本发明涉及牵引电机控制，尤其是涉及一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略。
背景技术：
1、目前equation chapter4 section 1在铁路运输中，车辆依靠轮轨黏着传递牵引/制动力，完成加/减速运行。轮轨黏着条件实时变化，需通过黏着控制以抑制车辆空转/滑行的发生，保证列车正常运行，并最大化利用黏着限制以提高列车的牵引/制动性能。当路面黏着状态较差时，不仅车辆的牵引/制动性能得不到发挥，而且车辆的导向功能也受到影响。目前的黏着控制研究中均是针对刚性轮对车辆展开的，针对刚性轮对，目前主流黏着控制方法分为再黏着控制和优化控制两类[1-4]，通过这两类技术实现列车牵引/制动；独立旋转车轮车辆通常采用轮控方式，在动车上，一台电机驱动一个车轮，针对独立旋转车轮，黏着控制既需要保证牵引/制动，又需要满足车辆导向条件，刚性轮对采用的控制方式并不能满足独立旋转车轮的需求，因此要考虑车辆的牵引/制动性能和导向性能的约束条件，设计电机转矩分配策略，实现独立旋转车轮的导向控制。
2、现有技术仍存在以下不足：1)只考虑黏着控制，不适独立旋转车轮，独立旋转车轮还需要考虑转矩控制，进一步控制车辆导向。2)当黏着条件变化时候，没有考虑牵引/制动性能和导向性能的约束条件，没有考虑电机转矩分配策略。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，当轮轨黏着条件发生恶化时，根据轮轨之间的黏着状态，考虑车辆的牵引/制动性能和导向性能的约束条件，设计电机转矩分配策略。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，包括以下步骤：
3、s1、单轮黏着控制，采用黏着控制策略，对车轮空转滑行进行判断，估计轮轨黏着斜率，并计算最优蠕滑速度，输出电机转矩指令；
4、s2、单轴桥电机转矩分配策略，对控制对象为单轴桥电机处于不同工况时，按照防滑性能、导向性能以及牵引/电制动性能的优先级设计转矩分配策略；
5、s3、整车电机转矩分配策略，对控制对象为单节列车处于不同工况时，按照防滑性能、导向性能以及牵引/电制动性能的优先级设计转矩分配策略；
6、s4、优化转矩分配规则，分析不同工况下车辆的牵引/电制动性能是否达到最优状态，并设计相应的转矩分配规则。
7、优选的，在步骤s1中，判断车轮空转滑行的判据包括速度差、蠕滑率、加速度以及冲击率。
8、优选的，在步骤s1中，轮轨黏着斜率dμ/ds是黏着系数μ对蠕滑率s的微分，黏着系数μ是轮轨间切向力与其正压力的比值：
9、
10、式中fμ——轮轨间切向力(n)，q——轮重(n)；
11、轮轨间切向力fμ是无法直接测量的，通过牵引电机等效负载tl的全阶观测器估算获取，如下所示：
12、
13、
14、蠕滑率s是定量描述轮轨间蠕滑程度的无量纲物理量，其定义为：
15、
16、vs＝vw-vt＝ωwr-vt
17、轮轨黏着斜率dμ/ds的计算公式为：
18、
19、du/dt和ds/dt两个微分信号都易受到噪声的干扰，并且在黏着峰值点附近，二者的值都近似为0；因此，采用带遗忘因子的最小二乘法来避免误差，具体如下所示：
20、
21、t0——当前时刻，tc——采样间隔/控制算法执行周期，p——误差协方差矩阵，k——遗忘因子，λ——指数加权因子；
22、令
23、得到轮轨黏着斜率dμ/ds。
24、优选的，在步骤s2中，单轴桥电机处于的工况包括：无车轮空转/滑行、单车轮空转/滑行和双车轮空转/滑行。
25、优选的，当无车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
26、
27、左右电机转矩指令trefl和trefr都是由初始电机转矩指令值tcmd和导向转矩差指令δtg计算得到，防滑性能、导向性能以及牵引/电制动性能都得到满足；
28、当单车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
29、
30、左右电机转矩指令由左侧电机的优化黏着转矩指令toptl和导向转矩差指令δtg计算得到，左侧电机的优化黏着转矩指令toptl用于抑制车辆的空转/滑行，导向转矩差指令δtg用于保证导向功能的实现；
31、当双车轮空转/滑行时，牵引和制动工况的转矩分配规则是不同的，在牵引工况下，转矩分配如下：
32、
33、在制动工况下，转矩分配如下：
34、
35、topt0——优化黏着转矩指令的中间变量n·m；
36、左右电机转矩指令是由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr和导向转矩差指令δtg计算得到；在牵引工况下，topt0由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr的最小值计算得到；在制动工况下，topt0由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr的最大值计算得到。
37、优选的，在步骤s3中，单节列车处于的工况包括：无车轮空转/滑行、单车轮空转/滑行、同轴桥双车轮空转/滑行、异轴桥双车轮空转/滑行、三车轮空转/滑行和四车轮空转/滑行。
38、优选的，当无车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
39、
40、δtgf——前轴桥导向转矩差指令，δtgb——后轴桥导向转矩差指令(n·m)；
41、四个电机转矩指令treffl、treffr、trefbl、trefbr都是由初始电机转矩指令值tcmd和导向转矩差指令δtg计算得到，防滑性能、导向性能以及牵引/电制动性能都得到满足；
42、当单车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
43、
44、treff——前轴桥双电机转矩指令之和(n·m)；
45、trefb——后轴桥双电机转矩指令之和(n·m)；
46、tmin——电机能够输出的最小转矩(n·m)；
47、tmax——电机能够输出的最大转矩(n·m)；
48、前轴桥左右电机转矩指令是由前左电机的优化黏着转矩指令toptfl和前轴桥导向转矩差指令δtgf计算得到，前左电机的优化黏着转矩指令toptfl用于抑制车辆的空转/滑行，导向转矩差指令δtg用于保证导向功能的实现；后轴桥双电机转矩指令之和trefb是由前轴桥双电机转矩指令之和treff与初始电机转矩指令值tcmd计算得到。
49、当同轴桥双车轮空转/滑行时，牵引和制动工况的转矩分配规则是不同的，在牵引工况下，转矩分配如下：
50、
51、在制动工况下，转矩分配如下：
52、
53、toptf0——前轴桥优化黏着转矩指令的中间变量；
54、前轴桥左右电机转矩指令是由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr和前轴桥导向转矩差指令δtgf计算得到；在牵引工况下，toptf0由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr的最小值计算得到；在制动工况下，toptf0由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr的最大值计算得到；
55、当异轴桥双车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
56、
57、左右电机转矩指令是由左侧电机的优化黏着转矩指令toptl和导向转矩差指令δtg计算得到；
58、当三车轮空转/滑行时，牵引和制动工况的转矩分配规则是不同的；在牵引工况下，转矩分配如下：
59、
60、在制动工况下，转矩分配如下：
61、
62、前轴桥左右电机转矩指令是由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr和前轴桥导向转矩差指令δtgf计算得到；在牵引工况下，toptf0由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr的最小值计算得到；在制动工况下，toptf0由前轴桥左右电机的优化黏着转矩指令toptfl、toptfr的最大值计算得到；
63、当四车轮空转/滑行时，牵引和制动工况的转矩分配规则是不同的；在牵引工况下，转矩分配如下：
64、
65、在制动工况下，转矩分配如下：
66、
67、toptb0——后轴桥优化黏着转矩指令的中间变量；
68、左右电机转矩指令是由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr和导向转矩差指令δtg计算得到，牵引工况下，topt0由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr的最小值计算得到；在制动工况下，topt0由左右电机的优化黏着转矩指令toptl、toptr的最大值计算得到。
69、优选的，在步骤s4中，进行以下不同情况的分析和转矩分配规则的设计：
70、牵引工况，δtopt>2δtg>0，分配规则为：
71、
72、右侧电机的转矩指令转矩trefr等于右侧电机优化黏着转矩指令toptr，左侧电机转矩trefl指令由右侧电机优化黏着转矩指令toptr和导向转矩差指令δtg计算得到；
73、牵引工况，2δtg>δtopt>0，分配规则为：
74、
75、左侧电机的转矩指令转矩trefl等于右侧电机优化黏着转矩指令toptl，右侧电机转矩trefr指令由左侧电机优化黏着转矩指令toptl和导向转矩差指令δtg计算得到；
76、牵引工况，0>δtopt>2δtg，分配规则为：
77、
78、右侧电机的转矩指令转矩trefr等于右侧电机优化黏着转矩指令toptr，左侧电机转矩trefl指令由右侧电机优化黏着转矩指令toptr和导向转矩差指令δtg计算得到；
79、牵引工况，0>2δtg>δtopt，分配规则为：
80、
81、左侧电机的转矩指令转矩trefl等于右侧电机优化黏着转矩指令toptl，右侧电机转矩trefr指令由左侧电机优化黏着转矩指令toptl和导向转矩差指令δtg计算得到；
82、牵引工况，δtopt>0>2δtg，分配规则为：
83、
84、右侧电机的转矩指令转矩trefr等于右侧电机优化黏着转矩指令toptr，左侧电机转矩trefl指令由右侧电机优化黏着转矩指令toptr和导向转矩差指令δtg计算得到；
85、牵引工况，2δtg>0>δtopt，分配规则为：
86、
87、左侧电机的转矩指令转矩trefl等于右侧电机优化黏着转矩指令toptl，右侧电机转矩trefr指令由左侧电机优化黏着转矩指令toptl和导向转矩差指令δtg计算得到。
88、综上所述，可归纳出牵引工况的转矩分配规则：
89、当δtopt＞δtg,
90、当δtg＞δtopt,
91、同理可得制动工况的转矩分配规则：
92、当δtopt＞δtg,
93、当δtg＞δtopt,
94、当同轴桥左右车轮均空转/滑行时，根据左右电机优化黏着转矩指令toptl、toptr和导向转矩差指令δtg的关系计算左右电机转矩指令值trefl、trefr；在牵引工况，当δtopt>2δtg时，以右侧电机优化黏着转矩指令toptr为基准计算左右电机转矩指令值trefl、trefr；当2δtg>δtopt时，以左侧电机优化黏着转矩指令toptl为基准计算左右电机转矩指令值trefl、trefr；制动工况则相反。
95、因此，本发明采用上述结构的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，具备以下有益效果：
96、本发明能够满足独立旋转车轮的需求，可以当轮轨黏着条件发生恶化时，根据轮轨之间的黏着状态，考虑车辆的牵引/制动性能和导向性能的约束条件，设计电机转矩分配策略。通过重新分配左右电机转矩以实现导向功能。
97、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s1中，判断车轮空转滑行的判据包括速度差、蠕滑率、加速度以及冲击率。
3.根据权利要求2所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s1中，轮轨黏着斜率dμ/ds是黏着系数μ对蠕滑率s的微分，黏着系数μ是轮轨间切向力与其正压力的比值：
4.根据权利要求1所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s1中，通过梯度下降法进行最优蠕滑率和最优蠕滑速度的求解：
5.根据权利要求1所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s2中，单轴桥电机处于的工况包括：无车轮空转/滑行、单车轮空转/滑行和双车轮空转/滑行。
6.根据权利要求5所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：当无车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
7.根据权利要求1所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s3中，单节列车处于的工况包括：无车轮空转/滑行、单车轮空转/滑行、同轴桥双车轮空转/滑行、异轴桥双车轮空转/滑行、三车轮空转/滑行和四车轮空转/滑行。
8.根据权利要求7所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：当无车轮空转/滑行时，转矩分配如下：
9.根据权利要求1所述的一种考虑黏着限制的独立旋转车轮转矩分配策略，其特征在于：在步骤s4中，进行以下不同情况的分析和转矩分配规则的设计：
