一种高速列车制动力优化分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种高速列车制动力优化分配方法，可用于高速列车的电‑空制动力分配策略中；首先建立了高速列车制动过程的数学模型，包括目标制动力，电制动力，运行阻力的计算；其次设计一种制动力优化分配的目标函数及约束条件，并对目标函数极值的存在性进行了证明；然后对所建立的目标函数及约束条件转化为二次规划进行求解。最后通过仿真表明：该分配方法既能充分利用各车不同的粘着限制，有效发挥各车可用的制动力，又可减少潮湿轨面制动过程中动车出现的打滑现象，有助于改善列车制动性能，提高制动效率。

An Optimal Distribution Method of Braking Force for High Speed Trains

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车制动力优化分配方法
本专利技术属于高速列车控制
，具体地，涉及一种高速列车制动力优化分配方法。
技术介绍
高速列车已成为我国铁路未来发展的方向和目标。随着列车的不断提速，铁路运输的安全性能指标也日益提高。安全性是衡量运输质量最重要的标准，因此制动系统必须具有很高的可靠性。列车制动时，施加在各车上制动力的发挥都要依赖于轮对和钢轨之间在接触过程中形成的粘着力。由于受轮轨间粘着系数的限制，车辆所施加的制动力不能过大。如果超过了轮轨间的粘着限制，车轮与钢轨面之间就会发生滑行，导致轮轨剧烈摩擦，造成车轮踏面和钢轨的非正常磨耗，严重时会擦伤钢轨或使轮箍松弛。而动车组各车的载重不尽相同，所能施加的制动力的大小也各有差异。若制动时各车施加相同的制动力，可能会造成粘着限制小的车辆产生滑行，又不能充分利用粘着限制高的车辆，因此各车之间的制动力需要协调合理分配。目前列车制动分配策略主要有均衡制动控制和电制动优先控制，主要考虑的是根据各节列车的载重和轴重不同进行制动力的分配。然而在列车制动过程中还存在着电-空制动切换不适当、各车制动力分配不合理，各车粘着限制考虑不充分，易造成车辆出现打滑及闸瓦损耗不均匀等问题。因此在制动过程中，如何合理正确地对各车之间的制动力进行协调分配，充分利用各车粘着限制存在的差异，减少制动过程的打滑现象，确保更加平稳、安全、舒适的停车，是当前动车组制动系统需要解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于构建一种高速列车制动力优化分配方法，用以解决现有制动力分配策略较少考虑各车粘着限制存在的差异，易引起制动过程动车出现打滑的问题。本专利技术的技术方案如下：提供一种高速列车制动力优化分配方法，包括以下步骤：第一步.列车制动力的计算,包括列车的目标制动力计算、电制动力计算、运行阻力计算和需要补充的空气制动力计算。第二步.电-空制动力的分配策略,分配策略为优先使用电制动控制，当电制动无法满足制动需求时再补充空气制动。第三步.空气制动力的优化分配设计。所述步骤S3中空气制动力的优化分配设计具体包括以下步骤：T1.建立粘着利用率等效表达式：机车粘着概念中粘着利用率表达式为：其中由上式可得粘着利用率的等效表达式为：式中：μ为可用的粘着系数，μL为利用的粘着系数，F为利用的粘着力，Fmax为轮轨间能产生的最大粘着力，P为垂向静重荷。T2.建立优化目标函数根据空气制动力的分配要求，要使粘着利用率η最大，等价于(1-η)2最小。根据步骤S2中η的表达式，以4辆车的空气制动力分配为例进行说明，构造目标函数如下：式中：F1，F2，F3，F4为各车分配的空气制动力。T3.建立优化约束条件列车制动力的发挥依赖于轮轨间的粘着力，为尽量减少列车制动过程中出现打滑情况，施加在各车上的制动力应保留一定的裕量，所以取约束条件为：式中：ρi为裕量系数(0＜ρi＜1)T4.对步骤T2、T3建立的优化目标函数及约束条件，其中令：则步骤T2、T3建立的优化目标函数及约束条件可转化为：进一步地，所述步骤T4采用二次规划求解方法，寻找满足二次规划条件的最优分配参数Z1,Z2,Z3,Z4。进一步地，通过下式得到各车最优分配的空气制动力F1,F2,F3,F4。进一步地，所述高速列车制动力优化分配方法流程如下：D1.当列车实施制动时，根据制动需求分别计算列车的目标制动力FM、电制力4FD、运行阻力FZ和所要提供的制动力FC；D2.当FC>4FD，即电制动力无法满足制动需求，则计算需补充的空气制动力FK＝FC-4FD。若FC≤4FD，电制动力即可满足制动要求，无需补充空气制动力，则FK＝0；D3.当需要补充空气制动力即FK>0，优先以4辆拖车分配空气制动力FK。即根据权利要求4所述的二次规划模型，由权利要求5所述求得最优分配参数Z1，Z2，Z3，Z4，再由权利要求6所述计算方法，即可得各拖车分配的空气制动力：FT1，FT2，FT3，FT4，并计算拖车分配的总空气制动力FT：FT＝FT1+FT2+FT3+FT4；D4.当FK≠FT(即FK>FT)，则计算动车所要施加的空气制动力FTD＝FK-FT，以步骤T3中相同计算方法分配FTD，即可得各动车分配的空气制动力FTD1，FTD2，FTD3，FTD4。若FK＝FT，即无需补充动车空气制动力，则FTD＝0本专利技术有益效果如下：该分配方法既能充分利用各车不同的粘着限制，有效发挥各车可用的制动力，又可减少潮湿轨面制动过程中动车出现的打滑现象，有助于改善列车制动性能，提高制动效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的相应制动力分配系统示意图；图2是本专利技术实施例提供的制动力分配流程图；图3是本专利技术实施例提供的拖车和动车分配的总空气制动力示意图；图4是本专利技术实施例提供的1号拖车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图5是本专利技术实施例提供的2号拖车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图6是本专利技术实施例提供的3号拖车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图7是本专利技术实施例提供的4号拖车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图8是本专利技术实施例提供的1号动车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图9是本专利技术实施例提供的2号动车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图10是本专利技术实施例提供的3号动车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图11是本专利技术实施例提供的4号动车分配的空气制动力及粘着限制示意图；图12是本专利技术实施例提供的1号动车分配的总制动力及粘着限制示意图；图13是本专利技术实施例提供的2号动车分配的总制动力及粘着限制示意图；图14是本专利技术实施例提供的3号动车分配的总制动力及粘着限制示意图；图15是本专利技术实施例提供的4号动车分配的总制动力及粘着限制示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例11基于粘着利用率最大的空气制动力优化分配策略1.1目标函数机车粘着概念中通常将利用的粘着系数μL与可用粘着系数μ之比定义为粘着利用率:可用粘着系数与利用的粘着系数表达式如下:由式(1)(2)(3)可得粘着利用率等效表达式式中:F为利用的粘着力(KN)，Fmax为轮轨间能产生的最大粘着力(KN)，p为垂向静重荷(KN)。根据制动力分配的要求，要使η最大，等价于(1-η)2最小。下面以4辆车的空气制动力分配为例进行说明，构造目标函数如下，将力的分配问题转化为求最优解问题。式中：C1,C2,C3,C4为权重系数且0＜Ci＜1，F1,F2,F3,F4分别为1号、2号、3号、4号拖车当前所分配的制动力(KN)，μ1P1,μ2P2,μ3P3,μ4P4为各车当前所能提供的最大粘着力(KN)。令则式(5)原目标函数可简化为如下形式：minf＝C1(1-AF1)2+C2(1-BF2)2+C3(1-CF3)2+C4(1-DF4)2(7)对所构造目标函数极值的存在性进行证明，根据多元函数极值存在的充分条件，H矩阵正定，取得极小值，H矩阵负定，取得极大值。证明过程如下：证明：H矩阵求法：根据式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车制动力优化分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.列车制动力的计算；S2.电‑空制动力的分配策略；S3.空气制动力的优化分配设计；所述步骤S3中空气制动力的优化分配设计具体包括以下步骤：T1.建立粘着利用率等效表达式：机车粘着概念中粘着利用率表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种高速列车制动力优化分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.列车制动力的计算；S2.电-空制动力的分配策略；S3.空气制动力的优化分配设计；所述步骤S3中空气制动力的优化分配设计具体包括以下步骤：T1.建立粘着利用率等效表达式：机车粘着概念中粘着利用率表达式为：其中由上式可得粘着利用率的等效表达式为：式中：μ为可用的粘着系数，μL为利用的粘着系数，F为利用的粘着力，Fmax为轮轨间能产生的最大粘着力，P为垂向静重荷；T2.建立优化目标函数根据空气制动力的分配要求，要使粘着利用率η最大，等价于(1-η)2最小。根据步骤T1中η的表达式，以4辆车的空气制动力分配为例进行说明，构造目标函数如下：式中：F1，F2，F3，F4为各车分配的空气制动力；T3.建立优化约束条件列车制动力的发挥依赖于轮轨间的粘着力，为尽量减少列车制动过程中出现打滑情况，施加在各车上的制动力应保留一定的裕量，所以取约束条件为：式中：ρi为裕量系数(0＜ρi＜1)；T4.对步骤T2、T3建立的优化目标函数及约束条件，其中令：则步骤T2、T3建立的优化目标函数及约束条件可转化为：2.根据权利要求1所述高速列车制动力优化分配方法，其特征在于，所述步骤S1包括列车的目标制动力计算、电制动力计算、运行阻力计算和需要补充的空气制动力计算。3.根据权利要求1所述高速列车制动力优化分配方法，其特征在于，所述步骤S2分配策略为优先使用电制动控制，当电制动无法满足制动需求时...

【专利技术属性】
技术研发人员：何静，史来诚，张昌凡，杨步充，何云国，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43