[發明專利]一種通過陡坡路段的列車快速節能優化方法及裝置

有效

• 申請號: 202010581971.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111688760B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 葉昊;周昊;江明;陳志強;王佳;翟守超;董煒
• 申請（專利權）人: 北京全路通信信號研究設計院集團有限公司;清華大學
• 主分類號: B61L25/02
• 分類號: B61L25/02;B61L27/40;G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍

本發明涉及一種通過陡坡路段的列車快速節能優化方法及裝置，所述方法包括：所述列車通過坡度路段時，將列車的行駛位置x與最優駕駛工況切換點X_switch比較后切換為最優駕駛工況，所述最優駕駛工況切換點X_switch的公式表示為本發明提供的通過陡坡路段的列車快速節能優化方法計算量小，滿足列車實時性要求，可以在列車速度曲線規劃系統中直接應用。

技術領域

本發明屬于數據優化處理系統和方法領域，特別涉及一種通過陡坡路段的列車快速節能優化方法及裝置。

背景技術

城市軌道交通系統作為公共交通的主干線，是國家重要的基礎設施。因其運量充足、安全舒適、準點率高以及節能環保等優勢，在推動城市可持續發展，加快城市化進程中起到不可或缺的作用。目前，我國鐵路正穩步邁進“八縱八橫”新時代，至2019年年末，中國鐵路營業里程達到13.9萬公里以上，其中高鐵占3.5萬公里，居世界第一。軌道交通系統在為人類的生活提供巨大便利的同時，由于運營里程的不斷增加，列車能耗始終維持高位運行并不斷攀升。能源消耗過大已成為目前軌道交通系統所面臨的巨大問題之一，因此列車的節能駕駛成為一種必然趨勢。列車節能優化問題旨在解決滿足安全、準時、舒適、區間限速等約束條件下，尋找最優能耗所對應的速度-位置曲線或運行檔位操作序列的優化問題。由于列車運行路段受地勢起伏影響，運行過程中坡度不斷變化，如何處理坡度變化在列車節能領域值得研究。為處理變化坡度問題，列車使用巡航工況維持穩定速度來通過坡度較為平緩的路段以實現節能。針對陡坡問題，現有文獻有使用共軛方程微分等式的積分計算工況切換位置，其復雜度依賴于線路坡度及區間限速條件的復雜程度。現有文獻還有采用自適應Runge-Kutta方法對下一狀態速度和伴隨變量進行逐步前向計算，在通過陡坡時改變列車運行工況并使用迭代方法計算發生控制更改的最優切換點。另外的現有技術將列車運動學模型離散化后，使用序列二次規劃算法求解列車的動能闖坡點，實現局部路段能耗最優。

中國專利CN 105243430 B針對陡坡問題使用平均速度等效法，雖然對優化問題進行簡化，但是仍需使用迭代方法搜索，對計算性能存在要求，同時該專利中未考慮陡坡路段區間限速問題；中國專利CN 110490367 A僅考慮了基于極大值原理的列車駕駛方法，對于陡坡路段的駕駛模式切換方法并未給出快速性解法。

現有的針對陡坡的速度曲線的規劃方法存在主要不足在于其復雜的計算量。當前列車自動駕駛(Automatic Train Operation,ATO)系統計算能力有限，復雜算法難以滿足計算周期的實時性要求，同時ATO算法采用定點數而非浮點數，復雜計算往往會帶來舍入誤差大等問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種通過陡坡路段的列車快速節能優化方法。

本發明的通過陡坡路段的列車快速節能優化方法，包括：所述列車通過單段坡度路段時，將所述列車的行駛位置x與最優駕駛工況切換點X_switch比較后切換為最優駕駛工況，所述最優駕駛工況切換點X_switch的公式表示為：

其中，

X_switch表示最優駕駛工況切換點，X₁表示第1段坡度路段等效距離，A_lower表示所述列車通過多段連續下陡坡路段時等效加速度對角矩陣，L_lower表示連續下陡坡路段長度矩陣，r(v)表示所述列車的行駛速度為v時所述列車的運行阻力，V表示過陡坡路段巡航速度，V_lower表示下界曲線最低速度，g₀表示重力加速度，θ₁表示第1段坡所對應等效坡度，g(x)r(V)表示下陡坡路段，g(x)為所述行駛位置x處的重力加速度與彎道阻力等效加速度綜合后加速度；