本發(fā)明涉及列車節(jié)能優(yōu)化方法，尤其是一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、軌道交通憑借著其方便快捷、安全舒適、效率高等優(yōu)點(diǎn)吸引著世界各國的青睞，已成為這些現(xiàn)代化大都市的重要干線交通，不僅達(dá)到緩解交通壓力，更是實(shí)現(xiàn)綠色出行。地鐵列車的運(yùn)行消耗大量的能量，因此，研究地鐵列車節(jié)能優(yōu)化具有重大意義

2、而現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)，一味的追求如何降低列車的能耗，而沒有關(guān)注到乘客的體驗(yàn)感，如何能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的同時(shí)，照顧到乘客的體驗(yàn)感是急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)，一味的追求如何降低列車的能耗，而沒有關(guān)注到乘客的體驗(yàn)感的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：

3、對(duì)列車進(jìn)行受力分析，根據(jù)牽引計(jì)算公式建立列車動(dòng)力模型，其中包括計(jì)算列車的牽引力、制動(dòng)力以及阻力；

4、在運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，基于列車的運(yùn)行工況最大加速-巡航-惰行-最大制動(dòng)的流程，生成速度曲線；

5、建立遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型，基于遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型求解最優(yōu)速度曲線；

6、建立舒適模型，分析乘客的乘坐舒適度。

7、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，列車的牽引力計(jì)算公式如下：

8、

9、式中，f(v)為列車牽引力(n)，tf為恒牽引力區(qū)牽引力(n)；v為列車的運(yùn)行速度(m/s)；va為恒牽引力區(qū)轉(zhuǎn)折速度(m/s)；vb為恒功率區(qū)轉(zhuǎn)折速度(m/s)；為自然特性區(qū)終點(diǎn)速度(m/s)。

10、列車的制動(dòng)力計(jì)算公式如下：

11、

12、式中，b(v)為列車電制動(dòng)力(n),bf為恒牽引力區(qū)制動(dòng)力(n)；vd為恒牽引力區(qū)轉(zhuǎn)折速度(m/s)；vf為自然特性區(qū)終點(diǎn)速度(m/s)；

13、列車的阻力計(jì)算公式如下：

14、w(v)＝(a0+b0·v+c0·v2)·(k+g)·g

15、式中，w(v)為列車基本阻力(n)；k為列車動(dòng)車和拖車總重量(kg)；g為載客重量(kg)；a0、b0、c0為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取決于車輛的類型和實(shí)際線路情況；v為列車速度(m/s)。

16、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，列車動(dòng)力模型構(gòu)建方法如下：

17、包括根據(jù)牽引計(jì)算公式建立列車動(dòng)力學(xué)方程；

18、降低列車牽引力做功，建立目標(biāo)函數(shù)；

19、計(jì)算列車在運(yùn)行過程中發(fā)車起動(dòng)速度、進(jìn)站停車速度、站間運(yùn)行時(shí)間、線路限速和最大加速度。

20、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，根據(jù)牽引計(jì)算公式建立列車動(dòng)力學(xué)方程具體如下：

21、

22、式中：m—列車質(zhì)量；f(v)—牽引力；b(v)—制動(dòng)力；v—運(yùn)行速度；t—運(yùn)行時(shí)間；w(v)—運(yùn)行基本阻力；a、b、c—列車的基本阻力系數(shù)；f(v)—列車附加阻力，由坡道阻力fi,曲線阻力fr和隧道阻力fs三者共同組成。

23、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，降低列車牽引力做功，建立目標(biāo)函數(shù)具體如下：

24、設(shè)置目標(biāo)函數(shù)為：

25、式中：e—牽引能耗；μf—牽引力使用系數(shù)；s—列車的運(yùn)行距離；x—列車位置；

26、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，計(jì)算列車在運(yùn)行過程中發(fā)車起動(dòng)速度、進(jìn)站停車速度、站間運(yùn)行時(shí)間、線路限速和最大加速度具體如下：

27、

28、式中：

29、vline(x)—x位置的線路限速；amax—列車運(yùn)行允許的最大加速度絕對(duì)值；μb—列車制動(dòng)力系數(shù)；tp—列車給定運(yùn)行時(shí)間。

30、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，建立遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型具體包括如下：

31、獲取輸入數(shù)據(jù)，包括列車性能參數(shù)、線路數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)；

32、線路區(qū)間劃分，按照線路不同位置的坡度曲率和限速的差異將線路劃分為n個(gè)固定區(qū)間；

33、建立初始化種群，令種群大小為n,初始化種群為p，按照每個(gè)區(qū)間的能耗和最佳巡航速度劃分初始種群對(duì)，生成對(duì)應(yīng)的節(jié)能狀態(tài)矩陣為x＝[e1,u1,e2,u2,…,en,un],xi(i＝1,…,n則表示每列車在運(yùn)行線路上對(duì)應(yīng)的區(qū)間i的能耗en和巡航速度。

34、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，對(duì)于給定x＝[e1,u1,e2,u2,…,en,un],利用ei和ui反推區(qū)間i的最優(yōu)速度曲線，其方法如下：

35、一、設(shè)列車在區(qū)間運(yùn)行的初速度為v0,區(qū)間出口限速為vt,區(qū)間長度為s,將區(qū)間分成n等分，這樣在劃分后的每個(gè)δx內(nèi)加速度可以認(rèn)為保持不變，計(jì)算列車在加速階段的速度序列；

36、二、令i＝i+1并重復(fù)步驟一當(dāng)e＝0時(shí)且vi<u將停止點(diǎn)記為i＝k,然后進(jìn)入步驟四；反之當(dāng)vi＝u且e>0時(shí)，則列車轉(zhuǎn)入巡航工況，計(jì)算列車在巡航工況的速度序列；

37、

38、f(vi)＝mδ(w(vi)+f(xi))

39、vi+1＝u

40、e＝e-f(vi)δx

41、三、令i＝i+1并重復(fù)步驟2直至e＝0,將停止點(diǎn)記為i＝k,進(jìn)入步驟四；步

42、四、令i＝k+1,r(vi)為基本阻力產(chǎn)生的加速度,g(xi)為附加阻力產(chǎn)生的加速度，并計(jì)算列車惰行的速度序列；

43、

44、δx＝xi+1-xi

45、v2＝v2+2a(δx)

46、五、重復(fù)步驟四直到列車速度序列與預(yù)先計(jì)算的速度防護(hù)曲線相交，將停止點(diǎn)記為i＝j(luò)；

47、六、序列中從i＝j(luò)之后的速度，選取預(yù)先計(jì)算的速度曲線的數(shù)值作為最優(yōu)速度序列；

48、七、根據(jù)上述步驟計(jì)算的最優(yōu)速度序列，得出列車在線路上的站間運(yùn)行時(shí)間；

49、

50、構(gòu)造遺傳算法目標(biāo)函數(shù)，并計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度；

51、

52、本發(fā)明進(jìn)一步的設(shè)置為，建立舒適模型，分析乘客的乘坐舒適度具體方法如下：

53、minu＝min{α·δt+β·δs+γ·e}

54、

55、式中，α、β、γ為權(quán)重系數(shù)，取值范圍[0,1],滿足α+β+γ＝1；δt為運(yùn)行時(shí)間誤差(s)；t為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間(s)；t為列車運(yùn)營時(shí)刻表所規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間(s)；δs為運(yùn)行距離誤差(m)；s為實(shí)際運(yùn)行距離(m)；s為兩車站間的實(shí)際距離(m)，θ為運(yùn)行時(shí)間誤差閾值(s)；δ為運(yùn)行距離閾值(m)，amax為最大加速度限制(m/s2)；α為瞬時(shí)加速度(m/s2)；κ為沖擊率閾值(m/s3)。

技術(shù)特征：

1.一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，列車動(dòng)力模型構(gòu)建方法如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，降低列車牽引力做功，建立目標(biāo)函數(shù)具體如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，計(jì)算列車在運(yùn)行過程中發(fā)車起動(dòng)速度、進(jìn)站停車速度、站間運(yùn)行時(shí)間、線路限速和最大加速度具體如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，建立遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型具體包括如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)于給定x＝[e1,u1,e2,u2,…,en,un],利用ei和ui反推區(qū)間i的最優(yōu)速度曲線，其方法如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，其特征在于，建立舒適模型，分析乘客的乘坐舒適度具體方法如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及列車節(jié)能優(yōu)化方法技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于改進(jìn)遺傳算法的地鐵列車節(jié)能優(yōu)化方法，步驟一，對(duì)列車進(jìn)行受力分析，根據(jù)牽引計(jì)算公式建立列車動(dòng)力模型，其中包括計(jì)算列車的牽引力、制動(dòng)力以及阻力；步驟二，在運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，基于列車的運(yùn)行工況最大加速?巡航?惰行?最大制動(dòng)的流程，生成速度曲線；步驟三，建立遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型，基于遺傳算法節(jié)能優(yōu)化模型求解最優(yōu)速度曲線；步驟四，建立舒適模型，分析乘客的乘坐舒適度，本發(fā)明中可以節(jié)能優(yōu)化的同時(shí)，也照顧了乘客的體驗(yàn)感。

技術(shù)研發(fā)人員：王曉侃,王瓊,李博,馮繼營,杜全斌,陳天聰,蔡瀅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6