CN102145689B - 一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法，包括：接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力并存储起来；获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。相应地，本发明还涉及一种用于检测列车自动空气制动系统故障的装置和一种列车制动监测报警设备。采用本发明，可对列车空气制动系统故障实时在线检测，且检测结果的可靠性和准确性可达到较高水平。

Description

一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法及装置

技术领域

本发明涉及列车制动技术领域，尤其涉及一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法及装置，以及涉及一种列车制动监测报警设备。

背景技术

铁路列车的制动系统一方面是使列车在任何情况下减速或停车，确保行车的安全；另一方面也是提高列车的运行速度，提高牵引重量，即提高铁路运输能力的重要手段。列车制动系统产生的制动力是一种可以由司机控制和调节的人为引起的阻力，是由机车、车辆制动装置产生的通过轮轨粘着作用形成的阻止列车运行的外力。然而，列车制动系统故障在行车过程中经常发生，随着列车运行速度的提高，制动系统故障已成为危及行车安全的重大隐患。

现有一种列车上使用的检测制动系统故障装置为列车折关检测报警记录装置，其通过列车管上空气压力的变化来判断列车折角塞门状态。所利用的原理是在折角塞门都打开状态下把整个列车管气路看成一整体，那么列车充、排风时一旦车辆数固定，所对应的充、排风时间也是基本不变的，从而由检测来的数据可以分析充、排风时列车折角塞门是否发生折关以及折关的具体位置。由于列车管气路中泄露等情况存在使得其建模准确度受到影响，因而致使装置检测精度也受影响。

由于在一列列车中，制动系统起着至关重要的作用，一旦列车制动系统出现故障、则极有可能引发列车冒进、追尾等重大铁路交通事故，鉴于此，实有必要在该领域内提出可在制动系统工作时实时检测故障且检测结果的可靠性和准确性较高的方法和/或产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对列车自动空气制动系统的故障进行实时在线检测的方法、装置及列车制动监测报警设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法，包括：

接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力并存储；

获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；以及

根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。

相应地，本发明还提供了一种用于检测列车自动空气制动系统故障的装置，包括：

接收模块，用于接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力；

存储模块，用于存储接收的所述列车管压力和制动缸压力；

故障检测模块，用于实现以下功能：

从所述存储模块获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；

根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。

相应地，本发明还提供了一种列车制动监测报警设备，包括接口端、模拟/数字采样电路和微处理器，其中：

所述接口端用于接收列车管压力传感器在采样周期采集的列车管压力模拟信号和制动缸压力传感器在所述采样周期采集的制动缸压力模拟信号；

所述模拟/数字采样电路用于将所述列车管压力模拟信号和制动缸压力模拟信号转换为对应的数字信号后并传送给所述微处理器；

所述微处理器包括：

接收模块，用于接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力；

存储模块，用于存储接收的所述列车管压力和制动缸压力；

故障检测模块，用于实现以下功能：

从所述存储模块获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；

根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。

本发明的发明人经分析发现：制动系统在一定时间间隔内列车管压力变化和制动缸压力变化呈一定的规律状态，基于此，本发明根据传感器在不同时间采集的实时的列车管压力和制动缸压力来分析列车管压力的变化以及制动缸压力的变化，通过判断列车管压力的变化和制动缸压力的变化是否符合设定的规律状态可检测出制动系统在运行中是否出现故障并可在检测到故障时输出提示信息，从而能够防止行车事故的发生和保证列车运行安全。

附图说明

图1是制动系统的制动和缓解的正常动作时的压力变化曲线示例；

图2是制动系统发生自然制动故障时的压力变化曲线示例；

图3是制动系统发生缓解作用不良故障时的压力变化曲线示例；

图4是制动系统发生自然缓解故障时的压力变化曲线示例；

图5是制动系统发生无制动作用故障时的压力变化曲线示例；

图6是本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的方法的一实施例的流程图；

图7是本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的方法的另一实施例的流程图；

图8是本发明实施例的执行制动系统故降检测进程的一实施方式流程图；

图9是本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置的一实施例的结构图；

图10是图9中的故障检测模块的一实施方式的结构示意图；

图11本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置的另一实施例的结构图；

图12是列车制动检测报警设备实施例的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式以及系统结构进行具体说明。

目前列车使用的自动空气制动系统具有以下的主要特性：

1)正常工作状态制动系统缓解时列车管稳定压力为600千帕(kPa)；

2)制动系统的稳定性：当列车管的泄露或减压小于40kpa/分钟时制动系统不应发生制动作用；

3)常用制动灵敏度：当列车管压强减压速度为10～40kpa/秒时制动系统应产生制动作用；

4)紧急制动灵敏度：当列车管压强减压速度为70～80kpa/秒时制动系统应产生紧急制动作用；

5)缓解灵敏度：列车管升压后，20秒之内开始缓解；

6)全缓解时间：5～7秒。

以目前使用最广泛的104空气制动系统为例，常用制动缸压强采用以下方法计算：

        P′_GV′_G+100×V′_R＝(P′_G-r)V_G+P′_RV_R

其中：

P′_G为工作风缸绝对压强(kPa)；P′_R为容积室的绝对压强(kPa)；

r为列车管减压量(kPa)，其中列车管减压量为定压(例如600kpa)减去采样时刻的列车管压力后所得到的值；

V′_G为制动前的工作风缸容；V_G为制动后的工作风缸容积；

V′_R为制动前的容积室容积；V_R为制动后的容积室容积；

由于制动前后分配阀的V′_G和V_G、V′_R和V_R相差很小，可近似的认为：

            V′_G＝V_G、V′_R＝V_R

因此，以上公式可简化为：

${P^{\′}}_R=\frac{V_G}{V_R}r+\frac{{V^{\′}}_R}{V_R}\×100=\frac{V_G}{V_R}r+100$

或

$P_R={P^{\′}}_R-100=(\frac{V_G}{V_R}r+100)-100=\frac{V_G}{V_R}r$

制动缸压强：P_z≈P_R

一般情况下采用经验公式：P_z＝2.6r

由以上公式可知104制动系统的制动缸压强与列车管减压量之间具有1∶2.6的比例关系，制动系统故障的情况下将失去这一比例关系。其中，故障指的是自然制动、严重自然制动、缓解作用不良、严重缓解作用不良、自然缓解、无制动作用和制动机关闭等。

图1是制动系统的制动和缓解的正常动作时的压力变化曲线示例。参见图1，列车在常用制动工作状态时，列车管减压量从零变化成大于零，同时制动缸压力从零变化成大于零；列车在正常缓解工作状态时，列车管压力为升压，同时制动缸压力从大于零变化成等于零。当制动系统的动作不符合如图1所示的特性时一般可认为发生了制动系统故障。

下面详细介绍本发明实施例所指的各故障的特征：

自然制动：列车管压力无明显的减压制动信号时，车厢的制动机发生制动作用，即制动缸压力大于动作阈值(该动作阈值设定范围为30kPa-50kPa，优选30kPa)，即判断该车厢发生了“自然制动”故障。如图2所示，发生自然制动时，列车管压力基本无变化，制动机发生制动作用。

缓解作用不良：列车管压力由制动保压变为充风缓解一分钟后，车厢的制动机仍不发生缓解作用，即判断该车厢发生了“缓解不良”故障。如图3所示，制动机发生制动作用后，在列车管压力升压制动缓解过程中不能缓解或者不能完全缓解、

严重自然制动、严重缓解作用不良：如果列车在发生自然制动或缓解作用不良故障的情况下，同时列车运行速度高，制动缸压力50kPa以上，持续时间长将发生意外抱闸故障。该故障容易引起制动盘过热，冒烟起火，严重危及列车运行安全，因此作为严重故障报警。

自然缓解：列车管压力发生减压制动并保压持续一分钟以上，制动缸产生制动作用后在一分钟内缓解，即判断该车发生了“自然缓解”故障。如图4所示，列车管压力减压产生制动作用或紧急制动作用后，列车管压力保持不变，而制动机在发生制动作用后，在一分钟内缓解。

无制动作用：列车管压力发生明显的减压制动，车厢制动机不产生制动作用，即判断该车厢发生了“无制动作用”故障。如图5所示，列车管压力减压应产生制动作用或紧急制动，而制动机不产生制动作用。

制动系统关闭：列车管压力和制动缸压力均为零。在车顺序号连续的多个车厢发生“制动系统关闭”时可判断有折角塞门关闭的可能。在车顺序号不连续的多个车厢或一个车厢发生“制动机关闭”时可判断发生截断塞门关闭。

本发明基于上述推导出的原理以及分析出的各故障的特征提出了检测制动系统是故障还是正常状态的方法及装置。

实施例一

图6是本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的方法的一实施例的流程图。参见图6，该方法包括以下步骤：

S101，接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力并存储。

本发明中，在列车制动系统中安装两类压力传感器，即列车管压力传感器和制动缸压力传感器。列车管压力传感器安装在截断塞门与分配阀之间的管路上，采集列车管压力。制动缸压力传感器安装在制动缸缓解塞门与防滑排风阀之间的管路上，采集制动缸压力。此两测点的压力，反映了制动系统的输入输出特性，可用最少的传感器达到监测的目标。本发明实施例中，采样周期优选为200毫秒(ms)。

S102，获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力。

本发明实施例中，进行下述步骤的列车管压力和制动缸压力进行比较的时间间隔最好小于等于10s，大于等于2s，优选为5s，即采样周期的10倍到50倍之间。例如，如果时间间隔取5000ms，在第5200ms时刻判断制动系统的运行工况，那么应该是获取第5200ms时刻传感器采集的列车管压力和制动缸压力，以及第200ms时传感器采集的列车管压力和制动缸压力。

S103，根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。

例如，作为一实施方式，步骤S103可以包括：

判断所述第一列车管压力是否小于所述第二列车管压力，如果判断为是(也就是列车管减压)，则进一步根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化进行故障检测判断。

步骤S103还可以包括：根据所述第一列车管压力和第二列车管压力判断出列车管已处于减压状态时，根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化进行故障检测判断。

作为可选步骤，还可以在判断出列车管减压或已处于减压状态后，执行以下步骤，即根据第一列车管压力和第二列车管压力判断制动系统是否处于正常工作状态，当判断为是时，输出制动系统当前所在的工作状态，当判断为否时，进一步根据列车管压力的变化和制动缸压力的变化进行故障检测判断。

其中，判断制动系统是否处于正常工作状态的一种实施方式如下：

计算自本次采样周期的一定倍数前时刻至本次采样周期时刻的时间间隔的列车管的减压速度。例如，用第二列车管压力减去第一列车管压力然后除于采集两列车管压力间隔的时间，即得到该时间间隔内的列车管的减压速度。

将列车管的减压速度与设置的第一减压速度阈值进行比较；

当判断为减压速度大于第一减压速度阈值时，进一步判断减压速度是否大于设置的第二减压速度阈值，如果减压速度大于第二减压速度阈值，输出制动系统处于紧急制动的提示；如果减压速度小于第二减压速度阈值，输出制动系统处于常用制动的提示。本发明实施例中，第一减压速度阈值为40kPa/s；第二减压速度阈值为80kPa/s。

当判断为减压速度小于第一减压速度阈值时，进一步判断列车管的减压速度是否小于设置的第三减压速度阈值，当判断为减压速度小于第三减压速度阈值时，输出制动系统处于无制动信号的提示。本实施例中，第三减压速度阈值为40kPa/s。

当然，对于以上三种工作状态，本发明的实施例也可以采用其他的判断顺序进行判断。可选地，本发明实施例也可以只判断制动系统是否以上三种工作状态中的一种或两种。

实施例二

本发明实施例中，发明人结合图1至图5分析各故障的特征进一步给出了一种故障检测条件表，参见表1，当列车管压力和制动缸压力符合下列检测条件之一时，则制动系统发生了与该检测条件对应的故障。

表1

故障名称	检测条件
		自然制动	r＝0同时Pz＝0变化成Pz＞0
严重自然制动	自然制动时∫PzVdt＞M同时Pz＞50kPa
		自然缓解	r＞0同时Pz＞0变化成Pz＝0
无制动作用	r＞0同时Pz＝0
		缓解作用不良	r＞0变化成r＝0同时Pz＞0
严重缓解作用不良	缓解作用不良时∫PzVdt＞M同时Pz＞50kPa
		制动机关闭	Pz＝0 and r＝600

其中：M为制动盘的热容量(参考列车的制动盘生产厂家提供的数据)；V为车速；r为列车管减压量、Pz为制动缸压强。

在上述故障检测表的基础上，本发明的检测列车自动空气制动系统运行工况的方法的另一实施例的流程图如图7所示，该方法包括步骤：

S201，接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力。

S202，检测接收到的列车管压力和制动缸压力是否为合理压力值，当检测为合理压力值时，执行步骤S203：存储该列车管压力和/或该制动缸压力；否则执行步骤S204：丢弃不合理的列车管压力和/或制动缸压力。

具体地，检测接收到的列车管压力是否在设定的列车管压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的列车管压力，检测为是时，存储该接收到的列车管压力；以及检测接收到的制动缸压力是否在设定的制动缸压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的制动缸压力，检测为是时，存储该接收到的制动缸压力。本发明实施例中，列车管压力值合理范围为小于700kPa，制动缸压力值合理范围为小于500kPa；当检测的制动缸压力值和列车管压力值为大于负70kPa时，也认为属于合理范围内。

可选地，步骤S202之后还可以包括当检测到传感器连续采集到不合理的列车管压力值或制动缸压力值(即列车管压力值或制动缸压力值不在列车管压力值合理范围内或制动缸压力值合理范围内)，输出列车管压力传感器故障或制动缸压力传感器故障的提示。本发明实施例中，可在0-255之间设置连续采集到的次数，优选100次，次优选50次；即可以是当检测到传感器连续采集到100次不合理的列车管压力值或制动缸压力值时，输出相应的传感器故障的提示。

S205，执行制动系统故障检测进程。

图8是本发明实施例的执行制动系统故障检测进程的一实施方式流程图。参见图8，该故障检测进程包括以下步骤：

S301，获取本次采样周期的第一列车管压力和第一制动缸压力以及该采样周期的一定倍数前时的第二列车管压力和第二制动缸压力。

S302，计算并存储该采样周期时的第一列车管减压量和获取该采样周期的一定倍数前时刻的第二列车管减压量。例如，采样周期为200ms，本次采样周期的时刻为第10000ms，采样周期的一定倍数设定为30倍，则该采样周期的一定倍数前时刻为第4000ms，计算第10000ms时刻的第一列车管减压量以及获取已存储的第4000ms时刻的第二列车管减压量。

S303，根据第一列车管减压量和第二列车管减压量判断列车管压力的变化，判断出列车管减压或已处于减压状态时，执行步骤304；判断出列车管升压或已处于升压状态时，执行步骤S306；判断出列车管压力为定压且无变化(例如定压600kpa)时，执行步骤S305。

本发明实施例中，已处于减压状态是指：减压动作发生后列车管压力保持在减压后的压力，在发生升压动作前都是已减压状态；已处于升压状态是指：升压动作发生后列车管压力保持在升压后的压力，在发生减压动作前都是已升压状态。

本发明实施例中，可以设置一状态标志位，当根据列车管减压量判断为列车管压力减压时将状态标志位设为减压，并在列车管压力没有升压之前，该标志位都为减压；当根据列车管减压量判断为列车管压力升压时将该状态标志位设为升压，并在列车管压力没有减压前，该标志位都为升压。这样通过状态标志位便可判断出列车管压力是否已处于减压状态或已处于升压状态。作为另一种判断列车管压力减压、升压或者定压且无变化的实施方式，也可以是将第一列车管压力与第二列车管压力直接进行大小比较而得出。

S304，根据自然缓解故障检测条件和/或无制动作用故障检测条件进行故障检测。

S305，根据自然制动故障检测条件进行故障检测。

S306，根据缓解作用不良故障条件进行故障检测。

S307，在步骤S304、S305或S306检测出故障时，输出对应的故障提示。

作为一种实施方式，步骤S304和步骤S307包括：

判断是否第二制动缸压力大于零且第一制动缸压力为零，

判断为是时，输出制动系统自然缓解故障的提示；

判断为否时，进一步判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统无制动作用故障的提示，判断为否时，结束当前进程。

当然，也可以根据无制动作用故障检测条件先检测是否产生无制动作用故障，当检测为否时，根据自然缓解故障检测条件检测是否产生自然缓解故障。

作为一种实施方式，步骤S305和步骤S307包括：

判断是否第二制动缸压力为零且第一制动缸压力大于设定的动作阈值，判断为是时，输出制动系统自然制动故障的提示。本发明实施例中，动作阈值设定范围为30kPa-50kPa，优选为30kPa。

作为另一种实施方式，步骤S305和步骤S307包括：

判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力大于设定的动作阈值，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，当条件为真时，输出制动系统严重自然制动故障的提示；当条件不为真时，输出制动系统自然制动故障的提示。其中，P_z为第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，M值参考制动盘生产厂家提供的数据。

作为一种实施方式，步骤S306和步骤S307包括：

判断是否第二制动缸压力大于零且第一制动缸压力大于零，判断为是时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示。

作为另一种实施方式，步骤S306和步骤S307包括：

判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力大于零，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，当条件为真时，输出制动系统严重缓解作用不良故障的提示；当条件不为真时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示。其中，P_z为第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，M值参考制动盘生产厂家提供的数据。

作为另一实施方式，本发明实施例的执行制动系统故障检测进程还包括：在步骤S301后，执行以下步骤：

判断所述第一列车管压力是否等于所述第二列车管压力且等于零，如果判断为是，进一步判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统关闭故障的提示。

实施例三

图9是本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置的一实施例的结构图。参考图9所示，该装置包括接收模块10、存储模块20和故障检测模块30。本发明实施例中，接收模块10，用于接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力；存储模块20，用于存储接收的所述列车管压力和制动缸压力；故障检测模块30，用于实现以下功能：

从存储模块10获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；

根据第一列车管压力相比于第二列车管压力的变化以及根据第一制动缸压力相比于第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。用于检测列车自动空气制动系统故障的装置的具体运行工作流程参见本发明实施例的方法部分的描述，在此不再赘述。

图10是图9中的故障检测模块的一实施方式的结构示意图。参见图10，检测模块30包括列车管压力判断单元301和制动缸压力判断单元302。

列车管压力判断单元301，用于根据第一列车管压力和第二列车管压力判断列车管压力的变化。

制动缸压力判断单元302，用于在列车管压力判断单元301判断出列车管减压或已处于减压状态时，根据自然缓解故障检测条件和/或无制动作用故障检测条件判断制动系统是否故障。

具体地，制动缸压力判断单元302判断是否第二制动缸压力大于零且第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统自然缓解故障的提示；和/或

判断是否第二制动缸压力为零且第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统无制动作用故障的提示。

制动缸压力判断单元302，还用于在列车管压力判断单元301判断出列车管升压或已处于升压状态时，根据缓解作用不良故障条件判断制动系统是否故障。

具体地，制动缸压力判断单元302判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力大于零，判断为是时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示。

或者，制动缸压力判断单元302判断是否第二制动缸压力大于零且第一制动缸压力大于零，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，P_z为所述第三制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，

条件为真时，输出制动系统严重缓解作用不良故障的提示；

条件不为真时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示。

制动缸压力判断单元302，还用于在列车管压力判断单元301判断出列车管压力定压且无变化时，根据自然制动故障条件判断制动系统是否故障。

具体地，制动缸压力判断单元302判断是否第二制动缸压力为零且第一制动缸压力大于设定的动作阈值，判断为是时，输出制动系统自然制动故障的提示。

或者，制动缸压力判断单元302判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力大于设定的动作阈值，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，P_z为所述第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，当条件为真时，输出制动系统严重自然制动的提示；当条件不为真时，输出制动系统自然制动故障的提示。

另外，本发明实施例的列车管压力判断单元301，还用于判断所述第一列车管压力是否等于所述第二列车管压力且等于零；以及制动缸压力判断单元302，还用于在列车管压力判断单元301判断为是时，判断是否第二制动缸压力为零且第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统关闭故障的提示。

实施例四

图11本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置的另一实施例的结构图。该装置除包括前述描述的接收模块10、存储模块20和故障检测模块30之外，还包括压力异常检测模块40。

其中，接收模块10、存储模块20和故障检测模块30也可实现图9中各模块相同的功能，在此不再赘述。

压力异常检测模块40，用于检测接收到的列车管压力是否落入设定的列车管压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的列车管压力，检测为是时，将该接收到的列车管压力存储到存储模块20；和/或，

用于检测接收到的制动缸压力是否落入设定的制动缸压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的制动缸压力，检测为是时，将该接收到的制动缸压力存储到存储模块20。

压力异常检测模块40，还用于检测到连续一定次数的列车管压力或制动缸压力没有落入设定的列车管压力值或制动缸压力值合理范围内时，输出列车管压力传感器故障或制动缸压力传感器故障的提示。

下面进一步描述用于检测列车自动空气制动系统故障的装置与其他外围电路共同构成的列车制动检测报警设备的实施例。该列车制动检测报警设备能够对列车制动系统进行在线实时监测和故障诊断，并发送故障报警信息和过程数据到列车网。

实施例五

图12是列车制动检测报警设备实施例的硬件结构图。如图12所示，列车制动监测报警设备包括接口端1，该实施例中，接口端为接口端子排，采用了防震免工具的弹簧按压式端子。接口端接收列车管压力传感器在采样周期采集的列车管压力模拟信号和制动缸压力传感器在采样周期采集的制动缸压力模拟信号。

接口端子排1与滤波和阻抗变换电路2连接，滤波和阻抗变换电路2与模拟/数字采样电路3连接。列车管压力信号和制动缸压力信号经模拟/数字采样电路变换为数字信号，然后经光电隔离器4后进入微处理器5。光电隔离器4用于将模拟/数字采样电路3与微处理器5隔离，以防止来自传感器信号的电磁干扰进入微处理器5。

微处理器5接收采样周期采集的列车管压力和制动缸压力数字信号，并存储接收的列车管压力和制动缸压力。微处理器5具体为本发明实施例描述的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置，其主要包括执行以下步骤：获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；根据第一列车管压力相比于第二列车管压力的变化以及根据第一制动缸压力相比于第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息。

微处理器5分别与第一UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)串行通信控制器6和第二UART串行通信控制器8连接。

第一UART串行通信控制器6与第一UART线路噪声抑制电路7连接。抑制电路7抑制第一UART通信线路上的噪声干扰。UART LON(Local OperatingNetworks，本地操作网络)串口收发器13与第一串行通信控制器6连接，UARTLON串口收发器13与LonWorks网络智能收发器11连接。UART LON串口收发器13是LonWorks网络智能收发器11与微处理器5之间的串口收发器，负责两智能模块之间的数据通信。微处理器5可将输出的故障提示信息、接收的列车管压力数据和制动缸压力数据经第一UART串行通信控制器6、串口收发器13传送给LonWorks网络智能收发器11。LonWorks网络智能收发器11与列车网耦合器12连接，列车网耦合器12与接口端子排1连接。列车网耦合器12实现本地电路与列车网线的数据传输和电器隔离，主要起到防止列车网线上的电磁干扰信号进入本机。本发明实施例中，列车制动检测报警设备并不局限于LonWorks网络智能收发器，可以根据列车通信网的不同选用其他合适的通信适配器，例如列车通信网为MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)网络时选用MVB通信适配器。

第二UART串行通信控制器8与第二UART线路噪声抑制电路9连接。抑制电路9抑制第二UART通信线路上的噪声干扰。第二UART串行通信控制器8通过第二UART线路噪声抑制电路9与接口端子排1连接，以便将人机交互的参数传送给微处理器5或者将从微处理器5接收的故障提示信息经接口端子排输出给显示器。

本发明实施例中，列车制动检测报警设备能够将本车厢的故障信息发送给列车通信网，或者从列车网接收来自其他车厢的故障提示信息。

本发明实施例的微处理器5还可以根据接收到的各车厢的制动机关闭故障提示信息判断列车出现何种故障，其中一种实施方式为：

微处理器5在检测到列车一侧的车厢顺序号连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息时，可判断为发生折角塞门关闭，从而输出折角塞门关闭提示信息。

微处理器5在检测到i)车箱顺序号不连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息，ii)列车中间部分的车厢顺序号连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息，或iii)列车的一个车厢的制动机关闭故障提示信息时，可判断为发生截断塞门关闭，从而输出截断塞门关闭提示信息。

例如，一列列车具有编号为1-10的10节车厢，当设置在任一节车厢的微处理器检测到编号为1-4的4节车厢的制动机关闭故障提示信息时，可判断为发生折角塞门关闭故障。类似地，检测到编号为8-10的3节车厢的制动机关闭故障提示信息时，可判断为发生折角塞门关闭；检测到编号为3-6的4节车厢的制动机关闭故障提示信息时，可判断为发生截断塞门关闭故障。

通过采用本发明的用于检测列车自动空气制动系统故障的方法、装置及列车制动检测报警设备，能够较准确地识别列车运行中的制动系统故障(尤其是客车制动系统的故障)，通过列车网络系统将故障提示信息(也即故障报警信息)集中显示，对危及行车安全的严重故障给予警示，防止行车事故的发生，保证列车运行安全。而且由于本发明能够实时在线检测制动系统是否出现故障，因此故障检测的可靠性和准确性都可达到较高的水平。

需要说明的是，本发明所指的列车包括铁路客车、铁路货车和地铁等。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式中所公开的具体实施例，而是只要满足本发明权利要求中技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测列车自动空气制动系统故障的方法，包括：

a，接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力并存储起来；

b，获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；

c，根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息，所述步骤c包括：

c1，根据第一列车管压力和第二列车管压力判断列车管压力的变化，判断出列车管减压或已处于减压状态时，则执行步骤c2，判断出列车管升压或已处于升压状态时，则执行步骤c3，判断出列车管压力为定压且无变化时，则执行步骤c4；

c2，判断所述第一制动缸压力相比于第二制动缸压力的变化是否符合自然缓解故障检测条件或无制动作用故障检测条件中的制动缸压力变化，当判断为是时，输出相应的故障提示信息；

c3，判断所述第一制动缸压力相比于第二制动缸压力的变化是否符合缓解作用不良故障检测条件中的制动缸压力变化，当判断为是时，输出相应的故障提示信息；其中，所述步骤c3包括：判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力大于零，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，当条件为真时，输出制动系统严重缓解作用不良故障的提示；当条件不为真时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示；

c4，判断所述第一制动缸压力相比于第二制动缸压力的变化是否符合自然制动故障检测条件中的制动缸压力变化，当判断为是时，输出相应的故障提示信息；其中，所述步骤c4包括：判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力大于设定的动作阈值，判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，当条件为真时，输出制动系统严重自然制动故障的提示；当条件不为真时，输出制动系统自然制动故障的提示；

P_z为所述第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c2包括：

判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统自然缓解故障的提示；或

判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统无制动作用故障的提示。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c还包括：

在判断出列车管减压或已处于减压状态后，根据所述第一列车管压力和第二列车管压力判断制动系统是否处于正常工作状态，判断为否时，执行步骤c2。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，步骤a包括：

检测接收到的列车管压力是否在设定的列车管压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的列车管压力，检测为是时，存储该接收到的列车管压力；和/或，

检测接收到的制动缸压力是否在设定的制动缸压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的制动缸压力，检测为是时，存储该接收到的制动缸压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当检测到连续一定次数的列车管压力或制动缸压力不在所述列车管压力值合理范围内或所述制动缸压力值合理范围内时，输出列车管压力传感器故障或制动缸压力传感器故障的提示。

6.一种用于检测列车自动空气制动系统故障的装置，包括：

接收模块，用于接收传感器传送的在采样周期采集的列车管压力和制动缸压力；

存储模块，用于存储接收的所述列车管压力和制动缸压力；

故障检测模块，用于实现以下功能：

从所述存储模块获取本次采样周期采集的第一列车管压力和第一制动缸压力，以及该采样周期的一定倍数前时采集的第二列车管压力和第二制动缸压力；

根据所述第一列车管压力相比于所述第二列车管压力的变化以及根据所述第一制动缸压力相比于所述第二制动缸压力的变化判断制动系统是否故障，当判断为是时，输出故障提示信息；

所述故障检测模块包括：

列车管压力判断单元，用于根据所述第一列车管压力和第二列车管压力判断列车管压力的变化；

制动缸压力判断单元，用于实现以下功能：

在所述列车管压力判断单元判断出所述列车管减压或已处于减压状态时，判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统自然缓解故障的提示；或判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力为零，判断为是时，输出制动系统无制动作用故障的提示；

在所述列车管压力判断单元判断出所述列车管压力为定压且无变化时，判断是否所述第二制动缸压力为零且所述第一制动缸压力大于设定的动作阈值；判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，P_z为所述第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，当条件为真时，输出制动系统严重自然制动故障的提示；当条件不为真时，输出制动系统自然制动故障的提示；

在所述列车管压力判断单元判断出所述列车管升压或已处于升压状态时，判断是否所述第二制动缸压力大于零且所述第一制动缸压力大于零；判断为是时，进一步判断∫P_zVdt＞M相与P_z＞50kPa的条件是否为真，P_z为所述第一制动缸压力，V为列车车速，M为制动盘的热容量，条件为真时，输出制动系统严重缓解作用不良故障的提示；条件不为真时，输出制动系统缓解作用不良故障的提示。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

压力异常检测模块，用于检测接收到的列车管压力是否落入设定的列车管压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的列车管压力，检测为是时，将该接收到的列车管压力存储到所述存储模块；和/或，

用于检测接收到的制动缸压力是否落入设定的制动缸压力值合理范围内，检测为否时，丢弃该接收到的制动缸压力，检测为是时，将该接收到的制动缸压力存储到所述存储模块。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述压力异常检测模块，还用于检测到连续一定次数的列车管压力或制动缸压力没有落入设定的列车管压力值或制动缸压力值合理范围内时，输出列车管压力传感器故障或制动缸压力传感器故障的提示。

9.一种列车制动监测报警设备，包括接口端、模拟/数字采样电路和微处理器，其中：

所述接口端用于接收列车管压力传感器在采样周期采集的列车管压力模拟信号和制动缸压力传感器在所述采样周期采集的制动缸压力模拟信号；

所述模拟/数字采样电路用于将所述列车管压力模拟信号和制动缸压力模拟信号转换为对应的数字信号后并传送给所述微处理器；

所述微处理器为权利要求6至8任一项所述的用于检测列车自动空气制动系统故障的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：

所述微处理器将输出的故障提示信息传送到列车通信网；或

所述微处理器从列车通信网获取来自各车厢的故障提示信息，

在检测到列车一侧的车厢顺序号连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息时，输出折角塞门关闭提示信息，或者

在检测到i)车箱顺序号不连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息，ii)列车中间部分的车厢顺序号连续的多个车厢的制动机关闭故障提示信息，或iii)列车的一个车厢的制动机关闭故障提示信息时，输出截断塞门关闭提示信息。

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