基于ZYNQ的动车组牵引网电能质量监测装置

针对动车组运营时牵引网的电能质量问题,文中基于ZYNQ平台设计了一种适用于动车组的牵引网电能质量监测装置。选用ZYNQ-7000系列的XC7Z045芯片作为装置主控芯片,采用模块设计,主要包括信号采集模块、信号处理模块和数据传输模块。信号采集模块使用AD9251芯片实现对电压电流原始数据的同步高速采集;信号处理模块利用主控芯片中内含的双核ARM Cortex-A9构成的PS以及FPGA构成的PL实现数据的高速处理;数据传输模块利用以太网芯片和网络变压器构建千兆网络电路实现数据的高速传输。实验结果证明:该装置性能稳定、计算精度高,各项参数计算误差在0.5%之内,满足动车组牵引网的电能质量监测需求。

考虑动车组接续的区域城际网运行图加线模型

加线是运行图调图阶段常用的技术,加线时若能协同考虑动车组周转接续对降低动车组运用成本、提高行车组织效率具有重要意义。以区域城际高速铁路网络化运营为背景,以对既有运行图调整幅度最小化、动车组周转接续数量最大化为目标,考虑行车安全、接发车能力、动车组周转接续等约束,构建考虑动车组周转接续的多线路运行图协同加线优化模型;基于ε约束法处理多目标优化问题,设计滚动时域算法以提高模型求解效率。最后,选取宁杭高速铁路、沪昆高速铁路、京沪高速铁路组成的区域城际网进行案例分析,结果表明所构建方法能够实现运行图加线与车底运用的协同优化,相比既有单线加线模式,动车组平均利用率提高9.7%。该研究能够为运行图调整提供方法支持,提高调图质量与效率。

基于循环神经网络的动车组温度数据预测研究

采用循环神经网络建立了基于CRH5A型动车组温度类数据的预测模型,对影响预测结果的影响因子、模型层数及神经元个数进行了明确的界定,对CRH5A型动车组实车开展持续性追踪分析,采集动车组运行真实数据,进行积累和培养。在利用神经网络预测模型对数据进行训练后,CRH5A型动车组变压器温度峰值预测模型精度可达94.2%,牵引电机温度峰值预测模型精度可达93.8%,齿轮箱温度峰值预测模型精度可达95.3%,轴箱温度峰值预测模型精度可达92.7%。动车组温度数据预测结果的精确度可满足实际应用需求,预测模型在提高列车检修效率、节支降耗方面有着重要的作用。

基于门控循环单元的动车组制动盘温度模型构建与预测研究

文中提出了一种基于人工神经网络的动车组制动盘温度预测模型。该模型利用门控循环单元获取参数的时序特征,预测高速动车组紧急制动过程中制动盘温度变化。以某动车组制动运行试验的实测数据进行模型训练,预测不同初速度制动工况下制动盘温度变化情况。同时将预测结果与其他3种人工神经网络模型进行比较。结果表明,基于门控循环单元的制动盘温度预测模型效果显著,能有效提取数据特征,为制动盘温度预测提供了一种新的思路。

CRH380CL型动车组列车网络控制系统自主化研究

列车网络控制系统实现了动车组的控制、监视和诊断功能,针对CRH380CL动车组既有网络系统部件冗余性不高、备件停产以及技术支持力度不足等问题,基于既有网络拓扑结构,在保证其他子系统结构及功能不变的基础上,开展系统级自主化替代研究,实现TCN网络拓扑结构对既有ATI拓扑网络的替代,并完成包括自主化硬件研制及试验验证、系统及设备冗余性提升设计、RS485网关开发和子系统接口一致性测试、控制逻辑和显示屏界面等软件的完全移植以及半实物仿真平台测试等关键技术的研究和试验验证,保障动车组全寿命网络系统技术及备件支持,解决既有部件冗余性不高等问题,同时具备了软、硬件自主化升级以及未来PHM等新技术、新功能扩展的能力,降低了网络系统全寿命周期的运用维护成本。

动力集中动车组电气系统关键技术分析与验证

文章介绍了国外动力集中动车组的研究进展和典型应用,对各种车型的系统配置进行初步对比分析,结合中国动力集中动车组的研发技术水平和应用现状,提出了研制动力集中动车组技术的总体目标、技术特点、技术难点、技术方案,重点围绕动力集中动车组在牵引系统、DC 600 V列车供电和网络控制系统等设计项点,开展关键技术分析与研制。地面试验和现场运营情况表明,该电气系统性能表现良好,能够满足动力集中动车组电气系统各项指标要求,其成功研制为完善国内“复兴号”动车组谱系和高铁“走出去”提供坚实的装备支撑。

基于以太网技术的动力集中动车组一体化列车网络控制系统方案

为满足中国国家铁路集团有限公司运输及经营发展要求,进一步提高铁路运输服务品质,利用既有运输资源和机、客车的检修资源,结合既有动力集中动车组网络系统方案,提出了基于以太网技术的动力集中动车组一体化列车网络控制系统方案。该方案充分发挥以太网带宽高、速率快、组网灵活的技术优势,采用列车级和车辆级两级网络统一控制网、维护网和监测网,简化列车网络结构,实现多网络、多业务数据的融合。通过失效分析和可靠性分析论证了该方案的可行性,对比既有动力集中动车组的网络方案,分析了以太网一体化方案的技术优势,给出了技术升级方向。提出了以太网网络系统的网络安全防护策略。

动车组手持移动终端系统设计及应用

随网络信息化及高速动车组智能化的发展,手持移动终端在轨道交通行业中应用越来越广。介绍当前手持移动终端在高速动车组中的应用现状,结合当前动车组线路运营中巡检实情,设计一种手持移动终端系统,借助PIS系统搭建车厢内专用无线局域网,实现将列车数据单向发送至手持移动终端,通过调整移动终端的信号切换阈值,实现在车厢内移动时实时显示车辆重要部件状态及故障信息,并采取安全控制措施保障车辆的网络安全。

基于故障树与贝叶斯网络的动车组制动系统可靠性分析

高速列车制动系统的性能直接关系到行车的安全性。动车组的制动系统结构和原理复杂,故障模式复杂多样,研究分析其故障的模式和特点,有助于提高动车组的运行安全性和降低维修成本。该研究收集CRH某型动车组制动系统在一定运用周期内的典型故障数据,构建故障树,将故障树转化为贝叶斯网络模型,借助Netica软件构建贝叶斯网络计算模型,利用其双向计算功能,计算制动系统的故障率,分析导致制动系统异常的主要故障,为维护策略的制定提供科学依据。

动车组用网压过零点快速检测装置设计

兰新高速铁路玉门南站附近(公里标2440~2499区间)网压波动一直较大(范围在28~31 kV上下),且存在较大谐波,动车组途径此地容易发生牵引离线、闪红、自动切除及主断跳开故障。为保证动车组运行正常,设计了一种动车组用网压过零点快速检测装置,系统包括采集网压信号的网压采集电路、将模拟网压信号转换为数字网压信号的模数转换器、FPGA。FPGA对模数转换器发送的数字网压信号进行采样,并对采样的数字网压信号进行滑动窗口滤波和FIR滤波得到频率50 Hz的正弦波网压信号;FPGA内设过零点检测模块,过零点检测模块被设置为:当连续达到预设阈值T个网压数据大于零时,标记Flag=1;当连续达到预设阈值T个网压数据小于零时,标记Flag=0;当连续预设阈值N包网压数据小于零时,则输出过零中断信号。该装置已成功应用到高速动车组牵引控制单元,能够实时快速精确地检测动车组用网压过零点,使动车组在网压畸变严重的情况下依然保持正常运行。

基于数据驱动的高速铁路动车组列车头尾车车轮踏面缺陷预测方法

[目的]踏面缺陷是高速铁路动车组列车车轮失效的主要表现形式之一,严重影响了动车组运行的安全性及乘客的乘坐舒适性。车轮踏面缺陷主要集中在头尾车,可能是多种因素共同作用的结果,需要寻找一种能综合多种影响因素的预测方法。[方法]基于某铁路局动车组列车的车轮镟修数据,每个数据样本包括10个特征(4个名义特征和6个连续特征),对数据进行预处理。通过合成少数类样本过采样技术对不平衡数据集进行处理,构建了标准化数据集。建立了DNN(深度神经网络)模型,对底层特征进行组合,形成了特征的高层抽象表示。通过网络结构调整和超参数优化得到了模型的最优学习效果。对模型进行训练并测试,验证了该模型的预测效果。[结果及结论]基于数据驱动的头尾车车轮踏面缺陷预测方法具有较高的预测精度和较优的综合性能,其预测精确率达92.5%,可有效预测头尾车车轮踏面损伤的发生概率。

基于监督机器学习算法的动车组PHM预警核验方法研究

为提高故障预测与健康管理PHM模型预警的准确率以有效支撑动车组现场处置工作,在系统或模型报出诊断结果后,模型研发或运用单位等通常需要投入大量人力和精力对预警结果进行人工核验才能更为准确、有效地指导现场工作,效率较低,影响生产组织。为此,研究提出采用K最近邻和卷积神经网络等两种监督机器学习算法对PHM预警结果进行自动核验,并选取某型动车组牵引系统温度类PHM预警模型对算法进行了测试和验证。结果表明,该算法检验的准确率等指标较为理想,可以在一定程度上代替人工核验,提高模型结果的可用性。

智能高速动车组关键技术现状及展望

“复兴号”智能动车组作为动车组典型代表,构建以牵引、制动、网络、安全监测等关键技术为支撑,智能控制、智能运维、智能监控、节能环保为特征的动车组智能技术体系,持续引领国际高速列车技术发展趋势。下一代智能动车组,将以自主感知、自运行、自监控、自诊断、自决策、自保护为目标,开展智能感知、智能行车、智能控制、智能监测、智能诊断、智能服务、智能运维等关键技术研究,为智能高速铁路2.0建设提供技术支撑。

动车组运行故障图像监测系统(TEDS)自动分类监测作业技术研究

动车组运行故障图像监测系统(TEDS)的全路联网应用为动车组运行安全提供了重要保障。为了减少人工作业量,提高监测效率,实现提质增效目标,满足国铁集团TEDS精细化分类监测作业需求,研究了TEDS自动分类监测作业技术,设计实现了一种TEDS自动分类监测作业方法,在国铁集团级设计建立了全路动车组开行列车TEDS分类作业的关联作业图表,提出了利用多源基础数据自动计算作业图表的算法,在动车(车辆)段监控中心设计了本地作业图表的生成方案,研发了自动派工的系统应用功能,实现了依据作业图表分类监测的作业能力。实际应用表明,提出的方法能够有效减少人工作业工作量、增强异常发现能力、降低人力成本压力,为动车组运行状态的有效监测奠定了良好的技术基础。

基于工业以太网的动车组列车通信网络设计

动车组列车通信网络(TCN,Train Communication Network)为动车组列车运行控制、多车重联控制、车辆维护及旅客服务等提供公用通信服务,实现列车信息传输和共享。我国现有的动车组TCN采用基于IEC 61375标准的绞线式列车总线(WTB,Wire Train Bus)+多功能车辆总线(MVB,Multifunction Vehicle Bus)技术,数据传输带宽有限,且部分通信线路无冗余,难以满足动车组技术升级过程中不断增长的列车数据传输需求。面向动车组TCN的各类数据传输要求,研究将工业以太网技术应用于动车组列车通信网络,利用工业以太网的特性和优势,实现对既有动车组TCN技术的替代升级。测试结果表明,采用该动车组列车通信网络,动车组所有子系统设备的通信状态和通信质量测试结果均满足评定标准,满足列车控制与管理要求,系统运行稳定,符合设计要求。该动车组列车通信网络已在复兴号系列动车组和上海、贵阳等城市的城际、城铁车辆上广泛应用,传输速率高,稳定性强,设备维护便捷,有助于快速提升轨道交通列车维修及旅客服务水平。

高原双源动力集中型动车组网络关键技术及应用

高原环境下电气化与非电气化区间的跨线运营,对动力集中型动车组的多动力形式融合运用及不同类型动力车间、动力车与拖车间的互联互通互控、各系统间的信息交互和车载网络系统的稳定性、可用性、可靠性提出了更高的要求。针对高原双源动力集中动车组动力源的多样性和安全监控的综合性,从网络传输、互联互通互控、自救援能力提升、安全监测数据融合方面,研究该动车组网络系统的关键技术;在进行动力车与拖车的网络控制系统架构设计的基础上,从动力车网络初运行控制技术、互联互通互控技术、长大隧道条件下自救援技术和综合安全监控技术等方面,优化设计车载网络通信架构,提出不同动力主体下混合牵引、内燃、电力模式的切换控制、整车主动式压力波的一体化控制、内燃动力自救援控制及内燃模式下列车供电系统强行投入控制策略;为实现多动力主体协同的安全监控数据融合,构建动车组车载综合安全监测一体化平台,并进行功能和性能验证。结果表明:高原双源动力集中动车组网络关键技术能够满足恶劣环境及复杂应用场景的需求,研究结论可为后续双源动力集中动车组多种组合方式的推广和应用提供技术支撑和应用保证。

离所时间限制下动车组交路计划优化研究

由于我国高速铁路系统一般在夜间进行检修作业,故动车所对动车组最晚离所时间会有一个限制,避免某些列车受检修天窗的影响而长时间停站。在编制动车组交路计划时考虑此类约束条件,将大幅增加模型的求解难度。本文针对该问题,将动车组最晚离开动车所时间、一级检修里程周期和时间周期作为约束条件,分析动车组交路的优化目的,以动车组接续总时间和动车组交路总损失里程最小化为目标,基于列车接续网络图,建立离所时间约束下的动车组交路计划优化模型。结合模型的特点及其复杂性,设计求解模型的模拟退火启发式算法。并以太原南动车所的46个列车车次为例,分别在不考虑离所时间约束和考虑离所时间约束两种场景下,生成动车组交路优化方案。结果表明:在动车组交路个数、接续总时间和平均运行里程等指标几乎相同的情况下,实现了离所时间约束,使得交路计划更加符合运输生产实际需求。

CRH3A型动车组MVB通信故障排查方法探究

随着中国高速列车产业的蓬勃发展,动车组智能化程度不断提升,列车网络控制系统作为动车组核心控制技术之一,是动车组的神经系统和指挥中枢,而其中MVB通信是达成总体技术和顶层技术指标要求的重要组成部分。动车组运用检修过程中,网络控制系统故障时有发生,网络故障诊断排查一直是难点和痛点。因无法确切查找出故障点,现有故障排查处置多以预防更换为主,无疑存在巨大浪费和安全隐患,因此开展网络故障排查方法研究非常必要。CRH3A型动车组车采用MVB通信来实现车辆的牵引、制动控制及监视功能,保障列车安全运行。本文研究CRH3A型动车组网络系统结构组成、MVB通信原理及故障诊断逻辑,结合现场典型故障排查,总结网络故障排查经验,梳理形成网络故障排查方法,以提高CRH3A型动车组网络故障排查效率。

GSM-R网络中CRH380A型动车组无线接收性能分析

铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)因具有成熟、稳定、安全可靠等优势,在当前高速铁路通信网络中得到广泛应用。CRH380A型动车组由于其运行速度快,在GSM-R网络中容易发生无线接收故障。GSM-R无线接收故障多为无线超时,高铁动车组因未能及时收到基站子系统(BSS)传来的信息而报错。无线超时一般由车载电台故障、无线信道质量下降等原因引起。通过对GSM-R网络中CRH380A型高速动车组无线接收案例进行分析,为GSM-R网络的进一步优化覆盖及无线故障排查提供参考。

动车组用联轴节断裂原因分析

某动车组用联轴节在使用过程中发生断裂,通过断口宏微观形貌观察、金相组织分析、化学成分分析、布氏硬度测试等手段对联轴节断裂原因进行综合分析。结果表明:联轴节表面氮化处理前存在原始裂纹是导致其在使用中发生断裂的主要原因。鼓形齿表面氮化处理存在硬而脆的网状氮化物,导致表面层脆性增加,也是加速其断裂的原因。