列车空气制动状态实时评估方法、系统、存储介质与流程

[0001]
本发明涉及列车运行与运营技术领域，尤其是一种列车空气制动状态实时评估方法、系统、存储介质以及电子设备。


背景技术：

[0002]
铁路运输在大宗物资运输中具有运量大、成本低、全天候等得天独厚的优势。铁路列车在运行过程中，其运行状态受到线路条件与列车本身性能的综合影响。列车制动能力的好坏，是保障列车安全运行的保护屏障，对于列车的运行安全意义重大。列车的制动力有电制动力和空气制动力两种，列车可以精确产生列车运行所需的电制动力，而列车的空气制动力受闸类型、闸瓦压力强弱、空气波传播速度与车辆闸瓦离散性等因素的综合影响，产生非线性作用力，难以精确产生空气制动力，而列车在自动驾驶或辅助驾驶时，需要控制与使用空气制动力，所以需要对列车空气制动力进行评估，了解列车空气制动力的强弱，作为列车行车的参考，同时也可以判断出空气制动是否异常，保障列车行车安全。


技术实现要素：

[0003]
针对上述问题，本发明提供一种列车空气制动状态实时评估方法、系统、存储介质以及电子设备，用以实现对列车运行空气制动实时状态的评估，保障列车行车安全。
[0004]
根据本发明的一个方面，一种列车空气制动状态实时评估方法，包括：
[0005]
在每个时间周期采集列车行驶速度，并根据所述列车行驶速度确定列车行驶加速度；
[0006]
获取与列车行驶中所受阻力相关的物理参数的数值，并据此确定列车行驶时所受阻力；
[0007]
根据列车行驶加速度、列车实时牵引力或实时电制动力以及列车行驶时所受阻力确定列车行驶时的空气制动力；
[0008]
收集列车行驶时的空气制动的时间信息，其中，所述时间信息包括列车空气制动的施加时间和缓解时间；
[0009]
将列车行驶时的空气制动的时间信息与列车行驶时的空气制动力相结合，获得列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况；
[0010]
根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响。
[0011]
根据本发明的一个实施例，所述在每个时间周期采集列车行驶速度，并根据所述列车行驶速度确定列车行驶加速度，包括：
[0012]
对列车在不同时刻的行驶速度进行滑动平均滤波处理，获得列车在不同时段的平均行驶速度；
[0013]
根据列车在不同时段的平均行驶速度确定列车行驶加速度。
[0014]
根据本发明的一个实施例，所述与列车行驶中所受阻力相关的物理参数包括列车
质量、列车行驶速度，以及列车行驶线路中的坡道与弯道信息。
[0015]
根据本发明的一个实施例，通过下式，根据列车质量、列车行驶加速度、列车实时牵引力或实时电制动力以及列车行驶时所受阻力确定列车行驶时的空气制动力：
[0016]
f
air
＝f
t-w
total-m
·
a
maf
[0017]
其中，f
air
为空气制动力，f
t
为列车实时牵引力或实时电制动力，w
total
为列车行驶时所受阻力，m为列车质量，a
maf
为列车行驶加速度。
[0018]
根据本发明的一个实施例，所述根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响，包括：
[0019]
当判断空气制动力持续地小于给定的阈值区间的下限时，通过增加空气制动减压量来增大空气制动力的大小；
[0020]
当判断空气制动力持续地大于给定的阈值区间的上限时，在确保满足最短的空气制动的施加时间的条件下，通过提前缓解空气制动来缩短空气制动力的施加时间。
[0021]
根据本发明的一个实施例，若实时空气制动力小于预设的安全阈值，则发出行车安全预警信息。
[0022]
根据本发明的一个实施例，所述列车空气制动的施加时间为列车排风时间，所述列车空气制动的缓解时间为列车充风时间。
[0023]
根据本发明的一个实施例，通过下式计算列车行驶单位距离空气制动所做的功，并根据空气制动所做的功来判断空气制动力是否超出给定的阈值区间：
[0024][0025][0026]
其中，f
air
为空气制动力，v为列车行驶速度，t1为空气制动起始时间，t2为空气制动完成时间，w
airbraking
为列车空气制动做功参数，p
airbraking
为列车行驶单位距离空气制动做功参数，s为在施加空气制动的作用下列车行驶的距离。
[0027]
此外，本发明还提供一种列车空气制动状态实时评估系统，其包括：
[0028]
列车速度采集单元，用于在每个时间周期采集列车行驶速度，并根据所述列车行驶速度确定列车行驶加速度；
[0029]
列车阻力分析单元，用于获取与列车行驶中所受阻力相关的物理参数的数值，并据此确定列车行驶时所受阻力；
[0030]
空气制动计算单元，用于根据列车行驶加速度、列车实时牵引力或实时电制动力以及列车行驶时所受阻力确定列车行驶时的空气制动力；
[0031]
空气制动记录单元，用于收集列车行驶时的空气制动的时间信息，其中，所述时间信息包括列车空气制动的施加时间和缓解时间；
[0032]
空气制动观测单元，用于将列车行驶时的空气制动的时间信息与列车行驶时的空气制动力相结合，获得列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况；
[0033]
空气制动评估单元，用于根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响。
[0034]
此外，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，其特征在于，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的列车空气制动状态实时评估方法。
[0035]
此外，本发明还提供一种电子设备，其包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码，所述程序代码被所述处理器执行时，实现如上所述的列车空气制动状态实时评估方法。
[0036]
与现有技术相比，本发明的上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0037]
1)本发明提出一种列车空气制动状态实时评估方法、系统、存储介质及设备，基于空气制动施加的时间信息与观测出的空气制动力信息，得到空气制动力随时间动态变化的过程，根据实时空气制动力的大小情况，通过增加减压量(增大空气制动力)或提前缓解空气制动(缩短空气制动作用时间)来动态地调整空气制动，该方法尤其适用于列车自动驾驶或者列车辅助驾驶；
[0038]
2)本发明的技术方案采用一种空气制动力实时观测方法，该方法通过利用滤波算法计算得到列车加速度，进而基于列车质量、列车实时牵引力与电制动力、列车实时加速度以及列车实时阻力，实时计算列车空气制动力大小，从而实时灵活地调整列车行驶过程中的空气制动；
[0039]
3)本发明的技术方案采用一种空气制动力实时观测方法，得到实时空气制动力大小，将实时空气制动力值与设计的参考安全值进行对比，判断列车行车是否安全；
[0040]
4)本发明的技术方案采用一种空气制动力实时观测方法，通过列车行驶单位距离空气制动做功参数判断列车空气制动力强弱及对列车行车的影响，评估列车运行空气制动性能，保障列车行车安全。
[0041]
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特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0042]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0043]
图1示出了本发明实施例一的列车空气制动状态实时评估方法的工作流程的示意图；
[0044]
图2示出了本发明实施例二的列车空气制动状态实时评估系统的组成结构的示意图。
具体实施方式
[0045]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，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。
[0046]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0047]
实施例一
[0048]
如前所述，列车空气制动实时状态观测有两个重要的维度：空气制动的作用时间与空气制动力大小。
[0049]
一、空气制动的作用时间。当施加空气制动时，记录施加起始时刻，并开始对列车的排风时间进行计时；当缓解空气制动时，记录缓解起始时刻，并开始对列车的充风时间进行计时。
[0050]
二、空气制动力大小。如空气制动施加时，列车制动力随着时间的变化情况。在此需要说明的是，当列车施加空气制动时，列车中各个机车车辆的制动缸并非立即、同时开始重启增压、制动缸压强也有一个上升过程，并非瞬间就能增到最大值。实际上会经历无制动力的纯空走阶段，全列车闸瓦压力由零上升到稳定值的递增阶段，全列车闸瓦压力保持不变的稳定阶段。正是由于其复杂的变化过程，所以实时观测空气制动的变化就尤为重要。
[0051]
为此，本实施例提出一种示例性的列车空气制动状态实时评估方法。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：
[0052]
s10，在每个时间周期采集列车行驶速度，并根据所述列车行驶速度确定列车行驶加速度；
[0053]
s20，获取与列车行驶中所受阻力相关的物理参数的数值，并据此确定列车行驶时所受阻力；
[0054]
s30，根据列车行驶加速度、列车实时牵引力或实时电制动力以及列车行驶时所受阻力确定列车行驶时的空气制动力；
[0055]
s40，收集列车行驶时的空气制动的时间信息，其中，所述时间信息包括列车空气制动的施加时间和缓解时间；
[0056]
s50，将列车行驶时的空气制动的时间信息与列车行驶时的空气制动力相结合，获得列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况；
[0057]
s60，根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响。
[0058]
其中，所述根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响，具体包括：
[0059]
当判断空气制动力持续地小于给定的阈值区间的下限时，通过增加空气制动减压量来增大空气制动力的大小；
[0060]
当判断空气制动力持续地大于给定的阈值区间的上限时，在确保满足最短的空气制动的施加时间的条件下，通过提前缓解空气制动来缩短空气制动力的施加时间。
[0061]
在此应当理解的是，只有在一段指定的时长内，空气制动力持续地小于/大于预先给定的阈值区间的下限/上限时，才能采取相应的措施来调整列车的空气制动。
[0062]
实施例二
[0063]
此外，本实施例提出一种示例性的列车空气制动状态实时评估系统。如图2所示，该系统主要包括以下模块：
[0064]
列车速度采集单元，用于在每个时间周期采集列车行驶速度，并根据所述列车行驶速度确定列车行驶加速度；
[0065]
列车阻力分析单元，用于获取与列车行驶中所受阻力相关的物理参数的数值，并据此确定列车行驶时所受阻力；
[0066]
空气制动计算单元，用于根据列车行驶加速度、列车实时牵引力或实时电制动力以及列车行驶时所受阻力确定列车行驶时的空气制动力；
[0067]
空气制动记录单元，用于收集列车行驶时的空气制动的时间信息，其中，所述时间信息包括列车空气制动的施加时间和缓解时间；
[0068]
空气制动观测单元，用于将列车行驶时的空气制动的时间信息与列车行驶时的空气制动力相结合，获得列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况；
[0069]
空气制动评估单元，用于根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或缩短空气制动施加时间，以动态地调控空气制动对列车的影响。
[0070]
下面结合该系统的具体应用过程来进一步说明本发明的技术方案的工作原理。
[0071]
在本实施例中，列车速度采集单元，优选采用滑动平均滤波算法对列车在不同时刻的行驶速度进行处理，以获得列车在不同时段的平均行驶速度。
[0072]
具体地，在每个时间周期对列车当前运行速度v进行采样，并记录下来,由此获得速度序列v
k
，v
k+1
，v
k+2
，v
k+3
...v
n
，然后利用得到的速度序列计算列车行驶加速度a
maf
。
[0073]
应当说明的是，上述滑动平均滤波是一种低通滤波器，用于把不需要的噪声信号从目标数据中过滤出去。滑动平均滤波一次采用n个数据输入，然后计算这些数据的平均值，然后得到一个滤波之后的数据，计算公式为：
[0074][0075]
v
n
是通过采样得到的输入数据，是采用平均计算后得到的平均值，n是输入采样数据的个数。
[0076]
在此，以n＝5为例来说明滑动平均滤波的过程，滑动平均滤波采用当前采样值v
n
与前面四个采样值v
n-1
，v
n-2
，v
n-3
，v
n-4
.然后计算出其平均值.然后计算出其平均值
[0077]
则加速度方法为：
[0078]
当然，若直接用v
n
与v
n-1
计算加速度，即也是可行的替代方案。
[0079]
在本实施例中，列车阻力分析单元，用于获取与列车行驶中所受阻力相关的物理参数的数值，并据此确定列车行驶时所受阻力，
[0080]
在本实施例中，与列车行驶中所受阻力相关的物理参数主要包括列车质量m，实时牵引力或实时电制动力f
t
，当前列车所处坡道i，弯道r等。
[0081]
那么列车所受的总阻力为w
total
＝(w0+w
p
+w
r
)*mg。
[0082]
w0为单位基本阻力，w0＝a+bv+cv2，a，b，c为基本阻力系数，v为列车行驶速度；
[0083]
wp为单位坡道阻力,w
p
＝i
[0084]
wr为单位弯道阻力，w
r
＝a/r，a为系数，其范围为450-800。
[0085]
在本实施例中，空气制动计算单元，用于实时计算每个周期空气制动力f
air
，计算公式为：
[0086]
f
air
＝f
t-w
total-m
·
a
maf
[0087]
其中，f
air
为空气制动力，f
t
为列车实时牵引力或实时电制动力，w
total
为列车行驶时所受阻力，m为列车质量，a
maf
为列车行驶加速度。
[0088]
在本实施例中，空气制动记录单元，用于收集列车行驶时的空气制动的时间信息以及位置信息；其中，所述时间信息包括列车空气制动的施加时间和缓解时间，所述位置信息包括列车空气制动的施加位置或缓解位置；
[0089]
具体地，记录列车空气制动施加时间和缓解时间，尤其是(施加空气制动时)列车排风时间时长或者(缓解空气制动时)列车充风时间时长；记录空气制动施加时，列车所处位置信息，记录空气制动缓解时，列车所处位置信息。
[0090]
在本实施例中，空气制动观测单元，用于将列车行驶时的空气制动的时间信息与列车行驶时的空气制动力相结合，获得列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况；
[0091]
在本实施例中，空气制动评估单元，用于根据列车行驶时空气制动力随时间变化的动态变化情况，作出是否增大空气制动力或缩短空气制动施加时间的决定，从而动态地调整空气制动对列车的影响。
[0092]
具体地，系统根据空气制动力大小随时间变化的动态变化情况，决定是否增大空气制动减压量或者缩短空气制动施加时间，从而调整空气制动力对列车的影响：即，当实时空气制动力持续偏小时，通过追加减压量来调大空气制动减压量，进而增大空气制动力大小；当实时空气制动力的值持续偏大时，在保证最小排风时间的前提要求下，通过提前缓解空气制动来缩短空气制动施加时间。在此应当说明的是：由于受空气制动系统本身性能的限制，不能通过减小空气制动减压量的方法来减小空气制动力值，因此只能通过缩短空气制动力的作用时间(即“提前缓解”)来实现对应的目的。
[0093]
进一步地，该单元内还设置空气制动力的参考安全阈值，当实时观测到的空气制动力小于预先给定的参考安全阈值时，会影响行车安全，因此需要对外发出警示信息。其他情况下，则正常输出实时空气制动力值。
[0094]
另外，除了实时观测空气制动力随时间的变化规律外，该单元还设置有计算施加空气制动力过程中空气制动的做功情况的功能。
[0095]
具体地，通过下式计算列车行驶单位距离空气制动所做的功，并根据空气制动所做的功来判断空气制动力是否超出给定的阈值区间：
[0096][0097][0098]
其中，f
air
为空气制动力，
v
为列车行驶速度，t1为空气制动起始时间，t2为空气制动完成时间，w
airbraking
为列车空气制动做功参数，p
airbraking
为列车行驶单位距离空气制动做功参数，s为在施加空气制动的作用下列车行驶的距离。
[0099]
例如，将参数p
airbraking
与给定的阈值区间进行比较，来判断空气制动力的强弱：
[0100]
当p
airbraking
大于给定的阈值区间的上限值时，判断空气制动力强；
[0101]
当p
airbraking
小于给定的阈值区间的下限值时，判断空气制动力弱。
[0102]
总之，通过列车行驶单位距离空气制动做功参数判断列车空气制动力强弱及对列车行车的影响。
[0103]
实施例三
[0104]
此外，本发明的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的列车空气制动状态实时评估方法。
[0105]
实施例四
[0106]
此外，本发明的实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码，所述程序代码被所述处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的列车空气制动状态实时评估方法。
[0107]
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0108]
需要说明的是，本发明实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0109]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0110]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路
的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0111]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0112]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0113]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0114]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。