[发明专利]一种基于最优滑移率的列车防滑控制方法及其控制装置

说明书

本发明公开了一种基于最优滑移率的列车防滑控制方法及其控制装置，该方法首先根据制动缸压力计算出机车制动力；其次根据轮对速度和机车制动力估计出黏着力和黏着系数，并根据黏着力求出机车速度，再次根据黏着系数和滑移率之间的非线性关系，通过极值搜索算法计算出最优滑移率；然后根据实际滑移率和最优滑移率差值，防滑阀控制板通过运行PID控制算法，求解得到制动力矩；基于制动力矩控制防滑阀开关来对制动缸进行排风或再充风，调节制动缸压力直到达到求解出的制动力矩。本发明的防滑控制方法以实现滑移率最优为控制目标，通过调整控制器参数，使车轮滑移率控制在最优滑移率附近，保证在不同轨道环境下行驶时都具有良好的防滑控制效果。

技术领域

本发明属于车辆制动技术领域，具体涉及一种基于最优滑移率的列车防滑控制方法及其控制装置。

背景技术

高速铁路的快速发展对推动经济与人们日常生活发挥着越来越重要的作用。随着机车速度和载重的提升，列车防滑制动控制系统对保证列车安全运行发挥着重要作用。机车在制动时主要依靠的是黏着力制动，然而，一旦轮轨接触条件突变或轮轨间的黏着降低，机车制动力就会超过粘着力，造成轮对在钢轨上打滑，轮对在钢轨上的高速滑行会造成踏面擦伤。因此，根据轮轨间的黏着变化调节制动力，以充分利用轮轨间的黏着，得到较短的制动距离是至关重要的。

黏着系数峰值对应的滑移率即最优滑移率，轮轨间最大黏着力及其对应的滑移率都随着机车的运行速度变化而改变，如果可以精确的控制轮对的滑移率，使得轮轨间的黏着力一直保持在最大值，这样就能达到充分利用轮轨间黏着的目的。

传统的滑移率控制方法是给定固定的滑移率，但是当轮轨接触条件随着天气、环境等因素变化，列车轮轨间的黏着系数和相应的最优滑移率也会变化。因此，如何在变化的轨道环境下获得轮轨间黏着系数，并且获取最优的滑移率的大小和通过控制防滑系统能够快速跟踪最优的滑移率，需要研制防滑控制装置及其控制方法，实现最优滑移率的有效控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于最优滑移率的列车防滑控制方法及其控制装置，其能够实时获取列车轮轨间的黏着系数，并且获取最优的滑移率的大小，进而实现了基于最优滑移率下的列车防滑控制，使得轮轨间的黏着力已知保持在最大值，充分利用轮轨间黏着，在不同的轨道环境下都具有良好的防滑控制效果。本发明的研发由国家自然科学基金项目61672539，61672537，61803394，61873353提供部分支持。

一方面，本发明提供的一种基于最优滑移率的列车防滑控制方法，包括如下步骤：

S1：获取制动缸压力以及轮对速度，并基于制动缸压力与轮对速度分别计算出机车制动力、黏着力、黏着系数以及机车速度；

S2：判断步骤S1计算出的机车速度是否大于预设阈值，若大于，对制动缸压力进行调整控制，执行步骤S3；否则，保持制动缸压力不变；

S3：基于黏着系数和滑移率之间的非线性关系采用扰动极值算法计算出最优滑移率，以及基于当前机车速度以及轮对速度计算出实际滑移率；

S4：判断所述最优滑移率和实际滑移率是否相等，若相等，保持制动缸压力不变；否则，执行步骤S5；

S5：根据所述最优滑移率与实际滑移率的差值运行PID控制算法得到制动力矩；

其中，根据计算出的制动力矩对制动缸进行排风或充风调节制动缸压力，所述制动力矩的计算公式如下：

式中，T_b为制动力矩，R是车轮的半径，F_r是车辆受到的基本阻力，J是转动惯量，k_p，Ti和Td分别是PID控制器的比例系数、时间积分常数、时间微分常数，m是车辆的质量，为黏着力，e(t)为当前时刻最优滑移率与实际滑移率的差值，λ^*为最优滑移率。