CN112477832A - 适用于轨道车辆的一体化制动控制平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台，包括：集成式多核处理器、数据操作运行系统、功能分布集成框架、通用分布式硬件和TSN；集成式多核处理器由车辆各子系统的控制功能处理器单独形成后通过功能分布集成框架排列式集成；数据操作运行系统用于对车辆各子系统进行数据的运算和存储；通用分布式硬件用于提供一体化制动控制平台所需要的硬件；车辆各子系统通过TSN接入一体化制动控制平台。通过TSN统一车辆上不同子系统的网络通信形式和相互间的数据交换共享，提高车辆上各子系统信息传输的大容量、实时性、高精度可靠性，尤其是提高制动控制指令传输的实时性和可靠性。

Description

适用于轨道车辆的一体化制动控制平台
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台。
背景技术
当前轨道车辆上的制动使用架空制动系统对每个转向架上的制动执行单元单独控制，并通过多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,MVB)和车辆上其他子系统进行通信和数据交流。制动系统内部使用控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线进行制动通信管理，受限于CAN总线的通信距离限制，常规六编组车辆需要分成两个CAN单元进行分别管理。每个CAN单元有两个主控制单元负责本CAN单元内的制动力管理、制动力分配等管理，两个主控单元中有一个是正常工作，另一个处于热备状态。两个CAN单元通过各自的主控制的单元经过MVB进行通信和数据交换备份。
现有方案中，制动控制主控单元需要通过MVB接收列车控制和管理系统(TrainControl and Management System,TCMS)传输的相关制动指令，造成当前列车自动运行系统(Automatic Train Operation,ATO)或者司机控制手柄发出制动指令和制动控制单元接收到该指令之间存在时间差，降低了车辆制动响应的精度。此外由于制动系统内部并没有进行减速度的闭环控制，更加重了制动系统对于制动控制指令的响应偏差。
发明内容
本发明提供一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台，用以解决现有技术中车辆制动响应的精度低的技术问题。
本发明提供一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台，包括：集成式多核处理器、数据操作运行系统、功能分布集成框架、通用分布式硬件和时间敏感型网络TSN；
所述集成式多核处理器由车辆各子系统的控制功能处理器单独形成后通过所述功能分布集成框架排列式集成；
所述数据操作运行系统用于对车辆各子系统进行数据的运算和存储；
所述通用分布式硬件用于提供一体化制动控制平台所需要的硬件；
车辆各子系统通过所述TSN接入一体化制动控制平台；
车辆各子系统需要执行的信息由一体化制动控制平台通过TSN发送至车辆各子系统。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，车辆制动子系统包括多个制动执行单元；每一制动执行单元均通过所述TSN接入一体化制动控制平台，由一体化制动控制平台进行整车辆制动的统一管理。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，每节车上安装一个加速度计，加速度计采集的加速度信息通过TSN和一体化制动控制平台进行数据通信。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，一体化制动控制平台通过对自身发出的目标减速度和加速度计采集到的实际减速度对车辆制动进行闭环控制。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，所述实际减速度等于所有加速度计采集的加速度的加权均方值。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，所有的制动执行单元接收一体化制动控制平台的指令并按照制动系统输出特性输出对应的制动缸压力。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，所述制动缸压力通过车辆压缩空气储备设备进入转向架上的基础制动执行结构；
所述基础制动执行结构在所述制动缸压力的作用下输出制动力，所述制动力作用在摩擦材料上，使摩擦材料和车轮踏面摩擦形成使车辆减速运行的摩擦制动力。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，所述基础制动执行结构为盘型制动单元。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，还包括制动系统的维护端口，通过所述制动系统的维护端口进行列车级的制动调试、测试、诊断和检修维护。
根据本发明提供的一体化制动控制平台，还包括制动防滑控制单元，通过所述制动防滑控制单元进行制动防滑控制。
本发明提供的适用于轨道车辆的一体化制动控制平台，通过TSN统一车辆上不同子系统的网络通信形式和相互间的数据交换共享，提高车辆上各子系统信息传输的大容量、实时性、高精度可靠性，尤其是提高制动控制指令传输的实时性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的适用于轨道车辆的一体化制动控制平台的结构示意图之一；
图2是本发明提供的适用于轨道车辆的一体化制动控制平台的结构示意图之二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当前轨道车辆上的制动使用架空制动系统对每个转向架上的制动执行单元单独控制，并通过MVB列车总线和车辆上其他子系统进行通信和数据交流。制动系统内部使用CAN总线网络进行制动通信管理，受限于CAN总线的通信距离限制，常规六编组车辆需要分成两个CAN单元进行分别管理。每个CAN单元有两个主控制单元负责本CAN单元内的制动力管理、制动力分配等管理，两个主控单元中有一个是正常工作，另一个处于热备状态。两个CAN单元通过各自的主控制的单元经过MVB列车总线进行通信和数据交换备份。制动控制主控单元需要通过MVB列车总线接收TCMS传输的相关制动指令，这就造成当前ATO或者司空器发出制动指令和制动控制单元接收到该指令之间存在时间差，影响车辆制动响应的精度。此外由于制动系统内部并没有进行减速度的闭环控制，更加重了制动系统对于制动控制指令的响应偏差。
本发明旨在使用TSN网络形成一个一体化制动控制平台，取消制动CAN内网，将制动CAN单元内的主控制单元的制动力管理和制动力分配功能取消，统一集成到一体化制动控制平台上进行整列车制动的统一管理，使整列车所有的执行制动控制单元只接收一体化制动控制平台的指令并输出对应的制动力信号。执行制动控制单元接收到该制动力信号，按照制动系统内部的输出特性，计算需要施加的制动缸压力。制动缸压力通过车辆压缩空气储备设备进入转向架上的基础制动执行结构；基础制动执行结构在所述制动缸压力的作用下输出制动力，所述制动力作用在摩擦材料上，使摩擦材料和车轮踏面摩擦形成使车辆减速运行的摩擦制动力，在摩擦制动力的作用下，车辆减速运行，有一定的实际减速度。通过在一体化制动控制平台上集成加速度信息进行制动过程中的减速度闭环控制，使得车辆实际减速度和目标减速度有很好的跟随性，有利于提高车辆停车控制精度。
图1是本发明提供的适用于轨道车辆的一体化制动控制平台的结构示意图之一，如图1所示，本申请实施例提供一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台包括：集成式多核处理器、数据操作运行系统、功能分布集成框架、通用分布式硬件和时间敏感型网络TSN；
所述集成式多核处理器由车辆各子系统的控制功能处理器单独形成后通过所述功能分布集成框架排列式集成；
所述数据操作运行系统用于对车辆各子系统进行数据的运算和存储；
所述通用分布式硬件用于提供一体化制动控制平台所需要的硬件；
车辆各子系统通过所述TSN接入一体化制动控制平台；
车辆各子系统需要执行的信息由一体化制动控制平台通过TSN发送至车辆各子系统。
可选地，车辆制动子系统包括多个制动执行单元；每一制动执行单元均通过所述TSN接入一体化制动控制平台，由一体化制动控制平台进行整车辆制动的统一管理。
可选地，每节车上安装一个加速度计，加速度计采集的加速度信息通过TSN和一体化制动控制平台进行数据通信。
可选地，一体化制动控制平台通过对自身发出的目标减速度和加速度计采集到的实际减速度对车辆制动进行闭环控制。
可选地，所述实际减速度等于所有加速度计采集的加速度的加权均方值。
可选地，所有的制动执行单元接收一体化制动控制平台的指令并按照制动系统输出特性输出对应的制动缸压力。
可选地，所述制动缸压力通过车辆压缩空气储备设备进入转向架上的基础制动执行结构；
所述基础制动执行结构在所述制动缸压力的作用下输出制动力，所述制动力作用在摩擦材料上，使摩擦材料和车轮踏面摩擦形成使车辆减速运行的摩擦制动力。
可选地，所述基础制动执行结构为盘型制动单元。
可选地，还包括制动系统的维护端口，通过所述制动系统的维护端口进行列车级的制动调试、测试、诊断和检修维护。
可选地，还包括制动防滑控制单元，通过所述制动防滑控制单元进行制动防滑控制。
具体来说，本发明实施例提供一种用于轨道车辆一体化制动控制平台(下文简称一体化平台或者MVCU)，用于取代现有轨道车辆上制动系统进行多个CAN单元控制并通过列车总线MVB和列车控制网络进行通信的形式。
MVCU由集成式多核处理器、统一的数据操作运行系统、功能分布集成框架、通用的分布式硬件、TSN网络组成。
集成式多核处理器由车辆各子系统的控制功能处理器单独形成后通过功能分布集成框架排列式集成，当不需要集成某一个子系统时，只需将该系统处理器从功能分布集成框架中插拔即可。
MVCU中的制动控制功能有一个集成式的板卡，该板卡可以进行整车制动力的管理，并具有制动力分配功能。
数据操作运行系统为各子系统进行数据的运算和存储。
通用分布式硬件为MVCU的通用硬件部分，提供MVCU所需要的硬件。
MVCU中的信息和数据通过TSN网络和列车总线TSN通信，各子系统需要执行的信息通过TSN网络发送给各子系统执行单元。
所有子系统支持TSN网络通信。
取消原有的制动CAN单元以及CAN总线。
列车总线用TSN网络总线取代现有的MVB总线。
整列车每个转向架上的制动控制单元使用统一类型，取消原有制动CAN单元内的主控制单元中的制动力管理和制动力分配功能，将主控制单元用CAN单元内执行控制单元取代。
整列车所有制动执行控制单元单独连接在列车总线TSN上。
车辆的减速控制逻辑如下：
1、进行制动，制动过程如下：
(1)执行控制单元只能接收制动指令并按照制动系统输出特性输出对应的制动缸压力；
(2)制动缸压力通过车辆压缩空气储备设备进入转向架上的基础制动执行结构；
(3)基础制动执行结构在制动缸压力的作用下输出制动力，制动力作用在摩擦材料上，使摩擦材料和车轮踏面摩擦形成使车辆减速运行的摩擦制动力。
2、确定车辆的实时减速度，实时减速度的确定方法如下：
(1)车辆上每节车安装一个加速度计，进行每节车减速度实时测量，减速度测量信息传输给RIOM主机上；
(2)RIOM主机设备安装在每节车上，有对应的I/O端口；
(3)RIOM通过TSN网络将减速度信息传输到MVCU；
(4)通过MVCU进行制动系统的减速度闭环控制；
(5)MVCU对采集到每节车实时减速信息进行加权均方值的计算，作为整车的实时减速度。
3、通过MVCU制动板卡处理，计算整车的实时减速度和目标减速度差值，并计算整车需要补充的制动力，和将此制动力平均分配在每节车上的数据。
4、所述MVCU将所述计算的每节车上需要施加的制动力数据发送给整车所有制动执行控制单元。
制动系统按照上述制动过程的内容执行，输出重新调整的摩擦制动力。
在重新调整的摩擦制动力作用下，车辆的减速度有所变化。
MVCU按照上述确定车辆的实时减速度的逻辑，可以计算出在重新调整的摩擦制动力作用下车辆的实时减速度和目标减速度之间的差值。
减速度差值如果超出目标减速度的合理偏差范围，则按照上述车辆的减速控制逻辑再次进行调整。
减速度差值如果在目标减速度的合理偏差范围内，MVCU则停止计算输出。
车辆在MVCU控制下进行制动过程中的减速度闭环控制，使得车辆实际减速度和目标减速度有很好的跟随性，有利于提高车辆对于制动控制指令的高精度响应和车辆停车控制精度。
本发明的另一个实施例还包括基础制动使用盘型制动单元。
本发明的另一个实施例还包括不同编组的轨道车辆型式。
本发明的另一个实施例还包括将ATO控制系统集成到所述MVCU中。
图2是本发明提供的适用于轨道车辆的一体化制动控制平台的结构示意图之二，如图2所示，本发明的另一个实施例还包括将制动CAN单元主控制单元的电空混合制动功能和制动系统的维护端口都集成到MVCU中。还可以将之制动控制单元BCU也集成到MVCU中。
通过制动系统的维护端口可以实现列车级的制动调试、测试、诊断和检修维护。
本发明的另一个实施例还包括将制动防滑控制功能集成到MVCU中。
本发明旨在使用TSN网络形成一个一体化制动控制平台，取消制动CAN内网，将制动CAN单元内的主控制单元的制动力管理和制动力分配功能取消，统一集成到一体化制动控制平台上进行整列车制动的统一管理，使整列车所有的制动控制单元只接收一体化制动控制平台的指令并输出对应的制动力。通过在一体化制动控制平台上集成加速度信息进行制动过程中的减速度闭环控制，使得车辆实际减速度和目标减速度有很好的跟随性，有利于提高车辆停车控制精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适用于轨道车辆的一体化制动控制平台，其特征在于，包括：集成式多核处理器、数据操作运行系统、功能分布集成框架、通用分布式硬件和时间敏感型网络TSN；
所述集成式多核处理器由车辆各子系统的控制功能处理器单独形成后通过所述功能分布集成框架排列式集成；
所述数据操作运行系统用于对车辆各子系统进行数据的运算和存储；
所述通用分布式硬件用于提供一体化制动控制平台所需要的硬件；
车辆各子系统通过所述TSN接入一体化制动控制平台；
车辆各子系统需要执行的信息由一体化制动控制平台通过TSN发送至车辆各子系统。
2.根据权利要求1所述的一体化制动控制平台，其特征在于，车辆制动子系统包括多个制动执行单元；每一制动执行单元均通过所述TSN接入一体化制动控制平台，由一体化制动控制平台进行整车辆制动的统一管理。
3.根据权利要求2所述的一体化制动控制平台，其特征在于，每节车上安装一个加速度计，加速度计采集的加速度信息通过TSN和一体化制动控制平台进行数据通信。
4.根据权利要求3所述的一体化制动控制平台，其特征在于，一体化制动控制平台通过对自身发出的目标减速度和加速度计采集到的实际减速度对车辆制动进行闭环控制。
5.根据权利要求4所述的一体化制动控制平台，其特征在于，所述实际减速度等于所有加速度计采集的加速度的加权均方值。
6.根据权利要求2所述的一体化制动控制平台，其特征在于，所有的制动执行单元接收一体化制动控制平台的指令并按照制动系统输出特性输出对应的制动缸压力。
7.根据权利要求6所述的一体化制动控制平台，其特征在于，所述制动缸压力通过车辆压缩空气储备设备进入转向架上的基础制动执行结构；
所述基础制动执行结构在所述制动缸压力的作用下输出制动力，所述制动力作用在摩擦材料上，使摩擦材料和车轮踏面摩擦形成使车辆减速运行的摩擦制动力。
8.根据权利要求7所述的一体化制动控制平台，其特征在于，所述基础制动执行结构为盘型制动单元。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一体化制动控制平台，其特征在于，还包括制动系统的维护端口，通过所述制动系统的维护端口进行列车级的制动调试、测试、诊断和检修维护。
10.根据权利要求1-8任一项所述的一体化制动控制平台，其特征在于，还包括制动防滑控制单元，通过所述制动防滑控制单元进行制动防滑控制。
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