CN114655270A - 动车组空气制动可变架构控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种动车组空气制动可变架构控制系统，包括：制动控制单元、设置在每一车轴上的夹钳端制动缸以及对应所述夹钳端制动缸设置的压力控制/防滑单元，所述压力控制/防滑单元连接所述夹钳端制动缸与所述制动控制单元；所述制动控制单元包括集中气动控制单元和至少一个集中端分离冗余控制器，其中，所述集中气动控制单元用于连接总风压力输入，所述集中端分离冗余控制器用于连接车辆状态输入，并根据所述车辆状态输入和各车轴滑行状态确定控制架构，所述控制架构包括车控、架控以及轴控；本申请能够灵活、准确和可靠的实现动车组空气制动控制。

Description

动车组空气制动可变架构控制系统

技术领域

本申请涉及轨道交通列车制动控制领域，具体涉及一种动车组空气制动可变架构控制系统。

背景技术

动车组由多辆动车和拖车连接成一列车后运行使用。每辆动车或拖车的车体均安装在两个转向架上，每个转向架包含两根车轴。列车施加空气制动时，制动系统控制各轴夹钳夹紧制动盘，产生制动力。现有动车组空气制动分为车控和架控两种控制架构。车控架构即以动车组中的每一辆车作为基本控制单元，根据车辆重量，再结合电制动力施加情况对全车两个转向架、四根车轴上施加的空气制动力统一控制。架控架构以组成每辆车的两个转向架作为独立的基本控制单元，根据每个转向架的重量，结合每架电制动力施加情况对单架两根车轴上施加的空气制动力大小进行调节。

空气制动车控架构的示意图如图2所示。在此架构下，控制系统由制动控制单元与防滑单元构成。制动控制单元由电子制动控制单元1(EBCU1)，电子制动控制单元2(EBCU2)与气动控制单元(PBCU)构成。由空气压缩机输出的总风压力输入至PBCU，作为气动控制的气体来源。车辆状态和指令，如车辆重量，制动级位，电制动状态，车辆速度等通过信号线缆输入至EBCU1。EBCU1中的压力指令运算单元根据车辆状态、指令信息和PBCU处输入的压力信号输出气动控制指令至PBCU，经PBCU中的制动压力调节器转化为控制压力输出，并通过气路传导至防滑单元的四个防滑阀中，经过轴速调节器到达各夹钳端制动缸，驱动夹钳夹紧列车制动盘，产生摩擦制动力使列车减速。制动过程中，EBCU1采集本车的轴速信号，当任意车轴的轴速与另外三个轴轴速偏差过大将激活防滑指令运算单元，该单元输出的指令控制每个防滑阀内置的轴速调节器，通过调整输出至各夹钳端制动缸的压力值，在车辆速度基础上对每轴轴速进行调节，降低或恢复本轴的摩擦制动力，减少轮对擦伤的几率。EBCU2作为辅助EBCU，仅行使轴速监控功能。

空气制动车控架构经历长期批量的现场运用，制动控制系统架构具有较高的可靠性，但随着新技术和新的发展要求出现，这种架构也显现出了明显的不足，主要表现为：

1.制动控制单元中的EBCU2中作为冗余配置，绝大部分时间只行使速轴速监控相关功能，但却需要在实际制动控制装置中配备机箱及相关电气线缆设备，利用效率较低。

2.动车组制动力由电制动力和空气制动力构成，车控架构的空气制动力仅能以每辆车作为单位进行调节，而现有电制动力已能够实现以每个转向架或每个车轴作为调节单位。车控架构下，当某架或某轴电制力缺失时，考虑到黏着极限，需要切除全车的电制动力，对列车运用经济性产生不利影响。

3.PBCU中的制动压力调节器行使空气制动压力闭环控制功能，压力调整具有较长的响应时间，致使列车的制动距离增大。此外，一旦制动压力调节器失能将造成本车空气制动失效，导致列车限速运行，从而导致车辆晚点，降低运营效率。

4.现有动车组空气制动等磨耗和等黏着控制仅以单车为单位，由于不同车轴可能出现防滑激活导致的摩擦制动力变化，因此不能做到一列车每个车轴制动盘真正的等磨耗与等黏着控制，致使不同车轴制动盘间磨耗不同。

5.其他与空气制动相关的列车功能，如清洁制动，隔离轴控制，高低速制动压力切换等均只能以车辆作为最小控制单元，在一些特殊工况下工作效率较低。

空气制动架控架构的示意图如图3所示。在此架构下，每辆车由两个独立的制动控制单元与压力控制/防滑单元构成，每个制动控制单元包含一个电子制动控制单元(EBCU)与气动控制单元(PBCU)。由空气压缩机输出的总风压力先进入压力变换器，根据本车车重将总风压力值调节为本车的紧急制动压力值，再输入至每个PBCU。车辆状态和指令，如本车重量，制动级位，电制动状态，本车速度等通过信号线缆分别输入EBCU1与EBCU2。

每个EBCU中的压力指令运算单元根据车辆状态、指令信息和压力控制/防滑单元处反馈的压力信号输出压力控制指令至压力控制/防滑单元，经防滑阀中的压力/轴速调节器转化为控制压力输出，并通过气路传导至各夹钳端制动缸，驱动夹钳夹紧列车制动盘，产生摩擦制动力使列车减速。制动过程中，每个EBCU采集对应转向架压力控制/防滑单元上报的本车轴速信号，当任意车轴的轴速与另外三个轴轴速偏差过大将激活防滑指令运算单元，该单元输出的防滑控制指令控制本架每个防滑阀的压力/轴速调节器，通过调整输出至各夹钳端制动缸的压力值，在车辆速度基础上对每轴轴速进行调节，降低或恢复本轴的摩擦制动力，减少轮对擦伤的几率。可见，架控架构中每架PBCU仅行使控制选择器功能，即选择本架中的某个防滑阀对两个轴的夹钳端制动缸压力进行控制，不再行使具体的压力控制功能，而将该功能结合至防滑阀中，因此当防滑控制激活时，制动压力控制功能被禁用。

空气制动架控架构相比车控能够实现每个转向架两根车夹钳端制动缸压力的独立控制，简化了PBCU的内部结构，降低了复杂度，但这种架构经历的现场运用时间相对较短，其缺点主要表现为：

1.架构中将压力控制/防滑功能结合于同一单元内，图2车控架构中的轴速调节器同时行使了空气制动的压力调节功能，造成防滑相关设备寿命下降，由于空气制动压力调节需要较高的精度，因此要求压力/轴速调节器压力控制中每时刻流量尽量小，而防滑功能则要求尽快调整车轴速度，要求每时刻流量尽量大，两者要求相违背，由于两套控制逻辑不可避免的同时使用压力/轴速调节器，因此造成防滑安全等级降低。

2.架控系统采用两套独立的制动控制单元分别控制两个转向架，但两个控制单元不能互相冗余，降低了车辆制动控制的可靠性和设备的利用率。

3.两套独立的制动控制单元中的电子制动控制单元行使同一功能，对外接口也完全独立，大部分时间处于完全相同的工作模式，造成软件控制资源的浪费。

基于上述分析可见，车控架构的优点是结构简单，缺点为不够灵活，且冗余设备利用率较低。架控架构的优点为每架独立可控，缺点是防滑与压力控制相耦合，控制需求违背，架构复杂造成稳定性不足。

由此，为避免上述缺陷，适应未来动车组制动控制系统发展趋势，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种动车组空气制动可变架构控制系统，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的问题，本申请提供一种动车组空气制动可变架构控制系统，能够灵活、准确和可靠的实现动车组空气制动控制。

为解决上述至少一个技术问题，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种动车组空气制动可变架构控制系统，包括：制动控制单元、设置在每一车轴上的夹钳端制动缸以及对应所述夹钳端制动缸设置的压力控制/防滑单元，所述压力控制/防滑单元连接所述夹钳端制动缸与所述制动控制单元；

所述制动控制单元包括集中气动控制单元和至少一个集中端分离冗余控制器，其中，所述集中气动控制单元用于连接总风压力输入，所述集中端分离冗余控制器用于连接车辆状态输入，并根据所述车辆状态输入和各车轴滑行状态确定控制架构，所述控制架构包括车控、架控以及轴控；

在所述控制架构为车控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成集中压力控制指令，并将所述集中压力控制指令发送至所述集中气动控制单元，以使所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元，以使所述压力控制/防滑单元根据所述集中压力控制指令对各夹钳端制动缸统一进行压力调节；

在所述控制架构为架控或轴控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成分散压力控制指令，在所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元后，将所述分散压力控制指令发送至对应的所述压力控制/防滑单元，以使各所述压力控制/防滑单元根据所述分散压力控制指令对各夹钳端制动缸分别进行压力调节。

进一步地，所述集中端分离冗余控制器包括信号采集输出模块和控制指令运算模块，所述采集输出模块用于接收车辆状态输入和所述压力控制/防滑单元采集的压缩空气压力值并进行模数转换后输出至所述控制指令运算模块，所述控制指令运算模块用于根据所述车辆状态输入和所述压缩空气压力值确定控制压力并返回所述信号采集输出模块以生成集中压力控制指令和/或分散压力控制指令。

进一步地，所述集中气动控制单元包括集中压力控制器，所述集中压力控制器用于在所述控制架构为架控或轴控时保持最大集中压力输出至所述压力控制/防滑单元。

进一步地，所述压力控制/防滑单元还包括压力/轴速调节器，所述压力/轴速调节器与所述集中控制单元的集中端分离冗余控制器连接。

进一步地，所述压力/轴速调节器包括充风控制器、排风控制器、压力传感器、速度传感器以及轴端分离冗余控制器，所述压力传感器设置于所述压力/轴速调节器的压力输出端，所述压力传感器用于采集输出至所述夹钳端制动缸的压缩空气压力值，并将该压缩空气压力值分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器，所述速度传感器用于采集轴速信号并分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器。

进一步地，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器用于根据所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成防滑控制指令并发送至所述充风控制器和所述排风控制器以对各夹钳端制动缸进行压力调节。

进一步地，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号生成轴速差控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

进一步地，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和制动时间生成制动盘等磨耗控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

进一步地，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成轮对等黏着控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

进一步地，所述制动控制单元还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号确定各车轴滑行状态。

由上述技术方案可知，本申请提供一种动车组空气制动可变架构控制系统，通过设置分离式冗余制动控制器，以及在轴速调节器中增加压力传感器，实现了列车每夹钳端制动缸压力闭环控制，相比车控架构更加灵活，增加了设备的利用率和制动功能实现的效率，相比架控架构空气制动更加可靠，且可根据实际功能需求在三种架构中进行选择，具有更好的适应性，由此能够灵活、准确和可靠的实现动车组空气制动控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请所述动车组空气制动可变架构控制系统的结构示意图；

图2为现有技术中车控架构控制系统的结构示意图；

图3为现有技术中架控架构控制系统的结构示意图；

图4为压力控制/防滑单元工作原理示意图；

图5为本申请架构变化工作流程示意图；

图6为处于车控架构时的控制方法流程图；

图7为处于架控/轴控架构时的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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。

考虑到现有技术中车控架构不够灵活，且冗余设备利用率较低，架控架构防滑与压力控制相耦合，控制需求违背，架构复杂造成稳定性不足的问题，为了能够灵活、准确和可靠的实现动车组空气制动控制，本申请提供一种动车组空气制动可变架构控制系统的实施例，参见图1，本实施例中，所述动车组空气制动可变架构控制系统具体包含：制动控制单元、设置在每一车轴上的夹钳端制动缸以及对应所述夹钳端制动缸设置的压力控制/防滑单元，所述压力控制/防滑单元连接所述夹钳端制动缸与所述制动控制单元。

可选的，集中气动控制单元用于实现车控架构的制动压力控制，所述集中端分离冗余控制器可以由一个或多个组成，具备相同且相互冗余的功能。

可选的，所述设置在每一车轴上的夹钳端制动缸用于驱动夹钳夹紧列车制动盘，以产生摩擦制动力使列车减速。

可选的，本申请对应每一夹钳端制动缸设置的压力控制/防滑单元，即通过所述压力控制/防滑单元连接所述夹钳端制动缸与所述制动控制单元。

可选的，所述压力控制/防滑单元例如为一种增设有压力传感器的防滑阀。

可选的，参见图4，图4中的(a)图为车控的压力控制/防滑单元架构示意图，可见，车控架构中，流入的压缩空气是经过制动压力调节器调节过的目标压力。每轴的防滑单元接收控制信号，通过充风控制器和排风控制器调节每轴夹钳端制动缸压力，但其没有压力信号反馈，因此只能根据速度信号实现防滑功能；图4中的(b)图为架控的压力控制/防滑单元架构示意图，可见，流入的压缩空气是经过压力变换器变换过的紧急制动压力。增加了压力值反馈信号，但该信号是以架为单位的，因此压力闭环控制均以架为单位，无法实现每轴夹钳端制动缸压力闭环控制，图4中的(c)图为本申请中轴控的压力控制/防滑单元架构示意图，采用夹钳端制动缸集成压力采集传感器架构，在每一轴增加了压力值反馈信号，流入的压缩空气即可以是目标压力也可以是紧急制动压力。使得每轴既能够实现防滑控制，也能够实现夹钳端制动缸压力闭环控制。

所述制动控制单元包括集中气动控制单元和至少一个集中端分离冗余控制器，其中，所述集中气动控制单元用于连接总风压力输入，所述集中端分离冗余控制器用于连接车辆状态输入，并根据所述车辆状态输入和各车轴滑行状态确定控制架构，所述控制架构包括车控、架控以及轴控。

可选的，所述车辆状态输入具体是指通过信号线缆输入的车辆重量、制动级位、电制动状态、车辆速度等车辆行驶过程中通过现有技术/装置采集到的信息。

可选的，各车轴滑行状态是指各车轴是否处于滑行状态，具体可以通过采集各车轴的轴速信号，当任意车轴的轴速与另外三个轴轴速偏差过大时即可判定该车轴处于滑行状态。

可选的，参见图5，所述制动控制单元根据所述车辆状态输入和各车轴滑行状态确定一具体要采用的控制架构，所述控制架构包括车控、架控以及轴控，具体可以例如：

1、当接收的车辆状态中，列车电制动处于车控架构，制动力分配正常，不论车轴是否滑行，本车可采用车控架构；

2、当接收的车辆状态中，列车电制动处于架控架构，制动力分配正常，且本架无车轴滑行时，本架采用架控架构；

3、当接收的车辆状态中，列车电制动处于轴控架构，制动力分配正常，且本轴无车轴滑行时，本轴采用轴控架构。

其具体的工作过程例如为：制动控制单元输入车辆状态和滑行激活信息(即各车轴滑行状态)，输出一控制架构指令(例如选择轴控架构)，输入一功能执行指令以进行控制器功能分配，输出一闭环控制方法指令以进行集中压力控制和夹钳端压力控制，其中集中压力控制需要输入制动缸压力，夹钳端压力控制需要输入压力信号选择，压力输出后进行空气制动力施加。

可选的，参见图1，所述轴控架构是指具备轴端分离式冗余制动控制器，在防滑单元中每轴的轴速调节器中增加压力传感器，以实现列车每轴夹钳端制动缸压力闭环控制的系统架构。

在所述控制架构为车控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成集中压力控制指令，并将所述集中压力控制指令发送至所述集中气动控制单元，以使所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元，以使所述压力控制/防滑单元根据所述集中压力控制指令对各夹钳端制动缸统一进行压力调节。

可选的，参见图6，当处于车控架构时，仍可按照主/冗余控制器的形式进行控制输出。如主控制器可作为集中控制器，控制制动压力调节器，实现四个轴各制动缸压力的统一控制，此时四轴各夹钳端制动缸压力在防滑系统未激活时相等。当防滑系统激活时，全车统一压力闭环控制不受影响。冗余的控制器仅用于轴速监控功能。

具体的，当控制架构为车控时，压力/轴速调节器反馈控制器不响应分散压力控制指令，压力控制/防滑单元输入压力和该车轴的夹钳端制动缸压力相等，各车轴夹钳端制动缸压力也相等。

举例来说，集中端分离冗余控制器的单片机软件根据外部车辆状态输出判断空气制动功能被激活后，先通过信号采集模块将功能实现转化为信号输入至控制指令运算模块，然后转化为集中压力控制指令，经集中压力控制器转化为压力实际值，并经过每个车轴的压力控制/防滑单元输出至每轴夹钳端制动缸。车控模式下，当车轴未滑行，不行使防滑控制时，每个压力控制/防滑单元保持接通状态，此时每个轴的夹钳端制动缸压力均与轴端输入压力相等。本车其他和制动缸压力调节相关的功能，如制动力分配，隔离轴控制等与现有动车组完全相同。

在所述控制架构为架控或轴控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成分散压力控制指令，在所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元后，将所述分散压力控制指令发送至对应的所述压力控制/防滑单元，以使各所述压力控制/防滑单元根据所述分散压力控制指令对各夹钳端制动缸分别进行压力调节。

可选的，参见图7，当处于架控架构时，每个集中端分离冗余控制器均作为主控制器，制动压力调节器保持固定的最大压力控制逻辑，使输出至每个轴夹钳端制动缸的压力达到最大可用值，模拟紧急制动压力输出。每个控制器分别采集每架的重量，根据重量控制每架的压力控制/防滑单元，使每架两个轴的轴端压力达到目标值，此时每个架的两轴轴端压力在防滑系统未激活时相等。当任意一架防滑系统激活时，该架的压力闭环控制退出。每个控制器内部运行独立的轴端压力闭环控制逻辑。

当处于轴控架构时，每个集中端分离冗余控制器均作为主控制器，制动压力调节器保持固定的最大压力控制逻辑，使输出至每个轴夹钳端制动缸的压力达到最大可用值。每个控制器均采集本车重量，根据重量控制每轴的压力控制/防滑单元，使轴端压力达到目标值，在此基础上根据本轴的其他空气制动压力要求进行调整。此时每轴的轴端压力在防滑系统未激活时不完全相等。当任意一轴防滑系统激活时，该轴的压力闭环控制退出。每个控制器内部均运行两套独立的轴端压力闭环控制逻辑，分别用于控制本架两个轴的轴端压力。

具体的，当控制模式为架控时，每架的两个压力控制/防滑单元接收对应集中端分离冗余控制器发出的分散压力控制指令，实现该架两个轴特定的夹钳端制动缸压力。当控制模式为轴控时，每架的两个压力控制/防滑单元接收对应集中端分离冗余控制器中两套独立的分散压力控制指令，实现每个轴特定的夹钳端制动缸压力。

举例来说，集中压力控制器按照最大可用压力值进行闭环控制，保证按照最大可用值输出集中压力。多个集中端分离冗余控制器接收空气制动功能激活信号后，按照架构设定分别控制1/2，3/4轴压力控制/防滑单元实现各轴夹钳端制动缸压力控制。当处于架控架构时，每个集中端分离冗余控制器中分别执行一套控制逻辑，使1/2轴之间，3/4轴夹钳端制动缸之间产生相同的压力值。当处于轴控架构时，每个集中端分离冗余控制器内部分别运行两套压力控制逻辑，分别控制每个车轴的轴端压力。

从上述描述可知，根据本申请实施例提供的动车组空气制动可变架构控制系统，通过设置分离式冗余制动控制器，以及在轴速调节器中增加压力传感器，实现了列车每夹钳端制动缸压力闭环控制，相比车控架构更加灵活，增加了设备的利用率和制动功能实现的效率，相比架控架构空气制动更加可靠，且可根据实际功能需求在三种架构中进行选择，具有更好的适应性，由此能够灵活、准确和可靠的实现动车组空气制动控制。

作为一种可选的实施方式，所述集中端分离冗余控制器包括信号采集输出模块和控制指令运算模块，所述采集输出模块用于接收车辆状态输入和所述压力控制/防滑单元采集的压缩空气压力值并进行模数转换后输出至所述控制指令运算模块，所述控制指令运算模块用于根据所述车辆状态输入和所述压缩空气压力值确定控制压力并返回所述信号采集输出模块以生成集中压力控制指令和/或分散压力控制指令。

可选的，每个集中端分离冗余控制器内部由信号采集输出模块和控制指令运算模块构成，信号采集输出模块对外部车辆状态输入、各轴夹钳端制动缸压力进行采样和AD转换后将信号发送至控制指令运算模块，控制指令运算模块根据预设控制算法(根据所述车辆状态输入和所述压缩空气压力值确定控制压力)将控制指令发回信号采集输出模块，再转化为集中压力控制指令和分散压力控制指令至集中气动控制单元或每个车轴的压力控制/防滑单元。当集中气动控制单元收到集中压力控制指令后，将其转化为压力控制/防滑单元输入压力。

作为一种可选的实施方式，所述压力控制/防滑单元还包括压力/轴速调节器，所述压力/轴速调节器与所述集中控制单元的集中端分离冗余控制器连接。

作为一种可选的实施方式，所述集中气动控制单元包括集中压力控制器，所述集中压力控制器用于在所述控制架构为架控或轴控时保持最大集中压力输出至所述压力控制/防滑单元。

作为一种可选的实施方式，所述压力/轴速调节器包括充风控制器、排风控制器、压力传感器、速度传感器以及轴端分离冗余控制器，所述压力传感器设置于所述压力/轴速调节器的压力输出端，所述压力传感器用于采集输出至所述夹钳端制动缸的压缩空气压力值，并将该压缩空气压力值分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器，所述速度传感器用于采集轴速信号并分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器。

作为一种可选的实施方式，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器用于根据所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成防滑控制指令并发送至所述充风控制器和所述排风控制器以对各夹钳端制动缸进行压力调节。

可以理解的是，本申请在现有技术根据车轴速度和减速度控制防滑单元动作的基础上，还进一步结合了夹钳端制动缸压力值进行防滑控制，增加防滑控制精度。

作为一种可选的实施方式，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号生成轴速差控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

可以理解的是，本申请在检测到四根轴有轴速差但未达到防滑激活标准时，可以预先控制每轴的夹钳端制动缸压力，使轴速差变小，避免轮对擦伤。

作为一种可选的实施方式，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和制动时间生成制动盘等磨耗控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

可以理解的是，本申请按照每轴的空气制动施加值和时间进行统计，以车辆中的每个轴作为最小控制单元，使得每轴之间尽量等磨耗。

作为一种可选的实施方式，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成轮对等黏着控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

可以理解的是，本申请按照每轴的空气制动施加值和当前减速度进行计算，以车辆中的每个轴作为最小控制单元，每轴之间尽量等黏着，避免车轮擦伤。

作为一种可选的实施方式，所述制动控制单元还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号确定各车轴滑行状态。

可选的，本申请可以通过采集各车轴的轴速信号，当任意车轴的轴速与另外三个轴轴速偏差过大时即可判定该车轴处于滑行状态。

有上述内容可知，本申请还可以实现以下技术效果：

1、可根据实际运用情景在车控，架控，轴控方式中进行选择，相比现有基于车控或架控的空气制动控制方法具有更好的灵活性，提升了动车组现场运用的态势感知能力。

2、空气制动可变架构控制系统的制动控制单元中设置多个集中端分离冗余控制器，处于车控架构时主集中端分离冗余控制器行使车控的制动控制功能，从控制器行使轴不旋转监测功能；处于架控架构或轴控架构时多个集中端分离冗余控制器按照架控/轴控控制方法行使空气制动力控制，既具备车控平台的经济性，又具备架控平台的冗余安全性。

3、本申请的列车防滑系统行使防滑控制时可使用本发明系统中位于各轴夹钳端制动缸的压力传感器计算施加于每个轴的列车制动力，从而根据力与减速度关系实施防滑控制，提升了控制效率。

4、具有更高的制动力分配效率和适应性，不论电制动力控制架构为车控，架控或轴控，单车/单架/单轴电制动力值不合理或丢失时，空气制动力均能在本车内立刻补充，相比车控/架控平台全列制动力分配具有更低的响应时间。

5、防滑单元的压力传感器可以与制动压力调节器输出端压力传感器互为备份，具有更好的冗余安全性，车控/架控模式时使用多源信息融合采集制动缸压力，具有更高的可靠性与可信性，能够提升力制动缸压力闭环控制的效率，并对制动系统故障预测与健康管理具有更好的支持。

6、在轴控模式下具有防滑控制优先性，当防滑系统工作时空气制动力轴控模式不工作，保证了防滑的安全性。当达不到防滑系统工作标准时，轴控模式可针对各轴之间产生的速度差进行压力预调节，降低防滑系统的激活次数和列车能耗。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，包括：制动控制单元、设置在每一车轴上的夹钳端制动缸以及对应所述夹钳端制动缸设置的压力控制/防滑单元，所述压力控制/防滑单元连接所述夹钳端制动缸与所述制动控制单元；

所述制动控制单元包括集中气动控制单元和至少一个集中端分离冗余控制器，其中，所述集中气动控制单元用于连接总风压力输入，所述集中端分离冗余控制器用于连接车辆状态输入，并根据所述车辆状态输入和各车轴滑行状态确定控制架构，所述控制架构包括车控、架控以及轴控；

在所述控制架构为车控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成集中压力控制指令，并将所述集中压力控制指令发送至所述集中气动控制单元，以使所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元，以使所述压力控制/防滑单元根据所述集中压力控制指令对各夹钳端制动缸统一进行压力调节；

在所述控制架构为架控或轴控时，所述集中端分离冗余控制器还用于根据所述车辆状态输入生成分散压力控制指令，在所述集中气动控制单元将所述集中压力控制指令转化为控制压力输出至所述压力控制/防滑单元后，将所述分散压力控制指令发送至对应的所述压力控制/防滑单元，以使各所述压力控制/防滑单元根据所述分散压力控制指令对各夹钳端制动缸分别进行压力调节。

2.根据权利要求1所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述集中端分离冗余控制器包括信号采集输出模块和控制指令运算模块，所述采集输出模块用于接收车辆状态输入和所述压力控制/防滑单元采集的压缩空气压力值并进行模数转换后输出至所述控制指令运算模块，所述控制指令运算模块用于根据所述车辆状态输入和所述压缩空气压力值确定控制压力并返回所述信号采集输出模块以生成集中压力控制指令和/或分散压力控制指令。

3.根据权利要求1所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述集中气动控制单元包括集中压力控制器，所述集中压力控制器用于在所述控制架构为架控或轴控时保持最大集中压力输出至所述压力控制/防滑单元。

4.根据权利要求1所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述压力控制/防滑单元还包括压力/轴速调节器，所述压力/轴速调节器与所述集中控制单元的集中端分离冗余控制器连接。

5.根据权利要求4所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述压力/轴速调节器包括充风控制器、排风控制器、压力传感器、速度传感器以及轴端分离冗余控制器，所述压力传感器设置于所述压力/轴速调节器的压力输出端，所述压力传感器用于采集输出至所述夹钳端制动缸的压缩空气压力值，并将该压缩空气压力值分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器，所述速度传感器用于采集轴速信号并分别传输至所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器。

6.根据权利要求5所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器用于根据所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成防滑控制指令并发送至所述充风控制器和所述排风控制器以对各夹钳端制动缸进行压力调节。

7.根据权利要求5所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号生成轴速差控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

8.根据权利要求5所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和制动时间生成制动盘等磨耗控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

9.根据权利要求5所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述轴端分离冗余控制器和所述集中端分离冗余控制器还用于根据各所述压力传感器发送的压缩空气压力值和所述速度传感器发送的轴速信号生成轮对等黏着控制指令并发送至对应的所述充风控制器和所述排风控制器以对对应的夹钳端制动缸进行压力调节。

10.根据权利要求5所述的动车组空气制动可变架构控制系统，其特征在于，所述制动控制单元还用于根据各所述速度传感器发送的轴速信号确定各车轴滑行状态。

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