本技術(shù)涉及交通運輸控制，特別是涉及一種虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法、裝置、電子設(shè)備、計算機程序產(chǎn)品、非易失性存儲介質(zhì)及虛擬聯(lián)掛編組控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、虛擬聯(lián)掛編組技術(shù)使用無線通信代替機械聯(lián)掛，通過領(lǐng)航車-跟隨車之間的無線通信，使跟隨車獲取領(lǐng)航車的運行狀態(tài)，實現(xiàn)相同或不同型號的列車在運營過程中實時、快速地重聯(lián)或解編，能夠滿足運能與客流精準(zhǔn)匹配的需求。

2、相關(guān)技術(shù)盡管能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬連掛編組的列車組的列車運行性能和安全性指標(biāo)，但是，無法保證列車平穩(wěn)且高效地完成運輸任務(wù)，無法滿足用戶的舒適性需求。

3、鑒于此，實現(xiàn)虛擬連掛編組列車平穩(wěn)且高效地運行，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

4、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強對本技術(shù)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法、裝置、電子設(shè)備、計算機程序產(chǎn)品、非易失性存儲介質(zhì)及虛擬聯(lián)掛編組控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)且高效地控制虛擬連掛編組列車運行，有效提升用戶的舒適性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供以下技術(shù)方案：

3、本技術(shù)一方面提供了一種虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法，包括：

4、基于虛擬聯(lián)掛編組的領(lǐng)航車與跟隨車的牽引特性和制動特性，構(gòu)建車輛運行控制模型；

5、基于所述車輛運行控制模型，根據(jù)列車調(diào)度信息、列車安全運行要求、列車受力變化要求及列車工況切換要求確定編組運行約束條件；

6、基于所述車輛運行控制模型和所述編組運行約束條件，以車輛運動參數(shù)作為狀態(tài)變量、列車沖擊率作為控制變量，通過以滿足預(yù)設(shè)聯(lián)掛編組運行指標(biāo)為目標(biāo)，確定所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在運行過程中的協(xié)同運行數(shù)據(jù)及對應(yīng)的操縱工況。

7、示例性的，所述車輛運行控制模型包括車輛運動模型和車輛縱向動力模型，所述基于虛擬聯(lián)掛編組的領(lǐng)航車與跟隨車的牽引特性和制動特性，構(gòu)建車輛運行控制模型，包括：

8、根據(jù)處于虛擬聯(lián)掛編組運行方式下的所述領(lǐng)航車與所述跟隨車的運動規(guī)律，基于單質(zhì)點模型構(gòu)建車輛運動模型；

9、根據(jù)處于虛擬聯(lián)掛編組運行方式下的所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在行駛過程中受到的各種外力，基于能量守恒定律構(gòu)建車輛縱向動力模型。

10、示例性的，所述根據(jù)處于虛擬聯(lián)掛編組運行方式下的所述領(lǐng)航車與所述跟隨車的運動規(guī)律，基于單質(zhì)點模型構(gòu)建車輛運動模型，包括：

11、調(diào)用車輛運動模型關(guān)系式，構(gòu)建車輛運動模型；所述車輛運動模型關(guān)系式為：

12、

13、式中，為車輛位置s的微分，t為時間，v(t)為車輛的運行速度，為v(t)的微分，為a(t)的微分，a(t)為車輛的運行加速度，j(t)為車輛的沖擊率。

14、示例性的，所述根據(jù)處于虛擬聯(lián)掛編組運行方式下的所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在行駛過程中受到的各種外力，基于能量守恒定律構(gòu)建車輛縱向動力模型，包括：

15、分別計算所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在運行過程中的運動消耗功率、受滾動阻力消耗的功率、受空氣阻力消耗的功率及受坡道阻力消耗的功率；

16、分別計算在牽引工況或制動工況下，所述領(lǐng)航車與所述跟隨車受到牽引力或制動力對應(yīng)的功率；

17、基于牽引與制動系統(tǒng)輸出的功率，與所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在運行過程中的各消耗功率相等，得到車輛縱向動力模型。

18、示例性的，所述根據(jù)處于虛擬聯(lián)掛編組運行方式下的所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在行駛過程中受到的各種外力，基于能量守恒定律構(gòu)建車輛縱向動力模型，包括：

19、調(diào)用列車縱向動力學(xué)關(guān)系式，構(gòu)建車輛縱向動力模型；所述列車縱向動力學(xué)關(guān)系式為：

20、

21、式中，fbra為車輛的牽引力，ftra為車輛的制動力，m為車輛質(zhì)量，jwheel為牽引系統(tǒng)相對車輪軸的等效轉(zhuǎn)動慣量，rwheel為車輪滾動半徑，a為車輛的加速度，g為重力加速度，α為道路坡度，frol為滾阻系數(shù)，cair為空氣阻力系數(shù)，aair為車輛的迎風(fēng)面積，ρair為空氣密度，v為車輛的運行速度。

22、示例性的，所述車輛運行控制模型包括車輛運動模型和車輛縱向動力模型，所述基于所述車輛運行控制模型，根據(jù)列車調(diào)度信息、列車安全運行要求、列車受力變化要求及列車工況切換要求確定編組運行約束條件，包括：

23、根據(jù)虛擬聯(lián)掛編組的啟停狀態(tài)、運行時刻表和停車時間差，確定調(diào)度約束條件；

24、基于所述車輛運動模型，根據(jù)所述虛擬聯(lián)掛編組的牽引特性和制動特性，確定受力閾值、輸出功率閾值及列車受力變化率限制條件，以作為列車模型約束條件；

25、基于列車工況切換時間和所述車輛縱向動力模型，確定工況切換控制條件；

26、根據(jù)所述領(lǐng)航車與所述跟隨車的運行速度最大值和所述工況切換控制條件，確定安全防護約束條件；

27、基于所述調(diào)度約束條件、所述列車模型約束條件及所述安全防護約束條件，確定編組運行約束條件。

28、示例性的，所述根據(jù)虛擬聯(lián)掛編組的啟停狀態(tài)、運行時刻表和停車時間差，確定調(diào)度約束條件，包括：

29、根據(jù)所述領(lǐng)航車和所述跟隨車各自的初始位置、初始速度、初始牽引力/初始制動力，確定聯(lián)掛編組初始條件約束；

30、根據(jù)所述領(lǐng)航車和所述跟隨車各自的終止位置、終止速度、終止?fàn)恳?終止制動力，確定聯(lián)掛編組終止條件約束；

31、根據(jù)虛擬聯(lián)掛編組的啟動時間和終止時間，確定聯(lián)掛編組時間約束；

32、將所述聯(lián)掛編組初始條件約束、所述聯(lián)掛編組終止條件約束及所述聯(lián)掛編組時間約束共同作為調(diào)度約束條件。

33、示例性的，所述基于所述車輛運動模型，根據(jù)所述虛擬聯(lián)掛編組的牽引特性和制動特性，確定受力閾值、輸出功率閾值及列車受力變化率限制條件，以作為列車模型約束條件，包括：

34、調(diào)用列車牽引/制動特性約束關(guān)系式和牽引/制動力變化率約束關(guān)系式，生成列車模型約束條件；

35、其中，所述列車牽引/制動特性約束關(guān)系式為：

36、

37、其中，所述牽引/制動力變化率約束關(guān)系式為：

38、

39、式中，fbmin為列車當(dāng)前車速下的最小制動力，i＝1,2,...,n，n為時間離散等分?jǐn)?shù)，fl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的牽引/制動力，flmax為領(lǐng)航車運行過程中的最大制動力，pbmin為列車最小制動功率，vl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的速度，ptmax為最大牽引功率，ff(i)為跟隨車運行過程中的牽引/制動力，ftmax為列車當(dāng)前車速下的最大牽引力，vf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的速度，dfm為牽引/制動力的最大變化率，t為時間。

40、示例性的，所述基于列車工況切換時間和所述車輛縱向動力模型，確定工況切換控制條件，包括：

41、調(diào)用列車工況切換約束關(guān)系式，表示工況切換控制條件；所述列車工況切換約束關(guān)系式為：

42、

43、式中，δfm為牽引與制動切換時間δtm內(nèi)的力的最大增量，n為時間離散等分?jǐn)?shù)，fl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的牽引/制動力，hl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的第一工況切換控制系數(shù)，ff(i)為跟隨車運行過程中的牽引/制動力，hf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的第一工況切換控制系數(shù)，kl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的第二工況切換控制系數(shù)，kf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的第二工況切換控制系數(shù)，m為車輛質(zhì)量，jwheel為牽引系統(tǒng)相對車輪軸的等效轉(zhuǎn)動慣量，rwheel為車輪滾動半徑，af(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的加速度，al(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的加速度，vl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的速度，vf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的速度，g為重力加速度，α為道路坡度，frol為滾阻系數(shù)，cair為空氣阻力系數(shù)，aair為車輛的迎風(fēng)面積，ρair為空氣密度。

44、示例性的，所述基于所述車輛運行控制模型和所述編組運行約束條件，以車輛運動參數(shù)作為狀態(tài)變量、列車沖擊率作為控制變量，通過以滿足預(yù)設(shè)聯(lián)掛編組運行指標(biāo)為目標(biāo)，確定所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在運行過程中的協(xié)同運行數(shù)據(jù)及對應(yīng)的操縱工況，包括：

45、通過以滿足預(yù)設(shè)聯(lián)掛編組運行指標(biāo)為目標(biāo)，生成目標(biāo)函數(shù)；

46、基于所述車輛運行控制模型的車輛運動模型，以車輛位置、車輛速度、車輛加速度作為狀態(tài)變量，以列車沖擊率作為控制變量，生成虛擬聯(lián)掛編組的狀態(tài)空間信息；

47、調(diào)用預(yù)設(shè)尋優(yōu)算法，基于所述編組運行約束條件、所述目標(biāo)函數(shù)和所述狀態(tài)空間信息，得到所述跟隨車和所述領(lǐng)航車在各離散時刻對應(yīng)的運行數(shù)據(jù)及受力數(shù)據(jù)；

48、基于所述跟隨車和所述領(lǐng)航車的受力數(shù)據(jù)，確定操縱工況。

49、示例性的，所述通過以滿足預(yù)設(shè)聯(lián)掛編組運行指標(biāo)為目標(biāo)，生成目標(biāo)函數(shù)，包括：

50、調(diào)用目標(biāo)函數(shù)關(guān)系式，生成虛擬聯(lián)掛編組的目標(biāo)函數(shù)；所述目標(biāo)函數(shù)關(guān)系式為：

51、

52、式中，j為目標(biāo)函數(shù)，jl(i)為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的沖擊率，jf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的沖擊率，vfebi(i)為跟隨車運行過程中的最大運行速度，ωv為跟隨車與安全限速差優(yōu)化權(quán)重，ωl為領(lǐng)航車沖擊率優(yōu)化權(quán)重，ωf為跟隨車沖擊率優(yōu)化權(quán)重，vf(i)為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的速度，n為時間離散等分?jǐn)?shù)。

53、示例性的，所述基于所述車輛運行控制模型的車輛運動模型，以車輛位置、車輛速度、車輛加速度作為狀態(tài)變量，以列車沖擊率作為控制變量，生成虛擬聯(lián)掛編組的狀態(tài)空間信息，包括：

54、調(diào)用狀態(tài)空間方程式表示虛擬聯(lián)掛編組的狀態(tài)空間信息；所述狀態(tài)空間方程式為：

55、

56、式中，為領(lǐng)航車在運行過程中的車輛位置sl的微分，為領(lǐng)航車在運行過程中的車輛位置vl的微分，為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的加速度al的微分，為跟隨車在運行過程中的車輛位置sf的微分，為跟隨車在運行過程中的車輛位置vf的微分，為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的加速度af的微分，jl為領(lǐng)航車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的沖擊率，jf為跟隨車運行過程中在第i個時間離散等分?jǐn)?shù)處的沖擊率。

57、示例性的，所述基于所述跟隨車和所述領(lǐng)航車的受力數(shù)據(jù)，確定操縱工況，包括：

58、基于牽引與制動切換時間內(nèi)的力的最大增量和預(yù)設(shè)隨機數(shù)，確定工況選擇閾值；

59、若所述跟隨車和所述領(lǐng)航車的牽引力/制動力均大于所述工況選擇閾值，則處于牽引工況；

60、若所述跟隨車和所述領(lǐng)航車的牽引力/制動力均小于所述工況選擇閾值的負(fù)值，則處于制動工況；

61、若所述跟隨車和所述領(lǐng)航車的牽引力/制動力不同時大于所述工況選擇閾值，或者是不同時小于所述工況選擇閾值的負(fù)值，則處于惰行工況。

62、本技術(shù)另一方面提供了一種虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制裝置，包括：

63、模型構(gòu)建模塊，用于基于虛擬聯(lián)掛編組的領(lǐng)航車與跟隨車的牽引特性和制動特性，構(gòu)建車輛運行控制模型；

64、約束條件確定模塊，用于基于所述車輛運行控制模型，根據(jù)列車調(diào)度信息、列車安全運行要求、列車受力變化要求及列車工況切換要求確定編組運行約束條件；

65、編組控制模塊，用于基于所述車輛運行控制模型和所述編組運行約束條件，以車輛運動參數(shù)作為狀態(tài)變量、列車沖擊率作為控制變量，通過以滿足預(yù)設(shè)聯(lián)掛編組運行指標(biāo)為目標(biāo)，確定所述領(lǐng)航車與所述跟隨車在運行過程中的協(xié)同運行數(shù)據(jù)及對應(yīng)的操縱工況。

66、本技術(shù)還提供了一種電子設(shè)備，包括處理器，所述處理器用于執(zhí)行存儲器中存儲的計算機程序時實現(xiàn)如前任一項所述虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法的步驟。

67、本技術(shù)還提供了一種非易失性存儲介質(zhì)，所述非易失性存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如前任一項所述虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法的步驟。

68、本技術(shù)還提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如前任一項所述虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法的步驟。

69、本技術(shù)最后還提供了一種虛擬聯(lián)掛編組控制系統(tǒng)，包括地面信號機、領(lǐng)航車的主列車自動運行子系統(tǒng)、主列車自動防護子系統(tǒng)、主通信子系統(tǒng)，及跟隨車的從列車自動運行子系統(tǒng)、從列車自動防護子系統(tǒng)、從通信子系統(tǒng)；

70、其中，所述主列車自動防護子系統(tǒng)通過所述主通信子系統(tǒng)，所述從列車自動防護子系統(tǒng)通過所述從通信子系統(tǒng)，分別與所述地面信號機進行通訊；

71、所述主列車自動運行子系統(tǒng)通過所述主通信子系統(tǒng)，所述從列車自動運行子系統(tǒng)通過所述從通信子系統(tǒng)，進行車輛運行狀態(tài)信息的交互；

72、所述主列車自動運行子系統(tǒng)和所述從列車自動運行子系統(tǒng)實現(xiàn)如前任一項所述虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法的步驟。

73、本技術(shù)提供的技術(shù)方案的優(yōu)點在于，通過分析虛擬聯(lián)掛編組牽引特性和制動特性構(gòu)建反映車輛運行情況和運行過程受力情況的車輛運行控制模型，在確定跟隨車和領(lǐng)航車運行過程中的運行速度時考慮列車調(diào)度情況、安全運行、受力變化情況及工況切換情況，不僅能夠滿足列車運行性能和安全性指標(biāo)，很好的滿足列車虛擬聯(lián)掛編組的準(zhǔn)點、站臺作業(yè)時間和停車精度的要求，還能確保用戶的舒適性非常良好。能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)且高效地控制虛擬連掛編組列車運行。進一步的，領(lǐng)航車與跟隨車的牽引力與制動力與操縱級位完全匹配，全過程不會觸發(fā)緊急制動，且操作級位沒有發(fā)生頻繁切換，實現(xiàn)列車工況的平穩(wěn)切換和運行控制，有效提升用戶的舒適性。

74、此外，本技術(shù)還針對虛擬聯(lián)掛編組的列車運行速度控制方法提供了相應(yīng)的實現(xiàn)裝置、電子設(shè)備及非易失性存儲介質(zhì)，進一步使得所述方法更具有實用性，所述裝置、電子設(shè)備及非易失性存儲介質(zhì)具有相應(yīng)的優(yōu)點。

75、上面已提及的技術(shù)特征、下面將要提及的技術(shù)特征以及單獨地在附圖中顯示的技術(shù)特征可以任意地相互組合，只要被組合的技術(shù)特征不是相互矛盾的。所有的可行的特征組合都是在本技術(shù)中明確地記載的技術(shù)內(nèi)容。在同一個語句中包含的多個分特征之中的任一個分特征可以獨立地被應(yīng)用，而不必一定與其他分特征一起被應(yīng)用。

76、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本技術(shù)。