城市轨道交通的大规模发展在有效缓解日益严重的交通拥堵的同时,也带来了不容忽视的能源消耗问题。逐渐增长的能耗不仅提高了运营成本,还会给城市的能源供给造成沉重的负担。因此,城市轨道交通节能优化研究对于实现低碳环保的可持续发展战略意义非凡。本文以单车节能速度曲线优化为基础,针对面向再生制动能量利用的多车协同优化方法进行深入探索。着重研究了时刻表离线节能优化和调度控制一体化的实时优化两方面内容。本文的主要研究工作如下:（1）基于传统的列车最优控制策略,对复杂限速场景下的城轨列车节能速度曲线计算问题展开研究。综合考虑了列车的牵引制动特性、线路限速及坡度等因素,建立更完善的列车速度曲线优化模型,而后提出了一种基于运行时间分配策略的速度曲线优化算法。最后通过与遗传算法对比,验证了该算法的有效性与高效性。（2）根据多车协同优化原则提出了一种周期性时刻表离线优化方法。该方法通过调整时刻表的停站时间、下行时刻表平移时间、发车间隔,使得同一供电区间不同列车的最大牵引与最大制动过程达到更优匹配,以实现再生制动能量的充分利用。在保证线路中运营列车数量不变的情况下,设计了一种双层算法计算优化时刻表。算法上层应用基于多分辨率的遍历算法来搜索发车间隔和下行时刻表平移时间更优的可行值;算法下层采用分解协调算法求解停站时间优化的子问题。仿真结果表明该方法可降低11.12%的运行能耗,且具有较高的运算效率和良好的鲁棒性。（3）研究了随机晚点情况下列车调度控制一体化优化方法。首先针对客流因素导致的随机晚点场景,建立了以准点性和节能性为优化指标的综合优化模型。然后设计了一种调度控制一体化的优化算法。该算法在调度层根据目标列车的晚点情况与调度策略调整空间,调整其在当前车站的发车时刻与下一车站的到站时刻;在控制层采用基于多车协同的列车速度曲线优化调整算法计算速度曲线。数值算例表明该方法具有较高的计算效率和较强的鲁棒性,可有效提高列车的准点率,极大程度地降低牵引能耗。图50幅,表18个,参考文献60篇。