发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何降低控制方法的复杂度,实现列车的节能自动驾驶,并利于工程实现。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供了一种列车自动驾驶系统节能控制方法,所述方法包括以下步骤:
S1:根据区间计划运营时间查询数据库,获得对应的列车的速度上限和速度门限,所述数据库中存有运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系;
S2:在列车运行的过程中列车先进入加速阶段,在列车运行的加速阶段中,通过提供牵引力控制列车的速度到达所述速度上限,则列车运行进入巡航阶段;
S3:在列车运行的巡航阶段,先撤去牵引力,当列车的速度下降至所述速度门限时,再提供牵引力,使列车的速度再恢复至所述速度上限,反复提供牵引力和撤去牵引力,使列车的速度控制在所述速度上限和所述速度门限之间,直至列车进入进站制动阶段;
S4:在列车运行的进站制动阶段,则提供制动力控制列车速度逐渐减小,直至列车进入精确停车阶段;
S5:在列车运行的精确停车阶段,则提供更为稳定的制动力,并使列车在预设位置精确停稳。
优选地,步骤S1之前还包括步骤:
S0:获取列车在当前区间内的区间计划运营时间。
优选地,步骤S1中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系通过以下步骤获得:
S101:将当前区间内的列车的速度上限和速度门限均设为列车在当前区间内允许运行的最大速度,计算当前区间内的列车的速度上限和速度门限均等于列车在当前区间内允许运行的最大速度时,列车运行的最短运营时间,并将所述最短运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系存入所述数据库;
S102:将所述最短运营时间与区间标准运营时间进行比较,若所述最短运营时间小于所述区间标准运营时间,则执行步骤S103,否则不进行后续步骤;
S103:判断所述速度门限的值是否大于零,若是,则执行步骤S104,否则将所述速度门限的值取零,并执行步骤S107;
S104:将所述速度门限减小第一预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行步骤S105,否则不进行后续步骤;
S105:判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行步骤S106,否则执行步骤S103;
S106:判断是否已经达到第一预设循环次数,若是,则不进行后续步骤,否则执行步骤S103;
S107:判断所述速度上限的值是否大于零,若是,则执行步骤S108,否则,不执行后续步骤;
S108:将所述速度上限减小第二预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行步骤S109,否则不执行后续步骤;
S109:判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行步骤S110,否则,执行步骤S107;
S110:判断是否已经达到第二预设循环次数,若是,则不进行后续步骤,否则执行步骤S107。
本发明还公开了一种列车自动驾驶系统节能控制系统,所述系统包括:
查询模块,用于根据区间计划运营时间查询数据库,获得对应的列车的速度上限和速度门限,所述数据库中存有运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系;
加速阶段控制模块,用于在列车运行的过程中列车先进入加速阶段,在列车运行的加速阶段中,通过提供牵引力控制列车的速度到达所述速度上限,则列车运行进入巡航阶段;
巡航阶段控制模块,用于在列车运行的巡航阶段,先撤去牵引力,当列车的速度下降至所述速度门限时,再提供牵引力,使列车的速度再恢复至所述速度上限,反复提供牵引力和撤去牵引力,使列车的速度控制在所述速度上限和所述速度门限之间,直至列车进入进站制动阶段;
制动阶段控制模块,用于在列车运行的进站制动阶段,则提供制动力控制列车速度逐渐减小,直至列车进入精确停车阶段;
停车阶段控制模块,用于在列车运行的精确停车阶段,则提供更为稳定的制动力,并使列车在预设位置精确停稳。
优选地,所述系统还包括:
计划时间获取模块,用于获取列车在当前区间内的区间计划运营时间。
优选地,查询模块中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系通过以下模块获得:
设置子模块,用于将当前区间内的列车的速度上限和速度门限均设为列车在当前区间内允许运行的最大速度,计算当前区间内的列车的速度上限和速度门限均等于列车在当前区间内允许运行的最大速度时,列车运行的最短运营时间,并将所述最短运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系存入所述数据库;
比较子模块,用于将所述最短运营时间与区间标准运营时间进行比较,若所述最短运营时间小于所述区间标准运营时间,则执行第一速度判断子模块,否则不进行后续模块;
第一速度判断子模块,用于判断所述速度门限的值是否大于零,若是,则执行第一速度减小子模块,否则将所述速度门限的值取零,并执行第二速度判断子模块;
第一速度减小子模块,用于将所述速度门限减小第一预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行第一时间间隔判断子模块,否则不进行后续模块;
第一时间间隔判断子模块,用于判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行第一循环判断子模块,否则执行第一速度判断子模块;
第一循环判断子模块,用于判断是否已经达到第一预设循环次数,若是,则不进行后续模块,否则执行第一速度判断子模块;
第二速度判断子模块,用于判断所述速度上限的值是否大于零,若是,则执行第二速度减小子模块,否则,不执行后续模块;
第二速度减小子模块,用于将所述速度上限减小第二预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行第二时间间隔判断子模块,否则不执行后续模块;
第二时间间隔判断子模块,用于判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行第二循环判断子模块,否则,执行第二速度判断子模块;
第二循环判断子模块,用于判断是否已经达到第二预设循环次数,若是,则不进行后续模块,否则执行第二速度判断子模块。
(三)有益效果
本发明通过查询的方式获得ATO系统的列车的速度上限和速度门限,使得列车的控制方法的复杂度降低,实现了列车的节能自动驾驶,且利于工程实现。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
列车出站即施加牵引至速度A后开始惰行,直至速度降为B后,重新施加牵引至速度A……按上述过程循环,直至进入进站制动阶段后,开始施加制动并最终在站内停车。
为使ATO驾驶同时兼顾运行效率和节能的要求,因此提出了以下两种节能方式:
一、调整施加牵引的速度上限A。参照图2,以速度上限A②为驾驶的区间运行时间要长于速度上限A①,但对于长度较短的区间,节能效果好于速度门限A①。
二、调整由惰行转为再次输出牵引的速度门限B。参照图3,以速度门限B②为驾驶的区间运行时间要长于速度门限B①,但节能效果好于速度门限B①。
因此在列车运营时间满足的情况下,尽量减小列车的速度上限和/或速度门限的值,以实现列车节能自动驾驶。
图4是按照本发明一种实施方式的列车自动驾驶系统节能控制方法的流程图,参照图4,所述方法包括以下步骤:
S1:根据区间计划运营时间查询数据库,获得对应的列车的速度上限和速度门限,所述数据库中存有运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系;
S2:在列车运行的过程中列车先进入加速阶段,在列车运行的加速阶段中,通过提供牵引力控制列车的速度到达所述速度上限,则列车运行进入巡航阶段;
S3:在列车运行的巡航阶段,先撤去牵引力,当列车的速度下降至所述速度门限时,再提供牵引力,使列车的速度再恢复至所述速度上限,反复提供牵引力和撤去牵引力,使列车的速度控制在所述速度上限和所述速度门限之间,直至列车进入进站制动阶段;
S4:在列车运行的进站制动阶段,则提供制动力控制列车速度逐渐减小,直至列车进入精确停车阶段;
S5:在列车运行的精确停车阶段,则提供更为稳定的制动力,并使列车在预设位置精确停稳。
优选地,步骤S1之前还包括步骤:
S0:获取列车在当前区间内的区间计划运营时间。
为简化步骤S1中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系的获得过程,基于下列假设条件:
(1)ATO算法和车辆执行单元共同保证出站牵引至速度A过程中的加速度恒定;
(2)ATO算法和车辆执行单元共同保证惰行结束后,由速度B牵引至速度A过程中的加速度恒定;
(3)ATO算法和车辆执行单元共同保证进站制动过程的减速度恒定;
(4)通过分析历史运行数据得到的区间惰行时的惰行减速度具有一般性。
基于上述假设条件即可计算出ATO驾驶列车的实际速度曲线,并获得步骤S1中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系,优选地,步骤S1中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系通过以下步骤获得:
S101:将当前区间内的列车的速度上限和速度门限均设为列车在当前区间内允许运行的最大速度,计算当前区间内的列车的速度上限和速度门限均等于列车在当前区间内允许运行的最大速度时,列车运行的最短运营时间,并将所述最短运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系存入所述数据库;
S102:将所述最短运营时间与区间标准运营时间进行比较,若所述最短运营时间小于所述区间标准运营时间,则执行步骤S103,否则不进行后续步骤;
S103:判断所述速度门限的值是否大于零,若是,则执行步骤S104,否则将所述速度门限的值取零,并执行步骤S107;
S104:将所述速度门限减小第一预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行步骤S105,否则不进行后续步骤;
S105:判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行步骤S106,否则执行步骤S103;
S106:判断是否已经达到第一预设循环次数,若是,则不进行后续步骤,否则执行步骤S103;
S107:判断所述速度上限的值是否大于零,若是,则执行步骤S108,否则,不执行后续步骤;
S108:将所述速度上限减小第二预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行步骤S109,否则不执行后续步骤;
S109:判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行步骤S110,否则,执行步骤S107;
S110:判断是否已经达到第二预设循环次数,若是,则不进行后续步骤,否则执行步骤S107。
本实施方式中,第一预设速度间隔、第二预设速度间隔、第一预设循环次数、第二预设循环次数、以及预设的时间间隔的取值均可按照实际的需求进行调整和修改,以符合列车实际运行时的实际需求。
本发明的方法经过试验验证收到了理想的节能效果,在保证区间计划运行时间的前提下,ATO驾驶能耗较使用本方法前降低9%。
本发明还公开了一种列车自动驾驶系统节能控制系统,所述系统包括:
查询模块,用于根据区间计划运营时间查询数据库,获得对应的列车的速度上限和速度门限,所述数据库中存有运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系;
加速阶段控制模块,用于在列车运行的过程中列车先进入加速阶段,在列车运行的加速阶段中,通过提供牵引力控制列车的速度到达所述速度上限,则列车运行进入巡航阶段;
巡航阶段控制模块,用于在列车运行的巡航阶段,先撤去牵引力,当列车的速度下降至所述速度门限时,再提供牵引力,使列车的速度再恢复至所述速度上限,反复提供牵引力和撤去牵引力,使列车的速度控制在所述速度上限和所述速度门限之间,直至列车进入进站制动阶段;
制动阶段控制模块,用于在列车运行的进站制动阶段,则提供制动力控制列车速度逐渐减小,直至列车进入精确停车阶段;
停车阶段控制模块,用于在列车运行的精确停车阶段,则提供更为稳定的制动力,并使列车在预设位置精确停稳。
优选地,所述系统还包括:
计划时间获取模块,用于获取列车在当前区间内的区间计划运营时间。
优选地,查询模块中的运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系通过以下模块获得:
设置子模块,用于将当前区间内的列车的速度上限和速度门限均设为列车在当前区间内允许运行的最大速度,计算当前区间内的列车的速度上限和速度门限均等于列车在当前区间内允许运行的最大速度时,列车运行的最短运营时间,并将所述最短运营时间与列车的速度上限和速度门限之间的对应关系存入所述数据库;
比较子模块,用于将所述最短运营时间与区间标准运营时间进行比较,若所述最短运营时间小于所述区间标准运营时间,则执行第一速度判断子模块,否则不进行后续模块;
第一速度判断子模块,用于判断所述速度门限的值是否大于零,若是,则执行第一速度减小子模块,否则将所述速度门限的值取零,并执行第二速度判断子模块;
第一速度减小子模块,用于将所述速度门限减小第一预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行第一时间间隔判断子模块,否则不进行后续模块;
第一时间间隔判断子模块,用于判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行第一循环判断子模块,否则执行第一速度判断子模块;
第一循环判断子模块,用于判断是否已经达到第一预设循环次数,若是,则不进行后续模块,否则执行第一速度判断子模块;
第二速度判断子模块,用于判断所述速度上限的值是否大于零,若是,则执行第二速度减小子模块,否则,不执行后续模块;
第二速度减小子模块,用于将所述速度上限减小第二预设速度间隔,并计算当前运营时间,将当前运营时间与所述区间标准运营时间进行比较,若当前运营时间小于等于所述区间标准运营时间,则执行第二时间间隔判断子模块,否则不执行后续模块;
第二时间间隔判断子模块,用于判断当前运营时间与最短运营时间的差量是否为预设的时间间隔的整数倍,若是,则将当前运营时间和与其对应的列车的速度上限和速度门限存入所述数据库,并执行第二循环判断子模块,否则,执行第二速度判断子模块;
第二循环判断子模块,用于判断是否已经达到第二预设循环次数,若是,则不进行后续模块,否则执行第二速度判断子模块。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。