專利名稱：一種智能控車方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及交通控制技術領域，特別涉及一種智能控車方法及裝置。
背景技術：
近年來，隨著城市現代化的發展，城市規模不斷擴大，市區人口逐步向郊區遷移， 城市交通壓力越來越大。城市軌道交通的發展已成為解決現代城市交通擁擠的有效手段， 它的最大特點是運營密度大、列車行車間隔時間短、安全正點。因此，城市軌道交通系統通過列車自動監控系統(ATSjutomaticiTrain Supervision)、列車自動運行(ΑΤΟ,Automatic Train Operation System)系統和防護的列車自動防護系統(ATP，Automatic Train Protection)，以確保行車安全，以及行車效率，通常情況下，ATO系統能夠控制列車完成自動加速、巡航、惰性、自動減速和精確停車。目前，ATO系統通過采用傳統的比例-積分-微分(PID)算法、參數自適應的PID 算法或遺傳算法來控制自動減速和精確停車過程。但是，采用比例-積分-微分PID算法， 在停車準精度上基本滿足要求，但PID算法在控制過程中容易造成加、減速度切換過多，影響乘客舒適度。并且PID算法對列車的參數要求較高，實際的列車性能往往取決于多方面的因素，PID的計算傳遞函數時需使用擬合的方式進行簡化，其效果往往和實際效果有所差異。而參數自適應的PID算法雖然能夠通過調節參數的方法來改善PID的性能，但是調節參數的方法抗干擾能力較差。而遺傳算法需要較大的運算量。在對現有技術的研究和實踐過程中，本發明的發明人發現，現有的實現方式中，均不能在保證乘客舒適度的基礎上，有效控制列車的減速停車過程，即不能有效控制列車的精準停車。
發明內容
本發明實施例提供一種智能控車方法及裝置，以解決列車精準停車的技術問題。為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種智能控車方法，所述方法包括獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度；從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度；根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；
根據所述命令加速度確定命令檔位；根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。優選的，所述方法還包括重復執行所述從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度的步驟，至所述根據所述命令檔位控制軌道列車減速停車的步驟，直至軌道列車停車。優選的，所述根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度包括計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差；
將所述速度偏差分成兩路速度偏差，第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果；第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子Kec，得到第二結果；根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算，得到第三結果；根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。優選的，所述根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度還包括將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。優選的，所述方法還包括將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段。優選的，在減速進站和降速接近停車點的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較慢的值；在精確停車的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku 選擇收斂較快的值。優選的，所述收斂較慢的值的范圍為
；所述收斂較快的值的范圍為 [1. 5，2]。相應的，本發明實施例還提供一種智能控車裝置，包括第一獲取單元，用于獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；第一計算單元，用于根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度；第二獲取單元，用于從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度；第二計算單元，用于根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；確定單元，用于根據所述命令加速度確定命令檔位；控制單元，用于根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。優選的，所述第二計算單元包括第三計算單元，用于計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差；劃分單元，用于將所述速度偏差分成第一路速度偏差和第二路速度偏差；第四計算單元，用于所述第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果；第五計算單元，用于將所述第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子Kec，得到第二結果；模糊計算單元，用于根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算，得到第三結果；查詢單元，用于根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。優選的，所述第二計算單元還包括第六計算單元，用于將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。優選的，還包括劃分單元，用于將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段；在減速進站和降速接近停車點的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較慢的值；在精確停車的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較快的值。優選的，所述智能控車裝置集成在控車模型的模糊控制器中，或者獨立部署。本發明實施例中，通過使用的命令速度和當前的速度計算出命令加速度，通過命令加速度來確定相應的命令檔位，完成控車過程，提高了控車精度。
圖1為本發明實施例提供的一種智能控車方法的流程圖；圖2為本發明實施例提供的一種模糊控制器的模糊控制算法原理示意3為本發明實施例提供的一種分階段逐步逼近式智能控車算法中III階段的控車策略的示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種智能控車裝置的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明實施例的方案，下面結合附圖和實施方式對本發明實施例作進一步的詳細說明。請參閱圖1，為本發明實施例提供的一種智能控車方法的流程圖；所述方法包括步驟101 獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；在該步驟中，可以從列車自動防護系統ATP中獲取防護曲線信息，從線路配置中心獲取線路配置信息，這兩個獲取過程沒有先后順序之分，當然，也可以同時獲取，本實施例不作限制。步驟102 根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度 (Command Speed)；該計算過程對于本領域技術人員已是熟知技術，在此不在贅述。步驟103 從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度；該獲取過程可以從列車動力學系統獲取該軌道列車運行的當前速度，當然，也可以是列車動力學系統反饋軌道列車當前運行的速度給控車模型。步驟104 根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；一種優選的計算過程為先計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差； 將所述速度偏差分成兩路速度偏差，第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果； 第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子Kec，得到第二結果；根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算，得到第三結果；根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。該計算過程具體可以通過模糊控制器來計算，但并不限于此，也可以通過其他設備來實現，本發明實施例不作限制。進一步，該計算過程還可以包括將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。步驟105 根據所述命令加速度確定命令檔位；該確定過程對于本領域技術人員已是熟知技術，在此不在贅述。步驟106 根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。
優選的，所述方法還可以包括重復執行所述從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度的步驟，至所述根據所述命令檔位控制軌道列車減速停車過程的步驟，直至軌道列車停車。也就是說，在該步驟106中，控車模型將所述命令檔位發送給列車動力學系統，以便于列車動力學系統控制軌道列車減速停車的過程，同時，列車動力學系統將軌道列車運行的當前速度反饋給控車模型，以便于控車模型在獲取到軌道列車運行的當前速度后，根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；根據所述命令加速度確定命令檔位；根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車，即進行迭代過程，直至軌道列車停車。本發明實施例中，為了簡化控車模型的復雜度，該控車模型結合使用的命令速度和當前的速度計算出命令加速度來完成控車過程。所有的控車指令均體現為命令速度的變化，之后，再由控車模型中的模糊控制器和相關后續環節來得到具體的命令檔位，并根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。進一步，列車動力學系統將軌道列車減速的當前速度反饋給控車模型，以便于控車模型重復執行上述步驟，直至軌道列車精確停車。也就是說，本發明實施例中，控車模型通過使用的命令速度和當前的速度計算出命令加速度，通過命令加速度來確定相應的命令檔位來，從而完成控車過程，提高了控車精度。優選的，所述方法還可以包括將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段。在減速進站和降速接近停車點的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku 選擇收斂較慢的值，其收斂較慢的值的范圍可以為W. 8，1]，通常情況下為0.9，但并不限于此，當然，也可以在該范圍的基礎上根據實際情況進行適應性調整，本實施例不作限制； 在精確停車的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較快的值，其收斂較快的值的范圍為[1.5，2]，通常情況下為1.7或1.9，但并不限于此。當然，也可以在該范圍的基礎上根據實際情況進行適應性調整，本實施例不作限制。在該減速進站和降速接近停車點的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數 Ku選擇的值可以相同，也可以不同；當然，在精確停車的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇的值，也可以相同，也可以不同。也就是說，車載ATO設備控車過程中，對控制要求較高的環節為減速環節，為了優化減速環節的控車效果，本發明實施例將一次典型的減速停車過程劃分為三個階段減速進站(I)、降速接近停車點(II)、精確停車(III)，其中，一種劃分方式為在距車站的距離略大于IOOm時，設為減速進站階段，在距車站的距離為IOm-IOOm時，設置為降速接近停車點階段；在距車站的距離小于IOm時，設置為精確停車階段，但并于限于此，可以再此基礎上可以進行適應性修改，本發明不作限制。其中，I、II、III三個階段均采用統一算法進行速度的追蹤，略有不同的是，在III 階段引入更強的補償措施，從而確保列車的停車精度能夠滿足運營需要。為了并于本領域技術人員的理解，下面介紹本發明實施例的控制算法。本發明實施例采用兩輸入單輸出的模糊控制器，該模糊控制器為控車模型中的一個設備，兩路輸入分別是軌道列車的速度與軌道列車的加速度，輸出為軌道列車的命令加速度，模糊控制器的反饋也是軌道列車的當前速度。具體圖2所示，為本發明實施例提供的一種模糊控制器的模糊控制算法原理示意圖；如圖2所示，先計算軌道列車的命令速度與當前的速度之差，得到速度偏差，之后，將得到的速度偏差分為兩路一路速度偏差乘以Ke，另一路速度偏差經過微分后乘以 Kec，然后，兩路計算后的結果同時作為模糊控制器的輸入，模糊控制器對該結果進行模糊計算，然后輸出命令加速度。由于模糊控制器內部運算量很大，本發明實施例采用事先離線計算好模糊控制表 U，并將其存儲在控制模型中的控制計算機的存儲器內，在控制過程中，模糊控制器根據輸入量查模糊控制表，之后，將得到的結果再乘以控車參數KU(即第二控車參數)，得到輸出的命令加速度。其中，本發明實施例中的模糊計算采用比較通用的模糊規則集，這對本領域技術人員已為成熟技術，在此不再贅述。還請參閱圖3，為本發明實施例提供的一種分階段逐步逼近式智能控車算法中 III階段的控車策略的示意圖，圖中為C階段的逼近策略。圖3中，LINEl為參考減速曲線，A，B, C分別表示以較理想速度逼近，以較高速度逼近和以較低速度逼近三種情況。本ATO設備在控車第I，II階段均使用收斂較慢的控車參數，可以達到較好的舒適度，在第III階段使用收斂較快的控車參數，可以達到更好的可控性，從而提高了停車精度。如圖所示，當軌道列車位于S2范圍內時，根據軌道列車的速度和第一參考速度 SPDO和第二參考速度SPDl的相對位置，實施固定的制動命令，從而達到較好的控車精度， 比如，在SPDO的值小時，將驅動控車的檔位調至小于等于3檔；當SPDl的值大時，將驅動控車的檔位調至大于等于5檔等，但并不限于此。其中，在該實施例中，SPDO的參考值可以為WOcm/秒，80cm/秒]，通常情況下取 60m/秒，但也可以根據實際情況進行相應的調整；SPDl的參考值可以為[100cm/秒，120cm/ 秒]，通常情況下取115m/秒；但也可以根據實際情況進行相應的調整，本發明實施例不作限制。本發明實施例中，控車模型通過使用的命令速度和當前的速度計算出命令加速度，通過命令加速度來確定相應的命令檔位來，從而完成控車過程，提高了控車精度。進一步，本發明可以適應性調整第一控車參數和第二控車參數，即在減速進站、降速接近停車點選擇收斂較慢的第一控車參數Ke和第二控車參數Ku的值，在精確停車的時間段中，選擇收斂較快的第一控車參數Ke和第二控車參數Ku的值，從而保證了乘客的舒適度，同時，又提高了控制停車的精度。基于上述方法的實現過程，本發明實施例還提供一種智能控車裝置，其結構示意圖詳見圖4，所述裝置包括第一獲取單元41，第一計算單元42，第二獲取單元43，第二計算單元44，確定單元45和控制單元46，其中，所述第一獲取單元41，用于獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；所述第一計算單元42，用于根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度； 所述第二獲取單元43，用于從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度；所述第二計算單元44，用于根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；所述確定單元45，用于根據所述命令加速度確定命令檔位；所述控制單元46，用于根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。其中，所述第二計算單元包括第三計算單元，劃分單元，第四計算單元，第五計算單元，模糊計算單元和查詢單元，其中，所述第三計算單元，用于計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差；所述劃分單元，用于將所述速度偏差分成第一路速度偏差和第二路速度偏差；所述第四計算單元，用于所述第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果；所述第五計算單元，用于將所述第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子 Kec，得到第二結果；所述模糊計算單元，用于根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算， 得到第三結果；所述查詢單元，用于根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。優選的，所述第二計算單元還可以包括第六計算單元，用于將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。優選的，所述裝置還可以包括劃分單元，用于將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段；在減速進站和降速接近停車點的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku 選擇收斂較慢的值，即
，但不限于此；在精確停車的時間段中，第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較快的值，即[1. 5，2]，但不限于此。優選的，所述智能控車裝置可以集成在控車模型的模糊控制器中，也可以獨立部署，本實施例不作限制。所述裝置中，各個單元的功能和作用的實現過程，詳見上述方法中對應的實現過程，在此不再贅述。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備
所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個......”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品可以存儲在存儲介質中，如ROM/ RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器， 或者網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種智能控車方法，其特征在于，包括 獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度； 從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度； 根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度； 根據所述命令加速度確定命令檔位；根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括重復執行所述從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度的步驟，至所述根據所述命令檔位控制軌道列車減速停車的步驟，直至軌道列車停車。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度包括計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差；將所述速度偏差分成兩路速度偏差，第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果；第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子Kec，得到第二結果； 根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算，得到第三結果； 根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度還包括將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。
5.根據權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，還包括將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在減速進站和降速接近停車點的時間段中，所述第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較慢的值；在精確停車的時間段中， 所述第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較快的值。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述收斂較慢的值的范圍為
；所述收斂較快的值的范圍為[1. 5，2]。
8.一種智能控車裝置，其特征在于，包括第一獲取單元，用于獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；第一計算單元，用于根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度；第二獲取單元，用于從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度； 第二計算單元，用于根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度； 確定單元，用于根據所述命令加速度確定命令檔位；控制單元，用于根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二計算單元包括 第三計算單元，用于計算所述命令速度和當前速度之差，得到速度偏差； 劃分單元，用于將所述速度偏差分成第一路速度偏差和第二路速度偏差； 第四計算單元，用于所述第一路速度偏差乘以第一控車參數Ke，得到第一結果；第五計算單元，用于將所述第二路速度偏差經過微分處理后乘以常數因子Kec，得到第一結果；模糊計算單元，用于根據所述第一結果和第二結果進行模糊計算，得到第三結果； 查詢單元，用于根據所述第三結果查詢預設的模糊控制表，得到軌道列車對應的命令加速度。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第二計算單元還包括第六計算單元，用于將所述命令加速度乘以第二控車參數Ku，得到對應的軌道列車的命令加速度。
11.根據權利要求8至10任一項所述的裝置，其特征在于，還包括劃分單元，用于將軌道列車的減速停車過程劃分為減速進站、降速接近停車點和精確停車三個時間段；在減速進站和降速接近停車點的時間段中，所述第一控車參數Ke和第二控車參數Ku 選擇收斂較慢的值；在精確停車的時間段中，所述第一控車參數Ke和第二控車參數Ku選擇收斂較快的值。
12.根據權利要求8至10任一項所述的裝置，其特征在于，所述智能控車裝置集成在控車模型的模糊控制器中，或者獨立部署。
全文摘要
本發明實施例提供一種智能控車方法及裝置，所述方法包括獲取軌道列車的線路配置信息和防護曲線信息；根據所述線路配置信息和防護曲線信息計算軌道列車的命令速度；從列車動力學系統中獲取軌道列車行駛的當前速度；根據所述命令速度和當前速度計算軌道列車的命令加速度；根據所述命令加速度確定命令檔位；根據所述命令檔位通過列車動力學系統控制軌道列車減速停車過程。本發明實施例解決了列車精準停車的技術問題，進一步，還提高了乘客的舒適度。
文檔編號B61L27/00GK102275601SQ20111011232
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者劉鍵, 卓開闊, 孫吉良, 張 杰, 李艷峰, 江坤, 王佳 申請人:北京全路通信信號研究設計院有限公司