CN105398458A - 牵引制动控制融合的轨道交通列车牵引制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种牵引制动融合的轨道交通列车牵引制动系统及方法，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、牵引执行装置，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、用于控制牵引执行装置执行牵引或电制动操作的牵引控制模块，中央控制系统通过列车通信网络实时接收列车的牵引、制动指令，通过制动控制模块、牵引控制模块分别控制制动执行装置、牵引执行装置以执行牵引操作或电空混合制动操作；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、能够实现实时牵引与制动控制、且电空混合制动的整个过程中执行精度以及效率高的优点。

Description

牵引制动控制融合的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，尤其涉及一种牵引制动控制融合的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、制动控制系统控制执行，分布于各个车辆单元的牵引控制系统、制动控制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控制系统是基于网络控制数据的传输，各个车辆单元的制动控制系统、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网络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控制系统、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控制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控制系统；第三步，制动控制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控制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；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控制系统；第七步，制动控制系统收到网络控制系统发出的电制动反馈后，将不足的部分以空气制动力的形式输出。

上述传统的列车牵引制动控制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空气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、能够实现实时牵引与制动控制、且电空混合制动的整个过程中执行精度以及效率高的牵引制动控制融合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：

一种牵引制动控制融合的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、牵引执行装置，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、用于控制所述牵引执行装置执行牵引或电制动操作的牵引控制模块，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，通过所述制动控制模块、牵引控制模块分别控制所述制动执行装置、牵引执行装置以执行牵引操作或电空混合制动操作。

作为本发明系统的进一步改进：所述中央控制系统分别与所述制动执行装置、牵引执行装置电气连接。

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制动控制单元，根据接收到的制动指令计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力通过所述牵引控制模块发送电制动控制指令至所述牵引执行装置、由所需空气制动力发送空气制动施加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制动控制单元连接的制动控制调整单元，所述制动控制调整单元实时接收所述牵引执行装置、制动执行装置的制动操作反馈信号并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制动控制指令。

作为本发明系统的进一步改进：所述中央控制系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）所述牵引控制模块根据接收到的牵引指令控制所述牵引执行装置执行对应的牵引操作；

3）所述制动控制模块根收制动指令，根据所述制动指令通过所述牵引控制模块控制所述牵引执行装置执行电制动操作、以及根据所述制动指令控制所述制动执行装置执行空气制动操作，完成电空混合制动操作。

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并计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力产生对应的电制动控制指令、所需空气制动力产生对应的空气制动施加指令，通过所述牵引控制模块将所述电制动控制指令发送至所述牵引执行装置、以及直接将所述空气制动施加指令发送至所述制动执行装置；

3.2）所述牵引执行装置接收所述电制动控制指令并施加电制动力，所述制动执行装置接收所述空气制动施加指令并施加空气制动力，完成电空混合制动操作。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3.1）中计算所需电制动力、空气制动力的具体步骤为：根据接收到的制动指令计算所需的总制动力，对所述总制动力的上升斜率按照预设要求进行控制，并按照电制动力优先原则将所述总制动力进行分配，得到所需电制动力、空气制动力。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）还包括制动控制调整步骤，具体步骤为：所述制动控制模块分别接收所述牵引执行装置、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控制指令、空气制动施加指令。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明牵引制动控制融合的轨道交通列车牵引制动系统及方法，通过集成有制动控制模块、牵引控制模块的中央控制系统直接控制制动执行装置、牵引执行装置，能够实时控制牵引执行装置执行电制动、制动执行装置执行空气制动以实现电空混合制动，制动控制效率高且由于制动过程中制动控制数据无需进行中转传输，消除了传统的牵引制动控制系统中制动控制系统、牵引控制系统与控制系统之间的数据交互时延问题，因而电空混合制动的全过程均能够精准的执行，极大地提升了列车制动控制性能；

2）本发明牵引制动控制融合的轨道交通列车牵引制动系统及方法，进一步中央控制系统分别与制动执行装置、牵引执行装置电气连接，基于电气控制方式能够实现数据的实时传输，从而进一步消除中央控制系统与制动执行装置、牵引执行装置之间的数据传输时延，保证制动执行装置、牵引执行装置能够及时响应制动指令；

3）本发明牵引制动控制融合的轨道交通列车牵引制动系统及方法，进一步通过电空混合制动控制单元、制动控制调整单元将中央控制系统、制动执行装置、牵引执行装置构成一个闭环系统，实现制动过程的闭环控制，从而能够实时监测制动执行装置、牵引执行装置，同时实时调整制动控制以使得控制过程更为精确。

附图说明

图1是现有的列车牵引制动控制系统的结构原理示意图。

图2是现有的列车牵引制动控制系统执行电空混合制动的实现原理示意图。

图3是本实施例牵引制动控制融合的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具体流程示意图。

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；13、牵引控制模块；2、制动执行装置；3、牵引执行装置。

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，本实施例牵引制动控制融合的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、牵引执行装置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、用于控制牵引执行装置3执行牵引或电制动操作的牵引控制模块13，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，通过制动控制模块12、牵引控制模块13分别控制制动执行装置2、牵引执行装置3以执行牵引操作或电空混合制动操作。中央控制系统1集成有制动执行的控制功能以及牵引执行的控制功能，以作为实现对列车控制的主体；中央控制系统1与列车之间通过列车通信网络进行信息交互。

中央控制系统1接收到列车通信网络的牵引或制动指令（控制指令）时，通过控制制动执行装置2和牵引执行装置3实现对列车的牵引、制动控制，其中当列车处于牵引状态时，即接收到牵引指令，通过牵引控制模块13直接对牵引执行装置3进行牵引控制；当列车处于制动状态时，即接收到制动指令，制动控制模块12通过牵引控制模块13直接对牵引执行装置3进行控制实现电制动控制、以及直接对制动执行装置2进行控制实现摩擦制动补充。

本实施例通过集成有制动控制模块12、牵引控制模块13的中央控制系统1直接控制制动执行装置2、牵引执行装置3，能够实时控制牵引执行装置3执行电制动、制动执行装置2执行空气制动以实现电空混合制动，制动控制效率高且由于制动过程中制动控制数据无需进行中转传输，消除了传统的牵引制动控制系统中制动控制系统、牵引控制系统与控制系统之间的数据交互时延问题，因而电空混合制动的全过程均能够精准的执行，极大地提升了列车制动控制性能。

本实施例中，中央控制系统1分别与制动执行装置2、牵引执行装置3电气连接，通过电气指令对制动执行装置2、牵引执行装置3进行直接控制。基于电气控制方式能够实现控制指令的实时传输，进一步消除中央控制系统1与制动执行装置2、牵引执行装置3之间的传输时延，保证制动执行装置2、牵引执行装置3能够及时响应制动指令。

本实施例中，制动控制模块12包括电空混合制动控制单元，根据接收到的制动指令计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力通过牵引控制模块13发送电制动控制指令至牵引执行装置3、由所需空气制动力发送空气制动施加指令至制动执行装置2。本实施例中央控制系统1接收到牵引指令时，通过牵引控制模块13直接控制牵引执行装置3执行牵引操作；如图4所示，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和空气制动力，由所需电制动力发送电制动指令至牵引执行装置3、所需空气制动力发送空气制动施加指令至制动执行装置2，牵引执行装置3根据电制动指令施加电制动力、制动执行装置2根据空气制动施加指令施加空气制动力。由电空混合控制单元计算所需的电制动力、空气制动力后，直接控制制动执行装置2、牵引执行装置3施加制动力，则电空混合制动过程中，不存在传统牵引制动控制系统中在制动力初始上升阶段、制动级位变化阶段以及电制动转空气制动阶段的控制时延问题，制动执行装置2、牵引执行装置3均能够及时响应制动指令执行相应的制动操作。

本实施例中，制动控制模块12还包括与电空混合制动控制单元连接的制动控制调整单元，制动控制调整单元实时接收牵引执行装置3、制动执行装置2的制动操作反馈信号并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制动控制指令。牵引执行装置3、制动执行装置2均是在制动控制的基础上，按照实际能力进行制动力施加，因而还需要根据实际施加的制动力进行调整。如图4所示，本实施例牵引执行装置3执行电制动操作时，将电制动反馈至中央控制系统1；制动执行装置2执行空气制动操作时，将制动压力反馈至中央控制系统1；制动控制调整单元接收电制动反馈、制动压力反馈并计算实际制动力。中央控制系统1通过电空混合控制单元、制动调整单元，与制动执行装置2、牵引执行装置3构成一个闭环控制系统，实现制动过程的闭环控制，从而可以实时监测制动执行装置2、牵引执行装置3，同时实时调整制动控制以使得控制过程更为精确。

本实施例中牵引执行装置3的电制动反馈、制动执行装置2的制动压力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，牵引执行装置3、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。

本实施例进一步利用上述轨道交通列车牵引制动控制系统的方法，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）牵引控制模块13根据接收到的牵引指令控制牵引执行装置3执行对应的牵引操作；

3）制动控制模块12接收制动指令，根据制动指令通过牵引控制模块13控制牵引执行装置3执行电制动操作、以及根据制动指令控制制动执行装置2执行空气制动操作，完成电空混合制动操作。

本实施例中，步骤3）的具体步骤为：

3.1）制动控制模块12接收到制动指令并计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力产生对应的电制动控制指令、所需空气制动力产生对应的空气制动施加指令，通过牵引控制模块13将电制动控制指令发送至牵引执行装置3、以及直接将空气制动施加指令发送至制动执行装置2；

3.2）牵引执行装置3接收电制动控制指令并施加电制动力，制动执行装置2接收空气制动施加指令并施加空气制动力，完成电空混合制动操作。

本实施例中，步骤3.1）中计算所需电制动力、空气制动力的具体步骤为：根据接收到的制动指令计算所需的总制动力，对总制动力的上升斜率按照预设要求进行控制，即得到满足预设要求的制动冲击率，并按照电制动力优先原则将总制动力进行分配，得到所需电制动力、空气制动力。

本实施例中，步骤3）还包括制动控制调整步骤，具体步骤为：制动控制模块12分别接收牵引执行装置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控制指令、空气制动施加指令。

如图5所示，本实施例中央控制系统1通过列车信息网络接收司机控制室发出的列车控制指令（牵引指令和制动指令等指令），电空混合制动控制单元在接收到列车控制指令的制动级位指令后，计算出总制动力需求并进行总制动力需求上升斜率控制，按电制动优先原则产生电制力，最后计算实时所需电制动力和空气制动力，并通过电气指令分别向牵引执行装置3和制动执行装置2直接发送电制动指令和空气制动施加指令；牵引执行装置3收到中央控制系统1发出的电制动指令后，根据实际能力进行电制动施加，并实时将电制动反馈给中央控制系统1；制动执行装置2收到中央控制系统1发出的空气制动施加指令后，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通过对牵引执行装置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，并实时调整电制动指令和空气制动施加指令。

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)

1.一种牵引制动融合控制的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）、牵引执行装置（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）、用于控制所述牵引执行装置（3）执行牵引或电制动操作的牵引控制模块（13），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，通过所述制动控制模块（12）、牵引控制模块（13）分别控制所述制动执行装置（2）、牵引执行装置（3）以执行牵引操作或电空混合制动操作。

2.根据权利要求1所述的牵引制动融合控制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）分别与所述制动执行装置（2）、牵引执行装置（3）电气连接。

3.根据权利要求1或2所述的牵引制动融合控制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）包括电空混合制动控制单元，根据接收到的制动指令计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力通过所述牵引控制模块（13）发送电制动控制指令至所述牵引执行装置（3）、由所需空气制动力发送空气制动施加指令至所述制动执行装置（2）。

4.根据权利要求3所述的牵引制动融合控制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制动控制单元连接的制动控制调整单元，所述制动控制调整单元实时接收所述牵引执行装置（3）、制动执行装置（2）的制动操作反馈信号并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指令、空气制动施加指令。

5.根据权利要求1或2所述的牵引制动融合控制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。

6.利用权利要求1～5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）所述牵引控制模块（13）根据接收到的牵引指令控制所述牵引执行装置（3）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，根据所述制动指令通过所述牵引控制模块（13）控制所述牵引执行装置（3）执行电制动操作、以及根据所述制动指令控制所述制动执行装置（2）执行空气制动操作，完成电空混合制动操作。

7.根据权利要求6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）接收制动指令并计算所需电制动力、空气制动力，由所需电制动力产生对应的电制动控制指令、所需空气制动力产生对应的空气制动施加指令，通过所述牵引控制模块（13）将所述电制动控制指令发送至所述牵引执行装置（3）、以及直接将所述空气制动施加指令发送至所述制动执行装置（2）；

3.2）所述牵引执行装置（3）接收所述电制动控制指令并施加电制动力，所述制动执行装置（2）接收所述空气制动施加指令并施加空气制动力，完成电空混合制动操作。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3.1）中计算所需电制动力、空气制动力的具体步骤为：根据接收到的制动指令计算所需的总制动力，对所述总制动力的上升斜率按照预设要求进行控制，并按照电制动力优先原则将所述总制动力进行分配，得到所需电制动力、空气制动力。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤3）还包括制动控制调整步骤，具体步骤为：所述制动控制模块（12）分别接收所述牵引执行装置（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控制指令、空气制动施加指令。