基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及列車牽引計算研究領域，具體為基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法，將線路平均等距離劃分為若干分段，分段的大小依據(jù)計算步長進行設置；計算列車處于每一分段時的線路參數(shù)，并加以存儲，計算過程基于列車長度進行線路參數(shù)計算；采用距離尋址搜索線路參數(shù)計算結果，并采用列車運動方程進行列車牽引計算，在計算列車在某一位置的線路參數(shù)時，直接依據(jù)列車位置查找列車所在分段，采用上一步的分段線路參數(shù)計算結果來進行該位置的列車牽引計算。本發(fā)明采用線路參數(shù)分段計算并基于距離尋址的方法，減少列車牽引計算的線路參數(shù)計算量，提高列車牽引計算的計算速度；采用基于列車長度的線路參數(shù)計算，提高列車牽引計算精度。
【專利說明】
基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及列車牽引研究領域，具體為基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù) 的快速計算方法。
【背景技術】
[0002] 列車牽引計算："牽引計算"是一口研究鐵路機車牽引W及列車在運行過程中受力 問題的實用學科，它W動力學為基礎，W科學試驗和機車操縱的先進經(jīng)驗為依據(jù)，分析研究 機車在牽引過程中的各種現(xiàn)象和原理，結合鐵路運輸任務和運輸經(jīng)濟，廣泛地用來解決鐵 路運營和設計上的一系列問題。例如，確定牽引重量，計算列車運行速度和時分，列車制動 距離及能耗等。
[0003] 現(xiàn)有列車牽引計算中，其基本計算過程是:從列車起始計算點開始，采用一定時間 步長或速度步長，逐步計算列車運行前方位置，其中，在變坡點時需進行出坡時湊，在限速 或停站時還伴隨著大量的回退和試湊計算。在每一個步長計算過程中，首先計算當前步長 起點位置的線路參數(shù)，包括加算坡度及限速、電分相等線路標記，然后依據(jù)列車運動方程進 行速度時分解算。
[0004] 現(xiàn)有列車牽引計算的線路參數(shù)計算方法基于逐位置計算，主要有W下缺點：
[0005] (1)采用逐位置計算列車所在位置的線路參數(shù)，由于在變坡點時需進行出坡時湊， 在限速或停站時還伴隨著大量的回退和試湊計算，在列車群運行仿真或較長線路的牽引計 算時，計算量將隨列車數(shù)量和線路長度的增加而增大，運種線路參數(shù)的逐一直接計算將導 致整個計算過程效率很低；
[0006] (2)在計算線路參數(shù)時，采用列車中屯、點位置的線路參數(shù)直接進行計算，沒有考慮 列車長度的影響，即列車長度在線路上的分布，從而影響列車牽引計算的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對列車牽引計算中線路參數(shù)計算問題，采用線路參數(shù)分段計算并基于距 離尋址的方法，同時考慮列車長度在線路上的分布進行計算，從而有效提高列車牽引計算 速度和計算精度。
[000引具體技術方案為：
[0009] 基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法，包括W下過程：
[0010] 第一步，將線路平均等距離劃分為若干分段，分段的大小依據(jù)計算步長進行設置。
[0011] 第二步，計算列車處于每一分段時的線路參數(shù)，并加W存儲，計算過程基于列車長 度進行線路參數(shù)計算。
[0012] 第=步，采用距離尋址捜索線路參數(shù)計算結果，并采用列車運動方程進行列車牽 引計算，在計算列車在某一位置的線路參數(shù)時，直接依據(jù)列車位置查找列車所在分段，采用 上一步的分段線路參數(shù)計算結果來進行該位置的列車牽引計算。
[0013] 具體的，第一步所述的分段方法，將計算線路劃分為若干個分段，當列車處于該分 段內(nèi)時，其線路參數(shù)直接采用該分段的計算參數(shù)，分段長度計算公式：
[0014] dl = [dtXvxX 10]/36 (米）
[001引其中：dt為計算步長，秒；
[0016] Vx為線路最局限速，千米/時；
[0017] (1)若分段長度小于列車的平均車輛長度，需取列車車輛平均長度作為分段長度.
[0018] (2)若分段長度大于列車長度的1/2，需取列車長度的1/2作為分段長度；
[0019] (3)若分段長度大于電分相無電區(qū)長度，需取電分相無電區(qū)長度作為分段長度；
[0020] (4)若計算步長大于1秒，需計算步長1秒時的分段長度計算結果。
[0021 ]第二步所述的基于列車長度進行線路參數(shù)計算，在計算列車加算坡道時，列車所 受附加阻力采用分段求和的方法，得到列車附加阻力的精確數(shù)值;在計算線路限速時，考慮 列車長度范圍內(nèi)的限速值;在電分相區(qū)域，考慮列車頭部與分相區(qū)的位置關系：
[0022] (1)加算坡道計算
[0023] 當錶路加當報迸時.列主壇斤討賴中.加算坡度計算；
[0024]
[0025] 其中M、N、P分別表示列車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道數(shù)量;Lm、Ln、Lp分別表 示列車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道長度;Rn表示線路曲率半徑，Sp表示隧道附加阻 力，L。表不列車長度；
[0026] (2)限速計算
[0027] 在列車運行過程中，列車為其列車延展長度范圍內(nèi)限速值的最小值：
[002引 Vx = Hlin { Vxl，Vx2，...，Vxql
[0029] (3)電分相位置計算
[0030] 在列車運行過程中，如果列車不是帶電過分相，則列車進入電分相斷電位置為列 車頭部位置到達斷點標位置，列車駛出電分相恢復啟動位置為列車頭部到達合點標位置。 [0031 ]第=步具體過程為:在各分段線路參數(shù)計算完畢后，線路的各分段的線路參數(shù)計 算結果從線路起點開始，按線路方向儲存為數(shù)組，根據(jù)列車位置與線路起點距離來快速查 找到列車運行位置的線路參數(shù)計算結果在數(shù)組中的下標位置：
[0032] n=[s/dl]
[0033] 式中，S為列車當前位置距離線路起點距離，dl為分段長度。
[0034] 本發(fā)明提供的基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法，采用線 路參數(shù)分段計算并基于距離尋址的方法，相比目前列車牽引計算普遍采用的逐位置線路參 數(shù)計算，可有效減少列車牽引計算的線路參數(shù)計算量，從而提高列車牽引計算的計算速度； 采用基于列車長度的線路參數(shù)計算，考慮列車延展長度在線路上的分布，從而可W有效提 高列車牽引計算精度。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發(fā)明的計算流程圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明的列車坡道附加阻力示意圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明的列車限速分布示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 結合實施例說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0039] 本發(fā)明采用線路分段來進行列車牽引計算過程中線路參數(shù)的預先計算，然后采用 距離尋址的方法來查詢列車運行位置的線路參數(shù)，計算過程如圖1所示:主要步驟如下：
[0040] 第一步，將線路平均等距離劃分為若干分段。分段的大小主要依據(jù)計算步長進行 設置，具體計算方法和設置原則：
[0041 ]該方法是將計算線路劃分為若干個分段，當列車處于該分段內(nèi)時，其線路參數(shù)直 接采用該分段的計算參數(shù)即可，因此，分段的劃分方法必須足夠保證線路參數(shù)計算的精度， 同時需要保證計算效率。在列車牽引算中線路參數(shù)計算與W下因素相關:線路縱斷面，列車 長度，計算步長，線路限速等，根據(jù)運些因素的影響，確定線路分段長度的計算公式和具體 設置原則如下：
[0042] 分段長度計算公式
[0043] dl = [dtXvxX 10]/36 (米）
[0044] 其中：dt-計算步長(秒）
[0045] Vx-線路最高限速(千米/時）
[0046] 考慮到線路的復雜性及計算精度的影響，在確定分段時還需要考慮W下原則：
[0047] (1)若分段長度小于列車的平均車輛長度，需取列車車輛平均長度作為分段長度。
[0048] (2)若分段長度大于列車長度的1/2,需取列車長度的1/2作為分段長度。
[0049] (3)若分段長度大于電分相無電區(qū)長度，需取電分相無電區(qū)長度作為分段長度。
[0050] (4)若計算步長大于1秒，需計算步長1秒時的分段長度計算結果。
[0051] 第二步，計算列車處于每一分段時的線路參數(shù)，并加 W存儲。計算過程基于列車線 路長度進行線路參數(shù)計算，具體：
[0052] 傳統(tǒng)列車牽引計算在計算線路參數(shù)時，采用列車中屯、點位置的線路參數(shù)直接進行 計算，影響列車牽引計算的精度。本發(fā)明采用基于列車長度的線路參數(shù)計算，具體包括:在 計算列車加算坡道時，列車所受附加阻力采用分段求和的方法，得到列車附加阻力的精確 數(shù)值;在計算線路限速時，考慮列車長度范圍內(nèi)的限速值;在電分相區(qū)域，考慮列車頭部與 分相區(qū)的位置關系。
[0053] (1)加算坡道計算
[0054] 在計算線路加算坡道時，需考慮列車延展長度內(nèi)的跨越線路的所有坡道、曲線、隧 道阻力來進行加算坡道的計算，列車運行過程中，其所受坡道附加阻力如圖2所示。
[0055] 列車所受曲線附加阻力、隧道附加阻力與坡道附加阻力一樣也需考慮列車延展長 度范圍內(nèi)的曲線和隧道長度，因此，列車運行過程中的加算坡度可采用下式進行計算：
[0化6]
[0057]其中M、N、P分別表示列車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道數(shù)量;Lm、Ln、Lp分別表 示列車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道長度。Rn表示線路曲率半徑，Sp表示隧道附加阻 力，L。表示列車長度。
[0058] (2)限速計算
[0059] 在列車運行過程中，列車限速分布與列車之間關系如圖3所示。
[0060] 考慮列車長度的影響，列車應為其列車延展長度范圍內(nèi)限速值的最小值：
[0061] Vx = Hlin { Vxl，Vx2，...，Vxql
[0062] (3)電分相位置計算
[0063] 在列車運行過程中，如果列車不是帶電過分相，則列車進入電分相斷電位置為列 車頭部位置到達斷點標位置，列車駛出電分相恢復啟動位置為列車頭部到達合點標位置。
[0064] 分段線路參數(shù)計算結果需進行存儲，本發(fā)明選用W數(shù)組的形式進行存儲，W便于 數(shù)據(jù)查找。一個分段線路參數(shù)計算結果數(shù)據(jù)存儲結構設計如下所示：
[00 化]
[0066] 第=步，采用距離尋址捜索線路參數(shù)計算結果，并采用列車運動方程進行列車牽 引計算。在計算列車在某一位置的線路參數(shù)時，直接依據(jù)列車位置查找列車所在分段，采用 上一步的分段線路參數(shù)計算結果來進行該位置的列車牽引計算，具體捜索方法：
[0067] 在各分段線路參數(shù)計算完畢后，線路的各分段的線路參數(shù)計算結果從線路起點開 始，按線路方向儲存為數(shù)組。由于線路分段的方法為等距離分段，因此，可W根據(jù)列車位置 與線路起點距離來快速查找到列車運行位置的線路參數(shù)計算結果在數(shù)組中的下標位置： [006引 n=[s/dl]
[0069] 式中，S為列車當前位置距離線路起點距離，dl為分段長度。
[0070] 因此，運用該方法，線路參數(shù)只需按照分段計算一次，然后按照距離尋址可快速得 到線路參數(shù)計算結果，從而避免大量的重復計算。
【主權項】
1. 基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法，其特征在于，包括以下 過程： 第一步，將線路平均等距離劃分為若干分段，分段的大小依據(jù)計算步長進行設置； 第二步，計算列車處于每一分段時的線路參數(shù)，并加以存儲，計算過程基于列車長度進 行線路參數(shù)計算； 第三步，采用距離尋址搜索線路參數(shù)計算結果，并采用列車運動方程進行列車牽引計 算，在計算列車在某一位置的線路參數(shù)時，直接依據(jù)列車位置查找列車所在分段，采用上一 步的分段線路參數(shù)計算結果來進行該位置的列車牽引計算。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法， 其特征在于:第一步所述的分段方法，將計算線路劃分為若干個分段，當列車處于該分段內(nèi) 時，其線路參數(shù)直接采用該分段的計算參數(shù)，分段長度計算公式： dl = [dtXvxX10]/36 (米） 其中:dt為計算步長，秒； Vx為線路最尚限速，千米/時； (1) 若分段長度小于列車的平均車輛長度，需取列車車輛平均長度作為分段長度； (2) 若分段長度大于列車長度的1/2，需取列車長度的1/2作為分段長度； (3) 若分段長度大于電分相無電區(qū)長度，需取電分相無電區(qū)長度作為分段長度； (4) 若計算步長大于1秒，需計算步長1秒時的分段長度計算結果。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法， 其特征在于:第二步所述的基于列車長度進行線路參數(shù)計算，在計算列車加算坡道時，列車 所受附加阻力采用分段求和的方法，得到列車附加阻力的精確數(shù)值;在計算線路限速時，考 慮列車長度范圍內(nèi)的限速值;在電分相區(qū)域，考慮列車頭部與分相區(qū)的位置關系： (1) 加算坡道計算 在計算線路加算坡道時，列車運行過程中，加算坡度計算：其中M、N、P分別表示列車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道數(shù)量;Lm、Ln、LP分別表示列 車延展長度范圍內(nèi)的坡道、曲線、隧道長度;Rn表示線路曲率半徑，SP表示隧道附加阻力，U 表示列車長度； (2) 限速計算 在列車運行過程中，列車為其列車延展長度范圍內(nèi)限速值的最小值： Vx - IIlin{Vxl，Vx2, ···，Vxq} (3) 電分相位置計算 在列車運行過程中，如果列車不是帶電過分相，則列車進入電分相斷電位置為列車頭 部位置到達斷點標位置，列車駛出電分相恢復啟動位置為列車頭部到達合點標位置。4. 根據(jù)權利要求1所述的基于距離尋址的列車牽引計算中線路參數(shù)的快速計算方法， 其特征在于:第三步具體過程為： 在各分段線路參數(shù)計算完畢后，線路的各分段的線路參數(shù)計算結果從線路起點開始， 按線路方向儲存為數(shù)組，根據(jù)列車位置與線路起點距離來快速查找到列車運行位置的線路 參數(shù)計算結果在數(shù)組中的下標位置： n= [s/dl] 式中，s為列車當前位置距離線路起點距離，dl為分段長度。
【文檔編號】G06F17/50GK105956321SQ201610341435
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】張 杰, 潘金山, 呂苗苗, 陳韜, 倪少權
【申請人】西南交通大學, 中國鐵路總公司