铁道车辆制动系统防滑控制仿真设计与试验.pdfVIP

铁道车辆制动系统防滑控制 仿真设计与试验 左建勇，任利惠，吴萌岭 (同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海200092) 掳要。通过建立单轮对模型、蠕滑力模型、制动力开环与闭环控制模型，分析了单轮对制动工况下的动力学仿 真问题；针对电空直通制动系统防滑单元，基于DSHplus软件建立了气路仿真模型与防滑控制策略仿真 模型；通过与Matlab联合仿真，分析了电空直通制动系统防滑单元的特性与设计参数的选择，研制了制 动防滑单元并进行了相关试验。结果表明，该仿真模型町用于防滑单元的集成设计与优化。 关键词t铁道车辆：制动；防滑控制仿真 中图分类号lU270．1 文献标识码：B 目前，铁道车辆的制动方式主要依赖轮轨粘着。粘着制动存在的最大缺陷就是粘着力有限，且随 着轮轨状态有较大变化，在某些情况下不能提供足够的轮轨切向力。在牵引或制动时，如果牵引或制动 力矩过大就会使车轮空转或滑行甚至抱死。因此，要根据不同的车速、载重、环境等条件对制动力进行 控制。铁道车辆防滑系统的采用就是解决列车运行过程中滑行再粘着控制的有效手段之一，有必要对其 进行仿真分析与研究。 1单轮对制动动力学相关模型 1．1轮对模型 制动状态下的轮对受力状态如图1所示。图中V表示轮对纵向运动速度；M。表示制动力矩；只表 示轮轨纵向蠕滑力。根据图l，轮对旋转时，其动力学方程如下： 警叫加 ㈩ =(E，．一M6)／IN (1)中，历一车轮上的质量；厶一车轮的转动惯量；％一制动力矩。 图1制动状态下轮对受力 圣垒堡璺；壁垒绝i!丝遣!垦亟!叁基鱼j堑童点堕鎏l垫i!!!!j! 作者简介：左建勇(1976-)男，博士讲师 175 图2制动状态下轮对运动仿真模型 在讨论制动系统防滑控制的轮对模型建立时，仅考虑轮对的旋转自由度和纵向自由度，不考虑轮对 垂向和横向自由度。如图2所示为轮对仿真模型，输入信号为：轮轨蠕滑力只，制动力矩M6；输出 为轮对平动速度矿，轮对的转速缈； 1．2蠕滑力模型 车辆动力仿真计算时，轮轨蠕滑力模型通常采用饱和特性：既轮轨蠕滑力随着蠕滑率的增大上升到 饱和力时就不再随蠕滑率的变化而变化了。但是在制动仿真中，必须考虑轮轨力的如图3所示的蠕滑力 随蠕滑力的变化关系，才能模拟出轮对纵向运动的粘着—滑行过程。在钢轨的波磨成因仿真计算中，也 采用的是这种模型。 矣 聂 薹 ■黎豢霪 t精摹S 图3轮轨切向力和蠕滑率关系 图4简化的蠕滑力和蠕滑率模型 这里采用简化分段线性化的蠕滑力一蠕滑率计算模型，如图4所示：将纵向蠕滑力以接触斑全滑动 为分界点的线性增加、减小的两段直线，其数学表达式为： 』 E=伊，!鲻。 (2) 【只=‘(1一厶s)s。s r刁r，矿为车 式(2)中／：I为上升段蠕滑力系数，以为下升段蠕滑力系数，s为蠕滑率，s=—VFm 辆速度，彩为车轮的转速， ，．为车轮半径，昂为接触斑全滑动时的临界蠕滑率，瓦为最大蠕滑力， ‘=∥，∥为枯着系数，Ⅳ为车轮上的正压力。 176 图5蠕滑力仿真模型 通过Matlab建立的蠕滑力仿真模型如图5所示，输入为：车轮平动速度y，轮对的转速缈；输出 为：蠕滑率S，蠕滑力F。 1．3 制动力模型 制动力是轮对动力学方程中唯一的受控力。根据制动力的产生是否与轮对的转速相关，这里将制动 力分为两大类：