雾天桥梁可变限速值的效用评估及优化

为改善高速公路桥梁路段雾天环境的交通安全,文中考虑可变限速标志设置对驾驶行为的影响,从服从效应角度提出其量化评估方法,以期获得最优作用效能。文中以鄂东长江大桥为原型,选取该桥梁近年最低能见度(100 m)和自由流服务水平作为测试环境,设计3种限速策略,分别为对照组SⅠ(无限速策略)、实验组SⅡ(90~70 km/h限速策略)、实验组SⅢ(90~70~50 km/h逐级限速策略);依托驾驶模拟器,实现不同限速条件的雾天桥梁场景微观驾驶行为数据的细粒度感知,采用重复测量方差分析方法从驾驶人响应的快速性、稳定性及准确性剖析可变限速标志的作用机理及驾驶人特征表现,并通过模糊综合评价方法评估不同限速策略的有效性。研究结果表明:雾天桥梁可变限速标志能够使驾驶人更早地采取减速措施,车辆在雾区行驶过程的稳定性更好;在雾天能见度100 m情况下,90~70~50 km/h逐级限速策略的稳态频数更大,空间稳定性更好,且速度超调量和跟随比更小,响应准确性更高。模糊综合评估结果显示,90~70~50 km/h逐级限速策略作为最优方案,能够有效地提升雾区驾驶行为的调节适应能力,降低驾驶风险,提高车辆运行的稳定性。本研究成果为雾天桥梁可变限速标志的优化设置提供了解决方案,可为雾天桥梁的主动安全防控提供有效支撑。

基于车路协同的快速路合流区可变限速控制方法

针对快速路合流区通行效率低的问题,利用车路协同环境下实时信息采集与交互技术,基于Gipps安全距离模型,对METANET模型进行改进;将动态安全距离融入可变限速控制中,建立起主线可变限速的控制方法和模型,引导匝道车辆利用主线可插间隙汇入,提高了快速路合流区的通行效率和匝道汇入的成功率;利用VISSIM与MATLAB联合搭建仿真控制环境,在不同流量下对所提出的控制策略进行仿真评估。研究结果表明:在中、高流量下,可变限速的控制策略使得速度分别提升了8.75%、 9.28%,密度分别降低了9.45%、 9.77%,行程时间分别降低了9.29%、 8.88%;延误分别降低了9.21%、 8.84%;证明了该可变限速控制策略能提升合流区通行效率,改善交通流运行状态。

基于车速平稳过渡的高速公路出口限速方案

研究能够满足出口车速平稳过渡的逐级限速方案,对出口区域车辆平稳运行及安全提升有重要意义。利用无人机采集高速公路出口车辆运行参数,分析出口车辆运行特征,考虑驾驶员对相邻限速标志的认知反应,构建了连续限速标志设置间距计算模型,建立了高速公路出口不同级别的限速方案,利用驾驶模拟试验对设计的不同限速方案进行分析及评价。模型的计算结果显示,二级限速方案中,限速值为60-40 km/h的限速标志间距为160 m;三级限速方案中,限速值为80-60-40 km/h的限速标志间距分别为300 m和80 m,限速值为90-60-40 km/h的限速标志间距分别为300 m和85 m;四级限速方案中,限速值为100-80-60-40 km/h的限速标志间距分别为295、160、80 m。利用驾驶模拟器对模型结果进行验证,试验结果表明:随着限速级数增加,车辆离散幅度显著降低,表明逐级限速方案对出口车辆运行速度有明显管控效果;逐级限速方案的平均减速度指标小于1.3 m/s^(2),均在驾驶舒适性阈值内;四级限速方案可使在分流鼻端车速标准差、平均减速度、分流鼻运行速度V85分别控制在5.23 km/h、0.52 m/s^(2)、54 km/h左右,极大满足了车速平稳过渡要求。可见,借助模型定量优化的逐级限速方案可以显著提高出口车速过渡的平稳性和安全性。

基于多智能体深度强化学习的高速公路可变限速协同控制方法

面向高速公路多路段可变限速协同控制需求,针对高维参数空间高效训练寻优难题,提出了应用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法的高速公路可变限速协同控制方法。区别于既有研究的单个智能体深度确定性策略梯度(DDPG)算法,MADDPG将每个管控单元抽象为具备Actor-Critic强化学习架构的智能体,在算法训练过程中共享各智能体的状态、动作信息,使得各智能体具备推测其余智能体控制策略的能力,进而实现多路段协同控制。基于开源仿真软件SUMO,在高速公路典型拥堵场景对提出的控制方法开展管控效果验证。实验结果表明,提出的MADDPG算法降低了拥堵持续时间和路段运行速度标准差,分别减少69.23%、47.96%,可显著提高交通效率与安全。对比单智能体DDPG算法,MADDPG可节约50%的训练时间并提高7.44%的累计回报值,多智能体算法可提升协同控制策略的优化效率。进一步,为验证智能体间共享信息的必要性,将MADDPG与独立多智能体DDPG(IDDPG)算法进行对比:相较于IDDPG,MADDPG可使拥堵持续时间、速度标准差均值的改善提升11.65%、19.00%。

考虑智能网联车辆影响的八车道高速公路施工区可变限速控制方法

为提升车联网环境下高速公路施工区交通运行效率及安全水平,提出了一种基于强化学习的可变限速控制方法.选取智能驾驶模型和真车试验模型,分别对传统人工车辆和智能网联车辆的跟驰行为进行建模,构建了以瓶颈下游路段交通流量为效率指标、瓶颈路段速度标准差为安全指标的复合奖励值,利用深度确定性策略梯度算法,分车道动态求解最佳限速值.仿真结果表明,所提可变限速控制方法在不同智能网联车辆渗漏率条件下均能有效提升交通流运行效率和安全水平,且在智能网联车辆渗漏率较低时,提升效果更加显著.当智能网联车辆渗漏率为1.0时,瓶颈下游路段交通流量提升10.1%,瓶颈路段速度标准差均值下降68.9%;当智能网联车辆渗漏率为0时,瓶颈下游路段交通流量提升20.7%,瓶颈路段速度标准差均值下降78.1%.智能网联车辆的引入能够提升至多52.0%的瓶颈下游路段交通流量.

锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

基于移动荷载谱的高速铁路简支梁桥基频限值分析

控制桥梁振动响应是保证高速列车安全稳定运行的关键,遵循梁体不发生共振或较大位移响应的原则,提出了简支梁桥基频限值频域分析法。首先基于移动荷载列模型,通过傅里叶变换得到了桥梁振动响应谱和移动荷载谱,并从时域角度验证了谱的正确性;然后通过引入间跨比γ和无量纲速度κ,探究了在不同移动荷载列作用下桥梁自由振动发生最大位移响应时,无量纲速度κ和间跨比γ之间的关系;其次根据γ-κ关系曲线分析了24 m、32 m、40 m简支梁桥最大位移响应下的无量纲速度κ;最后为了避免列车激励下桥梁发生共振或较大位移响应,参考国际铁路联盟基频限值规范,基于移动荷载谱给出了移动荷载列在不同设计时速下24 m、32 m、40 m简支梁桥基频限值建议值。研究表明:移动荷载幅值谱与时域计算的桥梁自由振动位移幅值响应规律一致;单节车长25 m左右的移动荷载列以共振速度激励桥梁时,24 m、32 m简支梁桥自由振动都能达到最大位移响应,而40 m简支梁桥仅产生较大位移响应,且在列车运营速度范围内达不到产生最大位移的条件;桥梁基频限值随着列车时速的增加而增大,当最大设计时速400 km/h时24 m、32 m、40 m简支梁桥基频建议下限值分别为6.00 Hz、4.94 Hz、5.66 Hz。

基于视觉指标的雾天高速公路限速值

为解决雾天高速公路能见度降低和驾驶人视距受限的交通安全问题,提出了一种基于驾驶人视觉指标的限速控制方法。首先,对雾天高速公路行驶速度与驾驶人视觉的变化进行了分析,并确定了能综合表征路况信息和能见度水平的视觉指标;其次,通过UC-win/Road模拟了不同能见度下的驾驶环境,并收集了视觉指标和运行速度数据,进一步分析了雾天视觉指标的影响因素;然后,使用SPSS构建了运行速度和视觉指标间的数学模型,根据能见度与视觉指标间的线性关系提出了不同能见度下的视觉指标参考值;最后,基于能见度、交通流量、视觉指标3个因素,提出了一种考虑视觉指标的多条件限速控制标准。结果表明:在能见度低于200 m的环境下,视觉指标明显低于无雾环境下的视觉指标,降低范围在0.578%~1.407%之间;视觉指标与运行速度两变量间的相关系数达到0.863,这说明雾天能见度降低和视觉指标下降对行驶速度有显著影响;预测运行速度与实测速度的相对误差平均值为2.43%,满足预测精度要求。综上所述,本研究提出的限速控制方法同时考虑了能见度、交通流量和驾驶人视觉,对于保障雾天高速公路的安全行驶具有重要的实用价值。

路段级导航属性信息挖掘

大量的自动或半自动道路提取方法如雨后春笋,但生成的产品通常缺乏导航属性信息,如路段的等级、限速等,制约“大路优先”“限速提醒”等智能导航服务。因此,本文以路段为分析单元,考虑上下游邻接路段强相关性,提出一种改进的路段等级、限速属性信息挖掘方法。首先进行轨迹、路网数据预处理,实现轨迹点与归属路段的连接。然后基于对数据和任务的认识进行多模态道路互补特征设计。最后顾及目标路段及其上下游邻接信息,利用随机森林开展面向路段的等级、限速信息分析。与单类特征相比,集成路网与轨迹特征之后提高了路段等级、限速分类准确率。与仅顾及目标路段进行路段等级、限速分类相比,顾及空间邻接信息进行路段等级、限速分类效果更好。

基于强化学习的车道级可变限速控制策略

针对高速公路合流区主线各车道交通流运行状况受合流车辆影响的差异性,研究了1种基于强化学习的车道级可变限速(differential variable speed limit,DVSL)控制策略。由于DVSL控制问题存在高维动作空间求解困难,本文利用限速变化值优化动作空间,确定状态空间以及考虑多因素的奖励函数;在求解过程中,使用优质经验回放技术(prioritized experience replay,PER)进行改进,以提高训练效率和模型性能;同时提出1种车道间的安全检测机制辅助PER-DDQN展开训练,保证车道级可变限速模型可实施性。利用SUMO仿真软件测试所提出策略的控制效果,结果表明:所提出的车道级可变限速策略相较于未实施可变限速控制场景,全程行程时间降低41.88%、平均速度提高5.65%,合流区行程时间降低66.91%、平均速度提高43.42%;且车道级可变限速控制策略下合流区内各车道拥堵时间明显缩短,速度变化更加平稳。此外,还测试了智能网联车(connected-automated vehicles,CAVs)在不同渗透率场景对所提出策略的影响,渗透率在低于60%时实施车道级可变限速策略控制效果明显优于未实施可变限速控制策略,在渗透率为20%、40%和60%的场景中平均全程行程时间分别降低了41.88%、13.38%和7.46%,平均速度提高了6.08%、2.36%和1.61%;当渗透率达到80%以上时,鉴于CAVs车辆能明显改善交通流状况,实施车道级可变限速控制策略改善效果不明显。

借用对向车道通行的高速公路施工控制区梯级限速研究

【目的】为使车辆平稳快速地通过借用对向车道通行的高速公路施工控制区,对施工控制区梯级限速方案进行了研究。【方法】首先,采集并分析不同施工控制区断面交通流速和车头时距变化;其次,根据车辆轨迹特征计算末级限速值,基于车辆减速运动特征和驾驶人注视特点制定施工控制区梯级限速方案;最后,构建驾驶模拟实验场景,通过安全与效率协调优化的评价指标对所建立的限速方案进行评价。【结果】结果表明:中分带开口区平均车速和车头时距最小。当中分带开口长度为70 m的两车道时,形成以40 km/h为最终限速值、以20 km/h为降速幅值、以过渡区起点上游50 m为最终限速标志位置的变间距高速公路施工控制区限速系统。【结论】驾驶模拟实验表明,同《公路养护安全作业规程》(JTG H30—2015)中的两级限速方案相比,所建立的梯级限速方案可使施工控制区综合效率指数提高9.15%,综合安全指数提高27.62%。

AZ91D镁合金筒形件拉深工艺研究

基于H1F60小松伺服压力机,采用电磁感应模内加热系统,对1 mm厚的AZ91D镁合金薄板在不同工艺参数条件下的拉深成形性能进行了研究。研究结果表明:在室温下,板料不能成形圆筒件,温度升高到100℃后,板料被成功拉深成圆筒件,板料的极限拉深比随温度先快速上升,后缓慢上升,最后下降,400℃时,极限拉深比达到最大值1.91,此温度下板料的拉深性能最好;而当压边力、冲压速度增大后,板料的拉深性能却随之降低。

针对高速车辆线性稳定性的等效锥度运用限值确定方法

为制定合理的轮轨匹配等效锥度运用范围,避免高速车辆出现蛇行失稳现象,提出一种基于模态分析的轮轨匹配等效锥度合理运用限值确定方法。首先,基于车辆系统动力学理论,建立包含21个自由度的高速车辆系统横向动力学模型;其次,采用模态分析计算车辆系统模态参数(模态频率、阻尼比和振型),并提出基于最小模态距离的蛇行频率连续跟踪算法;然后,利用车辆系统模态最小阻尼比判断模态振型,对轮轨匹配等效锥度和速度进行协同变参计算,确定等效锥度运用限值;最后,从模态视角研究车体蛇行失稳的发生机制。结果表明:在广域轮轨匹配关系下,转向架蛇行失稳和车体蛇行失稳区域均具有清晰的边界,且二者不邻接;对于车体蛇行失稳而言,频率耦合不是唯一决定因素,频率耦合速度也是决定因素之一,当频率耦合发生在较高速度下时易发生车体蛇行失稳。采用该方法,确定所构建的高速车辆模型在350 km·h^(-1)车速下的等效锥度运用限值为0.07~0.41。

曳引式电梯限速器安全钳联动试验的失效分析及预防措施

在城市发展的大背景下,电梯成为高层建筑不可或缺的辅助设备之一,但随之而来的电梯安全事故不断增加。为了防止各种电梯安全事故的发生,电梯厂家根据国家相关标准要求给电梯添加了各种安全装置。其中,电梯限速器-安全钳联动装置是一种安全装置。当电梯发生失控超速运行时,它能可靠地制停轿厢。电梯限速器-安全钳联动装置的失效将直接导致电梯在发生失控超速的情况下无法将轿厢可靠制停,从而引发电梯安全事故。因此,文章主要分析了曳引式电梯限速器-安全钳联动试验的失效情况,并提出了相应的预防措施。

高速铁路铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀限值

我国冻土地区高速铁路分布广泛,路基冻胀对高速铁路无砟轨道结构损伤影响较为突出,危害行车安全。但是目前尚未建立针对铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道地段的路基冻胀控制限值。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论和混凝土塑性损伤理论,考虑混凝土结构损伤和车轨相互作用,建立车辆-无砟轨道-冻胀路基静动力分析模型,分析路基冻胀对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构的损伤和车辆动力性能指标的影响。综合静、动力控制指标,提出一种针对冻胀变形的分级控制限值;分别考虑轨道结构层间离缝和结构损伤、钢轨垂向动位移、乘车舒适性和行车安全性等多项控制指标,将路基冻胀限值划分为5个区域。研究结果表明:路基冻胀作用于轨道板中部时损伤和离缝量出现极值;结构损伤和车辆动力学响应均随波长减小和波峰增大而呈增大趋势,且均对波长的影响更为敏感。可以根据不同分区的冻胀限值保障车辆运营安全,为冻土区无砟轨道养护维修提供参考。

基于改进TEB算法的阿克曼移动机器人局部路径规划研究

目标点跟踪是移动机器人导航和路径规划中的关键任务,其中局部路径规划尤为受到关注。作为一种局部路径规划算法,时间弹性带(TimeElasticBand,TEB)算法具有较好的适应性和鲁棒性。然而,在复杂动态环境中使用传统TEB算法时,机器人在障碍密集区可能会出现颠簸现象,并且在发生碰撞时速度过快且轨迹不够平滑。为了解决这些问题,文章以阿克曼移动机器人为研究对象,对传统TEB算法进行了改进,采用了一种区域规划策略,使机器人能够优先选择安全区域行驶。此外,设计了一种自适应调节参数的动态模块,用于在发生碰撞冲突时实时调节机器人的速度,优化其运动轨迹。最后,通过仿真平台进行实现。实验结果表明,改进后的机器人在障碍密集区的轨迹更加平滑,速度变化得到了更好地控制。

基于工程限速和尽端式车站布置的广珠澳高铁速度目标值研究

高速铁路速度目标值对线路走向、工程投资、运营效果等影响较大。随着600 km/h磁浮列车下线、成渝中线高铁400 km/h标准的研究和推进,我国高铁技术正向集成化和高速化方向进一步发展。更高速度等级的高铁对线路平顺性、动车组加减速性能、列控系统等提出了更高的要求。但与此同时,高速铁路大多引入发达城市主城区,受建构筑物及拆迁、站间距等工程控制,采用大曲线半径和较高速度目标值工程投资过大,且实际运营亦无法达速。广珠澳高速铁路是粤港澳大湾区内珠江东岸南北向重要的高铁通道,北端广州北至白云机场段距离仅为17.7 km,建构筑物林立;南端珠海鹤洲至横琴段距离仅为22.3 km,且横琴站为线路尽端式车站,所有列车均需在横琴站起停车。功能定位的重要性与工程条件的局限性相互矛盾,需合理确定其速度目标值。首先,结合400 km/h高铁创新发展技术分析得出,广珠澳高铁通道若采用400 km/h方案较350 km/h方案旅行时间仅节省2 min,工程投资需增加13.2亿元,路网协调匹配性差且存在技术风险;其次,从路网协调匹配性、工程投资、运营效果、客流影响、经济效益等方面对广珠澳高铁采用250,300,350 km/h三个速度目标值方案进行比选,得出广珠澳高铁通道宜采用350 km/h速度目标值方案;进而,根据工程条件并结合列车模拟牵引计算,分别研究得出广州北至白云机场段宜采用梯级限速200 km/h方案、鹤洲至横琴段宜采用350 km/h方案,由于所有列车均需在横琴站起停车,横琴进站端可采用小曲线半径改善线路引入条件、节省工程投资。研究结论有力地支撑了广珠澳高铁选择更合理的建设方案,同时为其他类似项目提供了思路和借鉴。

一种新型登机门开启限速装置的设计

登机门是民用飞机舱门中的一个重要部件,其直接影响民用客机结构、功能的完整性和安全性。根据项目研制的需要,针对MA600飞机登机门无阻尼式自由下落导致登机门转轴及舱门损坏的问题进行原因分析,设计了一种限制登机门下落速度的新型开启限速装置。在CATIA中建立了包括登机门、登机梯、开启限速装置在内的虚拟样机模型,在MSC/ADAMS中对安装和未安装开启限速装置的登机门自由坠落进行动力学仿真分析,分析了产品不同设计参数对登机门自由坠落时间的影响,确定出了最优的结构参数,仿真结果表明:所设计的限速装置能够将登机门的坠落时间限制在6 s,有效减少登机门坠落对门体结构冲击,为后续的样件产出和试验提供理论依据。

基于ANSYS Workbench的磨削用电主轴转子动力学特性研究

电主轴是将电机与主轴融为一体的新技术,相比传统主轴它具有更高的精度、转速与功率。为了开发性能更加优良的电主轴,在设计环节需要通过转子动力学方法验算出极限转速,从而提高其寿命和加工性能。目前行业上广泛采用的是刚性梁假设的转子动力学方程组,来求解轴系的动态特性,该方法未能充分考虑到模型的所有自由度导致不能充分测算出主轴的性能。针对于此,本文提出了一种采用仿真软件结合轴承理论的方法,在ANSYS Workbench软件中搭建主轴的网格模型,分析了主轴的刚度、极限转速与模态频率,并与试验结果进行验证。结果表明,仿真结果误差较小,该方法具有有效性与实用性。