铁路快速货车电子防滑器的研究

摘要

防滑控制装置的主要作用是可以提高制动时的粘着利用率，缩短制动距离，实时调节制动缸压以保证制动力始终跟随轮轨粘着力的变化而变化，确保车辆运行安全。电子防滑器相比于机械防滑器具有检测灵敏，控制迅速，执行部件高效的特点。研究高性能的电子防滑器对于我国铁路快速货车制动系统的发展具有重要意义。
　　本论文总结了国内外防滑器发展的历程，归纳了常见的制动防滑控制方法，分析了防滑控制理论的发展方向。以快速货车实际运行时轮轨的物理状态数学模型为基础，针对我国铁路快速货车样车的数据，基于模糊控制思想，设计了一个二维模糊控制器并进行了仿真验证工作。主要设计了模糊变量的隶属函数和模糊控制规则。设计工具是MATLAB模糊控制工具箱和模糊控制编辑器，验证工具是Simulink仿真模型库。根据仿真结果分析，所设计的理想情况下的二维模糊控制器基本达到控制效果。表明在电子防滑器的设计中运用模糊控制法是可行的。因为在实际应用阶段滑移率的计算需要实时车速的数值，而在现实中实时车速的获取非常困难，本文针对实时车速的估算问题进行了研究，提出了基于无线传输的方式进行实时车速的测量方案，并验证了可行性。根据防滑控制系统的要求，选用STM32主控芯片作为核心，完成电子防滑器主机的硬件总体结构设计。并且设计了电子防滑器系统软件的总体结构，分析了系统软件的流程。
　　最后为验证电子防滑器的控制效果，在Simulink仿真实验平台上通过串口通信进行了开发板模拟试验。结果表明:所设计的模糊控制器算法合理可行，达到了快速货车的制动要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究意义

1．3 国内外防滑技术发展过程

1．4 论文安排

第二章 制动时轮轨物理状态分析及粘着理论

2．1 粘着系数

2．1．1 粘着的概念

2．1．2 粘着系数的细分

2．2 蠕滑理论

2．3 蠕滑与粘着系数的关系

2．4 影响粘着系数的主要因素

2．4．1 轮轨接触面对粘着系数的影响

2．4．2 车辆运行速度对粘着系数的影响

2．4．3 列车走行装置对粘着系数的影响

2．4．4 轮径对粘着系数的影响

2．4．5 牵引力对粘着系数的影响

2．4．6 轨道线路对于轮轨粘着系数的影响

2．5 增强轮轨粘着状态的方法

2．5．1 使用轮轨触面增粘研磨子

2．5．2 向轨面喷洒增粘物质

2．5．3 使用防滑装置

2．6 本章小结

第三章 整车制动系统及电子防滑器组成部件

3．1 整车制动系统方案及相关技术

3．2 电子防滑器的构成和部件功能

3．2．1 速度传感器

3．2．2 防滑控制器主机

3．2．3 电子防滑阀

3．2．4 供电设备

3．3 防滑算法中的相关判据研究

3．3．1 速度差判据

3．3．2 滑移率判据

3．3．3 减速度判据

3．3．4 减速度微分判据

3．4 参考车速的计算方法

3．4．1 三种测速方法

3．4．2 基于传感测速的车速估算法

3．4．3 根据列车动力学数学模型计算参考车速

3．4．4 基于Simulink仿真平台的三种估算法仿真

3．4．5 基于无线传输方式的参考速度测定方案

3．5 本章小结

第四章 防滑控制器的设计和仿真模型搭建

4．1 相关防滑控制方法介绍

4．1．1 门槛值控制法

4．1．2 滑模变控制方法

4．1．3 PID控制法

4．1．4 最优控制法

4．1．5 模糊控制法

4．2 模糊控制原理

4．2．1 模糊控制系统架构

4．2．2 模糊控制中的解模糊方法

4．3 基于模糊控制的防滑控制器设计

4．3．1 模糊控制变量的选取

4．3．2 模糊控制器的设计

4．4 防滑控制器的验证

4．5 电子防滑器仿真实验

4．5．1 制动时轮轨受力分析和打滑过程分析

4．5．2 仿真数学模型的建立

4．5．3 仿真模型的搭建

4．5．4 仿真结果分析

4．6 本章小结

第五章 电子防滑器软硬件总体方案与试验

5．1 电子防滑器软硬件总体方案设计

5．1．1 电子防滑器硬件总体方案

5．1．2 电子防滑器软件总体方案

5．2 实验方案

5．3 实验结果

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文