[發明專利]一種虛擬軌道列車自主導向控制方法

有效

• 申請號: 202010439538.8
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111547111B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張眾華;楊蔡進;張衛華
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61L27/00
• 分類號: B61L27/00;G06F30/20
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明提供了一種虛擬軌道列車的自主導向控制方法，屬于虛擬軌道列車運行控制技術領域。首先將以三節編組的虛擬軌道列車離散為相互獨立的M節車輛，建立自導向虛擬軌道列車解耦動力學模型；建立虛擬軌道列車各節車輛的離散側向動力學模型；計算自導向虛擬軌道列車的首車轉向控制量；計算虛擬軌道列車編組中各節車輛的側向狀態預測值；計算虛擬軌道列車首車后面編號“i”大于1的車輛的轉向控制量；計算自導向虛擬軌道列車的各節車輛的縱向參考速度等步驟。即可獲得全輪驅動全輪轉向的虛擬軌道列車實現自主導向運行所需要的每個輪轂電機驅動控制器和轉向作動控制器所需要的控制輸入量。本發明可通過應用Matlab軟件計算完成。

技術領域

本發明屬于虛擬軌道列車控制技術領域。

技術背景

自導向虛擬軌道列車是一種在公共路權下運行，沿著涂抹于道路上表面的虛擬軌道進行自主導向行駛，具備中等運能的新型城市軌道交通列車。其采用了膠輪承載、全輪輪轂電機獨立驅動、雙向自主運行、多軸轉向及靈活編組技術，具有冗余牽引、轉向及制動的技術特征。因此，大幅度提高了自導向虛擬軌道列車在復雜城市環境下的運載能力、曲線通過能力及主動安全能力。牽引、轉向及制動控制與分配技術是自導向虛擬軌道列車實現基本功能和保障運行安全的關鍵技術。現有的控制方法主要是采用擴展阿克曼轉向幾何、剛性輪胎假設及統一瞬心來實現的，具有簡單可靠、成本低廉、實時性能好等優點，如專利(CN110244731A)。而自導向虛擬軌道列車在牽引、轉向及制動過程，輪胎縱向與側向粘著力、每節車輛內部以及車輛之間均存在強非線性的耦合作用，若是沒有良好的協調機制，將引起虛擬軌道列車側向失穩、制動過程中車廂折疊、鉸接作用力過大以及降低自導向控制精度等問題。由于上述耦合作用涉及車輛動力學響應及控制，但傳統的協同控制方法并未考慮車輛動力學特性。

發明內容

本發明的目的是提供一種虛擬軌道列車自主導向控制方法，它能有效地解決虛擬軌道列車自主導向運行過程中分配各輪轂電機和轉向作動器控制量的技術問題。

一種虛擬軌道列車自主導向控制方法，包括以下步驟：

步驟一、建立自導向虛擬軌道列車解耦動力學模型：

虛擬軌道列車通過控制輪轂電機和轉向作動器來實現全輪驅動或全輪轉向，當以理想狀態進行自導向穩態運行時，兩車之間的鉸接作用力很小；基于此，將M節車輛編組的虛擬軌道列車離散為相互獨立的M節車輛，車輛之間的耦合作用力對列車而言是一種內部作用力，而對每節車輛而言可作為一種外部擾動，而這種擾動是有界的，耦合作用力的關系可表示為：

其中，假設虛擬軌道列車位于水平路面上，及表示在平面內2車作用于1車的縱向力、側向力及橫擺力矩；及表示在平面內1車作用于2車的縱向力、側向力及橫擺力矩；

將虛擬軌道列車的相鄰兩車輛之間解耦后的二自由度2DOF車輛動力學模型用狀態空間表示為：

其中，i為M節車輛編組虛擬軌道列車的車輛編號，i＝1,2,3…M；vⁱ表示由兩節車輛之間耦合作用引起的外部擾動量；Hⁱ表示擾動增益矩陣；定義為xⁱ的一階導數，xⁱ表示第i節車輛的狀態變量列陣，表示為：

分別表示i車輛前、后軸中心在第i節車輛坐標系x_io_iy_i下的側向位移；表示第i節車輛的航向角；表示車輛的側向速度與橫擺角速度；T表示矩陣轉置；

Φⁱ為狀態轉移矩陣，表示為：