弗吉尼亚大学提出新的算法框架 实现自动驾驶列车协同式巡航控制

IEEE电气电子工程师学会 2019-03-20 23:25

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照片来源:iStockPhoto

在日本,世界上最快的火车可以达到每小时602公里的惊人速度,仅需6秒钟就能行驶一公里。虽然这是一种非常有效的旅行方式,但以这样的速度行驶的两列火车如若相撞,那将是毁灭性的灾难事件。工程师希望通过使列车彼此感知并在协同式巡航控制框架下工作类似于道路上自动驾驶汽车车队探索的自适应巡航控制方法来进一步提高效率同时保持安全。

传统上,火车是在固定的闭塞系统上运行的,在这个系统中,一条铁路线被分成若干被称为闭塞分区的区段。同一闭塞分区内不允许有两列火车,并且任何两列火车之间至少隔着一个空闲闭塞分区。虽然这种方法限制了碰撞的可能性,但也意味着在给定的时间内,铁路的大部分路段将处于闲置状态。

2月12日发表IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems上的一项研究中,弗吉尼亚大学的Zongli Lin和他的同事们提出了一个算法框架,用于列车之间以及单个列车的各个车厢之间的协同式巡航控制。(论文标题为:Distributed Cooperative Cruise Control of Multiple High-Speed Trains Under a State-Dependent Information Transmission Topology)

现有已提议的列车对列车通信系统的一个主要问题是列车之间无线通信的范围和可靠性。因此,Lin和他的同事们开发了一个框架,使每列列车都能与最近的相邻列车进行通信,而不假设列车在整个运行期间能够相互通信。

Lin解释说“我们提出的控制方法很像一大群鸟的编队飞行,其中每只鸟很可能只其感知范围内的相邻的鸟‘交流’。

他们的框架确保相邻列车之间的距离(称为追踪间隔)是最优的。追踪间隔太小会增加碰撞的几率,而追踪间隔太大会导致铁路利用不足。

他们为列车的各车厢开发了一种类似的巡航控制方法,因为在如此高的速度下,列车上相连接的车厢之间需要保持足够的距离,以免耦合器(将车厢连接在一起的弹簧式机械装置)被过度压缩或拉伸

模拟表明,他们的方法可以增加铁路线路的利用率,并避免在单列火车中过度压缩或拉伸耦合器。

Lin“我们的研究结果是对概念的一种证实。”尽管他承认“很多工程限制因素没有被考虑进去。其中包括受限的控制力通信延迟和通信系统的可靠性。

他的团队正在研究解决他们将要新推出的控制设计中的一些实际限制。将来的通勤方式可能不仅涉及自动驾驶汽车,还涉及具有自己“头脑”的高速列车。


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