CN108099875A - 一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法 - Google Patents

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吴萌岭
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Abstract

本发明涉及一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，包括以下步骤：1)构建考虑摩擦系数不确定导致的减速度偏差的列车模型；2)根据实时获取的轨道车辆的速度信号获取由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值；3)根据当前时刻的减速度偏差估计值计算下一时刻的目标制动力，并且根据目标制动力对轨道车辆进行制动控制。与现有技术相比，本发明具有适用摩擦系数不确定、优化列车制动等优点。

Description

一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆控制领域，尤其是涉及一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法。
背景技术
列车在制动过程中，需要接收列车信号系统发的制动指令——列车目标减速度，然后根据这个目标减速度区控制自身各个部件。理想状态下，制动系统产生的制动力能使列车达到目标减速度，然而实际过程中，通常会受到闸瓦摩擦系数的不确定参数的干扰，使实际减速度偏离目标减速度，从而影响列车对车速的控制。其造成的后果最为常见的是列车到站停车不精确，车门对不准站台规定区域；更严重的是增大列车制动距离，引发安全事故。由于传统的控制方法很难降低其影响，本文通过制动缸压力和车速作为反馈量，估计出摩擦系数导致的减速度偏差的，根据此估计了对制动力进行补偿或者消减，使列车减速度达到目标值，提高列车制动的精确度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，包括以下步骤：
1)构建考虑摩擦系数不确定导致的减速度偏差的列车模型；
2)根据实时获取的轨道车辆的速度信号获取由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值；
3)根据当前时刻的减速度偏差估计值计算下一时刻的目标制动力，并且根据目标制动力对轨道车辆进行制动控制。
所述的步骤1)中，考虑摩擦系数不确定导致的减速度偏差的列车模型表达式为：
其中，v为轨道车辆的速度，M为轨道车辆的质量，Fbrake为列车总制动力，c为阻力不确定导致的减速度偏差。
所述的步骤2)具体包括以下步骤：
21)实时测量轨道车辆的速度v，并获取该速度v的微分值；
22)根据列车模型和速度v的微分值获取由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值
所述的步骤22)中，由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值的计算式为：
所述的步骤3)中，下一时刻的目标制动力Fbrake(i+1)的计算式为：
其中，为当前i时刻的减速度偏差估计值，r为当前i时刻的列车实际加速度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明设计一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，该系统能针对摩擦系数不确定的参数对列车制动进行优化，在列车的实际运行过程中根据所反馈的轴速、制动缸压力等实时信息实现针对列车制动减速度的闭环控制，从而提高列车在实际制动过程中对于摩擦系数不确定参数的适应性。
附图说明
图1为制动控制流程图。
图2为本发明的制动控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，并明确了其控制逻辑。如轨道车辆在制动摩擦副摩擦系数不确定的工况下运行时，当需要采取制动时，搭载在车辆制动系统上的该种制动控制方法，对列车制动进行控制。该制动控制方法可以实现对制动摩擦副摩擦系数的自适应，即当制动指令给出时，无论制动摩擦副摩擦系数实际如何，该控制系统都能控制制动系统，实现制动指令要求的制动性能，使列车即使在制动摩擦副摩擦系数变化下实施制动，也能保证制动的精度，从而对制动摩擦副摩擦系数不确定性实现自适应。该轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法具有架控模式和轴控模式。
如图1所示，本发明专利所述的轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法可用于对高速铁路和城市轨道交通车辆制动系统的控制。该控制方法对列车制动系统进行控制。当列车处于制动工况时，制动控制算法根据制动指令对制动力进行控制。控制方法在控制过程中，通过对制动系统的实际制动缸压力信号、轨道车辆的实际轴重信号和轴速信号的在线处理，估计出列车运行模型中的摩擦系数导致的减速度偏差，计算目标制动缸压力，最终使实际制动力与目标制动力相跟随，实现列车制动对于制动摩擦副摩擦系数的自适应。
如图2所示，本发明的制动控制方法以通过仿真手段验证，包括下列步骤：
首先设计列车数学模型，该模型由列车动力学模型和阻力不确定导致的减速度偏差组成：
其中：
v：列车速度
M：列车质量
Fbrake：总制动力
c：阻力不确定导致的减速度偏差
首先根据速度信号v近似得到速度的微分——减速度估计值则由摩擦系数不确定导致的减速度偏差为：
在线估计减速度偏差，并利用i时刻偏差的估计值计算下一时刻(i+1)的目标制动力：
其中r是该时刻的目标加速度(目标减速度*-1)。

Claims (5)

1.一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，用以产生阻力导致的减速度偏差信号，使实际制动力与目标制动力相跟随，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建考虑摩擦系数不确定导致的减速度偏差的列车模型；
2)根据实时获取的轨道车辆的速度信号获取由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值；
3)根据当前时刻的减速度偏差估计值计算下一时刻的目标制动力，并且根据目标制动力对轨道车辆进行制动控制。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，考虑摩擦系数不确定导致的减速度偏差的列车模型表达式为：
<mrow> <mi>M</mi> <mover> <mi>v</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>+</mo> <mi>M</mi> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow>
其中，v为轨道车辆的速度，M为轨道车辆的质量，Fbrake为列车总制动力，c为阻力不确定导致的减速度偏差。
3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：
21)实时测量轨道车辆的速度v，并获取该速度v的微分值；
22)根据列车模型和速度v的微分值获取由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值
4.根据权利要求3所述的一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤22)中，由摩擦系数不确定导致的减速度偏差估计值的计算式为：
<mrow> <mover> <mi>c</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mover> <mover> <mi>v</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>^</mo> </mover> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>M</mi> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆自适应摩擦系数的制动控制方法，其特征在于，所述的步骤3)中，下一时刻的目标制动力Fbrake(i+1)的计算式为：
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>r</mi> <mo>+</mo> <mover> <mi>c</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中，为当前i时刻的减速度偏差估计值，r为当前i时刻的列车实际加速度。
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