列车轮轨黏着力在线估测计算方法

算 方法．采用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件平 台 ，设 置 了信号噪 声污染 和传 输延 迟 ，并 仿 真 了黏 着 力 不 变 和 黏 着 力 变 化 两 种 工 况 ，结 果 显示 ５种算法都能对黏着力进行估测 ，但综 合黏着力 估测 的
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ； ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ； ｗｈｅｅｌ—ｒａｉ１ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ：ａｎｔｉ—ｓｋｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
列车 轮 轨黏 着 力在 线 估 测 计算 方法
吴 萌岭 ，彭 顺 ，李 小平
（１．同济 大 学 铁 道 与 城 市 轨 道 交 通研 究 院 ，上 海 ２０１８０４；２一ｔ海 松 下 微 波 炉有 限公 司 品 质部 ，上 海 ２０１２０３）
摘要 ：针对列 车的制 动防滑控制 ，提 出黏着力 的在线估测 计 ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｒｅ 算 方 法 ．因 为 黏着 力 不 易 测 量 ，如 何 实 时 监 测 黏 着 力 大 小 以 ｔ ａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ，ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｓｔ ａｔｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ 便 充 分 利 用 轮 轨 黏 着 是 防 滑 控 制 的关 键 ．建 立 了 轮 对 动 力 学 ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｔｈｅ ｂ ｅ ｓｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ． 模 型 ，并 采用 卡 尔曼 滤 波器 、扩 张 状 态 观 测 器 等 ，以轴 速 和 车 Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｆｕｒｔｈｅｒ 轮等效夹 紧力作为可输入量 ，设 计 了 ５种黏 着力在线 估测计 ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔ ａ ．
关键词 ：黏着力 ；状 态观测算 法 ；轮轨关系 ；防滑控制
轮 轨 黏 着力 发 挥 作 用 ，因而 轮 轨 黏着 一 直 是 牵 引 或
中 图分 类 号 ：Ｕ２７０．３５
文 献 标 志 码 ：Ａ 制动 技术领 域 的研究 方 向．
经过长 期 的试 验 研 究 分 析 ，人 们 对 轮 轨 黏 着 关
Ｏｎｌｉｎｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ 系 已经 有 了较 深 的认 识 ，并 通 过 线 路试 验 或 者 理 论
ｆｏｒ Ｔｒａｉｎ Ｗ ｈｅｅｌｔｒａｃｋ
公式计 算黏 着力 ｌｌ ］．但这 些 公 式较 复 杂 并 且是 基 于
ＷＵＭｅｎｇｌｉｎｇ ． Ｇ Ｓｈｕｎ 。ＬＩＸｉａｏｐｉｎｇ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４， Ｃｈｉｎａ；２．Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｐａｎａｓｏｎｉｃ Ｈｏｍｅ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
黏 着 力 大小 便 成 为 防 滑控 制 技 术 的难 点 之一 ．为解 决 这个 问题 ，顾 博 川 Ｅｓ］提 出一 种 基 于 奇 异 值 分 解 的 改 进 强 跟踪 滤 波 算 法 用 于机 车 黏 着 系数 的估 计 ；李 宁洲 等｜６］采用 自适 应子群协作 ＱＰＳＯ（量子粒 子群 ）算 法估计黏着力 ，再 利用智 能模 糊优 化控 制使机 车保 持 最佳黏着力 ．但 这两 种 算 法都 十 分 复杂 ，要 调 节 的参
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２０１８年 ３月
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ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｍａｒ．２Ｏ１８
文 章 编 号 ：０２５３—３７４Ｘ（２０１８）０３—０３５４—０５
源自文库
ＤＯＩ：１０．１１９０８／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３—３７４ｘ．２０１８．０３．０１１
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｎｏｖｅ１ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ａｎｔｉ—ｓｋｉｄ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ， ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｍａｋｅ ｆｕｌ１ ｕｓｅ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ａｎｔｉ—ｓｋｉｄ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｗｈｅｅｌ ｓｅｔ ｄｙｎａｍ ｉｃ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｉｒｓｔ．Ｔｈｅｎ。 ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃａｉｍ ａｎ ｆｉｌｔｅｒ， ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，
响应时间和最大误 差两个指标来 看 ，非线 性扩张 状态观测算
法 对 黏 着 力 的 估 测 效果 是最 好 的 ．最 后 ，采 用 实 测 数 据 ，进 一
在 轨道 上 运 行 的列 车 ，主要 利 用 轮 轨 黏 着进 行
步 验 证 了 算 法 对 黏 着 力 估测 的准 确 性 ．
列 车 牵 引或 制 动 ，即牵 引 力 或 制动 力 的本 质 是依 靠
ｆｉｖｅ ｏｎｌｉｎｅ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓ ｆｏｒ ｔｒａｉｎ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ， ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ａｘｌｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｌａｍ ｐｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ． ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌｉｎｋ
Ｏｖｅｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ）
一 定 的假设 而 不 能兼 顾 所 有 的轮 轨 关 系 因 素！一 ，所 以无 法直 接运 用于列 车牵 引 计算 、制 动 计 算 中．而在 制 动 防滑 控制 中 ，尤 其是 在冰 霜 天气 、低 黏 着 力 的条 件 下 ，充 分利 用轮轨 黏着 力 十分 重要 ，如何 实 时 监 ’ ？贝０