一种城轨列车的混合动力能量优化控制

近年来,基于质子交换膜燃料电池的混合动力机车越来越受到机车业界的重视。在能量系统中燃料电池充当主要动力源,锂电池和超级电容充当能量支持和存储系统。将系统瞬时氢耗分为燃料电池瞬时氢耗、蓄电池和超级电容等效瞬时氢耗两个部分,建立数学模型,并提出系统瞬时氢耗最小时的能量管理策略,控制着重于计算最佳的燃料电池功率,最大限度地减少混合动力车的氢气消耗。通过仿真测试该能量管理策略对系统能量的优化程度,并与基于经典的比例积分控制策略进行比较。仿真结果表明,在整个驾驶循环期间,节省约5%的氢气消耗。     

基于司机驾驶风格的混合动力有轨电车能量管理策略

以锂离子电池、超级电容为混合动力的有轨电车，其能量管理策略难以适应不同类型司机的驾驶风格。为进一步提高有轨电车的系统能量效率，提出了基于司机驾驶风格的混合动力有轨电车能量管理策略，并构建了混合动力有轨电车功率损耗模型。将司机的驾驶风格分为激进型、标准型和迟钝型三类，利用模糊逻辑算法对三类司机驾驶风格进行识别，引入基于司机驾驶风格的牵引/制动补偿因子，以对有轨电车的牵引/制动功率进行补偿，得到最优的功率分配。最后对基于司机驾驶风格的能量管理策略进行仿真分析，评估其节能效果。仿真结果表明：相较于常规的逻辑门限控制能量管理策略，基于司机驾驶风格的能量管理策略可使系统能量损耗降低4.81%。     

基于速度优化与粒子群优化算法的插电式燃料电池有轨电车能量管理策略

以燃料电池有轨电车为研究对象,采用分层控制的方法,以能耗经济性最优为总体目标,开展基于速度优化的能量管理策略研究。该策略中的上层基于车与交通设施之间的通信(V2I),以驱动能耗最小为目标,考虑交通信号灯的影响,设计基于伪谱法的速度优化策略;其下层基于上层得到的最优速度,以及基于粒子群优化(PSO)算法对燃料电池有轨电车能量进行优化分配。仿真结果表明,基于速度优化的有轨电车能量管理策略能够避免列车的急变速和红灯怠速行为;基于速度优化与PSO算法的插电式燃料电池有轨电车能量管理策略能对动力电池和燃料电池的功率进行优化分配,相比基于速度优化与规则的有轨电车能量管理策略下的燃油经济性提高了3.72%。     

基于DP优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制

为了降低有轨电车用燃料电池/锂电池混合电源系统的氢气消耗、改善燃料电池功率变化速率以及避免锂电池荷电状态(state of charge,SOC)出现积累式缺电或供电过剩,文章提出了一种基于动态规划(Dynamic Programming,DP)优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制策略.基于燃料电池混合电源系统模型,建立燃料电池混合电源系统氢气消耗量与燃料电池功率变化率的目标函数,引入荷电状态惩罚函数以约束SOC始末值相等,通过DP全局优化寻找燃料电池与锂电池功率最佳分配序列,实现燃料电池混合电源系统协调控制.基于燃料电池混合电源仿真系统进行试验验证,结果表明:相较于有限状态机控制方法,燃料经济性提高了44.8％,燃料电池输出功率在20～60 kW的概率为64.16％,并且变化率明显改善,锂电池SOC始末值基本保持一致,验证了本文所提策略的有效性和优越性.     

燃料电池混合动力列车建模与运行控制研究

为提高燃料电池混合动力列车的燃料经济性,实现混合动力系统功率的合理分配,对以燃料电池、超级电容和动力电池为动力源的混合动力轻轨列车进行研究。通过分析混合动力系统结构,建立各动力源模型和基于列车自动运行(ATO)模式的系统仿真模型。在保证列车动力性能和燃料电池平稳运行的前提下,以合理分配功率为目标,提出一种基于10个工作模式的能量管理策略,以供能量管理系统根据需求进行选择。仿真结果表明:燃料电池在其高效运行区域内平稳工作,建立的系统模型满足列车运行仿真的需求;相比燃料电池两档式工作策略,所提出的能量管理策略耗氢量减少约17.4%;相比动力电池优先回收制动能量策略,回收的再生制动能量增加约8%。     

驾驶员在环的爆胎车辆主动安全控制研究

为更加真实地反映爆胎车辆的运动状态,考虑爆胎工况下驾驶员行为对汽车的影响,在主动制动控制策略下,对爆胎汽车进行驾驶补偿控制。根据轮胎力学参数的变化,在轮胎模型基础上构建爆胎模型,结合车辆动力学方程建立爆胎车辆动力学模型,以主动差动制动的方式对爆胎汽车进行稳定性控制,通过驾驶员模型来模拟爆胎工况下司机对方向盘转角控制,分析动力学响应并设计驾驶转角补偿器来修正驾驶员操作引起的汽车失稳状态。结果表明,爆胎会使车辆的运行状态发生改变,驾驶员的行为会导致车辆严重失稳与偏航,差动制动和转角补偿控制可以平衡爆胎过程中产生的不稳定因素并修正驾驶员操作带来的影响,使车辆保持稳定并沿预期轨迹减速行驶。     

基于Radau伪谱法的储能式有轨电车速度优化控制

优化有轨电车运行状态是一种简单、可靠、有效降低有轨电车能耗的方法。鉴于有轨电车站间红绿灯对其运行状态的影响,以及通过优化有轨电车的速度轨迹使其在不停车的前提下顺畅通过交叉口等仍缺少研究的现状,以储能式有轨电车为研究对象,建立了基于场景的环境模型和列车运动学模型。以有轨电车在行驶过程中的总能耗为优化目标,根据其出站时和到站时的状态以及红绿灯的配时信息建立模型约束,采用Radau伪谱法优化有轨电车的速度轨迹,实现行驶过程中的总能耗最小。仿真验证表明,该算法能使有轨电车平顺地通过信号交叉口,避免因在红灯时间窗到达停车线造成的急加速、急减速等行为,总能耗减少了23.45%。     

佛山将迎来全球首列自动驾驶现代有轨电车

<正>7月28日,佛山南海新交通试验段首列现代有轨电车在中车青岛四方机车车辆股份有限公司下线,该车是全球首列实现自动驾驶的现代有轨电车。而且采用的是目前国际最先进的第三代100%低地板现代有轨电车,3节模块编组,车长35.19m,宽2.65m,最大载客量380人,头尾两端均设驾驶室,可双向行驶,最高运行时速70 km。     

氢能源有轨电车新制式工程项目技术经济性研究

氢能作为一种高能量密度、零碳排放的可再生能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，也是国家推进双碳战略的重要新型能源选择。随着2019年世界上第一条氢能源有轨电车在佛山开通运营，氢能源有轨电车已成为一种极具潜力的新型轨道交通制式备受关注。然而现有研究主要集中在氢能源车辆与储/加氢技术，对于控制整个工程项目的技术经济性研究却鲜有公开报道，给轨道交通制式选择与线路方案比选等重大决策带来极大困难。对此，以佛山南海区氢能源有轨电车里水段工程项目为依托，对接触网、超级电容、氢能源3种制式条件下的工程项目技术经济性开展了系统、深入的量化分析对比研究，包括车辆限界、土建工程、机电设备、车辆基地、运营成本等方面。研究表明：氢能源制式相比于传统的接触网、超级电容，虽然车辆购置和车辆基地投资、运营成本增加，但土建投资减少，地面站建筑限界减少至4.2 m,路基、桥梁直线段最小线间距3.6 m,隧道平面限界4.2 m;另外，相比接触网供电和超级电容，氢能源有轨电车无供电投资。根据佛山市南海区推进氢能产业发展的相关文件，氢气销售价格将持续下降至35元/kg及以下，本研究可为轨道交通制式的比选提供量化的科学决策...     

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。     

无线传能/储能混合动力有轨电车运营能耗需求研究

为降低有轨电车的运行能耗,基于列车牵引计算模型,对无线传能/储能混合动力有轨电车在不同运行工况下的能耗进行分析。首先通过机车动力学模型和线路数据建立列车牵引计算模型,然后分析不同最大加/减速度、最大运行速度(匀速运行时的速度)和载客量对每公里能耗和平均功率的影响,最后讨论不同充电倍率下的能量回收率。仿真结果表明:最大运行速度对车辆每公里能耗和平均功率影响最大,载客量次之,而最大加速度的影响最小;锂电池在20C充电时能够回收所有制动能量。     

钛酸锂电池在轨道交通车辆中的应用研究

钛酸锂电池虽然能量密度较低，但在安全性、功率密度、循环寿命、环境适应性等方面具有突出优势，能够更好地满足车载储能供电的轨道交通车辆对动力电池的应用需求，因此在轨道交通车辆中得到了广泛应用。文章针对采用钛酸锂电池作为动力的某导轨式胶轮列车，给出了动力电池系统的设计流程和设计原则，确定了电池系统的成组方式和性能参数。分析结果表明，设计的动力电池系统符合电压范围、充放电电流要求等设计原则，满足列车的牵引制动性能要求。在电池的最佳荷电状态范围内，列车行驶距离约为20 km,在持续充电的情况下，补充该电量所需时间约为7 min。     

新型城轨电车混合动力系统能量管理策略

采用燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力的无接触网城轨列车供电方式,已经逐渐发展成为有轨电车动力系统的一种理想方案。针对车载混合动力系统能量管理问题,在状态机控制策略的基础上引入功率解耦控制,由燃料电池满足低频负载功率,由辅助供电单元满足高频负载功率,通过状态机再次进行能量分配与管理。通过仿真实验,与未加功率解耦控制的状态机控制进行对比分析。仿真实验表明:控制策略可有效降低燃料电池的运行压力,并且能够充分利用辅助供电单元,减小锂电池在低荷电状态时高负载需求功率情况下的运行压力,提高了动力系统对于多变性负载和高功率负载供电的可靠性。     

考虑电力牵引链路非线性损耗的列车节能驾驶方法

针对列车节能驾驶问题,以牵引变电站输出能量最小为目标,研究运行操纵策略。分析列车运行能量与功率流关系,结合实测数据和电路理论建立牵引链路非线性损耗模型。考虑线路限速、坡道和准点时间约束,构建节能最优控制模型。采用极大值原理进行分析,得出列车运行时间对应的伴随变量为恒定常数。在此基础上,设计一种满足列车正点运行条件的动态规划算法。选取实际运行线路,验证模型和算法的有效性。结果表明,变电站电能最小化模型会改变列车节能驾驶策略,在部分运行区段小功率电制动工况取代惰行工况以减小牵引链路损耗。相比轮周机械能最小化优化结果,电能最小化策略可节能约8%。     

基于遗传算法的重载列车驾驶策略研究

针对重载列车在长大下坡道运行时需采取循环制动来保证列车安全运行的难点问题,通过分析重载列车动力学模型和操纵要求,研究了一种基于遗传算法的列车驾驶策略。首先,基于线路数据和列车编组数据,对重载列车运行过程进行了动力学模型的建立;然后以操纵要求建立约束集,设计了以工况(制动和制动缓解)转换点为编码对象的驾驶策略生成算法;最后选取朔黄铁路一段长大下坡道实际线路数据,仿真得到最优的工况转换序列,并生成列车驾驶曲线。分析仿真驾驶曲线与指导驾驶曲线速度的均方根误差以及速度误差的期望和方差,表明该方法是可行的。     

道路表面特性突变对车辆安全性的影响仿真分析

为了探究车辆在经过路面附着系数变化路段时的行驶安全性,基于ADAMS/CAR建立人-车-路仿真系统,仿真模拟车辆在经过路段积水区域与隧道出入口附着系数较低路段的行驶状况,依据车辆动力响应指标,分析车辆在经过附着系数变化路段时的车辆安全性,提出相应的安全驾驶对策。仿真结果显示:在大半径曲线路段,轮胎单侧或交替经过积水区域比经过全段积水区域时可能更安全些,驾驶员应及时向积水相反方向转动方向盘有利于驾驶安全;车辆在减速驶入隧道和加速驶出隧道时,车辆加速度与路面附着系数对车辆安全行驶状态影响较大。因此建议驾驶员在隧道出入口制动与加速不要过快,进入隧道时应该提前减速,出隧道时不要急于加速或者匀速驶出隧道。     

考虑胶轮电车-轨道耦合效应的导轨梁受力分析

为研究胶轮有轨电车系统中导轨梁和螺栓的受力及布置，基于LS-DYNA有限元软件，建立胶轮有轨电车和导轨梁三维有限元模型，分析车辆行驶速度、刹车初速度和螺栓间距对导轨梁和锚固螺栓受力的影响。研究表明，车辆行驶速度对导轨梁Mises应力峰值影响不大，对螺栓纵向剪力峰值有较大影响；导轨梁Mises应力峰值和螺栓纵向剪力峰值随车辆刹车初速度增加而增加；导轨梁Mises应力峰值和螺栓纵向剪力峰值随螺栓间距呈阶梯式增长，在螺栓间距为3.0～4.5 m区间内变化幅度较大。设计时，螺栓间距取值需综合考虑经济性与安全性，建议取3 m;实际运营中，应控制车辆行驶速度在80 km/h左右，并尽可能避免车辆高速紧急刹车制动。     

基于多目标遗传算法的地铁列车定时节能算法研究

针对地铁列车定时节能复杂多目标优化问题，建立以节能和准时为优化目标的列车定时节能模型，采用多目标遗传算法求出一组最优驾驶策略解。该方法通过具体分析列车行驶过程中的不同受力状态，充分考虑限速、最大加速度、定点停车等约束条件，采用分解协调的思想将复杂的多目标优化问题分解成多个阶段子问题，通过线性加权和多次迭代，求出最优解。最后通过算例和仿真结果表明该算法的有效性。     

CHN60轨与59R2槽型轨对现代有轨电车轮轨匹配性能的影响分析

为研究CHN60钢轨型面、59R2钢轨型面与现代有轨电车不同磨耗车轮型面的匹配性能,对国内一现代有轨电车车轮型面进行现场测量,将运行不同里程后磨耗车轮型面分别与CHN60钢轨型面、59R2槽型轨型面在对中位置进行型面匹配,建立轮轨弹塑性接触有限元模型,对有轨电车轮轨接触的Mises应力、接触状态进行了研究。研究结果表明:新车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力相差不大;随着运行里程的增加,磨耗车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力先增加后减少;有轨电车磨耗车轮与59R2槽型轨匹配的接触斑面积大,最大等效应力小,且形状更接近于椭圆形,轮轨匹配性能较好。     

现代有轨电车合理站间距研究

现代有轨电车在组团式城市有着良好的区域适用性。通过分析现代有轨电车车站分布对吸引客流、乘客出行时间、工程造价和项目运营的影响,为站点布设提供理论基础。以运营效率最优兼顾乘客节约出行时间效益为目标,从车站工程费用、运营费用(车辆购置费)、运营收入(车费收入)和乘客节约出行时间效益4个部分建立有轨电车站间距优化模型;并用Matlab编程求解,结合成都市IT大道现代有轨电车工程的相关资料,对模型进行实证分析。结果表明:现代有轨电车能实现70 km/h速度的最小站间距为0.631 km,一般现代有轨电车的合理站间距为0.5~0.9 km;该优化模型计算结果与工程实际吻合度较高,可以为现代有轨电车车站分布提供借鉴和参考。