[發明專利]面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法

有效

• 申請號: 202010013633.1
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111169513B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 董立靜;邱明富;韓沖沖;魏豐金
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B61L27/00
• 分類號: B61L27/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法。該方法包括：基于列車二階物理模型通過求導得到包含列車急動度項的方程，根據所述包含列車急動度項的方程建立列車的高階動力學模型；利用所述高階動力學模型通過高階非奇異終端滑模控制方法構建列車的面向乘客舒適性的控制模型；利用所述列車的面向乘客舒適性的控制模型運用分布式協同控制方法，使用高階非奇異終端滑模控制方法對多列車進行跟蹤控制。本發明有效地解決乘客乘車舒適性問題以及列車運行安全和運行效率問題，為進一步提升乘車舒適性和對多列車編隊提供了發展方向。實現對自動駕駛列車舒適性的精準控制，提高列車運行效率。

技術領域

本發明涉及列車自動控制技術領域，尤其涉及一種面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法。

背景技術

傳統的自動駕駛列車控制系統，采用經典牛頓力學方程建立二階動力學模型，直接對速度進行控制，控制方法簡單高效。但是控制策略中不包含對急動度的控制，無法有效滿足乘客的高舒適性要求。對于多列車的控制，基于發車間隔的控制無法保障安全性，而基于移動閉塞原理需要在控制指揮中心對列車進行數據的收集和控制，控制的效率有待提高。

NTSM(hybrid nonsingular terminal sliding mode,非奇異終端滑模控制)方法是在滑模控制的基礎上不斷改進得到的控制方法。由于滑模控制本身的相應快和對擾動的不敏感，加上非奇異終端滑模控制方法具有在有限時間收斂和不存在奇異問題等優點，使得該控制方法在自動駕駛列車系統的控制領域有非常廣泛的應用。而高階非奇異終端滑模控制方法通過在滑動超平面的設計中引入非線性函數，其中包含列車的運行急動度，能夠保證在滑模面上跟蹤誤差，能夠在有限時間內收斂到零，同時避免奇異值的產生。

人體舒適度的最佳表征體現在加速度的導數(加加速度或急動度)上，通過設計一種將包含加速度導數的高階控制器對列車進行控制，能夠更好的保證列車的人體舒適度。加加速度在車輛、電梯以及許多機械裝置中的運動工件等日常生活和工程問題中有涉及。人體對力的承受能力有一定限度，因而對加速度的承受也需要控制在一定范圍內。一般地說，當加速度比重力加速度小幾倍時，人體基本能夠忍受，根據實際測試結果，對于運行中汽車，普通乘客在a≤1.8m/s²時感覺不顯著，當加速度達到3.6m/s²時，能夠感受到但尚可忍受，當加速度達到5m/s²時，達到難以忍受的地步。不僅如此，如果加速度值變化過快，會形成沖擊力，因此，人對加加速度的也有一定承受范圍。根據實測數據，人體可忍受的最大加加速度約在0.4-1m/s³，在鐵路運輸設計過程中，通常控制將其控制在0.3-0.5m/s³。

目前，現有技術中的運用多列車的列車發車間隔控制列車運行間隔，安全性得不到保障。隨著城市軌道交通的發展，移動閉塞原理在城軌列車系統中得到了越來越廣泛的應用。

列車自動駕駛系統采用ATP(Automatic Train Protection，列車自動保護)系統進行傳輸列車之間的數據信息，通過地面列車自動監控(ATS，Automatic TrainSupervision)傳輸列車的控制量存在兩個問題，一是傳輸控制帶來的延遲問題，二是列控中心的計算量巨大。

發明內容

本發明的實施例提供了一種面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法，以克服現有技術的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種面向乘客舒適性的多自動駕駛列車分布式協同控制方法，包括：

基于列車二階物理模型通過求導得到包含列車急動度項的方程，根據所述包含列車急動度項的方程建立列車的高階動力學模型；

利用所述高階動力學模型通過高階非奇異終端滑模控制方法構建列車的面向乘客舒適性的控制模型；