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专利号: 2020104055047
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种虚拟重联小编组列车自动驾驶的控制系统,其特征在于:包括虚拟重联小编组列车、地面驾驶曲线生成模块和车地通信模块;所述虚拟重联小编组列车由多个单列车组成,多个所述单列车保持间距组队行驶;将虚拟重联小编组列车所辖的多个单列车中行使在最前面的单列车记为头车,将单个虚拟重联小编组列车所辖的多个单列车中除头车外的单列车记为跟车;所述单列车上设置有测速定位模块和车车通信模块;所述头车上还设置有车载ATO模块;所述跟车上还设置有车载控制模块;

所述地面驾驶曲线生成模块能为所述车载ATO模块生成操纵控制曲线,所述车载ATO模块能根据所述操纵控制曲线控制所述头车运行;

所述车地通信模块能实现所述地面驾驶曲线生成模块与所述车载ATO模块之间的通信及数据传输;

所述测速定位模块能获取对应单列车的运行状态信息,所述测速定位模块还能将获取的运行状态信息数据发送给对应单列车的车车通信模块和车载控制模块;所述运行状态信息包括速度和定位信息;

所述车车通信模块能接收对应单列车的相邻前车的运行状态信息数据,并将接收到的所述相邻前车的运行状态信息数据传输给对应单列车的车载控制模块;所述车车通信模块还能将对应单列车的运行状态信息数据传输给相邻后车的车车通信模块;所述相邻前车为与单列车相邻的前方的单列车,所述相邻后车为与单列车相邻的后方的单列车;

所述车载控制模块能对接收到的对应单列车和相邻前车的运行状态信息数据进行处理得到调整量,所述车载控制模块还能根据得到的所述调整量控制调整对应单列车的运行速度。

2.如权利要求1所述的虚拟重联小编组列车自动驾驶的控制方法,其特征在于:单个所述虚拟重联小编组列车所辖的多个单列车的型号相同。

3.一种虚拟重联小编组列车自动驾驶控制系统的控制方法,其特征在于:所涉及的硬件包括:虚拟重联小编组列车、地面驾驶曲线生成模块和车地通信模块;所述虚拟重联小编组列车由多个单列车组成,多个所述单列车保持间距组队行驶;将虚拟重联小编组列车所辖的多个单列车中行使在最前面的单列车记为头车,将单个虚拟重联小编组列车所辖的多个单列车中除头车外的单列车记为跟车;所述单列车上设置有测速定位模块和车车通信模块;所述头车上还设置有车载ATO模块;所述跟车上还设置有车载控制模块;

所述地面驾驶曲线生成模块能为所述车载ATO模块生成操纵控制曲线,所述车载ATO模块能根据所述操纵控制曲线控制所述头车运行;

所述车地通信模块能实现所述地面驾驶曲线生成模块与所述车载ATO模块之间的通信及数据传输;

所述测速定位模块能获取对应单列车的运行状态信息,所述测速定位模块还能将获取的运行状态信息数据发送给对应单列车的车车通信模块和车载控制模块;所述运行状态信息包括速度和定位信息;

所述车车通信模块能接收对应单列车的相邻前车的运行状态信息数据,并将接收到的所述相邻前车的运行状态信息数据传输给对应单列车的车载控制模块;所述车车通信模块还能将对应单列车的运行状态信息数据传输给相邻后车的车车通信模块;所述相邻前车为与单列车相邻的前方的单列车,所述相邻后车为与单列车相邻的后方的单列车;

所述车载控制模块能对接收到的对应单列车和相邻前车的运行状态信息数据进行处理得到调整量,所述车载控制模块还能根据得到的所述调整量控制调整对应单列车的运行速度。

所述控制方法包括:

设某一运营线路上从ST1站到ST2站之间有n个虚拟重联小编组列车运行;

一)所述地面驾驶曲线生成模块根据方法一生成n个虚拟重联小编组列车的操纵控制曲线,然后地面驾驶曲线生成模块通过车地通信模块将n个所述操纵控制曲线数据分别传输给对应的车载ATO模块,然后各个车载ATO模块根据收到的操纵控制曲线控制对应的头车运行;

二)各个所述头车的测速定位模块将实时获取的对应头车当前的运行状态信息数据传输给对应的车车通信模块,然后各个所述头车的车车通信模块将对应头车当前的运行状态信息数据传输给相邻后车的车车通信模块;

三)各个虚拟重联小编组列车所辖的多个所述跟车按如下方式控制调整运行:单个跟车的测速定位模块将实时获取的对应跟车当前的运行状态信息数据传输给对应的车载控制模块和相邻后车的车车通信模块,同时所述跟车的车车通信模块将接收到的相邻前车的当前运行状态信息数据传输给对应的车载控制模块,所述跟车的车载控制模块收到对应跟车当前的运行状态信息数据和相邻前车当前的运行状态信息数据后,根据方法二生成调整量,然后所述车载控制模块根据得到的调整量控制并调整对应的跟车行驶;返回步骤二);

所述方法一包括:

(一)地面驾驶曲线生成模块为每个虚拟重联小编组列车生成操纵序列最优解集;

(二)地面驾驶曲线生成模块从每个虚拟重联小编组列车的操纵序列最优解集中选出一个操纵序列最优解作为相应虚拟重联小编组列车的备选解,n个虚拟重联小编组列车的备选解组成备选解集;

(三)地面驾驶曲线生成模块按公式一判断所述备选解集是否满足移动闭塞约束条件,如所述备选解集不满足移动闭塞约束条件则返回步骤(二),如备选解集满足移动约束条件则进入步骤(四);

所述公式一为:

la+ll+lz≤Sq(t)-Sz(t)

其中,所述Sq(t)为先行虚拟重联小编组列车头车的车头的实际行驶位置,所述Sz(t)为追踪虚拟重联小编组列车头车的车头的实际行驶位置,所述Sq(t)和Sz(t)均为正值;所述la为先行虚拟重联小编组列车和追踪虚拟重联小编组列车停稳后必须保证的间隔距离;ll为先行虚拟重联小编组列车的长度,lz为追踪虚拟重联小编组列车的头车的常用制动距离;

(四)地面驾驶曲线生成模块根据备选解集生成n个虚拟重联小编组列车的操纵控制曲线;

所述步骤(一)中,地面驾驶曲线生成模块按如下方式为单个虚拟重联小编组列车生成操作序列最优解集:

1)为相应虚拟重联小编组列车设定约束参数;

2)在满足约束参数的条件下,根据公式二为相应虚拟重联小编组列车生成目标函数ObjV;

3)根据目标函数ObjV按公式六建立适应度函数F;

4)按如下方式为相应虚拟重联小编组列车的操作序列进行染色体编码:[(g1,x1)…(gi,xi)…(gj,xj)]

其中,i和j均为档位切换次数,1≦i≦j;gi表示第i次档位切换时虚拟重联小编组列车的控制档位,xi表示第i次档位切换时虚拟重联小编组列车所处位置;互相匹配的gi和xi即为染色体的一个基因;各个基因和基因数量在满足约束参数的条件下随机生成;

按上述方式随机生成的多个染色体组成一个小种群;

5)采用遗传算法对所述小种群进行优化,每次优化均能得到多个优化染色体,根据适应度函数F,计算出每个所述优化染色体的适应度值,并将适应度值最大的优化染色体保留下来得到一个最优解;多次对所述小种群进行优化并对得到的优化染色体进行上述处理得到多个最优解;

按上述方式得到的多个最优解的集合即为对应虚拟重联小编组列车的操作序列最优解集;

所述公式二为:

ObjV=ω1·ΔT+ω2·E+ω3·Q

其中,ω1、ω2和ω3均为权重系数;ΔT为虚拟重联小编组列车的头车的行车时间指标,按公式三获取;E为虚拟重联小编组列车的头车的运行能耗指标,按公式四获取;Q为虚拟重联小编组列车的乘客舒适度指标,按公式五获取;

所述公式三为:

ΔT=|T-Ttarget|

其中,T为虚拟重联小编组列车的头车从ST1站行驶到ST2站的实际行驶时间,Ttarget为虚拟重联小编组列车的头车从ST1站行驶到ST2站的规定行驶时间;

所述公式四为:

其中,f为虚拟重联小编组列车的头车的牵引力,v为虚拟重联小编组列车的头车的运行速度,B为虚拟重联小编组列车的头车的再生制动力,A为虚拟重联小编组列车的头车的辅助功率,ξM为虚拟重联小编组列车的头车牵引过程中电能转化为机械能的乘积因子,ξB为虚拟重联小编组列车的头车制动过程中机械能转化为电能的乘积因子;

所述公式五为:

其中,a为虚拟重联小编组列车的头车的运行加速度,t为虚拟重联小编组列车的头车运行时间;

所述公式六为:

所述方法二包括:

所述车载控制模块每次接收到对应跟车和相邻前车当前的运行状态信息数据后,根据公式七获取当前时刻k下对应跟车与相邻前车的追踪间距裕量S裕;根据公式八获取当前时刻k与前一时刻k-1对应跟车与相邻前车的间距变化量e;然后根据模糊推理表,采用模糊推理计算出对应跟车当前的调整加速度a’,所述调整加速度a’即所述调整量;

所述公式七为:

S裕=dk-Smin

其中,dk为当前时刻k下对应跟车的车头与相邻前方单列车的车头的实际间距;所述Smin为规定的两个单列车的车头之间的最小间距;

所述公式八为:

e=dk-dk-1

其中,dk-1为前一时刻k-1下对应跟车的车头与相邻前车的车头的实际距离;

所述模糊推理表为:

{FB,FM,FS,KO,QS,QM,QB}为所述间距变化量e的模糊论域,其中,FB表示负大,FM表示负中,FS表示负小,KO表示零,QS表示正小,QM表示正中,QB表示正大;

{HO,LS,LM,LB}为所述追踪间距裕量S裕的模糊论域,其中,HO表示零,LS表示正小,LM表示正中,LB表示正大;

{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}为所述调整加速度a’的模糊论域,其中,NB表示负大,NM表示负中,NS表示负小,ZO表示零,PS表示正小,PM表示正中,PB表示正大。