本發(fā)明屬于高速列車車輛控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制方法及其系統(tǒng)，能夠特別適應(yīng)不同自然環(huán)境、不同線路條件下高性能的高速列車制動(dòng)力的分配控制。

背景技術(shù)：

高速列車是國家公共交通的主要載體，承擔(dān)著國家互聯(lián)、互通的重大發(fā)展戰(zhàn)略，制動(dòng)系統(tǒng)作為高速列車的關(guān)鍵部件，是安全運(yùn)營的重要前提。

高速列車在制動(dòng)過程中，制動(dòng)控制裝置產(chǎn)生的制動(dòng)力以輪軌間粘著力的形式阻礙列車的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。根據(jù)高速列車的粘著特性曲線，車軸制動(dòng)力的發(fā)揮受輪軌間粘著力的約束。當(dāng)制動(dòng)力大于軌面間的粘著力時(shí)，車輪即會(huì)在軌面上產(chǎn)生滑行的問題，既而擦傷軌面。

然而，現(xiàn)有的制動(dòng)力分配控制模塊并未考慮粘著力的約束條件，難以有效發(fā)揮高速列車的制動(dòng)效率。列車在制動(dòng)過程中，必然發(fā)生軸重轉(zhuǎn)移；輪軌間的粘著狀態(tài)呈現(xiàn)出非線性、快速時(shí)變的特征，輪軌間的粘著力各有差異。在車控模式下，列車粘著最小的輪對(duì)率先發(fā)生滑行，而其它節(jié)列車的粘著力約束條件卻沒有得到充分利用，因此，提供一種高性能的制動(dòng)力分配控制系統(tǒng)，顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制方法及其系統(tǒng)，利用各節(jié)列車粘著冗余進(jìn)行制動(dòng)力分配，以更加有效得預(yù)防列車制動(dòng)滑行的問題，從而使列車制動(dòng)過程更加平穩(wěn)的重要保障。

具體技術(shù)方案如下：

一種高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制方法，涉及一種高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制系統(tǒng)，用于對(duì)各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，所述高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制系統(tǒng)包括制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊，所述制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊基于單節(jié)列車受力模型獲取粘著重力fni，還包括用于獲取列車粘著力約束條件fμ的比較器和乘法器、制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元和制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元；所述高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制方法具體包括以下步驟：

s1.粘著重力的計(jì)算；

根據(jù)單節(jié)列車受力模型，計(jì)算列車各軸粘著重力pfi＝fni(i＝1,2,3,4)式中，pfi為列車第i軸的粘著重力，fni為列車第i軸的法向約束力；

s2.列車粘著力約束條件的確定；

根據(jù)粘著系數(shù)的定義，粘著系數(shù)μ在采用經(jīng)驗(yàn)公式下，當(dāng)前軌面狀態(tài)下各軸的粘著力fμi＝pfi·μ，選取其中的最小值作為該節(jié)列車各軸的粘著力約束條件，所述該節(jié)列車的粘著力約束為最小粘著力的四倍；

s3.電制動(dòng)優(yōu)先的制動(dòng)力優(yōu)化控制算法；

根據(jù)步驟s2所述粘著力約束條件，采用電制動(dòng)優(yōu)先的制動(dòng)力優(yōu)化分配方法，具體包括以下步驟：

t1.在制動(dòng)單元內(nèi)，優(yōu)先施加動(dòng)車總的電制動(dòng)力fed，所施加的電制動(dòng)力不能超過其當(dāng)前狀態(tài)下該節(jié)列車粘著力約束；

t2.當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)則優(yōu)先由拖車總的空氣制動(dòng)力fept補(bǔ)足，同樣地，所施加的制動(dòng)力依然不能超過其當(dāng)前狀態(tài)下該節(jié)列車粘著力約束；

t3.若拖車施加的制動(dòng)力仍然不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，則再由動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力fepm補(bǔ)足，直至其粘著力約束；

s4.制動(dòng)力再分配方法及其優(yōu)化算法；

根據(jù)步驟s3的分配方法，為得到各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力的大小，提出一種制動(dòng)力再分配的控制方法，利用列車受粘著約束下的粘著力的大小按照正比例對(duì)制動(dòng)力再分配，即可得各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大小

式中，fe為動(dòng)車或拖車應(yīng)施加的總的制動(dòng)力，fμi、fi分別為動(dòng)車或拖車第i節(jié)列車的粘著力約束和應(yīng)施加的制動(dòng)力，n為動(dòng)車或拖車的數(shù)量，fμj其中第j節(jié)列車的粘著力約束；

s5.對(duì)步驟s4所述制動(dòng)力再分配控制方法進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)第i節(jié)列車第k時(shí)刻的列車粘著力參與第(k+1)時(shí)刻制動(dòng)力的再分配，以此往復(fù)循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)再分配過程

更具體地，制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊，由列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato或司機(jī)制動(dòng)控制器發(fā)送制動(dòng)指令，dsp中央控制單元接收到制動(dòng)指令后，提取車載雷達(dá)測(cè)得的車體速度信號(hào)vt，由列車粘著重力計(jì)算模塊獲取粘著重力fni，經(jīng)由列車粘著力約束單元獲取列車粘著力約束fμ，制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元基于粘著力約束條件得到動(dòng)車應(yīng)施加總的電制動(dòng)力fed和空氣制動(dòng)力fepm、拖車應(yīng)施加總的空氣制動(dòng)力fept，通過制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元即可獲取各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大小，與mvb總線交互。

進(jìn)一步地，所述高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato、司機(jī)制動(dòng)控制器、dsp中央控制單元、車載雷達(dá)和設(shè)置于各節(jié)列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，所述制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊和列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置之間通過mvb總線連接，所述列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato和司機(jī)制動(dòng)控制器與dsp中央控制單元連接，所述車載雷達(dá)與dsp中央控制單元連接。

進(jìn)一步地，所述列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置包括牽引變流器、dsp機(jī)車控制單元、電流信號(hào)采集單元、牽引電機(jī)、制動(dòng)供給風(fēng)缸、電空轉(zhuǎn)換閥、中繼器、盤形制動(dòng)裝置；所述dsp單節(jié)列車控制單元通過mvb總線與制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊連接。

更具體地，列車基礎(chǔ)制定裝置，mvb總線接收制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊的信號(hào)，對(duì)高速列車各節(jié)列車的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置dsp單節(jié)列車控制單元發(fā)送電氣制動(dòng)指令，對(duì)于動(dòng)車而言，電制動(dòng)的發(fā)揮是依靠dsp單節(jié)列車控制單元輸出的pwm調(diào)制波形控制牽引變流器中電路的開關(guān)，使得牽引電機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)，將電能反饋到電網(wǎng)中；對(duì)于列車空氣制動(dòng)力是由dsp單節(jié)列車控制單元發(fā)送電信號(hào)，經(jīng)電空轉(zhuǎn)換閥、中繼器等部件，盤形制動(dòng)裝置在空氣壓力推動(dòng)的作用下，依靠于輪對(duì)之間的摩擦實(shí)施制動(dòng)，繼而完成列車的制動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元包括：電制動(dòng)優(yōu)先判別單元、粘著力約束下基于粘著力正比例的制動(dòng)力分配單元、動(dòng)車和拖車總的制動(dòng)力存儲(chǔ)單元，用于給定動(dòng)車和拖車應(yīng)施加制動(dòng)力；

更具體地，在一個(gè)制動(dòng)單元內(nèi)，優(yōu)先施加動(dòng)車總的電制動(dòng)力fed，所施加的電制動(dòng)力不能超過動(dòng)車粘著力約束；當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)則優(yōu)先由拖車總的空氣制動(dòng)力fept補(bǔ)足，同樣地，所施加的制動(dòng)力依然不能超過其粘著限制；若拖車施加的制動(dòng)力仍然不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，則再由動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力fepm補(bǔ)足，直至其粘著限制。

進(jìn)一步地，所述制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元包括基于粘著力正比例的制動(dòng)力再分配單元、單節(jié)列車受力模型、時(shí)變條件下制動(dòng)力再分配優(yōu)化單元，用于確定各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力；

更具體的，制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元，利用列車受粘著約束下的粘著力的大小按照正比例對(duì)制動(dòng)力再分配，即可得各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大??；由各車軸制動(dòng)力fi代入單節(jié)列車受力模型中，得到當(dāng)前時(shí)刻粘著重力的大小，進(jìn)而得到在下一時(shí)刻各節(jié)列車粘著力約束條件，參與該時(shí)刻制動(dòng)力的分配，即實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力再分配的優(yōu)化。

進(jìn)一步地，步驟1的具體過程為：

步驟1.1，對(duì)車體進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

f1+f2+f0＝ma

步驟1.2，對(duì)轉(zhuǎn)向架1進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

2f-f1＝ma

步驟1.3，對(duì)轉(zhuǎn)向架2進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

2f-f2＝ma

步驟1.4，將步驟1.1、步驟1.2、步驟1.3方程聯(lián)立，可得到列車各軸法向約束力

式中，m、m分別為車體質(zhì)量和轉(zhuǎn)向架質(zhì)量，g為重力加速度；n5、n6分別為車體對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的壓力，fn1、fn2、fn3、fn4分別為列車各軸受到軌面法向約束力，f0為列車車間力的合力，h、h分別為車鉤和轉(zhuǎn)向架牽引點(diǎn)到軌面之間的距離，2b為軸距，2l為轉(zhuǎn)向架中心距，f1和f2分別為兩個(gè)轉(zhuǎn)向架對(duì)車體的制動(dòng)力，v、a分別為列車的車速和加速度。

進(jìn)一步地，步驟3的具體過程為：

步驟3.1.當(dāng)ft≤2fed0時(shí)，若2fed0≤fμm1+fμm2

當(dāng)動(dòng)車總的電制動(dòng)力大于動(dòng)力單元的目標(biāo)制動(dòng)力，且總的電制動(dòng)力不超過動(dòng)車的粘著力約束時(shí)，動(dòng)車只需施加電制動(dòng)力，而對(duì)于拖車而言，不需施加空氣制動(dòng)力；

步驟3.2.當(dāng)ft≤2fed0時(shí)，若ft＞4(fμm1+fμm2)

當(dāng)動(dòng)車總的電制動(dòng)力大于動(dòng)力單元的目標(biāo)制動(dòng)力，而目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車的粘著力約束時(shí)，動(dòng)車施加電制動(dòng)力直至其粘著力約束，而對(duì)于拖車而言，則補(bǔ)充空氣制動(dòng)力以實(shí)施列車制動(dòng)；

步驟3.3.當(dāng)ft＞2fed0時(shí)，若2fed0＜fμm1+fμm2且ft-2fed0＜fμt1+fμt2

當(dāng)目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車總的電制動(dòng)力時(shí)，若動(dòng)車的電制動(dòng)小于動(dòng)車的粘著力約束且拖車需補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力也小于其粘著力約束時(shí)，則動(dòng)車施加全部的制動(dòng)力，其余部分由拖車的空氣制動(dòng)力來補(bǔ)充；

步驟3.4.當(dāng)ft＞2fed0時(shí)，若2fed0＜fμm1+fμm2且ft-2fed0＜fμt1+fμt2

當(dāng)目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車總的電制動(dòng)力時(shí)，若動(dòng)車的電制動(dòng)小于動(dòng)車的粘著力約束且拖車需補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力也小于其粘著力約束時(shí)，則動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力至其粘著力約束，其余部分由拖車的空氣制動(dòng)力來補(bǔ)充；

步驟3.5.緊急狀況時(shí)

在緊急狀況下，則動(dòng)車和拖車施加制動(dòng)力直至其粘著力約束；

式中，fμt為制動(dòng)單元的目標(biāo)之動(dòng)力，fμt1、fμm1、fμm2、fμt2分別為各節(jié)列車t1、m1、m2、t2粘著力約束，fed0為m1和m2車電制動(dòng)力均，fet為t1和t2應(yīng)施加的總的制動(dòng)力，fem為m1和m2車應(yīng)施加的總的電制動(dòng)力。

進(jìn)一步地，步驟s5的具體過程為：

步驟5.1，將步驟s4的制動(dòng)力再分配控制方法，表示為第i節(jié)列車在第k時(shí)刻的制動(dòng)力fik；

步驟5.2.將fik代入步驟s1的粘著重力的計(jì)算中，有粘著系數(shù)的定義即可得到第(k+1)時(shí)刻列車各軸的粘著力的大小

步驟5.3.通過比較即可得到列車的粘著力約束，參與下一時(shí)刻制動(dòng)力的再分配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制動(dòng)力再分配控制方法的優(yōu)化。

更具體地，電制動(dòng)優(yōu)先的制動(dòng)力優(yōu)化控制算法，即在動(dòng)車組實(shí)施制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先施加動(dòng)車的電制動(dòng)力，當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)再施加拖車上的空氣制動(dòng)力；若仍不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，則由動(dòng)車施加部分空氣制動(dòng)力來補(bǔ)足；但對(duì)于列車而言，受到粘著力的約束，因而對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，在施加制動(dòng)力時(shí)，所施加的制動(dòng)力不能大于其粘著力約束條件。

更具體地，制動(dòng)力再分配方法及其優(yōu)化算法，在得知?jiǎng)榆噾?yīng)施加總的電制動(dòng)力、空氣制動(dòng)動(dòng)力和拖車應(yīng)施加總的空氣制動(dòng)力之后，即對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行再分配；為此，提出了一種基于粘著力的正比例再分配方法，同時(shí)結(jié)合列車的實(shí)際控制要求對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步提高了高速列車制動(dòng)的可靠性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能在不同制動(dòng)等級(jí)條件下，實(shí)現(xiàn)高速列車無滑行問題的停車制動(dòng)，通過對(duì)制動(dòng)力再分配控制方法的優(yōu)化，進(jìn)一步提升了高速列車制動(dòng)力分配的靈敏度和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為制動(dòng)力分配控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元和制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為制動(dòng)力分配控制方法步驟流程示意圖；

圖4為單節(jié)列車受力模型示意圖。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實(shí)物圖，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

實(shí)施例1

如圖1所示，高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制系統(tǒng)，用于對(duì)各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，包括列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato1、司機(jī)制動(dòng)控制器2、dsp中央控制單元3、車載雷達(dá)4、制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5和列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置6，制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5、列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置6和dsp中央控制單元3之間通過mvb總線連接，列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato1和司機(jī)制動(dòng)控制器2的輸出端與dsp中央控制單元3連接，車載雷達(dá)4與dsp中央控制單元3連接；

制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5基于單節(jié)列車受力模型510獲取粘著重力fni，還包括用于獲取機(jī)車粘著力約束條件fμ的比較器520和乘法器521、制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元53和制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元54；

制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5，由列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ato1或司機(jī)制動(dòng)控制器2發(fā)送制動(dòng)指令，dsp中央控制單元3接收到制動(dòng)指令后，提取車載雷達(dá)4測(cè)得的車體速度信號(hào)vt，由單節(jié)列車受力模型510獲取粘著重力fni，經(jīng)由比較器520和乘法器521獲取列車粘著力約束fμ，制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元53基于粘著力約束條件得到動(dòng)車應(yīng)施加總的電制動(dòng)力fed和空氣制動(dòng)力fepm、拖車應(yīng)施加總的空氣制動(dòng)力fept，通過制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元54即可獲取各節(jié)機(jī)車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大小，與mvb總線交互。

列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置6包括牽引變流器61、dsp單機(jī)列車控制單元62、電流信號(hào)采集單元63、牽引電機(jī)64、制動(dòng)供給風(fēng)缸65、電空轉(zhuǎn)換閥66、中繼器67、盤形制動(dòng)裝置68；dsp單節(jié)列車控制單元62通過mvb總線與制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5連接。

列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置6，mvb總線接收制動(dòng)力分配優(yōu)化控制模塊5的信號(hào)，對(duì)高速列車各節(jié)列車的dsp機(jī)車控制單元62發(fā)送電氣制動(dòng)指令，對(duì)于動(dòng)車而言，電制動(dòng)的發(fā)揮是依靠dsp單節(jié)列車控制單元62輸出的pwm調(diào)制波形控制牽引變流器61中電路的開關(guān)，使得牽引電機(jī)64由電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)，將電能反饋到電網(wǎng)中；對(duì)于列車空氣制動(dòng)力是由dsp機(jī)車控制單元62發(fā)送電信號(hào)，經(jīng)電空轉(zhuǎn)換閥66、中繼器67，盤形制動(dòng)裝置68在空氣壓力推動(dòng)的作用下，依靠于輪對(duì)之間的摩擦實(shí)施制動(dòng)，繼而完成列車的制動(dòng)。

如圖2所示，制動(dòng)力分配優(yōu)化控制單元包括：電制動(dòng)優(yōu)先判別單元、粘著力約束下基于粘著力正比例的制動(dòng)力分配單元、動(dòng)車和拖車總的制動(dòng)力存儲(chǔ)單元，用于給定動(dòng)車和拖車應(yīng)施加制動(dòng)力；

1.電制動(dòng)優(yōu)先判別單元判別目標(biāo)制動(dòng)力fb和電制動(dòng)力fed，輸出信號(hào)到粘著力約束下基于粘著力正比例的制動(dòng)力分配單元；

2.粘著力約束下基于粘著力正比例的制動(dòng)力分配單元完成制動(dòng)力的分配，得到動(dòng)車和拖車分別應(yīng)施加的制動(dòng)力，并儲(chǔ)存在動(dòng)車和拖車總的制動(dòng)力存儲(chǔ)單元；

3.基于粘著力正比例的制動(dòng)力再分配單元對(duì)制動(dòng)力再分配，輸出各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力，繼而得到車軸制動(dòng)力fi；

4.車軸制動(dòng)力fi輸入單節(jié)列車受力模型中得到當(dāng)前時(shí)刻的粘著重力，進(jìn)而得到該時(shí)刻列車粘著力約束條件fμij

5.由fμij輸入師表?xiàng)l件下制動(dòng)力再分配優(yōu)化單元輸出制動(dòng)指令到mvb總線，繼而對(duì)列車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作。

更具體地，在一個(gè)制動(dòng)單元內(nèi)，優(yōu)先施加動(dòng)車總的電制動(dòng)力fed，所施加的電制動(dòng)力不能超過動(dòng)車粘著力約束；當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)則優(yōu)先由拖車總的空氣制動(dòng)力fept補(bǔ)足，同樣地，所施加的制動(dòng)力依然不能超過其粘著限制；若拖車施加的制動(dòng)力仍然不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，則再由動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力fepm補(bǔ)足，直至其粘著限制。

制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元包括基于粘著力正比例的制動(dòng)力再分配單元、單節(jié)列車受力模型、時(shí)變條件下制動(dòng)力再分配優(yōu)化單元，用于確定各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力；

更具體的，制動(dòng)力再分配及其優(yōu)化單元，利用列車受粘著約束下的粘著力的大小按照正比例對(duì)制動(dòng)力再分配，即可得各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大??；由各車軸制動(dòng)力fi代入單節(jié)列車受力模型中，得到當(dāng)前時(shí)刻粘著重力的大小，進(jìn)而得到在下一時(shí)刻各節(jié)列車粘著力約束條件，參與該時(shí)刻制動(dòng)力的分配，即實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力再分配的優(yōu)化。

如圖3和4所示，一種高速列車制動(dòng)力分配優(yōu)化控制方法，包括如下幾個(gè)步驟，包括：

步驟1，由圖4單節(jié)列車受力模型，計(jì)算列車各軸粘著重力

pfi＝fni(i＝1,2,3,4)

式中，pfi為列車第i軸的粘著重力，fni為列車第i軸的法向約束力；

具體過程為：

步驟1.1，對(duì)車體進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

f1+f2+f0＝ma

步驟1.2，對(duì)轉(zhuǎn)向架1進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

2f-f1＝ma

步驟1.3，對(duì)轉(zhuǎn)向架2進(jìn)行受力分析和力矩平衡方程

2f-f2＝ma

步驟1.4，將步驟1.1、步驟1.2、步驟1.3方程聯(lián)立，可得到列車各軸法向約束力

式中，m、m分別為車體質(zhì)量和轉(zhuǎn)向架質(zhì)量，g為重力加速度；n5、n6分別為車體對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的壓力，fn1、fn2、fn3、fn4分別為列車各軸受到軌面法向約束力，f0為列車車間力的合力，h、h分別為車鉤和轉(zhuǎn)向架牽引點(diǎn)到軌面之間的距離，2b為軸距，2l為轉(zhuǎn)向架中心距，f1和f2分別為兩個(gè)轉(zhuǎn)向架對(duì)車體的制動(dòng)力，v、a分別為列車的車速和加速度。

步驟2，根據(jù)粘著系數(shù)的定義，粘著系數(shù)μ在采用經(jīng)驗(yàn)公式下，當(dāng)前軌面狀態(tài)下各軸的粘著力fμi＝pfi·μ，選取其中的最小值作為該節(jié)列車各軸的粘著力約束條件，對(duì)于該節(jié)列車的粘著力約束為該軸粘著力的四倍；

其中，粘著系數(shù)的定義為：粘著力與輪軌間垂向載荷的比值，即粘著重力。

μ＝fμ/pf

經(jīng)驗(yàn)公式的由來：輪軌間的粘著系數(shù)受到軌道表面狀況、列車速度、輪軌材料和幾何形狀、車輛動(dòng)力作用等眾多因素的影響，難以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的得到其準(zhǔn)確數(shù)值大小，通過對(duì)眾多因素的理論分析，并理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上可以得到粘著系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，在潮濕軌面和干燥軌面條件的粘著系數(shù)分別記為μd和μw，其經(jīng)驗(yàn)公式分別如下示：

步驟3，利用列車粘著力約束條件，提出電制動(dòng)優(yōu)先的制動(dòng)力優(yōu)化分配策略。即在制動(dòng)單元內(nèi)，優(yōu)先施加動(dòng)車總的電制動(dòng)力fed，所施加的電制動(dòng)力不能超過其當(dāng)前狀態(tài)下該節(jié)列車粘著力約束；當(dāng)電制動(dòng)力不足時(shí)則優(yōu)先由拖車總的空氣制動(dòng)力fept補(bǔ)足，同樣地，所施加的制動(dòng)力依然不能超過其當(dāng)前狀態(tài)下該節(jié)列車粘著力約束；若拖車施加的制動(dòng)力仍然不能滿足制動(dòng)要求時(shí)，則再由動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力fepm補(bǔ)足，直至其粘著力約束；

步驟3的具體過程為：

步驟3.1.當(dāng)ft≤2fed0時(shí)，若2fed0≤fμm1+fμm2

當(dāng)動(dòng)車總的電制動(dòng)力大于動(dòng)力單元的目標(biāo)制動(dòng)力，且總的電制動(dòng)力不超過動(dòng)車的粘著力約束時(shí)，動(dòng)車只需施加電制動(dòng)力，而對(duì)于拖車而言，不需施加空氣制動(dòng)力；

步驟3.2.當(dāng)ft≤2fed0時(shí)，若ft＞4(fμm1+fμm2)

當(dāng)動(dòng)車總的電制動(dòng)力大于動(dòng)力單元的目標(biāo)制動(dòng)力，而目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車的粘著力約束時(shí)，動(dòng)車施加電制動(dòng)力直至其粘著力約束，而對(duì)于拖車而言，則補(bǔ)充空氣制動(dòng)力以實(shí)施列車制動(dòng)；

步驟3.3.當(dāng)ft＞2fed0時(shí)，若2fed0＜fμm1+fμm2且ft-2fed0＜fμt1+fμt2

當(dāng)目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車總的電制動(dòng)力時(shí)，若動(dòng)車的電制動(dòng)小于動(dòng)車的粘著力約束且拖車需補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力也小于其粘著力約束時(shí)，則動(dòng)車施加全部的制動(dòng)力，其余部分由拖車的空氣制動(dòng)力來補(bǔ)充；

步驟3.4.當(dāng)ft＞2fed0時(shí)，若2fed0＜fμm1+fμm2且ft-2fed0＜fμt1+fμt2

當(dāng)目標(biāo)制動(dòng)力大于動(dòng)車總的電制動(dòng)力時(shí)，若動(dòng)車的電制動(dòng)小于動(dòng)車的粘著力約束且拖車需補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力也小于其粘著力約束時(shí)，則動(dòng)車施加空氣制動(dòng)力至其粘著力約束，其余部分由拖車的空氣制動(dòng)力來補(bǔ)充；

步驟3.5.緊急狀況時(shí)

在緊急狀況下，則動(dòng)車和拖車施加制動(dòng)力直至其粘著力約束；

式中，fμt為制動(dòng)單元的目標(biāo)之動(dòng)力，fμt1、fμm1、fμm2、fμt2分別為各節(jié)列車t1、m1、m2、t2粘著力約束，fed0為m1和m2車電制動(dòng)力均，fet為t1和t2應(yīng)施加的總的制動(dòng)力，fem為m1和m2車應(yīng)施加的總的電制動(dòng)力。

步驟4，根據(jù)步驟3的分配策略，為得到各節(jié)列車應(yīng)施加制動(dòng)力的大小，提出一種制動(dòng)力再分配的控制方法，利用列車受粘著約束下的粘著力的大小按照正比例對(duì)制動(dòng)力再分配，即可得各節(jié)列車應(yīng)施加的制動(dòng)力的大小

式中，fe為動(dòng)車或拖車應(yīng)施加的總的制動(dòng)力，fμi、fi分別為動(dòng)車或拖車第i節(jié)列車的粘著力約束和應(yīng)施加的制動(dòng)力，n為動(dòng)車或拖車的數(shù)量，fμj其中第j節(jié)列車的粘著力約束；

步驟5，對(duì)制動(dòng)力再分配控制方法進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)第i節(jié)機(jī)車第k時(shí)刻的列車粘著力參與第(k+1)時(shí)刻制動(dòng)力的再分配，以此往復(fù)循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)再分配過程

具體過程為：

步驟5.1，將步驟s4的制動(dòng)力再分配控制方法，表示為第i節(jié)列車在第k時(shí)刻的制動(dòng)力fik；

步驟5.2，將fik代入步驟s1的粘著重力的計(jì)算中，有粘著系數(shù)的定義即可得到第(k+1)時(shí)刻列車各軸的粘著力的大小

步驟5.3，通過比較即可得到列車的粘著力約束，參與下一時(shí)刻制動(dòng)力的再分配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制動(dòng)力再分配控制方法的優(yōu)化。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)之內(nèi)。