CN105398438A - 一种轨道交通列车牵引制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道交通列车牵引制动系统及方法，该系统包括中央控制系统以及分别与中央控制系统连接的制动执行装置、牵引控制系统，中央控制系统包括用于控制执行电空混合制动的制动控制模块；中央控制系统从列车通信网络中实时接收列车的牵引、制动指令，根据接收的指令启动牵引控制系统控制执行牵引操作，或通过制动控制模块控制制动执行装置、牵引控制系统执行电空混合制动操作；该方法为利用上述系统执行牵引、制动的方法。本发明具有结构简单、所需成本低、能够实时执行制动控制、电空混合制动执行精度及效率高的优点。

Description

一种轨道交通列车牵引制动系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通列车技术领域，尤其涉及一种轨道交通列车牵引制动系统及方法。

背景技术

轨道交通列车中列车的牵引、制动分别是通过牵引控制系统、制动系统控制执行，分布于各个车辆单元的牵引控制系统、制动系统通过车辆总线联结成一个列车网络，各系统与列车之间则通过列车通信网络进行信息交互。列车的牵引、制动主要有两种控制模式，一种为自动驾驶模式，由列车自动驾驶系统发出牵引/制动指令；另一种为人工模式，由司机在自动防护的情况下由司机操作司机控制器来实现牵引和制动。如图1所示，现有的列车牵引制动系统是基于网络控制数据的传输，各个车辆单元的制动系统、牵引控制系统通过网络控制系统进行信息交互，列车采用网络优先的控制方式实现牵引、制动，实现对整列车逻辑控制、列车监视功能和列车诊断功能。当列车网络通信正常时，由带司机控制室的车辆单元内中央控制系统作为主控制单元，并采集司机控制器或列车信号系统发出的牵引、制动命令及级位指令，通过列车通信网络发送到其余车辆单元的网络控制系统，由网络控制系统分发至制动系统、牵引控制系统完成各车辆单元的牵引及制动控制，同时每个车辆单元的牵引、制动信息通过列车通信网络反馈到司机控制室。

电空混合制动即为电制动与空气制动混合的制动方式，如图2所示，如上述传统的列车牵引制动系统在执行电空混合制动时，其控制过程如下：第一步，网络控制系统通过列车通信网络接收到司机控制室发出的列车控制指令（牵引指令、制动指令）；第二步，网络控制系统通过数据中转将列车控制指令（牵引指令、制动指令）按相应的指令周期将控制指令发送到牵引控制系统和制动系统；第三步，制动系统在接受到的列车控制指令为制动指令时，通过电空混合控制计算所需电制动力，并向网络控制系统发送出电制动请求指令；第四步，网络控制系统收到制动系统发出的电制动请求后，按相应的指令周期发送到牵引控制系统3；第五步，牵引控制系统收到网络控制系统发出的电制动请求后，牵引控制系统根据实际能力进行电制动施加，并实时将电制动反馈给网络控制系统；第六步，网络控制系统收到牵引控制系统反馈的电制动后，按相应的指令周期将电制动反馈发送到制动系统；第七步，制动系统收到网络控制系统发出的电制动反馈后，将不足的部分以摩擦制动力的形式输出。

上述传统的列车牵引制动系统通过网络控制系统传输控制数据，由于网络数据传输存在一定时延，因而在执行电空混合制动的制动力初始上升阶段、制动级位变化阶段、停车电制动转空气制动阶段均会影响制动准确执行，具体为：在制动力初始上升阶段，由于牵引力消退时间、牵引控制系统和制动控制之间的数据需要经过网络控制系统进行中转，且数据传输存在一定延时，因而经常出现多余的空气制动过冲或空走距离过长的现象，即使通过参数的设定调整也无法完全解决该问题；在制动级位变化阶段，由于电制力反馈不及时，因而经常出现追加的空气制动，并且往往还会与电制动叠加导致列车制动波动和冲击的现象；在停车电制动转空气制动阶段，由于电制力申请和电制力反馈的延时，同样会造成转换阶段由摩擦制动力施加与电制力施加叠加得到的总制动力不能及时响应制动指令，导致制动指令需要不断地调节，而使得制动距离计算不准影响精准停车。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、所需成本低、能够实时执行制动控制、电空混合制动执行精度及效率高的轨道交通列车牵引制动系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种轨道交通列车牵引制动系统，包括中央控制系统以及分别与所述中央控制系统连接的制动执行装置、牵引控制系统，所述中央控制系统包括用于控制执行电空混合制动的制动控制模块；所述中央控制系统从列车通信网络中实时接收列车的牵引、制动指令，根据接收的指令启动所述牵引控制系统控制执行牵引操作，或通过所述制动控制模块控制所述制动执行装置、牵引控制系统执行电空混合制动操作。

作为本发明系统的进一步改进：所述中央控制系统与所述制动执行装置电气连接；所述中央控制系统与所述牵引系统通过列车通信网络连接。

作为本发明系统的进一步改进：所述制动控制模块包括电空混合控制单元以及摩擦制动控制单元，所述电空混合控制单元根据接收到的制动指令发送电制动请求至所述牵引控制系统，所述摩擦制动控制单元接收所述牵引控制系统的电制动反馈并计算所需补充的摩擦制动力，发送摩擦制动控制指令至所述制动执行装置。

作为本发明系统的进一步改进：所述制动控制模块还包括与所述电空混合控制单元连接的制动调整单元，所述制动调整单元接收所述牵引控制系统、制动执行装置的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整所述电制动请求、摩擦制动控制指令。

作为本发明系统的进一步改进：所述牵引控制系统包括电传动控制单元以及电制动施加单元，所述电传动控制单元接收所述电制动请求，根据所述电制动请求控制所述电制动施加单元施加电制动力。

作为本发明系统的进一步改进：所述中央控制系统还包括用于网络通信控制的网络控制模块，所述网络控制模块与所述列车通信网络连接。

本发明进一步提供一种利用上述轨道交通列车牵引制动系统的方法，步骤包括：

1）所述中央控制系统实时从所述列车通信网络中接收列车发送的牵引、制动指令，若为牵引指令，转入执行步骤2）；若为制动指令，转入执行步骤3）；

2）所述中央控制系统将牵引指令发送至所述牵引控制系统，所述牵引控制系统根据所述牵引指令控制执行对应的牵引操作；

3）所述制动控制模块接收制动指令，控制启动所述牵引控制系统执行电制动操作后，控制所述制动执行装置执行摩擦制动操作以补充所需制动力。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）的具体步骤为：

3.1）所述制动控制模块接收制动指令，根据制动指令发送电制动请求至所述牵引控制系统（3）；

3.2）所述牵引控制系统接收所述电制动请求控制施加电制动力，将电制动反馈发送至所述制动控制模块；

3.3）所述制动控制模块接收所述电制动反馈，根据所述电制动反馈计算所需补充的摩擦制动力，发送对应的摩擦制动控制指令至所述制动执行装置；所述制动执行装置接收所述摩擦制动控制指令施加摩擦力制动以补充所需制动力。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）还包括制动调整步骤，具体步骤为：所述述制动控制模块接收所述牵引控制系统、制动执行装置的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整所述电制动请求、摩擦制动控制指令。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明轨道交通列车牵引制动系统及方法，通过中央控制系统实现制动控制功能，电空混合制动过程中，由制动控制模块直接控制牵引控制系统、制动执行装置，中央控制系统与牵引控制系统、制动执行装置之间数据不需要经过中转过程，避免了制动力上升阶段、电制动转空气制动阶段的数据传输时延问题，因而可以及时的响应制动指令完成电空混合制动，保证制动的精准性，提升了列车制动控制性能；

2）本发明轨道交通列车牵引制动系统及方法，由中央控制系统执行电空混合制动控制，电制动请求过程中，通过制动控制模块直接发送电制动请求至牵引控制系统；电制动反馈过程中，中央控制系统直接接收牵引控制系统的电制动反馈，以及直接根据电制动反馈控制制动执行装置，电制动请求和电制动反馈均能够及时传输，避免了传输不及时导致的制动控制问题，保证电制动以及摩擦制动均能够及时、准确的执行；

3）本发明轨道交通列车牵引制动系统及方法，进一步的中央控制系统与制动执行装置电气连接，中央控制系统通过电气连接的方式可以实时将制动控制指令发送至制动执行装置，使得制动执行装置能够及时响应制动控制指令执行摩擦力制动；

4）本发明轨道交通列车牵引制动系统中，制动控制模块进一步包括制动调整单元，由制动调整单元根据牵引控制系统、制动执行装置反馈的实际制动力不断调整制动控制指令，使得制动控制更为精准。

附图说明

图1是现有的列车牵引制动系统的结构原理示意图。

图2是现有的列车牵引制动系统执行电空混合制动的实现原理示意图。

图3是本实施例轨道交通列车牵引制动系统的结构原理示意图。

图4是本实施例轨道交通列车牵引制动系统执行电空混合制动的实现原理示意图。

图5是本实施例轨道交通列车牵引制动系统执行电空混合制动的工作流程示意图。

图例说明：1、中央控制系统；11、网络控制模块；12、制动控制模块；2、制动执行装置；3、牵引控制系统。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图3所示，本实施例轨道交通列车牵引制动系统，包括中央控制系统1以及分别与中央控制系统1连接的制动执行装置2、牵引控制系统3，中央控制系统1包括用于控制执行电空混合制动的制动控制模块12；中央控制系统1从列车通信网络中实时接收列车的牵引、制动指令，根据接收的指令启动牵引控制系统3控制执行牵引操作，或通过制动控制模块12控制制动执行装置2、牵引控制系统3执行电空混合制动操作。中央控制系统1作为对列车控制的主体，通过列车通信网络与列车之间进行信息交互。

当列车处于牵引状态时，中央控制系统1接收牵引指令，通过启动牵引控制系统3执行牵引操作；当列车处于制动状态时，中央控制系统1接收制动指令，通过制动控制模块12控制启动牵引控制系统3执行电制动后，控制制动执行装置2执行摩擦力制动以补充不足的制动力，实现电空混合制动。

本实施例通过中央控制系统1实现制动控制功能，电空混合制动过程中，由制动控制模块12直接控制牵引控制系统3、制动执行装置2，中央控制系统1与牵引控制系统3、制动执行装置2之间控制指令不需要经过数据中转过程，避免了制动力上升阶段、电制动转空气制动阶段的数据传输时延问题，因而可以及时的响应制动指令完成电空混合制动，保证制动的精准性，提升了列车制动控制性能。

本实施例中，中央控制系统1与制动执行装置2电气连接；中央控制系统1与牵引控制系统3通过列车通信网络连接。中央控制系统1通过电气连接的方式可以实时将制动控制指令发送至制动执行装置2，使得制动执行装置2能够及时响应制动控制指令执行摩擦力制动。

本实施例中，制动控制模块12包括电空混合控制单元以及摩擦制动控制单元，电空混合控制单元根据接收到的制动指令发送电制动请求至牵引控制系统3，摩擦制动控制单元接收牵引控制系统3的电制动反馈并计算所需补充的摩擦制动力，发送摩擦制动控制指令至制动执行装置2。

本实施例中，牵引控制系统3包括电传动控制单元以及电制动施加单元，电传动控制单元接收电制动请求，根据电制动请求控制电制动施加单元施加电制动力。

如图4所示，本实施例中央控制系统1接收到制动指令时，制动控制模块12通过电空混合控制单元计算所需电制动力，根据所需电制动力发送电制动请求至牵引控制系统3；牵引控制系统3通过电传动控制单元接收电制动请求，根据电制动请求控制电制动施加单元施加电制动力，将电制动反馈发送至中央控制系统1；制动控制模块12通过摩擦制动控制单元接收电制动反馈计算所需补充的摩擦制动力，发送摩擦制动控制指令至制动执行装置2；制动执行装置2接收摩擦制动控制指令，根据摩擦制动指令施加摩擦制动力。由中央控制系统1执行电空混合制动控制时，电制动请求过程中，中央控制系统1通过制动控制模块12直接发送电制动请求至牵引控制系统3；电制动反馈过程中，中央控制系统1直接接收牵引控制系统3的电制动反馈，以及直接根据电制动反馈控制制动执行装置2执行摩擦力制动，电制动请求和电制动反馈均能够及时传输，避免了由于电制动请求、电制动反馈传输不及时导致的制动控制问题，保证电制动以及摩擦制动均能够及时、准确的执行。

本实施例中，制动控制模块12还包括与电空混合控制单元连接的制动调整单元，制动调整单元接收牵引控制系统3、制动执行装置2的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整电制动请求。牵引控制系统3、制动执行装置2是按照实际能力施加制动力，因而还需要根据牵引控制系统3、制动执行装置2实际施加的制动力进行调整。本实施例由制动调整单元根据电制动、摩擦制动的实际制动力不断调整制动控制，使得制动控制更为精准。

本实施例中制动执行装置2的制动反馈具体以电气指令的方式通过电气连接线反馈至中央控制系统1的制动控制模块12，因而能够在实现实时控制的同时保证实时制动反馈，当然在其他实施例中，制动执行装置2的制动反馈也可以根据实际需求采用网络数据传输等其他传输方式。

本实施例中，中央控制系统1还包括用于网络通信控制的网络控制模块11，网络控制模块11与列车通信网络连接，通过网络控制模块11实现与列车通信网络的数据交互。

本实施例中，中央控制系统1、牵引控制系统3还分别与列车硬线连接，在列车处于故障状态时，中央控制系统1通过列车硬件接收牵引、制动指令，根据接收的指令通过列车硬件控制牵引控制系统3执行牵引或电制动操作，制动过程中，中央控制系统1直接控制制动执行装置2执行摩擦制动。

本实施例进一步利用上述轨道交通列车牵引制动系统的方法，步骤包括：

1）中央控制系统1实时从列车通信网络中接收列车发送的牵引、制动指令，若为牵引指令，转入执行步骤2）；若为制动指令，转入执行步骤3）；

2）中央控制系统1将牵引指令发送至牵引控制系统3，牵引控制系统3根据牵引指令控制执行对应的牵引操作；

3）制动控制模块12接收制动指令，控制启动牵引控制系统3执行电制动操作后，控制制动执行装置2执行摩擦制动操作以补充所需制动力。

如图5所示，本实施例中步骤3）的具体步骤为：

3.1）制动控制模块12接收制动指令，根据制动指令发送电制动请求至所述牵引控制系统3；

3.2）牵引控制系统3接收电制动请求控制施加电制动力，将电制动反馈发送至制动控制模块12；

3.3）制动控制模块12接收电制动反馈，根据电制动反馈计算所需补充的摩擦制动力，发送对应的摩擦制动控制指令至制动执行装置2；制动执行装置2接收摩擦制动控制指令施加摩擦力制动以补充所需制动力。

本实施例中，步骤3）还包括制动调整步骤，具体步骤为：中央控制系统1接收牵引控制系统3、制动执行装置2的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整电制动请求以及摩擦制动控制指令。制动执行装置2收到中央控制系统1发出的摩擦制动控制指令后，执行空气制动力的施加，并实时反馈制动压力值；中央控制系统1通过对牵引控制系统3反馈的电制动力和制动执行装置2反馈的制动压力值计算实际制动力，并实时调整电制动请求以及摩擦制动控制指令。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：包括中央控制系统（1）以及分别与所述中央控制系统（1）连接的制动执行装置（2）、牵引控制系统（3），所述中央控制系统（1）包括用于控制执行电空混合制动的制动控制模块（12）；所述中央控制系统（1）从列车通信网络中实时接收列车的牵引、制动指令，根据接收的指令启动所述牵引控制系统（3）控制执行牵引操作，或通过所述制动控制模块（12）控制所述制动执行装置（2）、牵引控制系统（3）执行电空混合制动操作。

2.根据权利要求1所述的轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：所述中央控制系统（1）与所述制动执行装置（2）电气连接；所述中央控制系统（1）与所述牵引控制系统（3）通过列车通信网络连接。

3.根据权利要求1或2所述的轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：所述制动控制模块（12）包括电空混合控制单元以及摩擦制动控制单元，所述电空混合控制单元根据接收到的制动指令发送电制动请求至所述牵引控制系统（3），所述摩擦制动控制单元接收所述牵引控制系统（3）的电制动反馈并计算所需补充的摩擦制动力，发送摩擦制动控制指令至所述制动执行装置（2）。

4.根据权利要求3所述的轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：所述制动控制模块（12）还包括与所述电空混合控制单元连接的制动调整单元，所述制动调整单元接收所述牵引控制系统（3）、制动执行装置（2）的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整所述电制动请求、摩擦制动控制指令。

5.根据权利要求4所述的轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：所述牵引控制系统（3）包括电传动控制单元以及电制动施加单元，所述电传动控制单元接收所述电制动请求，根据所述电制动请求控制所述电制动施加单元施加电制动力。

6.根据权利要求5所述的轨道交通列车牵引制动系统，其特征在于：所述中央控制系统（1）还包括用于网络通信控制的网络控制模块（11），所述网络控制模块（11）与所述列车通信网络连接。

7.利用权利要求1～6中任意一项所述的轨道交通列车牵引制动系统的方法，其特征在于步骤包括：

1）所述中央控制系统（1）实时从所述列车通信网络中接收列车发送的牵引、制动指令，若为牵引指令，转入执行步骤2）；若为制动指令，转入执行步骤3）；

2）所述中央控制系统（1）将牵引指令发送至所述牵引控制系统（3），所述牵引控制系统（3）根据所述牵引指令控制执行对应的牵引操作；

3）所述制动控制模块（12）接收制动指令，控制启动所述牵引控制系统（3）执行电制动操作后，控制所述制动执行装置（2）执行摩擦制动操作以补充所需制动力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3）的具体步骤为：

3.1）所述制动控制模块（12）接收制动指令，根据制动指令发送电制动请求至所述牵引控制系统（3）；

3.2）所述牵引控制系统（3）接收所述电制动请求控制施加电制动力，将电制动反馈发送至所述制动控制模块（12）；

3.3）所述制动控制模块（12）接收所述电制动反馈，根据所述电制动反馈计算所需补充的摩擦制动力，发送对应的摩擦制动控制指令至所述制动执行装置（2）；所述制动执行装置（2）接收所述摩擦制动控制指令施加摩擦力制动以补充所需制动力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3）还包括制动调整步骤，具体步骤为：所述述制动控制模块（12）接收所述牵引控制系统（3）、制动执行装置（2）的制动反馈信号计算当前施加的实际制动力，根据计算得到的实际制动力调整所述电制动请求、摩擦制动控制指令。