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送风环境下地铁车厢火灾探测器响应时间

清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 975-983页

作者：李行周汛焦伟冰中车株洲电力机车有限公司重载快捷大功率电力机车全国重点实验室株洲412001 中南大学防灾科学与安全技术研究所长沙410075

为探究火源位置对送风环境下地铁车厢火灾探测器响应时间的影响,研究了不同火源位置下车厢内烟气蔓延规律及探测器响应时间。研究结果表明:回风口处风速较大,如果火灾发生在回风口附近,烟气可能会通过回风口进入车厢顶部送风系统,进而... 详细信息

为探究火源位置对送风环境下地铁车厢火灾探测器响应时间的影响,研究了不同火源位置下车厢内烟气蔓延规律及探测器响应时间。研究结果表明:回风口处风速较大,如果火灾发生在回风口附近,烟气可能会通过回风口进入车厢顶部送风系统,进而无法及时蔓延进入车厢顶部C形槽中,从而可能导致探测器响应时间延长。较大的风速会阻碍烟气向车厢顶部的蔓延,从而导致烟气无法快速进入C形槽内,致使探测器响应时间延长。因此,送风口所在截面的位置相比于车厢中心截面是更不利于火灾探测的位置。对该研究建立的车厢模型来说,在C形槽内布置2个探测器较为合理,在该研究设定的各火灾场景下,探测器均可在60 s内探测到烟气。该研究结果可为此类地铁车厢的探测器布置提供参考。

关键词：地铁车厢探测响应地铁车厢火灾烟气蔓延探测器布置

基于MaxViT和改进几何特征点法的车载单目视觉测速方法研究

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1805-1815页

作者：韩锟田文涛李蔚樊运新张浩波中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412000

车载视觉测速技术作为自动驾驶车辆组合测速技术的重要组成,具有硬件成本低、算法拓展性强、低速下测量准确等特点,应用前景广阔。为进一步提高视觉测速算法在各类工况下的精度和鲁棒性,将几何特征点法在特征点充足时测速精度高和深度... 详细信息

车载视觉测速技术作为自动驾驶车辆组合测速技术的重要组成,具有硬件成本低、算法拓展性强、低速下测量准确等特点,应用前景广阔。为进一步提高视觉测速算法在各类工况下的精度和鲁棒性,将几何特征点法在特征点充足时测速精度高和深度学习方法在多场景下测速稳定的优势进行结合,提出一种基于MaxViT和改进几何特征点法的车载单目视觉测速算法。该算法构建基于双输入MaxViT网络和改进几何特征点法的双通道,并行处理车载前视相机获取的连续3帧输入图像序列,滚动估计车辆当前速度,其中双输入MaxViT网络差异化提取图像不同区域的光流特征,估计当前速度所在的置信度为90%的速度区间,改进特征点法基于特征点运动计算当前速度估计值。当速度估计值落在双输入MaxViT网络估计的速度区间时,以该估计值作为实时车速测量值,否则以速度区间中值作为实时车速测量值。当算法迭代运行多帧后,将速度区间中值作为本帧速度输出以减小累积误差。使用6个车速小于40 km/h且包括加减速等工况与直弯道等场景的自建数据集进行实验验证,以理论测速精度0.1 m/s的GPS速度信号为参考速度,本文方法平均相对测速误差少于1.37%,最大相对测速误差少于6.13%。实验结果表明,提出的新方法有效提高了车载视觉测速精度与鲁棒性,可为多元车载视觉测速方法融合提供理论支撑。

关键词：车载车辆测速视觉测速双输入MaxViT网络特征点法验证输出

基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1345-1354页

作者：刘浩德陈峰杨岳中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 株洲电力机车有限公司大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室湖南株洲412000

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的... 详细信息

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真。采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构。通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型。结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能。在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况。通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真。仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真演练与培训学习方面具有良好的应用前景和实际意义。

关键词：铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真三维场景

运动边界对高寒动车组转向架区域风雪运动的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1665-1677页

作者：王家斌刘浩源刘操商雯斐张琰高广军中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加... 详细信息

采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加了转向架2区域的流向速度分布,并影响了雪粒垂向速度分布,致使转向架1区域的表面积雪质量降低33.6%,转向架2区域的表面积雪质量增加20.1%;列车轮对的旋转未影响转向架底面积雪分布,但轮对旋转使后端板周围雪粒垂向速度大幅增加,进而增加了转向架上表面的积雪分布;相较于旋转轮对,在轮对静止条件下,牵引电机、齿轮箱、构架和后端板表面积雪质量分别降低1.5%、2.9%、3.4%和6.4%,转向架2区域的表面积雪总质量整体降低3.2%,因此,在高速列车转向架区域积雪的数值仿真和风洞试验研究中,要尽可能地实现转向架、地面和轮对之间的相对运动。

关键词：高速列车转向架区域风雪流运动边界数值模拟

基于弹性车辆系统和OTPA方法的车辆振动传递特性分析

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交通运输工程学报 2024年第2期24卷 179-192页

作者：郭冰彬罗志翔肖乾程玉琦杨逸航朱恩豪中车株洲电力机车有限公司重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 江西机电职业技术学院车辆工程学院江西南昌330013

为了准确分析轨道车辆在较宽频域范围内的振动特性及传递规律,提出了一种基于弹性车辆系统动力学仿真模型的工况传递路径分析(OTPA)方法;建立了包含柔性轮对、构架和车体的弹性车辆系统动力学模型和与之结构参数完全相同的刚体模型,从... 详细信息

为了准确分析轨道车辆在较宽频域范围内的振动特性及传递规律,提出了一种基于弹性车辆系统动力学仿真模型的工况传递路径分析(OTPA)方法;建立了包含柔性轮对、构架和车体的弹性车辆系统动力学模型和与之结构参数完全相同的刚体模型,从时域的角度研究了轮对、构架和车体的振动特性,并将仿真结果与实测数据进行了对比,探究了弹性处理方式对车辆振动的影响,得出了振动能量的衰减规律;从频域的角度研究了在实测钢轨垂向不平顺的激励下,弹性车辆系统的振动特性;运用OTPA方法仿真分析了钢轨垂向不平顺结合车轮多边形的复杂工况下,车辆系统从轮对到构架至车体这一自下而上的振动传递过程当中垂向振动的主要传递路径。研究结果表明:车辆系统的弹性处理方式对整车振动有重要影响,弹性模型的轮对、构架和车体的振动加速度相比于刚体模型在中低频范围内更接近实测值,轴箱、构架和车体的最大振动幅值分别为250~450、30~40、3~4 m·s^(-2),由轮对至构架到车体,振动幅值呈一个数量级衰减;弹性模型的平稳性指标大于刚体模型,并且速度越大趋势越明显,车辆的弹性振动对运行性能的影响随着速度的提高而增大;车辆系统在复杂工况下,振动主要通过一系钢弹簧传递至构架,再通过空气弹簧和牵引拉杆传递至车内地板。

关键词：轨道交通弹性车辆系统工况传递路径分析钢轨垂向不平顺车轮多边形刚体模型传递路径

芯材双向开槽工艺对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响

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塑性工程学报 2024年第7期31卷 140-151页

作者：王锴余磊金希红张豪姚如洋重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082

借助实验结合仿真分析的研究方法,深入探究了芯材表面双向开槽对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响,采用熵权法-优劣解距离法对16种开槽工况进行了详细分析。结果表明,在三点弯曲实验中,PET泡沫芯材的压缩应变主要集中在中间压头附近,永... 详细信息

借助实验结合仿真分析的研究方法,深入探究了芯材表面双向开槽对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响,采用熵权法-优劣解距离法对16种开槽工况进行了详细分析。结果表明,在三点弯曲实验中,PET泡沫芯材的压缩应变主要集中在中间压头附近,永久塑性变形出现在铝合金面板和胶层处,未在各组分材料中发现明显的失效行为。随着芯材开槽体积的增大,结构的刚度、峰值载荷和总能量吸收均增大,结构的比吸能减小;开槽深度、宽度、间距会对这些性能指标产生显著影响;胶粘剂在连接芯材和面板的同时,增强了结构的抗弯曲性能。最后,基于熵权法-优劣解距离法,确定了芯材表面最优的开槽方案。

关键词： PET泡沫三明治结构芯材表面处理弯曲性能高精度模型方差分析

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升力翼高速列车前后翼干扰特性研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1806-1821页

作者：张宝珍熊小慧汪欣然耿嘉旭重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412000 中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412000 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

在高速列车车顶安装升力翼旨在通过提高列车气动升力减小轮轨作用力,是一种新型等效减重的手段。升力翼安装到高速列车顶部后,其工作环境与航空相比有很大不同,升力翼与升力翼之间存在相互干扰。以三车编组1꞉10缩比某型CRH高速列车模型... 详细信息

在高速列车车顶安装升力翼旨在通过提高列车气动升力减小轮轨作用力,是一种新型等效减重的手段。升力翼安装到高速列车顶部后,其工作环境与航空相比有很大不同,升力翼与升力翼之间存在相互干扰。以三车编组1꞉10缩比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,分别针对不同高度和不同间距布局的两翼高速列车进行数值模拟分析,探讨前后升力翼布局对升翼力列车气动力和周围流场结构的影响规律及其作用机理。研究结果表明:对于不同间距布局,当后翼距离前翼过近时,前翼翼尖涡流的干扰导致流速加大,压差变小,最终使气动升力有所降低;而当前后翼间距过大时,即后翼远离前翼尾流干扰范围,后翼由于无法受到前翼下洗气流的正向作用,使得升力减小。对于不同高度布局,错落式布局下前翼的尾流涡旋由于高度差的原因远离后翼,相较于等高式布局,错落式布局中前翼尾流对后翼造成的干扰程度较小。错落式布局的列车整体升力性能优于等高式布局的列车整体升力性能,且前低后高式布局下,列车的增升效果最好。综合不同间距和不同高度布局的结果可知,对于两翼高速列车,翼间距为0.90H时前低后高式布局的整车气动性能最优,尤其是列车升力可以得到显著提升。

关键词：高速列车升力翼翼间干扰特性计算流体力学

新能源列车并联三电平Boost直流变换器模型预测均流研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：刘哲霖李蔚柯建明李旺唐鑫鑫中南大学交通运输工程学院中车株洲电力机车有限公司重载快捷大功率电力机车全国重点实验室

新能源轨道车辆中高压直流电源系统是新能源有轨电车的重要架构之一，将不稳定的电源利用直流变换器转换为稳定的直流电源能保证轨道车辆的稳定运行。大功率变换器并联能够实现电感体积和变换器效率的双重优化，为实现多模块直流变换器... 详细信息

新能源轨道车辆中高压直流电源系统是新能源有轨电车的重要架构之一，将不稳定的电源利用直流变换器转换为稳定的直流电源能保证轨道车辆的稳定运行。大功率变换器并联能够实现电感体积和变换器效率的双重优化，为实现多模块直流变换器的负载均流，提高系统稳定性。针对元器件之间存在偏差导致并联模块难以实现均流的情况，立足于传统下垂控制，分析了多个模块并联时在传统下垂控制下负载调整率较大。因此，以两个模块并联为例，在经典的均流方式基础上，提出了一种基于模型预测控制改进的下垂控制的三电平Boost直流变换器多模块并联均流的控制方法，通过预测各变换器的输出电流和输出电压，预测最优下垂系数，使各三电平Boost直流变换器输出至负载的电流实现均衡。利用MATLAB/Simulink软件平台，在负载端扰动下，对传统下垂控制和模型预测控制改进后的下垂控制对三电平Boost直流变换器多模块并联均流控制进行了仿真。仿真结果验证了在升压电感存在偏差的情况下，改进后的下垂控制对并联模块的输出电流有更好均流效果。由仿真结果可知，对于传统下垂控制的系统，在负载扰动前，其系统不均流度约为10%，当负载发生跳变，其输出电流的不均流度约为15%。而利用模型预测控制改进后的下垂控制，在系统稳定运行的条件下，系统的不均流度始终不超过1%。为了验证仿真有效性，本文利用RT-LAB平台进行了半实物实验，实验结果与仿真基本吻合。本文结论是，利用模型预测控制改进后的下垂控制具有良好的均流效果和负载调整效果。

关键词：轨道车辆三电平Boost直流变换器下垂控制并联均流模型预测控制

PET泡沫三明治结构准静态弯曲和疲劳性能试验研究

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塑性工程学报 2024年第6期31卷 171-181页

作者：王锴贾晓航张蓓余磊张豪姚如洋重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082 长安大学信息工程学院陕西西安710064

在材料尺度下,借助试验手段获得了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫三明治结构各组分材料(PET泡沫芯层、铝合金面板以及胶粘剂)的力学性能,以及PET泡沫的玻璃化转变温度和微观拓扑形态。在结构尺度下,在不同温度下进行了三点弯曲准静态试... 详细信息

在材料尺度下,借助试验手段获得了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫三明治结构各组分材料(PET泡沫芯层、铝合金面板以及胶粘剂)的力学性能,以及PET泡沫的玻璃化转变温度和微观拓扑形态。在结构尺度下,在不同温度下进行了三点弯曲准静态试验,探究了温度对弯曲性能的影响,揭示了温度对变形响应过程的影响机理;同时,开展了常温下的三点弯曲疲劳试验,分析了载荷水平和加载频率对失效模式、疲劳寿命和刚度退化等指标的影响;在此基础上,开展了计及温度效应的三点弯曲疲劳试验,探究了环境温度对PET泡沫三明治结构疲劳性能的影响。结果表明,温度效应会显著影响PET泡沫三明治结构在准静态和疲劳弯曲载荷作用下的变形和破坏机理。

关键词： PET泡沫三明治结构三点弯曲疲劳温度效应