CN104842983A

CN104842983A - 基于多智能体的高铁制动方法和系统

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Publication number: CN104842983A
Application number: CN201510227708.5A
Authority: CN
Inventors: 陈磊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2035-05-06
Also published as: CN104842983B

Abstract

本发明公开一种基于多智能体的高铁制动方法和系统，方法包括如下步骤：步骤S110，制动装置接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到初始控制参数值；还包括如下步骤：步骤S120，检测得到多个轮对的当前角加速度值；步骤S130，根据预设的当前轮对的：当前角加速度值、相邻两个轮对的当前角加速度值、外部角加速度值以及初始控制参数值之间的函数关系，得到当前轮对的实际控制参数值；步骤S140，制动装置根据实际控制参数值对对应的轮对进行制动，并返回步骤S110。上述高铁制动方法可以同时兼顾时延约束和各轮对之间的影响因素，制动效果与预期的制动效果偏差极小，制动精确度较高。

Description

基于多智能体的高铁制动方法和系统

技术领域

本发明涉及制动技术领域，特别是涉及一种基于多智能体的高铁制动方法和系统。

背景技术

在高速列车行业中，尤其是在较高速度级别的高速列车中，最难解决的核心技术之一是制动系统的研制，也就是说，制动技术的瓶颈是高速列车进一步提高速度的制约因素。

目前，高铁制动系统通常采用复合制动策略，例如，再生制动、电阻制动、空气制动等。但无论采用什么形式的制动控制系统，摩擦制动仍被视为高速列车的主要制动方式。按照欧洲铁路联盟(UIC)的规定，高速列车运行时，应能在摩擦制动的单一作用下，在规定的制动距离内停车，其目的是在动力制动发生故障时也能保证列车运行安全。目前，摩擦制动主要采取盘形制动，通过电空制动系统加以控制，因此电空制动系统是标准配置，可以说电空制动系统决定了动车的速度。

常规上，每列车厢有一个转向架，每个转向架设有两个轮对，每个轮对均由一个制动装置进行制动控制。制动装置的制动器受到制动控制单元(BCU)、电子制动控制单元(EBCU)的控制，并由电气转换单元的气动缸提供驱动动力，同时，再通过中央控制系统的统一控制，制动器同时进行夹紧和释放制动钳，从而控制动车速度。例如，采用中心控制制动系统的城轨铁路的时速度能达到120公里/小时。

高铁制动系统是关乎安全运行的关键因素，必须能够在任何运行状态下可靠地将高速列车停住。先进的制动系统必须考虑多种特殊状况：空载制动情况、满载制动情况、轮盘打滑状况、紧急制动。不管列车使用机械式制动器、磁轨制动器、涡流制动器还是电制动，制动系统应在任何运行情况下都能确保制动功能的正常实现。例如，采用分布式控制制动系统的高速铁路的时速能达到350公里/小时。

然而，采用分布式控制策略的现有高铁制动系统依然存在实际的制动效果与预期的制动效果有偏差，制动精确度较差的缺陷。

发明内容

基于此，有必要提供一种制动精确度更高的基于多智能体的高铁制动方法和系统。

一种高铁制动方法，用于制动多个依次排列的轮对，每一个所述轮对分别对应有一个制动装置，其包括如下步骤：

步骤S110，所述制动装置接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到初始控制参数值；还包括如下步骤：

步骤S120，检测得到多个所述轮对的当前角加速度值；

步骤S130，根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系，得到当前所述轮对的实际控制参数值；

步骤S140，所述制动装置根据所述实际控制参数值对对应的所述轮对进行制动，并返回步骤S110。

在其中一个实施例中，所述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系为：

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

其中，β为常量，a₀为所述外部角加速度值，K₀为所述初始控制参数值。

在其中一个实施例中，所述预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系为：

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

其中，γ为常量，K为所述实际控制参数值，a_e为当前所述轮对的所述当前角加速度值，a_d和a_f分别为当前所述轮对的相邻两个所述轮对的所述当前角加速度值。

在其中一个实施例中，多个依次排列的所述轮对中，分别位于首尾的两个当前所述轮对的a_d或a_f等于零。

一种高铁制动系统，用于制动多个依次排列的轮对，包括多个制动装置，每一个所述轮对分别对应有一个所述制动装置，

所述制动装置，用于接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到，初始控制参数值；还包括：

检测装置，用于检测得到多个所述轮对的当前角加速度值；

所述制动装置还用于根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述控制参数值之间的函数关系，得到当前所述轮对的实际控制参数值；

所述制动装置还用于根据所述实际控制参数值对对应的所述轮对进行制动。

在其中一个实施例中，所述制动装置包括控制单元、电气转换单元和机械制动单元，

所述控制单元，用于接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到，初始控制参数值，还用于根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述控制参数值之间的函数关系，得到当前所述轮对的实际控制参数值；

所述电气转换单元，用于根据所述实际控制参数值得到气动参数值；

所述机械制动单元，用于根据所述气动参数值对对应的所述轮对进行制动。

在其中一个实施例中，多个所述制动装置通过多功能车辆总线与外部驾驶控制台连通；

多个所述制动装置之间还通过专用总线连通。

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

上述高铁制动方法可以同时兼顾时延约束和各轮对之间的影响因素，并对当前所述轮对的初始控制参数值进行修正，以得到当前所述轮对的实际控制参数值，当每一当前所述轮对都按对应的实际控制参数值对当前所述轮对进行制动时，其制动效果与预期的制动效果偏差极小，制动精确度较高。

附图说明

图1为本发明一实施方式的高铁制动方法的步骤流程图；

图2为本发明一实施方式的高铁制动系统的功能模块图；

图3为本发明一实施方式的高铁制动系统的拓扑结构图；

图4为本发明一实施方式的制动装置的功能模块图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明提供一种高铁制动方法，用于制动多个依次排列的轮对，其中，每一个所述轮对分别对应有一个制动装置。在此需要说明的是，所述轮对为高速列车上直接与钢轨接触的部分，所述轮对由左右两个轮毂压装在同一根车轴上而组成。一方面，所述轮对的作用是确保高速列车可以在钢轨上实现运行和转向，并将承受来自高速列车上的全部静和动载荷传递给钢轨，还将因线路不平顺产生的载荷传递给高速列车上的各零部件。另一方面，高速列车的驱动和制动也是通过所述轮对来实现的。

如图1所示，其为本发明一实施方式的高铁制动方法的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤S110，所述制动装置接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到初始控制参数值。

在高速列车运行时，为了更好地控制运行速度，需要通过制动装置给轮对施加制动力来实现。也就是说，在高速列车运行时，通过制动装置给轮对施加的制动力和外部的电机给轮对提供的驱动力相互作用，来控制高速列车的运行速度。

当需要控制高速列车进行提速、降速或定速操作时，如，从350公里/小时提速到380公里/小时、从380公里/小时降速到350公里/小时、或定速在350公里/小时运行时，外部驾驶控制台根据当前速度值和预期速度值，可以得到外部角加速度值。

为了更好地得到外部角加速度值，例如，外部驾驶控制台有总控制系统，该总控制系统根据当前速度值和预期速度值查询预设外部角速度值表，可以得到对应的外部角速度值。又如，外部驾驶控制台有总控制系统，总控制系统有只读存储器(Read-Only Memory)，该只读存储器存储有预设外部角速度值表，总控制系统根据当前速度值和预期速度值查询只读存储器内存储的预设外部角速度值表，可以得到对应的外部角速度值。需要指出的是，该预设外部角速度值表是在高速列车设计时和试运行时通过实验等环节得到的，关于预设外部角速度值表具体如何得到，请参考现有技术实现，在此不再赘述。如此，通过预设外部角速度值表可以更好地得到外部角加速度值。

制动装置接收外部角加速度值后，通过预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系，可以得到初始控制参数值，这样，制动装置就可以根据该初始控制参数值对对应轮对施加制动力。

为了更好地得到初始控制参数值，例如，所述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系为：

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

其中，a₀为所述外部角加速度值。K₀为所述初始控制参数值。β为常量，其是控制参数值与外部角加速度之间的转换关系，即输入的控制参数值，即控制信号值与轮对角加速度之间的关系，为固定值，是由制动装置设计时和试运行时通过实验等环节得出的一个参数值，关于β具体如何得到，请参考现有技术实现，在此不再赘述。如此，通过上述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系：就可以更好地得到初始控制参数值。

为了进一步介绍所述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系：在此进行详细说明，其中，a₀是输入的初始控制参数值K₀再通过β转换后计算得到的。也就是说，当制动装置接收到初始控制参数值K₀后，如，K₀为模拟的电压信号，那么制动装置就会根据初始控制参数值K₀对应给当前所述轮对施加对应的制动力，当前轮对基于该制动力所反馈而回的加速度即为a₀。也可以理解为，K₀与a₀分别为输入和输出的关系，用a₀的导数来描述的变化率，即a₀的变化率由K₀决定，再考虑β这一控制参数值与外部角加速度之间的转换关系后，即可计算得到K₀。

步骤S120，检测得到多个所述轮对的当前角加速度值。

需要说明的是，在实际情况中，高速列车在运行时，各车厢之间会存在相互的作用力，如，推力或/和拉力，这些车厢会将这些作用力传递到对应的轮对上，如此，体现为各轮对之间也会产生相互影响，若制动装置不考虑各轮对之间的相互影响，直接根据所述初始控制参数值对对应轮对施加制动力，如此，会导致实际的制动效果与预期的制动效果有偏差，制动精确度较差。

在此，通过检测得到多个所述轮对的当前角加速度值，可以为修正初始控制参数值提供条件。

步骤S130，根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系，得到实际控制参数值。

从理论上来说，为了得到当前所述轮对的实际控制参数值，应当考虑当前所述轮对与除当前所述轮对之外的所有轮对之间的影响关系，如此，才能较全面地考虑各轮对之间的影响因素，以得到更精确的实际控制参数值，然而事实上，由于多个制动装置之间的数据传输具有时延约束性。也就是说，若考虑了当前所述轮对与除当前所述轮对之外的全部轮对之间的影响关系后，每个当前所述轮对对数据进行处理的时间，再加上每个当前所述轮对与除当前所述轮之外的所有轮对进行数据传输所用的时间就会较长，尤其是车厢数量和轮对数量较多时，所用的时间将会更长。如此，得到当前所述轮对的实际控制参数值的时间就会较长，然而根据高速列车实际运行要求，需要所述制动装置在接收初始控制参数值后，在极短的时间内对当前所述轮对进行制动响应，以避免制动时延后发生高速列车速度失控的问题。那么，就基于时延约束性这一问题，若按上述这种考虑方式去修正初始控制参数值以得到实际控制参数值，显然不够合理。

基于时延约束性这一问题，在步骤S130中，只考虑当前所述轮对的前后相邻两个所述轮对的当前角加速度值，以极大减少时延约束性所带来的影响，且通过每一当前所述轮对都考虑前后相邻两个所述轮对的当前角加速度值，从而使高速列车上的所有制动装置组成在时延约束下具有协调性的制动系统，其协调性的预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系，对时延约束具有较好的适应性。

相对于精确度较差的传统制动方法，本发明通过上述步骤S130，可以同时兼顾时延约束和各轮对之间的影响因素，并对当前所述轮对的初始控制参数值进行修正，以得到当前所述轮对的实际控制参数值，当每一当前所述轮对都按对应的实际控制参数值对当前所述轮对进行制动时，如此，多个当前所述轮对所分别对应的多个制动装置就可以组成相互配合的多智能体的制动系统，其制动效果与预期的制动效果偏差极小，制动精确度较高。

为了更好地得到当前所述轮对的实际控制参数值，例如，所述预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系为：

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

其中，γ为常量，K为所述实际控制参数值，a_e为当前所述轮对的所述当前角加速度值，a_d和a_f分别为当前所述轮对的相邻两个所述轮对的所述当前角加速度值。由上述函数关系可以看出，当前所述轮对的实际控制参数值K的大小受到当前所述轮对对应的制动装置的初始控制参数值，与相邻两个所述轮对的制动装置的制动效果的共同影响。其中，所述轮对对应的制动装置的制动效果体现为当前角加速度值。

为了进一步介绍所述预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系：

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})],

在此进行详细说明，K与K₀+γ[(a_e-a_d)+(a_e-a_f)+(a_e-a₀)]分别为输入和输出的关系，用的导数来描述K的变化率，即K的变化率由K₀+γ[(a_e-a_d)+(a_e-a_f)+(a_e-a₀)]决定，如此，基于K₀，再考虑γ、当前所述轮对的相邻两个所述轮对的所述当前角加速度值a_d和a_f，以及所述当前角加速度值a_e和外部角加速度值a₀的影响后，即可计算得到K。

需要说明的是，当多个依次排列的所述轮对中，分别位于首尾的两个当前所述轮对的a_d或a_f等于零，即位于首位的当前所述轮对只需考虑与其相邻的一个在后所述轮对即可，位于尾位的当前所述轮对只需考虑与其相邻的一个在前所述轮对即可。

当所述制动装置根据所述实际控制参数值对对应的所述轮对进行制动后，返回步骤S110，如此，可以对每一个所述初始控制参数值都进行修正，得到对应的所述实际控制参数值，从而可以确保高速列车在运行过程中实现精确度较高的制动过程。

如图2所示，其为本发明一实施方式的高铁制动系统10的功能模块图。

高铁制动系统10用于制动多个依次排列的轮对，其包括多个制动装置100和检测装置200，其中，每一个轮对分别对应有一个制动装置100。

制动装置100，用于接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到，初始控制参数值。

检测装置200，用于检测得到多个所述轮对的当前角加速度值。

制动装置100还用于根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述控制参数值之间的函数关系，得到当前所述轮对的实际控制参数值。

制动装置100还用于根据所述实际控制参数值对对应的所述轮对进行制动。

上述高铁制动系统可以同时兼顾时延约束和各轮对之间的影响因素，并对当前所述轮对的初始控制参数值进行修正，以得到当前所述轮对的实际控制参数值，当每一当前所述轮对都按对应的实际控制参数值对当前所述轮对进行制动时，其制动效果与预期的制动效果偏差极小，制动精确度较高。

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

其中，γ为常量，K为所述实际控制参数值，a_e为当前所述轮对的所述当前角加速度值，a_d和a_f分别为当前所述轮对的相邻两个所述轮对的所述当前角加速度值。如此，通过上述函数关系，可以更好地得到当前所述轮对的实际控制参数值。

当多个依次排列的所述轮对中，分别位于首尾的两个当前所述轮对的a_d或a_f等于零，即位于首位的当前所述轮对只需考虑与其相邻的一个在后所述轮对即可，位于尾位的当前所述轮对只需考虑与其相邻的一个在前所述轮对即可。

如图3所示，其为本发明一实施方式的高铁制动系统10的拓扑结构图。

多个制动装置100通过多功能车辆总线300与外部驾驶控制台400连通。多个制动装置100之间还通过专用总线500连通。外部驾驶控制台400通过多功能车辆总线300向每一制动装置100发送外部角加速度值。当前所述轮对对应的制动装置100通过专用总线500接收当前所述轮对的相邻两个所述轮对的所述当前角加速度值。

可以理解，基于上述高铁制动系统10的拓扑结构，可以更好地理解上述时延约束性这一问题。

如图4所示，其为本发明一实施方式的制动装置100的功能模块图。

制动装置100包括控制单元110、电气转换单元120和机械制动单元130。

控制单元110，用于接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到，初始控制参数值，还用于根据预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述控制参数值之间的函数关系，得到当前所述轮对的实际控制参数值。

电气转换单元120，用于根据所述实际控制参数值得到气动参数值。

机械制动单元130，用于根据所述气动参数值对对应的所述轮对进行制动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高铁制动方法，用于制动多个依次排列的轮对，每一个所述轮对分别对应有一个制动装置，其包括如下步骤：

步骤S110，所述制动装置接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到初始控制参数值；其特征在于，还包括如下步骤：

步骤S120，检测得到多个所述轮对的当前角加速度值；

2.根据权利要求1所述的高铁制动方法，其特征在于，所述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系为：

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

3.根据权利要求2所述的高铁制动方法，其特征在于，所述预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系为：

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

4.根据权利要求3所述的高铁制动方法，其特征在于，多个依次排列的所述轮对中，分别位于首尾的两个当前所述轮对的a_d或a_f等于零。

5.一种高铁制动系统，用于制动多个依次排列的轮对，包括多个制动装置，每一个所述轮对分别对应有一个所述制动装置，

所述制动装置，用于接收外部角加速度值，并根据预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系得到，初始控制参数值；其特征在于，还包括：

检测装置，用于检测得到多个所述轮对的当前角加速度值；

6.根据权利要求5所述的高铁制动系统，其特征在于，所述制动装置包括控制单元、电气转换单元和机械制动单元，

7.根据权利要求5所述的高铁制动系统，其特征在于，多个所述制动装置通过多功能车辆总线与外部驾驶控制台连通；

多个所述制动装置之间还通过专用总线连通。

8.根据权利要求5所述的高铁制动系统，其特征在于，所述预设的外部角加速度值与控制参数值之间的函数关系为：

{\overset{\cdot}{a}}_{0} = β K_{0};

9.根据权利要求8所述的高铁制动系统，其特征在于，所述预设的当前所述轮对的：所述当前角加速度值、相邻两个所述轮对的当前角加速度值、所述外部角加速度值以及所述初始控制参数值之间的函数关系为：

\overset{\cdot}{K} = K_{0} + γ [(a_{e} - a_{d}) + (a_{e} - a_{f}) + (a_{e} - a_{0})]

10.根据权利要求9所述的高铁制动系统，其特征在于，多个依次排列的所述轮对中，分别位于首尾的两个当前所述轮对的a_d或a_f等于零。