虚拟联挂列车的控制方法、控制装置和电子设备与流程

1.本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种虚拟联挂列车的控制方法、控制装置和电子设备。


背景技术：

2.当前大部分城市轨道交通运输系统采用基于通信的列车自动控制系统(cbtc)的移动闭塞固定编组列车运营方式，该方法无法通过灵活调配列车的编组数量以满足不同运力的要求。基于移动闭塞的固定编组的控车算法无法满足虚拟联挂场景下的控车要求。


技术实现要素：

3.本发明提供一种虚拟联挂列车的控制方法、控制装置和电子设备，用以解决现有技术中城市轨道交通运输系统无法满足不同运力的要求的缺陷。
4.本发明提供一种虚拟联挂列车的控制方法，应用于后车，包括：
5.获取前车的当前运行状态信息和所述后车的当前运行状态信息；
6.基于所述前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；
7.基于所述后车的当前运行状态信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
8.根据本发明提供的一种虚拟联挂列车的控制方法，所述基于所述后车的当前运行状态信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令，包括：
9.基于所述后车的当前运行状态信息，确定所述后车的当前行驶阶段信息；
10.基于所述当前行驶阶段信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
11.根据本发明提供的一种虚拟联挂列车的控制方法，所述基于所述当前行驶阶段信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令，包括：
12.在所述当前行驶阶段信息为启动阶段的情况下，基于所后车的当前运行状态信息，生成目标第一时段；
13.基于所述目标第一时段，生成所述控制指令，所述控制指令用于延迟所述前车的启动时刻的所述目标第一时段启动所述后车，并基于所述目标运行曲线调整所述后车的运行状态。
14.根据本发明提供的一种虚拟联挂列车的控制方法，所述基于所述当前行驶阶段信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令，还包括：
15.在所述当前行驶阶段为制动阶段的情况下，基于所述后车的当前运行状态信息，生成目标第二时段；
16.基于所述目标第二时段，生成所述控制指令，所述控制指令用于延迟所述前车的制动时刻的所述目标第二时段制动所述后车。
17.根据本发明提供的一种虚拟联挂列车的控制方法，所述基于所述当前行驶阶段信
息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令，还包括：
18.在所述当前行驶阶段为站间行驶阶段的情况下，生成用于基于所述目标运行曲线调整所述后车的运行状态的控制指令。
19.根据本发明提供的一种虚拟联挂列车的控制方法，所述获取前车的当前运行状态信息和所述后车的当前运行状态信息，包括：
20.获取所述前车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项；获取所述后车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项。
21.本发明还提供一种种虚拟联挂列车的控制装置，应用于后车，包括：
22.获取模块，用于获取前车的当前运行状态信息和所述后车的当前运行状态信息；
23.第一处理模块，用于基于所述前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；
24.第二处理模块，用于基于所述后车的当前运行状态信息和所述目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
25.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述虚拟联挂列车的控制方法的步骤。
26.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述虚拟联挂列车的控制方法的步骤。
27.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述虚拟联挂列车的控制方法的步骤。
28.本发明提供的虚拟联挂列车的控制方法、控制装置和电子设备，通过将前车的实际运行曲线作为后车的目标运行曲线，使得在进入虚拟联挂后，前车可按既有ato控车方法对运行曲线进行追踪，后车根据约束跟随控制进行速度跟随，从而实现在对既有ato系统的兼容的基础上，进行列车的灵活编组。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明提供的虚拟联挂列车的控制方法的流程示意图之一；
31.图2是本发明提供的虚拟联挂列车的控制方法的流程示意图之二；
32.图3是本发明提供的虚拟联挂列车的控制方法的原理图之一；
33.图4是本发明提供的虚拟联挂列车的控制方法的原理图之二；
34.图5是本发明提供的虚拟联挂列车的控制装置的结构示意图；
35.图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.下面结合图1至图5描述本发明的虚拟联挂列车的控制方法。
38.可以理解的是，虚拟联挂列车包括前车和后车，该虚拟联挂列车的控制方法应用于虚拟联挂列车中的后车。
39.该方法的执行主体可以为后车上的控制器，或者独立于后车的控制装置。
40.需要说明的是，本发明中的虚拟联挂列车，为城市轨道交通，如地铁或城轨等。
41.如图1所示，该虚拟联挂列车的控制方法，包括：步骤110、步骤120和步骤130。
42.步骤110、获取前车的当前运行状态信息和后车的当前运行状态信息；
43.在该步骤中，需要说明的是，前车的当前运行状态信息，可为由列车自动运行系统(ato)所规划的速度曲线确定的。
44.在实际执行过程中，前车的速度曲线为基于在站间运行时间的要求调整运行速度，以及区间限速所确定的。
45.后车的当前运行状态信息可基于前车的当前运行状态信息进行调整。
46.在该步骤中，可通过车车通信或车地通信的方式进行前车和后车之间的信息传输。
47.在一些实施例中，步骤110可以包括：
48.获取前车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项。
49.可以理解的是，获取后车的当前运行状态信息，也可以包括：获取后车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项。
50.步骤120、基于前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；
51.在该步骤中，运行曲线为s-v运行曲线，其中，该运行曲线的横坐标为位移值，纵坐标为该位移值对应的速度值。
52.可以理解的是，前车在运行过程中，在路径上的各位移点处，均对应有速度值，前车的实际运行曲线，即为前车在各位移点处的速度值与各位移点所形成的曲线
53.目标运行曲线为后车在跟随前车过程中，在目标位移点处所预期达到的目标速度值与目标位移点所形成的曲线。
54.其中，需要说明的是，该目标运行曲线的横坐标为后车所处的实际位移点，该目标运行曲线的纵坐标为后车所处的实际位移点加前后车的位移差所得到的第一位移点，在前车的实际运行曲线上所对应的速度值。
55.也即，目标运行曲线的横坐标为后车当前的位移点，纵坐标为前车当前的速度值。
56.在该实施例中，后车基于前车的当前运行状态信息，生成前车的实际运行曲线，也即前车在该路径上的位移-速度曲线，并基于前车的实际运行曲线生成后车的目标运行曲线。
57.例如，在第一目标时刻，后车基于目标运行曲线得知，前车此时位于a点且前车在a点的速度为x，则后车在当前位置c点的目标速度为x，其中，a点与c点之间的距离即为前后车在第一目标时刻的位移差；
58.在第二目标时刻，后车基于目标运行曲线得知，前车此时位于b点且前车在b点的速度为y，则后车在当前位置d点的目标速度为y，其中，b点与d点之间的距离即为前后车在第二目标时刻的位移差。
59.也即，在同一时刻，前后车的速度应趋向一致。
60.需要说明的是，后车基于目标运行曲线，还可以确定前车当前的运行阶段信息，如处于启动阶段、制动阶段或惰行阶段等。
61.步骤130、基于后车的当前运行状态信息和目标运行曲线，生成用于调整后车的运行状态的控制指令。
62.在该步骤中，控制指令用于调整后车的运行状态。
63.后车基于前车在目标位移点处的目标速度，调整后车的当前运行速度，使其在到达目标位移点处时能趋近该目标速度，从而实现速度跟随，保证二者的速度差趋近为0。
64.在实际执行过程中，前车可以使用既有的ato控车算法对运行曲线进行追踪，后车采用约束跟随控制算法对目标曲线进行跟踪。
65.其中，约束跟随控制，即为通过建立运动物体之间的约束，让其运动过程符合提前设计好的约束，通过求解约束力，输入给系统，从而达到控制的目的。
66.该约束跟随控制方法如图2所示，基于对前后列车的动力学分析(如前后车的当前运行状态信息)，确定后车的控制目标(如确保前后车速度差趋近为0，且前后车的位移差保持常数)；
67.采用udwaidia-kalaba控制法解约束力，通过算法计算得到需要实现该控制目标所需要施加的约束力；
68.结合前后车的车况信息以及实际运营等信息，对牵引力进行合理分布，以实现约束力的设计；
69.最后，对约束力进行求解，并施加于前后车。
70.根据本发明实施例提供的虚拟联挂列车的控制方法，通过将前车的实际运行曲线作为后车的目标运行曲线，使得在进入虚拟联挂后，前车可按既有ato控车方法对运行曲线进行追踪，后车根据约束跟随控制进行速度跟随，从而实现在对既有ato系统的兼容的基础上，进行列车的灵活编组。
71.可以理解的是，在城市轨道交通中，站点与站点之间的距离较短，与高铁动车等铁路交通相比，城市轨道列车在启动阶段、制动阶段以及站间行驶等各阶段中的切换相对更为频繁。
72.发明人在研发过程中发现，相关技术中，为了进一步缩短行车间隔，前后两车采用车车通信的方式，并引入相对制动距离的概念，采用是基于移动授权计算严格目标点，移动闭塞基于绝对制动距离，即后车计算控车曲线时默认前方列车速度为零，并将此作为移动授权的终点计算严格目标点进行目标速度曲线的追踪。
73.但在上述场景中，实际上前车的速度是不为零的，在采用基于相对制动的距离的严格目标点进行目标曲线的计算并追踪的过程中，随着速度的提升，前后两车的行车间隔
会相应变大。故该ato控车方法对于行车间隔的缩短是有限的，无法满足虚拟联挂ato的控车要求，在虚拟联挂场景下无法保证列车能够在启动、惰行以及制动的各个阶段都获得效果。
74.而在本技术中，在一些实施例中，步骤130包括：
75.基于后车的当前运行状态信息，确定后车的当前行驶阶段信息；
76.基于当前行驶阶段信息和目标运行曲线，生成用于调整后车的运行状态的控制指令。
77.在该实施例中，行驶阶段信息包括：启动阶段、制动阶段和站间行驶阶段。
78.其中，启动阶段为列车出站启动阶段，制动阶段为列车进站停车阶段。
79.在本实施例中，后车基于自身的当前运行状态信息，确定后车当前所属的行驶阶段信息，在确定行驶阶段信息后，采用该行驶阶段下所对应的控车算法，以调整运行状态。
80.根据本发明实施例提供的虚拟联挂列车的控制方法，通过在虚拟联挂列车在不同阶段内选择不同的ato控车方法，可以使虚拟联控列车在各阶段内均能使前后车之间保持最短的距离，从而在安全防护的前提下有效缩短车与车之间的追踪距离，提高运力。
81.下面从三个不同的实现角度，对本发明的步骤130的具体实现方式进行说明。
82.一、启动阶段。
83.如图3所示，在一些实施例中，基于当前行驶阶段信息和目标运行曲线，生成用于调整后车的运行状态的控制指令，包括：
84.在当前行驶阶段信息为启动阶段的情况下，基于后车的当前运行状态信息，生成目标第一时段；
85.基于目标第一时段，生成控制指令，该控制指令用于延迟前车的启动时刻的目标第一时段启动后车，并基于目标运行曲线调整后车的运行状态。
86.在该实施例中，需要说明的是，在实际执行过程中，对于已联挂的列车编组，在站台停车时编组列车保持第一目标距离，当两车出站启动运行后，两车之间的间距加大至第二目标距离。
87.其中，第一目标距离为站内间隔距离。
88.第一目标距离为基于站台设计所确定的，一般设置为4米。
89.第二目标距离为安全距离。
90.第二目标距离可基于列车的运营要求以及前后车的动力学参数确定，其中，动力学参数包括牵引参数、制动参数以及前后车车型等参数。
91.第二目标距离可以基于用户自定义。
92.可以理解的是，基于不同动力学参数的前后列车，可以得到不同的第二目标距离，例如，第二目标距离可以为16米或其他数值。
93.目标第一时段为后车延迟于前车的启动时间。
94.在一些实施例中，可通过公式：
95.δt1＝(s2-s1)/vmax，确定目标第一时段，
96.其中，δt1为目标第一时段，s2为第二目标距离，s1为第一目标距离，vmax为后车启动后需要达到的最大速度。
97.在实际执行过程中，在启动阶段，在前车启动后δt1时间之后，后车启动，并基于
目标运行曲线调整后车的运行状态，直至前后车车距拉开至第二目标距离，此时进入站间行驶阶段。
98.在站间行驶阶段，后车通过约束跟随控制保持两车之间的间距。
99.根据本发明实施例提供的虚拟联挂列车的控制方法，通过调整第二目标距离，可以满足不同前、后车车型及动力学参数下的虚拟联挂列车在启动阶段的约束跟随控制。
100.二、站间行驶阶段。
101.在一些实施例中，基于当前行驶阶段信息和目标运行曲线，调整后车的运行状态，还包括：
102.在当前行驶阶段为站间行驶阶段的情况下，基于目标运行曲线调整后车的运行状态。
103.在该实施例中，需要说明的是，前车根据运行计划基于在站间运行时间的要求调整运行速度，并同时保证车速不超过区间限速。
104.后车实时获取前车的当前运行状态信息，基于前车的当前运行状态信息生成目标运行曲线，并基于目标运行曲线调整运行速度，以实现两车以相同的运动学规律向前运行。
105.在实际执行过程中，前车根据ato规划的速度曲线行驶，并将控制后的实际运行速度信息通过车车通信传向后车。
106.后车接收到前车的实时运行速度信息后，生成前车的实际运行曲线，并基于实际运行曲线生成目标运行曲线，以确定控制目标，通过约束跟随控制来跟踪前车速度，实现整个站间行驶阶段的速度跟随，以保证前后车之间速度趋近与0，且间距保持为第二目标距离。
107.三、制动阶段。
108.在一些实施例中，基于当前行驶阶段信息和目标运行曲线，调整后车的运行状态，还包括：
109.如图4所示，在当前行驶阶段为制动阶段的情况下，基于后车的当前运行状态信息，生成目标第二时段；
110.基于目标第二时段，生成控制指令，控制指令用于延迟前车的制动时刻的目标第二时段制动后车。
111.在该实施例中，需要说明的是，在实际执行过程中，已联挂的列车编组在进站后，编组列车之间的间距需控制在第一目标距离，且列车进站停车准确。也即，在列车进站停靠稳定后，前后列车的车距需由第二目标距离缩短至第一目标距离。
112.其中，第一目标距离为站内间隔距离。
113.第一目标距离可以基于用户自定义，一般设置为4米。
114.第二目标距离为安全距离。
115.第二目标距离可基于列车的运营要求以及前后车的动力学参数确定，其中，动力学参数包括牵引参数、制动参数以及前后车车型等参数。
116.目标第二时段为后车滞后前车发起制动的时间。
117.在一些实施例中，可通过公式：
118.δt2＝(s2-s1)/v1，确定目标第一时段，
119.其中，δt2为目标第二时段，s2为第二目标距离，s1为第一目标距离，v1为后车停
车降速转折点处的速度。
120.在实际执行过程中，在进站阶段，在前车发起制动的δt2时间之内，后车仍保持原速运行，并在前车制动后δt2时间之后，后车开始制动，以保证前后车进站后的间距由第二目标距离缩短至第一目标距离。
121.根据本发明实施例提供的虚拟联挂列车的控制方法，通过调整第二目标距离，可以满足不同前、后车车型及动力学参数下的虚拟联挂列车在制动阶段的约束跟随控制。
122.下面对本发明提供的虚拟联挂列车的控制装置进行描述，下文描述的虚拟联挂列车的控制装置与上文描述的虚拟联挂列车的控制方法可相互对应参照。
123.如图5所示，该虚拟联挂列车的控制装置，应用于后车，包括：获取模块510、第一处理模块520和第二处理模块530。
124.获取模块510，用于获取前车的当前运行状态信息和后车的当前运行状态信息；
125.第一处理模块520，用于基于前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；
126.第二处理模块530，用于基于后车的当前运行状态信息和目标运行曲线，生成用于调整后车的运行状态的控制指令。
127.根据本发明实施例提供的虚拟联挂列车的控制装置，通过将前车的实际运行曲线作为后车的目标运行曲线，使得在进入虚拟联挂后，前车可按既有ato控车方法对目标曲线进行追踪，后车根据约束跟随控制进行速度跟随，从而实现对既有ato系统的兼容。
128.在一些实施例中，第二处理模块530，还用于：
129.基于后车的当前运行状态信息，确定后车的当前行驶阶段信息；
130.基于当前行驶阶段信息和目标运行曲线，生成用于调整后车的运行状态的控制指令。
131.在一些实施例中，第二处理模块530，还用于：
132.在当前行驶阶段信息为启动阶段的情况下，基于后车的当前运行状态信息，生成目标第一时段；
133.基于目标第一时段，生成控制指令，控制指令用于延迟前车的启动时刻的目标第一时段启动后车，并基于目标运行曲线调整后车的运行状态。
134.在一些实施例中，第二处理模块530，还用于：
135.在当前行驶阶段为制动阶段的情况下，基于后车的当前运行状态信息，生成目标第二时段；
136.基于目标第二时段，生成控制指令，控制指令用于延迟前车的制动时刻的目标第二时段制动后车。
137.在一些实施例中，第二处理模块530，还用于：
138.在当前行驶阶段为站间行驶阶段的情况下，生成用于基于目标运行曲线调整后车的运行状态的控制指令。
139.在一些实施例中，获取模块510，还用于：
140.获取前车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项；获取后车的当前速度信息、当前位置信息、牵引制动信息、身份识别信息、控制模式信息、控制命令、反馈信息以及故障信息中的至少一项。
141.图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communications interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行虚拟联挂列车的控制方法，该方法应用于后车，包括：获取前车的当前运行状态信息和后车的当前运行状态信息；基于前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；基于后车的当前运行状态信息和目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
142.此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
143.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的虚拟联挂列车的控制方法，该方法应用于后车，包括：获取前车的当前运行状态信息和后车的当前运行状态信息；基于前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；基于后车的当前运行状态信息和目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
144.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的虚拟联挂列车的控制方法，该方法应用于后车，包括：获取前车的当前运行状态信息和后车的当前运行状态信息；基于前车的当前运行状态信息，确定目标运行曲线；基于后车的当前运行状态信息和目标运行曲线，生成用于调整所述后车的运行状态的控制指令。
145.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
146.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
147.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。