的行驶速度，并判断所述当前行驶速度是否落入预设低速范围内；

若是，则跳转步骤S122，判定所述轨道车辆已完成电空转换，处于空气制动状态。其中，所述预设低速范围优选为低于5km/h。

如此，通过检测轨道车辆的行驶速度确定车辆完成电空转换，规避了列车监控管理系统TCMS与制动系统之间的信号传输时间，且减弱了设备之间的相互依赖性。

在实际应用中，当判断当前轨道车辆的状态已经符合所述状态转换条件时，列车监控管理系统TCMS发出电制动退出信号传递给牵引系统和制动系统，并控制空气制动开始接管城轨车辆的制动活动。故而，电制动系统或电空混合制动系统会降低制动力的输出，空气制动系统会增加制动力的输出，并最终保持在预设的制动力输出目标值处。

具体地，结合图2所示，t1至t3时间段内电制动ED系统开启制动工作，车辆的速度降低到一定范围(也即所述低速度范围)内。当发生电空转换也即状态转换时，在t3至t4时间段内，电制动ED系统性能逐渐衰减，而空气制动EP系统开始启动，逐步接替电制动ED系统的工作，直到车辆制动力达到目标值。在t4时刻，制动系统完成了电制动和空气制动的转换，在t4时刻之后，全部由空气制动系统进行控制。

在空气制动接管过程中，或在轨道车辆发生其他状态转换的过程中，有必要随着制动过程的发展而动态调整制动力的输出，以实现车辆平稳制动且最终对标。

为了降低制动力输出的误差，本发明提供了细化的步骤S2，以利用运算关系替代传感器的实际检测，削弱设备依赖性。

具体地，在一种实施方式中，步骤S2中所述“记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV”部分，可以具体包括：

步骤S21，记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的角速度变化量Δω；

步骤S22，根据所述角速度变化量Δω计算得到所述线速度变化量ΔV。

如此，通过实际采集轨道车辆的轮对的角速度变化量来计算其线速度变化量，简单易实现、数据可靠性高、计算结果误差小。

在城轨车辆包括两组轮对时，该实施方式具体是：在采样周期时间ΔT内，分别记录所述轨道车辆的第一轮对的角速度变化量Δω1和第二轮对的角速度变化量Δω2。根据所述第一轮对的角速度变化量Δω1和第二轮对的角速度变化量Δω2计算得到所述第一轮对的线速度变化量ΔV1和所述第二轮对的线速度变化量ΔV2。据此，可以计算得到两轮对分别对应的实际减速度值，提升最终生成的制动力补偿量的精度。

理论上，在所述轨道车辆的第一轮对和第二轮对未发生滑行时，Δω1和Δω2是相同的，即ΔV1和ΔV2亦是相同的。优选地，可以将所述轨道车辆的轮对的角速度变化量都记作Δω，而所述轮对的线速度变化量都记作ΔV。如此，基于轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV和数据采样周期时间ΔT，可以计算得到当前轨道车辆的实际减速度值a。

可选地，上文所述轨道车辆的角速度变化量和线速度变化量，可取采样周期时间ΔT内所述第一轮对和第二轮对的角速度变化量和线速度变化量的平均值。

当然，除了用于计算实际减速度值a以外，分别检测并计算得到所述轨道车辆的第一轮对和第二轮对的角速度变化量以及对应的线速度变化量，还能够更好地检测当前轨道车辆是否出现滑行情况，也即上述步骤S21至步骤S22，还可以替换地应用于步骤S1中。

在一种优选实施例中，步骤S2中所述“记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV”可以具体包括：

记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的轴转数变化量Δn，根据所述轴转数变化量Δn，计算所述角速度变化量Δω。

进一步地，根据所述轨道车辆的轮对的角速度变化量Δω与线速度变化量ΔV的关系：

ΔV＝Δω×R

其中，可将所述轨道车辆的轮对的线速度变化量ΔV通过轮对的角速度变化量Δω来转换得到。

进一步，通过记录采样周期时间ΔT内所述轨道车辆的轮对的轴转数变化量Δn，并根据所述轴转数变化量Δn，计算所述角速度变化量Δω，所述角速度与所述轮对轴转数变化量Δn的关系如下：

Δω＝2×π×Δn

其中，R表示轮对中车轮的半径。

如此，能够将线速度的获取过程，最终转化为对单位时间内转数的测量过程，大幅降低了结构复杂性和传感器精度的依赖性，提高了最终实际减速度值计算的准确性，有助于后续对制动力输出的调整。

优选地，步骤S2中所述“根据所述采样周期时间ΔT与所述线速度变化量ΔV计算得到实际减速度值a”可以具体包括：

根据线速度变化量ΔV与采样周期时间ΔT的商，计算得到实际减速度值a，即：

a＝ΔV/ΔT

对于步骤S3，所述理论减速度值a

另一方面，所述理论减速度值a

在一种实施方式中，减速度补偿量Δa可以通过理论减速度值a

Δa＝a

在步骤S3之前，制动系统不论处在电空混合制动输出状态，还是处在空气制动输出状态，均有初始制动力输出，所述对应于减速度补偿量Δa的制动力补偿量，可以是添附于该初始制动力上，生成诸如F0+ΔF的制动力输出，也可以是在该初始制动力有所减损，生成诸如F0-ΔF的制动力输出。

为了适应于不同制动阶段，实现上述两种制动力输出算法之间的自动切换，在一实施方式中，步骤S3中“根据所述减速度补偿量Δa，确定并施加对应的制动力，控制所述轨道车辆对标停车”具体可以包括：

步骤S31，判断所述减速度补偿量Δa是否大于等于补偿基准值A；

若是，则跳转步骤S32，控制轨道车辆中的制动系统提高空气制动力输出，增幅为与所述减速度变化量Δa对应的制动力补偿量；

若否，则跳转步骤S33，控制所述制动系统降低空气制动力输出，降幅为与所述减速度变化量Δa对应的制动力补偿量。如此，根据当前轨道车辆的减速度补偿量与补偿基准值的大小，可动态调整空气制动力输出结果，灵活性强、制动效果好。其中，所述补偿基准值A与轨道车辆本身的减速性能和质量相适应，用户可以进行预设，也可以基于此种对应关系实现动态自适应配置。

需要强调地，在执行步骤S1至步骤S3后，计算得到的所述减速度补偿量Δa，是依据所述采样周期时间ΔT这段时间内实际检测轨道车辆的实时数据来实现的。若经过步骤S1至步骤S3计算并反馈的减速度补偿量Δa并无对应的制动力补偿量，或减速度补偿量Δa因不满足某种条件而列车监控控制信号TCMS不反馈对应的制动力补偿量至制动系统一侧时，则步骤S3之后进入下一采样周期时间，重复执行上述步骤S1至步骤S3，直到所述轨道车辆完成停车，速度降低为0。

至此，本发明提供的一种轨道车辆对标停车控制方法就阐述完了。在轨道车辆满足转换条件后，通过周期性的检测轨道车辆的轮对的线速度变化量来计算所述轨道车辆当前对应的实际减速度值，再与理论减速度值进行比较，根据比较结果确定该轨道车辆的减速度补偿量，并根据所述减速度补偿量，进一步确定对应的制动力补偿量并根据所述制动力补偿量调整制动力的输出，控制所述轨道车辆对标停车。如此，通过记录轨道车辆轮对的实际运行数据计算得到实际减速度值，数据的准确性高，避免了凭借经验推算目标距离而产生的误差；再者，根据周期性的检测数据，并动态实时得调整制动力，实现制动系统的闭环控制。

如图3所示，本发明还提供一种轨道车辆对标停车控制装置，其可通过实测的方法测量实现轨道车辆对标停车控制方法。

控制装置基于轨道车辆设计，具体地，在本实施方式中，用于测试的轨道车辆为一编组列车，以模拟实际运行情况。在其他实施方式中，轨道车辆也可以根据需要设计为其他多编组列车。

控制装置包括对标控制模块3，其包括存储器和和处理器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现前文任一种技术方案所述的轨道车辆对标停车控制方法的步骤。

控制装置还包括制动系统，所述制动系统不限于空气制动系统，还可以是电空混合制动系统，只要能实现空气制动即可，本发明对此不做具体限定。

制动系统受所述处理器控制，用于向所述轨道车辆的第一轮对1和第二轮对2输出空气制动力。优选地，制动系统可以采用现有技术中常用制动方式，即采用电空混合制动，即电制动优先，空气制动补偿补足的原则。

制动系统还包括第一轴数传感器4，其通讯连接于所述处理器，用于在采样周期时间内检测所述第一轮对1的第一轴转数并将所述第一轴转数数据发送至处理器，以及第二轴数传感器5，其通讯连接于所述处理器，用于在所述采样周期时间内检测所述第二轮对2的第二轴转数并将所述第二轴转数数据发送至处理器。

具体地，在本实施方式中，以常用制动为例，第一轮对1和第一轮对2处设置有基础制动元件6，制动控制单元7通过控制基础制动元件6对轨道车辆的第一轮对1和第二轮对2进行制动力的输出，所述第一轴数传感器4和所述第二轴数传感器5分别设于第一轮对1和第二轮对3的轴端，用于检测所述第一轮对1和所述第二轮对2在所述采样周期时间内轮对的轴转数，从而可以准确地检测到车轮旋转的角速度。

下面对一个完整的对标控制流程中控制装置的运行方式进行具体说明：

当对标控制模块3在检测当前轨道车辆在预设时间长度内的行驶速度落入了预设低速范围内，且通过检测第一轮对1和第二轮对2未发生滑行时，对标控制模块3自动控制或人手动控制第一轴数传感器4和第二轴数传感器5，在采样周期时间ΔT内，分别检测并记录第一轮对1的轴转数和第二轮对2的轴转数，并将所述轴转数数据传输至对标控制模块3，通过处理器检测分析并计算。

根据采用周期时间ΔT和轴转数变化量Δn，基于角速度的定义以及角速度与线速度之间的关系，计算得到所述轨道车辆当前采用周期时间内的实际减速度值。再结合与理论减速度值的大小关系，确定是空气制动系统输出的减速度补偿量对应的制动力补偿量，以此调整制动力输出。

本发明还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，并且计算机程序运行时导致计算机存储介质的所在设备执行根据前文任一种技术方案所述的轨道车辆对标停车控制方法的步骤。

综上所述，本发明通过检测轨道车辆的第一轮对和第二轮对在采样周期时间内的轴转数变化量，计算得到所述第一轮对和所述第二轮对的线速度变化量，进一步计算得到实际减速度值，再结合理论减速度值确定其减速度差值对应的制动力补偿量，同时根据减速度补偿量与补偿基准值的比较结果，进一步控制轨道车辆中的制动系统是提高空气制动力输出还是降低空气制动力输出。本控制方法与装置简单易实现，对标控制方法通过测量实际数据计算得到，数据准确性高，误差小。另外，通过周期性的检测轴转数数据，实时并动态地调整制动力，直到车辆对标停车，从而实现制动系统的闭环控制。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。