技术领域
[0001] 本
发明涉及城市轨道交通技术领域，更具体地说，涉及一种牵引控制方法、装置及系统。
背景技术
[0002] 城市轨道列车的
牵引力/
制动力指令由司机
控制器发出，由牵引控制装置根据指令信息和列车当前实际
载荷进行牵引力/
电制动力的载荷补偿，使得列车在满足
加速度/减速度要求的前提下，以最节能、最舒适的方式运行。
[0003] 传统城市轨道列车的当前实际载荷值通常由
二系悬挂装置提供，二系
悬挂装置通常采用空气
弹簧，其中空
气弹簧的压力值可以反映出列车当前实际载荷值；而某些新型的城市轨道列车，例如低地板有轨电车，其
转向架的二系悬挂装置通常采用无法测量出压力值的弹性
橡胶堆，从而无法提供列车的当前实际载荷信息，导致牵引控制装置无法在不同载荷条件下对牵引力/电制动力的分配进行准确的载荷补偿。
[0004] 综上所述，如何对牵引力/电制动力的分配进行准确的载荷补偿，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种牵引控制方法、装置及系统，用以实现列车牵引力/电
制动力分配时的载荷正确补偿。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 一方面，本发明提供了一种牵引控制方法，所述方法包括：
[0008] 当牵引控制装置接收到司机控制器发出的牵引指令时，所述牵引控制装置根据所述牵引指令产生初始牵引力；
[0009] 当所述初始牵引力上升至预设最大值后，分别计算列车整车合力和加速度；
[0010] 对所述加速度进行计算，获取与所述加速度相对应的等效加速度；
[0011] 获取所述列车载荷值，以依据所述列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿；所述列车载荷值为通过所述整车合力与所述等效加速度之间的关系获得的。
[0012] 优选的，所述方法还包括：
[0013] 预设最大加速度和最小减速度；
[0014] 判断获取的所述加速度的绝对值是否连续i次大于所述最大加速度的绝对值，或，连续i次大于所述最小减速度的绝对值；所述i大于或等于1；
[0015] 当所述加速度的绝对值连续i次大于所述最大加速度的绝对值，或，连续i次大于所述最小减速度的绝对值时，所述牵引控制装置减小牵引力/电制动力的控制。
[0016] 优选的，所述计算列车整车合力包括：
[0017] 获取整车力，所述整车力按照下述公式获得：
[0018] F整车力＝F×N
[0019] 其中，N为所述列车的动车数量；F表示所述牵引控制装置根据对应动车发挥的力；
[0020] 获取所述初始牵引力上升至预设最大值后的所述列车速度，并根据所述列车速度获取列车整车阻力；
[0021] 所述整车阻力按照下述公式获取：
[0022] F整车阻力＝a+bv+cv2
[0023] 其中，v表示所述列车速度；a，b，c表示系数；
[0024] 将所述整车力与所述整车阻力相减，获取所述整车合力。
[0025] 优选的，所述计算加速度包括：
[0026] 所述牵引控制装置对所述列车速度进行
采样，并将采样后的所述列车速度采用二阶中心差公式，并按照下述公式获取所述加速度：
[0027]
[0028] 其中，ai表示列车加速度，t表示总采样时间，vt、vt-1和vt-2分别表示不同采样时刻的列车速度采样点。
[0029] 优选的，所述获取与所述加速度相对应的等效加速度包括：
[0030] 按照下述公式获取所述等效加速度：
[0031]
[0032] 其中，Δt表示采样周期；ai表示列车加速度；aRMS表示等效加速度；t表示总采样时间。
[0033] 另一方面，本发明提供了一种牵引载荷控制装置，所述装置包括：
[0034] 控
制模块、载荷计算模块、
加速度计算模块和输入
信号预处理模块；
[0035] 所述
输入信号处理模块，用于接收速度
传感器采集的列车速度信号，并获取与所述速度信号相对应的列车速度，并将所述列车速度传输至所述加速度计算模块；
[0036] 所述
控制模块，用于接收所述列车网络通信传送的所述司机控制器给定的
电机转矩指令，并依据所述电机转矩指令使所述电机本体发挥与所述电机转矩指令相对应的电机转矩值，依据所述电机转矩值驱动所述电机本体发挥牵引，以获取列车整车合力；
[0037] 所述加速度计算模块，用于接收所述输入
信号处理模块传输的所述列车速度，获取与所述列车速度相对应的加速度，并对所述加速度进行计算，获取与所述加速度相对应的等效加速度；
[0038] 所述载荷计算模块，用于获取所述列车载荷值，以依据所述列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿；所述列车载荷值为通过所述整车合力与所述等效加速度之间的关系获得的。
[0039] 优选的，所述装置还包括：
[0040] 预设模块，用于预设最大加速度和最小减速度；
[0041] 判断模块，用于判断获取的所述加速度的绝对值是否连续i次大于所述最大加速度的绝对值，或，连续i次大于所述最小减速度的绝对值；所述i大于或等于1；
[0042] 控制模块，用于当所述加速度的绝对值连续i次大于所述最大加速度的绝对值，或，连续i次大于所述最小减速度的绝对值时，所述牵引控制装置减小牵引力/电制动力的控制。
[0043] 优选的，所述控制模块包括：
[0044] 第一获取单元，用于获取整车力，所述整车力按照下述公式获得：
[0045] F整车力＝F×N
[0046] 其中，N为所述列车的动车数量；F表示所述牵引控制装置根据对应动车发挥的力；
[0047] 第二获取单元，用于获取所述初始牵引力上升至预设最大值后的所述列车速度，并根据所述列车速度获取列车整车阻力；
[0048] 所述整车阻力按照下述公式获取：
[0049] F整车阻力＝a+bv+cv2
[0050] 其中，v表示所述列车速度；a，b，c表示系数；
[0051] 第三获取单元，用于将所述整车力与所述整车阻力相减，获取所述整车合力。
[0052] 优选的，所述加速度计算模块包括：
[0053] 第一计算单元，用于所述牵引控制装置对所述列车速度进行采样，并将采样后的所述列车速度采用二阶中心差公式，并按照下述公式获取所述加速度：
[0054]
[0055] 其中，ai表示列车加速度，t表示总采样时间，vt、vt-1和vt-2分别表示不同采样时刻的列车速度采样点。
[0056] 优选的，所述加速度计算模块还包括：
[0057] 第二计算单元，用于按照下述公式获取所述等效加速度：
[0058]
[0059] 其中，Δt表示采样周期；ai表示列车加速度；aRMS表示等效加速度；t表示总采样时间。
[0060] 再一方面，本发明还提供了一种牵引控制系统，所述系统包括：
[0061] 电机本体、速度传感器和上述的牵引控制装置；
[0062] 所述牵引控制装置接收所述列车通信网络传送的所述司机控制器发送的牵引指令；
[0063] 所述控制模块将接收到的所述牵引指令给定电机转矩指令，依据所述电机转矩指令使所述电机本体发挥电机转矩值，依据所述电机转矩值驱动所述电机本体发挥牵引，以获取列车整车合力；
[0064] 所述牵引控制装置根据通过所述速度传感器获取的所述列车速度信号，获取与所述列车速度信号相对应的列车速度，并计算与所述列车速度相对应的加速度，并依据所述加速度和整车合力获取所述列车载荷值；
[0065] 所述控制模块依据所述列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿。
[0067] 本发明提供的牵引控制方法、装置及系统，牵引控制装置根据司机控制器提供的牵引指令获取初始牵引力；当初始牵引力达到预设的最大值后，获取列车整车合力以及加速度，并依据加速度获取等效加速度，以依据整车合力和等效加速度获取列车载荷值，以依据列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿。与现有技术中无法提供列车当前实际载荷信息的方法相比，本发明提供的牵引控制方法、装置及系统实现了对列车载荷值的在线估算，进而实现了列车牵引力/制动力分配时的载荷补偿。
附图说明
[0068] 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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0069] 图1为本发明实施例提供的一种牵引控制方法的一种
流程图；
[0070] 图2为本发明实施例提供的一种牵引控制方法的另一种流程图；
[0071] 图3为本发明实施例提供的一种牵引控制装置的一种结构示意图；
[0072] 图4为本发明实施例提供的一种牵引控制装置的另一种结构示意图；
[0073] 图5为本发明实施例提供的一种牵引控制系统的一种结构示意图。
具体实施方式
[0074] 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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0075] 请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种牵引控制方法的一种流程图，可以包括以下步骤：
[0076] 步骤101：当牵引控制装置接收到司机控制器发出的牵引指令时，牵引控制装置根据牵引指令产生初始牵引力。
[0077] 需要说明的是，在本发明实施例中，司机控制器发出的牵引指令即为需要列车启动时，发送的列车启动信号。
[0078] 步骤102：当初始牵引力上升至预设最大值后，分别计算列车整车合力和加速度。
[0079] 其中，预设最大值具体可以是AW3载荷下的最大牵引力，同时预设最大值也可以为其他载荷下的牵引力，即通过改变牵引力的大小来实现对列车牵引力的控制也是本发明实施例需要的保护范围。
[0080] 步骤103：对加速度进行计算，获取与加速度相对应的等效加速度。
[0081] 步骤104：获取列车载荷值，以依据列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿；列车载荷值为通过整车合力与等效加速度之间的关系获得的。
[0082] 本发明实施例提供了一种牵引控制方法，在列车速度为零的情况下，初始化清空列车载荷值。列车司机通过列车司机控制器给定列车牵引力/电制动力并传送至牵引控制装置。当牵引控制装置接收到司机控制器发出的牵引指令时，牵引控制装置根据牵引指令产生与之相对应的初始牵引力。
[0083] 需要说明的是，在本发明实施例中，牵引控制装置是可以按“AW3载荷下的最大牵引力发挥牵引的，AW3载荷下的最大牵引力为超员载荷时的牵引力，故在司机控制器的牵引控制下，初始牵引力是不断变大的。当牵引力根据冲击限制按照一定的斜率上升到AW3载荷下的最大牵引力之后，由每套牵引控制系统的牵引控制装置根据对应动车实际发挥的力，获取列车在最大牵引力控制下的整车合力，其中，列车整车合力的获取可以通过以下方式实现：
[0084] (1)获取整车力，其中整车力按照下述公式获得：
[0085] F整车力＝F×N (1)
[0086] 其中，N为列车的动车数量；F表示牵引控制装置根据对应动车发挥的力；
[0087] 需要说明的是，整车了即为列车的牵引力。
[0088] (2)获取初始牵引力上升至预设最大值后的列车速度，并根据列车速度获取列车整车阻力；整车阻力按照下述公式获取：
[0089] F整车阻力＝a+bv+cv2 (2)
[0090] 其中，v表示列车速度；a，b，c表示系数；
[0091] 需要说明的是，公式(2)为列车基本阻力公式，其中，式中的系数是随着车型的不同而不断变化的。
[0092] (3)将整车力与整车阻力相减，获取整车合力。
[0093] 利用单套牵引控制装置计算的整车力减去该牵引控制装置计算的列车在当前最大牵引力对应的列车速度下的整车阻力，便可获取整车合力，如公式(3)所示：
[0094] F整车合力＝F整车力-F整车阻力 (3)
[0095] 同时，该牵引控制装置对速度传感器采集的速度信号进行采样，通过相邻两个速度采样点和采样周期，并将采样后的列车速度采用二阶中心差公式，并按照下述公式获取加速度：
[0096]
[0097] 其中，ai表示列车加速度，t表示总采样时间，vt、vt-1和vt-2分别表示不同采样时刻的列车速度采样点。
[0098] 需要说明的是，本发明实施例可以采用二阶中心差公式获取加速度，同时也可以采用算数平均值的方法计算加速度，同时也可以采用除上述两种方法之外的其他方法来获取加速度。
[0099] 在上述计算的
基础上，获取列车的等效加速度，即选取10～30个加速度样点值，对每个加速度值按照式(5)计算列车的等效加速度：
[0100]
[0101] 其中，Δt表示采样周期；ai表示列车加速度；aRMS表示等效加速度；t表示总采样时间。
[0102] 当牵引控制装置得到列车的等效加速度后，通过式(6)计算每个牵引控制装置的载荷值，并通过每个牵引控制装置之间的通讯互传，每个牵引控制装置将得到的所有载荷值取平均值，便可得到了列车此时的载荷信息，即列车当下的载荷值，如式(7)所示。
[0103]
[0104]
[0105] 在本发明实施例中，只要列车的速度不为零，便一直保持列车载荷值不变，牵引控制装置便利用此列车载荷值对列车的牵引/电制动力进行载荷补偿。若列车速度为零时，则及时清空列车载荷值，以便于在下一次列车启动时重新通过上述方法计算列车载荷值。
[0106] 本发明实施例提供的牵引控制方法，牵引控制装置根据司机控制器提供的牵引指令获取初始牵引力；当初始牵引力达到预设的最大值后，获取列车整车合力以及加速度，并依据加速度获取等效加速度，以依据整车合力和等效加速度获取列车载荷值，以依据列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿。与现有技术中无法提供列车当前实际载荷信息的方法相比，本发明实施例提供的牵引控制方法实现了对列车载荷值的在线估算，进而实现了列车牵引力/电制动力分配时的载荷补偿。
[0107] 请参考图2，其示出了本发明实施例提供的一种牵引控制方法的另一种流程图，可以包括以下步骤：
[0108] 步骤201：预设最大加速度和最小减速度。
[0109] 步骤202：当牵引控制装置接收到司机控制器发出的牵引指令时，牵引控制装置根据牵引指令产生初始牵引力。
[0110] 步骤203：当初始牵引力上升至预设最大值后，获取加速度。
[0111] 步骤204：判断获取的加速度的绝对值是否连续i次大于最大加速度的绝对值，或，连续i次大于最小减速度的绝对值；i大于或等于1。
[0112] 步骤205：当加速度的绝对值连续i次大于最大加速度的绝对值，或，连续i次大于最小减速度的绝对值时，牵引控制装置减小牵引力/制动力控制。
[0113] 由于牵引控制装置会对列车的最大加速度进行控制，故在本发明实施例中还提供了一种限制列车最大加速度的方法，其中，根据列车的实际运行情况，预先设置一个加速度和一个减速度(减速度
门槛值仅仅用于常用制动控制时)的最高门槛值，按照下述公式获取列车的加速度：
[0114]
[0115] 对上述公式连接计算i次，若获取到的列车瞬时加速度的绝对值i次均超过了预设的最高门槛值(除开空转/
滑行的其他判断条件，此门槛值低于空转/滑行的判断条件)的绝对值，牵引控制装置及时降低牵引/制动力的发挥，以确保列车在各种情况下不会超过计算得到的列车最大加速度值。
[0116] 与上述方法的实施例相对应，本发明实施例还提供了一种牵引载荷控制装置，图3示出了本发明实施例提供的一种牵引控制装置的一种结构示意图，所述装置可以包括：
[0117] 控制模块11、载荷计算模块12、加速度计算模块13和输入信号预处理模块14；其中：
[0118] 输入信号处理模块14，用于接收速度传感器采集的列车速度信号，并获取与速度信号相对应的列车速度，并将列车速度传输至加速度计算模块13；
[0119] 控制模块11，用于接收列车网络通信传送的司机控制器给定的电机转矩指令，并依据电机转矩指令使电机本体发挥与电机转矩指令相对应的电机转矩值，依据电机转矩值
驱动电机本体发挥牵引，以获取列车速整车合力；
[0120] 需要说明的是，本发明实施例提供的牵引控制装置中，采用的控制模块11可以为电机控制器，也可以为其他的控制器。
[0121] 控制模块11还可以包括：第一获取单元21、第二获取单元22和第三获取单元23，其中：
[0122] 第一获取单元21，用于获取整车力，整车力按照下述公式获得：
[0123] F整车力＝F×N
[0124] 其中，N为列车的动车数量；F表示牵引控制装置根据对应动车发挥的力；
[0125] 第二获取单元22，用于获取初始牵引力上升至预设最大值后的列车速度，并根据列车速度获取列车整车阻力；
[0126] 其中，整车阻力按照下述公式获取：
[0127] F整车阻力＝a+bv+cv2
[0128] 其中，v表示列车速度；a，b，c表示系数；
[0129] 第三获取单元23，用于将整车力与整车阻力相减，获取整车合力。
[0130] 加速度计算模块13，用于接收输入信号处理模块14传输的列车速度，获取与列车速度相对应的加速度，并对加速度进行计算，获取与加速度相对应的等效加速度；
[0131] 优选的，加速度计算模块13还可以包括：第一计算单元31和第二计算单元32，其中：
[0132] 第一计算单元31，用于牵引控制装置对列车速度进行采样，并将采样后的列车速度采用二阶中心差公式，并按照下述公式获取加速度：
[0133]
[0134] 其中，ai表示列车加速度，t表示总采样时间，vt、vt-1和vt-2分别表示不同采样时刻的列车速度采样点。
[0135] 第二计算单元32，用于按照下述公式获取等效加速度：
[0136]
[0137] 其中，Δt表示采样周期；ai表示列车加速度；aRMS表示等效加速度；t表示总采样时间。
[0138] 载荷计算模块12，用于获取列车载荷值，以依据所述列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿；列车载荷值为通过整车合力与等效加速度之间的关系获得的。
[0139] 本发明实施例提供的牵引控制装置，牵引控制装置根据司机控制器提供的牵引指令获取初始牵引力；当初始牵引力达到预设的最大值后，获取列车整车合力以及加速度，并依据加速度获取等效加速度，以依据整车合力和等效加速度获取列车载荷值，以依据列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿。与现有技术中无法提供列车当前实际载荷信息的装置相比，本发明实施例提供的牵引控制装置实现了对列车载荷值的在线估算，进而实现了列车牵引力/电制动力分配时的载荷补偿。
[0140] 请参考图4，其示出了本发明实施例提供的一种牵引控制装置的另一种结构示意图，在图3的基础上，还可以包括：预设模块15、判断模块16和控制模块17，其中：
[0141] 预设模块15，用于预设最大加速度和最小减速度；
[0142] 判断模块16，用于判断获取的加速度的绝对值是否连续i次大于最大加速度的绝对值，或，连续i次大于最小减速度的绝对值；i大于或等于1；
[0143] 控制模块17，用于当加速度的绝对值连续i次大于最大加速度的绝对值，或，连续i次大于最小减速度的绝对值时，牵引控制装置减小牵引力/电制动力控制。
[0144] 由于牵引控制装置会对列车的最大加速度进行控制，故在本发明实施例中还提供了一种限制列车最大加速度的方法，其中，根据列车的实际运行情况，预先设置一个加速度和一个减速度(减速度门槛值仅仅用于常用制动控制时)的最高门槛值，按照公式(8)获取列车的加速度：
[0145] 对上述公式连接计算i次，若获取到的列车瞬时加速度的绝对值i次均超过了预设的最高门槛值(除开空转/滑行的其他判断条件，此门槛值低于空转/滑行的判断条件)的绝对值，牵引控制装置及时降低牵引/电制动力的发挥，以确保列车在各种情况下不会超过计算得到的列车最大加速度值和列车最小加速度值。
[0146] 请参考图5，其示出了本发明实施例提供的一种牵引控制系统的一种结构示意图，所述系统可以包括：
[0147] 电机本体41、速度传感器42和上述的牵引控制装置；
[0148] 牵引控制装置接收列车通信网络传送的司机控制器发送的牵引指令；
[0149] 控制模块11将接收到的牵引指令给定电机转矩指令，依据电机转矩指令使电机本体41发挥电机转矩值，依据电机转矩值驱动电机本体41发挥牵引，以获取列车整车合力；
[0150] 牵引控制装置通过速度传感器42获取的列车速度信号，获取与列车速度信号相对应的列车速度，并计算与列车速度相对应的加速度，并依据加速度和整车合力获取列车载荷值；
[0151] 控制模块41依据列车载荷值实现对列车牵引力/电制动力的补偿。
[0152] 需要说明的是，在进行载荷值在线估算时，本发明实施例可以采用一套牵引控制系统进行列车载荷值的计算，也可以采用多套牵引控制系统进行列车载荷值的计算，即牵引控制系统的套数也属于本发明实施例要保护的范围。
[0153] 需要注意的是，当采用一套牵引控制系统时，本发明实施例可以根据列车的整车合力与等效加速度之间的关系直接获取列车的载荷值，以实现对列车牵引力/电制动力进行补偿。当采用多套牵引控制系统时，本发明实施例中需要获取每个牵引控制系统之间的通讯互传，即需要对每个牵引控制系统得到的对应的列车载荷值的总和取平均，取平均后获得的载荷值即为最终获取的列车载荷值。
[0154] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0155] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
