轨道列车及其循环空气制动方法、装置、设备和存储介质制造方法及图纸

技术编号：40779252 阅读：4 留言：0更新日期：2024-03-25 20:24

本发明专利技术公开了一种轨道列车及其循环空气制动方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，涉及轨道列车技术领域，该方法包括：获取轨道列车的运行状态；根据运行状态和预设约束条件，利用预设平稳性目标函数基于梯度下降法，获取制动力的非线性有限集序列；利用预设平稳性目标函数，基于A*算法对非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列；根据目标制动力序列，控制轨道列车的空气制动设备；本发明专利技术通过以有限集的处理方式缩小求解空间，明确决策空间和决策可行域，满足列车自动驾驶的安全和确定性要求；且加入梯度寻优功能提升A*算法的诱导能力，保证非线性的空气制动过程能及时准确地获取制动力，保证循环空气制动的控制效果。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道列车，特别涉及一种轨道列车的循环空气制动方法、装置、电子设备、轨道列车及计算机可读存储介质。

技术介绍

1、目前，轨道列车(如重载货运列车)在大长下坡到运行，需要大量的能量来进行制动，但是当制动能力不足的时候需要采用循环控制制动的方式进行制动。但是这种制动力(如电制力或牵引力)和循环空气制动协同控制的模式，由于线路导致的重力和车钩的物理特性以及空气制动系统的力传递非同步性的共同作用，容易导致纵向力过大的问题，这一问题在重载列车领域尤为明显，使得需要以纵向力最小的方式运行。

2、然而，现有技术中寻找列车运行循环控制制动期间优化的运行机制方面并不令人满意；因此，如何能够提供轨道列车的循环空气制动方案，在非线性的空气制动过程中，及时准确地获取制动力，保证循环空气制动的控制效果，是现今急需解决的问题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种轨道列车的循环空气制动方法、装置、电子设备、轨道列车及计算机可读存储介质，以在非线性的空气制动过程中，及时准确地获取制动力，保证循环空气制动的控制效果。

2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种轨道列车的循环空气制动方法，包括：

3、获取轨道列车的运行状态；其中，运行状态包括运行位置和运行速度；

4、根据所述运行状态和预设约束条件，利用预设平稳性目标函数基于梯度下降法，获取制动力的非线性有限集序列；其中，所述制动力为电制力或牵引力，所述非线性有限集序列为各制动力序列的集合；

5、利用所述预设平稳性目标函数，基于a*算法对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列；

6、根据所述目标制动力序列，控制所述轨道列车的空气制动设备。

7、可选的，所述预设平稳性目标函数为其中，j为所述预设平稳性目标函数，vi为节点i处的速度，δs为预设节点间隔距离，δs＝si+1-si，si为列车行程中预设节点，i＝0,1,2,…,n-1；n为预设节点总数；所述非线性有限集序列包括所述运行位置与已知终止位置之间各节点处的制动力。

8、可选的，所述根据所述运行状态和预设约束条件，利用预设平稳性目标函数基于梯度下降法，获取制动力的非线性有限集序列，包括：

9、根据所述预设约束条件，配置操纵序列；其中，所述操纵序列为u(u0,u1,…,un-1)，为节点i处的制动力，flim(·)为所述预设约束条件对应的约束函数；

10、根据所述操纵序列，将所述运行状态作为初始状态，配置初始状态序列；其中，所述初始状态序列为(x0,x1,…,xn)，所述初始状态为x0，所述初始状态包括运行位置s0和运行速度v0，si+1＝si+δs，sn为已知终止位置，m为所述轨道列车的质量，framp(si)为坡道阻力，fcurve(si)为弯道阻力，fbasic(vi)为基本阻力，fair(si,vi)为空气制动系统产生的制动力；

11、根据所述初始状态序列和所述预设平稳性目标函数对应的梯度下降计算公式，得到所述非线性有限集序列；其中，所述预设平稳性目标函数为所述梯度下降计算公式为所述非线性有限集序列为ω＝{u(ui,ui+1,…,un-1),ui∈ωi}，ωi＝{uω,i|uω,i＝ui+j·▽ji,j＝0,1,2,…,k}，ωi为节点i对应的制动力的集合，k为节点i处的分支个数。

12、可选的，所述利用所述预设平稳性目标函数，基于a*算法对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列，包括：

13、根据所述操纵序列，利用所述a*算法的启发函数，对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取最优制动力序列；其中，所述启发函数为f*(u)＝g*(u)+h*(u)，g*(u)为从初始状态x0转移到当前状态xi的代价，h*(u)为从当前状态xi转移到目标状态xn的代价，m为所述轨道列车的质量，framp(si)为坡道阻力，fcurve(si)为弯道阻力，fbasic(vi)为基本阻力，fair(si,vi)为空气制动系统产生的制动力，vopt为最优缓解状态的速度；

14、根据所述预设平稳性目标函数，计算所述非线性有限集序列中全部制动力序列各自对应的平稳性目标函数值，并判断所述最优制动力序列对应的平稳性目标函数值是否为最小平稳性目标函数值；

15、若是，则确定最优制动力序列为所述目标制动力序列；

16、若否，则利用所述最小平稳性目标函数值对应的制动力序列更新所述操纵序列，并执行所述根据所述操纵序列，利用所述a*算法的启发函数，对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取最优制动力序列的步骤。

17、可选的，所述根据所述操纵序列，利用所述a*算法的启发函数，对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取最优制动力序列，包括：

18、令i等于0；

19、利用所述启发函数，计算当前状态xi对应的全部制动力序列的启发函数值；

20、利用所述启发函数值最小的制动力序列中的更新操纵序列的ui；

21、判断i是否小于n-1；

22、若小于n-1，则令i＝i+1，并执行所述利用所述启发函数，计算当前状态xi对应的全部制动力序列的启发函数值的步骤；

23、若等于n-1，则判断在操纵序列的作用下，目标状态xn的最终速度vn是否在列车缓解速度约束范围内；

24、若在所述列车缓解速度约束范围内，则将所述操纵序列作为所述最优制动力序列，并执行所述根据所述预设平稳性目标函数，计算所述非线性有限集序列中全部制动力序列各自对应的平稳性目标函数值，并判断所述最优制动力序列对应的平稳性目标函数值是否为最小平稳性目标函数值的步骤；

25、若不在所述列车缓解速度约束范围内，通过g*(u)＝g*(u)+f*(u)更新g*(u)，并执行所述令i等于0的步骤。

26、可选的，所述预设约束条件包括列车速度相关制动力约束、线路相关制动力约束、加速度约束、牵引手柄操纵约束和最优缓解状态约束中的至少一项。

27、可选的，所述预设约束条件包括所述列车速度相关制动力约束、所述线路相关制动力约束、所述加速度约束、所述牵引手柄操纵约束和所述最优缓解状态约束；

28、所述列车速度相关制动力约束为fi为节点i处的制动力，ft,max(vi)为所述轨道列车所能施加的最大牵引力，fe,max(vi)为所述轨道列车所能施加的最大电制力；

29、所述线路相关制动力约束为xi为节点i处的位置，fl,max(xi,vi)为所述轨道列车在xi位置处所允许的最大牵引力，fl,min(xi,vi)为所述轨道列车在xi位置处所允许的最小电制力；

30、所述加速度约束为amin≤ai≤amax；ai为节点i处的加速度，amin为列车最小加速度，amax为列车最大加速度；

31、所述最优缓解状态约束为vn、sn和fn分别为当前节点的速度、位置和制动力，v本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述预设平稳性目标函数为其中，J为所述预设平稳性目标函数，vi为节点i处的速度，Δs为预设节点间隔距离，Δs＝si+1-si，si为列车行程中预设节点，i＝0,1,2,…,n-1；n为预设节点总数；所述非线性有限集序列包括所述运行位置与已知终止位置之间各节点处的制动力。

3.根据权利要求2所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述运行状态和预设约束条件，利用预设平稳性目标函数基于梯度下降法，获取制动力的非线性有限集序列，包括：

4.根据权利要求1所述的循环空气制动方法，其特征在于，所述利用所述预设平稳性目标函数，基于A*算法对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列，包括：

5.根据权利要求4所述的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述操纵序列，利用所述A*算法的启发函数，对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取最优制动力序列，包括：

6.根据权利要求1所述的轨道列车的循

7.根据权利要求6所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述预设约束条件包括所述列车速度相关制动力约束、所述线路相关制动力约束、所述加速度约束、所述牵引手柄操纵约束和所述最优缓解状态约束；

8.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述目标制动力序列，控制所述轨道列车的空气制动设备之前，还包括：

9.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述运行状态和预设约束条件，利用预设平稳性目标函数基于梯度下降法，获取制动力的非线性有限集序列之前，还包括：

10.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述目标制动力序列，控制所述轨道列车的空气制动设备之后，还包括：

11.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述利用所述预设平稳性目标函数，基于A*算法对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列之后，还包括：

12.一种轨道列车的循环空气制动装置，其特征在于，包括：

13.一种电子设备，其特征在于，包括：

14.一种轨道列车，其特征在于，包括：如权利要求13所述的电子设备。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至11任一项所述的轨道列车的循环空气制动方法的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述预设平稳性目标函数为其中，j为所述预设平稳性目标函数，vi为节点i处的速度，δs为预设节点间隔距离，δs＝si+1-si，si为列车行程中预设节点，i＝0,1,2,…,n-1；n为预设节点总数；所述非线性有限集序列包括所述运行位置与已知终止位置之间各节点处的制动力。

4.根据权利要求1所述的循环空气制动方法，其特征在于，所述利用所述预设平稳性目标函数，基于a*算法对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取目标制动力序列，包括：

5.根据权利要求4所述的循环空气制动方法，其特征在于，所述根据所述操纵序列，利用所述a*算法的启发函数，对所述非线性有限集序列进行迭代寻优，获取最优制动力序列，包括：

6.根据权利要求1所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于，所述预设约束条件包括列车速度相关制动力约束、线路相关制动力约束、加速度约束、牵引手柄操纵约束和最优缓解状态约束中的至少一项。

7.根据权利要求6所述的轨道列车的循环空气制动方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚敬，梅文庆，刘勇，张征方，江帆，史可，钟谱华，易杰，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人