新安全制動模型及移動授權距離內停車的方法
【專利摘要】本發明公開了一種新安全制動模型，區別于標準IEEE_1474.1?2004定義的經典安全制動模型，包括滑行階段和保障緊急制動率制動階段，使得經典模型中失控加速階段通過牽引切除的方法得以消除。還公開了：基于新安全制動模型的縮短安全間隔距離的方法、基于新安全制動模型和經典安全制動模型的移動授權距離內停車的方法、以及切除/激活牽引的裝置。本發明可以有效減小安全間隔距離和提高接近停準點速度。
【專利說明】
新安全制動模型及移動授權距離內停車的方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及軌道通信控制領域。
【背景技術】
[0002] 目前列車信號控制系統都參照該標準IEEE_1474.1-2004(IEEE基于通信的列車自 動控制系統效率及功能需求標準)定義實施安全制動模型（下文稱為經典安全制動模型）， 該模型定義了如何依據目前列車行駛速度計算出列車與前方障礙物之間在最不利條件下 所需的最小防護距離(安全間隔）。從而保障在列車緊急制動觸發后，列車能在撞擊前方障 礙物之停止。經典安全制動模型從系統探側并觸發緊急制動，到列車停止整個過程建立的 最不利場景下需要的防護距離，包含5個階段：
[0003] 1)車載列車自動防護系統(ATP)觸發緊急制動階段；
[0004] 2)列車系統牽引切除(失控加速)階段；
[0005] 3)列車系統滑行階段；
[0006] 4)列車系統緊急制動建立階段；
[0007] 5)列車系統施加保障緊急制動率階段。
[0008] 實際，從時間軸來看，經典安全制動模型可以簡化看為三個主要階段：
[0009] 1)失控加速階段Dl;
[0010] 2)滑行階段D2;
[0011] 3)保障緊急制動率制動階段D3;
[0012]參照該定義計算出的高效進站停站，需要較長的防護距離(安全間隔）。在目前很 多地鐵項目中，客戶提出在保障既有停站效率的前提下，需要更短的站臺過沖防護距離，如 15米或者更小。按照經典安全制動模型，以下方表1列車參數為例計算，為了滿足15米過沖 防護距離，列車只能以約3.6公里每小時，也就是1米每秒速度接近停站點。無法在該標準模 型下滿足客戶高效進站的要求，另外列車行進低速控制對于列車速度控制系統也是一大挑 戰。
[0014] 表1
【發明內容】
[0015] 本發明的目的之一在于提供新安全制動模型和縮短安全間隔距離的方法，以有效 縮短安全防護距離。
[0016] 本發明的目的之二在于提供移動授權距離內停車的方法，可以有效減小安全間隔 距離和提高接近停準點速度。
[0017] 本發明的目的之三在于提供切除/激活牽引的裝置，輔助實現牽引的切除和激活。
[0018] 實現上述目的的技術方案是：
[0019] -種新安全制動模型，區別于經典安全制動模型，所述經典安全制動模型包括:失 控加速階段、滑行階段和保障緊急制動率制動階段；
[0020] 所述新安全制動模型包括滑行階段和保障緊急制動率制動階段，使得經典安全制 動模型中的失控加速階段通過切除牽引的方法得以消除。
[0021] 根據上述技術方案，消除經典安全制動模型中失控加速階段對于安全間隔產生的 影響，為縮短安全防護距離和提高接近停準點速度提供基礎。
[0022] 一種基于上述新安全制動模型的縮短安全間隔距離的方法，切除列車牽引使能， 車載列車自動防護系統根據移動授權距離，按照新安全制動模型計算出ATP速度曲線，在列 車實際速度超過ATP速度曲線時，觸發緊急制動；
[0023]列車自動駕駛系統在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際速度。
[0024]根據上述技術方案，實現縮短安全防護距離要求，從而在保障安全的情況下提高 列車運行效率。如15米以內的列車安全過沖防護距離情況下高效進站停站。
[0025]進一步地，所述的移動授權距離指:列車到目標停車點的距離加上過沖防護距離； [0026]切除牽引使能的時機，選擇在列車從滑行轉為減速接近目標停車點的過程中，并 在觸發緊急制動之前。
[0027] 一種基于上述的新安全制動模型和經典安全制動模型的移動授權距離內停車的 方法，當有牽引使能時，車載列車自動防護系統選用經典安全制動模型；
[0028]當牽引切除時，車載列車自動防護系統選用新安全制動模型；
[0029]車載列車自動防護系統根據移動授權距離，按照經典安全制動模型或者新安全制 動模型計算出ATP速度曲線，在列車實際速度超過ATP速度曲線時，觸發緊急制動；
[0030]列車自動駕駛系統在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際速度。
[0031]根據上述技術方案，根據當前列車速度和移動授權距離，動態實施列車牽引激活 與切除，即：采用兩套安全制動模型，在列車牽引使能激活時，采用標準定義的經典安全制 動模型;在列車牽引使能非激活時，采用新安全制動模型(屏蔽經典安全制動模型中失控加 速階段）。從而控制或消除經典安全制動模型中第2階段(失控加速階段)對于安全間隔產生 的影響。由于列車牽引使能切除，列車無法加速，從而規避了標準中定義的列車失控加速故 障，安全間隔計算中規避了由于失控加速階段產生的防護距離，可以大大縮短高效進站所 需的安全防護距離。或者同等安全防護距離下提高進站效率。例如：列車可以以7.2公里每 小時，也就是2米每秒的速度接近停站點，接近速度提高了一倍。可應用于軌道交通盡頭線 車站及停車場、車輛段等場景。實現縮短土建距離、減少了土建投資，滿足客戶，尤其是地鐵 客戶新需求。
[0032] 進一步地，所述的移動授權距離指:列車到目標停車點的距離加上過沖防護距離。
[0033] 進一步地，切除牽引使能的時機，選擇在列車從滑行轉為減速接近目標停車點的 過程中，并在觸發緊急制動之前；
[0034] 當車載列車自動防護系統計算在激活牽引使能后，按經典安全制動模型不會觸發 緊急制動時，激活牽引使能。描述了激活/切除牽引的時機，保證了兩套安全制動模型的恰 當選取。
[0035] -種實現上述切除/激活牽引的裝置，包括：
[0036] 兩個繼電器；
[0037] 連接車載列車自動防護系統的輸出端及輸入端的回采線；
[0038] 連接車載列車自動防護系統和列車控制系統的列車線；以及
[0039] 連接車載列車自動防護系統和牽引系統的狀態線；
[0040] 其中，每個所述繼電器包括線圈、常開觸點和常閉觸點；
[0041] 車載列車自動防護系統的輸出端連接兩個所述繼電器的線圈；
[0042] 兩個所述繼電器的常閉觸點串接在所述回采線上；
[0043] 兩個所述繼電器的常開觸點串接在所述列車線上。
[0044] 根據上述技術方案，有效配合實現列車牽引狀態的激活/切除，為采用何種安全制 動模型提供判斷基礎。
【附圖說明】
[0045] 圖1是本發明中移動授權距離的定義圖；
[0046] 圖2是經典安全制動模型下安全間隔距離圖；
[0047]圖3是經典安全制動模型下速度距離圖；
[0048]圖4是新安全制動模型下安全間隔距離圖；
[0049] 圖5是新安全制動模型下速度距離圖；
[0050] 圖6是本發明中切除/激活牽引的裝置切除牽引時的結構圖；
[0051]圖7是本發明中切除/激活牽引的裝置激活牽引時的結構圖。
【具體實施方式】
[0052]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0053] 現有技術中，列車在站臺之間行進過程中，列車牽引使能一直激活。在列車到達站 臺停準靜止后，切除牽引使能;等停站結束后，列車發車條件滿足，再次激活牽引使能，列車 發車至下一個站臺。研究實際列車進站停車過程后，發現正常減速進站過程中不需要保持 牽引力。列車速度自動控制模塊，在整個減速到停站停準過程中，可以只使用制動和滑行命 令，減速停車，無需牽引力。一旦切除了牽引后，就不會出現失控加速故障階段，從而在滿足 了運行控制效率要求下，減少了安全防護距離。
[0054] 因此，本發明采用新動態安全制動模型，區別于經典安全制動模型，新安全制動模 型包括滑行階段和保障緊急制動率制動階段，通過切除牽引使得列車無法加速，經典安全 制動模型中的失控加速階段得以消除。
[0055] 另外，本發明還提供基于新安全制動模型的縮短安全間隔距離的方法和基于新安 全制動模型和經典安全制動模型的移動授權距離內停車的方法。涉及車載列車自動防護系 統(ATP)和列車自動駕駛系統(ATO)，其中，車載列車自動防護系統負責列車行駛安全，主要 功能是依據移動授權距離，按照安全制動模型計算出列車最高速度曲線(ATP速度曲線），在 列車速度超過該曲線時，觸發緊急制動，保障列車在移動授權距離內停車。列車自動駕駛系 統負責列車自動駕駛功能，主要功能是在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際運行速 度，包括加速或減速。實際控制列車時，如果由于列車或者ATO控制出現錯誤，造成超速情 況，由ATP模塊保障觸發安全制動。所以ATP速度曲線越高，系統對ATO控制錯誤的容忍度越 大。
[0056] 既有車載列車自動防護系統參照經典安全制動模型，在收到軌旁移動授權單元發 送的移動授權后(移動授權是列車允許移動的距離)計算ATP速度曲線。以列車停站為例，如 圖1所示，移動授權距離包括兩部分：
[0057] 1)從列車到目標停車點，也就是列車停站停準時車頭位置;2)目標停車點到過沖 防護區段距離，用于防范列車出現過沖停車點時的防護距離。在列車實際停站過程中，出于 運行效率考慮，需要列車在接近停準點時依舊保持一定速度來滿足運行效率需求。接近停 準點速度過低，時間過長，會影響地鐵運行效率，尤其在高峰時段。所以停站時都會預留一 定的防護距離，讓列車保持一定速度接近停準點。
[0058]本發明的縮短安全間隔距離的方法，包括:切除列車牽引使能，車載列車自動防護 系統根據移動授權距離，按照新安全制動模型計算出ATP速度曲線，在列車實際速度超過 ATP速度曲線時，觸發緊急制動;列車自動駕駛系統在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實 際速度。即：列車在進站過程中，通過切除牽引保持較高的速度進站，利用滑行及制動接近 目的地，實現縮短安全防護距離要求，從而在保障安全的情況下提高列車運行效率。如15米 以內的列車安全過沖防護距離情況下高效進站停站。切除牽引使能的時機，選擇在列車從 滑行轉為減速接近目標停車點的過程中，并在觸發緊急制動之前。
[0059] 本發明的移動授權距離內停車的方法，包括：當有牽引使能時，車載列車自動防護 系統選用經典安全制動模型；當牽引切除時，車載列車自動防護系統選用新安全制動模型； 車載列車自動防護系統根據移動授權距離，按照經典安全制動模型或者新安全制動模型計 算出ATP速度曲線，在列車實際速度超過ATP速度曲線時，觸發緊急制動;列車自動駕駛系統 在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際速度。
[0060] 其中，切除牽引使能的時機，選擇在列車從滑行轉為減速接近目標停車點的過程 中，并在觸發緊急制動之前；當車載列車自動防護系統計算在激活牽引使能后，按經典安全 制動模型不會觸發緊急制動時，激活牽引使能。
[0061 ]具體地，以下描述經典安全制動模型和新安全制動模型的區別，以驗證上述內容：
[0062] 收到移動授權后，車載列車自動防護系統實時監控當前速度，參照經典安全制動 模型監控列車是否會過沖移動授權盡頭。針對經典安全模型簡化后的三個主要階段(失控 加速階段Dl;滑行階段D2;保障緊急制動率制動階段D3)，速度在時間上的積分為行駛的距 離D = JV(t)dt。整個制動距離，也就是安全間隔距離，為圖2中拋物虛線下方面積。
[0063] 車載列車自動防護系統按照經典安全制動模型計算出ATP速度曲線（行駛到目標 點過程中，每個位置的最大允許速度。突破該速度，列車ATP功能模塊會觸發緊急制動）。從 速度距離圖（圖3)來看，ATP速度曲線如下。ATP速度曲線在每一個點，需保證按經典安全制 動模型觸發緊急自動后，不會超越移動授權盡頭。從ATP速度曲線發出的拋物線為經典安全 制動模型曲線，初始上揚部分是由于失控加速造成，該拋物線與橫軸的交點需落在移動授 權盡頭之前，保障列車緊急制動發生后列車停車點不會超越移動授權盡頭。ATO速度曲線位 予ATP速度曲線下方，用于列車速度自動控制到目標停車點。
[0064]在新安全制動模型中，通過提前切除列車牽引使能的方法，使得列車失去牽引而 無法加速，從而達到消除失控加速的可能性。切除牽引的時機，選擇在列車從滑行轉為減速 接近停車點的過程中，同時需在按經典制動模型觸發緊急制動前完成牽引切除。圖2中經典 安全制動模型失控加速過程通過切除牽引方法，得以消除，見下方圖4。速度在時間上的積 分為行駛的距離D = /V(t)dt。整個制動距離，也就是安全間隔距離通過消除失控加速減小， 即減少圖四中陰影部分面積。緊急制動觸發速度相同的情況下，新安全制動模型可以有效 減小安全間隔距離。
[0065]由于相同速度下，所需的安全間隔距離小了，那么在安全防護距離一定的情況下， 也就是移動授權距離一定的情況下，列車允許的最高速度會提升。也就是ATP速度曲線(速 度距離圖）相對提升，見圖5。也就是說，在過沖防護距離一定的情況下，新安全制動模型，可 以提高進接近停準點速度，從而提高站停車效率。
[0066]為實現新動態安全制動模型功能優化，車載列車自動防護系統(ATP)，動態選擇采 用安全制動模型。當有牽引使能時，采用經典安全制動模型；當牽引切除時，采用新安全制 動模型;對于牽引使能的控制，在下文具體描述。列車可以在滑行到減速接近停車點過程中 切除牽引，又可以在速度過低且滿足經典安全制動模型時再次打開牽引使能提升速度，從 而動態選擇是否激活牽引，實現新動態安全制動模型監控。ATO需相應配合，如在停站算法 中，優化無牽引力停站。
[0067] 為了實現切除/激活牽引，車載自動防護系統需要監控列車牽引狀態，以此為依據 判斷采用何種安全制動模型。同時，為保障牽引使能輸出安全正確，本發明提供實現切除/ 激活牽引的裝置，包括:兩個繼電器、回采線L1、列車線L2、狀態線L3。每個繼電器包括線圈 了1、12、常開觸點51、52和常閉觸點1(1、1(2。
[0068] 回采線Ll連接車載列車自動防護系統的輸出端及輸入端。列車線L2連接車載列車 自動防護系統和列車控制系統。狀態線L3連接車載列車自動防護系統和牽引系統。車載列 車自動防護系統的輸出端連接兩個繼電器的線圈J1、J2;兩個繼電器的常閉觸點Kl、K2串接 在回采線Ll上。兩個繼電器的常開觸點SI、S2串接在列車線L2上。
[0069] 切除牽引時：當車載列車自動防護系統命令牽引使能切除時，繼電器線圈J1、J2處 于失磁狀態，回采點（常閉觸點K1、K2)按照安全繼電器原則取反采集后接點，處于閉合狀 態。當常閉觸點KI、Κ2都閉合時，輸出回采接通，可以確認常閉觸點KI、Κ2都閉合。同時通過 安全繼電器機械特性保障列車線控制接點（常開觸點S1、S2)斷開，牽引使能切除命令傳達 列車線L2。在列控系統切除牽引后，通過狀態線L3返回牽引系統狀態，確認牽引切除，見圖 6〇
[0070] 激活牽引時:激活牽引與牽引切除是相反過程，車載ATP輸出1，2命令高電平后，繼 電器線圈J1、J2勵磁。回采點（常閉觸點K1、K2)打開，列車線控制接點閉合，信號發送至列車 控制電路。之后通過牽引列車線回采牽引系統狀態確認牽引激活，如圖7。
[0071]以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的 技術方案也應該屬于本發明的范疇，應由各權利要求所限定。
【主權項】
1. 一種新安全制動模型，區別于經典安全制動模型，所述經典安全制動模型包括:失控 加速階段、滑行階段和保障緊急制動率制動階段； 其特征在于，所述新安全制動模型包括滑行階段和保障緊急制動率制動階段，使得經 典安全制動模型中的失控加速階段通過切除牽引的方法得以消除。2. -種基于權1所述新安全制動模型的縮短安全間隔距離的方法，其特征在于， 切除列車牽引使能，車載列車自動防護系統根據移動授權距離，按照新安全制動模型 計算出ATP速度曲線，在列車實際速度超過ATP速度曲線時，觸發緊急制動； 列車自動駕駛系統在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際速度。3. 根據權利要求2所述的縮短安全間隔距離的方法，其特征在于， 所述的移動授權距離指:列車到目標停車點的距離加上過沖防護距離； 切除牽引使能的時機，選擇在列車從滑行轉為減速接近目標停車點的過程中，并在觸 發緊急制動之前。4. 一種基于權1所述的新安全制動模型和經典安全制動模型的移動授權距離內停車的 方法，其特征在于， 當有牽引使能時，車載列車自動防護系統選用經典安全制動模型； 當牽引切除時，車載列車自動防護系統選用新安全制動模型； 車載列車自動防護系統根據移動授權距離，按照經典安全制動模型或者新安全制動模 型計算出ATP速度曲線，在列車實際速度超過ATP速度曲線時，觸發緊急制動； 列車自動駕駛系統在ATP速度曲線允許范圍內，控制列車實際速度。5. 根據權利要求4所述的移動授權距離內停車的方法，其特征在于，所述的移動授權距 離指:列車到目標停車點的距離加上過沖防護距離。6. 根據權利要求5所述的移動授權距離內停車的方法，其特征在于， 切除牽引使能的時機，選擇在列車從滑行轉為減速接近目標停車點的過程中，并在觸 發緊急制動之前； 當車載列車自動防護系統計算在激活牽引使能后，按經典安全制動模型不會觸發緊急 制動時，激活牽引使能。7. -種實現權6所述切除/激活牽引的裝置，其特征在于，包括： 兩個繼電器； 連接車載列車自動防護系統的輸出端及輸入端的回采線； 連接車載列車自動防護系統和列車控制系統的列車線；以及 連接車載列車自動防護系統和牽引系統的狀態線； 其中，每個所述繼電器包括線圈、常開觸點和常閉觸點； 車載列車自動防護系統的輸出端連接兩個所述繼電器的線圈； 兩個所述繼電器的常閉觸點串接在所述回采線上； 兩個所述繼電器的常開觸點串接在所述列車線上。
【文檔編號】B60T17/18GK106043351SQ201610687288
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月18日
【發明人】黃雷, 高翔, 胡海虹
【申請人】上海自儀泰雷茲交通自動化系統有限公司