1.一种高速列车制动力分配优化控制方法,通过一种高速列车制动力分配优化控制系统对各节列车应施加制动力进行协调控制,其特征在于,所述高速列车制动力分配优化控制系统包括制动力分配优化控制模块,所述制动力分配优化控制模块基于单节列车受力模型获取粘着重力FNi,还包括用于获取列车粘着力约束条件Fμ的比较器和乘法器、制动力分配优化控制单元和制动力再分配及其优化单元;所述高速列车制动力分配优化控制方法具体包括以下步骤:S1.粘着重力的计算;
根据单节列车受力模型,计算列车各轴粘着重力:Pfi=FNi(i=1,2,3,4)式中,Pfi为该节列车第i轴的粘着重力,FNi为列车第i轴的法向约束力;
S2.列车粘着力约束条件的确定;
根据粘着系数的定义,粘着系数μ在采用经验公式μ=Fμ/Pf下,其中Fμ为粘着力,Pf为垂向载荷,当前轨面状态下各轴的粘着力Fμi=Pfi·μ,选取其中的最小值作为该节列车各轴的粘着力约束条件,所述列车粘着力约束为最小粘着力的四倍;
S3.电制动优先的制动力优化控制算法;
根据步骤S2所述粘着力约束条件,采用电制动优先的制动力优化分配方法,具体包括以下步骤:T1.在制动单元内,优先施加动车总的电制动力Fed,所施加的电制动力Fed不能超过其当前状态下该节列车粘着力约束;
T2.当电制动力Fed不足时则优先由拖车总的空气制动力Fept补足,同样地,所施加的空气制动力Fept依然不能超过其当前状态下该节列车粘着力约束;
T3.若拖车施加的空气制动力Fept仍然不能满足制动要求时,则再由动车施加空气制动力Fepm补足,直至其粘着力约束,满足列车制动要求;
S4.制动力再分配方法及其优化算法;
根据步骤S3的分配方法,为得到各节列车应施加制动力的大小,提出一种制动力再分配的控制方法,利用列车受粘着约束下的粘着力的大小按照正比例对制动力再分配,即可得各节列车应施加的制动力的大小式中,Fe为动车或拖车应施加的总的制动力,Fμi、Fi分别为动车或拖车第i节列车的粘着力约束和应施加的制动力,n为动车或拖车的数量,Fμj其中第j节列车的粘着力约束;
S5.对步骤S4所述制动力再分配控制方法进行优化,根据第i节列车第k时刻的列车粘着力参与第k+1时刻制动力的再分配,以此往复循环即可实现制动力的动态再分配过程
2.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述高速列车制动力分配优化控制系统还包括列车自动运行系统ATO、司机制动控制器、DSP中央控制单元、车载雷达和设置于各节列车的基础制动装置,所述制动力分配优化控制模块和列车基础制动装置之间通过MVB总线连接,所述列车自动运行系统ATO和司机制动控制器与DSP中央控制单元连接,所述车载雷达与DSP中央控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述列车基础制动装置包括牵引变流器、DSP单节列车控制单元、电流信号采集单元、牵引电机、制动供给风缸、电空转换阀、中继器、盘形制动装置;所述DSP单节列车控制单元通过MVB总线与制动力分配优化控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述制动力分配优化控制单元包括:电制动优先判别单元、粘着力约束下基于粘着力正比例的制动力分配单元、动车和拖车总的制动力存储单元,用于给定动车和拖车应施加制动力。
5.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述制动力再分配及其优化单元包括基于粘着力正比例的制动力再分配单元、单节列车受力模型、时变条件下制动力再分配优化单元,用于确定各节列车应施加制动力。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述步骤S1法向约束力FNi与粘着重力Pfi为一对作用力与反作用力,所述步骤S1的粘着重力的计算基于单节列车受力模型,对列车进行受力分析和列写力矩平衡方程、联立求得列车各轴粘着重力,具体过程为:S11.对车体进行受力分析和力矩平衡方程
F1+F2+F0=Ma
S12.对转向架1进行受力分析和力矩平衡方程
2F-F1=ma
S13.对转向架2进行受力分析和力矩平衡方程
2F-F2=ma
S14.将S11、S12、S13中的方程联立,可得到列车各轴法向约束力式中,M、m分别为车体质量和转向架质量,g为重力加速度;N5、N6分别为车体对两个转向架的压力,FN1、FN2、FN3、FN4分别为列车各轴受到轨面法向约束力,F0为列车车间力的合力,H、h分别为车钩和转向架牵引点到轨面之间的距离,2b为轴距,b为列车两轴的半轴距离,2L为转向架中心距,L为列车两转向架中心距离的一半,F1和F2分别为两个转向架对车体的制动力,v、a分别为列车的车速和加速度。
7.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述步骤S3的具体过程为:S31.当Ft≤2Fed0时,若2Fed0≤Fμm1+Fμm2
当动车总的电制动力大于动力单元的目标制动力,且总的电制动力不超过动车的粘着力约束时,动车只需施加电制动力,而对于拖车而言,不需施加空气制动力;
S32.当Ft≤2Fed0时,若Ft>4(Fμm1+Fμm2)
当动车总的电制动力大于动力单元的目标制动力,而目标制动力大于动车的粘着力约束时,动车施加电制动力直至其粘着力约束,而对于拖车而言,则补充空气制动力以实施列车制动;
S33.当Ft>2Fed0时,若2Fed0<Fμm1+Fμm2且Ft-2Fed0<Fμt1+Fμt2当目标制动力大于动车总的电制动力时,若动车的电制动小于动车的粘着力约束且拖车需补充的空气制动力也小于其粘着力约束时,则动车施加全部的制动力,其余部分由拖车的空气制动力来补充;
S34.当Ft>2Fed0时,若2Fed0<Fμm1+Fμm2且Ft-2Fed0<Fμt1+Fμt2当目标制动力大于动车总的电制动力时,若动车的电制动小于动车的粘着力约束且拖车需补充的空气制动力也小于其粘着力约束时,则动车施加空气制动力至其粘着力约束,其余部分由拖车的空气制动力来补充;
S35.紧急状况时
在紧急状况下,则动车和拖车施加制动力直至其粘着力约束;
式中,Ft为目标制动力,Fμt为制动单元的目标制动力,Fμt1、Fμm1、Fμm2、Fμt2分别为各节列车T1、M1、M2、T2粘着力约束,Fed0为M1和M2车电制动力均值,Fet为T1和T2应施加的总的制动力,Fem为M1和M2车应施加的总的电制动力。
8.根据权利要求1所述的一种高速列车制动力分配优化控制方法,其特征在于,所述S5的具体过程为:S51.将步骤S4的制动力再分配控制方法,表示为第i节列车在第k时刻的制动力Fik;
S52.将Fik代入步骤S1的粘着重力的计算中,有粘着系数的定义即可得到第k+1时刻列车各轴的粘着力的大小S53.通过比较即可得到列车的粘着力约束,参与下一时刻制动力的再分配,实现了对制动力再分配控制方法的优化。