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原文传递一种混合动力有轨电车制动优化方法及系统

专利名称：	一种混合动力有轨电车制动优化方法及系统
摘要：	本发明公开一种混合动力有轨电车制动优化方法及系统，根据燃料电池混合动力有轨电车运行线路及列车定位系统进行制动优化，采用路况识别及车辆定位系统对车辆运行数据进行记录分析，搜寻并确定制动起始、终止点，在制动区间前设置SOC判定点和SOC调整区段，结合车辆载重状态对超级电容SOC值进行精准调节，保证超级电容在制动区间段吸收再生制动能量最大化，实现最优制动。本发明保证整车制动性能不受影响的前提下，增大再生制动能量吸收，减少以热量形式消耗在制动电阻上的能量，提高能量利用率，降低车辆运行耗氢量，减小车辆运行成本，实现节能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	中车唐山机车车辆有限公司
发明人：	潘硕;刘正杰;戴朝华;李密;刘洋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910028543.7
公开号：	CN109733443A
代理机构：	成都帝鹏知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李华
分类号：	B61L25/02(2006.01);B;B61;B61L;B61L25
申请人地址：	064000 河北省唐山市丰润区厂前路3号
主权项：	1.一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，包括步骤： S100，路况识别分析：利用有轨电车状态实测信号对车辆运行线路工况进行路况识别，运用定位系统记录实际运行线路中各点坐标及高度数据，生成含坡度和曲线的有轨电车实际运行线路图，并对整条运行线路进行数据分析处理；动力源监测信号包括：监测燃料电池状态，产生第一动力源信号；监测超级电容状态，产生第二动力源信号；监测储能电池状态，产生第三动力源信号；车辆状态监测信号包括：通过车载质量传感器获取车辆载重状态，通过车载速度传感器获取车速，通过电流电压传感器获取直流母线电流电压，通过车载转向架传感器获取转向架工作状态； S200，制动终止点搜寻：根据所述有轨电车实际运行线路图，搜寻列车制动终止点并记录各点坐标及各动力源数据，由制动目的将制动终止点划分为缓降制动终止点、曲线制动终止点和站台制动终止点；制动起始点搜寻：根据所述有轨电车实际运行线路图，搜寻列车制动起始点并记录各点坐标及各动力源数据，由制动目的将制动起始点划分为缓降制动起始点、曲线制动起始点和站台制动起始点； S300，制动优化调整：结合车速和载重状态获取各制动区间段内制动能量并转换为超级电容SOC变化值，从而通过超级电容SOC变化值量化各制动区间段制动能量值，使在制动区间吸收再生制动能量后SOC值不超过超级电容最高SOC值的限制，以精准调节各制动起始点超级电容SOC值，保证各区间段制动能量回收最大化。 2.根据权利要求1所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，所述有轨电车状态实测信号包括加速度信号、速度信号、陀螺仪信号和转向架监测信号；所述定位系统包括列车测速设备和信标，在列车上安装测速设备和信标接收天线，在线路沿线的地面设置固定信标；通过测速设备计算列车的相对位置，列车通过地面信标时进行位置校正，实现列车精确定位。 3.根据权利要求1所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，在所述步骤S200中，所述制动终止点搜寻，包括步骤： S211，缓降制动终止点搜寻：通过定位系统获取的所述高度数据，选出前一区间段内高度数据显著下降的点，且经过该点后高度数据趋于平稳不再有明显变化的点，预选为缓降制动终止点；结合实际运行线路图对预选缓降制动终止点进行筛选，得到车辆缓降制动终止点； S212，曲线制动终止点搜寻：列车在进入曲线之前进行制动操作，使得车辆以可控速度通过曲线路段；通过所述转向架工作状态，选出从制动操作点起转向架在接下来一段时间处于持续工作状态的点，预选为曲线制动终止点；结合实际运行线路图对预选曲线制动终止点进行筛选，得到车辆曲线制动终止点； S213，站点制动终止点搜寻：通过定位系统记录实际运行线路中各点坐标，为站点制动终止点。 4.根据权利要求3所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，在步骤S200中，所述制动起始点搜寻，包括步骤： S221，缓降制动起始点搜寻：通过定位系统获取的所述高度数据，对比各点高度选出从该点起坐标高度显著下降的点，预选为缓降制动起始点；结合实际运行线路图对预选缓降制动起始点进行筛选，得到车辆缓降制动起始点； S222，曲线制动起始点搜寻：通过所述曲线制动终止点的坐标数据，采用逆推法求得曲线制动起始点坐标；由曲线制动终止点坐标减去曲线制动距离得到曲线制动起始点； S223，站点制动起始点搜寻：通过所述站点制动终止点的坐标数据，采用逆推法求得站点制动起始点坐标；由站点制动终止点坐标减去站点制动距离得到站点制动起始点。 5.根据权利要求4所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，在步骤S222中，通过统计法获取制动距离和车速变化量；通过处理大量的车辆实测运行数据并滤除干扰数据，分别求得每个曲线制动区间有轨电车的平均制动距离和曲线平均车速变化量，运用曲线制动终止点坐标减去曲线制动区间平均制动距离即可得到所述曲线制动起始点的坐标数据；通过统计法获取制动距离和车速变化量；通过处理大量的车辆实测运行数据并滤除干扰数据，分别求得每个站点制动区间有轨电车的平均制动距离和站点平均车速变化量，运用站点制动终止点坐标减去站点区间平均制动距离即可得到站点制动起始点坐标。 6.根据权利要求5所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，在所述步骤S300中，包括步骤： S301，根据车辆载重状态处理各制动区间段车辆实际运行数据，得到各载重状态下超级电容SOC变化值，实现不同载重状态下制动能量的量化； S302，在所述制动起始点前设置SOC调整区段，所述SOC调整区段的长度等于制动区间长度；设置SOC调整区段的起始点为SOC判定点，记录判定点坐标数据，并结合车辆载重状态设置判定点SOC标准值； S303，监测判定点处超级电容实时SOC值； S304，根据判定点实时SOC值与标准SOC值的对比，通过调整各动力源输出状态，实现对超级电容SOC值的精准调节，保证各区间段制动能量回收最大化。 7.根据权利要求6所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，在所述步骤S301中量化制动能量过程，包括步骤：由于列车制动区间的制动能量与车辆载重及制动区间速度变化量有关，依据轨道交通车辆载重标准将车辆载重状态分为AW0、AW1、AW2和AW3四种状态，分别定义各状态包含的质量范围；通过处理各制动区间段车辆实际运行数据对制动能量进行量化：首先参照质量数据对车辆载重状态进行分类；然后以平均速度变化量为标准取±2km/h设置有效数据范围作为制动区间进行数据筛选；最后找出各载重状态下超级电容SOC变化的最大值，作为为该制动区间和载重状态下的SOC变化值，从而实现不同载重状态下制动能量的量化；在所述步骤S304中SOC值对比调整过程，包括步骤：当实时SOC值小于等于标准SOC值时，维持车辆现有运行状态及各动力源输出状态不变；当实时SOC值大于标准SOC值时，保证车辆整体运行状态不变，在SOC调整区段对超级电容SOC值进行调整，将调整信号传送至能量控制模块，调整各动力源输出，燃料电池及储能电池降功运行，增大超级电容输出功率，使得超级电容SOC调整量应大于SOC调整量min，SOC调整量min＝SOC实时-SOC标准；从而实现对超级电容SOC值的精准调节，保证各区间段制动能量回收最大化。 8.根据权利要求1-7中任一所述的一种混合动力有轨电车制动优化方法，其特征在于，当车速过大且制动功率和能量极高时，受限于变流器功率等级或超级电容最高SOC值，不能完全吸收再生制动能量时，分级投入制动电阻至直流母线进行电阻制动；当最高级电阻制动也不能满足制动需求时，由驾驶人员控制投入机械制动，作为车辆紧急制动和安全制动的补充制动方式。 9.一种混合动力有轨电车制动优化系统，其特征在于，包括能量管理系统、SOC判定系统、动力源监测系统、车辆状态监测系统、燃料电池系统、燃料电池供电系统、超级电容系统、超级电容供电系统、锂电池系统、锂电池供电系统和直流母线；车辆驾驶室控制系统传递车辆检测信息至能量管理系统，所述动力源监测系统分别连接至燃料电池系统、超级电容系统和锂电池系统，并将检测信息反馈给SOC判定系统；所述SOC判定系统连接至所述能量管理系统将SOC判定信息传输至能量管理模块，所述能量控制模块包括燃料电池能量控制系统、超级电容能量控制系统和锂电池能量控制系统；所述燃料电池能量控制系统，将控制信号传送给燃料电池供电系统，供电系统两端分别与燃料电池及直流母线相连接，其能量流通路径为单向，用于调整燃料电池向直流母线的输出功率；所述超级电容能量控制系统，将控制信号传送给超级电容供电系统，供电系统两端分别与超级电容及直流母线相连接，其能量流通路径为双向，用于调整超级电容与直流母线的能量交换；所述锂电池能量控制系统，将控制信号传送给锂电池供电系统，供电系统两端分别与锂电池及直流母线相连接，其能量流通路径为双向，用于调整锂电池与直流母线的能量交换。 10.根据权利要求9所述的一种混合动力有轨电车制动优化系统，其特征在于，还包括电阻制动系统和机械制动系统；所述电阻制动系统通过检测直流母线电压电流，进行分级制动电阻控制；所述机械制动系统通过车辆驾驶室控制，对车辆进行机械制动控制；当车速过大且制动功率和能量极高时，受限于变流器功率等级或超级电容最高SOC值，不能完全吸收再生制动能量时，分级投入制动电阻至直流母线进行电阻制动；当最高级电阻制动也不能满足制动需求时，由驾驶人员控制投入机械制动，作为车辆紧急制动和安全制动的补充制动方式。
所属类别：	发明专利