城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法技術方案

本發明專利技術公開了一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，包括：將車載ATO節能運行劃分為四個階段，并對各個階段的運行工況能耗進行分析；四個階段分別為：加速階段、巡航階段、惰行階段以及制動階段；采用遺傳算法并結合運行工況能耗分析結果，將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點，并采用離線方式計算，從而獲得進入巡航階段、惰行階段以及制動階段的最佳位置。該方法有利于降低能耗，并可最終運行時間時盡量貼近計劃運行總時間。

【技術實現步驟摘要】
城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法
本專利技術涉及城市軌道交通
，尤其涉及一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法。
技術介紹
在城市軌道交通信號控制系統中，基于無線通信的列車控制系統(簡稱CBTC)逐漸成為主流，最近開通的地鐵線路均采用了CBTC的信號系統，尤其是國產信號系統的大力發展，更是推動了CBTC技術應用的普及，這種信號系統，最大的改變就是列車駕駛方式的變化。據統計，在地鐵運行過程中，列車能耗占總能耗的50％以上，現有的節能方法主要有輕體化車輛，減小運行阻力，提高供電效率，節能駕駛，再生制動應用，其中節能駕駛操作對車輛運行能耗影響最大。通過技術手段實現節能減排，開展城軌節能駕駛策略研究對降低軌道交通運營成本，有著更為顯著的意義。在CBTC系統中，車載ATO設備在ATP監督下，負責駕駛列車運行的功能，故改變ATO的控制策略，能夠實現單列車的運行節能目標。ATO子系統工作在不同的列車控制級別和列車運行模式下，具體的控制級別和運行模式取決于列車實際運行所在區域內的設備以及列車自身設備。列車運行模式可分為：連續式ATO，點式ATO，連續和點式的混合模式。當ATO控車時，列車從站臺啟動出發，依次經歷加速階段、平穩運行階段、制動階段，在下一站臺對標停穩。在平穩運行階段，列車保持恒速運行，ATO會施加較小的作用力用于克服運行阻力。每個區間都基本相似，只是受各區間線路長度、曲線大小等影響，區間限速有變化。ATO的輸入信息來源主要有4個：速度傳感器，應答器，線路數據庫，運行計劃時間。當前ATO對車輛運行速度的控制，是依據輸入數據，經過實時計算并選擇一條合理的控車速度曲線，并不會考慮巡航和惰行方面來實現節能控車，ATO曲線計算中也并沒有考慮速度轉換點的合理位置。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，有利于降低能耗，并可最終運行時間時盡量貼近計劃運行總時間。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，包括：將車載ATO節能運行劃分為四個階段，并對各個階段的運行工況能耗進行分析；四個階段分別為：以最大牽引力將速度從零提升至最大運行速度v的加速階段，以最大運行速度v持續運行的巡航階段，從最大運行速度v開始惰行至速度u的惰行階段，以及以ATO最大制動力控制停車的制動階段；采用遺傳算法并結合運行工況能耗分析結果，將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點，并采用離線方式計算，從而獲得進入巡航階段、惰行階段以及制動階段的最佳位置。所述對各個階段的運行工況能耗進行分析包括：加速階段列車能耗描述為：E1＝(F-W)×s1所用時間為：其中，F為最大牽引力，W為列車運行阻力，a1為列車加速度，s1為加速階段的列車運行距離；巡航階段列車能耗描述為：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用時間為：其中，E為總運動能耗，s2-s1為巡航階段列車運行距離；惰行階段無能耗，其所用時間為：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m為列車重量，a為惰行減速度，s3-s2為惰行階段的列車運行距離，s-s3為制動階段列車運行距離；制動階段，假設列車減速度恒定，則所用時間為：其中，B為最大制動力，a2為列車減速度；由能量守恒原理，總運動能耗E等于最大牽引、運行阻力能耗與動能，則有：E＝(F-W)×s1+W(s2-s1)+mu2/2；其中的最大牽引力F與列車運行速度有關，近似計算公式為：所述采用遺傳算法并結合運行工況能耗分析結果，將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點包括：與運行工況能耗相關的最大牽引力決定了列車運行速度，列車運行速度決定了各個階段分別所用時間以及運行距離；在四個階段的總時間給定的情況下，對于每一個階段均通過遺傳算法進行迭代運算，從而獲得每一階段最佳的速度-距離曲線，根據各個階段最佳的速度-距離曲線計算各個階段的最佳轉換點；具體為：四個階段的總時間表示為：其中，加速階段的列車運行距離s1即表示加速階段至巡航階段的轉換點，巡航階段列車運行距離s2-s1中的s2即表示巡航階段至惰行階段的轉換點，惰行階段列車運行距離s3-s2中的s3即表示惰行階段至制動階段的轉換點；將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點s1'、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點s2'，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點s3'，其公式如下：minQ＝E+ω(T-T總)；其中，ω標定為算子，T總為規定的總運行時間；將E與T帶入上述公式進行迭代計算，將使得參數Q為最小值時對應的s1'、s2'、s3'即為最終結果。由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，通過對列車四個階段的能耗進行分析，不僅可以比較能耗效果，還可以計算各個階段所用時間；在此基礎上，采用了遺傳算法離線計算，增加了自適應算子調整機制，求得最佳列車工況轉換點，對車載ATO駕駛節能能起到明顯作用。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法流程圖；圖2為本專利技術實施例提供的各個階段運行過程示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的使用遺傳算法計算惰行階段開始位置的示意圖。具體實施方式下面結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術實施例提供一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，如圖1所示，其主要包括如下步驟：步驟11、將車載ATO節能運行劃分為四個階段，并對各個階段的運行工況能耗進行分析。如圖2所示，四個階段分別為：以最大牽引力將速度從零提升至最大運行速度v的加速階段，以最大運行速度v持續運行的巡航階段，從最大運行速度v開始惰行至速度u的惰行階段，以及以ATO最大制動力控制停車的制動階段。為了描述每個階段的運行過程，計算每個階段的能量，需要建立列車的運動方程：1)加速階段中，假設牽引力恒定為最大牽引力；則加速階段列車能耗描述為：E1＝(F-W)×s1所用時間為：其中，F為最大牽引力，W為列車運行阻力，a1為列車加速度，s1為加速階段的列車運行距離；2)巡航階段列車能耗描述為：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用時間為：其中，E為總運動能耗，s2-s1為巡航階段列車運行距離；惰行階段無能耗，其所用時間為：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m為列車重量，a為惰行減速度，s3-s2為惰行階段的列車運行距離，s-s3為制動階段列車運行距離；制動階段，假設列車減速度恒定，則所用時間為：其中，B為最大制動力，a2為列車減速度；由能量守恒原理，總運動能耗本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，其特征在于，包括：將車載ATO節能運行劃分為四個階段，并對各個階段的運行工況能耗進行分析；四個階段分別為：以最大牽引力將速度從零提升至最大運行速度v的加速階段，以最大運行速度v持續運行的巡航階段，從最大運行速度v開始惰行至速度u的惰行階段，以及以ATO最大制動力控制停車的制動階段；采用遺傳算法并結合運行工況能耗分析結果，將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點，并采用離線方式計算，從而獲得進入巡航階段、惰行階段以及制動階段的最佳位置。

【技術特征摘要】
1.一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，其特征在于，包括：將車載ATO節能運行劃分為四個階段，并對各個階段的運行工況能耗進行分析；四個階段分別為：以最大牽引力將速度從零提升至最大運行速度v的加速階段，以最大運行速度v持續運行的巡航階段，從最大運行速度v開始惰行至速度u的惰行階段，以及以ATO最大制動力控制停車的制動階段；采用遺傳算法并結合運行工況能耗分析結果，將求解能耗最小問題轉換為求解加速階段至巡航階段的最佳轉換點、巡航階段至惰行階段的最佳轉換點，以及惰行階段至制動階段的最佳轉換點，并采用離線方式計算，從而獲得進入巡航階段、惰行階段以及制動階段的最佳位置。2.根據權利要求1所述的一種城市軌道交通CBTC系統車載ATO節能操控方法，其特征在于，所述對各個階段的運行工況能耗進行分析包括：加速階段列車能耗描述為：E1＝(F-W)×s1所用時間為：其中，F為最大牽引力，W為列車運行阻力，a1為列車加速度，s1為加速階段的列車運行距離；巡航階段列車能耗描述為：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用時間為：其中，E為總運動能耗，s2-s1為巡航階段列車運行距離；惰行階段無能耗，其所用時間為：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m為列車重量，a為惰行減速度，s3-s2為惰行階段的列車運行距離，s-s3為制動階段列車運行距離；制動階段，假設列車減速度恒定，則所用時間為：其中，B為最大制動力，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李晉，梁東升，黃康，陳金，尹遜政，孟軍，龍廣錢，徐偉，曾憲卓，許碩，鄧俊，李博，王文龍，王俊高，葉富智，黃蘇蘇，王芃，史寧娟，付嵩，李廷朵，姜慶陽，陳寧寧，
申請(專利權)人：廣州地鐵集團有限公司，中國鐵道科學研究院通信信號研究所，中國鐵道科學研究院，北京市華鐵信息技術開發總公司，北京銳馳國鐵智能運輸系統工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44