CN110077385B - 一种车辆制动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆制动控制方法，在车辆符合预设制动条件时，启动车辆电制动，直至车辆到达预设零速时，退出车辆电制动，切换为空气制动。本发明的车辆制动控制方法具有控制简便、响应速度快、停车精度高以及节能等优点。

Description

一种车辆制动控制方法
技术领域
本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种车辆制动控制方法。
背景技术
地铁列车具有载客量大、行驶速度快、舒适性高等优点，是解决城市交通问题的重要手段之一。目前城轨车辆需要满足在停车过程中“精确停车”来实现对标，因此需要在制动过程中满足恒制动力的要求。在正常情况下，地铁车辆有较强的电制动能力，这种制动方式没有机械损耗，制动力大，效率高，因此优先使用，空气制动反送主要通过车轮踏面和闸瓦摩擦，将动能转换为热能，这个过程会带来闸瓦和踏面的磨损，因此一般在电制动力不足的情况下，空气制动才投入使用。在实际工程应用中，为了保证停车安全，在地铁车辆完全停下来后，需要依靠制动***的空气制动来保证车辆完全静止时，无向后溜车或者向前溜车情况发生，而在整个制动过程中，使用电制动来承担大部分的制动工作，可以有效的回收制动能量，达到节能减排的目的，同时，电制动过程平滑、受控程度以及一致性好，乘客感觉舒适。基于以上原因，在整个制动过程中，车辆需要由电制动向空气制动进行逐步切换。目前城轨车辆常规采用空电混合方式停车。在该过程中，电制动和控制制动需要按照一定条件进行混合制动，逐步由电制动切换成气制动，由于在此混合制动过程中，无法响应信号***调节，容易导致停车精度差；而且在停车时，减速度依然维持一个较大值，使得停车冲击大，影响乘客舒适度，更为严重时甚至容易造成乘客摔倒等问题；最后，空气制动介入较早，导致闸瓦的磨损增加，增加了维护成本；而且停车阶段使用空气制动，浪费了这一区段电制动产生的回馈能量。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种控制简便、响应速度快、车辆停车平稳的车辆制动控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种车辆制动控制方法，在车辆符合预设制动条件时，启动车辆电制动，直至车辆到达预设零速时，退出车辆电制动，切换为空气制动。
优选地，所述预设零速≤0.5km/h。
优选地，在电制动过程中，通过车辆的实际减速度与预设减速度之间的偏差值得到电制动力矩。
优选地，所述电制动力矩的具体计算过程为：
S11、采集车辆的瞬时减速度a，并通过二阶卡尔曼滤波函数与低通滤波，获得平均减速度
Figure BDA0001558540760000021
S12、根据平均减速度
Figure BDA0001558540760000022
拟合生成预设减速度a1；
S13、根据预设减速度a1与实际减速度a(t)之间的偏差值e(t)计算电制动力矩Teb(t)。
优选地，所述步骤S13中电制动力矩Teb(t)的具体计算公式为：
Figure BDA0001558540760000023
式中：Tactive对应激活混合制动时刻牵引***发挥的力矩值，保证力矩的连续平滑性；Teb为输出电制动力矩，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，e(t)为t时刻的减速度偏差，e(t-1)为t-1时刻的减速度偏差。
优选地，在步骤S12中，预设减速度a1的拟合公式为：
Figure BDA0001558540760000024
其中
Figure BDA0001558540760000025
为平均减速度、ΔT为总制动时间、ta为制动所花时间。
优选地，所述预设制动条件包括以下条件：牵引***无故障、速度信号无异常、无速度传感器故障、牵引力矩响应吻合性良好、中间电压处于合理范围内、牵引***处于可工作状态和牵引制动工况；在所有条件满足后，再启动电制动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的车辆制动控制方法，从制动开始至零速实现电制动，无空气制动施加；由于采用电制动，响应速度快，能够确保停车的精度；在零速后退出电制动再进行空气制动，实现了无冲击切换，保证了车辆停车的平稳性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的瞬时减速度计算曲线图。
图3为本发明的预设减速度拟合曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的车辆制动控制方法，过程为：在车辆符合预设制动条件时，启动车辆电制动，直至车辆到达预设零速时，退出车辆电制动，切换为空气制动。本发明的车辆制动控制方法，从制动开始至零速实现电制动，无空气制动施加；由于采用电制动，响应速度快，能够确保停车的精度；在零速后退出电制动再进行空气制动，实现了无冲击切换，保证了车辆停车的平稳性。
本实施例中，预设零速≤0.5km/h。
本实施例中，在电制动过程中，通过车辆的实际减速度与预设减速度之间的偏差值得到电制动力矩，通过电制动力矩的控制，实现减速度平滑连续变化，且满足减速度变化率逐步变小，这样可满足减速度过程平滑舒适。其中电制动力矩的具体计算过程为：
S11、采集车辆的瞬时减速度a，并通过二阶卡尔曼滤波函数与低通滤波，获得平均减速度
Figure BDA0001558540760000031
S12、根据平均减速度
Figure BDA0001558540760000032
拟合生成预设减速度a1；
S13、根据预设减速度a1与实际减速度a(t)之间的偏差值e(t)计算电制动力矩Teb(t)。
优选地，步骤S13中电制动力矩Teb(t)的具体计算公式为：
Figure BDA0001558540760000033
式中：Tactive对应激活混合制动时刻牵引***发挥的力矩值，保证力矩的连续平滑性；Teb为输出电制动力矩，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，e(t)为t时刻的减速度偏差，e(t-1)为t-1时刻的减速度偏差。
本实施例中，在步骤S12中，预设减速度a1的拟合公式为：
Figure BDA0001558540760000034
其中a为平均减速度、ΔT为总制动时间、ta为制动所花时间。
本实施例中，预设制动条件包括以下条件：牵引***无故障、速度信号无异常、无速度传感器故障、牵引力矩响应吻合性良好、中间电压处于合理范围内、牵引***处于可工作状态和牵引制动工况；在所有条件满足后，再启动电制动。
本发明的车辆制动控制方法，通过对低速下电机控制的研究，充分利用城轨车辆电机的电制动能力，在停车阶段，通过减速度控制，控制电制动施加一直持续到零速，确保整个减速过程中，无空气制动施加，同时，因为接近零速时，电制动持续施加，电制动拥有快速响应的特性，故能够确保停车的精度。在停车时，通过在接近零速情况下的电制动和空气制动切换，实现了无冲击切换，保证了乘客舒适度；且通过牵引***控制单元的内部实时调节，保证了不论在坡道还是平直道上面，都可以安全停车，不产生溜车等现象，从而实现平稳停车。同时也能够避免闸瓦长时间贴靠轮对施加制动力而磨损，同时也能够避免空气制动时回馈能量的损失。
下面结合一具体实施例对本发明的城轨车辆制动控制方法做进一步描述：
1、电制动到零的激活
牵引***通过***状态的监控，需满足如下全部条件才激活电制动控制模式；如果条件不满足，则进入电空混合制动流程，电空混合制动流程属于常规控制方式，在此不再赘述。
(1)牵引***无严重故障；
(2)速度信号无异常，无速度传感器故障；
(3)牵引力矩响应吻合性良好，包括响应精度和响应时间等；
(4)中间电压处于UA与UB之间。(UA，UB根据不同电压等级设置，用于约束电压在合理范围)；
(5)高速断路器、短接接触器处于闭合状态，表征牵引处于可工作状态；
(6)牵引制动工况。
2、减速度以及平均减速度的计算
对于电制动到零，需要保障电制动到零过程中，电制动力的平滑性。
如图2所示，首先牵引***对于采集的列车速度信号V，根据速度差ΔV(V1-V2)和时间Δt(t1-t2)从而计算瞬时减速度a＝ΔV/Δt；
通过瞬时减速度a，利用二阶卡尔曼滤波函数与低通滤波，获得平均减速度
Figure BDA0001558540760000043
(其中卡尔曼滤波思想主要是以K-1时刻的最优估计Xk-1为准，预测K时刻的状态变量
Figure BDA0001558540760000042
同时又对该状态进行观测，得到观测变量Zk，再对预测与观测之间进行分析，或者说是以观测量对预测量进行修正，从而得到K时刻的最优状态估计Xk)。
3、减速度曲线拟合
设定减速度曲线拟合公式：
Figure BDA0001558540760000041
如图3所示，通过曲线拟合，实现减速度平滑连续变化，且满足减速度变化率逐步变小，这样可满足减速度过程平滑舒适。
4、电制动到零初始信号锁存
根据电制动到零激活信号完成关键信号锁存，关键信号为：平均减速度、速度和力矩给定值。
5、电制动力矩计算
通过设定减速度a1和t时刻的实际减速度a(t)得到减速度偏差e(t)，
e(t)＝a1-a(t)
根据减速度偏差e(t)计算电制动力矩
Figure BDA0001558540760000051
式中：Tactive对应激活混合制动时刻牵引***发挥的力矩值，保证力矩的连续平滑性；Teb为输出电制动力矩，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，e(t)为t时刻的减速度偏差，e(t-1)为t-1时刻的减速度偏差。
通过实时减速度调整电制动力矩，实现速度可控性，满足复杂工况的运行；通过减速度计算，降速过程连续、减速过程平滑，车辆停车平稳。
6、车辆零速判断
如果车速小于0.5km/h，则判断为车辆零速。
7、电制动到零模式结束
车辆零速后，牵引***激活混合制动到零退出模式，并判断反馈标志与退出时间，完成力矩斜率下降，控制***冲击在冲击斜率允许范围内。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种车辆制动控制方法，其特征在于，在车辆符合预设制动条件时，启动车辆电制动，直至车辆到达预设零速时，退出车辆电制动，切换为空气制动；
在电制动过程中，通过车辆的实际减速度与预设减速度之间的偏差值得到电制动力矩；
所述电制动力矩的具体计算过程为：
S11、采集车辆的瞬时减速度a，并通过二阶卡尔曼滤波函数与低通滤波，获得平均减速度
Figure FDA0003192125130000011
S12、根据平均减速度
Figure FDA0003192125130000012
拟合生成预设减速度a1；
S13、根据预设减速度a1与实际减速度a(t)之间的偏差值e(t)计算电制动力矩Teb(t)；
所述步骤S13中电制动力矩Teb(t)的具体计算公式为：
Figure FDA0003192125130000013
式中：Tactive对应激活混合制动时刻牵引***发挥的力矩值，保证力矩的连续平滑性；Teb为输出电制动力矩，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，e(t)为t时刻的减速度偏差，e(t-1)为t-1时刻的减速度偏差。
2.根据权利要求1所述的车辆制动控制方法，其特征在于，所述预设零速≤0.5km/h。
3.根据权利要求1所述的车辆制动控制方法，其特征在于，在步骤S12中，预设减速度a1的拟合公式为：
Figure FDA0003192125130000014
其中
Figure FDA0003192125130000015
为平均减速度、△T为总制动时间、ta为制动所花时间。
4.根据权利要求1或2所述的车辆制动控制方法，其特征在于，所述预设制动条件包括以下条件：牵引***无故障、速度信号无异常、无速度传感器故障、牵引力矩响应吻合性良好、中间电压处于合理范围内、牵引***处于可工作状态和牵引制动工况；在所有条件满足后，再启动电制动。
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