基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，包括步骤S1：获取编组线路内的所有车站参数信息、列车参数信息以及线路运行参数信息；步骤S2：根据列车安全制动模型计算动态编组与解编过程中最小动态安全追踪间隔距离d

【技术实现步骤摘要】
基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法


[0001]本专利技术涉及铁路列车控制
，尤其涉及一种基于弹性追踪模型的虚 拟编组列车控制方法。

技术介绍

[0002]截止2020年底，中国铁路运营里程达到14.63万公里，其中高速铁路运营 里程达到3.8万公里，占比超过全世界高速铁路运营里程的2/3。通过提高列 车运行控制效率提升轨道交通运输能力问题显得尤为重要。
[0003]20世纪末，欧洲货物运输逐渐从铁路运输更多的向道路运输转变，主要原 因是灵活性差、运输时间长。相关学者提出基于独立列车模块的虚拟编组列车 编组”的设想。列车之间连接不再是实际的物理车钩相连接，而是通过车车通 信，保持很短的距离在一起编组运行，就像一列列车运行一样。这是虚拟编组 列车运行的雏形。随着人们对轨道交通的需求不断增加，科技水平尤其是通信 领域的不断进步，提升轨道交通运行效率和运营灵活性已成为了国家战略和人 们生活的迫切需求。国内公司目前也都开始对虚拟编组展开了研究，交控公司 利用北京地铁11号线进行了虚拟编组的模拟仿真，率先尝试应用自主虚拟编 组的技术。
[0004]编组运行通过车车通信实现列车编组运行，具有提高列车运行效率、增加 运营灵活度的潜力，同时带来可观的收益，适应未来铁路发展需求。欧盟第七 框架支持的Shift2Rail项目有多项研究涉及编组运行。虚拟编组通过无线通信 的方式来达到类似于物理车钩连接的效果，将有可能在列车运行的时候实现动 态编组和动态解编，针对编组运行技术的研究目前尚处于初始探索阶段，尤其 是运行时如何保证行车安全，因此研究编组运行的列车安全防护控制方法具有 非常重要的理论和现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术之目的是提供一种基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，能 够提出一种列车虚拟编组弹性追踪模型，在保证虚拟编组编组安全的同时提高 地铁线路运力。
[0006]本专利技术提供一种基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，包括如下步 骤：
[0007]步骤S1：获取编组线路内的所有车站参数信息、列车参数信息以及线路 运行参数信息；
[0008]步骤S2：根据列车安全制动模型计算动态编组与解编过程中最小动态安 全追踪间隔距离d
min
；
[0009]步骤S3：根据虚拟编组运行场景建立基于列车追踪间隔的弹性追踪模型， 基于所述弹性追踪模型进行弹性控制虚拟编组列车的运行过程。
[0010]优选地，所述步骤S2中根据列车安全制动模型计算动态编组与解编过程 中最小动态安全追踪间隔距离d
min
包括：
[0011]所述列车安全制动模型中包括通信延迟阶段、牵引切除阶段、紧急制动建 立阶
段、紧急制动实施阶段；设定列车的定位误差为
±
es，通信延迟设为t
c
， 牵引切除时间为t
b
，紧急制动建立时间为t
e
；
[0012]其中，最不利制动距离为：
[0013]最有利制动距离为：
[0014]最小动态安全追踪间隔距离为：d
min
＝d
f
‑
d
l
+s
m
+2es；
[0015]其中，S
m
是两车留有的安全裕量，a
d
,a
b
分别为列车的牵引与制动加速度， v0是列车制动前的运行速度。
[0016]优选地，所述步骤S3中根据虚拟编组运行场景建立基于列车追踪间隔的 弹性追踪模型，基于所述弹性追踪模型进行弹性控制虚拟编组列车的运行过程 包括：
[0017]列车运行状态与追踪间隔的关联性表现为一种线性弹性特征，利用弹性追 踪模型来模拟列车追踪间隔的动态变化，具体通过以弹簧的弹性变换特征来描 述追踪间隔的动态变化；
[0018]其中，当相邻列车的追踪间隔增大时，列车间将产生虚拟弹性吸引力，迫 使列车间隔缩小，线路运载能力得以提升；当相邻列车间距趋近于最小动态安 全追踪间隔距离时，将产生虚拟弹性斥力，增大追踪间隔，使追踪间隔始终大 于最小安全间隔，保证运行安全。
[0019]优选地，所述弹簧的弹性变换特征通过弹性力计算模型来描述，弹性力计 算模型以胡克定律为基础，与两车的追踪间隔偏差成正比，即：
[0020]F
f
＝k(d
real
‑
d
min
)
[0021]F
l
＝k(d
min
‑
d
real
)
[0022]F
f
为虚拟弹性吸引力，F
l
为虚拟弹性斥力，k为弹性劲度系数，d
rea
l为相 邻列车间当前实际追踪间隔距离，d
min
为最小动态安全追踪间隔距离；
[0023]对于虚拟编组，以列车追踪间隔距离作为判断编组的安全标准，利用相邻 列车间当前实际追踪间隔距离与最小动态安全追踪间隔距离来表示安全约束， 其中约束函数表述如下：
[0024][0025]约束函数δ以相邻列车间的当前实际追踪间隔距离与最小动态安全追踪 间隔的比值表示，当δ>1+ε时，则代表相邻列车间隔距离过大,前后列车存在 弹性吸引力，当δ<1
‑
ε时，则代表相邻列车间隔距离过小，前后列车存在弹性 斥力，当1
‑
ε<δ<1+ε时，则代表相邻列车追踪间隔合适，保持当前运行状态；
[0026]其中ε为追踪效率因子，ε>0。
[0027]优选地，编组车队中相邻列车通过车车通信设备按周期发送前车ATO计 算的速度曲线至后车，将整个编组车队视为一个整体进行控制。
[0028]优选地，列车之间通过车车通信设备进行信息共享，并通过所述弹性追踪 模型进行控制策略实时调整与优化。
[0029]优选地，所有车站参数信息、列车参数信息以及线路运行参数信息包括所 有车站相对位置信息、列车参数、限速信息、弯道的曲率半径和坡度条件。
[0030]本专利技术的基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法相比现有技术具有 如下有益效果：
[0031]1、本专利技术提出一种基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，在列车 虚拟编组的过程中，根据编组内前后列车的追踪间隔的动态变化，通过虚拟斥 力与吸引力维持编组列车以最优追踪间隔运行，在保证线路运行效率的同时有 效提高编组运行的安全性。
[0032]2、本专利技术提出一种编组运行过程中的控制方法来保证协同运行控制的安 全性，为建立虚拟编组安全防护方案提供理论依据及参考。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取编组线路内的所有车站参数信息、列车参数信息以及线路运行参数信息；步骤S2：根据列车安全制动模型计算动态编组与解编过程中最小动态安全追踪间隔距离d
min
；步骤S3：根据虚拟编组运行场景建立基于列车追踪间隔的弹性追踪模型，基于所述弹性追踪模型进行弹性控制虚拟编组列车的运行过程。2.根据权利要求1所述的基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，所述步骤S2中根据列车安全制动模型计算动态编组与解编过程中最小动态安全追踪间隔距离d
min
包括：所述列车安全制动模型中包括通信延迟阶段、牵引切除阶段、紧急制动建立阶段、紧急制动实施阶段；设定列车的定位误差为
±
es，通信延迟设为t
c
，牵引切除时间为t
b
，紧急制动建立时间为t
e
；其中，最不利制动距离为：最有利制动距离为：最小动态安全追踪间隔距离为：d
min
＝d
f
‑
d
l
+s
m
+2es；其中，S
m
是两车留有的安全裕量，a
d
,a
b
分别为列车的牵引与制动加速度，v0是列车制动前的运行速度。3.根据权利要求1所述的基于弹性追踪模型的虚拟编组列车控制方法，其特征在于，所述步骤S3中根据虚拟编组运行场景建立基于列车追踪间隔的弹性追踪模型，基于所述弹性追踪模型进行弹性控制虚拟编组列车的运行过程包括：列车运行状态与追踪间隔的关联性表现为一种线性弹性特征，利用弹性追踪模型来模拟列车追踪间隔的动态变化，具体通过以弹簧的弹性变换特征来描述追踪间隔的动态变化；其中，当相邻列车的追踪间隔增大时，列车间将产生虚拟弹性吸引力，迫使列车间隔缩小，线路运载能力得以提升；当相邻列车间距趋近于最小动态安全追踪间隔距离时，将产生虚拟弹性斥力，增大追踪间隔，使追踪间隔始终大于最小安全间隔，保证...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕飞，杨一鸣，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：