技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及减振器控制领域，尤其涉及一种
抗蛇行减振器控制方法。
背景技术
[0002] 随着社会的进步和经济的发展，交通运输这个行业已经深刻的影响到了普通百姓的生活。
铁路运输是我国交通运输的主
力，作为铁路运输牵引动力之一的电力
机车更是发展迅速。
[0003] 保障机车安全运行的关键因素之一就是
转向架，它对机车的安全性、舒适性、运行可靠性及降低对轨道的动作用力、减轻对环境的污染等有着极为重要的作用。而其中抗蛇行减振器是保持转向架稳定的重要组成之一，其参数匹配也是列车运行安全性的关键因素之一。
[0004] 随着车辆运行里程的增加，
车轮踏面等效锥度不断增加，引起列车蛇行
频率也不断增大，需要的二系回转阻力矩也越来越大，采用传统的阻尼不可调节的抗蛇行减振器很难适应车轮不同的磨耗状态。为了改善车轮在不同磨耗程度下的适应性，提高列车运行
稳定性，开发具有主动控制的抗蛇行减振器控制方法是非常必要的。
[0005] MPPT，其中文含义是“
最大功率点跟踪”。MPPT
算法最早出现在光伏领域，该算法的核心原理是：能在快速变化的条件下有效地跟踪最大功率点，使控制对象尽可能地工作在最大功率点上。MPPT算法产生以来得到广泛应用，但迄今为止，还未发现将MPPT算法应用于抗蛇行减振器的控制之中。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供一种抗蛇行减振器的控制方法及，基于MPPT算法控制，在车辆运行过程中对抗蛇行减振器的阻尼力进行实时调节，提高列车运行的稳定性。
[0007] 本发明实施例提供一种抗蛇行减振器的控制方法，包括：
[0008] 获取构架的横向
加速度
信号，并对所述横向加速度信号进行第一预处理；
[0009] 获取抗蛇行减振器
活塞两腔的压力差，并对所述压力差进行第二预处理；
[0010] 根据第一预处理结果和第二预处理结果，获得当前时刻的MPPT算法目标函数值和上一时刻的MPPT算法目标函数值，并将当前时刻的MPPT算法目标函数值与上一时刻的MPPT算法目标函数值进行比较；
[0011] 根据比较结果，对所述抗蛇行减振器的电磁比例
阀的方向进行控制。
[0012] 本发明实施例提供一种抗蛇行减振器的控制装置，包括：
[0013] 第一预处理模
块，用于获取构架的横向加速度信号，并对所述横向加速度信号进行第一预处理；
[0014] 第二预处理模块，用于获取抗蛇行减振器活塞两腔的压力差，并对所述压力差进行第二预处理；
[0015] 比较模块，用于根据第一预处理结果和第二预处理结果，获得当前时刻的MPPT算法目标函数值和上一时刻的MPPT算法目标函数值，并将当前时刻的MPPT算法目标函数值与上一时刻的MPPT算法目标函数值进行比较；
[0016] 控
制模块，用于根据比较结果，对所述抗蛇行减振器的电磁
比例阀的调节方向进行控制。
[0017] 本发明实施例提供一种
电子设备，包括
存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的
计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制方法的步骤。
[0018] 本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制方法的步骤。
[0019] 本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制方法和装置，通过采集构架横向振动加速度信号和抗蛇行减振器活塞两腔压力信号，利用以构架横向加速度和减振器液压力为控制目标的MPPT算法，对抗蛇行减振器的阻尼力进行实时调节，提高抗蛇行减振器在不同车轮磨耗状态下的适应性，从而提高动车组的动力学稳定性。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制方法
流程图；
[0022] 图2为本发明实施例中的构架横向加速度
波形图；
[0023] 图3为本发明实施例中的构架横向加速度进行滑动平均的波形图；
[0024] 图4为本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制装置
框图；
[0025] 图5为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 如图1所示，本发明实施例提供的抗蛇行减振器的控制方法，包括：
[0028] 步骤101，获取构架的横向加速度信号，并对所述横向加速度信号进行第一预处理。
[0029] 图2示出了加速度
传感器采集的构架横向振动加速度数据。图2中，横坐标为时间，纵坐标为构架的横向加速度值。
采样时间间隔依赖于加速度传感器的
采样频率，采样时间间隔与采样频率成倒数关系。例如，当采样频率Fs为100HZ时，则1秒内采集100个加速度值。在本发明实施例中，为了获得后续处理所需的参数，需要对横向加速度信号进行第一预处理，预处理方式可以包括对信号进行滤波和滑动平均处理。
[0030] 步骤102，获取抗蛇行减振器活塞两腔的压力差，并对所述压力差进行第二预处理。
[0031] 本发明实施例中，通过
压力传感器采集抗蛇行减振器活塞两腔的压强值，并根据活塞两腔各自的面积，计算出活塞两腔各自的压力值，从而获得活塞两腔之间的压力差。由于每一时刻都可以获得活塞两腔之间的压力差，因而需要对压力差进行第二预处理，预处理方式可以包括信号滤波和滑动平均处理。
[0032] 步骤103，根据第一预处理结果和第二预处理结果，获得当前时刻的MPPT算法目标函数值和上一时刻的MPPT算法目标函数值，并将当前时刻的MPPT算法目标函数值与上一时刻的MPPT算法目标函数值进行比较。
[0033] MPPT算法的核心原理是：能在快速变化的条件下有效地跟踪最大功率点，使控制对象尽可能地工作在最大功率点上。本发明实施例中，将MPPT算法应用于列车的减振器控制时，需要根据上述步骤中对横向加速度信号的第一预处理结果，以及对活塞两腔压力差的第二预处理结果，获得MPPT算法的目标函数。在抗蛇行减振器中，通过调整电磁比例阀的方向可以调节减振器的阻尼力，从而提高抗蛇行减振器在不同车轮磨耗状态下的适应性。本发明实施例中，为了判断是否要调节电磁比例阀的控制方向，需要获得当前时刻的MPPT目标函数值以及上一时刻的MPPT目标函数值，并将两个目标函数值进行比较。
[0034] 步骤104，根据步骤103的比较结果，对所述抗蛇行减振器的电磁比例阀的调节方向进行控制。
[0035] 在抗蛇行减振器中，通过调整电磁比例阀的控制方向可以调节减振器的阻尼力，从而提高抗蛇行减振器在不同车轮磨耗状态下的适应性。在本发明实施例中，可以通过比较当前时刻的MPPT目标函数值以及上一时刻的MPPT目标函数值，从而控制电磁比例阀的调节方向。例如，根据目标函数值的比较结果，可以保持或改变电磁比例阀的调节方向。
[0036] 本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制方法，通过采集构架横向振动加速度信号和抗蛇行减振器活塞两腔压力信号，利用以构架横向加速度和活塞两腔压力为控制目标的MPPT算法，对抗蛇行减振器电磁比例阀的调节方向进行控制，从而对抗蛇行减振器的阻尼力进行实时调节，提高了抗蛇行减振器在不同车轮磨耗状态下的适应性和动车组的动力学稳定性。
[0037] 如图1所示，在步骤101中要对构架的横向加速度进行第一预处理，在本发明实施例中，第一预处理方式可以采取图1中未示出的步骤a1至a2，具体如下：
[0038] 步骤a1，对构架的横向加速度信号进行
带通滤波。
[0039] 本发明实施例中，根据EN14363-2016标准对加速度信号进行带通滤波。EN14363-2016标准是铁路车辆运行性能和稳定性试验的非强制性国家标准。在该标准中，关于车辆运行不稳定的判定条件中，规定采用带通
滤波器f0±2HZ对信号进行滤波。在本发明实施例中，基于步骤101中采集的横向加速度值，利用快速傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号。在该步骤中，经傅里叶变换的
频谱信号中最突出的频率即主频用f0表示，基于该主频f0值，对横向加速度信号进行f0±2HZ的带通滤波，从而只保留主频附近2HZ的信号。
[0040] 步骤a2，将步骤a1中滤波后的横向加速度信号进行滑动平均。
[0041] 图3示出了本发明实施例中，对横向加速度信号进行滑动平均的波形图。如图3所示，标记A表示带通滤波后的加速度值，标记B(十字标记)表示滑动平均后的加速度值。测试时，列车速度为280公里/小时，即77.8米/秒，取对应500米距离的数据窗，即500/77.8＝6.4秒,也就是说在图2中的加速度窗口取为6.4秒。基于滑动平均原理，对数据窗内的数据进行平方求和平均，再开根号，得到的值 以取代原始加速度值，其中a’表示滑动平均后的加速度值，a1,a2,…an表示采集的n个加速度值，n表示个数。依次移动窗口，对窗口内的值进行滑动平均，并取代当前加速度值，从而得到最终的滑动平均的横向加速度值。
[0042] 本发明实施例中，根据EN14363-2016标准的规定，通过带通滤波，保留横向加速度信号主频附近2HZ的信号，去除其他低频
干扰信号。然后采用数据窗对滤波后的信号进行滑动平均，从而消除偶然变动因素。而且采用滑动平均对信号进行处理，算法简单，计算量小，可以快速且实时处理非平稳数据。
[0043] 如图1所示，在步骤102中要获取抗蛇行减振器活塞两腔的压力差，并对所述压力差进行第二预处理，在本发明实施例中，可以采取图1中未示出的步骤b1至b3获取抗蛇行减振器活塞两腔的压力差，并对压力差信号进行第二预处理。具体步骤如下：
[0044] 步骤b1，采集抗蛇行减振器活塞两腔的压强信号和活塞两腔的面积，得到活塞两腔各自的压力。
[0045] 本发明实施例中，设定抗蛇行减振器活塞两腔的面积分别为S1和S2，通过压力传感器每一时刻采集的压强值分别为P1和P2，压强乘以面积即为压力值，可以获得每一时刻活塞两腔各自的压力值。
[0046] 步骤b2，计算活塞两腔之间的压力差，并对压力差进行低通滤波。
[0047] 根据步骤b1中获得的每一时刻抗蛇行减振器活塞两腔各自的压力值，计算每一时刻活塞两腔的压力差，并对压力差进行低通滤波，截止频率取为ft，即频率大于ft的噪声信号被过滤掉。
[0048] 步骤b3，对滤波后的压力差值进行滑动平均，将滑动平均后的压力差值设置为抗蛇行减振器输出的阻尼力。
[0049] 本发明实施例中，采用与步骤a2相同的方式对滤波后的压力差值进行滑动平均，并将滑动平均后的结果作为抗蛇行减振器输出的阻尼力F。
[0050] 本发明实施例中，通过对压力差信号进行低通滤波，去除信号的高频成分，实现平滑去噪。然后采用数据窗对滤波后的信号进行滑动平均，从而消除偶然变动因素。而且采用滑动平均对信号进行处理，算法简单，计算量小，可以快速且实时处理非平稳数据。
[0051] 如图1所示，在步骤103中要根据第一预处理结果和第二预处理结果，获得当前时刻的MPPT算法目标函数值和上一时刻的MPPT算法目标函数值，并将当前时刻的MPPT算法目标函数值与上一时刻的MPPT算法目标函数值进行比较。在本发明实施例中，可以采取图1中未示出的步骤c1至c2获得MPPT目标函数值，并比较当前时刻的目标函数值与上一时刻的目标函数值。具体步骤如下：
[0052] 步骤c1，获得当前时刻t的MPPT算法目标函数J(t)，其中J(t)＝w1*La2+w2*F2，w1表示构架的横向加速度的权重，w2表示阻尼力的权重，La表示经滑动平均后的横向加速度值，F表示阻尼力。
[0053] MPPT算法的核心原理是：能在快速变化的条件下有效地跟踪最大功率点，使控制对象尽可能地工作在最大功率点上。本发明实施例中，将MPPT算法应用于列车的减振器控制时，要重新设计该算法的目标函数J(t)。在本发明实施例中，目标函数J(t)＝w1*La2+w2*F2，其中w1表示构架的横向加速度的权重，w2表示阻尼力的权重，La表示经滑动平均后的横向加速度值，F表示阻尼力。
[0054] 步骤c2，将目标函数值J(t)与上一时刻的目标函数值J(t-1)进行比较。
[0055] 在抗蛇行减振器中，通过调整电磁比例阀可以调节减振器的阻尼力，从而提高抗蛇行减振器在不同车轮磨耗状态下的适应性。本发明实施例中，为了判断是电磁比例阀的调节方向，需要获得当前时刻的目标函数值J(t)以及上一时刻的目标函数值J(t-1)，并将两个目标函数值进行比较。
[0056] 本发明实施例中，依据MPPT算法原理建立了以横向加速度和阻尼力为控制对象的目标函数，从而可以通过对目标函数值进行比较，来实现抗蛇行减振器阻尼力的调节。
[0057] 如图1所示，在步骤104中，可根据当前时刻的MPPT目标函数值与上一时刻的MPPT目标函数值比较结果，对所述抗蛇行减振器的电磁比例阀的调节方向进行控制。在本发明实施例中，根据MPPT目标函数值的比较结果，对电磁比例阀的调节方向存在两种不同的控制。
[0058] 方式一，若J(t)
[0059] 在本发明实施例中，如果当前时刻的目标函数值J(t)小于上一时刻的目标函数值J(t-1)，即目标函数值变小时，应当继续保持当前抗蛇行减振器的电磁比例阀的调节方向，使得构架的横向加速度和抗蛇行减振器输出的阻尼力继续减小，确保运行的稳定性。
[0060] 方式二，若J(t)≥J(t-1)，则改变抗蛇行减振器电磁比例阀的调节方向。
[0061] 在本发明实施例中，如果当前时刻的目标函数值J(t)大于上一时刻的目标函数值J(t-1)，即目标函数值变大时，应当改变抗蛇行减振器电磁比例阀的调节方向，使得构架的横向加速度和抗蛇行减振器输出的阻尼力减小，提高运行的稳定性。
[0062] 本发明实施例中，依据MPPT算法原理建立了以横向加速度和阻尼力为控制对象的目标函数，当目标函数值变小时，保持电磁比例阀的调节方向，使得构架的横向加速度和抗蛇行减振器输出的阻尼力继续减小。当目标函数值变大时，改变电磁比例阀的调节方向，使得构架的横向加速度和抗蛇行减振器输出的阻尼力减小。基于目标函数值的变化，实时调节减振器输出的阻尼力，确保列车运行处于稳定的状态。
[0063] 为了验证本发明实施例所提供方法的有效性，在测试过程中，当车辆直线运行时，采集相关数据，并按照本发明实施例所提供的方法对数据进行处理，控制构架的横向加速度和减振器的阻尼力。此时，监测轮轴的横向力和构架的横向加速度，并将监测结果与EN14363标准中判定车辆稳定的限值进行比较，从而判断车辆的稳定性。
[0064] 在EN14363标准中，轮轴横向力的限值为： 其中，P为轴重。构架横向加速度的限值为： 其中mb为转向架的重量。
[0065] 测试时，对一节车厢的4个车轴WS1-WS4进行监测。测试结果表明，当未采用MPPT控制算法时，在车速达到330公里/小时左右时，4个车轴的轮轴横向力和加速度都超出了EN14363标准中的限值，车辆运行不稳定。
[0066] 当采用MPPT控制算法后，取构架的横向加速度权重w1等于1，减振器阻尼力的权重w2等于1时，在车速为300公里/小时-400公里/小时的速度等级下，车辆的轮轴横向力和构架的横向加速度都在EN14363标准的限值范围内，车辆能够稳定运行。
[0067] 当减振器阻尼力的权重w2为0时，此时上述步骤107的目标函数J(t)只以构架的横向加速度为控制目标，在车速为300公里/小时-400公里/小时的速度等级下，车辆的轮轴横向力和构架的横向加速度都在EN14363标准的限值范围内，车辆能够稳定运行。
[0068] 图4示例了本发明实施例提供的抗蛇行减振器控制装置，如图4所示，抗蛇行减振器控制装置400包括：
[0069] 第一预处理模块401，用于获取构架的横向加速度信号，并对所述横向加速度信号进行第一预处理；
[0070] 第二预处理模块402，用于获取抗蛇行减振器活塞两腔的压力差，并对所述压力差进行第二预处理；
[0071] 比较模块403，用于根据第一预处理结果和第二预处理结果，获得当前时刻的MPPT算法目标函数值和上一时刻的MPPT算法目标函数值，并将当前时刻的MPPT算法目标函数值与上一时刻的MPPT算法目标函数值进行比较；
[0072]
控制模块404，用于根据比较结果，对所述抗蛇行减振器的电磁比例阀的调节方向进行控制。
[0073] 本实施例所述的基于MPPT算法的抗蛇行减振器控制装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0074] 图5示例了本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器510、通信
接口520、存储器530和通信总线840，其中，处理器510，
通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0075] 此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过
软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、
只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、
随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0076] 本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述方法实施例所提供的方法，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0077] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0078] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用
硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0079] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
