CN112918520A - 一种高速铁路列车的节能运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种高速铁路列车的节能运行控制方法。所述方法包括：在检测到高速铁路列车进入节能控制模式后，控制行驶速度继续加速到节能控制目标速度VES_target；在行驶速度大于等于节能控制目标速度VES_target后，控制所述高速铁路列车以惰性状态行驶，并降速到牵引临界速度VES_taction；在行驶速度达到牵引临界速度VES_taction后，循环执行加速操作和惰行状态行驶，直到在最后一次控制所述高速铁路列车以惰行状态行驶；在最后一次控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶时，控制在行驶路程的制动位置处当前行车速度减速到制动临界速度Vpark。
Description
技术领域
本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种高速铁路列车的节能运行控 制方法。
背景技术
近年来，随着全球经济进入高速发展时期，能源短缺成为世界上各大经 济体共同面临的棘手难题，从石油价格不断上涨可见一斑，这在一定程度上 了抑制了经济快速发展的趋势。而轨道交通运输业作为重要的组成部分，对 国民经济起着重要的基础性、支撑性和服务性作用，随着轨道交通列车运营 密度越来越大，其在发挥着重要作用的同时，也伴随着大量的能量消耗。
随着轨道交通列车运行速度越来越高，运营密度越来越大，列车运行环 境也相对更为复杂，这就对列车司机提出了更高的要求，稍有疏忽，就有可 能造成影响行车安全的事故。近年来伴随着ATO(Automatic Train Operation， 列车自动驾驶)技术的不断发展，可逐步实现轨道交通列车的自动化驾驶， 从而解放司机的双手，缓解司机的劳动强度。
ASC(Automatic Speed Control,速度自动控制)技术是ATO实现自动驾 驶的关键技术，保证列车能够安全、准点、平稳的运行。作为轨道交通列车ATO系统的核心技术，它的完善程度势必会影响我国高速铁路的可持续发展。 从目前的应用层面来看，城市轨道交通系统中已经广泛使用了ATO技术，但 是，在高速铁路运行控制系统中，速度自动控制技术在现阶段尚未得到普遍 应用，而且现有的控制技术并未考虑节能运行。
发明内容
为了解决上述任一技术问题，本申请实施例提供了一种高速铁路列车的 节能运行控制方法。
为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种高速铁路列车的 节能运行控制方法，包括：
在检测到高速铁路列车进入节能控制模式后，控制行驶速度继续加速到 节能控制目标速度VES_target；
在行驶速度大于等于节能控制目标速度VES_target后，控制所述高速铁路列 车以惰性状态行驶，并降速到牵引临界速度VES_taction；
在行驶速度达到牵引临界速度VES_taction后，循环执行步骤A01和步骤A02， 直到在最后一次控制所述高速铁路列车以惰行状态行驶；
在最后一次控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶时，控制在行驶路 程的制动位置处当前行车速度减速到制动临界速度Vpark；
其中，循环执行的步骤包括：
步骤A01、控制所述高速铁路列车的当前行驶速度加速到惰行速度上限 值，其中所述上限值为惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速度VES_target中的 较小者；
步骤A02、在当前行驶速度加速到惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速 度VES_target中的较小者后，控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶将当前行 驶速度减速到牵引临界速度VES_taction，并继续执行步骤A01；
其中，随着所述高速铁路列车的行驶区间的剩余运行距离的不断减小， 惰行临界速度Vcoast不断减小。
一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机 程序被设置为运行时执行上文所述的方法。
一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序， 所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文所述的方法。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
保证在满足运行准点的前提下，在自动速度控制过程中尽可能减少输出 牵引的时机，并且保证列车安全、高效、平稳的运行。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分 地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实 施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出 的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书 的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案， 并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的ASC的功能示意图；
图2为本申请实施例提供的节能运行的启动控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供节能控制中不同阶段的转换示意图；
图4为本申请实施例提供的节能控车过程中行驶速度变化的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结 合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的 情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供的方案，适用于时速200km/h及以下城际铁路 CTCS-2+ATO(Chinese Train Control System-2，中国列车运营控制系统)列 控系统和时速100km/h以下的城轨CBTC系统，而且可满足时速在350km/h 的CTCS-3+ATO(Chinese Train ControlSystem-3，中国列车运营控制系统) 列控系统。
ASC为集成在ATO应用中的独立模块，只与ATO(Automatic Train Operation，自动驾驶功能)进行数据交互。ATO接受来自ATP(Automatic Train Protection，列车自动防护)和TSRS(Temporary Speed Restriction Server，临 时限速服务器)的线路数据，再将来自ATP和TSRS的所有线路数据及列车 速度、列车位置传给ASC。ASC根据ATO传入的数据及当前的控车状态对 列车牵引/制动进行实时调整，实现高速情况下的自动速度控制，保证列车安 全、准点、平稳地在区间和站内运行，当存在运营计划时，则按运营计划规 定的时间精确地将列车停在停车窗口内。
图1为本申请实施例提供的ASC的功能示意图。如图1所示，本申请实 施例提供的方案，可以作为节能功能，包含在ASC(英文全称，中文全称 Automatic Speed Control，速度自动控制)的自动调速功能模块中。
图2为本申请实施例提供的节能运行的启动控制方法的流程图。如图2 所示，通过判断是否满足节能控制条件，来确定是否启动节能控制流程。
其中，节能控制条件包括：
1、列车处于自动调速阶段
2、运营计划有效
3、列车运行目标速度大于临界值(不同列控系统取不同值)
4、列车运行目标速度不得大于ATP允许速度减某一速度余量(配置值)
5、列车不在分相区
6、列车不存在超速风险，无需紧急调节
从图2可以看出，节能功能是在已知其他速度控制参数的条件下运行的。
本申请实施例提供的高速铁路列车的节能运行控制方法，包括：
在检测到高速铁路列车进入节能控制模式后，控制行驶速度继续加速到 节能控制目标速度VES_target；
在行驶速度大于等于节能控制目标速度VES_target后，控制所述高速铁路列 车以惰性状态行驶，并降速到牵引临界速度VES_taction；
在行驶速度达到牵引临界速度VES_taction后，循环执行步骤A01和步骤A02， 直到在最后一次控制所述高速铁路列车以惰行状态行驶；
在最后一次控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶时，控制在行驶路 程的制动位置处当前行车速度减速到制动临界速度Vpark；
其中，循环执行的步骤包括：
步骤A01、控制所述高速铁路列车的当前行驶速度加速到惰行速度上限 值，其中所述上限值为惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速度VES_target中的 较小者；
步骤A02、在当前行驶速度加速到惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速 度VES_target中的较小者后，控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶将当前行 驶速度减速到牵引临界速度VES_taction，并继续执行步骤A01；
其中，随着所述高速铁路列车的行驶区间的剩余运行距离的不断减小， 惰行临界速度Vcoast不断减小。
在循环执行步骤A01和A02时，由于高速铁路列车在惰性行驶，处于无 牵引和无制动的运行模式，因此，能够达到节能的效果。
本申请实施例提供的方法，保证在满足运行准点的前提下，在自动速度 控制过程中尽可能减少输出牵引的时机，并且保证列车安全、高效、平稳的 运行。
在一个示例性实施例中，所述方法还包括：
如果行驶速度满足如下条件，则控制行驶速度继续加速到惰行临界速度 Vcoast，包括：
在降速过程中行驶速度小于惰行速度上限值与预设的第一速度余量的差 值，且，行驶速度小于牵引临界速度VES_taction与预设的第二速度余量的差值。
在满足上述条件时，表明高速铁路列车的行驶速度过小,如果以惰性形式 行驶,会在行驶路程的制动位置处，行驶速度会低于制动临界速度Vpark，影响 车辆的准点到达，因此，需要对行驶速度进行加速操作。
在上述示例性实施例中，节能控制包括四个阶段，分别为默认阶段、加 速阶段、准恒速阶段和惰行阶段。其中：
默认阶段：该阶段不做任何处理，当列车进入节能控制模式时，立即处 于该阶段；
加速阶段：该阶段主要控制列车加速，使其达到节能控制目标速度。
准恒速阶段：该阶段主要控制列车以“牵引-惰行”工况运行，保证列车 车速维持在以准点运行方式计算的目标速度附近。
惰行阶段：该阶段主要控制列车以惰行工况运行，保证车速达到制动临 界速度。
图3为本申请实施例提供节能控制中不同阶段的转换示意图。如图3所 示，两个阶段间发送转换的触发机制如下表1所示：
表1
图4为本申请实施例提供的节能控车过程中行驶速度变化的示意图。如 图4所示，对每个区域进行分别说明：
在牵引区，将行驶速度从零加速到目标速度，并继续加速到节能目标速 度。
在准恒速区，以惰性行驶将行驶速度降到牵引临界速度，再通过加载牵 引使得行驶速度增加到惰性临界速度，在达到惰性临界速度后以惰性模型行 驶时将行驶速度降到牵引临界速度，控制行驶速度在牵引临界速度和惰性临 界速度之间进行变更，直到控制执行最后一次惰性行驶为止。
在惰行区，以惰性行驶将行驶速度从惰性临界速度降到制动临界速度。
在制动区，加载制动使车辆到达终点后速度为零。
在图4中，由于惰行临界速度Vcoast的大小随剩余行驶距离的不断减少， 而随之变小。因此，在进入惰行行驶时的起始时间段内，由于剩余行驶距离 还剩余较多，因此，惰行临界速度Vcoast的大小会大于节能控制目标速度 VES_target，即行驶速度的上限值为节能控制目标速度VES_target；随着行驶时间的 增长，剩余行驶距离不断减小，惰行临界速度Vcoast的大小会小于节能控制目 标速度VES_target，即行驶速度的上限值为惰行临界速度Vcoast。
其中，节能目标速度、目标加速度和牵引临界速度计算方式如下：
节能目标速度计算公式如下：
VES_target＝Vtarget+ΔV1 式(1)
其中：
ΔV1—向上波动的最大速差(配置值)
若节能目标速度大于ATP允许速度减速度余量(配置值)，则认为节能 目标速度最大只能为ATP允许速度减速度余量。
牵引临界速度计算公式如下：
VES_traction＝Vtarget-ΔV2 式(2)
其中：
ΔV2为允许向下波动的最大速差(配置值)
若牵引临界速度小于节能功能运行临界值，则认为牵引临界速度最小只 能为节能功能运行临界值。
速度波动上下限计算公式如下：
当按上述方法计算出速度上限和速度下限后，通过比较
与
的大小，取其中中的较小者，假定中的较小者的值为p，则按下 述方式重新计算节能目标速度和牵引临界速度。
节能目标加速度计算公式如下：
aES_target＝(VES_target-Vtrain)/T 式(5)
其中：
T—时间系数(配置值)
惰行临界速度计算原理
根据平均基本阻力加速度和坡道高度差，结合能量守恒模型，可计算得 到列车在当前位置的惰行临界速度Vcoast，计算时有如下假设。
假设1：列车从当前位置到ASC的降速制动点(C点)均按惰行工况运 行；
假设2：列车到降速点(C点)时，列车车速刚好等于牵引临界速度VES_traction。
能量守恒模型如下：
其中：
SES—剩余可按节能控制的距离(剩余可在CSM(Ceil Speed Monitor，顶 棚速度监控区)区控车的距离)
Et——牵引临界速度的能量值
Eg——重力势能
Eb——基本阻力所做的功
E0_coast——惰行临界点的能量值
平均基本阻力取Vtrain和VES_traction速度下基本阻力加速度的平均值，计算公式 如下：
aaverage_basic＝(abasic+atraction_basic)/2 式(7)
其中：
abasic—列车当前速度对应的基本阻力加速度
abasic_traction—牵引临界速度对应的基本阻力加速度
根据上述公式(6)和(7)，可计算得到惰行临界速度Vcoast为：
其中，制动临界速度为根据线路数据和运营信息计算得到的降速制动点， 如果按照节能控制策略，在该点的列车速度等于Vpark，则认为列车会准点到达。 理想状况下，在最后一次输出惰行之后，列车速度刚好达到Vpark，此时，列车 无需输出制动，也无需再次输出牵引，整体节能效果最佳。
本申请实施例提供的一种基于速度自动控制机制的节能运行方案，在自 动调速的过程，实际为调节输出的牵引/制动力，使其不断接近目标控车效果 的过程。本专利通过比较列车自身的加速度(带符号)与其目标加速度(带 符号)的大小关系，调节输出的牵引/制动，调节原理如下(δ为较小常数)。
实际加速度>目标加速度+δ：卸载牵引或加载制动；
实际加速度≥目标加速度-δ且实际加速度≤目标加速度+δ时，维持当前 的牵引/制动不变；
实际加速度<目标加速度-δ时，加载牵引或卸载制动。
为在牵引/制动变化时，充分保证车辆的舒适度，本专利将牵引/制动的加 载/卸载速率分为多个档位。通过比较车辆实际加速度与目标加速度的差值大 小，选择使用不同的调速档位对其进行调控。如此在车辆实际加速度与目标 加速度相差较大时，可使用较大的档位进行调节，使其快速接近目标控车效 果；在车辆实际加速度与目标加速度相差较小时，可使用较小档位进行调节， 以此保证在接近目标控车效果时的舒适度，且不会出现超调。
综上所述，本申请实施例提供的方法具有如下优势，包括：
1、无论是350km/h的高速铁路还是350km/h以下的城际铁路、点式铁路 及地铁，均可适用；
2、在保证准点性和舒适性的前提下，通过减少牵引输出时机，降低了列 车能量消耗；
3、设计有多个牵引/制动调节档位，实际调速时，可根据节能目标加速度 与列车实际加速度的差值大小，自动选择最佳的档位对牵引/制动进行调节， 可在最大程度上保证列车运行的平稳性及舒适度。
本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序， 其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文任一项中所述的方法。
本申请实施例提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中 存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文任 一项中所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、 系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组 合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一 定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一 个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实 施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬 件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质) 和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机 存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块 或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可 移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或 其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、 磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以 被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通 信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他 传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (10)
1.一种高速铁路列车的节能运行控制方法，包括：
在检测到高速铁路列车进入节能控制模式后，控制行驶速度继续加速到预设的节能控制目标速度VES_target；
在行驶速度大于等于节能控制目标速度VES_target后，控制所述高速铁路列车以惰性状态行驶，并降速到预设的牵引临界速度VES_taction；
在行驶速度达到所述牵引临界速度VES_taction后，循环执行步骤A01和步骤A02，直到在最后一次控制所述高速铁路列车以惰行状态行驶；
在最后一次控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶时，控制在行驶路程的制动位置处当前行车速度减速到预设的制动临界速度Vpark；
其中，循环执行的步骤包括：
步骤A01、控制所述高速铁路列车的当前行驶速度加速到惰行速度上限值，其中所述上限值为惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速度VES_target中的较小者；
步骤A02、在当前行驶速度加速到惰行临界速度Vcoast与节能控制目标速度VES_target中的较小者后，控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶将当前行驶速度减速到牵引临界速度VES_taction，并继续执行步骤A01；
其中，随着所述高速铁路列车的行驶区间的剩余运行距离的不断减小，惰行临界速度Vcoast不断减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一次控制所述高速铁路列车采用惰行状态行驶时，所述方法还包括：
如果行驶速度满足如下条件，则控制行驶速度继续加速到惰行临界速度Vcoast，包括：
在降速过程中行驶速度小于惰行速度上限值与预设的第一速度余量的差值，且，行驶速度小于牵引临界速度VES_taction与预设的第二速度余量的差值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节能控制目标速度和牵引临界速度是通过如下方式得到的，包括：
其中，p的取值为
与
中数值中的较小者的值；
其中，ΔV1表示预先设置的向上波动的最大速差，ΔV2为预先设置的允许向下波动的最大速差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰行临界速度Vcoast是通过如下方式得到的，包括：
其中，G表示重力加速度；ΔH表示坡道高度差；aaverage_basic表示阻力加速度的平均值；SES表示节能控制行驶的剩余距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阻力的加速度的平均值是高速铁路列车当前速度对应的基本阻力加速度abasic和牵引临界速度对应的基本阻力加速度abasic_traction确定的。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，采用如下方式对所述高速铁路列车的速度进行调整，包括：
比较所述高速铁路列车当前的实际加速度atrain与目标加速度aES_target的大小，得到比较结果；
如果所述比较结果为所述实际加速度atrain大于根据所述目标加速度aES_target所确定的上限值，则卸载牵引或加载制动；
如果所述实际加速度atrain大于或等于根据所述目标加速度aES_target所确定的下限值且小于或等于所述上限值，则维持当前的牵引或制动不变；
如果所述实际加速度atrain小于所述下限值，则加载牵引或卸载制动。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标加速度aES_target是通过如下方式得到的，包括：
aES_target＝(VES_target-Vtrain)/T；
其中，Vtrain表示实际行驶速度，T表示行驶速度从实际行驶速度加速到节能目标速度所需的时长。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
根据所述牵引或制动的加载/卸载的速率设置至少两个档位，其中每个档位所调整的加速度幅度不同；
在调整牵引或制动的大小时，根据所述实际加速度与目标加速度之间的差值，确定能够调整所述差值对应的加速度的调整幅度，从预先设置的档位中选择能够提供加速度的调整幅度的档位作为目标档位，并利用所述目标档位进行调整。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至8任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至8任一项中所述的方法。
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