一種列車司機(jī)輔助駕駛方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通列車運(yùn)行控制，特別是涉及一種列車司機(jī)輔助駕駛方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源和經(jīng)濟(jì)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。鐵路運(yùn)輸 作為我國(guó)綜合交通體系的重要組成部分，承擔(dān)著全國(guó)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量總量的三分之一、全國(guó)貨 運(yùn)周轉(zhuǎn)總量的一半，這使得鐵路運(yùn)輸部門成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中能耗最大的單位之一。
[0003] 以北京城市軌道交通為例，2015年北京軌道交通網(wǎng)規(guī)劃用電為13.9億度，約占北 京市用電總量的1.2%。根據(jù)對(duì)城市軌道交通用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)分析，能耗主要分布在列車牽 引用電和各種動(dòng)力輔助及照明設(shè)備用電，其中尤其以牽引供電能耗最大，有近50%來(lái)自于 列車牽引能耗。因此，減少城市軌道交通系統(tǒng)耗能的重要途徑之一就是降低列車牽引能耗。 列車牽引能耗用于列車運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)列車的節(jié)能運(yùn)行成為降低列車牽引能耗最為有效的 重要手段。
[0004] 相關(guān)文獻(xiàn)顯示，在鐵路貨物運(yùn)輸過(guò)程中，在線路條件、機(jī)車車輛特性以及運(yùn)行速度 等相同的情況下，不同的操縱方式對(duì)列車的能耗有著重要影響，由于司機(jī)操縱技術(shù)水平的 高低所引起的列車運(yùn)行過(guò)程中的能耗差異可達(dá)30%。有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)能夠保證運(yùn)輸需求的前 提下，掌握好操作的時(shí)機(jī)，減少諸如接近限速時(shí)被迫使用制動(dòng)減速、制動(dòng)時(shí)機(jī)過(guò)早損失動(dòng) 能、惰行使用時(shí)機(jī)不當(dāng)?shù)仍斐傻哪茉蠢速M(fèi)。
[0005] 因此，在當(dāng)前我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的背景下，研究列車的能耗情 況，為列車司機(jī)提供實(shí)時(shí)的具體的合理化的駕駛建議對(duì)于列車節(jié)能運(yùn)行尤為重要。
[0006] 因此，需要一種新型的列車輔助駕駛方法和系統(tǒng)，以滿足鐵路發(fā)展的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種列車司機(jī)輔助駕駛方法及系統(tǒng)，以解決列車 運(yùn)行能耗高，機(jī)車磨損嚴(yán)重，以及對(duì)駕駛員進(jìn)行模擬培訓(xùn)的問(wèn)題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0009] -種列車司機(jī)輔助駕駛方法，該方法的步驟包括
[0010] S1、配置列車和線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)手動(dòng)輸入或文件導(dǎo)入的方式存入數(shù)據(jù) 庫(kù)；
[0011] S2、根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息計(jì)算節(jié)能駕駛序列，并保存生成的目標(biāo)速度曲線和目 標(biāo)操作序列；
[0012] S3、定時(shí)獲取列車的GPS定位信息，基于所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，計(jì)算列車當(dāng)前位置；
[0013] S4、根據(jù)列車當(dāng)前位置信息和歷史位置信息計(jì)算列車當(dāng)前速度；
[0014] S5、根據(jù)列車當(dāng)前速度和位置判斷列車是否到達(dá)終點(diǎn);若是，則直接根據(jù)列車的基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息和運(yùn)行信息計(jì)算列車的總能耗和晚點(diǎn)時(shí)間信息，若否，則執(zhí)行步驟S6;
[0015] S6、根據(jù)列車目標(biāo)速度曲線計(jì)算列車運(yùn)行偏差時(shí)間；若偏差時(shí)間超出設(shè)定的閾值 范圍，則根據(jù)剩余運(yùn)行時(shí)間和距離重新計(jì)算節(jié)能駕駛序列，并保存生成的目標(biāo)速度曲線和 目標(biāo)操作序列;若偏差時(shí)間在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，則執(zhí)行步驟S7;
[0016] S7、將計(jì)算得到的當(dāng)前和下一目標(biāo)操作，以可視數(shù)據(jù)的形式顯示給駕駛?cè)藛T，并以 倒計(jì)時(shí)形式顯示距離下一目標(biāo)操作切換的時(shí)間。
[0017]優(yōu)選的，所述列車和線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息包括車站信息、司機(jī)信息、線路地理信息、 列車時(shí)刻表、車次信息及車輛信息、坡度信息和限速信息。
[0018] 優(yōu)選的，該方法進(jìn)一步包括
[0019] S8、記錄列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括列車運(yùn)行信息、列車速度距離曲線、司機(jī)操作 序列和GPS信息；
[0020] S9、獲取并顯示當(dāng)前列車前后區(qū)段的限速、坡度、曲率、列車目標(biāo)速度距離曲線和 歷史速度距離曲線，返回步驟S3;
[0021] S10、重復(fù)步驟S3至S9,直至檢測(cè)到列車到達(dá)終點(diǎn)。
[0022] 優(yōu)選的，所述計(jì)算節(jié)能駕駛序列的步驟包括
[0023] S21、計(jì)算巡航速度下限值Vi和巡航速度上限值Vh，確定巡航速度搜索范圍，并計(jì)算 巡航速度下限值％和巡航速度上限值Vh所對(duì)應(yīng)的節(jié)能駕駛序列能耗EjPEh;
[0024] S22、基于二分法，計(jì)算中值巡航速度Vm;
[0025] S23、計(jì)算中值巡航速度對(duì)應(yīng)的節(jié)能操作序列能耗Em;
[0026] S24、更新巡航速度下限值h和巡航速度上限值Vh及其對(duì)應(yīng)的能耗；
[0027] S25、若巡航速度下限值Vi和巡航速度上限值Vh的差的絕對(duì)值小于給定的值e，即 Vh-Vi | <e，則計(jì)算結(jié)束，若否，則重復(fù)步驟S22至S25直至滿足| Vh-Vi | <e。
[0028] 優(yōu)選的，所述步驟S21包括 [0029] S211、確定優(yōu)化有效限速帶；
[0030] S212、對(duì)確定的優(yōu)化有效限速帶，進(jìn)行優(yōu)化子區(qū)間劃分；
[0031] S213、計(jì)算每個(gè)子區(qū)間列車運(yùn)行時(shí)間與能耗的函數(shù)曲線E(t);
[0032] S214、對(duì)每個(gè)區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化分配；
[0033] S215、計(jì)算所有限速帶和優(yōu)化子區(qū)間的節(jié)能操作序列，并匯總成為整個(gè)列車運(yùn)行 區(qū)間的節(jié)能操作序列，及各個(gè)操作對(duì)應(yīng)的起始和持續(xù)時(shí)間。
[0034]優(yōu)選的，所述步驟S24包括
[0035] S241、計(jì)算Ei、EjPEm中的最小值對(duì)應(yīng)的巡航速度值：
[0036] Vi = {v|v e (F；, Vh, Vm E{v)^min(EvE.：h,Em)};
[0037] S242、計(jì)算Ei、Eh和Em中的最大值對(duì)應(yīng)的巡航速度值：
[0038] ^ ;
[0039] S243、對(duì)巡航速度下限值Vi和巡航速度上限值Vh及其對(duì)應(yīng)的Ει和Eh進(jìn)行更新，獲得 更新后的巡航速度上限值Vh和其對(duì)應(yīng)的能耗值Eh:
[0040] 匕
[0041 ] Eh= {E I Ee {Ei,Eh,Em} ,min(Ei,Eh,Em)<E<max(Ei,Eh,Em)}；
[0042]獲得更新后的巡航速度下限值Vi和其對(duì)應(yīng)的能耗值Ei:
[0043] V}=Vl
[0044] Ei=min(Ei,Eh,Em) 〇
[0045] 優(yōu)選的，所述列車晚點(diǎn)時(shí)間的計(jì)算方式為:列車晚點(diǎn)時(shí)間=列車到達(dá)車站時(shí)間-列 車計(jì)劃到站時(shí)間；
[0046] 所述列車的總能耗Ε_為:Esum= 2F(k) [x(k)-x(k_l)]，式中F(k)通過(guò)列車動(dòng)力學(xué)
求得，其中，m為列車質(zhì)量，ΔΤ為采樣間隔，v (k)為k時(shí)刻的列車運(yùn)行速度，X (k)為k時(shí)刻的列車運(yùn)行位置，F(xiàn) (k)為k時(shí)刻的列車牽引力，r [v(k)]為k時(shí)刻的列車運(yùn)行基本阻力，G[x(k)]為k時(shí)刻的坡度重力分量;利用步驟S3中獲得 的列車位置，根據(jù)坡度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算列車在x(k)位置處的重力分量:G[x(k)]=m · g · j，其 中g(shù)為重力常數(shù)，j為坡度千分?jǐn)?shù)值。
[0047] -種列車司機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
[0048] GPS定位模塊，基于GPS系統(tǒng)，對(duì)列車當(dāng)前位置定位；
[0049] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于接收列車的GPS定位信息，并發(fā)送至計(jì)算單元；
[0050] 計(jì)算單元，用于對(duì)列車的節(jié)能駕駛序列、列車的位置和速度、切換倒計(jì)時(shí)、列車運(yùn) 行偏差和列車能耗進(jìn)行計(jì)算；
[0051] 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，用于存儲(chǔ)外部輸入或?qū)氲幕A(chǔ)數(shù)據(jù)信息、存儲(chǔ)計(jì)算單元的計(jì)算結(jié) 果和基于外部設(shè)備調(diào)用指令，輸出目標(biāo)操作序列或目標(biāo)速度曲線。
[0052]優(yōu)選的，所述計(jì)算單元包括
[0053]節(jié)能駕駛序列計(jì)算模塊，用于根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息計(jì)算節(jié)能駕駛序列，并生成的目 標(biāo)速度曲線和目標(biāo)操作序列；
[0054] 位置和速度計(jì)算模塊，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，列車位置的計(jì)算:利用直接投影算法計(jì) 算列車當(dāng)前位置，以及列車速度計(jì)算：
[0055] 切換倒計(jì)時(shí)計(jì)算模塊，利用Td = Tn_T。計(jì)算切換倒計(jì)時(shí)，其中，Tn為下一目標(biāo)操作對(duì) 應(yīng)的目標(biāo)時(shí)間，T。為讀取的當(dāng)前時(shí)間；
[0056] 列車運(yùn)行偏差計(jì)算模塊，利用1 = 1'。-1'[)計(jì)算列車運(yùn)行偏差時(shí)間，其中，^為根據(jù)列 車當(dāng)前位置查詢目標(biāo)操作序列所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，T。為讀取當(dāng)前的時(shí)間;和
[0057] 能耗計(jì)算