CN105005282B - 用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于轨道交通车辆的电子控制系统及控制方法，更具体地涉及用于高速动车组的制动系统的电子控制系统及控制方法。该电子控制系统为分级式电子控制系统，包括进行控制整个列车的制动并至少进行制动力分配的整车电子制动控制单元、收集预设的网段内的各车辆的信息并与整车电子制动控制单元进行信息通讯的分段电子制动控制单元以及收集预设的单个车辆的信息并与分段电子制动控制单元进行通讯的本地电子制动控制单元。这样，本发明提供了一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法，其能够统一管理各车辆的制动设备，精确分配各车辆的制动力等。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于轨道交通车辆的电子控制系统及控制方法，更具体地本发明涉及用于高速动车组的制动系统的电子控制系统及控制方法，各车辆之间的电子控制系统通过多功能车辆总线组成列车级的控制系统。
背景技术
传统使用内燃机车或电力机车牵引为最大运行速度为160km/h及以下的列车，其制动系统主要为机械制动系统，没有列车级的制动力管理功能，各车辆的制动执行部件根据列车管的减压量来施加制动，制动力控制精度较低，各车减速度差异较大而产生冲动，降低旅客乘坐舒适度；其次，由于没有列车级的网络管理功能，各车辆之间缺乏信息交互，无法进行自动化的制动试验、故障诊断等；再次，机械制动系统的可靠性和灵敏度较低，随着列车的速度不断攀升，对于运行速度在200km/h及以上的高速列车来说，机械制动系统已不能满足列车运行的安全性和可靠性的要求。
而在地铁车辆上，目前已经使用了灵敏度和可靠性更高的电气制动控制系统，但由于地铁车辆的运行速度相对较低，而低速运行条件对制动系统的要求相对不高。因此，其制动控制系统相对而言也比较简单，对相应的制动设备的可靠性、灵敏度及制动效果的要求较低。而对于高速列车来说，这种电气制动系统显然无法满足列车运行对安全性和可靠性的要求。
因此，如何使高速轨道交通车辆的制动控制装置有效且可靠地制动，提高高速轨道交通车辆运行的安全性和可靠性就成为亟待解决的问题。
发明内容
基于上述现有技术的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法，其能够统一管理各车辆的制动设备，精确分配各车辆的制动力，防滑控制及时高效，实现了自动化的制动试验，能够有效地诊断各车辆的制动设备状态。
为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案。
一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，所述电子控制系统为分级式电子控制系统，所述电子控制系统至少包括：整车电子制动控制单元，其进行控制整个列车的制动并至少进行制动力分配；分段电子制动控制单元，其收集预设的网段内的各车辆的信息并发送至所述整车电子制动控制单元，从所述整车电子制动控制单元接收控制信息且分发到所述预设的网段内各车辆；以及本地电子制动控制单元，其收集预设的单个车辆的信息并发送至所述分段电子制动控制单元，从所述分段电子制动控制单元接收控制信息并发送至所述预设的单个车辆来对单个车辆实现精确的制动控制。实现这种分级式电子控制系统就能够实现统一管理各车辆的制动设备并精确分别配各车辆的制动力。
进一步地，所述整车电子制动控制单元、分段电子制动控制单元和所述本地电子制动控制单元均至少包括通过总线而彼此之间相互通讯的主控板卡模块、扩展板卡模块以及通讯板卡模块，其中，所述主控板卡模块包括一种或多种主控板卡，所述主控板卡在不同的控制单元中实现不同的控制功能，所述扩展板卡模块包括多种扩展板卡，每一种所述扩展板卡的数量为一个或多个，所述扩展板卡为对所述主控板卡的控制功能的扩展，所述通讯板卡模块包括多种通讯板卡，所述通讯板卡用于使其所在的电子制动控制单元中的各部件之间进行通讯和/或使该电子制动控制单元与外部进行通讯。
更进一步地，所述主控板卡至少包括制动管理主控板卡，所述制动管理主控板卡用于列车的制动试验，包括菜单引导的制动试验、自动制动试验、短制动试验；另外所述制动管理主控板卡还用于本地空压机控制、辅助空压机控制、撒砂控制、制动力级别计算。
所述主控板卡还可以包括防滑控制板卡，所述防滑控制板卡用于各轴的速度检测、空气防滑控制、电制动防滑请求与切除、停放制动状态监测、检测制动缸压力。
所述主控板卡还可以包括电空制动控制板卡，所述电空制动控制板卡用于预设的车辆的电空制动控制，主要检测该预设的车辆的车重，计算该预设的车辆的可用空气制动力，并发送至所述通讯板卡；同时，从通讯板卡接收列车制动力分配结果，控制该预设的车辆的制动缸压力。
此外，所述通讯板卡至少包括：MVB网络通讯板卡、即多功能车辆总线通讯板卡，其将所述电子控制系统连接入列车的MVB网络，与其它车辆的用于制动控制的电子控制系统、列车的中央控制单元、列车的牵引控制单元进行通讯；以及CAN总线通讯板卡，其包括外部接口板卡和背板卡，其中所述外部接口板卡是外部部件与本电子控制系统进行CAN通讯的接口；本电子控制系统内所有板卡都安装在所述背板卡上，通过所述背板卡的CAN总线互相通讯。
此外，所述扩展板卡的数量为多个，并且用于控制门控信号的输出，常用制动高低阶的输出，常用制动隔离塞门的采集，停放制动隔离塞门的采集、隔离轴的采集、停放环路的检测、高低阶撒沙信号输出、空压机加热信号的输出以及制动手柄信号执行功能。
另外，所述电子控制系统还可以单独地包括电源板卡，所述电源板卡为整个所述电子控制系统供电。
本发明还提供了一种采用上述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统的控制方法，所述本地电子制动控制单元采集本地车辆的信息并汇总到所述分段电子制动控制单元，各所述分段电子制动控制单元将汇总的信息发送到所述整车电子制动控制单元，所述整车电子制动控制单元根据所收到的信息计算整车中各车辆的制动力并发送给所述分段电子制动控制单元，所述分段电子制动控制单元将控制信息发送到所述本地电子制动控制单元，所述本地电子制动控制单元对各车辆进行控制来完成整个列车的制动。通过这种方法就能够实现统一管理各车辆的制动设备并精确分别配各车辆的制动力。
通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法，其能够统一管理各车的制动设备，精确分配各车的制动力，防滑控制更及时高效，实现了自动化的制动试验，能够有效地诊断各车辆的制动设备状态，车辆本地制动控制单元的记录使事件具有可追溯性。同时，列车中央控制系统和司机能及时获悉制动系统的状态，确保列车的安全。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统的单个电子制动控制单元的连接结构图。
具体实施方式
本发明在于提供一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法，其能够统一管理各车辆的制动设备，精确分配各车辆的制动力，防滑控制及时高效，实现了自动化的制动试验，能够有效地诊断各车辆的制动设备状态。
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细地说明。
图1示意性地示出了本发明的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统的单个电子制动控制单元的连接结构图。在本实施方式中，该电子制动控制单元包括电源板卡、主控板卡、扩展板卡、MVB网络通讯板卡、CAN总线通讯板卡等。
其中各个板卡的功能如下：
电源板卡：给整个电子制动控制单元供电，输入110V直流电源，输出110V、24V、5V。
主控板卡包括三种：制动管理主控板卡、防滑控制板卡、电空制动控制板卡。
扩展板卡包括两种：数字量输入扩展板卡、数字量输入/输出扩展板卡。
MVB网络通讯板卡：即多功能车辆总线通讯板卡，将电子控制系统连接入列车的MVB网络，与其它车辆的制动控制单元、列车的中央控制单元、列车的牵引控制单元进行通讯。
CAN总线通讯板卡：包括外部接口板卡和背板卡。外部接口板卡是外部部件(计算机)与本电子制动控制单元进行CAN通讯的接口；本电子控制系单元内所有板卡都安装在背板卡上，通过背板卡的CAN总线互相通讯。
下面结合图1说明本实施方式中的本电子控制系统的工作原理如下：
1.MVB网络通讯板卡：负责接收及发送车辆信息、诊断信息、制动指令，进行列车的制动力分配等。具体说明如下：
(1)当电子制动控制单元为整车电子制动控制单元的情况下，该MVB板卡主要承担列车制动力分配功能，即从MVB网络上接收各车辆的车重、可用摩擦制动力、TCU(牵引控制单元)的可用电制动力等，根据制动级位，进行列车的制动力计算，并给各车辆分配制动力，通过MVB网络发送至各车辆；另外该MVB板卡还承担全列的空压机管理等功能。
(2)当电子制动控制单元为分段电子制动控制单元的情况下，该MVB板卡收集本网段内的各车辆信息，发送至MVB网络，同时接收整车电子制动控制单元的指令，分发给本网段内的各车辆。
(3)当电子制动控制单元为本地电子制动控制单元的情况下，只将本车辆的信息发送至MVB网络，同时接收分段电子制动控制单元的指令。
2.制动管理主控板卡：负责列车的制动试验，包括菜单引导的制动试验、自动制动试验、短制动试验。另外，还负责本地空压机控制、辅助空压机控制、撒砂控制、制动力级别计算等。
3.防滑控制板卡：负责各轴的速度检测、空气防滑控制、电制动防滑请求与切除、停放制动状态监测、检测制动缸压力等。
4.电空制动控制板卡：负责本车的电空制动控制。主要检测本车的车重，计算本车的可用空气制动力，并通过CAN总线发送给MVB网络通讯板卡；同时，从CAN总线接收MVB网络通讯板卡转发过来的列车制动力分配结果，控制本车的制动缸压力。
5.扩展板卡：因主控板卡的输入输出端口有限，不能满足所有制动设备的信号控制与采集，因此需要增加其它板卡来完成信号的控制与采集工作。
6.扩展板卡1：控制门控信号的输出，常用制动高低阶的输出，常用制动隔离塞门的采集等。
7.扩展板卡2：停放制动隔离塞门的采集、隔离轴的采集、停放环路的检测等。
8.扩展板卡3：高低阶撒沙信号输出、空压机加热信号的输出等功能。
9.扩展板卡4：制动手柄信号执行功能
参见图1，下面更进一步地说明图1中各板卡的其它功能和作用。
1.背板卡CAN总线网络贯穿EBCU(电子制动控制单元)的各个板卡，完成EBCU内部各个板卡的数据通信功能。
2.电源通过背板卡给所有板卡提供稳定的110V、24V、5V供电
3.主控板卡负责采集外部信号量，例如车辆编号、总风压力值、CV压力值，同时也负责对外信号的控制，例如EP阀控制输出等。
4.扩展板卡完成IO量的控制与采集。
5.MVB通信板卡完成BCU与TCU、CCU及其它BCU的通信功能。
6.CAN通讯板卡完成CAN总线的数据采集与程序下载功能。
7.服务终端通过CAN通讯板卡实现与EBCU的信号流的交互，完成数据在线标定、下载、检测、故障读取等功能。
8.EBCU具有StandBy功能，即具有电源休眠模式。当满足一定条件后，主板卡对相关管脚置位，电源进入休眠模式。
在具有采用如上结构的用作不同的电子制动控制单元的电子控制系统的控制方法总体上来说是：本地电子制动控制单元采集本地车辆的信息并汇总到分段电子制动控制单元，各分段电子制动控制单元将汇总的信息发送到整车电子制动控制单元，整车电子制动控制单元根据所收到的信息计算整车中各车辆的制动力并发送给分段电子制动控制单元，分段电子制动控制单元将控制信息发送到本地电子制动控制单元，本地电子制动控制单元对各车辆进行控制来完成整个列车的制动。通过这种方法就能够实现统一管理各车辆的制动设备并精确分别配各车辆的制动力。
而下面结合图1中的具体实施方式说明本发明的单个电子制动控制单元的工作流程等。
1.MVB通讯板卡，通过多功能车载总线，MVB通讯板卡负责与其它车辆的EBCU及中央控制单元CCU、牵引控制单元TCU进行通信，各个主控板卡的信号在MVB板卡汇集并传输给外部部件，同时MVB通讯板卡将从CCU、TCU获得的信号传输给各个主控板卡，并负责制动力计算与分配、空压机管理等功能。
2.将从CCU获得的日期时间传输给主控板卡1、主控板卡2、主控板卡3，用于故障记录时的时间存储等功能。
从CCU获取制动试验的指令传送给主控板卡1，用于制动试验的执行指令，同时反馈给CCU制动试验的相关试验结果。从CCU获得ATP等指令，发送给主控板卡1，用于制动力级别的计算功能。
从CCU获取实际电制力值，传送给主控板卡2，用于电制动力管理。
MVB通讯板卡汇总制动力级位、电制力等信息，进行制动力分配，将需要施加的具体常用制动力的值传递给主控板卡3，用于常用制动控制。
3.主控板卡1负责本车的车号采集，用于MVB网段配置，动车拖车车型的识别等。负责总风压力采集，用于制动试验等功能。通过CAN总线，将MVB通讯板卡获得的ATP指令、最大常用制动请求、停放制动请求、扩展板卡采集的制动手柄级位等信号传送给主控板卡1，主控板卡1进行制动力级位计算，并将计算结果通过CAN总线传给MVB通讯板卡,用于制动力分配功能。主控板卡1同时负责本车的空压机控制、撒沙控制、制动试验管理等功能。
4.主控板卡2负责本车4根轴的速度采集，用于防滑控制、车辆参考速度计算。通过CAN总线同时将速度传递给MVB主控板卡，用于计算全列的速度。同时进行防滑控制、停放制动状态监测等功能。
5.主控板卡3负责车重压力采集，用于计算最大可用制动力。负责预控压力采集、电空制动阀控制，进而完成常用制动的施加功能。通过CAN总线，扩展板卡将直接制动隔离塞门、间接制动隔离塞门等信号的采集传递给MVB通讯板卡用于常用制动的控制工作。
6.扩展板卡1负责常用制动隔离塞门、停放制动隔离塞门、间接制动隔离塞门等信号的采集，并通过CAN总线，将塞门状态信号传递给主控板卡3用于常用制动控制。同时将主控板卡2的门控信号通过扩展板卡2对EBCU外部进行输出控制。
7.扩展板卡2采集停放制动环路状态、隔离轴状态等功能。
8.扩展板卡3负责高低阶撒沙的控制、空压机加热、空压机启动信号控制等功能。
9.扩展板卡4采集制动手柄的硬线信号，通过CAN总线传给主控板卡1用于制动级位计算。其主要功能是管理列车制动系统、进行制动试验、分配制动力、执行电空制动控制、车轮防滑控制、主空压机管理、辅助空压机管理、停放制动控制、撒砂控制、不旋转轴检测、系统故障诊断等。
这样，本发明提供了一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统及其控制方法，其能够统一管理各车的制动设备，精确分配各车的制动力，防滑控制更及时高效，实现了自动化的制动试验，能够有效地诊断各车辆的制动设备状态，车辆本地制动控制单元的记录使事件具有可追溯性。同时，列车中央控制系统和司机能及时获悉制动系统的状态，确保列车的安全。
需要说明的是，本发明的保护范围不限于上述具体实施方式中所说明的具体实施方式，而是只要满足权利要求中特征的组合就落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统为分级式电子控制系统，
所述电子控制系统至少包括：整车电子制动控制单元，其进行控制整个列车的制动并至少进行制动力分配；分段电子制动控制单元，其收集预设的网段内的各车辆的信息并发送至所述整车电子制动控制单元，从所述整车电子制动控制单元接收控制信息且分发到所述预设的网段内各车辆；以及本地电子制动控制单元，其收集预设的单个车辆的信息并发送至所述分段电子制动控制单元，从所述分段电子制动控制单元接收控制信息并发送至所述预设的单个车辆以对车辆进行相应的制动控制；
所述整车电子制动控制单元、分段电子制动控制单元和所述本地电子制动控制单元均至少包括通过总线而彼此之间相互通讯的主控板卡模块、扩展板卡模块以及通讯板卡模块，其中，
所述主控板卡模块包括一种或多种主控板卡，所述主控板卡在不同的控制单元中实现不同的控制功能，
所述扩展板卡模块包括多种扩展板卡，每一种所述扩展板卡的数量为一个或多个，所述扩展板卡为对所述主控板卡的控制功能的扩展，
所述通讯板卡模块包括多种通讯板卡，所述通讯板卡用于使其所在的电子制动控制单元中的各部件之间进行通讯和/或使该电子制动控制单元与外部进行通讯。
2.根据权利要求1所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述主控板卡至少包括制动管理主控板卡，所述制动管理主控板卡用于列车的制动试验，包括菜单引导的制动试验、自动制动试验、短制动试验；另外所述制动管理主控板卡还用于本地空压机控制、辅助空压机控制、撒砂控制、制动力级别计算。
3.根据权利要求2所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述主控板卡还包括防滑控制板卡，所述防滑控制板卡用于各轴的速度检测、空气防滑控制、电制动防滑请求与切除、停放制动状态监测、检测制动缸压力。
4.根据权利要求2或3所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述主控板卡还包括电空制动控制板卡，所述电空制动控制板卡用于预设的车辆的电空制动控制，主要检测该预设的车辆的车重，计算该预设的车辆的可用空气制动力，并发送至所述通讯板卡；同时，从通讯板卡接收列车制动力分配结果，控制该预设的车辆的制动缸压力。
5.根据权利要求1所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述通讯板卡至少包括：
MVB网络通讯板卡、即多功能车辆总线通讯板卡，其将所述电子控制系统连接入列车的MVB网络，与其它车辆的用于制动控制的电子控制系统、列车的中央控制单元、列车的牵引控制单元进行通讯；
以及CAN总线通讯板卡，其包括外部接口板卡和背板卡，其中所述外部接口板卡是外部部件与本电子控制系统进行CAN通讯的接口；本电子控制系统内所有板卡都安装在所述背板卡上，通过所述背板卡的CAN总线互相通讯。
6.根据权利要求1所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述扩展板卡的数量为多个，并且用于控制门控信号的输出，常用制动高低阶的输出，常用制动隔离塞门的采集，停放制动隔离塞门的采集、隔离轴的采集、停放环路的检测、高低阶撒沙信号输出、空压机加热信号的输出以及制动手柄信号执行功能。
7.根据权利要求1所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统还包括电源板卡，所述电源板卡为整个所述电子控制系统供电。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于高速轨道交通车辆的电子控制系统的控制方法，其特征在于，所述本地电子制动控制单元采集本地车辆的信息并汇总到所述分段电子制动控制单元，各所述分段电子制动控制单元将汇总的信息发送到所述整车电子制动控制单元，所述整车电子制动控制单元根据所收到的信息计算整车中各车辆的制动力并发送给所述分段电子制动控制单元，所述分段电子制动控制单元将控制信息发送到所述本地电子制动控制单元，所述本地电子制动控制单元对各车辆进行控制来完成整个列车的制动。
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