有轨电车车辆启动停车冲击优化设计
有轨电车动力系统设计及参数优化
有轨电车动力系统设计及参数优化栗伟周1,葛新锋1,2,李建秋3(1.许昌学院工程技术中心,河南许昌461000;2.武汉科技大学机械与自动化学院,湖北武汉430081;3.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)来稿日期：2019-02-08基金项目：河南省科技厅科技攻关项目(182102210508);许昌学院科研项目(2017ZD013);国家自然科学基金资助项目(U1564209)作者简介：栗伟周,(1988-),男,河南许昌人,硕士研究生,助教,主要研究方向:先进制造技术等方面的研究;葛新锋,(1978-),男,河南许昌人,博士研究生,副教授,主要研究方向:先进制造技术,机器人以及其控制1引言近年来环境问题一直受到人们的关注,清洁能源的开发和利用也随之被重视起来。
氢燃料电池技术是全球清洁能源开发利用的主流方向,通过氢与氧的直接电化学反应发电,是电解水的逆过程,能量密度高、噪音低、无污染,不产生氮氧化合物,唯一的排放物质只有水,是真正的“零排放”。
有轨电车在缓解城市交通压力方面具有先天的技术优势,近年来随着氢能源的发展,燃料电池有轨电车得到越来越多的关注,成为研究的热点。
文献[1]设计了由燃料电池、动力电池、超级电容3个动力单元组成的氢燃料电池有轨电车混合动力系统结构,解决了燃料电池与复合储能系统双模式运行条件下的动力匹配问题。
通过实车测试,分析了燃料电池功率变化情况,验证了摘要：基于燃料电池有轨电车的整车工况,设计了“燃料电池+动力电池”的动力系统结构。
以燃料电池功率和动力电池单体并联数量作为优化参数,设计了联合优化算法结构。
采用庞特里亚金极小值原理分配燃料电池和动力电池功率,确定燃料电池功率和动力电池容量参数组合可行区域,并解决在不同参数组合条件下最优状态初值的选取问题,得到了成本最小的最佳参数组合并作为参数优化结果。
研究结果表明:随着燃料电池功率逐渐增加,燃料电池工作点移动到高效率区域,同时燃料电池最大效率点在约为占总功率的18%上,参数优化结果为今后的工程化设计提供技术支撑。
一种超级电容储能有轨电车的 车辆段与停车场智能循环充电系统解决方案
一种超级电容储能有轨电车的车辆段与停车场智能循环充电系统解决方案摘要：随着超级电容储能供电的有轨电车应用，以及有轨电车车辆运维管理水平的要求不断提高，原场/段采用人工手动操作对有轨电车进行补/充电人方式，已不能满足有轨电车车辆在日间客运发车高峰期或车辆夜间回场/段后，需要在极短时间内对多列有轨电车进行快速补/充电的工作。
本文提出一种可无人值守，更安全可靠，效率更高的全新智能控制的循环充电系统解决方案，来解决场段多列车短时快速挪车并补/充电的需求。
在硬件配置上，场段安装两座以上的大电流充电装置，通过多个接触器、双极隔离开关的组合，形成一个充电电源互为备用，每一轨道又相互独立的充电网。
在软件方面，结合原有电力监控的体系，集成“实时在线监测”、“实时车辆行驶安全预警图像处理”模块，软、硬件进行完美融合。
通过“软硬结合”的系统方案，整合在线设备监控功能、视频在线安全预警功能、远程操作、远程控制、电力能管（共享于电力监控）功能，借助交换机的实时数据交换，工控机实时数据分析，进行总体场/段补/充电的协调管理控制工作，可以有效解决城市有轨电车线路运营网络覆盖化后，多线共用的场/段实行无人值守的超级电容补/充电需求。
且系统通过多重安全判断的机制，使运营更安全可靠，通过共享电力监控数据分折功能，使能源使用效率进行可视化监控，完全能达到场/段多列车短时快速挪车并安全稳定补/充电的运营需求。
关键词：超级电容储能，有轨电车，车辆段，停车场，智能，循环充电，系统方案一、绪论现代有轨电车，是一种采用大容量低地板车辆、集成先进电力牵引、车辆制动、通信信号及空调等系统，运量适中、环境友好、资源节约的绿色交通工具。
基于超级电容能量密度不高的特性，因此有轨电车车辆在日间客运发车高峰期或车辆夜间回场/段后，需要在极短时间内对多列车辆进行快速补/充电。
目前对车辆超级电容的补/充电，一般采用人工手动切换的方式，需要检修中心、调度中心多人、长时间的协调工作，人力成本高。
城市有轨电车的动力系统选择与优化
城市有轨电车的动力系统选择与优化城市有轨电车作为一种环保、低碳、高效的交通工具，在城市交通中发挥着越来越重要的作用。
在设计和建设城市有轨电车系统时，动力系统的选择和优化是一个关键的环节。
本文将介绍城市有轨电车动力系统的选择和优化的相关内容。
动力系统的选择是城市有轨电车设计过程中的重要问题。
常见的城市有轨电车动力系统主要包括电池动力、超级电容器动力和动车组动力。
电池动力是一种常见的动力系统选择，其优点是成本相对较低，技术成熟，适用于短距离和低速运行。
超级电容器动力则具有快速充电和放电的特点，适合于频繁停靠的城市环境。
动车组动力则适用于长距离和高速运行，具有较高的速度和承载能力。
在实际应用中，根据城市的具体需求和运营条件，可以选择一种或多种动力系统的组合。
动力系统的优化是为了提高城市有轨电车的性能和效率。
优化的目标主要包括提高电车的加速度、提高能源利用率、降低能耗和减少排放。
为了达到这些目标，可以从多个方面进行优化。
首先，在电车的设计中，可以采用轻量化的材料和结构，减少电车的自重和空气阻力，从而提高加速度和降低能耗。
其次，在动力系统的设计中，可以选择高效的电机和变频器，提高能源转换效率。
此外，可选用能量回收和储能系统，将电车制动时产生的能量进行回收和储存，以提高能源利用率。
动力系统的选择和优化还需要考虑城市有轨电车的运营特点和需求。
首先，需要考虑电车的运行距离和时间，不同的线路长度和运行时间对动力系统的选择和优化具有不同的要求。
其次，需要考虑电车的最大载客量和运营密度，以确定动力系统的输出功率和能源需求。
此外，还需要考虑电车的停靠次数和停靠时间，这对动力系统的效率和能源利用率也有影响。
在城市有轨电车系统中，动力系统的选择和优化对于提高电车的性能和效率，减少能耗和排放，提高乘客的出行体验，具有非常重要的意义。
选择合适的动力系统和进行科学的优化设计，可以实现电动化、智能化和低碳化的目标，为城市交通的可持续发展做出贡献。
电动汽车用永磁同步电机的设计及优化
电动汽车用永磁同步电机的设计及优化随着环保意识的不断提高，越来越多的人开始关注电动汽车。
而电动汽车的核心部件就是电动机，其中永磁同步电机因其高效率、高性能和高可靠性而备受青睐。
本文将从理论层面对永磁同步电机的设计及优化进行探讨。
我们需要了解永磁同步电机的基本原理。
永磁同步电机是一种采用永磁体作为转子磁场源的同步电机。
它通过控制定子绕组中的电流，使转子产生旋转磁场，从而实现电能向机械能的转换。
与传统的异步电机相比，永磁同步电机具有更高的效率、更低的转速波动和更好的启动性能。
要设计出一款优秀的永磁同步电机并非易事。
在实际应用中，我们需要考虑多种因素，如电机的功率密度、温升、噪音等。
为了满足这些要求，我们需要对永磁同步电机进行优化设计。
具体来说，我们可以从以下几个方面入手：一、选择合适的永磁材料永磁材料的性能直接影响到电机的性能。
目前市场上主要有两种类型的永磁材料：NdFeB和SmCo。
其中，NdFeB具有较高的能积和较高的工作温度，适用于大功率、高转速的应用；而SmCo则具有较低的能积和较低的工作温度，适用于小功率、低转速的应用。
因此，在设计永磁同步电机时，需要根据具体的应用需求选择合适的永磁材料。
二、优化定子结构定子是永磁同步电机的重要组成部分，其结构对电机的性能有着重要影响。
一般来说，定子结构包括定子绕组、定子铁芯和定子端盖等部分。
为了提高电机的效率和降低温升，我们可以采用以下几种方法优化定子结构：1. 采用高效绕组材料和工艺：例如采用铜材代替铝材以减少电阻损耗；采用真空浸渍法或热压法形成绝缘层以提高绕组的绝缘强度；采用多层绕组结构以增加导体截面积以降低电阻损耗。
2. 优化定子铁芯结构：例如采用空心式定子铁芯以减少重量；采用特殊的几何形状以提高磁场分布均匀性；采用特殊的冷却方式以降低温升。
3. 优化定子端盖结构：例如采用高强度材料以增加刚度；采用特殊的密封结构以防止进水和灰尘；采用特殊的散热结构以降低温升。
轨道交通列车牵引和制动系统的优化设计
轨道交通列车牵引和制动系统的优化设计随着城市化进程的不断加剧，城市的交通问题也越来越严重，交通拥堵和环境污染成为人们头痛的难题。
而轨道交通作为一种高效、快捷、环保的交通方式，越来越受到人们的推崇。
轨道交通列车作为轨道交通的核心组成部分，其牵引和制动系统的优化设计对轨道交通的效率、舒适性和安全性都有着重要的作用。
轨道交通列车的牵引系统主要由牵引变流器、电机、牵引电缆等部件组成。
其作用是将电能转化为机械能，使列车运转。
牵引系统的优化设计可以提高列车的加速度和起动力，减少能量损耗，降低噪音和电磁干扰。
首先，牵引系统中的牵引变流器的优化设计非常重要。
牵引变流器是将直流电源转换成交流电能，供给列车电机运转的装置。
其设计可以影响列车起步和加速性能，同时也会对牵引电机的寿命和能量利用率产生直接的影响。
在优化设计中，应该重点考虑牵引变流器的效率、功率因数和噪音，采用高效、低噪音的牵引变流器，可以提高列车的加速性能，节省能源和降低噪音污染。
其次，轨道交通列车的电机也是牵引系统的重要组成部分。
电机的优化设计可以提高列车的爬坡能力和牵引能力，减小能量损耗和噪音。
常见的列车电机有异步电动机、同步电动机和永磁同步电动机等。
其中永磁同步电动机具有高效、小型化、低噪音等优点，其优化设计可采用无感矢量控制等技术，可以使电机的效率和转矩性能得到进一步的提升。
最后，轨道交通列车的牵引电缆也是牵引系统的重要组成部分。
在牵引电缆的优化设计中，应该考虑电缆的输电效率、电磁干扰、可靠性和绝缘性等因素，采用低损耗、低噪音、高可靠性的牵引电缆可以提高列车的效率和运行质量。
除了牵引系统的优化设计，轨道交通列车的制动系统也是决定列车运行安全和舒适性的重要因素。
轨道交通列车的制动系统主要由空气制动系统、电力制动系统和电液制动系统等部分组成。
其作用是在列车运行时，根据需要减速、停车或保持车速稳定。
制动系统的优化设计可以提高列车的制动效率、稳定性和安全性，减少能量损耗和噪音污染。
长沙地铁2号线车辆启动停车冲击优化设计
ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｓ ｔ ａ ｔ＆ｓ ｒ ｔ ｏ ｐ；ｊ ｅ ｒ ｋ ；ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６—８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ ０ ５ １ 概 述
力的阈值 ， 或者降低牵 引力变 化速率 。若 采用后 者 ， 将 会增加
长沙市轨道交通 ２号线车 辆是南 车株洲 电力机车有 限公
司 在既 有 自主 研 发 的 Ｂ型 地 铁 车 辆 基 础 上 ， 秉 承安 全 可 靠 、 绿
车辆在区间的运行时 间， 一般 为 ５—１ ０ Ｓ ， 从而 降低运 营效率 。
创 新 与实践
Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ ｏＬ ｏ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ
长 沙 地 铁 ２号 线 车 辆 启 动 停 车 冲 击 优 化 设 计
吴桂林 ，彭 驹 ，肖 华
（ １ ． 南车株 洲 电力机 车有 限公 司 技 术 中心 ，湖 南 株 洲 ４ １ ２ ０ ０ １ ； ２ ． 株 洲 南车 时代 电气股份 有 限公 司 技 术 中心 ，湖 南 株 洲 ４ １ ２ ０ ０ １ ）
ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｓ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｇ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
有轨电车动力系统设计及优化研究
有轨电车动力系统设计及优化研究一、前言有轨电车是一种环保、节能的城市公共交通工具，受到越来越多城市的青睐。
而有轨电车的动力系统即其“心脏”，对其运行和性能都有着至关重要的影响。
本文将深入探讨有轨电车动力系统的设计与优化研究。
二、有轨电车动力系统的构成有轨电车的动力系统主要包括传动系统、控制系统、辅助系统和安全系统。
1.传动系统传动系统是有轨电车动力系统的核心组成部分，负责将电能转换为机械能，通过轮胎驱动有轨电车运动。
其构成包括电动机、变速器、齿轮箱等。
电动机是传动系统的主要组成部分，一般采用交流电机或直流电机。
变速器被用于匹配电动机和驱动轮之间的转速差异，以保证有轨电车的顺畅行驶。
齿轮箱是变速器与轮胎之间的连接器件，它通过不同的齿轮比例，调整功率输出，实现车速的控制。
2.控制系统控制系统是有轨电车动力系统中的大脑，它通过控制电动机的输出、变速器和齿轮箱的工作，来保障车辆平稳、安全地运行。
控制系统主要由转向器、控制器、制动系统等部分组成。
在转向器中，通过操作杆的转动，控制器将电能输出到电动机上，并指导电机输出合适的扭矩和功率。
制动系统可以分为手动制动和电制动两种，能够将车速平稳地降低至零。
3.辅助系统辅助系统是有轨电车动力系统的附属部分，包括供电系统、车灯、灯光等。
其中，供电系统是动力系统的重要组成部分，通过架空接触网和地面的回路，向车辆提供直流电。
有轨电车辅助系统中的车灯、灯光等，能够为车辆行驶、乘坐提供必要的照明和其他支持。
4.安全系统安全系统是保障有轨电车行驶安全的重要组成部分。
关于安全系统的内容包括紧急制动、防滑保护和火灾报警等。
紧急制动是指在发生意外情况时，能够快速刹车使车辆停稳。
而防滑保护是指在恶劣天气或路况下，保障车辆行驶时不发生打滑或转向现象。
此外，火灾报警系统也是有轨电车动力系统的重要组成部分之一，在车辆发生火灾时，能够及时报警和灭火。
三、有轨电车动力系统设计方案的优化研究在有轨电车动力系统设计中，需要考虑的因素非常复杂。
城轨车辆电力牵引系统优化设计
城轨车辆电力牵引系统优化设计摘要城市轨道交通车辆牵引传动系统是车身和车辆的核心，是车辆国产化的重点和难点。
本文分析了城市轨道车辆独特的轮轨粘着特性和牵引电机负载特性，全面、准确地建立了城市轨道车辆的牵引传动系统模型，深入研究了牵引电机的再粘着优化控制和并联控制策略，旨在为城市轨道车辆的设计提供理论依据。
牵引电力传动系统设计中的核心问题，如车辆牵引制动特性曲线的设计、变频器和牵引电机的合理性等。
提出了牵引电机的匹配和额定转差率设计，并提出了相应的优化设计方法。
设计了一种节能型城市轨道交通列车，总结了城市轨道交通车辆牵引制动特性曲线的设计方法。
在不降低列车动态性能的前提下，牵引控制充分利用车辆电制动的再生电能，减少闸瓦磨损和二次能耗。
技术经济分析结果表明，车辆制动特性曲线的优化可以达到节能降噪的目的。
关键词：城轨；牵引系统；优化设计第1章绪论1.1设计背景自本世纪初以来，随着我国现代化和社会经济的快速发展，现代城市人口大幅增加，面积不断扩大。
城市交通拥堵问题日益突出。
交通事故、噪声和空气污染已经影响到人们的工作和生活。
轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥堵、保护环境等方面发挥着积极作用。
走新型城镇化道路日益成为我国的重要战略举措。
随着我国城市化进程的加快，城市交通需求急剧增长，城市轨道交通进入了快速发展的时期。
城市轨道交通作为城市快速轨道交通的一种工具，以其容量大、速度快、安全、舒适、乘坐方便、环境污染小、占地面积小等优点受到越来越多城市的青睐。
车辆是城市轨道交通的主要载体。
随着科学技术的飞速发展，高性能交流传动系统牵引传动系统在城市轨道交通车辆中得到了广泛的应用。
据统计，欧洲、美国、日本等地铁技术强国，20世纪以来，城市轨道交通车辆的设计均采用交流传动装置或交流传动装置，大大提高了城市轨道交通车辆在牵引和制动方面的动态性能。
城市轨道车辆对牵引传动系统的安全性、可靠性和稳定性要求很高。
由于各种历史原因，我国城市轨道交通交流输电系统的研究起步较晚。
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有轨电车车辆启动停车冲击优化设计
曾毅
中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001
摘要：文章介绍了低地板车辆启动和停车的控制逻辑，针对车辆启动和停车
冲击大的问题，提出了优化方案。
通过试验验证了改进效果，为其它项目车辆相
关控制设计提供了借鉴。
关键词：启动和停车；冲击；优化设计；
Abstract: This paper presents the control logic of train start & stop. Focus on the train start & stop jerk problem, optimization
control method is given. Test has checked the improvement effect, and this control method can give references for other according project control design.
Key word: start & stop；jerk；improvement design
1 概述
随着我国城市轨道交通建设速度的日益加快，有轨电车车辆的运行舒适性也
显得愈发重要，而车辆启动和制动纵向冲击率就是衡量舒适性的重要指标，也能
使乘客获得良好的乘车体验。
有轨电车项目在实际运营中存在车辆启动和停车时冲击较大的问题，本文对
启动和停车的控制逻辑进行了分析，分别针对启动和停车冲击提出了优化方案并
进行验证。
2. 技术标准
有轨电车和轻型铁路车辆停止阶段减速度的数值参考EN 13452- 1《制动-城
市和郊区公共交通的制动系统-第一部分：性能要求》第 6.2.3章节舒适度性能。
停止阶段测得的减速度的数值是瞬间的数值。
表格1上的加加速度是上升时间段
上计算出的一个平均数值。
在制动请求改变期间，瞬间加加速度可接受的最大数值和其计算方法可以由铁路网络系统来确定。
表格1 –减速度和加加速度的级别
注解表格1中给出的数值在部分状况下可以被超越，尤其是在停止的时刻。
3.启动冲击优化设计
3.1启动控制
网络正常情况下，列车停车后再次启动时，TCMS考虑牵引力（暂定10kN）防止车辆溜车后，通过网络向制动系统发送保持制动缓解指令。
若制动系统不能收到“保持制动缓解”信号，此时“牵引”信号有效，“制动”信号无效，且此时列车速度高于1km/h（可调整）时，制动系统自动将“保持制动”缓解，以避免在牵引模式下发生制动。
3.2冲击较大原因
列车启动时，当牵引力上升到10kN时，TCMS系统将发送保持制动缓解指令。
包括网络延时及制动系统开始缓解到缓解结束总共约为1s，此时牵引力的增量足
以达到最大牵引力。
车辆的冲击主要是由于液压制动缓解(制动力减小)、牵引系
统发挥牵引动力(牵引力上升)相互间的作用产生；故为了减小启动过程的冲击，
对牵引力上升的曲线进行控制和优化。
3.3优化逻辑
车辆启动阶段，牵引力先上升，达到30%级位，再固定并保持0.7s，再响应
司控器级位。
4停车控制
4.1停车控制
停车制动由动力转向架上的弹簧制动器和非动力转向架上的主动式液压制动
器来执行。
车辆达到速度在5～7km/h时，则需要施加停车制动替代电制动以使
车辆停止。
经短暂延时，电制动按比例减少，液压制动按比例增加，直到完全施加液压
制动，停车混合过程结束。
在非牵引工况，当速度低于0.5km/h时，制动系统施
加保持制动力，进而列车完全停住。
4.2冲击较大原因
前期停车控制过程为了减小电机启停次数，停车制动力设定为随载荷变化的
固定值，因此在部分站点因线路、载重、电液配合等综合原因会造成低速停车冲
击过大。
低速阶段存在电液转换过程，若电液转换过程不平衡，则会引启停车过
程的冲动。
4.3优化逻辑
零速时冲击较大一般是因为进站减速度较大，以及保持制动施加较早造成，故在停车制动阶段调低制动力，并且对于保持制动施加时间进行延时处理。
停车阶段：停车时响应载荷和级位
保持制动阶段：适当延时后进入保持制动。
5试验数据
5.1优化前测试结果
测试条件：
保持制动缓解阈值为整车牵引力为10kN，保持制动施加延时未延时，
列车启动冲击波形如图1。
图1优化前启动停车冲击
根据启动冲击参数，得到列车
最大冲击率如下表所示：
表2 目前车辆的启动冲击的最
大值对比
试
验
启动冲击最大值(m/s3)停车冲击最大值(m/s3)
原始程序
第
一次
5.58 2.26
第
6.67 2.92
二次
6.22 3.38
第
三次
通过表1可知，原始程序下在车辆的启动过程中，启动最大瞬时冲击率大于5.0m/s3，制动最大瞬时冲击率大于3.0m/s3。
5.2优化后测试结果
测试条件：
保持制动缓解门槛值从10kN降低至5kN，牵引力上升至30%级位固定并保持0.7s再响应级位；
保持制动在0.5km/h时延时0. 5s施加
图2优化后启动冲击
图3优化后停车冲击
图3优化后制动冲击
表3 优化后车辆的启动冲击的最大值对比
6结论
根据上述测试结果，优化后的车辆在启动和停车阶段的冲击已经得到了明显的抑制，改善效果良好，有效的提高列车运行稳定性和旅客舒适度。
该方案可给其他城市、其他线路的有轨电车车辆解决启动停车瞬间冲击过大问题提供借鉴经验。
参考文献：
[1] 周纪武. 浅谈城市轨道车辆制动冲击率的计算［J］.铁道车辆，2017.
[2] 何福汉. 旅客列车纵向冲动问题研究［J］. 铁道车辆，2007.
4。