CN110304113B - 一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法 - Google Patents

一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，通过引入参数Δv修正速度计算公式，避免车辆电制动与空气制动性能差异较大对ATO停车精度的影响。同时，通过历史停站精度数据与当前控制策略状态相结合的方式自动调整参数Δv修正值，解决不同车制动性能存在差异以及同一辆车不同时间段内性能发生变化的问题。

Description

一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法。
背景技术
在城市轨道交通***中，列车自动驾驶(ATO)是列车自动控制***(ATC)的一个重要子***，它能模拟完成驾驶列车的任务，通过利用地面信息实现对列车牵引、制动、自动折返等运行控制，使列车经常处于最佳运行状态，提高乘客的乘坐舒适度和列车的准点率，节约能源。另外，它还提供定点停车、车门控制和给车站反馈列车定位信息等功能。ATO使列车运营降低了成本、增加运营弹性，使密集发车成为可能，是城市轨道交通进入自动化时代的可靠技术保障。列车在站台的停车精度是评价ATO列车控制性能的一个重要指标，较高的要求是列车以99.999％的概率停在目标停车点的±30cm内，这一指标保证了列车车门与站台屏蔽门相互对准，方便乘客上下车。如果停车精度过差，列车门与屏蔽门中心线距离超过50cm，乘客无法上下车，需要司机介入重新停准，可能会影响运营效率，造成晚点。
ATO停车精度与车辆制动性能密切相关，信号***通过调整ATO模型中的参数来匹配车辆性能，保证精准停车。地铁车辆的制动由两个***组成，分别是电制动和空气制动。电制动通过牵引电机的反转实现，而空气制动利用车轮踏面与闸瓦之间的摩擦进行减速。电制动响应时间短，减速性能稳定，但是低速下制动力较小，往往不能完全满足制动需求，因此需要补充空气制动。空气制动介入的起始速度一般为5-8km/h。电制动与空气制动的转换如附图2所示。当列车达到双方约定的转换速度点后，空气制动开始施加制动力(t0)，由于空气制动响应较慢，电制动会延时一小段时间后再开始衰减(t1),最终电制动完全退出(t2)。但是地铁车辆在低速下的制动性能并不稳定。当车辆电制动与空气制动性能差异较大时，同样的制动力命令会导致不同的减速度反馈，一般的ATO控制方法(如PID控制，即比例-积分-微分控制器控制)都具有时延性，不能保证在停车前将速度控制到期望速度，影响停车精度。
另一方面，同一批列车一般都使用相同的ATO参数，但是不同车的制动表现可能存在差异，而且同一辆车的性能经过一段时间运营之后也可能发生变化。因此经常会发生大部分车停车精度良好，而某几辆车较差的情况，或者是运营一段时间，整体停车精度变差，最严重的情况需要重新调整参数发布软件，耗费大量时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，解决电制动与空气制动制动性能存在差异的问题，同时解决不同车制动性能存在差异以及同一辆车不同时间段内性能发生变化的问题。
实现上述目的的技术方案是：
一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，包括：
步骤S1，根据列车特性确定惰行阶段的速度v0和车辆制动响应延时t；
步骤S2，根据当前站台防护距离计算制动阶段的制动率a，然后取其离散化值ai＝0.4+0.05i，其中i＝[(a-0.4)/0.05]；ai的单位为m/s2；
步骤S3，根据公式：
Figure BDA0002121752720000021
进行计算，其中，v1i表示撤销制动阶段的速度；j表示车辆减速度变化率；Δvi表示与制动阶段制动率ai对应的速度修正参数，Δvi全部初始化为0；
步骤S4，当列车速度达到v1i时，按车辆减速度变化率j不断减小制动力命令，直到制动力命令为0；
步骤S5，当列车减速度小于0.05m/s2时，记录列车的当前速度vc；
步骤S6，根据当前速度vc与速度v0的对比，调整牵引制动命令，记录是否输出过牵引制动命令；
步骤S7，列车检测到接近盘时，记录当前停车点目标距离为d1，然后输出最大制动命令进行刹车，停车后的停车点目标距离记为d2，计算停车精度s＝d1-d2-0.5；
步骤S8，根据停车精度s、速度vc与速度v0的差值以及是否输出过牵引制动命令进行判断，增大或减小Δvi的值；
步骤S9，列车每次停站重复步骤S2-S8，不断调整Δvi，达到预设的最佳停车精度。
优选的，所述的列车特性指：理想情况下，列车施加最大制动命令，列车行驶停车距离L后停车。
优选的，停车距离L为0.5米。
优选的，步骤S6中，利用ATO控制方法调整牵引制动命令。
优选的，所述的步骤S8，包括：
步骤S81，设定调整量为[|s|/0.1]·δ，其中，δ为单位调整幅度；
步骤S82，判断vc-v0是否大于0.2m/s，若是，进入步骤S83；若否，进入步骤S84；
步骤S83，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[|s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，不调整；
步骤S84，判断惰行阶段是否输出过牵引制动命令，若是，以δ为调整值增大Δvi；若否，进入下一步骤；
步骤S85，当|s|小于0.1m，即停车精度良好时，不调整；否则，进入下一步骤；
步骤S86，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，按Δvi+＝[s|/0.1]·δ增大Δvi。
优选的，调试阶段，δ设为0.05m/s；运营阶段，δ设为0.01m/s。
本发明的有益效果是：本发明在车辆电制动与空气制动转换阶段，通过引入参数Δv修正速度计算公式，避免车辆电制动与空气制动性能差异较大对ATO停车精度的影响。同时，自动调整参数Δv，达到最优的停车精度，并且自动调整代替人为调整，节约大量调试时间与人力成本。解决不同车制动性能存在差异以及同一辆车不同时间段内性能发生变化的问题。
附图说明
图1是本发明的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法的流程图；
图2是现有技术中电制动与空气制动的转换的示意图；
图3是理想情况下ATO停站对标模型的示意图；
图4是本发明中ATO参数自动调整的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
现阶段，轨道交通信号***的定位精度存在一定误差，为了消除误差，一般会在停车点处安装接近盘辅助定位。理想情况下的ATO停站对标模型分为以下几个阶段(如附图3所示)：
1)固定制动率减速(制动阶段)。
2)制动转惰行(撤销制动阶段)。
3)惰行，等待检测接近盘(惰行阶段)。
4)检测到接近盘后施加最大制动停车(刹车阶段)。
惰行阶段的速度v0直接影响到停站精度，接近盘长度为1米，根据车辆制动延时等特性，需要选取合适的速度值，保证施加最大制动命令后，列车正好行驶0.5米后停车，达到最佳的停车精度。速度v0一般在0.3-0.35m/s。根据控制策略反推，v0能否达到预期值的关键在于进入撤销制动阶段的速度v1。理想情况下，假设制动阶段制动率为a，车辆制动响应延时为t，车辆减速度变化率为j，那么v1计算公式为：
Figure BDA0002121752720000041
那么按照v0＝0.3m/s，a＝0.7m/s2，t＝1s，j＝0.5m/s3计算，v1＝1.49m/s＝5.364km/h，正好在车辆电空转换的速度范围之内，而电制动和空气制动性能不可避免的存在差异，实际的减速度曲线无法达到理想中那么平稳。如果减速度变化较大，一般的ATO控制方法(如PID控制)是监测到速度不符合期望值后再进行制动力命令的调整，但是车辆响应存在延时，无法立即响应命令变化，因此将速度重新调整到期望值需要一定时间，而低速下可能在这之前列车已经停止，导致停车精度较差。
本发明中，基于车辆电空转换阶段减速度不稳定的特性，在公式(1)的基础上，引入了参数Δv，表示整个电空转换过程中，理论与实际情况的速度差，修正后的公式为:
Figure BDA0002121752720000051
ATO调试的主要工作是：在确定了其他参数后，对Δv进行调整，使惰行阶段的速度达到预期的v0值。但是车辆空气制动性能本身也不稳定，输出同样的制动缸压力，不同车的减速度可能存在差异，主要与闸瓦磨合程度有关。而且同一辆车运营一段时间后性能也可能发生变化。所有车都用一个固定的Δv参数显然不能满足这种情况，因此经常会发生大部分车停车精度良好，但是某几辆车较差的情况，或者是运营一段时间，整体停车精度变差，最严重的情况需要重新调整参数发布软件，耗费大量时间。
为了解决这一问题，本发明引入自动调整Δv参数的功能，如何调整参数需要确定一个判断依据，最直接的依据就是停车精度，如果实际停车点超过了目标停车点(过冲)，就减小Δv，反之(欠停)则增大Δv。由于定位***存在误差，无法通过位置信息直接计算停车精度，通过接近盘信号进行计算。从检测到接近盘到停车，列车行驶过的距离与0.5m的差值即为停车精度。低速下接近盘的检测误差相对较小，一般小于0.1m。
实际的ATO停站过程中，如果惰行阶段的实际速度与预期速度v0存在偏差，为了提高停车精度，可能会输出制动或者牵引命令，而不是一直保持惰行。需要过滤因输出制动产生欠停或者输出牵引产生过冲的情况，再按照停车精度调整Δv，流程如附图4所示。经过多次停站调整后，能使参数Δv收敛到一个相对稳定的值，匹配当前车辆的制动性能。
具体说明如下：
首先，每次停站制动阶段的制动率a并不是固定的，一般情况下，制动率越大区间旅行时间越短，另一方面，制动阶段的速度曲线又受到每个站台的防护距离限制，导致制动率因站台而异。简单来说，公式(2)中，v1是以a为变量的函数。同时，不同的制动率下，ATO输出的制动力命令不同，车辆电制动与空气制动的差异值也不同，因此Δv也是以a为变量的函数。为了简单处理，需要将制动率进行离散化，我们将停站制动率限制在0.4-0.8m/s2之间，以0.05m/s2为间隔进行离散，
ai＝0.4+0.05i i＝1,2,…,8 (3)
那么公式(2)变成：
Figure BDA0002121752720000061
ai表示制动阶段制动率，v1i表示撤销制动阶段的速度，Δvi表示与制动阶段制动率ai对应的速度修正参数。
具体地，请参阅图1，本发明的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，包括下列步骤：
步骤S1，根据列车特性确定惰行阶段的速度v0和车辆制动响应延时t；保证在理想情况下，施加最大制动命令后，列车正好行驶0.5米左右后停车，达到最佳的停车精度。即：理想情况下，列车施加最大制动命令，列车行驶停车距离L后停车。停车距离L为0.5米。
步骤S2，进站时，根据当前站台的防护距离计算制动率a，限制在0.4-0.8m/s2范围内，设为a，取
i＝[(a-0.4)/0.05] (5)
然后以ai作为制动率计算制动阶段的速度曲线。即：设定制动阶段制动率ai＝0.4+0.05i；ai的单位为m/s2。
步骤S3，根据公式(4)进行计算，得到v1i。
步骤S4，当列车速度达到v1i时(根据制动率a算出对应的i值，再取对应的v1i)，按车辆减速度变化率j不断减小制动力命令，直到制动力命令为0，从而保证乘客舒适度。
步骤S5，当列车减速度接近0时(按减速度小于0.05m/s2判断)，进入惰行阶段，记录当前速度vc。
步骤S6，根据当前速度vc与期望的速度v0的对比，使用传统ATO控制方法调整牵引制动命令，记录是否输出过牵引制动命令。
步骤S7，列车检测到接近盘时，记录当前停车点目标距离为d1，然后输出最大制动命令进行刹车，停车后的停车点目标距离记为d2(若已经超过停车点，d2为负数)，计算停车精度s＝d1-d2-0.5，s>0表示过冲，s<0表示欠停。
步骤S8，根据停车精度s、速度vc与速度v0的差值以及是否输出过牵引制动命令进行判断，增大或减小Δvi的值。具体地，如图4所示，包括下列步骤：
步骤S81，设定调整量为[|s|/0.1]·δ。其中δ为单位调整幅度，初期调试阶段取较大值，保证尽快收敛，一般设为0.05m/s；运营阶段为了防止调整幅度过大产生冲欠标，可以取较小值，一般设为0.01m/s。
步骤S82，判断vc-v0是否大于0.2m/s，若是，进入步骤S83；若否，进入步骤S84。
步骤S83，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[|s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，不调整。
步骤S84，判断惰行阶段是否输出过牵引制动命令，若是，以δ为调整值增大Δvi；若否，进入下一步骤。
步骤S85，|s|小于0.1m，即停车精度良好时，不调整；否则，进入下一步骤。
步骤S86，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[|s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，按Δvi+＝[|s|/0.1]·δ增大Δvi。
步骤S9，列车每次停站重复步骤S2-S8，不断调整Δvi，达到预设的最佳停车精度，使Δvi最终趋于稳定，Δvi趋于稳定表明停车精度在0.1米以内。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，其特征在于，包括：
步骤S1，根据列车特性确定惰行阶段的速度v0和车辆制动响应延时t；
步骤S2，根据当前站台防护距离计算制动阶段的制动率a，然后取其离散化值ai＝0.4+0.05i，其中i＝[(a-0.4)/0.05]；ai的单位为m/s2；
步骤S3，根据公式：
Figure FDA0002959875490000011
进行计算，其中，v1i表示撤销制动阶段的速度；j表示车辆减速度变化率；Δvi表示与制动阶段制动率ai对应的速度修正参数，Δvi全部初始化为0；
步骤S4，当列车速度达到v1i时，按车辆减速度变化率j不断减小制动力命令，直到制动力命令为0；
步骤S5，当列车减速度小于0.05m/s2时，记录列车的当前速度vc；
步骤S6，根据当前速度vc与速度v0的对比，调整牵引制动命令，记录是否输出过牵引制动命令；
步骤S7，列车检测到接近盘时，记录当前停车点目标距离为d1，然后输出最大制动命令进行刹车，停车后的停车点目标距离记为d2，计算停车精度s＝d1-d2-0.5；
步骤S8，根据停车精度s、速度vc与速度v0的差值以及是否输出过牵引制动命令进行判断，增大或减小Δvi的值；
步骤S9，列车每次停站重复步骤S2-S8，不断调整Δvi，达到预设的最佳停车精度；
所述的步骤S8，包括：
步骤S81，设定调整量为[|s|/0.1]·δ，其中，δ为单位调整幅度；
步骤S82，判断vc-v0是否大于0.2m/s，若是，进入步骤S83；若否，进入步骤S84；
步骤S83，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[|s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，不调整；
步骤S84，判断惰行阶段是否输出过牵引制动命令，若是，以δ为调整值增大Δvi；若否，进入下一步骤；
步骤S85，当|s|小于0.1m，即停车精度良好时，不调整；否则，进入下一步骤；
步骤S86，当s大于0.1m时，按Δvi-＝[|s|/0.1]·δ减小Δvi；否则，按Δvi+＝[|s|/0.1]·δ增大Δvi。
2.根据权利要求1所述的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，其特征在于，所述的列车特性指：理想情况下，列车施加最大制动命令，列车行驶停车距离L后停车。
3.根据权利要求2所述的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，其特征在于，停车距离L为0.5米。
4.根据权利要求1所述的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，其特征在于，步骤S6中，利用ATO控制方法调整牵引制动命令。
5.根据权利要求1所述的自动调整列车自动驾驶停车精度的方法，其特征在于，调试阶段，δ设为0.05m/s；运营阶段，δ设为0.01m/s。
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