CN112060919A - 轨道车辆制动融合控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道车辆制动融合控制系统及方法，轨道车辆制动融合控制系统包括：动车控制单元，包括接收牵引指令，根据预设的第一条件进行牵引力计算，或者接收制动指令，根据制动指令进行总制动力计算，根据预设的第二条件计算电制动力和第一摩擦制动力的动车融合控制器、根据牵引力执行牵引操作，或根据电制动力执行制动操作的牵引系统执行装置以及根据第一摩擦制动力执行摩擦制动操作的第一摩擦制动驱动控制及执行装置；拖车控制单元，包括接收制动指令，根据预设的第三条件计算第二摩擦制动力的拖车融合控制器和根据第二摩擦制动力执行摩擦制动操作的第二摩擦制动驱动控制及执行装置。由此，完成了牵引和制动的融合控制。

Description

轨道车辆制动融合控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种轨道车辆制动融合控制系统及方法。

背景技术

轨道交通车辆目前的牵引控制系统与制动控制系统是两个独立的系统，分别具有各自独立的控制器。而车辆在制动时，会采用电制动与摩擦制动混合制动的方式，以减少闸瓦的磨耗，一般优先使用电制动，电制动不足的部分由摩擦制动补充，因此牵引系统与制动系统会进行配合控制。目前两系统之间的控制器通过网络的方式进行信息交互，因数据传输的过程中存在延时的现象，导致混合制动不能准确执行，影响制动响应速度，造成电制动与摩擦制动出现叠加或丧失的情况。

目前现有技术中，有一些专利提出了一些相关的控制方法，比如申请号为201510820745.7的中国专利公开了一种列车牵引制动控制系统，将牵引和制动分成两个模块包含于中央控制系统，当中央控制系统收到混合制动的指令时，制动控制模块接收制动指令并计算所需的电制动力和摩擦制动力，并将电制动的指令传输给牵引控制模块从而控制牵引执行装置施加电制动，摩擦制动的指令则直接由制动控制模块控制制动执行装置施加摩擦制动。该系统虽然将传统的牵引、制动系统合并为一个系统，一定程度上减少了信息的交互，但执行混合制动时，牵引、制动控制模块仍为两个独立的模块，仍需要制动控制模块与牵引控制模块之间的信息交互，并未完全解决数据延时的问题。另外，其只提拱了一节车内牵引制动的融合控制方法，而现实的轨道车辆则是整列车的协调控制，必须考虑有牵引的动车、无牵引的拖车等相互之间的协调控制。

同时，目前的摩擦制动系统采用以空气或者液压油作为介质的制动系统，限制了制动系统在高响应、轻量化、环保性方向的进一步发展，并且因空气或者液压制动控制器中需存在各种阀、管路元件等导致制动与牵引无法很好的集成。另外，传统的牵引制动系统都是由一个主控制器负责整列车牵引制动力的计算分配及整车的逻辑控制处理，一旦主控制器故障，存在整列车失去牵引或制动的风险，因此，控制的安全等级有待提高。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种轨道车辆制动融合控制系统及方法，以解决现有技术中的混合制动不能准确执行、并未完全解决数据延时的问题、没有考虑有牵引的动车、无牵引的拖车等相互之间的协调控制、控制的安全等级有待提高的问题。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种轨道车辆制动融合控制系统，所述轨道车辆制动融合控制系统包括：

与整车中的动车转向架个数相同的动车控制单元，每个所述动车控制单元包括接收牵引指令，并根据所述牵引指令和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，并根据所述制动指令和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者电制动力和第一摩擦制动力的动车融合控制器、根据所述分牵引力执行牵引操作，或者根据所述电制动力执行电制动操作的牵引系统执行装置或者根据所述第一摩擦制动力执行摩擦制动操作的第一摩擦制动驱动控制及执行装置；

与整车中的拖车转向架个数相同的拖车控制单元，每个所述拖车控制单元包括接收制动指令、每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力，根据预设的第三条件、所述电制动力和所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力的拖车融合控制器和根据所述第二摩擦制动力执行摩擦制动操作的第二摩擦制动驱动控制及执行装置。

在一种可能的实现方式中，所述动车融合控制器包括第一车辆数据交互模块和牵引制动力计算分配模块；

所述第一车辆数据交互模块，接收列车网络和/或车辆硬线的牵引指令或制动指令，并将所述牵引指令或所述制动指令发送给所述牵引制动力计算分配模块；

所述牵引制动力计算分配模块，当接收到牵引指令时，根据所述牵引指令计算总牵引力，并根据预设的第一条件对所述总牵引力进行分配，计算每个动车的分牵引力，并将每个动车的分牵引力发送给所述第一车辆数据交互模块，将当前动车的所述分牵引力发送给所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力，并将每个动车的所述电制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件，对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，并将每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置，将当前动车的所述第一摩擦制动力发送给当前动车的所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置；以及，

获取当前动车的所述牵引系统执行装置的当前实际施加的电制动力和所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置的当前实际施加的第一摩擦制动力，并根据当前动车的所述当前电制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述电制动力进行补偿，根据当前动车的所述当前第一摩擦制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述第一摩擦制动力进行补偿；

所述第一车辆数据交互模块，将每个动车的所述分牵引力发送给所述列车网络，或者，将每个动车的所述电制动力或所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述列车网络。

在一种可能的实现方式中，所述补偿具体包括：

将所述当前电制动力和所述电制动力进行比较，当任一动车控制单元对应的电制动力不足时，通过其他动车控制单元对应的电制动力进行补偿；

将整车中的每个牵引系统执行装置的当前电制动力之和与所述总制动力进行比较，当所述当前电制动力之和小于所述总制动力时，通过所述第一摩擦制动力对所述电制动力进行补偿。

在一种可能的实现方式中，所述拖车融合控制器包括第二车辆数据交互模块和制动控制模块；

所述第二车辆数据交互模块，接收列车网络和/或车辆硬线的制动指令以及接收每个动车融合控制器的第一车辆数据交互模块通过列车网络发送的每个动车的电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力；

所述制动控制模块，接收所述第二车辆数据交互模块发送的每个动车的电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力，并根据预设的第三条件、每个动车的所述电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力，并将当前拖车的所述第二摩擦制动力发送给当前拖车的所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置。

在一种可能的实现方式中，所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置或者所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置包括多个电机驱动器和与所述电机驱动器数量相同的执行机构；

所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置中的所述电机驱动器分别与牵引制动力计算分配模块和车辆硬线相连接，用于根据所述牵引制动力计算分配模块发送的当前动车的第一摩擦制动力执行摩擦制动操作，或者根据所述车辆制动指令执行摩擦制动操作；

所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置中的所述电机驱动器分别与制动控制模块和车辆硬线相连接，用于根据所述制动控制模块发送的当前动车的第二摩擦制动力执行摩擦制动操作，或者根据所述车辆制动指令执行摩擦制动操作。

在一种可能的实现方式中，所述执行机构包括作动器、闸片、制动盘；

所述电机驱动器生成驱动指令；所述驱动指令包括第一摩擦制动力或者第二摩擦制动力的分摩擦力；

所述作动器根据所述驱动指令推动闸片，闸片压紧或释放制动盘。

在一种可能的实现方式中，所述动车或拖车融合控制器获取所述第一摩擦制动驱动控制及装置或所述第二摩擦制动驱动控制及装置中的每个电机驱动器的状态，当任一电机驱动器的状态异常时，调整除所述状态异常的电机驱动器外的其他电机驱动器的摩擦制动力。

在一种可能的实现方式中，所述第一条件包括第一分配协议及列车轴速信息和载荷信息，所述第二条件包括第二分配协议及列车轴速信息和载荷信息，所述第三条件信息包括第三分配协议。

第二方面，本发明提供了一种轨道车辆制动融合控制方法，与整车中的动车转向架个数相同的动车控制单元和与整车中的拖车转向架个数相同的拖车控制单元，所述动车控制单元包括动车融合控制器、牵引系统执行装置和牵引系统执行装置，所述拖车控制单元包括拖车融合控制器和第二摩擦制动驱动控制及执行装置，所述轨道车辆制动融合控制方法包括：

每个动车的所述动车融合控制器接收牵引指令，根据牵引指令和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，根据制动指令和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者电制动力和第一摩擦制动力；

所述牵引系统执行装置根据当前动车的所述分牵引力执行牵引操作，或者根据所述电制动力执行制动操作；

所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前动车的所述第一摩擦制动力执行摩擦制动操作；

每个拖车的所述拖车融合控制器接收制动指令、每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力，根据预设的第二条件、所述电制动力和所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力；

所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前拖车的所述第二摩擦制动力执行摩擦制动操作。

在一种可能的实现方式中，所述动车融合控制器包括第一车辆数据交互模块和牵引制动力计算分配模块，所述方法还包括：

所述第一车辆数据交互模块接收列车网络和/或车辆硬线的牵引指令或制动指令，并将所述牵引指令或所述制动指令发送给所述牵引制动力计算分配模块；

当接收到牵引指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述牵引指令计算总牵引力，并根据预设的第一条件对所述总牵引力进行分配，计算每个动车的分牵引力，并将每个动车的分牵引力发送给所述第一车辆数据交互模块，将当前动车的所述分牵引力发送给所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力，并将每个动车的所述电制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件，对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，并将每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置，将当前动车的所述第一摩擦制动力发送给当前动车的所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置；以及，

所述牵引制动力计算分配模块获取当前动车的所述牵引系统执行装置的当前实际施加的电制动力和所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置的当前实际施加的第一摩擦制动力，并根据当前动车的所述当前电制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述电制动力进行补偿，根据当前动车的所述当前第一摩擦制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述第一摩擦制动力进行补偿；

所述第一车辆数据交互模块，将每个动车的所述分牵引力发送给所述列车网络，或者，将每个动车的所述电制动力或所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述列车网络。

通过应用本发明实施例提供的轨道车辆制动融合控制系统，动车融合控制器中集成有牵引制动力计算分配模块，使得动车在进行电制动和摩擦制动的混合制动中，避免了牵引制动力计算分配模块之间的数据交互，从而消除了数据延迟造成的制动控制准确性的问题。并且第一、第二摩擦制动驱动控制及执行装置可以直接和硬线相连接，以便于列车网络故障或者融合控制器故障时，仍能施加紧急制动，增加了制动的冗余性。在进行总牵引力计算时，每个动车融合控制器中的牵引制动力计算分配模块都进行总牵引力计算和分牵引力计算，在进行制动时，每个动车融合控制器中的牵引制动力计算分配模块进行总制动力的计算，并且配合完成制动力和第一摩擦制动力的分配，并且会将分配信息上传至列车网络，以便于拖车融合控制器中的制动控制模块根据制动指令和分配信息，进行第二摩擦制动力的分配，由此，每一个动车融合控制器11都进行总牵引力的计算和总制动力的计算，每一个拖车融合控制器都进行总制动力计算，并根据制动指令和其他车辆分配信息，进行第二摩擦制动力的分配，避免了列车因主控制器故障而导致的整车的总牵引力和总制动力丢失。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的轨道车辆制动融合控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的整车示意图；

图3为本发明实施例二提供的轨道车辆制动融合控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本发明实施例提供的轨道车辆制动融合控制系统结构示意图，图2为本发明实施例一提供的整车示意图。结合图1和图2，本申请中的轨道车辆制动融合系统应用在轨道列车上，包括与整车中的动车转向架个数相同的动车控制单元1和与整车中的拖车转向架个数相同的拖车控制单元2。以轨道列车上的一个动车转向架和一个拖车转向架为例，该轨道车辆制动融合系统中的每个动车控制单元1中，包括接收牵引指令，根据牵引指令进行总牵引力计算，并根据总牵引力和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，根据制动指令进行总制动力计算，并根据总制动力和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者，计算每个动车的电制动力和第一摩擦制动力的动车融合控制器11、根据分牵引力执行牵引操作，或者根据电制动力执行电制动操作的牵引系统执行装置12以及根据第一摩擦制动力执行摩擦制动操作的第一摩擦制动驱动控制及执行装置13。

每个拖车控制单元2包括接收制动指令、每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，根据预设的第三条件、电制动力和第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力的拖车融合控制器21和根据第二摩擦制动力执行摩擦制动操作的第二摩擦制动驱动控制及执行装置22。

其中，整车中的每个动车融合控制器11会计算总牵引力，且计算每个动车的分牵引力、总制动力、电制动力、第一摩擦制动力。整车中的每个拖车融合控制器会计算总制动力，并根据总制动力及电制动力和第一摩擦制动力的实际施加信息，计算每个拖车的第二摩擦制动力。从而整车中的所有动车融合控制器在接收到牵引指令或者制动指令时，都进行每个动车的牵引力的分配或制动力(包括电制动力或者电制动和第一摩擦制动力)的分配和共享，整车中的所有拖车融合控制器在接收到制动指令和每个动车的制动力和第一摩擦制动力时，都进行每个拖车的制动力(包括第二摩擦制动力)的分配和共享，避免了传统列车因主控制器故障而导致的全车的牵引、制动丢失的情况的发生，完成了牵引和制动的融合控制。

其中，牵引指令或者制动指令，可以是在列车网络上，和/或，车辆硬线上的牵引指令或者制动指令，当同时具有列车网络上和车辆硬线上的牵引指令或者制动指令时，车辆硬线上的牵引指令或制动指令的优先级高。

该牵引指令或者制动指令包括牵引级位或者制动级位，通过牵引级位或者制动级位，通过查询相应的表，可以确定牵引级位对应的牵引力或者制动力。

预设的第一条件，可以是预设的第一分配协议及通过列车轴速传感器测量得到的列车轴速信息和通过载荷传感器测量得到的载荷信息，在该第一分配协议中，可以预先设定多个动车的牵引力分配比例，比如整车中有两个动车两个拖车，则第一动车负责承担本车及第一拖车的牵引力，第二动车负责承担本车及第二拖车的牵引力，或者第一动车和第二动车除了承担本车的牵引力之外，还根据载荷信息按比例承担拖车的牵引力。其中，此处的列车包括每个动车和每个托车，每个动车和每个拖车上分别设置有列车轴速传感器和载荷传感器。

预设的第二条件，可以是预设的第二分配协议及通过列车轴速传感器测量得到的列车轴速信息和通过载荷传感器测量得到的载荷信息，在该第二分配协议中，可按比例或平均分配整车的电制动力，比如整车有两节动车，整列车需要N千牛的制动力，若电制动能力可满足整车制动力需求，则两节动车各分配1/2N千牛电制动力完成列车制动；若电制动能力M千牛不满足整车制动力N千牛制动力需求，则两节动车各分配1/2N千牛制动力，同时剩余的(N-M)千牛制动力由两动车的第一摩擦制动力按比例或平均分配补充。

若电制力与第一摩擦制动力的总能力不满足整列总制动力需求，则由拖车控制器控制拖车单元根据预设的第三条件提供第二摩擦制动力进行补充。

预设的第三条件，可以是通过列车轴速传感器测得的列车的轴速信息和通过载荷传感器测得的载荷信息，拖车融合控制器计算出列车总制动力-所有动车的实际电制动力之和-所有动车的实际第一摩擦制动力之和后的差值，依据拖车数量进行比例分配。

该轴速信息可以是列车车轴每秒转动的速度，该载荷信息可以是整车中每个车厢的当前载荷，根据轴速信息，监控车轮和轨道的接触状态，当通过接触状态确定某个动车或拖车发生车轮滑移时，可以通过减小制动力实现防滑保护功能。通过载荷信息，可以根据车辆实时载重动态制动力，比如，动车A在载重为100KG时的制动力为100KN，在载重为800KG时的制动力，适应性的增大，比如增大至800KN，从而保证不同载重条件下的制动性能的一致性，当然，制动力的具体的数值是通过融合控制器实时的计算得到的，具体的计算过程，本申请不再赘述。因此，可以根据轴速信息和载荷信息，将总牵引力在每个动车融合控制器上进行分配，或者将总制动力在每个动车融合控制器上进行分配，或者将总制动力在每个动车和每个拖车融合控制器上进行分配。

下面，以一个动车控制单元1为例，对该动车控制单元1中的动车融合控制器11、牵引系统执行装置12和第一摩擦制动驱动控制及执行装置13的信息交互进行具体的说明。

具体的，动车融合控制器11包括第一车辆数据交互模块111和牵引制动力计算分配模块112。

第一车辆数据交互模块111，接收列车网络和/或车辆硬线的牵引指令或制动指令，并将牵引指令或制动指令发送给牵引制动力计算分配模块112。

牵引制动力计算分配模块112，根据牵引指令计算总牵引力，并根据预设的第一条件对总牵引力进行分配，计算每个动车的分牵引力，并将每个动车的分牵引力发送给第一车辆数据交互模块111，将当前动车的分牵引力发送给牵引系统执行装置12；或者，

根据制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件对总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力，并将每个动车的电制动力发送给第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的电制动力发送给当前动车的牵引系统执行装置12；或者，

根据制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件，对总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，并将每个动车的电制动力和第一摩擦制动力发送给第一车辆数据交互模块111，以及将当前动车的电制动力发送给当前动车的牵引系统执行装置12，将当前动车的第一摩擦制动力发送给当前动车的第一摩擦制动驱动控制及执行装置13；以及，

获取当前动车的牵引系统执行装置的当前实际施加的电制动力和第一摩擦制动驱动控制及执行装置13的当前实际施加的第一摩擦制动力，并根据当前动车的当前电制动力，通过除当前动车外的其他动车的电制动力进行补偿，根据当前动车的当前第一摩擦制动力，通过除当前动车外的其他动车的第一摩擦制动力进行补偿。由此，去掉了传统列车制动控制系统、牵引控制系统中的列车主控制器，每一个融合控制器都可进行整车的牵引/制动力的计算分配与逻辑控制，避免了传统列车因主控器故障而导致全车的牵引、制动力丢失的情况的发生。

第一车辆数据交互模块111，将每个动车的分牵引力发送给列车网络，或者，将每个动车的电制动力或电制动力和第一摩擦制动力发送给列车网络。

其中，牵引制动力计算分配模块112可以进行牵引力与制动力的计算与分配，即牵引制动力计算分配模块112能同时进行牵引力与制动力的计算与分配，而现有技术中是独立的牵引控制器执行牵引力计算，制动控制器执行制动力计算，牵引控制器和制动控制器之间进行牵引力和制动力的信息交互，本申请中的牵引制动力计算分配模块112可以进行牵引力、制动力的计算与分配，消除了牵引控制器、制动控制器之间的数据交互，从而消除了数据延迟造成的制动控制准确性的问题，动车融合控制器11和拖车融合控制器21直接完成混合制动的控制，提高了制动效率与准确性。

其中，补偿指的是：

将当前实际施加电制动力和计算得到的分配的电制动力进行比较，当任一动车控制单元对应的电制动力不足时，通过其他动车控制单元对应的电制动力进行补偿；

将整车中的每个牵引系统执行装置的当前电制动力之和与总制动力进行比较，当当前电制动力之和小于总制动力时，通过第一摩擦制动力对电制动力进行补偿。由于每个动车的动车融合控制器11都进行分牵引力、电制动力、第一摩擦制动力的计算，并在其他动车的分电制动力、第一摩擦制动力不足时，进行补偿，每个拖车的拖车融合控制器12都进行第二摩擦制动力的计算，并在其他动车/拖车的摩擦制动力不足时，进行补偿，从而避免了传统列车因主控制器故障而导致的全车的制动丢失的情况的发生，完成了牵引和制动的融合控制。

比如，动车1的当前实际施加电制动力为100KN，而当前动车计算得到的目标电制动力为200KN，差值为100KN，假如还有其他两个动车，且两个动车的载荷信息相同，分配比例也相同，则可以对这两个动车分别增加50KN的电制动力，从而保证总的电制动力不变。

第一摩擦制动驱动控制及执行装置13包括多个电机驱动器和与电机驱动器数量相同的执行机构；第一驱动控制模块可以计算得到每个电机驱动器对应的第一摩擦制动力的分摩擦力，每个电机驱动器可以根据分摩擦力，控制执行机构执行摩擦制动。其中，第一摩擦制动力的分摩擦力可以以模拟量信号、数字量信号或者网络信号中的任意一种方式，下发给电机驱动器。

此外，在列车网络故障或者融合控制器故障等情况下，电机驱动器除了可以根据牵引制动力计算分配模块112的第一摩擦制动力的分摩擦力进行摩擦制动外，还可以与车辆硬线相连接，直接根据制动指令，控制执行机构执行摩擦制动操作，从而保证了在列车网络故障或者融合控制器故障等紧急情况下，快速实现摩擦制动，确保列车制动控制不丢失，增加了制动控制的冗余性。

其中，执行机构包括电机驱动器、作动器、制动盘、闸片及其他支撑结构。电机驱动器接收融合控制器发送的制动指令后，每个制动指令中包括第一摩擦制动力的分摩擦力，驱动执行机构的作动器推动闸片压紧制动盘，实现摩擦制动力的施加。由此，摩擦制动采用完全的电子机械制动方式，利用电机驱动器驱动执行机构实现制动动作，完全抛弃液压泵或空压机等元件，以导线替代传统制动系统中的液压油或空气等传动介质，采用执行机构取代传统制动夹钳，将电信号通过电机、减速机构等直接转换为制动力输出，省去了整个系统中的制动管路。其具有结构简单、体积小、响应速度快、控制精度高的优点。同时，采取全电式的电子机械摩擦制动的方式解决了空气或者液压制动控制器中需存在各种阀、管路元件等导致制动与牵引无法很好的集成的问题，使列车的牵引制动控制更好的融合。

动车融合控制获取第一摩擦制动驱动控制及装置中的每个电机驱动器的状态，当任一电机驱动器的状态异常时，调整除状态异常的电机驱动器外的其他电机驱动器的摩擦制动力，以保证总体制动力不变。

其中，上述的调整或者补偿具体包括：

当任一动车控制单元1对应的电制动力不足时，通过其他动车控制单元1对应的电制动力进行补偿；或者，

当整车的动车控制单元1的电制动力不足时，通过第一摩擦制动力或者，第一摩擦制动力和第二摩擦制动力进行补偿。

下面，对拖车融合控制器21和第二摩擦制动驱动控制及执行装置22的信息交互进行具体的说明。

拖车融合控制器21包括第二车辆数据交互模块211和制动控制模块212。

第二车辆数据交互模块211，接收列车网络和/或车辆硬线的制动指令以及接收每个动车融合控制器的第一车辆数据交互模块通过列车网络发送的每个动车的电制动力和每个动车的第一摩擦制动力。

制动控制模块212，接收所述第二车辆数据交互模块发送的每个动车的电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力，并根据预设的第三条件、每个动车的所述电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力，并将当前拖车的所述第二摩擦制动力发送给当前拖车的所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置22。

第二摩擦制动驱动控制及执行装置22包括多个电机驱动器和与电机驱动器数量相同的执行机构；

电机驱动器与车辆硬线相连接，根据制动指令，控制执行机构执行摩擦制动操作。

每个拖车融合控制器21获取各自第二摩擦制动驱动控制及装置中的每个电机驱动器的状态，当任一电机驱动器的状态异常时，调整除状态异常的电机驱动器外的其他电机驱动器的摩擦制动力。

下面，对本申请的轨道车辆制动融合控制系统的工作过程进行进一步的描述：

在整车运行过程中，每个动车的第一车辆数据交互模块111和每个拖车的第二车辆数据交互模块211接收牵引指令或者制动指令，当接收到牵引指令时，每个牵引制动力计算分配模块112根据牵引指令中的牵引级位，确定总牵引力，根据预设的第一条件，比如预设分配比例及载荷信息，计算得到每个动车的分牵引力，再将本动车的分牵引力发送给牵引系统执行装置12，由于转向架内空间有限以及铁磁材料等因素，可能导致牵引系统执行装置12中的牵引电机的功率不足，因此，可以通过功率放大器对牵引电机的功率进行放大，牵引电机根据分牵引力进行牵引操作。

当接收到制动指令时，每个牵引制动力计算分配模块112计算总制动力，并根据预设的第一条件，对总制动力进行分配，在进行分配时，有以下三种分配方案：

第一种、通过电制动力即可实现制动。

此时每个动车的牵引制动力计算分配模块112根据制动指令中的制动级位计算得到总制动力，根据预设的第一条件，将总制动力分配为每个动车对应的电制动力，并将电制动力分配给每个动车的牵引系统执行装置12，每个牵引系统执行装置12根据电制动力执行制动操作。

第二种、通过动车的电制动力和摩擦制动力进行混合制动操作。

此时，牵引制动力计算分配模块112根据制动指令中的制动级位计算得到总制动力，根据预设的第一条件，将总制动力分配为每个动车对应的电制动力，并将电制动力分配给每个动车的牵引系统执行装置12，同时，当总制动力大于每个动车对应的电制动力能力之和时，说明当前仅仅依靠电制动力无法完成制动，此时可以计算得到所需总制动力与全部动车的电制动力的差值，每个牵引制动力计算分配模块112将差值再按照预设的第二条件，在动车中进行分配，得到每个动车对应的第一摩擦制动力，同时，对于一个动车而言，牵引制动力计算分配模块112又会将第一摩擦制动力在本车内进行分配，并确定本车的第一摩擦制动驱动控制及执行装置13中的每个电机驱动器应该分配的摩擦制动力，从而实现了电制动力和摩擦制动力相配合的混合制动操作。

第三种、通过动车的电制动力和摩擦制动力进行混合制动操作，且通过拖车的摩擦制动力进行制动操作。

此时，每个动车的牵引制动力计算分配模块112根据制动指令中的制动级位计算得到总制动力，根据预设的第二条件，将总制动力分配为每个动车对应的电制动力，并将电制动力分配给每个动车的牵引系统执行装置12，同时，当总制动力大于每个动车对应的电制动力能力之和时，说明当前仅仅依靠电制动力无法完成制动，此时可以计算得到所需总制动力与全部动车的电制动力的差值，每个牵引制动力计算分配模块112将差值再按照预设的第二条件，在动车中进行分配，得到每个动车对应的第一摩擦制动力，同时，对于一个动车而言，其牵引制动力计算分配模块112又会将第一摩擦制动力在本车内进行分配，并确定本车的第一摩擦制动驱动控制及执行装置13中的每个电机驱动器应该分配的摩擦制动力，从而实现了电制动力和摩擦制动力相配合的混合制动操作。随后，牵引制动力计算分配模块112将电制动力的分配信息发送给第一车辆数据交互模块111，同时，牵引制动力计算分配模块112将第一摩擦制动力的分配信息发送给第一车辆数据交互模块111，第一车辆数据交互模块111将电制动力分配信息和第一摩擦制动力分配信息发送至列车网络总线，以实现制动力的分配信息的共享。当仅仅靠动车的混合制动操作无法完成制动操作时，可以通过拖车控制单元2进行摩擦制动操作。第二车辆数据交互模块211从列车网络总线获取每个动车的制动力分配信息，同时第二车辆数据交互模块211接收到制动指令，并将制动指令和制动力分配信息发送给制动控制模块212，制动控制模块212计算第一制动力与所有动车的电制动力、第一摩擦制动力的差值，然后再对差值进行分配，此时，可以根据预设的第三条件，将该差值进行分配，得到每个拖车的第二摩擦制动力，并对每个拖车的第二摩擦制动力再进行分配，使得第二制动驱动控制及执行装置中的每个电机驱动器具有第二摩擦制动力的分摩擦力，从而通过第二摩擦制动力对动车的混合制动操作进行补充。

其中，在第二制动驱动控制及执行装置中，电机驱动器的个数以4个为例，每个电机驱动器驱动执行机构执行摩擦制动操作，假如第二摩擦制动力为400KN，4个电机驱动器按照1:1:1:1的比例进行分配，则每个电机驱动器的第二摩擦制动力的分摩擦力都为100KN，此时，电机驱动器根据分摩擦力，驱动执行机构执行摩擦制动操作。

同时，每个制动控制模块212会获取每个电机驱动器的当前实际施加的摩擦力反馈，如果当前实际施加的摩擦力与第二摩擦制动力的分摩擦力目标不等，可以通过调整第二摩擦制动力的分摩擦力进行补偿。

参见图2，整车中包括拖车融合控制器21和动车融合控制器11，并且拖车融合控制器21和动车融合控制器11都接入列车网络或者专用网络。列车的所有的动车、拖车融合控制器21通过列车网络或者专用网络进行通信，拖车或动车融合控制器11接收到牵引、制动指令时，若为牵引指令，则所有动车融合控制器11计算整列车所需提供总牵引力，各动车融合控制器11再根据第一条件进行总牵引力分配，进一步控制各自的动车牵引系统执行装置12执行牵引操作。若为制动指令，所有动车融合控制器11与拖车融合控制器21分别进行整车制动力的计算，并且所有动车融合控制器11进行整车的电制动与摩擦制动计算分配，并将分配信息通过车辆网络或者专用网络进行共享，进一步动车融合控制器11与拖车融合控制器21控制执行装置完成电制动与摩擦制动的混合制动操作。在执行制动时，优先使用电制动，各车执行装置可将实际施加的电制动力反馈到列车网络或专用网络，当检测到某辆动车电制动力不足时，动车融合控制器11能够改变其他动车的电制动力，以进行电制动力补偿，保证总体制动力不变，当总体电制动力不足时，动车融合控制器11和拖车融合控制器21控制摩擦执行装置进行摩擦制动力补偿。

下面结合具体的示例，对上述的电制动力分配和摩擦制动力分配进行具体的说明。

参见图3，假设整车中包括2个拖车和4个动车，拖车和动车的顺序如图3所示，2个拖车和4个动车的相关参数参见表1：

表1

在仅存在电制动力时，电制动力分配的原则如下：

整车的制动力需求，即总制动力为：

F_train＝F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆

在第一种情况下，各动车的电制动力都有效，整车电制动力需求按照动车的载荷按比例分配，即：

在异常工况下，如某一动车电制动失效，那么该动车的电制动力需求为0，其余3个动车按照载荷比来承担整列车的制动力需求。

例如2车故障，其他车电制动需求为：

在存在摩擦制动力分配时，拖车和动车的第一、第二摩擦制动力分配如表2所示：

表2

1)电制动力满足全列车的制动力需求

各车第一摩擦制动力为：

2)总电制动力大于动车，不满足整车，此时，拖车按比例进行第二摩擦制动力分配，动车不补。

动车：

托车：

3)总电制动力不满足动车，拖车按自身需求补，动车根据该车实际电制动力与需求的差值，以及各动车差值的比例补第一摩擦制动力。

当

动车：

动车实际电制动力大于等于本车需求时：

动车实际电制动力小于本车需求时：

综上，各动车需补充第一摩擦制动力为：

通过应用本发明实施例提供的轨道车辆制动融合控制系统，动车融合控制器11中集成有牵引制动力计算分配模块112，使得动车在进行电制动和摩擦制动的混合制动中，避免了牵引制动力计算分配模块112之间的数据交互，从而消除了数据延迟造成的制动控制准确性的问题。并且第一、第二摩擦制动驱动控制及执行装置22可以直接和硬线相连接，以便于列车网络故障或者融合控制器故障时，仍能施加紧急制动，增加了制动的冗余性。在进行总牵引力计算时，每个动车融合控制器11中的牵引制动力计算分配模块112都进行总牵引力计算和分牵引力计算，在进行制动时，每个动车融合控制器11中的牵引制动力计算分配模块112进行总制动力的计算，并且配合完成制动力和第一摩擦制动力的分配，并且会将分配信息上传至列车网络，以便于拖车融合控制器21中的制动控制模块212根据制动指令和分配信息，进行第二摩擦制动力的分配，由此，每一个动车融合控制器11都进行总牵引力的计算和总制动力的计算，每一个拖车融合控制器21都进行总制动力计算，并根据制动指令和其他车辆分配信息，进行第二摩擦制动力的分配，避免了列车因主控制器故障而导致的整车的总牵引力和总制动力丢失。

图3为本发明实施例二提供的轨道车辆制动融合控制方法流程示意图，该轨道车辆制动融合控制方法应用在轨道车辆制动融合控制系统中，如图3所示，该轨道车辆制动融合控制方法包括以下流程：

步骤310，每个动车的动车融合控制器接收牵引指令，根据牵引指令和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，根据制动指令和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者电制动力和第一摩擦制动力；

步骤320，牵引系统执行装置根据当前动车的分牵引力执行牵引操作，或者根据电制动力执行制动操作；

步骤330，第一摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前动车的第一摩擦制动力执行摩擦制动操作；

步骤340，每个拖车的拖车融合控制器接收制动指令、每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，根据预设的第二条件、电制动力和第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力；

步骤350，第二摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前拖车的第二摩擦制动力执行摩擦制动操作。

每个装置或者模块的作用已经在上述对轨道车辆制动融合控制系统中进行了具体的说明，此处不再赘述。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述轨道车辆制动融合控制系统包括：

与整车中的动车转向架个数相同的动车控制单元，每个所述动车控制单元包括接收牵引指令，并根据所述牵引指令和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，并根据所述制动指令和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者电制动力和第一摩擦制动力的动车融合控制器、根据所述分牵引力执行牵引操作，或者根据所述电制动力执行电制动操作的牵引系统执行装置或者根据所述第一摩擦制动力执行摩擦制动操作的第一摩擦制动驱动控制及执行装置；

与整车中的拖车转向架个数相同的拖车控制单元，每个所述拖车控制单元包括接收制动指令、每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力，根据预设的第三条件、所述电制动力和所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力的拖车融合控制器和根据所述第二摩擦制动力执行摩擦制动操作的第二摩擦制动驱动控制及执行装置。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述动车融合控制器包括第一车辆数据交互模块和牵引制动力计算分配模块；

所述第一车辆数据交互模块，接收列车网络和/或车辆硬线的牵引指令或制动指令，并将所述牵引指令或所述制动指令发送给所述牵引制动力计算分配模块；

所述牵引制动力计算分配模块，当接收到牵引指令时，根据所述牵引指令计算总牵引力，并根据预设的第一条件对所述总牵引力进行分配，计算每个动车的分牵引力，并将每个动车的分牵引力发送给所述第一车辆数据交互模块，将当前动车的所述分牵引力发送给所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力，并将每个动车的所述电制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件，对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，并将每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置，将当前动车的所述第一摩擦制动力发送给当前动车的所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置；以及，

获取当前动车的所述牵引系统执行装置的当前实际施加的电制动力和所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置的当前实际施加的第一摩擦制动力，并根据当前动车的当前电制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述电制动力进行补偿，根据当前动车的所述当前第一摩擦制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述第一摩擦制动力进行补偿；

所述第一车辆数据交互模块，将每个动车的所述分牵引力发送给所述列车网络，或者，将每个动车的所述电制动力或所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述列车网络。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述补偿具体包括：

将所述当前电制动力和所述电制动力进行比较，当任一动车控制单元对应的电制动力不足时，通过其他动车控制单元对应的电制动力进行补偿；

将整车中的每个牵引系统执行装置的当前电制动力之和与所述总制动力进行比较，当所述当前电制动力之和小于所述总制动力时，通过所述第一摩擦制动力对所述电制动力进行补偿。

4.根据权利要求2所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述拖车融合控制器包括第二车辆数据交互模块和制动控制模块；

所述第二车辆数据交互模块，接收列车网络和/或车辆硬线的制动指令以及接收每个动车融合控制器的第一车辆数据交互模块通过列车网络发送的每个动车的电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力；

所述制动控制模块，接收所述第二车辆数据交互模块发送的每个动车的电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力，并根据预设的第三条件、每个动车的所述电制动力和每个动车的所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力，并将当前拖车的所述第二摩擦制动力发送给当前拖车的所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置或者所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置包括多个电机驱动器和与所述电机驱动器数量相同的执行机构；

所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置中的所述电机驱动器分别与牵引制动力计算分配模块和车辆硬线相连接，用于根据所述牵引制动力计算分配模块发送的当前动车的第一摩擦制动力执行摩擦制动操作，或者根据所述车辆制动指令执行摩擦制动操作；

所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置中的所述电机驱动器分别与制动控制模块和车辆硬线相连接，用于根据所述制动控制模块发送的当前动车的第二摩擦制动力执行摩擦制动操作，或者根据所述车辆制动指令执行摩擦制动操作。

6.根据权利要求5所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述执行机构包括作动器、闸片、制动盘；

所述电机驱动器生成驱动指令；所述驱动指令包括第一摩擦制动力或者第二摩擦制动力的分摩擦力；

所述作动器根据所述驱动指令推动闸片，闸片压紧或释放制动盘。

7.根据权利要求1所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述动车或拖车融合控制器获取所述第一摩擦制动驱动控制及装置或所述第二摩擦制动驱动控制及装置中的每个电机驱动器的状态，当任一电机驱动器的状态异常时，调整除所述状态异常的电机驱动器外的其他电机驱动器的摩擦制动力。

8.根据权利要求1所述的轨道车辆制动融合控制系统，其特征在于，所述第一条件包括第一分配协议及列车轴速信息和载荷信息，所述第二条件包括第二分配协议及列车轴速信息和载荷信息，所述第三条件信息包括第三分配协议。

9.一种轨道车辆制动融合控制方法，其特征在于，与整车中的动车转向架个数相同的动车控制单元和与整车中的拖车转向架个数相同的拖车控制单元，所述动车控制单元包括动车融合控制器、牵引系统执行装置和牵引系统执行装置，所述拖车控制单元包括拖车融合控制器和第二摩擦制动驱动控制及执行装置，所述轨道车辆制动融合控制方法包括：

每个动车的所述动车融合控制器接收牵引指令，根据牵引指令和预设的第一条件，计算每个动车的分牵引力，或者接收制动指令，根据制动指令和预设的第二条件，计算每个动车的电制动力或者电制动力和第一摩擦制动力；

所述牵引系统执行装置根据当前动车的所述分牵引力执行牵引操作，或者根据所述电制动力执行制动操作；

所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前动车的所述第一摩擦制动力执行摩擦制动操作；

每个拖车的所述拖车融合控制器接收制动指令、每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力，根据预设的第二条件、所述电制动力和所述第一摩擦制动力计算每个拖车的第二摩擦制动力；

所述第二摩擦制动驱动控制及执行装置根据当前拖车的所述第二摩擦制动力执行摩擦制动操作。

10.根据权利要求9所述的轨道车辆制动融合控制方法，其特征在于，所述动车融合控制器包括第一车辆数据交互模块和牵引制动力计算分配模块，所述方法还包括：

所述第一车辆数据交互模块接收列车网络和/或车辆硬线的牵引指令或制动指令，并将所述牵引指令或所述制动指令发送给所述牵引制动力计算分配模块；

当接收到牵引指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述牵引指令计算总牵引力，并根据预设的第一条件对所述总牵引力进行分配，计算每个动车的分牵引力，并将每个动车的分牵引力发送给所述第一车辆数据交互模块，将当前动车的所述分牵引力发送给所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力，并将每个动车的所述电制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置；或者，

当接收到制动指令时，所述牵引制动力计算分配模块根据所述制动指令计算总制动力，根据预设的第二条件，对所述总制动力进行分配，确定每个动车的电制动力和第一摩擦制动力，并将每个动车的所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述第一车辆数据交互模块，以及将当前动车的所述电制动力发送给当前动车的所述牵引系统执行装置，将当前动车的所述第一摩擦制动力发送给当前动车的所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置；以及，

所述牵引制动力计算分配模块获取当前动车的所述牵引系统执行装置的当前实际施加的电制动力和所述第一摩擦制动驱动控制及执行装置的当前实际施加的第一摩擦制动力，并根据当前动车的所述当前电制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述电制动力进行补偿，根据当前动车的所述当前第一摩擦制动力，通过除当前动车外的其他动车的所述第一摩擦制动力进行补偿；

所述第一车辆数据交互模块，将每个动车的所述分牵引力发送给所述列车网络，或者，将每个动车的所述电制动力或所述电制动力和所述第一摩擦制动力发送给所述列车网络。

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