考虑过分相区的高速铁路列车操纵节能优化

既有研究在优化高速列车节能操纵方案时忽视了一些实际约束,如很少考虑列车须采用惰行工况通过分相区,所求方案可能不符合列车操纵规范要求.为研究考虑列车过分相区约束、曲线限速以及计划运行时分要求等实际约束的列车节能操纵问题,将高速列车区间运行过程根据分相区、限速、坡道划分为不同阶段,建立多阶段最优控制模型以最小化列车牵引能耗;采用基于自适应Radau伪谱法的GPOPSⅡ求解模型的精确解,结合武广线案例分析多阶段最优控制模型及算法的节能效果.结果表明,模型在不同线路条件下求解得到的列车操纵方案都满足实际约束,且比司机实际操纵方案平均节能10.8%;与考虑列车过分相区约束的标准四阶段模型所求方案相比,模型求得的列车操纵方案平均节能4%.      

考虑驾驶策略的高速列车运行图节能优化方法

为了降低高速列车从始发站至终到站运行的牵引能耗, 研究了针对多列车区间运行时分同步分配的列车运行图节能优化方法。基于高速列车在站间采用的“四阶段”操纵策略构建最优驾驶策略集, 以牵引距离和巡航距离为变化因子, 以牵引能耗和区间运行时分为计算目标, 求解出最优驾驶策略集里牵引能耗与区间运行时分的线性关系。在此基础上构建多列车区间运行时分最优分配的节能运行图模型。模型以牵引能耗最低为目标, 考虑了列车总运行时间约束、变量取值范围约束以及安全间隔时分约束。在模型求解方面, 选取拉格朗日松弛算法, 将复杂约束松弛至目标函数当中, 从而把原问题分解为各区间可独立求解的子问题, 利用次梯度优化的方法得出精确解, 实现了多列车区间运行时分同步分配的目标。以宝兰高速铁路为背景进行算例验证, 结果表明: 通过重新分配区间运行时分, 10列车总共节约了595.958 kW·h牵引能耗, 平均节能率达到了1.2%;从运行图的层面分析, 该算例下通过调整区间运行时分的节能方法对其影响幅度较小, 具有较强的现实意义; 所提出的模型及算法的计算时间为10 s, 针对列车开行对数较多的高速铁路, 可有效提高求解效率。      

地铁换乘站列车接续方案协同优化设计方法

针对地铁网络化运营条件下换乘站列车接续优化问题,提出面向整体换乘效率的列车接续方案协同优化设计方法.引入基于乘客换乘行为的微观仿真模型,刻画换乘时效与其影响因素间的复杂作用关系,并实现支持乘客个体粒度的换乘效率的精确衡量.以保障线网重点换乘站主要换乘方向最佳换乘时间为目标,提出重点车站及其关联车站衔接线路的列车接续方案设计策略.案例分析的结果显示,关联换乘站列车接续协同优化对于保障乘客换乘时效具有积极作用.      

基于列车运行时间偏差惩罚的高速列车节能优化方法

合理的安排列车在区间的运行方式能够有效的降低列车运行能耗。采用基于区间限速的列车工况确定策略确定列车区间运行工况, 以列车运行能耗为优化目标, 以列车运行距离、时间和列车限速等为约束条件, 在目标函数中加入列车运行时间偏差惩罚项, 建立基于列车运行时间偏差惩罚的高速铁路列车运行节能优化数学模型, 采用基于高斯变异和混沌扰动的改进人工蜂群算法对优化模型进行求解。以CRH3-350型动车组数据为例对模型与算法进行验证, 求解结果显示: 考虑列车运行时间偏差惩罚比不考虑列车运行时间偏差惩罚能耗可节省2.5%, 改进人工蜂群算法与基本人工蜂群算法、粒子群算法相比, 在目标值方面分别提高了4.2%和4.1%。采用基于区间限速的列车运行工况确定策略结合能耗优化模型能够满足不同限速和不同区间运行时分要求下的列车运行情况。表明所建模型和设计的算法有良好的求解效率和优化质量。      

以安全为导向的地铁过饱和线路跳站停车策略优化模型

为缓解高峰时段地铁过饱和线路的客流极端拥挤情况，从安全角度出发，以降低线路客流聚集风险和乘客总等待时间为目的，研究了地铁跳站停车策略优化问题。考虑随时间变化的动态客流需求，通过构建列车跳停、追踪运行、乘客动态加载等约束，推算出跳站停车策略下各车站乘客的动态聚集人数，并设计了独特的客流聚集风险评估函数。在传统只考虑乘客等待时间的列车跳停策略优化模型的基础上，将客流聚集风险纳入到模型的目标函数中，构建了以安全为导向的地铁跳站停车策略优化模型。考虑到模型的非线性特性，设计了适用于问题的可变邻域搜索算法(VNS)，提出了3类邻域新解的产生方式，并设置违反约束的惩罚函数，以提高求解效率。以北京地铁八通线为例，对其早高峰和部分平峰时段(07:00—10:40)下行方向42趟开行列车的停站策略进行了优化实验。结果表明:所提出的模型可在5 min内求解出高质量的列车跳停方案，能有效缓解极端拥堵，提升客运服务质量。对比发现，相对于传统站站停策略，列车跳停策略下，车站最大等待人数由5 299人减少到2 495人，客流聚集风险降低了98.7%。在客运服务水平方面，乘客的平均等待时间由9.49 min降低到9.15 min，降低了3.6%。      

轨道列车运行时间的线性预测模型与算法

为更加准确地预测城市轨道交通列车运行时间,建立列车运行时间改进线性预测模型.该模型基于正交函数和最小均方误差规则求解线性预测系数.采用不同长度的数据样本建立预测模型,分析数据样本长度和预测阶数对预测结果的影响,进而引入基于顺序迭代法的数据调整机制,提高模型系数计算的准确性.通过对比站间距离不等的情况下距离变换前后模型预测的准确性,分析了站间距离对预测精度的影响,进而引入站间距离的线性变换方法,提高模型的预测精度.结果表明,模型改进前后的平均预测精度分别为92.53%和95.43%,预测精度提高3.13%;提高预测阶数可小幅提高模型预测精度,模型的改进可明显提高运行时间的预测精度.将该模型应用于上海轨道交通2号线列车运行时间的预测,与列车运动模型相比,所提模型预测误差降低17.4%,验证了模型的实用性与准确性.      

关于广州地铁隧道空气动力学效应缓解措施的研究

地铁列车高速通过中间风井以及多次在地下线路与高架线路间转换,引起车厢内压力波动,降低了乘车的舒适性。文章总结了其他国家制定的地铁或高速铁路不同的人体舒适度压力控制标准和国内的地铁压力舒适度的相关研究,采用地铁环境模拟计算软件SES 41,对广州地铁14号线列车线路在隧道运行时不同列车时速、不同的隧道断面、不同渐扩段长度等情况下通过隧道洞口及中间风井时车头的压力波动及压力舒适度进行计算分析,提出对于高速地铁可在常规盾构隧道断面入洞口处和中间风井处设置一定长度及规模的渐扩段,同时结合行车组织的压力缓解措施的设计建议,这些措施在广州地铁14号线、21号线、南京机场线等工程设计中已进行应用,具体效果有待线路开通后进行实测验证。     

城市轨道交通网络运行优化系统

针对目前轨道交通运营管理无法实时掌握客流情况的现状,在全网各站点闸机实时数据以及历史数据的基础上,结合Agent仿真技术对进站客流建模,建立全网络条件下轨道交通客流分布模型。快速、全面地对轨道交通各个站点、线路之间的客流分布、运行情况进行直观仿真。通过向运营企业提供列车实时客流参数,使其可以全面把握全网各站点、各列车的实时客流情况,以此及时调整列车运行方案。另外,出行者也可以通过手机客户端了解网络客流状况,根据自身情况选择合适的出行方案。     

双线铁路中间站到发线数量配置研究

针对双线铁路中间站多速度等级列车越行方式多样性和相邻列车间隔时间适应性,建立了基于改进概率分析法和组合权重法的到发线数量配置模型.基于相邻列车到达间隔形成的越行条件概率,研究了多个列车到达间隔形成的越行条件概率F(t″),又通过对运行列车组分布特性的相关系数γ取值绝对值化,提出了改进概率分析法,分析了不同越行工况的发生概率;考虑列车越行、列车作业时间因素对到发线数量配置的影响,通过数形结合思想,得出不同影响因素条件下的到发线数量;综合考虑越行工况的主客观影响,建立了基于加权权重偏差取极小值的组合赋权模型,得到双线铁路中间站到发线数量.通过调研铁路中间站验证了该方法既能准确确定越行工况发生概率,从而判断越行难度大小,又能考虑工程投资、运输组织等,为相关设计人员提供参考.同时,参数扰动反映了速差和高等级列车开行对数对到发线数量配置敏感度较高.      

离散视角下单线铁路列车运行调整优化

针对单线铁路多等级列车共线运行调整问题, 从系统仿真角度, 构建了考虑技术作业类型及车站到发线数量等关键约束的离散系统仿真模型。为提高系统在模拟多级列车运行调整过程中的时效性, 在既有列车行进策略的基础上, 设计了能够避免调整策略在列车区间运行及在站最小作业时间内重复执行的事件转移函数。考虑到多级列车对冲突疏解造成的困难, 利用分层决策在预测越行站和会让站等方面的优势, 设计离散仿真系统的同级列车有限随机调整策略和多级列车分层随机调整策略, 以提高仿真系统在列车运行调整过程中的全局搜索能力。最后, 通过实例分析验证了离散系统仿真模型及调整策略的有效性和合理性。结果表明: (1)本文设计的调整策略可以将解的质量提高约5.77%;(2)调整策略中的事件转移函数能将系统仿真时效性提高约34.47%;(3)分层策略虽能确保高等级列车的时效性, 但需以牺牲低等级列车的时效性为代价, 损失系统时效性约45.3%。      

A study on the resistance force and the aerodynamic drag of Korean high-speed trains

The resistance force as well as the aerodynamic drag of Korean high-speed trains including two commercial trains, the KTX and the KTX-Sancheon (KTX-II) and two experimental trains, the HSR-350X and the HEMU-430X have been studied comprehensively. To deduce the aerodynamic drag of the trains, the coefficients of the Davis equation, which is a universal formulation to represent the resistance to motion of the train, have been calculated using the coasting test method and analysed in comparison with those by empirical prediction methods. In case of HEMU-430X train, the equations of resistance to motion have been calculated by an alternative regression method that is established in this study. The results show that the suggested method can successively yield the resistance to motion equation from the coasting test measurements with varying air density by separating the aerodynamic drag from the total resistance of train. It also prevents from improper coefficients which are occasionally taken by normal regression method in irregular coasting condition. After yielding the aerodynamic drag of the trains from the resistance to motion equations, characteristics of the aerodynamic drag have been analysed and compared between the trains.     

空间多万向节传动布置的优化设计

本文从控制振源降低万向节传动引起的传动系与整车振动噪声出发,提出了空间多万向节传动最优布置的数学模型,选择了适用的优化算法,编出了相应的程序。实例计算表明,所提优化设计方法实用、可行,具有足够精度,所编程序计算速度快,使用方便,便于推广。     

A Comparative Study of Four Wheel Steering Models Using the Inverse Solution

An inverse solution study of various four wheel steering models is carried out for the purpose of comparison of steering/braking input needed to track a lane change maneuver. Optimal control is used to solve the non-linear inverse problem. Comparisons are made when the vehicle is coasting, when the time required to track the trajectory is minimized with appropriate utilization of brake/traction forces, and in a front wheel lock situation. A rear steering model which produces neutral steering characteristics displayed the best steering behavior with respect to ease of steering.     

轻型汽车道路行驶阻力的测量及影响因素分析

分析了轻型汽车道路行驶阻力的数学模型,并在阐述滑行法测量道路行驶阻力的试验方法后,通过多组对比试验得出：轮胎和环境温度是影响滑行时间t的主要因素;尤其是试验环境温度与标态温度相差越大,行驶阻力相对偏差越大。并对如何通过提高滑行时间的统计精度p来尽量减少滑行次数提出几点措施。     

Optimized energy management control for the Toyota Hybrid System using dynamic programming on a predicted route with short computation time

Among the general problematic of the HEV power trains, the most critical point is the determination of the power-split ratio between the mechanical and the electrical paths, known as the energy management strategy (EMS). Many EMS are proposed in the literature, and can be grouped in two categories: the local optimization EMS and the global optimization EMS. The local optimization category corresponds to the EMS based on human expertise and the knowledge of the power train components efficiency maps. Thus, the local optimization EMS manages the power train operations by referring to predefined rules. The drawback of such strategies is that it brings an instantaneous fuel consumption optimization, and does not fully optimize the fuel consumption over the whole trip. Therefore, additional fuel savings are still possible. This paper presents an overall optimized predictive EMS for the Toyota Hybrid System (THS-II) power train of the Prius. The proposed EMS is based on Dynamic Programming (DP), where the prior knowledge of the route is required in order to predetermine the power-split ratio and optimize the fuel consumption for the whole predicted route. The DP EMS proposed for the THS-II power train is designed with a very short computation time, intended to be implemented in real-time applications. The potential of this DP-controller in reducing fuel consumption on regulatory cycles are computed and compared to a rule-based controller and to the Prius published fuel consumption results. Finally, the fuel reduction enhancements of the DP-controller are computed for real road tests achieved on a MY06 Prius in Ile-de-France, by comparing to the associated observed consumption measurements.     

摩托车道路行驶阻力分析与测量

分析了摩托车道路行驶阻力的数学模型,并在天津摩托车技术中心试验场对某125型摩托车采用滑行能量法进行了滑行参数测量。用最小二乘法拟合出摩托车的行驶阻力曲线,并将该曲线在不同速度下的阻力数值与当量惯量法的阻力数值进行了比较,二者达到了很好的统一。