最新刊期
      2024 年 第 卷 1 期

        综述

      • 秦勇,丁奥,王彪,刘汉,徐磊,蔡昌俊,常振臣
        2024(1): 1-10. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.001
        摘要：科学维护运营车辆、保障列车运行安全一直以来都是轨道交通领域的核心问题。近年来，随着列车预测性维修和无人驾驶等重大需求的提出，迫切需要实现全息状态感知、精细诊断预测、及时反馈处置的列车健康管理功能。现有系统架构存在着感知低效、融合深度不足、模型优化动态差、计算协同弱、自主化决策水平低等问题，先进的物联网、大数据、人工智能、数字孪生等技术的发展，推动了列车健康管理系统架构向更高水平智能化演进。文章对列车健康管理系统技术发展阶段进行了梳理划分，在此基础上提出了基于泛在感知与协同计算的轨道交通列车健康管理系统4.0架构，详细阐述了其内涵概念、系统架构和关键技术，归纳出泛在感知、协同计算与健康管理深度融合的解决途径、技术手段和预期效果，明确了现阶段技术攻关的主要方向，进而支撑列车安全保障和运维品质的提升。  
        关键词：轨道交通;列车健康管理4.0系统;泛在感知;协同计算;智能运维;无人驾驶   
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        发布时间：2024-08-02
      • 龙腾,王彧弋,林军,史可,潘文波,康高强
        2024(1): 11-21. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.124
        摘要：随着感知、决策、控制、诊断等技术不断向智能化方向发展，在轨道交通领域，车载智能化应用也逐渐成为未来轨道交通发展的趋势。文章介绍了列车自动驾驶、主动防撞、基础设施检测、行为监测等车载关键技术的发展现状以及展望，这些技术的应用提高了轨道交通的运行效率和安全性。其中，列车自动驾驶技术的应用使得列车可以更加准确、高效地运行，降低了人为操作失误带来的风险；主动防撞技术的应用可以实现列车之间的自动避让，有效预防碰撞事故；基础设施检测和行为监测技术的应用可以在设备故障或者司机疲劳等情况下及时预警，减少潜在风险。随着这些技术的应用，轨道交通车载智能化将迎来更多的创新和发展，为未来轨道交通的高效、安全、智能化运营提供有力支持。  
        关键词：轨道交通;机车自动驾驶;主动防撞;基础设施检测;行为监测   
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        发布时间：2024-08-02

        铁道机车车辆

      • 曾周,胡晓宇,冉祥瑞,陈哲,王开云
        2024(1): 22-30. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.106
        摘要：文章根据纵向动力学理论，建立2万t重载列车纵向动力学仿真模型，研究车辆数量对列车纵向冲动的影响，给出长、短编组混编建议。同时，基于同步减少前后部车辆数量、仅减少前部车辆数量与仅减少后部车辆数量等3 种情况（后2种情况可视为长、短编组混编）， 计算列车空气制动延时、缓解延时和循环制动工况下的最大车钩力。结果表明：对于“ 1+ 1+可控列尾”编组形式的2万t重载列车，同步减少前后部车辆数量可有效降低列车缓解过程中的缓解延时和最大车钩力；当仅减少前部列车车辆数量时，最大缓解延时变化较小，无法有效降低纵向冲动；而减少后部列车车辆数量可有效降低最大缓解延时，对减小纵向冲动具有十分显著的效果，对重载列车编组优化有一定指导意义。因此，对于长、短编组混编情况，将短编组编至长编组后可有效降低列车运行的纵向冲动。  
        关键词：纵向冲动;重载列车;车辆数量;空气制动;纵向动力学   
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      • 谷鹏,齐红瑞,朱涛,肖守讷,张敬科,王小瑞
        2024(1): 31-38. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.105
        摘要：为提高电力机车碰撞安全性，文章以某型电力机车车体为研究对象，对底架前端部位开展耐撞 性动态拓扑优化研究。首先，建立电力机车有限元模型，通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得 到底架能量流动的主要路径；然后，结合电力机车车体结构特点，对底架前端结构进行优化设计与铝蜂窝吸 能材料填充；最后，将优化前后的有限元模型进行碰撞仿真计算对比。研究结果表明：优化后的车体碰撞峰 值加速度为402.56 m/s2 ，较优化前的车体碰撞峰值加速度663.04 m/s2 降低了39.29% ，优化后碰撞峰值界面力比优化前降低 35.71% ，验证了机车耐撞性结构拓扑优化设计的合理性与有效性，提升了该型机车的耐撞 性能。  
        关键词：电力机车;机车耐撞性;动态拓扑优化;混合元胞自动机法;铝蜂窝   
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      • 朱兵,郭力,韩笑,李廉枫
        2024(1): 39-45. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.102
        摘要：为满足澳大利亚铁路客户需求，中国中车开发了出口澳大利亚的3 150 kW 交流传动内燃机车， 文章简述了该型机车的总体布置特点、主要性能参数及配置、牵引性能曲线；重点从黏着牵引性能、轻量化 高强度车体、电磁兼容性能、噪声控制以及柴油机辅助系统等方面介绍了该机车的主要特点；同时重点介绍 了机车车体静强度试验、扭转试验、司机室噪声试验、电磁兼容试验等试验验证情况，说明了机车相关性能与国际先进标准的符合性。全文说明了出口澳大利亚3 150 kW 交流传动内燃机车的先进性，以及其对内燃机车设计所产生的积极影响。  
        关键词：国际先进标准;3 150 kW;交流传动;内燃机车   
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      • 宋清林,林建华,李文勇,类延磊,杨化龙,朱丹
        2024(1): 46-57. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.101
        摘要：文章介绍了双动力高速动车组动力包的结构特点，利用HyperMesh 软件建立动力包框架有限元 模型；根据EN 12663-1 标准确定动力包框架的静强度和疲劳强度工况；根据Von Mises 应力评估动力包框架 结构的静强度；根据DVS 1612 标准评估动力包框架的焊接疲劳强度。利用ANSYS 软件，对动力包框架进行自由模态分析；根据双层隔振理论建立动力包动力学模型；根据ISO 10816-6 标准，计算动力包的振动烈度；根据ISO 8528-9 标准，对动力包框架进行振动试验。通过对动力包框架的仿真分析和振动试验，结果表明，动力包框架能够满足相关标准设计要求。  
        关键词：高速动车组;动力包;静强度;疲劳强度;模态分析;隔振效率;振动烈度   
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      • 刘智远,龙源,李行,杨天智,易柯,罗江果
        2024(1): 58-63. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.104
        摘要：空调送风风道是地铁列车的关键部件之一，其性能优劣极大地影响着地铁的舒适性。如何优化 空调送风风道结构，提升其送风均匀性成为亟待解决的难题。为改善风道的送风量、送风均匀性和噪声等指 标，文章基于均匀送风管道理论设计与计算流体动力学仿真（CFD）验证的方法，优化了空调送风风道的结 构。首先基于客室低噪声要求，将动压到静压转换的腰形孔的平均出流速度控制在5 m/s；其次通过送风风道动压与静压之间的关系进行理论计算，控制动压腔内的动压和动静压腔之间的静压差来保证送风的均匀性；不同于传统的等宽动压腔风道结构，优化后的送风风道的动压腔为缩径结构，此结构可提升风道的送风均匀性。为验证理论设计方法的准确性，采用CFD计算软件对通过理论设计优化的风道结构进行了流场仿真分析，将优化风道与原始风道模型搭建在同一客室模型上，并对两种风道与客室耦合模型的仿真结果进行了对比分析。研究表明通过理论设计优化的风道结构各腰形孔的送风均匀性都控制在20%以内，客室内风速分布也得到较大改善，进一步验证了理论计算优化方法的有效性，对于空调风道的工程应用具有指导意义。  
        关键词：地铁列车;空调风道;均匀性;噪声;数值仿真   
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      • 刘雨霏,左飞飞,张敏,马卫华,王爱彬
        2024(1): 64-70. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.103
        摘要：针对一种速度160 km/h 新型中低速磁浮悬浮架，文章运用SIMPACK 多体动力学软件建立了车辆的动力学模型，分析了该悬浮架在直线以及曲线工况下的动力学特性。结果表明，直线运行工况下车辆速度可以达到160 km/h，悬浮间隙、车体振动加速度等指标均符合要求，但在120 km/h 时车辆各项指标有所恶化，为减小车体共振影响，对车体振动加速度进行了频率分析并给出优化建议。在曲线工况下，车辆的导向力、空簧横向位移及滑台位移等指标均在正常范围。研究结果证明新型中低速磁浮车辆的动力学性能符合要求，相关动力学结果可为新型悬浮架后续研究及工程化提供数据支持。  
        关键词：中低速磁浮车辆;悬浮架结构;动力学;车体振动;城市轨道交通   
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      • 倪延强,邵海城,杨静怡,樊令举,刘志国
        2024(1): 71-76. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.009
        摘要：为满足高速动车组电机悬挂要求，文章设计了一种新型小径向/轴向刚度比（径向刚度与轴向刚度比值）的橡胶节点，并通过有限元仿真分析、静刚度试验、疲劳试验及装车试验进行了验证。结果表明，这种结构的橡胶节点符合技术要求，且其预压缩简单有效，刚度范围可调，抗疲劳性能良好，具有良好的高温耐受性，满足电机运行环境的要求。  
        关键词：橡胶节点;径向/轴向刚度比;有限元;疲劳;高速动车组   
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      • 张春玉,郑成功,杨青,程林,徐唐杰,刘鑫光
        2024(1): 77-84. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.150
        摘要：针对列车碰撞场景与汽车碰撞场景中乘员损伤情况的不同，文章在传统的汽车正面碰撞试验假人（Hybrid Ⅲ-50th假人）基础上，参考人体乘员约束测试装置（THOR）假人结构，研制了可调角度的腰椎和立姿臀部模块；并重点研究了上腹部和下腹部生物力学响应特性，制作出可坐可站的列车碰撞安全试验用假人（H3-RS假人），使其既具备Hybrid Ⅲ-50th假人生物力学特性，又增加了上腹部和下腹部生物力学特性，更加符合列车碰撞安全试验需求；最后通过台车试验进行了初步验证，结果表明H3-RS假人在结构、功能和强度上基本满足试验需求。  
        关键词：列车安全;列车碰撞;H3-RS假人;生物力学特性;腹部;立姿   
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      • 汤晏宁,戴宇,肖望强,邵堃
        2024(1): 85-92. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.127
        摘要：随着高铁速度的不断提升，振动噪声问题越来越显著，这对高铁内装木地板的隔声性能和轻量化提出了更高的要求。文章对某尺寸内装木地板进行隔声性能研究，首先基于离散元法，对内装木地板粒子阻尼器的外观和结构进行设计，以满足安装要求；然后，通过统计不同粒子阻尼器配置下的耗能值，研究不同安装区域、不同粒子材质和不同粒子粒径对于内装木地板隔声效果的影响，从而得到最优配置方案；最后，通过隔声试验进行验证。试验数据表明，不同粒子阻尼器配置方案的隔声性能与离散元仿真结果一致，证明了离散元模型的有效性，并且最优粒子阻尼器配置方案的各频段隔声量提升明显，计权隔声量提升了3.9 dB，完全符合预期目标，证明了粒子阻尼器对于内装木地板减振降噪的有效性。通过将粒子阻尼技术应用于高速动车组内装木地板的减振降噪中，为高速动车组内装地板等结构的减振降噪提供了新的思路，具有重要的工程意义和应用价值。  
        关键词：高铁内装木地板;粒子阻尼;离散元法;隔声性能;高速动车组   
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      • 张全明,钟谱华,朱龙
        2024(1): 93-100. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.109
        摘要：神朔铁路是我国重要的重载货运线路，重载列车运行环境恶劣，操纵困难，列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题，文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征，搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型，通过仿真分析了重载列车无涌动和有涌动时的运行状态，针对重载列车的涌动问题提出了一种有限集预测控制方法，仿真验证了该预测控制能够减小列车涌动时的速度波动和最大车钩力。  
        关键词：重载列车;平稳性;涌动;多质点模型;有限集预测控制   
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      • 郑杰,何沛恒,李强,邓斌,邓自刚
        2024(1): 101-108. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.136
        摘要：高温超导磁浮列车在运行过程中受到轨道随机不平顺激励的影响，车体和磁浮架的振动会传递至直线电机动子而导致气隙变化，变化后的电磁力反作用于电机悬挂系统，进而影响磁浮架和车体振动。二者的耦合振动一定程度上会影响高温超导磁浮列车的安全运行。为了减少轨道随机不平顺激励对电机悬挂系统的影响，文章建立了多刚体动力学理论模型，并在周期性激励的作用下，对理论模型进行了动力学响应的仿真验证，证明了动力学理论模型的正确性。进一步地，在UM软件中以电机法向力和轨道随机不平顺作为外部激励，对高温超导磁浮列车动力学模型进行仿真，研究了电机悬挂系统的垂向刚度对直线电机气隙、车体和悬浮架振动、列车运行平稳性等参数的影响并对该刚度值进行了合理优化。结果表明：增大直线电机悬挂系统的垂向刚度能一定程度提高车体平稳性；同时增大垂向刚度能一定程度上减小气隙的变化和电机的振动，从而降低和悬浮架的耦合作用。研究结果是在特定的结构参数、负载条件下的仿真分析结果，可为高温超导磁浮列车动力学分析提供一定参考作用。  
        关键词：轨道随机不平顺;法向力;高温超导磁浮列车;直线电机悬挂;UM   
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        发布时间：2024-08-02

        电力牵引与控制

      • 李鹏,邹志超
        2024(1): 109-121. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.121
        摘要：文章介绍了国外动力集中动车组的研究进展和典型应用，对各种车型的系统配置进行初步对比分析，结合中国动力集中动车组的研发技术水平和应用现状，提出了研制动力集中动车组技术的总体目标、技术特点、技术难点、技术方案，重点围绕动力集中动车组在牵引系统、DC 600 V列车供电和网络控制系统等设计项点，开展关键技术分析与研制。地面试验和现场运营情况表明，该电气系统性能表现良好，能够满足动力集中动车组电气系统各项指标要求，其成功研制为完善国内“复兴号”动车组谱系和高铁“走出去”提供坚实的装备支撑。  
        关键词：动力集中动车组;电气系统;主电路拓扑;网络系统;DC 600 V;耦合发电   
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      • 唐军,葛强华,邹智荣,陈勃,唐品
        2024(1): 122-128. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.100
        摘要：随着无线通信技术的广泛应用，列车通信网络面临的网络安全风险随之增加。数据加密是应对网络安全风险的重要手段，但也需要额外消耗处理器的计算资源。列车通信网络主机都是由嵌入式设备组成，计算资源有限。文章提出了一种面向列车通信网络的轻量化加密方案，该加密方案在传统通信加密方案上提出了一种密钥协商流程，大幅降低密钥管理硬件要求和计算量，达到在列车通信网络轻量化加密，满足通信数据真实性、完整性、保密性要求。经过试验验证，该方案的密钥协商用时约为传统SM2+SM3+SM4通信加密方案的31.9%，设备CPU负荷约为其35.8%。  
        关键词：列车通信网络;数据加密;轻量化;密钥协商   
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      • 余昌瑾,黄文静,秦涛
        2024(1): 129-137. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.108
        摘要：安全控制系统是车辆安全功能链路的关键组成部分，对于保障整车安全具有至关重要的作用。为指导轨道交通车辆安全控制系统的设计，文章针对城市轨道交通车辆安全型控制系统的3种典型架构进行分析。通过考虑不同架构中是否存在共因失效约束，并结合硬件失效数据进行安全分析与计算，阐述了不同架构对系统失效率以及SIL等级的影响，计算结果表明，如要开发SIL3/SIL4安全控制系统，推荐采用1oo2或2oo3系统架构，且应重点关注共因失效。相关结果可为后续城市轨道交通车辆安全控制系统的设计提供参考与指导。  
        关键词：城市轨道交通;安全功能;安全架构;失效率;共因失效;SIL;城市轨道车辆   
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        智能化技术

      • 林德铝,刘畅,陈琦,曾阳,何琨
        2024(1): 138-144. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.120
        摘要：随着列车智能化程度的不断提高，许多研究探索了车载设备目标检测模型的轻量化技术，以满足在资源有限情况下的高效计算。针对当前YOLO（You Only Look Once）系列目标检测模型轻量化方法通用性不够强的问题，文章提出了一种针对YOLO系列的低秩分解参数压缩算法。首先通过预设的低秩比例系数和卷积单元的输入/输出通道数量计算低秩，然后通过对目标结构的卷积层进行Tucker分解，得到新的卷积序列，最后融合新的卷积序列，取代原有卷积层。使用公开数据集对所提出的基于低秩分解的参数压缩方法进行试验，选用了YOLOv5-l、YOLOv8-x和YOLOX-x这3种模型，在保证低秩分解后的模型检测平均精度为原模型96%的前提下，模型参数量和浮点计算量均减少了约40%，同时图像检测速度能达到原模型的150%左右。此外，可视化结果显示，该方法压缩过的模型与原模型在相同图像上的关注区域基本相同。试验结果表明，文章提出的方法可以有效地对单阶段YOLO系列目标检测模型进行轻量化压缩，提高模型在车载设备上的可用性；同时，所做工作对轨道交通领域自动驾驶场景下的其他模型的轻量化处理也具有重要的借鉴意义。  
        关键词：深度学习;低秩分解;轨道交通;自动驾驶;模型轻量化;目标检测   
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        发布时间：2024-08-02
      • 曾俊玮,耿力,卢晨旸,任利惠
        2024(1): 145-151. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.122
        摘要：为了克服单目视觉的局限性和提高虚拟轨道列车的路径感知能力，文章提出一种基于双目立体视觉的虚拟轨道列车路径识别方法。针对虚拟轨道列车车道块明显、外形完整、形状独特等特点，提出了基于Mask R-CNN的车道检测模型。同时，针对通用的双目匹配算法计算量大和对重复物体匹配较难的缺点，提出了融合多目标跟踪的双目匹配算法。该方法通过左右相机各自检测车道块，进行多目标跟踪来分配ID，对左右图像中的各车道块实现有序、定向的双目匹配，并重建出车辆坐标系下路径的三维坐标，有效提升了车辆系统路径感知能力，为其循迹控制、自主定位、相对位姿估计等提供了更加直接准确的输入信息。试验结果表明，本文方法对路径的三维重建具有较高的准确性，并且在不同路况场景下具有较强的适应性。  
        关键词：虚拟轨道列车;路径识别;双目立体视觉;目标检测;多目标跟踪;双目匹配;三维重建   
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        发布时间：2024-08-02

        铁道电气化

      • 杨岗,吕琨,孔国伟,沈鑫,李芾
        2024(1): 152-165. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.129
        摘要：近年来全国地铁大面积发生弓网异常磨耗事件，特别是冬季异常磨耗已然成为常态，2022年全国有30余条地铁线路出现此现象，经济损失达数亿元。为了研究环境温度对弓网关系的影响，文章首先建立了某地铁线路刚性接触网有限元模型，计算得到环境温度-20~20 ℃下接触网刚度曲线，并分析了环境温度对接触网刚度影响规律；然后，构建地铁变刚度弓网耦合动力学模型，依据EN 50119等标准验证了其准确性，并计算了环境温度（-20~20 ℃）、列车运行速度（40~90 km/h）、受电弓静抬升力（70~160 N）、定位线夹卡滞工况下的弓网接触力，着重分析了环境温度对弓网接触力、弓网受流质量的影响规律。结果表明：环境温度与弓网接触力、受流质量具有强正相关性，当环境温度低于0 ℃时，弓网受流指标将严重恶化；线夹卡滞会对弓网接触力、受流质量带来恶劣影响，而且行车速度越高影响越大。  
        关键词：刚性接触网;环境温度;接触网刚度曲线;弓网接触力;受流质量;弓网耦合动力学   
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        发布时间：2024-08-02
      • 黄军
        2024(1): 166-173. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2024.01.123
        摘要：采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点，但在现有的牵引供电系统中，负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此，文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构，研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及其能量管理策略；为减少系统损耗，进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度，文章提出了一种协调控制策略，并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明，该系统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量，提高系统中能量流动的灵活性，并且解决了牵引供电系统中的负序问题。  
        关键词：电气化铁路;负序;再生制动能量;混合储能系统;协调控制;仿真   
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        发布时间：2024-08-02
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