​创新家|未来列车怎么跑才省电?西浦学生团队研究登上顶级期刊

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近日,西交利物浦大学电气与电子工程系科研团队的研究成果《面向车载储能设备的列车速度轨迹优化问题研究》发表在学术期刊《IEEE智能交通系统汇刊》(IEEE Transactions on Intelligent Transportation System)中,根据谷歌学术期刊排名,该期刊在交通领域中排名第一。

论文的第一作者伍朝显(下图)是电气系的博士生,他介绍说,这个项目探索了如何利用储能设备的充放电及规划列车运行来减少未来列车的能耗。将这两者结合是目前交通领域内很前沿的研究方向,这个项目也在2016年获得了国家自然科学基金青年科学基金项目的资助。

伍朝显介绍说,现在电动车辆上都会使用一种叫“再生制动”的技术,这种技术可以把列车制动时产生的动能转化成电能并储存起来。

“但其实这种技术目前还存在很大不足。”

伍朝显解释说:“现在的列车上并没有安装车载储能设备,大部分都是通过大型供电站进行统一供电。因此转化之后的电能会反馈给电网,电网会把这部分电能分配给附近需要用电的车辆。但是如果周围没有列车的话,这部分电能就浪费了。”

“如果未来列车上有了车载储能设备,再生制动转化的电能就可以让列车自己‘吸收’,在需要加速的时候释放出来。”

这便是这篇论文回答的其中一个问题:未来列车的车载储能设备怎么充放电。

论文想要回答的另一个问题是:列车怎么跑。

伍朝显举例说,地铁在两站之间运行的时候,会进行一个“加速-匀速-滑行-减速-停站”的过程。“现在市面上的列车更多是依靠驾驶员的经验。但如果过早减速,列车还没到站就停了,就需要再加速行驶一段,而反复地加速减速会大大增加耗能。”

于是在论文中,伍朝显和其他团队成员提供了一个算法,这个算法从两方面对未来列车运行进行优化:一方面规定了列车怎么跑,怎么驾驶列车才能节能,具体什么时候开始加速或减速;另一方面规定了车载储能设备怎么充放电。

“我们的算法提供了列车运行速度曲线以及储能设备的充放电规则,不论是有驾驶员还是无人驾驶,只要能按照这个规则来运行列车,有车载储能装置的列车会比没有的列车节能10%。”

伍朝显指出,虽然这个研究项目的基础模型是地铁,但是算法可以拓展到其他各种交通工具上。

值得一提的是,这篇论文受启发于一个2017年度西浦夏季本科生研究基金(SURF)项目,而且最终发表的论文中也包含了张文睿和谭兆祥两名本科生的研究成果。

(图片说明:目前在利物浦大学的张文睿同学)

(图片说明:目前在墨尔本大学攻读硕士学位的谭兆祥同学)

伍朝显和这两名本科生都是电气系卢少锋博士带领的轨道交通科研团队的成员。团队中除了卢老师,其他成员都是不同专业的本科生、研究生和博士生。

这个团队近一年来在智能轨道交通领域发表了两篇有影响力的期刊论文,并在主流学术会议上发表了三篇会议论文。目前,团队在国家自然科学基金项目基础上,广泛寻求与日本、英国、香港等国家和地区的轨道交通领域知名专家学者开展科研合作。近期,团队成功获得西南交通大学国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心的重点项目支持,将与国内的顶级科研团队开展深入合作。

(图片说明:卢老师和部分团队成员)

“做科研,拥有自驱力是非常重要的一件事。”这是采访过程中伍朝显反复在说的一句话。

伍朝显认为,不论是真的对这个研究领域感兴趣、想自己多多钻研,还是想要通过做科研来参加国际会议、发论文,学生们需要有一个内在的动机,不能靠别人强迫。

“我们团队的本科生真的都很优秀,他们是真的愿意在这个领域里钻研,会花上一整天时间就为了改代码。”

“而且卢老师的指导也很重要,他会跟我们一起讨论探索。卢老师希望我们在做科研的时候能做出一些别人没做过的东西,能真正对这个领域有所贡献。”伍朝显说。

卢老师(上图右)认为,除了老师的指导,让本科生和研究生、博士生一起做项目,向同一个项目里的前辈学习,这对于学生的成长来说也是很重要的。

“在做科研的过程中,学生可以锻炼思辨能力、信息收集和整合能力等等,而这些能力是没法教的,必须由学生自我习得。”卢老师补充说。


(记者:胡秋辰 编辑:寇博 摄影:何林芷 其它图片:电气与电子工程系、shutterstock)

Tagged as: 工程与技术 科研

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