[0004] 针对背景技术的问题，本发明提供一种虚拟连挂高速列车群的控制方法，以解决现有技术中无法满足虚拟连挂列车群安全、高效地协同运行的同时还能降低能耗的问题。
[0005] 为实现本发明的目的，本发明提供了一种虚拟连挂高速列车群的控制方法，所述虚拟连挂高速列车群由多个单列车组成，将行驶在最前面的单列车记为首车，将行驶在所述首车之后的单列车记为追踪车，单个单列车上设置有驾驶曲线生成模块、车载ATO模块和车载通信模块；所述控制方法还涉及地面控制中心，所述地面控制中心设置有列车群驾驶曲线控制模块和地面通信模块；单列车上的驾驶曲线生成模块和车载ATO模块二者均与车载通信模块连接；所述列车群驾驶曲线控制模块与地面通信模块连接；各个单列车的车载通信模块相互无线通信连接；各个单列车的车载通信模块均与所述地面通信模块无线通信连接；
[0006] 所述控制方法包括：
[0007] 设A站和B站相邻，将从A站到B站的路段记为AB路段，设虚拟连挂高速列车群将从A站行驶到B站；
[0008] 一)所述列车群驾驶曲线控制模块根据AB路段的线路参数，设置多个可能的列车控制模态；
[0009] 二)针对每一个列车控制模态，均按方法一生成一个对应的列车群自动驾驶曲线组；
[0010] 三)列车群驾驶曲线控制模块对每个列车群自动驾驶曲线组按以下方法处理，得到每个列车群自动驾驶曲线组的总能耗：列车群驾驶曲线控制模块对单个列车群自动驾驶曲线组所辖的各个自动驾驶曲线分别进行能耗计算，然后将各个自动驾驶曲线对应的能耗值进行求和处理，得到对应列车群自动驾驶曲线组的总能耗；
[0011] 列车群驾驶曲线控制模块将总能耗最低的列车群自动驾驶曲线组作为最优列车群自动驾驶曲线组；
[0012] 四)列车群驾驶曲线控制模块通过地面通信模块将最优列车群自动驾驶曲线组中的各个自动驾驶曲线数据发送给对应的单列车的车载通信模块，各个单列车的车载通信模块将收到的自动驾驶曲线数据发送给对应的车载ATO模块，各个单列车的车载ATO模块根据收到的自动驾驶曲线数据控制对应单列车行驶；
[0013] 所述方法一包括：
[0014] 针对单个列车控制模态，
[0015] 1)所述列车群驾驶曲线控制模块通过地面通信模块将各个单列车的基础数据和约束参数发送给对应的单列车的车载通信模块，同时，列车群驾驶曲线控制模块通过地面通信模块将当前的列车控制模态信息分别发送给各个单列车的车载通信模块，各个单列车的车载通信模块将收到的基础数据、约束参数和当前的列车控制模态信息发送给各自对应的驾驶曲线生成模块；
[0016] 2)首车的驾驶曲线生成模块根据收到的基础数据、约束参数和当前的列车控制模态信息，采用粒子集群算法以能耗最低为目标生成首车的自动驾驶曲线，然后首车的驾驶曲线生成模块通过对应的车载通信模块将生成的自动驾驶曲线数据分别发送给地面通信模块和相邻后车的车载通信模块；某个单列车的所述相邻后车为与该单列车相邻的后方的单列车；
[0017] 3)各个追踪车按从前向后的顺序依次按方法二生成各自的自动驾驶曲线，每个追踪车的驾驶曲线生成模块一旦生成对应的自动驾驶曲线，即将生成自动驾驶曲线数据通过对应的车载通信模块发送给地面通信模块，除最后一个追踪车外的其他追踪车的驾驶曲线生成模块还同时将生成的自动驾驶曲线数据通过对应的车载通信模块发送给相邻后车的车载通信模块；
[0018] 4)地面通信模块将收到的各个单列车对应的自动驾驶曲线数据均传输给列车群驾驶曲线控制模块，当列车群驾驶曲线控制模块收到所有单列车的自动驾驶曲线数据后，所有单列车的自动驾驶曲线即形成当前的列车控制模态对应的列车群自动驾驶曲线组；
[0019] 所述方法二包括：
[0020] 单个追踪车的车载通信模块将收到的相邻前车的自动驾驶曲线数据传输给对应的驾驶曲线生成模块，然后按以下步骤生成对应的自动驾驶曲线：
[0021] A)驾驶曲线生成模块根据相邻前车的自动驾驶曲线预设一个初始的备用发车间隔时间；
[0022] B)驾驶曲线生成模块根据基础数据、约束参数、当前的列车控制模态和备用发车间隔时间采用粒子集群算法以能耗最低为目标生成追踪车的备用自动驾驶曲线；
[0023] C)驾驶曲线生成模块对生成的备用自动驾驶曲线采用方法三与相邻前车的自动驾驶曲线进行安全距离校验，如果安全距离校验通过，则进入步骤D)；如果安全距离校验未通过，则进入步骤E)；
[0024] D)缩短备用发车间隔时间，并用缩短后的备用发车间隔时间对当前的备用发车间隔时间进行更新，然后进入步骤B)；
[0025] E)设从步骤B)到步骤D)已经循环执行了m次，则将第m‑1次生成的备用自动驾驶曲线作为追踪车的自动驾驶曲线；
[0026] 某个单列车的所述相邻前车为与该单列车相邻的前方的单列车；
[0027] 所述方法三包括：
[0028] 针对单个追踪车，
[0029] a)将AB路段按以下方式进行离散化处理：将AB路段的长度进行n等分，将每一个等分段记为一个离散段ki，则AB路段由n个离散段ki组成，其中i取值范围为1至n的整数；
[0030] b)对每个离散段均根据公式1‑1)对备用自动驾驶曲线与相邻前车的自动驾驶曲线进行安全距离校验；
[0031] 所述公式1‑1)为：
[0032] Li≥Lf‑Lp+△L
[0033] 其中，Li为追踪车与相邻前车在离散段ki的间距；Lf为追踪车的制动距离；Lp为追踪车的相邻前车的制动距离；△L为安全保障距离，△L为设定值；
[0034] c)对安全距离校验结果进行判断：如果在每个离散段追踪车与相邻前车的距离均满足公式1‑1)的要求，则安全距离校验记为通过；如果在至少一个离散段追踪车与相邻前车的距离不满足公式1‑1)的要求，则安全距离校验记为未通过。
[0035] 作为优化，所述步骤三)中对自动驾驶曲线采用公式2‑1)进行能耗计算；
[0036] 所述公式2‑1)为：
[0037]
[0038] 其中，E为能耗；f为牵引力；v为运行速度；b为制动力；A为单列车的辅助功率；T为实际区间运行时间；ξM为单列车牵引过程中电能转化为机械能的乘积因子，ξB为单列车制动过程中机械能转化为电能的乘积因子。
[0039] 本发明的原理如下：
[0040] 虚拟连挂高速列车群的运行模式虽然比单一列车的运行模式在运力和效率方面具备明显优势，但是虚拟连挂高速列车群在控制方面也较单一列车更为复杂，这是由于虚拟连挂高速列车群不仅要考虑如何尽量减小单列车之间的间隔距离以实现高效运行、提高运力，同时还要考虑单列车之间运行安全的问题。另一方面，节能降耗也是如今社会实现可持续发展的重要任务，然而，提高列车运行效率和降低能耗本来就是矛盾的两方面，对于单一列车运行模式来说，可以采用现有技术中的智能算法如粒子集群算法来对列车运行能耗和运行效率进行优化，但是对于虚拟连挂高速列车群来说，除了要考虑组成列车群的每个单列车的运行效率和能耗问题，还必须要考虑各个单列车自动驾驶曲线之间的匹配问题，以保证各个单列车的协同运行，还要考虑如何以尽量小的间隔距离实现列车群整体运行效率的提高问题，同时，由于各个单列车的速度高、间距小，还必须考虑整个列车群的运行安全问题，在上述前提下，如何在保证列车安全运行条件下，更进一步地降低虚拟连挂高速列车群整体的运行能耗且提高运行效率，是现有技术中存在的较大问题和技术难点。
[0041] 发明人研究发现，不管是对于单列车还是对于虚拟连挂高速列车群来说，列车的操控序列是对高速列车能耗影响的重要因素，特别是操控序列中控制阶段的数量和工况种类即本申请所述的列车控制模态对列车能耗的影响尤为明显，而对于某个确定的列车控制模态，利用粒子集群算法能方便地以能耗最低为目标对操控序列进行优化，从而获取到各个单列车的自动驾驶曲线。
[0042] 基于上述原理，本申请的基本思路在于首先解决列车群能耗问题：根据路段参数确定各种可能存在的列车典型控制模态，然后针对某个确定的列车控制模态，各个单列车分别利用粒子集群算法以能耗最低为目标优化得到各自的自动驾驶曲线，然后将各个单列车的能耗值汇总，得到列车群在该列车典型控制模态下的总能耗，按上述方式，为每个列车典型控制模态都计算得到对应的列车群总能耗，再对得到的所有列车群在不同列车典型控制模态下的总能耗进行比较，找到总能耗最低的列车典型控制模态对应的那组自动驾驶曲线，并加载到各个对应的单列车上控制其运行。
[0043] 其次，本申请还要解决列车群协同运行的问题：对于虚拟连挂高速列车群来说，主要解决追踪车与相邻前车的协同运行问题。本申请中，发明人设计追踪车从前向后依次生成自动驾驶曲线，其目的正是让单个追踪车在生成自动驾驶曲线时，要参考相邻前车已经确定的自动驾驶曲线，设置与相邻前车合理的发车间隔时间，也即设置与相邻前车的合理间隔距离，在这个前提下生成自身的自动驾驶曲线，使自身的自动驾驶曲线与相邻前车的自动驾驶曲线相关联，从而达到与相邻前车协同运行的目的，每个追踪车均按上述方式生成自动驾驶曲线，也就建立了整个列车群的相互联系，从而达到使整个列车群协同运行的目的。
[0044] 更进一步地，为了最大限度提高虚拟连挂高速列车群的运行效率，本申请希望通过缩短追踪车的发车间隔时间来实现，然而发车间隔时间缩短也就意味着单列车之间的间隔距离缩小，由此带来的是单列车之间可能提高的因为某个单列车意外紧急停车而造成的碰撞风险。本申请通过“撞软墙”的相对制动公式1‑1)来对两个单列车在整个路段的各个离散段的间隔距离进行安全距离校验，从而保证单列车之间的运行安全。同时，为了平衡运行效率和运行安全，使二者达到最佳的匹配程度，本申请创造性地通过逐次缩小发车间隔时间，反复根据新的发车间隔时间生成新的自动驾驶曲线，再逐次对新生成的自动驾驶曲线进行安全距离校验，直到搜索到一个最小的发车间隔时间，这个发车间隔时间刚好能保证在整个路段两个单列车之间始终能满足安全的间隔距离的要求，同时，采用这个最小的发车间隔时间对应的自动驾驶曲线去控制对应的追踪车运行，自然能既保证追踪车安全运行的同时还能使其运行效率得到最大限度的提高。
[0045] 由此可见，本发明具有如下的有益效果：采用本发明所述的控制方法，能在保证虚拟连挂高速列车群安全、高效地协同运行的同时降低总体运行能耗。
