CBTC系统中移动闭塞与后备模式追踪间隔研究

为了探讨基于通信的列车控制(CBTC)系统后备模式下追踪间隔的特性及与正常情况下追踪间隔的差异,在研究CBTC系统基本工作原理、相关移动闭塞和后备模式技术的基础上,建立了CBTC后备模式下的追踪间隔仿真模型,并对CBTC系统在移动闭塞和后备模式下的追踪间隔进行了仿真计算.结果表明:CBTC移动闭塞模式和后备模式都能满足系统要求,实现较小的追踪间隔时间;移动闭塞模式优于后备准移动闭塞模式,能够实现相对更小的追踪间隔时间(<90 s).     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点，将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标，研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式，考虑列车安全、正点运行约束，构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法，提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例，求解得到一组列车最优操纵Pareto解，体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔，为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间，列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

列车节能运行优化操纵的研究

在确保列车运行安全、平稳、正点的前提下,研究列车节能运行的优化操纵方法。分析了列车运行的能耗构成及节能的主要原则;提出下坡道入口的两个特征速度:即惰行进坡速度和动力制动进坡速度,通过对列车运行线路进行预处理,给出列车节能运行的优化操纵序列和寻优策略,使列车节能运行的寻优成为可能,而且加快了寻优进程。      

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客运专线具有高速度、高精度的特点,对列车运行仿真的精度提出较高的要求。系统初始映像的质量是影响列车运行仿真精度的关键因素。提出了基于牵引计算和规则集推理的精确系统初始映像方法。首先设计了初始映像的主体流程,然后对列车在信号系统中的绝对位置进行抽象,建立了正向规则集和反向规则集,并给出了推理机制。最后在自主设计开发的客运专线列车运行组织仿真系统上,以正在建设的北京到天津客运专线为背景,分别应用传统的和精确的初始映像方法在四显示固定闭塞和准移动闭塞下进行仿真。仿真结果表明,列车运行仿真精度指标－平均偏离时分能够降低23％。     

高速列车跟驰运行控制策略与安全车距的互动演化

为实现高速列车的安全、高效、平稳运行,利用Petri网描述与分析了给定跟驰状态下高速列车控制策略与安全车距的互动演化机理,探讨了高速列车复杂跟驰形势下的安全车距计算问题,建立了能够反映高速列车控制策略的停车减速运行数学模型,提出了基于控制策略的安全车距计算方法,以满足高速列车当前跟驰状态下行为调整的安全性、高效性和平稳（舒适）性和有助于动态安全车距和控制策略的实时标定。在前车速度分别为250、300、350 km·h-1,后车速度为300 km·h-1三种跟驰状态下,计算了前后车分别采取不同的控制策略时应保持的安全车距。计算结果表明：随着前后车控制策略的变化,安全车距是不同的,对列车行为调整的平稳（舒适）性与跟驰效率的影响也存在差异;综合考虑安全、效率和列车行为调整的平稳（舒适）性,宜针对高速列车不同跟驰状态重新标定不同跟驰控制策略下的安全车距,并建立相应的数据库,作为列车运行和控制的依据。     

列车节能运行优操纵的研究

在确保列车运行安全、平筝、正点的前提下，研究列车节能运行的优化操纵方法。分析了列车运行的能耗构成及节能的主要原则；提出下坡道入口的两个特征速度；即惰行进坡速度和动力制动进坡速度。通过对列车运行线路进行预处理，给出列车节能运行的优化操纵序列和寻优略，使列车节能运行的寻优成为可能，而且加快了导优进程。     

制动特性对列车纵向冲动的影响

针对大秦线重载列车实际运用中出现的纵向冲动过大的问题,使用基于气体流动理论的空气制动特性仿真和基于刚体动力学的列车纵向动力学联合仿真方法,研究制动波传播的均匀性、制动波速、制动缸升压特性等制动系统特性对纵向冲动的影响.结果表明在制动波速不变条件下,制动波匀速传播与非匀速传播时列车纵向冲动水平基本一致;制动波速对列车车钩力影响显著,波速越高,车钩力越小;在列车制动能力不变的条件下,随着列车首尾车制动缸压强曲线开口度的收敛,纵向冲动明显降低,最大车钩力发生位置向列车后部移动.     

制动充气时间对快捷列车纵向冲动影响研究

利用空气制动和纵向动力学联合仿真程序,采用了KZ1空气制动系统和胶泥缓冲装置,建立了P160D快捷货车组成的快捷列车模型,计算紧急制动下不同制动缸充气时间对不同装载状态快捷列车纵向冲动的影响.结果表明,紧急制动距离随着制动缸充气时间延长而增大;满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车中最大车钩力、最大加速度随着制动缸充气时间延长而减小;不同制动缸充气时间下,满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车的纵向车钩力小,车辆瞬时加速度大,快捷货运列车运行中需对加速度进行控制.     

基于元胞自动机模型的地铁列车折返间隔分析

科学、合理的仿真模型是研究地铁列车折返间隔的关键.本文建立的连续型元胞自动机模型,在参数设置上具有更好的适配性,且能有效缩短步长,以提高仿真精度从而更精确地模拟列车实际运行.该仿真基于列车运行状态,对移动闭塞地铁列车追踪运行及站后折返场景进行了仿真,得到的时间-距离图、距离-速度图及现场实测数据验证了模型的可用性及仿真精度.同时定量分析了道岔侧向限速、列车制动性能、停站时间对折返间隔的影响,提出了缩短折返间隔的措施,使折返间隔降低了31.22％,为提高线路运营能力提供了参考.     

5000t重载列车制动动力学模拟分析

重载运输的研究必须纳入系统工程的轨道,其中,计算机模拟技术是一种重要的研究手段。我们在全面研究列车动力学的基础上,建立了重载列车制动动力学的通用计算程序,可以对制动过程中各节车的位移、速度、加速度、车钩力、缓冲器行程等进行全面分析,对确保重载列车的安全运行极为重要。本文将模拟计算结果与线路试验结果进行了对照,取得了较好的一致性。文中分析了制动过程中车钩力变化的过程及沿车长的分布,分析了制动初速、车钩间隙、制动开始时的车钩状态、缓冲器特性及制动特性等对列车冲动的影响,同时指出了减少该冲动的途径。     

无调车作业重载列车制动工况缓冲器特性研究

使用大容量缓冲器是重载列车主要特征,大容量缓冲器的大刚度特性使得重载列车运行中车钩力增加.调车工况是对缓冲器容量需求的主要工况,在无调车需求的重载线路中没有将缓冲器大容量特性发挥,反而引起列车运行过程中的过大车钩力.使用列车空气制动与纵向动力学联合仿真方法,针对神华铁路无调车作业的重载列车设计出新型缓冲器特性,仿真结果表明万吨列车在减压50、减压170 k Pa常用制动和紧急制动时车钩力分别降低11.5%、26.7%、43.8%,空气制动减压量越大,车钩力降低越明显.新缓冲器可以满足相对速度5.0 km/h的冲击需求.该研究为缓冲器开发提供了理论指导.     

地震作用下高速列车-线路-桥梁系统动力响应

为分析地震对高速列车通过桥梁时行车安全性的影响,基于高速铁路列车-线路-桥梁动力相互作用理论,建立了考虑地震输入的高速列车-线路-桥梁耦合动力学模型.以跨度32 m的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,对地震作用下高速列车通过桥梁时系统的动力响应进行了数值计算.结果表明:地震对高速列车-线路-桥梁系统动力响应的影响明显,对桥梁横向振动响应的影响大于对竖向振动响应的影响;地震会降低高速列车通过桥梁时的行车安全性和运行平稳性———在水平1.0 m/s2,竖向0.5 m/s2的规格化El Centro地震波作用下,当列车运行速度超过250 km/h时,轮重减载率超过了安全限值;当列车运行速度达300 km/h时,脱轨系数超过了安全限值.因此,评判地震作用下高速列车通过桥梁时的行车安全性,应考虑行车速度的影响.     

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...     

地铁正线40.0‰最大坡度对行车特性的影响

地铁线路穿越山岭或跨江渡河时，适当提高正线最大坡度标准有利于减少建设成本、降低设计和施工难度. 为了研究地铁正线40.0‰ 最大坡度取值的可行性，结合苏州市轨道交通8号线车线系统特点，采用理论分析、列车纵向动力学、车辆-线路系统动力学以及有限元等方法，从动车功率、列车起动与制动能力、故障列车救援、列车运行状态与动力特性、轨道力学特性等方面分析了地铁正线40.0‰ 最大坡度对行车特性的影响. 研究结果表明:当采用4动2拖B2型车时，地铁正线最大坡度值可采用40.0‰；列车通过40.0‰ 大坡道地段时，行车安全性、平稳性、列车起动制动以及故障救援能力均能满足要求；钢轨所受最大应力仅为容许应力的37%，纵向最大位移值仅为0.443 mm.      

列尾装置对重载列车纵向力的影响

根据气体流动理论与多刚体动力学原理,建立了带有列尾装置的列车空气制动系统与列车纵向动力学联合仿真模型,计算了制动系统中空气流动瞬态数值解,获得制动系统特性,同步计算了列车纵向冲动。2万吨组合列车计算结果表明：全制动时安装列尾装置使最大车钩力降低54％,列车纵向冲动明显降低;列尾装置减压量越大,车钩力降低越明显,目前列尾装置减压量固定为50kPa,应根据线路经常使用的减压量确定更合理的值;列尾装置排气速度对车钩力影响较小;列尾装置滞后时间对车钩力影响微小;使用机车替代列尾装置,在大减压量制动时,车钩力将明显得到改善,减压量越小,机车与列尾装置作用效果越接近,当机车减压50kPa制动时,列尾装置与机车作用相同。     

高速铁路高峰小时运力资源优化配置研究

为了解决高速铁路线路合流区段高峰小时通过能力紧张的问题,本文结合车站间隔时间随着相邻列车运行状态及运行速度、车站而动态变化的特征,将精确到1 s的列车追踪间隔时间和车站间隔时间作为输入条件,以最大化高峰小时列车开行数量、优先组织开行停站较少的列车为目标,提出基于列车运行时空路径的高峰小时运力资源配置模型,设计分支定界求解算法,采用列生成技术降低模型求解规模.以包含7个车站的客流区段作为算例,验证模型和算法的有效性.结果表明,模型能够进一步提高运输效率、满足旅客运输需求.     

重载列车制动特性的试验研究

为了减小重载列车因制动及缓解不同步而造成的纵向冲动,研究制动特性对纵向冲动的影响,根据线路试验实测数据分析了单编万吨列车在常用制动及缓解工况下的试验特性.结果表明:单编万吨列车减压50 kPa常用制动时制动波速为163 m/s,减压100 kPa常用制动时制动波速为202 m/s.列车在制动过程中,制动作用沿列车长度方向具有制动起始时间的不同时性和制动缸升压速度的不均匀性.单编万吨列车常用制动不论制动减压量多少,随着车辆序号的增大,勾贝伸出时间均变长,列车管减压量越大,则制动缸勾贝伸出越早,首尾车开始制动的时间差越小,即平均制动波速越高.缓解工况时各车位从列车管开始充气到制动缸开始排气存在一定的时间差,所以列车管开始充气一段时间后列车管缓解曲线才出现明显的尖峰,加速缓解风缸才开始发挥"局部增压"的作用.     

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。      

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．