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列车自动驾驶方案优化及仿真研究

作　者: 葛小龙
导　师: 李引珍
学　校: 兰州交通大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 牵引计算列车自动驾驶客运专线优化模型
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

列车牵引计算主要是通过分析列车受力,结合多次在实际线路上的运行测试和列车在现实运行中的经验,总结出了列车在运行过程中的规律,将这些规律总结成为列车运行中的理论,并且以此作为日后研究铁路运输中的一系列相关问题的基础。比如列车牵引计算中牵引吨位的计算、列车实际运行的速度和列车总的走行时间、列车在运输旅客结束后总的动能消耗、既有线路通过列车数的计算、线路扩建以及运输系统的改革、现有设备的更新、牵引特性曲线的改进、列车操作序列的优化、列车制动力特性曲线的改进等诸多方面。可见,牵引计算所研究的这些问题都直接或者间接关系到铁路的运输能力、运量、成本、效率和安全,与铁路许多部门都有密切的关系。随着计算机技术的不断发展,学者们开始研究各式各样的列车控制系统,其中列车自动驾驶控制系统是列车控制系统发展的最高境界。列车自动驾驶子系统的主要作用是能够代替列车司机智能化地驾驶列车在已有的铁路线路上安全运行,并且利用列车上的车载信息和运行区间的地面信息实现对列车启动、牵引、制动、惰行运行等一系列的运行控制。它可以使列车安全平稳地自动加速到合适的行驶速度,同时根据线路状态的不同自动调节列车的运行速度,并且自动地将列车停在车站的准确位置上。列车自动驾驶系统中的各项功能的实现,都离不开ATC控制系统中ATP和ATS的相互配合,ATP和ATS是ATO的基础,ATO是ATP和ATS的技术延伸和发展的最高状态。本文针对我国高速铁路客运干线,综合考虑旅客舒适度、列车安全运行、列车节能操作、列车准确停车等指标,在此研究目标的基础上,论文根据列车牵引计算的力学理论,结合CRH2动车的牵引特性曲线,利用计算机平台设计了关于列车自动驾驶的控制方案,并且设计了单质点与多质点动车组的运行模拟比较,同时,分析了列车自动驾驶中目标曲线的形成过程及其作用,为列车的手动驾驶软件开发做一定的参考。最后,将列车的自动驾驶的结果与列车手动驾驶的结果进行比较,分析自动驾驶的优缺点,为进一步研究列车控制系统提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 选题的背景与意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 国外研究情况  8-10
    1.2.2 国内研究情况  10-11
  1.3 论文研究目标及主要研究内容  11-12
    1.3.1 研究目标  11
    1.3.2 主要研究内容  11-12
2 列车自动驾驶系统介绍  12-16
  2.1 列车自动驾驶简介  12-16
    2.1.1 列车自动驾驶(ATO)的工作环境  12
    2.1.2 列车自动驾驶系统的功能  12-14
    2.1.3 列车自动驾驶系统的目标  14-16
3 牵引计算的力学模型  16-22
  3.1 牵引力  16-17
  3.2 阻力  17-22
    3.2.1 基本阻力  17-19
    3.2.2 附加阻力  19-21
    3.2.3 制动力  21-22
4 CRH_2动车组牵引计算的理论基础  22-34
  4.1 CRH_2型动车组的编组  22
  4.2 动车组的牵引力  22-24
  4.3 动车组的阻力  24-25
  4.4 动车组的制动力  25-28
  4.5 CRH_2型动车组的单位合力计算  28-34
5 单质点与多质点动车组的受力分析及对比  34-39
  5.1 传统的单质点模型  34-35
  5.2 传统的多质点模型  35
  5.3 单质点模型与多质点模型在坡道、曲线、隧道上的比较  35-39
    5.3.1 单质点模型  35-36
    5.3.2 多质点模型  36-39
6 列车运行目标曲线  39-42
  6.1 启动目标曲线的形成  39-40
  6.2 区间目标曲线的形成  40
  6.3 停站运行目标曲线的形成  40-42
7 列车自动驾驶方案优化研究  42-48
  7.1 预测控制的基本原理  42-43
  7.2 限速处理策略  43-44
    7.2.1 高—低型  43-44
    7.2.2 低—高型  44
  7.3 工况选择策略  44-45
  7.4 列车自动驾驶控制策略  45-48
    7.4.1 节能算法设计  45-46
    7.4.2 定时算法设计  46
    7.4.3 停站算法设计  46-48
8 列车自动驾驶仿真总体设计及实现  48-58
  8.1 Visual Basic程序设计的特点  48-49
  8.2 软件的主体框架介绍及模型程序设计  49-58
    8.2.1 线路数据  49-51
    8.2.2 CRH_2型动车组  51-53
    8.2.3 单质点与多质点演示  53-54
    8.2.4 自动驾驶算法实现  54-56
    8.2.5 手动驾驶模块  56-58
结论  58-59
参考文献  59-61
附录程序设计代码  61-88
攻读学位期间的研究成果  88

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