1.本发明涉及动车控制领域，特别是涉及一种用于轮轨制动的控制系统和控制方法。
背景技术：2.目前国内外动车组制动以轮轨黏着制动为主，即利用车轮与轨面之间的黏着力进行制动，实际制动力的发挥取决于轮轨之间黏着力的大小，随着动车组运行速度的提高，轮轨之间的可利用黏着力系数降低，车轮滑行概率增大。在轨面潮湿情况下，当轮轨之间的黏着力小于动车组实际需要的制动力时，轮对将产生滑行甚至擦伤，并导致制动距离延长甚至产生动车组冒进风险。
3.制动防滑控制就是为了有效利用轮轨间黏着以缩短不利黏着条件下的制动距离、并尽可能避免轮对擦伤而采取的控制技术，是动车组制动系统的核心技术，也是制动系统开发的重点和难点。
4.具体来说，在未判断为“滑行”的状态下，制动防滑系统不动作；在制动力即将超过黏着力时(此时制动防滑系统判断为“滑行”状态)，则触发防滑器对制动缸排风减压，降低制动力，使车轮继续处于滚动(或滚滑)状态，避免车轮滑行；并且，防滑器采用微处理器的控制手段，被触发后通过对制动缸压力反复进行减压、保压和升压控制，调节制动力的变化，最大限度地利用轮轨间黏着，从而，制动防滑系统对制动力的控制既要能防止滑行，又要不致使制动力损失过大。
5.因此，关键是制动防滑系统在什么时候判断为“滑行”，判断早了，会使制动力损失过大，无法充分利用轮轨间黏着，使制动距离延长较大；判断晚了，就会产生滑行，造成踏面擦伤，起不到防滑作用。动车组的制动防滑系统在判断是否存在“滑行”时，主要依据的是速度差、减速度、滑移率、减速度微分等，其中速度差采用得较为普遍，所述速度差指的是列车的车速与轮对轴速的差值，可以表示为δv＝v
车-v
轮
。当该速度差超过作为滑行判断依据的速度差门限值，则判断为“滑行”，进而触发防滑器执行防滑动作。
6.然而，目前制动防滑系统的开发基于轮轨黏着特性，将滑行判断依据的速度差的门限值设置过小，一般限制在30km/h-40km/h以内，不能充分利用时速 300公里以上速度下的轮轨黏着以缩短制动距离。
7.未来下一代时速400公里高速动车组将在既有高速铁路上运行，为保证行车安全，要求以400km/h运行时的紧急制动距离与既有复兴号动车组350km/h 运行时的指标相当，即6500m。这对时速400公里高速动车组制动系统研制和黏着利用提出了挑战。高速列车雨、雪天气下制动黏着及利用是属于大蠕滑问题，然而，目前对于时速400公里速度下制动大蠕滑黏着行为的特点和产生机理研究几乎是空白。
技术实现要素：8.(一)申请目的
9.有鉴于此，本发明提出了一种用于轮轨制动的控制系统，以解决现有技术中动车在潮湿轨面特别是后期动车车速大幅提升的情况下的制动过程中，已经不能再满足制动距离的技术要求的问题。
10.(二)技术方案
11.本技术公开了一种用于轮轨制动的控制系统，包括控制计算单元、防滑阀和制动缸；所述控制计算单元被设置有速度差的门限值，并检测和计算制动过程中实际的所述速度差;当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，触发所述系统执行制动防滑，所述控制计算单元发出指令，所述指令用于打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。
12.在一种可能的实施例中，所述实际的所述速度差为制动过程中同一时刻情况下多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值。
13.在一种可能的实施例中，还包括多个测速器，所述多个测速器分别设置在不同的轮轴上，所述多个测速器用于检测不同的轮轴的圆周速度，所述控制计算单元接收制动过程中的所述实时检测所述不同的轮轴的圆周速度并用于计算出所述实际的所述速度差。
14.在一种可能的实施例中，所述测速器包括测速齿轮和传感器，所述测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器采集转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，通过所述脉冲信号周期、测试齿轮齿数和轮轴上车轮的半径计算出所述轮轴的所述圆周速度。
15.在一种可能的实施例中，当车速为300km/h-450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
16.在一种可能的实施方式中，当车速为350km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为55km/h，下限值为40km/h。
17.在一种可能的实施方式中，当车速为400km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
18.在一种可能的实施方式中，当车速为450km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
19.作为本技术的第二方面，还提供了一种用于轮轨制动的控制方法，包括如下步骤：
20.设置速度差的门限值；
21.检测和计算制动过程中实际的所述速度差，当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，执行制动防滑，所述执行制动防滑包括打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。
22.在一种可能的实施方式中，所述检测和计算制动过程中实际的所述速度差包括实时检测不同的轮轴的圆周速度，并接收该数据计算出所述实际的所述速度差；所述实际的所述速度差为制动过程中同一时刻多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值。
23.(三)有益效果
24.本技术对比现有技术有如下的有益效果：通过设置速度差的门限值，使黏着曲线随着蠕滑率的增加出现黏着再上升阶段，在制动过程中动车可利用黏着再上升阶段中的黏着力系数值来进行制动，能更好的降低制动距离，又能有效避免车轮踏面擦伤。
25.本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。
26.本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
27.以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本技术，而不能理解为对本技术的保护范围的限制。
28.图1为本技术的系统结构图；
29.图2是本发明公开的速度差门限值的取值上下极限值区间示意图；
30.图3是在300km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率10％的轮轨制动黏着特性曲线；
31.图4是在300km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率15％的轮轨制动黏着特性曲线；
32.图5是在300km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率20％的轮轨制动黏着特性曲线；
33.图6是在350km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率20％的轮轨制动黏着特性曲线；
34.图7是在400km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率10％的轮轨制动黏着特性曲线；
35.图8是在400km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率20％的轮轨制动黏着特性曲线；
36.图9是在450km/h潮湿轨面工况下，最大蠕滑率20％的轮轨制动黏着特性曲线；
37.图10是本发明公开的在潮湿轨面工况下，初速300km/h紧急制动的速度时，传统限值与新限值的曲线比较；
38.图中：1、控制计算单元；201、第一轮轴；202、第二轮轴；203、第三轮轴；204、第四轮轴；301、第一测速齿轮；302、第二测速齿轮；303、第三测速齿轮；304、第四测速齿轮；401、第一传感器；402、第二传感器；403、第三传感器；404、第四传感器；501、第一防滑阀；502、第二防滑阀；503、第三防滑阀；504、第四防滑阀；601、第一制动缸；602、第二制动缸；603、第三制动缸；604、第四制动缸。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
41.在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
43.如图1-10详细描述本发明提供一种用于轮轨制动的控制系统实施例，主要应用于轮轨制动防滑，基于时速300～450公里速度下制动大蠕滑黏着行为的特点，提出利用控制系统检测关键参数速度差的合理控制范围并实施相应的操作，从而提高潮湿轨面条件下的轮轨制动黏着利用水平，缩短列车制动距离。
44.本技术中，黏着是车轮在滚动过程中，轮轨接触面两侧的位置变化与力的传递侧部分都没有改变自己的位置的现象。而黏着力就是在轮轨间接触部分伴随着微小打滑所传递的力，当车轮沿轮轨滚动时，仅在接触面纵向(切向)方向存在相对运动情况下，才能施加制动力。由于制动力时轨道作用于车轮的静摩擦力，存在最大值，也就是说制动力的最大值不会超过黏着力，当制动力超过黏着力限值时，轮轨间的黏着状态改变，即静摩擦转变为滑动摩擦，其大小急剧减少，这种现象叫做“滑行”，滑行的产生，使制动力减少，不能满足停车距离要求。
45.轮轨黏着特性通常采用黏着力系数和纵向蠕滑率变化曲线表示。其中，黏着力系数μ通常被定义为轮轨间接触面上的切向移动力f与法向力q之比，即为：
[0046][0047]
蠕滑率又称滑移率，当车轮发出牵引力或制动力时，在车轮与轨道之间都会发生相对运动，是在车轮运动中滑动成分所占的比例。如前文所述，列车的车速v
车
与轮对轴速v
轮
的差值即速度差，可以表示为δv＝v
车-v
轮
，则蠕滑率可以用ξ＝δv/v
车
来表示。由于速度差相比蠕滑率更加直接和准确，因此实际的防滑控制中多用利用控制系统检测关键参数速度差作为判据。
[0048]
本实施例中，控制系统包括控制计算单元1；其中，所述控制计算单元被设置有速度差的门限值；所述速度差的门限值的取值设置为使制动过程中的黏着力系数值能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段；当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，触发所述系统执行制动防滑，所述控制计算单元发出指令，所述指令为打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。
[0049]
在这里，设置速度差的门限值可在车辆产生滑行时，执行制动防滑的控制；在轮轨间黏着力较低时，能够有效地防止车轮发生滑行，待黏着恢复后又能够满足制动距离要求实现再黏着控制，减少滑行概率，避免车辆产生滑行而带来的不良后果，降低轮轨磨耗。而制动防滑的控制在正常状态下是关闭的，只有发生滑行时，才会启动。因此，速度差的门限值是决定制动防滑控制是否触发的判断依据。
[0050]
本发明针对速度差门限值的取值设置为：使制动过程中的黏着力系数能够进入黏着再上升阶段。如上文所述，轮轨黏着特性可以采用纵向蠕滑率和黏着力系数之间的变化曲线即制动黏着特性曲线表示，该制动黏着特性曲线具有第一峰值点，所述第一峰值点为所述黏着特性曲线的第一上升阶段的最高点，现有列车制动过程中利用的正是该黏着力系数第一上升阶段的第一峰值点。而本发明中所述速度差的门限值的取值设置为使制动过程中的黏着力系数值能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，所述黏着再上升阶段包括至少一个黏着力系数值高于第一峰值点的其它峰值点。
[0051]
其中，如图2所示，所述速度差门限值的取值区间，具体为：当车速为 300km/h-450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h。其中，更优选的取值，如表1所示，当车速为300km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为50km/h，下限值为40km/h。当车速为350km/h 范围的速度差门限值的取值范围的上限值为55km/h，下限值为40km/h。当车速为400km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为 40km/h。当车速为450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
[0052]
表1速度差门限值的取值范围的范围
[0053][0054][0055]
通过设置速度差的门限值，使黏着曲线随着蠕滑率的增加出现黏着再上升阶段，动车可利用黏着再上升阶段中的黏着力系数值来进行制动，能更好的降低制动距离，又能有效避免车轮踏面擦伤。
[0056]
实际的所述速度差为制动过程中同一时刻情况下多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值；为采集不同轮轴的圆周速度控制系统还包括多个测速器，所述多个测速器分别设置在不同的轮轴上，所述多个测速器用于检测不同的轮轴的圆周速度，所述控制计算单元接收制动过程中的所述实时检测所述不同的轮轴的圆周速度并用于计算出所述实际的所述速度差，而所述动车速度值可通过超声雷达或其他技术手段获得；所述测速器包括测速齿轮和传感器，所述测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器采集转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，通过所述脉冲信号周期、测试齿轮齿数和轮轴上车轮的半径计算出所述轮轴的圆周速度：轮轴的圆周速度计算公式为v＝rw；其中：r为轮轴上车轮的半径，w为轮轴的角速度。测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器通过转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，从而计算出轮轴的角速度：
[0057]
w＝2*f*3.6*π/z；
[0058]
其中：w为轮轴的角速度；
[0059]
f为脉冲信号频率；
[0060]
z为测速齿轮齿数。
[0061]
所述控制系统还包括防滑阀和制动缸；当速度差大于等于速度差的门限值时，控制制动缸排气减少制动力，使速度差大于等于速度差的门限值的轮轴的车轮从新与轨道黏
着。具体为过程为：控制计算单元发出指令：打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段；然后关闭防滑阀，制动缸压力停止下降，成保压状态；向制动缸充风，制动缸压力上升恢复滑行前正常制动状态。以一节车厢举例，图1中是控制系统的具体设置：轮轴包括第一轮轴201、第二轮轴 202、第三轮轴203和第四轮轴204；测速齿轮包络第一测速齿轮301、第二测速齿轮302、第三测速齿轮303和第四测速齿轮304；传感器包括第一传感器401、第二传感器402、第三传感器403和第四传感器404,；防滑阀包括第一防滑阀 501、第二防滑阀502、第三防滑阀503和第四防滑阀504；制动缸包括第一制动缸601、第二制动缸602、第三制动缸603和第四制动缸604；其中第一测速齿轮与第一了轮轴同轴设置在第一轮轴上随第一轮轴同步转动，第一传感器采集第一测速齿轮轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，并将脉冲信号传入控制计算单元中，用于通过控制计算单元计算出第一轮轴的角速度，进而计算出第一轮轴的圆周速度；同理控制计算单元还可以计算出第二轮轴的圆周速度、第三轮轴的圆周速度和第四轮轴的圆周速度。当动车发出制动指令，控制计算单元设置速度差值的门限值，并检测和计算制动过程中实际的所述速度差，在制动过程中，控制计算单元持续采集同一时刻的动车速度值、第一轮轴的圆周速度、第二轮轴的圆周速度、第三轮轴的圆周速度和第四轮轴的圆周速度；控制计算单元分别计算同一时刻第一轮轴圆周速度与动车速度值的差值，第二轮轴圆周速度与动车速度值的差值，第三轮轴圆周速度与动车速度值的差值，第四轮轴圆周速度与动车速度值的差值，差值中最大值为实际的速度差。
[0062]
下面介绍通过黏着试验获得的300-450km/h车速范围大蠕滑条件(例如潮湿轨面工况)下轮轨的黏着特性曲线，从而论证以上速度差门限值下的黏着力系数的变化情况。黏着试验利用高速轮轨关系实验台由轨道轮系统、测试轮对系统、液压激振系统、轨道接触界面环境模拟系统、轨道轮型面数控选修装置、高压液压供应单元、润滑单元、电气设备、测量和数据采集系统、控制系统等部分组成，试验过程中可以测量轮对转速、轨道轮转速、轮轨接触力、制动力矩等性能参数。通过该试验台在潮湿轨面工况的情况下，不同速度制动时的大蠕滑黏着特性实验。其中，试验定义纵向黏着力系数为：
[0063][0064]
其中fx为轮轨纵向黏着力，fn为轮轨接触法相力。纵向蠕滑率ξ
x
可按下式计算：
[0065][0066]
式中：rw和rr分别为车轮和轨道轮接触点的半径，nw和nr分别为车辆和轨道轮的转速。
[0067]
实验一：300km/h速度制动时加载和卸载过程中黏着力系数与纵向蠕滑率的黏着特性曲线。
[0068]
对比例1：当最大蠕滑率控制在10％(即速度差控制在30km/h以内)，可以从图3中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为最高，称为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到最大纵向蠕滑率为 10％时到达折返点b；卸载时纵向蠕滑率从10％开始减小，黏着
力系数随纵向蠕滑率的减小而减小，直到纵向蠕滑率达到c点，该点为峰值点c，由图可知，该峰值点c小于第一峰值点a，；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而呈近似线性快速减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0069]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，第一峰值点a的黏着力系数与轮轨小蠕滑实验中的黏着系数一致，在该阶段黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到返折点b，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；在卸载过程中也出现了峰值点c，峰值点c的黏着力系数远小于第一峰值点a值，此种形态的黏着特性曲线，从第一峰值点a到折返点b和从折返点b到峰值点c 过程中黏着属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从开始到第一峰值点a 过程中黏着属于稳定阶段，也就是图3中的黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用，但是由于最大蠕滑率控制在10％(即速度差控制在30km/h以内)，整个过程中的黏着力系数不会高于第一峰值点a。
[0070]
实验例1：当最大蠕滑率控制在15％(即速度差控制在45km/h以内)，可以从图4中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向蠕滑率增至8％时，黏着力系数达到d点；此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始缓慢增加，直到纵向蠕滑率为15％时黏着力系数到达折返点b；卸载时，纵向蠕滑率从15％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而增加；直到纵向蠕滑率达到e点，此时的黏着力系数第二峰值点e；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0071]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到d点，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而略微减小；从d点到返折点b，黏着力系数随蠕滑率的增加而略平稳增加；在卸载过程中出现了第二峰值点e，第二峰值点e为第一峰值点a的 2～3倍，从折返点b到第二峰值点e，黏着力系数随蠕滑率的增加而平稳增加；此种形态的黏着特性曲线，从第一峰值点a到d点属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从d点到折返点b和从折返点b到第二峰值点e过程中黏着属于稳定阶段，也就是图4中第一黏着上升阶段和第二黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。并且，将最大蠕滑率控制在15％(即速度差控制在45km/h 以内)，则根据图4的制动黏着特性曲线，黏着力系数能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，即第二黏着上升阶段，并且包括了黏着力系数高于所述第一峰值点a的第二峰值点e。
[0072]
实验例2：将最大蠕滑率控制在20％(即速度差控制在60km/h以内)，可以从图5中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向蠕滑率增至8％时，黏着力系数达到f点；此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始缓慢增加，直到纵向蠕滑率为17％(速度差51km/h)时黏着力系数到达到加载过程中的e点，此时的黏着力系数为第二峰值点e，当纵向蠕滑率达到20％时，黏着力系数到达折返点b；卸载时，纵向蠕滑率从20％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而增加；直到纵向蠕滑率达
到g点，此时的黏着力系数为第三峰值点g；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0073]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到f点，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而略微减小；从f点到第二峰值点e，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而增加；从第二峰值点e到返折点b，黏着力系数随蠕滑率的增加而减小；在卸载过程中出现了第三峰值点g，第二峰值点e、第三峰值点g均为第一峰值点a的2～3倍，从返折点b到第三峰值点g，黏着力系数随蠕滑率的增加而平稳增加；此种形态的黏着特向曲线，从第一峰值点a到f点和第二峰值点b到折返点b属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从f点到第二峰值点b 和返折点b到第三峰值点g过程中黏着属于稳定阶段，也就是图5中第一黏着上升阶段和第二黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。可见，黏着力系数同样能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，并且包括了黏着力系数高于所述第一峰值点a的第二、第三峰值点。
[0074]
实验二：350km/h速度制动时加载和卸载过程中黏着力系数与纵向蠕滑率的黏着特性曲线。
[0075]
实验例3：当最大蠕滑率控制在20％(即速度差控制在70km/h以内)，可以从图6中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向蠕滑率增至6％的点i之后，黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始增加，直到纵向蠕滑率为15％(即速度差 52.5km/h)时黏着力系数到达第二峰值点e；进而随着纵向蠕滑率的增加黏着力系数逐步下降，至折返点b后，对纵向蠕滑率系数进行卸载；卸载时，纵向蠕滑率从20％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而平稳下降，直到纵向蠕滑率达到峰值点j，该峰值点j的值小于第一峰值点a和第二峰值点e的值；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0076]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；在第一峰值点a之后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；然后，随着纵向蠕滑率的增加进入再上升，直至到达第二峰值点b；从b点到返折点c，黏着力系数随蠕滑率的增加而下降；自折返点c之后，在卸载过程中黏着力系数持续下降；此种形态的黏着特性曲线，从第一峰值点a到d点属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从d点到第二峰值点b过程中黏着属于稳定阶段，且黏着力系数同样能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。
[0077]
实验三：400km/h速度制动时加载和卸载过程中黏着力系数与纵向蠕滑率的黏着特性曲线。
[0078]
实验例4：当最大蠕滑率控制在10％(即速度差控制在40km/h以内)，可以从图7中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向
蠕滑率增至6％时，黏着力系数达到h点；此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始增加，直到纵向蠕滑率为10％时黏着力系数到达折返点b；卸载时，纵向蠕滑率从10％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而增加；直到纵向蠕滑率达到e点，此时的黏着力系数第二峰值点e；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0079]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到h点，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；从h点到返折点b，黏着力系数随蠕滑率的增加而增加；在卸载过程中出现了第二峰值点e，第二峰值点e为第一峰值点a的2～3倍，从折返点b到第二峰值点e，黏着力系数随蠕滑率的增加而平稳增加；此种形态的黏着特性曲线，从第一峰值点a到h点属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从h点到折返点b和从折返点b到第二峰值点e过程中黏着属于稳定阶段，也就是图6中第一黏着上升阶段和第二黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。可见，黏着力系数同样能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，并且包括了黏着力系数高于所述第一峰值点a的第二三峰值点。
[0080]
实验例5：当最大蠕滑率控制在20％(即速度差控制在80km/h)，可以从图8中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向蠕滑率增至6％时，黏着力系数达到i点；此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始增加，直到纵向蠕滑率为 15％(相对滑动速度60km/h)时黏着力系数达到加载过程中的e点，此时的黏着力系数第二峰值点e，此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加而减小，直到达折返点b；卸载时，纵向蠕滑率从20％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而减小；直到纵向蠕滑率达到峰值点j，该峰值点j的值小于第一峰值点a和第二峰值点b的值；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0081]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到i点，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；从i点到第二峰值点e，黏着力系数随蠕滑率的增加而增加；从第二峰值点e到折返点b，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；在卸载过程中出现了峰值点j，但是峰值点j小于第一峰值点a和第二峰值点e；此种形态的黏着特向曲线，从第一峰值点a到i点属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从i点到第二峰值点e过程中黏着属于稳定阶段，也就是图7中，第一黏着上升阶段和第二黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。可见，黏着力系数同样能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，并且包括了黏着力系数高于所述第一峰值点a的第二峰值点。
[0082]
实验四：450km/h速度制动时加载和卸载过程中黏着力系数与纵向蠕滑率的黏着特性曲线。
[0083]
实验例6：当最大蠕滑率控制在20％(即速度差控制在90km/h)，可以从图9中看出，在加载过程中，纵向蠕滑率从0％开始增加至小于1％范围内，黏着力系数随纵向蠕滑率的呈近似线性快速增加；当纵向蠕滑率增加至1％时，黏着力系数达到加载过程中的a点，此时
的黏着力系数为第一峰值点a；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，当纵向蠕滑率增至6％时，黏着力系数达到i点；此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加又开始增加，直到纵向蠕滑率为15％(相对滑动速度60km/h)时黏着力系数达到加载过程中的e点，此时的黏着力系数第二峰值点e，此后黏着力系数随纵向蠕滑率增加而减小，直到达折返点b；卸载时，纵向蠕滑率从20％开始减小，黏着力系数随纵向蠕滑率的减小而减小；直到纵向蠕滑率达到峰值点j，该峰值点j的值小于第一峰值点a和第二峰值点b的值；此后，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小，直到纵向蠕滑率为0％。
[0084]
该速度时黏着特性的鲜明特点是：黏着力系数在纵向蠕滑率从0％增加到1％时，出现了第一峰值点a，从开始到第一峰值点a，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加呈近似线性快速增加；从第一峰值点a到i点，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；从i点到第二峰值点e，黏着力系数随蠕滑率的增加而增加；从第二峰值点e到折返点b，黏着力系数随纵向蠕滑率的增加而减小；在卸载过程中出现了峰值点j，但是峰值点j小于第一峰值点a和第二峰值点e；此种形态的黏着特向曲线，从第一峰值点a到i点属于不稳定阶段，在轮轨黏着利用时应避免；从i点到第二峰值点e过程中黏着属于稳定阶段，也就是图7中，第一黏着上升阶段和第二黏着上升阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。可见，黏着力系数同样能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段，并且包括了黏着力系数高于所述第一峰值点a的第二峰值点。
[0085]
实验效果：
[0086]
一、经过大量的实验证明，最大蠕滑率控制值(也即针对速度差门限值) 过小时，黏着力系数可能只在1％以内的小蠕滑区间出现一个峰值点；最大蠕滑率控制值(也即针对速度差门限值)适当扩大，黏着力系数除了在小蠕滑区间出现第一峰值点，还可能在大蠕滑区间出现第二峰值点，在折返阶段出现第二峰值点或第三峰值点；第二峰值点、第三峰值点能达到第一峰值点的2～3倍；黏着再上升阶段有可能在蠕滑率的加载过程中，也有可能在卸载过程中。
[0087]
二、实验结果表面：潮湿轨面工况，制动压力相同的条件下，通过增大速度差门限值，使制动过程中的黏着力系数能够进入黏着再上升阶段，增强对轮轨黏着的利用，能够使制动距离缩短30％～40％，制动盘温度在750℃的限值以内，车轮表面无擦伤及其他异常情况。
[0088]
图10所示为将传统限值与新限值作对比，传统限值为将速度差门限值的取值范围不高于30km/h-40km/h；新限值为将速度差门限值的取值范围上限为 60km/h，下限为40km/h的区间值，例如：当车速为300km/h范围的速度差门限值的取值范围为40km/h-50km/h；当车速为350km/h范围的速度差门限值的取值范围为40km/h-55km/h；当车速为400km/h范围的速度差门限值的取值范围为的 40km/h-60km/h；当车速为450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为 40km/h-60km/h。
[0089]
表2潮湿轨面工况紧急制动距离和制动盘温度比较
[0090][0091]
由表2潮湿轨面工况紧急制动距离和制动盘温度比较可知，当车速为300km/h，采用传统限值的速度差为30km/h时，紧急制动距离为4890m，而采用新限值的速度差为45km/h时，紧急制动距离为3447m，与采用传统限值相比，缩短了1443m，虽然制动盘的温度升高52℃，但是升高的温度较小，属于可控范围之内，其车轮与轨道的擦伤也属于合理范围之内；
[0092]
当车速为350km/h，采用传统限值的速度差为30km/h时，紧急制动距离为 5810m，而采用新限值的速度差为45km/h时，紧急制动距离为4027m，与采用传统限值相比，缩短了1783m，虽然制动盘的温度升高10℃，但是升高的温度较小，属于可控范围之内，其车轮与轨道的擦伤也属于合理范围之内；
[0093]
当车速为400km/h，采用传统限值的速度差为30km/h时，紧急制动距离为 9885m，而采用新限值的速度差为45km/h时，紧急制动距离为5985m，与采用传统限值相比，缩短了3900m，虽然制动盘的温度升高48℃，但是升高的温度较小，属于可控范围之内，其车轮与轨道的擦伤也属于合理范围之内；
[0094]
由此可见，增大速度差门限值，能够更充分地利用轮轨黏着，从而缩短制动距离，且制动盘温度在限值以内，车轮表面无擦伤及其他异常情况，可充分利用时速300-450公里速度下的轮轨黏着以缩短制动距离。
[0095]
作为本技术的第二方面还提供了一种用于轮轨制动的控制方法：包括如下步骤：
[0096]
设置速度差的门限值；所述速度差的门限值的取值设置为使制动过程中的黏着力系数值能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段；所述黏着再上升阶段包括至少一个黏着力系数值高于第一峰值点的其它峰值点。当车速为 300km/h-450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h；更具体为：当车速为300km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为50km/h，下限值为40km/h；或当车速为350km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为55km/h，下限值为40km/h；或当车速为400km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h；或当车速为
450km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
[0097]
当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，触发所述系统执行制动防滑，所述执行制动防滑包括打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段，所述实际的所述速度差为制动过程中同一时刻情况下多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值，具体为：检测不同的轮轴的圆周速度，接收制动过程中的所述实时检测所述不同的轮轴的圆周速度并用于计算出所述实际的所述速度差，所述测速器包括测速齿轮和传感器，所述测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器采集转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，通过所述脉冲信号周期、测试齿轮齿数和轮轴上车轮的半径计算出所述轮轴的圆周速度：轮轴的圆周速度计算公式为v＝rw；其中：r为轮轴上车轮的半径，w为轮轴的角速度。测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器通过转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，从而计算出轮轴的角速度：
[0098]
w＝2*f*3.6*π/z；
[0099]
其中：w为轮轴的角速度；
[0100]
f为脉冲信号频率；
[0101]
z为测速齿轮齿数。
[0102]
当车速为300km/h-450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h；更具体为：当车速为300km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为50km/h，下限值为40km/h；或当车速为350km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为55km/h，下限值为40km/h；或当车速为400km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h；或当车速为450km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。
[0103]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。
技术特征：1.一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，包括控制计算单元、防滑阀和制动缸；所述控制计算单元被设置有速度差的门限值，并检测和计算制动过程中实际的所述速度差；当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，触发所述系统执行制动防滑，所述控制计算单元发出指令，所述指令用于打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。2.根据权利要求1所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，所述实际的所述速度差为制动过程中同一时刻多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值。3.根据权利要求1或2任一所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，还包括多个测速器，所述多个测速器分别设置在不同的轮轴上，所述多个测速器用于实时检测不同的轮轴的圆周速度，所述控制计算单元接收制动过程中的所述实时检测不同的轮轴的圆周速度并用于计算出所述实际的所述速度差。4.根据权利要求3所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，所述测速器包括测速齿轮和传感器，所述测速齿轮设置在轮轴上随轮轴转动，传感器采集转动的测速齿轮齿顶、齿谷在传感器前的交替性变化而产生脉冲信号，通过所述脉冲信号周期、测试齿轮齿数和轮轴上车轮的半径计算出所述轮轴的所述圆周速度。5.根据权利要求1所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，当车速为300km/h-450km/h范围的速度差门限值的取值范围的上限值为60km/h，下限值为40km/h。6.根据权利要求5所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，当车速为350km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为55km/h，下限值为40km/h。7.根据权利要求5所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，当车速为400km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。8.根据权利要求5所述的一种用于轮轨制动的控制系统，其特征在于，当车速为450km/h时，所述速度差门限值的取值范围取值的上限值为60km/h，下限值为40km/h。9.一种用于轮轨制动的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：设置速度差的门限值；检测和计算制动过程中实际的所述速度差，当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，执行制动防滑，所述执行制动防滑包括打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。10.一种用于轮轨制动的控制方法，其特征在于，所述检测和计算制动过程中实际的所述速度差包括实时检测不同的轮轴的圆周速度，并接收该数据计算出所述实际的所述速度差；所述实际的所述速度差为制动过程中同一时刻多个轮轴中任一轮轴的圆周速度与动车速度值的差值中的最大值。
技术总结一种用于轮轨制动的控制系统，包括控制计算单元；包括控制计算单元、防滑阀和制动缸；所述控制计算单元被设置有速度差的门限值，所述速度差的门限值的取值设置为使制动过程中的黏着力系数值能够进入在第一峰值点之后的黏着再上升阶段；当制动过程中实际所述速度差大于等于所述速度差的门限值时，触发所述系统执行制动防滑，所述控制计算单元发出指令，所述指令为打开防滑阀，使得制动缸压力下降，进入排风阶段。通过设置速度差的门限值，使黏着曲线随着蠕滑率的增加出现黏着再上升阶段，动车可利用黏着再上升阶段中的黏着力系数值来进行制动，更好的降低了制动距离，又能有效避免车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤。
技术研发人员：陈波 常崇义 蔡园武 白鑫 李果 郭刚
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
