智轨电车总体与轻量化设计

智轨电车是智能轨道快运系统的核心组成部分,车辆的总体设计方案及性能直接决定了智能轨道快运系统在城市交通中运送能力、适应性、乘坐舒适性及综合成本等重要指标。文章以满足智轨中小运量交通的系统定位为性能指标出发点,对标现代有轨电车相关参数,确立了智轨电车的总体技术参数及结构设计方案,并针对智轨电车在类轨道行驶车体及轻量化设计方面的优化创新进行了阐述,可为胶轮多编组车辆设计提供有益的参考。     

智轨电车动力学性能研究

智轨电车是一种胶轮承载、多编组、虚拟轨道运行的新型轨道车辆。针对其动力学性能,文章通过数学模型的搭建开展仿真研究,为中央虚拟轨迹线循迹控制器、自动跟随转向控制器的算法设计验证提供支持,通过精细化模型的搭建开展仿真研究,为整车动力学性能评价与改进提供指导。通过仿真研究,缩短了研发周期,降低了研发成本,为智轨电车的基础研发和快速工程化应用提供理论支撑。     

智轨电车自主导向与轨迹跟随技术研究

智轨电车是一种城市轨道交通新制式,自主导向与轨迹跟随系统作为其关键技术,解决了多编组铰接车辆在转向过程中占路宽度大、灵活性差、转向不及时及误差大等难题,保证了车辆在转弯过程中的快速性、准确性及稳定性。文章首先介绍了自主导向系统组成,然后分析了轨迹跟随控制原理,并建立了智轨电车转向系统模型。仿真分析与试验结果表明,该系统能很好地满足车辆在转向过程中的响应速度及轨迹跟随精度要求。     

智轨电车司机室主动降噪方法仿真研究

智轨电车司机室的噪声主要来自布置在司机室底架上的大型机电设备,这些噪声频带分布广、且具有明显的时变特性,而传统降噪技术只能在某些特殊的频率和工况下发挥作用,不能完全满足智轨电车的降噪需求.为进一步提高智轨电车司机室驾驶环境的舒适性,文章针对智轨电车司机室降噪技术进行研究,提出一种宽带前馈主动降噪方法,其采用FxLMS控...     

智轨电车横向运动预测控制研究

文章通过分析智轨电车的横向运动特性,将每节车的横摆角速度、横向加速度以及受力联系起来,建立3节车辆之间的运动学和动力学关系;提出一种能够反映智轨电车横向动力学特性的4自由度线性单轨模型;并将所建立的模型与Trucksim中的高精度非线性模型进行对比,验证了所建立模型的有效性及准确性;采用模型预测控制方法进行智轨电车轨迹跟踪控制研究,根据列车行驶过程中的优化目标,确定其评价函数,将多步预测控制问题转化为线性二次型(QP)问题进行求解。仿真结果表明,应用该算法的智轨电车能够达到很好的轨迹跟踪效果。     

智轨电车虚拟联挂控制系统关键技术研究

随着智轨电车的广泛应用,面对成网运营和潮汐客流等需求,其运能压力迅速增大,并造成交通拥堵问题。为提升智能轨道快运系统（ART）的道路通行率,缓解交通拥堵,文章借鉴汽车协作式自适应巡航控制与列车虚拟联挂的概念,提出一种智轨电车虚拟联挂控制系统和与之相适应的双向跟随信息流拓扑,首创性地运用智轨电车安全制动模型推导出联挂编组最小安全防护跟车间距,并采用基于最优控制的协同规划和MPC协同控制算法,确保联挂编组运行的安全、准点、舒适和高效。仿真结果表明,采用本文所提虚拟联挂控制系统,智轨电车可在0～60 km/h车速范围内实现10 m以下跟车间距的虚拟联挂,有效提升了ART的运力和运营效率。     

智轨电车列车网络控制系统设计与应用

列车网络控制管理系统是轨道交通车辆的智能控制和安全保障的核心部件。文章基于智轨电车的数据传输及控制需求,开发出符合列车实时以太网相关标准的智轨电车专用列车网络控制管理系统。文中概述了该系统的组成,介绍了针对智轨电车这一跨界创新交通工具所做的特性开发,包括双环网拓扑结构及实时以太网控制等,并对智轨电车网络控制系统的技术发展趋势进行了展望。     

一种智轨电车电液转向系统半实物仿真测试平台研究

针对智轨车辆电液转向系统试验资源紧张、现场调试困难等难题,文章开发了一套基于电液转向系统数学模型的半实物仿真平台。文章建立了电液转向系统执行部件的数学模型,结合多轴转向系统实际电子控制单元,构成硬件在环的半实物仿真测试平台,并基于该平台,完成了对智轨电车电液转向系统试验验证与仿真研究。验证结果表明,该半实物仿真平台为智轨电车电液转向系统研发与调试提供了高效便捷的平台。     

智轨电车牵引系统设计与应用

智轨电车牵引系统采用一种高能量、高充电倍率的磷酸铁锂动力电池为车辆提供能源,同时其永磁电机牵引的节能性与主电路设备的轻量化、可靠性设计保证了智轨电车续驶里程的最大化。文章概述了该牵引系统的组成及主要参数、牵引/电制动特性等,并对其系统特点、参数计算方法及控制策略等进行了说明。     

智轨电车自动循迹感知与控制系统

自动循迹系统旨在实现智轨电车头轴自动跟随数字虚拟轨道行驶。其感知子系统解决了信息分离、标识、特征提取和连续数字轨道生成难题,在路面信息残缺、车辆随机振动条件下能够稳定形成数字轨道;其控制子系统在列车架构特殊、初始姿态随机情况下,实现了头轴可自主、精确地进入和跟踪数字轨道。文章首先介绍了自动循迹系统组成,提出一种基于深度学习的车道线识别与数字虚拟轨道生成算法;接着基于智轨电车非线性、大延时的特点,分别提出了考虑延时的PID控制法和MPC控制法。实车试验结果表明,采用所提出的方法,列车停站时头车与站台间隙保持在10 cm内,高速行驶时横向偏差控制在±15 cm内,达到了业内领先的自动循迹控制水平。     

智能轨道快运系统功能安全研究

智能轨道快运系统(autonomous-rail rapid transit,ART)作为轨道交通与地面交通融合创新的一种新型城市轨道交通制式,如何正确划定安全分析的范围和确定功能安全的要求是最终实现车辆安全运行的基础。为此,文章以ART运载工具——智轨电车为主要分析对象,考虑电车的基本功能、车辆接口、运行环境和操作模式,结合轨道交通和道路交通车辆系统危险源,对危害类型进行分组,形成了智轨电车特定安全应用场景和范围,并给出了常见的安全架构和安全性设计;最终通过应用场景、安全类别、故障隐患、安全架构、功能安全设计和安全证明的描述,提供了一个完整的分析论证思路,为ART各系统的危害分析和控制提供了依据。     

智能轨道快运系统通信信号设计与应用

智能轨道快运系统中,通信信号系统是负责运营调度、进行运营监控、保证智轨电车运行安全、提高运输效率的重要设施,需要具有明晰的系统结构、合理的功能分配、适宜的技术方案选择才能保证智轨电车良好的运行效果。文章通过分析通信信号系统功能需求,进行了方案设计,并对其定位方法、通信手段、信号优先、系统集成等关键技术进行了说明,最后对智轨通信信号系统的下一步研究方向进行了展望。     

智轨电车多源环境感知系统

智轨电车的多源环境感知系统是车载平台与运行环境的交互纽带,其包括基于激光雷达的障碍物感知子系统、基于毫米波雷达的前侧向障碍物感知子系统以及基于多摄像头的360度环视子系统。基于激光雷达的障碍物感知子系统采用地面分割算法、点云聚类算法和数据关联算法,实现了对运行前方障碍物的检测和跟踪;基于毫米波雷达的前侧向障碍物感知子系统采用目标检测算法和跟踪算法,实现侧向以及前向障碍物探测;基于分布式鱼眼摄像头的360度环视子系统运用图像拼接算法,实现智轨电车周围障碍物感知和预警。实车试验结果表明,该环境感知系统可有效地提高智轨电车的运行安全系数,为车辆智能驾驶提供了全面的环境信息。     

智能轨道快运系统路权控制技术研究

针对城市道路资源的有限性、公用性、十字路口多等特点,开展在保证智轨电车运行效率的同时合理利用城市道路资源的智能轨道快运系统(autonomous-rail rapid transit,ART)路权控制技术研究是十分必要的。文章从合理使用城市道路资源、公共交通优先的角度出发,首先介绍了路权的概念,然后研究了智轨电车在半专用路权及混合路权场景下的运行情况,提出了“移动路权系统+路口信号优先系统”的解决方案,并就需要重点关注的技术项点进行了说明。采用该方案,可在保证智轨电车运行效率的同时尽可能减少其对城市道路资源的占用,实现城市道路运输效率的提升。     

直线轨道涡流制动对高速列车制动动力学特性的影响

列车制动性能直接影响车辆运行安全性和平稳性、稳定性,本文研究了加装直线轨道涡流制动系统对不同动力分配方式的高速列车制动动力学特性的影响规律.首先建立了6M2T和4M4T两种编组方式的列车动力学仿真模型,并与线路实验数据进行对比,验证了模型的有效性.基于该模型,研究了不同时速下的列车在不同动力分配形式下的动力学特性.针对惰行工况、电空制动工况与加装直线轨道涡流制动系统的联合制动工况,分别研究了第1、5、8节车厢的Sperling 指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨作用力的变化规律,研究结果表明,动力分配方式、制动特性对车辆动力学性能有显著影响,涉及的关键动力学性能指标均满足安全限值标准,研究结果将为高速列车加装直线轨道涡流制动系统提供理论参考.     

智轨电车纵向智能控制算法研究与应用

针对智轨电车智能驾驶需求,文章提出一种基于驾驶员行为习惯模型的纵向智能控制算法,其首先分析了智轨电车的运营场景与环境,并基于多传感器感知融合技术来保障列车周边环境360o无盲区障碍物识别与列车高精定位功能;通过引入状态机设计模式与模拟驾驶员行为特性设计思想,进行智轨电车纵向智能控制多模式划分,设计了纵向智能控制策略与算法,实现了列车自主跟车、自动通过红绿灯路口、弯道自动减速以及站点高精对标停车等智能驾驶控制功能。仿真测试结果表明,采用所开发的纵向智能控制算法,车辆能稳定跟随前车起步、加减速与停车,并能实现弯道自动减速和自动通过交通灯路口,且跟车过程中速度控制精度稳定在±1 km/h以内、冲击率小于0.75 m/s³,进站对标停车误差小于±0.21 m,有效降低了司机驾驶工作强度,提高了列车运行舒适性与运营效率。     

智轨电车制动系统及其控制策略研究

针对智轨电车结合了轨道与道路应用特征的特殊性,文章研究了智轨电车制动系统的特殊需求,分析并提出了制动系统的设计目标与顶层指标,阐述依此目标设计的系统方案对需求的符合性。实验结果表明,该新型制动系统能满足道路安全、乘客安全与乘坐舒适性要求。     

跨座式捷运车辆编组分布式固定时间协同巡航控制

为解决跨座式捷运车辆编组协同巡航控制问题,本文提出了基于固定时间理论的跨座式捷运车辆编组分布式协同巡航控制方法.首先,文章建立了跨座式捷运车辆编组动力学模型,明确了编组队列的控制目标,构建了分布式固定时间协同巡航控制架构,提出了跨座式捷运车辆编组分布式固定时间协同巡航控制方法.然后,本文运用代数图论描述编组间的通讯拓扑关系,应用了分布式固定时间终端滑模估计器估计领航编组的位置和速度,设计了分布式固定时间滑模控制器,并基于Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性.最后,文章进行了加速–巡航常规工况仿真实验,验证了所提出控制方法的有效性.     

考虑侧倾的无人车NMPC轨迹跟踪控制

针对高速行驶工况下,无人车转弯时的侧倾易导致车辆模型非线性程度增加,引起轨迹跟踪精度下降和状态失稳的问题,设计一种考虑车辆侧倾因素,基于非线性模型预测控制(NMPC)的无人车轨迹跟踪控制器.根据拉格朗日分析力学和车辆运动学,考虑车辆侧倾几何学和载荷转移效应,建立考虑侧倾因素的非线性车辆模型,包括车体动力学模型和修正的“Magic Formula”轮胎模型;基于此车辆模型,构建非线性模型预测控制器(NMPC)的预测模型,并设定控制器的线性、非线性约束,以保证车辆的运动状态处于稳定区域内.在Carsim和Simulink联合仿真平台上,验证车辆高速蛇形工况和双移线工况下的轨迹跟踪控制效果,仿真结果显示,所设计的控制器可有效改善高速弯道工况下的跟踪精度和车辆状态稳定性.     

自动驾驶4WS车辆路径跟踪最优控制算法仿真

针对自动驾驶车辆高速主动转向工况下传统的控制算法的控制效果容易出现较多的超调量和较长调节时间的问题,提出了基于车辆动力学模型的轨迹预测跟踪主动转向控制算法,并基于轮胎侧偏刚度非线性的特性设计了权系数线性最优二次型(LQR)后轮转角控制算法,通过联合仿真对控制算法效果进行了验证。仿真结果表明:自动驾驶四轮转向车辆在低、高速工况下进行自主换道行驶时,算法控制效果满足汽车操纵稳定性要求,且权系数LQR后轮转向算法比定侧偏刚度的LQR线性控制算法有更优越的操控性能。