基于牵引效率曲线的动车组能耗仿真计算

动车组能耗评估对于列车顶层参数设计、新建线路能耗评估等工作意义重大,其关键在于动车组能耗的准确测算。文中采用基于牵引效率曲线的能耗计算方式进行仿真计算。根据实测动车组牵引效率曲线,总结不同级位下牵引效率特点,并将其作为能耗测算的输入条件,建立能耗计算模型进行仿真计算。将能耗仿真计算结果与实际线路测试的能耗数据进行对比分析,误差在2.4%~7.3%之间,验证了该能耗仿真计算模型及方法的实用性和准确性。     

考虑人工驾驶的动车组列车节能运行优化

铁路运输中列车牵引能耗是主要的能源消耗.为有效减少列车牵引能耗,首先应用无制动保持速度的驾驶策略,考虑人工驾驶的特点和列车驾驶员实现驾驶命令时存在的不确定性,以列车运行时间和牵引能耗为目标,在满足一定的停站精度、线路条件等约束条件下,提出基于仿真的列车节能运行模型.然后应用模糊非支配排序遗传算法求解列车节能运行方案和最优能耗曲线.最后以广州东-东莞线路CRH1A型动车组为仿真实例,列车牵引能耗可降低7.8％,验证了模型的可行性和实用性.     

高速铁路牵引计算与仿真系统研究

高速铁路的牵引计算与仿真对优化高速铁路线路设计、优化列车运行时间等方面具有重要意义。然而由于缺少高速铁路牵引计算规范和动车组数据资料保密未公开等原因,导致对高速铁路牵引计算仿真与系统的研究较少。采用动车组特性曲线CAD矢量化法和程序开发相结合,解决了高速铁路牵引计算力学数据的有效获取。基于多质点模型,建立了动车组牵引力、制动力、列车阻力的计算方法和公式。从牵引、惰行和制动三方面建立了动车组运动模型求解和运行过程计算算法。在此基础上,采用C#2010编程语言和Access数据库,开发了基于多质点模型的动车组牵引计算与仿真系统。实现了动车组数据和线路等数据的一体化管理;采用动车组编组等参数化设置,实现了不同参数下的高速铁路牵引计算与运行过程的完整仿真。     

动车组运行能耗影响因素的量化分析

动车组能耗对铁路运输成本具有重要影响,列车性能和运营状况是影响动车组运行能耗的主要因素。针对目前对于动车组能耗影响因素以定性分析居多,以大量数据分析为基础,以各CRH型动车组为实例,以计算机仿真技术为手段,分别设置不同的仿真环境,从坡道设计、曲线半径、车站分布、动车组质量和限速5个主要方面,定量分析各影响因素对动车组运行能耗的影响,得出各因素对能耗的重要度和灵敏度。实现动车组运行能耗影响因素的量化分析方法,解决由定性分析到定量分析的关键问题。为合理确定动车组能耗水平、优化高速铁路线路设计、高速铁路节能运营组织和宏观把握高速铁路节能方向提供了更为直观的参考和依据。     

基于2阶段优化的高速列车节能运行仿真研究

以高速列车牵引计算为基础,节能运行为目标,充分考虑实际运行线路条件,提出包含坡道运行优化和全线惰行优化的两阶段优化方法,分别构建定时约束下的列车节能模型。第1阶段,将线路坡道离散化,使用遗传算法搜索列车运行能耗最小时的速度组合序列,将模型求解转化为最优化问题,获得列车速度运行曲线;第2阶段,通过遗传算法在列车的中间运行阶段选择合理的惰行位置和惰行区间速度,再次优化列车速度曲线。以济南—泰安为站间实例进行仿真,经过2阶段优化后,CRH_3型高速列车节能效果达11.63%。     

基于KH算法的高速列车ATO控制策略优化研究

针对传统高速列车自动驾驶(ATO)控制策略优化时简化线路参数、列车牵引计算采用单质点模型等问题,将列车通过牵引供电分相区断电惰行纳入运行工况,建立动车组多质点模型。在满足列车运行图固定运行时间条件下,以能耗、准点性、停车准确性及舒适性为指标建立高速列车ATO控制策略优化模型。利用磷虾群(KH)算法对高速列车ATO控制策略进行优化。以兰新高速铁路某区间线路数据为例,仿真测试表明KH算法可以在较少的迭代次数下获得较粒子群算法更优的ATO控制策略,且列车过分相区断电惰行会对优化结果产生影响,验证了所提算法在优化高速列车ATO控制策略中的优越性及将列车过分相区断电惰行纳入运行工况的合理性。     

200km/h动车组运行条件下轨道动力试验分析

目前,我国铁路既有繁忙干线开行时速200 km及以上动车组列车。为了评价动车组在既有提速干线运行的轨道动力状况,在京沪线沪宁段进行了现场轨道动力试验。分析不同速度下动车组通过不同线路条件时的运行情况和所引起的轨道动力响应,并与机车的运行特征进行比较。结果表明:动车组在既有线有碴线路上运行时,速度达到184~231 km/h,通过焊接接头、普通钢轨、缓和曲线等线路条件,运行良好,各项动力学指标均较为合理。随着速度的提高,横向稳定性在允许范围内有所降低,线路上存在的焊接接头、纵向弹性及平顺状态是影响动车组运行状态的主要因素,从而为评价动车组的运行状态、考察轨道状态、制订养护管理计划提供有价值的参考。     

基于极大值原理的电动车组节能操纵

为了研究电动车组列车的节能操纵策略,以列车牵引能耗最小为优化目标,基于极大值原理推导出列车节能运行的最优工况集。考虑线路限速,通过分析伴随变量的变化规律,得到最优工况的切换原则,并在此基础上设计求解列车节能操纵工况序列的数值算法。仿真算例验证了该算法的有效性以及将其用于在线计算电动车组列车节能速度模式曲线的可行性。     

武广高速铁路运行时分和供电系统能力评估

<正>列车牵引能耗是高速铁路牵引供电系统设计输入条件中的一个重要资料。相同线路条件下,牵引能耗资料又与列车运行时分(列车速度)密切相关,不同运行速度列车能耗不一样。针对武广高     

基于矩阵离散法的地铁列车节能优化操纵方法及实现

综合考虑由坡道、弯道组成的复杂线路,通过研究列车特定运行规律,对线路隔断分离分析,进而采用拉格朗日乘数法建立限定时间、速度、加速度等约束条件下的最小能耗模型,提出将地铁列车各阶段参数进行离散化分解并编码,继而对不同控制序列建立离散化矩阵模型,以寻找最佳节能操纵策略的矩阵离散方法。引入基于粒子群寻优算法的组合计算以提高算法精确度和增强全局寻优能力,以此为基础设计基于矩阵离散法的地铁列车优化操作智能系统,为列车安全、节能行驶提供理论和实践参考。案例证明该方法有效且计算精确。     

动车组节能运行控制策略仿真分析

依据动车组运行速度、牵引制动特性及运行区间线路特征构建运行能耗数学模型,输出包含最大级位牵引、最大级位制动、小级位牵引、惰行和小级位制动等运行工况的节能运行控制曲线;对运行区间进行离散分区,构成区间分区序列,分区间的运行速度转换点构成速度转换序列;根据最优速度转换序列,组合最大牵引、匀速、惰行及最大制动运行模式,得到最优节能运行控制策略;采用实际线路及列车参数对最短运行时间能耗、司机操作运行能耗和节能策略运行能耗进行仿真分析,输出速度-能耗-里程关系曲线。通过对仿真计算结果与实车测试数据进行分析对比,验证了动车组节能运行控制策略的有效性。     

列车追踪间隔时间的分解及影响分析

综合考虑列车性能、线路条件、信号系统、运输作业等影响列车追踪间隔时间的因素,深入分析列车追踪间隔时间的构成,将其分解为列车性能运行时间、线路条件附加运行时间、信号附加运行时间和其他附加运行时间,给出各运行时间及其对列车追踪间隔时间贡献率的定义。以CR400BF型动车组及其运行参数为例,采用仿真计算软件计算不同运行速度、不同坡度、不同闭塞分区长度等组合条件下各运行时间对列车追踪间隔时间的贡献率,定量分析各因素及其组合对不同列车追踪间隔时间的影响。对于区间追踪间隔时间和通过追踪间隔时间,运行速度较低时主导因素为信号系统,运行速度较高时主导因素为列车性能;对于出发追踪间隔时间和到达追踪间隔时间,主导因素为线路条件。     

城市轨道交通的牵引能耗估算方法

为解决目前城市轨道交通面临的能源消耗总量过大的问题,以北京轨道交通运营线路能耗数据为基础,分析影响城市轨道交通能耗的主要因素,并通过多元线性回归的方法,建立基于运营数据的牵引能耗估算模型,通过测算与实际运营数据的误差为1.6%;同时将不同城市轨道交通的能耗测算方法进行对比,包括列车单位能耗测算法、电力机车耗电量测算法和单位指标测算法,前两者与估算模型的结果误差不超过5%,验证了模型的可行性;通过单位指标测算法的对比分析,反映出估算指标的不合理性。结果表明,相关对比为既有线路能耗的估算和新建线路能耗的预测提供了参考的方法。     

高速列车节能运行优化控制方法研究

高速列车节能运行控制对高速列车节能降耗至关重要。基于现代最优控制理论,考虑列车再生制动能量反馈,建立高速列车在定时约束条件下最小能耗计算模型,利用极小值公式推导得到最佳控制原则为最大牵引、匀速、惰行及最大制动这4种运行方式组合。在此基础上,依据高速列车牵引特性和阻力特性曲线,提出一种列车节能运行控制方法,基于此方法求解得到列车运行能量消耗最低所对应的最大速度值,从而计算得出整个运行过程中列车运行能量消耗最小时最大牵引、匀速、惰行及最大制动的转换点。为验证所提方法的有效性,以京津城际CRH3型动车组为例,采用本文所提出的节能运行控制方法,列车运行能耗比试验测试值降低了约14%。研究结果为高速列车节能运行控制提供了依据。     

面向川藏铁路的机车车辆运行基本阻力研究

川藏铁路沿途地形落差极大,全路段最高海拔为4 475 m,最低气压为60.2 kPa,最低气温为-30.6℃,这些因素会对机车车辆运行基本阻力产生影响。通过调研川藏铁路"雅安—昌都"之间各站点气象数据,根据列车运行基本阻力公式,分析川藏铁路沿线气压(海拔)与温度变化对机车车辆运行基本阻力的影响。研究结果表明,列车运行基本阻力与线路环境的气压(海拔)和温度密切相关;海拔的增高导致列车承受的空气阻力减小,而温度的降低使列车承受的空气阻力和机械阻力增大;与平原地区的气候环境相比,川藏铁路沿线海拔变化对动车组运行基本阻力的影响在70%左右,而温度变化对动车组运行基本阻力的影响在17%左右。研究成果可为在川藏铁路特殊高原气象环境条件下的列车牵引计算提供参考。     

高速动车组客室内噪声声源特性及其随车辆运行里程的演变规律

介绍了实测的高速动车组在不同运行速度、不同线路形式、不同运行方向、不同升弓车厢条件下客室内的噪声和声源特性,分析了不同运行里程阶段的车辆以相同速度运行时客室内噪声的演变规律。研究结果可为高速动车组减振降噪工作的开展提供科学依据。     

南宁地铁1号线列车能耗统计分析

针对南宁地铁1号线列车在AW2工况下,上、下行各区间的运行牵引能耗和再生制动能量,结合运行线路区间长度、区间高度变化,分析影响列车能耗的主要因素,并为列车蓄能装置的容量设计提供参考。研究结果表明:在复杂线路环境下,列车在AW2工况单次再生制动产生的能量约为5～14 kW·h,受区间线路变化的影响较大。当考虑再生制动能量100%回收时,AW2工况下列车上、下行平均牵引能耗与区间长度的相关系数接近0.9,每km能耗约为6.6 kW·h。     

高速动车组车轮磨耗线路试验研究

车轮磨耗直接影响车辆性能和车轮使用寿命,是高速动车组设计的核心技术,由于影响车辆磨耗的因素复杂多变,目前通过仿真和台架试验尚不能准确预测出高速列车车轮的磨耗特征。通过开展大量高速动车组车轮磨耗线路跟踪测试,从镟修周期、运行速度、气候条件、线路状态等多角度总结分析动车组运行环境对车轮磨耗的影响及其演化规律;针对实际运用中出现的轮轨匹配不良问题,设计了新型高速动车组车轮踏面,使其线路适应性更强,并批量应用在我国自主设计的中国标准动车组上,运用效果良好。     

基于免疫粒子群算法的地铁列车节能优化研究

在综合考虑地铁列车动力学特性、线路条件、区间限速以及准点运行等条件的基础上,建立基于再生制动能量利用的多约束能耗模型。通过免疫粒子群组合算法求解列车能耗模型,得到列车节能操纵工况序列及各工况转换点,最终求得列车站间运行的最低能耗。为验证该方法的有效性,以南宁地铁1号线为仿真实例,计算得出优化后的列车能耗降低6.62%。     

收纳高速动车组的《列车牵引计算规程》刍议

我国开通运营和正在建设的高速铁路里程已双冠全球。中国高速动车组(CRH系列)已规模制造和广泛采用,所以未来修订《列车牵引计算规程》收纳动车组已是大势所趋。动车组与机车牵引式列车的编组不同,是动车(M)和拖车(T)的固定编组,可以直接为列车牵引计算提供在平直道上所有运行工况下的列车单位合力数据。由于彼此的回转质量系数不同,高速动车组和机车牵引式列车虽然均遵循列车运动方程,但具体计算列车加速度、运行时间和运行距离等公式的相关系数存在差异。此外,一些意见和建议可供未来修订《列车牵引计算规程》参考,诸如删节图表、合并机车单位基本阻力公式、深入探究起动阻力、附加阻力(曲线阻力、隧道阻力等)以及系统计算精度等。