第二节　列车限制速度曲线绘制实验

一、实验目的

理解列车运行控制系统的核心功能；掌握列车运行控制系统车载设备限制速度曲线的原理。

二、实验原理

1.超速防护原理

列控系统的核心功能之一是超速防护，包括：防止列车超速、防止列车越过危险点。

在典型的列控系统中，车载设备一般是完成上述超速防护功能的最终环节。车载设备首先计算列车当前的允许速度，即列车当前运行的限制速度vL。然后，车载设备实时比较列车当前速度v0是否小于当前的限制速度vL。如果检测到v0大于vL，则判断列车超速或即将越过危险点，并通过施加制动的方式来干预列车运行，使列车不超速，或在危险点停车。

车载设备在计算列车当前的限制速度vL时，需要知道以下信息：①列车当前位置距前方危险点的距离；②线路条件，如：前方轨道区段是否有限速等。

如图1-4所示为列车超速防护的简化结构图。

为简化起见，假定车载设备只能施加一种等级的制动。列车超速防护功能可简化表示为下面的伪代码。

本实验要求编程实现上述底色为灰的函数的功能。

2.列车动力学原理

把列车作为控制对象，我们需要了解列车的动力学特性。列车的动力学模型经适当简化后，可认为其特性如下：

简单来讲，当车载设备输出制动命令时，列车牵引切断和制动力真正达到100％需要一定时间，称为制动延时。因此，我们假定车载设备开始触发制动需经过两个阶段：第一阶段为空走阶段，列车制动力为0，牵引力保持制动前状态，持续时间是牵引切断延时；第二阶段为制动阶段，牵引被切断（牵引力为0），制动力为100％。

三、实验内容

假设列车在一段长1500m的试验线上运行。列车运行起点在60m处，运行方向沿着里程增加的方向运行。

列车数据：列车全长55m，最大牵引加速度为1.7m/s2，最大制动减速度为1.5m/s2，牵引切断延时6s。

线路情况：

（1）试验时为保证安全，要求列车运行时不得超过1400m处。

（2）全线要求限速100km/h；

（3）限速1：在400～450m之间，要求限速90km/h（新增的条件）；

（4）限速2：在600～900m之间，要求限速40km/h（新增的条件）；

请编程计算列车在线路上各点的限制速度（每隔一厘米计算一个速度点）。限制速度是指：为保证行车安全，当列车速度超过此速度值后，必须采取制动措施。

四、实验报告要求

实验结果应包含三个文件：一个图片文件、一个txt格式的文本文件和一个实验报告文件。三个文件的要求如下。

（1）图片格式文件（如：jpg、bmp格式）：绘制限制速度曲线图。横坐标为公里标，纵坐标为速度，如图1-5所示。

（2）文本文件（txt格式）：文件记录线路每一处对应的安全运行速度。每隔1cm记录一个速度点。文件记录格式为（如图1-6所示）：

①纯文本格式，保存为txt文件。

②每一行记录一个点，格式为：“位置，速度”，表示一个点的“位置—速度”信息。

③表示位置的数值，其单位为厘米（cm）。

④表示速度的数值，其单位为厘米每秒（cm/s）。

⑤在一行中，位置在前，速度在后，中间用逗号“，”隔开。注意：用半角的逗号（即英文逗号），不得用中文逗号。

（3）实验报告文件（如：word格式）：描述你所做的工作，通过实验报告文档向他人展示你的成果。实验报告内容不限，以能把问题说清楚为准。可包括：问题分析、方案设计、方案实现、结果分析、感想和体会等。