基于虚拟列车的CBTC系统仿真技术研究与实现

文章阐述地铁列车模拟控制系统的重要性,提出模拟列车控制系统算法。重点研究列车运行模拟计算、模拟列车控制系统及应用软件架构设计,为自主化基于通信的列车控制(CBTC)系统研发提供软件模拟环境。

虚拟产权交易:现实、危害与治理对策——以虚拟列车座位的非法交易为例

铁路超载在我国铁路客运中存在着,列车座位成为乘客的强烈需求,列车上的不法分子们强占列车座位,进行虚拟列车座位交易的违法活动。这种违法现象能够长期存在,既有铁路部门的原因,也有乘客的原因。虚拟列车座位交易的长期存在严重的侵害了国家利益、铁路部门的利益和乘客的利益,必须通过完善管理、严厉打击和技术创新方能得到彻底解决。

对地铁OCC行车调度仿真培训系统的虚拟列车群模块的几点分析

本文首先分析了地铁仿真培训系统中的虚拟司机功能,其次通过逻辑流程、模式驾驶流程、列车运行模型进行了详细的阐述,从而保证地铁行车系统的稳定运行。

基于动势能转换的虚拟编组列车动态最小安全间隔

根据安全制动模型,提出一种基于能量转换的虚拟编组列车安全防护方法。将实际项目数据作为前车的运行曲线,仿真计算了后车根据能量转换防护方法所能达到的最小安全间隔,并讨论了制动响应时间和制动能力对安全间隔的影响。结果表明,前后车的紧急制动率差异是决定安全间隔的关键因素。

虚拟轨道列车走行系统结构强度研究

以某型100%低地板虚拟轨道列车走行系统为研究对象,建立其走行悬架系统有限元整体模型,结合轨道交通与路面交通的特点,基于实际运行典型工况,确定其有限元计算边界条件及载荷,对其静强度和疲劳强度进行校核,计算结果显示,该虚拟轨道列车悬架走行系统结构强度满足设计要求。基于典型工况的载荷提取,静强度及疲劳强度校核,为及时发现走行部设计缺陷,实现轻量化设计提供了一种有效方法。

一种基于双目立体视觉的虚拟轨道列车路径识别方法

为了克服单目视觉的局限性和提高虚拟轨道列车的路径感知能力,文章提出一种基于双目立体视觉的虚拟轨道列车路径识别方法。针对虚拟轨道列车车道块明显、外形完整、形状独特等特点,提出了基于Mask R-CNN的车道检测模型。同时,针对通用的双目匹配算法计算量大和对重复物体匹配较难的缺点,提出了融合多目标跟踪的双目匹配算法。该方法通过左右相机各自检测车道块,进行多目标跟踪来分配ID,对左右图像中的各车道块实现有序、定向的双目匹配,并重建出车辆坐标系下路径的三维坐标,有效提升了车辆系统路径感知能力,为其循迹控制、自主定位、相对位姿估计等提供了更加直接准确的输入信息。试验结果表明,本文方法对路径的三维重建具有较高的准确性,并且在不同路况场景下具有较强的适应性。

虚拟轨道列车网络控制系统的构建研究

虚拟轨道列车是一款胶轮承载、双端驾驶的多编组道路列车,多编组与双端驾驶符合轨道交通电气控制系统的特点,胶轮承载及道路运营符合道路交通车辆的特性。文章通过对比分析轨道交通与道路交通领域的网络标准及总线特点,并基于某典型新能源商用车与某有轨电车的网络拓扑,提出了一种适用于虚拟轨道列车的分网段冗余的控制器局域网(CAN)网络拓扑。该网络拓扑采用分布式输入输出模块(IOU)设计,以及通道复用、车辆控制单元(VCU)冗余控制、IOU点位冗余、故障诊断等可靠性设计。通过对超级虚拟轨道列车(SRT)网络控制系统的性能测试与示范运营,证明该网络控制系统可满足虚拟轨道列车的控制需求。

虚拟轨道列车轮区隔声方案设计及效果评估

为了降低虚拟轨道列车的车内噪声,提高乘坐的舒适性,设计了列车轮区组合隔声方案,并结合试验与仿真的结果研究其降噪效果。针对虚拟轨道列车轮区噪声源分布特点,将轮区划分为若干区域,综合考虑各区域的空间布置限制、结构隔声性能和轻量化,设计了不同区域下的组合隔声方案。利用混响室-混响室方法对设计的隔声样件进行隔声特性测试。基于统计能量法,建立了列车车内噪声预测模型,并结合实际线路上的运行工况和测试结果,预测了采用轮区隔声方案的车内噪声值,最后根据设定的噪声目标限值对隔声方案的降噪效果进行评估。计算结果表明:轮区板件采用设计的组合隔声方案时,车内最大噪声声压级为1车客室后的67.5 dB(A),最小噪声声压级为后风挡处的65.1 dB(A)。列车车内各位置的噪声声压级均小于设计的目标限值(69.0 dB(A)),满足设计要求。

列车相对制动安全间隔模型的参数敏感度分析

基于相对制动安全间隔模型的虚拟编组列车间安全间隔的量值大小对轨道线路的通行能力规划、基础设施建设以及车的设计等产生巨大的影响。为充分发挥虚拟联挂列车运行高效性并确保其行车安全,文章对影响安全间隔大小的关键参数进行敏感度分析,采用安全时距模型定性分析和模型加算法联合仿真定量分析的方法,得出相对制动安全间隔模型中的关键参数变化对停站时间差的影响程度。用单因素轮换法获得对应参数局部敏感度排序,由大到小分别为制动率、响应延迟时间、“制动建立”阶段时间和目标停站间距,从而指出关键参数选取的范围和原则以及安全间隔设计的优化方向。为使停站时间差可控且达到小于4 s的目标,进站过程采用3阶段紧急制动模型,并推荐了适宜的典型组合指标,即在后车制动率大于1.0 m/s^(2)、响应延迟时间小于1 s、最小安全间距2 m的基础上目标停站间距大于4 m,为现阶段列车虚拟联挂技术的工程化实施提供依据。

基于公交优先的虚拟导向列车路权定位研究

相比传统公共交通方式,虚拟导向列车具有运能大、投资省、建设快等诸多优点,但作为一种新型交通方式,其上路运营需先解决路权定位问题.论文首先介绍了既有的道路交通路权结构,并从空间和时间角度分析了国内外的公交路权定位策略.其次,结合虚拟导向列车的技术经济特性,从经济和效率角度出发提出完全独立,路段专用、交叉口共享等4种空间优先策略,以及交叉口"主动优先"的时间优先策略,并从硬件和软件2方面提出了相应的路权保障措施.最后,基于VISSIM微观仿真数据,对比分析了不同优先策略下的路权效益,得出路段专用、交叉口共享路权方案相对最优的结论.论文研究可为虚拟导向列车的上路运行提供理论和实际参考.

基于扩张状态观测器的虚拟编组触发模型预测控制

为研究实际线路环境下的虚拟编组列车编队控制问题,综合考虑系统的实时性和抗扰性,本文提出一种基于扩张状态观测器的触发模型预测控制方法。首先,基于虚拟编组列车动力学方程搭建多车追踪模型,并设计终端函数,确保系统的稳定性;其次,针对模型预测控制中存在计算效率低和资源浪费的问题,引入事件触发机制,在求解优化问题时增加判断条件,以提高系统的实时性;再次,在前馈通路上加入扩张状态观测器,对环境中存在的扰动实时估计并补偿,减少干扰造成模型不准确的现象,提高模型的抗扰动能力;最后,基于MATLAB和Simulink仿真平台设计4列列车追踪的运行场景,并与传统模型预测控制方法进行对比,从控制精度和计算时间两方面验证所提方法的有效性。仿真结果表明:相较于传统模型预测控制方法,本文所提出的事件触发机制中3个阈值τ为0.001,0.010,0.100的计算效率分别提高了47%,64%,73%;在面对外部扰动时,本文所提算法在抗扰性上提高了33%。

虚拟轨道列车综合舒适性评价研究

以虚拟轨道列车为研究对象,综合考虑其舒适性影响因素,构建综合舒适性评价模型。通过实地调研分析乘客舒适性影响因素,采用层次分析法确定各因素权重关系,对比分析现有指标以及平台试验确定单因素舒适性评价方法,建立舒适性评价体系,并完成综合舒适性评价。最后,以宜宾智轨为例进行实例分析,问卷调查结果与评价结果有较好的一致性,并根据评价结果提出改善虚拟轨道列车舒适性意见,为虚拟轨道列车进一步设计开发提供理论参考。

虚拟轨道列车侧墙结构声学优化设计

基于有限元−统计能量分析方法(finite element-statistical energy analysis,FE-SEA)和周期结构理论,提出虚拟轨道列车车体结构的声学优化设计方法。首先,基于FE-SEA法对虚拟轨道列车侧墙结构进行声振特性分析;然后,基于周期结构理论建立侧墙结构的声振特性优化模型,结合自适应模拟退火算法(adaptive simulated annealing,ASA),对侧墙结构进行多目标参数优化设计;最后,根据多目标参数优化设计的结果,替换侧墙结构的几何参数并建立其声振特性预测模型,验证声学优化效果。研究结果表明:提出的车体结构声学优化设计方法可有效用于轻量化约束下的虚拟轨道列车车体结构声学优化设计。优化后侧墙结构的质量降低25.9%,计权隔声量提高1.0 dB,总辐射声功率级降低1.7 dB。车体结构的声学性能得到改善的同时,刚度变化也很小。

虚拟轨道列车多轴协同预瞄循迹控制方法

为了使多铰接虚拟轨道列车按照目标虚拟轨道行驶,需要应用自动驾驶技术进行循迹控制.在单点预瞄控制模型的基础上,结合车厢间的运动耦合关系,提出了一种多轴协同预瞄循迹的控制方法.在多体系统动力学仿真软件Simpack中搭建了多铰接虚拟轨道列车动力学模型,分别对不采用多轴协同控制和采用多轴协同控制时虚拟轨道列车在曲线工况下的虚拟轨道跟踪性能进行了仿真分析.结果表明:采用多轴协同循迹控制方法能够使虚拟轨道列车沿目标虚拟轨道行驶,可以解决虚拟轨道列车弯道行驶过程中的轨迹内移问题,提高了虚拟轨道列车弯道行驶的机动性.

虚拟轨道列车运行噪声特性及评价分析

虚拟轨道列车正在我国得到快速发展,其车内外噪声水平、特性及形成机理还缺少相关研究。基于线路试验,对虚拟轨道列车开展声源识别和振动噪声测试,分析其车内外噪声水平、频谱特性和速度依赖关系,进而参考城市轨道交通列车和汽车相关噪声限值标准对车内外噪声进行评价分析,最后对其噪声形成机理和关键控制技术进行初步探讨。结果表明:其以52.5 km/h匀速运行时,车内外噪声分别为69.5 dB(A)和67.8 dB(A);相比城市轨道交通列车和汽车相关噪声限值,虚拟轨道列车车内噪声分别低于噪声限值5.5 dB(A)和14.5 dB(A);车外噪声低于城市轨道交通列车限值11.5 d B(A);虚拟轨道列车车内噪声能量主要集中在315 Hz~1000 Hz频段内,噪声主要来源于地板区域,初步推断结构为噪声主要的传递路径,可通过避开车外振动源和车体结构共振频率来减小车体的结构传声。

虚拟轨道列车车体技术研究

虚拟轨道列车以胶轮替代传统轨道车辆的转向架在普通公路上行驶,其车体承载结构所受载荷条件、运行工况与传统运行在钢轨上的轨道车辆车体有着明显不同.为研究基于轻量化前提下适应虚拟轨道列车的车体结构型式和可靠性校核方法,对公交客车车身结构的技术发展进行分析,并结合公交客车和有轨电车进行对比分析,提出虚拟轨道列车车体结构的设计原则和结构选型建议,并对虚拟轨道列车车体强度校核方法给出分析和建议.

全行驶状态下虚拟轨道列车的动载及道路友好特性

为分析虚拟轨道列车在站间全行驶状态下(牵引、匀速、制动)的动载特性和道路友好性,基于车辆动力学、轮胎动力学、非线性动力学等理论,构建了随机路面激励下的虚拟轨道列车动力学模型,该模型考虑了车辆之间的耦合作用和轮胎-路面的相互作用,并对该动力学模型进行了验证。通过理论分析和数值计算,对虚拟轨道列车在站间全行驶状态下的动载特性和道路友好性进行了探究,同时分析了运行速度、路面等级和加/减速度的影响。结果表明:全行驶状态下的各轮纵向力趋于稳定值,牵引和制动状态下大小相等,方向相反,匀速状态下趋于零。牵引状态下车辆1前轴垂向动载荷均方根值最大,而制动状态下车辆3后轴最大。相较于牵引和制动状态,匀速状态下的道路友好性更优。垂向动载荷均方根值和道路友好性均与运行速度、加/减速度均呈正相关,与路面等级呈负相关。研究内容能够为虚拟轨道列车的运行模式提供建议以提高运行效率,同时,能够为沥青路面的选型提供指导以减缓道路损坏。

虚拟轨道列车循迹控制优化模型与仿真研究

对德国弗劳恩霍夫交通和基础设施系统研究所提出的一种三节编组道路车辆后车横向循迹控制模型进行了研究,并提出了一种优化模型,改善了车辆在轨道曲率变化时的循迹效果。为验证优化模型的控制效果,根据其研究的符合虚拟轨道列车特点的双铰接道路客车参数,使用ADAMS软件建立了三节编组的虚拟轨道列车虚拟样机模型,并通过ADAMS二次开发技术将循迹控制模型应用在仿真验证中。仿真结果表明,最大横向偏差小于0.1m,相较于原模型的小于1.0m,降低了一个数量级,明显改善了循迹效果;由于仍然沿用最小化横向铰接力的控制模型,保留了原模型横向铰接力小的优势。

虚拟轨道列车芳纶蜂窝裙板结构设计与验证

虚拟轨道列车由于采用胶轮系统,对车体裙板轻量化提出新的需求。研究采用芳纶蜂窝裙板结构取代传统的铝合金型材,通过铺层设计选取最优的铺层方案,仿真计算验证在不同工况下受力情况,并进行冲击振动试验。结果表明:采用芳纶蜂窝夹芯结构能实现裙板减重 40% 以上,同时满足车辆各种工况及疲劳寿命要求。

一种100%低地板虚拟轨道列车走行系统研究

虚拟轨道列车是一种轨道车辆与公共汽车相结合的产物,可利用光电原理或电磁原理识别公路路面上设置的虚拟轨道并沿其行驶。为使虚拟轨道列车具有100%低地板率和满足实际运用需求的动力,设计了一种轮毂电机驱动、独立悬架结构形式的走行系统。针对这种全新设计的走行系统结构,采用动态包络计算方法对走行系统结构布局的合理性进行校核;采用有限元分析软件ANSYS建立悬架有限元模型,对主销、转向节、上下横臂及安装销等主要受力零部件静强度和疲劳强度进行分析;采用UM软件建立虚拟轨道列车动力学计算模型,对配置该走行系统的虚拟轨道列车平稳性和舒适性进行仿真分析。计算和分析结果表明:在运动状态下走行系统各零部件之间无干涉,结构空间利用合理;在各种静载荷工况下悬架主要受力零部件所承受的最大Vonises应力均小于对应材料屈服强度,在疲劳载荷工况下,悬架各主要受力零部件材料利用率均小于1,即悬架静强度和疲劳强度满足标准要求;列车平稳性、舒适性指标随速度的升高而升高,但在列车最高试验速度(80 km/h)范围内,平稳性指标小于2.5,属于优级,舒适性指标小于2.5,属于舒适级。因此,该虚拟轨道列车走行系统结构设计合理,参数设置满足动力学性能要求。