随着我国高速铁路的发展,列车运行速度和运输密度不断提高,传统的人工驾驶方式已难以满足要求。而列车自动驾驶系统利用先进的计算机技术对运行过程进行模拟计算和仿真,并获得合理、优化的操纵方案,其结果不仅可以保证列车运行的安全性和旅客乘车的舒适性,还可以有效地提高区间通过速度和节约能耗。自动驾驶取代人工驾驶是铁路发展的必然趋势。 本文通过对列车优化操纵方法的研究确定了自动驾驶的基本策略,深入研究了预测控制理论并将其用于确定自动驾驶操纵方案,取得了良好的效果。主要研究内容如下: (1) 总结了列车运行时工况转换规则,为选择合理的操纵方案提供了依据。分析列车能耗构成及各部分的计算方法,提出了实现节能操纵的两个原则:降低运行速度的不均匀性和增加惰行时间。 (2) 在大量司机操纵经验和列车操纵结果的基础上提出了不同情况下的自动驾驶策略。对坡道、限速进行了分类,并分别给出了不同类型坡道和限速情况下列车操纵的基本策略。解释了过低速度形成的原因,并给出了相应的解决方法。确定了实现最大能力操纵的基本策略和实现正点操纵的一般方法。 (3) 利用预测控制的方法确定列车未来一段时间内的运行情况,在避免超速、确定出坡速度、通过低限速点等复杂操纵问题上取得了良好的效果,选取的操纵方案更加合理、优化。 (4) 综合本文所提出的各种自动驾驶策略及方法,设计并实现了一个功能完善的列车自动驾驶仿真系统。对实现正点运行的过程进行了详细说明,仿真得到的运行时分与给定的列车运行时刻表几乎完全相同。 仿真系统的输出结果证明了本文所给出的优化操纵方法、自动驾驶策略、预测控制算法等的正确性。本文的研究成果为列车在线自动驾驶系统的研究与开发奠定了基础,对我国早日实现列车自动驾驶具有重要的现实意义。