城軌列車(chē)自動(dòng)駕駛算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái)，城市軌道交通列車(chē)的發(fā)展對(duì)于改善城市污染，減少交通堵塞等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ATO在城軌列車(chē)方面的應(yīng)用能有效地保證列車(chē)運(yùn)行的安全性和舒適性，在自動(dòng)調(diào)整列車(chē)運(yùn)行速度、車(chē)站精確準(zhǔn)點(diǎn)停車(chē)和降低能耗等方面具有比人工駕駛更突顯的優(yōu)勢(shì)。列車(chē)運(yùn)行速度曲線作為城軌列車(chē)ATO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要依據(jù)，因此對(duì)于運(yùn)行速度曲線的節(jié)能優(yōu)化將進(jìn)一步提升列車(chē)的運(yùn)行效率，減少列車(chē)運(yùn)行能耗。在ATO系統(tǒng)中，對(duì)優(yōu)化的列車(chē)運(yùn)行速度曲線進(jìn)行在線的跟

2、蹤與控制，是實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)的關(guān)鍵所在。本文在此背景下進(jìn)行了如下工作:
　　首先，對(duì)于城軌列車(chē)的受力情況和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了研究，同時(shí)針對(duì)列車(chē)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行了分析，在不同的工況下討論了列車(chē)所受到的合力和相應(yīng)的運(yùn)行特點(diǎn)，總結(jié)了列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行過(guò)程中主要的能耗構(gòu)成，并且歸納了幾項(xiàng)減少列車(chē)運(yùn)行能耗的措施。
　　其次，對(duì)于列車(chē)運(yùn)行速度曲線的節(jié)能優(yōu)化進(jìn)行了分析與研究。當(dāng)列車(chē)以區(qū)間最大能力運(yùn)行時(shí)，可得到列車(chē)區(qū)間運(yùn)行的最短時(shí)間，進(jìn)而可得到

3、用于節(jié)能優(yōu)化處理的富余時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，介紹了基于惰行和改變恒速巡航速度的兩種優(yōu)化算法。通過(guò)采用實(shí)際的列車(chē)參數(shù)和線路數(shù)據(jù)，在滿足同一正點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間的約束下，驗(yàn)證與比較兩種優(yōu)化算法的可行性與節(jié)能效果。
　　然后，對(duì)于模糊控制理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，在總結(jié)了城軌列車(chē)的人工駕駛策略的基礎(chǔ)上，采用模糊預(yù)測(cè)控制算法，對(duì)列車(chē)自動(dòng)駕駛的六個(gè)優(yōu)化控制目標(biāo):準(zhǔn)點(diǎn)性、安全性、節(jié)能性、乘坐舒適性、停車(chē)精確性、速度跟隨性，分別建立了對(duì)應(yīng)的模糊隸屬度函數(shù)，定量

4、的描述這些優(yōu)化控制目標(biāo)，同時(shí)結(jié)合人工駕駛策略，制定了城軌列車(chē)自動(dòng)駕駛的模糊預(yù)測(cè)控制規(guī)則。在滿足準(zhǔn)點(diǎn)、精確停車(chē)等控制目標(biāo)的情況下，通過(guò)Matlab仿真實(shí)現(xiàn)了該控制算法對(duì)節(jié)能優(yōu)化目標(biāo)曲線的有效跟蹤，驗(yàn)證了此多目標(biāo)模糊預(yù)測(cè)控制算法的正確性和可行性。
　　最后，基于Vxworks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具體分析了硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及上位機(jī)的功能與設(shè)計(jì)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程兩方面討論算法的移植。然后將優(yōu)化算法和跟蹤控制算法成功地移植到以Vxwo