一种防止电力机车掉入无电区的控制方法与流程

文档序号:13435887阅读:829来源:国知局
一种防止电力机车掉入无电区的控制方法与流程

本发明涉及列车自动驾驶领域,尤其是涉及一种使用计算机控制技术、利用车载线路数据防止电力机车在电气化铁路线路上掉入无电区的自动控制方法。



背景技术:

随着列车运行速度的提高和电气化铁路运营里程的不断延长,对机车车辆安全运行标准的要求也越来越高,因此电力机车安全、准确、可靠地通过无电区间也越来越引起大家的关注。

在铁道电气化牵引区段,牵引供电采用单相工频交流供电方式。为使电力系统的三相供电负荷平衡和提高电网的利用率,电气化铁路的供电接触网采用分相段供电,各分项相段采用长度不等的绝缘间隔(即无电区间),电力机车通过无电区间必须断电惰行。为了保证电力机车安全通过无电区间,在无电区前、后30m线路左侧设置断、合标志牌,以提示乘务员操纵机车安全通过无电区。长期以来断电运行均由乘务员操作完成,提前断电和滞后合闸的操纵现象屡见不鲜。由于列车无电运行时间较长,列车速度损失较大。同时,随着列车运行速度的提高,特别是在准高速、高速线路上,每小时通过多个无电区,手动操纵过于频繁,对运行安全极为不利,乘务员少有疏忽就会产生拉电弧、烧无电绝缘器等现象,由此引起变电所跳闸,中断供电,造成行车事故。

近年来中国铁路运营里程不断增加,铁路车辆发车密度不断增大。人们探索了通过预埋磁钢,加装自动过无电装置等手段来实现电力机车自动过无电区。但是针对惰性通过无电区初始动能必须满足一定的条件没有做约束和提示司机,存在因动能不足掉入无电区的可能。



技术实现要素:

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种不依赖原有自动过无电装置,通过用于安全控制的线路数据和列车定位,准确地控制电力机车通过无电区,防止机车掉入无电区的方法。该方法可以应用于机车自动驾驶、机车优化操纵等情况。对我国铁路行业实现减轻司机驾驶劳动强度、在困难操纵路段使司机的操纵水平趋向一致具有重要的作用。

根据本发明的一个实施例,提供了一种用于防止电力机车掉入无电区的控制方法,所述方法包括:

从预存的线路数据中获取无电区位置和基准目标曲线;

判断前方是否存在无电区;

当前方存在无电区时,判断列车是否被允许通过无电区;

当列车被允许通过无电区时,输出通过无电区指令以控制列车越过无电区;以及

当列车不被允许通过无电区时,输出在无电区前指定距离内停车指令以控制列车停车。

根据本发明的另一实施例,提供了一种用于防止电力机车掉入无电区的系统,所述系统包括:

预存线路数据的装置,用于预存线路数据;以及

防止掉入无电区装置,所述防止掉入无电区装置被配置成:

从预存的线路数据中获取无电区位置和基准目标曲线;

判断前方是否存在无电区;

当前方存在无电区时,判断列车是否被允许通过无电区;

当列车被允许通过无电区时,输出通过无电区指令给列车的列车运行监控装置以控制列车越过无电区;以及

当列车不被允许通过无电区时,输出在无电区前指定距离内停车指令给列车的制动系统以控制列车停车。

根据本发明的又一实施例,提供了一种列车自动驾驶系统,所述系统包括:

列车运行监控装置,用于产生及存储与列车运行有关的数据,以及预存线路数据;

列车网络控制装置,用于根据所述列车运行监控装置的指令控制列车运行;以及

制动系统,用于根据所述列车运行监控装置的指令对列车进行制动,

其中所述列车运行监控装置还进一步包括防止掉入无电区装置,所述防止掉入无电区装置被配置成:

从预存的线路数据中获取无电区位置和基准目标曲线;

判断前方是否存在无电区;

当前方存在无电区时,判断列车是否被允许通过无电区;

当列车被允许通过无电区时,输出通过无电区指令给所述列车网络控制以控制列车越过无电区;以及

当列车不被允许通过无电区时,输出在无电区前指定距离内停车指令给所述制动系统以控制列车停车。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图,这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解,前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的,不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式,可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述,其中一些方面在附图中示出。然而应该注意,附图仅示出了本发明的某些典型方面,故不应被认为限定其范围,因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1是根据本发明的一个实施例的机车自动驾驶系统的架构图。

图2是根据本发明的一个实施例的示出无电区之前的最大制动距离s2和和列车起车到达速度能惰性越过无电区的距离s1的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的防止电力机车掉入无电区的控制方法的流程图。

图4是根据本发明的一个实施例的防止电力机车掉入无电区的算法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为解决上述问题,本发明提供了一种机车自动驾驶利用线路数据防止掉入无电区的控制方法,该方法利用预存的线路数据信息作为控制的基础,控制电力机车运行,保证其不会掉入无电区中。

更具体地,本发明所提出的基于线路数据的防止掉入无电区主要是计算机车在给定条件下发出通过无电区指令和无电区前停车指令的时机。该计算以线路数据(坡、弯、道、桥、隧等)为基础,结合列车编组信息、限速、机车信号等约束条件,以保证列车安全通过无电区为基本条件,计算通过无电区指令和无电区前停车指令发出的时机等。

图1是根据本发明的一个实施例的具备防止机车掉入无电区功能的机车自动驾驶系统的架构图。根据本发明的一个实施例,所述机车包含电力机车等。如图1中所示,机车自动驾驶系统可包含提供防止电力机车掉入无电区的列车优化操作装置101,列车优化操作装置101可进一步包含预存线路数据的装置102以及防止掉入无电区装置103。另外,机车自动驾驶系统还可包含列车网络控制装置104和制动系统106。

预存线路数据的装置102用于预存线路数据。根据本发明的一个实施例,预存线路数据的装置102可以是以保障列车运行安全为主要目的的列车运行监控装置lkj2000、lkj-15、或其他装载有线路数据的atp设备的一部分。

防止掉入无电区装置103与所述预存线路数据的装置102、列车网络控制装置104、以及制动系统106连接,用于根据所述线路数据来计算得到防止掉入无电区指令信息。根据本发明的一个实施例,防止掉入无电区装置103可以是一个独立的装置,该装置不限定为某一型号的设备。另外,根据另一个实施例,防止掉入无电区装置103也可以是嵌入安装在其他设备中的控制软件或控制算法,例如可以是列车运行监控装置或机车自动驾驶、机车优化操作的一个部件。

在电力机车运行过程中,防止掉入无电区装置103可连接机车网络控制系统,采集机车电制动力信息,用于防止掉入无电区的判断。根据本发明的一个实施例,所述防止掉入无电区装置103可将所述防止掉入无电区指令信息传输到机车的机车显示器105,以通过机车显示器105进行显示。根据本发明的另一实施例,防止掉入无电区装置103可将所述防止掉入无电区指令信息传输到列车运行监控装置,以通过列车运行监控装置的显示器进行显示。

列车网络控制装置104与防止掉入无电区装置103连接,用于将优化操作信息传输给列车的制动系统106,以控制制动系统按照优化操作信息进行响应,从而实现电力机车的自动驾驶,同时把所述牵引制动系统的相关数据发送给防止掉入无电区装置103。

列车的制动系统106与所述防止掉入无电区装置103连接,用于执行空气制动指令。根据本发明的一个实施例,所述列车制动系统可包括dk1、dk2、ccbii等。

以下将结合上述示例性系统架构来描述本发明的防止机车掉入无电区的模型。

如列车领域公知的,机车掉入无电区主要是因为在无电区起始点机车没有满足惰性通过无电区的初始动能,导致因动能不足掉入无电区。这是一种需要避免的情况。另一种需要避免的情况是,机车可能由于各种原因停车或减速,例如前方路段为红灯,需要停车。当机车停车后,距离无电区的距离可能不足以使机车重新加速到具有满足惰性通过无电区的初始动能,在这种情况下,机车将不得不先倒车,然后再加速冲过无电区。因此,要在自动驾驶环境下避免这两种情况,本发明的防止列车掉入无电区算法要求:

1)要求列车在无电区起点时,其动能要保证列车惰行通过无电区。

2)如果计算的动能不能达到惰行通过无电区,则需要在无电区前方停车,停车距离无电区起点的距离要求大于足够满足列车从停车加速到动能满足惰行通过无电区的速度。

为了满足上述要求,本发明的列车控制方法基于线路数据和实时列车监控数据,实时地计算针对下一无电区的列车起车到达速度能惰性越过无电区的距离(s1),以及当前车况和路况条件下的最大制动距离(s2),如图2所示。当探测到前方一定距离(s2+s1+无电区长度)内存在无电区时,判断列车是否被允许通过无电区。如果允许,则控制列车通过无电区,如果不允许通过,则立即指令列车制动。由于预留了大于s2+s1的距离,列车可以在最大制动距离s2内实现停车,同时在被允许通过无电区时,可以实现起车后仍然能够在s1内加速到能够惰性越过无电区的速度,从而防止机车落入无电区。

图3是根据本发明的一个实施例的防止电力机车掉入无电区的控制方法的流程图。如图3中所示,方法开始于框302。

在框304,获取无电区位置和基准目标曲线。如上文提到的,预存线路数据的装置102产生及存储与列车运行相关的数据,并且也存储有线路数据。线路数据可包括线路上的所有无电区的位置及相关数据,例如为了惰性通过各无电区而要求在各无电区的起点处列车必须具备的动能。基准目标曲线获取是通过线路数据(坡、弯、道、桥、隧等)为基础,结合列车编组信息、限速、机车信号等约束条件,以机车列车性能参数为基本条件,计算用于控制的基准目标曲线。防止掉入无电区装置103从预存线路数据的装置102获取上述信息。

接着,在框306,防止掉入无电区装置103计算最大制动距离(s2)和列车起车到达速度能惰性越过无电区的距离(s1)。其中,防止掉入无电区装置103可基于当前路况(例如,限速情况,坡道)和车况,在基准目标曲线的基础上计算实时的最大制动距离(s2)。同时,防止掉入无电区装置103可基于下一无电区的参数来计算在当前路况和车况条件下,列车起车到达速度能惰性越过无电区所需的距离(s1)。

在框308,防止掉入无电区装置103确定列车运行前方一定距离(即最大制动距离(s2)+列车起车到达速度能惰性越过无电区的距离(s1))内是否存在无电区。例如,经过实时计算,确定s2为3km,s1为5km,无电区长度为2km,而列车当前位置和下一无电区起点位置间距离为12km,则可确定为前方(一定距离内)不存在无电区,方法可循环返回至步骤304。如果列车当前位置和下一无电区起点位置间距离为9km,小于s2+s1+无电区长度,则可确定为前方(一定距离内)存在无电区,方法前进至框310。

在框310,防止掉入无电区装置103判断列车是否被允许通过无电区。根据本发明的一个实施例,这一判断可根据当前的移动授权以及列车位置。例如,在s2+s1+无电区长度范围内是否存在红灯。需要注意的是,此处判断移动授权是以s2+s1+无电区长度为范围来判断的,而不是基于常规的移动区间来判断,因为s2+s1+无电区长度的范围可能会涵盖多个常规移动区间,只要其中存在一个红灯,就应判断列车不被允许通过无电区,方法前进至框312。

在框312,判断列车不被允许通过无电区,则防止掉入无电区装置103输出在无电区前指定距离内停车指令到列车网络控制装置104和制动系统106,进而控制列车在最大制动距离(s2)内停车,方法结束。

如果在框310判断列车被允许通过无电区,则方法前进至框314,防止掉入无电区装置103输出通过无电区指令到列车网络控制装置104,随后由列车网络控制装置104牵引列车越过无电区。

在框316,在列车网络控制装置104牵引列车越过无电区期间,防止掉入无电区装置103可输出速度实时调整指令。当防止掉入无电区装置103判断速度不符合控制预期,防止掉入无电区装置103给出调速指令给列车网络控制装置104以控制列车实时运行。

如之前提到的,这一方法基于实时的车况和线路数据,实时车速、列车位置、移动授权情况以及其它突发情况(例如前方道路有异常情况需紧急制动)都可能导致动态计算的s1和s2的变化。因此,即使在发出了通过无电区指令后,该方法可仍然被反复执行,直到顺利通过无电区为止。另外,出于节省资源的目的,该方法可被设置成仅在距离下一无电区一定范围内时才启动。例如,根据理论值计算和实际经验,距离无电区30km处开始启动本发明的防止掉入无电区的方法是足够安全的,那么如果列车当前位置距离下一无电区在30km以上,则可暂时不启动该方法,例如无需计算实时的s2和s1,直到列车与无电区的距离小于30km。可以理解的是,此处的30km仅仅是一个示例,可基于实际情况设置任何适当的距离阈值。

图4是根据本发明的一个实施例的防止电力机车掉入无电区的算法的流程图。

算法在框402开始。在框404,计算无电区起点处列车必须具备的动能及对应速度。

接着,在框406,计算无电区起点处列车的制动速度。需要注意,此处的列车的制动速度指的是列车的限制移动速度,即如果低于该速度,列车将不会移动。

在框408,判断所计算出的需具备的动能速度是否大于制动速度。如果需具备的动能速度大于制动速度,例如计算出的需具备的动能速度是50km/h,而列车的制动速度为20km/h,则方法前进至框410,计算停车点调整距离。更具体地,由于存在这一列车制动速度,因此列车起车到达速度能惰性越过无电区的距离(s1)将被调整为比原先计算的值更大。

如果在框408,判断所计算出的需具备的动能速度不大于制动速度,则方法前进至框412。例如计算出的需具备的动能速度是10km/h,而列车的制动速度为20km/h,则由于该制动速度的存在,列车一旦起动,速度必然超过该制动速度,也即超过了需具备的动能速度,因此此时系统需要做的是提供速度提示,以提示列车必须保持的最小时速(例如需具备的动能速度10km/h,或者略高于该速度的某一速度),以确保列车不会降速到该需具备的动能速度之下而掉入无电区。

本发明的创新点在于:

1.充分利用了列车运行的线路数据和机车采集的各类有效信息,建立了防止掉入无电区的计算机自动控制模型;

2.采用该模型控制列车,不依赖现有的地埋式磁钢自动过无电装置;

3.系统架构中充分考虑行车信号,可控制列车安全停车。

本发明所提供的方案基于预存车载数据的装置(如列车运行监控装置lkj等),充分利用了装置的线路数据(坡、弯、道、桥、隧等)、列车编组、当前速度、限速、里程坐标等信息,通过增加防止掉入无电区装置,实现了对列车通过无电区的自动控制,从而在最小程度改动的情况下实现了最大程度的效益。

在国内,机车主要是在列车运行监控装置lkj2000监督下运行,因此通过采用lkj2000来作为列车运行监控装置,无需再构建新的线路数据库和添加测速定位设备,这样可以最大限度地利用已有的机车设备来实现对防止掉入无电区控制,以达到安全控制、减轻司机劳动强度等目标。

采用上述技术方案的有益效果是:

最大程度结合了现有机车车辆的已有设备,能够根据线路数据等信息实时计算防止掉入无电区控制指令时机,使得自动过无电位置更为精准;

加入对实时信号的考量,能够根据机车当前的调度信号,确保列车能安全通过无电区;

降低司机操纵难度,减轻司机劳动强度;

司机的驾驶容易受行车经验、精神状态、责任心等因素影响,本方法的使用可减少因操纵不当造成的不必要停车。

以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然,出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的,但本领域内的普通技术人员应该认识到,所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而,所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

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