三模块分布式驱动虚拟轨道列车的驱动防滑控制

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.027

中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (9): 2343-2353.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.027

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三模块分布式驱动虚拟轨道列车的驱动防滑控制

陈勇¹^,², 左建勇¹, 曹文祥², 刘宏达², 吴磊³()

^1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院, 上海, 201804
^2.中车株洲电力机车有限公司, 株洲, 412001
^3.西南交通大学机械工程学院, 成都, 610031

收稿日期:2025-02-20 出版日期:2026-09-25 发布日期:2026-10-21
通讯作者: 吴磊
作者简介:陈勇，男，1981年生，正高级工程师、博士研究生。研究方向为轨道交通控制技术
吴磊^*（通信作者），男，1981年生，副教授、博士。研究方向为车辆导向主动控制。E-mail：Virtualtrack2024@163.com。
第一联系人：朱峰，男，2000年生，硕士研究生。研究方向为复钛叠层材料的铆焊连接工艺。E-mail： f1109_zhu@sjtu.edu.cn。马运五^*（通信作者），男，1990年生，副教授、博士研究生导师。研究方向为轻量化材料焊接与连接技术。E-mail： myw3337@sjtu.edu.cn。
基金资助:
四川省自然科学基金(2024NSFSC0019);西藏自治区科技计划(XZ202402ZD0003-06)

Drive Anti-slip Control of Three-module Distributed Drive Virtual Track Trains

CHEN Yong¹^,², ZUO Jianyong¹, CAO Wenxiang², LIU Hongda², WU Lei³()

^1.Institute of Rail Transit，Tongji University，Shanghai，201804
^2.CRRC Zhuzhou Electric Locomotive Co. ，Ltd. ，Zhuzhou，Hunan，412001
^3.School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，610031

Received:2025-02-20 Online:2026-09-25 Published:2026-10-21
Contact: WU Lei

摘要/Abstract

摘要：

针对虚拟轨道列车因铰接结构与多车轮配置引发的打滑问题，提出了一种三模块分布式防滑控制模型，包含驾驶员控制、防滑控制与转矩协调控制模块。驾驶员控制基于模糊控制算法，以速度误差及其变化率为输入，输出踏板开度，实现车辆目标速度精准跟踪。防滑控制采用基于滑转率偏差的PID算法，调节电机驱动力矩，有效抑制车轮打滑。为解决因力矩差异引起的转向偏差问题，提出“同轴低选”原则，实现同轴车轮力矩协调，保障行驶稳定性。仿真结果表明：该模型在速度控制中的误差小于0.5%；在未施加防滑控制的情况下，车轮滑转率及驱动力矩表现出明显波动，验证了防滑控制措施的必要性；在低附着系数及对接路面工况下，系统可实现滑转率稳定控制与加速性能改善。将该方法与滑模控制方法进行对比实验，结果显示，PID控制在控制精度与系统稳定性方面表现更优。在对开路面工况下，转矩协调模块通过“同轴低选”策略统一同轴车轮力矩，有效避免了转向偏差，提高了车辆操控稳定性。

关键词: 虚拟轨道列车, 分布式驱动, 驾驶员模型, 驱动防滑控制, 滑转率, 转矩协调控制

Abstract:

Aiming at the slipping problems caused by the articulated structure and multi-wheel configuration of virtual track trains， a three-module distributed anti-slip control model was proposed， including driver control， anti-slip control and torque coordination control modules. The driver control was based on fuzzy control algorithm. With the speed errors and the change rate as the inputs， the pedal opening degree was output to achieve precise tracking of the vehicle's target speed. The anti-slip control adopted the PID algorithm based on slip rate deviation to adjust motor driving torque and effectively suppress wheel slippage. To solve the problems of steering deviation caused by torque differences， the “coaxial low selection” principle was proposed to achieve the coordination of torques of coaxial wheels and ensure driving stability. The simulation results show that the errors of this model are less than 0.5% in speed control. Without the application of anti-slip control， the slip rate of the vehicle wheels and the driving torque show obvious fluctuations， verifying the necessity of anti-slip control measures. Under the conditions of low adhesion coefficient and mating road surface， the system may achieve stable control of slip rate and improvement of acceleration performance. Compared with sliding mode control， the results of experiments show that the PID control performs better in terms of control accuracy and system stability. Under the conditions of open road surfaces， the torque coordination module unifies the torque of coaxial wheels through the “coaxial low selection” strategy， effectively avoiding steering deviations and enhancing the vehicle's handling stability.

Key words: virtual rail train, distributed drive, driver model, drive anti-slip control, slip rate, torque coordination control

中图分类号:

U284.48

陈勇, 左建勇, 曹文祥, 刘宏达, 吴磊. 三模块分布式驱动虚拟轨道列车的驱动防滑控制[J]. 中国机械工程, 2026, 37(9): 2343-2353.

CHEN Yong, ZUO Jianyong, CAO Wenxiang, LIU Hongda, WU Lei. Drive Anti-slip Control of Three-module Distributed Drive Virtual Track Trains[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(9): 2343-2353.

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图/表 30

表 1 车辆基本参数

Tab. 1 Basic vehicle parameters

参数	数值
首尾车质量/kg	7124.24
中间车质量/kg	7124.24
首尾车绕z轴转动惯量/（kg·m²）	5.41×10⁹
各车前后轴到质心的距离/m	2.7
各车轴距/m	5.6
各车轮距/m	2.4
质心高度/m	1.5
中间车绕z轴转动惯量/（kg·m²）	5.41×10⁹
铰接点到前后轴的距离/m	1.6
车轮质量/kg	25

图 1 三模块虚拟轨道列车模型示意图

Fig.1 Schematic diagram of a three-module virtual rail train model

图2 路面创建原理图［19］

Fig.2 Road surface creation schematic［19］

图3 驱动电机外特性曲线

Fig.3 Drive motor external characteristic curve

图 4 驾驶员控制模型流程图

Fig.4 Flow chart of driver control model

图5 防滑控制模型流程图

Fig.5 Flow chart of anti-slip control model

图 6 典型路面下滑转率与附着系数的关系［21］

Fig.6 Relationship between sliding rate and adhesion coefficient of typical road surface［21］

表 2 不同路面的最优滑转率

Tab.2 Optimal slip rate for different road surfaces

路面	最优滑转率
摩擦因数μ=0.2	0.35
摩擦因数μ=0.4	0.40

图7 PID防滑控制原理图

Fig.7 Schematic diagram of PID anti-slip control

图8 转矩协调控制流程图

Fig.8 Flow chart of torque coordination control

图9 速度控制变化图

Fig.9 Speed control changing diagram

图10 车轮驱动力矩变化曲线

Fig.10 Changing curve of wheel driving torque

图11 车轮滑转率变化曲线

Fig.11 Changing curve of wheel slip rate

图12 首车车轮力矩变化曲线（路面1）

Fig.12 Changing curves of first car wheel torque （road surface 1）

图13 中间车车轮力矩变化曲线（路面1）

Fig.13 Changing curves of middle car wheel torque （road surface 1）

图14 首车车轮滑转率变化曲线（路面1）

Fig.14 Changing curves of first car wheel slip rate （road surface 1）

图15 中间车车轮滑转率变化曲线（路面1）

Fig.15 Changing curves of middle car wheel slip rate（road surface 1）

图16 车辆纵向速度变化曲线（路面1）

Fig.16 Changing curves of vehicle longitudinal velocity （road surface 1）

图17 不同算法控制后力矩变化曲线（路面1）

Fig.17 Torque changing curves after control by different algorithms（road surface 1）

图18 不同算法控制后车轮滑转率变化曲线（路面1）

Fig.18 Wheel slip rate changing curves after control by different algorithms（road surface 1）

图19 首车车车轮力矩变化曲线（路面2）

Fig.19 Changing curves of first car wheel torque （road surface 2）

图20 中间车车轮力矩变化曲线（路面2）

Fig.20 Changing curves of middle car wheel torque （road surface 2）

图21 首车车轮滑转率变化曲线（路面2）

Fig.21 Changing curves of first car wheel slip rate （road surface 2）

图22 中间车车轮滑转率变化曲线（路面2）

Fig.22 Changing curves of middle car wheel slip rate（road surface 2）

图23 车辆纵向速度变化曲线（路面2）

Fig.23 Changing curves of vehicle longitudinal velocity（road surface 2）

图24 不同算法控制后力矩变化曲线（路面2）

Fig.24 Torque changing curves after control by different algorithms（road surface 2）

图25 不同算法控制后车轮滑转率变化曲线（路面2）

Fig.25 Wheel slip rate changing curves after control by different algorithms（road surface 2）

图26 对开路面原理图

Fig.26 Schematic diagram of split road surface

图27 无转矩协调控制驱动力矩变化图

Fig.27 Driving torque changing diagram without torque coordinated control

图28 有转矩协调驱动力矩变化图

Fig.28 Driving torque changing diagram with torque coordinated control

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