用于降低轨道车辆到达目的地的延误的方法技术领域
本发明总体涉及用于降低铁道车辆(rolling stock)到达目的地的运行延误的方
法和装置。
背景技术
在始发站与停靠站之间，铁道车辆必须遵循行车配置资料(running profile)。行
车配置资料指示铁道车辆在连续时间瞬间的位置、速度以及加速度。
行车配置资料通常被设计为在保持铁道车辆的速度低于由轨道要求的速度极限
且使铁道车辆在通行期间的能耗最小化的同时，设置起始站与停靠站之间的通行时间。
行车配置资料的计算通常根据假定来确定，假定诸如铁道车辆及其负载的质量、
轨道的倾斜度、由于空气和铁轨以及铁道车辆的速度而引起的阻力的变化规律、以不同加
速度档位水平运行的铁道车辆运行的限制以及接触网处的电力的可用性。
在现有技术中，为了使速度赶上行车配置资料中所含的速度，自动列车控制系统
通常应用在行车配置资料中指示的加速度水平，或使用速度跟踪装置。
使用运行建议系统(DAS)，人类驾驶员还使用理想和实际列车位置的图形表示来
帮助根据行车配置资料运行铁道车辆。
发明内容
技术问题
当实际上使用现有技术的列车运行系统时，列车的位置和速度可能不同于行车配
置资料中所指示的位置和速度。
作为典型的情况，行车配置资料有时指示列车运行无法达到的加速度水平，这导
致列车在到达目的地时变得延误。比如，这可能由于负载过载、强风的存在、轨道上的雨水
或接触网中的电压降低等引起。
本发明的目的在于降低铁道车辆到达目的地的运行延误。
问题的解决方案
为了该目的，本发明涉及一种用于降低铁道车辆到达目的地的运行延误的方法，
铁道车辆由驾驶员驾驶以遵循限定铁道车辆在不同定时的速度和位置的行车配置资料，方
法的特征在于：方法包括以下步骤：
-确定当前定时，
-取得铁道车辆的标称加速度，标称加速度由铁道车辆的驾驶员确定以在当前定
时遵循行车配置资料，
-用滚动配置资料确定铁道车辆的速度误差，
-用滚动配置资料确定铁道车辆的位置误差，
-确定到达目的地的时间的估计，
-根据速度误差、位置误差以及到达目的地的所估计的时间来确定边际加速度，
-用标称加速度与所确定的边际加速度的和来加速铁道车辆。
本发明还涉及一种用于降低铁道车辆到达目的地的运行延误的装置，驾驶员驾驶
铁道车辆遵循限定铁道车辆在不同定时的速度和位置的行车配置资料，装置的特征在于：
装置包括：
-用于确定当前定时的单元，
-用于取得铁道车辆的标称加速度的单元，标称加速度由铁道车辆的驾驶员确定，
以在当前定时遵循行车配置资料，
-用于用滚动配置资料确定铁道车辆的速度误差的单元，
-用于用滚动配置资料确定铁道车辆的位置误差的单元，
-用于确定到达目的地的时间的估计的单元，
-用于根据速度误差、位置误差以及到达目的地的所估计时间来确定边际加速度
的单元，
-用于用标称加速度和所确定的边际加速度的和来加速铁道车辆的单元。
由此，当驾驶员所确定的标称加速度不足以根据行车配置资料来运行铁道车辆
时，用边际加速度修改有效加速度。可以补偿速度和位置误差并在到达目的地时消除。在到
达目的地时，铁道车辆即使在存在诸如接触网电压降低、负载质量变化、风或雨水的存在这
样的扰动时也根据行车配置资料来运行。
此外，由本发明带来的对运行的帮助减轻了驾驶员紧紧遵守行车配置资料的责
任。驾驶员注意力不会从安全问题分心。
根据具体特征，目的地是铁道车辆的下一车站。
由此，铁道车辆按时到达车站。延误不在铁路网络中传播。
根据具体特征，目的地是自动停止控制系统开始管理铁道车辆的停车的位置。
由此，自动停止控制系统有效进行按时且在沿着平台的精确位置处停止铁道车
辆。
根据具体特征，目的地是铁道车辆进入限速区域的位置。
由此，在铁道车辆进入限速区域之前补偿延误。铁道车辆的速度在进入限速区域
之后不超过速度极限。
根据具体特征，边际加速度被确定为速度误差乘以2乘以参数除以到达所述目的
地的时间与位置误差乘以参数的平方除以到达目的地的时间的平方的和的负。
由此，铁道车辆的位置误差和速度误差在没有震荡的情况下被有效减小，并且在
到达目的地时被完全补偿。因为边际加速度不震荡，所以使乘客的不适最小化。
根据具体特征，参数是预定的，并且被包括在3.5至5之间。
由此，参数是固定的，不需要相对于到达目的地的时间来调整。
参数高于二加上二的平方根，边际加速度还在到达目的地时达到零。因为，限制了
附加的加速度电力，并且也减少了带给乘客的不适。
参数低于5，初始边际加速度被限制。
根据具体特征，参数等于3.7。
由此，参数在边际加速度方面展示了良好特性。
根据具体特征，标称加速度与边际加速度的和被限于最大加速度，该最大加速度
被确定为铁道车辆的速度极限水平与速度的差除以时间段。
由此，将花费至少该时间段来使速度开始超过速度极限。因为该时间段通常高于
所提出的算法的刷新时间，所以铁道车辆永远不能超过速度极限，并且降低脱线风险。
根据具体特征，标称加速度与边际加速度的和被限于最小加速度，该最小加速度
被确定为铁道车辆的测量值除以时间段的商的负。
由此，将花费至少该时间段来使速度改变其符号。因为该时间段通常高于所提出
的算法的刷新时间，所以铁道车辆永远不能改变其速度的符号，并且降低与随后列车碰撞
的风险。
根据具体特征，方法还包括以下步骤：
-检查边际加速度是否由铁道车辆的驾驶员启用；
-如果边际加速度由铁道车辆的驾驶员启用，则将边际加速度加到标称加速度；以
及
-如果边际加速度未由铁道车辆的驾驶员启用，则不将边际加速度加到由铁道车
辆的驾驶员为了遵循行车配置资料而限定的铁道铁道车辆的加速度。
由此，在存在扰动时针对延误的恢复帮助驾驶员。因为驾驶员还可以决定在任何
时间停用帮助，例如对于紧急状况，所以驾驶员还保持铁道车辆的完全控制。
根据仍然另一个方面，本发明涉及计算机程序，该计算机程序可以直接加载到可
编程装置中，包括指令或代码部分，该指令或代码部分用于在所述计算机程序在可编程装
置上执行时实施根据本发明的方法的步骤。
因为与计算机程序有关的特征和优点与上面关于根据本发明的方法和装置有关
的特征和优点相同，所以这里将不重复它们。
本发明的特性将从示例实施方式的以下描述的阅读更清晰地显现，所述描述参照
附图来产生，附图中：
附图说明
[图1]图1表示实施本发明的系统中的铁道车辆；
[图2]图2公开了由根据本发明的铁道车辆执行的算法；
[图3]图3表示铁道车辆的速度对位置的行车配置资料的示例；
[图4]图4表示铁道车辆的示例标称和边际加速度对位置。
具体实施方式
图1表示实施本发明的系统中的铁道车辆。
在图1中，示出了铁道车辆120。铁道车辆120包括用于降低铁道车辆110的运行延
误的装置。用于降低铁道车辆110的运行延误的装置例如具有基于由通信总线101连接在一
起的部件和受如图2所公开的程序控制的处理器100的架构。
通信总线101将处理器100连接至只读存储器(ROM)102、随机存取存储器(RAM)
103、标称加速度检测模块106、加速度命令模块109以及定时、铁道车辆位置及速度确定单
元107。
标称加速度检测模块106检测由铁道车辆的驾驶员为了在当前定时遵循行车配置
资料而设置的、铁道车辆的加速度命令。
处理器100根据速度误差、位置误差以及所估计的到达目的地的时间来确定边际
加速度。处理器100借助通信总线101向加速度命令模块109发送加速度命令。
加速度命令模块109控制铁道车辆的至少一个牵引马达，使得铁道车辆根据从处
理器100接收的加速度命令加速。
存储器103包含被预期为接收与如图2所公开的算法有关的程序的变量和指令以
及行车配置资料的寄存器。
只读存储器102包含与如图2所公开的算法有关的程序的指令，该指令在用于降低
铁道车辆110的运行延误的装置通电时被传递到随机存取存储器103。
下文中关于图2描述的算法的任意和所有步骤可以通过有可编程计算机(诸如PC
(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令或程序来在软件中实施，
或者由机器或专用部件(诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))在硬件中
实施。
换言之，用于降低铁道车辆110的运行延误的装置包括电路或包括包含电路的装
置，其使得用于降低铁道车辆110的运行延误的装置执行下文中关于图2描述的算法的步
骤。
根据本发明，用于降低铁道车辆110的运行延误的装置：
-确定当前定时，
-取得铁道车辆的标称加速度，标称加速度由铁道车辆的驾驶员确定，以在当前定
时遵循行车配置资料，
-用滚动配置资料确定铁道车辆的速度误差，
-用滚动配置资料确定铁道车辆的位置误差，
-确定到达目的地的时间的估计；
-根据速度误差、位置误差以及到达目的地的所估计的时间来确定边际加速度，
-用标称加速度和所确定的边际加速度的和来加速铁道车辆。
图2公开了由根据本发明的铁道车辆执行的算法。
更精确地，本算法由用于降低铁道车辆110的运行延误的装置的处理器100来执
行。
在步骤S200处，处理器100开始本算法。
在下一步骤S201处，处理器100获得铁道车辆的目的地位置。
目的地位置是铁道车辆的下一停车位置，或者可以为沿着铁路线的预定位置，诸
如进入列车自动停止控制(TASC)系统的范围区域的位置，或者可以为进入铁路线的限速部
分的位置。
TASC是由铁道车辆的驾驶员在达到目的地之前启动的系统，该TASC控制滚动沿着
车站的平台的精确定位。目的地位置例如存储在RAM存储器103中。
在下一步骤S202处，处理器100取得铁道车辆的行车配置资料。行车配置资料指示
如果铁道车辆根据给定时间表是按时的则铁道车辆在应遵循的定时、位置、速度。行车配置
资料还可以指示保持时间表所需的加速度配置资料。行车配置资料例如存储在RAM存储器
103中。
在下一步骤S203处，处理器100取得铁道车辆位置和速度。位置和速度由铁道车辆
位置和速度确定单元107来提供。
在下一步骤S204处，处理器100确定当前时间t铁道车辆的位置误差ΔX。处理器
100从在步骤S203处获得的铁道车辆的有效位置X(t)减去滚动根据行车配置资料在当前时
间t应位于的位置Xtarget(t)。
ΔX＝X(t)-Xtarget(t)。
在下一步骤S205处，处理器100确定速度误差ΔV。处理器100从在步骤S203处获得
的铁道车辆的有效速度V(t)减去随着滚动根据行车配置资料在当前时间t应位于的位置
Xtarget(t)的时间的导数。
ΔV＝V(t)-dXtarget(t)/dt(t)。
在下一步骤S206处，处理器100确定到目的地的时间ΔT。处理器100从铁道车辆根
据行车配置资料应到达目的地的到达时间ta减去当前时间t。
在下一步骤S207处，处理器100检查到目的地的时间ΔT是否等于零值。
如果到目的地的时间ΔT等于零值，则处理器100中断本算法。在变型例中，处理器
移至步骤S201，在步骤S201处，处理器100确定下一目的地位置。否则，处理器100移至步骤
S208。
在步骤208处，处理器100根据本发明确定要应用的边际加速度ΔG。
根据本发明，衰减λ＝Ω/ΔT是动态的且根据到达车站的时间来确定。Ω是控制参
数，通常高于例如被设置在3.5至4范围内。例如，Ω等于3.7。
边际加速度根据以下算式来确定：
【数学运算1】
假定在第一给定时间瞬间t0，铁道车辆经历初始位置误差ΔX0和速度误差ΔV0，数
学分析示出在不存在进一步扰动时，速度和位置误差共同根据以下方程针对连续时间瞬间
t(t0<t<ta)随着时间减小：
【数学运算2】
【数学运算3】
【数学运算4】
其中
【数学运算5】
【数学运算6】
这里已经注意到，如果控制参数Ω被选择为高于2，则速度和位置误差这两者在到
达目的地时达到零。如果控制参数Ω被选择为高于则保持最大速度误差小，并且边际
加速度在到达目的地时也达到零。如果控制参数Ω增大，则初始边际加速度也增大，并且铁
路的能耗降低。
控制参数Ω的值可以被设置为例如在3.5至5之间的单个值，通常为3.7，对于此，
速度和位置误差总是在使边际加速度最小化并由此使电力消耗最小化的同时在到达目的
地时达到零，而与初始速度和位置误差无关。
在下一步骤S209处，处理器100从检测由铁道车辆120的驾驶员设置的加速度的标
称加速度检测模块106获得标称加速度。对于由人驾驶的铁道车辆，标称加速度由人类驾驶
员例如借助于拨杆来人工设置。
对于自动列车控制系统而言，标称加速度由标称加速度检测模块106根据行车配
置资料来确定。作为示例，标称加速度为对于存储在RAM 103中的针对当前时间t指示的加
速度。作为另一个示例，标称加速度还包含由所观察的接触网电压的变化引起的补偿加速
度。
在下一步骤S210处，处理器100确定要应用的有效加速度Geffective。处理器100将边
际加速度ΔG加到标称加速度Gnorminal。
这里已经注意到，可以将最大加速度考虑在内来确定有效加速度，该最大加速度
被确定为速度极限水平与速铁道车辆的度之间的差除以时间段。作为示例，时间段为一秒。
这里已经注意到，有效加速度还被限于最小加速度，该最小加速度被确定为铁道
车辆的速度除以时间段的商的负。这里已经注意到，铁道车辆的驾驶员可以停用边际加速
度ΔG的应用。
在下一步骤S211处，处理器100应用有效加速度。处理器100向加速度命令模块109
发送在步骤S210出确定的加速度命令。
在下一步骤S212处，处理器100等待下一时间步长。时间步长通常间隔数百毫秒。
之后，处理器返回到步骤S203。
图3表示铁道车辆的速度对位置的行车配置资料的示例。
横轴以秒为单位表示时间，并且纵轴以千米每小时为单位表示铁道车辆应具有的
速度。
图3的速度配置资料30a示出了铁道车辆的驾驶员为了遵循行车配置资料而必须
应用的速度。
在图3的示例中，铁道车辆在时间t1离开第一停靠站，并且在时间t2停在第二目的
地停靠站。
图3的速度配置资料30b示出了在加速度受限制时铁道车辆的速度。加速度的限制
可能由于铁道车辆的超重或由于给铁道车辆供电的接触线中的电压降低而引起。由于受限
的加速度，列车过晚地获得巡航速度，这在时间t2b到达目的地停靠站时产生延误。
图3的速度轮廓30c示出了在限制加速度时且在根据本发明运行列车时的铁道车
辆的速度。因为列车在加速阶段结束时具有速度和位置误差这两者，所以速度根据由处理
器100决定的边际加速度逐渐演进。速度和位置误差这两者在时间ta在目的地点处恢复，然
后列车没有延误地到达目的地停靠站。
图4表示铁道车辆的示例标称和边际加速度对位置。
横轴以秒为单位表示时间，并且纵轴以米每秒的平方为单位来表示铁道车辆的加
速度。
图4的40a标记的加速度配置资料示出了铁道车辆的驾驶员为了遵循行车配置资
料而必须应用的加速度。
图4的40b标记的加速度配置资料示出了在加速度受限时铁道车辆的驾驶员有效
应用的加速度。
图4的40c标记的加速度配置资料示出了在加速度受限时且在根据本发明运行列
车时铁道车辆的驾驶员有效应用的加速度。加速度配置资料40c通过根据本发明确定的边
际加速度而与加速度配置资料40b不同。
当然，可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述本发明的实施方式进行许多修
改。