基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法及系统与流程

1.本发明涉及轨道交通信号安全防护技术领域，更具体的说是涉及一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法及系统。


背景技术：

2.随着轨道交通网络建设的飞速发展，人们对其运输能力和运营灵活性的需求也不断提升。为了满足上述目标，虚拟编组技术得到了国内外的广泛关注，成为目前的研究热点。
3.列车虚拟编组技术是指由两个具有独立牵引和制动能力的列车，通过列车间的无线通信和主动协作控制，实现两列车不依赖于物理车钩的联挂而形成一个编组列车的技术。虚拟编组单元列车间的最小间隔距离由两车的初始速度和制动能力决定。由于虚拟编组运行方式要求两车的速度保持相同，因此，单元列车间的最小间隔距离主要由两车的制动能力决定。由于列车制动过程存在一定的随机性，紧急制动率存在一定的误差。为保证安全，列车安全防护控制系统计算列车间隔距离(或防护速度)时需要使用领头车紧急制动率的最大值以及跟随车紧急制动率的最小值，从而在两列车制动系统配置情况一致时，会导致跟随车的计算时使用的紧急制动率小于领头车，从而使两车的间隔距离较大，难以满足虚拟编组列车间距接近物理编组列车的需求。
4.为了在安全前提下尽可能减小单元列车的间隔距离，显然跟随车的紧急制动率越大越好、领头车的紧急制动率越小越好。然而，单元列车有时候需要独立运行，而且在列车折返时领头车和跟随车的角色会互换，因此，如果静态列车紧急制动率难以同时满足虚拟编组列车的运行需求，更难以兼顾列车独立运行的需求。传统上，列车车辆的紧急制动率是在车辆设计时确定、并在车辆型式试验时通过参数调整进行检验和确认的，通常在列车运行过程中不会改变。但是，实际上列车的期望紧急制动率是保存在车辆制动系统中的一个参数，在需要时可以通过修改该参数实现列车期望制动率的调整
5.因此，对本领域技术人员来说，如何根据列车在虚拟编组列车中的角色变化而动态修改紧急制动率，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法及系统，根据列车在虚拟编组列车中的角色变化而动态修改紧急制动率，从而既能满足虚拟编组单元列车小间距追踪的需求，又可最大程度避免对独立运行列车最小间隔距离的影响。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，具体步骤包括如下：
8.确定虚拟编组列车的当前运行阶段；
9.所述虚拟编组列车内任意两相邻列车分别为领头车和跟随车，根据所述当前运行
阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率。
10.可选的，根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率具体包括：
11.若所述虚拟编组列车在编组形成阶段，所述领头车和所述跟随车之间建立车车通信并周期性交互信息，在确认安全的前提下，使所述领头车的制动率变小，所述跟随车的制动率变大，即将所述领头车的紧急制动率从默认档修改为第二档位、所述跟随车的紧急制动率从默认档修改为第一档位；
12.若所述虚拟编组列车在解编阶段，将所述领头车的紧急制动率从所述第二档位修改为所述默认档、所述跟随车的紧急制动率从所述第一档位修改为默认档。
13.可选的，所述第一档位是列车紧急制动系统能够提供的最大制动率，所述第二档位是列车紧急制动系统提供的最小制动率。
14.可选的，由车载控制器对所述领头车和所述跟随车的实际距离与制动率变化前所需要的最小间隔距离和变化后所需要的最小间隔距离之间的关系进行判断，并对列车紧急制动率配置值修改的时机进行控制，从而保证行车安全。
15.可选的，使所述跟随车的制动率变大的安全方式为：
16.s1、所述跟随车发送列车紧急制动率预期增大的消息至后车；后车根据所述跟随车修改后的制动率计算ebi速度并防护列车安全运行；
17.s2、后车在确定不会触发紧急制动时，向所述跟随车发送停车保证信息；
18.s3、所述跟随车接收所述停车保证信息，修改紧急制动率配置状态并根据修改后的制动率计算ebi速度。
19.可选的，使所述领头车的制动率变小的安全方式为：
20.s1、所述领头车按照修改后的制动率计算ebi速度，若不会触发紧急制动，则所述领头车控制车辆修改紧急制动率配置状态；
21.s2、所述领头车将修改后的紧急制动率配置状态发送给所述跟随车，以使所述跟随车计算ebi速度。
22.另一方面，提供一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制系统，包括车车通信模块、第一车载控制器、第二车载控制器；其中，
23.所述车车通信模块，用于确定虚拟编组列车的当前运行阶段；
24.所述第一车载控制器安装在领头车上，所述第二车载控制器安装在跟随车上，用于根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法及系统，具有以下有益的技术效果：
26.(1)突破了传统列控系统基于列车恒定紧急制动率进行防护控制的限制，设计了一种结合虚拟编组列车运行状态进行列车紧急制动率动态配置的方法和系统；
27.(2)规定了列车紧急制动率配置值的修改时机和应该遵守的安全原则、并给出了计算ebi时本车紧急制动率和前车紧急制动率配置值的选择方式；
28.(3)可以在形成虚拟编组时将领头车紧急制动率修改为“低档位”、跟随车紧急制动率修改为“高档位”，从而可以补偿因列车紧急制动率误差造成的计算防护速度时使用的跟随车制动率小于领头车制动率的问题，缩小虚拟编组列车追踪间隔；在退出虚拟编组(转
为独立运行)时按照指定规则将两车紧急制动率恢复为“默认档”，从而使列车间隔与其他未经制动率配置的列车保持一致，避免虚拟编组列车制动率的修改对正常列车运行的影响。。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本发明的方法流程图；
31.图2为本发明的列车关系示意图；
32.图3为本发明的跟随车制动率从“默认档”变化为“高档位”时的安全时序要求图；
33.图4为本发明的领头车制动率从“默认档”变化为“低档位”时的安全时序要求图；
34.图5为本发明的确定计算ebi速度时使用的本车紧急制动率配置值流程示意图；
35.图6为本发明的确定计算ebi速度时使用的前车紧急制动率配置值流程示意图；
36.图7为本发明的系统结构图。
具体实施方式
37.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.本发明实施例公开了一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，如图1所示，具体步骤包括如下：
39.确定虚拟编组列车的当前运行阶段；
40.虚拟编组列车内任意两相邻列车分别为领头车和跟随车，根据当前运行阶段的情况动态修改领头车和跟随车的紧急制动率。
41.进一步的，根据当前运行阶段的情况动态修改领头车和跟随车的紧急制动率具体包括：
42.若虚拟编组列车在编组形成阶段，领头车和跟随车之间建立车车通信并周期性交互信息，在确认安全的前提下，使领头车的制动率变小，跟随车的制动率变大，即将领头车的紧急制动率从默认档修改为第二档位、跟随车的紧急制动率从默认档修改为第一档位；
43.若虚拟编组列车在解编阶段，将领头车的紧急制动率从第二档位修改为默认档、跟随车的紧急制动率从第一档位修改为默认档。
44.需要说明的是，第一档位是列车紧急制动系统能够提供的最大制动率，即高档位；第二档位是列车紧急制动系统提供的最小制动率，即低档位；默认档是正常情况下列车紧急制动系统的制动率，与普通列车的制动率取值一致。
45.虚拟编组列车运行场景可分为“独立运行”、“编组形成”、“编组运行”和“编组解编”四个场景。下面结合各场景的运行情况，对本发明的原理进一步说明。由于在虚拟编组
场景转换过程中涉及到领头车和跟随车两个单元列车，而其前后可能各有其他列车，因此列车紧急制动率变化最多可能涉及到四列列车。为便于说明，图2给出了四列车之间的前后位置关系和名称。
46.处于“独立运行”或“编组运行”时，列车紧急制动率无需发生变化。此时，vobc应按照列车实际制动率计算最小安全距离，并监督列车实际距离与最小安全距离的关系，必要时实施紧急制动。
47.在“编组形成”过程中，分别完成跟随车紧急制动率从“默认档”向“高档位”以及领头车紧急制动率从“默认档”向“低档位”的修改。
48.具体的，跟随车制动率从“默认档”变化为“高档位”时的安全时序要求如图3所示：
49.1)后车提供针对跟随车制动率增大的“停车保证”信息：跟随车发送列车紧急制动率预期增大的消息至后车；后车根据跟随车修改后的制动率计算ebi速度并防护列车安全运行(如果后车采用“撞软墙”防护模型时需要该信息；如果后车采用“撞硬墙”防护模型时则不再需要该信息，即相当于该条件直接检查通过)；后车在确认不会触发紧急制动时，向跟随车发送“停车保证”信息；
50.2)跟随车控制车辆修改紧急制动率配置状态；
51.3)跟随车vobc根据修改后的制动率计算ebi速度并防护列车安全运行。
52.具体的，领头车制动率从“默认档”变化为“低档位”时的安全时序要求如图4所示：
53.1)领头车vobc提供针对自身制动率减小的“停车保证”信息：领头车按照本车修改后的制动率计算ebi速度，如果不会触发紧急制动，则相当于具备了“停车保证”信息，开始按此计算ebi速度并防护列车安全运行；
54.2)领头车控制车辆修改紧急制动率配置状态；
55.3)领头车将修改后的紧急制动率配置状态发送给跟随车，供跟随车计算ebi速度时使用。
56.进一步的，由于列车紧急制动率配置值的变化会导致最小间隔距离的变化。在上述基础上，对两车实际距离与制动率变化前所需要的最小间隔距离和变化后所需要的最小间隔距离之间的关系进行判断，并对列车紧急制动率配置值修改的时机进行控制，从而保证行车安全。具体规则为：
57.列车紧急制动率配置值的修改可分为两类，分别为：使“制动率变大”(包括从“低档位”修改为“默认档”、从“默认档”修改为“高档位”和从“低档位”修改为“高档位”)和使“制动率变小”(包括从“高档位”修改为“默认档”、从“默认档”修改为“低档位”和从“高档位”修改为“低档位”)。下面按此分类方式分别说明对列车紧急制动率配置值修改时机的控制方式。
58.意图修改紧急制动率配置值使本车紧急“制动率变大”时，应按照如下安全顺序执行：
59.需要说明的是，本车指的是编组形成过程中的跟随车以及解编过程中的领头车。
60.步骤1：本车确认修改紧急制动率配置值不会使后车处于危险境地；
61.步骤2：修改本车实际的紧急制动率配置值为增大后的数值(具体过程为：vobc发送制动率配置值修改命令至车辆制动系统，车辆制动系统接收命令并修改配置参数，参数修改成功后向vobc发送更新后的列车制动率配置值)；
62.步骤3：最后修改本车vobc计算ebi速度时使用的本车紧急制动率参数为增大后的数值(从本车车辆制动系统接收到的更新后的数值)。
63.其中，步骤1中本车确认修改紧急制动率配置值不会使后车处于危险境地的方式可分为以下情况：
64.(1)本车后方不存在采用撞软墙原则追踪的后车：
65.此时，本车修改紧急制动率不会对后车的最小间隔距离造成影响，本条直接满足；
66.(2)本车后方存在撞软墙追踪原则追踪的后车：
67.此时，本车需要先通过车车通信确认后车能够保证安全停车。即，先修改后车计算ebi速度时使用的本车紧急制动率参数为增大后的数值，并保证两车实际距离大于修改后所需要的最小间隔距离。具体实现方式为：
68.1)本车向后车发送“本车紧急制动率即将变大”的消息(包含当前制动率配置值和即将修改的制动率配置值)；
69.2)后车根据本车即将修改的紧急制动率配置值计算ebi，并判断是否会导致后车输出eb，可能分为以下两种情况：
70.a)如果后车不需要输出eb，则向本车发送“本车紧急制动率变大不影响后车安全运行(简称停车保证)”的消息，并保持按此计算后车的ebi速度并实施超速防护；
71.b)如果后车需要输出eb，则向本车发送“无法保证本车紧急制动率变大后安全停车”的消息，并保持按本车修改前的紧急制动率配置值计算ebi速度和实施超速防护(避免不必要的紧急制动)，但是后车的ato或司机可控制列车减速，直到两车实际距离足够大并满足条件a)时，向本车发送停车保证信息，并按照本车修改后的紧急制动率计算ebi速度和实施超速防护。
72.3)本车在接收到后车的停车保证信息前，均认为步骤1所需的条件尚未满足。
73.进一步的，结合列车安全防护控制原理可知，如果列车的紧急“制动率变小”，将导致本车制动距离变大，从而使本车与前车所需的间隔距离变大、但后车与本车所需的间隔距离变小。仍然基于图2所示的列车关系，对该方式下列车紧急制动率配置值的修改规则进行说明。
74.意图使“制动率变小”时的安全顺序执行步骤为：
75.步骤1：先确认本车与前车的距离足够大；
76.步骤2：修改本车实际的紧急制动率配置值为减小后的数值(具体过程为：vobc发送制动率配置值修改命令至车辆制动系统，车辆制动系统接收命令并修改配置参数，参数修改成功后向vobc发送更新后的列车制动率配置值)；
77.步骤3：最后修改后车vobc计算ebi速度时使用的本车紧急制动率参数为减小后的数值。
78.其中，步骤1中确认本车与前车的距离足够大的方式为：本车先修改计算ebi时使用的本车紧急制动率为减小后的数值，进而判断是否需要输出紧急制动，分为两种情况：
79.(1)本车减小紧急制动率不会导致列车输出紧急制动(eb)：
80.此时，认为步骤1的条件满足，且vobc持续按修改后(较小的)紧急制动率计算ebi速度和实施超速防护。
81.(2)本车减小紧急制动率将导致列车输出紧急制动：
82.此时，认为步骤1的条件尚不满足，vobc保持按照修改前的紧急制动率计算ebi和实施超速防护。直到本车与前车的实际距离足够大，本车修改紧急制动率为减小后的数值不会导致列车输出eb时，才认为步骤1的条件满足。
83.此外，步骤3的设计是为了让后车能够更好的追踪本车。在实际应用中，如果存在撞软墙追踪的后车，则本车向后车发送的本车紧急制动率配置值将更新为修改后的最新状态，后车接收到该信息后将按照最新状态计算后车的ebi并实施超速防护；如果此时不存在撞软墙追踪的后车，则不涉及此步骤。
84.在基于撞软墙原则的列车防护控制方案中，计算ebi时需要用到本车的紧急制动率和前车的紧急制动率。结合以上修改列车紧急制动率的设计原则，提出vobc计算ebi时使用的本车紧急制动率配置值取值方式如图5所示，使用的前车紧急制动率取值方式如图6所示。
85.图5结合本车车辆的紧急制动率配置状态和本车预期的紧急制动率配置值，确定计算本车ebi速度时应该使用的本车紧急制动率配置值，并确定应该向后车发送的“本车紧急制动率配置值”和“本车预期的紧急制动率配置方式”等信息。
86.图6根据本车是否在基于撞软墙追踪、前车的实际紧急制动率配置值、前车预期的紧急制动率配置方式等信息，确定计算本车ebi速度时应该使用的前车的紧急制动率配置值，并确定是否向前车发送“停车保证”信息。
87.根据图5和图6确定计算ebi时应使用的本车及前车紧急制动率后，可容易根据相关的公式计算列车的ebi速度并实施超速防护。从而，根据该发明内容，可根据虚拟编组列车的运行状态对相关列车的紧急制动率配置值进行动态修改，实现虚拟编组列车的小间距追踪，且不影响单元列车独立运行时的性能。
88.本发明实施例2提供一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制系统，如图7所示，包括车车通信模块、第一车载控制器、第二车载控制器；其中，
89.车车通信模块，用于确定虚拟编组列车的当前运行阶段；
90.第一车载控制器安装在领头车上，第二车载控制器安装在跟随车上，用于根据当前运行阶段的情况动态修改领头车和跟随车的紧急制动率。
91.各单元列车上的vobc根据其在虚拟编组列车中的角色，借助车车通信交互信息，并在合适的时机分别向各自车辆发出正确的紧急制动率配置命令，实现在虚拟编组时的小距离追踪，且不影响独立运行时的系统性能。
92.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
93.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，具体步骤包括如下：确定虚拟编组列车的当前运行阶段；所述虚拟编组列车内任意两相邻列车分别为领头车和跟随车，根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率。2.根据权利要求1所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率具体包括：若所述虚拟编组列车在编组形成阶段，所述领头车和所述跟随车之间建立车车通信并周期性交互信息，在确认安全的前提下，使所述领头车的制动率变小，所述跟随车的制动率变大，即将所述领头车的紧急制动率从默认档修改为第二档位、所述跟随车的紧急制动率从默认档修改为第一档位；若所述虚拟编组列车在解编阶段，将所述领头车的紧急制动率从所述第二档位修改为所述默认档、所述跟随车的紧急制动率从所述第一档位修改为默认档。3.根据权利要求2所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，所述第一档位是列车紧急制动系统能够提供的最大制动率，所述第二档位是列车紧急制动系统提供的最小制动率。4.根据权利要求1所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，由车载控制器对所述领头车和所述跟随车的实际距离与制动率变化前所需要的最小间隔距离和变化后所需要的最小间隔距离之间的关系进行判断，并对列车紧急制动率配置值修改的时机进行控制，从而保证行车安全。5.根据权利要求1所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，使所述跟随车的制动率变大的安全方式为：s1、所述跟随车发送列车紧急制动率预期增大的消息至后车；后车根据所述跟随车修改后的制动率计算ebi速度并防护列车安全运行；s2、后车在确定不会触发紧急制动时，向所述跟随车发送停车保证信息；s3、所述跟随车接收所述停车保证信息，修改紧急制动率配置状态并根据修改后的制动率计算ebi速度。6.根据权利要求1所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，使所述领头车的制动率变小的安全方式为：s1、所述领头车按照修改后的制动率计算ebi速度，若不会触发紧急制动，则所述领头车控制车辆修改紧急制动率配置状态；s2、所述领头车将修改后的紧急制动率配置状态发送给所述跟随车，以使所述跟随车计算ebi速度。7.根据权利要求6所述的一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，判断是否触发紧急制动的方式为：将计算获得的ebi速度与领头车实际速度作比较，若ebi速度大于领头车实际速度，则触发紧急制动。8.一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制系统，其特征在于，包括车车通信模块、第一车载控制器、第二车载控制器；其中，
所述车车通信模块，用于确定虚拟编组列车的当前运行阶段；所述第一车载控制器安装在领头车上，所述第二车载控制器安装在跟随车上，用于根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率。

技术总结
本发明公开了一种基于紧急制动率动态配置的虚拟编组列车控制方法及系统，涉及轨道交通信号安全防护技术领域。本发明方法的步骤为：确定虚拟编组列车的当前运行阶段；所述虚拟编组列车内任意两相邻列车分别为领头车和跟随车，根据所述当前运行阶段的情况动态修改所述领头车和所述跟随车的紧急制动率。本发明根据单元列车间的相对位置关系，对列车紧急制动率进行动态配置，从而既能满足虚拟编组单元列车小间距追踪的需求，又可最大程度避免对独立运行列车最小间隔距离的影响。立运行列车最小间隔距离的影响。立运行列车最小间隔距离的影响。


技术研发人员：刘宏杰 唐涛 张艳兵 吴昊 王道敏 李晓刚 柴铭 王佳瑜 赵剑华 宿帅 吕继东
受保护的技术使用者：北京市基础设施投资有限公司
技术研发日：2022.10.10
技术公布日：2023/3/7