基于三维视景的全自动驾驶行车模拟系统的研究与实现
发布时间：2023-06-08 23:01
城市轨道交通发展迅猛,这为发展高度自动化的CBTC系统提出了迫切需求。CBTC作为城市轨道交通的核心,经历了人工、半自动、全自动的发展历程。全自动驾驶系统(Fully Automatic Operation,FAO)是未来城市轨道交通发展方向,具有高安全、高可靠、高效率,管理集中化、控制自主化等诸多优点,已被越来越多的城市采用。本文以FAO系统为研究对象,根据IEC相关标准,对比了它与传统CBTC系统的差异,分析了全自动运营场景,提出以实验室地铁三维平台为基础的全自动驾驶行车模拟仿真研究。首先,根据分层递阶控制思想,设计系统三层架构,自下而上分别为现场三维视景子系统、车载控制子系统、中心车辆调度子系统。此外,分析了系统功能需求;设计了系统通信接口;详细描述了系统所需的关键理论和技术方案,包括追踪运行原理、ATP安全制动模型及其算法、ATO驾驶策略及其自动控制算法等。其次,基于模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control,FLC)对车载控制子系统进行设计和实现,完成了ATP防护、ATO驾驶、TOD人机界面功能。ATP单元主要提供列车超速防护和速度监督;ATO单元主要在模糊控制器的...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 全自动驾驶系统研究现状
1.2.2 视景仿真在轨道交通应用研究现状
1.3 课题来源与研究目标
1.4 研究内容与组织结构
第2章 三维视景平台与全自动驾驶系统概述
2.1 三维视景平台概述
2.1.1 视景系统的建立
2.1.2 视景系统的功能
2.2 全自动驾驶信号系统功能需求分析
2.2.1 基于CBTC的既有功能需求
2.2.2 基于CBTC的特殊功能需求
2.3 全自动驾驶系统运营场景分析
2.3.1 正常运营场景
2.3.2 非正常运营场景
2.4 全自动驾驶系统驾驶模式分析
2.5 本章小结
第3章 行车模拟系统总体方案设计
3.1 基于分层递阶控制的系统架构设计
3.1.1 分层递阶控制理论
3.1.2 行车模拟系统架构
3.2 行车模拟系统功能需求分析
3.3 行车模拟系统通信接口设计
3.3.1 数据通信接口
3.3.2 数据传输业务
3.3.3 数据协议设计
3.4 关键理论研究与技术方案
3.4.1 基于移动闭塞原理的间隔控制
3.4.2 ATP安全制动模型与计算算法
3.4.3 ATO自动驾驶策略分析
3.4.4 基于模糊控制算法的列车自动驾驶研究
3.4.4.1 模糊控制基本概念
3.4.4.2 模糊控制系统原理
3.4.4.3 模糊控制器的设计
3.4.4.4 模糊控制器的验证
3.4.5 基于XML的车辆调数据转储冗余技术
3.5 本章小结
第4章 基于FLC的车载控制子系统设计与实现
4.1 车载控制子系统结构
4.2 列车自动防护单元设计与实现
4.2.1 动力学计算与仿真参数设置模块
4.2.2 速度监督与超速防护模块
4.2.3 列车定位与零速检测模块
4.2.4 追踪间隔控制模块
4.2.5 驾驶模式监督模块
4.2.6 其他功能模块
4.2.6.1 EB触发与缓解
4.2.6.2 停稳与车门监督
4.3 列车自动驾驶单元设计与实现
4.3.1 速度自动调整与自动驾驶模块
4.3.2 进站停车控制模块
4.3.3 车门控制模块
4.3.4 自动发车模块
4.3.5 自动唤醒与出入库模块
4.3.6 蠕动CAM模块
4.4 人机界面显示单元设计与实现
4.4.1 界面概述
4.4.2 公共控制区
4.4.3 驾驶界面区
4.4.4 系统管理界面
4.5 本章小结
第5章 基于FAM的车辆调度子系统设计与实现
5.1 车辆调度子系统概述
5.2 站场信息监视设计与实现
5.2.1 静态线路数据
5.2.2 站场信息显示
5.2.3 列车追踪显示
5.2.4 信号设备监督
5.3 车辆上电唤醒监视设计与实现
5.4 车辆远程控制与运行监视设计与实现
5.4.1 车辆远程控制
5.4.2 车辆运行信息监视
5.5 车载信号TOD监视设计与实现
5.6 性能评估器设计与实现
5.6.1 性能指标建模与实现
5.6.1.1 安全性与追溯性
5.6.1.2 停车精确性与准时性
5.6.1.3 节能性与舒适性
5.6.2 速度距离曲线监视
5.7 其他功能设计与实现
5.8 本章小结
第6章 系统功能测试与验证
6.1 开发及运行测试环境
6.2 典型仿真测试实例
6.2.1 基于典型运营场景的单车运行
6.2.2 基于移动闭塞的多车追踪运行
6.3 其他功能测试
6.3.1 车载控制子系统
6.3.2 车辆调度子系统
6.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录1 ATO模糊逻辑控制规则
附录2 TOD部分图标设计说明
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
本文编号：3832661
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 全自动驾驶系统研究现状
1.2.2 视景仿真在轨道交通应用研究现状
1.3 课题来源与研究目标
1.4 研究内容与组织结构
第2章 三维视景平台与全自动驾驶系统概述
2.1 三维视景平台概述
2.1.1 视景系统的建立
2.1.2 视景系统的功能
2.2 全自动驾驶信号系统功能需求分析
2.2.1 基于CBTC的既有功能需求
2.2.2 基于CBTC的特殊功能需求
2.3 全自动驾驶系统运营场景分析
2.3.1 正常运营场景
2.3.2 非正常运营场景
2.4 全自动驾驶系统驾驶模式分析
2.5 本章小结
第3章 行车模拟系统总体方案设计
3.1 基于分层递阶控制的系统架构设计
3.1.1 分层递阶控制理论
3.1.2 行车模拟系统架构
3.2 行车模拟系统功能需求分析
3.3 行车模拟系统通信接口设计
3.3.1 数据通信接口
3.3.2 数据传输业务
3.3.3 数据协议设计
3.4 关键理论研究与技术方案
3.4.1 基于移动闭塞原理的间隔控制
3.4.2 ATP安全制动模型与计算算法
3.4.3 ATO自动驾驶策略分析
3.4.4 基于模糊控制算法的列车自动驾驶研究
3.4.4.1 模糊控制基本概念
3.4.4.2 模糊控制系统原理
3.4.4.3 模糊控制器的设计
3.4.4.4 模糊控制器的验证
3.4.5 基于XML的车辆调数据转储冗余技术
3.5 本章小结
第4章 基于FLC的车载控制子系统设计与实现
4.1 车载控制子系统结构
4.2 列车自动防护单元设计与实现
4.2.1 动力学计算与仿真参数设置模块
4.2.2 速度监督与超速防护模块
4.2.3 列车定位与零速检测模块
4.2.4 追踪间隔控制模块
4.2.5 驾驶模式监督模块
4.2.6 其他功能模块
4.2.6.1 EB触发与缓解
4.2.6.2 停稳与车门监督
4.3 列车自动驾驶单元设计与实现
4.3.1 速度自动调整与自动驾驶模块
4.3.2 进站停车控制模块
4.3.3 车门控制模块
4.3.4 自动发车模块
4.3.5 自动唤醒与出入库模块
4.3.6 蠕动CAM模块
4.4 人机界面显示单元设计与实现
4.4.1 界面概述
4.4.2 公共控制区
4.4.3 驾驶界面区
4.4.4 系统管理界面
4.5 本章小结
第5章 基于FAM的车辆调度子系统设计与实现
5.1 车辆调度子系统概述
5.2 站场信息监视设计与实现
5.2.1 静态线路数据
5.2.2 站场信息显示
5.2.3 列车追踪显示
5.2.4 信号设备监督
5.3 车辆上电唤醒监视设计与实现
5.4 车辆远程控制与运行监视设计与实现
5.4.1 车辆远程控制
5.4.2 车辆运行信息监视
5.5 车载信号TOD监视设计与实现
5.6 性能评估器设计与实现
5.6.1 性能指标建模与实现
5.6.1.1 安全性与追溯性
5.6.1.2 停车精确性与准时性
5.6.1.3 节能性与舒适性
5.6.2 速度距离曲线监视
5.7 其他功能设计与实现
5.8 本章小结
第6章 系统功能测试与验证
6.1 开发及运行测试环境
6.2 典型仿真测试实例
6.2.1 基于典型运营场景的单车运行
6.2.2 基于移动闭塞的多车追踪运行
6.3 其他功能测试
6.3.1 车载控制子系统
6.3.2 车辆调度子系统
6.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录1 ATO模糊逻辑控制规则
附录2 TOD部分图标设计说明
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
本文编号：3832661
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3832661.html
