面向高速列车耦合仿真的三维虚拟高速铁路精细化实体环境建模研究

<正>1研究意义近年来,中国高速铁路发展迅速,但是,从2011年8月起,中国高铁进入全面降速运行,其中包括设计时速350km/h的高铁,按时速300km/h开行。至此,从2008年8月开始运行了将近3年的350km/h高速列车将暂时消失,这对于多条设计速度为350km/h中国高速铁路线路而言,是一种设计与建造浪费。针对"高     

超级高铁: 时速或将突破4000公里

中国高铁从技术成分和商标上可分为CRH系列和CR系列.其中,CRH系列动车组取名为"和谐号",寓意"建设和谐铁路,打造和谐之旅,构建社会主义和谐社会",CR系列动车组取名"复兴号",寓意"承载着中华民族伟大复兴中国梦".中国高速铁路设计速度每小时250公里(含预留)以上,运营时速为200km/h-350km/h ,最高运营速度350km/h ,截至2019年底居全球首位.另外,中国京沪高速铁路最高实验速度达486.1km/h ,实验室内最高实验速度达605km/h ,说明了高铁的运营速度还有提高的空间.     

基于压力舒适性的400 km/h双线高速铁路隧道净空面积研究

对400 km/h的16编组列车在不同净空面积(90,95,100,105和110 m²)隧道交会气动载荷进行数值研究,并结合压力舒适性标准对隧道净空面积提出建议。采用RNG k-ε湍流模型和滑移网格法进行数值模拟,并通过动模型实验进行验证。研究结果表明：16车编组的高速列车以速度400 km/h在净空面积为100m²的标准双线隧道内交会时,从头车到尾车方向上,车外表面的平均压力峰峰值不断减小,车内的平均压力峰峰值不断增大;综合考虑现有高速列车气密性与舒适度标准,运行速度为400 km/h的长编组高速列车双线隧道净空面积推荐采用100 m²。     

基于可能速度的公路线形评价标准

为了提高公路安全水平和公路线形设计质量,分析了公路线形设计的连续性和应用可能速度的公路线形评价方法,提出采用速差作为评价线形连续性的标准,速差量作为度量速差的指标,并根据可能速度计算公式求出了各设计速度的速差量,建立了速差量与平曲线半径的关系.计算结果表明:当设计速度为120、100、80 km/h时,可能速度评价指标为20 km/h;设计速度为60、40、30、20 km/h时,可能速度评价指标分别为18、15、12、12 km/h.     

道路设计中的运行速度

汽车在设计速度低于100km／h的道路上，实际运行速度往往高于设计速度。当两者之差大于10km／h，就容易发生交通事故。本文就采用运行速度进行设计或检验，有利于改进道路设计，提高行车安全，提出了一些自己的看法。     

二级公路隧道照明设计中采用40km/h设计速度的重要性及可行性分析

结合某隧道照明设计实例,通过对隧道照明在60km/h、40km/h设计速度下,灯具、过渡段长度等的不同配置进行分析比较,得出二级公路隧道照明设计采用40km/h设计速度的重要性及可行性。     

隧道群路段运行速度特性分析

以西安—汉中高速公路某隧道群路段的实测速度数据为基础,利用分车型的自由流速度累积曲线分析得出各观测点的运行速度,分析了隧道群路段运行速度的变化规律,重点分析了隧道长度、隧道不同位置及平纵线形变化对运行速度的影响。研究结果表明：不论大型车还是小型车,为了适应隧道内行车环境,在进入隧道时有约50m的减速过程,减速最大幅度大型车为4km/h,小型车为9km/h;隧道出口处速度高于入口处的速度,短隧道对隧道出入口的运行速度影响较大,隧道连接段的长度对运行速度也有明显影响,连接段长度对运行速度的影响比较大;平纵线形组合路段运行速度变化幅度大,小型车达到26km/h,大型车为7km/h;根据隧道群路段运行速度特性,可以有针对性的设置诱导标志,对交通流进行引导,以弥补隧道群线形设计的不足。     

基于车速平稳过渡的高速公路出口限速方案

研究能够满足出口车速平稳过渡的逐级限速方案,对提高出口区域车辆平稳运行及安全提升有重要意义。利用无人机采集高速公路出口车辆运行参数,分析出口车辆运行特征,考虑驾驶员对相邻限速标志的认知反应,构建了连续限速标志设置间距计算模型,建立了高速公路出口不同级别的限速方案,利用驾驶模拟试验对设计的不同限速方案进行分析及评价。模型的计算结果显示,二级限速方案中,限速值为60-40km/h的限速标志间距为160m;三级限速方案中,限速值为80-60-40km/h的限速标志间距分别为：300,80m,限速值为90-60-40km/h的限速标志间距分别为300,85m;四级限速方案中,限速值为100-80-60-40km/h的限速标志间距分别为295,160,80m。利用驾驶模拟器对模型结果进行验证,试验结果表明：逐级限速方案的平均减速度指标小于1.3 m/s2,均在驾驶舒适性阈值内;随着限速级数增加,车辆离散幅度显著降低,表明逐级限速方案对出口车辆运行速度有明显管控效果;四级限速方案可使在分流鼻端车速标准差、平均减速度、V85分别控制在5.23km/h、0.52m/s2、54km/h左右,极大了满足车速平稳过渡要求。可见,借助模型定量优化的逐级限速方案可以显著提高出口车速过渡的平稳性和安全性。     

不同速度登紫金山能耗研究

目的:通过研究使人们了解以不同速度登山过程中的能量消耗水平,指导人们更加科学安全地登山,强身健体。研究方法:用主观疲劳感觉(RPE)确定低、中、高三种速度,采用K4B2便携式心肺功能测定仪测定低、中、高速下经由登山道登紫金山的时间、心率、摄氧量、实际能耗等生理参数。结果:低速(2.0±0.2km/h)登山,心率为(122.3±10.0)次,摄氧量为(7.06±0.56)ml/kg/min,能量消耗为(383.6±78.0)kcal,单位时间内能量消耗为6.4kcal/kg/h;中速(3.0±0.5km/h)登山,心率为(154.1±14.0)次,摄氧量为(10.59±1.86)ml/kg/min,能量消耗为(362.2±96.3)kcal,单位时间内能量消耗为9.2kcal/kg/h;高速(5.4±1.0km/h)登山,心率为(182.3±8.0)次,摄氧量为(19.05±3.51)ml/kg/min,能量消耗为(356.7±93.2)kcal,单位时间内能量消耗为17.2kcal/kg/h;结论:不同速度登紫金山的能量消耗相近;心率,摄氧量,单位时间内的能量消耗均和速度成正相关,与登山路程无关。     

匝道车道数变化过渡段设计指标

为了研究匝道车道数变化过渡段长度和渐变率,参照前人研究成果分析匝道车道数变化过渡段的行车特性,提出利用换道模型研究这2个设计指标的方法。首先建立满足过渡段车辆行驶特征的等速偏移余弦曲线换道模型,并应用德国UMRR交通管理传感器的实测数据证明该换道模型的合理性;然后对该模型中最大横向加速度和最大横向加速度变化率2个关键参数进行深入研究;最后依据该模型,提出基于设计速度的匝道车道数变化过渡段长度和渐变率2个设计指标的推荐值,采用CarSim和TruckSim汽车动力学仿真软件分别建立了小汽车和大货车的仿真模型,利用该模型对提出的推荐值和《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)(下文简称规范)推荐值进行了对比验证。研究结果表明:基于等速偏移余弦曲线换道模型提出的匝道车道数变化过渡段设计指标,能保证车辆在过渡段沿特定最优轨迹安全、舒适行驶;规范推荐值仅能满足设计速度40km/h车辆的换道行为,此时的货车最大横向力系数为0.142;当设计速度在40km/h以下,横向力系数又远低于允许值,过度段长度浪费;当设计速度大于40km/h时,车辆的横向力系数已经超限,速度达到80km/h时,横向力系数超限达到315%,车辆在这种状态下行驶不安全。鉴于此,可以推测规范推荐值仅能满足设计速度40km/h的车辆行驶,高于和低于此速度时,匝道车道数变化过渡段的指标存在不合理性。     

200 km/h动车组交会空气压力波试验

为确定我国200 km/h动车组与准高速列车交会空气压力波的大小,从而为动车组安全评估提供依据,在广深线上利用瞬态压力测试系统,对其列车交会空气压力波性能进行测试,并对测量结果进行综合分析.研究结果表明在线间距为4 m、动车组运行速度为200 km/h(准高速列车速度为160 km/h)时,准高速列车所受到的压力波幅值为1*!568 Pa,而动车组承受的压力波幅值在1*!400 Pa左右;列车头部外形对列车交会压力波幅值有较大影响,控制车外形流线化程度比动力车的流线化程度好,控制车对准高速车造成的压力冲击波幅值小于动力车造成的压力冲击波幅值;对于目前使用的准高速车辆,动车组以200 km/h的速度与之交会运行是安全的.     

提示距离和初始速度对高速出口驾驶行为的影响

出口提示距离和初始速度对驾驶行为的影响直接关系到高速公路出口段的交通安全.为了分析二者的不同组合对驾驶行为的影响效应,在设计速度为100 km/h的山区高速公路服务区出口路段进行了3种出口提示距离(700、500和300 m)与3种初始速度(超速状态110 km/h、达速状态100 km/h和未达速状态90 km/h)组合条件下的驾驶行为实车试验,对减速车道渐变段起点处的断面行驶速度、最大减速度、变道初始位置等驾驶行为特征参数进行了采集和分析.试验分析结果表明:出口提示距离和初始速度均会对减速车道渐变段起点处的断面行驶速度造成显著影响,各种组合下减速车道渐变段起点断面行驶速度比主线设计速度降低8～18km/h;最大减速度受初始速度的影响显著,但是受出口提示距离的影响不显著,出口提示距离为700 m时达速和超速状态下车辆会出现不同于其他组合条件下的二次减速现象;出口提示距离是影响变道起始位置的关键因素,出口提示距离为300 m时,初始速度能够影响变道起始位置,随出口提示距离增大,初始速度对变道起始位置的影响变得不明显.文中试验结果可以为深入理解高速公路出口驾驶行为变化规律和优化出口设计提供参考.     

城市轨道交通车辆基地道路工程技术要求探讨

根据车辆基地道路工程相关功能需求,结合有关设计标准和规范,分别对进场道路和场内道路的有关技术要求进行了探讨。结果得出:进场道路应为城市支路等级,设计速度可按40 km/h、30 km/h、20 km/h 3个类别选取,设计速度为20 km/h时,其圆曲线半径为40 m,考虑新车运输时,最大纵坡为5%,不考虑新车运输时,最大纵坡为8%;场内道路应按站场道路Ⅲ级标准,设计速度为15 km/h,平面圆曲线半径最小可为9 m,考虑消防等其他功能时,应适当增加其圆曲线半径,当车辆基地内单体建筑长度和宽度尺寸较大时,还应考虑设置消防中通道。     

既有高速铁路提速条件下低频晃车特征及影响因素研究

针对某高速铁路列车在运营速度由200 km/h提升至250 km/h后,部分直线区段出现的车体横向低频晃动现象开展试验研究和仿真分析。首先对比分析提速前、后轨道动态检测数据在晃车区段和未晃车区段的时频特征以及乘坐舒适性,进而研究晃车区段的轮轨接触特性,通过建立车辆-有砟轨道动力相互作用模型,深入分析轮轨廓形、列车运行速度以及轨道平顺状态对高速铁路直线运行晃车问题的影响。研究结果表明：当列车提速至250 km/h后,晃车区段车体横向加速度出现明显周期性波动,振动频率为1.37 Hz,与提速前相比,车体横向加速度振动幅值增加了一倍,舒适性等级接近超限,乘坐舒适性明显降低;与采用CHN60&LMA廓形相比,采用实测轮轨廓形时的轮对蛇形运动加剧,轮对运动向一侧钢轨偏移,直接影响车体横向振动频率;列车运行速度提高后车辆系统响应对轮轨廓形的变化更为敏感,采用实测轮轨廓形,列车运行速度为250 km/h时的车体横向加速度谱峰较运行速度为200 km/h时的增大了1.6倍,较采用CHN60&LMA廓形时的增大了1.5倍;当列车提速至250 km/h后,轨道不平顺振动频率与轮对蛇形运动频...     

轮式林木联合采伐机底盘的设计与研究

针对我国林业机械研制的落后现状,采用SolidWorks软件为平台设计了我国首台林木联合采伐机底盘,完成了底盘的设计、制造和调试。所研制的CFJ-30I林木联合采伐机的基本参数为:整车全长6 740 mm,全宽2 800 mm,全高3 639 mm(可调整),最大高度(带臂行驶)4 200 mm(可调整),轴距3 520 mm,轮距2 200 mm,整车重量18 000 kg,最大行驶速度25 km/h,最大作业距离10 m,采伐径级200~500 mm,对比美国John Deer公司生产的轮式联合采伐机,该型林木联合采伐机与国外同类产品基本性能相当。     

列车节能运行的算法及实施技术研究

根据国内外列车节能研究的最新成果,综合利用既有的节能优化操纵方法,设计了列车节能运行的计算机算法,建立了列车节能运行的模拟系统.同时根据模拟系统的功能要求对不同目标速度及线路改造的情况进行了节能模拟,研究了不同目标速度、不同线路条件下的列车节能效果.结论指出:目标速度由60 km/h降低为50 km/h时,能耗消耗可减少14.4%;对线路进行适当改造可使能耗消耗减少9.2%,运营费支出降低8.9%.     

草原公路交叉口指路标志信息量对驾驶员认知特性影响分析

针对草原公路交叉口指路标志信息设置不合理的问题,根据调查设计7类不同信息条数指路标志,设置借助事件相关电位(event-related potential, ERP)及E-Prime相关设备,开展不同指路标志信息条数在60、80、100 km/h 3种速度下驾驶员脑认知模拟驾驶实验,分析选取失匹配负波(mismatch negativity, MMN)波幅值、P3b波幅值作为驾驶员脑力认知评价指标。结果表明：对3种速度下的驾驶员视认不同标志的MMN波幅值分析可知,60 km/h和80 km/h情况下设置指路标志信息条数为5、6、100 km/h条件下设置信息条数为3和4时,驾驶员大脑过滤无效信息的效率增加,可以有效提高驾驶员行车注意力;同样条件下,由驾驶员视认P3b波幅值分析知,60 km/h和80 km/h下设置指路标志信息条数为5、6、100 km/h条件下设置指路标志信息条数为3和4时,驾驶员同样不需要投入过多的脑力资源就能完成信息认知任务,信息决策能力增强,有利于在交叉口冲突点行车。     

山区高速公路超车道小客车停车视距安全性

行车视距是道路设计一个重要的控制指标。山区高速公路行车时,超车道上左转弯因车速高和距离中央分隔带近,驾驶人视距常受限,对行车安全造成较大影响。针对现有二维停车视距模型参数选择不够合理问题,采用运行速度预测和实际速度测试相结合,以运行速度和制动减速度综合修正小客车二维停车视距模型,根据不同纵坡值计算超车道小客车停车视距。在山区高速公路横净距一般设计值为2.45m和2m条件下,计算得出满足超车道左转弯停车视距的最小圆曲线半径。最后建立了考虑横断面和超车道左侧影响因素的三维动态视距模型。研究结果表明:现有山区高速公路超车道小客车停车视距设计值偏小,对于设计速度为100km/h和80km/h,超车道小客车停车视距相应推荐为200m和170m;建议在左转弯视距不足处加宽横净距和增设视线诱导安全设施,以保证实际超车道小客车行车安全。     

140km/h高速地铁隧道净空断面面积研究

为了优化速度为140 km/h高速地铁隧道的净空断面面积,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法和κ-ε湍流模型,分析地铁列车由明线驶入不同截面积隧道时所产生的气动效应。研究结果表明:地铁列车由明线驶入隧道时产生的气动效应比在隧道内区间运行时产生的气动效应更加剧烈;当隧道净空断面面积采用现有速度为120 km/h的地铁常用截面积26 m~2时,所需地铁列车密封指数为6 s;当地铁列车密封指数取4 s和3 s时,所需地铁隧道净空断面面积分别为30.5 m~2和35.7 m~2。     

电气化铁道隧道内接触网悬挂方式施工探讨

由于我国铁路的跨越式发展,200km/h以上的高速铁路及客运专线会是今后的主要发展趋势,速度的提高,线路曲线半径的加大增加了隧道和桥梁在线路中的占有比例,且要求性能愈高,隧道内接触网的悬挂方式直接影响到高速铁路的运行.目前国内隧道中普遍使用的水平悬挂,仅适用于速度目标值120km/h以下的线路,单支撑腕臂悬挂方案也只适用于速度目标值140km/h以下线路.就此根据以往的施工经验及相关知识,针对单线隧道以200km/h为速度目标值,探讨单线隧道内接触网的悬挂方式.