CN104709295A - 轨道车辆滑行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道车辆滑行控制方法，包括获取轮对的加速度；根据所述加速度判断是否发生空转；当判断出发生空转时，根据所述加速度计算得到转矩修正最大量；根据所述转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节。本发明提供的轨道车辆滑行控制方法能够解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，实现动态调整轮对的转矩。

Description

轨道车辆滑行控制方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆控制技术，尤其涉及一种轨道车辆滑行控制方法。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，城市内的交通运输压力逐渐加大，轨道车辆以其节能、环保、高速等优点成为城市内的主要交通工具，轨道车辆的运行稳定与否直接影响了城市内的交通秩序。影响轨道车辆的运行稳定性能的因素有很多，其空转/滑行控制系统是其中之一。在轨道车辆的行驶过程中，车辆需以与当前路面的最大粘着系数运行，以获得最大的粘着利用率，避免车辆的轮对发生空转。

对轨道车辆进行滑行控制控制的作用是在运行路面变化的情况下，通过对电机速度和转矩等信息进行采集、分析和处理，向牵引电机发出适当的给定转矩，使得轨道车辆以最大的粘着系数运行，避免空转。

目前，轨道车辆的滑行控制方法是对车辆轮对的速度和加速度信息进行采集，并计算速度差和加速度差，当加速度差或加速度差超过保护阈值时，认为轨道车辆发生了空转现象，则粘着控制系统迅速调整电机的给定转矩，使得轨道车辆退出空转，重新恢复粘着。

以速度差为例：粘着控制系统获取到同一节车辆上4个轮对中任意两个轮对间的速度差（或4个轮对与车辆实际速度之间的速度差）Δv，将Δv与设定的保护阈值Δv₀和Δv₁（Δv₀<Δv₁）进行比较，若Δv大于Δv₀和Δv₁，则粘着控制系统根据速度差Δv迅速减小电机的给定转矩，从而抑制车辆发生空转，并快速回复粘着。

由于轨道车辆在运行过程中，牵引力的给定并不是恒定不变的，而是实时发生变化的，因此，轮对的粘着状况也实时发生着变化，当轨道车辆行驶在不同的地表环境中，其轮对的粘着状况也不尽相同，因此轮对的速度和加速度也不同，而现有的滑行控制方法中采用的保护阈值是固定的，且只对速度差或加速度差进行判断，无法根据车辆运行的动态粘着状态准确地调整给定转矩，使得粘着控制系统频繁调整轮对转矩，导致轮对出现频繁跳动的现象，影响了轨道车辆的运行状况。

发明内容

本发明提供一种轨道车辆滑行控制方法，用于解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，以实现动态调整轮对的转矩。

本发明实施例提供的一种轨道车辆滑行控制方法，包括：

获取轮对的加速度；

根据所述加速度判断是否发生空转；

当判断出发生空转时，根据所述加速度计算得到转矩修正最大量；

根据所述转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，所述根据所述转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节，包括：

获取所述轮对的牵引转矩；

将所述转矩修正量从零升高至所述转矩修正最大量，并在设定时间内保持为所述转矩修正最大量；

在所述设定时间到达后，将所述转矩修正量从所述转矩修正最大量调整至转矩调整权值与所述牵引转矩的乘积。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，所述获取轮对的加速度，包括：

获取轮对的速度；

根据所述速度计算所述加速度。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，在所述根据所述速度计算所述加速度之前，还包括：

对所述速度进行滤波。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，所述对所述速度进行滤波包括：

对所述速度进行限幅滤波，得到第一速度；

对所述第一速度进行滑动平均滤波，得到第二速度；

对所述第二速度进行低通滤波，得到滤波后的速度。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，所述根据所述速度计算所述加速度，包括：

根据所述速度采用如下公式计算所述加速度：

$a_i=\frac{w_i\left(t\right)-w_i(t-1)}{T},$

其中，a_i为所述加速度，w_i（t）和w_i（t-1）为所述速度，T为速度采样周期。

如上所述的轨道车辆滑行控制方法，所述根据所述加速度判断是否发生空转，包括：

将所述加速度与加速度基准值进行比较；

若所述加速度大于或等于所述加速度基准值，则发生空转。

本发明实施例提供的轨道车辆滑行控制方法，通过实时获取轮对的加速度，并根据该加速度判断该轮对是否发生空转，在发生空转时，根据该加速度计算转矩修正最大量，再进行转矩调节，能够解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，实现动态调整轮对的转矩。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法的另一流程图；

图3为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中限幅滤波的流程图；

图4为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中滑动平均滤波的流程图；

图5为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中低通滤波的流程图；

图6为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中调节转矩修正量的流程图；

图7为本发明实施例二提供的轨道车辆滑行控制方法的流程图；

图8为本发明实施例二提供的轨道车辆滑行控制方法中轮径修正的流程图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法的流程图，该方法可以由轨道车辆粘着控制系统中的f控制设备来执行，可以由软件和/或硬件的方式实现。如图1所示，轨道车辆滑行控制方法可以包括：

步骤10、获取轮对的加速度。

本实施例提供的技术方案是根据轨道车辆的加速度来确定是否发生空转，因此，获取轮对的加速度是首要步骤。

本领域技术人员可以采用现有技术中常用的手段来获取轮对的加速度a_i，其中i表示轮对的编号，本实施例提供的技术方案可以同时对多个主动的轮对进行滑行控制。获取轮对加速度的实现方式有多种，本实施例不做限定。本实施例采用如图2所示的方法，图2为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法的另一流程图，可采用如下步骤：

步骤101、获取轮对的速度。

测量主动的轮对转动轴的转速，作为第i个轮对的转动速度w_i，w_i为角速度。测量方式可采用现有技术常用的测速装置来测量，例如可采用编码器对转速进行测量。

步骤102、根据速度计算加速度。

由于步骤101中测量得到的w_i为角速度，则可以将角速度先转换为线速度，即可采用如下公式得到线速度v_i：

v_i=R×w_i，

其中，R为轮对的半径。然后再通过如下公式得到第i个轮对的加速度a_i：

$a_i=\frac{w_i\left(t\right)-w_i(t-1)}{T},$

其中，w_i（t）和w_i（t-1）分别为在t时刻的速度以及在（t-1）时刻的速度，T为速度采样周期。

另外，为了提高检测数据的精确度，防止干扰信号影响检测结果，可以在步骤102之前，对获取到的速度进行滤波，具体可采用如下三种滤波方式：限幅滤波、滑动平均滤波以及低通滤波。下面对每个滤波方式进行详细的说明：

（1）对速度进行限幅滤波，得到第一速度。

可参照图3，图3为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中限幅滤波的流程图。具体实现过程为：先后读取当前时刻的速度值w（k）和前一时刻的速度值w（k-1），然后判断w（k）和w（k-1）之间差值的绝对值是否超过一设定值A，若未超过，则将当前时刻的速度值w（k）作为第一速度输出；若超过，则将前一时刻的速度值w（k-1）作为第一速度输出。上述技术方案想要说明的是：将当前时刻的速度值与前一时刻的速度值进行比较，若当前时刻的速度值偏离前一时刻的速度值的程度较大，则将当前时刻的速度值忽略，不参与后续的计算过程。

（2）对第一速度进行滑动平均滤波，得到第二速度。

可参照图4，图4为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中滑动平均滤波的流程图。对上述第一速度进行滑动平滑滤波，具体实现过程为：读取N个速度值w_i（i=1..N），去除N个速度值w_i中的最大值和最小值，然后计算（N-2）个速度值w_i的平均值，作为第二速度输出。

（3）对第二速度进行低通滤波，得到滤波后的速度。

可参照图5，图5为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中低通滤波的流程图。对上述第二速度进行低通滤波，具体为：获取当前时刻的速度w（k）和前一时刻的速度w（k-1），然后根据如下公式进行计算：

$w\left(k\right)=\frac{1}{1+T_S{\mathrm{\&omega;}}_c}w(k-1)+\frac{T_S{\mathrm{\&omega;}}_c}{1+T_S{\mathrm{\&omega;}}_c}w\left(k\right),$

其中，T_S为转速更新的间隔，ω_c为截止频率，T_S和ω_c的具体数值都可以由技术人员来设定。上述w（k）即为滤波后的速度值，然后将滤波后的速度值输出。

经过上述三级滤波后，根据滤波后的速度值w（k）计算加速度a_i。

步骤20、根据加速度判断是否发生空转。

在步骤10执行后，得到第i个轮对的加速度a_i，根据该加速度a_i判断第i个轮对是否发生空转，可采用多种判断方式，例如可采用如下方式来实现：将加速度与加速度基准值进行比较，若加速度大于加速度基准值，则发生空转。

上述加速度基准值可以根据轨道车辆轮对制造材料的粘着特征以及轨道制造材料的粘着特征来设定，假设加速度基准值a_ref为10m/s²,第i个轮对的加速度a_i大于或等于加速度基准值a_ref，则确定该轮对发生了空转，则可以执行如下步骤30；若第i个轮对的加速度a_i小于加速度基准值a_ref，则确定该轮对未发生空转。

步骤30、当判断出发生空转时，根据加速度计算得到转矩修正最大量。

当判断出第i个轮对发生空转时，需要对该轮对的转矩进行调节，具体可现有技术中常用的转矩削减峰值算法，根据第i个轮对的加速度a_i进行计算，得到转矩修正最大量delta_T_max，然后可执行如下步骤40。

步骤40、根据转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节。

如图6所示，图6为本发明实施例一提供的轨道车辆滑行控制方法中调节转矩修正量的流程图。根据步骤30中得到的转矩修正最大量delta_T_max对转矩修正量进行修正，具体可以采用如下方式来实现：

步骤401、获取轮对的牵引转矩。

步骤402、将转矩修正量从零升高至转矩修正最大量，并在设定时间内保持为转矩修正最大量。

获取第i个轮对的牵引转矩T_i。然后在t1时间内将转矩修正量ΔT从0升高至转矩修正最大量delta_T_max，并在设定时间t2内保持为该转矩修正最大量delta_T_max。

步骤403、在设定时间到达后，将转矩修正量从转矩修正最大量调整至转矩调整权值与牵引转矩的乘积。

在步骤402执行之后，在t3时间内，将转矩修正量ΔT从转矩修正最大量delta_T_max调整为转矩调整权值x与第i个轮对的牵引转矩T_i的乘积。其中转矩调整权值x可以根据轮对的粘着性质以及当前轮对的运行情况进行设定，可由技术人员根据经验设定适当的数值。

在步骤403执行之后，可以重复执行步骤10和20，若在步骤20中判断第i个轮对未发生空转，则转矩修正量ΔT从转矩调整权值x与第i个轮对的牵引转矩T_i的乘积调整为0；若发生空转，则可以重复执行上述步骤10至40，或者还可以调整转矩调整权值x，直至第i个轮对不发生空转。

本实施例通过实时获取轮对的加速度，并根据该加速度判断该轮对是否发生空转，在发生空转时，根据该加速度计算转矩修正最大量，再进行转矩调节，能够解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，实现动态调整轮对的转矩。

实施例二

图7为本发明实施例二提供的轨道车辆滑行控制方法的流程图，图8为本发明实施例二提供的轨道车辆滑行控制方法中轮径修正的流程图。本实施例是在上述实施例的基础上，对轨道车辆滑行控制方法进行进一步的优化。如图7和图8所示，在上述步骤101之后，还可以执行步骤103和步骤104：

步骤103、根据轮对的速度校正轮对的半径。

步骤104、根据轮对的速度和半径计算轮对的加速度。

由于轨道车辆在运行一段时间后，经过与轨道之间的摩擦，使得轮对的表面会产生凹陷或毛刺，会影响轮对的粘着性能，需要对轮对进行镟轮。但在镟轮之后，轮对的半径会缩小，因此，在轨道车辆滑行控制过程中需要对轮对的实际半径需要校正。

具体的，可分别采集第i个轮对的牵引电机的输出电流信号I_S，并对电流信号I_S与设定的电流阈值IJ进行比较。且需根据步骤101得到的轮对的转动速度w_i与速度阈值VJ进行比较。另外，需计算当前时刻的轮对速度w_i与前一时刻的轮对速度w_i的速度差，并将该速度差与速度差阈值DVJ进行比较。

当所有轮对的速度w_i均小于速度阈值VJ，且牵引电机的输出电流信号I_S小于电流阈值IJ，并且所有轮对的速度差均大于速度差阈值DVJ，则满足轮对校正条件，可以采用现有技术中常用的校正方法来计算得到轮对的校正补偿量±ΔR，以对轮对的半径R进行校正，以使校正后的轮对半径为R±ΔR。若不满足校正条件，则不需要对轮对的半径进行校正。

之后，可根据校正后的轮对半径计算得到第i个轮对的线速度v_i=(R+ΔR)×w_i。根据该线速度也可以计算第i个轮对的加速度a_i。

采用校正后的轮对半径计算加速度，则在上述实施例的基础上，进一步提高了转矩调整的精确度，保证了轨道车辆运行的稳定性。

实施例三

在上述两个实施例的基础上，本实施例还提供一种新的转矩调节的实现方式，也能够解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，实现动态调整轮对的转矩。

具体的，根据实施例二中计算得到的第i个轮对的线速度v_i，判断第i个轮对是否发生了空转，具体可通过第i个轮对的线速度v_i得到该轮对所在车体的速度，车体的速度v_t可以取该车体中各轮对线速度的最小值，即v_t=min（v_i），则轮对与车体速度之间的速度差Δv_i=v_i-v_t。将轮对与车体速度之间的速度差Δv_i与速度基准值v_ref进行比较。

若速度差Δv_i大于或等于速度基准值v_ref，则发生空转，若速度差Δv_i小于速度基准值v_ref，则未发生空转。

上述速度基准值v_ref可以根据轨道车辆轮对制造材料的粘着特征以及轨道制造材料的粘着特征来设定，假设速度基准值v_ref为1km/h,若第i个轮对的速度差Δv_i大于或等于速度基准值v_ref，则确定该轮对发生了空转；若第i个轮对的速度差Δv_i小于速度基准值v_ref，则确定该轮对未发生空转。

当第i个轮对发生空转时，需要对该轮对的转矩进行调节，具体可现有技术中常用的转矩削减峰值算法，根据第i个轮对的速度差Δv_i进行计算，得到转矩修正最大量delta_T_max，然后根据转矩修正最大量delta_T_max对第i个轮对的转矩进行调整，其调整方法可参照上述步骤40来实现，此处不再赘述。

上述速度基准值v_ref为1km/h时可以认为当前轨道车辆的空转情况的严重程度为轻度。在此基础上，还可以设置另一个速度基准值v_ref为1.5km/h，当速度差Δv_i大于或等于1.5km/h时，则认为当前轨道车辆的空转情况的严重程度为中度，可以采取撒沙等方式提高轮对的摩擦力，提高轮对的粘着程度，避免空转。还可以设置另一个速度基准值v_ref为2km/h，当速度差Δv_i大于或等于2km/h时，则认为当前轨道车辆的空转情况的严重程度为高度，容易发生车辆失控等事故，在这种情况下，需立即停车进行检测以及故障维护，杜绝事故发生。

本实施例提供的技术方案通过实时获取轮对的速度，并根据该速度判断该轮对是否发生空转，在发生空转时，根据该速度计算转矩修正最大量，再进行转矩调节，也能够解决现有的轨道车辆滑行控制方法不能根据车辆运行的动态粘着状态调整轮对转矩的问题，实现动态调整轮对的转矩。

另外，在上述各实施例的基础上，还可以增加对滑行控制过程的失效保护，具体可监测空转持续发生的时间，若大于设定值，例如秒，则判断当前滑行控制失效，可以立即发出警示信号以向司机发出警示。

当轨道车辆实施电制动时，若监测到滑行控制过程失效，则需切除电制动，转换为空气制动方式。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，包括：

获取轮对的加速度；

根据所述加速度判断是否发生空转；

当判断出发生空转时，根据所述加速度计算得到转矩修正最大量；

根据所述转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，所述根据所述转矩修正最大量对转矩修正量进行转矩调节，包括：

获取所述轮对的牵引转矩；

将所述转矩修正量从零升高至所述转矩修正最大量，并在设定时间内保持为所述转矩修正最大量；

在所述设定时间到达后，将所述转矩修正量从所述转矩修正最大量调整至转矩调整权值与所述牵引转矩的乘积。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，所述获取轮对的加速度，包括：

获取轮对的速度；

根据所述速度计算所述加速度。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，在所述根据所述速度计算所述加速度之前，还包括：

对所述速度进行滤波。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，所述对所述速度进行滤波包括：

对所述速度进行限幅滤波，得到第一速度；

对所述第一速度进行滑动平均滤波，得到第二速度；

对所述第二速度进行低通滤波，得到滤波后的速度。

6.根据权利要求5所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，所述根据所述速度计算所述加速度，包括：

根据所述速度采用如下公式计算所述加速度：

$a_i=\frac{w_i\left(t\right)-w_i(t-1)}{T},$

其中，a_i为所述加速度，w_i（t）和w_i（t-1）为所述速度，T为速度采样周期。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆滑行控制方法，其特征在于，所述根据所述加速度判断是否发生空转，包括：

将所述加速度与加速度基准值进行比较；

若所述加速度大于或等于所述加速度基准值，则发生空转。