城市轨道交通列车运行控制方法技术

本发明专利技术公开了城市轨道交通列车运行控制方法，包括步骤：1)建立单列列车在牵引、制动、惰行三种工况下的合力模型，从而构建基于动力学的单列车运动模型；2)建立单列列车的运行仿真模型，包括列车起动阶段、加速阶段、惰行阶段、进站制动阶段、停站阶段、折返阶段；3)建立基于列车运行计划的列车群追踪运行仿真模型，包括列车区间追踪间隔保持阶段、列车车站间隔保持阶段、高峰期加车阶段、平峰期退车阶段。考虑了列车起动、牵引、惰行、制动工况的转换等完整运行过程，可以根据轨道、车辆、载客量条件，分析测算列车区间运行时分、全程运行时间、运行图周期、区间即时速度、技术速度、旅行速度、平均运行速度，甚至列车能耗、操纵数据。

Train operation control method of Urban Rail Transit

The invention discloses a train operation control method of urban rail transit, which comprises the steps of: 1) establishing a resultant force model of a single train under three working conditions of traction, braking and coasting, so as to build a single train motion model based on dynamics; 2) establishing a single train operation simulation model, including train starting stage, acceleration stage, coasting stage, arrival braking stage, stopping stage Turn back stage; 3) establish train group tracking operation simulation model based on train operation plan, including train interval tracking interval maintenance stage, train station interval maintenance stage, peak loading stage and peak return stage. Taking into account the complete operation process of train starting, traction, coasting, braking condition conversion, etc., according to the conditions of track, vehicle and passenger capacity, it can analyze and calculate the operation time, the whole operation time, the operation chart cycle, the real-time speed, technical speed, travel speed, average operation speed, even the energy consumption and operation data of the train.

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通列车运行控制方法
本专利技术涉及城市轨道交通列车开行计划的
，具体而言，涉及城市轨道交通列车运行控制方法。
技术介绍
中国专利技术专利CN109377037A公开了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统，该方法及系统充分考虑了地铁出行起讫点客流数据，确定各时段的峰期类型，能够为城市轨道交通运营过程中峰期设置提供可靠的制定方法。中国专利技术专利CN107766969A公开了一种基于地铁服务能力瓶颈区段识别的大站快线布设方法，该方法考虑了地铁服务能力瓶颈区段的地铁运输能力和断面客流以及站点数、线路长度、载客能力的约束，利用遗传算法确定地面公交大站快线服务停靠的站点，使得地铁服务能力瓶颈区段的客流断面饱和度平均值最小，缓解地铁服务能力瓶颈区段的供求矛盾。中国专利技术专利CN104866931A公开一种基于大站停车和多站协同限流的地铁客流组织方法，该方法克服了孤立、静态考虑单个车站限制客流的局限性，考虑了各个车站客流变化对相邻车站的影响，把车站和线路作为一个整体，使得整条线路的客流变化动态联系起来，比既有的单站限流方案有明显的改善。上述现有技术均未考虑列车的实际牵引过程，也未考虑列车的真实运行环境，无法对列车的开行计划进行适应性地实时调整。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供城市轨道交通列车运行控制方法，以解决现有技术中未考虑列车的实际牵引过程和真实运行环境，无法对列车的开行计划进行适应性地实时调整的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了城市轨道交通列车运行控制方法。该方法包括以下步骤：1)建立单列列车在牵引、制动、惰行三种工况下的合力模型，从而构建基于动力学的单列车运动模型；2)建立单列列车的运行仿真模型，包括列车起动阶段、加速阶段、惰行阶段、进站制动阶段、停站阶段、折返阶段；3)建立基于列车运行计划的列车群追踪运行仿真模型，包括列车区间追踪间隔保持阶段、列车车站间隔保持阶段、高峰期加车阶段、平峰期退车阶段。基于列车牵引计算理论，考虑了列车起动、牵引、惰行、制动工况的转换等完整运行过程，可以根据轨道、车辆、载客量条件，分析测算列车区间运行时分、全程运行时间、运行图周期、区间即时速度、技术速度、旅行速度、平均运行速度，甚至列车能耗、操纵数据。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来辅助对本专利技术的理解，附图中所提供的内容及其在本专利技术中有关的说明可用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术城市轨道交通列车运行控制方法的速度时分曲线。图2为本专利技术城市轨道交通列车运行控制方法的移动闭塞原理示意图。图3为本专利技术城市轨道交通列车运行控制方法的单列列车运行逻辑的流程图。图4为本专利技术城市轨道交通列车运行控制方法的列车群运行逻辑的流程图。图5为本专利技术城市轨道交通列车运行控制方法的追踪运行的方法的流程图。图6为本专利技术实施例1的城市轨道交通列车运行控制方法的列车牵引制动特性曲线。图7为本专利技术实施例1的城市轨道交通列车运行控制方法的实迹运行图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本专利技术。在结合附图对本专利技术进行说明前，需要特别指出的是：本专利技术中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。此外，下述说明中涉及到的本专利技术的实施例通常仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。关于本专利技术中术语和单位。本专利技术的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本专利技术的城市轨道交通列车运行控制方法包括以下步骤：一、建立单列列车在牵引、制动、惰行三种工况下的合力模型，从而构建基于动力学的单列车运动模型；1.1坡道处理轨道平面并不是平坦的，存在上下坡，对列车的运行会产生一定的影响。根据《牵引计算规程》TB/T1407-1998(下文简称《牵规》)，单位坡道附加阻力具体公式如下所示：ωi＝ig(1)其中，i为列车当前所在线路的坡度，负值代表上坡，正值代表下坡；g为重力加速度。1.2曲线处理轨道线路由于站点的设置，难免产生一定的曲线。曲线轨道附加阻力大小与曲线半径、列车速度、轨距、曲线外轨超高等因素相关，采用理论计算方法难以得出具体数值，根据《牵规》，其单位阻力公式如下所示：ωr＝600g/R(2)其中，R为列车所在线路的曲率半径。1.3机车动力列车机车提供的牵引力通过查询厂家提供的列车牵引特性曲线查得，具体速度下的牵引动力可以通过插值法计算，即取牵引力特性曲线上已知的两点(v1,F1)，(v2,F2)，(vx,Fx)位于(v1,F1)和(v2,F2)之间，速度vx已知，牵引力Fx如下所示：则列车单位重量的牵引力大小为：其中，M为列车重量，Fx'为单位重力的列车牵引力。1.4列车基本阻力基本阻力是指列车在运行过程中由于列车机械设备摩擦、空气阻力等因素而产生的固有阻力，其具体的计算公式因列车机械设备传动特性和空气动力学外壳的不同而难以计算，一般是通过厂商的牵引实验来确定，对于不同的车型，列车基本阻力经验公式不同，根据《牵规》，列车的单位基本阻力计算公式为：ω0＝a+bv+cv2(5)其中，ω0为列车基本阻力，v为列车车速，a,b,c为实验得出的经验常数。1.5机车制动力计算列车机车提供的制动力是由安装在机车和车辆上的制动装置产生的，数值通过查询厂家提供的电制动力-速度曲线查得，一般为恒定的数值，不随列车速度大小的变化而变化，在此使用符号ωf表示列车所受单位制动力。1.6列车合力模型牵引工况合力模型：列车受到牵引力、基本运行阻力和附加阻力影响F＝F'x-ω0-ωi-ωr(6)惰行工况合力模型：列车不受牵引力影响F＝-ω0-ωi-ωr(7)制动工况合力模型：列车受到制动力、基本运行阻力和附加阻力影响F＝-ωf-ω0-ωi-ωr(8)1.7列车运动方程计算模型根据牛顿第二运动定律，列车所受合力产生的加速度公式为：其中，F根据1.6中的三种形式来进行取值最终得到列车的运动模型如下：其中，Δt为仿真模型计算间隔，vt和vt+1分别为计算间隔前后列车的速度，St和St+1分别为计算间隔前后列车的里程。1.8列车运行过程列车在起动阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城市轨道交通列车运行控制方法，包括以下步骤：/n1)建立单列列车在牵引、制动、惰行三种工况下的合力模型，从而构建基于动力学的单列车运动模型；/n2)建立单列列车的运行仿真模型，包括列车起动阶段、加速阶段、惰行阶段、进站制动阶段、停站阶段、折返阶段；/n3)建立基于列车运行计划的列车群追踪运行仿真模型，包括列车区间追踪间隔保持阶段、列车车站间隔保持阶段、高峰期加车阶段、平峰期退车阶段。/n

【技术特征摘要】
1.城市轨道交通列车运行控制方法，包括以下步骤：
1)建立单列列车在牵引、制动、惰行三种工况下的合力模型，从而构建基于动力学的单列车运动模型；
2)建立单列列车的运行仿真模型，包括列车起动阶段、加速阶段、惰行阶段、进站制动阶段、停站阶段、折返阶段；
3)建立基于列车运行计划的列车群追踪运行仿真模型，包括列车区间追踪间隔保持阶段、列车车站间隔保持阶段、高峰期加车阶段、平峰期退车阶段。


2.如权利要求1所述的城市轨道交通列车运行控制方法，其特征在于：
单列车运动模型：



其中，Δt为计算间隔，vt和vt+1分别为计算间隔前后列车的速度，St和St+1分别为计算间隔前后列车的里程，列车所受合力产生的加速度a＝Fg，F为单列列车在牵引、制动、惰行中任一种工况下所产生的单位合力，g为重力加速度。


3.如权利要求2所述的城市轨道交通列车运行控制方法，其特征在于：
单列车合力模型：
牵引工况合力模型：F＝F′x-ω0-ωi-ωr；
惰性工况合力模型：F＝-ω0-ωi-ωr；
制动工况合力模型：F＝-ωf-ω0-ωi-ωr；
其中，列车单位重量的牵引力F′x＝1000Fx/(Mg)，牵引力(v1,F1)和(v2,F2)分别为牵引力特性曲线上已知的两点，(vx,Fx)位于(v1,F1)和(v2,F2)之间，M为列车重量；
列车的单位基本阻力ω0＝a+bv+cv2，v为列车车速，a、b和c为实验得出的经验常数；
单位坡道附加阻力ωi＝ig，i为列车当前所在线路的坡度，负值代表上坡，正值代表下坡；
列车单位阻力ωr＝600g/R，R为列车所在线路的曲率半径；
ωf为列车所受单位制动力。


4.如权利要求1所述的城市轨道交通列车运行控制方法，其特征在于：
单列列车运行仿真模型：
step1：根据列车当前位置S获取前车位置Sb-t、前车站位置Sb-s和前后列车对象，根据列车运动模型和列车牵引制动特性曲线计算列车制动运行至速度0的制动距离Lb；
step2：取前车位置Sb-t，附加安全距离Ls，前车站位置Sb-s，设定目的地St＝min(Sb-t-Ls,Sb-s)；
step3：比较制动距离Lb与列车当前位置S和目的地St之间的距离，若St-S＞Lb，则跳至step4，反之，跳至step5；
step4：列车按照牵引-惰行对方式运行；
step5：列车制动运行；
step6：判断列车是否到达目的地St，若已到达，则列车停站或折返，反之，回到step1。


5.如权利要求1所述的城市轨道交通列车运行控制方法，其特征在于：
列车群追踪运行仿真模型：
step1：设定仿真结束时间点Tend、早高峰开始时间Ta-s、早高峰结束时间Ta-e、晚高峰开始时间Tp-s、晚高峰结束时间Tp-e、高峰追踪间...

【专利技术属性】
技术研发人员：石红国，柴山青，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51