CN102275601A

CN102275601A - 一种智能控车方法及装置

Info

Publication number: CN102275601A
Application number: CN2011101123240A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 卓开阔; 江坤; 刘键; 孙吉良; 李艳峰; 王佳
Original assignee: Beijing Quanlu Communication Signals Research And Design Institute Co Ltd
Current assignee: Beijing Holding Magnetic Suspension Techn Development Co., Ltd.; Beijing National Railway Research and Design Institute of Signal and Communication Ltd
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102275601B

Abstract

本发明实施例提供一种智能控车方法及装置，所述方法包括：获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；根据所述线路配置信息和防护曲线信息计算轨道列车的命令速度；从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；根据所述命令加速度确定命令档位；根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。本发明实施例解决了列车精准停车的技术问题，进一步，还提高了乘客的舒适度。

Description

一种智能控车方法及装置

技术领域

本发明涉及交通控制技术领域，特别涉及一种智能控车方法及装置。

背景技术

近年来，随着城市现代化的发展，城市规模不断扩大，市区人口逐步向郊区迁移，城市交通压力越来越大。城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。因此，城市轨道交通系统通过列车自动监控系统(ATS，AutomaticTrain Supervision)、列车自动运行(ATO，Automatic Train Operation System)系统和防护的列车自动防护系统(ATP，Automatic Train Protection)，以确保行车安全，以及行车效率，通常情况下，ATO系统能够控制列车完成自动加速、巡航、惰性、自动减速和精确停车。

目前，ATO系统通过采用传统的比例-积分-微分(PID)算法、参数自适应的PID算法或遗传算法来控制自动减速和精确停车过程。但是，采用比例-积分-微分PID算法，在停车准精度上基本满足要求，但PID算法在控制过程中容易造成加、减速度切换过多，影响乘客舒适度。并且PID算法对列车的参数要求较高，实际的列车性能往往取决于多方面的因素，PID的计算传递函数时需使用拟合的方式进行简化，其效果往往和实际效果有所差异。而参数自适应的PID算法虽然能够通过调节参数的方法来改善PID的性能，但是调节参数的方法抗干扰能力较差。而遗传算法需要较大的运算量。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，均不能在保证乘客舒适度的基础上，有效控制列车的减速停车过程，即不能有效控制列车的精准停车。

发明内容

本发明实施例提供一种智能控车方法及装置，以解决列车精准停车的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种智能控车方法，所述方法包括：

获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；

根据所述线路配置信息和防护曲线信息计算轨道列车的命令速度；

从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；

根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；

根据所述命令加速度确定命令档位；

根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。

优选的，所述方法还包括：

重复执行所述从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度的步骤，至所述根据所述命令档位控制轨道列车减速停车的步骤，直至轨道列车停车。

优选的，所述根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度包括：

计算所述命令速度和当前速度之差，得到速度偏差；

将所述速度偏差分成两路速度偏差，第一路速度偏差乘以第一控车参数Ke，得到第一结果；第二路速度偏差经过微分处理后乘以常数因子Kec，得到第二结果；

根据所述第一结果和第二结果进行模糊计算，得到第三结果；

根据所述第三结果查询预设的模糊控制表，得到轨道列车对应的命令加速度。

优选的，所述根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度还包括：

将所述命令加速度乘以第二控车参数Ku，得到对应的轨道列车的命令加速度。

优选的，所述方法还包括：将轨道列车的减速停车过程划分为：减速进站、降速接近停车点和精确停车三个时间段。

优选的，在减速进站和降速接近停车点的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值；在精确停车的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值。

优选的，所述收敛较慢的值的范围为：[0.8，1]；所述收敛较快的值的范围为：[1.5，2]。

相应的，本发明实施例还提供一种智能控车装置，包括：

第一获取单元，用于获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；

第一计算单元，用于根据所述线路配置信息和防护曲线信息计算轨道列车的命令速度；

第二获取单元，用于从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；

第二计算单元，用于根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；

确定单元，用于根据所述命令加速度确定命令档位；

控制单元，用于根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。

优选的，所述第二计算单元包括：

第三计算单元，用于计算所述命令速度和当前速度之差，得到速度偏差；

划分单元，用于将所述速度偏差分成第一路速度偏差和第二路速度偏差；

第四计算单元，用于所述第一路速度偏差乘以第一控车参数Ke，得到第一结果；

第五计算单元，用于将所述第二路速度偏差经过微分处理后乘以常数因子Kec，得到第二结果；

模糊计算单元，用于根据所述第一结果和第二结果进行模糊计算，得到第三结果；

查询单元，用于根据所述第三结果查询预设的模糊控制表，得到轨道列车对应的命令加速度。

优选的，所述第二计算单元还包括：

第六计算单元，用于将所述命令加速度乘以第二控车参数Ku，得到对应的轨道列车的命令加速度。

优选的，还包括：

划分单元，用于将轨道列车的减速停车过程划分为：减速进站、降速接近停车点和精确停车三个时间段；

在减速进站和降速接近停车点的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值；在精确停车的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值。

优选的，所述智能控车装置集成在控车模型的模糊控制器中，或者独立部署。

本发明实施例中，通过使用的命令速度和当前的速度计算出命令加速度，通过命令加速度来确定相应的命令档位，完成控车过程，提高了控车精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种智能控车方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种模糊控制器的模糊控制算法原理示意图

图3为本发明实施例提供的一种分阶段逐步逼近式智能控车算法中III阶段的控车策略的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种智能控车装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种智能控车方法的流程图；所述方法包括：

步骤101：获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；

在该步骤中，可以从列车自动防护系统ATP中获取防护曲线信息，从线路配置中心获取线路配置信息，这两个获取过程没有先后顺序之分，当然，也可以同时获取，本实施例不作限制。

步骤102：根据所述线路配置信息和防护曲线信息计算轨道列车的命令速度(Command Speed)；该计算过程对于本领域技术人员已是熟知技术，在此不在赘述。

步骤103：从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；

该获取过程可以从列车动力学系统获取该轨道列车运行的当前速度，当然，也可以是列车动力学系统反馈轨道列车当前运行的速度给控车模型。

步骤104：根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；

一种优选的计算过程为：先计算所述命令速度和当前速度之差，得到速度偏差；将所述速度偏差分成两路速度偏差，第一路速度偏差乘以第一控车参数Ke，得到第一结果；第二路速度偏差经过微分处理后乘以常数因子Kec，得到第二结果；根据所述第一结果和第二结果进行模糊计算，得到第三结果；根据所述第三结果查询预设的模糊控制表，得到轨道列车对应的命令加速度。

该计算过程具体可以通过模糊控制器来计算，但并不限于此，也可以通过其他设备来实现，本发明实施例不作限制。

进一步，该计算过程还可以包括：将所述命令加速度乘以第二控车参数Ku，得到对应的轨道列车的命令加速度。

步骤105：根据所述命令加速度确定命令档位；

该确定过程对于本领域技术人员已是熟知技术，在此不在赘述。

步骤106：根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。

优选的，所述方法还可以包括：重复执行所述从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度的步骤，至所述根据所述命令档位控制轨道列车减速停车过程的步骤，直至轨道列车停车。

也就是说，在该步骤106中，控车模型将所述命令档位发送给列车动力学系统，以便于列车动力学系统控制轨道列车减速停车的过程，同时，列车动力学系统将轨道列车运行的当前速度反馈给控车模型，以便于控车模型在获取到轨道列车运行的当前速度后，根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；根据所述命令加速度确定命令档位；根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车，即进行迭代过程，直至轨道列车停车。

本发明实施例中，为了简化控车模型的复杂度，该控车模型结合使用的命令速度和当前的速度计算出命令加速度来完成控车过程。所有的控车指令均体现为命令速度的变化，之后，再由控车模型中的模糊控制器和相关后续环节来得到具体的命令档位，并根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。进一步，列车动力学系统将轨道列车减速的当前速度反馈给控车模型，以便于控车模型重复执行上述步骤，直至轨道列车精确停车。

也就是说，本发明实施例中，控车模型通过使用的命令速度和当前的速度计算出命令加速度，通过命令加速度来确定相应的命令档位来，从而完成控车过程，提高了控车精度。

优选的，所述方法还可以包括：将轨道列车的减速停车过程划分为：减速进站、降速接近停车点和精确停车三个时间段。

在减速进站和降速接近停车点的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值，其收敛较慢的值的范围可以为[0.8，1]，通常情况下为0.9，但并不限于此，当然，也可以在该范围的基础上根据实际情况进行适应性调整，本实施例不作限制；在精确停车的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值，其收敛较快的值的范围为：[1.5，2]，通常情况下为1.7或1.9，但并不限于此。当然，也可以在该范围的基础上根据实际情况进行适应性调整，本实施例不作限制。

在该减速进站和降速接近停车点的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择的值可以相同，也可以不同；当然，在精确停车的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择的值，也可以相同，也可以不同。

也就是说，车载ATO设备控车过程中，对控制要求较高的环节为减速环节，为了优化减速环节的控车效果，本发明实施例将一次典型的减速停车过程划分为三个阶段：减速进站(I)、降速接近停车点(II)、精确停车(III)，其中，一种划分方式为：在距车站的距离略大于100m时，设为减速进站阶段，在距车站的距离为10m-100m时，设置为降速接近停车点阶段；在距车站的距离小于10m时，设置为精确停车阶段，但并于限于此，可以再此基础上可以进行适应性修改，本发明不作限制。

其中，I、II、III三个阶段均采用统一算法进行速度的追踪，略有不同的是，在III阶段引入更强的补偿措施，从而确保列车的停车精度能够满足运营需要。

为了并于本领域技术人员的理解，下面介绍本发明实施例的控制算法。本发明实施例采用两输入单输出的模糊控制器，该模糊控制器为控车模型中的一个设备，两路输入分别是轨道列车的速度与轨道列车的加速度，输出为轨道列车的命令加速度，模糊控制器的反馈也是轨道列车的当前速度。具体图2所示，为本发明实施例提供的一种模糊控制器的模糊控制算法原理示意图；

如图2所示，先计算轨道列车的命令速度与当前的速度之差，得到速度偏差，之后，将得到的速度偏差分为两路：一路速度偏差乘以Ke，另一路速度偏差经过微分后乘以Kec，然后，两路计算后的结果同时作为模糊控制器的输入，模糊控制器对该结果进行模糊计算，然后输出命令加速度。

由于模糊控制器内部运算量很大，本发明实施例采用事先离线计算好模糊控制表U，并将其存储在控制模型中的控制计算机的存储器内，在控制过程中，模糊控制器根据输入量查模糊控制表，之后，将得到的结果再乘以控车参数KU(即第二控车参数)，得到输出的命令加速度。其中，本发明实施例中的模糊计算采用比较通用的模糊规则集，这对本领域技术人员已为成熟技术，在此不再赘述。

还请参阅图3，为本发明实施例提供的一种分阶段逐步逼近式智能控车算法中III阶段的控车策略的示意图，图中为C阶段的逼近策略。

图3中，LINE1为参考减速曲线，A，B，C分别表示以较理想速度逼近，以较高速度逼近和以较低速度逼近三种情况。

本ATO设备在控车第I，II阶段均使用收敛较慢的控车参数，可以达到较好的舒适度，在第III阶段使用收敛较快的控车参数，可以达到更好的可控性，从而提高了停车精度。

如图所示，当轨道列车位于S2范围内时，根据轨道列车的速度和第一参考速度SPD0和第二参考速度SPD1的相对位置，实施固定的制动命令，从而达到较好的控车精度，比如，在SPD0的值小时，将驱动控车的档位调至小于等于3档；当SPD1的值大时，将驱动控车的档位调至大于等于5档等，但并不限于此。

其中，在该实施例中，SPD0的参考值可以为[40cm/秒，80cm/秒]，通常情况下取60m/秒，但也可以根据实际情况进行相应的调整；SPD1的参考值可以为[100cm/秒，120cm/秒]，通常情况下取115m/秒；但也可以根据实际情况进行相应的调整，本发明实施例不作限制。

本发明实施例中，控车模型通过使用的命令速度和当前的速度计算出命令加速度，通过命令加速度来确定相应的命令档位来，从而完成控车过程，提高了控车精度。进一步，本发明可以适应性调整第一控车参数和第二控车参数，即在减速进站、降速接近停车点选择收敛较慢的第一控车参数Ke和第二控车参数Ku的值，在精确停车的时间段中，选择收敛较快的第一控车参数Ke和第二控车参数Ku的值，从而保证了乘客的舒适度，同时，又提高了控制停车的精度。

基于上述方法的实现过程，本发明实施例还提供一种智能控车装置，其结构示意图详见图4，所述装置包括：第一获取单元41，第一计算单元42，第二获取单元43，第二计算单元44，确定单元45和控制单元46，其中，

所述第一获取单元41，用于获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；所述第一计算单元42，用于根据所述线路配置信息和防护曲线信息计算轨道列车的命令速度；所述第二获取单元43，用于从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；所述第二计算单元44，用于根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；所述确定单元45，用于根据所述命令加速度确定命令档位；所述控制单元46，用于根据所述命令档位通过列车动力学系统控制轨道列车减速停车过程。

其中，所述第二计算单元包括：第三计算单元，划分单元，第四计算单元，第五计算单元，模糊计算单元和查询单元，其中，所述第三计算单元，用于计算所述命令速度和当前速度之差，得到速度偏差；所述划分单元，用于将所述速度偏差分成第一路速度偏差和第二路速度偏差；所述第四计算单元，用于所述第一路速度偏差乘以第一控车参数Ke，得到第一结果；所述第五计算单元，用于将所述第二路速度偏差经过微分处理后乘以常数因子Kec，得到第二结果；所述模糊计算单元，用于根据所述第一结果和第二结果进行模糊计算，得到第三结果；所述查询单元，用于根据所述第三结果查询预设的模糊控制表，得到轨道列车对应的命令加速度。

优选的，所述第二计算单元还可以包括：第六计算单元，用于将所述命令加速度乘以第二控车参数Ku，得到对应的轨道列车的命令加速度。

优选的，所述装置还可以包括：划分单元，用于将轨道列车的减速停车过程划分为：减速进站、降速接近停车点和精确停车三个时间段；

在减速进站和降速接近停车点的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值，即[0.8，1]，但不限于此；在精确停车的时间段中，第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值，即[1.5，2]，但不限于此。

优选的，所述智能控车装置可以集成在控车模型的模糊控制器中，也可以独立部署，本实施例不作限制。

所述装置中，各个单元的功能和作用的实现过程，详见上述方法中对应的实现过程，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能控车方法，其特征在于，包括：

获取轨道列车的线路配置信息和防护曲线信息；

从列车动力学系统中获取轨道列车行驶的当前速度；

根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度；

根据所述命令加速度确定命令档位；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度包括：

计算所述命令速度和当前速度之差，得到速度偏差；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述命令速度和当前速度计算轨道列车的命令加速度还包括：

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：将轨道列车的减速停车过程划分为：减速进站、降速接近停车点和精确停车三个时间段。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在减速进站和降速接近停车点的时间段中，所述第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值；在精确停车的时间段中，所述第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述收敛较慢的值的范围为：[0.8，1]；所述收敛较快的值的范围为：[1.5，2]。

8.一种智能控车装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于根据所述命令加速度确定命令档位；

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元还包括：

11.根据权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，还包括：

在减速进站和降速接近停车点的时间段中，所述第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较慢的值；在精确停车的时间段中，所述第一控车参数Ke和第二控车参数Ku选择收敛较快的值。

12.根据权利要求8至10任一项所述的装置，其特征在于，所述智能控车装置集成在控车模型的模糊控制器中，或者独立部署。