一种列车速度控制方法与流程

本发明涉及一种列车控制领域，尤其涉及一种适用于控制列车以准恒速运行的列车速度控制方法。

背景技术：

目前地铁列车的驾驶模式由信号系统或者司机人工操作控制，在信号系统控车情况下，列车的速度由信号系统发出指令及级位进行控制；在司机人工操作模式下，列车的速度则完全由司机操作司机控制器实现。地铁列车在人工驾驶时，分为限制人工模式和非限制人工模式，无论在限制人工模式和非限制人工模式下，由于线路条件或安全考虑等原因，列车均有速度限速要求，需要进行当前模式下的运行速度限制控制，在人工模式下运行时，列车控制系统根据司机指令运行，在线路存在下坡坡道的情况下，在列车缺乏有效的速度限制控制时，往往列车会超过允许的限制速度而司机并未及时有效采取制动措施情况。现有技术中对地铁列车的准恒速速度特性控制具有一定的研究，但现有的控制方法仍存在一定的缺陷和不足，主要包括：1、未能提供一种高精度、自适应的速度特性方法满足各种控车模式下速度限制控制需求的列车速度控制方法；2、未考虑线路下坡因素的影响，下坡时需要司机人工干预；未根据列车加速度情况调整牵引力下降速率和制动力上升率，速度调节滞后；速度特性控制精度较差；3、在列车限速运行模式下，司机人工操作下易忽视列车实际速度，带来安全隐患。因此，有必要对列车准恒速运行的控制方法进行研究。

技术实现要素：

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，本发明提供一种可自动适应不同线路坡道情况，并根据坡道情况自动为修正控制曲线，从而快速、精确的实现列车准恒速运行的列车速度控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种列车速度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1.确定列车当前所受到的下滑力，并将所述下滑力转换为对应的下滑力扭矩值；

s2.根据所确定的恒速限速值和预先确定的速度允许最高值，以及所述下滑力扭矩值确定恒速控制特性斜率；

s3.根据列车当前控制级位、所述恒速限速值和所述恒速控制特性斜率确定列车速度控制曲线，根据所述速度控制曲线控制列车速度。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述列车当前所受到的下滑力的确定方法，包括：获取列车当前位置，根据预先确定的线路图确定列车当前位置线路的坡度，根据列车的重量及当前位置线路的坡度计算确定列车当前所受到的下滑力。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述列车当前所受到的下滑力的确定方法，包括：由设置在列车上的坡度传感器获取列车当前位置的坡度，并根据列车的重量及所述坡度确定列车当前所受到的下滑力。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s2中恒速控制特性斜率通过式(1)所式公式确定：

式(1)中，k为所述恒速控制特性斜率，te_p为所述下滑力扭矩值，vm为所述恒速限速值，vh为速度允许最高值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s3中的速度控制曲线如式(2)所示公式确定：

式(2)中，te为列车速度控制曲线值，yn为列车档位级数对应的牵引电机的输出扭矩，k为所述恒速控制特性斜率，v为列车速度，vm为所述恒速限速值，te_p为所述下滑力扭矩值。

作为本发明的进一步改进，在步骤s3根据所述速度控制曲线控制列车速度中，在列车牵引工况与制动工况切换点设置有预设的切换响应缓冲区间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明充分考虑了下坡因素对列车速度的影响，可自动适应线路中各种走道情况，自动调整列车的牵引力输出，切换牵引工况与制动工况，无需要人工干预，快速响应，达到速度精准控制的目的。

2、本发明的控制方法简单，简化了控制软件逻辑编写的工作量。

3、本发明的控制方法无需要人工干预，降低了司机的劳动强度，同时，也避免了由于人工操作忽视列车实际速度的失误所带来的安全隐患。

附图说明

图1为本发明具体实施例的流程示意图。

图2为本发明具体实施例的控制曲线示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的列车速度控制方法，步骤为：s1.确定列车当前所受到的下滑力，并将所述下滑力转换为对应的下滑力扭矩值；s2.根据所确定的恒速限速值和预先确定的速度允许最高值，以及所述下滑力扭矩值确定恒速控制特性斜率；s3.根据列车当前控制级位、所述恒速限速值和所述恒速控制特性斜率确定列车速度控制曲线，根据所述速度控制曲线控制列车速度。在本实施例中，下滑力扭矩值恒取负值。

在本实施例中步骤s1中所述列车当前所受到的下滑力的确定方法，包括：获取列车当前位置，根据预先确定的线路图确定列车当前位置线路的坡度，根据列车的重量及当前位置线路的坡度计算确定列车当前所受到的下滑力。当然，也可以通过设置在列车上的坡度传感器获取列车当前位置线路的坡度情况，再根据列车的重量计算得到列车的下滑力。

在本实施例中，所述步骤s2中恒速控制特性斜率通过式(1)所式公式确定：

式(1)中，k为所述恒速控制特性斜率，te_p为所述下滑力扭矩值，vm为所述恒速限速值，vh为速度允许最高值。

所述步骤s3中的速度控制曲线如式(2)所示公式确定：

式(2)中，te为列车速度控制曲线值，yn为列车档位级数对应的牵引电机的输出扭矩，k为所述恒速控制特性斜率，v为列车速度，vm为所述恒速限速值，te_p为所述下滑力扭矩值。

如图2中，在本实施例中，在步骤s3根据所述速度控制曲线控制列车速度中，在列车牵引工况与制动工况切换点设置有预设的切换响应缓冲区间。

在本实施例中，通过列车控制的过程对本发明的技术方案进行说明。本发明的列车恒速速度特性控制曲线图如图2所示。te_max为列车限制牵引力包络线，即列车最大可能的牵引力矩，y1、y2、y3为列车可选择的司机给定级位，司机可从中任选一个级位作为列车的当前控制级位，本实施例中，设所选定的级位为y1。vm为列车所设定的恒速限速值，vh为列车的速度允许最高值，设置切换响应缓冲区间的响应缓冲值为δv。在本实施例中，列车在下坡状态时，通过列车上的坡度传感器确定列车当前位置的坡度，或者通过列车上的位置传感器获取当前位置，并通过线路图确定当前坡度，通过列车的自重，计算得到列车当前位置所受到的下滑力，并将下滑力转换为te_p为所述下滑力扭矩值。在本实施例中，以te_p_1表示列车当前所受下滑力对应的扭矩值。通过式(1)所示公式，即可确定列车恒速控制特性斜率k1，从而可以确定一条通过点vm，斜率为k1的斜线。由此，可以确定当前列车的恒速速度特性控制曲线为y1、斜率为k1的斜线、和te_p_1所组成的曲线。其中，y1和斜率为k1的斜线的交点对应的速度为v1。在整个控制过程中，当列车速度小于v1时，列车的牵引电机按照y1级位输出牵引力，当列车的速度达到v1时，则开始按照斜率为k1的斜线的恒速速度特性控制曲线控制牵引电力的力矩输出，当列车的速度到达预设的恒速限速值vm时，根据控制曲线牵引电机的输出为0，当列车速度大于vm且达到vm+δv时，列车由牵引工况切换至制动工况，对列车进行制动，列车输出的制动力由控制曲线所确定，当列车速度达到恒速控制的速度允许最高值vh时，列车输出的制动为等于列车的下滑力对应的扭矩值te_p_1。在列车的制动过程中，列车速度逐步降低，当列车速度下降至预设的恒速限速值vm时，根据控制曲线制动力的输出为0，当列车速度进一步降低且达到vm-δv时，列车由制动工况切换至牵引工况。通过设置切换响应缓冲区间，可以有效防止列车速度恒定在预设的恒速限速值附近时，列车在牵引工况和制动工况之间频繁切换。

在本实施例中，当列车所受到的下滑力发生变化时，如图2所示，下滑力对应的扭矩值由te_p_1变为te_p_2，则所计算得到的列车恒速控制特性斜率也由k1变为k2，列车所受到的下滑力越大，列车恒速控制特性曲线的斜率也越小，斜线越陡，从而可以更快的对列车的速度变化做出响应，更好的实现对列车的恒速控制。

同时，在列车所受到的下滑力不变的情况下，预先所设定的恒速控制允许超调值越小，即预先设定的列车的速度允许最高值vh越接近恒速限速值vm，所计算得到的列车恒速控制特性斜率也越小，斜线越陡，同样也可以更快的对列车的速度变化做出响应，更好的实现对列车的恒速控制。在本实施例中，速度允许最高值＝恒速限速值+恒速控制允许超调值。

在本实施例中，当列车处于上坡过程中，此时列车所受到的下滑力为列车运行的阻力，列车不会在下滑力的作用下加速，其控制过程与上述控制过程相同，通过本发明的方法，同样可以很好的实现对列车速度的控制。

本实施例的方法，充分考虑了下坡因素对列车速度的影响，可自动适应线路中各种走道情况，自动调整列车的牵引力输出，切换牵引工况与制动工况，无需要人工干预，快速响应，达到速度精准控制的目的。而且本实施例的方法控制过程简单，简化了控制软件逻辑编写的工作量。通过本实施例的方法对列车速度进行控制，不需要人工干预，降低了司机的劳动强度，同时，也避免了由于人工操作忽视列车实际速度的失误所带来的安全隐患。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。