CN117163074B - 列车撒砂控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车撒砂控制方法及车辆。该方法包括：在列车制动过程中，实时计算轮对减速度和轮对减速度微分值；当在N1个周期内防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂；在自适应撒砂控制过程中，实时获取列车轮轨摩擦力和目标制动力；根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂。本发明能够精准撒砂，快速恢复轮轨黏着，且能够减小撒砂量。

Description

列车撒砂控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及列车制动技术领域，尤其涉及一种列车撒砂控制方法及车辆。

背景技术

当轨道黏着系数由于雨雪、油污或落叶等原因变小时列车会出现滑行或者空转的现象，严重影响列车的运行安全。为了防止车轮擦伤在轨道车辆上配备撒砂系统，通过在列车的轮轨接触面上进行撒砂来提高轮轨间的黏着系数。

现有列车上设置的撒砂装置通过手动或者自动的方式进行撒砂，制动控制单元和牵引控制单元检测到空气制动滑行或者电制动滑行时进行撒砂。撒砂压力与列车当前速度有关，车辆速度在设定的速度以下时，采用低撒砂压力，车辆速度在设定的速度以上时，采用高撒砂压力。通过设定不同的撒砂压力来提高车辆的撒砂效率，使砂子均匀的撒在轮轨之间。

然而，现有撒砂控制方法根据车辆速度来判断撒砂量的大小，与列车滑行或者空转程度没有关联，容易出现无法快速消除车辆滑行和撒砂浪费的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种列车撒砂控制方法及车辆，以解决现有技术中无法快速消除车辆滑行和撒砂浪费的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种列车撒砂控制方法，包括：

在列车制动过程中，实时计算轮对减速度和轮对减速度微分值；

当在N1个周期内防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，N1为正整数；

当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据所述自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂；

在自适应撒砂控制过程中，实时获取列车轮轨摩擦力和目标制动力；

根据所述列车轮轨摩擦力和所述目标制动力，对所述自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂。

在一种可能的实现方式中，当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当在N1个周期内轮对减速度在一直下降时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂；

或者当在N1个周期内轮对减速度增加，且轮对减速度停止增加时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，所述根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据所述自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

在每个周期内，若轮对减速度大于等于第一减速度值，生成第一撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；

若轮对减速度小于等于减速度下限值时，生成第二撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第二撒砂压力撒砂，所述第二撒砂压力大于所述第一撒砂压力；

若轮对减速度大于减速度下限值，且小于所述第一减速度值时，根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，所述根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当所述轮对减速度微分值小于减速度微分值下限，或所述轮对减速度微分值大于减速度微分值上限时，生成撒砂第二撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第二撒砂压力撒砂；

当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与所述保压曲线、所述自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与所述保压曲线、所述自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，根据所述轮对减速度微分值设置对应的保压曲线和对应的自适应减压曲线；

当轮对减速度小于等于对应的保压曲线时，生成增压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力；

当轮对减速度大于对应的保压曲线，且小于等于对应的自适应减压曲线时，生成保压控制指令，控制撒砂装置保持采用当前撒砂压力进行撒砂，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域；

当轮对减速度大于对应的自适应减压曲线时，生成降压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域。

在一种可能的实现方式中，当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时，对应的保压曲线为a₁＝-ka₁'-b，对应的自适应减压曲线为a₁＝-cotβa₁'-b，cotβ>k；

当所述轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时，对应的保压曲线为a₂＝ka₂'-b，对应的自适应减压曲线为a₂＝cotβa₂'-b，cotβ>k；

式中，a₁表示轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时的轮对减速度，a₂表示轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时的轮对减速度，k表示保压曲线的斜率，a₁'表示轮对减速度a₁微分值，a₂'表示轮对减速度a₂微分值，b表示参数，cotβ表示自适应减压曲线的斜率，β表示自适应减压曲线的斜率对应的角度。

在一种可能的实现方式中，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力，包括：

根据p'＝p+Δp确定增大后的撒砂压力；式中，p'表示增大后的撒砂压力，p表示当前撒砂压力，Δp表示撒砂压力增大值；

控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域，包括：

根据β'＝β-Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，β'表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度，Δβ表示自适应减压曲线的斜率对应的角度变化值；

控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域，包括：

根据p”＝p-Δp/3确定减小后的撒砂压力；式中，p”表示增大后的撒砂压力；

根据β”＝β+Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，β”表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度。

在一种可能的实现方式中，获取列车轮轨摩擦力，包括：

获取列车制动缸压力值和轮对角速度；

根据所述制动缸压力值，计算制动力矩；

根据所述轮对角速度和所述制动力矩计算列车轮轨摩擦力。

在一种可能的实现方式中，根据所述列车轮轨摩擦力和所述目标制动力，对所述自适应撒砂控制指令进行调整，包括：

当所述列车轮轨摩擦力小于所述目标制动力时，保持所述自适应撒砂控制指令不变；

当所述列车轮轨摩擦力大于等于所述目标制动力时，将增压控制指令更换为保压控制指令。

第二方面，本发明实施例提供了一种车辆，包括控制器，所述控制器包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的列车撒砂控制方法的步骤。

本发明实施例提供一种列车撒砂控制方法及车辆，通过在防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，在轮对减速度符合预设条件下，进入自适应撒砂控制阶段，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂从而实现精准撒砂，快速恢复轮轨黏着；且在自适应撒砂过程中，根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂，能够减小撒砂量，减少对轨道上检测信号的干扰，降低维护成本，保证列车运营安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。

图1是本发明实施例提供的列车撒砂控制方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的蠕滑条件下黏着特性曲线示意图；

图3是本发明另一实施例提供的列车撒砂控制方法的实现流程图；

图4是本发明实施例提供的轮对减速度微分示意图；

图5是本发明另一实施例提供的轮对减速度微分示意图；

图6是本发明实施例提供的列车撒砂控制装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的控制器的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种列车撒砂控制方法的实现流程图，本发明实施例中的列车撒砂控制方法分为初始阶段和自适应控制阶段，自适应控制阶段包括基于减速度的自适应撒砂控制和基于目标制动力匹配的撒砂控制两部分。在初始阶段激活低压撒砂，在一定条件下进入自适应控制阶段，自适应控制阶段首先基于减速度自适应输出撒砂控制指令，再基于目标制动力匹配对撒砂控制指令进行调整，实现列车撒砂控制。

列车撒砂控制方法详述如下：

步骤101，在列车制动过程中，实时计算轮对减速度和轮对减速度微分值。

减速度是加速度、速度和位移构成的物理学中物体运动规律的基本量，它是指物体动量转换过程中的变化量，与加速度正好相反，代表了物体减速的状况。减速度可以表示为其中，是物体的速度变化率。

轮对减速度微分值是指轮对减速度对时间的求导，用a'表示。

在列车制动过程中，还可以实时计算列车的滑移率，表示列车的滑移程度，滑移率可以表示为其中，V_车表示车速，v表示轮对速度。

步骤102，当在N1个周期内防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，N1为正整数。

当根据列车的轮对减速度、轮对减速度微分值和滑移率判定列车滑行时，则控制防滑激活信号置位，说明轮对发生滑行进入初始撒砂控制阶段。

在初始撒砂控制阶段，激活低压撒砂，输出撒砂压力为P₁，即第一撒砂压力可以为P₁。由于此时列车刚开始滑行，为了保证车辆安全以及降低撒砂量，采用低压撒砂。需要说明的是，第一撒砂压力的具体值可以根据实际需求设置，在本实施例中不限定第一撒砂压力的取值。例如，第一撒砂压力的取值可以为250kPa、270kPa、280kPa等值。

步骤103，当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在初始阶段激活低压撒砂后，判断轮对减速度随滑移率变化的情况，并根据轮对减速度确定进入自适应控制阶段。

滑移率在变化过程中部分轨道工况下黏着系数有增大的现象，如图2所示的蠕滑条件下黏着特性曲线示意图，横坐标为滑移率，纵坐标为黏着系数。在发生滑行后，随着滑移率的增大或者减小，黏着系数可能增大，而黏着系数增大体现在轮对减速度增大上，因此在初始阶段激活低压撒砂后，若在N1个周期内轮对减速度一直下降则进入自适应控制阶段，若N1个周期内轮对减速度有增加的现象，则待轮对减速度不再增加时再进入自适应控制阶段，以充分利用轮轨本身的黏着变化特性。

在一实施例中，当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂，可以包括：

当在N1个周期内轮对减速度在一直下降时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂；

或者当在N1个周期内轮对减速度增加，且轮对减速度停止增加时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂。

需要说明的是，N1的值可以根据实际需求设置，例如N1取值为10。

在进入自适应控制阶段后，首先进行基于减速度的自适应撒砂控制。在基于减速度的自适应控制中，根据轮对减速度和轮对减速度微分所在的区域输出自适应撒砂控制指令，再根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂。每个执行周期依次进行上述控制。

在一实施例中，参见图3所示，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂，可以包括：

在每个周期内，检测轮对减速度是否大于等于第一减速度值；

若轮对减速度大于等于第一减速度值，例如a≥0，生成第一撒砂控制指令，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；

若轮对减速度小于等于减速度下限值时，即a≤-a_e，生成第二撒砂控制指令，控制撒砂装置以第二撒砂压力撒砂，第二撒砂压力大于第一撒砂压力；

若轮对减速度大于减速度下限值，且小于第一减速度值时，根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

可选的，这里第一减速度值可以为0，当轮对减速度为0时，说明轮轨黏着已经满足了当前实际制动力的要求，轮对已经开始恢复转速，因此激活低压撒砂，输出最低撒砂压力，使当前撒砂压力P＝P₁；否则进入下一步控制。

在轮对减速度小于0的情况下，判断减速度a是否大于减速度下限值，这里减速度下限值为-a_e，减速度上限值为a_e。若a≤-a_e则说明轮轨黏着极低，需要激活高压撒砂，输出最大的撒砂压力，使当前撒砂压力P＝P₂，即第二撒砂压力。

这里，减速度下限值的绝对值可以根据实际需求取值，在本实施例中不限定，例如a_e可以取值为4m/s²。

这里，第二撒砂压力的具体值可以根据实际需求设置，在本实施例中不限定第二撒砂压力的取值。例如，第二撒砂压力的取值可以为600kPa、630kPa、650kPa等值。

若a>-a_e则根据轮对减速度a的变化趋势，分为轮对减速度微分a'≤0和a'>0两种情况进入下一步控制。在一实施例中，根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，可以包括：

当轮对减速度微分值小于减速度微分值下限，或轮对减速度微分值大于减速度微分值上限时，生成撒砂第二撒砂控制指令，控制撒砂装置以第二撒砂压力撒砂；

在a'≤0的情况下，判断a'是否大于减速度微分下限-a'_e，若a'<-a'_e，则说明轮对减速度在快速减小，需要尽快提高黏着，因此激活高压撒砂，输出最高撒砂压力，使撒砂压力P＝P₂；

可选的，减速度微分下限值的绝对值可以根据实际需求取值，在本实施例中不限定，例如a'_e的取值可以为4m/s³。

在a'>0时，判断a'是否大于减速度微分上限a'_e，若a'>a'_e，则说明制动缸快速排风导致轮对减速度快速上升，为了维持制动力，需要尽快提高黏着，因此激活高压撒砂，输出最高撒砂压力，使撒砂压力P＝P₂。

当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与保压曲线、自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

若-a'_e≤a'≤a'_e，说明列车滑行工况在可控范围内，应该根据减速度和减速度微分所在的区域进行精细控制。

在一实施例中，当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与保压曲线、自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，可以包括：

当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，根据轮对减速度微分值设置对应的保压曲线和对应的自适应减压曲线；

可选的，参见图4所示，当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时，对应的保压曲线为a₁＝-ka₁'-b，对应的自适应减压曲线为a₁＝-cotβa₁'-b，cotβ>k；

参见图5所示，当轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时，对应的保压曲线为a₂＝ka₂'-b，对应的自适应减压曲线为a₂＝cotβa₂'-b，cotβ>k；

式中，a₁表示轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时的轮对减速度，a₂表示轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时的轮对减速度，k表示保压曲线的斜率，例如，k＝1，a₁'表示轮对减速度a₁微分值，a₂'表示轮对减速度a₂微分值，b表示参数，例如，b＝2，cotβ表示自适应减压曲线的斜率，β表示自适应减压曲线的斜率对应的角度，例如β∈[14°,38°]，初始值可以为14°。

当轮对减速度小于等于对应的保压曲线时，生成增压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力；

当轮对减速度大于对应的保压曲线，且小于等于对应的自适应减压曲线时，生成保压控制指令，控制撒砂装置保持采用当前撒砂压力进行撒砂，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域；

当轮对减速度大于对应的自适应减压曲线时，生成降压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域。

参见图3和图4所示，当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时，若轮对减速度a₁比对应的保压曲线小，即a₁≤-ka₁'-b，则说明轮对黏着与所需黏着相差较大，因此输出增压指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力。

可选的，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力，可以包括：根据p'＝p+Δp确定增大后的撒砂压力；式中，p'表示增大后的撒砂压力，p表示当前撒砂压力，Δp表示撒砂压力增大值，例如Δp可以取值为30kPa；如图4区域①所示。

若轮对减速度a₁比保压曲线大，即a₁>-ka₁'-b，则说明轮对黏着与所需黏着差距不大，轮对减速度变化趋势在可控范围，因此再与自适应减压曲线a₁＝-cotβa₁'-b进行比较，决定进行保压还是减压。

在轮对减速度微分值小于等于零的情况下，若a₁≤-cotβa₁'-b，则输出保压控制指令，撒砂压力保持不变，如图4区域②所示，同时自适应减压曲线进行自适应变化，控制减压曲线上升，增大保压控制区域，增加保压时长，维持系统稳定，如图4上升箭头所示。

可选的，控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域，包括：

根据β'＝β-Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线，即上升后的自适应减压曲线；式中，β'表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度，Δβ表示自适应减压曲线的斜率对应的角度变化值，可以取值为4°；

在轮对减速度微分值小于等于零的情况下，若a₁>-cotβa₁'-b，则输出减压指令，使撒砂压力减小，如图4区域③所示。

可选的，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，可以包括：根据p”＝p-Δp/3确定减小后的撒砂压力；式中，p”表示增大后的撒砂压力；

同时，自适应减压曲线进行自适应变化，使减压曲线下降，增大减压控制区域，增加减压时长，维持系统稳定，如图4下降箭头所示。可选的，根据β”＝β+Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线，即下降后的自适应减压曲线；式中，β”表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度。

参见图3和图5所示，当轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值下限时，若轮对减速度a₂比保压曲线小，即a₂≤ka₂'-b，则说明轮对黏着与所需黏着相差较大，因此输出增压指令，使撒砂压力增大如图5区域①所示。可选的，根据p'＝p+Δp确定增大后的撒砂压力；式中，p'表示增大后的撒砂压力，p表示当前撒砂压力，Δp表示撒砂压力增大值。

若轮对减速度a₂比保压曲线大，即a₂>ka₂'-b，则说明轮对黏着与所需黏着差距不大，减速度变化趋势在可控范围，因此再与自适应减压曲线a₂＝cotβa₂'-b进行比较，决定进行保压还是减压。

在轮对减速度微分值大于零的情况下，若a₂≤cotβa₂'-b，则输出保压指令，撒砂压力保持不变，如图5区域②所示，同时减压曲线进行自适应变化，使减压曲线下降，增大保压控制区域，增加保压时长，维持系统稳定，如图5下降箭头所示。可选的，根据β'＝β-Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线，即上升后的自适应减压曲线；式中，β'表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度，Δβ表示自适应减压曲线的斜率对应的角度变化值。

在轮对减速度微分值大于零的情况下，若a₂>cotβa₂'-b，则输出减压指令，使撒砂压力减小，如图5区域③所示，可选的，根据p”＝p-Δp/3确定减小后的撒砂压力；式中，p”表示增大后的撒砂压力。

同时减压曲线进行自适应变化，即增大β的值使减压曲线上升，增大减压控制区域，增加减压时长，维持系统稳定，如图5上升箭头所示。可选的，根据β”＝β+Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线，即下降后的自适应减压曲线；式中，β”表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度。

步骤104，在自适应撒砂控制过程中，实时获取列车轮轨摩擦力和目标制动力。

基于目标制动力匹配的撒砂控制对基于减速度的自适应撒砂控制输出的撒砂指令进行调整。撒砂控制的目标是使轮轨黏着能够满足目标制动力的需求，当轮轨摩擦力达到目标制动力时撒砂压力就可以不再增加，否则就撒砂过量，因此通过轮轨摩擦力的计算能够判断撒砂是否过量，通过比较轮轨摩擦力与目标制动力对撒砂指令进行调整可以在提高黏着的基础上，避免撒砂过量。

在一实施例中，获取列车轮轨摩擦力，可以包括：

获取列车制动缸压力值和轮对角速度；

根据制动缸压力值，计算制动力矩；

根据轮对角速度和制动力矩计算列车轮轨摩擦力。

这里获取轮对角速度，可以通过采集速度传感器信号，根据速度传感器信号计算轮对角速度。

在一实施例中，根据制动缸压力值，计算制动力矩，可以包括：

根据M_Z＝P_Z·n·μ·r计算制动力矩；

式中，M_Z表示制动力矩，P_Z表示制动缸压力值，n表示闸片数量，可以取值为4，μ表示闸片摩擦系数，可以取值为0.32，r表示闸片到轮轴距离，可以取值为0.23m；

在一实施例中，根据轮对角速度和制动力矩计算列车轮轨摩擦力，可以包括：

根据F＝(J·ω+M_Z)/R计算列车轮轨摩擦力；

式中，F表示列车轮轨摩擦力，J表示轮对转动惯量，ω表示轮对角速度，R表示轮对半径，可以取值为0.46m。

步骤105，根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂。

在一实施例中，当列车轮轨摩擦力小于目标制动力时，说明撒砂未过量，保持自适应撒砂控制指令不变，即采用当前撒砂控制指令进行撒砂；

当列车轮轨摩擦力大于等于目标制动力时，说明撒砂过量，将增压控制指令更换为保压控制指令。即当前为增压控制指令时，则不进行增压撒砂，还保持当前的撒砂压力，其他指令不变。

本发明实施例通过在防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，在轮对减速度符合预设条件下，进入自适应撒砂控制阶段，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂从而实现精准撒砂，快速恢复轮轨黏着；且在自适应撒砂过程中，根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂，能够减小撒砂量，减少对轨道上检测信号的干扰，降低维护成本，保证列车运营安全。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图6示出了本发明实施例提供的列车撒砂控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图6所示，列车撒砂控制装置6包括：计算模块61、控制模块62和获取模块63。

计算模块61，用于在列车制动过程中，实时计算轮对减速度和轮对减速度微分值；

控制模块62，用于当在N1个周期内防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；

控制模块62，还用于当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂；

获取模块63，用于在自适应撒砂控制过程中，实时获取列车轮轨摩擦力和目标制动力；

控制模块62，还用于根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂。

在一种可能的实现方式中，当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，控制模块62根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂时，用于：

当在N1个周期内轮对减速度在一直下降时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂；

或者当在N1个周期内轮对减速度增加，且轮对减速度停止增加时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，控制模块62根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂时，用于：

在每个周期内，若轮对减速度大于等于第一减速度值，生成第一撒砂控制指令，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；

若轮对减速度小于等于减速度下限值时，生成第二撒砂控制指令，控制撒砂装置以第二撒砂压力撒砂，第二撒砂压力大于第一撒砂压力；

若轮对减速度大于减速度下限值，且小于第一减速度值时，根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，控制模块62根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂时，用于：

当轮对减速度微分值小于减速度微分值下限，或轮对减速度微分值大于减速度微分值上限时，生成撒砂第二撒砂控制指令，控制撒砂装置以第二撒砂压力撒砂；

当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与保压曲线、自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂。

在一种可能的实现方式中，当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，控制模块62设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与保压曲线、自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂时，用于：

当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，根据轮对减速度微分值设置对应的保压曲线和对应的自适应减压曲线；

当轮对减速度小于等于对应的保压曲线时，生成增压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力；

当轮对减速度大于对应的保压曲线，且小于等于对应的自适应减压曲线时，生成保压控制指令，控制撒砂装置保持采用当前撒砂压力进行撒砂，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域；

当轮对减速度大于对应的自适应减压曲线时，生成降压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域。

在一种可能的实现方式中，当轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时，对应的保压曲线为a₁＝-ka₁'-b，对应的自适应减压曲线为a₁＝-cotβa₁'-b，cotβ>k；

当轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时，对应的保压曲线为a₂＝ka₂'-b，对应的自适应减压曲线为a₂＝cotβa₂'-b，cotβ>k；

式中，a₁表示轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时的轮对减速度，a₂表示轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时的轮对减速度，k表示保压曲线的斜率，a₁'表示轮对减速度a₁微分值，a₂'表示轮对减速度a₂微分值，b表示参数，cotβ表示自适应减压曲线的斜率，β表示自适应减压曲线的斜率对应的角度。

在一种可能的实现方式中，控制模块62控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力时，用于：

根据p'＝p+Δp确定增大后的撒砂压力；式中，p'表示增大后的撒砂压力，p表示当前撒砂压力，Δp表示撒砂压力增大值；

在一种可能的实现方式中，控制模块62控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域时，用于：

根据β'＝β-Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，β'表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度，Δβ表示自适应减压曲线的斜率对应的角度变化值；

在一种可能的实现方式中，控制模块62控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域时，用于：

根据p”＝p-Δp/3确定减小后的撒砂压力；式中，p”表示增大后的撒砂压力；

根据β”＝β+Δβ确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，β”表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度。

在一种可能的实现方式中，获取模块63获取列车轮轨摩擦力时，用于：

获取列车制动缸压力值和轮对角速度；

根据制动缸压力值，计算制动力矩；

根据轮对角速度和制动力矩计算列车轮轨摩擦力。

在一种可能的实现方式中，控制模块62根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，对自适应撒砂控制指令进行调整时，用于：

当列车轮轨摩擦力小于目标制动力时，保持自适应撒砂控制指令不变；

当列车轮轨摩擦力大于等于目标制动力时，将增压控制指令更换为保压控制指令。

上述列车撒砂控制装置，通过在防滑激活信号置位时，控制模块控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，在轮对减速度符合预设条件下，进入自适应撒砂控制阶段，控制模块根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂从而实现精准撒砂，快速恢复轮轨黏着；且在自适应撒砂过程中，根据列车轮轨摩擦力和目标制动力，控制模块对自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂，能够减小撒砂量，减少对轨道上检测信号的干扰，降低维护成本，保证列车运营安全。

本发明实施例提供一种车辆，包括控制器，图7是本发明实施例提供的控制器的示意图。如图7所示，该实施例的控制器7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个列车撒砂控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤105。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述控制器7中的执行过程。例如，所述计算机程序72可以被分割成图6所示各模块/单元。

所述控制器7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是控制器7的示例，并不构成对控制器7的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述控制器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器70可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器71可以是所述控制器7的内部存储单元，例如控制器7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述控制器7的外部存储设备，例如所述控制器7上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述控制器7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个列车撒砂控制方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种列车撒砂控制方法，其特征在于，包括：

在列车制动过程中，实时计算轮对减速度和轮对减速度微分值；

当在N1个周期内防滑激活信号置位时，控制撒砂装置以第一撒砂压力撒砂，N1为正整数；

当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据所述自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂；

根据轮对减速度和轮对减速度微分值生成自适应撒砂控制指令，并根据所述自适应撒砂控制指令控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

在每个周期内，若轮对减速度大于等于第一减速度值，生成第一撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第一撒砂压力撒砂；若轮对减速度小于等于减速度下限值时，生成第二撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第二撒砂压力撒砂，所述第二撒砂压力大于所述第一撒砂压力；若轮对减速度大于减速度下限值，且小于所述第一减速度值时，根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂；

根据轮对减速度微分值生成对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当所述轮对减速度微分值小于减速度微分值下限，或所述轮对减速度微分值大于减速度微分值上限时，生成撒砂第二撒砂控制指令，控制所述撒砂装置以第二撒砂压力撒砂；当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与所述保压曲线、所述自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂；

在自适应撒砂控制过程中，实时获取列车轮轨摩擦力和目标制动力；

根据所述列车轮轨摩擦力和所述目标制动力，对所述自适应撒砂控制指令进行调整，并采用调整后的撒砂控制指令控制撒砂装置撒砂。

2.根据权利要求1所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，当在N1个周期内轮对减速度符合预设条件时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当在N1个周期内轮对减速度在一直下降时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂；

或者当在N1个周期内轮对减速度增加，且轮对减速度停止增加时，根据轮对减速度和轮对减速度微分值控制撒砂装置进行自适应撒砂。

3.根据权利要求1所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，设置保压曲线和自适应减压曲线，并根据轮对减速度微分值分别与所述保压曲线、所述自适应减压曲线的关系，确定对应的撒砂控制指令，控制撒砂装置进行自适应撒砂，包括：

当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于减速度微分值上限时，根据所述轮对减速度微分值设置对应的保压曲线和对应的自适应减压曲线；

当轮对减速度小于等于对应的保压曲线时，生成增压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力；

当轮对减速度大于对应的保压曲线，且小于等于对应的自适应减压曲线时，生成保压控制指令，控制撒砂装置保持采用当前撒砂压力进行撒砂，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域；

当轮对减速度大于对应的自适应减压曲线时，生成降压控制指令，控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域。

4.根据权利要求3所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，

当所述轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时，对应的保压曲线为，对应的自适应减压曲线为，；

当所述轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时，对应的保压曲线为，对应的自适应减压曲线为，；

式中，表示轮对减速度微分值大于等于减速度微分值下限，且小于等于零时的轮对减速度，表示轮对减速度微分值大于零，且小于等于减速度微分值上限时的轮对减速度，表示保压曲线的斜率，表示轮对减速度微分值，表示轮对减速度微分值，表示参数，表示自适应减压曲线的斜率，表示自适应减压曲线的斜率对应的角度。

5.根据权利要求4所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，

控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上增大撒砂压力，包括：

根据确定增大后的撒砂压力；式中，表示增大后的撒砂压力，表示当前撒砂压力，表示撒砂压力增大值；

控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大保压控制区域，包括：

根据确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度，表示自适应减压曲线的斜率对应的角度变化值；

控制撒砂装置在当前撒砂压力基础上减小撒砂压力，同时控制对应的自适应减压曲线自适应调整，增大减压控制区域，包括：

根据确定减小后的撒砂压力；式中，表示增大后的撒砂压力；

根据确定自适应调整后的自适应减压曲线；式中，表示自适应减压曲线调整后的斜率对应的角度。

6.根据权利要求1所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，获取列车轮轨摩擦力，包括：

获取列车制动缸压力值和轮对角速度；

根据所述制动缸压力值，计算制动力矩；

根据所述轮对角速度和所述制动力矩计算列车轮轨摩擦力。

7.根据权利要求6所述的列车撒砂控制方法，其特征在于，根据所述列车轮轨摩擦力和所述目标制动力，对所述自适应撒砂控制指令进行调整，包括：

当所述列车轮轨摩擦力小于所述目标制动力时，保持所述自适应撒砂控制指令不变；

当所述列车轮轨摩擦力大于等于所述目标制动力时，将增压控制指令更换为保压控制指令。

8.一种车辆，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述的列车撒砂控制方法的步骤。