一种城市轨道交通车站的精确停车方法与流程

[0001]
本发明属于轨道交通信号控制技术领域，具体涉及一种城市轨道交通车站的精确停车方法。


背景技术：

[0002]
信号系统是城市轨道交通项目中对安全性要求最高的子系统，因此对安全性、可靠性、可用性和可维护性都有极高的要求。以站台精确停车为例，在保证乘客舒适度，即纵向冲击率≤0.75m/s
3
的情况下，ato(自动列车运行控制系统)控制列车在站台停车的指标要求是停车范围为0.3米时的概率为≥99.99％；如果停车范围是0.5米时，列车停在该范围的概率为≥99.9998％。也就是一万次在站台停车，只能有一次停在0.3米范围外，一千万次停车，只能有两次停在0.5米范围外。由于信号控制牵引制动的复杂性，很难达到上述要求。
[0003]
在实际控制中，对列车准确停车的影响因素有：轮径值的准确性；列车牵引与制动系统的最小调节量，不同供货商最小调节量可能不一样；制动系统延时时间，信号系统发出制动命令后需要经过车载信号系统和制动系统之间的接口电路才能被制动系统采集到，制动系统经过处理再逐步施加制动需要延时；在低速控制时电制动和空气制动的转换(混合制动)期间车辆输出的减速度波动较大，当减速度越大时，偏差越大；电空转换(混合制动)期间车辆制动力过度或不足；速度和减速度检测不准确；车重的变化导致高峰期时列车制动力不足；在停车阶段车辆不能及时响应ato输出的变化后的制动力命令等众多因素的影响，并且每一列车车的每一次制动都有着差异性，因此很难建立一个标准的控制模型和形成理论的算法达到上述车站停车范围内的概率要求。所以在实际ato控制列车在车站精确停车过程中存在不在停车范围内的过标和欠标现象。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种城市轨道交通车站的精确停车方法，实现城市轨道交通项目对车站精确停车的要求，保证停车范围0.3米时的概率为≥99.99％，0.5米时，列车停在该范围的概率为≥99.9998％。
[0005]
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
[0006]
一种城市轨道交通车站的精确停车方法，其特征在于，基于城市轨道交通信号系统中的ato子系统实现，所述方法包括：
[0007]
步骤1：在车站进站方向分别安装t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标；
[0008]
所述t1信标用于确定列车位置，所述t2信标-t5信标用于完成列车位置的补偿，不断修正列车的位置误差；
[0009]
所述t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标距离osp的距离依次变小；
[0010]
osp即运营停车点，为实际运营停车时车头的位置；
[0011]
步骤2：ato子系统实时获取t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标接收到的信息；
[0012]
步骤3：列车经过t1信标时，车载信标天线接收到t1信标信息，车载ato子系统生成tasc1制动曲线，根据tasc1制动曲线进入tasc1控制阶段，此阶段列车采用固定制动率进行控制；
[0013]
步骤4：当列车经过t2信标到达t3信标时，利用t2信标和t3信标之间的距离进行轮径值校正，在经过t3信标后，ato子系统在列车停车前一直使用校正后的轮径值；
[0014]
步骤5：列车经过t3信标后，当列车速度≤设定速度阈值时，ato子系统生成tasc2控制曲线，列车到达t4信标时，ato子系统对列车的控制由原来tsac1控制曲线切换到tsac2控制曲线，根据tasc2控制曲线转换到tasc2控制阶段，此阶段列车采用比tasc1控制阶段采用的固定制动率更小的制动率进行控制；
[0015]
步骤6：列车经过t5信标时，ato子系统进入定点停车控制阶段，在此阶段内，输出的制动率在不超过ato子系统的冲击限制的条件下逐渐增加，当列车零速后，由ato子系统输出保持制动，然后停止制动输出。
[0016]
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0017]
上述的步骤1中，t1信标距离运营停车点240米，t2信标距离运营停车点97m，t3距离osp58米，t4距离osp14米，t5距离osp5米。
[0018]
上述的步骤3中，以距离运营停车点预设距离的位置为零速度点，并以此位置作为起始点，以预设固定制动率生成tasc1制动曲线，得到tasc1制动曲线后根据ato子系统的jerk变化计算tasc1制动曲线的预测曲线，当列车速度曲线与所述预测曲线相交时，列车进入tasc1控制阶段，此阶段列车采用所述预设固定制动率进行控制。
[0019]
上述的步骤4中，校正后的轮径值与原轮径值的差值若超过设定阈值，则认为校正失败，使用原轮径值。
[0020]
上述的步骤5中，以btm天线的下方0m处为位置起点，以比tasc1控制阶段采用的固定制动率更小的制动率生成tasc2曲线；
[0021]
btm天线为实际停车时车载信标天线的位置。
[0022]
上述的步骤5中，设定的速度阈值满足从设定速度阈值过渡到电空转换起始速度值不超过ato子系统的jerk限制。
[0023]
上述的步骤5中，设定速度阈值为15km/h，在tasc2控制阶段，车辆制动过程中产生的制动力由电制动和空气制动组成，当列车速度低于某一限定值时，电制动逐步由空气制动替代。
[0024]
上述的步骤6中，若列车在停车窗范围内检测到零速，则输出的制动率从00.56m/s
2
到零逐步递减。
[0025]
在距离t1信标10米的地方设置有一个虚拟信标t1b，虚拟信标t1b与距离osp的距离大于距离t1信标与距离osp的距离，在列车通过虚拟信标t1b时，ato子系统进入定点停车备用模式，进入定点停车备用模式后，若t1信标-t5信标接收到信息，则使用基于t1信标-t5信标的定点停车模式，即按照步骤1-步骤6执行，否则发出预警。
[0026]
本发明具有以下有益效果：
[0027]
本发明解决了城市轨道交通信号系统中的ato子系统精确的控制列车在车站进行定点停车达到用户要求的控制方法，经过现场实际使用，具有以下优点：
[0028]
1、满足保证停车范围0.3米时的概率为≥99.99％，0.5米时列车停在该范围的概
率为≥99.9998％的要求。
[0029]
2、能满足同一条线路，不同车辆制动条件，不同线路工况下的要求。
[0030]
3、在不同线路上，换装不同制动系统时通过改变配置参数就可以满足要求，调试时间短。
[0031]
4、不受牵引与制动最小调节量和制动延迟时间的限制。
[0032]
5、不受电控转换切换具体时间的影响。
[0033]
6、不受车重的影响。
[0034]
7、不需要现场大量的经验数据来模拟控制曲线。
附图说明
[0035]
图1是本发明的原理示意图；
[0036]
图2是混合制动转换图；
[0037]
图3是本发明实施方式图。
具体实施方式
[0038]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0039]
本发明的一种城市轨道交通车站的精确停车方法，基于采用两条列车控制曲线完成精确停车；应用于城市轨道交通信号系统中的ato子系统中的进站精确停车。
[0040]
ato(auto train operation)子系统是城市轨道轨道交通atc(auto train control)列车控制系统中的一个重要子系统，主要完成对列车的自动驾驶，其中一个重要的功能就是自动控制列车在车站精确停车。
[0041]
所述方法分为三个阶段：
[0042]
tasc(列车自动车站控制)分为第一阶段、第二阶段和第三阶段，如图1所示。ebdc为紧急制动减速曲线，ebic为紧急制动触发曲线，osp(运营停车点)为实际运营停车时车头的位置，图1上btm天线为实际停车时车载信标接收天线的位置。
[0043]
所述方法具体包括：
[0044]
步骤1：在车站进站方向分别安装t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标；
[0045]
所述t1信标用于确定列车位置，所述t2信标-t5信标用于完成列车位置的补偿，不断修正列车的位置误差；
[0046]
所述t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标距离osp的距离依次变小；
[0047]
osp即运营停车点，为实际运营停车时车头的位置；
[0048]
步骤2：ato子系统实时获取t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标接收到的信息；
[0049]
步骤3：列车经过t1信标时，车载信标天线接收到t1信标信息，车载ato子系统生成tasc1制动曲线，根据tasc1制动曲线进入tasc1控制阶段，此阶段列车采用固定制动率进行控制；
[0050]
tasc即列车自动车站控制；
[0051]
步骤4：当列车经过t2信标到达t3信标时，利用t2信标和t3信标之间的距离进行轮径值校正，在经过t3信标后，ato子系统在列车停车前一直使用校正后的轮径值；
[0052]
步骤5：列车经过t3信标后，当列车速度≤设定速度阈值时，ato子系统生成tasc2控制曲线，列车到达t4信标时，ato子系统对列车的控制由原来tsac1控制曲线切换到tsac2控制曲线，根据tasc2控制曲线转换到tasc2控制阶段，此阶段列车采用比tasc1控制阶段采用的固定制动率更小的制动率进行控制；
[0053]
步骤6：列车经过t5信标，如距离btm天线小于4米(可配置)时，ato子系统进入定点停车控制阶段，在此阶段内，输出的制动率在不超过ato子系统的冲击限制的条件下逐渐增加，当列车零速后，由ato子系统输出保持制动，然后停止制动输出。
[0054]
经过t1信标-t5信标后，列车的位置已经非常准确，误差最小，只要按照ato子系统的算法输出制动率就可以完成对列车的停车控制。
[0055]
实施例中，步骤1中，所述t1信标、t2信标、t3信标、t4信标和t5信标的安装位置分别由如下方法确定：
[0056]
见图3，t1信标距离运营停车点约240米，t2信标距离运营停车点约97m，t3距离osp约58米，t4距离osp约14米，t5距离osp约5米，设置方法按照距离从大到小，列车位置和轮径的校正越来越精确的要求。
[0057]
假如tsac1控制曲线的制动率a＝0.7m/s
2
：
[0058]
t1的设置原则是在tsac1停车曲线前，根据计算需要约240米，见t1计算，为了保证tsac1控制曲线计算的精确性，在进路tsac1控制曲线时设置t1信标，让列车进行停车前第一次位置校正；
[0059]
t2的设置原则是列车经过约140米的运行，已完全进入tsac1减速曲线的控制，由于施加了制动，和以前的车况不一样，通过t2进一步校正列车的位置和轮径；
[0060]
t3设置的原则是因为t3的物理位置在大于速度阈值处，让车载提前生成tsac2控制曲线，同时进行进一步的位置和轮径的校正，见t3计算；
[0061]
t4距离停车点约14米，也是tsac1和tsac2交点的位置，见t4计算，同时进行更进一步的位置和轮径的校正，误差越来越小；
[0062]
t5是距离停车点约4-5米的位置，通过t5对应答器进行最后一次的位置和轮径校正，这时速度已经很低，约9km/h的位置，进入定点停车的最后阶段，车载的电制动逐步减小，气制动逐步增加，ato在满足条件冲击率的条件下逐步增加制动。
[0063]
t1计算：s＝240m，如a＝0.7,则t＝26.19秒，v＝at＝0.7*26.19＝18.33m/s＝66km/h
[0064]
t2计算：s＝97m，如a＝0.7,则t＝13.93秒，v＝at＝0.7*13.93＝9.75m/s＝35.10km/h
[0065]
t3计算：s＝58m，如a＝0.7,则t＝10.77秒，v＝at＝0.7*10.77＝7.54m/s＝27.14km/h
[0066]
t4计算：s＝14m，如a＝0.7,则t＝5.29秒，v＝at＝0.7*5.29＝3.70m/s＝13.33km/h
[0067]
t5计算：s＝5m，如a＝0.7,则t＝3.78秒，v＝at＝0.7*3.78＝2.65m/s＝9.52km/h。
[0068]
如图3所示，可选择在车站进站方向距离osp约240米处安装t1信标，距离osp约97米处安装t2信标，距离btm天线约58米处安装t3信标，距离btm天线约14米处安装t4信标，距离btm天线约5米处安装t5信标。
[0069]
实施例中，所述步骤3中，以距离运营停车点预设距离，如缺省值为5米(可配置)的位置为零速度点，并以此位置作为起始点，以预设固定制动率，如0.7m/s
2
(可配置)生成tasc1制动曲线(如图1所示的tasc1曲线)，预设的固定曲线是根据业主的要求，如没有特殊要求可以选a＝0.7m/s
2
，得到tasc1制动曲线后根据固定制动率计算tasc2控制曲线，制动率缺省值是0.56m/s
2
，从tsac1控制曲线切换到tasc2曲线应满足ato子系统的jerk(冲击率)变化要求，标准规定值是jeck小于0.3m/s
3
，当列车速度曲线与所述预测曲线相交时，列车进入tasc1控制阶段，此阶段列车采用所述预设固定制动率进行控制。
[0070]
实施例中，所述步骤4中，本发明利用t5到t1之间的相对位置来进行轮径校正，t1到t5之间间隔的应答器距离是固定的，这些值存储在车载数据库中，列车依次经过t1至t5，间隔距离逐步缩小，列车自身的定位精度和轮径的精确度也越来越高，指标在2mm以内，但是为了防止意外情况，如读取应答器出错，校正后的轮径值与原轮径值的差值若超过设定阈值，如5mm(可配置)，如果发现后的轮径值和原有轮径值偏差5mm以上，则认为校正失败，使用原轮径值。
[0071]
实施例中，所述步骤5中，tasc2控制曲线的生成方法与tasc1控制曲线类似，但采用更小的制动率0.56m/s
2
(可配置)，即以btm天线的下方0m处为位置起点，以比tasc1控制阶段采用的固定制动率更小的制动率生成tasc2曲线(如图1中tasc2曲线所示)；
[0072]
btm天线为实际停车时车载信标天线的位置。
[0073]
实施例中，所述步骤5中，设定的速度阈值满足从设定速度阈值过渡到电空转换起始速度值不超过ato子系统的jerk限制。
[0074]
实施例中，所述步骤5中，设定速度阈值为15km/h，在tasc2控制阶段，车速低于15km/h时，车辆制动过程中产生的制动力由电制动和空气制动组成，如图2所示，随着速度的降低，电制动逐步减小，空气制动逐步增加，见图2，当列车速度低于某一限定值时，通常在9km/h以下时，电制动逐步由空气制动替代，由于车辆制动的切换，导致信号控制列车精确停车难度增加。
[0075]
实施例中，所述步骤6中，若列车在停车窗范围内检测到零速，则输出较小的制动率，从0.56m/s
2
到零逐步递减。
[0076]
实施例中，假如没有接收到t1信标的信息，为避免超速，产生定点停车备用模式。
[0077]
在距离t1信标10米的地方设置有一个虚拟信标t1b，虚拟信标t1b与距离osp的距离大于距离t1信标与距离osp的距离，在列车通过虚拟信标t1b时，ato子系统进入定点停车备用模式，进入定点停车备用模式后，若t1信标-t5信标接收到信息，则使用基于t1信标-t5信标的定点停车模式，即按照步骤1-步骤6执行，否则发出预警。
[0078]
传统的精确停车控制方式是以目标停车点为零速度，只生成一根tsac停车速度控制曲线，由于停车受车辆牵引制动的调节量、制动延迟时间、电空转换的比例和时间和信号
速度检测的误差、轮径值的进度、车重以及ato软件的算法等多重因素的影响，很难达到停车范围0.3米时的概率为≥99.99％的要求，本发明采用生成tsac停车速度曲线的控制方法，在tsac2阶段采用较小的制动率，克服低速时车辆参数的变化，使停车进度得到提高。
[0079]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

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