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专利号: 2019106711404
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铁路
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:包括如下步骤:

S1.对列车运行工况进行分析,构建列车站间运行的能耗计算模型,根据能耗计算模型计算出列车站间的能耗;

S2.获取列车在每一相邻站点间的最小走行时间Tjmin,并设定时间步长△t,将最小走行时间Tjmin设置为起始时间,以时间步长△t变化至当前相邻站点的最大走行时间Tjmax,采用二分搜索策略,得到列车各站间在时间区间[Tjmin,Tjmax]上对应的最小能耗其中,j为列车线路上第j个站间,其中,j=1,2,…,N;

S3.获取列车运行完线路全程所需的总运行时间T,计算出剩余走行时间

其中,m为列车运行线路上的站间个数; 为列车第j个站间的最小走行时间;

S4.从剩余走行时间TS中,取出时间步长△t,对各个站间在相同时间步长△t上的最小能耗按照从小到大的顺序排列,根据排在首位的最小能耗,找到对应的站间,将时间步长△t分配给该站间,则该站间走行时间变为Tjmin+△t,剩余走行时间变为TS-△t;

S5.重复步骤S4,直到剩余走行时间TS变为0;

其中,当站间走行时间变更到Tjmax时,不再给该站间分配时间步长△t。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:步骤S1中,根据如下公式确定列车站间列车运行的能耗计算模型:其中,j为列车线路上第j个站间,其中,j=1,2,…,N;△s为相邻站点间距离上划分的k距离步长;k为站间距离以步长△s划分所得的段标号;W为列车在第k小段上的总阻力;Fk为列车在第k小段上的牵引力;Bk为列车在第k小段上的制动力;fF(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大牵引力;fB(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大制动力;ak为列车在第k段上的加速度;

Tj为列车第j个站间的走行时间;Sj-1为第1个站间到第j-1个站间的距离;Sj为第1个站间到第j个站间的距离;M为列车的质量;g为重力加速度;A、B以及C为阻力多项式系数,均与列车自身特性相关;ik为第k段所在线路坡道的坡度千分数;Rk为第k段所在线路曲线的半径;c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数;Lk为第k段所在线路隧道的长度; 为第k小段上线路设计的最大限制速度; 为列车设计的最大速度; 为第k小段上的临时最大限制速度;v0为列车在第1小段上的初始速度;vk为站间第k小段上的末速度;vk-1为站间第k小段上的初速度。

3.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:步骤S2中,根据如下步骤确定列车站间的最小能耗:S2-1:读取列车站间走行时间Tj,初始化列车牵引能耗下限Elow和上限Ehigh,限速时间误差限ε1、能耗误差限ε2;

S2-2:令列车牵引能耗E*=0.5·(Elow+Ehigh),在第k小段上的牵引力Fk=0、末速度vk=

0、能耗ek=0(k=1,2,...,n),初始速度v0=0,实际走行时间t=0,标号k=1;

S2-3:列车在第k段上牵引运行,由Qianyin(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、末* *速度vk,进而能耗ek=Fk·△s、余能E=E-ek;

S2-4:若k≥n,则令Ehigh=0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2;

S2-5:若 则k=k+1转步骤S2-7;

S2-6:若 则令 k=k+1转步骤S2-8,否则令i=k、 转步骤S2-

10;

S2-7:若E*>0,则转步骤S2-3,否则令h=k转步骤S2-13;

S2-8:若 则转步骤S2-9,否则令i=k、 转步骤S2-10;

*

S2-9:若E>0,则列车在第k段上巡航,由Xunhang(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、制动力Bk、末速度vk,当Fk>0时ek=Fk·△s且余能E*=E*-ek,当Fk=0时ek=-Bk·△s,转步骤S2-4,否则令h=k转步骤S2-13;

S2-10:令p=vi-1,若ei>0则余能E*=E*+ei;列车在第i段上惰行,由Duoxing(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li)计算加速度ai;若ai<0,则Fi=Bi=ei=0、 否则在第i段上制动,由Zhidong(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li,△s)计算制动力Bi和初速度vi-1,制动力做功ei=-Bi·△s,牵引力Fi=0;

S2-11:令i=i-1,若vi

S2-12:若k

S2-13:若h≤n,则转步骤S2-14,否则令i=n、vi=0转步骤S2-17;

S2-14:列车在第h段上惰行,由Duoxing(A,B,C,c,M,vh-1,ih,Rh,Lh)计算加速度ah,令能耗eh=0。若 则转步骤S2-16,否则令S2-15:若 则h=h+1转步骤S2-13,否则令k=h、i=k、 转步骤S2-10;

S2-16:若h=n,则令vn=0转步骤S2-19,否则令Elow=0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2;

S2-17:令p=vi-1,当ei>0时余能E*=E*+ei;列车在第i段上制动,由Zhidong(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li,△s)计算制动力Bi和初速度vi-1,制动力做功ei=-Bi·△s,牵引力Fi=0;

S2-18:令i=i-1,若vi

S2-19:计算列车的走行时间 若|t-Tj|<ε1,则转步骤S2-22;

S2-20:若|Ehigh-Elow|<ε2,则算法结束,且在给定走行时间Tj下无解,可增加走行时间或改中间惰行减速过程为制动减速;

S2-21:若t>Tj,则Elow=0.5·(Elow+Ehigh),否则Ehigh=0.5·(Elow+Ehigh),转步骤S2-2;

S2-22:算法结束,输出vk、Fk、Bk(k=1,2,...,n)以及最小能耗Emin=0.5·(Elow+Ehigh)-E*;

其中,△s为相邻站点间距离上划分的距离步长;k、h以及i为站间距离以步长△s划分所得的段标号; 为第k小段上线路设计的最大限制速度; 为列车设计的最大速度;

为第k小段上临时最大限制速度;vk-1为站间第k小段上的初速度; 为第k段上的限速;Wk为列车站间第k小段上的总阻力;ai为列车在第i段上加速度;Tj为设定的第j个站间的列车走行时间;Qianyin(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)为牵引工况的计算函数;Xunhang(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)为巡航工况的计算函数;Duoxing(A,B,C,c,M,vh-1,ih,Rh,Lh)为惰行工况的计算函数;Zhidong(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li,△s)为制动工况的计算函数。

4.根据权利要求3所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:根据如下式子确定牵引工况的计算函数:其中,k为站间距离以步长△s划分所得的段标号;Fk为列车在第k小段上的牵引力;vk-1为列车在第k小段上的初速度;fF(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大牵引力;Wk为列车在第k小段上的总阻力;A、B以及C为阻力多项式系数,均与列车自身特性相关;c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数;ik为第k段上线路坡道的坡度千分数;Lk为第k段所在线路隧道长度;Rk为第k段所在线路的曲线半径;M为列车的质量;g为重力加速度;vk为列车在第k小段上的末速度;ak为列车在第k段上的加速度;△s为相邻站点间距离上划分的距离步长。

5.根据权利要求3所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:根据如下式子确定巡航工况的计算函数:其中,k为站间距离以步长△s划分所得的段标号;Wk为列车在第k小段上的总阻力;Fk为列车在第k小段上的牵引力;Bk为列车在第k小段上的制动力;vk-1为列车在第k小段上的初速度;vk为列车在第k小段上的末速度;A、B以及C为阻力多项式系数,均与列车自身特性相关;c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数;ik为第k段上线路坡道的坡度千分数;Lk为第k段所在线路隧道长度;Rk为第k段所在线路的曲线半径;M为列车的质量;g为重力加速度。

6.根据权利要求3所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:根据如下式子确定惰行工况的计算函数:其中,h为站间距离以步长△s划分所得的段标号;Wh为列车在第h段上的运行总阻力;A、B、C为阻力多项式系数,均与列车自身特性相关;c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数;vh-1为列车在第h段上的初速度;ih为第h段所在线路坡道的坡度千分数;Lh为第h段所在线路隧道的长度;Rh为第h段所在线路曲线的半径;M为列车的质量;g为重力加速度;ah为列车在第h段上的加速度。

7.根据权利要求3所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法,其特征在于:根据如下式子确定制动工况的计算函数:其中,i为站间距离以步长△s划分所得的段标号;Bi为列车在第i个段上的制动力;fB(vi)为与列车速度vi相关的最大制动力;vi为列车在第i个段上的末速度;Wi为列车在第i个段上的总阻力;A、B以及C为阻力多项式系数,均与列车自身特性相关;c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数;ii为第i段所在线路坡道的坡度千分数;Li为第i段所在线路隧道的长度;Ri为第i段所在线路曲线的半径;M为列车的质量;g为重力加速度;ai为列车在第i段上的加速度;vi-1为列车第i个段的初速度;△s为相邻站点间距离上划分的距离步长。