CN110174868A - 一种重载组合列车列车管同步控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重载组合列车列车管同步控制方法及系统，该方法主要实现过程包括：A、计算并验证主控机车指令传输到从控机车延时时间参数，建立延时参数模型；B、主控机车向从控机车发送同步指令后，主控机车按照延时参数模型等待执行时间，延时定时器到后主控机车与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。本发明通过延时同步控制策略，大幅提高了主控机车与从控机车同步性能，降低了由于通信及多个处理设备中转时延，而导致车辆制动同步性能差，列车纵向冲动过大的问题，能大大提高重载列车运输的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及铁路重载机车制动控制技术领域，具体为一种重载组合列车列车管同步控制方法。
背景技术
世界铁路在“货运重载，客运高速”的主题下得到了快速的发展，重载运输技术已被国际公认是铁路货运发展的方向。但是随着货车编组长度、载重和速度的增加，长大重载列车的操纵都面临着严峻的制动问题。传统的货车制动系统依靠压缩空气传递制动指令，由于制动波速低，各车辆制动的同步性差，导致列车纵向冲动过大，影响列车安全和运用效率。
针对国内万吨重载列车普遍采用“1+1”开行的模式，通过无线重联技术，将重载组合列车中的前部机车（主控机车）的制动控制指令传送给后部机车（从控机车），具体方案如图1所示。主控机车制动系统制动控制单元BCU通过MVB总线网络将控制指令发送给主控机车无线通信网络收发装置，然后再通过收发天线发送到地面无线通信网络服务基站，由服务基站发送到从控机车无线网络收发装置，最后由从控机车无线网络收发装置通过机车的MVB总线网络发送到从控机车的制动控制单元BCU，控制从控机车的制动机执行部件，实现从控机车列车管压力控制，这种方式可以使从控机车接受控制指令是电信号而不是空气信号，提高从控机车指令响应速度与时间，提高安全性能，但是这种方式下，指令传输延时会导致的各车辆同步性差、列车纵向冲动过大，影响列车安全和运用效率。如何降低信号传送延时影响同步性，实现对列车制动/缓解功能进行精准控制，从而减少列车的纵向力，解决主控机车和从控机车制动控制的一致性问题，提高重载列车的安全性，是一项亟需研究和解决的关键技术。
发明内容
本发明旨在提供一种重载组合列车列车管同步控制方法及系统，解决万吨重联重载列车由于指令传输延时导致的各车辆同步性差、列车纵向冲动过大，影响列车安全和运用效率的难题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种重载组合列车列车管同步控制方法，该方法主要实现过程包括：A、计算并验证主控机车指令传输到从控机车的延时时间参数，建立延时参数模型；B、主控机车向从控机车发送同步指令后，主控机车按照延时参数模型等待执行时间，使得主控机车与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。
本发明中，延时时间参数是针对主控机车BCU指令通过网络传送，中间设备转发到从控机车BCU之间的时延参数。
步骤A的具体实现过程包括：在机车制动机处于运转位且机车制动机均衡风缸充风结束后，计算机车制动机均衡风缸压力与列车管压力差值，该差值即机车制动机中继阀迟滞参数；主控机车将主控机车中继阀迟滞参数传输给从控机车，从控机车根据主控机车中继阀迟滞参数值及从控机车自身中继阀迟滞值，建立从控机车中继阀综合迟滞修正模型，即得到延时参数模型。
在机车制动机处于运转位且充风结束前，还进行如下处理：判断机车制动机是否处于运转位，如果是运转位充风，则将机车制动机均衡风缸充风目标值设定为高于定压值。
本发明中，充风目标值设定为607kPa，保证主控机车与从控机车制动力一致。
步骤B的具体实现过程包括：
1）主控机车接收到目标指令后，将均衡目标值发送给从控机车，计算从控机车的均衡目标值；
2）主控机车等待从控机车接收到主控机车的制动目标值后，与从控机车同时按照各自的均衡目标值和制动目标值执行主控机车接收到的目标指令。
本发明所指的目标指令，包括司机操作自动控制器时自动控制器发出的控制指令和车辆自动控制单元CCU发送的控制指令，以及充风缓解指令。
步骤1）中，从控机车在接收到主控机车发送过来的均衡目标值时，依据所述从控机车中继阀综合迟滞修正模型，修正接收过来的均衡目标值，进行列车管压力补偿。
步骤1）中，从控机车修正后的均衡目标值计算公式为：从控机车修正后的均衡目标值=主控机的均衡目标值+从控机车中继阀迟滞参数值-主控机车中继阀迟滞参数值。
步骤2）中，在万吨重载重联模式，均衡目标值响应时间闸采用有级制动控制方式，将均衡目标值及制动目标值分为7级制动；在非重载重联模式，采用无级制动模式响应自动制动控制器。
一种重载组合列车列车管同步控制系统，其特征在于，包括：
建模单元，用于计算并验证主控机车指令传输到从控机车的延时时间参数，建立延时参数模型；
同步单元，用于在主控机车向从控机车发送同步指令后，使主控机车按照延时参数模型等待执行时间，确保主控机车与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。
所述建模单元包括：
计算模块，用于在机车制动机处于运转位且机车制动机均衡风缸充风结束后，计算机车制动机均衡风缸压力与列车管压力差值，该差值即机车制动机中继阀迟滞参数；
修正模块，用于控制主控机车将主控机车中继阀迟滞参数传输给从控机车，使从控机车根据主控机车中继阀迟滞参数值及从控机车自身中继阀迟滞值，建立从控机车中继阀综合迟滞修正模型，即得到延时参数模型。
所述建模单元还包括：设定模块，用于判断机车制动机是否处于运转位，如果是运转位，则将机车制动机均衡风缸均衡目标值设定为高于定压值600kPa。
所述同步单元包括：
主控机车BCU，用于在接收到目标指令后，将均衡目标值发送给从控机车，并在等待从控机车接收到主控机车的制动目标值后，与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令；
从控机车BCU，用于根据主控机车发送的均衡目标值计算从控机车的均衡目标值，并与主控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。
所述从控机车BCU还在接收到主控机车发送过来的均衡目标值时，依据所述从控机车中继阀综合迟滞修正模型，修正接收过来的均衡目标值，进行列车管压力补偿。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
（1）通过延时同步控制策略，大幅提高主控机车与从控机车同步性能，降低由于通信及多个处理设备中转时延，而导致车辆制动同步性能差的问题，能大大提高重载列车运输的安全性；
（2）通过建立中继阀迟滞参数模型，进行从控机车列车管压力补偿控制，解决了由于主控机车及从控机车中继阀迟滞不一致，无法实现从控机车列车管压力精确控制，而导致主控机车与从控机车列车管压力不一致，重载列车制动纵向冲动过大的问题；
（3）在重载重联模式，主控机车BCU计算大闸制动级位时，采用有级制动模式，进一步避免机车制动目标值频繁变动，从而导致重载组合列车车辆列车管压力频繁波动，整列车列车管压力不一致，纵向冲动大的问题。在非重载模式，采用无级制动模式，保证机车制动操控的灵活精确性。
附图说明
图1为万吨重载列车无线重联原理方案图；
图2为重载组合列车列车管精准同步控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明主要实现过程如下：
（1）首先机车制动机判断是否处于运转位，如果是运转位充风，则将充风目标值高于定压值600kPa，设定目标值为607kPa，以消除中继阀迟滞而导致列车管压力达不到600kPa目标压力值。
（2）在运转位充风结束后，记录制动机均衡风缸压力及列车管压力，计算均衡风缸压力与列车管压力差值，得到机车制动机中继阀迟滞参数。主控机车将主控机车中继阀迟滞参数值通过无线传输给从控机车，从控机车根据主控机车中继阀迟滞及从控机车自身中继阀迟滞值，建立从控机车中继阀综合迟滞修正模型，即在主控机车发送过来的均衡目标值的基础上，增加从控机车中继阀迟滞参数的同时，减去主控机车中继阀迟滞参数，得到从控机车的均衡目标值。
（3）主控机车制动系统接收到制动指令时，依据大闸、ATP（列车自动保护装置）等指令，计算制动目标值及均衡风缸目标值。为了提高重载组合列车的制动一致性，在万吨重载重联模式，均衡目标值响应时间闸采用有级制动控制方式，将均衡目标值及制动目标值分为7级制动。如果是非重载重联模式，则采用无级制动模式响应自动制动控制器（大闸），保证制动操控灵活性。
（4）主控机车制动控制单元BCU通过无线网络将均衡目标值发送给从控机车制动控制单元BCU，同时主控机车BCU启动延时响应定时器，等待从控机车BCU接收到主控机车均衡目标值，定时器时间到再响应均衡目标值，以实现主控机车与从控机车同步动作，保证主控机车与从控机车列车管压力响应同步性。
（5）从控机车BCU在接收到主控机车BCU发送过来的均衡目标值时，先依据前面建立的从控机车中继阀综合迟滞修正模型，修正接收过来的均衡目标值（即当主控机车均衡目标值高于从控机车均衡目标值时，增大从控机车均衡风缸压力值，反之，降低从控机车均衡风缸压力值），进行列车管压力补偿，实现从控机车列车管目标压力与主控机车列车管目标压力一致。从而保证从控机车的实际列车管压力与主控机车的实际列车管压力精确一致，保证控制精度及同步性，降低重载组合列车制动纵向冲动力，提高列车安全性能。
从控机车与主控机车列车管压力不一致，是导致列车纵向冲动的重要因素。主控、从控机车列车管压力都是由均衡风缸压力通过中继阀间接控制的，均衡风缸压力通过中继阀鞲鞴与列车管压力产生平衡，以实现均衡风缸小流量控制列车管大流量充排风功能。但是由于中继阀为机械阀，中继阀鞲鞴存在阻尼作用，在列车管充风与排风的过程中，列车管压力与均衡风缸压力总是存在着差异，即中继阀迟滞。
如何克服主控、从控机车中继阀迟滞的差异性，可以从优化主/从控机车制动控制策略考虑。列车管充风时，适当提高均衡风缸目标值，解决中继阀迟滞而导致列车管压力无法充到定压600kPa的问题。在制动控制单元BCU中计算中继阀迟滞参数，从控机车接收主控机车中继阀迟滞参数。在均衡压力控制中，从控机车自动补偿主控机车与自身中继阀的迟滞，在主控机车发送过来的均衡目标值的基础上，增加从控机车中继阀迟滞参数的同时，减去主控机车中继阀迟滞参数，得到从控机车实现均衡目标值，提高列车管控制精度，实现主控机车与从控机车列车管控制一致性，减少列车车钩纵向力。
万吨重载列车“1+1”运营模式对车钩力影响较大是列车的循环制动时产生的纵向力。目前制动机的制动控制器控制指令采用的是无级控制的方式，如果司机在追加制动时，无法准确获知想要控制的列车管减压量，很容易造成过多或过少的减压量，最危险的动作是司机发现减压过大后，很快缓解一部分列车管压力，这样操作导致列车管目标压力频繁升降变化，由于列车系统响应时间的差异性，很容易导致重载列车频繁产生纵向冲动。因为重载模式不需要频繁制动及精确的制动目标值，最重要的是保证全列车辆列车管变化的一致性，减少纵向冲动。因此在万吨重载重联模式，主控机车制动控制单元BCU接收自动制动控制器时间闸级位时，对制动级位进行7级有级制动划分，避免制动目标值频繁变化，而导致车辆列车管压力频繁变化，产生过大的纵向冲动力，严重影响重载组合列车运行安全。
Claims (10)
1.一种重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，该方法主要实现过程包括：A、计算并验证主控机车指令传输到从控机车的延时时间参数，建立延时参数模型；B、主控机车向从控机车发送同步指令后，主控机车按照延时参数模型等待执行时间，使得主控机车与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。
2.根据权利要求1所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，步骤A的具体实现过程包括：在机车制动机处于运转位且机车制动机均衡风缸充风结束后，计算机车制动机均衡风缸压力与列车管压力差值，该差值即机车制动机中继阀迟滞参数；主控机车将主控机车中继阀迟滞参数传输给从控机车，从控机车根据主控机车中继阀迟滞参数值及从控机车自身中继阀迟滞值，建立从控机车中继阀综合迟滞修正模型，即得到延时参数模型。
3.根据权利要求2所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，在机车制动机处于运转位且充风结束前，还进行如下处理：判断机车制动机是否处于运转位，如果是运转位，则将机车制动机均衡风缸均衡目标值设定为高于定压值。
4.根据权利要求3所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，所述充风目标值设定为607kPa。
5.根据权利要求1所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，步骤B的具体实现过程包括：
1）主控机车接收到目标指令后，将均衡目标值发送给从控机车，计算从控机车的均衡目标值；
2）主控机车等待从控机车接收到主控机车的均衡目标值后，与从控机车同时按照各自的均衡目标值执行主控机车接收到的目标指令。
6.根据权利要求5所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，步骤1）中，从控机车在接收到主控机车发送过来的均衡目标值时，依据所述从控机车中继阀综合迟滞修正模型，修正接收过来的均衡目标值，进行列车管压力补偿。
7.根据权利要求6所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，步骤1）中，从控机车修正后的均衡目标值计算公式为：从控机车修正后的均衡目标值=主控机的均衡目标值+从控机车中继阀迟滞参数值-主控机车中继阀迟滞参数值。
8.根据权利要求5所述的重载组合列车列车管同步控制方法，其特征在于，步骤2）中，在万吨重载重联模式，均衡目标值响应时间闸采用有级制动控制方式，将均衡目标值及制动目标值分为7级制动；在非重载重联模式，采用无级制动模式响应自动制动控制器。
9.一种重载组合列车列车管同步控制系统，其特征在于，包括：
建模单元，用于计算并验证主控机车指令传输到从控机车的延时时间参数，建立延时参数模型；
同步单元，用于在主控机车向从控机车发送同步指令后，使主控机车按照延时参数模型等待执行时间，确保主控机车与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令。
10.根据权利要求9所述的重载组合列车列车管同步控制系统，其特征在于，所述建模单元包括：
计算模块，用于在机车制动机处于运转位且机车制动机均衡风缸充风结束后，计算机车制动机均衡风缸压力与列车管压力差值，该差值即机车制动机中继阀迟滞参数；
修正模块，用于控制主控机车将主控机车中继阀迟滞参数传输给从控机车，使从控机车根据主控机车中继阀迟滞参数值及从控机车自身中继阀迟滞值，建立从控机车中继阀综合迟滞修正模型，即得到延时参数模型；优选地，所述建模单元还包括：设定模块，用于判断机车制动机是否处于运转位，如果是运转位，则将机车制动机均衡风缸均衡目标值设定为高于定压值600kPa；优选地，所述同步单元包括：
主控机车BCU，用于在接收到目标指令后，将均衡目标值发送给从控机车，并在等待从控机车接收到主控机车的制动目标值后，与从控机车同时执行主控机车接收到的目标指令；
从控机车BCU，用于根据主控机车发送的均衡目标值计算从控机车的均衡目标值，并与主控机车同时执行主控机车接收到的目标指令；优选地，所述从控机车BCU还在接收到主控机车发送过来的均衡目标值时，依据所述从控机车中继阀综合迟滞修正模型，修正接收过来的均衡目标值，进行列车管压力补偿。
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