CN108263442A - 列车制动系统、动车组及制动控制方法 - Google Patents

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赛华松
赵杨坤
胡淼
路金昌
张振超
刘振
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Abstract

本发明提出一种列车制动系统，包括牵引制动控制器、设置于动车内的牵引控制单元及设置于每辆车内的制动控制单元和制动装置，所述制动控制单元与所述制动装置气路连接，所述牵引制动控制器、所述牵引控制单元及所述制动控制单元均设置有网络接口和硬线接口，所述牵引制动控制器与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接，所述牵引控制单元与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接以便制动信息可同时通过通信网络和硬线传输，当通信网络发生故障时，控制网络故障车辆的制动信息的传输由通信网络切换至硬线传输，其余正常车辆仍通过通信网络传输制动信息，本发明不需停车或限速，可以提高制动系统的可靠性，保证列车的正常运营。

Description

列车制动系统、动车组及制动控制方法
技术领域
本发明属于车辆制动控制领域，尤其涉及一种列车制动系统、动车组及制动控制方法。
背景技术
目前，动车组及城轨等轨道车辆制动系统主要采用TCN总线、ARCNET总线、RS485总线、CAN总线、以太网总线其中一种或几种组合的方式作为通信架构。因此，网络的可靠性决定了制动系统的可用性，为提高制动系统的可用性，现行系统通过设置冗余的网络设备以提高网络的可靠性。随着制动系统的智能化发展，需要传输的信息越来越多，数据量越来越大，传统的通信网络的带宽、传输速率和成本已不能满足制动系统技术发展的需求，国内外先后推出了基于以太网的网络架构作为下一代动车组和城轨车辆的列车通信网络。但是当某辆车网络系统故障时，如某辆车制动系统网络板卡故障，会导致单车制动的网络控制失效。此种情况下，需进行停车，并将故障车的制动进行隔离之后才能重新运营：当损失的制动力较少时，可通过其他车的剩余可用制动力对故障车损失的制动力进行补充，可不限速，但会导致其他车的磨耗增加；当损失的制动力较多时，需要进行限速，影响了列车的正常运营。
鉴于此，有必要提供一种新的动车组及城轨制动系统及其控制方法，该动车组及城轨制动系统及其控制方法不需停车或限速，可以提高制动系统的可靠性，保证列车的正常运营。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种新的列车制动系统、动车组及制动控制方法，该列车制动系统、动车组及制动控制方法不需停车或限速，提高了制动系统制动指令传输的可靠性，保证了列车的正常运营。
为了达到上述目的，本发明的技术方案在于提供一种列车制动系统，包括牵引制动控制器、设置于动车内的牵引控制单元及设置于每辆车内的制动控制单元和制动装置，所述制动控制单元与所述制动装置气路连接，所述牵引制动控制器、所述牵引控制单元及所述制动控制单元均设置有网络接口和硬线接口，所述牵引制动控制器与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接，所述牵引控制单元与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接。
作为优选，所述制动控制单元包括用于检测列车通信网络故障的网络故障检测单元及用于切换由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息的切换单元。
作为优选，所述制动控制单元还包括用于控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息的延时单元。
作为优选，所述制动控制单元还包括用于将通信网络故障信息上报的故障上报单元。
一种动车组，包括上述的列车制动系统。
一种制动控制方法，采用上述的列车制动系统，包括以下步骤：
制动信息通过通信网络和硬线同步传输；
网络故障检测单元检测通信网络是否发生故障，若否，则全部车辆采信通信网络传输的制动信息，若是，则所述切换单元控制网络故障车辆由采信网络传输切换为采信硬线传输制动信息，其余正常车辆仍采信通信网络传输制动信息。
作为优选，通信网络故障时，则进一步判断网络故障车辆是动车还是拖车；
若为动车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加动力制动和空气制动的复合；
若为拖车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加空气制动；
作为优选，网络故障情况下，所述延时单元控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息，同时经故障上报单元将故障信息上报。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明列车制动系统、动车组及制动控制方法采用通信网络总线与硬线组合的方式，当网络故障时，自动切换至硬线模式，根据硬线传递指令在故障车上施加制动，在制动系统的列车网络通信故障时无需停车或限速，提高了制动系统的可靠性，保证了列车的正常运行。
2、本发明所述列车制动系统、动车组及制动控制方法采用基于列车通信网络总线与硬线冗余的制动系统通信架构，以较低的成本提高了制动系统通信架构和制动传输的可靠性。
3、本发明所述列车制动系统、动车组及制动控制方法中，在检测到列车通信故障后，经过预设时间的延时之后再切换至硬线传输模式并自动上报故障信息，有利于排除故障误报以及回库之后的故障定位和检修。
附图说明
图1为本发明列车制动系统的结构示意图；
图2为本发明所述列车制动系统的制动控制单元示意图；
以上各图中：1、列车制动系统；11、拖车；12、动车；13、拖车；14、动车；15、动车；16、拖车；17、动车；18、拖车；190、列车主干网节点(ETBN)；191、以太网交换机(ECN)；192、总风缸管(MRP)；193、牵引制动控制器(TBC)；194、制动控制单元(BCU)；1941、延时单元；1942、切换单元；1943、网络故障检测单元；1944、故障上报单元；195、转向架制动装置；196、牵引控制单元(TCU)。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明中，需要说明的是，图1中表示网络总线、“--”表示硬线、“------”表示气路，且本实施例中，设定动车组为8辆编组(4动4拖)，11，13，16，18为拖车，12，14，15，17为动车，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者是暗示所指的系统只能为动车组8辆编组(4动4拖)，其中，11，13，16，18为拖车，12，14，15，17为动车，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种列车制动系统1，包括用于发出牵引和制动指令的牵引制动控制器193、设置于动车内的用于控制动力制动力的牵引控制单元196及设置于每辆车内的制动控制单元194和制动装置，所述制动控制单元194用于进行制动管理和动力制动力及空气制动力的计算和分配，所述制动控制单元194与所述制动装置气路连接以便制动控制单元194将空气制动力分配给制动装置，所述牵引制动控制器193、所述牵引控制单元196及所述制动控制单元194均设置有网络接口和硬线接口，所述牵引制动控制器193与所述制动控制单元194同时通过网络总线和硬线连接，所述牵引控制单元196与所述制动控制单元194同时通过网络总线和硬线连接以便所述牵引制动控制器193、所述牵引控制单元196及所述制动控制单元194之间的制动信息可同时通过通信网络和硬线传输，提高了所述列车制动系统1的制动信息传输的安全可靠性。
如图2所示，所述制动控制单元194包括用于检测列车通信网络故障的网络故障检测单元1943及用于切换由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息的切换单元1942，当所述网络故障检测单元1943检测到列车通信网络发生故障后，所述制动控制单元194便控制所述切换单元1942由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息，在此过程中列车无需停车或者限速，提高了制动系统的可用性同时保证了列车的正常运营。
继续参见图2，所述制动控制单元194还包括用于控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息的延时单元1941，通过设置所述延时单元1941以便防止所述网络故障检测单元1943发生错误检测。
进一步，所述制动控制单元194还包括用于将通信网络故障信息上报的故障上报单元1944，所述故障上报单元1944将所述列车制动系统1的故障信息上报至两端车司机室的司机操作台上以便列车回库之后的网络故障定位和检修。
一种动车组，包括上述的列车制动系统1。
一种制动控制方法，采用上述的列车制动系统1，包括以下步骤：
制动信息通过通信网络和硬线同步传输；
所述网络故障检测单元1943检测通信网络是否发生故障，若否，则全部车辆采信通信网络传输的制动信息，若是，则所述切换单元1942控制网络故障车辆由采信网络传输切换为采信硬线传输制动信息，其余正常车辆仍采信通信网络传输制动信息。
通信网络故障时，则进一步判断网络故障车辆是动车还是拖车；
若为动车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加动力制动和空气制动的复合；
若为拖车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加空气制动；
网络故障情况下，所述延时单元1941控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息，同时经所述故障上报单元1944将故障信息上报至两端车。
现通过一较佳实施例对上述技术方案进行进一步说明：
实施例一
如图1所示的列车制动系统1包括位于司机室两端车的牵引制动控制器193及列车主干网节点190，设置于动车内的牵引控制单元196，设置于每辆车内的制动控制单元194、转向架制动装置195及以太网交换机191。进一步地，本实施例是以以太网为例进行的说明，以太网采用两级总线拓扑结构，分为列车级和车辆级；其中列车级的不同网络管理单元之间通过列车主干网节点190相互连接，车辆级的每辆车具备网络接口的设备通过所在车的以太网交换机191相互连接。
继续参见图1，所述牵引制动控制器193、所述制动控制单元194及所述牵引控制单元196均具有网络接口和硬线接口，所述牵引制动控制器193及所述制动控制单元194通过硬线接口与贯穿全列车的硬线连接，所述牵引控制单元196通过硬线接口与所述制动控制单元194连接；所述以太网交换机191与所述列车主干网节点190具有网络接口，所述牵引制动控制器193、所述制动控制单元194、所述牵引控制单元196及所述列车主干网节点190均通过网络接口与所在车的以太网交换机191连接，两端车的列车主干网节点190通过网络接口连接；其中，本实施例中四辆车为一个网络管理单元，同一个网络管理单元内部各辆车的网络设备通过以太网交换机191相互连接，两个网络管理单元之间通过列车主干网节点190连接至列车级网络；司机室激活的端车为控制端。
如图2所示，所述制动控制单元194包括用于检测列车通信网络故障的网络故障检测单元1943及用于切换由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息的切换单元1942，当所述网络故障检测单元1943检测到列车通信网络发生故障后，所述制动控制单元194便控制所述切换单元1942由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息；所述制动控制单元194还包括用于控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息的延时单元1941及用于将通信网络故障信息上报的故障上报单元1944，所述故障上报单元1944将所述列车制动系统1的故障信息上报至两端车司机室的司机操作台上。
以下为网络正常时制动信息的传输过程：
控制端司机室的所述牵引制动控制器193产生的制动指令通过网络和硬线同步传送，即，所述牵引制动控制器193通过贯穿全列车的硬线将制动指令传送至每辆车的所述制动控制单元194，同时所述牵引制动控制器193通过网络将制动指令发送至所在车的所述以太网交换机191，所在车的所述以太网交换机191将制动指令发送至所在网络管理单元内部的其他车的以太网交换机191，进一步发送给所在网络管理单元内部各车的所述制动控制单元194，所在车的所述以太网交换机191将制动指令通过所在车的所述列车主干网节点190发送至另一网络管理单元的所述列车主干网节点190进而通过其网络管理单元内部各车的以太网交换机191发送给各车的制动控制单元194；此时，控制端的所述制动控制单元194接收到制动指令后，根据车辆级和列车级网络汇总而来的制动信息进行制动力的计算和分配，将分配的空气制动力和动力制动力通过车辆级和列车级网络发送给各车的所述制动控制单元194，进而动车的所述制动控制单元194将动力制动力通过网络和硬线同时发送给本车的所述牵引控制单元196(其中网络传输方式是通过所在车的所述以太网交换机191进行传输，硬线传输方式是通过所在车的所述牵引控制单元196与所述制动控制单元194之间的硬线进行传输)，所有车的所述制动控制单元194将空气制动力通过气路控制转向架制动装置195动作。
其中，动车的所述牵引控制单元196将本车的实际动力制动力通过网络和硬线同时发送给本车的制动控制单元194(其中网络传输方式是通过所在车的所述以太网交换机191进行传输，硬线传输方式是通过所在车的所述牵引控制单元196与所述制动控制单元194之间的硬线进行传输)，进而各车的所述制动控制单元194将本车的实际制动力(空气制动力及实际动力制动力)等制动信息通过网络发送给所在车的以太网交换机191，进一步通过车辆级和列车级网络发送给控制端的所述制动控制单元194。
当网络正常时，所述列车制动系统1选择采信网络方式进行制动指令等制动信息的传输，而当所述网络故障检测单元1943检测到网络板卡故障或者网络节点故障导致某辆车或几辆车不可用时，故障车辆的所述制动控制单元194的所述延时单元1941控制所述故障车辆经过10ms的延时之后，故障车辆的所述制动控制单元194的所述切换单元1942由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息，同时所述故障上报单元1944将所述列车制动系统1的故障信息上报至两端车司机室的司机操作台上以便列车回库之后的网络故障定位和检修；
若所述网络故障检测单元1943检测到一动车发生网络故障时，其余七辆车仍按照上述网络正常时的情况进行制动信息的传输，同时默认故障车辆也已施加了相应的制动力，而故障本车则经过所述延时单元1941的10ms延时之后通过切换单元1942由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息，同时所述故障上报单元1944将所述列车制动系统1的故障信息上报至两端车司机室的司机操作台上，此时故障车本车的所述制动控制单元194将动力制动力需求通过硬线传输方式发送给故障本车的所述牵引控制单元196，所述牵引制动单元根据需求施加相应的动力制动力并将实际动力制动力反馈给本车的所述制动控制单元194，所述制动控制单元194采信硬线传输的实际动力制动力计算需要补充的空气制动力，并通过气路使所述转向架制动装置195施加相应的空气制动力；
若所述网络故障检测单元1943检测到一拖车发生网络故障时，其余七辆车仍按照上述网络正常的时的情况进行制动信息的传输，同时默认故障车辆也已施加了相应的制动力，而故障本车则经过所述延时单元1941的10ms延时之后通过切换单元1942由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息，同时所述故障上报单元1944将所述列车制动系统1的故障信息上报至两端车司机室的司机操作台上，此时故障本车的所述制动控制单元194直接通过气路使所述转向架制动装置195施加相应的空气制动力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种列车制动系统，包括牵引制动控制器、设置于动车内的牵引控制单元及设置于每辆车内的制动控制单元和制动装置，所述制动控制单元与所述制动装置气路连接，其特征在于：所述牵引制动控制器、所述牵引控制单元及所述制动控制单元均设置有网络接口和硬线接口，所述牵引制动控制器与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接，所述牵引控制单元与所述制动控制单元同时通过网络总线和硬线连接。
2.如权利要求1所述的列车制动系统，其特征在于：所述制动控制单元包括用于检测列车通信网络故障的网络故障检测单元及用于切换由采信网络传输变为采信硬线传输制动信息的切换单元。
3.如权利要求2所述的列车制动系统，其特征在于：所述制动控制单元还包括用于控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息的延时单元。
4.如权利要求2所述的列车制动系统，其特征在于：所述制动控制单元还包括用于将通信网络故障信息上报的故障上报单元。
5.一种动车组，其特征在于：包括如权利要求1-4任一项所述的列车制动系统。
6.一种制动控制方法，采用如权利要求1-4任一项所述的列车制动系统，其特征在于：包括以下步骤：
制动信息通过通信网络和硬线同步传输；
网络故障检测单元检测通信网络是否发生故障，若否，则全部车辆采信通信网络传输的制动信息，若是，则所述切换单元控制网络故障车辆由采信网络传输切换为采信硬线传输制动信息，其余正常车辆仍采信通信网络传输制动信息。
7.如权利要求6所述的制动控制方法，其特征在于：通信网络故障时，则进一步判断网络故障车辆是动车还是拖车；
若为动车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加动力制动和空气制动的复合；
若为拖车：则在网络故障车辆在本车范围内通过采信硬线传输制动信息以施加空气制动。
8.如权利要求6所述的制动控制方法，其特征在于：网络故障情况下，所述延时单元控制由采信通信网络传输制动信息延时切换至采信硬线传输制动信息，同时经故障上报单元将故障信息上报。
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