Virtual coupling (VC) is a promising train operation concept that uses train-to-train communication and cooperative control to enable short inter-train spacing and increase line capacity without major infrastructure upgrades. Its application to heavy-haul railways, however, remains challenging because of long train formations, complex track conditions, large system inertia, and strict safety requirements. This thesis therefore investigates driving strategies for heavy-haul trains operating under virtual coupling.

A longitudinal simulation framework is developed for a two-train leader–follower scenario. Based on a single-point dynamics model, a multi-point treatment of track inputs is introduced to account for train-length effects through equivalent gradient and equivalent curve radius. Communication delay and actuation delay are included, and a predictive safety layer is incorporated to constrain the admissible acceleration near the safety limit. On this basis, a velocity-based artificial potential field (APF) control strategy is proposed, and the control demand is mapped to traction, regenerative braking, and mechanical braking commands.

Simulation results based on the LKAB heavy-haul line and IORE train data show that the proposed method can reproduce the key longitudinal operating characteristics of heavy-haul virtual coupling and maintain safe and stable train following during start-up, cruising, stopping, and restart. Compared with conventional feedback control, the APF-based strategy provides smoother following behaviour, better suppression of speed oscillations, and improved spacing stability. The parameter study further indicates that a start-up delay of 30-60 s, an acceleration constraint of ±0.3 m/s², and an initial/target spacing of around 200 m lead to favourable overall operating performance.

Virtuell koppling (VC) är ett lovande koncept för tågdrift som använder kommunikation mellan tåg och samverkande styrning för att möjliggöra korta avstånd mellan tåg och öka linjekapaciteten utan större uppgraderingar av infrastrukturen. Tillämpningen på järnvägar för tung godstrafik är dock fortfarande utmanande på grund av långa tågsätt, komplexa spårförhållanden, stor systemtröghet och strikta säkerhetskrav. Denna avhandling undersöker därför körstrategier för tunga godståg som framförs under virtuell koppling.

Ett longitudinellt simuleringsramverk utvecklas för ett scenario med två tåg i en leader–follower-konfiguration. Med utgångspunkt i en enpunktsmodell för tågdynamik införs en flerpunktsbehandling av spårindata för att ta hänsyn till tåglängdens inverkan genom ekvivalent lutning och ekvivalent kurvradie. Kommunikationsfördröjning och aktueringsfördröjning inkluderas, och ett prediktivt säkerhetslager införs för att begränsa den tillåtna accelerationen nära säkerhetsgränsen. På denna grund föreslås en hastighetsbaserad styrstrategi baserad på artificiellt potentialfält (APF), och styrsignalen mappas vidare till kommandon för dragkraft, regenerativ bromsning och mekanisk bromsning.

Simuleringsresultat baserade på data från LKAB:s bana för tung godstrafik och IORE-tåg visar att den föreslagna metoden kan återge de viktigaste longitudinella driftegenskaperna hos virtuell koppling för tung godstrafik och upprätthålla säker och stabil tågföljning vid igångkörning, färd i konstant hastighet, stopp och återstart. Jämfört med konventionell återkopplingsstyrning ger den APF-baserade strategin jämnare tågföljning, bättre dämpning av hastighetsoscillationer och förbättrad stabilitet i tågavståndet. Parameterstudien visar vidare att en startfördröjning på 30-60 s, en accelerationsbegränsning på ±0.3 m/s² och ett initialt/målsatt tågavstånd på omkring 200 m ger gynnsam total driftprestanda.