第二節　列車限制速度曲線繪制實驗

一、實驗目的

理解列車運行控制系統的核心功能；掌握列車運行控制系統車載設備限制速度曲線的原理。

二、實驗原理

1.超速防護原理

列控系統的核心功能之一是超速防護，包括：防止列車超速、防止列車越過危險點。

在典型的列控系統中，車載設備一般是完成上述超速防護功能的最終環節。車載設備首先計算列車當前的允許速度，即列車當前運行的限制速度vL。然后，車載設備實時比較列車當前速度v0是否小于當前的限制速度vL。如果檢測到v0大于vL，則判斷列車超速或即將越過危險點，并通過施加制動的方式來干預列車運行，使列車不超速，或在危險點停車。

車載設備在計算列車當前的限制速度vL時，需要知道以下信息：①列車當前位置距前方危險點的距離；②線路條件，如：前方軌道區段是否有限速等。

如圖1-4所示為列車超速防護的簡化結構圖。

為簡化起見，假定車載設備只能施加一種等級的制動。列車超速防護功能可簡化表示為下面的偽代碼。

本實驗要求編程實現上述底色為灰的函數的功能。

2.列車動力學原理

把列車作為控制對象，我們需要了解列車的動力學特性。列車的動力學模型經適當簡化后，可認為其特性如下：

簡單來講，當車載設備輸出制動命令時，列車牽引切斷和制動力真正達到100％需要一定時間，稱為制動延時。因此，我們假定車載設備開始觸發制動需經過兩個階段：第一階段為空走階段，列車制動力為0，牽引力保持制動前狀態，持續時間是牽引切斷延時；第二階段為制動階段，牽引被切斷（牽引力為0），制動力為100％。

三、實驗內容

假設列車在一段長1500m的試驗線上運行。列車運行起點在60m處，運行方向沿著里程增加的方向運行。

列車數據：列車全長55m，最大牽引加速度為1.7m/s2，最大制動減速度為1.5m/s2，牽引切斷延時6s。

線路情況：

（1）試驗時為保證安全，要求列車運行時不得超過1400m處。

（2）全線要求限速100km/h；

（3）限速1：在400～450m之間，要求限速90km/h（新增的條件）；

（4）限速2：在600～900m之間，要求限速40km/h（新增的條件）；

請編程計算列車在線路上各點的限制速度（每隔一厘米計算一個速度點）。限制速度是指：為保證行車安全，當列車速度超過此速度值后，必須采取制動措施。

四、實驗報告要求

實驗結果應包含三個文件：一個圖片文件、一個txt格式的文本文件和一個實驗報告文件。三個文件的要求如下。

（1）圖片格式文件（如：jpg、bmp格式）：繪制限制速度曲線圖。橫坐標為公里標，縱坐標為速度，如圖1-5所示。

（2）文本文件（txt格式）：文件記錄線路每一處對應的安全運行速度。每隔1cm記錄一個速度點。文件記錄格式為（如圖1-6所示）：

①純文本格式，保存為txt文件。

②每一行記錄一個點，格式為：“位置，速度”，表示一個點的“位置—速度”信息。

③表示位置的數值，其單位為厘米（cm）。

④表示速度的數值，其單位為厘米每秒（cm/s）。

⑤在一行中，位置在前，速度在后，中間用逗號“，”隔開。注意：用半角的逗號（即英文逗號），不得用中文逗號。

（3）實驗報告文件（如：word格式）：描述你所做的工作，通過實驗報告文檔向他人展示你的成果。實驗報告內容不限，以能把問題說清楚為準。可包括：問題分析、方案設計、方案實現、結果分析、感想和體會等。