列车自动驾驶技术研究和系统设计

性控制函数关系见式（1）。
80n
①）
640n _64q 520
(” WlOkm/h)
② ｝取最小值(1)
544.8 -2.48^(10 <”W62 km/h).③
.23040/v (v >62 km/h)
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汤立新列车自动驾驶技术研究和系统设计
其中n表示机车司机控制器手柄级位，”表示
机车速度(km/h) ,F表示机车轮缘牵引力(kN)。
理降低平均速度和惰行制动分配，在满足运行时间
前提下，达到节能的目的。
如何对这3部分进行具体实现，将在下面实现 方案里进行详细说明。
列车自动驾驶技术是基于各类静态数据（如线 路数据、列车运行时刻表等），结合动态信息（如当 前轨道电路信息、列车位置、列车速度等），根据既 定的优化操纵策略、车辆牵引制动模型实时计算满 足安全、平稳、节能、正点要求的“位置-速度”曲 线，即优化操纵曲线。然后依据优化操纵曲线，采用 较成熟且应用较广的自动化控制算法，控制列车自 动运行的系统。此系统通过人工操作进入自动驾 驶，自动驾驶时能根据线路情况自动控制列车加速、 匀速、惰行、减速、过电分相等运行。
行在线实时计算，计算效率应尽可能高。基于此要
求下，优化操控算法可分为3部分，分别是：动力学 计算部分⑷、运动规划部分、优化计算部分。
动力学计算部分.根据机车特性公式及受力情
况分析对合力F进行计算：
F = Fb + Fs + Fc + M x a
(3)
其中M是整列车的质量，a是列车的加速度，
Fb是列车的基本阻力，几表示列车所受的坡道力，
1关键技术
对于实现列车的自动驾驶功能，要对线路数据、 机车特性、平稳操纵方法等内容进行研究。本节从 运行线路数据、机车特性、平稳操纵、优化操控、PID 算法5方面出发，对实现整个自动驾驶功能的关键 技术进行分析说明⑴。
11数据的存储与定位 数据是自动控车功能实现的基础，各种数据相
互配合使用，完成自动控车功能所需要的基础信息。
计算机应用
文章编号.1007-6034（2019）01 -0044-03
机车车辆工艺第1期2019年2月 DOI：10.14032/j. issn. 1007-6034.2019.01.017
列车自动驾驶技术研克和糸统设计
汤立新
（中国铁路上海局集团有限公司，上海200071 ）
摘要：伴随着计算机技术的进步和控制理论的发展，列车自动驾驶技术逐渐成为轨道交通领域 研究的重点，文章通过对既有普通列车自动驾驶技术实现方法的研究得出，列车的自动驾驶不仅 能减轻乘务员的劳动强度，而且还能有效提高客运列车的准点率及货运列车的达速率，是未来轨
式①②计算结果为负值时，视为0;计算结果超 过370时，视为370。
1.3平稳操纵方法 列车在运行过程中由于车钩有间隙，这是造成
操纵不平稳的因素。若车钩始终拉伸状态运行平 稳，车钩始终处于压缩状态也运行平稳 。但压缩、拉
伸相互转换过程中，车辆间相对整列有一位置变化， 造成受力不均匀，产生一个不平稳过程，便产生了冲
表1工况转换条件限制表
级位对应的工况牵引
下一时刻的级位 小牵引 惰行 小电制
电制
牵引
O
•
O
X
X
小牵引
O
■
O
X
X
当前
惰行
X
O
O
O
X
级位
小电制
X
X
O
■
O
电制
X
X
O
■
O
注：O可以转换 X禁止转换 •没有必要
1.4优化操控算法 优化操作算法要具备实时计算的能力，即能够
根据线路数据的变化，在满足重新规划的条件时进
收稿日期：2018 -07 -11 作者简介：汤立新（1966 -）,男，高级工程师，本科。
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自动控车所需要的基础数据有线路数据、机车 数据、行车数据、牵引计算知识库等。这些数据存储 于自动驾驶系统内.通过与LKJ运行信息的配合使 用，完成了运行线路数据的定位、读取及数据格式的 统一规格化处理，其处理流程如图1所示。
算出加速度和速度，完成加速、匀速、减速运动规划。
优化计算部分，路况与车况条件事先已定，只需
要在满足给定运行时间要求的条件下，按照最有利
降低能耗和运行时间的原则进行优选即可。经过分
析证明.只有2个因素影响能耗和运行时间，一个是
走行整个优化区段的平均速度，另一个是减速时惰
行与制动2种方式的分配。优化计算的算法就是合
Fc表示列车所受的弯道力。基本阻力、坡道力、弯
道力的计算方法从《列车牵引计算规程》里获得。
运动规划部分，根据当前速度与目标速度之间
的关系.低于目标速度时加速运行，达到目标速度时
匀速运行，高于目标速度时减速运行。加速、匀速、
减速运行时，所用的加速度就是利用运动学计算提
供的计算合力的方法，计算出列车所受合力，进而计
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机车数蝎 牵弓时偉知
初始化计算条件
|分析舫瞬条可；
机车撫纵翩］!
优化计算I
图1运行线路数据处理图
1.2机车特性研究
不同型号的机车特性不同，本文以HXd3型231 轴重机车为例，对机车的牵引和制动特性进行研究。
HXd3型23 t轴重机车，牵引力限制及牵引特
式②计算结果为负值时，视为0。
HXd3型23 t轴重机车，制动力限制及制动特
性控制函数关系见式(2)。
(33.7—134.8 (n = l)
①]
F= 33.7v-337(n-l)(l <nW12)②，取最小值(2)
[25970/k
(”M70 km/h)③，
其中”表示机车速度(km/h) ；n表示机车司机 控制器手柄级位；F表示机车轮缘制动力(kN)。
道交通技术发展的方向。 关键词：轨道交通；列车；自动驾驶；准点；达速
中图分类号:U284.48
文献标识码：B
列车自动控制的实现一般情况下是在列车超速 防护设备的基础上，研制列车自动运行控制装置，两 套设备共同运行，保证列车的行车安全。本论文所 要实现的列车自动驾驶技术便是在列车超速防护设 备的基础上，设计自动运行控制装置，从而实现列车 的自动驾驶功能。
动。不平稳过程中的平稳程度跟转换过程中的受力
大小有关，所以操作上出现工况转换时，要对转换条
件进行一定的限制，以最大程度地减小冲动，工况转
换条件限制见表1所示。 列车自控运行过程中，平稳控制本质上就是控
制车钩拉伸、压缩转换过程中的受力的大小 ，做到慢
慢转换，运行平稳。具体来说，一是判断转换时机,
二是根据机车特性控制一个小的牵弓1/制动力。