【技术实现步骤摘要】
一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法
[0001]本专利技术涉及交通安全控制
，尤其是涉及一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法。
技术介绍
[0002]根据中国铁路总公司2019年发布的统计公报，我国高铁运营总长度已增至3.5万公里，占全球高铁的75％。高铁的行程超过22.9亿次，需要巨大的能耗以满足运输需求。从环境保护和可持续发展的角度来看，在满足交通运输要求的同时降低高铁系统的能耗，已经成为高铁行业面临的挑战。考虑到实施成本和效果，最近的一项研究表明，安装具有节能驾驶策略(EEDS)的自动列车运行系统(ATO)和部署能量回收装置是最有应用前景的两项节能措施。其中，EEDS涉及计算最佳速度曲线及其相应控制模式的顺序，从而最大限度地降低能耗；能量回收理论则涉及回收制动过程中动能转化的电能，以实现节能目标。然而，与普通列车相比，在起伏地形上配备自动驾驶和能量回收装置的高速列车的EEDS将更加复杂，由于必须处理现实世界中经常出现的坡度陡峭的轨道、并防止列车超速行驶，在具有陡峭坡度和限速的轨道上行驶的高速列车，特别是在已经达...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据预设的时刻表估算最优牵引巡航速度；S2、利用最优巡航最小时间算法生成能耗近似最优解，该能耗近似最优解对应有近似最优运行轨迹点；S3、判断步骤S2计算结果对应的列车运行时间是否满足时刻表，若满足，则执行S5，否则执行S4；S4、根据S3中列车运行时间和时刻表的时间误差，对最优牵引巡航速度进行迭代更新，之后返回执行S2；S5、利用搜索替换算法对能耗近似最优解进行进一步优化；S6、判断步骤S5计算结果对应的列车运行时间是否满足时刻表，若满足，则结束计算，以当前能耗近似最优解对应的近似最优运行轨迹点作为最优运行轨迹点，否则根据S5计算结果对应的列车运行时间与时刻表的时间误差，重新估算最优牵引巡航速度，再返回依次执行S2和S5；S7、将计算得到的所有最优运行轨迹点连线生成列车运行轨迹，控制列车按照该列车运行轨迹行驶。2.根据权利要求1所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述步骤S1中最优牵引巡航速度具体为：式中，x
f
为线路终点所在的位置，x0为线路起点所在的位置，t(x0)和t(x
f
)分别为时刻表所要求的出发时间和到达时间。3.根据权利要求2所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、假设能量回收率ρ等于1，则此时最优驾驶工况集合包含全力牵引工况、牵引巡航工况、制动巡航工况和全力制动工况，同时，最优牵引巡航速度υ
bq
和最优制动巡航速度υ
bz
相等；S22、目标巡航速度为牵引巡航速度和限速的较小值：将相同的目标巡航速度划分为同一分段，分段目标速度用进行标记，依据分段目标速度，将线路划分为大上坡、大下坡和缓坡，其中大上坡的定义为：使用全力牵引工况，列车的速度仍然下降的坡段，该部分的坡段可以用以下式子进行定义：大下坡的定义为：使用惰行工况，列车速度仍然上升的坡段，该部分的坡段可以用以下式子进行定义：
‑
w0(υ)
‑
w
r
(x)
‑
g(x)＞0其中，为全力牵引最大输出，w0(υ)为基本阻力，w
r
(x)为弯道阻力，g(x)为坡道阻
力，除大上坡和大下坡以外的其余部分均为缓坡；S23、在能量回收效率为1的假设前提下，采用简化的节能驾驶策略，以获得能耗近似最优解。4.根据权利要求3所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括以下步骤：S231、按照行驶顺序，依次进行速度轨迹计算，根据步骤S22的划分结果，若当前分段为大下坡，则执行步骤S232，若当前分段为缓坡，则执行步骤S233，若当前分段为大上坡，则执行步骤S234；S232、在大下坡分段内使用全力牵引工况，得到预计算速度轨迹υ
prec
，如果存在子区段预计算速度轨迹υ
prec
大于i分段的目标速度：则对超过的子区段采用制动巡航工况驾驶，否则的话，预计算速度轨迹就是预计算的结果，之后执行步骤S235；S233、在缓坡分段内使用全力牵引工况，得到预计算速度轨迹υ
prec
，如果存在子区段预计算速度轨迹υ
prec
大于i分段的目标速度：则对超过的子区段采用牵引巡航工况驾驶，否则的话，预计算速度轨迹就是预计算的结果，之后执行步骤S235；S234、在大上坡分段内使用全力牵引工况，得到预计算速度轨迹υ
prec
，即为预计算的结果，之后执行步骤S235；S235、将预计算结果和本段之前所有的i
‑
1段进行合并，得到速度过渡轨迹υ
temp
；S236、如果速度过渡轨迹υ
temp
在本段结束点的速度大于i+1分段的分段目标速度则从本段的结束点开始，以全力制动工况，反向计算速度轨迹υ
back
，寻找反向计算速度轨迹和预计算得到的速度轨迹υ
prec
的首个交点，保留交点左侧预计算得到的速度轨迹和交点右侧反向计算得到的速度轨迹，由此，得到前i个分段的解；如果速度过渡轨迹υ
temp
在本段结束点的速度小于i+1分段的分段目标速度则预计算的结果就是前i个分段的解；S237、计算结束后生成相应的切入协态变量，其中，应用全力制动部分所对应的切入协态变量定义为0，其余部分对应的切入协态变量均定义为1。5.根据权利要求2所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述步骤S4中对最优牵引巡航速度进行迭代更新的计算公式为：其中，γ为偏移因子，ξ为缩放因子，为第k次迭代的列车运行计算时间，为第k次迭代的列车牵引巡航速度。6.根据权利要求4所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：基于替换逻辑调用搜索算法，其中，搜索算法具体为基于一维搜索的斐波那契算法、二分法或枚举法；采用调用的搜索算法，寻找得到对应的替换插入段；结合坡段类型、限速以及最优巡航速度之间的关系，完成替换过程。
7.根据权利要求6所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述替换插入段的计算公式为：替换插入段的计算公式为：该函数的初始值是能耗近似最优解插入区间起点处的值，其中，ω(x)为辅助协态变量，为速度的函数；对于某一特定的插入段，评价函数分两种情况进行计算：如果插入段用于保持列车持续运行，则评价函数的一般形式如下所示：如果插入段用于列车减速运行，则评价函数的一般形式如下所示：其中，评价函数的自变量x是插入段的起点，即为状态转换点，N和M分别是两个常数，0＜＜N＜＜M；d
key1
为关键点的位置，在评价函数E1(x，υ
goal
，d
key
，d
key1
，ω
goal
)中，具体为陡坡段的结束点，在评价函数E2(x，υ
goal
，d
key
)中，则具体为全力制动工况的终点；d
end
为插入段的终点，υ
goal
和ω
goal
在评价函数E1(x，υ
goal
，d
key
，d
key1
，ω
goal
)中具体为插入段终点处的目标速度和目标辅助协态变量，在评价函数E2(x，υ
goal
，d
key
)中，υ
goal
则具体为近似最优解d
key
位置的目标减速速度；υ(d
key
)在大下坡路段条件下需满足υ(d
key
)＞υ
goal
，在大上坡路段条件下需满足υ(d
key
)＜υ
goal
；为在d
key1
点之后辅助伴随变量在插入段速度等于υ
goal
的位置的值。8.根据权利要求7所述的一种交通节能安全运行轨迹规划控制方法，其特征在于，所述替换过程具体包括以下步骤：
S51、如果坡段类型为大上坡，则执行步骤S52；如果坡段类型为大下坡，且则执行步骤S53；如果坡段类型为大下坡，且则执行步骤S54；如果坡段类型为大下坡，且则执行步骤S55；如果坡段类型为缓坡，则执行步骤S56；S52、当前坡段为大上坡，如果则执行步骤S521，否则执行步骤S524；S521、如果该分段仅包含全力牵引工况，则执行步骤S522，如果该分段仅包含全力牵引工况和全力制动工况，则执行步骤S523；S522、按照全力牵引工况，求解方程minE1(x，υ
bq
，d
ESUS
，d
ESUS
，1)＝0，得到解υ1；如果则υ1就是所要寻找的插入段，结束计算；否则的话，从大上坡结束点，以速度分别连接左侧和右侧的近似最优解速度轨迹，得到解υ2，结束计算；S523、按照全力牵引工况—惰行工况—全力制动工况的工序，求解方程E2(x，υ
goal
，d
key
)＝0，得到解υ3，结束计算；S524、如果该分段仅包含全力牵引工况，则近似最优解即为最优解，结束计算；如果该分段仅包含全力牵引工况和全力制动工况，按照惰行工况—全力制动工况的工序，求解方程E2(x，υ
goal
，d
key
)＝0，得到解υ4，结束计算；S53、坡段类型为大下坡，如果该分段...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾小清，应沛然，沈拓，罗智航，冯嘉龙，刘熙，徐钟珂，益西志玛，袁腾飞，岳晓园，刘源，王奕曾，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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