車輛限速目標距離的實時計算方法及跟馳運行控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于陸地交通工具運行控制技術領域，涉及一種車輛運行控制方法，尤其是車輛跟馳運行控制方法。
【背景技術】
[0002]車載設備控車情況下，從初速度制動到目標速度的制動距離，按照以下公式，結合工程實際數據計算確定，并應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表示車輛從目標度制動到Okm/h的最小制動距離；
[0006]L3表示車輛按初速度運行的空走距離；
[0007]1^4表示車輛安全防護距離。
[0008]上述限速目標距離的計算公式，為陸地交通工具在跟馳運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，軌道交通領域列車跟馳運行則不存在變道問題。限速目標距離的計算與運用，對軌道交通領域的行車組織和列車運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(舒適)跟馳運行出發，在列車跟馳運行的任意時刻給出列車間距“長度變化”的依據，才能為列車運行的科學控制和跟馳車距的科學調整奠定良好的基礎和前提條件。
[0009]基于上述限速目標距離的計算公式，鐵道部科技運
[2010]第138號文《列控中心技術規范》給出了若干不同初速度和0km/h、45km/h兩種目標速度，以及坡度為O %。、-10 %。、-20 %。、-30 %。下的限速目標距離值。
[0010]與“安全車距”的概念不同，“限速目標距離”不僅涉及到列車安全運行的指導性原貝1J，而且兼顧到列車運行狀態調整的細節，在目標車距的基礎上對目標速度做出具體的規定，或在目標速度的基礎上對目標車距做出具體的規定，實現了“安全行車”與“列車運行控制”的完美結合。
[0011]限速目標距離，是目標距離速度控制模式實施的前提和基礎。但是，限速目標距離的計算公式為靜態計算公式，在工程上只能給出若干離散的限速目標距離值，不能在全速域范圍內給出從Okm/h至最大速度值之間任意值作為初速度和目標速度的限速目標距離值，因為列車從Okm/h至最大速度值之間有無數個速度值點；如果不解決任意跟馳形勢下的限速目標距離的實時計算問題，將無法給出全速域范圍內列車跟馳運行過程中列車間距“長度變化”的科學依據，未來的鐵路移動閉塞系統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(舒適)等幾個方面，并實現綜合最優。目前，高速列車在運行過程中限速目標距離的實時計算問題尚未得到有效地解決，其難點在于必須能夠適應高速列車任意跟馳形勢和運行控制的需求。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任意速度值的組合。列車運行控制需求，可分為相對制動模式下的跟馳運行控制、絕對制動模式下的跟馳運行控制、絕對制動模式下的定點停車和停車位置點無法預知的緊急停車等情形。對當前限速目標距離計算方法進行討論，針對其存在的不足之處作出改進，并結合高速列車運行過程中在任意跟馳形勢下對限速目標距離的不同需求，提出一種限速目標距離實時計算方法，顯然是非常必要的，將有助于高速列車全速域范圍內任意跟馳形勢下的實時控制，以實現列車安全、高效運行。
[0012]目標距離速度控制模式給出了列車減速停車的一次連續制動曲線，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、具有可操作性的實現方案。因此，研宄限速目標距離的實時計算方法，并基于目標距離速度控制模式，對列車運行控制進行廣泛、深入的研宄，對于列車運行控制技術的發展必然也是有益的，特別是對于采用目標距離速度控制模式的準移動閉塞系統(CTCS-3級列控系統)和移動閉塞系統(CTCS-4級列控系統)，將有助于在安全行車前提下進一步挖掘鐵路運輸的潛能。
[0013]跟馳運行在陸地載運工具交通領域已經司空見慣。實現載運工具安全、高效跟馳運行，以及在跟馳運行過程中平穩(舒適)地進行運行狀態的調整，既是交通領域研宄的熱點和難點問題之一，又是安全行車前提下提高路網車輛吞吐能力利用效率的有效舉措。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在于提供一種車輛限速目標距離的實時計算方法及基于該實時計算方法的跟馳運行控制方法，以實現對車輛在全速域范圍內的限速目標距離的實時計算并據此控制車輛的跟馳運行。
[0015]為了達到上述目的，本發明的解決方案是:
[0016]一種車輛限速目標距離的實時計算方法，包括以下步驟:
[0017](I)將所求限速目標距離按照當前技術條件和跟馳狀態進行界定，劃分為絕對制動模式下的常用制動限速目標距離、絕對制動模式下的緊急制動限速目標距離、相對制動模式下的常用制動限速目標距離和相對制動模式下的緊急制動限速目標距離；
[0018](2)通過數值分析和函數擬合，為上述四種限速目標距離，提供全速域范圍內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，根據所述典型車速及其對應的絕對制動模式下的常用制動限速目標距離，建立全速域范圍內車輛絕對制動模式下的常用制動限速目標距離關于自身的當前速度的數學模型:
[0021]LAbsolutecommon (v0) —f (v0)
[0022]其中:LAbs()lute c;_m(Vtl)表示全速域范圍內車輛在絕對制動模式下的常用制動限速目標距離，包括空走距離、常用制動距離和安全防護距離，％表示車輛的當前速度，f (V C1)表示自變量為Vtl的函數；
[0023](22)選擇覆蓋全速域范圍的多個典型車速，根據所述典型車速及其對應的絕對制動模式下的緊急制動限速目標距離，建立全速域范圍內車輛絕對制動模式下的第一緊急制動限速目標距離關于自身的當前速度的數學模型:
[0024]LAbsolute—emergency (V0) = g (v0)
[0025]其中:LAbs()lutygmc;y(Vtl)表示全速域范圍內車輛絕對制動模式下的第一緊急制動限速目標距離，包括空走距離、緊急制動距離和安全防護距離，％表示車輛的當前速度，g (Vtl)表示自變量為Vtl的函數；
[0026](23)選擇覆蓋全速域范圍的多個典型速度作為目標速度，根據所述目標速度及其對應的絕對制動模式下的緊急制動限速目標距離，建立全速域范圍內車輛的絕對制動模式下的第二緊急制動限速目標距離關于目標速度的數學模型:
[0027]L2 (ve) = h (Ve)
[0028]其中:L2(ve)表示全速域范圍內車輛絕對制動模式下的第二緊急制動限速目標距離，僅包括車輛以目標速度作為初速度的緊急制動距離，\表示車輛的目標速度，h(v e)表示自變量為Ve的函數；
[0029](24)若車輛運行在相對制動模式下，車輛的常用制動限速目標距離為:
[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距離；
[0032](25)若車輛運行在相對制動模式下，車輛的緊急制動限速目標距離為:
[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距離。
[0035]所述實時計算方法還包括:
[0036](3)根據當前技術條件和跟馳狀態，計算車輛應當遵循的限速目標距離。
[0037]所述步驟(3)包括:
[0038](31)采用步驟(21)中所述的數學模型，計算車輛的常用制動限速目標距離，根據當前技術條件和跟馳狀態，判斷車輛跟馳控制對制動模式的具體需求；
[0039](32)當車輛運行在絕對制動模式下時:
[0040](a)若實際車距大于按步驟(21)計算的常用制動限速目標距離，則以該常用制動限速目標距離作為下一行為調整周期內的后車應當遵循的安全約束條件，一旦實際車距等于當前時刻車輛的常用制動限速目標距離，后車立即啟動絕對制動模式下的常用制動措施，轉入步驟(31);
[0041](b)若實際車距小于按步驟(21)計算的常用制動限速目標距離，則采用步驟(22)計算車輛的緊急制動限速目標距離:若實際車距小于或等于所述緊急制動限速目標距離，后車立即啟動絕對制動模式下的緊急制動措施，轉入步驟(31);否則，后車將步驟(22)計算的緊急制動限速目標距離作為絕對制動模式下應當遵循的安全約束條件，減速運行，一旦實際車距等于當前時刻的緊急制動限速目標距離，則采取緊急制動停車，轉入步驟
(31)；
[0042](33)當車輛運行在相對制動模式下時:
[0043](c)若實際車距大于按步驟(24)計算的常用制動限速目標距離，則以步驟(24)計算得到的常用制動限速目標距離作為下一行為調整周期內的后車應當遵循的安全約束條件，一旦實際車距等于當前時刻的常用制動限速目標距離，后車立即啟動相對制動模式下的常用制動措施，轉入步驟(31);