[发明专利]一种列车节能控制方法

说明书

本发明公开了一种列车节能控制方法，包括：步骤S1，搭建列车驾驶辅助系统控制端，建立单车定时运行节能模型，包括公式（1）、（2）和（3）；步骤S2，采用基于巡航速度的遗传算法模型的求解方法，对列车定时运行节能模型算法进行计算解析，实现最优速度曲线的求解；步骤S3，通过信息交互方式生成驾驶辅助信息，对驾驶员进行行车指导，当列车实际行驶轨迹与最优速度曲线产生偏差时，系统可生成相应的提示信息。本发明创新建立基于巡航速度的遗传算法模型的求解方法，对列车定时运行节能模型算法进行计算解析，通过对运行能耗和巡航速度的编码来实现最优速度曲线的求解，使得列车整体的速度曲线显得更加平稳。

技术领域

本发明涉及列车辅助驾驶技术领域，尤其是一种列车节能控制方法。

背景技术

地铁、火车、高铁等铁路运输线路已成为现代化城市的主流高速交通方式。对于己建成的铁路运输线路，在列车运行图规定的站间运行时分条件下，列车在站间存在多种可行的速度曲线。由于不同速度曲线带来的列车牵引位置和距离不同，导致列车在站间运行的能耗不同。单车节能速度曲线的问题旨在定时约束的条件下求解列车在站间运行的最优的节能运行策略与速度曲线，使得列车运行在满足运行时分条件下，最小化列车在站间的牵引能耗。通常在两站间，列车有多种速度曲线可进行选择，而目前的驾驶速度曲线选择具有随机性、随意性及不科学性等缺点，难以实现有效的列车节能控制。

发明内容

本申请人针对现有技术存在的缺点，提供了一种合理有效的列车节能控制方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种列车节能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：搭建列车驾驶辅助系统控制端，建立单车定时运行节能模型，包括以下公式（1）、（2）和（3）；

列车在运行过程中的节能运行控制目标函数为：

(1)；

其中，E表示列车运行的牵引能耗，表示牵引力使用系数，s表示列车的运行距离，x为列车位置，F表示列车的最大牵引力，表示列车速度；

根据列车运行的动力学特征分析，列车运行的经典动力学方程为：

(2)；

其中，F表示列车的最大牵引力，B表示列车的最大制动力，W表示列车运行的总阻力，M为列车质量，表示某个时刻，x为列车位置，表示列车的最大制动力使用系数；

列车在站间运行满足约束条件：

(3)；

其中，为x位置的线路限速，为列车运行允许的最大加速度， 为列车站间运行时间；

步骤S2：采用基于巡航速度的遗传算法模型的求解方法，对列车定时运行节能模型算法进行计算解析，实现最优速度曲线的求解，具体包括以下步骤：

（1）基本数据输入，包括线路数据、列车特征数据、时刻表数据及遗传算法参数；

（2）线路区间划分，根据基础线路数据将线路划分为n个区间，保证每个区间内线路坡度和限速是不变的；

（3）种群初始化，初始化种群P，种群大小为N；初始种群中每个个体对按区间运行能耗和区间最优巡航速度进行离散，得到对应的列车运行状态矩阵，其中种群中每个个体对应一个列车在各区间运行的能耗和巡航速度，即；其中，表示能耗，表示巡航速度；

（4）对于给定的 ，利用,反推区间i的最优速度曲线，其方法如下：

Step1: 设列车在区间运行的初速度为，区间出口限速为，区间长度为s，将区间分成N等分，这样在划分后的每个内加速度可以认为保持不变，计算列车在加速阶段的速度序列：