CN111891098B - 等黏着方式制动力分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等黏着方式制动力分配方法，该分配方法包括：计算列车中拖车转向架的总载荷、拖车可施加的空气制动力总和、以及列车已施加的电制动力总和；计算列车中动车转向架的总载荷，以及动车应施加的空气制动力总和；根据整车转向架数量、整车车辆数量、每辆车转向架的数量进行循环计算，确定拖车各转向架应施加的空气制动力值、以及动车各转向架应施加的空气制动力值。该分配方法确保列车电制动力不足时，优先由拖车进行空气制动力补充；同时，在某转向架上空气制动不能施加时，将该转向架所损失空气制动力分配到列车其他转向架上实现，防止因某转向架空气制动故障而导致的整车的制动力不足。

Description

等黏着方式制动力分配方法
技术领域
本发明属于列车制动力分配技术领域，尤其涉及一种等黏着方式制动力分配方法。
背景技术
在地铁车辆中，其每个单位中的车辆种类都是不同的，其中包括动车和拖车，动车和拖车所使用的制动方式不相同，所以在列车使用的过程中，其车辆之间的制动力的分配是一个非常重要的内容。而且列车的使用中要求尽量多的使用电制动，减少空气制动的使用，在电制动力不足以承担整车的制动力需求时，施加空气制动力，并将空气制动力按照合理的方式分配到列车中的每一个单元制动器上。
目前城轨地铁车辆中，可采用列车架控式制动控制系统，如图1所示，在列车的每个转向架上设置一个BCU，并将BCU划分为多组,各组BCU形成一分控制单元；各分控制单元的BCU之间互相通信，呈网状拓扑连接；各分控制单元内选择两BCU冗余设置为主BCU控制单元与热备BCU控制单元，不同分控制单元的主BCU控制单元、热备BCU控制单元呈总线拓扑连接；各BCU接收列车网络控制系统(TCMS)的制动指令和电制动力相关数据进行各自的制动力计算，并将本BCU单元的状态和故障信息上传至TCMS；主BCU控制单元根据列车制动指令及电制动力相关数据计算出所属分控制单元应承担的空气制动力总和，并控制各BCU以转向架为最小单位进行制动力分配，计算各转向架应施加的空气制动力值；热备BCU控制单元对所属分控制单元的主BCU控制单元的状态进行监控，并在主BCU控制单元故障时，替代主BCU控制单元工作。例如，专利CN110949358A一种轨道列车制动控制方法及装置公开了该架控式制动控制系统，但并具体涉及制动力的分配计算。
因此，本发明考虑基于该架控式制动控制系统，提供等黏着方式的制动力分配方法，使拖车空气制动优先补充控制，以实现整车制动力分配。
发明内容
本发明提供了一种列车架控式制动控制系统、等黏着方式制动力分配方法，以用于对整车制动力进行分配。
为了实现上述目的，本发明提供了一种等黏着方式制动力分配方法，包括：
计算列车中拖车转向架的总载荷、拖车可施加的空气制动力总和、以及列车已施加的电制动力总和，并将各转向架的超黏着标志位清零；
计算列车中动车转向架的总载荷，以及动车应施加的空气制动力总和；
根据整车转向架数量、整车车辆数量、每辆车转向架的数量进行循环计算，确定拖车各转向架应施加的空气制动力值、以及动车各转向架应施加的空气制动力值。
优选的，判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和；
若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则动车应施加的空气制动力为零；
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力不满足列车的制动力需求，需要空气制动力进行补充，则计算出空气制动应施加的制动力值；然后将空气制动应施加的制动力值与拖车可施加的空气制动力总和进行比较，计算动车应施加的空气制动力总和。
优选的，若空气制动应施加的制动力值大于拖车可施加的空气制动力总和，则说明需要动车进行空气制动力补充，则动车应施加的空气制动力总和为空气制动应施加的制动力值减去拖车可施加的空气制动力总和；
若空气制动应施加的制动力值小于等于拖车可施加的空气制动力总和，则说明不需要动车进行空气制动力补充，动车应施加的空气制动力为零。
优选的，判断本转向架常用制动是否可用，若本转向架常用制动不可用，则本转向架不参与空气制动力分配，即分配给该转向架的空气制动力为零。
优选的，若本转向架常用制动可用，则进一步判断本转向架上施加的总制动力是否已超过黏着极限值；
若本转向架上施加的总制动力超过黏着极限值，此时若本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值减去本转向架已施加的电制动力值；若本转向架为拖车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值。
优选的，若本转向架上施加的总制动力未超过黏着极限值，则进一步判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和。
优选的，若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则本转向架应施加的空气制动力为零，本转向架超黏着标志置为零。
优选的，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为拖车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值为：SetNT＝(Ntrain-ND-No)*Mbogie/MT；其中：SetNT为本拖车转向架应施加的空气制动力值，Ntrain为列车的总制动力需求，ND为动车施加的电制动力总和，No为超黏着的转向架已施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MT为拖车转向架总载荷。
优选的，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为拖车转向架时，进一步判断本转向架应施加的空气制动力值SetNT是否超过本转向架空气制动能力值；
若本转向架应施加的空气制动力值SetNT超过本转向架空气制动能力值，则分配给本转向架的空气制动力值应限制在黏着极限内，即本转向架的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值，且将本转向架超黏着标志置1；
若本转向架应施加的空气制动力值SetNT未超过本转向架空气制动能力值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNT值执行。
优选的，若本转向架应施加的空气制动力值SetNT超过本转向架空气制动能力值，将计算得到的应施加的空气制动力值SetNT-本转向架空气制动能力值得到的剩余空气制动力值重新按照等黏着方式制动力分配方法，拖车优先动车重新分配给未超过黏着极限的转向架。
优选的，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值为：SetNM＝NM*Mbogie/MM；其中：SetNM为本动车转向架应施加的空气制动力值，NM为动车应施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MM为动车转向架总载荷。
优选的，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为动车转向架，进一步判断中本转向架应施加的空气制动力值SetNM与本转向架已施加的电制动力值之和是否超过黏着极限值。
优选的，若本转向架应施加的空气制动力值与本转向架已施加的电制动力值之和超过了黏着极限值，则分配给本转向架的空气制动力应限制在黏着极限内，进一步判断本转向架施加的电制动力值是否超过黏着极限值；
若本转向架施加的电制动力值超过黏着极限值，则本转向架不应再施加空气制动，应施加的空气制动力值设置零；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1；
若本转向架施加的电制动力值未超过黏着极限值，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架制动力最大值减去本转向已施加的电制动力值；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1。
优选的，若本转向架应施加的空气制动力值与本转向架已施加的电制动力值之和未超过黏着极限值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNM值执行。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明基于现有架控式制动控制系统，具体提供了一种“等黏着”方式的制动力分配方法，在列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和时，进行空气制动力补充，并采取拖车优先补充。同时，通过判断转向架上施加的总制动力是否已超过黏着极限值，并在本转向架上施加的总制动力未超过黏着极限值时，进一步判断列车需求的总制动力是否大于列车已施加的电制动力总和，在总制动力大于列车已施加的电制动力总和条件下，进行拖车转向架与动车转向架的空气制动力分配。该“等黏着”方式的制动力分配方法将列车需要施加的空气制动力根据各转向架的重量按照比例分配到各转向架上；同时，当某一转向架空气制动故障，该转向架上空气制动不能施加时，将该转向架所损失空气制动力分配到列车其他转向架上实现，不会造成因某转向架空气制动故障而导致的整车的制动力不足。
附图说明
图1为列车架控式制动控制系统拓扑结构；
图2为本发明的等黏着方式制动力分配方法总流程图；
图3为动车转向架应施加的空气制动力的具体计算流程图；
图4为各转向架应施加的空气制动力的计算流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。
现有列车架控式制动控制系统，拓扑结构如图1所示，在列车的每个转向架上设置一个BCU，各BCU监控本转向架施加的电制动力值、空气制动力值、制动状态等，并将所有BCU划分为多组,各组BCU形成一分控制单元；各分控制单元的BCU之间互相通信，呈网状拓扑连接；各分控制单元内选择两BCU冗余设置为主BCU控制单元与热备BCU控制单元，不同分控制单元的主BCU控制单元、热备BCU控制单元呈总线拓扑连接，实现分控制单元中间通信。其中，各BCU接收列车网络控制系统(TCMS)的制动指令和电制动力相关数据进行各自的制动力计算，并将本BCU单元的状态和故障信息上传至TCMS；主BCU控制单元根据列车制动指令及电制动力相关数据计算出所属分控制单元应承担的空气制动力总和，并控制各BCU以转向架为最小单位进行制动力分配，计算各转向架应施加的空气制动力值；热备BCU控制单元对所属分控制单元的主BCU控制单元的状态进行监控，并在主BCU控制单元故障时，替代主BCU控制单元工作。
以6辆编组型式的地铁车辆为例，其架控式制动控制系统中有12个BCU分别设置在列车中的每一个转向架上，并将所有BCU分为两组，每组称为一个分控制单元，每一组BCU之间通常使用CAN总线实现该组内的所有BCU之间的互相通信。每个分控制单元内任选两BCU设置为主BCU控制单元与热备BCU控制单元，主BCU控制单元与热备BCU控制单元功能相同，且输入和输出冗余。当列车上电后，一个分控制单元中的主BCU控制单元与热备BCU控制单元通过配置顺序进行配置，主BCU控制单元起主导作用，根据列车制动指令及电制动力相关数据计算出本单元应承担的空气制动力，并以转向架为最小单位进行制动力分配；同时，主BCU控制单元还向TCMS传输本分控制单元制动系统的状态和故障信息，可以通过列车显示屏进行显示。热备BCU控制单元对主BCU控制单元的状态进行监控，一旦主BCU控制单元出现故障，热备BCU控制单元主动承担主BCU控制单元的任务，确保制动总线中的空气制动力分配不间断进行。
基于该列车架控式制动控制系统，本发明考虑具体提供一种等黏着方式制动力分配方法，如图2所示，在不超过制动力黏着极限的条件下，将空气制动系统应发挥的制动力根据各转向架的载荷按比例分配到每一个转向架的单元制动器上。在该制动力分配方式下，拖车应优先补充空气制动力，在拖车可施加的空气制动力不足以满足空气制动应补充的制动力时，由动车补充空气制动力值。该方法具体包括：
(1)首先，计算列车中拖车转向架的总载荷、拖车可施加的空气制动力总和、以及列车已施加的电制动力总和，并将各转向架的超黏着标志位清零；
(2)计算列车中动车转向架的总载荷，以及动车应施加的空气制动力总和。其中，动车转向架应施加的空气制动力总和计算流程如图3所示，具体为：
判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和；
若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则动车应施加的空气制动力为零；
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力不满足列车的制动力需求，需要空气制动力进行补充，则计算出空气制动应施加的制动力值。
根据“等黏着”方式的制动力分配原则，拖车应优先用于补充空气制动力，因此，需进一步判断空气制动应施加的制动力值是否大于拖车可施加的空气制动力总和。若空气制动应施加的制动力值大于拖车可施加的空气制动力总和，则说明需要动车进行空气制动力补充，则动车应施加的空气制动力总和为空气制动应施加的制动力值减去拖车可施加的空气制动力总和；若空气制动应施加的制动力值小于等于拖车可施加的空气制动力总和，则说明不需要动车进行空气制动力补充，动车应施加的空气制动力为零。
(3)根据整车转向架数量、整车车辆数量、每辆车转向架的数量进行循环计算，确定拖车各转向架应施加的空气制动力值、以及动车各转向架应施加的空气制动力值，实现整车制动力分配。拖车与动车的各转向架应施加的空气制动力的计算流程参考图4所示，具体为：
首先，判断本转向架常用制动是否可用，若本转向架常用制动不可用，则本转向架不参与空气制动力分配，即分配给该转向架的空气制动力为零。若本转向架常用制动可用，则进一步判断本转向架上施加的总制动力(即空气制动力与电制动力之和)是否已超过黏着极限值：
若本转向架上施加的总制动力超过黏着极限值，若本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值减去本转向架已施加的电制动力值；若本转向架为拖车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值。
若本转向架上施加的总制动力未超过黏着极限值，则进一步判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和：
若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则本转向架应施加的空气制动力为零，本转向架超黏着标志置为零。
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为拖车转向架，则计算得到本转向架应施加的空气制动力值为SetNT＝(Ntrain-ND-No)*Mbogie/MT；其中：SetNT为本拖车转向架应施加的空气制动力值，Ntrain为整车制动力需求，ND为动车施加的电制动力总和，No为超黏着的转向架已施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MT为拖车转向架总载荷。同时，进一步判断本转向架应施加的空气制动力值SetNT是否超过本转向架空气制动能力值：若本转向架应施加的空气制动力值SetNT超过本转向架空气制动能力值，则分配给本转向架的空气制动力值应限制在黏着极限内，即本转向架的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值，且将本转向架超黏着标志置1，同时将计算得到的应施加的空气制动力值SetNT-本转向架空气制动能力值得到的剩余空气制动力值重新按照等黏着原则，拖车优先动车重新分配给未超过黏着极限的转向架；若本转向架应施加的空气制动力值SetNT未超过本转向架空气制动能力值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNT值执行。
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值为SetNM＝NM*Mbogie/MM；其中：SetNM为本动车转向架应施加的空气制动力值，NM为动车应施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MM为动车转向架总载荷。同时，进一步判断中本转向架应施加的空气制动力值SetNM加上本转向架已施加的电制动力值是否超过黏着极限值：若本转向架应施加的空气制动力值加上本转向架已施加的电制动力值超过了黏着极限值，则分配给本转向架的空气制动力应限制在黏着极限内，进一步判断本转向架施加的电制动力值是否超过黏着极限值：若本转向架施加的电制动力值超过黏着极限值，则本转向架不应再施加空气制动，应施加的空气制动力值设置零；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1；若本转向架施加的电制动力值未超过黏着极限值，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架制动力最大值减去本转向已施加的电制动力值；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1。若本转向架应施加的空气制动力值加上本转向架已施加的电制动力值未超过黏着极限值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNM值执行。
综上，本发明提供的“等黏着”方式的制动力分配方法，在列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和时，进行空气制动力补充，并采取拖车优先补充。同时，通过判断转向架上施加的总制动力是否已超过黏着极限值，并在本转向架上施加的总制动力未超过黏着极限值时，进一步判断列车需求的总制动力是否大于列车已施加的电制动力总和，在总制动力大于列车已施加的电制动力总和条件下，进行拖车转向架与动车转向架的空气制动力分配。该“等黏着”方式的制动力分配方法将列车需要施加的空气制动力根据各转向架的重量按照比例分配到各转向架上；同时，当某一转向架空气制动故障，该转向架上空气制动不能施加时，将该转向架所损失空气制动力分配到列车其他转向架上实现，不会造成因某转向架空气制动故障而导致的整车的制动力不足。同时限制各转向架所施加的总制动力不超过本转向架的黏着极限值，以防止制动力超过该黏着极限值时发生滑行。

Claims (12)

1.一种等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，包括：
计算列车中拖车转向架的总载荷、拖车可施加的空气制动力总和、以及列车已施加的电制动力总和，并将各转向架的超黏着标志位清零；
计算列车中动车转向架的总载荷，以及动车应施加的空气制动力总和；
根据整车车辆数量、每辆车转向架的数量进行循环计算，确定拖车各转向架应施加的空气制动力值、以及动车各转向架应施加的空气制动力值：
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为拖车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值为：SetNT＝(Ntrain-ND-No)*Mbogie/MT；其中：SetNT为本拖车转向架应施加的空气制动力值，Ntrain为列车的总制动力需求，ND为动车施加的电制动力总和，No为超黏着的转向架已施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MT为拖车转向架总载荷；
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值为：SetNM＝NM*Mbogie/MM；其中：SetNM为本动车转向架应施加的空气制动力值，NM为动车应施加的总空气制动力总和，Mbogie为本转向架载荷，MM为动车转向架总载荷。
2.根据权利要求1所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和；
若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则动车应施加的空气制动力为零；
若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力不满足列车的制动力需求，需要空气制动力进行补充，则计算出空气制动应施加的制动力值；然后将空气制动应施加的制动力值与拖车可施加的空气制动力总和进行比较，计算动车应施加的空气制动力总和。
3.根据权利要求2所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若空气制动应施加的制动力值大于拖车可施加的空气制动力总和，则说明需要动车进行空气制动力补充，则动车应施加的空气制动力总和为空气制动应施加的制动力值减去拖车可施加的空气制动力总和；
若空气制动应施加的制动力值小于等于拖车可施加的空气制动力总和，则说明不需要动车进行空气制动力补充，动车应施加的空气制动力为零。
4.根据权利要求1-3任一项所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，判断本转向架常用制动是否可用，若本转向架常用制动不可用，则本转向架不参与空气制动力分配，即分配给该转向架的空气制动力为零。
5.根据权利要求4所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若本转向架常用制动可用，则进一步判断本转向架上施加的总制动力是否已超过黏着极限值；
若本转向架上施加的总制动力超过黏着极限值，此时若本转向架为动车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值减去本转向架已施加的电制动力值；若本转向架为拖车转向架，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值。
6.根据权利要求5所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若本转向架上施加的总制动力未超过黏着极限值，则进一步判断列车的总制动力需求是否大于列车已施加的电制动力总和。
7.根据权利要求6所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若列车的总制动力需求小于等于列车已施加的电制动力总和，则说明列车已施加的电制动力满足列车的制动力需求，不需要空气制动力进行补充，则本转向架应施加的空气制动力为零，本转向架超黏着标志置为零。
8.根据权利要求7所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为拖车转向架时，进一步判断本转向架应施加的空气制动力值SetNT是否超过本转向架空气制动能力值；
若本转向架应施加的空气制动力值SetNT超过本转向架空气制动能力值，则分配给本转向架的空气制动力值应限制在黏着极限内，即本转向架的空气制动力值等于本转向架空气制动能力值，且将本转向架超黏着标志置1；
若本转向架应施加的空气制动力值SetNT未超过本转向架空气制动能力值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNT值执行。
9.根据权利要求8所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若本转向架应施加的空气制动力值SetNT超过本转向架空气制动能力值，将计算得到的应施加的空气制动力值SetNT-本转向架空气制动能力值得到的剩余空气制动力值重新按照等黏着方式制动力分配方法，拖车优先动车重新分配给未超过黏着极限的转向架。
10.根据权利要求8或9所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若列车的总制动力需求大于列车已施加的电制动力总和，且本转向架为动车转向架，进一步判断中本转向架应施加的空气制动力值SetNM与本转向架已施加的电制动力值之和是否超过黏着极限值。
11.根据权利要求10所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若本转向架应施加的空气制动力值与本转向架已施加的电制动力值之和超过了黏着极限值，则分配给本转向架的空气制动力应限制在黏着极限内，进一步判断本转向架施加的电制动力值是否超过黏着极限值；
若本转向架施加的电制动力值超过黏着极限值，则本转向架不应再施加空气制动，应施加的空气制动力值设置零；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1；
若本转向架施加的电制动力值未超过黏着极限值，则本转向架应施加的空气制动力值等于本转向架制动力最大值减去本转向已施加的电制动力值；同时将动车总载荷减去该转向架的载荷，不在参与动车的空气制动力分配，本转向架超黏着标志置1。
12.根据权利要求11所述的等黏着方式制动力分配方法，其特征在于，若本转向架应施加的空气制动力值与本转向架已施加的电制动力值之和未超过黏着极限值，则本转向架分配的空气制动力值按照计算的本转向架应施加的空气制动力值SetNM值执行。
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