智轨电车虚拟联挂运行安全防护技术研究

为兼顾智轨电车虚拟联挂编组行车的高效性与安全性,文章分析了汽车CACC与列车虚拟联挂跟车间距的控制方法,从智轨电车安全制动模型出发,考虑了车辆牵引/制动特性、车车通信延迟、控制器响应时间、测速相对误差等因素,详细推导出了联挂编组安全行车速度与最小安全追踪间距的数学模型;结合典型参数进行了定量仿真计算与分析,得出了运行安全防护的关键数据与优化措施,实现了联挂编组在0~60 km/h速度范围内跟车间距均可保证在10 m以下,能有效防止社会车辆加塞,在保障编组运行安全性的前提下进一步提升了线路运能,为智轨电车虚拟联挂的工程化系统设计与安全运行控制提供了坚实可靠的理论依据。

智轨电车网络控制系统调试方法设计与应用

本文设计智轨电车网络控制系统调试方法并应用于宜宾T4线项目。线上工作对子系统变化点识别及协议梳理,完成初版程序及配置文件发布。线下调试首先网络控制系统通信调试,然后对子系统功能调试及问题排查,最后进行故障清单和事件记录梳理。实践表明该方法条理清晰,能快速定位排查现场问题,可为今后调试任务优化提供借鉴。

智轨电车纵向智能控制算法研究与应用

针对智轨电车智能驾驶需求,文章提出一种基于驾驶员行为习惯模型的纵向智能控制算法,其首先分析了智轨电车的运营场景与环境,并基于多传感器感知融合技术来保障列车周边环境360o无盲区障碍物识别与列车高精定位功能;通过引入状态机设计模式与模拟驾驶员行为特性设计思想,进行智轨电车纵向智能控制多模式划分,设计了纵向智能控制策略与算法,实现了列车自主跟车、自动通过红绿灯路口、弯道自动减速以及站点高精对标停车等智能驾驶控制功能。仿真测试结果表明,采用所开发的纵向智能控制算法,车辆能稳定跟随前车起步、加减速与停车,并能实现弯道自动减速和自动通过交通灯路口,且跟车过程中速度控制精度稳定在±1 km/h以内、冲击率小于0.75 m/s^(3),进站对标停车误差小于±0.21 m,有效降低了司机驾驶工作强度,提高了列车运行舒适性与运营效率。

智轨电车金属部件电偶腐蚀及防护研究

智轨电车金属部件的腐蚀,会严重影响其性能和寿命。该文主要介绍了电偶腐蚀的基本原理及影响因素,分析了智轨电车上的电偶腐蚀对,从电偶腐蚀的影响因素及已有的电偶腐蚀防护措施出发,提出了从优化结构、异种金属表面处理、优化搭铁组件、避免安装支架与紧固件的异种金属选择等措施,为智轨电车金属结构件的设计提供参考,从而从总体上提升智轨电车的防腐蚀性能。

智轨电车电机泵控液压转向系统伺服控制研究

转向系统作为智轨电车核心组成部分,主要用于智轨电车的多轴协同转向,实现无轨导向及轨迹跟随。为满足智轨电车转向系统响应的快速性、准确性和稳定性等动态特性要求,文章提出了一种针对智轨电车电机泵控液压转向系统的滑模变结构-模糊自适应混合伺服控制方法。该方法建立了智轨电车电机泵控液压转向系统仿真模型,基于空间矢量控制(SVPWM)技术,探究了永磁同步电机电流环、速度环、位置环三闭环控制策略。为改善控制性能,提出了电流环滑模控制,解决了电流易受干扰的问题;同时,提出了速度环和位置环的模糊自适应控制,解决了电机泵控转向外负载变化影响系统响应性能的问题。仿真试验结果表明,采用三闭环滑模变结构-模糊自适应混合伺服控制方法,智轨电车电机泵控转向系统转向响应时间小于1.5 s,转向精度小于0.2°,具有较佳的动态响应特性。

氢能智轨电车电制动控制策略研究

氢能智轨电车的电制动能力受储能电池荷电状态(SOC)和氢燃料电池工作状态的严重限制,当储能电池接近充满电状态而氢燃料电池继续处于发电状态时,储能电池无法存储电制动产生的电能,导致电制动功能无法正常发挥。为了最大限度地发挥氢能智轨电车的电制动能力,文章提出了一种基于踏板减速度需求的电制动控制策略,其首先根据制动踏板开度及载荷等状态计算整车电制动力,结合储能系统和氢燃料电池系统当前的能量状态,向牵引系统发出制动力矩请求;并通过制动踏板开度对应的减速度,计算出制动踏板开度对应的电制动力,实现了不同载荷、中低级位、中低速度工况下电制动力的最优输出。试验结果表明,采用该电制动控制策略,在AW0工况下,列车实现了中低级位、中低速度工况下电制动能力的100%发挥,满足了氢能智轨电车在当前电制动系统架构下的再生制动能量回收的设计要求。

智轨电车单目3D感知系统的研究

3D感知系统是智轨电车安全运行的核心部件。针对复杂城市环境下智轨电车激光雷达系统难以感知远距离目标、对颜色不敏感以及可能失效等问题,文章提出一种用于智轨电车的纯视觉单目3D感知系统。该系统由数据预处理、模型训练和模型部署组成,是一套基于视觉的、包含从数据采集到上车部署的完整方案,可实现对智轨电车周围障碍物的3D感知,能提高智轨电车在复杂城市环境下行驶可靠性。基于智轨电车数据集和公开数据集Waymo的测试表明,该系统可以很好地感知智轨电车复杂道路场景,其最终3D平均准确率(average precision,AP)能够达到0.53,单帧图片推理时间约为56 ms,能满足智轨电车对感知障碍物算法的实时性要求。

智轨电车虚拟联挂控制系统关键技术研究

随着智轨电车的广泛应用,面对成网运营和潮汐客流等需求,其运能压力迅速增大,并造成交通拥堵问题。为提升智能轨道快运系统(ART)的道路通行率,缓解交通拥堵,文章借鉴汽车协作式自适应巡航控制与列车虚拟联挂的概念,提出一种智轨电车虚拟联挂控制系统和与之相适应的双向跟随信息流拓扑,首创性地运用智轨电车安全制动模型推导出联挂编组最小安全防护跟车间距,并采用基于最优控制的协同规划和MPC协同控制算法,确保联挂编组运行的安全、准点、舒适和高效。仿真结果表明,采用本文所提虚拟联挂控制系统,智轨电车可在0~60 km/h车速范围内实现10 m以下跟车间距的虚拟联挂,有效提升了ART的运力和运营效率。

智轨电车氢能源混合动力系统及其控制策略

随着智能轨道快运系统在国内外的广泛运行,为了满足各种场景对智轨电车动力系统的不同需求以及不同运营模式对其续航能力的要求,针对不同的能量源特性和智轨电车的工况特性,文章提出了一套基于燃料电池和磷酸铁锂动力电池的混合动力系统。该系统将氢燃料电池作为车载主能量源,利用磷酸铁锂动力电池功率快速响应的特性,为车辆长续航提供能源保证;采用冗余的燃料电池能量系统架构,在不增加智轨电车顶部空间体积的前提下,满足整车的功率需求并极大增加了车辆的续航能力。针对混合动力系统的能量输出形式并结合智轨电车实际工况的特点,文章提出了一套适合智轨电车行驶工况的能量管理策略,以保证车辆在各种工况下平稳运行并使动力电池的荷电状态(SOC)控制在目标范围内。实车试验结果显示,该系统及其能量管理策略能够满足氢能智轨电车的设计要求,车辆续航里程在300 km以上,而以往的智轨电车续航里程为70 km,这表明,该控制策略能够在满足智轨电车不同工况需求的前提下提高车辆续航能力,并提升了智轨电车应对不同运营场景的能力。

一种智轨电车电液转向系统半实物仿真测试平台研究

针对智轨车辆电液转向系统试验资源紧张、现场调试困难等难题,文章开发了一套基于电液转向系统数学模型的半实物仿真平台。文章建立了电液转向系统执行部件的数学模型,结合多轴转向系统实际电子控制单元,构成硬件在环的半实物仿真测试平台,并基于该平台,完成了对智轨电车电液转向系统试验验证与仿真研究。验证结果表明,该半实物仿真平台为智轨电车电液转向系统研发与调试提供了高效便捷的平台。

智轨电车自动驾驶横向控制研究

为解决智轨电车在自动驾驶横向控制中存在的车辆抖动与横向控制偏差大问题,保证其在道路上的稳定行驶和安全变道,文章通过研究智轨电车自动驾驶横向控制中的道路重构过程,提出了一种基于二次优化的道路重构方法,设计了基于智轨电车的自动驾驶跟踪控制器,并建立了智轨电车动力学模型进行仿真和实车验证。结果显示,在转弯过渡阶段,路径跟踪的仿真轨迹偏差为±4.8 cm,实车实验轨迹偏差为±5 cm;在高速直行阶段,实车轨迹偏差±0.2 cm,这表明车辆理论模型与实际车辆具有较好的一致性,且车辆自动驾驶过程能很好地跟踪预设轨迹。

智轨电车新一代电空制动控制技术研究

针对智轨电车的传统制动控制系统集成度不高、调压精度低、网络通信性能差和可维护性不足等现状,文章提出一种新一代电空制动控制技术。在电子控制部分,其将传统的制动控制和压力调节模块合二为一,形成集成电控单元;在调压集成模块部分,其将压力调节阀、应急电磁阀、远程缓解阀等多个功能阀集成到一个模块中,简化了气路布局,优化了安装空间,集中了控制功能。该电空制动控制系统采用在轨道交通领域充分验证过的压力调节阀,联合电控单元新型调压算法,使得压力调节更稳定、精度更高且调节阀动作次数更少;同时,采用双以太网架构,较传统CAN通信,数据传输数量和效率提升了数十倍,网络通信能力和可维护性水平得到了较大提升。目前,该制动控制系统已完成地面联合测试和第三方的整车测试,并在最新的氢能源智轨电车上装车运用,综合性能优异。

智轨电车轴重分配与调节方法的研究与应用

以三编组智轨电车为计算模型,详细阐述了智轨电车轴重、轮重的计算方法和过程。设计前先根据计算模型优化车辆设备布局,计算出理论轴重、轮重值,再对实际车辆过检测线称重数据进行分析计算来验证理论模型,结果非常接近我国对城市轨道车辆轮重偏差的规定。最后通过增加电子控制空气悬架系统来调节轮重和轴重偏差,很好地优化了智轨电车轮重和轴重偏差问题,使其结果明显优于国家标准要求。

智轨电车无线充电系统研究与应用

随着智轨电车在国内的不断推广,智轨电车对充电的需求也变得更多样化。智轨电车现有的充电方式为首末站静态充电,该方式需要车辆停车并占用一定的场地。为了给智轨电车提供更多元的充电方式,减少停车充电的时间,提出了一种线路/站台式的无线充电系统。分析了该系统的组成、工作原理与充电过程,并在工程试验线路中得到应用验证,实现了智轨电车的线路/站台式的无线充电方式。

哈尔滨智轨电车采暖系统制热量的计算及验证

依据哈尔滨环境条件和相关标准,确定了哈尔滨智轨电车采暖系统计算的车内外环境参数,并参考采暖系统计算的相关标准以及城轨车辆频繁开关门的特点,对哈尔滨智轨电车采暖系统的制热量进行计算,得出MC车的采暖系统制热量为24 kW、TP车的采暖系统制热量为32 kW。在实车上开展了预热试验、调节试验、开关门试验,试验结果满足标准要求,为极寒地区采暖系统的选型提供了依据。

智轨电车液压转向系统动态响应特性研究

液压转向系统作为智轨电车的核心组成部分,为满足响应的快速性、准确性和稳定性等动态特性要求,需要对系统动态响应影响因素进行研究。基于此,利用AMESim建立了智轨电车液压转向系统仿真模型,对关键元件比例伺服阀进行了详细建模,得到了液压转向系统频域带宽,并通过试验验证了仿真模型的准确性;通过仿真模拟,结合理论分析,探究了伺服阀零位重叠量、液压缸的泄漏量及蓄能器容积对液压转向系统动态特性的影响规律。结果表明,伺服阀为零重叠,液压缸无泄漏且蓄能器容积为1.6 L时,液压转向系统具有较佳的动态响应特性,为液压转向系统优化设计及维护保养提供一定的参考依据。

基于四目立体视觉的智轨电车参数测量方法与系统

为解决当前智轨电车参数测量受限于车身过长、测量精度及效率等问题,通过一种基于四目视觉的立体视觉参数测量方法,研发了一套智轨电车参数测量方法与系统。基于空间向量定义车身平面、车轮转动角、铰接盘夹角及其零度,建立相关角度的视觉测量模型;研究合作标识识别及优化的高精度算法,实现角度精密测量;研发基于client-server(C/S)架构的智轨电车参数测量系统,实现角度快速测量。将参数测量系统应用于中车相应车辆标定中,结果表明该方法快速有效,车轮转向角测量精度优于±0.1°,铰接盘夹角测量精度优于±0.05°,为智轨电车参数的测量提供了一种大视野、高精度、高效率的检测方法。

面向智轨电车的激光雷达道路入侵物检测技术研究

为了保证智轨电车的运行安全,提高道路入侵物识别的高效性和鲁棒性,文章提出一种基于多激光雷达的道路入侵物检测技术。其利用ROS框架对多个雷达数据进行采集、融合,用于获得无重叠区域的低复杂度点云数据;采用Ground Plane Fitting算法,通过多关键点迭代多次生成模型来对点云数据进行去噪处理,返回低噪、易分割的点云数据;采用Scan Line Run算法,结合点云数据3D结构特点,从上而下进行无重复性的标签化处理,返回道路入侵物的位置、大小、点数等信息;将几种常见的道路入侵物进行特征提取并训练,基于之前标签化的入侵物进行分类处理。实验结果表明,该方法在实车运行中识别、分类均具有良好的鲁棒性和准确性。

智轨电车横向运动预测控制研究

文章通过分析智轨电车的横向运动特性,将每节车的横摆角速度、横向加速度以及受力联系起来,建立3节车辆之间的运动学和动力学关系;提出一种能够反映智轨电车横向动力学特性的4自由度线性单轨模型;并将所建立的模型与Trucksim中的高精度非线性模型进行对比,验证了所建立模型的有效性及准确性;采用模型预测控制方法进行智轨电车轨迹跟踪控制研究,根据列车行驶过程中的优化目标,确定其评价函数,将多步预测控制问题转化为线性二次型(QP)问题进行求解。仿真结果表明,应用该算法的智轨电车能够达到很好的轨迹跟踪效果。

智轨电车多传感器融合检测与跟踪研究

为了保证智轨电车的运行安全,提高结构化道路环境下多种路况障碍物检测与跟踪的高效性和鲁棒性,文章提出一种基于激光雷达与毫米波雷达融合的多目标检测与跟踪方法。该方法首先基于毫米波雷达与激光雷达进行单传感器感知,然后通过多源融合算法融合单传感器感知结果,以获取更精确的感知结果。基于虚警滤除算法解决了毫米波雷达虚警引起误报问题,基于点云深度图和梯度与距离特征解决了多变场景下的障碍物聚类问题,基于分区点云特点设计代价函数提高了形状估计算法的鲁棒性,基于航迹信息进行多目标跟踪提高了目标跟踪的稳定性。为了克服异构传感器融合难题,设计了多源传感器异步融合策略,提升了结构化道路环境下目标检测与跟踪能力。最后,基于ROS框架在智轨电车上进行实车测试,试验结果表明,该方法能够稳定可靠地检测目标并实现跟踪。