列车自动驾驶节能控制方法、相关设备及可读存储介质与流程

1.本技术涉及列车自动驾驶技术领域，更具体的说，是涉及一种列车自动驾驶节能控制方法、相关设备及可读存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着轨道交通的快速发展，列车自动驾驶系统(automatic train operation，简称：ato)也得到了广泛应用，在城市轨道交通以及铁路轨道交通领域中各种列车(如，地铁列车、轻轨列车、动车列车、高铁列车、重载列车等)中已经逐渐成为必备的配置。通过列车自动驾驶系统降低列车运行过程中的能耗，是列车自动驾驶系统设计的目标之一。
3.目前，通常先计算得到一系列速度曲线模型，再预估每一条速度曲线模型的能耗，最后选出最优的速度曲线模型，并利用最优的速度曲线模型作为列车自动驾驶系统的目标速度曲线，以降低列车运行过程中的能耗。但是，该方式在选最优的速度曲线模型时，往往考虑列车能耗模型，而列车能耗模型与列车实际能耗往往偏差较大，导致最优的速度曲线模型选取出现偏差，从而影响列车的节能效果，而且，该方式选出的最优的速度曲线模型并不适用于对列车的运行速度有严格要求的线路区段，这对列车的节能效果也有影响。
4.因此，如何提升列车的节能效果，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本技术提出了一种列车自动驾驶系统控制方法、相关设备及可读存储介质。具体方案如下：
6.一种列车自动驾驶系统控制方法，包括：
7.获取预设的多种牵引力分配策略；
8.针对每种牵引力分配策略，确定所述牵引力分配策略的性能指标；
9.基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；
10.基于所述最优牵引力分配策略对所述列车自动驾驶系统进行控制。
11.可选地，所述针对每种牵引力分配策略，计算所述牵引力分配策略的性能指标，包括：
12.获取列车自动驾驶系统规划的速度曲线和总牵引力曲线，其中，速度曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置的速度，总牵引力曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处列车的总牵引力；
13.基于所述总牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，其中，所述牵引力分配策略对应的每个轴的牵引力曲线用于指示在所述牵引力分配策略下，所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处该轴的牵引力；
14.基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
15.可选地，所述基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标，包括：
16.基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第一性能指标，所述第一性能指标用于衡量所述牵引力分配策略的牵引能耗；
17.基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第二性能指标，所述第二性能指标用于衡量所述牵引力分配策略下各轴牵引力均衡程度；
18.获取所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数；
19.基于所述第一性能指标、所述第二性能指标、所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
20.可选地，所述基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略，包括：
21.确定性能指标最小的牵引力分配策略，为最优牵引力分配策略。
22.可选地，所述预设的多种牵引力分配策略，包括：
23.第一牵引力分配策略、第二牵引力分配策略、第三牵引力分配策略和第四牵引力分配策略中的任意多种；
24.其中，所述第一牵引力分配策略用于指示各轴牵引力均衡分配；
25.所述第二牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴达到效率最优，其余轴均衡分配；
26.所述第三牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴尽可能达到效率最优；
27.所述第四牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴均衡分配。
28.可选地，所述基于所述最优牵引力分配策略对所述列车自动驾驶系统进行控制，包括：
29.将所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线提供给所述列车自动驾驶系统，以使所述列车自动驾驶系统基于所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线为各轴分配电机功率。
30.一种列车自动驾驶系统控制装置，包括：
31.获取单元，用于获取预设的多种牵引力分配策略；
32.计算单元，用于针对每种牵引力分配策略，计算所述牵引力分配策略的性能指标；
33.确定单元，用于基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；
34.控制单元，用于基于所述最优牵引力分配策略对所述自动驾驶系统进行控制。
35.可选地，所述计算单元，包括：
36.速度曲线和总牵引力曲线获取单元，用于获取列车自动驾驶系统规划的速度曲线和总牵引力曲线，其中，速度曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置的速度，总牵引力曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处列车的总牵引力；
37.各轴牵引力曲线计算单元，用于基于所述总牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，其中，所述牵引力分配策略对应的每个轴的牵引力曲线用于指示在所述牵引力分配策略下，所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处该轴的牵引力；
38.性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
39.可选地，所述性能指标计算单元，包括：
40.第一性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第一性能指标，所述第一性能指标用于衡量所述牵引力分配策略的牵引能耗；
41.第二性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第二性能指标，所述第二性能指标用于衡量所述牵引力分配策略下各轴牵引力均衡程度；
42.权重系数获取单元，用于获取所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数；
43.性能指标计算子单元，用于基于所述第一性能指标、所述第二性能指标、所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
44.可选地，所述确定单元，具体用于：
45.确定性能指标最小的牵引力分配策略，为最优牵引力分配策略。
46.可选地，所述预设的多种牵引力分配策略，包括：
47.第一牵引力分配策略、第二牵引力分配策略、第三牵引力分配策略和第四牵引力分配策略中的任意多种；
48.其中，所述第一牵引力分配策略用于指示各轴牵引力均衡分配；
49.所述第二牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴达到效率最优，其余轴均衡分配；
50.所述第三牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴尽可能达到效率最优；
51.所述第四牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴均衡分配。
52.可选地，所述控制单元，具体用于：
53.将所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线提供给所述列车自动驾驶系统，以使所述列车自动驾驶系统基于所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线为各轴分配电机功率。
54.一种列车自动驾驶系统控制设备，包括存储器和处理器；
55.所述存储器，用于存储程序；
56.所述处理器，用于执行所述程序，实现如上所述的列车自动驾驶系统控制方法的各个步骤。
57.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实
现如上所述的列车自动驾驶系统控制方法的各个步骤。
58.借由上述技术方案，本技术公开了一种列车自动驾驶节能控制方法、相关设备及可读存储介质，基于上述方案，首先获取预设的多种牵引力分配策略，然后，针对每种牵引力分配策略，确定该牵引力分配策略的性能指标；并基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；最后，基于最优牵引力分配策略对列车自动驾驶系统进行控制。上述方案中提供了多种牵引力分配策略，并基于最优牵引力分配策略对列车自动驾驶系统进行控制，能够保证牵引电机的能耗最优，进而提升列车的节能效果。
附图说明
59.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
60.图1为本技术实施例公开的列车自动驾驶系统控制方法的流程示意图；
61.图2为本技术实施例公开的一种确定牵引力分配策略的性能指标的方法流程示意图；
62.图3为本技术实施例公开的一种计算牵引力分配策略的性能指标的方法流程示意图；
63.图4为本技术实施例公开的一种列车自动驾驶系统控制装置结构示意图；
64.图5为本技术实施例提供的列车自动驾驶系统控制设备的硬件结构框图。
具体实施方式
65.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
66.为了提升列车的节能效果，本案发明人进行研究发现，列车的车载设备较多，在列车的车载设备中，牵引电机是列车动力的来源，它的能耗在列车总能耗中占比巨大，因此，降低牵引电机的能耗对降低列车的能耗起着至关重要的作用。
67.基于上述思路，本案发明人进行了深入研究，最终提出了一种列车自动驾驶系统控制方法，该方法能够提升列车的节能效果。
68.接下来，通过下述实施例对本技术提供的列车自动驾驶系统控制方法进行介绍。
69.参照图1，图1为本技术实施例公开的列车自动驾驶系统控制方法的流程示意图，该方法可以包括：
70.步骤s101：获取预设的多种牵引力分配策略。
71.在本技术中，预设的多种牵引力分配策略，包括：第一牵引力分配策略、第二牵引力分配策略、第三牵引力分配策略和第四牵引力分配策略中的任意多种。
72.需要说明的是，所述第一牵引力分配策略用于指示各轴牵引力均衡分配；所述第二牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴达到效率最优，其余轴均衡分配；所述第三牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴尽可能达到效率最优；所
述第四牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴均衡分配。
73.步骤s102：针对每种牵引力分配策略，确定所述牵引力分配策略的性能指标。
74.在本技术中，牵引力分配策略的性能指标为用于衡量列车牵引能耗，和/或，列车各轴牵引力均衡程度的指标。
75.需要说明的是，针对每种牵引力分配策略，确定该牵引力分配策略的性能指标的具体实现方式将通过后面的实施例详细说明，此处不再展开。
76.步骤s103：基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略。
77.在本技术中，可以确定性能指标最小的牵引力分配策略，为最优牵引力分配策略。
78.步骤s104：基于所述最优牵引力分配策略对所述列车自动驾驶系统进行控制。
79.在本技术中，将所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线提供给所述列车自动驾驶系统，以使所述列车自动驾驶系统基于所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线为各轴分配电机功率。
80.本实施例公开了一种列车自动驾驶节能控制方法，基于上述方法，首先获取预设的多种牵引力分配策略，然后，针对每种牵引力分配策略，确定该牵引力分配策略的性能指标；并基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；最后，基于最优牵引力分配策略对列车自动驾驶系统进行控制。上述方案中提供了多种牵引力分配策略，并基于最优牵引力分配策略对列车自动驾驶系统进行控制，能够保证牵引电机的能耗最优，进而提升列车的节能效果。
81.在本技术的另一个实施例中，对上述步骤s102针对每种牵引力分配策略，确定所述牵引力分配策略的性能指标的具体实现方式进行了介绍。请参阅附图2，图2为本技术实施例公开的一种确定牵引力分配策略的性能指标的方法流程示意图，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
82.步骤s201：获取列车自动驾驶系统规划的速度曲线和总牵引力曲线。
83.需要说明的是，速度曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置的速度，总牵引力曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处列车的总牵引力。
84.为便于理解，假设列车自动驾驶系统规划的区间长度为sn，则，列车自动驾驶系统规划的速度曲线为v＝v(s)，0＜s≤sn，列车自动驾驶系统规划的总牵引力曲线为f＝f(s)，0＜s≤sn，其中s为列车自动驾驶系统规划的区间内的任一位置。
85.步骤s202：基于所述总牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线。
86.需要说明的是，所述牵引力分配策略对应的每个轴的牵引力曲线用于指示在所述牵引力分配策略下，所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处该轴的牵引力。
87.为便于理解，各牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线为：
88.fij(s)，i＝1、2、3、4，j＝1,2...,d。
89.其中，f
ij
表示第i种牵引力分配策略下的第j轴牵引力设定曲线，d表示单节机车的轴数。
90.步骤s203：基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
91.需要说明的是，基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标的具体实现方式将通过后面的实施例详细说明，本实施例不再展开。
92.在本技术的另一个实施例中，对上述步骤s203基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标的具体实现方式进行了介绍。请参阅附图3，图3为本技术实施例公开的一种计算牵引力分配策略的性能指标的方法流程示意图，如图3所示，该方法可以包括以下步骤：
93.步骤s301：基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第一性能指标。
94.需要说明的是，所述第一性能指标用于衡量所述牵引力分配策略的牵引能耗。
95.为便于理解，在本技术中第一性能指标的计算方式可以为：
[0096][0097]
其中，η(fij(s),v(s))为不同速度条件下全牵引力范围的效率拟合曲线。
[0098]
步骤s302：基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第二性能指标。
[0099]
需要说明的是，所述第二性能指标用于衡量所述牵引力分配策略下各轴牵引力均衡程度。
[0100]
为便于理解，在本技术中第二性能指标的计算方式可以为：
[0101][0102]
其中，j＞k，j、k＝1,2...,d。
[0103]
步骤s303：获取所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数。
[0104]
在本技术中，可以假设第一性能指标的权重系数为k1，第二性能指标的权重系数为k2。
[0105]
步骤s304：基于所述第一性能指标、所述第二性能指标、所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
[0106]
基于以上，牵引力分配策略的性能指标具体可以如下：
[0107]
j＝k1·jiη
k2·jib
[0108]
下面对本技术实施例公开的列车自动驾驶系统控制装置进行描述，下文描述的列车自动驾驶系统控制装置与上文描述的列车自动驾驶系统控制方法可相互对应参照。
[0109]
参照图4，图4为本技术实施例公开的一种列车自动驾驶系统控制装置结构示意图。如图4所示，该列车自动驾驶系统控制装置可以包括：
[0110]
获取单元11，用于获取预设的多种牵引力分配策略；
[0111]
计算单元12，用于针对每种牵引力分配策略，计算所述牵引力分配策略的性能指标；
[0112]
确定单元13，用于基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；
[0113]
控制单元14，用于基于所述最优牵引力分配策略对所述自动驾驶系统进行控制。
[0114]
可选地，所述计算单元，包括：
[0115]
速度曲线和总牵引力曲线获取单元，用于获取列车自动驾驶系统规划的速度曲线和总牵引力曲线，其中，速度曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置的速度，总牵引力曲线用于指示所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处列车的总牵引力；
[0116]
各轴牵引力曲线计算单元，用于基于所述总牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，其中，所述牵引力分配策略对应的每个轴的牵引力曲线用于指示在所述牵引力分配策略下，所述列车自动驾驶系统规划的区间内每个位置处该轴的牵引力；
[0117]
性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
[0118]
可选地，所述性能指标计算单元，包括：
[0119]
第一性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，以及，所述速度曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第一性能指标，所述第一性能指标用于衡量所述牵引力分配策略的牵引能耗；
[0120]
第二性能指标计算单元，用于基于所述牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线，计算得到所述牵引力分配策略的第二性能指标，所述第二性能指标用于衡量所述牵引力分配策略下各轴牵引力均衡程度；
[0121]
权重系数获取单元，用于获取所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数；
[0122]
性能指标计算子单元，用于基于所述第一性能指标、所述第二性能指标、所述第一性能指标的权重系数和所述第二性能指标的权重系数，计算得到所述牵引力分配策略的性能指标。
[0123]
可选地，所述确定单元，具体用于：
[0124]
确定性能指标最小的牵引力分配策略，为最优牵引力分配策略。
[0125]
可选地，所述预设的多种牵引力分配策略，包括：
[0126]
第一牵引力分配策略、第二牵引力分配策略、第三牵引力分配策略和第四牵引力分配策略中的任意多种；
[0127]
其中，所述第一牵引力分配策略用于指示各轴牵引力均衡分配；
[0128]
所述第二牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴达到效率最优，其余轴均衡分配；
[0129]
所述第三牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴尽可能达到效率最优；
[0130]
所述第四牵引力分配策略用于指示使尽可能多的轴处于不耗功状态，其余轴均衡分配。
[0131]
可选地，所述控制单元，具体用于：
[0132]
将所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线提供给所述列车自动驾驶系统，以使所述列车自动驾驶系统基于所述最优牵引力分配策略对应的各轴牵引力曲线为各轴分配电机功率。
[0133]
参照图5，图5为本技术实施例提供的列车自动驾驶系统控制设备的硬件结构框
图，参照图5，列车自动驾驶系统控制设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
[0134]
在本技术实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
[0135]
处理器1可能是一个中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
[0136]
存储器3可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)等，例如至少一个磁盘存储器；
[0137]
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
[0138]
获取预设的多种牵引力分配策略；
[0139]
针对每种牵引力分配策略，确定所述牵引力分配策略的性能指标；
[0140]
基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；
[0141]
基于所述最优牵引力分配策略对所述列车自动驾驶系统进行控制。
[0142]
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0143]
本技术实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
[0144]
获取预设的多种牵引力分配策略；
[0145]
针对每种牵引力分配策略，确定所述牵引力分配策略的性能指标；
[0146]
基于各牵引力分配策略的性能指标，确定最优牵引力分配策略；
[0147]
基于所述最优牵引力分配策略对所述列车自动驾驶系统进行控制。
[0148]
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0149]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0150]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0151]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。