面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行仿真研究

城市轨道交通是解决城市交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式,其高峰期客流激增且客流时空分布不均,而面向虚拟连挂的城轨列车动态灵活编组和群组追踪运行能有效满足复杂多变的城轨运营需求。本文剖析面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行过程,给出虚拟连挂列车群组最小安全追踪距离计算公式;以单列标准车长的线路路段为一个元胞单元,设计速度及位移更新规则,构建基于元胞自动机的城轨列车群组追踪运行仿真模型;以某市地铁2号线为背景,多角度仿真刻画面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行性能。仿真结果表明:面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行模型能有效缩短列车最小安全追踪间隔时间,城轨线路通过能力较移动闭塞制式提高78.4%;头车延迟引起的后续列车晚点总数量及总晚点时间更小,呈现出更佳的抗干扰性与恢复性能,且宜采用小编组列车实现虚拟连挂;动态混合编组的城轨列车群组追踪运行性能最佳,单一小编组的次之,大编组列车群宜在小编组列车群前面运行;城轨列车群组旅行速度总体上与平均站间距呈正相关;当列车发车间隔大于延迟时间时,平均站间距对列车群组的延迟影响不敏感,相反,则影响较为显著。研究结论能够为面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行决策提供技术支撑。

基于虚拟编组技术的城市轨道交通列车延误跳停调整研究

针对城市轨道交通突发列车延误问题,为恢复正常行车秩序和保障总体乘客出行效率,提出基于虚拟编组技术的列车跳停调整方法。首先,分析虚拟编组技术下的列车运输组织模式,总结虚拟编组技术支持下的列车跳停调整优势,以乘客总旅行时间最小为目标构建延误条件下的列车跳停调整模型。然后,采用遗传算法对模型进行求解。最后,通过算例分析将传统跳停调整策略和基于虚拟编组技术的跳停调整策略进行对比。结果表明,在列车延误条件下,基于虚拟编组技术的跳停调整方案相较于传统跳停调整方案能减少15.64%的乘客总旅行时间,保障乘客的出行体验,提高总体乘客的出行效率。基于虚拟编组技术的跳停调整方案可为城市轨道交通列车延误问题提供新的方法性借鉴。

紧急制动工况下虚拟轨道列车车间铰接力研究

围绕一种新型多轴铰接式城市轨道交通工具——虚拟轨道列车,针对路面附着条件变化会造成轮胎制动力不足、车轮抱死和车间铰接力增大的问题,提出了一种考虑路面附着系数的列车自动紧急制动策略.首先,采用扩展卡尔曼滤波和模型预测控制原理设计了上层控制器,基于实时估计的路面附着系数、列车制动舒适性和安全性,确定列车期望制动加速度;其次,基于轴荷比例分配原则和PID反馈补偿控制原理设计了下层控制器,根据列车期望制动加速度确定列车各轮胎的制动力矩;最后,搭建了Matlab/Simulink与Trucksim联合仿真平台,研究了列车制动过程中车间铰接力变化情况.结果表明,列车载重、制动初始车速以及路面附着系数变化对车间最大铰接力有影响;本文的制动策略具有良好的鲁棒性,在不同工况下能够有效防止车轮抱死、减小最大铰接力,提高列车制动过程中的舒适性和安全性.

虚拟轨道列车全轮主动转向控制研究

针对多铰接式虚拟轨道列车的转向问题,基于后车跟随首车行驶轨迹运行的思路,提出了一种全轮主动转向控制方法.首先,利用移位寄存器储存首车的行驶轨迹作为目标路径;其次,根据车体后轴实际路径和目标路径间的横向偏差量,基于PID控制器和Stanley算法确定车体后轮转角,进一步利用阿克曼转向几何原理计算后车前轮的转角;最后,搭建TruckSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,结合典型工况进行仿真分析.仿真结果表明,本文设计的控制方法有效提高了拖车模块对牵引车模块的跟随性能,减小了车间铰接处的作用力、车体的质心侧偏角和轮胎侧向力,从而提高了列车在转弯时的稳定性.

基于滑模控制的虚拟编组列车追踪控制策略

[目的]现有的基于移动闭塞的列车控制系统中,相邻列车之间存在较大的安全裕度,在面对潮汐客流现象时,区段的运输效率同区段的实际运力需求无法匹配。虚拟编组列车能够提高线路的运力,同时能更好地适应不平衡的通勤客流。因此,需研究适用于虚拟编组列车的高精度追踪控制策略。[方法]针对虚拟编组列车运行控制问题,提出了一种基于滑模控制的虚拟编组运行控制策略。建立了列车动力学模型和虚拟编组列车运行控制模型;设计了非奇异终端滑模控制器,并对所设计的控制器进行了仿真测试。[结果及结论]在所提出的虚拟编组控制策略下,虚拟编组列车的位置跟踪误差和速度跟踪误差能够沿滑模面在有限时间内渐近收敛到零。在仿真验证的4列列车中,当首列列车运行状态发生改变时,虚拟编组中的其余列车会在很短的时间内跟踪期望的速度轨迹,验证了所提出的控制策略对虚拟编组列车追踪控制的有效性。

面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法

伴随着我国城市化进程持续快速发展,既有的城市轨道交通列车运行控制系统下运力资源的调控能力已经趋于饱和。为了满足不断增长的乘客出行需求,以列车虚拟编组为代表的新技术成为发展方向。为了解决虚拟编组下列车的运行调度问题,提出面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法,建立列车运行和客流变化模型,描述列车运行和乘客人数的动态变化;构建列车时刻表和编组策略的协同优化模型,以实现列车利用率、列车停站时间和乘客等待时间之间的平衡为目标求解优化策略,并根据最优解生成列车调度和编组方案;最后选取北京地铁亦庄线为线路仿真对象,结果表明该模型可以显著提高列车利用率,减少乘客候车时间,具备良好的应用前景。

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。

一种适用于多列车虚拟编组控制系统的列车定位误差估计方法

[目的]虚拟编组技术对列车定位精度和准确性的要求极高,传统定位技术手段难以满足虚拟编组SIL4(安全完整性等级为4级)的安全需求,因此有必要对定位算法进一步研究,估算出更加精确的定位误差包络,缩短虚拟编组追车距离,提高编组安全性。[方法]基于传统列车定位技术,将定位过程拆分为列车测速、测距与初始定位3个部分,基于定位过程各部分中所存在的误差因素,提出一种新的列车定位误差包络计算方法,采用数理推导的方式,分别对各类误差因素进行推导计算,得到定位过程各部分的上下界包络。[结果及结论]所提方法充分考虑了列车测速、测距与初始定位中的误差因素,使得定位误差上下界包络更加精确,降低传统定位误差计算的保守性,同时所提方法能够满足SIL4要求,满足虚拟编组控制系统在近距离追车场景下的安全需求,并进一步缩短追车距离,提高运输效率。

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。

支持虚拟编组技术的列车运行控制系统方案研究

[目的]随着城市轨道交通网络化发展,线网客流时空分布不均衡的特性逐渐凸显,既有列车固定编组方式难以实现“按需运输”。为充分利用线路运力,需研究新一代列车运行控制系统。[方法]提出了一种支持虚拟编组技术的列车运行控制系统设计方案,并从列车运行逻辑控制、线路资源管理及调度指挥机制等方面分析了支持虚拟编组技术的列车运行控制系统与传统列车运行控制系统的性能差异;介绍了虚拟编组的关键技术;为实现虚拟编组技术在工程项目中的应用,提出了在项目规划和设计阶段,针对虚拟编组列车停车区域、正线站台区域及站台门接口等方面需要考虑的工程设计内容。[结果及结论]车车通信架构为虚拟编组技术的实现提供了更合理的系统架构设计基础;基于“撞软墙”模型协同运行控制及智能感知的列车运行控制是虚拟编组列车运行控制系统的关键技术。随着虚拟编组技术的大规模应用,列车运行控制系统能够在客流变化时快速调整在线列车编组长度,提高了运输组织的灵活性,提升了乘客服务水平。

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。

城轨列车虚拟联挂高效协同控制策略研究

城市轨道交通(简称“城轨”)列车虚拟联挂是轨道交通领域的研究前沿,其目标是提升既有线上列车的运行效率,而其运行效率的提升主要体现在起车和停车阶段。为提升城轨列车虚拟联挂编组列车在起车和停车阶段的编组运行效率,文章提出一种虚拟联挂高效协同控制策略。其首先构建城轨列车编组内列车之间的相对制动模型,得到编组内列车之间的相对制动距离;接着,在协同控制层构建高效起车、停车目标函数,设计优化控制器,在约束下对目标函数进行求解,得到起车和停车阶段领航车和跟随车的关键决策信息;然后,研究操纵序列规划技术,分别得到领航车和跟随车的可执行操纵序列;最后,设计线性二次调节器(LQR)算法,对操纵序列进行精准跟随控制,得到执行指令。仿真结果表明,采用该虚拟联挂控制系统,城轨列车编组可在0~60 km/h车速范围内实现领航车和跟随车的停车时间间隔最小为1.6 s,有效提升了城轨列车编组在起车和停车阶段的运行效率。

城轨列车虚拟联挂协同速度规划技术

城市轨道交通列车虚拟联挂技术能有效解决客流时空分布不均衡的问题。从城轨列车编组运行准时性、舒适性和站台作业时间充足的关键需求出发,文章首先对列车的牵引和制动特性、车辆运动学和动力学模型进行了深入分析,提出一种信息集中决策型虚拟联挂协同速度规划算法,通过对算法的约束条件、目标函数和最优求解进行设计,计算出联挂编组随时间运行的位移、速度、加速度、牵引力/制动力、冲击率和工况的规划序列。现场试验结果显示,该虚拟联挂编组运行的到站时间差小于3 s、前后车停车时间差小于2 s、冲击率不超过0.1 m/s^(3)、牵引与制动工况切换平稳,表明采用该技术能有效实现列车编组安全、准时、舒适和高效的运行,为后续的工程化应用奠定了坚实的基础。

城市轨道交通列车虚拟联挂技术研究

列车虚拟联挂技术是借助先进的无线通信、传感定位和协同控制等技术,通过控制相邻列车间的运行速度和间隔距离,形成一个协调逻辑整体,完成列车编队的共同控制与调度组织,该技术已经逐渐成为轨道交通列车运行控制系统的发展方向。文章综述了国内外的城轨列车虚拟联挂技术的发展概况及技术现状,分析了实现城市轨道交通列车虚拟联挂的关键技术,包括高性能的车车通信技术、基于相对制动的安全防护技术、基于自主感知的防撞技术、多传感融合列车定位技术以及协同控制技术等;并指出其工程应用中所面临的技术挑战,如更好的协同控制算法、更优的车车通信机制,以及更完善的安全制动模型等。

基于虚拟编组技术的列车运行状态转换方案研究

虚拟编组技术在提升列车运行效率、缓解线路运输能力紧张、适应客流时空分布不均衡等方面存在突出优势,是轨道交通领域研究的前沿。面向虚拟编组技术的列车运行是一个复杂的过程,需要经历列车耦合、耦合编队、列车解耦等多个阶段的转换过程。其中,列车耦合和解耦是实现虚拟编组的关键技术问题,以列车的区间耦合和解耦为研究对象,展开描述列车耦合和解耦的控制过程。在此基础上,提出一种虚拟编组列车运行状态转换方案,并对虚拟编组场景下不同的列车运动状态进行动力学分析。最后,通过仿真验证虚拟编组技术在缩短行车间隔,提高线路能力方面的优越性。结果表明,在相同行车速度下,耦合编队中单元列车最小间隔远小于传统闭塞方式,且随着行车速度增加,二者之差会越来越大;当行车速度在60 km/h时,最小安全间隔相比传统方式,缩短约71.7%;此外,尽可能调度相对制动性能高的列车作为耦合编队的跟随列车,也将有利于进一步提高行车效率。

基于可达集的虚拟编组行车安全防护方法研究

虚拟编组可有效提升运输能力,是轨道交通领域的研究前沿,其行车方式的变革给列车运行控制带来新的问题。为满足虚拟编组行车紧密追踪及协同作业的安全防护需求,探讨一种基于可达集的虚拟编组列车运行安全防护方法。首先,构造列车运行控制混成自动机模型,更加精确地描述编组列车控制行为;然后,提出一种通过对混成模型过近似可达集求解来确保列车运行安全的防护方法,深入剖析虚拟编组列车运动行为,给出一种面向多面体精化的自适应步长可达集求解算法,能够实时预测前行列车动态轨迹,进而达到最大限度缩短列车追踪间隔的效果;最后,利用实际线路数据进行仿真实验。实验结果表明,该防护方法与传统防护方法相比,可进一步缩短列车追踪间隔,更能满足虚拟编组行车安全防护需求。

基于虚拟编组的均衡间隔列车运行图编制研究

论述虚拟编组技术对运输组织方式的影响,并对传统列车运行图编制进行研究,提出基于虚拟编组技术的均衡间隔列车运行图编制方法。明确虚拟编组技术下均衡间隔大小交路列车运行图编制的步骤,从服务水平和企业运营成本两方面确定列车运行图的评价指标,并采用层次分析法对不同方案进行评价。以北京地铁19号线为例,分析基于虚拟编组的等间隔列车运行图编制方法,结果表明此方法可提高服务水平、降低运营成本。

城市轨道交通虚拟编组列车优化运行方案研究

虚拟编组技术通过车-车无线通信实现车辆“虚拟连接”。虚拟编组列车车辆间无机械车钩连挂装置,在运行过程中可以进行动态连挂和解编操作,能够基于客流变化实现灵活的运输模式。本文以缩短乘客旅行时间和提高列车运输效率为目标,提出虚拟编组列车运行方案的优化方法,并基于实际城市轨道交通线路早高峰客流OD(original-destination)数据给出优化设计结果。虚拟编组优化运行方案与现行方案的仿真结果表明,虚拟编组优化方案在保证运输效率的同时,可以有效缩短乘客旅行时间,提升轨道交通客运服务质量。

城轨交通行车调度应急演练虚拟联动技术研究及应用

针对城市轨道交通行车调度应急演练存在多专业协调困难、演练方案复用性差、灵活性低、耗时多等问题,开展行车调度应急演练虚拟联动技术研究。首先采用语音识别技术,收集城市轨道交通常用专业术语,加入专业识别语音库;其次将应急场景分解成若干任务,设计出每项任务所涉及的运营岗位,然后按照应急场景的运行流程,实现教员-行车调度员-虚拟岗位之间的联动;最后以北京地铁行车调度演练平台为例,证明行车调度应急演练虚拟联动技术的应用可有效提高行车调度应急演练的效率与质量。