(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210882847.1 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 王青元　李天祥　刘强强　魏咪　 凌亮　王开云　张子佩　 (74)专利代理 机构 成都智言知识产权代理有限 公司 51282 专利代理师 蒋秀清 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚 动优化方法 (57)摘要 本发明属于列车运行曲线优化技术领域， 尤 其涉及一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线 滚动优化方法； 本发明将车钩力解算与优化算法 分离， 设计出双层滚动优化框架； 顶层优化中， 通 过建立列车刚性多质点模型， 构建控制量分段约 束， 以列车节能、 速度跟随性和平稳运行为优化 目标， 选择二次规划算法求解得到多目标优化后 的运行曲线； 底层求解基于重载列车纵向动力学 模型， 并计算优化后的运行曲线中各位置列车车 钩力分布， 验证是否满足车钩力约束； 在不满足 约束的情况下动态调整牵引以及电制动变化率， 再次进行循环优化， 最终实现重载列车安全、 平 稳、 节能以及整点 运行。 权利要求书4页 说明书10页 附图1页 CN 115221717 A 2022.10.21 CN 115221717 A 1.一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 获取列车基本信息数据、 重载线路数据以及重载列车最大 车钩力值； S2： 基于S1所获取的数据建立列车刚性多质点模型和重载列车纵向动力学模型； S3： 构建控制量变化 率分段约束与状态量及控制量的边界约束； S4： 基于列车刚性多质点模型、 控制量分辨率分段约束、 状态量以及控制量的边界约束 建立多目标优化模型， 并采用二次规划 算法进行多目标优化模型求解， 得到优化后的运行 曲线； 并基于优化后的运行曲线得到随离散位置变化的列车速度状态量序列、 随离散位置 变化的列车控制量序列以及时间序列； S5： 基于S4得到的随离散位置变化的列车控制量序列、 时间序列以及重载列车纵向动 力学模型解 算优化曲线车钩力， 得到列车在每 个离散时刻下 各个车辆前部的车钩力分布； S6： 基于每个离散时刻下各个车辆前部的车钩力分布得到全区间车最大车钩力， 判断 最大车钩力是否满足车钩力约束， 满足的则执 行S8， 不满足的则执 行S7； S7： 基于最大 车钩力动态调整牵引和电制动变化 率， 调整完成后执 行S4； S8： 输出满足纵向冲动限制的优化后的运行曲线， 包括列车速度状态量序列和列车控 制量序列。 2.根据权利要求1所述的一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 所述列车基本信息数据包括列车牵引特性、 电制动特性、 空气制动特性、 基本阻力 特性以及列车编组信息； 所述重载线路数据包括： 坡道、 曲线以及隧道线路。 3.根据权利要求1所述的一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 所述列车刚性多质点模型的建立 步骤如下： 建立以列车位置为自变量的列车运动学模型： 式中： v为列车速度； x为列车的位置； t为列车运行时间； Ft(v)表示列车的牵引力； Fd(v) 表示列车的电制力； Fm(v)表示列车的空气制动力； Fb(v)表示列车的基本运行阻力； Fa(x)表 示列车的线路附加阻力； γ为列车回转系数， M为列车总质量； 所述线路附加阻力包括坡道、 曲线和隧道附加阻力， 表示 为： 式中： xi为第i个车辆质心所处位置； wg(xi)为位置xi下的坡道的单位附加阻力； wr(xi) 为位置xi下的曲线的单位附加阻力； ws(xi)为位置xi下的隧道的单位附加阻力； Mi为第i个车 辆的质量； g为重力加速度。 4.根据权利要求1所述的一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 所述列车纵向动力学模型如下 所述：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115221717 A 2式中： 第i辆车所受纵向力包括： 前车钩力Fci‑1、 后车钩力Fci、 基本运行阻力Fbi、 线路附 加阻力Fai、 牵引力Fti、 电制力Fdi和空气制动力Fmi； 前一部分式子表示机车车辆的纵向动力 学模型， j1,…,jnl为机车所在编组位置序列； 后一部分式子表示货运车辆的纵向动力 学方 程， 当i≠j1,…,jnl则表示该车辆不为机车车辆， 而为货运车辆； 货运车辆未有动力单元， 未 有牵引力Fti和电制力Fdi， 第1辆车的前车钩力与最后一辆车的后车钩力为0， 即Fc0＝0,Fcn＝ 0。 5.根据权利要求1所述的一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 所述S3包括以下步骤： S3‑1： 所述控制量变化率分段约束包括牵引和电制动的变化率约束； 具体构建步骤如 下： 将列车运行区间等距离间隔离散为N个步长， N＝(Xend‑Xsta)/Δx， 其中Xsta为列车起始 位置， Xend为列车运行终止位置， Δx为两步长之间的距离； 则列车在k个离散位置的牵引和 电制力的变化 率约束为： 式中： |ΔFt,k|为第k个离散点的牵引； |ΔFd,k|为第k个离散点的制动变化率； Ft,k为第k 个离散点的牵引力； Fd,k为第k个离散点的制动力； δFt,k第k个离散点的机车牵引力； δFd,k为第 k个离散点的电制力变化 率约束； S3‑2： 构建状态及控制量的边界约束： 设置第k个离散点的速度vk、 牵引力Ft,k、 制动力 Fd,kk的约束： 式中： vk,u为第k个离散点的限速， Ft,u为速度vk下机车牵引力， Fd,u为速度vk下机车最大 制动力； 并且 控制量满足Ft,k·Fd,k＝0， 即列车不能同时存在牵引力与制动力。 6.根据权利要求1所述的一种减少重载列车纵向冲动的运行曲线滚动优化方法， 其特 征在于， 所述S4包括以下步骤： 建立多目标优化模型： 式中： J为目标函数值； we、 wv、 ws分别为节能、 速度跟随性和平稳性权重； ηt、 ηd分别表示权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115221717 A 3