CN104442841A - 一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法及系统，通过粘着力矩的峰值点进行数据统计分析，计算出当前路况最合适的粘着力矩目标值，并根据该目标值确定相应的控制策略，准确地识别出轮对当前的粘着状况，避免轮对进入空转/滑行状态，从而得到更加平稳的牵引力性能，提高了车辆运行的舒适性能。

Description

一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法及系统

技术领域

本发明涉及轮轨交通领域，是一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法及系统。

背景技术

在轮轨交通运输中，动轮和钢轨之间的粘着力是驱动车辆运行的最终动力。由于受到雨、雪等自然条件的影响，轮轨间实际发挥的粘着力有可能小于轮轨间所提供的最大粘着力。车辆在运行过程中会因为轨面条件的变化而导致轮对空转/滑行现象的发生，使得动轮与钢轨之间可传递的牵引力/制动力急剧下降，严重影响了车辆的运行性能。为防止轮对空转/滑行状态的出现，需要对轮对粘着状况进行识别并采取相应的措施，如能准确地识别出轮对当前的粘着状况，则可通过相应控制策略对给定力矩的大小进行调整，避免轮对进入空转/滑行状态。

现有的识别轮对当前粘着状况的方案中主要是通过检测轮对加/减速度、轮对蠕滑速度及轮对之间的速度差的大小并通过对以上各个检测值设置相应的阈值来识别轮对当前的粘着状况，然后再通过各个环节对当前粘着路况的识别结果来对粘着力矩进行调整。下面介绍以上几种粘着路况识别方法的原理。

(1)轮对速度差识别方法

轮对速度差识别方法的原理如下：首先采集轮对速度并计算出轮对速度差，通过判断轮对速度差大小来识别当前轮对的粘着状况，在判断轮对速度差大小后，通过设置多级保护阈值来区分当前轮对粘着状况的程度。

(2)轮对蠕滑速度识别方法

轮对蠕滑速度识别方法的原理如下：采集轮对速度并获得车辆的拖车速度(或计算出车辆的估算速度)，然后取轮对速度与拖车速度(或估算速度)的差值即得到蠕滑速度，通过判断轮对蠕滑速度大小来识别当前轮对的粘着状况，在判断轮对蠕滑速度大小后，通过设置多级保护阈值来区分当前轮对粘着状况的程度。

(3)轮对加/减速度识别方法

轮对加/减速度识别方法的原理如下：采集轮对速度并利用该值计算处理得到轮对加速度，通过判断轮对加/减速度大小来识别当前轮对的粘着状况，在判断轮对加/减速度大小后，通过设置多级保护阈值来区分当前轮对粘着状况的程度。

由于现有技术中采用轮对特征量对粘着路况进行识别与控制，而轮对特征量并不能迅速准确地反应当前路况粘着状态，容易受到电机速度传感器的误差、机械传动系统延时及其各种干扰因素的影响。基本上要等到电机上加载的力矩超过当前路况的最大粘着力，轮对具有明显的空转/滑行趋势的时候，才能做出卸载力矩的控制动作。又由于传动系统的机械延时会导致空转/滑行趋势进一步扩大，此时粘着控制将会进一步卸载力矩，直到空转/滑行趋势消失再重新开始加载力矩。从上述控制过程可以看出，现有方法容易导致卸载幅度较大，加剧车辆晃动，影响车辆舒适性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法及系统，准确地识别出轮对当前的粘着状况，避免轮对进入空转/滑行状态。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，包括以下步骤：

1)当粘着力矩产生卸载时，统计粘着力矩恢复后的峰值点，并将所有峰值点存入统计数据库中，若统计数据在X分钟内没有更新，则为无效统计数据，将所有统计数据清0；若统计数据在X分钟内有更新，则为有效统计数据，当连续记录的有效统计数据中的峰值点数据个数达到N时，进入步骤2)；

2)将上述N个峰值点数据分成m组，分别求取每组的平均值，得到 其中，N为m的整数倍；

3)根据下式选取上述每组的平均值系数K₁，K₂，…，K_m-1，K_m：

$\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}...,m-1,m;$

4)利用上述步骤2)和步骤3)得到的平均值和平均值系数，采用下式计算得到当前路况粘着目标值T_Target：

$T_{T\arg \mathrm{et}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_i;$

5)在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值T_Target的P％时，将粘着恢复斜率调整为粘着力矩产生卸载前粘着恢复斜率的P_k％；

6)若统计数据在Y分钟内没有更新，则结束，同时将所有统计数据清0。

本发明还提供了一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制系统，包括：

粘着控制模块：用于粘着力矩产生卸载时，统计粘着力矩恢复后的峰值点，并将所有峰值点存入统计数据库中，若统计数据在X分钟内没有更新，则将统计数据判断为无效统计数据，将所有统计数据清0；若统计数据在X分钟内有更新，则将统计数据判断为有效统计数据，当连续记录的有效统计数据中的峰值点数据个数达到N时，将N个峰值点数据传送给粘着路况适应控制模块；所述路况适应控制模块包括：

平均值计算模块：用于将N个峰值点数据分成m组，并分别求取每组的平均值；

平均值系数计算模块：用于根据公式 $\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}...,m-1,m$ 计算每组的平均值系数；

粘着目标值计算模块：用于根据平均值计算模块和平均值系数计算模块的输出结果，利用公式计算当前路况的粘着目标值T_Target；

粘着恢复斜率调整模块：用于在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值T_Target的P％时，将粘着恢复斜率调整为原来粘着恢复斜率的P_k％；

数据统计模块：用于判断统计数据在Y分钟内是否有更新，若无，则将所有统计数据清0。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过粘着力矩的峰值点进行数据统计分析，计算出当前路况最合适的粘着力矩目标值，并根据该目标值确定相应的控制策略，准确地识别出轮对当前的粘着状况，避免轮对进入空转/滑行状态，从而得到更加平稳的牵引力性能，提高了车辆运行的舒适性能。

附图说明

图1为本发明一实施例方法流程图；

图2为本发明一实施例粘着控制系统结构框图；

图3(a)为粘着路况适应控制启动前粘着给定力矩示意图；图3(b)粘着路况适应控制启动后粘着给定力矩示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例方法如下：

(1)当粘着力矩产生卸载时，开始统计粘着力矩恢复后的峰值点(峰值点是指粘着给定力矩发生卸载前一时刻的值。)，并将峰值点存入统计数据库中，当统计数据在X分钟内没有更新(X可取任何值，建议取值2)，所有统计数据清0。当连续记录的有效峰值点数据个数达到N时(存储数据容量为N，N≥20，保证实时性和准确性)，启动粘着路况适应控制模块。

(2)将N个峰值点数据分成m组(N必须为m的整数倍，建议N≥20，m≥4，实时性和准确性高)，每组分别求取平均值，分别得到

(3)根据如下公式选取分段平均值系数K₁，K₂，…，K_m-1，K_m，满足如下条件：

$\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}...,m-1,m---\left(1\right)$

(4)利用(2)和(3)得到的平均值和系数，采用公式(2)计算得到当前路况粘着目标值：

$T_{T\arg \mathrm{et}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_i---\left(2\right)$

(5)在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值P％时(P可取0到100之间的任何值，建议取值90)，将粘着恢复斜率调整为原来恢复斜率的P_k％(P_k可取0到100之间的任何值，建议取值50)。此过程可以分级控制，即P值、P_k可取多值，例如P₁＝75，P₂＝90，相应的P_k1＝50，P_k1＝30，即可分级控制。

(6)当统计数据在X分钟内没有更新(X可取1～10，建议取值2，以实时反映路况，保证计算结果准确)，退出粘着路况适应控制模块，同时所有统计数据清0。再次启动该模块，需要满足步骤(1)中的条件。

图2为本发明的控制系统结构框图。其中，粘着控制模块用于粘着力矩产生卸载时，统计粘着力矩恢复后的峰值点，并将所有峰值点存入统计数据库中，若统计数据在X分钟内没有更新，则将统计数据判断为无效统计数据，将所有统计数据清0；若统计数据在X分钟内有更新，则将统计数据判断为有效统计数据，当连续记录的有效统计数据中的峰值点数据个数达到N时，将N个峰值点数据传送给粘着路况适应控制模块；所述路况适应控制模块包括：平均值计算模块用于将N个峰值点数据分成m组，并分别求取每组的平均值；平均值系数计算模块用于根据公式 $\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}...,m-1,m$ 计算每组的平均值系数；粘着目标值计算模块用于根据平均值计算模块和平均值系数计算模块的输出结果，利用公式计算当前路况的粘着目标值T_Target；粘着恢复斜率调整模块用于在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值T_Target的P％时，将粘着恢复斜率调整为原来粘着恢复斜率的P_k％；数据统计模块用于判断统计数据在Y分钟内是否有更新，若有，则将所有统计数据清0。

图3(a)为T0时刻开始检测到空转开始统计粘着峰值点数据，图3(b)为T1时刻启动粘着路况适应控制功能，可以看到与粘着路况适应控制功能启动之前相比粘着输出力矩更加平稳。粘着力矩在计算出的粘着目标值附近做小幅波动。

Claims (6)

1.一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当粘着力矩产生卸载时，统计再粘着恢复过程中的粘着力矩峰值点，并将所有峰值点存入统计数据库中，若统计数据在X分钟内没有更新，则为无效统计数据，将所有统计数据清0；若统计数据在X分钟内有更新，则为有效统计数据，当有效统计数据个数达到N时，进入步骤2)；

2)将上述N个峰值点数据分成m组，分别求取每组的平均值，得到 其中，N为m的整数倍；N≥20；m≥4；

3)根据下式选取上述每组的平均值系数K₁，K₂，…，K_m-1，K_m：

$\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i-1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,$ i＝1,2,...,m-1,m；

4)利用上述步骤2)和步骤3)得到的平均值和平均值系数，采用下式计算得到当前路况粘着目标值T_Target：

$T_{T\arg \mathrm{et}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i\&CenterDot;{\stackrel{-}{a}}_i;$

5)在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值T_Target的P％时，将粘着恢复斜率调整为粘着力矩产生卸载前粘着恢复斜率的P_k％；P＝1～100；P_k＝1～100；

6)若统计数据在Y分钟内没有更新，则结束，同时将所有统计数据清0；Y＝1～10。

2.根据权利要求1所述的车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，X＝2。

3.根据权利要求1所述的车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，其特征在于，P＝90。

4.根据权利要求1所述的车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，其特征在于，P_k＝50。

5.根据权利要求1所述的车辆牵引力输出平稳的粘着控制方法，其特征在于，Y＝2。

6.一种车辆牵引力输出平稳的粘着控制系统，其特征在于，包括：

粘着控制模块：用于粘着力矩产生卸载时，统计再粘着恢复过程中的粘着力矩峰值点，并将所有峰值点存入统计数据库中，若统计数据在X分钟内没有更新，则将统计数据判断为无效统计数据，将所有统计数据清0；若统计数据在X分钟内有更新，则将统计数据判断为有效统计数据，当有效统计数据个数达到N时，将N个峰值点数据传送给粘着路况适应控制模块；所述路况适应控制模块包括：

平均值计算模块：用于将N个峰值点数据分成m组，并分别求取每组的平均值；

平均值系数计算模块：用于根据公式 $\left\{\begin{array}{c}0<K_i<1\\ \underset{i-1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_i=1\end{array}\right.,$ i＝1,2,...,m-1,m计算每组的平均值系数；粘着目标值计算模块：用于根据平均值计算模块和平均值系数计算模块的输出结果，利用公式计算当前路况的粘着目标值T_Target；

粘着恢复斜率调整模块：用于在再粘着恢复过程中，当给定力矩达到当前路况粘着目标值T_Target的P％时，将粘着恢复斜率调整为原来粘着恢复斜率的P_k％；

数据统计模块：用于判断统计数据在Y分钟内是否有更新，若无，则将所有统计数据清0。