本發(fā)明涉及重載鐵路機(jī)車與列車控制、自動(dòng)檢測(cè)、人工智能等領(lǐng)域，具體涉及一種重載組合列車虛擬耦合編組的協(xié)同控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、增加列車編組數(shù)量、多個(gè)機(jī)車同步牽引，是提高重載鐵路運(yùn)輸能力的常用方法。由多列車經(jīng)車鉤連接組成的重載組合列車，編組中各單元列車機(jī)車同步操控是保證列車安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提，主控機(jī)車實(shí)時(shí)向從控機(jī)車傳遞控制命令，多臺(tái)機(jī)車同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)等操作，實(shí)現(xiàn)編組內(nèi)單元列車機(jī)車間的同步操控。

2、如果各單元列車機(jī)車動(dòng)作不同步，會(huì)引起重載列車車輛之間的擠壓或拉鉤現(xiàn)象，影響鐵路運(yùn)輸安全。目前解決各機(jī)車同步操控問(wèn)題有兩種技術(shù)，分別是采用機(jī)車無(wú)線同步控制技術(shù)locotrol和電控空氣制動(dòng)技術(shù)ecp。

3、列車長(zhǎng)度越長(zhǎng)，制動(dòng)控制指令的傳遞時(shí)間越長(zhǎng)，車輛間縱向沖動(dòng)越大。對(duì)司機(jī)操作機(jī)車的技術(shù)要求高，不當(dāng)?shù)牟僮骺赡芤l(fā)嚴(yán)重的事故。

4、重載鐵路引入虛擬編組技術(shù)，突破固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞的基于位置的列車追蹤理念，采用更為先進(jìn)的列車追蹤理念，提高重載鐵路運(yùn)輸能力。在虛擬編組中，重載列車在追蹤運(yùn)行時(shí)，不再假定前車靜止，而是通過(guò)車車通信獲取前車的位置、速度等狀態(tài)信息，后車追蹤前車的速度和位置，實(shí)現(xiàn)相對(duì)閉塞，極大縮短列車追蹤間隔，提高重載鐵路運(yùn)輸效率。

5、虛擬編組技術(shù)通常是通過(guò)無(wú)線通信和智能控制實(shí)現(xiàn)各單元列車的動(dòng)態(tài)協(xié)同運(yùn)行，突破物理編組的限制，顯著提升鐵路運(yùn)輸能力與運(yùn)行效率。該技術(shù)已成為重載鐵路和城市軌道交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其在解決長(zhǎng)大編組列車操控難題、提升運(yùn)輸密度方面具有顯著潛力。

6、當(dāng)前研究重載鐵路虛擬編組列車運(yùn)行控制都是基于車地、車車無(wú)線通信，對(duì)多輛列車組成的編組列車采用主從式同步控制，是一個(gè)采用編組內(nèi)列車動(dòng)態(tài)協(xié)同控制技術(shù)、列車自動(dòng)駕駛技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)。車車之間基于速度距離曲線控車追蹤，相比移動(dòng)閉塞追蹤間隔更小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決由于多輛列車組成的長(zhǎng)大列車群所新帶來(lái)的車鉤沖擊力大、小轉(zhuǎn)彎半徑軌道磨損嚴(yán)重等問(wèn)題，一方面，本發(fā)明提出了一種基于目標(biāo)距離的重載組合列車虛擬耦合編組自律控制方法，所述方法包括：

2、步驟s1：在機(jī)車上部署多種異構(gòu)傳感器，用于全天候主動(dòng)測(cè)距；

3、步驟s2：多傳感器數(shù)據(jù)融合，輸出實(shí)時(shí)車距；

4、步驟s3，計(jì)算本單元列車制動(dòng)曲線并預(yù)測(cè)編組機(jī)車與前車列尾安全距離目標(biāo)值；

5、步驟s4，計(jì)算牽引制動(dòng)力等效的司控器位置指令值，接入機(jī)車控制系統(tǒng)，形成以距離為目標(biāo)的列車閉環(huán)控制系統(tǒng)；

6、步驟s5，將以距離為目標(biāo)的閉環(huán)控制與主控機(jī)車經(jīng)車-車通信傳來(lái)的控車指令相融合/冗余，保障虛擬耦合編組長(zhǎng)大重載列車安全穩(wěn)定運(yùn)行。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，所述傳感器包括雙目攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)及北斗定位模塊；所述雙目攝像頭用于視覺(jué)檢測(cè)，所述毫米波雷達(dá)、所述激光雷達(dá)用于主動(dòng)測(cè)距，所述北斗定位模塊用于對(duì)所述毫米波雷達(dá)、所述激光雷達(dá)測(cè)距補(bǔ)充。

8、進(jìn)一步的，所述步驟s2，具體包括，通過(guò)卡爾曼濾波或粒子濾波算法對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，消除單一傳感器誤差；通過(guò)插值算法實(shí)現(xiàn)時(shí)空一致性，獲得實(shí)時(shí)車距數(shù)據(jù)；

9、通過(guò)訓(xùn)練端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸入多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)，輸出實(shí)時(shí)車距數(shù)據(jù)，所述實(shí)時(shí)車距數(shù)據(jù)包括前車加減速、緊急制動(dòng)狀態(tài)。

10、進(jìn)一步地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為cnn-lstm或transformer架構(gòu)。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s3，具體包括，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)線路條件、氣候狀況、通信時(shí)延、列車運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算本單元列車制動(dòng)曲線，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)最小安全間距并生成距離控制目標(biāo)值；

12、所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為多層感知機(jī)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入?yún)?shù)包括線路坡度、曲率、雨雪天氣、列車載重，輸出動(dòng)態(tài)調(diào)整的最小安全間距。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s4，具體包括，將所述實(shí)時(shí)車距數(shù)據(jù)作為反饋量，以所述距離控制目標(biāo)值作為給定值，構(gòu)成本單元列車與前車距離為目標(biāo)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)給定值與反饋量值的偏差修正跟車距離；

14、根據(jù)實(shí)時(shí)車距偏差，計(jì)算牽引制動(dòng)力等效的司控器位置指令值，接入機(jī)車控制系統(tǒng)，形成以距離為目標(biāo)的控制閉環(huán)。

15、進(jìn)一步地，所述步驟s4，具體包括，將距離閉環(huán)控制與主控機(jī)車經(jīng)車-車通信傳來(lái)的控車指令進(jìn)行冗余融合，實(shí)現(xiàn)編組內(nèi)單元列車同步執(zhí)行加速、減速及緊急制動(dòng)操作，按照給定目標(biāo)采用自律柔性控制策略調(diào)節(jié)本務(wù)機(jī)車牽引制動(dòng)力，快速調(diào)整編組機(jī)車與前車列尾距離，牽引本單元列車安全編組運(yùn)行。

16、進(jìn)一步地，當(dāng)車-車通信如locotrol系統(tǒng)通信中斷時(shí)，所述閉環(huán)控制指令獨(dú)立維持編組內(nèi)單元列車的安全距離，并在通信恢復(fù)后與主控指令重新同步。

17、另一方面，本發(fā)明還提出了一種基于目標(biāo)距離的重載組合列車虛擬耦合編組自律控制系統(tǒng)，包括：

18、多模異構(gòu)傳感器模塊，部署于機(jī)車上，用于采集前車列尾距離、軌道狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)；

19、電子控制單元，包括強(qiáng)算力處理器、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口，用于執(zhí)行上述的一種基于目標(biāo)距離的重載列車虛擬耦合編組自律控制方法的步驟；

20、通信模塊，支持v2x通信及l(fā)ocotrol系統(tǒng)協(xié)議，用于主控機(jī)車與從控機(jī)車間的指令傳輸；

21、機(jī)車控制系統(tǒng)，接收電子控制單元生成的牽引制動(dòng)力指令，并控制機(jī)車執(zhí)行加速、減速及制動(dòng)操作。

22、進(jìn)一步的，所述電子控制單元通過(guò)車輛總線或編組網(wǎng)絡(luò)與機(jī)車控制系統(tǒng)連接，并集成傳感器信號(hào)預(yù)處理模塊，用于濾波、時(shí)空對(duì)齊及數(shù)據(jù)壓縮。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、(1)虛擬耦合編組列車內(nèi)單元列車機(jī)車以自律柔性控制跟車距離為主要控制手段，實(shí)現(xiàn)了將長(zhǎng)大重載組合列車等效分解為獨(dú)立的自動(dòng)駕駛單元列車運(yùn)行，消除了長(zhǎng)大重載列車的縱向沖動(dòng)力，顛覆了重載鐵路長(zhǎng)大重載列車和虛擬編組列車的運(yùn)行與控制模式。

25、(2)虛擬耦合編組列車內(nèi)單元列車機(jī)車主動(dòng)直接測(cè)量與前車列尾距離，跟車距離短，進(jìn)一步提高了運(yùn)輸組織效率。在列車運(yùn)行控制、調(diào)度指揮等方面，與采用車鉤聯(lián)掛的傳統(tǒng)萬(wàn)噸組合列車無(wú)異。

26、(3)虛擬耦合編組列車內(nèi)單元列車機(jī)車無(wú)論是直接測(cè)距還是控制各單元列車之間的距離，均不依賴“車-車通信”、不依賴“地-空-時(shí)”等復(fù)雜手段對(duì)各編組單元列車“精準(zhǔn)定位”，不依賴地面信號(hào)系統(tǒng)，不受地面設(shè)施(如通信基站)等外界條件約束和影響，極大地簡(jiǎn)化了虛擬編組列車系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)。

27、(4)本發(fā)明的自律柔性控制方法與系統(tǒng)允許編組列車內(nèi)單元列車采用不同型號(hào)和類型機(jī)車牽引，如直流機(jī)車、交流機(jī)車等任意混編組成的虛擬耦合編組重載列車。

28、(5)本發(fā)明的自律柔性控制方法與系統(tǒng)不要求編組列車采用某特定或統(tǒng)一的制動(dòng)系統(tǒng)或制動(dòng)方式，允許保留編組前各列車既有的制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)方式(如空氣管路制動(dòng)或ecp制動(dòng))。

29、(6)本發(fā)明的自律柔性控制方法與系統(tǒng)與整編組列車的locotrol控制有相冗余的功能作用，即使機(jī)車與機(jī)車遠(yuǎn)程通信短時(shí)中斷等異常發(fā)生，也不影響整個(gè)編組列車正常運(yùn)行，運(yùn)行安全性、可靠性更高。