轨道车辆及其运行优化控制方法、系统、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆及其运行优化控制方法、系统、存储介质，基于轨道车辆行驶的安全性、舒适度以及能耗构建评价目标函数，以评价最高为目标构建轨道车辆优化控制策略模型进行轨道车辆的运行控制优化，轨道车辆优化控制策略模型会基于轨道车辆的出发时刻以及运行环境参数，确定当前站点与下一站点之间若干子轨道的轨道车辆动力控制参数，调节轨道车辆在每个子轨道的运行状况，实现更为安全、高效、节能以及舒适的轨道车辆运行调节。节能以及舒适的轨道车辆运行调节。节能以及舒适的轨道车辆运行调节。

【技术实现步骤摘要】
轨道车辆及其运行优化控制方法、系统、存储介质


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，特别是一种轨道车辆及其运行优化控制方法、系统、存储介质。

技术介绍

[0002]轨道车辆形成过程中引起的振动会严重影响乘客的舒适性，随着乘客期望舒适水平的提高，轨道车辆行驶的舒适性、安全性、时效性愈加重要。传统机械式解决方案无法很好地避免轨道粗糙度引起的振动和冲击，同时也无法平衡轨道车辆行驶的舒适性与时效性，导致乘客体验较差。为了增强轨道车辆运行的舒适性与时效性，需要一种可以主动进行自主决策的方法，优化轨道车辆运行参数。
[0003]专利技术专利申请CN114580290A公开了一种能耗和舒适度联合优化的高速列车组协同控制方法及系统，获取高速列车的实时运行信息，计算高速列车的实际速度与期望速度的速度偏差，考虑高速列车在运行过程中的能耗和乘坐舒适性均作为优化目标，基于高速列车的速度偏差及动力学关系，建立高速列车组多列车协同控制的多目标优化模型，通过带有精英保留策略的快速非支配排序算法求解多目标优化模型，得到每台高速列车的控制变量，将控制变量作用于动力装置，产生牵引力或制动力；将牵引力或制动力作用于高速列车，控制高速列车的速度变化，直至高速列车组以一致的状态运行。该方法考虑了列车运行过程中的运行速度和能耗，优化了乘坐舒适性，然而，该方案未顾及列车运行安全性，且无法保证运行时效性，无法平衡轨道车辆行驶的舒适性与时效性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道车辆及其运行优化控制方法、系统、存储介质，保证轨道车辆行驶时效性的同时，提高轨道车辆行驶舒适性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种轨道车辆运行优化控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将轨道车辆的行驶轨道划分为若干子轨道，每段子轨道的轨道参数相同；
[0007]S2、构建多尺度轨道车辆行驶评价指标；所述多尺度轨道车辆行驶评价指标包括轨道车辆的行驶能耗指标、行驶安全性指标以及舒适度指标；所述行驶能耗指标表示轨道车辆的剩余电能占比；所述行驶安全性指标表示轨道车辆在子轨道的行驶速度限制；所述舒适度指标表示轨道车辆到达站点的准时率以及在行驶过程中加速度变化的剧烈程度；
[0008]S3、根据所述行驶评价指标确定轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数；
[0009]S4、将轨道车辆当前运行环境参数作为神经网络模型的输入，以轨道车辆在不同子轨道的车辆动力控制参数为神经网络模型的输出，训练所述神经网络模型，以最大化轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数为训练后的神经网络模型参数优化目标，优化训练后的神经网络模型，得到车辆优化控制策略模型。
[0010]本专利技术基于轨道车辆行驶的安全性、舒适度以及能耗构建评价目标函数，以评价最高为目标构建轨道车辆优化控制策略模型进行轨道车辆的运行控制优化，轨道车辆优化控制策略模型会基于轨道车辆的出发时刻以及运行环境参数，确定当前站点与下一站点之间若干子轨道的轨道车辆动力控制参数，调节轨道车辆在每个子轨道的运行状况，实现更为安全、高效、节能以及舒适的轨道车辆运行调节，因此本专利技术的方法可以在保证轨道车辆行驶时效性的同时，提高轨道车辆行驶舒适性。本专利技术将轨道划分为多个子轨道，进一步提高了优化控制精度。
[0011]步骤S1中，所述轨道参数包括轨道的坡度、阻力系数以及轨道类型；所述轨道类型包括直线型和曲线型。
[0012]本专利技术的轨道参数全面考虑了轨道的坡度、阻力系数以及轨道类型等因素，可以确保准确控制轨道车辆相关参数，进一步提高乘坐舒适性。
[0013]步骤S3中，所述轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数的表达式为：
[0014][0015]其中，n表示从当前站点位置到下一个站点的子轨道数目，a
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
的加速度，x
i
表示任意第i条子轨道，v
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
末端的速度，α表示轨道车辆自身的阻力系数，β
i
＝{0,1}，表示轨道车辆在子轨道x
i
的平均速度，v
i,
表示子轨道x
i
的限制速度，E表示轨道车辆从当前站点出发到达下一站点的计划耗费电能，t表示轨道车辆从当前站点行驶到下一站点的计划行驶时长，t
′
表示轨道车辆从当前站点出发的时间，表示轨道车辆从当前站点出发到达下一站点的实际耗费电能，m表示轨道车辆的质量；L
i
表示子轨道x
i
的路径距离。
[0016]为了进一步提高轨道车辆运行时效性和舒适性，步骤S4中，所述轨道车辆当前运行环境参数包括轨道坡度、轨道车辆阻力系数、子轨道参数、预计到站时间以及到达站点的轨道距离，所述子轨道参数包括不同子轨道的距离、坡度、轨道类型以及限制速度。
[0017]本专利技术中，为了进一步提高优化控制精度，步骤S4中，训练所述神经网络模型，以最大化轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数为训练后的神经网络模型参数优化目标的具体实现过程包括：
[0018]1)对所述子轨道参数进行编码，得到子轨道参数的编码表示向量；
[0019]2)从策略选择空间中选取编码表示向量的对应策略，所述策略选择空间中包含若干组不同的加速度，所选取的策略即为轨道车辆在对应子轨道的加速度；
[0020]3)获取第i条子轨道x
i
的策略a
i
，基于轨道车辆在第i条子轨道x
i
的受力关系分析结果，得到轨道车辆在第i条子轨道x
i
的动力F(i)；F(i)＝ma
i
+F
′
(i)+mgsinθ
i
；其中，θ
i
表示子轨道x
i
的坡度，a
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
的加速度，的加速度，α表示轨道车辆自身的阻力系数，β
i
＝{0,1}，g表示重力加速度；
[0021]4)将所述动力F(i)转换为对应的车辆动力控制参数σ(i)；
[0022]5)重复上述步骤3)和步骤4)，得到轨道车辆在n条子轨道上的一组车辆动力控制
参数集合{σ(i)|∈[1,]}；
[0023]6)重复步骤2)、步骤3)、步骤4)、步骤5)，得到若干组车辆动力参数集合，将使得轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数达到最大的一组车辆动力控制参数集合为最优控制策略。
[0024]步骤S4中，优化训练后的神经网络模型的具体实现过程包括：
[0025]A)初始化策略选取神经网络模型的参数θ
a
；生成N组不同运行环境参数的轨道，其中所生成的第d组轨道具有m
d
个子轨道；生成D组不同的加速度，将所生成的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆运行优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将轨道车辆的行驶轨道划分为若干子轨道，每段子轨道的轨道参数相同；S2、构建多尺度轨道车辆行驶评价指标；所述多尺度轨道车辆行驶评价指标包括轨道车辆的行驶能耗指标、行驶安全性指标以及舒适度指标；所述行驶能耗指标表示轨道车辆的剩余电能占比；所述行驶安全性指标表示轨道车辆在子轨道的行驶速度限制；所述舒适度指标表示轨道车辆到达站点的准时率以及在行驶过程中加速度变化的剧烈程度；S3、根据所述行驶评价指标确定轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数；S4、将轨道车辆当前运行环境参数作为神经网络模型的输入，以轨道车辆在不同子轨道的车辆动力控制参数为神经网络模型的输出，训练所述神经网络模型，以最大化轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数为训练后的神经网络模型参数优化目标，优化训练后的神经网络模型，得到车辆优化控制策略模型。2.根据权利要求1所述的轨道车辆运行优化控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述轨道参数包括轨道的坡度、阻力系数以及轨道类型；所述轨道类型包括直线型和曲线型。3.根据权利要求1所述的轨道车辆运行优化控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数的表达式为：其中，n表示从当前站点位置到下一个站点的子轨道数目，a
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
的加速度，x
i
表示任意第i条子轨道，v
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
末端的速度，α表示轨道车辆自身的阻力系数，β
i
＝{0,1}，表示轨道车辆在子轨道x
i
的平均速度，v
i,
表示子轨道x
i
的限制速度，E表示轨道车辆从当前站点出发到达下一站点的计划耗费电能，t表示轨道车辆从当前站点行驶到下一站点的计划行驶时长，t
′
表示轨道车辆从当前站点出发的时间，表示轨道车辆从当前站点出发到达下一站点的实际耗费电能，m表示轨道车辆的质量，L
i
表示子轨道x
i
的路径距离。4.根据权利要求1所述的轨道车辆运行优化控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述轨道车辆当前运行环境参数包括轨道坡度、轨道车辆阻力系数、子轨道参数、预计到站时间以及到达站点的轨道距离，所述子轨道参数包括不同子轨道的距离、坡度、轨道类型以及限制速度。5.根据权利要求1所述的轨道车辆运行优化控制方法，其特征在于，步骤S4中，训练所述神经网络模型，以最大化轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数为训练后的神经网络模型参数优化目标的具体实现过程包括：1)对所述子轨道参数进行编码，得到子轨道参数的编码表示向量；2)从策略选择空间中选取编码表示向量的对应策略，所述策略选择空间中包含若干组不同的加速度，所选取的策略即为轨道车辆在对应子轨道的加速度；3)获取第i条子轨道x
i
的策略a
i
，基于轨道车辆在第i条子轨道x
i
的受力关系分析结果，得到轨道车辆在第i条子轨道x
i
的动力F(i)；F(i)＝ma
i
+F
′
(i)+mgsinθ
i
；其中，θ
i
表示子轨道
x
i
的坡度，a
i
表示轨道车辆在子轨道x
i
的加速度，α表示轨道车辆自身的阻力系数，β
i
＝{0,1}，g表示重力加速度；4)将所述动力F(i)转换为对应的车辆动力控制参数σ(i)；5)重复上述步骤3)和步骤4)，得到轨道车辆在n条子轨道上的一组车辆动力控制参数集合{σ(i)|∈[1,]}；6)重复上述步骤2)～步骤5)，得到若干组车辆动力参数集合，将使得轨道车辆安全舒适运行一致性评价目标函数达到最大的一组车辆动力控制参数集合为最优控制策略。6.根据权利要求5所述的轨道车辆运行优化控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐然，李时民，刘波，杨晓权，汤诚，刘强，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：