摘要：本文针对现在铁路方便卡车制动防滑功率不高的现状，提出了一种以STM32F103为操控中心的电子防滑器，介绍了电子防滑器的作业原理以及硬件组成。该体系选用含糊操控方案，进行二维含糊操控器的规划，并在MATLAB/Simulink中建立了方便卡车的制动防滑仿真模型。仿真成果表明，选用含糊操控时，体系的安稳性增强、调度时间短、呼应速度快且具有较强的鲁棒性。终究剖析了体系软件规划。
导言
跟着铁路货运的展开，时速160km/h的方便卡车防滑制动技能成为研讨的重要课题。现在，我国铁路总公司下达的科研方案《160km/h方便卡车要害技能研讨》明确提出了展开方便卡车防滑器安全技能的研讨。因为受粘着约束，方便卡车在制动进程中容易产生滑行，导致车轮或轨面擦伤。因而，牢靠的防滑操控是进步方便卡车制动功率、保证行车安全运转的要害。传统的机械式防滑器存在灵敏度低、呼应慢、制动作用差、易磨损等缺陷。依据此，本文提出了一种以STM32为防滑操控器，以含糊操控为算法的电子防滑器。该防滑器经过实时收集4个车轴上速度传感器宣布的脉冲信号，核算各轴速度和轮减速度，经过比较轴速取得整车速度，以核算滑移率。再将核算成果与多滑行判据进行比较，一旦检测到某轴产生滑行，即操控该轴防滑电磁阀充放气、调度制动缸压力，避免车轮持续滑行。方便卡车电子防滑器的原理图如图1所示。
1 体系硬件规划
体系硬件整体规划方案如图2所示。选用模块化规划思维，首要包含电源模块、主控模块、速度信号收集与调度模块、排风阀驱动模块、毛病检测模块、存储与显现模块。
1.1 电源模块
为了使电子防滑器安稳牢靠地作业，一个功用优质的电源是十分必要的。电子防滑器的外部电源运用的是车轴动能供电设备[1]，该设备内部经过电源办理后可给防滑操控器各个模块正常供电。因为体系各个用电元件的供电电压不同，故在电源模块中需进行DC/DC转化电路规划，使防滑操控器安稳牢靠地作业。
1.2 防滑操控器主控模块
防滑操控器的主控芯片选用的是ST(意法半导体)公司依据ARM Cortex-M3内核的32位微操控器STM32F103ZET6，其内核架构先进，功用优越，最高作业频率可达72MHz，履行功率高，并具有丰厚的外设资源。运用其通用守时器的捕获/比较通道可捕捉到外部引脚电平的跳变，可方便地用于速度信号的丈量。此外，完结防滑操控用到的片上资源还包含：SRAM、GPIO、ADC、DMA、USART、外部中止接口、I2C接口和内部看门狗等。
1.3 速度信号收集与调度模块
速度传感器选用霍尔式传感器，首要担任收集各轮对的实时转速，经过信号调度(光电阻隔)后提供给主控单元进行处理。
1.4 防滑排风阀驱动模块
排风阀是履行部件，排风阀驱动模块用于将操控器输出的弱电信号转化为驱动电磁阀的功率信号，然后完结防滑操控。
1.5 毛病检测、存储与显现模块
电子防滑器需求具有一些隶属功用，如毛病检测、存储与显现功用。当速度传感器与防滑排风阀呈现毛病时，能够将毛病信息存储下来，在卡车泊车检修的时分经过显现操作面板获取、铲除毛病信息。
2 含糊操控器的规划与验证
因为方便卡车轮轨黏着多变、受外界各种影响要素较多，因而很难提取出线性模型来描绘，并且铁路现场实验费用十分高。含糊操控办法的长处是不需求准确的数学模型，运用含糊剖析和专家经历确认含糊操控规矩，在处理非线性操控体系时，变操控体系以及不确认性操控体系有其本身的优势。因而，把含糊操控理论引进到电子防滑器的规划中无疑是一种很好的挑选。下面将对含糊操控器的规划与验证进程进行剖析评论。
2.1 含糊操控器的规划
2.1.1 准确量含糊化
电子防滑器的滑行判据首要包含速度差、减速度、滑移率以及减速度微分等[5-7]。本文选取滑移率E和受控轮减速度EC为输入变量，制动缸压力的调整量U作为输出变量，在MATLAB/Simulink环境中进行二维含糊操控器的规划。其间滑移率的根本论域为[0，0.26]，减速度的根本论域为[-4，+4]。滑移率的含糊论域规模设定为[0，6]，含糊言语变量分为5级：NB、NS、ZE、PS和PB;减速度的含糊论域规模在[-6，+6]，含糊言语变量分为 7级：PL、PM、PS、ZE、NS、NM和NL。由此可得，滑移率的量化因子为KE=6/0.26=23.08，减速度的量化因子为KEC=6/4=1.5。制动缸压力的调整量为终究输出变量，规模设定在[-100%，+100%]，含糊论域为[-6，+6]，其量化因子为KU=1/6。在规划含糊操控器时，能否恰当选取KE和KEC，对体系呼应速度和实践调整量有较大影响[4]。
2.1.2 确认含糊操控规矩
含糊操控规矩对含糊操控器的操控作用影响最为杰出，它源于操作人员的经历和知识，经过经历概括或组成推理而得来。本文结合了对电子防滑器的既有经历和对含糊操控的重复实践[5-8]，总结出了如表1的含糊操控规矩。
2.1.3 解含糊
含糊操控器要完结其操控，必需要产生一个准确量，才干被相关履行机构所承受。解含糊便是将含糊推理得到的含糊操控量转化为准确量的进程。依据上述得到的含糊操控规矩，选用重心法求取各个相应的操控量[6]，可得该体系含糊操控器的操控表，如表2所示。
将表2固化到STM32的ROM中，以便电子防滑器的软件开发。本文选用离线查询法完结含糊操控[5-6]：经过软件编程，将含糊操控的输入量先进行离散化，再经过含糊推理制成含糊操控离线查询表，在实践的防滑操控进程中只需测得含糊输入的量化值，经过查表即可得到含糊操控的输出。
2.2 含糊操控器的验证
为了完结含糊操控器功用的验证，本文选用中车眉山车辆有限公司的160km/h方便卡车样车相关数据作为数学模型[3]，在Simulink仿真软件中建立了方便卡车防滑操控的仿真模型，如图3所示。
含糊操控子模块依据输入的防滑判据，查询含糊操控器输出制动缸压力;被控车轮模块依据轮对受力剖析理论核算并输出轮减速度和轮速到相关模块;整车模块依据整车制动力核算整车减速度和制动间隔，以便核算滑移率。粘着约束模块依据整车速度核算粘着系数，并经过设定制动间隔让车轮进入打滑状况。设定初速度为44m/s(约160km/h)，制动缸压初始量为450KPa，仿真成果如图4所示。
从仿真成果来看，打滑时轮减速度得到有用的操控，且调度时间短、呼应速度快，具有较强的鲁棒性。能够阐明，选用含糊操控时，体系取到了抱负的防滑操控作用。
3 体系软件规划
体系软件首要分为两大部分：第一部分为体系初始化部分，首要包含GPIO初始化、守时器初始化、ADC初始化、操控参数初始化等。第二部分为主操控循环部分，首要包含速度丈量与核算子程序、防滑操控子程序、毛病检测子程序和泊车处理子程序。速度丈量与核算子程序首要完结速度信号的实时检测、核算轮速和轮减速度，得到整车速度，从而核算滑移率。防滑操控子程序首要包含滑行检测和含糊操控两部分，体系首要进行滑行状况的守时检测，以判别各车轮在运转进程中是否打滑，若产生打滑，则进入含糊操控子程序，再依据滑行判据，运用离线查表法输出含糊操控量。毛病检测子程序首要检测防滑器要害部件(如速度传感器、防滑阀)是否正常作业，如有毛病应该作出相应的操控：当检测到某速度传感器产生毛病时，用邻轴正常的速度值进行替换;在检测到某防滑阀功用反常时，则屏蔽其操控信号，对应车轴施行一般的正常制动。泊车处理子程序是在卡车泊车检修的情况下，列检人员经过按键操控完结体系的自检、毛病显现与铲除功用，以便防滑器的检修与保护。
体系软件流程如图5所示。体系上电或复位后，先履行体系初始化程序，然后进入主操控循环程序。主操控程序中先履行毛病检测子程序，假如体系正常，则进入速度丈量与核算子程序，得到滑移率和减速度。当整车速度大于3km/h时[5]，则履行防滑操控子程序;不然不进行防滑操控，此刻若有按键操作，则进入泊车处理子程序。
4 结语
高功用的防滑操控器及先进的操控算法，对方便卡车制动体系功用的进步具有重要意义。本文提出了一种以STM32F103为防滑操控器、以含糊操控为算法的电子防滑器，在软硬件规划上，选用模块化规划思维，有用进步了方便卡车防滑操控的实时性和准确性，弥补了以往机械式防滑器在滑行操控动态功用上的缺乏;在防滑操控算法上，选取滑移率和减速度为防滑判据进行二维含糊操控器的规划，并运用MATLAB/Simulink仿真东西建立仿真模型进行仿真验证，终究证明选用含糊操控算法进行电子防滑器的规划是一种可行的方法。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第9期第33页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
