自动列车停车控制方法与流程

本发明涉及轨道交通控制领域，特别是涉及一种自动列车停车控制方法。

背景技术：

在轨道交通/运输、工控领域，控制系统中具有自动控制列车按规定或需求启动、运行、停车的功能需求。自动控制列车一般是通过控制牵引/制动力的加速度或车轮的转速实现，表现为控制列车的牵引、惰行、制动等。

在上述领域的某些安全苛求系统，比如地铁系统，信号系统需要担负安全行驶的责任，就会对行驶安全做出种种限制，比如列车不能过冲移动授权终点、不能冲撞尽头车档等。因此信号系统在行驶控制时需要按照安全设计限制，实时对列车进行防护。

IEEE1474标准中规定如图1所示，基于物理学模型和信号、车辆、轨道黏着等最不利条件，信号在对列车行驶进行防护时，需要确保在紧急制动触发曲线(EB触发曲线)前/紧急制动触发曲线时施加紧急制动(EB)，才能确保在最不利情况下列车能够安全的停在障碍物前。常见的障碍物包括：列车、区段边界、车档、道岔等等。

因此，在障碍物前一定距离，轨道列车自动控制系统会设计或实时计算一个停车点，作为停车的目标位置，并按安全限制要求在EB触发曲线下方计算一条目标曲线作为使列车运行停止在停车点的速度曲线，信号系统自动控制列车(ATO)或显示给司机手动驾驶列车，沿目标速度曲线行驶，则会在保证安全的前提下，满足行驶过程不会因速度过高触发紧急制动、停准在停车点的可用性要求。

《城市轨道交通CBTC信号系统-ATO子系统规范》中规定：“ATO设备控制列车在停车点停车时，应采用一次连续制动模式制动至目标停车点，中途不得缓解，且在进站前不应有非线路限速要求的减速台阶。”

传统的控制方法是信号系统控制列车按照固定制动率的算法制动停车，因为EB触发曲线本身不是一条固定制动率的曲线，因此采用常用制动率的停车制动算法时，实际的车速没有用足EB触发曲线内的距离与速度，停车点设置在离障碍物较远时才能采用传统方式停准列车。采用传统的控制方法会造成轨道列车在离障碍物前停车的距离过远/过近，降低轨道交通系统的运行效率。尤其在《GB-50157地铁设计规范中规定：“折返线、故障列车停车线有效长度(不含车档长度)不应小于列车长度+50m”传统的控制 方法往往无法满足该要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种自动列车停车控制方法，在保证安全运行的前提下使轨道列车停车位置尽可能接近障碍物，从而达到节省停车线路设计长度，提高列车运行效率的目的。

解决上述技术问题，本发明提供的自动列车停车控制方法,包括：

1)计算紧急列车制动触发曲线，简称EB触发曲线；

2)以列车制动距离为横坐标，列车行驶速度为纵坐标，将EB触发曲线向下平移控制门限后得到列车行驶速度-制动距离关系曲线，简称ATO目标速度曲线；

其中，控制门限是指控制列车不触碰EB触发曲线所需要的速度值；

进一步改进，控制门限在自动控制列车保证不触碰EB触发曲线同时根据列车具体运行情况预留一定余量(速度值)；

3)以ATO目标速度曲线上每一点所对应的列车行驶加速度作为纵坐标，以列车制动距离作为横坐标，生成列车目标加速度-制动距离关系曲线，简称ATO目标加速度曲线；

4)当停车点距离障碍物点很近时(指小于设计标准要求)，根据项目及列车特点设置控制门限，将列车紧急制动触发曲线向下平移控制门限后生成列车速度-制动距离关系曲线(即ATO目标速度曲线)，实时计算列车加速度和制动距离是否符合列车目标加速度-制动距离关系曲线(即ATO目标加速度曲线)，如不符合则制动列车；

5)制动列车时，控制列车加速度按照目标加速度-制动距离关系曲线运行，直到列车加速度达到对准加速度(参考图3，P点)；所述对准加速度指列车距离停车点预设距离处开始停车到达停车点列车完全静止，这个停车过程列车所需的固定制动率；

6)列车到达距离停车点预设距离处按照对准加速度停车至停车点。通常，列车距离停车点预设距离需要结合项目经验及车辆参数来选取(该距离可以根据具体项目进行调整，但距离太长将导致对站时间拉长；太短将导致列车停站过程中制动太猛，乘客体验很差，通常为1m-5m)进行最终的制动操作(即对准加速度)。准加速度通过V²＝|2as|计算；例如，列车速度V为1到2m/s时，距离s为3m，计算得到对准加速度a在-0.17m/s²到-0.66m/s²之间。

其中，制动控制门限为0.1m/s至10m/s。

其中，制动控制门限优选为0.5m/s、1m/s、1.5m/s或2m/s。

本发明在EB触发曲线向下减去制动控制容限V(ATO控制门限)作为ATO行驶速度-制动距离曲线，即ATO目标速度曲线。其中，ATO控制门限根据具体项目的车辆特性及项目要求确定。该控制门限保证ATO控制列车运行时ATO行驶速度-制动距离曲线不会与EB触发曲线发生相交，从而导致触发紧急制动影响运营。形成加速度-制动距离曲线即ATO目标加速度曲线，ATO目标加速度曲线对应的是ATO目标速度曲线上每一点的加速度，考虑到具体项目中列车速度较小时无法快速响应列车控制信号命令的加速度(参考图3中的ATO对准加速度)，自动控制列车以接近ATO对准加速度直至停车(通常此阶段列车与停车点的距离在1m到5m间)。此技术手段解决了列车制动过程中在低速状态下运行时间过长的问题，并且接近停车时车辆加速度较低，因此更易精确地对准停车点。

在一般的列车自动停车控制中，针对100米长度的站台，通常停车点需要的保护长度需要至少32米以上(也就是停车点距离障碍物的距离)，进站速度45km/h，进站时间(指列车从进入站台到停准位置)在15s左右。

本发明的自动列车停车控制方法是根据列车停车距离和速度/加速度的关系动态变化的。本发明通过EB触发曲线上设置制动控制门限，得到ATO目标速度曲线及实时计算用于控车的ATO目标加速度曲线。同时为了保证行驶效率，在列车制动过程中保证安全的前提下，尽可能的使用最大行驶速度。本发明为列车线路停车保护距离过短情况(小于标准要求的停车防护距离时)，提供了一种安全的自动停车方法，从而设计标准中的防护距离(停车点至障碍物距离)由原来的50米可以缩短至20米以内。从经济效益上分析，按照每条停车线长度减少30米的建设成本，每条地铁线按30处停车线、地铁每公里造价8亿元人民币计算，一条地铁线可节约7亿多元。本发明不但不降低列车运营效率还能降低列车轨道建设成本，提高列车运营系统经济收益。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是EB触发曲线示意图。

图2是本发明ATO目标速度曲线示意图。

图3是本发明ATO目标加速度曲线示意图。

图4是本发明实训线路实时日志示意图。

具体实施方式

本发明提供的自动列车制动控制方法,包括：

1)计算紧急列车制动触发曲线，简称EB触发曲线；

第一阶段为失控加速阶段，图1所示A阶段、B阶段；

a₁＝a_run–a_grade；

d₁＝v_x×t₁+(a₁×t₁²/2)；

v₁＝v_x+a₁×t₁；

第二阶段为惰行阶段,图1所示C阶段、D阶段；

a₂＝-a_grade；

d₂＝v₁×t₂+(a₂×t₂²/2)；

v₂＝v₁+a₂×t₂；

第三阶段为EB制动阶段(包括图1中E阶段)

a₃＝-a_gebr-a_grade；

d₃＝v₂×v₂/(2×a₃)；

上述各参数值的含义如下：

a_run，列车最不利失控加速度；

a_grade，当前位置的最不利坡度；

a_gebr，列车最不利的紧急制动率；

a_i,i＝1,2,3.为每阶段中最不利加速度；

t_i,i＝1,2.为每阶段中最不利时间；

d_i,i＝1,2,3.为每阶段中最不利情况下运行的距离；

由上述公式可知，EB触发曲线上某点x(参见图2)，该点速度v_x一定时，距离障碍物终点距离d＝d₁+d₂+d₃即为v_x的f(x)函数，其中a_i,t_i为信号、车辆及线路参数计算得到，即在特定项目中这些参数都是常量。d＝f(v_x)即为所求EB触发曲线。

2)如图2所示，以列车制动距离为横坐标，列车行驶速度为纵坐标，将EB触发曲线向下平移控制门限后得到列车行驶速度-制动距离关系曲线，简称ATO目标速度曲线；

其中，控制门限是指控制列车不触碰EB触发曲线所需要的速度值；

进一步改进，控制门限在自动控制列车保证不触碰EB触发曲线同时根据列车具体运行情况预留一定余量(速度值)；

3)以ATO目标速度曲线上每一点所对应的列车行驶加速度作为纵坐标，以列车制动距离作为横坐标，生成列车目标加速度-制动距离关系曲线，简称ATO目标加速度曲线；

4)当停车点距离障碍物点很近时(指小于设计标准要求)，根据项目及列车特点设置控制门限，将列车紧急制动触发曲线向下平移控制门限后生成列车速度-制动距离关系曲线(即ATO目标速度曲线)，实时计算列车加速度和制动距离是否符合列车目标加速度-制动距离关系曲线(即ATO目标加速度曲线)，如不符合则制动列车；

5)制动列车时，控制列车加速度按照目标加速度-制动距离关系曲线运行，直到列车加速度达到对准加速度(参考图3，P点)；所述对准加速度指列车距离停车点预设距离处开始停车到达停车点列车完全静止，这个停车过程列车所需的固定制动率；

6)列车到达距离停车点预设距离处按照对准加速度停车至停车点。

其中，制动控制门限为0.1m/s至10m/s。

其中，制动控制门限优选为0.5m/s、1m/s、1.5m/s或2m/s。

本发明根据实际项目中的参数，设置线路及车辆参数如表1所示(基于安全性考虑，设置了速度及位置不确定性值)。

说明(*):都是设计中的常用值，具体值根据项目及车辆特性得到

表1

在取制动控制门限为1m/s，在不同的设计停车点加速度下进行计算如表2所示。

表2

该实际的实训线路上采用真实设备和列车进行了验证。如图4所示，从图上可以得出加速度曲线-制动距离的加速度变化率小，采用本算法在制动过程中不需要额外控制加速度的变化率，列车不会产生突然加速/减速情况，使乘客乘坐体验更加舒适。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。