一种闸瓦制动摩擦力动态检测方法与流程

1.本发明属于轨道交通制动技术领域，具体是一种闸瓦制动摩擦力动态检测方法。


背景技术：

2.制动控制技术是轨道车辆的关键技术，关系着车辆行车安全性、运行可靠性、舒适性等方面内容，而制动控制技术的关键在于根据车辆制动需求指令施加相匹配的制动摩擦力，目前制动摩擦力实际施加值都是通过间接方式得到，有的是通过测量制动缸气压值换算成正压力再乘以摩擦力系数(设定为定值)得到制动摩擦力，但这种间接测量方式，因产品制造差异，气压值转化正压力时效率因数会有差异，同时摩擦材料性能、车辆速度、制动过程中温升、环境湿度等对摩擦系数影响巨大，导致换算得到的制动摩擦力偏差很大；也有通过在闸瓦和轮子之间埋测力传感器，直接测出正压力，再乘以摩擦系数(设定为定值)得到制动摩擦力，但此方案仍不能消除摩擦系数变化的影响；还有一些方式是通过速度传感器或加速度传感器等得到速度和加速度再间接计算出制动摩擦力，但也存在参照选择难及反应滞后等问题，导致制动摩擦力调整滞后，无法很好的满足车辆防滑等过程需要实时检测和调整的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对以上问题，本发明提供了一种闸瓦制动摩擦力动态检测方法，以解决背景技术中存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种闸瓦制动摩擦力动态检测方法，具体方案如下：
5.s1、利用计算机数字仿真技术，对制动相关部件在制动过程中所受各种外力作用影响条件下，进行受力分析。根据各制动相关部件上不同部位的局部形变与制动摩擦力的相关程度，找出受力变形敏感点；
6.s2、在上述受力变形敏感点，安装传感器组件；
7.s3、制动过程中，通过安装于传感器组件附近或车辆其他位置的检测运算单元，采集并融合上述所有传感器组件数据，利用数理统计原理，通过软件算法对数据进行分析处理，过滤掉各种干扰或记录异常的数据，对制动摩擦力进行估值，并对估值所依据的准则进行叠代优化；
8.s4、在一个与实际工作状态完全一致、且能够直接精确测量制动摩擦力的装置(也即实验室内的生产工艺装备)上，在能够正确涵盖所有可能的工作环境参数条件下，根据实测制动摩擦力(相对真值，作为测量基准值)和本方法估计值(示值)的比对结果，通过软件算法建立制动摩擦力估值相对于工作环境参数的修正函数；
9.s5、将上述修正函数作用于实际装置中，对用本方法得到的制动摩擦力估值进行修正，作为制动摩擦力的检测值对外输出。
10.本发明通过在制动过程中，对制动相关部件受力变形敏感点进行应变检测，得到
闸瓦动态制动摩擦力，测量直接，易于实现。
11.本发明中的应变式传感器以及温湿度、振动等工作环境参数相关传感器，可以直接安装于既有制动部件表面，不会造成既有产品结构的破坏，安装简易方便。
12.本发明通过制动受力发生的应力形变得到闸瓦动态制动摩擦力，该检测方法影响因数只与受力部件的材料变形特性相关，而正常装车产品上的受力部件，使用的受力区域都是在弹性形变范围内，线性度高(即使有一定的非线性，也可通过材料特性曲线进行修正)，因此检测结果准确性高。
13.本发明通过制动受力发生的应力形变得到闸瓦动态制动摩擦力，实时性好，部件材料只要受力就会发生形变，这是材料的特性，力的变化和形变同时发生，因此本检测方法通过检测应力变形得到闸瓦动态制动摩擦力具有高实时性。
14.总的来说，相比起正压力方向埋设力传感器或安装速度传感器、加速度传感器等检测方法，本发明构思简单，安装方便，不会破坏原有产品结构，易于实现，能实时得到更准确的测量结果。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述传感器组件包括但不限于应变式传感器以及温湿度、振动等工作环境参数相关传感器，所述检测运算单元包括但不限于数据采集单元与运算分析单元，所述传感器组件的输出端与数据采集的输入端电性连接，所述数据采集的输出端与运算分析单元的输入端电性连接
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述计算机数字仿真技术，包括但不限于ansys、matlab有限元仿真分析技术。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述制动相关部件，包括闸瓦、闸瓦托，以及车辆上的其他制动受力部件。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述敏感点，既包括制动受力过程中，与摩擦力方向和正压力方向变形相关程度都大的点，也包括与摩擦力方向变形相关程度大而与正压力方向变形相关程度小的点，同时还包括与正压力方向变形相关程度大而与摩擦力方向变形相关程度小的点。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述修正函数，既包括温湿度环境对受力的应力变形量影响，也包括了振动等其他工作环境对受力的应力变形量影响。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.1、本发明通过实时检测闸瓦或闸瓦托等制动受力部件的应力应变情况，直接得到车轮制动摩擦力，避免了现有假定摩擦系数为常数得到的动态制动摩擦力值，无法实时反应摩擦系数随着车辆速度、制动过程中温升、环境湿度等变化而改变的不足，同时也避免了通过速度传感器、加速度传感器间接计算得到的制动摩擦力值反应滞后，不便于制动过程中需要主动实时精确控制制动摩擦力的不足；
22.本发明的有益效果是通过上述测量方法，可以实时检测闸瓦的动态制动摩擦力，具有测量直接、准确性高、实时性好的优点，车辆可以根据该实时检测结果，快速准确地调整制动摩擦力大小，因调节精准性提高，可减少相应制动控制部件的调整次数和时间，提高车辆制动系统寿命和制动响应速度，有效减少因制动摩擦力不准确及响应滞后，造成的制动擦轮、制动事故等情况，同时也便于实现车辆速度、加速度、停车距离等精准控制，可提高车辆操作的舒适性和方便性，另外该发明可方便实现连挂车辆减速度一致性控制，有效减
少车辆之间的车钩力以及车辆纵向冲击。总的来讲，通过本发明解决了前面提到的现有动态制动摩擦力测量方法的不足，并提高车辆行车安全性、可靠性、运行舒适性和控制的方便性。
附图说明
23.图1为本发明闸瓦制动摩擦力的受力分析示意图；
24.图2为本发明闸瓦制动摩擦力动态检测方法的原理图；
25.图3为本发明传感器布置示例图。
26.图中：1、车轮；2、闸瓦；3、闸瓦托；4、第一应变式传感器；5、第一温湿度传感器；6、第一振动传感器；7、第二应变式传感器；8、第二温湿度传感器；9、第二振动传感器；10、传感器组件；20、检测运算单元。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明提供一种闸瓦制动摩擦力动态检测方法的实施例，该实施例中，如图2所示，该检测方法主要包括传感器组件10和检测运算单元20两部分，实现实时检测并输出动态闸瓦制动摩擦力值。
29.上述传感器组件包括应变式传感器以及补偿修正用温湿度、振动等工作环境参数相关传感器，安装于闸瓦、闸瓦托或其他制动相关受力部件上。
30.上述检测运算单元主要包括数据采集、信号放大、运算电路(包括软件算法)、外壳防护等功能模块，该单元可和其中任意一处传感器封装在一块，布置在传感器处，也可和传感器分开，安装于车辆任何方便安装的位置。
31.图1为本发明闸瓦制动摩擦力的受力分析示意图，闸瓦制动摩擦力f＝μfn；
32.其中，μ为闸瓦和轮子接触面的摩擦系数；
33.fn为车轮与闸瓦接触圆弧法向的正压力；
34.f为车轮与闸瓦接触圆弧切向方向的制动摩擦力；
35.相对来讲法向正压力能通过力传感器、制动缸压力等手段检测或计算出，但切向制动摩擦力无法通过力传感器直接测出，目前都是将摩擦系数设定为常数，通过正压力fn乘摩擦系数μ的方式得到闸瓦制动摩擦力，但因摩擦系数与闸瓦摩擦材料特性、车辆行驶速度、摩擦副接触表面干燥情况及制动过程中温升等众多因数相关，具有极大的不确定性，因此通过正压力，将摩擦系数设置为常数的转换方式具有很大的不确定性，实际偏差往往很大；还有一些方式是通过速度传感器或加速度传感器等得到速度和加速度再间接计算出制动摩擦力，但也存在参照选择难及反应滞后等问题。上述是本发明要解决的难点。
36.图3为本发明传感器组件安装布置示例图，序号1位置大圆示意为车轮，与车轮接触的序号2为闸瓦，与闸瓦后端接触的为序号3闸瓦托，在闸瓦托上安装布置有序号4和序号7应变式传感器、序号5和序号8温湿度传感器以及序号6和序号9振动传感器，另外在闸瓦托
背面相同位置安装布置有序号11和序号14应变式传感器、序号12和序号15温湿度传感器以及序号13和序号16振动传感器。
37.本实施例中，通过传感器组件中应变式传感器4、7、11、14，实时检测制动过程中上述敏感点切线和法线方向应力变形大小，并反馈到检测运算单元的采集电路中，检测运行单元通过软件算法，计算制动摩擦力。
38.本实施例中，传感器组件中温湿度传感器5、8、12、15以及振动传感器6、9、13、16，实时检测制动过程中闸瓦托对应位置的温湿度及振动情况，并反馈给检测运算单元，检测运算单元根据温湿度及振动的情况以及材料特性，修正检测到应力变形量，消除此类工作环境对检测的制动摩擦力结果的影响。
39.本发明的有益效果是通过上述测量方法，可以实时检测闸瓦的动态制动摩擦力，具有测量直接、准确性高、实时性好的优点。车辆可以根据该实时检测结果，快速准确地调整制动摩擦力大小，因调节精准性提高，可减少相应制动控制部件的调整次数和时间，提高车辆制动系统寿命和制动响应速度，有效减少因制动摩擦力不准确及响应滞后，造成的制动擦轮、制动事故等情况，同时也便于实现车辆速度、加速度、停车距离等精准控制，可提高车辆操作的舒适性和方便性，另外该发明可方便实现连挂车辆减速度一致性控制，有效减少车辆之间的车钩力以及车辆纵向冲击；
40.总的来讲，通过本发明解决了前面提到的现有动态制动摩擦力测量方法的不足，并提高车辆行车安全性、可靠性、运行舒适性和控制的方便性。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。