一种山区环境下虚拟连挂列车提速运行的控制方法

1.本发明涉及交通运输技术领域，特别是一种山区环境下虚拟连挂列车提速运行的控制方法。


背景技术：

2.虚拟连挂技术是指多辆列车之间不依靠物理连接，而是通过车车通信的无线通信方式实现多辆列车以相同速度、极小间隔运行的列车群体协同运行方式。现有技术中，虚拟连挂列车的各个单列车之间通过前后相邻两车的车与车直接通信的方式运行，以便提高通信效率，缩短各个运行的单列车之间的间隔距离，提高运行效率。
3.但是在山区环境下，存在较多的隧道路段，还经常会出现大雾路段，与正常限速路段不同，这些路段为了保证列车的安全运行，通常都会设置较低的限速，当虚拟连挂列车从这些特殊限速路段上行驶到正常限速路段的过程中，需要从较低的速度提速到较高的速度行驶，由于虚拟连挂列车特殊的列车群编组运行控制模式，现有技术中，通常要求整个虚拟连挂列车遵循“尾车保持”的原则运行，即在从较低限速路段到较高限速路段的行驶转换过程中，要求虚拟连挂列车的尾车最后一节车厢通过了较低限速路段后，才允许首车提速，以保持虚拟连挂列车的各个单列车保持相同的间距运行，即使尾车也不掉队。
4.上述提速控制方式，由于虚拟连挂列车之间的车车通信时延，以及各个单列车接到提速指令后所需的提速建立时延，均造成整个虚拟连挂列车会离开较低限速路段一段距离后才能真正开始提速，导致虚拟连挂列车提速反应延迟，而且由于山区环境下的特殊限速路段较多，也降低了虚拟连挂列车的整体运行效率。


技术实现要素：

5.针对背景技术的问题，本发明提供一种山区环境下虚拟连挂列车提速运行的控制方法，以解决现有技术中虚拟连挂列车从较低限速路段到较高限速路段进行提速转换过程反应慢、运行效率低的问题。
6.为实现本发明的目的，本发明提供了一种山区环境下虚拟连挂列车提速运行的控制方法，其创新点在于：所述虚拟连挂列车由n个单列车进行编组按虚拟连挂的控制模式运行，将虚拟连挂列车中行驶于最前方的单列车记为首车，将虚拟连挂列车中行驶于首车后方的单列车记为追踪车，将行驶于最后方的追踪车记为尾车；各个单列车的车头前端均设置有驾驶控制模块，所述驾驶控制模块包括车车通信模块和测速定位模块，所述首车的驾驶控制模块还包括车载总控模块，所述追踪车的驾驶控制模块还包括追踪模块；所述首车的车车通信模块和测速定位模块二者均与车载总控模块连接，所述追踪车的车车通信模块和测速定位模块二者均与追踪模块连接；每相邻的两个单列车之间通过各自的车车通信模块无线通信连接；将单列车的车头前端到车尾末端的距离记为车长l，设各个单列车的车长l相等，且相邻两个单列车之间的运行间距d相等；
7.所述控制方法包括：
8.设虚拟连挂列车从特殊限速路段向正常限速路段行驶，所述特殊限速路段的限行速度小于正常限速路段的限行速度，将特殊限速路段与正常限速路段的交界点记为限速转换点；
9.首车的车载总控模块能获取所述限速转换点的定位信息；所述车载总控模块还能在尾车进入特殊限速路段前，将所述限速转换点的定位信息通过各个单列车的车车通信模块发送给尾车的追踪模块；
10.尾车的追踪模块能通过尾车的测速定位模块实时获取尾车车头的定位信息；尾车的追踪模块还能实时根据尾车车头和限速转换点二者的定位信息进行计算，获取尾车的车头到限速转换点的距离s；
11.一)当所述距离s满足公式一时，尾车的追踪模块即生成提速准备信息，然后尾车的追踪模块通过各个单列车的车车通信模块将所述提速准备信息发送给首车的车载总控模块；
12.二)所述车载总控模块收到提速准备信息后即生成提速指令，然后车载总控模块通过各个单列车的车车通信模块将所述提速指令从前向后依次发送给各个追踪车的追踪模块；
13.三)各个追踪车的追踪模块收到提速指令后即进行提速建立，各个追踪车完成提速建立后即控制对应的单列车提速行驶；
14.所述公式一为：
15.s＝v
尾
(2t1 r2)-l
16.其中，所述v
尾
为尾车当前的行驶速度，所述v
尾
通过尾车的测速定位模块获取；所述t1为从头车的驾驶控制模块到尾车的驾驶控制模块之间的通信时间，所述t1根据公式二获取；所述t2为尾车的提速建立时间，所述t2根据尾车的列车设计资料获取；
17.所述公式二为：
[0018][0019]
其中，所述d为头车的驾驶控制模块与尾车的驾驶控制模块之间的距离，所述d根据公式三获取；所述c为电磁波在自由空间中的传播速度，c＝3
×
108m/s；
[0020]
所述公式三为：
[0021]
d＝(n-1)(l d)
[0022]
其中，所述d为相邻两个单列车之间的运行间距，所述d根据公式四获取；
[0023]
所述公式四为：
[0024]
d＝d
2-d1 ds[0025]
其中，所述d2为后车在当前行驶速度下采用最小制动力矩制动得到的制动距离，所述d2根据公式五获取；所述d1为前车在当前行驶速度下采用最大制动力矩制动得到的制动距离，所述d1根据公式六获取；所述ds为安全保障距离，ds为设定值；所述后车为相邻两个单列车中行驶在相对后方的单列车，所述前车为相邻两个单列车中行驶在相对前方的单列车；
[0026]
所述公式五为：
[0027][0028]
其中，所述v2为后车的当前行驶速度，所述v2可通过后车的测速定位模块获取；所述a
2min
为后车采取最小制动力矩制动产生的最小加速度；
[0029]
所述公式六为：
[0030][0031]
其中，所述v1为前车的当前行驶速度，所述v2可通过前车的测速定位模块获取；所述a
2min
为前车采取最大制动力矩制动产生的最大加速度。
[0032]
本发明的原理如下：
[0033]
虚拟连挂列车为了遵循“尾车保持”的行驶原则，当其从隧道路段、大雾路段等特殊限速路段(较低限速路段)行驶到正常限速路段(较高限速路段)的过程中，会采取对所辖的各个单列车整体提速的方式进行控制，现有技术中，通常需等待虚拟连挂列车的所有单列车全部驶出特殊限速路段后，虚拟连挂列车的首车车载总控模块才发出提速指令控制各个单列车提速。由于虚拟连挂列车的内部通常采用相邻单列车之间的车车通信方式进行通信，因此不管是尾车向首车发送驶出特殊限速路段的信号，还是首车向尾车发送提速指令信号，都存在信号传送的时延；另一方面，各个单列车收到提速指令信号到设备硬件完全建立起提速模式也需要时间，即提速建立时延；由于上述两种时延的存在，当虚拟连挂列车从驶出特殊限速路段到真正开始提速这段时间，尾车已经在正常限速路段以特殊限速路段要求的较低速度驶过一段较长距离，正是对这段距离提速空间的浪费，造成整个虚拟连挂列车运行效率的降低。
[0034]
本发明的发明构思是：如何有效利用上述两个时延，在尾车还未驶出特殊路段前，提前完成尾车与首车间的通信，以及各个单列车特别是尾车的提速建立，来间接提高虚拟连挂列车从特殊限速路段到正常限速路段的提速反应速度，使整个虚拟连挂列车(特别是尾车)能在刚驶出特殊限速路段即能开始提速，从而使虚拟连挂列车更快提速到正常限速路段所要求的速度行驶，以提高整体运行效率。具体来说：
[0035]
首先要获取通信时延和提速建立时延二者的时长：提速建立时延的时长是固定值，与列车提速相关设备的配置有关，可根据列车的设计资料获取；而通信时延则与首车车头(车载总控模块)到尾车车头(尾车的追踪模块)之间的距离有关，这个距离可利用车长和单列车之间的运行间距加总得到，单列车的车长可根据设计资料获取，由于虚拟连挂列车通常采用撞软墙的安全保护模式运行，单列车之间的运行间距可根据公式四获取，再利用公式二即可获取信号单向传输的通信时延的时长，由于尾车向首车发送提速准备后，首车还要向尾车发送提速指令，所以实际通信时延是上述单向通信时延的两倍，然后再通过公式一即可获取尾车经过上述两个时延的时长后在特殊限速路段行驶的距离s。当尾车的车头行驶到距离特殊限速路段出口距离s满足公式一时就提前触发提速控制模式，这样当尾车刚好驶出特殊限速路段时，正好完成提速通信和提速建立，以便即刻开始提速。
[0036]
由此可见，本发明具有如下的有益效果：采用本发明所述的控制方法，能使虚拟连挂列车的尾车刚驶出特殊限速路段时即开始提速，减少了虚拟连挂列车在正常限速路段上
的提速反应时间，大大提高了虚拟连挂列车的运行效率。
具体实施方式
[0037]
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0038]
本发明所述的虚拟连挂列车由n个单列车进行编组按现有技术中虚拟连挂的控制模式运行，将虚拟连挂列车中行驶于最前方的单列车记为首车，将虚拟连挂列车中行驶于首车后方的单列车记为追踪车，将行驶于最后方的追踪车记为尾车；各个单列车的车头前端均设置有驾驶控制模块，所述驾驶控制模块包括车车通信模块和测速定位模块，所述首车的驾驶控制模块还包括车载总控模块，所述追踪车的驾驶控制模块还包括追踪模块；所述首车的车车通信模块和测速定位模块二者均与车载总控模块连接，所述追踪车的车车通信模块和测速定位模块二者均与追踪模块连接；每相邻的两个单列车之间通过各自的车车通信模块无线通信连接；将单列车的车头前端到车尾末端的距离(即单列车驾驶控制模块所在位置到车尾末端的距离)记为车长l，设各个单列车的车长l相等，且相邻两个单列车之间的运行间距d相等；
[0039]
所述控制方法包括：
[0040]
设虚拟连挂列车从特殊限速路段(隧道路段、大雾路段等)向正常限速路段行驶，所述特殊限速路段的限行速度小于正常限速路段的限行速度，将特殊限速路段与正常限速路段的交界点记为限速转换点；
[0041]
首车的车载总控模块能通过地面列控中心(以车地通信的方式)获取所述限速转换点的定位信息；所述车载总控模块还能在尾车进入特殊限速路段前，将所述限速转换点的定位信息通过各个单列车的车车通信模块发送给尾车的追踪模块；
[0042]
尾车的追踪模块能通过尾车的测速定位模块实时获取尾车车头的定位信息；尾车的追踪模块还能实时根据尾车车头和限速转换点二者的定位信息根据现有技术的方法进行计算，获取尾车的车头到限速转换点的距离s；
[0043]
一)当所述距离s满足公式一时，尾车的追踪模块即生成提速准备信息，然后尾车的追踪模块通过各个单列车的车车通信模块将所述提速准备信息发送给首车的车载总控模块；
[0044]
二)所述车载总控模块收到提速准备信息后即生成提速指令，然后车载总控模块通过各个单列车的车车通信模块将所述提速指令从前向后依次发送给各个追踪车的追踪模块；
[0045]
三)各个追踪车的追踪模块收到提速指令后即进行提速建立，各个追踪车完成提速建立后即控制对应的单列车提速行驶；
[0046]
所述公式一为：
[0047]
s＝v
尾
(2t1 r2)-l
[0048]
其中，所述v
尾
为尾车当前的行驶速度，所述v
尾
通过尾车的测速定位模块获取；所述t1为从头车的驾驶控制模块到尾车的驾驶控制模块之间的通信时间，所述t1根据公式二获取；所述t2为尾车的提速建立时间(列车提速设备从收到提速指令到建立提速模式的时间)，所述t2根据尾车的列车设计资料获取；
[0049]
所述公式二为：
[0050][0051]
其中，所述d为头车的驾驶控制模块(车头前端)与尾车的驾驶控制模块(车头前端)之间的距离，所述d根据公式三获取；所述c为电磁波在自由空间中的传播速度，c＝3
×
108m/s；
[0052]
所述公式三为：
[0053]
d＝(n-1)(l d)
[0054]
其中，所述d为相邻两个单列车之间的运行间距，所述d根据公式四获取；
[0055]
所述公式四为：
[0056]
d＝d
2-d1 ds[0057]
其中，所述d2为后车在当前行驶速度下采用最小制动力矩制动得到的制动距离，所述d2根据公式五获取；所述d1为前车在当前行驶速度下采用最大制动力矩制动得到的制动距离，所述d1根据公式六获取；所述ds为安全保障距离，ds为根据列车行驶安全规范要求的设定值；所述后车为相邻两个单列车中行驶在相对后方的单列车，所述前车为相邻两个单列车中行驶在相对前方的单列车；
[0058]
所述公式五为：
[0059][0060]
其中，所述v2为后车的当前行驶速度，所述v2可通过后车的测速定位模块获取；所述a
2min
为后车采取最小制动力矩制动产生的最小加速度；
[0061]
所述公式六为：
[0062][0063]
其中，所述v1为前车的当前行驶速度，所述v2可通过前车的测速定位模块获取；所述a
2min
为前车采取最大制动力矩制动产生的最大加速度。