考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法与流程

本发明属于轨道交通，具体涉及考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法。

背景技术：

1、铁路运输需求的增加显著推动了列车运行控制技术的进步，虚拟连挂、群组运行等基于先进通信技术来压缩车头时距以提升运输能力成为备受期望的代表性技术。这些先进技术在地铁、高铁等短编组、高机动性、服役环境好的客运领域长期备受关注。近年来，它们在重载铁路货运领域的重要性逐渐被认识到，大规模的试验研究也已同步开展。

2、避撞防护是列车运行控制系统的核心功能。群组运行模式下相邻列车的安全间距被压缩至相对制动距离。既有以客运为主的研究普遍认为只要停车后后方列车头部不超过前方列车尾部，且能保留一定安全裕量，即可判定为能够避撞。显然，极低的延迟和极强的机动能力保证了这种只关注列车始末位置的、基于目标-距离的避撞防护方法是正确且合理的。与之不同的是，空气制动延迟是重载列车固有的典型属性，它直接影响列车制动的响应时间和制动距离。在异构重载列车群组中，不同列车之间的制动性能差异会导致延迟累积，从而出现一类特殊现象，即仅从列车始末位置而言可判定为能够避撞，但实际上，在制动过程中它们已经发生了碰撞。这一结果使得基于目标-距离的传统避撞防护方法在异构重载列车群组运行控制中受到挑战。考虑重载列车的空气制动延迟属性，建立空间-时间协同的避撞防护方法成为基本要求。

3、既有关于重载列车空气制动延迟的研究普遍关注单列车的控制，代表性研究内容包括：考虑空气制动延迟的2万吨等长大编组组合列车同步操控技术、重载列车电控空气制动(ecp)技术、长大坡道空气制动施加策略、空气制动延迟对重载列车纵向动力学的影响、基于精细化空气制动模型的重载列车自动驾驶技术研究等。这些研究的共同特点是期望应用电控空气制动等更合理的操控策略、引入可控列尾等更先进的辅助设备，来降低空气制动延迟以实现单列车的稳定控制。群组运行是指以5000吨或万吨重载列车为基本单元，通过车-车通信实现各单元间以相对制动距离为基础的高密度运输组织方式。其包含多个列车单元的基本属性导致空气制动延迟会在群组内出现累积，尤其是当异构列车形成群组时空气制动差异会更大，这直接影响群组内以相对制动距离为基础的更短距离追踪运行的避撞安全。目前，关于群组运行模式下考虑空气制动延迟的异构重载列车避撞防护方法研究极其稀少，本专利以工程试验与实际应用的迫切需求为导向，设计了考虑空气制动延迟的异构重载列车群组运行空时协同避撞防护方法，以期为提升重载列车群组运行效率、安全等级和应急处理水平提供理论指导与技术支撑。

技术实现思路

1、为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法，解决既有以列车始末位置为基础、基于目标-距离的传统避撞防护方法，在空气制动延迟差异显著的异构重载列车群组运行时无法完全实现避撞防护的关键问题，建立了具有普适性的考虑空气制动延迟的异构重载列车群组运行空时协同避撞防护方法。

2、为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法。其步骤包括：

3、s1：状态信息采集：实时采集群组内各列车有关列车位置、速度的信息，并将采集到的群组内前、后两相邻列车的位置、速度信息同步发送到后车的车载计算机中；

4、s2：实时绝对制动距离计算：后车的车载计算机根据接收到的两列车位置、速度信息，考虑空气制动延迟以及列车制动过程中里程、时间的动态变化，分别计算得到包含速度-里程-时间的动态变化特性的前后列车的实时绝对制动距离，最终的实时绝对制动距离包含速度-里程-时间的动态变化特性；

5、s3：避撞检测：根据列车间距是否大于零进行碰撞检测，列车间距等于前车实时绝对制动距离减去后车实时绝对制动距离减去前车长度减去附加安全裕量；避撞检测从以下两方面开展：

6、s3.1空间避撞检测：根据前后列车制动过程中速度-里程变化关系判断两相邻列车制动停车位置处列车间距是否大于零，如果大于零，则进行时间避撞检测，否则进行跟驰距离修正；

7、s3.2时间避撞检测：根据前后列车制动过程中速度-时间变化关系判断从制动开始到制动完成的所有时间范围内，列车间距是否大于零，如果大于零，则判定为能够实现空时协同避撞，否则进行跟驰距离修正；

8、s4：跟驰时距修正：考虑空间相对位置与制动绝对时间的变化关系，依据避撞检测结果动态调整列车制动前的实际相对位置和运行速度，以使列车间据始终大于零；调整手段为：

9、当空间避撞检测中间距不大于零时，通过提前增大制动前的列车跟驰距离实现避撞； 当时间避撞检测中间距不大于零时，通过提前减小制动前的后车运行速度实现避撞。

10、根据本发明所述的考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法，其进一步的优选技术方案是：步骤s1中，列车位置、速度的信息来源于车载的列车自动保护系统设备。

11、根据本发明所述的考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法，其进一步的优选技术方案是：步骤s2中，空气制动延迟的计算需考虑前后列车的编组数目、制动机类型、列车管定压、列车管减压量，编组数目由人工更新，制动机类型、列车管定压数据根据列车实际空气制动装置获取，列车管减压量根据经验值取60kpa或100kpa。

12、根据本发明所述的考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法，其进一步的优选技术方案是：步骤s4中，列车跟驰距离增大量的确定方法为：在实时绝对制动距离的速度-里程-时间动态变化曲线中，以速度-里程剖面投影为基准，通过沿里程减小方向平移后车的速度-里程曲线，以保证列车间距大于零，平移前后里程值变化量的绝对值即为列车跟驰时距中相对位置的增大量。

13、根据本发明所述的考虑空气制动延迟的重载列车群组运行空时协同避撞方法，其进一步的优选技术方案是：步骤s4中，后车运行速度减小量的确定方法为：在实时绝对制动距离的速度-里程-时间动态变化曲线中，以速度-时间剖面投影为基准，通过沿速度减小方向平移后车的速度-里程曲线，以保证列车间距大于零，平移前后速度值变化量的绝对值即为列车跟驰时距中运行速度的减小量。

14、相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

15、1、提出了考虑空气制动延迟的异构重载列车群组运行空时协同避撞防护方法，克服了传统基于目标-距离的避撞防护方法在异构重载列车群组运行时无法完全实现避撞防护的技术缺陷，建立了具有普适性的考虑空气制动延迟的异构重载列车群组运行空时协同避撞防护方法。

16、2、该方法所需要的基本数据更通用且更易获取，计算过程更简单、修正方法更直观，显著降低测量设备成本、人力成本及运维成本。

17、3、能实时计算、评估列车能否实现空时协同避撞防护，并根据计算评估结果对列车间距、运行速度进行修正，以更低的成本提升了列车群组运行的避撞安全性。

18、4、从车载atp直接获取基础数据信息，更具一般性和普适性，对高速铁路、重载货运铁路、城市轨道交通等多类实际情景均适用。