[发明专利]自动驾驶列车制动方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种轨交自动驾驶列车制动的方法。

背景技术

车载自动驾驶模式下，列车通过控制牵引制动系统的输出，实现列车的速度控制。其中，为了实现列车的自动制动，需要计算出列车制动时需要遵循的理想速度曲线，提供给自动速度控制模块参考。该曲线是一个理论值，它能体现列车运行过程中的各个性能指标。

这种理想速度曲线不止一条，它们都被称为自动驾驶刹车曲线。出于安全高效控车和精确停站两方面考虑，刹车曲线常用的为SBM和FSB两条刹车曲线。

1、安全制动模型刹车曲线，SBM(Safe brake mode)。

如图1所示，根据安全制动模型曲线，列车需要经过阶段1-牵引切除、阶段2-惰行、阶段3-制动施加，三阶段制动后达到静止状态。最终到达的点不能越过列车自动防护的安全停车点。

假设存在速度v，使得列车从当前位置以速度v开始按照安全制动模型制动，并最终停止在ATO(列车自动驾驶)安全停车点，则速度v被记为安全制动模型刹车曲线在列车当前位置的取值。以距离为x轴，以速度大小为y轴，将每周期计算得出的v的取值按周期排列并连接成线，即可得到安全制动模型曲线。

2、全常用制动刹车曲线FSB(Full Service Braking)。

如图2所示，列车行进过程中，会根据土建限速以及临时限速生成目标速度。列车以高于目标速度的速度行驶并接近目标速度点时，需要一个制动阶段使车速降到目标速度，从而不超过新的限速。对最后停站来说，目标速度为0，到目标速度的距离即列车到ATO停车点的距离。

在这个过程中，列车还需要遵循全常用制动曲线。全常用制动时，列车的加速度为固定值，再加上坡度，根据距离倒推出来的速度即为全常用制动速度曲线。计算出安全制动模型曲线和全常用制动曲线后，取目标刹车曲线＝Min(安全制动模型曲线,全常用制动曲线)。

另外，考虑到乘客的舒适性并能实现定点停车，把全常用制动曲线最后一段替换成停车模式：逐渐减小制动率，继续降低列车速度，使到自动驾驶停车点时列车速度和加速度都为0。

综上所述，该自动驾驶制动模式曲线是根据目标点，一次产生制动曲线控制列车运行的模式，也称为一次制动。考虑安全制动模型曲线和全常用制动曲线之后，最终的列车理想运行速度曲线如图3所示。

发车模式：列车开始启动，当列车速度大于300mm/S时进入巡航模式。

巡航模式：施加牵引力，迅速达到自动驾驶限速。

制动模式：列车先切除牵引，然后逐渐施加加速度到全常用制动，之后一直跟随刹车曲线。

停车模式：目标速度为0且加速度逐渐减为0。

然后ATO的自动速度控制模块负责给出控制力大小使列车沿上面的最优速度曲线运行，一般选用的控制算法是经典的PI控制(比例积分控制)。

根据上面的自动驾驶正常控车过程可知，由于同时考虑了安全制动模型曲线和全常用制动曲线，为了保证不超速，自动驾驶最终的控车刹车速度曲线是安全制动模型曲线和全常用制动曲线两者取小。故在整个自动驾驶控车过程中，刹车速度有在安全制动模型曲线和全常用制动曲线之间反复切换，全常用制动曲线的加速度几乎是恒定的全常用制动，而安全制动模型的加速度是变化的，没有规律可循，会导致以下缺陷：

1、在跟随安全制动模型理想刹车速度曲线时，由于PI控制器是对加速度进行调节。若加速度时时在变化，有可能是一阶或二阶甚至更高阶，这就大大增加了PI调节的难度，PI不能对二阶的加速度做到零误差调节，使最终调节出来的速度曲线大大高于或低于理想的刹车速度曲线，导致超速EB紧急制动或使列车过早的停下来，如图4所示。

2、最后停站时，在从安全制动模型曲线变到全常用制动曲线时，加速度存在很大的跳变，PI调节需要一定的时间，但有可能时间不允许调节达到稳态。在进入最后减加速度模式前，速度已经偏离了理想的刹车速度曲线，增加了最后精确停站的难度，使得最终自动驾驶停站精度很难满足设计要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用恒定加速度进行制动的自动驾驶列车制动方法。

为解决上述技术问题，自动驾驶列车制动方法，包括：

假设列车加速度达到全常用制动时，列车到停车点的距离为S，列车的实际速度为V,急动度为J,所求恒定加速度为a；

则a⁴+24J²Sa+12J²V²＝0公式(1)

控制列车以恒定加速度a减速制动。