CN109421755A - 一种用于控制列车的力矩输出的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于控制列车的力矩输出的系统，其包括：司控器，其用以根据指令产生列车不同级位的级位信息并进行传送；网络控制器，其与司控器连接，用于接收级位信息并根据级位信息计算出编码信息，以得到级位等级；牵引变流器，其与网络控制器连接，用于接收网络控制器传送的级位等级，以根据级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。本发明提出一种用于控制列车的力矩输出的系统和方法，具备两种模式，即无故障模式以及紧急模式，在两种模式下都能够完成列车的力矩输出，在列车网络控制器故障时仍能输出力矩，提高了列车运行的可靠性。并且，本发明采用查表的方法进行力矩计算，具有很高的容错性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体地说，涉及一种用于控制列车的力矩输出的方法和系统。
背景技术
列车在行驶的时候，牵引系统需要输出力矩使列车维持运行。目前，市面上存在一种通过列车控制单元实现牵引制动控制的方法，主控手柄的电压与牵引级位对应，是一种无级输出级位的方式，即此种控制方法并不能很好的在列车行驶时根据不同的级位来控制列车的力矩输出。
因此，急需一种能够有级输出力矩的列车的力矩输出的方法和系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于控制列车的力矩输出的系统，所述系统包括：
司控器，其用于根据指令产生列车不同级位的级位信息；
网络控制器，其与所述司控器连接，用于接收所述司控器传送的所述级位信息并根据所述级位信息计算出编码信息，以得到级位等级；
牵引变流器，其与所述网络控制器连接，用于接收所述网络控制器传送的所述级位等级，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。
根据本发明的一个实施例，所述司控器包含多根信号线，与所述网络控制器连接，所述多根信号线具备高电平状态以及低电平状态两种模式，以通过多根信号线的高电平状态以及低电平状态的不同组合来确定所述级位信息。
根据本发明的一个实施例，根据所述级位信息计算出编码信息的公式为：
编码信息＝第一根信号线的电平状态*20+第二根信号线的电平状态*21+……+第n根信号线的电平状态*2(n+1)
其中，信号线高电平状态取1，低电平状态取0。
根据本发明的一个实施例，通过查询所述级位等级与所述编码信息的编码表来确定所述级位等级。
根据本发明的一个实施例，所述牵引变流器包含：
控制计算输出部，其与所述网络控制器连接，其用于接收所述网络控制器传送的所述级位等级，并根据列车级位的力矩包络线控制列车的力矩输出；
特性存储器，其与所述控制计算输出部连接，其用于存储所述列车级位的力矩包络线；
逆变器，其与所述控制计算输出部连接，其用于接收来自所述控制计算输出部的所述力矩输出信息，输出所述力矩输出信息对应的力矩，以实现列车的力矩输出。
根据本发明的一个实施例，所述特性存储器中存储10个级位的力矩包络线，所述包络线为在不同级位等级下的力矩与转速之间关系的曲线。
根据本发明的一个实施例，所述系统还包含：
紧急模式线，其与所述牵引变流器连接，其输出为高时，所述系统进入紧急模式；
牵引线，其与所述牵引变流器连接，用于在紧急模式下传输所述列车的级位信息。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制列车的力矩输出的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据指令产生列车不同级位的级位信息；
通过网络控制器接收所述司控器传送的所述级位信息并根据所述级位信息计算出编码信息，以得到级位等级；
通过牵引变流器接收所述网络控制器传送的所述级位等级，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。
根据本发明的一个实施例，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶的步骤包括：
通过控制计算输出部接收所述网络控制器传送的所述级位等级，并根据列车级位的力矩包络线控制列车的力矩输出；
通过特性存储器存储所述列车级位的力矩包络线；
通过逆变器接收来自所述控制计算输出部的所述力矩输出信息，输出所述力矩输出信息对应的力矩，以实现列车的力矩输出。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：
在紧急模式线输出为高时，系统进入紧急模式；
通过牵引线在所述紧急模式下输出列车的级位信息。
本发明提出一种用于控制列车的力矩输出的系统和方法，具备两种模式，即无故障模式以及紧急模式，在两种模式下都能够完成列车的力矩输出，在列车网络控制器故障时仍能输出力矩，提高了列车运行的可靠性。并且，本发明采用查表的方法进行力矩计算，级位信息与级位等级一一对应，具有很高的容错性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的系统结构框图；
图2进一步显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的系统的详细结构框图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的10级级位列车的输出力矩的力矩包络线图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的方法流程图；以及
图5显示了根据本发明的一个实施例的两种模式下控制列车的力矩输出的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
列车是人类历史上最重要的机械交通工具，早期称为蒸汽机车，也叫列车。有独立的轨道行驶。一般指火车，尤指由牵引机车和运货或载客的车厢组成的连挂成列的火车。组成列车的车辆分为机车和车辆，机车的作用是为列车提供动力，而车辆的作用是实现列车的功能。机车中的牵引系统是输出力矩使得列车启动以及正常行驶的装置，为了使得列车能够在不同力矩下都能够行驶，因此，需要一种能够根据不同的情况输出不同的力矩，并且能够有效、准确地输出力矩使得列车安全和稳定的运行的列车力矩输出的方法和系统。
目前市面上存在一种列车，通过列车控制单元即网络控制系统实现牵引制动控制的方法，其中，主控手柄(司控器)的电压与牵引级位对应，是一种无级输出级位的方式，且没有有级调节力矩的方法。
另外，市面上还存在一种列车，列车采用编码查表的方式来实现内燃机车的调速，通过司控器的编码实现对应速度的调节，此种编码只针对内燃机车调速，速度与编码对应，并没有力矩调节的方法。
因此，本发明为了使得列车的控制更加便捷，列车的行驶级位更加精确，提供了一种用于控制列车的力矩输出的方法和系统。
图1显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的系统结构框图。如图1所示，系统包含司控台101、司控器1011、网络控制器102以及牵引变流器103。其中，司控台101包含司控器1011。
司控台101为司机控制室的操控平台，其上可以包含多种控制列车的操控装置，在本发明提供的用于控制列车力矩输出的系统中，司控台101包含司控器1011。
司控器1011用来传输司机发送的列车不同级位的级位信息。在司机驾驶列车需要转换级位等级时，司机可以控制司控台101上的司控器1011来转换级位等级，级位等级在列车设计之初确定，司控台101可以传输司机转换的级位信号，送入列车控制系统的下一环节进行处理或是传送。其中，司控台101中的司控器1011为转换级位信号的实际操作主体，司控器1011可以接收司机发送的包含级位信号的指令并将这个指令进行传送。
网络控制器102与司控台101连接，用于接收司控台101传送的级位信息并根据级位信息计算出编码信息，以得到级位等级。网络控制器102能够接收司控台101传送的级位信息，这些级位信息需要通过网络控制器102计算后得到编码信息，然后通过编码信息再对照编码表，然后得到级位等级，并将级位等级传送至牵引变流器103。
牵引变流器103与网络控制器102连接，用于接收网络控制器102传送的级位等级，以根据级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。牵引变流器103会接收网络控制器102传送的级位等级，然后根据级位等级并对照力矩包络线来确定列车需要输出的力矩大小，并控制列车电机来输出需要输出的力矩大小，以使列车在当前级位行驶。
为了更加详细的介绍本发明提供的列车力矩输出系统，本发明特以图2来详细介绍本发明提出的用于控制列车的力矩输出的系统。
图2进一步显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的系统的详细结构框图。如图2所示，系统包含司控台101、司控器1011、牵引线1012、紧急模式线1013、网络控制器102、牵引变流器103、控制计算输出部1031、特性存储器1032以及逆变器1033。其中，司控台101包含司控器1011、牵引线1012以及紧急模式线1013，牵引变流器103包含控制计算输出部1031、特性存储器1032以及逆变器1033。
司控台101传输司机发送的列车不同级位的级位信息。司控台101具备两种控制模式，第一种控制模式是无故障模式，在无故障模式下，紧急模式线103的输出为低电平，牵引变流器103的控制计算输出部1031不对牵引线1012进行计算处理。
一般来说，牵引线1012包含牵引A线以及牵引B线。牵引线1012在无故障模式下均不接通，即在无故障模式下，牵引变流器103中的控制计算输出部1031不会对牵引线1012进行处理。
司控器1011包含n+1根信号线，编号分别是A1～An以及Ax。司控台101通过让A1～An以及Ax是否得电来输出不同的级位信息。例如，级位1时A1线得电(高电平，输出为1)，A2～An以及Ax不得电(低电平，输出为0)。级位2时A1、Ax得电(高电平，输出为1)，A2～An不得电。级位3时A1、A2的电(高电平，输出为1)，A3～An以及Ax不得电(低电平，输出为0)，以此类推。
在本发明提供的用于控制列车的力矩输出的系统中，信号线A1～An以及Ax与级位等级的关系如表1所示。即每个级位等级均对应一种不同信号线的高/低电平组合所代表的级位信息。
表1无故障模式下司控器信号线与级位等级对应关系
在司控器1011中的信号线传送出级位信息后，接着，网络控制器102接收级位信息，并根据级位信息计算出对应的编码信息，网络控制器102计算编码信息的计算方式如下：
编码信息＝A1*2^0+A2*2^1+A3*2^2+…+An*2^n+Ax*2^(n+1)
其中，A1～An以及Ax根据表1取1或0。由此计算式得到编码信息和级位等级的关系如表2所示。
表2无故障模式下编码信息与级位等级的对应关系
| 级位等级 | 编码信息 |
| 0 | 0*2^0+0*2^1+0*2^2+…+0*2^n+0*2^(n+1) |
| 1 | 1*2^0+0*2^1+0*2^2+…+0*2^n+0*2^(n+1) |
| 2 | 1*2^0+0*2^1+0*2^2+…+0*2^n+1*2^(n+1) |
| 3 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+…+0*2^n+0*2^(n+1) |
| · | · |
网络控制器102得到级位等级后，根据表2的对应关系将查表得到的级位等级传输给牵引变流器103的控制计算输出部1031。特性存储部1032存储了级位等级的力矩包络线，控制计算输出部1031得到级位等级后从特性存储部1032获取相应级位等级的力矩包络线，用于控制逆变器1033进行力矩输出，逆变器1033根据控制计算输出部1031的力矩包络线进行力矩发挥，实现列车的有级力矩输出。
下面举一个例子说明10个级位等级的控制列车力矩输出的系统的力矩控制过程。
首先，司机输出想要调整到的级位信息，多根信号线分别显示出高电平状态或低电平状态，司控台101传输司机发送的列车不同级位的级位信息，信号线与级位的对应信息如表3所示。
表3无故障模式下10级位的司控器信号线与级位等级的对应关系
| A1线 | A2线 | A3线 | A4线 | A5线 | Ax线 | 级位等级 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 4 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 6 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 7 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 8 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 9 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 10 |
接着，网络控制器102接收来自信号线的级位信息并根据级位信息计算出编码信息，以得到级位等级。网络控制器102根据表4计算出编码信息。
表4共包含10个等级，每个等级均有计算编码信息对应的信号线的高电平状态以及低电平状态，根据读取的高电平状态以及低电平状态，网络控制器102可以根据公式计算出当前的编码信息，并将编码信息传送至牵引变流器103，使得牵引变流器103进行下一步骤的处理。
表4无故障模式下10级位的编码信息与级位等级的对应关系
| 级位等级 | 编码信息计算 | 编码信息 |
| 0 | 0*2^0+0*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 0 |
| 1 | 1*2^0+0*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 1 |
| 2 | 1*2^0+0*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+1*2^(5+1) | 65 |
| 3 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 3 |
| 4 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+1*2^(5+1) | 67 |
| 5 | 1*2^0+1*2^1+1*2^2+0*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 7 |
| 6 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+1*2^(5+1) | 71 |
| 7 | 1*2^0+1*2^1+1*2^2+1*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 15 |
| 8 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+1*2^(5+1) | 79 |
| 9 | 1*2^0+1*2^1+1*2^2+1*2^3+1*2^4+0*2^(5+1) | 31 |
| 10 | 1*2^0+1*2^1+0*2^2+0*2^3+0*2^4+0*2^(5+1) | 95 |
然后，牵引变流器103根据网络控制器102传送的级位等级，以根据级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。计算出需要输出的力矩需要力矩包络线的支持。
图3显示了根据本发明的一个实施例的10级级位列车的输出力矩的力矩包络线图。如图3所示，包含10条不同的力矩包络线，分别是1N转矩包络线、2N转矩包络线、3N转矩包络线、4N转矩包络线、5N转矩包络线、6N转矩包络线、7N转矩包络线、8N转矩包络线、9N转矩包络线以及10N转矩包络线。每条包络线分别表示了在此转矩下的力矩以及转速的曲线关系，根据图3，牵引变流器103中的逆变器1033就能够输出当前级位等级需要的力矩，驱动列车在当前级位等级精确行驶。
除了以上提到的无故障模式，本发明提供的用于控制列车的力矩输出系统还包含紧急模式。在网络控制器102出现故障或者是网络连接出现中断时，紧急模式可以保证列车的继续行驶。
在网络控制器102有故障不能工作的紧急模式下，网络控制器102和控制计算输出部1031不能通信，司控台101的紧急模式线1013输出为高电平，牵引变流器103的控制计算输出部1031收到紧急模式的高电平后，根据牵引A线、牵引B线的高低电平计算编码信息，编码信息计算方式如下：
编码信息＝A*2^0+B*2^1
其中，牵引A线高电平时A＝1，低电平时A＝0。牵引B线高电平时B＝1，低电平时B＝0。
控制计算输出部1031可根据实际情况定义紧急模式下编码信息与级位等级的对应关系。比如定义成如表5所示：
表5紧急模式下级位等级与编码信息的对应关系
| A线 | B线 | 编码信息 | 级位等级(根据实际情况自定义) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 2 |
| 1 | 0 | 2 | 4 |
| 1 | 1 | 3 | 8 |
紧急模式与无故障模式的控制过程类似，此处便不再赘述。
图4显示了根据本发明的一个实施例的用于控制列车的力矩输出的方法流程图。如图4所示，在步骤S401中，根据指令产生列车不同级位的级位信息并进行传送。在此步骤中，司控器会接收司机发出的级位信息，然后通过多跟信号线将司机发送的级位信息传送至网络控制器。
接着，在步骤S402中，通过网络控制器接收司控器传送的级位信息并根据级位信息计算出编码信息，以得到级位等级。网络控制器需要完成三方面的工作，第一，是接收司控器传送的级位信息。第二，是根据接收的级位信息计算出编码信息。第三，是根据编码信息得到级位等级。
最后，在步骤S403中，通过牵引变流器接收网络控制器传送的级位等级，以根据级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。牵引变流器中的控制计算输出部根据力矩包络线来确定当前级位等级需要输出的力矩大小。
通过如图4提供的方法步骤，可以快捷的转换列车的级位等级，并能够精确的控制列车的输出力矩，保证列车的平稳行驶。
图5显示了根据本发明的一个实施例的两种模式下控制列车的力矩输出的方法流程图。如图5所示，首先，在步骤S501中，牵引变流器控制计算部接收紧急模式信号。在步骤S502中，判断系统是否处于紧急模式，若结果为否，则进入无故障模式。
系统进入无故障模式后，在步骤S506中，通过司控器发送级位信号，然后，在步骤S507中，网络控制器根据公式计算编码信息，网络控制器根据编码信息与级位等级的一一对应关系，得到级位等级。在以上两个步骤中，信息的传递是通过级位信息至编码信息最后至级位编码的方式来传递的。完成这一信息转换过程的是网络控制器。
接着，在步骤S508中，网络控制器将级位等级传输给牵引变流器的控制计算输出部。然后，在步骤S509中，控制计算输出部根据级位等级获取对应的在特性存储部的力矩包络线。最后，在步骤S5010中，控制计算输出部根据力矩包络线输出力矩，实现列车的有级力矩输出。
若判断系统处于紧急模式下，则在步骤S503中，通过牵引A线以及牵引B线发送级位信息。然后，在步骤S504中，牵引变流器的控制计算输出部根据对应的关系计算级位等级。接着，在步骤S505中，控制计算输出部根据计算得到的级位等级获取对应在特性存储部的力矩包络线。最后，在步骤S5010中，控制计算输出部根据力矩包络线输出力矩，实现列车的有级力矩输出。
本发明提出一种用于控制列车的力矩输出的系统和方法，具备两种模式，即无故障模式以及紧急模式，在两种模式下都能够完成列车的力矩输出，在列车网络控制器故障时仍能输出力矩，提高了列车运行的可靠性。并且，本发明采用查表的方法进行力矩计算，级位信息与级位等级一一对应，具有很高的容错性。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，所述系统包括：
司控器，其用以根据指令产生列车不同级位的级位信息并进行传送；
网络控制器，其与所述司控器连接，用于接收所述级位信息并根据所述级位信息计算出编码信息，以得到级位等级；
牵引变流器，其与所述网络控制器连接，用于接收所述网络控制器传送的所述级位等级，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。
2.如权利要求1所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，所述司控器包含多根信号线，与所述网络控制器连接，所述多根信号线具备高电平状态以及低电平状态两种模式，以通过多根信号线的高电平状态以及低电平状态的不同组合来确定所述级位信息。
3.如权利要求2所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，根据所述级位信息计算出编码信息的公式为：
编码信息＝第一根信号线的电平状态*20+第二根信号线的电平状态*21+……+第n根信号线的电平状态*2(n+1)
其中，信号线高电平状态取1，低电平状态取0。
4.如权利要求1所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，通过查询所述级位等级与所述编码信息的编码表来确定所述级位等级。
5.如权利要求1所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，所述牵引变流器包含：
控制计算输出部，其与所述网络控制器连接，其用于接收所述网络控制器传送的所述级位等级，并根据列车级位的力矩包络线控制列车的力矩输出；
特性存储器，其与所述控制计算输出部连接，其用于存储所述列车级位的力矩包络线；
逆变器，其与所述控制计算输出部连接，其用于接收来自所述控制计算输出部的所述力矩输出信息，输出所述力矩输出信息对应的力矩，以实现列车的力矩输出。
6.如权利要求5所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，所述特性存储器中存储10个级位的力矩包络线，所述包络线为在不同级位等级下的力矩与转速之间关系的曲线。
7.如权利要求1所述的用于控制列车的力矩输出的系统，其特征在于，所述系统还包含：
紧急模式线，其与所述牵引变流器连接，其输出为高时，所述系统进入紧急模式；
牵引线，其与所述牵引变流器连接，用于在紧急模式下传输所述列车的级位信息。
8.一种用于控制列车的力矩输出的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据指令产生列车不同级位的级位信息并进行传送；
通过网络控制器接收所述级位信息并根据所述级位信息计算出编码信息，以得到级位等级；
通过牵引变流器接收所述网络控制器传送的所述级位等级，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶。
9.如权利要求8所述的用于控制列车的力矩输出的方法，其特征在于，以根据所述级位等级计算出需要输出的力矩，以使列车在当前级位等级的力矩下行驶的步骤包括：
通过控制计算输出部接收所述网络控制器传送的所述级位等级，并根据列车级位的力矩包络线控制列车的力矩输出；
通过特性存储器存储所述列车级位的力矩包络线；
通过逆变器接收来自所述控制计算输出部的所述力矩输出信息，输出所述力矩输出信息对应的力矩，以实现列车的力矩输出。
10.如权利要求8所述的用于控制列车的力矩输出的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在紧急模式线输出为高时，系统进入紧急模式；
通过牵引线在所述紧急模式下输出列车的级位信息。
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