城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法与流程

技术特征：

1.一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，包括：

将车载ATO节能运行划分为四个阶段，并对各个阶段的运行工况能耗进行分析；四个阶段分别为：以最大牵引力将速度从零提升至最大运行速度v的加速阶段，以最大运行速度v持续运行的巡航阶段，从最大运行速度v开始惰行至速度u的惰行阶段，以及以ATO最大制动力控制停车的制动阶段；

采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点，并采用离线方式计算，从而获得进入巡航阶段、惰行阶段以及制动阶段的最佳位置。

2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，所述对各个阶段的运行工况能耗进行分析包括：

加速阶段列车能耗描述为：

$\frac{dv\left(t\right)}{dt}=F-W$

$v=\sqrt{2a_1{s}_1}$

E₁＝(F-W)×s₁

所用时间为：

$t_1=\frac{\sqrt{2a_1{s}_1}}{a_1};$

其中，F为最大牵引力，W为列车运行阻力，a₁为列车加速度，s₁为加速阶段的列车运行距离；

巡航阶段列车能耗描述为：

E₂＝E-E₁＝W×(s₂-s₁)

所用时间为：

$t_2=\frac{s_2-s_1}{\sqrt{2a_1{s}_1}};$

其中，E为总运动能耗，s₂-s₁为巡航阶段列车运行距离；

惰行阶段无能耗，其所用时间为：

$u=\sqrt{2a_2(s-s_3)}$

$t_3=\frac{v-u}{W/m}=\frac{\sqrt{2a_1{s}_1}-\sqrt{2a_2(s-s_3)}}{W/m}$

u²-v²＝2a(s₃-s₂)

其中，m为列车重量，a为惰行减速度，s₃-s₂为惰行阶段的列车运行距离，s-s₃为制动阶段列车运行距离；

制动阶段，假设列车减速度恒定，则所用时间为：

$t_4=\frac{w}{B/m}=\frac{\sqrt{2a_2(s-s_3)}}{a_2};$

其中，B为最大制动力，a₂为列车减速度；

由能量守恒原理，总运动能耗E等于最大牵引、运行阻力能耗与动能，则有：

E＝(F-W)×s₁+W(s₂-s₁)+mu²/2；

其中的最大牵引力F与列车运行速度有关，近似计算公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}F=310kN& v\≤36km/h\\ F=(310-20\×(v-36\left)kN\right)& v\>36km/h\end{array}\right..$

3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通CBTC系统车载ATO节能操控方法，其特征在于，所述采用遗传算法并结合运行工况能耗分析结果，将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点包括：

与运行工况能耗相关的最大牵引力决定了列车运行速度，列车运行速度决定了各个阶段分别所用时间以及运行距离；在四个阶段的总时间给定的情况下，对于每一个阶段均通过遗传算法进行迭代运算，从而获得每一阶段最佳的速度-距离曲线，根据各个阶段最佳的速度-距离曲线计算各个阶段的最佳转换点；具体为：

四个阶段的总时间表示为：

$T=\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i=\frac{\sqrt{2a_1{s}_1}}{a_1}+\frac{s_2-s_1}{\sqrt{2a_1{s}_1}}+\frac{\sqrt{2a_1{s}_1}-\sqrt{2a_2\left(s-s_3\right)}}{W/m}+\frac{\sqrt{2a_2\left(s-s_3\right)}}{a_2};$

其中，加速阶段的列车运行距离s₁即表示加速阶段至巡航阶段的转换点，巡航阶段列车运行距离s₂-s₁中的s₂即表示巡航阶段至惰行阶段的转换点，惰行阶段列车运行距离s₃-s₂中的s₃即表示惰行阶段至制动阶段的转换点；

将求解能耗最小问题转换为求解加速阶段至巡航阶段的最佳转换点s₁'、巡航阶段至惰行阶段的最佳转换点s₂'，以及惰行阶段至制动阶段的最佳转换点s₃'，其公式如下：

min Q＝E+ω(T-T_总)；

其中，ω标定为算子，T_总为规定的总运行时间；

将E与T带入上述公式进行迭代计算，将使得参数Q为最小值时对应的s₁'、s₂'、s₃'即为最终结果。