一種列車速度控制方法與流程
2023-05-17 04:37:11
本發明涉及一種列車控制領域，尤其涉及一種適用於控制列車以準恆速運行的列車速度控制方法。
背景技術：
目前地鐵列車的駕駛模式由信號系統或者司機人工操作控制，在信號系統控車情況下，列車的速度由信號系統發出指令及級位進行控制；在司機人工操作模式下，列車的速度則完全由司機操作司機控制器實現。地鐵列車在人工駕駛時，分為限制人工模式和非限制人工模式，無論在限制人工模式和非限制人工模式下，由於線路條件或安全考慮等原因，列車均有速度限速要求，需要進行當前模式下的運行速度限制控制，在人工模式下運行時，列車控制系統根據司機指令運行，在線路存在下坡坡道的情況下，在列車缺乏有效的速度限制控制時，往往列車會超過允許的限制速度而司機並未及時有效採取制動措施情況。現有技術中對地鐵列車的準恆速速度特性控制具有一定的研究，但現有的控制方法仍存在一定的缺陷和不足，主要包括：1、未能提供一種高精度、自適應的速度特性方法滿足各種控車模式下速度限制控制需求的列車速度控制方法；2、未考慮線路下坡因素的影響，下坡時需要司機人工幹預；未根據列車加速度情況調整牽引力下降速率和制動力上升率，速度調節滯後；速度特性控制精度較差；3、在列車限速運行模式下，司機人工操作下易忽視列車實際速度，帶來安全隱患。因此，有必要對列車準恆速運行的控制方法進行研究。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題就在於：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種可自動適應不同線路坡道情況，並根據坡道情況自動為修正控制曲線，從而快速、精確的實現列車準恆速運行的列車速度控制方法。
為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種列車速度控制方法，其特徵在於，包括如下步驟：
s1.確定列車當前所受到的下滑力，並將所述下滑力轉換為對應的下滑力扭矩值；
s2.根據所確定的恆速限速值和預先確定的速度允許最高值，以及所述下滑力扭矩值確定恆速控制特性斜率；
s3.根據列車當前控制級位、所述恆速限速值和所述恆速控制特性斜率確定列車速度控制曲線，根據所述速度控制曲線控制列車速度。
作為本發明的進一步改進，步驟s1中所述列車當前所受到的下滑力的確定方法，包括：獲取列車當前位置，根據預先確定的線路圖確定列車當前位置線路的坡度，根據列車的重量及當前位置線路的坡度計算確定列車當前所受到的下滑力。
作為本發明的進一步改進，步驟s1中所述列車當前所受到的下滑力的確定方法，包括：由設置在列車上的坡度傳感器獲取列車當前位置的坡度，並根據列車的重量及所述坡度確定列車當前所受到的下滑力。
作為本發明的進一步改進，所述步驟s2中恆速控制特性斜率通過式(1)所式公式確定：
式(1)中，k為所述恆速控制特性斜率，te_p為所述下滑力扭矩值，vm為所述恆速限速值，vh為速度允許最高值。
作為本發明的進一步改進，所述步驟s3中的速度控制曲線如式(2)所示公式確定：
式(2)中，te為列車速度控制曲線值，yn為列車檔位級數對應的牽引電機的輸出扭矩，k為所述恆速控制特性斜率，v為列車速度，vm為所述恆速限速值，te_p為所述下滑力扭矩值。
作為本發明的進一步改進，在步驟s3根據所述速度控制曲線控制列車速度中，在列車牽引工況與制動工況切換點設置有預設的切換響應緩衝區間。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
1、本發明充分考慮了下坡因素對列車速度的影響，可自動適應線路中各種走道情況，自動調整列車的牽引力輸出，切換牽引工況與制動工況，無需要人工幹預，快速響應，達到速度精準控制的目的。
2、本發明的控制方法簡單，簡化了控制軟體邏輯編寫的工作量。
3、本發明的控制方法無需要人工幹預，降低了司機的勞動強度，同時，也避免了由於人工操作忽視列車實際速度的失誤所帶來的安全隱患。
附圖說明
圖1為本發明具體實施例的流程示意圖。
圖2為本發明具體實施例的控制曲線示意圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
如圖1所示，本實施例的列車速度控制方法，步驟為：s1.確定列車當前所受到的下滑力，並將所述下滑力轉換為對應的下滑力扭矩值；s2.根據所確定的恆速限速值和預先確定的速度允許最高值，以及所述下滑力扭矩值確定恆速控制特性斜率；s3.根據列車當前控制級位、所述恆速限速值和所述恆速控制特性斜率確定列車速度控制曲線，根據所述速度控制曲線控制列車速度。在本實施例中，下滑力扭矩值恆取負值。
在本實施例中步驟s1中所述列車當前所受到的下滑力的確定方法，包括：獲取列車當前位置，根據預先確定的線路圖確定列車當前位置線路的坡度，根據列車的重量及當前位置線路的坡度計算確定列車當前所受到的下滑力。當然，也可以通過設置在列車上的坡度傳感器獲取列車當前位置線路的坡度情況，再根據列車的重量計算得到列車的下滑力。
在本實施例中，所述步驟s2中恆速控制特性斜率通過式(1)所式公式確定：
式(1)中，k為所述恆速控制特性斜率，te_p為所述下滑力扭矩值，vm為所述恆速限速值，vh為速度允許最高值。
所述步驟s3中的速度控制曲線如式(2)所示公式確定：
式(2)中，te為列車速度控制曲線值，yn為列車檔位級數對應的牽引電機的輸出扭矩，k為所述恆速控制特性斜率，v為列車速度，vm為所述恆速限速值，te_p為所述下滑力扭矩值。
如圖2中，在本實施例中，在步驟s3根據所述速度控制曲線控制列車速度中，在列車牽引工況與制動工況切換點設置有預設的切換響應緩衝區間。
在本實施例中，通過列車控制的過程對本發明的技術方案進行說明。本發明的列車恆速速度特性控制曲線圖如圖2所示。te_max為列車限制牽引力包絡線，即列車最大可能的牽引力矩，y1、y2、y3為列車可選擇的司機給定級位，司機可從中任選一個級位作為列車的當前控制級位，本實施例中，設所選定的級位為y1。vm為列車所設定的恆速限速值，vh為列車的速度允許最高值，設置切換響應緩衝區間的響應緩衝值為δv。在本實施例中，列車在下坡狀態時，通過列車上的坡度傳感器確定列車當前位置的坡度，或者通過列車上的位置傳感器獲取當前位置，並通過線路圖確定當前坡度，通過列車的自重，計算得到列車當前位置所受到的下滑力，並將下滑力轉換為te_p為所述下滑力扭矩值。在本實施例中，以te_p_1表示列車當前所受下滑力對應的扭矩值。通過式(1)所示公式，即可確定列車恆速控制特性斜率k1，從而可以確定一條通過點vm，斜率為k1的斜線。由此，可以確定當前列車的恆速速度特性控制曲線為y1、斜率為k1的斜線、和te_p_1所組成的曲線。其中，y1和斜率為k1的斜線的交點對應的速度為v1。在整個控制過程中，當列車速度小於v1時，列車的牽引電機按照y1級位輸出牽引力，當列車的速度達到v1時，則開始按照斜率為k1的斜線的恆速速度特性控制曲線控制牽引電力的力矩輸出，當列車的速度到達預設的恆速限速值vm時，根據控制曲線牽引電機的輸出為0，當列車速度大於vm且達到vm+δv時，列車由牽引工況切換至制動工況，對列車進行制動，列車輸出的制動力由控制曲線所確定，當列車速度達到恆速控制的速度允許最高值vh時，列車輸出的制動為等於列車的下滑力對應的扭矩值te_p_1。在列車的制動過程中，列車速度逐步降低，當列車速度下降至預設的恆速限速值vm時，根據控制曲線制動力的輸出為0，當列車速度進一步降低且達到vm-δv時，列車由制動工況切換至牽引工況。通過設置切換響應緩衝區間，可以有效防止列車速度恆定在預設的恆速限速值附近時，列車在牽引工況和制動工況之間頻繁切換。
在本實施例中，當列車所受到的下滑力發生變化時，如圖2所示，下滑力對應的扭矩值由te_p_1變為te_p_2，則所計算得到的列車恆速控制特性斜率也由k1變為k2，列車所受到的下滑力越大，列車恆速控制特性曲線的斜率也越小，斜線越陡，從而可以更快的對列車的速度變化做出響應，更好的實現對列車的恆速控制。
同時，在列車所受到的下滑力不變的情況下，預先所設定的恆速控制允許超調值越小，即預先設定的列車的速度允許最高值vh越接近恆速限速值vm，所計算得到的列車恆速控制特性斜率也越小，斜線越陡，同樣也可以更快的對列車的速度變化做出響應，更好的實現對列車的恆速控制。在本實施例中，速度允許最高值＝恆速限速值+恆速控制允許超調值。
在本實施例中，當列車處於上坡過程中，此時列車所受到的下滑力為列車運行的阻力，列車不會在下滑力的作用下加速，其控制過程與上述控制過程相同，通過本發明的方法，同樣可以很好的實現對列車速度的控制。
本實施例的方法，充分考慮了下坡因素對列車速度的影響，可自動適應線路中各種走道情況，自動調整列車的牽引力輸出，切換牽引工況與制動工況，無需要人工幹預，快速響應，達到速度精準控制的目的。而且本實施例的方法控制過程簡單，簡化了控制軟體邏輯編寫的工作量。通過本實施例的方法對列車速度進行控制，不需要人工幹預，降低了司機的勞動強度，同時，也避免了由於人工操作忽視列車實際速度的失誤所帶來的安全隱患。
上述只是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的範圍內。