一种重载列车驾驶曲线建立方法及装置与流程

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种重载列车驾驶曲线建立方法及装置。

背景技术：

目前地铁中通用的列车制动模型一般为三阶段模型，将制动阶段分为三个阶段，如附图1所示，车载设备通过列车自动模型计算自动曲线，当列车实际速度超过制动曲线时，车载设备施加制动。

然而，在现有技术中，列车制动模型分为三个阶段。

第一阶段为牵引加速度和坡度带来的加速度下列车的加速度过程，此阶段牵引还未切除，列车速度继续增加，此阶段时间为列车切除牵引的延时时间，此阶段的列车加速度为列车最大牵引加速度和坡度带来加速度的和；

第二阶段为坡度加速度下的减速过程，此阶段牵引已经切除，制动还未建立，列车的速度只受坡度的影响，此阶段时间为制动建立延时时间，此阶段列车加速度为坡度带来的加速度；

第三阶段为列车制动带来的加速度和坡度带来加速度下的制动过程，此阶段制动已经建立，列车减速，此阶段列车加速度为坡度带来的加速度和列车制动力加速度的和。

根据上述三阶段的列车制动模型，车载设备根据列车位置查找电子地图中的相关数据信息，结合列车实际速度，计算当前制动速度曲线，判断列车是否超速。

然而，按照最不利条件进行考虑，上述过程中，速度曲线较为保守，地铁列车牵引切除时间和制动建立时间较短，所以不会影响列车的驾驶效率。但重载铁路线路情况恶劣，重载列车牵引切除延时和制动建立延时较长，对于速度计算不利的条件被放大，会导致重载列车在下坡道情况下运行效率低下。如图2所示，当列车驾驶在长大下坡道时，坡度带来的有效加速度大于列车最大电制动速度，会导致制动曲线在长大下坡道阶段处于较低的值，列车会处于一个长期超速的阶段，不利于列车驾驶的安全性和运行效率。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种重载列车驾驶曲线建立方法及装置。

为此目的，第一方面，本发明提出一种重载列车驾驶曲线建立方法，包括：

重载列车在具有坡度的道路运行之前，重载列车的车载设备根据电子地图数据，查找与当前坡度相关的数据；

根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上的驾驶曲线；

其中，所述制动模型为预先建立的划分有四个阶段的模型。

可选地，所述方法还包括：

在查找与当前坡度相关的数据的步骤之前，接收系统发送的所述制动模型。

可选地，与当前坡度相关的数据包括：

列车位置、列车前方障碍物距离、限速数据、坡度值和坡度长度数据；

当前列车的速度相关参数包括：

列车当前的速度和列车当前的加速度。

可选地，所述制动模型包括：

第一阶段：牵引切除和制动开始建立的并行过程；

第二阶段：制动力产生加速度抵消坡度产生加速度的过程

第三阶段：制动达到最大制动力的过程

第四阶段：紧急制动加速度和坡度加速度产生的制动过程；

其中，第一阶段的时间、第二阶段时间、第三阶段时间和第四阶段时间通过查找预设表获取；所述预设表中记录有车型、牵引力加速度、制动力加速度、每一阶段时间长的对应关系。

可选地，所述根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上的驾驶曲线的步骤，包括：

根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上间隔预设时间段的速度，将获取的多个间隔预设时间段的速度连接，得到驾驶曲线。

可选地，所述方法还包括：

根据所述驾驶曲线判断所述重载列车在坡度运行时是否超速。

第二方面，本发明提供一种重载列车驾驶曲线建立装置，包括：

查找单元，用于重载列车在具有坡度的道路运行之前，重载列车的车载设备根据电子地图数据，查找与当前坡度相关的数据；

驾驶曲线获取单元，用于根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上的驾驶曲线；

其中，所述制动模型为预先建立的划分有四个阶段的模型。

第三方面，本发明提供一种车载设备，包括上述所述的重载列车驾驶曲线建立装置。

由上述技术方案可知，本发明提出的一种重载列车驾驶曲线建立方法及装置，通过电子地图查找与当前坡度相关的数据，并集合列车当前的速度参数，采用划分有四个阶段的制动模型，获取该坡度对应的驾驶曲线，进而在保证安全的前提下，使得列车能够在一个相对较高效的速度曲线驾驶，提高了列车运行速度。

附图说明

图1为现有技术中制动三阶段模型的示意图；

图2为基于图1所示的模型获取的重载列车的驾驶曲线的示意图；

图3为本发明中的重载列车制动曲线计算模型的示意图；

图4为基于图3所示的模型获取的重载列车的驾驶曲线的示意图；

图5为本发明一实施例的重载列车驾驶曲线建立方法的流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的重载列车驾驶曲线建立装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

当前，重载列车和地铁区别较大，重载列车主要采用空气制动，牵引切除延时较长，制动建立延时较长，这导致在重载控制中使用原有的制动三阶段模型，第一阶段牵引切除阶段和第二阶段制动建立阶段的值特别大，第三阶段的制动距离特别短，重载列车的制动曲线一直处于一个较低的状态，降低了重载列车的运行效率。特别地，当列车驾驶在坡度较大的困难路段时，坡度带来的有效加速度大于列车最大电制动速度，会导致制动曲线在长大下坡道阶段处于较低的值，列车会处于一个长期超速的阶段，不利于列车驾驶的安全性和运行效率。

为此，本发明实施例中提供一种重载列车的驾驶曲线建立方法，如图5所示。

图5示出了本发明一实施例中的重载列车驾驶曲线建立方法的流程示意图，本实施例的方法包括下述步骤：

501、重载列车在具有坡度的道路运行之前，重载列车的车载设备根据电子地图数据，查找与当前坡度相关的数据。

举例来说，与当前坡度相关的数据包括：列车位置、列车前方障碍物距离、限速数据、坡度值和坡度长度数据。

502、根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上的驾驶曲线。

其中，所述制动模型为预先建立的划分有四个阶段的模型，该制动模型的功能在于重载列车能在前方障碍物前将速度降到障碍物限速以内。

例如，根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上间隔预设时间段的速度，将获取的多个间隔预设时间段的速度连接，得到驾驶曲线如图4所示。

当前列车的速度相关参数可包括：列车当前的速度和列车当前的加速度。

目前，列车制动模型计算制动速度的基本思想为采用牛顿第二定律，已知距离、加速度和最终速度，求初速度，车载设备每个周期都会计算当前的制动速度，最终会形成一条驾驶曲线。

举例来说，在步骤502执行之前，接收系统(如列车自动监控系统)发送的所述制动模型。

本实施例的制动模型可划分为四个阶段，如图3所示。

其中，第一阶段：牵引切除和制动开始建立的并行过程。

第二阶段：制动力产生加速度抵消坡度产生加速度的过程。

第三阶段：制动达到最大制动力的过程。

第四阶段：紧急制动加速度和坡度加速度产生的制动过程。

上述第一阶段的时间、第二阶段时间、第三阶段时间和第四阶段时间通过查找预设表获取；所述预设表中记录有车型、牵引力加速度、制动力加速度、每一阶段时间长的对应关系。

针对第一阶段，由于重载铁路使用的列车牵引和制动属于两个系统(列车牵引采用电力系统，使用电力对列车进加速。列车制动采用空气制动，通过风缸压力对列车进行减速)，当列车制动时，牵引切除和制动建立同时发生(当列车施加制动时，通过驾驶台制动按钮输出，列车自主完成牵引切除和制动建立)，所以认为牵引切除和制动建立是一个并行的过程，那么不再认为制动阶段的第一阶段是单纯的牵引切除阶段，而是牵引切除和制动开始建立的并行阶段。

由于重载铁路的特殊性，坡度对列车的制动过程产生较大的影响，所以将现有技术中地铁列车制动三阶段模型中的第二阶段再分为两个阶段，第一个制动阶段是制动力抵消坡度带来的加速度阶段，第二个制动阶段是达到最大制动力阶段。这样就在原有三阶段制动模型的基础上形成了四阶段制动模型，第一阶段为牵引切除制动建立阶段，第二阶段为制动力抵消坡度阶段(列车制动带来的减速度和坡度带来的加速度相等，列车不加速也不减速，处于一个惰行状态)，第三阶段为制动力达到最大制动力的过程，第四阶段为制动阶段。

然后，考虑制动建立各个阶段的时间如何取值，由于重载列车的特性，牵引切除延时较大。通过实验测试，测试结果如下表一，下表一为编组(SS4+SS4+116辆C80+列尾)的列车的数据，不同编组数据不一样。

由此，第一阶段时间取值可理解为牵引切除延时。由于牵引切除和制动建立是并行关系，所以认为第二阶段时间应为制动第一阶段建立延时减去牵引切除延时(由于列车原因，不同编组的列车数据不一致，通过测试获得)，如果结果为负数，则认为第二阶段时间为0。第三阶段时间为制动建立除去第二阶段的剩余时间。

重载列车制动曲线模型公式如下：

第一阶段为牵引切断和制动建立过程，使用牵引切断延时，初速度v₀，末速度v₁，运行距离L₁，设此阶段加速度为a₁；

第二阶段为制动力抵消坡度阶段，初速度v₁，末速度v₂，运行距离L₂，设此阶段加速度为a₂，a₂为坡度带来的加速度；

第三阶段为抵消坡度带来的加速度到制动达到最大的过程，此阶段认为为惰行阶段，初速度v₂，末速度v₂，运行距离L₃；

第四阶段为制动加速度和坡度加速度下的制动过程，初速度v₂，末速度0，运行距离L₄，设此阶段加速度为a₃；

坡度带来的加速度用r表示，制动最大制动力带来的加速度用Be表示，最大牵引加速度用a₀表示，牵引切除延时为t₀，制动力抵消最差坡度的时间-牵引切除延时为t₁，制动力从抵消最差坡度到达到最大制动力的时间为t₂，

因此可得：

a1＝a0-r

a2＝r

a3＝Be+r

v1＝v0+a1*t0

v2＝v1-a2*t1

L3＝v2*t2

本实施例中，制动模型的公式为：

其中，α、β为中间变量，

L为前方障碍物的距离(该距离为通过列车当前位置查询电子地图数据获得的)，v₀为公式一中求解的第一阶段的初速度，a₁为从预设表中查找的第一阶段的加速度，a₂为根据坡度长度确定的坡度加速度，a₃为从预设表中查找的第四阶段的加速度，t₀从预设表中查找的牵引切除延时，t₁为从预设表中查找的制动力抵消坡度时间减去牵引切除延时的时间，t₂为从预设表中查找的制动力从抵消坡度的时间点起到达最大制动力的时间。

预设表为预先通过测试各种车型及牵引力、制动力等但是确定的具有上述各种参数的表格。

另外，本实施例中的坡度即为列车前方的障碍物，本实施例对前方障碍物不限定，前方障碍物属于本领域技术人员的业内术语。

进一步地，列车的车载设备可以根据所述驾驶曲线判断所述重载列车在坡度运行时是否超速。

由此，本实施例中通过电子地图查找与当前坡度相关的数据，并集合列车当前的速度参数，采用划分有四个阶段的制动模型，获取该坡度对应的驾驶曲线，进而在保证安全的前提下，使得列车能够在一个相对较高效的速度曲线驾驶，提高了列车运行速度。

如图6所示，本发明实施例还提供一种重载列车驾驶曲线建立装置，该装置可包括：查找单元61和驾驶曲线获取单元62；

其中，查找单元61用于重载列车在具有坡度的道路运行之前，重载列车的车载设备根据电子地图数据，查找与当前坡度相关的数据；

驾驶曲线获取单元62用于根据查找的数据及当前列车的速度相关参数，采用制动模型，获取该重载列车的在具有坡度的道路上的驾驶曲线；

其中，所述制动模型为预先建立的划分有四个阶段的模型。

本实施例主要是采用根据重载列车的特性建立的制动模型确定驾驶曲线，进而获得的驾驶曲线中的速度较高，尽量减少牵引切除延时和制动建立延时对速度的影响，使得列车能够在一个相对较高效的速度曲线驾驶，提高了重载列车的运行速度。

另一方面，本发明还提供一种车载设备，该车载设备可包括上述任意所述的重载列车驾驶曲线建立装置。

也就是说，车载设备通过采集列车实际速度，配合电子地图数据，通过四阶段的制动模型公式，获得当前制动速度曲线，由此，可有效判断列车是否超速。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

本领域技术人员可以理解，实施例中的各步骤可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。