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智慧轨道交通

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2026年05期

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智能装备 | 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

智能装备 | 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

摘要: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。
智能装备 | 基于 3D 相机的感应板检测系统研制与应用

智能装备 | 基于 3D 相机的感应板检测系统研制与应用

摘要: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1.1047 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。
智能装备 | 轨道交通站台门激光与视觉技术的防护应用

智能装备 | 轨道交通站台门激光与视觉技术的防护应用

摘要: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。
研究·开发 | 动力集中动车组前端防爬吸能结构开发及力学匹配

研究·开发 | 动力集中动车组前端防爬吸能结构开发及力学匹配

摘要: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。
研究·开发 | 基于动态泄放通道的高速列车“轮-轨”电弧抑制方法

研究·开发 | 基于动态泄放通道的高速列车“轮-轨”电弧抑制方法

摘要: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。
研究·开发 | 基于氢燃料电池的轨道交通车辆 Boost 型 DC/DC 变换器设计

研究·开发 | 基于氢燃料电池的轨道交通车辆 Boost 型 DC/DC 变换器设计

摘要: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。
研究·开发 | 地铁列车牵引节能策略的优化与实践

研究·开发 | 地铁列车牵引节能策略的优化与实践

摘要: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。
研究·开发 | 采用 TSN 的 TCMS 网络 TRDP 网关设计与实现

研究·开发 | 采用 TSN 的 TCMS 网络 TRDP 网关设计与实现

摘要:针对现有部分终端子系统的列车实时数据协议(TRDP)存在不支持时间敏感网络(TSN)通信的问题,文章提出了一种面向 TRDP 通信转换 TSN 网络的网关设计方案。该方案旨在解决传统列车控制网络中以太网传输时延长和抖动较大的问题,从而提高了数据传输的实时性和可靠性。文章完成了该网关板卡完整的软硬件架构设计,该网关主要采用了支持 TSN 网络的交换芯片,通过精准部署时间同步协议(PTP)并结合时间感知流量整形器(TAS),实现了网络数据的高精度控制,最终实现了 TRDP 数据对 TSN 网络的兼容传输。搭建了实物测试平台并开展性能验证,结果表明:该方案实现了 PTP 时间链路延迟小于 110 ns,时间同步精度为 10 ns;启用 TSN 功能后,TRDP 流量的发送周期抖动降低至纳秒量级,发送抖动可控制在 200 ns 左右,显著提升了 TRDP 通信的确定性和可靠性,为后续支持端到端 TSN 网络规模化落地应用提供了坚实的技术支撑。
研究·开发 | 单轨列车用钩缓装置研制

研究·开发 | 单轨列车用钩缓装置研制

摘要:随着城市化进程的加速,单轨列车以其独特的优势,成为了城市交通建设的重要选择之一。作为单轨列车的重要组成部分,钩缓装置的性能对列车运行的安全性、平稳性和编组灵活性具有重要影响。针对现有单轨列车钩缓装置在连挂便捷性、缓冲性能及智能化水平方面的不足,文章研制了一种新型单轨列车用钩缓装置。该装置采用430型钩头,大幅减轻质量的同时实现了机械和电路的快速连接与解钩,提升了连挂便捷性;集成胶泥缓冲组件、EFG2型缓冲组件及气液缓冲组件,优化缓冲组件设计,提高吸能能力;安装接近开关传感器,增强了钩缓装置的智能化监测和故障预警功能。通过仿真计算和静强度、功能性试验验证的结果表明,新型钩缓装置能够满足单轨列车的实际运营要求。该钩缓装置显著提升了单轨列车的运行状态,增强了乘客的出行安全性与舒适性,推动了单轨列车技术升级,对促进城市轨道交通行业的发展具有重要意义。
研究·开发 | 拉绕编工艺轻量化扶手杆的设计与研究

研究·开发 | 拉绕编工艺轻量化扶手杆的设计与研究

摘要:为减少列车运行损耗和提升能源利用率,文章研究了轻量化拉挤-编织-缠绕碳纤维扶手杆不同工况下的力学仿真过程、成型工艺过程、抗弯力学强度和产品阻燃性。使用碳纤维丝束作为拉挤-编织-缠绕材料,聚氨酯树脂作为拉挤树脂,进行轻量化拉挤-编织-缠绕扶手杆的制备。根据合理化的纤维布局,在保证管材结构性能的基础上,该碳纤维扶手杆相较不锈钢杆件可减重50%以上,且能提高成型效率。对拉挤-编织-缠绕碳纤维管进行仿真性能分析、静力学测试和阻燃性测试,结果表明,仿真试验中结构模型的最大位移量为23.8 mm;静力学测试中38 mm管材最大破坏试验的破坏载荷为6.41 kN,最大位移量为27.19 mm;32 mm管材最大破坏试验的破坏载荷为11.44 kN,最大位移量为38.16 mm;阻燃性测试中,拉挤-编织-缠绕碳纤维扶手杆的测试结果满足EN 45545-2:2020中R21项HL3等级要求。
研究·开发 | 智能铁公变装设备的设计与研究

研究·开发 | 智能铁公变装设备的设计与研究

摘要:从铁路物流发展需求出发,分析了铁路货运灵活性不足是限制其在快速物流运输领域竞争力的关键。为此,结合铁路货运车辆转向架和轮对的结构特点以及现有的货运基础条件,充分吸收目前使用成熟的人工智能控制技术,在不改变既有货运车辆的基础上进行智能铁公变装设备的设计。对关键的设计理念、设计原理以及设计过程进行了系统的阐述和论证,对设备的设计结构可行性通过力学校核公式进行论证,对设备智能控制的可行性则通过实体模型进行测试验证,得出智能铁公变装设备可以实现铁路货车车辆在铁路与公路快速切换运行的结论。智能铁公变装设备可从根本上克服铁路货运灵活性不足的缺陷,从而扭转铁路物流在现代化快速物流体系中的不利局面。
研究·开发 | 日本铁道综研所 2030 年规划及对我国的启示

研究·开发 | 日本铁道综研所 2030 年规划及对我国的启示

摘要:面对全球铁路技术发展新机遇,日本积极探索物联网、大数据、人工智能、自动驾驶等数字技术以及蓄电池、生物燃料、可再生能源等绿色低碳技术在铁路行业的广泛应用,从政府、企业、高校和研究机构等各个层面制定了铁路领域的未来发展规划,以推动日本铁路行业的可持续发展。作为日本铁路综合研究部门,日本铁道综合技术研究所(RTRI)近期发布了以“创建可持续铁路系统”为目标的铁路研发文件《规划2030》,围绕“提高安全性、提高工作效率、环境协调友好性、提高便捷性”四大目标,制定了详细的铁路技术研发创新计划。文章对该规划的主要内容进行了研究总结,重点分析了与铁路及车辆技术直接相关的研发创新活动,旨在为助推中国铁路技术研发与创新实现高质量可持续发展提供经验借鉴。
运用·检修 | 地铁车辆维修模式研究与实践

运用·检修 | 地铁车辆维修模式研究与实践

摘要:城市轨道交通车辆在执行传统计划性维修过程中,存在检修停运时间过长、列车可用率偏低及检修任务分配不均衡等问题。文章以绍兴地铁1号线车辆均衡修模式的应用为研究对象,深入分析了均衡修模式在提升列车可用率和满足车辆可靠性指标程度方面的优势。通过研究地铁车辆的维修模式,构建了一种适应该线路当前运营环境的车辆均衡修模式,实现了该线路单列车年维修停时减少78.18%,平均无故障公里数提升23.22%。实践表明:均衡修模式能显著提升列车可用率,对提高轨道交通运营效率具有重要意义。
运用·检修 | 基于走行部监测系统的列车镟修策略研究

运用·检修 | 基于走行部监测系统的列车镟修策略研究

摘要:针对轨道列车传统镟修过度依赖定期检测的被动维修方式所导致的响应滞后、维修成本高、效率低下等问题,文章提出了基于走行部监测系统的“计划预防修+故障临时修”相结合的镟修优化策略,分析了列车车轮的主要损耗形式,介绍了镟修策略制定的主要原则,提出了以安全性、经济性及工作产能为主的策略制定框架。采用对比分析法,选取了3种不同的镟修策略进行周期性跟踪观察,通过走行部监测系统进行在线监管,实时采集振动、冲击和失圆跳动量数据,结合不落轮镟床定期检测结果对车轮的预期寿命进行计算,从而对镟修策略进行优化。结果表明:该方式能够合理优化资源配置,有效延长轮对使用寿命,保障列车安全、舒适运行,同时还能为轨道交通车辆智能化运维提供理论支撑。
运用·检修 | 基于分阶段试行及跟踪评估的 4 日检模式研究及应用

运用·检修 | 基于分阶段试行及跟踪评估的 4 日检模式研究及应用

摘要:为了提高检修效率,减少过修和组织生产压力,传统的每日检模式面临着维护间隔优化的需求。在实际执行过程中,考虑到列车较高的安全和可靠性的要求,多日检模式往往无法做到一步到位,需要分阶段逐步进行间隔的延长,并且试行期间需要及时有效地跟踪试行效果,以此评估是否能够支持进一步扩大延长。文章首先利用日检延长可行性评估方法验证了该线路进行4日检延长的可行性,同时在4日检落地实施过程中提出了一种分阶段逐步延长及试行期间跟踪评估的手段。在多日检试行期间通过正线故障对比分析、运行关键性指标对比分析、关键系统故障数量对比分析等进行试行效果跟踪,评估当前日检间隔是否可以全面落地及进一步延长的可能性,从而逐步推动目标间隔的落地。该方法在上海地铁16号线得到了验证,已在保障列车安全可靠的前提下完成了每日检至4日检的平稳落地。该方法可使得延长过程中列车可靠性得到监控,保证在风险可控的情况下逐步推动目标日检间隔,从而实现降本增效。
运用·检修 | 地铁车辆客室侧门漏雨问题分析及应对策略

运用·检修 | 地铁车辆客室侧门漏雨问题分析及应对策略

摘要:地铁车辆客室侧门是乘客上下车的安全通道,不仅要求开关灵活、安全可靠,还需具备良好的隔音、隔热及密封性能。由于客室侧门结构精密且影响密封性能的因素较多,当车门密封尺寸超差、配件质量差等情况下客室侧门易出现漏雨问题。针对济南 R3 线地铁车辆在生产调试过程中出现的客室侧门漏雨问题,文章先对线路条件、气候条件、国内外淋雨标准、淋雨装置等边界条件进行了对比分析,然后对现车客室侧门密封胶条的尺寸、配件质量、施工质量、润滑保养情况、漏雨路径等进行了深入分析,找到了客室侧门漏雨的原因。针对可能导致车门漏雨的多项因素,从密封尺寸优化、配件质量管控、润滑保养要求等方面逐条制定了整改措施。整改措施实施后,彻底解决了客室侧门的漏雨问题,车门密封性能大幅提升。
运营·管理 | 基于 VMD-MLP-BP 的城市轨道交通短时客流预测方法

运营·管理 | 基于 VMD-MLP-BP 的城市轨道交通短时客流预测方法

摘要:针对客流数据的非平稳性和短时客流预测对高精度的需求,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与结合反向传播算法的多层感知器(MLP-BP)神经网络的组合模型,以提升短时客流预测的准确性。首先,利用VMD对原始客流数据进行分解,将其转化为多个平稳子序列,有效降低非平稳性和模态混叠现象;然后,使用MLP-BP神经网络模型分别对各模态分量进行训练和预测;最后,将各模态预测结果合并得到最终的客流预测值。结果表明,在西安地铁北大街站的数据试验中,VMD-MLP-BP模型在预测精度方面优于传统的MLP-BP模型和EMD-MLP-BP模型,VMD-MLP-BP模型的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MAPE)分别为3.29、4.85和0.42%,显著低于其他两种模型,证明了VMD-MLP-BP组合模型能够有效提高短时客流预测的精度,尤其在处理复杂、非线性的客流数据时具有明显优势。
运营·管理 | 石家庄地铁3号线折返道岔故障行车组织方案研究

运营·管理 | 石家庄地铁3号线折返道岔故障行车组织方案研究

摘要:折返站道岔是影响城市轨道交通运营安全与效率的关键薄弱设施,可导致行车中断、大面积晚点等问题,大幅降低乘客出行效率。因此,在道岔故障场景下开展科学、高效的应急行车组织决策,对于提升运营安全水平、降低故障影响、保障乘客出行效率具有重要现实意义。文章以石家庄地铁3号线西三庄站折返道岔典型故障场景为研究对象,系统梳理了道岔故障的应急处置原则与流程,提出了3种适配道岔故障工况的行车组织策略,并分别从安全风险特征、行车运行指标、乘客服务影响、设备抢修时间及折返司机配置5个方面,对各备选方案开展多指标量化对比分析,最终筛选出适用于本线路折返站道岔故障场景的最优处置方案。本研究可为城市轨道交通运营单位处置折返道岔故障提供决策依据与实操参考,对提升轨道交通系统运营安全性具有重要现实意义。

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