城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，包括：将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析；四个阶段分别为：加速阶段、巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段；采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点，并采用离线方式计算，从而获得进入巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段的最佳位置。该方法有利于降低能耗，并可最终运行时间时尽量贴近计划运行总时间。

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法
本专利技术涉及城市轨道交通
，尤其涉及一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法。
技术介绍
在城市轨道交通信号控制系统中，基于无线通信的列车控制系统(简称CBTC)逐渐成为主流，最近开通的地铁线路均采用了CBTC的信号系统，尤其是国产信号系统的大力发展，更是推动了CBTC技术应用的普及，这种信号系统，最大的改变就是列车驾驶方式的变化。据统计，在地铁运行过程中，列车能耗占总能耗的50％以上，现有的节能方法主要有轻体化车辆，减小运行阻力，提高供电效率，节能驾驶，再生制动应用，其中节能驾驶操作对车辆运行能耗影响最大。通过技术手段实现节能减排，开展城轨节能驾驶策略研究对降低轨道交通运营成本，有着更为显著的意义。在CBTC系统中，车载ATO设备在ATP监督下，负责驾驶列车运行的功能，故改变ATO的控制策略，能够实现单列车的运行节能目标。ATO子系统工作在不同的列车控制级别和列车运行模式下，具体的控制级别和运行模式取决于列车实际运行所在区域内的设备以及列车自身设备。列车运行模式可分为：连续式ATO，点式ATO，连续和点式的混合模式。当ATO控车时，列车从站台启动出发，依次经历加速阶段、平稳运行阶段、制动阶段，在下一站台对标停稳。在平稳运行阶段，列车保持恒速运行，ATO会施加较小的作用力用于克服运行阻力。每个区间都基本相似，只是受各区间线路长度、曲线大小等影响，区间限速有变化。ATO的输入信息来源主要有4个：速度传感器，应答器，线路数据库，运行计划时间。当前ATO对车辆运行速度的控制，是依据输入数据，经过实时计算并选择一条合理的控车速度曲线，并不会考虑巡航和惰行方面来实现节能控车，ATO曲线计算中也并没有考虑速度转换点的合理位置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，有利于降低能耗，并可最终运行时间时尽量贴近计划运行总时间。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，包括：将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析；四个阶段分别为：以最大牵引力将速度从零提升至最大运行速度v的加速阶段，以最大运行速度v持续运行的巡航阶段，从最大运行速度v开始惰行至速度u的惰行阶段，以及以ATO最大制动力控制停车的制动阶段；采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点，并采用离线方式计算，从而获得进入巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段的最佳位置。所述对各个阶段的运行工况能耗进行分析包括：加速阶段列车能耗描述为：E1＝(F-W)×s1所用时间为：其中，F为最大牵引力，W为列车运行阻力，a1为列车加速度，s1为加速阶段的列车运行距离；巡航阶段列车能耗描述为：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用时间为：其中，E为总运动能耗，s2-s1为巡航阶段列车运行距离；惰行阶段无能耗，其所用时间为：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m为列车重量，a为惰行减速度，s3-s2为惰行阶段的列车运行距离，s-s3为制动阶段列车运行距离；制动阶段，假设列车减速度恒定，则所用时间为：其中，B为最大制动力，a2为列车减速度；由能量守恒原理，总运动能耗E等于最大牵引、运行阻力能耗与动能，则有：E＝(F-W)×s1+W(s2-s1)+mu2/2；其中的最大牵引力F与列车运行速度有关，近似计算公式为：所述采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点包括：与运行工况能耗相关的最大牵引力决定了列车运行速度，列车运行速度决定了各个阶段分别所用时间以及运行距离；在四个阶段的总时间给定的情况下，对于每一个阶段均通过遗传算法进行迭代运算，从而获得每一阶段最佳的速度-距离曲线，根据各个阶段最佳的速度-距离曲线计算各个阶段的最佳转换点；具体为：四个阶段的总时间表示为：其中，加速阶段的列车运行距离s1即表示加速阶段至巡航阶段的转换点，巡航阶段列车运行距离s2-s1中的s2即表示巡航阶段至惰行阶段的转换点，惰行阶段列车运行距离s3-s2中的s3即表示惰行阶段至制动阶段的转换点；将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点s1'、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点s2'，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点s3'，其公式如下：minQ＝E+ω(T-T总)；其中，ω标定为算子，T总为规定的总运行时间；将E与T带入上述公式进行迭代计算，将使得参数Q为最小值时对应的s1'、s2'、s3'即为最终结果。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过对列车四个阶段的能耗进行分析，不仅可以比较能耗效果，还可以计算各个阶段所用时间；在此基础上，采用了遗传算法离线计算，增加了自适应算子调整机制，求得最佳列车工况转换点，对车载ATO驾驶节能能起到明显作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的各个阶段运行过程示意图；图3为本专利技术实施例提供的使用遗传算法计算惰行阶段开始位置的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，如图1所示，其主要包括如下步骤：步骤11、将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析。如图2所示，四个阶段分别为：以最大牵引力将速度从零提升至最大运行速度v的加速阶段，以最大运行速度v持续运行的巡航阶段，从最大运行速度v开始惰行至速度u的惰行阶段，以及以ATO最大制动力控制停车的制动阶段。为了描述每个阶段的运行过程，计算每个阶段的能量，需要建立列车的运动方程：1)加速阶段中，假设牵引力恒定为最大牵引力；则加速阶段列车能耗描述为：E1＝(F-W)×s1所用时间为：其中，F为最大牵引力，W为列车运行阻力，a1为列车加速度，s1为加速阶段的列车运行距离；2)巡航阶段列车能耗描述为：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用时间为：其中，E为总运动能耗，s2-s1为巡航阶段列车运行距离；惰行阶段无能耗，其所用时间为：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m为列车重量，a为惰行减速度，s3-s2为惰行阶段的列车运行距离，s-s3为制动阶段列车运行距离；制动阶段，假设列车减速度恒定，则所用时间为：其中，B为最大制动力，a2为列车减速度；由能量守恒原理，总运动能耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，包括：将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析；四个阶段分别为：以最大牵引力将速度从零提升至最大运行速度v的加速阶段，以最大运行速度v持续运行的巡航阶段，从最大运行速度v开始惰行至速度u的惰行阶段，以及以ATO最大制动力控制停车的制动阶段；采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点，并采用离线方式计算，从而获得进入巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段的最佳位置。

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，包括：将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析；四个阶段分别为：以最大牵引力将速度从零提升至最大运行速度v的加速阶段，以最大运行速度v持续运行的巡航阶段，从最大运行速度v开始惰行至速度u的惰行阶段，以及以ATO最大制动力控制停车的制动阶段；采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点，并采用离线方式计算，从而获得进入巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段的最佳位置。2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，所述对各个阶段的运行工况能耗进行分析包括：加速阶段列车能耗描述为：E1＝(F-W)×s1所用时间为：其中，F为最大牵引力，W为列车运行阻力，a1为列车加速度，s1为加速阶段的列车运行距离；巡航阶段列车能耗描述为：E2＝E-E1＝W×(s2-s1)所用时间为：其中，E为总运动能耗，s2-s1为巡航阶段列车运行距离；惰行阶段无能耗，其所用时间为：u2-v2＝2a(s3-s2)其中，m为列车重量，a为惰行减速度，s3-s2为惰行阶段的列车运行距离，s-s3为制动阶段列车运行距离；制动阶段，假设列车减速度恒定，则所用时间为：其中，B为最大制动力，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋，梁东升，黄康，陈金，尹逊政，孟军，龙广钱，徐伟，曾宪卓，许硕，邓俊，李博，王文龙，王俊高，叶富智，黄苏苏，王芃，史宁娟，付嵩，李廷朵，姜庆阳，陈宁宁，
申请(专利权)人：广州地铁集团有限公司，中国铁道科学研究院通信信号研究所，中国铁道科学研究院，北京市华铁信息技术开发总公司，北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44