地铁列车节能运行惰行控制研究

惰行可以有效降低地铁列车能耗,通过选择合适的惰行点可以实现列车的节能运行。建立了定时约束条件下列车节能运行惰行控制优化模型,将模型求解的遗传算法嵌入到城市列车运行计算系统中,实现了给定线路条件下站间最佳惰行点的自动计算。结合具体算例对不同站间距离、线路条件、区间限速、运行时间、惰行次数等条件下的惰行控制进行了仿真研究,给出了各影响因素与惰行控制的关系。仿真结果表明,该方法能较好地解决惰行控制优化问题,地铁列车合理的站间运行时间取值,一般在最小运行时间的基础上增加8%~15%比较合适。     

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。      

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%.      

高速公路限速策略优化方法与评价模型

为解决限制速度值确定不合理、限速方式不适用以及限速区间长度设置不恰当等问题, 对驾驶人行驶体验以及限速管理可信度的负面影响, 优化了高速公路限速区间最小长度、限制速度值、限速区间划分的确定方法, 进而提出了以安全车速与通行效率为依据的高速公路限速区间优化与评价模型。依据驾驶人视认距离、限速标志设置前置距离和驾驶人心理稳定距离, 标定计算模型中的限速区间最小长度。以行驶速度是否易发生突变为标准, 采用不定长法将不同路段划分为6种组合类型, 建立基于不同组合路段的限速预测模型。采用有序聚类分析法中基于划分和层次的分析方法, 以满足限速区间最小长度和交通延误最小2个方面为目标进行优化限速区间的划分。同时, 选取交通冲突率作为表征交通安全的指标, 选取交通延误时间作为表征交通效率的指标, 建立评价指标模型; 最后通过对比分析优化前后的指标来验证限速区间优化方法的有效性。以某山区高速公路为对象应用VISSIM开展限速优化仿真实验, 结果表明: 优化后安全评价模型参数值比原方案降低了约29.49%, 效率评价模型参数值比原方案提高了约21.90%, 优化后的高速公路整体安全性以及通行效率均得到提高。所提出的高速公路限速区间确定方法以速度突变为基准, 结合路段的属性及指标特点, 能够优化限速区间长度的制定和区间的划分。      

基于实际运行工况的电动商用车能耗仿真与参数优化

在商用车电气化趋势下,如何准确研究车辆参数对能耗的影响,制定优化方案以降低能耗、提升续航里程成为影响电动商用车未来发展的重要问题。为此,应用短行程法构建目标车型的实际运行工况,采用ADVISOR车辆仿真器,以整车质量、滚阻系数、附件功率等5项车辆参数为变量,以设计优化区间为参数调整范围,开展实际运行工况下的能耗仿真,获得实际运行工况场景下各车辆参数与百公里耗电量的数量关系;在此基础上,通过分析各参数优化百分比与百公里耗电节省量的关系,构建体现各项参数能耗敏感性的节电系数;基于敏感性分析结果,对预计优化效益较高的参数进行优化,并对各优化方案进行成本-收益分析。研究结果表明：相较于“新欧洲驾驶循环”(New European Driving Cycle,NEDC)工况,实际运行工况下的能耗仿真结果与实际能耗相对误差降低超过10%;按能耗敏感性由高到低对各车辆参数排序,依次为整车质量、传动效率、滚阻系数、风阻系数、附件功率;各参数优化方案中,采用铝制白车身、配备低滚阻轮胎和热泵空调具有正面静态收益;利用实际运行工况进行能耗仿真可得到更符合目标车型实际能耗的仿真结果,以该仿真结果为基础的能耗敏感性分析和参数优化具有良好的实际指导意义。     

地铁列车荷载作用位置对道床与管片剥离的影响研究

城市地铁盾构区间隧道若出现道床与管片剥离病害,会直接威胁到列车的运行安全。以某地铁区间线路为背景,通过数值模拟研究了列车运行过程中对道床和管片剥离影响最大的荷载位置。根据荷载作用在道床上的不同位置,发现荷载在远离道床伸缩缝的过程中相邻道床底部的拉应力值急剧减小,确定了荷载最不利位置为道床靠近伸缩缝处,可为模型试验和病害治理提供参考。     

高速铁路智能CTC系统列车运行自动调整研究

在我国智能铁路的发展规划中,智能CTC系统作为智能铁路的调度指挥系统,应具备列车运行自动调整功能.因此,基于现有列车运行调整理论研究,结合相关技术标准与CTC系统实践经验,提出高速铁路智能CTC系统列车自动调整系统结构,包括设计原则、软硬件结构设计及相关功能逻辑设计.为CTC系统列车自动调整系统构建列车运行自动调整模型,基于现有研究的局限与不同客户需求构造模型约束条件与目标函数.通过京张高铁列车运行调整案例场景对模型进行验证.结果表明:模型能够利用区间运行时间中的缓冲时间与图定停站时间的冗余尽可能地追回列车晚点,同时正确处理接发车股道、动车组接续等问题,生成无冲突的列车运行阶段计划供调度员下达.调整后的列车运行阶段计划在保证行车安全的前提下,缩小晚点波及范围,有效控制晚点传播.      

基于典型工况的混动汽车能量流测评与优化

基于典型循环工况,开展了混动汽车能量流测评与分析,研究了针对实际道路运行工况降低能耗的优化方法。首先,对比了循环工况下的整车能量流各效率特征参数;其次,按照不同的运行工况分段区间,得到了WLTC循环工况下发动机、发电机、驱动电机的输入输出功率和运行模式特征;最后,提出了基于工况特征参数挑选代表实际道路运行的典型循环工况实现能耗优化的方法。结果表明：发动机循环综合热效率最高达到了36.79%,市区循环的制动能量回收效率达到了87.04%;高速工况下整车综合效率29.72%,是车辆最节能的工况;针对代表实际道路运行的WLTC-LM典型循环工况进行了全局优化,基于仿真验证,整车百公里能耗降低了3.98%。     

城市轨道交通列车故障救援组织优化研究

当城市轨道列车在运行过程中发生故障时,需要科学组织救援,以提高救援的效率,减少人员伤亡以及财产损失,并减低对其他列车运行的影响,因此要加强对轨道列车故障救援的研究,优化救援组织,提高救援规程制定的合理性以及相关人员救援操作规程,并合理配置相关的救援设备,保证信息流传的畅通性和及时性。同时要加强故障预测,降低故障发生的几率,从而更好的确保城市轨道列车的运行安全。     

云南普宣高速公路限速方法研究

对比分析国内现有高速公路限速方式的优缺点,以云南普宣高速公路为例,选择分车型、分路段的限速方式,通过对行车危险程度的定性分析,把普宣高速公路全线划分为一般路段和特殊路段,一般路段采用基于运行速度测算的限速值确定方法,特殊路段在运行速度测算的基础上进行行车风险性分析,从而确定合理限速,较系统性地提出高速公路限速值确定流程,给出了普宣高速公路合理限速值建议,为其交通安全设计优化提供了依据。     

基于海铁联运的集装箱班列服务路径优化

虑考虑海铁联运过程中影响集装箱班列开行的不确定因素,结合班列服务客户各自固定需求时间窗的实际需求,引入不确定规划区间来表示集装箱在客户节点的装卸箱服务时间,同时将具有时效性要求的需求时间窗设置为软约束,运用惩罚函数将其作为惩罚项整合到运输成本目标函数中,选择合理的惩罚系数,构建以运输成本低、运输时间少为目标的班列服务路...     

基于遗传蚁群算法的履带式混合动力车辆控制策略参数优化

针对控制策略参数优化中存在的问题,提出一种基于遗传蚁群算法的履带式混合动力车辆整车控制策略参数优化的新方法。基于优化设计的思想,以最小燃油消耗量为目标函数,建立控制参数优化问题的数学模型,然后结合遗传算法和蚁群算法各自的优点提出一种遗传蚁群优化算法,并对控制策略参数优化问题进行数值求解。结果表明,优化后车辆燃油消耗减少14.9%,说明该方法可以找到一组全局最优的参数,大大缩短控制参数的实车标定时间。     

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%。      

基于改进全局优化算法的轮毂液压动力系统能量管理策略

现有针对轮毂液压混合动力系统的能量管理策略均为结合研究人员经验与发动机最优工作区域的简单控制，暂未见优化控制策略的应用，导致实际控制值与最优控制值的偏差较大，无法充分发挥该系统的节油能力。基于此，针对该系统提出了一种基于改进全局优化算法的能量管理策略，探寻该系统的理论最大节油量，进一步挖掘该系统的节能潜力。首先，该策略建立了基于车速-蓄能器荷电状态（SOC）自适应调节等效油耗因子的方法计算目标函数中的罚函数，从而提高系统的制动回收能力，避免计算结果陷入局部最优；随后，根据轮毂液压混合动力系统各模式工作点相对固定的特性，实现了控制变量降维；最后以实测数据进行了仿真测验。结果显示：比起传统的全局最优策略，该方法可以进一步实现3.36%的节油效果；同时，在实现节油的基础上，经过控制变量降维后计算时间减少了35%，而计算精度基本不受影响。     

多换乘点响应型接驳公交运行线路的协调优化

为尽量降低响应型接驳公交系统的运行费用，提出多换乘点间运行线路协调设计的构想。针对同时包含预约需求和实时需求的混合需求，构建多换乘点响应型接驳公交系统运行线路的2阶段协调优化方法，并设计优化流程。第1阶段仅考虑预约需求，首先将预约乘客按有/无特定换乘点要求进行分类，在此基础上构建预约需求下多换乘点多车辆运行线路的协调优化模型。在协调优化模型中，优化目标是由乘客时间费用、车辆运行费用、以及惩罚费用所构成的系统总成本最小；乘客时间费用包括乘客候车时间的惩罚费用、车内乘客在需求点的等待时间费用以及乘客车上时间的惩罚费用3个部分；车辆运行费用包括车辆启动费用、路段行驶费用、需求点的停靠费用、车辆早到引起的等待费用4个部分；考虑的约束条件包括乘客候车和车上的软时间窗、乘客换乘点要求、车辆容量、车辆出行时长等。第2阶段根据规则判断是否响应实时需求，并根据响应情况重新优化后续各班次的运行线路。针对第1阶段模型，基于模拟退火算法设计求解算法。研究表明：在预约需求或混合需求条件下，与各换乘点运行线路独自优化相比，协调优化方法均能显著降低运送全部响应乘客所需的平均运行距离和平均总成本；仅有预约需求时分别降低5.4%、19.8%，新增实时需求后分别减少1.4%、21.7%；与固定发车间隔相比，分时段调整发车间隔，也能有效降低运送全部响应乘客所需的平均运行距离和平均总成本，仅有预约需求时分别降低18.2%、17.2%，新增实时需求后分别减少19.97%、25.06%，说明多换乘点间车辆路径的协调运行是提升响应型接驳公交运行效率的有效途径。     

基于蚁群算法求解物流订单派送问题

针对物流信息平台中的订单派送问题,研究了订单派送的单向性和路径最优特性,构建了路径选择模型,对费用最少和时间最短的双目标优化函数进行了分析,将基本蚁群算法进行了改进。通过对局部信息素进行外界人为的干扰,从而影响整个网络选择,使得路径选择全局最优,解决了基本算法在求解最短路径中计算时间长的问题。模拟结果表明,计算速度提高了30%。     

基于免疫遗传算法的铁路列车运行调整研究

列车运行调整是铁路调度部门的重点研究对象,而自动调整是衡量铁路调度指挥自动化水平的核心。因此,以偏离运行图最小为优化目标,考虑了区间运行时分、追踪间隔时间、车站停车时分、越行约束等6个约束条件,建立了列车运行调整模型;在算法方面,针对遗传算法的缺陷,如收敛速度较慢,易于早熟收敛,提出了1种效果较好的免疫遗传算法,并对编码方案、适应度函数、抗体浓度、变异算子等进行设计改进。仿真结果表明该算法与遗传算法相比,在收敛速度,最优值以及试验成功率方面都具有更为优越的特性,可为调度人员提供1个较好的调整方案。      

双电机耦合驱动电动汽车驱动模式划分与优化

为充分发挥一款双电机耦合驱动系统电动汽车(DMCP-EV)多驱动模式的节能优势,制定了基于系统效率最优的驱动模式控制策略。根据该双电机耦合驱动系统的结构特点,定义了电机4种驱动模式并分别建立其动力学驱动模型和系统效率模型。在满足动力性要求的前提下,分析并划分了各驱动模式的工作范围,以系统效率为优化目标,采用粒子群优化算法进行优化,获得最佳的驱动模式切换控制和转矩分配策略。开展了Matlab/Simulink仿真和硬件在环试验验证。结果表明,经系统效率优化的驱动模式在满足动力性要求的前提下,有效提高了双电机耦合驱动系统的经济性,能耗降低11%。