1.本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种列车自动驾驶方法和系统。


背景技术：

2.现有技术的列车自动驾驶中，比例积分微分控制（proportional-integral-derivative control，pid控制）取得了广泛应用，然而pid控制具有一定的局限性。pid算法根据列车目标速度与实际速度的差按比例、积分、微分对列车驾驶进行控制。该方法缺点是控制量切换频繁，不利于舒适运行。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种列车自动驾驶方法和系统。该列车自动驾驶方法，通过设置目标速度窗，使得列车速度在目标速度窗内，无需频繁切换列车档位，从而提高列车运行的舒适性和稳定性。
4.本发明还提出一种列车自动驾驶系统。
5.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种列车自动驾驶方法，所述列车自动驾驶方法包括：获取目标速度以及当前列车速度；根据所述目标速度设置目标速度窗，所述目标速度窗包括上窗和下窗；根据所述当前列车速度和所述目标速度窗，控制列车自动驾驶。
6.根据本发明实施例的列车自动驾驶方法，通过设置目标速度窗，使得列车速度在目标速度窗内，无需频繁切换列车档位，从而提高列车运行的舒适性和稳定性。
7.在本发明的一些示例中，还包括：获取紧急制动速度、报警制动速度；根据所述紧急制动速度、所述报警制动速度和所述目标速度窗，设置报警制动窗和正常制动窗；根据所述当前列车速度、所述报警制动窗、所述制动窗和所述目标速度窗，控制所述列车自动驾驶。
8.在本发明的一些示例中，所述根据所述目标速度设置目标速度窗，包括：获取目标速度阈值范围；根据所述目标速度阈值范围和所述目标速度，设置所述目标速度窗。
9.在本发明的一些示例中，所述根据所述当前列车速度和所述目标速度窗，控制列车自动驾驶，包括：若所述当前列车速度高于所述上窗，控制所述列车减速行驶；若所述当前列车速度低于所述下窗，控制所述列车加速行驶；若所述当前列车速度位于所述目标速度窗内，通过采样控制方法控制所述列车正常行驶。
10.在本发明的一些示例中，所述根据所述当前列车速度、所述报警制动窗、所述制动窗和所述目标速度窗，控制列车自动驾驶，包括：若所述当前列车速度小于所述下窗或者位于所述制动窗内，通过采样pid控制对所述列车进行控制；若所述当前列车速度位于目标速度窗内，通过采样控制对所述列车进行控制；若所述当前列车速度位于报警制动窗内，控制所述列车减速行驶。
11.在本发明的一些示例中，所述若所述当前列车速度小于所述下窗或者位于所述制
动窗内，通过采样pid控制对所述列车进行控制，包括：获取控制周期和当前加速度；根据所述控制周期、所述目标速度和所述当前列车速度，计算参考加速度；通过pid控制，使所述当前加速度改变为所述参考加速度；输出所述参考加速度；在所述控制周期内，通过所述参考加速度控制所述列车运行。
12.在本发明的一些示例中，所述采样控制方法为在若干个控制周期内，每个控制周期输入量不同而输出量相同的控制方法。
13.根据本发明的第二方面的实施例提出一种列车自动驾驶系统，包括：获取模块，所述获取模块用于获取目标速度以及当前列车速度；设置模块，所述设置模块用于根据所述目标速度设置目标速度窗，所述目标速度窗包括上窗和下窗；控制模块，所述控制模块用于根据所述当前列车速度和所述目标速度窗，控制列车自动驾驶。
14.根据本发明的第三方面的实施例提出一种控制器，包括接收器、存储器、处理器、发送器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明第一方面实施例所述的列车自动驾驶方法。
15.根据本发明的第四方面的实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例所述的列车自动驾驶方法。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的一种列车自动驾驶方法的示意图；图2是本发明实施例提供的另一种列车自动驾驶方法的示意图；图3是本发明实施例提供的又一种列车自动驾驶方法的示意图；图4是本发明实施例提供的再一种列车自动驾驶方法的示意图；图5是本发明实施例提供的一种列车自动驾驶系统的示意图；图6是本发明实施例提供的另一种列车自动驾驶系统的示意图；图7是本发明实施例提供的一种控制器的示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.下面参考图1-7详细描述根据本发明实施例的列车自动驾驶方法和系统。
21.在一些实施例中，如图1所示，列车自动驾驶方法包括如下步骤：s101，获取目标速度以及当前列车速度。
22.在一些实施例中，在列车运行过程中，为了保证列车运行的舒适性和准点率，需要
控制列车在一个合适的速度运行，通常称这个速度为目标速度。列车的目标速度可以通过算法获得，这里不是本发明的主要发明点，不做过多赘述。
23.在一些实施例中，在对列车自动驾驶进行控制之前，需要获取当前列车的目标速度以及当前列车速度。通过对比列车的目标速度和当前列车速度，判断当前列车速度是否达到了列车的目标速度。
24.s102，根据目标速度设置目标速度窗，所述目标速度窗包括上窗和下窗。
25.在一些实施例中，需要根据目标速度设置目标速度窗。其中，目标速度窗是一个速度的范围值，其中目标速度窗的速度最大值称为上窗，目标速度窗的速度最小值称为下窗，目标速度为上窗和下窗的中值。
26.在一些实施例中，如图2所示，步骤s102，根据目标速度设置目标速度窗，所述目标速度窗包括上窗和下窗，还包括：s201，获取目标速度阈值范围。
27.在一些具体的实施例中，目标速度是一个定值，但是在不影响列车运行的舒适性的情况下，当前列车速度可以在目标速度上下波动，这里的波动范围即为目标速度阈值范围，因此需要获取目标速度阈值范围。通常情况下，目标速度阈值范围为一个经验值，一般取值为1.5 km/h 至2 km/h，即目标速度的上窗与下窗之间的差值在1.5 km/h 至2 km/h内。
28.s202，根据所述目标速度阈值范围和所述目标速度，设置所述目标速度窗。
29.在一些实施例中，获取到目标速度阈值范围，即可通过目标速度的大小，通过目标速度阈值范围，来设置目标速度窗。通过建立目标速度窗，列车在运行过程中，可以在目标速度窗内行驶且不影响列车的运行舒适性，避免了现有技术中，列车速度绕目标速度曲线剧烈震荡的现象。并且通过设置目标速度窗，列车可以在目标速度窗内惰性，有利于列车节能行驶。
30.s103，根据当前列车速度和目标速度窗，控制列车自动驾驶。
31.在一些实施例中，在设置了目标速度窗后，由于在目标速度窗内运行，不会影响列车的运行舒适性以及稳定性，因此，需要控制列车在目标速度窗内运行即可。
32.在一些实施例中，若当前列车速度高于目标速度窗的上窗，控制列车减速行驶；若当前列车速度低于目标速度窗的下窗，控制列车加速行驶；若当前列车速度位于目标速度窗内，通过采样控制控制列车行驶。
33.其中，当前列车速度高于目标速度窗的上窗时，说明列车速度不在最佳的运行速度范围内，持续以该速度运行的话，会影响列车的准点率，甚至造成安全隐患，因此需要控制当前列车速度回落至目标速度窗内，因此需要控制列车减速行驶。当前列车速度低于目标速度窗的下窗时，说明列车速度不在最佳的运行速度范围内，持续以该速度运行的话，也会影响列车的准点率，甚至造成安全隐患，因此需要控制当前列车速度回落至目标速度窗内，因此需要控制列车加速行驶。
34.当前列车速度位于目标速度窗内，通过采样控制方法控制列车行驶。需要说明的是，采样控制为在若干个控制周期内，每个控制周期输入量不同而输出量相同的控制方法。即当前列车速度位于目标速度窗内时，设置若干个控制周期为一个输出周期，在这一个输出周期内，每个控制周期输入量不同，而输出量相同。具体而言，可以设置三个控制周期为
一个输出周期，其中，采集这三个控制周期时的当前列车速度作为输入量，当判断当前列车速度处于目标速度窗内时，则输出相同的输出量，即为输出相同的加速度，从而使在这三个控制周期内，列车平稳运行且不会产生滤波故障。这里需要说明的是，滤波故障为若列车运行子系统的输出控制量在连续相邻的几个控制周期内的数值大小都在变化，系统检测判断为故障。
35.在理想情况下，列车以目标速度运行直至进站停车为最理想的状态。但是在实际情况下，列车本身输出的牵引力可控，但是列车本身收到的阻力不可控，因此列车的加速度很难维持在一个确定的值，因此，列车的速度本身也难以维持在目标速度。在一些现有的技术中，当列车超过目标速度，需要对列车进行减速，当列车低于目标速度，有需要对列车进行加速，从而使列车速度绕目标速度曲线剧烈震荡，导致列车不停在加速和减速中切换，极大地影响了列车运行的舒适性和稳定性。
36.列车自动驾驶方法通过设置目标速度窗，使得列车速度在目标速度窗内，即使高于或者低于目标速度，也依旧不需要减速或者加速，从而提高列车运行的舒适性和稳定性。
37.在一些具体的实施例中，如图3所示，列车自动驾驶方法还包括：s301，获取紧急制动速度、报警制动速度。
38.在一些具体的实施例中，在列车运行过程中，一般情况下，列车在目标速度窗内运行时，由于不会在列车达到目标速度时就对列车进行减速，而是达到目标速度窗的上窗这个临界值时才会立刻对列车进行减速，由此，在一些情况下，可能当前列车速度已经超过了上窗速度，但是由于通讯延迟等问题，列车并没有立刻减速，很可能会使列车速度达到报警制动速度甚至达到紧急制动速度。因此，在一些具体的实施例中，还需要获取紧急制动速度和报警制动速度，以防止安全隐患发生。
39.s302，根据紧急制动速度、报警制动速度和目标速度窗，设置报警制动窗和正常制动窗。
40.在一些实施例中，获取了紧急制动速度和报警制动速度后，即可设置报警制动窗和制动窗。其中，制动窗为目标速度窗的上窗至报警制动速度之间的范围值。报警制动窗为报警制动速度至紧急制动速度之间的范围值。通过设置制动窗和报警制动窗，可以清晰有效地指示列车的控制方式。
41.s303，根据当前列车速度、报警制动窗、制动窗和目标速度窗，控制列车自动驾驶。
42.在一些实施例中，根据当前列车速度，判断当前列车速度是处于报警制动窗内、制动窗内还是目标速度窗内，根据当前列车速度处于的窗口不同，对列车进行不同的控制。
43.在一些具体的实施例中，若当前列车速度小于下窗或者位于制动窗内，通过采样pid控制对列车进行控制。需要说明的是，这里所说的采样pid控制为采样控制和pid控制相结合的一种方法。
44.其中，如图4所示，该步骤包括：s401，获取控制周期和当前加速度。
45.在一些实施例中，首先需要获取控制周期，设置若干个控制周期为一个输出周期。同时需要获取每个周期的当前加速度。
46.s402，根据控制周期、目标速度和当前列车速度，计算参考加速度。
47.在一些实施例中，由于获取了控制周期、目标速度以及当前列车速度，可以简单算
出在这个控制周期内，使当前列车速度到达目标速度所需要的参考加速度。
48.s403，通过pid控制，使当前加速度改变为参考加速度。
49.在一些实施例中，通过pid控制，对pid中的比例常数，成比例地控制当前加速度增加到参考加速度的大小。其中，需要说明的是，通过比例常数是为了快速响应达到目标速度，但是容易超过目标速度也就是超调量，此时需要微分来抑制超调量的增加，能够快速回到目标速度附近。我们为了能够最大限度的接近目标速度，那我们需要调节积分，尽可能的接近目标速度，从而达到快速且精确的控制列车。
50.s404，输出参考加速度。
51.s405，在控制周期内，通过参考加速度控制列车运行。
52.在一些实施例中，需要说明的是，在控制周期内，通过参考加速度控制列车运行，即不论控制周期有几个，在这若干个控制周期内，都会以参考加速度进行运行，也就是说不同的控制周期，输入量不同，但是输出量是相同的。因此，这是一种采样控制与pid控制相结合的一种控制方式，可以有效地避免产生滤波故障。
53.在一些具体的实施例中，若当前列车速度位于目标速度窗内，通过采样控制对列车进行控制。需要说明的是，采样控制为在若干个控制周期内，每个控制周期输入量不同而输出量相同的控制方法。即当前列车速度位于目标速度窗内时，设置若干个控制周期为一个输出周期，在这一个输出周期内，每个控制周期输入量不同，而输出量相同。具体而言，可以设置三个控制周期为一个输出周期，其中，采集这三个控制周期时的当前列车速度作为输入量，当判断当前列车速度处于目标速度窗内时，则输出相同的输出量，即为输出相同的加速度，从而使在这三个控制周期内，列车平稳运行且不会产生滤波故障。这里需要说明的是，滤波故障为若列车运行子系统的输出控制量在连续相邻的几个控制周期内的数值大小都在变化，系统检测判断为故障。
54.在一些具体的实施例中，若当前列车速度位于报警制动窗内，控制列车减速行驶。当列车速度进入报警制动窗，此时列车速度处于一个危险速度，因此需要对列车进行强制制动降速，保证列车运行速度的安全性。
55.下面详细描述根据本发明一个具体的实施例的列车自动驾驶方法。
56.首先需要获取目标速度、紧急制动速度、报警制动速度和当前列车速度。
57.在列车运行过程中，为了保证列车运行的舒适性和准点率，需要控制列车在一个合适的速度运行，通常称这个速度为目标速度。一般情况下，在控制列车保持在目标速度运行的同时，还需要防止列车速度过快，超出了报警制动速度甚至超出了紧急制动速度，从而导致安全隐患，因此需要获取紧急制动速度和报警制动速度。
58.其次，根据目标速度阈值范围和目标速度设置目标速度窗，再根据目标速度窗、报警制动速度和紧急制动速度设置制动窗和报警制动窗。
59.在不影响列车运行的舒适性的情况下，当前列车速度可以在目标速度上下波动，这里的波动范围即为目标速度阈值范围，因此需要获取目标速度阈值范围。通常情况下，目标速度阈值范围为一个经验值，一般取值为1.5 km/h 至2 km/h，即目标速度的上窗与下窗之间的差值在1.5 km/h 至2 km/h内。获取到目标速度阈值范围，即可通过目标速度的大小，通过目标速度阈值范围，来设置目标速度窗。通过建立目标速度窗，列车在运行过程中，可以在目标速度窗内行驶且不影响列车的运行舒适性，避免了现有技术中，列车速度绕目
标速度曲线剧烈震荡的现象。
60.获取了紧急制动速度和报警制动速度后，即可设置报警制动窗和制动窗。其中，制动窗为目标速度窗的上窗至报警制动速度之间的范围值。报警制动窗为报警制动速度至紧急制动速度之间的范围值。通过设置制动窗和报警制动窗，可以清晰有效地指示列车的控制方式。
61.若当前列车速度小于下窗或者位于制动窗内，通过采样pid控制对列车进行控制。由于已经获取了目标速度和当前列车速度，此时首先需要获取控制周期，设置若干个控制周期为一个输出周期。同时需要获取每个周期的当前加速度。由于获取了控制周期、目标速度以及当前列车速度，可以简单算出在这个控制周期内，使当前列车速度到达目标速度所需要的参考加速度。通过pid控制，对pid中的比例常数，成比例地控制当前加速度增加到参考加速度的大小。其中，需要说明的是，通过比例常数是为了快速响应达到目标速度，但是容易超过目标速度也就是超调量，此时需要微分来抑制超调量的增加，能够快速回到目标速度附近。我们为了能够最大限度的接近目标速度，那我们需要调节积分，尽可能的接近目标速度，从而达到快速且精确的控制列车。将当前加速度改变为参考加速度后，输出参考加速度。在控制周期内，通过参考加速度控制列车运行。需要说明的是，在控制周期内，通过参考加速度控制列车运行，即不论控制周期有几个，在这若干个控制周期内，都会以参考加速度进行运行，也就是说不同的控制周期，输入量不同，但是输出量是相同的。因此，这是一种采样控制与pid控制相结合的一种控制方式，可以有效地避免产生滤波故障。
62.若当前列车速度位于目标速度窗内，通过采样控制对列车进行控制。需要说明的是，采样控制为在若干个控制周期内，每个控制周期输入量不同而输出量相同的控制方法。即当前列车速度位于目标速度窗内时，设置若干个控制周期为一个输出周期，在这一个输出周期内，每个控制周期输入量不同，而输出量相同。具体而言，可以设置三个控制周期为一个输出周期，其中，采集这三个控制周期时的当前列车速度作为输入量，当判断当前列车速度处于目标速度窗内时，则输出相同的输出量，即为输出相同的加速度，从而使在这三个控制周期内，列车平稳运行且不会产生滤波故障。这里需要说明的是，滤波故障为若列车运行子系统的输出控制量在连续相邻的几个控制周期内的数值大小都在变化，系统检测判断为故障。
63.下面参考图5-6详细描述根据本发明实施例的列车自动驾驶系统100。
64.如图5所示，列车自动驾驶系统100包括：获取模块101，获取模块101用于获取目标速度以及当前列车速度；设置模块102，设置模块102用于根据目标速度设置目标速度窗，目标速度窗包括上窗和下窗；控制模块103，控制模块103用于根据当前列车速度和目标速度窗，控制列车自动驾驶。
65.通过获取模块101、设置模块102和控制模块103，可以控制列车在目标速度窗内行驶，从而提高列车运行的舒适性和稳定性，且列车可以在目标速度窗内惰行，有利于列车的节能运行。
66.在一些实施例中，获取模块101还用于获取紧急制动速度、报警制动速度；还可以用于获取目标速度阈值范围。
67.在一些实施例中，设置模块102还用于根据紧急制动速度、报警制动速度和目标速度窗，设置报警制动窗和制动窗。
68.在一些实施例中，控制模块103还用于根据当前列车速度、报警制动窗、制动窗和目标速度窗，控制列车自动驾驶。
69.在一些实施例中，获取模块101还可以用于获取控制周期和当前加速度。
70.在一些实施例中，如图6所示，列车自动驾驶系统100还包括计算模块104，计算模块104用于根据控制周期、目标速度和当前列车速度，计算参考加速度。
71.在一些实施例中，控制模块103还用于通过pid控制，使当前加速度改变为参考加速度。
72.在一些实施例中，如图6所示，列车自动驾驶系统100还包括输出模块105，输出模块105用于输出参考加速度。
73.在一些实施例中，控制模块103还用于在控制周期内，通过参考加速度控制列车运行。
74.可以理解的，关于图5和图6的列车自动驾驶系统100包括的功能块的具体实现方式及相应的有益效果，可以参考前述图1、图2、图3或者图4的实施例的具体介绍，这里不赘述。
75.如图7所示，本发明提供了一种控制器200，包括接收器11、存储器12、处理器13、发送器14以及存储在存储器12中并可在处理器13上运行的计算机程序，处理器13执行计算机程序时实现上述实施例中的列车自动驾驶方法中的任一步骤。
76.在一些实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中列车自动驾驶方法中的任一步骤。
77.根据本发明实施例的列车自动驾驶方法和系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
78.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
79.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
80.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
81.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
82.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。