轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统及方法，其中，系统包括：独立驱动轮对机电耦合系统；采集模块，用于采集电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流；状态观测器，用于根据电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流得到系统的状态量；电机控制器，在独立驱动轮对发生蛇行运动时，根据系统的状态量计算驱动电机的控制电压，并通过其控制独立驱动轮对机电耦合系统，从而对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制。该系统可以通过驱动电机控制独立驱动轮对机电耦合系统的横向运动，从而对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制，有效提高系统的稳定性。

Hunting stability control system and method for independent driving wheel pair of railway vehicle

The invention discloses a serpentine stability control system and method for the independent driving wheel pair of the rail vehicle, in which the system includes the electromechanical coupling system of independent driving wheel pair, the acquisition module is used to collect the rotational speed of the motor output axis and the current flowing through the motor armature, and the state observer is used for the speed of the motor output axis. And the current of the motor armature gets the state of the system; the motor controller calculates the control voltage of the motor according to the state quantity of the system, and drives the electromechanical coupling system by its control independently, thus controlling the stability of the snake's stability by the independent drive wheel. The system can control the lateral movement of the electromechanical coupling system by the drive motor, so that the stability of the system can be effectively improved by the control of the stability of the independent driving wheel.

【技术实现步骤摘要】
轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统及方法
本专利技术涉及车辆
，特别涉及一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统及方法。
技术介绍
随着城市规模的不断扩大，具有大运量、快速、准时特点的城市轨道车辆成为了城市交通系统中不可缺少的重要组成部分。城市中交通系统十分复杂，道路拥挤，高楼大厦密集，为了能让轨道车辆更广泛地应用，需要轨道线形中有小半径弯道。如图1所示，传统的固结轮对由于左右两侧车轮固连，转弯时利用踏面锥度对左右侧车轮线速度差进行补偿，在小半径转弯时会超出补偿的范围，使轮缘与轮轨接触，这样不仅增大了行驶阻力，而且严重时会产生脱轨事故，故传统固结轮对小半径通过能力差。如图2所示，独立轮对的主要特点是两侧车轮可以独立旋转，这使得左右两侧车轮可以具有不同的转速，从而能够更好地通过小半径曲线。但独立轮对打破了传统固结轮对基于纵向蠕滑力矩的自导向行驶机制，使得其自身不具有自导向性，也缺乏自对中能力。相关技术中提出基于左右车轮独立驱动的独立驱动轮对，直线行驶工况下进行等转速控制，曲线行驶工况下根据轨道半径等参数计算两侧车轮的理想转速差，以此为目标对两车车轮的转速进行控制的方法，同时解决小半径曲线的通过性能问题和独立轮对的自导向问题。等转速控制下的独立驱动轮对理论上具有接近传统固结轮对的行驶性能，在纵向蠕滑力矩的作用下，与固结轮对的横向动力学特性相似，将出现横向位移和摇头角交替往复振动的蛇行运动，不仅影响车辆的平顺性，超过一定的临界速度时横向运动还会失稳，导致轮缘接触，直至脱轨。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，可以有效提高独立驱动轮对的稳定性。本专利技术的另一个目的在于提出一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，包括：独立驱动轮对机电耦合系统；采集模块，用于采集电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流；状态观测器，用于根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流得到系统的状态量；电机控制器，在独立驱动轮对发生蛇行运动时，根据所述系统的状态量计算驱动电机的控制电压，并通过所述电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，以对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制。本专利技术实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，可以通过电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流得到系统的状态量，以计算驱动电机的控制电压，从而通过驱动电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，以对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制，有效提高系统的稳定性。另外，根据本专利技术上述实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电机控制器进一步用于：在所述独立驱动轮对处于横向位移与摇头角交替振动的状态时，根据所述系统的状态量，以横向位移目标值为0或收敛在预设范围内为控制目标，通过控制算法计算所述驱动电机的控制电压，并通过功率电路器件输出所述驱动电机的控制电压，以对所述驱动轮对进行稳定性控制。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述独立驱动轮对机电耦合系统包括：所述独立驱动轮对；两台驱动电机以及必要的传动机构。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述采集模块包括：电机转速传感器和电枢电流传感器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述系统的状态量包括轮对的横向位移、摇头角、横向速度和摇头角速度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述状态观测器进一步用于根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流根据状态观测器估计所述系统的状态量。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制方法，包括以下步骤：采集电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流；根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流得到系统的状态量；根据所述系统的状态量计算驱动电机的控制电压，并根据所述驱动电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，从而对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制。本专利技术实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制方法，可以通过电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流得到系统的状态量，以计算驱动电机的控制电压，从而通过驱动电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，以对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制，有效提高系统的稳定性。另外，根据本专利技术上述实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述独立驱动轮对处于横向位移与摇头角交替振动的状态时，根据所述系统的状态量，以横向位移目标值为0或收敛在预设范围内为控制目标，通过控制算法计算所述驱动电机的控制电压，并通过功率电路器件输出所述驱动电机的控制电压，以对所述驱动轮对进行稳定性控制。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述系统的状态量包括轮对的横向位移、摇头角、横向速度和摇头角速度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流根据状态观测器估计所述系统的状态量。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为传统固结轮对的示意图；图2为独立轮对的示意图；图3为相关技术中的独立驱动轮对的示意图；图4为独立驱动轮对两侧车轮等转速控制下的横向运动曲线示意图；图5为相关技术中的蛇形运动定性分析的示意图；图6为根据本专利技术实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统的结构示意图；图7为根据本专利技术一个实施例的独立驱动轮对机电控制系统的结构示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的带状态观测器的横向位移PID控制下的独立驱动轮对仿真结果示意图；图9为根据本专利技术一个实施例的带状态观测器的状态反馈控制下的独立驱动轮对仿真结果示意图；图10为根据本专利技术实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在介绍本专利技术实施例的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统及方法之前，先简单介绍下相关技术中的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制。如图3所示，相关技术在独立轮对的基础上，两侧分别布置电机和必要的传动机构，就成为一个独立驱动轮对的机电耦合系统，可以分别为两个车轮提供纵向的驱动或制动力矩，但是独立驱动轮对在直线行驶的时候，仍需要独立轮对左右侧车轮同转速，如果在直线行驶时对左右侧车轮进行等转速控制，就又恢复成了固结轮对的行驶情形，传统固结轮对行驶时存在的蛇行稳定性问题依然会在独立轮对的情况下出现。如图4所示，在仿真环境下，如果独立驱动轮对两侧转速差能够控制得趋近于0，那么独立驱动轮对于固结轮对有相同的蛇行运动性质；并且从图4中可以看出蛇行运动是一种轮对的横向位移y与摇头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，包括：独立驱动轮对机电耦合系统；采集模块，用于采集电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流；状态观测器，用于根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流得到系统的状态量；以及电机控制器，在独立驱动轮对发生蛇行运动时，根据所述系统的状态量计算驱动电机的控制电压，并通过所述驱动电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，以对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制。

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，包括：独立驱动轮对机电耦合系统；采集模块，用于采集电机输出轴的转速和流过电机电枢的电流；状态观测器，用于根据所述电机输出轴的转速和所述流过电机电枢的电流得到系统的状态量；以及电机控制器，在独立驱动轮对发生蛇行运动时，根据所述系统的状态量计算驱动电机的控制电压，并通过所述驱动电机的控制电压控制独立驱动轮对机电耦合系统，以对独立驱动轮对进行蛇行稳定性控制。2.根据权利要求1所述的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，所述电机控制器进一步用于：在所述独立驱动轮对处于横向位移与摇头角交替振动的状态时，根据所述系统的状态量，以横向位移目标值为0或收敛在预设范围内为控制目标，通过控制算法计算所述驱动电机的控制电压，并通过功率电路器件输出所述驱动电机控制电压，以对所述独立驱动轮对进行稳定性控制。3.根据权利要求1所述的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，所述独立驱动轮对机电耦合系统包括：所述独立驱动轮对；两台驱动电机以及必要的传动机构。4.根据权利要求1所述的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，所述采集模块包括：电机转速传感器和电枢电流传感器。5.根据权利要求1所述的轨道车辆独立驱动轮对的蛇行稳定性控制系统，其特征在于，所述系统的状态量包括轮对的横向位移、摇...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文军，贾星衡，李红，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11