CN109572765A - 一种全自动城市轨道交通系统 - Google Patents

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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/04—Automatic systems, e.g. controlled by train; Change-over to manual control

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Abstract

本发明提供了一种全自动城市轨道交通系统，包括轨道车辆和与轨道车辆连接的轨道车辆控制子系统，所述轨道车辆包括牵引装置和制动装置，所述牵引装置用于向轨道车辆提供动力，所述制动装置用于实现轨道车辆制动，所述轨道车辆控制子系统用于对轨道车辆进行自动驾驶控制。本发明的有益效果为：实现了城市轨道交通轨道车辆的全自动驾驶，提升了城市轨道交通效率，降低了城市轨道交通运营成本。

Description

一种全自动城市轨道交通系统
技术领域
本发明涉及城市轨道交通领域，具体涉及一种全自动城市轨道交通系统。
背景技术
城市轨道交通是城市公共交通的骨干，具有节能、省地、运量大、全天候、无污染又安全等特点，属绿色环保交通体系，特别适应于大中城市。
随着科学技术的发展，轨道交通无人驾驶技术在国外发达国家的研究已日趋成熟，而我国无人驾驶技术的研究起步较晚，水平相对落后。由于我国大部分城市轨道交通系统的核心设备技术及运营模式是从国外引进的，在很大程度上影响了轨道车辆无人驾驶技术在我国的发展速度。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种全自动城市轨道交通系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种全自动城市轨道交通系统，包括轨道车辆和与轨道车辆连接的轨道车辆控制子系统，所述轨道车辆包括牵引装置和制动装置，所述牵引装置用于向轨道车辆提供动力，所述制动装置用于实现轨道车辆制动，所述轨道车辆控制子系统用于对轨道车辆进行自动驾驶控制。
本发明的有益效果为：实现了城市轨道交通轨道车辆的全自动驾驶，提升了城市轨道交通效率，降低了城市轨道交通运营成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图；
附图标记：
轨道车辆1、轨道车辆控制子系统2。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种全自动城市轨道交通系统，包括轨道车辆1和与轨道车辆1连接的轨道车辆控制子系统2，所述轨道车辆1包括牵引装置和制动装置，所述牵引装置用于向轨道车辆1提供动力，所述制动装置用于实现轨道车辆1制动，所述轨道车辆控制子系统2用于对轨道车辆1进行自动驾驶控制。
本实施例实现了城市轨道交通轨道车辆的全自动驾驶，提升了城市轨道交通效率，降低了城市轨道交通运营成本。
优选的，所述轨道车辆控制子系统2包括第一建模单元、第二建模单元、运行控制单元和运行评价单元，所述第一建模单元用于对轨道车辆1的行驶工况进行建模，所述第二建模单元用于对轨道车辆1的运行场景进行建模，所述运行控制单元根据运行场景通过控制轨道车辆1的行驶工况实现对轨道车辆1的控制，所述运行评价单元用于对轨道车辆1运行情况进行评价。
本优选实施例轨道车辆控制子系统2通过工况建模和场景建模，为后续轨道车辆1自动控制提供了基础，通过对轨道车辆1运行情况进行评价，能够保证无人驾驶轨道车辆1的准确控制。
优选的，所述第一建模单元用于对轨道车辆1的行驶工况进行建模：对轨道车辆1的行驶工况进行划分，分为牵引工况、惯性工况和制动工况，牵引工况下，轨道车辆1产生一个牵引力，牵引轨道车辆1运动，惯性工况下，轨道车辆1不产生牵引力和制动力，依靠惯性前进，制动工况下，轨道车辆1产生于运动方向相反的制动力，阻止轨道车辆1运动；所述第二建模单元用于对轨道车辆1的运行场景进行建模：对轨道车辆1的运行场景进行，分为客流高峰场景和客流平峰场景，在客流高峰场景下，乘客人数多，发车间隔时间短，在客流平峰场景下，乘客人数少，发车间隔时间长；
本优选实施例第一建模单元通过建立轨道车辆1行驶工况的模型，方便后续对轨道车辆1进行自动控制，实现轨道车辆1舒适、节能、安全、准时、快速、合理地运行；通过对轨道车辆1的运行场景进行建模，为后续轨道车辆1控制提供了依据。
优选的，所述运行控制单元包括一次控制单元和二次控制单元，所述一次控制单元在客流高峰场景下对轨道车辆1进行控制，在最短时间内控制轨道车辆1完成运行，所述二次控制单元在客流平峰场景下对轨道车辆1进行控制，控制轨道车辆1以最小能源消耗完成运行。
本优选实施例运行控制单元根据人流量对轨道车辆1采取不同的控制措施，在客流高峰场景下最大程度实现了快速运送乘客，缓解了城市交通压力，提高了社会经济效益，在客流平峰场景下，客运压力小，过对轨道车辆1进行节能控制，有助于减少环境污染，提升了社会经济效益。
优选的，所述在最短时间内控制轨道车辆1完成运行，采用以下控制方式：轨道车辆1以最大牵引力进行加速，达到速度V后以该速度匀速行驶，当轨道车辆1需要进行制动时，采用最大制动力对轨道车辆1进行制动；
所述速度V通过下式确定：式中，min(V0，V1)表示V0和V1的最小值，V0表示轨道车辆1的限制速度，V1表示路段的限制速度，σ1表示轨道车辆1与轨道的滑动摩擦系数，σ2表示空气能见度距离；
所述列车需要进行制动时，制动位置通过以下方式确定：将轨道车辆1在阻力和最大制动力共同作用下的停靠过程看作是轨道车辆1从停靠点在阻力和最大制动力共同作用下进行反向牵引的逆过程，轨道车辆1从停靠位置出发，在阻力和最大制动力共同作用下反向牵引加速到速度V的位置作为制动位置，制动位置与停靠位置的距离d通过下式确定：式中，m表示轨道车辆1的质量，F1表示轨道车辆1阻力，F2表示轨道车辆1最大制动力；
本优选实施例一次控制单元实现了客流高峰场景下对轨道车辆1的有效控制，通过确定匀速行驶速度V，保证了列车行车安全，具体的，在速度确定过程中充分考虑了轨道车辆1和路段的限制速度，以及轨道的湿滑程度和空气能见度对轨道车辆1速度的影响，通过确定制动位置，实现了轨道车辆1的全过程自动驾驶。
优选的，所述二次控制单元控制轨道车辆1以最小能源消耗完成运行，具体采用以下方式：轨道车辆1以最大牵引力进行加速，达到速度V后改为惯性工况，当轨道车辆1速度低于速度0.8V时，改为牵引工况，轨道车辆1交替采用牵引工况和惯性工况行驶，当轨道车辆1需要进行制动时，采用最大制动力对轨道车辆1进行制动。
本优选实施例二次控制单元实现了客流平峰场景下对轨道车辆1的有效控制，通过合理的惯性控制，在完成运行任务的情况下，有效降低了轨道车辆1能耗水平。
优选的，所述运行评价单元包括第一评价单元、第二评价单元和综合评价单元，所述第一评价单元用于对客流高峰场景下的轨道车辆1运行情况进行评价，获取第一评价值，所述第二评价单元用于对客流平峰场景下的轨道车辆1运行情况进行评价，获取第二评价值，所述综合评价单元根据第一评价值和第二评价值对轨道车辆1运行情况进行综合评价；所述第一评价值采用下式确定：式中，EH1表示第一评价值，t1表示无人驾驶时轨道车辆1在运行区段运行时间，t2表示有人驾驶时轨道车辆1在运行区段运行时间，所述第二评价值采用下式确定：式中，EH2表示第二评价值，n1表示有人驾驶时轨道车辆1在运行区段的能耗，n2表示无人驾驶时轨道车辆1在运行区段的能耗，根据第一评价值和第二评价值确定综合评价值EM：综合评价值越大，表示无人驾驶轨道车辆1运行情况越好。
本优选实施例运行评价单元通过对客流高峰和客流平峰场景运行情况进行评价，实现了无人驾驶轨道车辆1运行情况的全面评价。
采用本发明全自动城市轨道交通系统进行城市交通客运，选取5个城市进行实验，分别为城市1、城市2、城市3、城市4、城市5，对运行效率和运送人数进行统计，同有人驾驶轨道车辆1相比，产生的有益效果如下表所示：
运行效率提高 运送人数增加
城市1 29％ 27％
城市2 27％ 26％
城市3 26％ 26％
城市4 25％ 24％
城市5 24％ 22％
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种全自动城市轨道交通系统，其特征在于，包括轨道车辆和与轨道车辆连接的轨道车辆控制子系统，所述轨道车辆包括牵引装置和制动装置，所述牵引装置用于向轨道车辆提供动力，所述制动装置用于实现轨道车辆制动，所述轨道车辆控制子系统用于对轨道车辆进行自动驾驶控制。
2.根据权利要求1所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述轨道车辆控制子系统包括第一建模单元、第二建模单元、运行控制单元和运行评价单元，所述第一建模单元用于对轨道车辆的行驶工况进行建模，所述第二建模单元用于对轨道车辆的运行场景进行建模，所述运行控制单元根据运行场景通过控制轨道车辆的行驶工况实现对轨道车辆的控制，所述运行评价单元用于对轨道车辆运行情况进行评价。
3.根据权利要求2所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述第一建模单元用于对轨道车辆的行驶工况进行建模：对轨道车辆的行驶工况进行划分，分为牵引工况、惯性工况和制动工况，牵引工况下，轨道车辆产生一个牵引力，牵引轨道车辆运动，惯性工况下，轨道车辆不产生牵引力和制动力，依靠惯性前进，制动工况下，轨道车辆产生于运动方向相反的制动力，阻止轨道车辆运动；所述第二建模单元用于对轨道车辆的运行场景进行建模：对轨道车辆的运行场景进行，分为客流高峰场景和客流平峰场景，在客流高峰场景下，乘客人数多，发车间隔时间短，在客流平峰场景下，乘客人数少，发车间隔时间长。
4.根据权利要求3所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述运行控制单元包括一次控制单元和二次控制单元，所述一次控制单元在客流高峰场景下对轨道车辆进行控制，在最短时间内控制轨道车辆完成运行，所述二次控制单元在客流平峰场景下对轨道车辆进行控制，控制轨道车辆以最小能源消耗完成运行。
5.根据权利要求4所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述在最短时间内控制轨道车辆完成运行，采用以下控制方式：轨道车辆以最大牵引力进行加速，达到速度V后以该速度匀速行驶，当轨道车辆需要进行制动时，采用最大制动力对轨道车辆进行制动；
所述速度V通过下式确定：式中，min(V0，V1)表示V0和V1的最小值，V0表示轨道车辆的限制速度，V1表示路段的限制速度，σ1表示轨道车辆与轨道的滑动摩擦系数，σ2表示空气能见度距离；
所述列车需要进行制动时，制动位置通过以下方式确定：将轨道车辆在阻力和最大制动力共同作用下的停靠过程看作是轨道车辆从停靠点在阻力和最大制动力共同作用下进行反向牵引的逆过程，轨道车辆从停靠位置出发，在阻力和最大制动力共同作用下反向牵引加速到速度V的位置作为制动位置，制动位置与停靠位置的距离d通过下式确定：式中，m表示轨道车辆的质量，F1表示轨道车辆阻力，F2表示轨道车辆最大制动力。
6.根据权利要求5所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述二次控制单元控制轨道车辆以最小能源消耗完成运行，具体采用以下方式：轨道车辆以最大牵引力进行加速，达到速度V后改为惯性工况，当轨道车辆速度低于速度0.8V时，改为牵引工况，轨道车辆交替采用牵引工况和惯性工况行驶，当轨道车辆需要进行制动时，采用最大制动力对轨道车辆进行制动。
7.根据权利要求6所述的全自动城市轨道交通系统，其特征在于，所述运行评价单元包括第一评价单元、第二评价单元和综合评价单元，所述第一评价单元用于对客流高峰场景下的轨道车辆运行情况进行评价，获取第一评价值，所述第二评价单元用于对客流平峰场景下的轨道车辆运行情况进行评价，获取第二评价值，所述综合评价单元根据第一评价值和第二评价值对轨道车辆运行情况进行综合评价；所述第一评价值采用下式确定：式中，EH1表示第一评价值，t1表示无人驾驶时轨道车辆在运行区段运行时间，t2表示有人驾驶时轨道车辆在运行区段运行时间，所述第二评价值采用下式确定：式中，EH2表示第二评价值，n1表示有人驾驶时轨道车辆在运行区段的能耗，n2表示无人驾驶时轨道车辆在运行区段的能耗，根据第一评价值和第二评价值确定综合评价值EM： 综合评价值越大，表示无人驾驶轨道车辆运行情况越好。
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