專利名稱：列車自動駕駛系統(tǒng)實現站間運行自動駕駛曲線生成的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及城市軌道交通領域，特別適用于城市軌道交通自動控制技術領域，具體是指一種基于無線通信的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現站間運行自動駕駛曲線生成的方法。
背景技術：
基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)通過引入無線通信系統(tǒng)實現車地之間的實時雙向通信突破了傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)的限制，利用移動閉塞技術縮短運行間隔，提高了列車的運行效率和系統(tǒng)的靈活性，是列車自動控制系統(tǒng)技術的今后發(fā)展方向。CBTC系統(tǒng)由列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)、列車自動防護系統(tǒng)(ATP)及列車自動駕駛系統(tǒng)(ATO)組成，其中ATO作為CBTC系統(tǒng)中一個核心子系統(tǒng)主要利用ATS的運營信息、車輛參數信息及線路信息通過對牽引及制動系統(tǒng)的控制實現對列車的自動駕駛。在ATO系統(tǒng)中，列車的運行控制不同于基于人工自身駕駛經驗的控制，為了實現列車自動運行控制必須預先產生自動駕駛曲線控制列車按其運行，因此要最佳的控制列車的運行，前提是必須要有一個最佳的運行路徑(曲線)，但由于軌道交通線路中的站間距離比較短、站間運行時間短、限速區(qū)域短、定點停車精度高、運行形式復雜等情況的存在，同時又要滿足按時、節(jié)能、安全及平穩(wěn)的運營要求，這對列車運行曲線的計算帶來很大困難。 目前國內外的自動駕駛曲線計算主要是基于速度分級的策略產生列車自動駕駛曲線，這種設計方法是根據運營等級及限速信息把整個運行區(qū)域分成若干區(qū)段，形成臺階式的速度曲線，這種方法實現簡單，但是存在以下幾個缺點(1)采用臺階式的速度曲線，列車在站間的運行時存在較多的列車速度調整過程造成了乘客的舒適性下降，同時需要牽引及制動系統(tǒng)不斷地做出相應調整不利于列車的節(jié)能運行。(2)臺階式的速度曲線基于運營等級是一個模糊的運行時間間隔，同時，列車在站間以臺階式的速度曲線運行時速度調整過程比較多，很難實現列車的準時運行，必將影響整個線路中列車的運營。(3)采用臺階式的速度曲線運行方式，列車在定點停車過程中由于速度的調整不具有連續(xù)性，很難達到精確停車的目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠有效克服列車在自動駕駛過程中存在的諸多缺陷、舒適性較高、節(jié)能效果好、停車精度高、容易調整、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍較為廣泛的列車自動駕駛系統(tǒng)實現站間運行自動駕駛曲線生成的方法。為了實現上述的目的，本發(fā)明的列車自動駕駛系統(tǒng)實現站間運行自動駕駛曲線生成的方法如下該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟(1)系統(tǒng)實時獲取列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的運營信息、列車參數信息、線路數據庫的線路信息；(2)系統(tǒng)根據所述的運營信息、列車參數信息、線路數據庫的線路信息，實時自適應計算列車站間各運行階段的駕駛曲線信息；(3)系統(tǒng)根據所述的駕駛曲線信息提取并記錄列車站間各運行階段的關鍵點信息，實時生成最優(yōu)的列車站間運行自動駕駛曲線。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的運營信息包括站間運行時間、臨時限速信息、出發(fā)站ID以及目標站ID， 所述的站間運行時間表示列車在站間運行時的確切時間，所述的出發(fā)站ID和目標站ID用于計算站間距離。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的列車參數信息包括黏度系數、列車重量、列車長度，所述的黏度系數、列車重量、列車長度用于查詢各運行階段推薦的加速度值。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的線路數據庫的線路信息包括固定限速信息、坡度、彎度、信標信息，所述的坡度、彎度用于在列車特性參數表中查詢各運行階段推薦的加速度值，所述的信標信息作為定點停車曲線的關鍵拐點信息。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的列車站間的運行階段包括啟動運行階段、速度調整運行階段、惰行運行階段、巡航運行階段和定點停車運行階段，所述的實時自適應計算列車站間各運行階段的駕駛曲線信息，包括以下步驟(21)計算列車站間的最大運行速度Vmax ；(22)根據所述的最大運行速度Vmax進行限速信息的篩選；(23)根據所述的最大運行速度Vmax和限速信息，計算啟動運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及啟動運行時間；(24)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息和啟動運行階段的駕駛曲線，計算速度調整運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及速度調整運行時間；(25)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線和速度調整運行階段的駕駛曲線，計算惰行運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及惰行運行時間；(26)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線、速度調整運行階段的駕駛曲線和惰行運行階段的駕駛曲線，計算巡航運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及巡航運行時間；(27)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線、速度調整運行階段的駕駛曲線、惰行運行階段的駕駛曲線和巡航運行階段的駕駛曲線，計算定點停車運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及定點停車運行時間；(28)將所述的啟動運行時間、速度調整運行時間、惰行運行時間、巡航運行時間、 定點停車運行時間進行累加，并判斷該累加后的總時間是否滿足運營要求；(29)如果不滿足，則返回上述步驟(21)；如果滿足，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟(3)。
該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的計算列車站間的最大運行速度Vmax，具體為根據等步長減少計算出列車最大站間運行速度Vmax。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的根據所述的最大運行速度Vmax進行限速信息的篩選，具體為根據所述的最大運行速度Vmax進行臨時限速區(qū)段和固定限速區(qū)段的篩選，對于限速值Vlimit大于該最大運行速度Vmax的限速區(qū)段進行剔除。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的計算啟動運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及啟動運行時間，包括以下步驟(231)啟動過程采用加速度分級的策略將啟動運行階段分成10個加速子階段， 加速度值依次為 1. 0m/s2、0. 9m/s2、0. 8m/s2、0. 7m/s2、0. 6m/s2、0. 5m/s2、0. 4m/s2、0. 3m/s2、 0. 2m/s2、0. lm/s2 ；其中第一個加速子階段的最大加速時間為10s，后續(xù)9個加速子階段按照等時間加速分級的方式設置最大加速時間均為2. 4s ；(232)根據以下公式計算所述的各個加速子階段的運行時間、運行速度、運行距離和啟動運行時間tn = 2.4*(VstartEnd-10)/9;vn = Vn-^aJtn ；
n=9Tstart=Yjn.,
n=0其中VstartEnd為列車啟動運行階段的末速度，tn為各個加速子階段的運行時間， 1彡η彡9，且當VstartEnd < 36Km/h時，tn = 0 ;vn為各個加速子階段末的運行速度，Sn為各個加速子階段的運行距離，各個加速子階段的加速度，Tstart為列車啟動運行階段的運行總時間。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的計算速度調整運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及速度調整運行時間，具體為根據以下公式計算所述的速度調整運行階段中各個調整區(qū)域的運行時間、調整區(qū)域的距離及速度調整運行時間tadjust」=(Vlimit i-Vm J /aadJust i ；
(γ2 _ γ2 Λ /
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LUU呼 I」J adjust」-/(2* a,
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i=nTadjust =YjIi ■
1=\其中ta(Uust」為第i個調整區(qū)域所需要的調整時間，Satuust」為第i個調整區(qū)域的的距離，Vlimit」為第i個限速區(qū)段的限速值，aa(Uus」為第i個限速區(qū)段的調整加速度值，i取值為1 η，η為調整區(qū)域的總數，Tadjust為所有調整區(qū)域運行時間之和，即速度調整運行時間。該列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法中的計
8算惰行運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及惰行運行時間，具體為根據以下公式計算所述的惰行運行階段的運行速度及惰行運行時間
權利要求
1.一種列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟(1)系統(tǒng)實時獲取列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的運營信息、列車參數信息、線路數據庫的線路信息；(2)系統(tǒng)根據所述的運營信息、列車參數信息、線路數據庫的線路信息，實時自適應計算列車站間各運行階段的駕駛曲線信息；(3)系統(tǒng)根據所述的駕駛曲線信息提取并記錄列車站間各運行階段的關鍵點信息，實時生成最優(yōu)的列車站間運行自動駕駛曲線。
2.根據權利要求1所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的運營信息包括站間運行時間、臨時限速信息、出發(fā)站ID以及目標站ID，所述的站間運行時間表示列車在站間運行時的確切時間，所述的出發(fā)站ID和目標站ID用于計算站間距離。
3.根據權利要求2所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的列車參數信息包括黏度系數、列車重量、列車長度，所述的黏度系數、列車重量、列車長度用于查詢各運行階段推薦的加速度值。
4.根據權利要求3所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的線路數據庫的線路信息包括固定限速信息、坡度、彎度、信標信息，所述的坡度、彎度用于在列車特性參數表中查詢各運行階段推薦的加速度值，所述的信標信息作為定點停車曲線的關鍵拐點信息。
5.根據權利要求4所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的列車站間的運行階段包括啟動運行階段、速度調整運行階段、惰行運行階段、巡航運行階段和定點停車運行階段，所述的實時自適應計算列車站間各運行階段的駕駛曲線信息，包括以下步驟(21)計算列車站間的最大運行速度Vmax；(22)根據所述的最大運行速度Vmax進行限速信息的篩選；(23)根據所述的最大運行速度Vmax和限速信息，計算啟動運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及啟動運行時間；(24)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息和啟動運行階段的駕駛曲線，計算速度調整運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及速度調整運行時間；(25)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線和速度調整運行階段的駕駛曲線，計算惰行運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及惰行運行時間；(26)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線、速度調整運行階段的駕駛曲線和惰行運行階段的駕駛曲線，計算巡航運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及巡航運行時間；(27)根據所述的最大運行速度Vmax、限速信息、啟動運行階段的駕駛曲線、速度調整運行階段的駕駛曲線、惰行運行階段的駕駛曲線和巡航運行階段的駕駛曲線，計算定點停車運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及定點停車運行時間；(28)將所述的啟動運行時間、速度調整運行時間、惰行運行時間、巡航運行時間、定點停車運行時間進行累加，并判斷該累加后的總時間是否滿足運營要求；(29)如果不滿足，則返回上述步驟(21)；如果滿足，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟(3)。
6.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算列車站間的最大運行速度Vmax，具體為根據等步長減少計算出列車最大站間運行速度Vmax。
7.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的根據所述的最大運行速度Vmax進行限速信息的篩選，具體為根據所述的最大運行速度Vmax進行臨時限速區(qū)段和固定限速區(qū)段的篩選，對于限速值 Vlifflit大于該最大運行速度Vmax的限速區(qū)段進行剔除。
8.根據權利要求6所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算啟動運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及啟動運行時間，包括以下步驟(231)采用加速度分級的策略將啟動運行階段分成10個加速子階段，加速度值依次為 1. 0m/s2、0. 9m/s2、0. 8m/s2、0. 7m/s2、0. 6m/s2、0. 5m/s2、0. 4m/s2、0. 3m/s2、0. 2m/s2、0. lm/s2 ； 其中第一個加速子階段的最大加速時間為10s，后續(xù)9個加速子階段按照等時間加速分級的方式設置最大加速時間均為2. 4s ； (232)根據以下公式計算所述的各個加速子階段的運行時間、運行速度、運行距離和啟動運行時間
9.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算速度調整運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及速度調整運行時間，具體為根據以下公式計算所述的速度調整運行階段中各個調整區(qū)域的運行時間、調整區(qū)域的距離及速度調整運行時間
10.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算惰行運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及惰行運行時間，具體為根據以下公式計算所述的惰行運行階段的運行速度及惰行運行時間IooseEnd γloose IooseBefore ,T]_oose (VlooseEnd VlooseBefore) /^loose 其中=V1^toe為惰行運行階段之前的速度值大小，其為Vlimit或者Vmax，Vlimit為限速值，V1()_End為惰行運行階段結束點的速度值，Slrase為惰行運行階段的距離， \。_為惰行運行時間，aloose為惰行運行的加速度。
11.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算巡航運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及巡航運行時間，具體為根據以下公式計算所述的巡航運行階段中的各個巡航區(qū)域的運行時間及巡航運行時間tcruise—i SCfuise—i/Vcruise—i i-nT =Yt ；cruise / ι cruise _ ι ‘ i=l其中，t。raise—i為第i個巡航區(qū)域的運行時間，Scruisej為第i個巡航區(qū)域的距離，Vcruise i 為第i個巡航區(qū)域的巡航速度，其為Vlimit或者Vmax，Vlimit為限速值，Tcruise為所有巡航區(qū)域的運行時間之和，即巡航運行時間。
12.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的計算定點停車運行階段的駕駛曲線中的關鍵點信息及定點停車運行時間，具體為根據以下公式計算所述的定點停車運行階段中的各個軌跡點的位置、相對距離、速度及定點停車運行時間^TASClMax - V_ ^aTASCl (^C — ^Tl )‘Sa — Sti+ (Vti ~VTASC 1Max)/2*aTASC1 ；Sb — ST0_&TASC1*SCT0/ (&TASCl_aTASC2)；^B -aTASCBTO ‘Ttia — St1a/Vt1 ；Tab — (Yb_Vti) /aTAsci ；Tbto — ~VB/aTASC2 ；Tstop — Tt1A+Tab+Tbt〇；其中TASC1為在無源信標Tl處生成的定點停車曲線，TASC2為在無源信標T2處生成的定點停車曲線，該無源信標Tl為惰行運行階段的結束點的位置，Vn為無源信標Tl處的速度，A點為列車與定點停車曲線TASCl的運行軌跡接入點，B點為定點停車曲線TASCl和 TASC2的交點，C點為定點停車曲線TASCl的終點，TO點為定點停車曲線TASC2的終點，即停車點，Sa為A點處的絕對位置，Sb為B點處的絕對位置，Sn為Tl點處的絕對位置，Sc為 C點處的絕對位置，Vb為B點處的速度值，VTAS。1Max為定點停車曲線TASCl在Tl處的速度值， Sbto為B點與TO點的之間的距離，Scto為C點與TO點之間的距離，Ttia為勻速巡航運行時間，Tab為定點停車曲線TASCl上的減速運行時間，Tbto為定點停車曲線TASC2上的減速運行時間，Tstop為定點停車運行時間。
13.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的判斷累加后的總時間是否滿足運營要求，包括以下步驟(281)判斷該累加后的總時間Tadaptire與列車自動監(jiān)控系統(tǒng)中預設的運營要求時間Tran 之間的差值是否滿足以下條件-3<Tarlaptive-Trun<3s(282)如果滿足，則返回滿足運營要求的結果；(283)如果不滿足，則返回不滿足運營要求的結果。
14.根據權利要求5所述的列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其特征在于，所述的實時生成最優(yōu)的列車站間運行自動駕駛曲線，具體為提取啟動運行階段中各加速子階段的開始點位置、結束點位置、開始點速度、結束點速度，速度調整運行階段的開始點位置、結束點位置、開始點速度、結束點速度，惰行運行階段的開始點位置、結束點位置、開始點速度、結束點速度，巡航運行階段的開始點位置、結束點位置、開始點速度、結束點速度，定點停車運行階段的減速開始點位置、結束點位置、開始點速度、結束點速度，并將相應信息記錄到數據結構中，從而形成最優(yōu)的列車站間運行自動駕駛曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種列車自動駕駛系統(tǒng)中實現列車站間運行自動駕駛曲線實時生成的方法，其中包括系統(tǒng)實時獲取列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的運營信息、列車參數信息、線路數據庫的線路信息，實時自適應計算列車站間各運行階段的駕駛曲線信息，根據駕駛曲線信息提取并記錄列車站間各運行階段的關鍵點信息，實時生成最優(yōu)的列車站間運行自動駕駛曲線。采用該種列車自動駕駛系統(tǒng)中實現站間運行自動駕駛曲線生成的方法，有效克服列車在自動駕駛過程中存在的諸多缺陷，舒適性較高，節(jié)能效果好，停車精度高，容易調整，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，實現列車準時、節(jié)能、高舒適性、安全及平穩(wěn)地運行，完全滿足了CBTC系統(tǒng)的運營要求。
文檔編號B61C17/00GK102442323SQ20111032820
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者丁星, 周方, 應飛, 潘菁毅, 王斐, 趙建波, 郭健, 陳曉萍, 顧辰晨 申請人:中國電子科技集團公司第三十二研究所