[發(fā)明專利]一種列車節(jié)能控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210166277.6
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114379617A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊啟鵬;曾小清
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州知時節(jié)交通科技有限公司;同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: B61L27/20
• 分類號: B61L27/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種列車節(jié)能控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：搭建列車駕駛輔助系統(tǒng)控制端，建立單車定時運行節(jié)能模型，包括以下公式（1）、（2）和（3）；

列車在運行過程中的節(jié)能運行控制目標(biāo)函數(shù)為：

(1)；

其中，E表示列車運行的牽引能耗，表示牽引力使用系數(shù)，s表示列車的運行距離，x為列車位置，F表示列車的最大牽引力，表示列車速度；

根據(jù)列車運行的動力學(xué)特征分析，列車運行的經(jīng)典動力學(xué)方程為：

(2)；

其中，F表示列車的最大牽引力，B表示列車的最大制動力，W表示列車運行的總阻力，M為列車質(zhì)量，表示某個時刻，x為列車位置，表示列車的最大制動力使用系數(shù)；

列車在站間運行滿足約束條件：

(3)；

其中，為x位置的線路限速，為列車運行允許的最大加速度， 為列車站間運行時間；

步驟S2：采用基于巡航速度的遺傳算法模型的求解方法，對列車定時運行節(jié)能模型算法進(jìn)行計算解析，實現(xiàn)最優(yōu)速度曲線的求解，具體包括以下步驟：

（1）基本數(shù)據(jù)輸入，包括線路數(shù)據(jù)、列車特征數(shù)據(jù)、時刻表數(shù)據(jù)及遺傳算法參數(shù)；

（2）線路區(qū)間劃分，根據(jù)基礎(chǔ)線路數(shù)據(jù)將線路劃分為n個區(qū)間，保證每個區(qū)間內(nèi)線路坡度和限速是不變的；

（3）種群初始化，初始化種群P，種群大小為N；初始種群中每個個體對按區(qū)間運行能耗和區(qū)間最優(yōu)巡航速度進(jìn)行離散，得到對應(yīng)的列車運行狀態(tài)矩陣，其中種群中每個個體對應(yīng)一個列車在各區(qū)間運行的能耗和巡航速度，即；其中，表示能耗，表示巡航速度；

（4）對于給定的 ，利用,反推區(qū)間i的最優(yōu)速度曲線，其方法如下：

Step1: 設(shè)列車在區(qū)間運行的初速度為，區(qū)間出口限速為，區(qū)間長度為s，將區(qū)間分成N等分，這樣在劃分后的每個內(nèi)加速度可以認(rèn)為保持不變，計算列車在加速階段的速度序列：

(4)；

其中，E表示列車運行的牽引能耗，F表示列車的最大牽引力，W表示列車運行的總阻力，表示列車i時間點的速度，a表示加速度；

Step2: 令i=i+1并重復(fù)Step1，當(dāng)E=0時且將停止點記為i=k，進(jìn)入Step4，反之當(dāng)且E0時，則列車轉(zhuǎn)入巡航工況，計算列車在巡航工況的速度序列：

(5)；

Step3: 令i=i+1并重復(fù)Step2直至E=0，將停止點記為i=k，進(jìn)入Step4；

Step4: 令i=k+1，并計算列車惰行的速度序列：

(6)；

Step5: 重復(fù)Step4直到列車速度序列與預(yù)先計算的速度防護(hù)曲線相交將停止點記為i=j；

Step6: 從i=j之后的速度序列，利用預(yù)先計算的速度防護(hù)曲線的點作為生成的速度序列；

Step7: 返回計算的最優(yōu)速度序列，并計算區(qū)間運行時間：

(7)；

（5）構(gòu)造遺傳算法目標(biāo)函數(shù),并計算個體適應(yīng)度；

(8)；

式中，為列車運行能耗總值，，，分別為列車運行時間誤差、運行超速、停車定點三個約束的懲罰系數(shù)；表示無約束項的目標(biāo)函數(shù)，表示列車運行時間誤差，表示列車的運行實際用時間，表示規(guī)定的列車站間運行時間，表示運行超速，表示實際運行速度，表示規(guī)定的運行最大速度，表示停車定點誤差，表示實際停車地點，表示規(guī)定的停車地點；

（6）執(zhí)行遺傳算法流程：選擇、交叉、變異直到到達(dá)最大迭代次數(shù)，將最優(yōu)個體標(biāo)記為；

（7）利用生成最優(yōu)的節(jié)能速度曲線，輸出最優(yōu)結(jié)果；

步驟S3：通過信息交互方式生成駕駛輔助信息，對駕駛員進(jìn)行行車指導(dǎo)，當(dāng)列車實際行駛軌跡與最優(yōu)速度曲線產(chǎn)生偏差時，系統(tǒng)可生成相應(yīng)的提示信息。