CN1915723A - 一种列车防滑控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种列车防滑控制方法及装置，一种机车车辆防滑控制方法，以控制量速度差，减速度，和蠕滑率为基础，综合了车辆速度，车辆速度及车辆计算速度的差值，设定最优控制函数，对粘着利用状况进行综合评估，得到综合指标值，从而根据综合指标值控制防滑阀增压，减压或保压，并通过控制防滑阀调节制动缸的压力来防止车辆滑行。包括防滑控制器、四个防滑阀和四个速度传感器组件等三部分。采用轴控方式，采用轴控方式，防滑阀与防滑控制器气路连接，并受控于防滑控制器；防滑控制器又与速度传感器组件电连接，并接收速度传感器组件的速度电信号。
Description
技术领域
本发明属于一种列车的防滑控制方法，尤其是指一种利用调节车轮制动力的装置以适应车辆或轨面条件的变化的车辆制动控制方法(国际专利分类号为B0T8/00)；本发明还涉及一种同时利用制动风缸和分配阀的制动系统，以及铁路车辆制动器或其它减速装置的安排或配置。用于防止列车在运行过程中使用空气制动时由于轮轨之间的粘着不够而产生车轮抱死滑行的状态发生。
背景技术
随着技术的进步，由于现有的防滑器开发的年代较早，其功能和性能均难以满足高速的需要，需要用新的元器件、新的技术重新设计出更多功能、更高性能的防滑器，特别是微处理器的发展，处理速度的提高和容量的增加为系统动态性能的提高以及功能的增加提供了广阔的空间。
具体从控制功能上来讲，目前车辆防滑器采取的主要的控制策略是根据速度差，加速度和蠕滑率三个量的阈值进行的有级控制，且多为单判据过程控制，基本能够满足车辆的防滑控制功能，但是在控制的灵敏度和黏着利用上欠佳。现有的防滑器在判断滑行时用到的判据并没有标准判断准则，大多采用经验公式和经验数据来判断，但很难适应于不同的地理和气候条件，达到即能充分利用黏着又能防止滑行的控制效果。
通过分析车辆轮对发生滑行时的特性，在单判据过程控制中，若以速度差作为防滑判据，如果按低速时的滑行条件设置减压阈值，则在高速时会使防滑阀过于频繁的动作，造成制动力的损失。当然按照高速时的滑行条件设置减压阈值则在低速时就会出现滑行判断滞后，造成轮对擦伤。而且由于高低速的门槛很难界定，所以单量阈值的设定也就比较困难。而且轨面的粘着状况也比较复杂，这都影响防滑控制的效果。为了提高单判据控制的精度和灵敏度，也有将控制的阈值在不同的控制阶段(增压，减压)进行细化后对制动缸的压力进行控制的。但是不论怎样，单判据控制的局限性是很明显的。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有机车车辆防滑控制方法的不足，提出一种多变量综合控制的机车车辆防滑控制方法，该方法在控制的灵敏度和黏着利用上有着更好的效果。用于防止列车在运行过程中使用空气制动时由于轮轨之间的粘着不够而产生车轮抱死滑行的状态发生。
根据本发明的目的所提出的技术实施方案是：一种机车车辆防滑控制方法，以控制量速度差，减速度，和蠕滑率为基础，综合了车辆速度，车辆速度及车辆计算速度的差值，设定最优控制函数，对粘着利用状况进行综合评估，得到综合指标值，从而根据综合指标值控制防滑阀增压，减压或保压，并通过控制防滑阀调节制动缸的压力来防止车辆滑行。
本控制方法综合指标值的确定方法如下：
设定系数：KAS1 轮对速度和车辆计算速度差加权系数
KAS2 加速度加权系数
KAS3 蠕滑率加权系数
KAS4 车辆计算速度和车辆速度差加权系数
KAS5 速度计算加权系数
所述的加权比例系数，可以通过理论计算和试验获得。
按如下方法计算综合指标值：
Z＝KAS1*ΔV轮对+KAS3*η+KAS4*ΔV车辆+KAS2*α-KAS5*V车辆计算
其中的控制变量解释如下：
ΔV轮对 为车辆计算速度和轮对线速度差
η 为蠕滑率，大小等于
ΔV车辆 为车辆计算速度和车辆速度的差
α 为轮对线减速度
V车辆计算 为车辆计算速度
分别设定使防滑阀减压，保压和增压的门槛值Z减压，Z保压，Z增亚。通过和这三个门槛值比较从而确定防滑阀的动作状态。
车辆速度值取各轮对的最高速度值。车辆计算速度的选取依据如下条件：
若v车辆(n)＜v车辆(n-1)-αmax*Δt则v车辆计算＝v车辆
否则v车俩计算(n)＝v车辆计算(n-1)-αmax*Δt
根据本发明的方法所确定的装置是：一种车辆防滑装置，主要包括防滑控制器、四个防滑阀和四个速度传感器组件等三部分。采用轴控方式，防滑阀与气路连接，并受控于防滑控制器；防滑控制器又与速度传感器组件电连接，并接收速度传感器组件获取的各轮对转速电信号。整个车辆制动系统包括分配阀、副风缸、防滑阀、基础制动装置、防滑控制器、速度传感器和压力开关等，且分配阀通过管线与列车管气路连接，在分配阀旁通过气管连接有副风缸，分配阀的气管出口分别与两个以上的防滑阀连接，每一个防滑阀的气管出口对应一个制动装置，通过气管与各个制动装置实现连接，并通过防滑阀输出压力调节和控制制动装置的制动力。在列车管上还通过气管连接有压力开关，压力开关通过电气连接线与防滑控制器实现电气连接，同时防滑控制器电气连接线与每个轮对的防滑阀实现电气连接，防滑阀的输出状态是由防滑控制器通过轮对的速度传感器信号由防滑控制器根据本发明方法所确定的综合指标值进行阈值判断后进行控制的。
本发明的防滑控制方法的优点在于：
a)在粘着状态突然变差时，减速度控制因子将会起主要控制作用，确保系统有足够快的动态响应速度；
b)在粘着状态渐变的过程中，综合控制指标总是追踪最佳粘着点；
c)在车辆的四个轴轮对同时发生渐变滑行的情况下，车辆计算速度与车辆速度的差值因子将会起主要控制作用；
d)在各轮对发生渐变滑行的情况下，蠕滑率和速度差将成为主要控制因子，同时利用车辆速度进行调节，确保全速度范围内的有效追踪；
e)利用该控制方法获得的防滑效率不小于95％；
模型中运用到的加权比例系数，可以通过理论计算和试验获得。
附图说明
图1为蠕滑/黏着曲线图；
图2为滑行过程中的加速度，速度变化图；
图3为本发明防滑系统结构原理图。
图中：1、分配阀；2、副风缸；3、防滑阀；4、制动装置；5、防滑控制器；6、压力开关7、速度传感器8、管线9、列车管气路10、气管出口；11、气管；12、气管13、电气连接线14、电气连接线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的描述。
通过附图可以看出，本发明是一种车辆防滑控制装置，其车辆防滑控制方法是在有空气制动参与的制动过程中，以控制量速度差，减速度，和蠕滑率为基础，综合了车辆速度，车辆速度及车辆计算速度的差值，设定最优控制函数，对粘着利用状况进行综合评估，得到综合指标值，从而根据综合指标值控制防滑阀增压，减压或保压，并通过控制防滑阀调节制动缸的压力来防止车辆滑行。
本控制方法综合指标值的确定方法如下：
设定系数：KAS1 轮对速度和车辆计算速度差加权系数
KAS2 加速度加权系数
KAS3 蠕滑率加权系数
KAS4 车辆计算速度和车辆速度差加权系数
KAS5 速度计算加权系数
所述的加权比例系数，可以通过理论计算和试验获得。
按如下方法计算综合指标值：
Z＝KAS1*ΔV轮对+KAS3*η+KAS4*ΔV车辆+KAS2*α-KAS5*V车辆计算
其中的控制变量解释如下：
ΔV轮对 为车辆计算速度和轮对线速度差
η 为蠕滑率，大小等于
ΔV车辆 为车辆计算速度和车辆速度的差
α 为轮对线减速度
V车辆计算 为车辆计算速度
分别设定使防滑阀减压，保压和增压的门槛值Z减压，Z保压，Z增亚。通过和这三个门槛值比较从而确定防滑阀的动作状态。
车辆速度值取各轮对的最高速度值。车辆计算速度的选取依据如下条件：
若v车辆(n)＜v车辆(n-1)-αmax*Δt则v车辆计算＝v车辆
否则v车俩计算(n)＝v车辆计算(n-1)-αmax*Δt
控制方法是基于一种依据速度差、减速度、蠕滑率和车辆计算速度相互关系计算出的综合指标值，加上加权系数而确定的，并且是通过安装在车轴上的速度传感器接收车轮的速度信号，经过系统的内部计算，输出控制信号到执行机构(防滑阀)来调节制动缸的压力而防止轮对滑行的。其中，系统的内部计算中的综合指标值是将车辆轮对速度差、蠕滑率、减速度以及车辆速度与车辆计算速度差分别乘以加权系数之和减去车辆计算速度与加权系数的乘积所计算出的结果。再根据综合指标值进行阈值判断，从而输出防滑阀的控制状态。其中，车辆速度是根据计算时所选取的速度传感器接收车轮的速度信号值时取各轮对返回的最高速度值。整个装置包括分配阀、防滑阀、制动装置、防滑控制器、速度传感器和压力开关，且分配阀通过管线与列车管气路连接，在分配阀的气管出口分别与两个以上的防滑阀连接，每一个防滑阀的气管出口对应一个制动装置，通过气管与各个制动装置实现气路连接，并通过防滑阀输出压力调节和控制制动装置的制动力；同时，防滑控制器电气连接线与每个车轮的压力传感器实现电连接，防滑阀的输出压力是由防滑控制器通过车轮的速度传感器的信号由防滑控制器根据综合指标值进行阈值判断，从而输出防滑阀的控制状态所获得的。在所述的分配阀旁设有副风缸，分配阀与副风缸为气路连接。在所述的列车管上还通过气管连接有压力开关，压力控制器通过电气连接线与防滑控制器实现电连接，作为防滑控制器的睡眠控制用。
实施例一
一种客车防滑装置主要包括防滑控制器、四个防滑阀和四个速度传感器组件等三部分。采用轴控方式，防滑阀与防滑控制器电路连接，与制动装置气路连接，并受控于防滑控制器；防滑控制器又与速度传感器组件电连接，并接收速度传感器组件的速度电信号。用于防止列车在运行过程中使用空气制动时由于轮轨之间的粘着不够而产生车轮抱死滑行的状态发生。
防滑控制器是控制系统的核心部件，箱体为标准的3U机箱，具有垂直安装、水平安装和嵌入式安装等三种安装方式，可根据实际安装位置确定安装方式。
防滑控制器既具有独立运行方式，也具有联接列车网运行方式。当处于独立运行方式时，车辆的运行速度由各防滑器自行计算确定，对实时监测的故障及相关信息进行存储、显示和查询，并可通过手提电脑由RS232口读取信息进行地面分析；当需要联接列车网运行时，只需在机箱内插入网卡，即可与列车网联接运行。此时，由网络传递车辆的运行速度，故障及相关信息也通过网络向上一级传递。
防滑控制器由车辆蓄电池DC48V供电或DC110V供电，由列车管压力检测开关控制其睡眠和启动。系统的主要功能包括：防滑控制，安全倒向，邻轴补位，塞拉门连锁控制，睡眠，上电自检与列检，故障在线诊断、存储、查询、显示等，还有双路里程计输出，运行速度显示。
防滑阀为系统的执行机构，受防滑控制器的控制，用于实时调节制动时制动缸的压力，防止车轮严重打滑。速度传感器为防滑控制提供速度依据。该装置为机电一体化装置，所以安装时除满足各部件的机械安装要求外还必须满足整个系统的电气连接要求。
整个防滑装置包括分配阀1、副风缸2、防滑阀3、制动装置4、防滑控制器5、压力开关6和速度传感器7，且分配阀通过管线8与列车管9气路连接，在分配阀1旁通过气管连接有副风缸2，分配阀1的气管出口10分别与4个防滑阀3连接，每一个防滑阀3的气管出口对应一个制动装置4，通过气管11与各个制动装置实现连接，并通过防滑阀3输出压力调节和控制制动装置4的制动力。在列车管9上还通过气管12连接有压力开关6，压力开关6通过电气连接线13与防滑控制器5实现电气连接，同时，在每个对应制动装置4的轮对旁还安装有速度传感器7，防滑控制器5通过电气连接线14与每个轮对的速度传感器7实现电气连接，防滑阀3的输出压力是由防滑控制器5通过轮对的速度传感器7的信号由防滑控制器5根据综合指标值进行阈值判断并输出防滑阀3的控制状态。
整个装置的防滑控制功能是以速度及其衍变量建立的最优控制模型，通过功能强大的主处理器加以实现。计算周期为100mS，速度处理范围为0-400km/h。
综合指标值的确定方法如下：
设定系数：KAS1＝10.0 轮对速度和车辆计算速度差加权系数
KAS2＝2.1 加速度加权系数
KAS3＝3.5 蠕滑率加权系数
KAS4＝2.5 车辆计算速度和车辆速度差加权系数
KAS5＝1.0 速度计算加权系数
所述的加权比例系数，可以通过理论计算和试验获得。
按如下方法计算综合指标值(Z)：
Z＝KAS1*ΔV轮对+KAS3*η+KAS4*ΔV车辆+KAS2*α-KAS5*V车辆计算
其中的控制变量解释如下：
ΔV轮对 为车辆计算速度和轮对线速度差
η 为蠕滑率，大小等于
ΔV车辆 为车辆计算速度和车辆速度的差
α 为轮对线减速度
V车辆计算 为车辆计算速度
分别设定使防滑阀减压，保压和增压的门槛值Z减压，Z保压，Z增亚。通过和这三个门槛值比较从而确定防滑阀的动作状态。
车辆速度值取各轮对的最高速度值。车辆计算速度的选取依据如下条件：
若v车辆(n)＜v车辆(n-1)-αmax*Δt则v车辆计算＝v车辆
否则v车俩计算(n)＝v车辆计算(n-1)-αmax*Δt
实施例二
实施例二与实施例一的方法和结构是一样的只是所选取的加权比例系数与实施例一不同，是根据试验获得的数据，设定系数如下：
KAS1＝13.0-20.0 轮对速度和车辆计算速度差加权系数
KAS2＝1.8-3.2 加速度加权系数
KAS3＝4.2-7.5 蠕滑率加权系数
KA84＝2.2-4.5 车辆计算速度和车辆速度差加权系数
KAS5＝0.5-1.5 速度计算加权系数
综合指标值(Z)计算如下：
Z＝KAS1*ΔV轮对+KAS3*η+KAS4*ΔV车辆+KAS2*α-KAS5*V车辆计算
其中的控制变量解释如下：
ΔV轮对 为车辆计算速度和轮对线速度差
η 为蠕滑率，大小等于
ΔV车辆 为车辆计算速度和车辆速度的差
α 为轮对线减速度
V车辆计算 为车辆计算速度
分别设定使防滑阀减压，保压和增压的门槛值Z减压，Z保压，Z增亚。通过和这三个门槛值比较从而确定防滑阀的动作状态。
车辆速度值取各轮对的最高速度值。车辆计算速度的选取依据如下条件：
若v车辆(n)＜v车辆(n-1)-αmax*Δt则v车辆计算＝v车辆
否则v车俩计算(n)＝v车辆计算(n-1)-αmax*Δt
Claims (8)
1、一种列车防滑控制方法，其特征在于：所述的控制方法是以控制量速度差，减速度，和蠕滑率为基础，综合了车辆速度，车辆速度及车辆计算速度的差值，设定最优控制函数，对粘着利用状况进行综合评估，得到综合指标值，从而根据综合指标值控制防滑阀增压，减压或保压，并通过控制防滑阀调节制动缸的压力来防止车辆滑行的。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的综合指标值是按照下述方法确定的：
设定系数：KAS1 轮对速度和车辆计算速度差加权系数
KAS2 加速度加权系数
KAS3 蠕滑率加权系数
KAS4 车辆计算速度和车辆速度差加权系数
KAS5 速度计算加权系数
按如下方法计算综合指标值：
Z＝KAS1*ΔV轮对+KAS3*η+KAS4*ΔV车辆+KAS2*a-KAS5*V车辆计算
其中的控制变量解释如下：
ΔV轮对 为车辆计算速度和轮对线速度差
η 为蠕滑率，大小等于
ΔV车辆 为车辆计算速度和车辆速度的差
a 为轮对线减速度
V车辆计算 为车辆计算速度
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的控制方法是分别设定使防滑阀减压，保压和增压的门槛值Z减压，Z保压，Z增压；通过和这三个门槛值比较从而确定防滑阀的动作状态。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的车辆速度值取各轮对的最高速度值。车辆计算速度的选取依据如下条件：
若v车辆(n)＜v车辆(n-1)-amax*Δt则v车辆计算＝v车辆
否则v车辆计算(n)＝v车辆计算(n-1)-amax*Δt。
5、如权利要求1所述方法的装置，包括防滑控制器、四个防滑阀和四个速度传感器组件等三部分，其特征在于：采用轴控方式，防滑阀与制动装置气路连接，并受控于防滑控制器；防滑控制器又与速度传感器组件电连接，并接收速度传感器组件的速度电信号。
6、如权利要求5所述方法的装置，其特征在于：所述的装置包括分配阀、防滑阀、制动装置、防滑控制器、速度传感器和压力开关，且分配阀通过管线与列车管气路连接，在分配阀的气管出口分别与两个以上的防滑阀连接，每一个防滑阀的气管出口对应一个制动装置，通过气管与各个制动装置实现气路连接，并通过防滑阀输出压力调节和控制制动装置的制动力；同时，防滑控制器电气连接线与每个车轮的压力传感器实现电连接，防滑阀的输出压力是由防滑控制器通过车轮的速度传感器的信号由防滑控制器根据综合指标值进行阈值判断并输出防滑阀的控制状态。
7、如权利要求5所述方法的装置，其特征在于：在所述的分配阀旁设有副风缸，分配阀与副风缸为气路连接。
8、如权利要求5所述方法的装置，其特征在于：在所述的列车管上还通过气管连接有压力开关，压力开关通过电气连接线与防滑控制器实现电连接，作为防滑控制器的睡眠控制用。
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