CN109808666B - 一种列车车厢制动控制方法、列车车厢和列车 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例中提供了一种列车车厢制动控制方法，该方法的步骤包括：获取当前列车编组数量；获取当前车厢编号和车厢类型；基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制。本申请所述技术方案可以在每辆列车任意编组的情况下，利用实时获取列车的编组数量，根据当前车厢的编号和类型，计算每个车厢所需制动力，并对列车进行制动控制，能够保证灵活编组情况下制动控制的正常运行，不受车辆次序调整或车厢编组调整的限制。本方案由于各车制动控制单元BCU不再有主、从之分，各车BCU的控制等级相同，且互为冗余，从而减少了单车厢BCU的使用，降低运营成本。

Description

一种列车车厢制动控制方法、列车车厢和列车
技术领域
本申请涉及轨道交通技术，具体地，涉及一种用于自由编组列车的列车车厢制动控制方法、列车车厢和列车。
背景技术
我国现有动车组以8辆编组为主型，并以现有的8辆编组、16辆编组和2个8辆编组重联运行的模式运营。但目前的动车组的编组方式固定，每辆车在设计时就已经规定好其所在整列车中的位置和方向，其编组型式不能更换，列车所含车辆数目也不能改变。因此设计满足维修简便、适应不同运量需求、编组灵活、具备良好经营效益的动车组成为迫切需要。
制动系统是轨道交通系统的关键性技术，更是保障灵活编组列车运行的重要保证之一。
如图1所示，现有的定编组制动控制策略采用三层结构实现制动管理，第一层为制动控制部件，第二层为分段制动管理器(SBM)，第三层为列车制动管理(TBM)。头车制动手柄产生制动指令，并首先在绞线式列车总线WTB网络上进行传输，通过网关GW分别传输到两个多功能车辆总线MVB网络上。头车BCU1.1(在BCU1.1故障的情况下使用BCU1.2)接收MVB网络上的制动指令信号，并根据收到的制动信号对本主BCU负责本单元内的制动力计算，并将计算结果分别发给本段内的其他BCU，其他BCU按照接收到的计算结果进行施加制动。具体的，
第一层制动控制部件主要负责监控本车相关设备及其子系统并报告故障诊断信息。
第二层的分段制动管理器(SBM)的功能集成在头车的两个BCU内，为当前车辆编组中制动控制系统内的主BCU，如图1所示，BCU1.1和BCU1.2互为冗余，即BCU1.1和BCU1.2均相当于本段的领导人，但他们不能同时执行SBM的功能。只有在其中一个BCU出现故障时，将自动切换到另一BCU执行SBM功能。当前车辆编组中制动控制系统内的其他BCU相当于执行者，即当通过列车网络收到制动级位信号后，主BCU负责本单元内的制动力计算，并将计算结果分别发给本段内的其他BCU，其他BCU按照接收到的计算结果进行施加制动。其中，此处制动级位为制动手柄发出的制动级位的信号，制动手柄可发出的信号为：1级，2级，3级，4级，5级，6级，7级，紧急制动EB。
第三层列车制动管理(TBM)的功能集成到头车的两个冗余的BCU内。在本务车(本务机车：在列车运行方向上处于第一位的工作机车)，即头车内两个BCU中仅有一个执行TBM的功能。如果TBM故障，在本务车中的另一BCU将自动执行TBM的功能。TBM控制并协调列车的所有常用制动系统。其中，头车的主BCU是需要同时负责第二层和第三层的工作的。即在第二层关系里各单元内的BCU1.1和BCU1.2互为冗余并在故障时互切换，执行SBM，在第三层关系里BCU1.1和BCU1.2仍互为冗余并在故障时互切换并执行列车制动管理(TBM)的功能。
在这种固定编组列车的制动控制策略中，各车BCU内部软件在初设定阶段已经将列车编组数、每个车的车辆号、各车的类型(动拖车类型)等数据进行了确定。如果想更改以上数据，则必须对各车BCU软件进行更改。假设想将8辆编组列车变成7辆编组列车，除制动部件满足要求外，还必须对各车BCU的软件进行重新编制及输入，且新软件必须经过试验验证后方可大面积推广。所以，此种固定编组列车的制动控制策略无法应用于可变编组列车。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种列车车厢制动控制方法，该方法的步骤包括：
获取当前列车编组数量；
获取当前车厢编号和车厢类型；
基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制。
优选地，所述获取当前列车编组数量的步骤中，获取当前列车编组数量的信号为周期性的持续信号。
优选地，所述获得当前车厢编号和车厢类型的步骤包括：
接收车厢编码设备设定的编码序列；
分别提取编码序列中编号编码和类型编码，并基于预先定义的编码表，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。
优选地，所述编码序列的传输方式为二进制形式传输。
优选地，所述获取当前车厢编号和车厢类型的步骤之后还包括：
将当前车厢的编号和车厢类型上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认。
优选地，所述获取当前车厢编号和车厢类型的步骤之后还还包括：
通过制动控制网络将当前车厢的状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。
优选地，所述通过制动控制网络将当前车厢编号和类型信息与其他车厢进行信息互传共享的步骤中，所述状态信息包括：当前车厢的编号信息、类型信息、制动级位信息、故障信息和诊断信息的以上一种或多种。
优选地，所述基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制的步骤包括：
接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；
根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
一种列车车厢，包括车厢本体，该车厢本体内设有：
编码模块，用于对当前车厢的顺序和车厢类型进行编码；
制动控制单元，基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并根据对当前车厢的编号和车厢类型进行制动控制。
优选地，所述编码模块采用六位编码器；所述六位编码器中的四个输出端用于输出当前车厢的顺序编号，其余两个输出端用于输出车厢类型编号。
优选地，所述编码模块与制动控制单元采用硬线以二进制的方式进行编码序列的传输。
优选地，所述制动控制单元执行：
实时接收列车的当前编组数量；
接收车厢编码设备设定的编码序列；
分别提取编码序列中编号编码和类型编码，并基于预先定义的编码表，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。
优选地，所述制动控制单元还执行：
接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；
根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
为解决上述技术问题之一，本发明进一步提供了一种列车，该列车包括：
列车控制管理系统，用于发送制动指令和对列车车厢进行信息管理；
多个如上所述的车厢。
优选地，所述列车控制管理系统向制动控制单元发送列车当前编组数量的周期性持续信号。
优选地，当前列车编组内的每个车厢利用不同端口将车厢的编号和类型上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认。
优选地，当前列车编组内的每个车厢通过制动控制网络将车厢状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。
优选地，所述状态信息包括：当前车厢的编号信息、类型信息、制动级位信息、故障信息和诊断信息的以上一种或多种。
本发明的有益效果如下：
本申请所述技术方案可以在每辆列车任意编组的情况下，利用实时获取列车的编组数量，根据当前车厢的编号和类型，计算每个车厢所需制动力，并对列车进行制动控制，能够保证灵活编组情况下制动控制的正常运行，不受车辆次序调整或车厢编组调整的限制。本方案由于各车制动控制单元BCU不再有主、从之分，各车BCU的控制等级相同，且互为冗余，从而减少了单车厢BCU的使用，降低运营成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有技术所述的制动控制策略的示意图；
图2为本方案所述制动控制策略的示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本方案的核心思路是在列车自由编组的情况下，实时获取最新的列车编组数，根据每个车厢的编号和类型，计算每个车厢所需制动力，并对列车进行制动控制，避免编组数量变化后，制动控制单元BCU需要随之更改、替换和测试的问题，从而提高自由编组效率，保证灵活编组情况下制动控制的正常运行，不受车辆次序调整或车厢编组调整的限制。
如图1所示，本申请公开了一种列车车厢制动控制方法，该方法应用于自由编组列车，并能够随编组数量的变化，快速形成重新编组后的制动控制策略。该方法的具体步骤包括：
列车控制管理系统TCMS将当前列车的编组数量信号以周期性的持续信号发送至列车网络WTB中，每个列车车厢的制动控制单元BCU从列车网络WTB中获取当前列车编组数量。
利用车厢内的编码器对车厢进行编码，制动控制单元BCU通过硬线，以二进制的形式获取当前列车的编码序列。其中，对于编码序列的处理是根据预先定义的编码表，分别提取编码序列中编号编码和类型编码，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。
每个车厢将当前车厢的编号和车厢类型通过列车网络WTB上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认，以便列车控制管理系统对当前列车编组中所有的车厢进行统一控制和管理。
每个车厢之间通过制动控制网络Brake-WTB将各车厢的状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。其中，所述状态信息包括：当前车厢的编号信息、类型信息、制动级位信息、故障信息和诊断信息的以上一种或多种。
每辆车厢中的制动控制单元BCU基于列车制动手柄向列车网络WTB发出的列车制动指令和当前列车编组数量，针对当前车厢的类型，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制。具体的，首先，列车会根据不同的制动级别向列车网络WTB中发出不同制动级指令，每个车厢内的制动控制单元BCU接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
本方案中，每个车厢内均设置单独的制动系统，通过贯穿整列的列车管提供压力，每个车厢根据自己需要的制动力，利用控制阀向空气制动装置提供不同压力的制动空气，以完成对单个车厢的制动控制策略。
如图1所示，本申请还公开了一种列车车厢，包括车厢本体，该车厢本体内设有用于对当前车厢的顺序和车厢类型进行编码的编码模块；和，基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并根据对当前车厢的编号和车厢类型进行制动控制的制动控制单元BCU。
本方案中，所述编码模块采用六位编码器；所述六位编码器中的四个输出端用于输出当前车厢的顺序编号，其余两个输出端用于输出车厢类型编号。编码器通过硬线与制动控制单元BCU连接，并以二进制的方式进行编码序列的传输。
本方案中，所述制动控制单元BCU执行：实时接收列车的当前编组数量；接收车厢编码设备设定的编码序列；分别提取编码序列中编号编码和类型编码，并基于预先定义的编码表，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。所述制动控制单元执行BCU还执行：接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
本申请还公开了一种列车，该列车包括：列车控制管理系统TCMS，用于发送制动指令和对列车车厢进行信息管理；和，多个上述的车厢。整列自由编组列车通过列车控制管理系统TCMS对列车进行集中管理和控制。通过列车控制管理系统TCMS向列车网络WTB中发送当前列车的编组数量信号，每个车厢从列车网络WTB中实时获得当前列车的编组数量。每个车厢内的制动控制单元BCU利用不同的端口将车厢的编号和类型上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认。当前列车编组内的每个车厢通过制动控制网络Brake-WTB将车厢状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。
下面通过一组实例对本方案作进一步说明。
本实例提供一种应用于灵活编组列车的制动控制策略，该策略包括以下几个部分：制动控制单元BCU能够获知最新的列车编组数；制动控制单元BCU可获知各自所在车的车辆编号和车厢类型；各车厢内的制动控制单元BCU可以相互共享车厢状态信息，互为冗余。具体的，
如图1所示，本实例中，制动系统管理的层级结构采用单层结构实现制动管理，即单个车厢中的制动控制部件可以独立完成本车制动操作。各车的制动控制单元BCU没有主从之分，每个车厢中的BCU都相当于一个主BCU，各BCU在执行制动命令、故障诊断等制动控制时不受其他BCU的限制。
如图1所示，本实例中的网络结构是一个具有独立的制动控制网络(Brake-WTB)系统，通过制动控制网络可以完成每个车厢内制动控制单元BCU的状态信息共享传输。
本实例中，每个车厢的制动控制单元BCU均可通过列车网络WTB获知最新的编组数。具体的，机械师手动将实际编组数输入司机室的HMI显示屏的指定参数位置，即将该参数输入到列车控制管理系统(TCMS)，该操作一般为列车初参数设置和列车编组发生变化后进行。列车控制管理系统(TCMS)将通过网络给各车BCU发送一个列车编组数的网络信号，该网络信号为周期发送的持续信号。这样，各车BCU就可实时收到列车的实际编组数是多少，在制动计算时就可根据实际的车辆编组数进行计算。
本实例中，各车厢内的BCU能够获知各自所在车厢的车辆编号。在每个车厢内均设有单车车辆编码装置，该装置主要用来对本车车辆进行编号。本实例中，车辆编码装置采用六位编码器，其中四个输出端用于输出当前车厢的顺序编号，其余两个输出端用于输出车厢类型编号。通过六根硬线信号以二进制的形式将编码序列传递到车厢内的BCU，各车BCU收到该信息后，将此信息通过制动控制网络(Brake-WTB)在BCU间进行互传，这样，其他BCU在收到此信息并解读后，就可确认其他BCU所在车辆的编号和车辆的类型。
车辆编码的定义为：
表1：车辆编码表
B0 B1 B2 B3 车号
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 10
1 0 1 1 11
1 1 0 0 12
1 1 0 1 13
1 1 1 0 14
1 1 1 1 15
0 0 0 0 16
车厢类型包括两种，动车或者拖车，当动车编码输出为：01时，则拖车编码输出为：10。以此表示车厢当前的类型。
本实例中，BCU与BCU互传信息所属车辆的确认是通过各车厢中的BCU上传至制动控制网络(Brake-WTB)所使用不同的网段和端口来区分的。例如1车的BCU上传至制动控制网络(Brake-WTB)的信息所使用的网段为1网段，端口为710。2车的BCU上传至制动控制网络(Brake-WTB)的信息所使用的网段为2网段，端口也为710，以此类推。当其他车的BCU收到来自1网段710端口的信息，即可自动解读出该信息来自1车。通过该方式各车BCU可确认收到的信息为哪个BCU发出的。每个BCU将本车的车辆编号、车辆属性、接收到的制动级位信息、故障信息、诊断信息等反复的在制动控制网络(Brake-WTB)传输，并同时各BCU在获取气他车厢BCU的状态信息，实现各车厢的状态信息共享和确认。
本实例中，BCU与TCMS互传信息所属车辆的确认是通过发送给TCMS的信息为不同的网段和端口来确认的。例如1车的BCU给TCMS的信息所使用的网段为1网段，端口为610。2车的BCU给TCMS的信息所使用的网段为2网段，端口也为610，以此类推，当TCMS收到1网段610端口的信息，即可自动解读出该信息来自1车。同理，当TCMS给BCU发信息时，他会指定信息发出至哪个网段，哪个端口。该信息可以只指定一个网段一个端口，也可以指定多个网段多个端口，即TCMS既可只给某一个车的BCU发信号，也可给所有车的BCU发信号。
当列车施加制动时，制动级位信号通过列车网络WTB发给各车BCU，各车BCU接收到制动级位命令后，各车BCU均按整列车为单位独立进行制动力分配计算，并将计算结果通过制动网络在各BCU间进行互传。同时，各车BCU根据按照设定好的制动减速度曲线独立进行本车的制动控制，各车BCU之间制动控制互不干涉。
例如：将12辆编组列车更改为8辆编组列车，由6动6拖更改为5动3拖。各车BCU通过列车网络WTB可获知现列车已从12辆编组变为8辆编组，且通过制动控制网络Brake-WTB将本车所在车辆的编号和本车类型在所有车厢中的BCU间互传。这样每个BCU都可知道现在是几辆编组，编组是几动几拖，哪个是动车，哪个是拖车。各车BCU在整车制动计算时，就会自动计算8辆编组列车本车应该施加多大的制动力。
通过对上述制动控制管理策略，可以实现无论列车的编组数如何变化，每个车厢中的BCU都能够根据实际的列车编组形式独立进行制动力的计算和分配。该种控制模式满足动车组可变编组的要求。
本方案中，BCU制动力的计算和分配：动车组的制动实际上就是制动系统按照已设定制动系统减速度曲线施加制动；根据不同制动级别、不同速度等级对应不同的减速度值。BCU制动力的计算和分配目的就是计算分配出每辆车具体应该施加多少制动力可实现整列车减速度的要求。
对于制动力计算所需的信息，动车和拖车的基础制动不一样，一般情况动车为轮装制动，拖车为轴装制动，轮装制动和轴装制动所能施加的制动力大小不一致。所以在计算单车所需制动力时，必须知道本车为动车还是拖车及该动车组为几动几拖。并根据常规的动车或拖车的制动力计算公式即可对制动力进行计算。
通过本实例所述技术方案，可实现对自由编组列车的制动控制，在列车编组变化时，无需对车厢中BCU的软件进行重新编制、输入、更换或测试，降低了维护成本，节省了列车编组所需时间。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种列车车厢制动控制方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
获取当前列车编组数量；
获取当前车厢编号和车厢类型；
基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制；
所述获得当前车厢编号和车厢类型的步骤包括：
接收车厢编码设备设定的编码序列；
分别提取编码序列中编号编码和类型编码，并基于预先定义的编码表，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。
2.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述获取当前列车编组数量的步骤中，获取当前列车编组数量的信号为周期性的持续信号。
3.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述编码序列的传输方式为二进制形式传输。
4.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述获取当前车厢编号和车厢类型的步骤之后还包括：
将当前车厢的编号和车厢类型上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认。
5.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述获取当前车厢编号和车厢类型的步骤之后还包括：
通过制动控制网络将当前车厢的状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。
6.根据权利要求5所述的制动控制方法，其特征在于，所述通过制动控制网络将当前车厢编号和类型信息与其他车厢进行信息互传共享的步骤中，所述状态信息包括：当前车厢的编号信息、类型信息、制动级位信息、故障信息和诊断信息的以上一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并对当前车厢进行制动控制的步骤包括：
接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；
根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
8.一种列车车厢，包括车厢本体，其特征在于，该车厢本体内设有：
编码模块，用于对当前车厢的顺序和车厢类型进行编码；
制动控制单元，基于列车制动指令和当前列车编组数量，计算当前车厢制动力，并根据对当前车厢的编号和车厢类型进行制动控制；
所述制动控制单元执行：
实时接收列车的当前编组数量；
接收车厢编码设备设定的编码序列；
分别提取编码序列中编号编码和类型编码，并基于预先定义的编码表，识别对应的编码，获取当前车厢编号和车厢类型。
9.根据权利要求8所述的车厢，其特征在于，所述编码模块采用六位编码器；所述六位编码器中的四个输出端用于输出当前车厢的顺序编号，其余两个输出端用于输出车厢类型编号。
10.根据权利要求8所述的车厢，其特征在于，所述编码模块与制动控制单元采用硬线以二进制的方式进行编码序列的传输。
11.根据权利要求8所述的车厢，其特征在于，所述制动控制单元还执行：
接收列车不同制动级指令，按照预先制定的减速曲线，确定对应的减速度值；
根据所述减速度值、当前列车编组数量和当前车厢的类型，计算当前车厢所需制动力，并对当前车厢进行制动控制。
12.一种列车，其特征在于，该列车包括：
列车控制管理系统，用于发送制动指令和对列车车厢进行信息管理；
多个如权利要求8至11任一项所述的车厢。
13.根据权利要求12所述的列车，其特征在于，所述列车控制管理系统向制动控制单元发送列车当前编组数量的周期性持续信号。
14.根据权利要求12所述的列车，其特征在于，当前列车编组内的每个车厢利用不同端口将车厢的编号和类型上传至列车控制管理系统进行车厢信息确认。
15.根据权利要求12所述的列车，其特征在于，当前列车编组内的每个车厢通过制动控制网络将车厢状态信息与当前列车编组内的其它车厢进行信息互传共享。
16.根据权利要求15所述的列车，其特征在于，所述状态信息包括：当前车厢的编号信息、类型信息、制动级位信息、故障信息和诊断信息的以上一种或多种。
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