[发明专利]一种高速列车制动力优化分配方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于高速列车控制技术领域，具体地，涉及一种高速列车制动力优化分配方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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，μ_L为利用的粘着系数，F为利用的粘着力，F_max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