車輛限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算方法及跟馳運(yùn)行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陸地交通工具運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車輛運(yùn)行控制方法，尤其是車輛跟馳運(yùn)行控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車載設(shè)備控車情況下，從初速度制動到目標(biāo)速度的制動距離，按照以下公式，結(jié)合工程實(shí)際數(shù)據(jù)計算確定，并應(yīng)取不同類型車輛計算值的最大值:
[0003]L = Li_L2+L3+L4
[0004]其中！L1表示車輛從初速度制動到Okm/h的最大制動距離；
[0005]L2表示車輛從目標(biāo)度制動到Okm/h的最小制動距離；
[0006]L3表示車輛按初速度運(yùn)行的空走距離；
[0007]1^4表示車輛安全防護(hù)距離。
[0008]上述限速目標(biāo)距離的計算公式，為陸地交通工具在跟馳運(yùn)行過程中所普遍遵循。公路交通需要考慮跟馳過程中的變道問題，軌道交通領(lǐng)域列車跟馳運(yùn)行則不存在變道問題。限速目標(biāo)距離的計算與運(yùn)用，對軌道交通領(lǐng)域的行車組織和列車運(yùn)行控制具有更加重要的意義。另一方面，未來鐵路移動閉塞系統(tǒng)列車間距在跟馳過程中具有“移動”和“長度變化”的特征，必須從安全、高效和平穩(wěn)(舒適)跟馳運(yùn)行出發(fā)，在列車跟馳運(yùn)行的任意時刻給出列車間距“長度變化”的依據(jù)，才能為列車運(yùn)行的科學(xué)控制和跟馳車距的科學(xué)調(diào)整奠定良好的基礎(chǔ)和前提條件。
[0009]基于上述限速目標(biāo)距離的計算公式，鐵道部科技運(yùn)
[2010]第138號文《列控中心技術(shù)規(guī)范》給出了若干不同初速度和0km/h、45km/h兩種目標(biāo)速度，以及坡度為O %。、-10 %。、-20 %。、-30 %。下的限速目標(biāo)距離值。
[0010]與“安全車距”的概念不同，“限速目標(biāo)距離”不僅涉及到列車安全運(yùn)行的指導(dǎo)性原貝1J，而且兼顧到列車運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的細(xì)節(jié)，在目標(biāo)車距的基礎(chǔ)上對目標(biāo)速度做出具體的規(guī)定，或在目標(biāo)速度的基礎(chǔ)上對目標(biāo)車距做出具體的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了“安全行車”與“列車運(yùn)行控制”的完美結(jié)合。
[0011]限速目標(biāo)距離，是目標(biāo)距離速度控制模式實(shí)施的前提和基礎(chǔ)。但是，限速目標(biāo)距離的計算公式為靜態(tài)計算公式，在工程上只能給出若干離散的限速目標(biāo)距離值，不能在全速域范圍內(nèi)給出從Okm/h至最大速度值之間任意值作為初速度和目標(biāo)速度的限速目標(biāo)距離值，因?yàn)榱熊噺腛km/h至最大速度值之間有無數(shù)個速度值點(diǎn)；如果不解決任意跟馳形勢下的限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算問題，將無法給出全速域范圍內(nèi)列車跟馳運(yùn)行過程中列車間距“長度變化”的科學(xué)依據(jù)，未來的鐵路移動閉塞系統(tǒng)中高速列車跟馳控制就很難在任意跟馳形勢下同時兼顧到安全、高效和平穩(wěn)(舒適)等幾個方面，并實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)。目前，高速列車在運(yùn)行過程中限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算問題尚未得到有效地解決，其難點(diǎn)在于必須能夠適應(yīng)高速列車任意跟馳形勢和運(yùn)行控制的需求。所謂任意跟馳形勢，主要是指前、后列車速度不同且可為列車性能和線路狀況約束下的全速域范圍內(nèi)任意速度值的組合。列車運(yùn)行控制需求，可分為相對制動模式下的跟馳運(yùn)行控制、絕對制動模式下的跟馳運(yùn)行控制、絕對制動模式下的定點(diǎn)停車和停車位置點(diǎn)無法預(yù)知的緊急停車等情形。對當(dāng)前限速目標(biāo)距離計算方法進(jìn)行討論，針對其存在的不足之處作出改進(jìn)，并結(jié)合高速列車運(yùn)行過程中在任意跟馳形勢下對限速目標(biāo)距離的不同需求，提出一種限速目標(biāo)距離實(shí)時計算方法，顯然是非常必要的，將有助于高速列車全速域范圍內(nèi)任意跟馳形勢下的實(shí)時控制，以實(shí)現(xiàn)列車安全、高效運(yùn)行。
[0012]目標(biāo)距離速度控制模式給出了列車減速停車的一次連續(xù)制動曲線，主要基于安全行車的考慮，把制動停車作為首選控制措施，時刻將“安全”作為第一考量，并未就列車在安全行車前提下如何提高跟馳效率給出具體的、具有可操作性的實(shí)現(xiàn)方案。因此，研宄限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算方法，并基于目標(biāo)距離速度控制模式，對列車運(yùn)行控制進(jìn)行廣泛、深入的研宄，對于列車運(yùn)行控制技術(shù)的發(fā)展必然也是有益的，特別是對于采用目標(biāo)距離速度控制模式的準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)(CTCS-3級列控系統(tǒng))和移動閉塞系統(tǒng)(CTCS-4級列控系統(tǒng))，將有助于在安全行車前提下進(jìn)一步挖掘鐵路運(yùn)輸?shù)臐撃堋?br>[0013]跟馳運(yùn)行在陸地載運(yùn)工具交通領(lǐng)域已經(jīng)司空見慣。實(shí)現(xiàn)載運(yùn)工具安全、高效跟馳運(yùn)行，以及在跟馳運(yùn)行過程中平穩(wěn)(舒適)地進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整，既是交通領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一，又是安全行車前提下提高路網(wǎng)車輛吞吐能力利用效率的有效舉措。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種車輛限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算方法及基于該實(shí)時計算方法的跟馳運(yùn)行控制方法，以實(shí)現(xiàn)對車輛在全速域范圍內(nèi)的限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算并據(jù)此控制車輛的跟馳運(yùn)行。
[0015]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0016]一種車輛限速目標(biāo)距離的實(shí)時計算方法，包括以下步驟:
[0017](I)將所求限速目標(biāo)距離按照當(dāng)前技術(shù)條件和跟馳狀態(tài)進(jìn)行界定，劃分為絕對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離、絕對制動模式下的緊急制動限速目標(biāo)距離、相對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離和相對制動模式下的緊急制動限速目標(biāo)距離；
[0018](2)通過數(shù)值分析和函數(shù)擬合，為上述四種限速目標(biāo)距離，提供全速域范圍內(nèi)任意跟馳形勢下的計算方法。
[0019]所述步驟⑵包括:
[0020](21)選擇覆蓋全速域范圍的多個典型車速，根據(jù)所述典型車速及其對應(yīng)的絕對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離，建立全速域范圍內(nèi)車輛絕對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離關(guān)于自身的當(dāng)前速度的數(shù)學(xué)模型:
[0021]LAbsolutecommon (v0) —f (v0)
[0022]其中:LAbs()lute c;_m(Vtl)表示全速域范圍內(nèi)車輛在絕對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離，包括空走距離、常用制動距離和安全防護(hù)距離，％表示車輛的當(dāng)前速度，f (V C1)表示自變量為Vtl的函數(shù)；
[0023](22)選擇覆蓋全速域范圍的多個典型車速，根據(jù)所述典型車速及其對應(yīng)的絕對制動模式下的緊急制動限速目標(biāo)距離，建立全速域范圍內(nèi)車輛絕對制動模式下的第一緊急制動限速目標(biāo)距離關(guān)于自身的當(dāng)前速度的數(shù)學(xué)模型:
[0024]LAbsolute—emergency (V0) = g (v0)
[0025]其中:LAbs()lutygmc;y(Vtl)表示全速域范圍內(nèi)車輛絕對制動模式下的第一緊急制動限速目標(biāo)距離，包括空走距離、緊急制動距離和安全防護(hù)距離，％表示車輛的當(dāng)前速度，g (Vtl)表示自變量為Vtl的函數(shù)；
[0026](23)選擇覆蓋全速域范圍的多個典型速度作為目標(biāo)速度，根據(jù)所述目標(biāo)速度及其對應(yīng)的絕對制動模式下的緊急制動限速目標(biāo)距離，建立全速域范圍內(nèi)車輛的絕對制動模式下的第二緊急制動限速目標(biāo)距離關(guān)于目標(biāo)速度的數(shù)學(xué)模型:
[0027]L2 (ve) = h (Ve)
[0028]其中:L2(ve)表示全速域范圍內(nèi)車輛絕對制動模式下的第二緊急制動限速目標(biāo)距離，僅包括車輛以目標(biāo)速度作為初速度的緊急制動距離，\表示車輛的目標(biāo)速度，h(v e)表示自變量為Ve的函數(shù)；
[0029](24)若車輛運(yùn)行在相對制動模式下，車輛的常用制動限速目標(biāo)距離為:
[0030]LRelative—common (v0，ve) —LAbsolut—co_n (V0)-L2 (ve) — f (v0) _h (ve)
[0031]其中:LKelative e_n(V(l，ve)為相對制動模式下的常用制動限速目標(biāo)距離；
[0032](25)若車輛運(yùn)行在相對制動模式下，車輛的緊急制動限速目標(biāo)距離為:
[0033]LReiative—emergency (Vq，Ve) LAbsolut—emergency (V。) Lg(Ve) g (V。) h (Ve)
[0034]其中:LKelatiVwgmc;y(V(l，ve)為相對制動模式下的緊急制動限速目標(biāo)距離。
[0035]所述實(shí)時計算方法還包括:
[0036](3)根據(jù)當(dāng)前技術(shù)條件和跟馳狀態(tài)，計算車輛應(yīng)當(dāng)遵循的限速目標(biāo)距離。
[0037]所述步驟(3)包括:
[0038](31)采用步驟(21)中所述的數(shù)學(xué)模型，計算車輛的常用制動限速目標(biāo)距離，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)條件和跟馳狀態(tài)，判斷車輛跟馳控制對制動模式的具體需求；
[0039](32)當(dāng)車輛運(yùn)行在絕對制動模式下時:
[0040](a)若實(shí)際車距大于按步驟(21)計算的常用制動限速目標(biāo)距離，則以該常用制動限速目標(biāo)距離作為下一行為調(diào)整周期內(nèi)的后車應(yīng)當(dāng)遵循的安全約束條件，一旦實(shí)際車距等于當(dāng)前時刻車輛的常用制動限速目標(biāo)距離，后車立即啟動絕對制動模式下的常用制動措施，轉(zhuǎn)入步驟(31);
[0041](b)若實(shí)際車距小于按步驟(21)計算的常用制動限速目標(biāo)距離，則采用步驟(22)計算車輛的緊急制動限速目標(biāo)距離:若實(shí)際車距小于或等于所述緊急制動限速目標(biāo)距離，后車立即啟動絕對制動模式下的緊急制動措施，轉(zhuǎn)入步驟(31);否則，后車將步驟(22)計算的緊急制動限速目標(biāo)距離作為絕對制動模式下應(yīng)當(dāng)遵循的安全約束條件，減速運(yùn)行，一旦實(shí)際車距等于當(dāng)前時刻的緊急制動限速目標(biāo)距離，則采取緊急制動停車，轉(zhuǎn)入步驟
(31)；
[0042](33)當(dāng)車輛運(yùn)行在相對制動模式下時:
[0043](c)若實(shí)際車距大于按步驟(24)計算的常用制動限速目標(biāo)距離，則以步驟(24)計算得到的常用制動限速目標(biāo)距離作為下一行為調(diào)整周期內(nèi)的后車應(yīng)當(dāng)遵循的安全約束條件，一旦實(shí)際車距等于當(dāng)前時刻的常用制動限速目標(biāo)距離，后車立即啟動相對制動模式下的常用制動措施，轉(zhuǎn)入步驟(31);