當(dāng)前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件

防滑控制是保障鐵道車輛制動安全,提高制動效率的有效手段。特別是隨著貨運速度的提高,一旦發(fā)生滑行,可能造成更大的危害,因此,我國的快速貨車上應(yīng)考慮安裝防滑裝置[1]。齊車裝備有限公司和眉山車輛有限公司在研發(fā)的快速貨車的樣機上,安裝了機械式防滑器來解決輪對滑行問題。然而機械式防滑器存在靈敏度低、性能不穩(wěn)定、不能實時監(jiān)測粘著狀態(tài)、調(diào)節(jié)制動壓力的缺點[1],且機械式防滑器中關(guān)鍵的敏感元件經(jīng)長期使用易磨損,導(dǎo)致其性能逐漸下降。電子防滑器利用計算機控制技術(shù),實時檢測車軸滑行狀態(tài),調(diào)整制動缸壓力以防止車軸打滑,且能根據(jù)多滑移判據(jù)判斷車軸是否滑行,具有更高的準(zhǔn)確性,在鐵道客車、動車組等機車車輛上得到廣泛運用。

在快速貨車上使用電子防滑器需解決電源問題。西南交通大學(xué)已設(shè)計出一種可懸掛于車體底部的風(fēng)力供電裝置[2]。本文在此基礎(chǔ)上對貨車采用電子防滑器方案進行相應(yīng)研究,提出了一種基于數(shù)字信號處理器(DSP-TMS320F2812)控制的防滑控制器,以模糊控制為算法,實現(xiàn)車軸的滑行檢測和防滑控制。

1快速貨車電子防滑器原理

由于受粘著限制,車輛制動過程中容易產(chǎn)生滑行,甚至車輪擦傷。目前在我國速度超過120km/h的鐵道機車車輛上均安裝了電子防滑器,防止車軸滑行。從原理上,快速貨車電子防滑器和客車電子防滑器其原理是一致的:防滑器通過實時采集車輛上4個車軸速度,經(jīng)比較得到車輛基準(zhǔn)速度,進而計算車輛滑移率和減速度等,并根據(jù)多滑移判據(jù),判斷車軸是否打滑,從而調(diào)整制動缸壓力,防止車輪滑行。本文設(shè)計的電子防滑器原理如圖1所示。


2硬件設(shè)計

防滑器需要采集各車軸速信號。速度傳感器輸出信號一般是速度脈沖形式,同時經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理才能完成防滑控制。較高的運算速度和數(shù)據(jù)處理能力可縮短防滑器的響應(yīng)時間,提高響應(yīng)準(zhǔn)確性。本文選用了TI公司的32bit定點DSP-TMS320F2812作為防滑器主機的核心控制器,其事件管理器的捕獲單元可捕捉到外部引腳的跳變,可方便用于速度傳感器信號的測量。該芯片數(shù)據(jù)處理能力達150MIPS,集成了豐富的片上外設(shè),既有數(shù)字信號的處理能力,又有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力,特別適合于需要大批量數(shù)據(jù)處理的測控論域[3]。此外,完成防滑控制主要用到的模塊還包括:事件管理器(EV)的定時器單元和CPU定時器、外設(shè)中斷擴展模塊(PIE)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、SPI通信接口、看門狗、通用I/O、外部中斷接口和存儲器接口等。

為了減少系統(tǒng)輸入、輸出與核心控制單元之間的信號干擾且便于維護,防滑器硬件采用如圖1所示的模塊化設(shè)計,分為信號調(diào)理模塊、核心控制單元和驅(qū)動模塊。

核心控制單元包含了最小系統(tǒng),其包括TMS320F2812、時鐘與復(fù)位電路、電源和濾波、JTAG等。此外,電子防滑器還應(yīng)包含其他必要的應(yīng)用電路,如故障碼掉電存儲、顯示和清除等。本文將DSP的串行外設(shè)接口(SPI)擴展了EEPROM存儲,選用X5045作為故障碼存儲器,其存儲容量為4KB,可進行100萬次擦寫。為方便維護,本文設(shè)計了故障碼顯示功能,選用MAX7219作為兩位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動器,由DSP的I/O口控制。此外,利用TMS320F2812的3個外部中斷口,直接作為按鍵控制接口,用于控制故障碼的顯示和清除等操作。
信號調(diào)理模塊和驅(qū)動模塊是電子防滑器的重要組成部分。速度傳感器的信號經(jīng)信號調(diào)理(光耦隔離)接到DSP的4路捕獲口,由DSP實時采集各車軸速度,計算滑移率、減速度等。防滑器根據(jù)車軸運行情況控制電磁閥驅(qū)動電路,從而控制防滑閥充放氣、調(diào)節(jié)制動壓力。

3軟件設(shè)計

在明確電子防滑器功能的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)采用了模塊化編程的思想,程序總體框圖如圖2所示。由于TMS320F2812的PIE模塊最多可支持96個中斷,為系統(tǒng)的模塊化編程帶來了很大的方便,增強了系統(tǒng)程序的可讀性。其中速度處理和滑行檢測控制是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵模塊。


3.1滑移率及減速度的計算
車軸前行速度v和車軸傳感器發(fā)出的脈沖頻率f成正比關(guān)系:

式中,D為車輪直徑,Z為車輪每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)。只要測得速度傳感器脈沖頻率即可計算各車軸速度。由于車輛制動過程速度傳感器頻率變化范圍廣,為保證在高、低頻情況下都能獲得較高的測量精度,本文選用變周期的M/T法測速,如圖3所示。頻率測量的最大誤差為一個基準(zhǔn)脈沖信號,其中基準(zhǔn)脈沖的頻率(37.5MHz)等于系統(tǒng)時鐘頻率除以分頻系數(shù)。所以只要測得速度脈沖對應(yīng)的基準(zhǔn)脈沖個數(shù)即可計算速度脈沖的頻率。捕獲CAP1,2腳時基為定時器1,設(shè)定計數(shù)周期為1ms;捕獲CAP5,6腳時基為定時器3,計數(shù)周期為1ms。開啟定時器周期中斷和捕獲中斷,N個速度脈沖對應(yīng)的基準(zhǔn)脈沖個數(shù):

速度測量的精度直接影響到控制結(jié)果,因此防滑器對速度的測量有較高的要求。本文用函數(shù)信號發(fā)生器生成脈沖信號,模擬速度傳感器速度輸出,用電子防滑器測量其頻率,以檢驗電子防滑器的速度測量精度。表1
給出了實驗結(jié)果。其中,fosc為函數(shù)信號發(fā)生器(DF1405)產(chǎn)生信號的頻率,vosc為車軸每轉(zhuǎn)發(fā)出200個脈沖情況下對應(yīng)的速度,fDSP為防滑器測得頻率,vDSP為其對應(yīng)的速度值。結(jié)果表明無論在高速或低速情況下,電子防滑器的速度測量絕對誤差不超過0.05km/h,相對誤差不超過0.05%,可滿足防滑器對速度測量精度的要求。


3.2滑行檢測和控制

本文應(yīng)用模糊控制算法實現(xiàn)防滑控制。為提高DSP運算效率、縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間,系統(tǒng)采用了離線查詢的方法實現(xiàn)模糊控制;通過MATLAB/Simulink仿真設(shè)計了二維模糊控制器;滑移率的基本論域為[0,0.25],減速度基本論域為[-4,4]。實際控制過程中只要測得滑移率和減速度的量化值,通過查表的方法即可得到當(dāng)前控制量。電子防滑器的控制輸出量為充放氣時間(0~500ms),正值即為充氣,負(fù)值為放棄,0為保壓。
設(shè)定CPU定時器0周期中斷為5ms(即單次充放氣時間為5ms),設(shè)定CPU定時器2中斷周期為100ms[4](即滑行狀態(tài)檢測周期)。則實際控制中,模糊控制量OP在[-50,50]內(nèi)即實施保壓。

4防滑模擬試驗

為驗證防滑器控制效果,本文在實驗室進行了防滑模擬試驗,如圖4所示。試驗以LabVIEW軟件為平臺,模擬整車速度信號和打滑車軸速度信號,通過防滑器對容積室壓力的控制模擬,實現(xiàn)對制動缸壓力的控制。在計算機上通過LabVIEW編程讀取MATLAB/Simulink仿真得到的兩路車軸信號,控制NI公司的6008型數(shù)據(jù)采集卡生成兩路與速度成比例的電壓信號。該電壓信號經(jīng)電壓頻率轉(zhuǎn)換電路,得到頻率與速度成比例的脈沖信號,速度脈沖信號經(jīng)信號調(diào)理模塊的光耦隔離接到DSP的CAP腳。其中電壓頻率轉(zhuǎn)換選用了AD654芯片來實現(xiàn)。AD654是一款低漂移、線性度高、低成本的電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片,只需要很少的外圍元件即可實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

本試驗控制對象為容積室,其壓力由充氣閥和排氣閥控制,容積室壓力通過壓力傳感器接到數(shù)據(jù)采集卡,在計算機上通過LabVIEW編程實時顯示容積室壓力。

試驗?zāi)M車輛在制動過程中出現(xiàn)車軸兩次打滑的情況,其結(jié)果如圖5所示。當(dāng)防滑器檢測到車軸滑行時,實時調(diào)整容積室壓力,可防止車軸繼續(xù)滑行,在無滑行后繼續(xù)恢復(fù)容積室壓力,以保證制動力的順利實施。

防滑控制是快速貨車制動的關(guān)鍵技術(shù)之一,對保障制動安全、提高制動效率具有重要意義。本文設(shè)計的基于DSP的快速貨車電子防滑器能高精度測量車軸速度,并以模糊控制為算法,根據(jù)多滑移判據(jù)檢測車軸滑行狀態(tài),及時調(diào)整制動缸壓力,防止車軸繼續(xù)打滑,從而保障制動安全,縮短制動距離,提高了制動效率。經(jīng)模擬試驗表明,本防滑器具有響應(yīng)快、實時性好、準(zhǔn)確性高等特點。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉