CN109572654A - 一种基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道交通技术领域，公开了基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，包括步骤：预先构建集成了牵引控制模块和制动控制模块的牵引制动融合控制系统；S2.司控器发出制动指令，主车计算整车所需制动力和各车辆单元的制动力请求值；S3.主车将制动指令和制动力请求值发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统；S4.各个车辆单元根据制动指令和制动力请求值通过各自的牵引制动融合控制系统单独控制本车的执行装置按固定斜率上升实际电制动力值，并且由牵引制动融合控制系统接受反馈的电制动力值并根据反馈的电制动力值按固定斜率补充空气制动力，使其冲击率不超过冲击率阈值。本发明提高了制动的实时性、控制精度，解决了列车冲击率过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通列车技术领域，尤其涉及一种基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法。
背景技术
轨道交通中列车的牵引、制动分别是通过牵引控制系统、制动控制系统执行。各个车辆单元的牵引控制系统和制动控制系统是相互独立的，它们通过车辆总线与位于拖车中的列车网络控制系统相连，并通过列车网络控制系统执行信息交互。如图1所示为列车常用控制系统。牵引控制系统、制动控制系统和列车网络控制系统通过网络进行数据交互。列车线贯穿整车做冗余控制。当列车收到牵引指令时，动车的牵引控制系统执行牵引控制。当列车收到制动指令时，其中的一个拖车的制动控制系统作为主车，且作为列车制动的控制中心，该拖车作为主车计算列车所需制动力，制动力分配以优先使用电制动力再使用空气制动力的原则分配至每个动车，动车的牵引控制系统和制动控制系统根据收到的电制动力请求值和空气制动力请求值协同执行电空配合控制。
当牵引控制系统收到电制动力请求值控制制动执行装置执行电制动操作，实际电制动力上升过程如图3所示。现有技术中，制动控制系统接收到的电制动力反馈值如图4所示。在网络延时过程中，制动控制系统若未收到新的电制动力反馈值，将继续保持上一周期的电制动力值不变，因此导致了制动控制系统接收到电制动力值会滞后。从图4中可看出电制动力反馈值是滞后的，不连续的且通常保持几个周期不变。
如图5所示，在统一时标后以时刻为例，时刻制动控制系统收到的电制动力反馈值为，制动控制系统根据该反馈值补充空气制动力，并保证冲击率不超过设定的冲击率阈值。而此时牵引控制系统实际发挥的电制动力值为，且大于。那么制动控制系统补充的空气制动力值和牵引控制系统实际发挥的电制动力值叠加在一起（+）过大，导致冲击率实际大于设定的冲击率阈值，即停车冲动。与的差值由电制动力上升斜率，系统延时和系统控制周期共同决定，而不是固定的差值，所以减少空气制动力的补充不能从根本上解决上述问题。
制动控制系统在收到电制动力反馈值后再补充空气制动力，由于电制动力反馈值由牵引控制系统发出，通过网络控制系统中转再发送至制动控制系统，网络延时至少为0.8s。当制动级位连续变化时，尤其是制动级位变化频率较高时，网络延时的0.8s会使制动力跟不上级位的变化，导致制动响应不及时。
现有技术有采用图2所示的列车牵引制动控制系统，将牵引和制动分成两个控制模块，其中制动控制模块根据接收到的制动指令计算所需的电制动力和空气制动力，将所需电制动力通过牵引控制模块发送相应的电制动力控制指令给牵引执行装置，由所需空气制动力直接发送相应的空气制动指令给制动执行装置。其中牵引控制模块用于接收牵引指令控制牵引装置执行牵引操作，同时接收制动模块发送的电制动力控制指令控制牵引装置执行电制动操作。由于牵引、制动控制分为两个控制模块，当通过电空混和制动执行制动指令时，需要牵引控制模块接收制动控制模块发送的电制动力控制指令，控制牵引执行装置执行电制动操作，即需要制动控制模块与牵引控制模块之间进行数据交互，增加了数据的传输延时，影响了制动指令的准确执行。也是由于牵引、制动控制为两个独立的控制模块，而每个模块的拓扑结构都需要MVB通讯模块、IO输入通道、模拟量输入通道等硬件资源，从而造成了硬件资源的浪费，同时增加了系统的复杂程度，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种解决列车制动停车冲动和制动响应不及时的问题，使列车制动过程更平稳的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
提供一种基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，包括以下步骤：
S1.预先构建集成了牵引控制模块（12）和制动控制模块（13）的牵引制动融合控制系统（1）；所述牵引制动融合控制系统（1）设置于每个动车单元，并分别连接所在动车单元的制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）；所述牵引制动融合控制系统（1）通过列车通信网络（4）接收作为主车的拖车中的列车网络控制系统（6）发送的牵引、制动指令或从列车硬线（5）接收司控器发送的牵引、制动级位指令，相应地控制所述牵引执行装置（3）执行牵引操作，控制所述制动执行装置（2）执行制动操作；
S2.司控器发出制动指令，主车计算整车所需制动力和各车辆单元的制动力请求值；
S3.主车将制动指令和各车辆单元的制动力请求值发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统（1）；
S4.各个车辆单元根据制动指令通过各自的牵引制动融合控制系统（1）单独控制本车的执行装置按固定斜率上升实际电制动力值，并且由牵引制动融合控制系统（1）接受反馈的电制动力值并根据反馈的电制动力值按固定斜率补充空气制动力，使其冲击率不超过预先设定的冲击率阈值。
本发明中，牵引制动融合控制系统（1）将制动控制模块（12）和牵引控制模块（13）整合在一起，当主车发送电制动力请求和空气制动力请求时，一并由牵引制动融合控制系统（1）接收。将电制动反馈值反馈至牵引制动融合控制系统（1），牵引制动融合控制系统（1）根据反馈值控制制动执行装置补充空气制动力。其电制动反馈值无需经过网络控制系统，不存在网络延时，反馈的电制动力即为实际的电制动力，可以从根本上解决列车制动停车冲动问题。
进一步地，所述步骤S2中，主车根据接收到的制动级位指令以及当前车辆的载荷计算整车所需的总制动力。
进一步地，所述步骤S3中，主车按照优先使用电制动力，不足部分由空气制动力补充的原则，计算各车辆单元的电制动力请求值和空气制动力请求值并发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统（1）。
进一步地，所述步骤S4中，将实际发挥的电制动力实时反馈给牵引制动融合控制系统（1），牵引制动融合控制系统（1）根据制动反馈值在同一控制周期内控制制动执行装置补充空气制动力。
进一步地，所述步骤S4中，所述冲击率阈值不超过0.75，0.75m/s3为保证乘客乘车舒适度的最大冲击率。
进一步地，所述步骤S4中，动车的牵引制动融合控制系统（1）控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）按固定斜率执行电空混合制动；拖车的列车网络控制系统（6）控制制动执行装置（2）按固定斜率执行空气制动，保证制动过程整车冲击率不超过0.75m/s3。
进一步地，所述步骤S4中，
所述牵引制动融合控制系统（1）根据本车的载荷情况计算本车所需制动力，将制动力按照优先使用电制动力，不足部分由空气制动力补充的原则进行分配，由牵引控制模块（13）控制牵引执行装置（3）执行电制动；由制动控制模块（12）控制制动执行装置（2）执行空气制动；
所述列车网络控制系统（6）的制动控制模块（12）控制拖车的制动执行装置（2）执行空气制动。
进一步地，所述步骤S3中，
当列车属于正常运行状态时，司控器通过所述列车通信网络（4）发送制动级位指令到主车的列车网络控制系统（6），由主车的列车网络控制系统（6）通过计算将制动力请求值分配发送到所述牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）；
当列车属于紧急牵引模式时，司控器通过所述列车硬线（5）发送固定制动级位指令到所述牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）。
进一步地，所述步骤S4中，
当列车属于正常运行状态时，所述牵引制动融合控制系统（1）的制动控制模块（12）和牵引控制模块（13）根据接收到的电制动力请求值和空气制动力请求值，分别控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）执行制动操作；拖车的列车网络控制系统（6）根据空气制动力请求值控制制动执行装置（2）执行制动操作；
当列车属于紧急牵引模式时，动车的牵引制动融合控制系统（1）和拖车的列车网络控制系统（6）分别根据各自车辆的载荷情况控制执行装置执行制动。
本发明的有益效果：
本发明基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，制动过程电制动力和空气制动力按固定斜率上升，列车制动更平稳；基于牵引制动融合控制系统不需要中转电制动力反馈值，不会导致列车停车冲动；并且由于不存在网络延时，制动级位连续变化时制动响应及时，控制精度高。
附图说明
图1现有技术列车牵引制动控制系统的编组原理示意图。
图2现有技术另一种列车牵引制动控制系统组成结构示意图。
图3为现有技术牵引控制系统实际发挥的电制动力与电制动力请求值的关系图。
图4为现有技术制动控制系统收到的电制动反馈值与电制动力请求值的关系图。
图5为现有技术制动控制系统收到的电制动反馈值与实际发挥的电制动力的比较图。
图6为本发明的牵引制动融合控制系统组成结构示意图。
图7为本发明列车牵引制动控制系统的编组原理示意图。
图8为本发明制动控制系统收到的电制动反馈值与实际发挥的电制动力的比较图。
图9为本发明的冲击率控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供一种基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法。本实施例以轨道交通列车为6节编组，其中4节动车2节拖车为例，其中还有2节动车未画出，如图7所示。
如图9所示，包括以下步骤：
S1.如图6所示，预先构建集成了牵引控制模块（13）和制动控制模块（12）的牵引制动融合控制系统（1）；牵引制动融合控制系统（1）连接所在动车单元的制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）。如图6所示，牵引制动融合控制系统（1）设置于每个动车单元，所述牵引制动融合控制系统通过列车通信网络（4）接收作为主车的拖车中的列车网络控制系统发送的牵引、制动指令或从列车硬线（5）接收司控器发送的牵引、制动级位指令，相应地控制所述牵引执行装置（3）、制动执行装置（2）执行牵引、制动操作。
牵引执行装置（3）执行电制动操作时，将电制动情况实时反馈到牵引制动融合控制系统（1）；制动执行装置（2）执行空气制动操作时，将空气制动情况实时反馈到牵引制动融合控制系统（1），牵引制动融合控制系统（1）接收牵引执行装置（3）和制动执行装置（2）反馈信息并计算实际制动力，根据计算结果调整电制动控制指令、空气制动控制指令。牵引制动融合控制系统（1）与牵引执行装置（3）、制动执行装置（02）之间通过电气信号线反馈的实时信息形成闭环控制，从而使制动控制更为精准。
本实施例通过构建将两个单独的牵引控制模块和制动控制模块整合成一个集成的牵引制动融合控制系统（1），减少了牵引系统和制动系统的耦合，避免了各个模块之间进行数据传输，从而避免了因为数据延时而影响制动控制准确性的问题，降低了系统的复杂程度，提高了系统的可靠性。本实施例的拓扑结构相比于传统的拓扑结构节省了硬件资源，每节列车可节省2/3套控制系统的硬件成本。集成后的牵引制动融合控制系统（1）可以同时保存牵引和制动的故障诊断数据，为故障诊断提供了更全面的数据支持。
S2.司控器发出制动指令，主车计算整车所需制动力。
主车根据接收到的制动级位指令以及当前车辆的载荷计算整车所需的总制动力。主车同时计算各车辆单元的制动力请求值。
S3.主车将制动指令和各车辆单元制动力请求值发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统。
主车按照优先使用电制动力，不足部分由空气制动力补充的原则，计算各车辆单元的电制动力请求值和空气制动力请求值并发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统（1）。
制动指令分为以下两种情况进行传输。
当列车属于正常运行状态时，司控器通过所述列车通信网络（4）发送制动级位指令到主车的列车网络控制系统，由主车的列车网络控制系统通过计算将制动力请求值分配发送到牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）。
当列车属于紧急牵引模式时，司控器通过所述列车硬线（5）发送固定制动级位指令到牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）。
S4.各个车辆单元根据制动指令通过各自的牵引制动融合控制系统（1）单独控制本车的执行装置按固定斜率上升实际电制动力值，并且由牵引制动融合控制系统接受反馈的制动力值并根据反馈的制动力值按固定斜率补充空气制动力，使其冲击率不超过预先设定的冲击率阈值。其中，实际发挥的电制动力实时反馈给牵引制动融合控制系统（1），牵引制动融合控制系统（1）根据反馈值在同一控制周期内控制制动执行装置补充空气制动力。
动车的牵引制动融合控制系统（1）控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）按固定斜率执行电空混合制动；拖车的列车网络控制系统（6）控制制动执行装置（2）按固定斜率执行空气制动，保证制动过程整车冲击率不超过0.75m/s3。
当列车属于正常运行状态时，所述牵引制动融合控制系统（1）的制动控制模块（12）和牵引控制模块（13）根据接收到的空气制动力请求值和电制动力请求值，分别控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）执行制动操作；拖车的列车网络控制系统（6）根据空气制动力请求值控制制动执行装置（2）执行制动操作。
当列车属于紧急牵引模式时，动车的牵引制动融合控制系统（1）和拖车的列车网络控制系统（6）分别根据各自车辆的载荷情况控制执行装置执行制动。
本发明基于牵引制动融合系统的冲击率控制方法，由于牵引制动融合控制系统将制动控制模块和牵引控制模块整合在一起，当主车发送电制动力请求和空气制动力请求时，一并由牵引制动融合控制系统接收。牵引制动融合系统控制牵引执行装置按如图8所示固定斜率发挥制动力，并在同一控制周期内控制牵引控制模块发挥电制动力反馈给制动控制模块。由于不存在网络延时，反馈的电制动力即为实际的电制动力，那么补充空气制动力时可按如图8所示斜率补充。控制好电制动力和空气制动力上升斜率就可确保整车的冲击率不超过0.75，又由于总制动力也是按固定斜率上升的，列车制动过程会很平稳。本实施例可以从根本上解决力列车制动停车冲动问题。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预先构建集成了牵引控制模块和制动控制模块的牵引制动融合控制系统（1）；所述牵引制动融合控制系统（1）设置于每个动车单元，并分别连接所在动车单元的制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）；所述牵引制动融合控制系统（1）通过列车通信网络（4）接收作为主车的拖车中的列车网络控制系统（6）发送的牵引、制动指令或从列车硬线（5）接收司控器发送的牵引、制动级位指令，相应地控制所述执行装置执行牵引、制动操作；
S2.司控器发出制动指令，主车计算整车所需制动力和各车辆单元的制动力请求值；
S3.主车将制动指令和各车辆单元制动力请求值发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统（1）；
S4.各个车辆单元根据制动指令和制动力请求值通过各自的牵引制动融合控制系统（1）单独控制本车的执行装置按固定斜率上升实际电制动力值，并且由牵引制动融合控制系统（1）接受反馈的电制动力值并根据反馈的电制动力值按固定斜率补充空气制动力，使其冲击率不超过预先设定的冲击率阈值。
2.根据权利要求1所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，主车根据接收到的制动级位指令以及当前车辆的载荷计算整车所需的总制动力。
3.根据权利要求2所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，主车按照优先使用电制动力，不足部分由空气制动力补充的原则，计算各车辆单元的电制动力请求值和空气制动力请求值并发送到各车辆单元的牵引制动融合控制系统（1）。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，将实际发挥的电制动力实时反馈给牵引制动融合控制系统（1），牵引制动融合控制系统（1）根据反馈值在同一控制周期内控制制动执行装置（2）补充空气制动力。
5.根据权利要求4所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述冲击率阈值不超过0.75。
6.根据权利要求5所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，动车的牵引制动融合控制系统（1）控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）按固定斜率执行电空混合制动；拖车的列车网络控制系统（6）控制制动执行装置（2）按固定斜率执行空气制动，保证制动过程整车冲击率不超过0.75m/s3。
7.根据权利要求5或6所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，
当列车属于正常运行状态时，司控器通过所述列车通信网络（4）发送制动级位指令到主车的列车网络控制系统（6），由主车的列车网络控制系统（6）通过计算将制动力请求值分配发送到所述牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）。
8.根据权利要求5或6所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，当列车属于紧急牵引模式时，司控器通过所述列车硬线（5）发送固定制动级位指令到所述牵引制动融合控制系统（1）和列车网络控制系统（6）。
9.根据权利要求7所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，当列车属于正常运行状态时，所述牵引制动融合控制系统（1）的制动控制模块（12）和牵引控制模块（13）根据接收到的空气制动力请求值和电制动力请求值，分别控制制动执行装置（2）和牵引执行装置（3）执行制动操作；拖车的列车网络控制系统（6）根据空气制动力请求值控制制动执行装置（2）执行制动操作。
10.根据权利要求8所述的基于牵引制动融合控制系统的冲击率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，当列车属于紧急牵引模式时，动车的牵引制动融合控制系统（1）和拖车的列车网络控制系统（6）分别根据各自车辆的载荷情况控制执行装置执行制动。
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