期刊信息
期刊中文名称：智慧轨道交通
期刊英文名称：Intelligent Rail Transit
出版周期：双月刊
出版地：山东青岛
语种：中文
主管：中国中车集团有限公司
主办：中车青岛四方车辆研究所有限公司
主编：冯勇
联系人：袁焕涛
ISSN 2097-0366
CN 37-1532/U
邮发代号：24-25
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速度传感器失效的动车巡检机械臂超螺旋滑模控制算法研究
徐正伟;赵兴强;动车巡检机械臂是在机械化、自动化的推动下发展起来的一种新型铁路配套装备，在现代动车巡检体系中，对其高效精准操控是保障巡检质量与效率的核心要素之一。为此，文章针对速度传感器失效且存在执行机构死区的动车巡检机械臂系统，研究了其在参数摄动和干扰力矩下的轨迹跟踪控制问题。首先，构造了一个高阶滑模观测器来估计系统未知速度信号和集总扰动。其次，为保证全局强鲁棒性和误差快速收敛，给出了一种非奇异快速终端滑模面，并通过引入超螺旋算法来抑制控制力矩抖振。然后，基于李雅普诺夫稳定性理论，严格证明了滑模面的有限时间可达性和跟踪误差的快速指数收敛性。最后，给出了一个两连杆巡检机械臂的实例，并通过与其他控制策略的比较，充分证明了所提控制算法的优越性。
基于3D相机的感应板检测系统研制与应用
欧凯;钟声标;陈昭;邓东强;感应板作为直线电机地铁线路的重要轨道基础设备，其与轨道平面的相对高度直接决定直线电机气隙大小，不仅严重影响列车牵引效率及能耗，而且极大地威胁列车安全平稳运行。目前，地铁公司主要依靠人工检查感应板外观及几何尺寸，亟需快速、高效、准确的车载感应板检测系统以提升检测效率及精度，但国内外尚未开展感应板检测相关研究。文章提出了一种基于3D相机的感应板检测方法，介绍了感应板检测系统的设计、3D相机、系统联合标定以及感应板高度检测算法，研制了基于3D相机的感应板检测系统设备。经在广州地铁6号线开展多次试验验证，感应板高度的极差保持在0～1 mm范围内，且95%重复性误差为1.104 7 mm,满足实际要求，未来系统将拓展感应板巡检等功能，如感应板移位、裂缝等。
轨道交通站台门激光与视觉技术的防护应用
赵品伟;张飞跃;谢柏通;李胜招;随着轨道交通的快速发展，站台门与列车门之间的间隙安全问题日益凸显。文章深入探讨了一种激光与视觉技术在轨道交通车站站台门防护中的应用方法，具体步骤如下：半导体激光器经准直镜、扩束镜整形后，以连续输出模式射出激光束；激光束经环境介质后产生返回散射光，散射光经带通滤光片抑制环境光后形成光斑；光斑由工业相机接收，并完成曝光、增益、伽马等初步处理后，将数据转换后通过高速链路传入PC端。文章所采用的激光对射技术基于激光束的直线传播特性，通过发射端发射激光束，接收端接收激光束形成光斑。同时，采用基于视觉的检测算法，利用摄像头和计算机替代人眼，实时监测站台门与列车门之间的空隙。当异物阻碍特征光带时，系统通过图像处理算法判断异物存在。该装置具有抗干扰能力强、稳定性好、响应速度快等特点。
动力集中动车组前端防爬吸能结构开发及力学匹配
刘旭;黄豪;文章以尽可能降低装置所占空间为前提，根据动力集中动车组的碰撞防护要求，完成了收缩管吸能元件的方案设计。采用显式有限元分析方法，结合试验测定的部件性能参数，对比分析了吸能元件在不同速度条件下的冲击响应特性。该方案在已有相关研究基础上，通过拉丁超立方试验设计(LHS)方法对吸能元件的关键参数进行采样，并据此构建了反映其冲击力学性能的响应面近似模型。采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该吸能元件进行了以提升撞击力与吸能效率为目标的多目标结构优化匹配设计，最终获取了最优解集对应的优化结构方案。经过响应面优化后的动力集中动车组吸能装置，其吸能能力符合设计要求，且对优化后的防爬吸能装置模型进行了碰撞试验，试验结果与优化方案数据相符合，验证了优化方案的准确性与可靠性。
基于动态泄放通道的高速列车“轮-轨”电弧抑制方法
姜荣;崔勇;高速列车在通过站场绝缘节时，因轨道电流路径突变易引发“轮-轨”间电弧放电，导致钢轨端头烧蚀、绝缘节碳化，严重影响轨道电路稳定与行车安全。为有效抑制该类电弧现象，文章提出一种基于电势差阈值控制的动态泄放方法，通过设计并联式智能抑制装置实现对绝缘节两端电势差的实时监测与快速响应。当检测电势差超过设定安全阈值(20 V)时，系统自动触发MOS泄流通道，引导牵引回流绕开高阻断点，从而削弱电势突变带来的电弧条件。试验与仿真结果显示，该方法可将典型冲击电流峰值从300 A降低至157 A,泄流率达47.67%;电势差由原始75.4 V有效抑制至4 V以内，响应误差控制在1%以内。与传统的线路结构改造方式相比，该方法具备无需停运、快速部署、实时防护等工程优势，为高速铁路轨道绝缘节的电气防护与维护策略提供了新的技术路径和理论依据。
基于氢燃料电池的轨道交通车辆Boost型DC/DC变换器设计
于炳海;姜磊;矫德余;韩红彬;杜振环;任宝兵;文章对额定功率150 kW的轨道交通车辆用Boost型DC/DC变换器进行了设计研究，重点围绕变换器的拓扑结构优化、参数计算方法改进及控制策略创新等关键技术开展了系统研究。首先，分析了氢燃料电池输出特性与轨道交通工况需求，完成了主电路拓扑选型与关键元器件的参数设计；其次，针对宽输入电压范围工况，提出了基于电压电流双闭环的控制策略优化方案，以提升变换器的动态响应能力与运行稳定性；最后，利用PLECS仿真软件搭建系统模型，对变换器的升压性能、负载适应性及参数合理性进行了仿真验证。研究结果表明：文章所设计的基于碳化硅技术的Boost型DC/DC变换器，可有效实现氢燃料电池输出电压的稳定提升与高效转换，平均效率超过98%,满足轨道交通车辆对功率调节单元的高可靠性与宽工况适应性的要求，为突破氢能源轨道交通技术瓶颈、推动轨道交通行业绿色低碳发展提供了重要的技术支撑与实践参考。
地铁列车牵引节能策略的优化与实践
万宇;针对既有地铁线路设备设施运行稳定、改造成本高的现实问题，文章提出了一种基于牵引/电制动特性优化的节能策略，旨在通过调整牵引力-速度曲线降低能耗。以某120 km/h市域快线地铁列车为研究对象，重点优化了恒功率速度点及高速区段牵引力输出。具体方法包括将恒功率速度点从60 km/h提前至45 km/h,并降低AW0～AW2载荷下高速段的牵引力，从而压缩牵引能耗积分面积。通过四列运营列车的对比试验，验证了优化方案的节能效果。试验结果表明，优化后牵引公里净能耗可降低5.66%～8.47%,单列车年节电量可达85.4万kWh,经济效益显著。研究进一步揭示了节能效果与线路条件、信号控车方式及载荷分布的关联性，并指出未来需扩大试验样本量、延长测试周期以提升数据代表性。该方案突破了传统设备改造路径，通过软件算法迭代实现节能增益，为既有地铁线路提供了低成本、零土建的节能范式，具有广泛的推广应用价值。
城市轨道交通车辆实时监测系统的设计与实现
朱永鑫;谢沂林;尚东冉;侯会文;随着我国城市轨道交通行业的快速发展，智能运维模式已在各地广泛应用，有效提升了运营质量。车辆实时监测系统作为车辆智能运维的核心模块，可实现对列车实时状态的有效感知和精准分析。为实现系统的快速建设和持续扩展，文章结合大数据、微服务等技术，提出了一种基于流式计算和微服务架构的实时数据处理与应用系统方案。该方案包括数据平台和应用平台，数据平台采用非阻塞I/O框架、流式计算引擎、时序数据库、消息队列等大数据组件，完成实时数据的快速接入、解析、存储与推送，实现了数据的快速处理和系统弹性扩展；应用平台基于微服务架构进行模块化拆分，设计了一种“订阅-分发”模式、事件驱动的实时数据处理发送机制，大幅提升了系统的模块复用率、开发运维效率与扩展性，从而为运维业务的持续发展提供了有力支撑。
铁路客车无障碍交互技术研究与终端研制
陈茂强;时文昌;王峰;刘伟;在铁路客车出行中，视障、听障、肢体残疾乘客和老年乘客等行动障碍群体因存在身体障碍或身体机能衰退，面临诸多乘车不便，是铁路客运服务的重点关怀对象。为提升行动障碍者在乘车落座后的需求表达与信息获取效率，通过分析行动障碍者落座后的行为需求，秉承人文关怀的设计理念，结合智能语音交互、定向声传输、手势识别等无障碍交互提升技术的研究与应用，研制了一款安装于行动障碍者座椅附近的无障碍交互终端。该终端在常规交互终端的基础上，构建了铁路客车乘客终端多模态交互新模式，可满足了视障、听障、肢体残疾乘客和老年乘客等行动障碍群体在乘车落座后的使用需求，有效提升了铁路客车无障碍出行的便捷性与舒适性。
基于超声波技术的铁路客车制动缸螺栓组拧紧工艺优化
陈燕;孙超;王张翼;王春生;曹原;陈有根;杨波;针对铁路客车单元制动缸在检修后出现0公里漏气的问题，采用超声波测量螺栓预紧力的原理，研究了不同影响因素（高温、低温、振动和拧紧工艺）对铁路客车制动缸螺栓组预紧力衰减的影响，并利用各因素下的衰减特性进行了优化拧紧工艺的调整。此外，还验证了ASME PCC-2022《压力边界螺栓法兰接头组件指南》在紧固工艺方面的指导，优化现有拧紧工艺，即采用分步拧紧以及复拧的工艺方式。研究结果表明，通过优化拧紧工艺，可以显著减缓预紧力的衰减速度，降低单元制动缸预紧力衰减以及解决分布不均的问题。这些发现为铁路客车的维护和检修提供了关键支持，有望在实际应用中提高铁路客车制动系统的性能和可靠性。
基于线性回归模型的铁路客运量预测与实证分析
王家俊;以郑州市为例，利用计量经济学的方法对郑州市铁路客运量的影响因素进行单变量和多变量分析，采用普遍最小二乘法(OLS),分别研究地区生产总值、总人口数、接待国内外游客总量、居民消费价格指数对郑州市铁路客运量的影响程度。利用EViews软件，以2000—2016年的铁路客运量数据作为训练集，2017—2018年的铁路客运量数据作为测试集，分别进行一元线性回归和多元线性回归分析，通过多重共线性、异方差、自相关性的检验以及模型拟合优度的比较，得到最佳郑州市铁路客运量预测模型，模型解释能力为99.07%。经测试集相对误差检验，构建的模型预测值与实际值误差小于2%,多元线性回归模型预测效果很好，可为地区铁路客运量的短期预测及相关部门的客运决策提供数据支持。
世界铁路高速列车50年的发展与进步
李瑞淳;回顾了50年来世界铁路高速列车的发展历程、技术现状和所取得的成就,以及高速列车的最新进展和发展趋势。其中重点介绍日本、法国、德国、意大利等国家为代表的高速列车原创国的高速列车发展概况、技术特点和最新进展。
国外重载货车转向架的技术发展现状及发展我国铁路重载货车转向架的若干思考
刘宏友;介绍了国外重载货车典型转向架的技术特点和相应的技术措施,回顾了我国货车转向架的发展历程以及成熟的关键技术,总结了我国铁路货车转向架的技术现状。针对发展我国大轴重货车转向架的轴重、速度、车轮直径、设计原则和评价准则进行了讨论,并阐述了研发大轴重货车转向架应当关注的噪声、径向性能、模态及轮轨磨耗动态分析等研究热点问题。
碳化硅MOSFET驱动电路的研究与设计
杜太磊;随着碳化硅功率器件技术的不断发展，碳化硅功率器件发展优势明显，将逐步成为未来主流功率半导体器件。多家公司推出了多款碳化硅MOSFET,但是对于高压应用的碳化硅MOSFET驱动产品还处于半空白状态。文章针对A公司FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块的驱动进行了研究与设计，在满足碳化硅驱动电流的基础上，增加了有源钳位保护、退饱和保护、故障信号反馈功能。有源钳位保护电路中具有动态有源钳位设计，在MOSFET关断时，降低嵌位电压来快速保护MOSFET,静态时抬高嵌位电压防止误动作。退饱和保护电路检测到故障后可迅速关闭驱动，并将故障信号进行反馈。通过双脉冲测试，验证了文中设计的驱动板功能，对FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块在后续项目中的应用具有重要意义。