[发明专利]城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法

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T_j^min，并设定时间步长△t，将最小走行时间T_j^min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T_j^max，采用二分搜索策略，得到列车各站间在时间区间[T_j^min,T_j^max]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T_S:

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T_S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T_j^min+△t，剩余走行时间变为T_S-△t；

S5.重复步骤S4，直到剩余走行时间T_S变为0；

其中，当站间走行时间变更到T_j^max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距离步长；k为站间距离以步长△s划分所得的段标号；W^k为列车在第k小段上的总阻力；F_k为列车在第k小段上的牵引力；B_k为列车在第k小段上的制动力；f_F(v_k-1)为与列车速度v_k-1相关的最大牵引力；f_B(v_k-1)为与列车速度v_k-1相关的最大制动力；a_k为列车在第k段上的加速度；T_j为列车第j个站间的走行时间；S_j-1为第1个站间到第j-1个站间的距离；S_j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；i_k为第k段所在线路坡道的坡度千分数；R_k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；L_k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；v_k为站间第k小段上的末速度；v_k-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T_j，初始化列车牵引能耗下限E_low和上限E_high，限速时间误差限ε₁、能耗误差限ε₂；

S2-2：令列车牵引能耗初始值E₀^*＝0.5·(E_low+E_high)，在第k小段上的牵引力F_k＝0、末速度v_k＝0、能耗e_k＝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,v_k-1,i_k,R_k,L_k)计算牵引力F_k、末速度v_k，进而能耗e_k＝F_k·△s、列车在第k段运行结束时的余能

S2-4：若k≥n，则令E_high＝0.5·(E_low+E_high)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：若列车在第k-1段运行结束时的余能则转步骤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：若则列车在第k段上巡航，由Xunhang(A,B,C,c,M,v_k-1,i_k,R_k,L_k)计算牵引力F_k、制动力B_k、末速度v_k，当F_k＞0时e_k＝F_k·△s且余能当F_k＝0时e_k＝-B_k·△s，转步骤S2-4，否则令h＝k转步骤S2-13；

S2-10：令p＝v_i-1，若e_i＞0则列车在第i-1段运行结束时的余能列车在第i段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,v_i,i_i,R_i,L_i)计算加速度a_i；若a_i0，则F_i＝B_i＝e_i＝0、否则在第i段上制动，由Zhidong(A,B,C,c,M,v_i,i_i,R_i,L_i,△s)计算制动力B_i和初速度v_i-1，制动力做功e_i＝-B_i·△s，牵引力F_i＝0；

S2-11：令i＝i-1，若v_ip则转步骤S2-10，否则令v_i＝p；

S2-12：若kn，则令k＝k+1转步骤S2-9，否则令E_high＝0.5·(E_low+E_high)转步骤S2-2；

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

S2-14：列车在第h段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,v_h-1,i_h,R_h,L_h)计算加速度a_h，令能耗e_h＝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v_n＝0转步骤S2-19，否则令E_low＝0.5·(E_low+E_high)转步骤S2-2；

S2-17：令p＝v_i-1，当e_i＞0时余能列车在第i段上制动，由Zhidong(A,B,C,c,M,v_i,i_i,R_i,L_i,△s)计算制动力B_i和初速度v_i-1，制动力做功e_i＝-B_i·△s，牵引力F_i＝0；

S2-18：令i＝i-1，若v_ip转步骤S2-17，否则令v_i＝p；

S2-19：计算列车的走行时间若|t-T_j|ε₁，则转步骤S2-22；

S2-20：若|E_high-E_low|ε₂，则算法结束，且在给定走行时间T_j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＞T_j，则E_low＝0.5·(E_low+E_high)，否则E_high＝0.5·(E_low+E_high)，转步骤S2-2；

S2-22：算法结束，输出v_k、F_k、B_k(k＝1,2,...,n)以及最小能耗

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；v_k-1为站间第k小段上的初速度；为第k段上的限速；W^k为列车站间第k小段上的总阻力；a_i为列车在第i段上加速度；T_j为设定的第j个站间的列车走行时间；p为速度v_i-1的临时替换变量；为列车在第n段运行结束时的余能；Qianyin(A,B,C,c,M,v_k-1,i_k,R_k,L_k)为牵引工况的计算函数；Xunhang(A,B,C,c,M,v_k-1,i_k,R_k,L_k)为巡航工况的计算函数；Duoxing(A,B,C,c,M,v_h-1,i_h,R_h,L_h)为惰行工况的计算函数；Zhidong(A,B,C,c,M,v_i,i_i,R_i,L_i,△s)为制动工况的计算函数；

其中，k为站间距离以步长△s划分所得的段标号；F_k为列车在第k小段上的牵引力；v_k-1为列车在第k小段上的初速度；f_F(v_k-1)为与列车速度v_k-1相关的最大牵引力；W^k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；i_k为第k段上线路坡道的坡度千分数；L_k为第k段所在线路隧道长度；R_k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；v_k为列车在第k小段上的末速度；a_k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；

其中，k为站间距离以步长△s划分所得的段标号；W^k为列车在第k小段上的总阻力；F_k为列车在第k小段上的牵引力；B_k为列车在第k小段上的制动力；v_k-1为列车在第k小段上的初速度；v_k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；i_k为第k段上线路坡道的坡度千分数；L_k为第k段所在线路隧道长度；R_k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；

其中，h为站间距离以步长△s划分所得的段标号；W^h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；v_h-1为列车在第h段上的初速度；i_h为第h段所在线路坡道的坡度千分数；L_h为第h段所在线路隧道的长度；R_h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；a_h为列车在第h段上的加速度；

其中，i为站间距离以步长△s划分所得的段标号；B_i为列车在第i个段上的制动力；f_B(v_i)为与列车速度v_i相关的最大制动力；v_i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；i_i为第i段所在线路坡道的坡度千分数；L_i为第i段所在线路隧道的长度；R_i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；a_i为列车在第i段上的加速度；v_i-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。