一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统及方法，包括：无线通信单元，用于使用无线通信技术实现前后轨道车辆之间的自动通信连接；自感知识别单元，用于在车辆进入虚拟联挂运营模式时，自主识别前方车辆，并实时感知测量两车辆运行状态信息，包括：车辆动力学参数、车辆间的相对距离、相对速度和加速度信息；相对制动距离运算单元，用于根据实时感知的车辆状态信息，以导向安全为目标，实时计算前后车辆相对制动距离；自适应追踪控制单元，用于基于前车的牵引制动力，采用自适应奖惩方法确定后车的期望牵引制动力；以前后车辆之间的距离始终大于相对制动距离为约束条件，以所述期望牵引制动力控制后车自适应追踪运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及轨道车辆虚拟联挂
，尤其涉及一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在城市轨道交通中，由于潮汐客流现象经常造成局部地区的客流集聚、车站拥堵，导致线网运输能力下降甚至瘫痪，严重影响着城市轨道交通的运营质量和乘客体验；同时面对潮汐客流，大站快车等异构场景下的运力需求差异，传统固定编组车辆无法满足当前的运营场景需求。
[0004]缩短轨道车辆的追踪间隔，可以提高城市轨道交通的运力。但是，当前基于传统的CBTC(基于通信的轨道车辆自动控制系统)信号系统调度控制模式下，无法做到车车通信，也就无法做到车辆间协同编队运行，这无疑使得轨道车辆间追踪距离难以进一步缩小，极大地浪费了线路资源，同时限制了线路运行效率。
[0005]随着车车通信技术和车地通信技术的发展，使得轨道车辆之间可以实时共享彼此的运行状态信息，于是仍有可能在移动闭塞的基础上进一步缩短列车间的追踪间隔距离，从而出现了虚拟编组这一概念。
[0006]但是，现有的虚拟编组方案基于信号系统的控制系统完成对编组内车辆的控制，车辆系统架构受信号系统约束，且在人工模式下无法实现车辆的虚拟编组；同时，现有虚拟联挂控制模式下两车辆之间的距离为固定安全阈值，无法根据车辆之间实际运行状态而动态调整，影响运输效率。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统及方法，使用冗余可靠的无线通信技术使轨道车辆以等同物理车钩连接的方式编组运行，同时利用自适应奖惩追踪控制，实现撞软墙的追踪策略，尽可能缩小追踪间隔，同时确保虚拟联挂控制在任何场景下导向安全。
[0008]根据本专利技术实施例的第一个方面，提供了一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统，包括：
[0009]无线通信单元，用于使用无线通信技术实现前后轨道车辆之间的自动通信连接；
[0010]自感知识别单元，用于在车辆进入虚拟联挂运营模式时，自主识别前方车辆，并实时感知测量两车辆运行状态信息，包括：车辆动力学参数、车辆间的相对距离、相对速度和加速度信息；
[0011]相对制动距离运算单元，用于根据实时感知的车辆状态信息，以导向安全为目标，实时计算前后车辆相对制动距离；其中，导向安全指的是当车辆出现异常故障时，系统的设
计能保证车辆安全停车防止车辆出现碰撞。
[0012]自适应追踪控制单元，用于基于前车的牵引制动力，采用自适应奖惩方法确定后车的期望牵引制动力；
[0013]以前后车辆之间的距离始终大于相对制动距离为约束条件，以所述期望牵引制动力控制后车自适应追踪运行。
[0014]作为进一步地方案，实时计算前后车辆相对制动距离，具体为：
[0015]虚拟连挂后车制动系数与后车实时速度与初始速度的平方差的乘积，减去虚拟连挂前车制动系数与前车实时速度与初始速度的平方差的乘积，再加上后车因通信延迟行驶的距离以及距离的安全裕量。
[0016]作为进一步地方案，采用自适应奖惩策略确定后车的牵引制动力，具体为：
[0017]后车的牵引制动力等于前车的实际牵引制动力的设定倍数K与轨道车辆基本阻力的加和；其中，所述设定倍数K根据轨道车辆所处的运动阶段，虚拟连挂的前车速度和后车速度，以及自适应奖励/惩罚系数自适应计算确定。
[0018]作为进一步地方案，所述设定倍数K具体为：
[0019][0020]其中，λ为牵引过程中自适应奖励系数，ξ1、ξ2分别为制动过程中自适应惩罚系数，V
l
(t)为t时刻虚拟联挂前车的实时速度，V
f
(t)为t时刻虚拟联挂后车的实时速度，V0为初始速度，S
t
表示车辆处于牵引阶段、S
i
表示车辆处于巡航阶段、S
b
表示车辆处于制动阶段；a
f
表示t时刻虚拟联挂前后车的实时加速度。
[0021]作为进一步地方案，所述自适应奖惩策略满足如下约束条件：
[0022]在自适应控制t，两车实际距离大于安全距离；
[0023]车辆纵向冲击小于设定值，以保障乘客舒适性。
[0024]作为进一步地方案，所述无线通信单元采用私有的自组网协议，实现虚拟联挂车辆间的自动连接。
[0025]作为进一步地方案，还包括：
[0026]安全防护单元，用于实现虚拟联挂车辆在任意工况下的防撞控制。
[0027]作为进一步地方案，还包括：
[0028]实时监控单元，用于实时监控并显示当前车辆的运行状态信息，包括但不限于车辆基本信息，牵引制动状态，虚拟联挂模式下的两车实时追踪距离、速度差，以及车辆防护预警信息。
[0029]根据本专利技术实施例的第二个方面，提供了一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制方法，包括：
[0030]在虚拟联挂运营模式下，实时获取前后车辆运行状态信息、前后车辆间的相对距离、相对速度信息以及加速度信息；
[0031]基于所述信息实时计算前后车辆的相对制动距离；
[0032]基于前车的牵引制动力，采用自适应奖惩方法确定后车的期望牵引制动力；
[0033]以前后车辆之间的距离始终大于相对制动距离为约束条件，以所述期望牵引制动力控制后车自适应追踪运行。
[0034]作为进一步地方案，后车的牵引制动力等于前车的实际牵引制动力的设定倍数K与轨道车辆基本阻力的加和；其中，所述设定倍数K根据轨道车辆所处的运动阶段，虚拟连挂的前车速度和后车速度，以及自适应奖励/惩罚系数自适应计算确定。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036](1)本专利技术计算相对制动距离时，对于虚拟联挂的前车，考虑最理想的制动情况，对应车辆最短的制动距离；对于虚拟联挂的后车，考虑最不理想的制动情况，对应车辆最长的制动距离。在运营过程中基于导向安全为第一原则，保证两车停止时相互的间隔大于等于安全余量，从而保证虚拟编组追踪车辆在主控车(前车)突然紧急制动停车时，不会发生碰撞。
[0037](2)本专利技术通过自适应奖惩追踪控制策略，以辆车间的距离不小于相对制动距离为控制目标，确定后车在不同运行阶段下的牵引制动力，控制后车以最优追踪间隔为目标实时调节追踪控制。
[0038]本专利技术附加方面的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
[0039]图1为本专利技术实施例中轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统结构示意图；
[0040]图2为本专利技术实施例中相对制动过程示意图；
[0041]图3为本专利技术实施例中相对制动距离运算示意图；
[0042]图4为本专利技术实施例中自适应追踪控制过程示意图；
[0043]图5(a)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统，其特征在于，包括：无线通信单元，用于使用无线通信技术实现前后轨道车辆之间的自动通信连接；自感知识别单元，用于在车辆进入虚拟联挂运营模式时，实时感知测量前后两车辆的运行状态信息，所述运行状态信息包括：车辆动力学参数、车辆间的相对距离、相对速度和加速度信息；相对制动距离运算单元，用于根据实时感知的车辆状态信息，以导向安全为目标，实时计算前后车辆的相对制动距离；自适应追踪控制单元，用于基于前车的牵引制动力，采用自适应奖惩方法确定后车的期望牵引制动力；以前后车辆之间的距离始终大于相对制动距离为约束条件，以所述期望牵引制动力控制后车自适应追踪运行。2.如权利要求1所述的一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统，其特征在于，相对制动距离运算单元实时计算前后车辆相对制动距离，具体为：虚拟连挂后车制动系数与后车实时速度与初始速度的平方差的乘积，减去虚拟连挂前车制动系数与前车实时速度与初始速度的平方差的乘积，再加上后车因通信延迟行驶的距离以及距离的安全裕量。3.如权利要求1所述的一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统，其特征在于，自适应追踪控制单元采用自适应奖惩方法确定后车的期望牵引制动力，具体为：后车的牵引制动力等于前车的实际牵引制动力的设定倍数K与轨道车辆基本阻力的加和；其中，所述设定倍数K根据轨道车辆所处的运动阶段，虚拟连挂的前车速度和后车速度，以及自适应奖励/惩罚系数自适应计算确定。4.如权利要求3所述的一种轨道车辆的虚拟联挂追踪控制系统，其特征在于，所述设定倍数K具体为：其中，λ为牵引过程中自适应奖励系数，ξ1、ξ2分别为制动过程中自适应惩罚系数，V
l
(t)为t时刻虚拟联挂前车的实时速度，V
f
(t)为t时刻虚拟联挂后车的实时速度，V0为初始速度，S
t
表示车辆处于牵引阶段、S

【专利技术属性】
技术研发人员：车聪聪，侯成滨，崔玉龙，王云飞，鉴纪凯，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：