机车、粘着增稳控制系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种粘着增稳控制方法，包括如下步骤：获取当前机车的可利用粘着力；根据当前所述机车的各轮对速度、所述机车的轴速度信号以及粘着控制电机转矩输入指令通过再粘着控制算法得出用以控制粘着控制对象的初始电机转矩输入指令；当所述初始电机转矩输入指令所对应的电机转矩大于所述可利用粘着力所对应的转矩，则控制电机输出所述可利用粘着力所对应的转矩。本发明专利技术还公开了一种粘着增稳控制系统。本发明专利技术还公开了一种包括上述粘着增稳控制系统的机车。上述粘着增稳控制方法，可以提高轮对粘着力发挥稳定性，提高整车牵引制动能力，从而实现了优化车辆动态特性的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆工程
，特别涉及一种粘着增稳控制方法。此外，本专利技术还涉及一种粘着增稳控制系统。另有，本专利技术还涉及一种具有上述粘着增稳控制系统的机车。
技术介绍
轨道交通车辆轮对空转、滑行保护和粘着利用控制通常是通过检测轮对速度信号，依据一系列准则(超过判断条件的门槛值等)判断轮对是否发生空转滑行。如果判断发生空转滑行，则通过对轮对进行减载进行粘着保护控制。但是由于轮轨粘着系数具有显著不确定性、轮对速度信号传输延时和力矩指令作用延时等因素共同影响作用下，空转、滑行减载保护很容易造成轮对频繁减载，轮对牵引力矩振荡剧烈，车辆牵引力发挥不稳定。为了提高车辆牵引力发挥稳定性，同时提高轮轨粘着利用率，常见的方法是搜索最优粘着控制对应的蠕滑率(其中蠕滑率是指：轮对速度与车辆速度的差除以车辆速度)，即寻找最优粘着点。然而许多轨道车辆精确轮对蠕滑速度(蠕滑速度：轮对速度与车辆速度的差)难以准确获得，加之轮轨因素变化和不确定性程度剧烈，纯粹的最优粘着利用控制往往停留在理论研究阶段，实际应用非常困难。本专利提出了一种粘着利用控制框架，通过采用多控制回路(在传统单回路再粘着控制的外围添加若干用于实时搜索当前轨面条件下的最大可利用粘着力)，分解不同回路的控制权重和控制目的的方法，提高轨道车辆轮轨粘着力发挥稳定性，同时在一定程度上起到搜索最大粘着控制的效果。粘着是指由于材料形变而存在于车轮和钢轨之间的一种介于纯滚动和纯滑动之间的轮轨状态，现有绝大多数轨道车辆均依赖于轮轨之间的粘着作用力产生所需的牵引力和制动力。当某一时刻车轮所受的转矩超过了当前粘着状态下所能提供的最大粘着作用力时，轮轨之间的粘着将被破坏，随之轨面与轮对接触的切向力迅速减小，最终导致轮对空转或者抱死滑行，给轨道车辆带来难以预料的严重后果。为了防止以上灾害性结果，需要在轨道车辆传动系统引入粘着控制，用于改善轮轨之间的粘着特性，防止轮对发生空转滑行。传统的粘着控制往往采用再粘着控制方式，其中再粘着控制是指当控制器检测到轮对发生空转/滑行时，或者有空转/滑行趋势时，通过对减小逆变控制电机转矩输入指令的方式降低牵引电机作用在车轮的作用力矩，抑制轮对空转/滑行，迫使轮对重新进入轮轨黏着状态的过程。传统防空转防滑和粘着利用控制效果不理想，原因如下：1、轮轨粘着特性影响因素众多，不确定性大、状态变化快，准确、实时获取当前轮对轮轨粘着特性非常困难；2、车辆轮对速度信号传输延时、粘着程序发出力矩指令到实际电机生成相应力矩的过程中产生的延时不确定；3、再粘着控制对应的空转、滑行判断标准和保护减载对应的参数大多都是通过现场调试获得，再粘着控制效果差异性比较大；4、再粘着保护控制中一个很重要的因素及时准确判断空转、滑行，快速、大量减载以最快速度抑制空转、滑行达到保护轮对的目的，但由于需要保证车辆总体粘着力发挥，需要及时对减载后的轮对进行力矩恢复，再粘着控制缺少根据轨面条件调整控制算法的能力。基于以上原因，当车辆运行轨面条件差，且车辆轮轴所需发挥的粘着力超过轨面所能承受的最大粘着力时，传统的轨道交通车辆再粘着控制只会造成轮对频繁、快速加减载，甚至产生车体振动，破坏其他原本处于稳定状态的轮轴粘着特性，最终降低整车粘着力大小和稳定性。粘着控制其实包括两部分控制目的，基于轮对空转、滑行保护的粘着保护控制和基于车辆牵引、制动力有效发挥的粘着利用控制。粘着保护控制属于快时变动态特性控制保护算法，控制输入是车辆所有轮对的速度，起到保护轮对和轨面的作用，控制优先级最高，控制权重最大。也就是说当轮对发生空转或者滑行时，对轮对进行保护性减载的优先级最高，如果空转或者滑行比较严重，对轮对进行保护性减载的权重最大，即如果有必要可以直接将该轴控制力矩减载至零。粘着利用控制相对粘着保护控制在实时性上要求相对较小，控制输入是车辆司机室手柄指令，在保证轮对没有空转、滑行的前提下实现手柄指令要求的控制需求。轨道交通粘着控制就需要设计相应的协调机制，平衡空转滑行保护控制与粘着力发挥控制之间的关系，在抑制轮对空转、滑行的前提下实现最大粘着利用控制。针对现有技术中的再粘着控制算法，如说明书附图1所示。通过读取车辆各轴角速度(有时也包括车辆传感器采集的车辆速度)，估算出车辆速度，并计算各轴蠕滑速度、角加速度、蠕滑加速度、角加速度微分值，然后采用各种判断逻辑或者组合判断逻辑，比如蠕滑速度、角加速度、加速度微分是否超过事先设定的门槛值，来检测轮对是否发生空转或者滑行。如果再粘着控制程序检测到轮对发生空转或者滑行，或者检测到轮对具备了发生空转或者滑行的趋势，则对该轮对按照事先设定好的减载方案(单步固定减载，或者根据当前蠕滑速度、角加速度、蠕滑加速度、角加速度微分值计算减载量大小)进行减载保护，直至轮对蠕滑速度、角加速度、蠕滑加速度、角加速度微分值回复至设定阈值以内，即轮轨恢复粘着状态，再粘着控制程序进入力矩增长恢复阶段。轮轴因为再粘着控制而频繁发生加减载是由以下原因造成：第一、轮轨关系恶化，比如轨面湿滑等；第二、粘着力需求过大，超过了当前轨面所能够提供的最大粘着力；第三、再粘着保护程序为了提高粘着利用效率而采取的快速恢复力矩的策略。其中第一原因和第二原因是轮对发生空转或者滑行的原因，第三原因是导致轮对频繁进入空转滑行保护而造成频繁加减载的原因。为了提高轮对粘着利用率，必须在空转滑行保护后及时恢复轮对作用力力矩，但是恢复力矩又很可能再一次使轮对重新进入空转滑行，反而降低了轮对粘着利用率。为了在一定程度上缓解这个矛盾，常见的方法是采用分段恢复策略，这种策略是基于上述提及的第二原因，只有当粘着力需求过大，超过当前轨面能够提供的最大粘着力是，轮对才会发生空转滑行。这种方法能够在一定程度上处理好提升粘着利用率、降低空转滑行概率，提高粘着发挥稳定性之间的矛盾，但由于每一次空转滑行保护后都会采用这样一种分段恢复策略，带来的结果有可能是牺牲了比较大的粘着利用率换取了较小的粘着发挥稳定性上的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种粘着增稳控制方法，上述控制方法降低轨道车辆在轨面条件差情况下发生空转滑行保护的概率，提高轮对粘着力发挥稳定性，提高整车牵引制动能力，同时在一定程度上实现优化车辆动态特性的目的。本专利技术的另一目的是提供粘着增稳控制系统。本专利技术还提供一种具有上述粘着增稳控制系统的机车。为实现上述目的，本专利技术提供一种粘着增稳控制方法，包括如下步骤：获取当前机车的可利用粘着力；根据当前所述机车的各轮对速度、所述机车的轴速度信号以及粘着控制电机转矩输入指令通过再粘着控制算法得出用以控制粘着控制对象的初始电机转矩输入指令；当所述初始电机转矩输入指令所对应的电机转矩大于所述可利用粘着力所对应的转矩，则控制电机输出所述可利用粘着力所对应的转矩。相对于上述
技术介绍
，本专利技术在传统的再粘着控制的基础之上，增加了可利用粘着力的获取，并且根据可利用粘着力作为可能的输出，进一步提高轮对粘着力发挥稳定性，提高整车牵引制动能力，从而实现了优化车辆动态特性的目的。优选地，所述获取机车的可利用粘着力的步骤具体包括：获取机车的工况；根据所述工况预估所述机车的可利用粘着力。优选地，所述根据所述工况预估所述机车的可利用粘着力的步骤具体包括：利用初始粘着力值A进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘着增稳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取当前机车的可利用粘着力；根据当前所述机车的各轮对速度、所述机车的轴速度信号以及粘着控制电机转矩输入指令通过再粘着控制算法得出用以控制粘着控制对象的初始电机转矩输入指令；当所述初始电机转矩输入指令所对应的电机转矩大于所述可利用粘着力所对应的转矩，则控制电机输出所述可利用粘着力所对应的转矩。

【技术特征摘要】
1.一种粘着增稳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取当前机车的可利用粘着力；根据当前所述机车的各轮对速度、所述机车的轴速度信号以及粘着控制电机转矩输入指令通过再粘着控制算法得出用以控制粘着控制对象的初始电机转矩输入指令；当所述初始电机转矩输入指令所对应的电机转矩大于所述可利用粘着力所对应的转矩，则控制电机输出所述可利用粘着力所对应的转矩。2.根据权利要求1所述的粘着增稳控制方法，其特征在于，所述获取机车的可利用粘着力的步骤具体包括：获取机车的工况；根据所述工况预估所述机车的可利用粘着力。3.根据权利要求2所述的粘着增稳控制方法，其特征在于，所述根据所述工况预估所述机车的可利用粘着力的步骤具体包括：利用初始粘着力值A进行N次迭代，得到所述N次迭代后对应的迭代结果，并将该迭代结果作为所述可利用粘着力；所述初始粘着力值A的计算过程包括：根据所述工况所对应的相应参数计算第n控制回路所对应的初始粘着力值A；所述N次迭代中的第一次迭代过程包括：利用初始粘着力值A计算第一次迭代粘着力B1，并将所述初始粘着力值A与所述第一次迭代粘着力B比较，得到本次迭代对应的迭代结果；所述N次迭代的后N-1次迭代中的任意一次迭代过程包括：利用上一次迭代结果计算第N-1次迭代粘着力Bn-1，并将所述上一次迭代结果与所述第N-1次迭代粘着力Bn-1比较，得到N次迭代后对应的迭代结果。4.根据权利要求3所述的粘着增稳控制方法，其特征在于，所述利用初始粘着力值A计算第一次迭代粘着力B1的步骤以及所述利用上一次迭代结果计算第N-1次迭代粘着力Bn-1的步骤具体包括：当满足减载条件时，按照预设力矩减载斜率进行减载；或，当满足加载条件时，按照预设力矩加载斜率进行加载；或，当不满足加载条件和减载条件时，维持载荷值不变。5.根据权利要求4所述的粘着增稳控制方法，其特征在于，所述将所述初始粘着力值A与所述第一次迭代粘着力B比较，得到本次迭代对应的迭代结果的步骤具体包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚敬，李江红，朱迎谷，胡云卿，张征方，吴业庆，王斌，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43