CN113147698B - 轨道车辆机械制动控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆机械制动控制方法及控制系统，所述控制方法的步骤为：状态信息获取步骤：获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；故障判断步骤：根据轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；制动控制方式切换步骤：根据故障判断步骤中的判断结果切换制动控制方式，若网络系统正常，将制动控制方式切换为网络控制器控制，若网络系统故障，将制动控制方式切换为牵引控制器控制；制动控制步骤：根据制动控制方式切换步骤中切换的制动控制方式按照设定的控制信号控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元施加液压制动。本发明能够提高城轨车辆可用性，降低车辆综合成本，优化电制动和机械制动配合。

Description

轨道车辆机械制动控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道车辆制动控制技术，具体地说，涉及一种轨道车辆机械制动控制方法及控制系统。

背景技术

传统的带动力转向架的轨道交通列车，主要采用以下两种方式实现机械制动的控制：

(1)采用网络控制器进行机械制动控制，通过网络控制器可以进行常规制动、替代制动、停车制动、紧急制动等控制，但此种方式存在的问题是：如果网络控制器出现故障，则车辆无法正常进行液压制动，需停车等待救援，这就导致车辆的可用性降低。

(2)采用复杂的制动控制器进行机械制动控制，这种方式虽然可以实现网络系统故障后的液压制动控制，但大大增加了制动控制器的成本，并且电制动力和液压制动力无法统筹控制，车辆停车过程中冲击率较大。

发明内容

本发明针对现有轨道交通列车动力转向架机械控制存在的上述问题，提供了一种轨道车辆机械制动控制方法及控制系统，能够提高城轨车辆可用性，降低车辆综合成本，优化电制动和机械制动配合。

为了达到上述目的，本发明提供了一种轨道车辆机械制动控制方法，其具体步骤为：

状态信息获取步骤：获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；

故障判断步骤：根据轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；

制动控制方式切换步骤：根据故障判断步骤中的判断结果切换制动控制方式，若网络系统正常，将制动控制方式切换为网络控制器控制，若网络系统故障，将制动控制方式切换为牵引控制器控制；

制动控制步骤：根据制动控制方式切换步骤中切换的制动控制方式按照设定的控制信号控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元施加液压制动。

优选的，制动控制步骤中，制动控制方式为网络控制器控制时，当常用制动电制动正常时，车辆只是施加电制动；当电制动损失50％时，网络控制器控制电制动故障侧制动控制器施加替代制动，正常进行电制动的牵引控制器根据网络系统发送的替代制动状态和司控器级位计算出所需施加的电制动力；当电制动损失100％时，网络控制器控制所有制动控制器施加替代制动，同时网络控制器控制施加磁轨制动，并输出信号提醒司机操作安全制动停车开关触发安全制动停车。

优选的，所述常用制动电制动不包含停车电液配合过程时的电制动。

优选的，所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，电制动和液压制动的速度转换点为5km/h，车辆在车辆速度小于5km/h、大于1km/h以及制动转换请求信号为低电平，且司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，网络控制器控制制动控制器施加停车制动。

优选的，所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，牵引控制器发送制动转换请求信号至网络系统，延时0.3秒后，电制动力和液压制动力按照相同的冲击率缓解和施加。

优选的，制动控制步骤中，制动控制方式为牵引控制器控制时，紧急牵引模式下常用制动时，车辆施加液压制动和电制动，按照替代原则，牵引控制器控制制动控制器施加液压制动；当车辆速度小于1km/h，司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，牵引控制器控制制动控制器施加保持制动；停车过程中，牵引控制器控制制动控制器施加停车制动。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种轨道车辆机械制动控制系统，用于实施上述轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，包括：

牵引控制器，内设：

状态信息获取模块，用于获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；

故障判断模块，用于根据获取的轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；

制动控制方式切换模块，用于根据所述故障判断模块的判断结果切换制动控制方式；

继电器组件，包括与所述牵引控制器的输出电连接的第一继电器以及分别与所述第一继电器的输出电连接的第二继电器、第三继电器和第四继电器；所述第二继电器、第三继电器和第四继电器串联后的输出与轨道车辆液压单元的保压电磁阀的输入电连接；

制动控制器，其输出与轨道车辆液压单元的比例电磁阀电连接，所述制动控制器设有三个控制信号接收端，第一控制信号接收端与所述第二继电器的输出电连接，第二控制信号接收端与所述第三继电器的输出电连接，第三控制信号接收端与所述第四继电器的输出电连接；

网络控制器，其输出与所述第一继电器的输入电连接。

进一步的，还包括安全制动停车开关，用于触发安全制动停车。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明在网络系统正常的情况下，通过网络控制器控制制动控制器，由制动控制器控制液压单元制动，网络系统故障的模式下，通过引入牵引控制器介入制动控制，由牵引控制器控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元制动，提高车辆的可用性，减少车辆故障求援的几率。

(2)本发明通过网络控制器和牵引控制器控制制动控制器间接控制轨道车辆液压单元，制动控制器仅需控制轨道车辆液压单元，无需负责其他的通信等功能，采用简化设计的控制器即可控制液压单元，可大幅度降低系统的成本，控制器成本降低70％以上。

(3)本发明网络系统故障情况下，由于由牵引控制器控制施加制动力，可施加电制动力，降低制动夹钳和制动盘的磨耗，且控制信号传输没有网络延时，取消300ms延时时间，电液配合控制更加精准，停车过程更加平稳。

附图说明

图1为本发明实施例所述轨道车辆机械制动控制方法的流程图；

图2为本发明实施例所述轨道车辆机械制动控制系统的结构框图；

图3为本发明实施例所述轨道车辆机械制动控制系统的控制原理图；

图4为传统控制方法及控制系统的电制动和机械制动配合示意图；

图5为本发明实施例所述控制方法及控制系统电制动和机械制动配合示意图。

图6为两编组车辆的轨道交通车辆的的车辆控制示意图。

图中，1、牵引控制器，101、状态信息获取模块，102、故障判断模块，103、制动控制方式切换模块，2、网络控制器，3、制动控制器，4、轨道车辆液压单元，5、轨道车辆网络系统，6、安全制动环路，7、制动控制单元，8、夹钳，9、制动盘，10、电机，11、磁轨，12、注油口，13、车辆电路，A、动车1，B、动车2，K01、第二继电器，K02、第三继电器，K03、压力开关继电器，K04、网络控制继电器，K05、第一继电器，K06、第四继电器，K07、手动缓解阀，Q01、电机控制继电器，Q02、安全制动停车开关，S、实际电制动力。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决网络故障时，车辆无法运行的问题，本本发明提供了一种轨道车辆机械制动控制方法及控制系统，引入牵引控制器，网络控制器故障后，由牵引控制器控制制动，实现紧急牵引工况下的替代制动、保持制动和停车制动。以下结合实施例对上述控制方法及控制系统进行详细说明。

实施例1：参见图1，本实施例提供了一种轨道车辆机械制动控制方法，其具体步骤为：

状态信息获取步骤S1：获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；

故障判断步骤S2：根据轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；

制动控制方式切换步骤S3：根据故障判断步骤中的判断结果切换制动控制方式，若网络系统正常，将制动控制方式切换为网络控制器控制，若网络系统故障，将制动控制方式切换为牵引控制器控制；

制动控制步骤S4：根据制动控制方式切换步骤中切换的制动控制方式按照设定的控制信号控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元施加液压制动。

具体地，制动控制步骤S4中，制动控制方式为网络控制器控制时，当常用制动电制动正常时，车辆只是施加电制动；当电制动损失50％时，网络控制器控制电制动故障侧制动控制器施加替代制动，正常进行电制动的牵引控制器根据网络系统发送的替代制动状态和司控器级位计算出所需施加的电制动力；当电制动损失100％时，网络控制器控制所有制动控制器施加替代制动，同时网络控制器控制施加磁轨制动，并输出信号提醒司机操作安全制动停车开关触发安全制动停车。其中，所述常用制动电制动不包含停车电液配合过程时的电制动。所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，电制动和液压制动的速度转换点为5km/h，车辆在车辆速度小于5km/h、大于1km/h以及制动转换请求信号为低电平，且司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，网络控制器控制制动控制器施加停车制动。此外，所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，牵引控制器发送制动转换请求信号至网络系统，延时0.3秒后，电制动力和液压制动力按照相同的冲击率缓解和施加。

具体地，制动控制步骤中，制动控制方式为牵引控制器控制时，紧急牵引模式下常用制动时，车辆施加液压制动和电制动，按照替代原则，牵引控制器控制制动控制器施加液压制动；当车辆速度小于1km/h，司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，牵引控制器控制制动控制器施加保持制动；停车过程中，牵引控制器控制制动控制器施加停车制动。

本实施例上述控制方法，在网络系统正常的情况下，通过网络控制器控制制动控制器，由制动控制器控制液压单元制动，网络系统故障的模式下，通过引入牵引控制器介入制动控制，由牵引控制器控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元制动，提高车辆的可用性，减少车辆故障求援的几率。由于制动控制器只需要执行牵引控制器和网络控制器的控制命令，仅需接收设定的控制信号控制液压单元，因此，制动控制器采用简单设计的制动控制器即可完成液压单元的控制，也就是说，制动控制器只需要具备得执行功能即可，无需其他附加功能，可降低控制系统的成本，控制器成本可降低70％以上。

实施例2，参见图2、图3，本发明实施例提供了一种轨道车辆机械制动控制系统，包括：

牵引控制器1，内设：

状态信息获取模块101，用于获取轨道车辆网络系统5的当前状态信息；

故障判断模块102，用于根据获取的轨道车辆网络系统5的当前状态信息判断轨道车辆网络系统5是否发生故障；

制动控制方式切换模块103，用于根据所述故障判断模块102的判断结果切换制动控制方式；

继电器组件，包括与所述牵引控制器1的输出电连接的第一继电器K05以及分别与所述第一继电器K05的输出电连接的第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06；所述第二继电器K01、第三继电器K02、第四继电器K06串联后的输出与轨道车辆液压单元4的保压电磁阀Y1的输入电连接；

网络控制器2，其输出与所述第一继电器K05的输入电连接；

制动控制器3，其输出与轨道车辆液压单元4的比例电磁阀Y2电连接，所述制动控制器3设有三个控制信号接收端，第一控制信号接收端与所述第二继电器K01的输出电连接，接收第一控制信号P1，第二控制信号接收端与所述第三继电器K02的输出电连接，接收第二控制信号P2，第三控制信号接收端与所述第四继电器K06的输出电连接，接收第三控制信号P3，第一控制信号P1、第二控制信号P2、第三控制信号P3均为由牵引控制器1或网络控制器2发出的设定控制信号。制动控制器只需要执行牵引控制器和网络控制器的控制命令，仅需接收设定的控制信号控制液压单元，因此，制动控制器采用简单设计的制动控制器即可完成液压单元的控制，也就是说，制动控制器只需要具备得执行功能即可，无需其他附加功能，可降低控制系统的成本，控制器成本可降低70％以上。

具体地，继续参参见图3，牵引控制器1的一路DO直接连接第一继电器K05的控制线圈，控制第一继电器K05的闭合与分断，前级牵引控制器1或者网络控制器2的DO输出通过第一继电器K05的三路主触点连接到第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06的控制线圈，实现对第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06的闭合或分断控制，第二继电器K01的主触点输出连接至制动控制器3的第一控制信号P1接收端作为比例电磁阀Y2的控制输入，第三继电器K02的主触点输出连接至制动控制器3的第二控制信号P2接收端作为比例电磁阀Y2的控制输入，第四继电器K06的主触点输出连接至制动控制器3的第三控制信号P3接收端作为比例电磁阀Y2的控制输入，第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06的另外一路主触点串联后连接至制动控制器3的另一路接收端作为保压电磁阀Y1的控制输入。

具体地，继续参见图3，上述控制系统还包括安全制动停车开关Q02，用于触发安全制动停车。触发安全停车后，通过轨道车辆液压单元4的安全制动电磁阀Y3进行安全制动停车控制。

需要说明的是，上述控制系统中，所述牵引控制器和网络控制器均满足SIL2等级，符合制动系统控制的要求。

参见图3，其工作原理为：

在网络系统正常情况下，牵引控制器1的DO控制第一继电器K05断开，则第二继电器K01、第三继电器K02、第四继电器K06由网络控制器2控制，即制动控制器3由网络控制器2控制，然后由制动控制器3控制轨道车辆液压单元4。

在网络系统故障情况下，牵引控制器的DO控制第一继电器K05闭合，则第二继电器K01、第三继电器K02、第四继电器K06由牵引控制器1控制，即制动控制器3由牵引控制器1控制，然后由制动控制器3控制轨道车辆液压单元4。

本发明上述控制系统，由牵引控制器负责控制方式切换，在网络系统正常的情况下，切换至网络控制器控制方式，通过网络控制器控制制动控制器，由制动控制器控制液压单元制动；网络系统故障的模式下，切换至牵引控制器控制方式，通过引入牵引控制器介入制动控制，由牵引控制器控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元制动，提高车辆的可用性，减少车辆故障求援的几率。

以下以某轨道交通城轨列车的车辆制动控制为例对上述控制方法和控制系统进行说明。参见图6，该轨道交通城轨列车为两编组车辆，分为动车1和动车2，城轨车辆转向架为独立轮结构。两辆车上机械制动设备对称分布，液压单元中，保压电磁阀Y1与比例电磁阀Y2配合使用，液压电机Motor工作为间歇式工作模式，工作时间限制在25s以内，压力开关B1分两级信号，分别为signal1和signal2。列车制动由电制动、液压制动和磁轨制动组成。常用制动工况下，在牵引系统可以正常发挥电制动条件下，车辆只施加电制动，当电制动故障时，由液压制动进行替代。网络系统正常时，由网络系统中的网络控制器控制制动控制单元，由制动控制单元控制液压单元；网络系统故障时，由牵引系统中的牵引控制器控制制动控制单元，由制动控制单元控制液压单元。具体说明如下：

继续参见图3，在网络系统正常情况下，牵引控制器1的DO控制第一继电器K05断开，则第二继电器K01、第三继电器K02、第四继电器K06由网络控制器2控制。常用制动(不含停车电液配合过程)电制动正常时，车辆只施加电制动，不需要补充液压制动。当电制动损失50％时，网络控制器2控制电制动故障侧制动控制器3施加替代制动，此时Y1/Y3/P3/P2/P1分别对应0/1/0/1/1，可正常进行电制动的牵引控制器1根据网络系统发送的替代制动状态和司控器级位计算出所需要施加的电制动力。当电制动损失100％时，网络控制器2控制两个制动控制器3施加替代制动，此时Y1/Y3/P3/P2/P1分别对应0/1/0/1/1，同时网络控制器1控制磁轨制动，司机操作安全制动停车开关Q02触发安全制动停车。其中，所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，电制动和液压制动的速度转换点为5km/h，列车在车辆速度小于5km/h、大于1km/h以及制动转换请求信号为低电平(该信号由牵引系统发给网络系统)，且司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，网络控制器2控制制动控制器3施加停车制动，此时P3/P2/P1分别对应1/0/1。此外，所述常用制动电制动正常时，在制动停车过程中，牵引控制器发送制动转换请求信号至网络系统，延时0.3秒后，电制动力和液压制动力按照相同的冲击率缓解和施加。

继续参见图3，在网络系统故障工况下，牵引牵引控制器1的DO控制第一继电器K05闭合，则第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06由牵引控制器1控制。紧急牵引模式下常用制动时，列车施加液压制动和电制动。按照替代制动原则施加液压制动。具体施加过程：列车处于制动状态，牵引控制器1控制第二继电器K01和第三继电器K02两个继电器，使得第三控制信号P3、第二控制信号P2以及第一控制信号P1电平为0/1/1。保持制动施加过程：当车辆速度小于等于1km/h，司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，牵引控制器1输出保持制动施加指令，控制第二继电器K01、第三继电器K02和第四继电器K06三个继电器，使得点第三控制信号P3、第二控制信号P2以及第一控制信号P1电平为0/0/0。同时保压电磁阀Y1失电。

继续参见图3，在网络故障工况下，停车过程由牵引控制器1完成，控制信号传输没有网络延时。具体地，参见图4所示的传统控制方法及控制系统的电制动和机械制动配合示意图,以及图5所示的本发明实施例所述控制方法及控制系统电制动和机械制动配合示意图。由图4和图5可知，传统控制方法和控制系统中，电制动力退出信号给出时间T＝300ms后电制动开始退出，本发明上述控制方法和控制系统中，电制动力退出信号给出不需要延时，电制动即开始退出。明显可看出，本发明上述控制方法和控制系统电液配合控制更加精准，停车过程中制动减速度波动更小，停车过程更加平稳。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，其具体步骤为：

状态信息获取步骤：获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；

故障判断步骤：根据轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；

制动控制方式切换步骤：根据故障判断步骤中的判断结果切换制动控制方式，若网络系统正常，将制动控制方式切换为网络控制器控制，若网络系统故障，将制动控制方式切换为牵引控制器控制；

制动控制步骤：根据制动控制方式切换步骤中切换的制动控制方式按照设定的控制信号控制制动控制器，然后由制动控制器控制液压单元施加液压制动；制动控制方式为牵引控制器控制时，紧急牵引模式下常用制动时，车辆施加液压制动和电制动，按照替代原则，牵引控制器控制制动控制器施加液压制动；当车辆速度小于1km/h，司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，牵引控制器控制制动控制器施加保持制动；停车过程中，牵引控制器控制制动控制器施加停车制动。

2.如权利要求1所述的轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，制动控制步骤中，制动控制方式为网络控制器控制时，当常用制动电制动正常时，车辆仅施加电制动；当电制动损失50％时，网络控制器控制电制动故障侧制动控制器施加替代制动，正常进行电制动的牵引控制器根据网络系统发送的替代制动状态和司控器级位计算出所需施加的电制动力；当电制动损失100％时，网络控制器控制所有制动控制器施加替代制动，同时网络控制器控制施加磁轨制动，并输出信号提醒司机操作安全制动停车开关触发安全制动停车。

3.如权利要求2所述的轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，所述常用制动电制动不包含停车电液配合过程时的电制动。

4.如权利要求2所述的轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，所述常用制动电制动正常时，当需要制动停车时，在制动停车过程中，电制动和液压制动的速度转换点为5km/h，车辆在车辆速度小于5km/h、大于1km/h以及制动转换请求信号为低电平，且司控器手柄处于常用制动状态或车辆处于任何紧急制动状态，网络控制器控制制动控制器施加停车制动。

5.如权利要求4所述的轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，所述制动停车过程中，牵引控制器发送制动转换请求信号至网络系统，延时0.3秒后，电制动力和液压制动力按照相同的冲击率缓解和施加。

6.一种轨道车辆机械制动控制系统，用于实施如权利要求1至5任意一项所述轨道车辆机械制动控制方法，其特征在于，包括：

牵引控制器，内设：

状态信息获取模块，用于获取轨道车辆网络系统的当前状态信息；

故障判断模块，用于根据获取的轨道车辆网络系统的当前状态信息判断轨道车辆网络系统是否发生故障；

制动控制方式切换模块，用于根据所述故障判断模块的判断结果切换制动控制方式；

继电器组件，包括与所述牵引控制器的输出电连接的第一继电器以及分别与所述第一继电器的输出电连接的第二继电器、第三继电器和第四继电器；所述第二继电器、第三继电器和第四继电器串联后的输出与轨道车辆液压单元的保压电磁阀的输入电连接；

制动控制器，其输出与轨道车辆液压单元的比例电磁阀电连接，所述制动控制器设有三个控制信号接收端，第一控制信号接收端与所述第二继电器的输出电连接，第二控制信号接收端与所述第三继电器的输出电连接，第三控制信号接收端与所述第四继电器的输出电连接；

网络控制器，其输出与所述第一继电器的输入电连接。

7.如权利要求6所述轨道车辆机械制动控制系统，其特征在于，还包括安全制动停车开关，用于触发安全制动停车。

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