CN114670897A - 基于两级控制架构的牵引制动融合系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于两级控制架构的牵引制动融合系统,包括:当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给I CM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给I CM；或者,将电制动力目标值发送给I CM,将摩擦制动力目标值发送给APM；I CM采集实际牵引力,或者I CM采集实际电制动力,或者I CM采集实际电制动力,APM采集实际摩擦制动力,发送给一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者所述二级控制主机重新进行力分配。

Description

基于两级控制架构的牵引制动融合系统及方法

技术领域

本发明涉及融合控制技术领域，尤其涉及一种基于两级控制架构的牵引制动融合系统及方法。

背景技术

当前轨道交通车辆的牵引制动系统相对独立，车辆的牵引管理控制由各车牵引控制器分布式处理，车辆的制动管理控制由各车的制动控制器分布式处理，车辆在牵引制动过程中，列车管理和控制系统(Train Control and Management System，TCMS)仅承担有限的信息传递功能，没有实现各系统间的信息共享和全列牵引制动的集中管理，因此牵引制动功能的控制链路冗长，系统间的配合性差，致使车辆的控制性能弱，制动力波动，制动距离长，舒适性低。

发明内容

本发明实施例的目的是提供基于两级控制架构的牵引制动融合系统及方法,以解决现有技术中的牵引制动功能的控制链路冗长，系统间的配合性差，致使车辆的控制性能弱，制动力波动，制动距离长，舒适性低的问题。

为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种基于两级控制架构的牵引制动融合系统,所述系统包括:至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各动车的至少一个牵引控制器ICM、各车的至少一个制动控制器APM；

当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据所述网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM；

所述ICM采集实际牵引力,或者所述ICM采集实际电制动力,或者所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者所述二级控制主机重新进行力分配。

在一种可能的实现方式中，所述一级控制主机分别设置在全列的首车和尾车上，设置在首车和尾车的一级控制主机互为备机；所述一级控制主机和所述二级控制主机在控制架构上互为冗余；一级控制主机和列车网络干线连接，所述二级控制主机、ICM和所述APM分别和列车网络干线、硬线相连接。

在一种可能的实现方式中，所述当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号具体包括：

当信号控车时，所述一级控制主机接收列车自动驾驶系统ATO和列车各装置发送的第一网络信号；所述第一网络信号包括级位信息、各车载荷信息、装置的健康状态；或者，

当人工控车时，所述一级控制主机接收各个所述二级控制主机发送的第二网络信号；所述第二网络信号包括级位信息、各车载荷信息、装置的健康状态；所述第二网络信号的级位信息为所述二级控制主机采集的硬线信号后所转换而成的。

在一种可能的实现方式中，当一级控制主机全部故障，或者列车网络干线故障时，进入降级控制模式，所述二级控制主机具有控制权。

在一种可能的实现方式中，所述根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值发送给ICM，或者将电制动力目标值发送给ICM，具体包括：

根据各车的黏着限制值、ICM能力值和牵引力需求值中的最小值,确定牵引力最终实际的目标值；其中，黏着限制值是指轮缘与钢轨之间的最大黏着值，ICM的能力值是指牵引执行装置的功率限制值，牵引力需求值是由牵引级位和载荷计算得出；根据所述牵引力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的牵引力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的牵引力目标值；

根据各车的黏着限制值、ICM电制动能力值和制动力需求值中的最小值，确定制动力最终的目标值；当电制动力可以满足制动时，根据所述制动力最终的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值；当电制动力不能满足制动时，根据所述制动力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值和摩擦制动力目标值，并向各动各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值以及向各车的APM实时发送每周期的摩擦制动力目标值。

在一种可能的实现方式中，电制动执行过程中，如果ICM检测到电制动滑行信号，所述ICM将所述电制动滑行信号发送给所述一级控制主机或者所述二级控制主机；

所述一级控制主机或者所述二级控制主机启动计时，如果APM也检测到电制动和摩擦制动中的滑行信号，且所述电制动滑行信号持续时长超过预设时长阈值，所述一级控制主机或者所述二级控制主机将电制动切除信号发送给所述ICM，以切除所述ICM的电制动滑行控制，所述APM接管制动控制及防滑控制；

如果所述电制动滑行信号持续时长不超过预设时长阈值，所述ICM保持执行电制动。

防滑控制期间，ICM或者APM不执行一级或二级下发的目标力，仅执行防滑功能。

在一种可能的实现方式中，当所述ICM接收不到所述一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，所述APM接收不到所述一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，如果没有接收到通过硬线发送的紧急制动指令，ICM或APM控制车轴处于惰行状态，如果接收到通过硬线下发的紧急制动指令，列车紧急制动，仅通过所述APM控制施加摩擦制动力。

在一种可能的实现方式中，所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机后，所述一级控制主机或者所述二级控制主机基于等黏着原则或等磨耗原则，向所述APM发送新的摩擦制动力目标值；

所述等黏着原则具体为每个车基于黏着条件施加摩擦制动力，每个轴的摩擦制动力相同或不同；等磨耗原则具体为每个轴的摩擦制动力一样，黏着利用率相同或不同。

第二方面，本发明提供了一种基于两级控制架构的牵引制动融合方法,所述方法基于两级控制架构的牵引制动融合系统，所述系统包括:至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各动车的至少一个牵引控制器ICM、每车的至少一个制动控制器APM；

当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据所述网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM；

所述ICM采集实际牵引力,或者所述ICM采集实际电制动力,或者所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者所述二级控制主机重新进行力分配。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

电制动执行过程中，如果ICM检测到电制动滑行信号，所述ICM将所述电制动滑行信号发送给所述一级控制主机或者所述二级控制主机；

所述一级控制主机或者所述二级控制主机启动计时，如果APM也检测到电制动和摩擦制动中的滑行信号，且所述电制动滑行信号持续时长超过预设时长阈值，所述一级控制主机或者所述二级控制主机将电制动切除信号发送给所述ICM，以切除所述ICM的电制动滑行，所述APM接管制动控制及防滑控制；

如果所述电制动滑行信号持续时长不超过预设时长阈值，所述ICM保持执行电制动。

通过应用本发明实施例提供的基于两级控制架构的牵引制动融合系统，两级控制相互配合控制，实现对牵引制动控制过程的一体化管理，打破了现有车辆牵引控制和制动控制相对独立的控制模式，通过设置两级融合控制器，实现了正常工况下全列牵引制动的统一管理，以及降级模式下对车辆本地化的牵引制动统一管理，提高了车辆的可用性。进一步的，采用融合控制器的设计，打破了原牵引制动之间的信息屏障，使牵引制动的过程数据实时共享，缩短了控制链路，能够有效提高控制性能，提升列车运行的舒适性。进一步的，该牵引制动融合系统基于车辆的安全性出发，通过融合控制器实现牵引功能和常用制动功能，保留硬线方式直接控制紧急制动功能、停放施加缓解以及强迫缓解，两级融合控制和硬线控制相互配合。进一步的，该系统根据对牵引制动功能实现的分析，将防滑防空转放在ICM和APM中执行，能够在统一管理牵引制动的过程的同时，更好的实现防滑防空转的功能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于两级控制架构的牵引制动融合系统框架图；

图2为控制指令-状态反馈示意图；

图3为一级控制主机牵引控制示意图；

图4为一级控制主机制动控制示意图；

图5为二级控制主机牵引控制示意图；

图6为二级控制主机制动控制示意图；

图7为防滑防空转管理框架示意图；

图8为防滑防空转时,牵引制动的管理流程示意图；

图9为基于两级控制架构的牵引制动融合方法流程示意图。

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基于两级控制架构的牵引制动融合系统框架图。如图1所示，该基于两级控制架构的牵引制动融合系统包括：至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各动车的至少一个牵引控制器ICM、每个车的至少一个制动控制器APM。一级控制主机分别设置在全列的首车和尾车上，设置在首车和尾车的一级控制主机互为备机，当处于控制状态的一级控制主机故障后，处于备机状态的一级控制主机接管控制权。对于列车控制而言，该过程无缝转换控制权。一级控制主机和二级控制主机在控制架构上互为冗余；一级控制主机和网络线连接，二级控制主机、ICM和APM分别和网络线、硬线相连接。

需要说明的是，ICM可以按车配置，一个车一个，也可以按转向架配置，一个车两个，主要负责执行牵引功能和电制动功能，根据一级控制主机或二级控制主机下发的目标力，控制牵引电机，并向一级控制主机或二级控制主机或反馈实际牵引力或实际电制动力；

APM可以按车配置，一个车一个，也可以按转向架配置，一个车两个，主要负责执行摩擦制动功能，根据一级控制主机或者二级控制主机下发的摩擦制动力目标值，控制夹钳施加夹紧力或者，并向一级控制主机或者二级控制主机反馈实际的夹紧力或者压力，即实际摩擦制动力。

参见图2，列车网络干线为L1,硬线为L2，每列车都具有标识，每个一级控制主机、二级控制主机、ICM和APM都具有设备标识，比如，可以通过X-Y表示第X车的第Y设备，从而实现对车辆各设备下发指令以及信息共享。

一级控制主机为列车级控制主机，可以是本申请的中央控制单元(CentralOperator Control Unit，OCU)，二级控制主机为车辆级控制主机，可以是本地控制单元(Local Control Unit，LCU)。

两级控制，指的是一级控制模式和降级控制模式，当一级控制主机具有控制权时，可以看作一级控制模式，此时牵引制动融合系统通过列车网络干线进行信息的传输和共享；当二级控制主机具有控制权时，可以看作降级控制模式，此时牵引制动融合系统通过硬线进行信息的传输和共享。当一级控制主机全部故障，或者列车网络干线故障时，进入降级控制模式，二级控制主机具有控制权。

当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM。

ICM采集实际牵引力,或者ICM采集实际电制动力,或者ICM采集实际电制动力,APM采集实际摩擦制动力,发送给一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者二级控制主机重新进行力分配。

其中，列车网络干线是指一列车中各车辆之间的网络，本车网络是指车辆内部的网络。物理上都是接在同一个交换机上，但是在网络拓扑上做了区分。

为了便于说明，以列车网络干线为L1,硬线为L2，一级控制主机为OCU,二级控制主机为LCU为例，对各种情况下是一级控制模式还是降级控制模式进行分类描述：

信号控车、L1正常、OCU正常，信任L1；

信号控车、L1故障、OCU正常，信任L2；

信号控车、L1正常、OCU故障，信任L1；

信号控车、L1故障、OCU故障，信任L2；

人工控车、L1正常、OCU正常，信任L1；

人工控车、L1故障、OCU正常，信任L2；

人工控车、L1正常、OCU故障，信任L1；

人工控车、L1故障、OCU故障，信任L2。

其中，当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号具体包括：当信号控车时，一级控制主机接收列车自动驾驶系统(Automatic Train Operation，ATO)和列车各装置发送的第一网络信号；第一网络信号包括级位信息、各车载荷信息和装置的健康状态；或者，当人工控车时，一级控制主机接收各个二级控制主机发送的第二网络信号；第二网络信号包括级位信息、各车载荷信息和装置的健康状态；第二网络信号的级位信息为二级控制主机采集的硬线信号后所转换而成的。其中，此处的列车各装置，指的是LCU、ICM和APM,装置的健康状态，与非健康状态相对应，健康状态指的是可以正常使用的状态。

其中，根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值发送给ICM，或者将电制动力目标值发送给ICM，具体包括：

根据各车的黏着限制值、ICM能力值和牵引力需求值中的最小值,确定牵引力最终实际的目标值；其中，黏着限制值是指轮缘与钢轨之间的最大黏着值，ICM的能力值是指牵引执行装置的功率限制值，牵引力需求值是由牵引级位和载荷计算得出；根据牵引力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的牵引力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的牵引力目标值；

根据各车的黏着限制值、ICM电制动能力值和制动力需求值中的最小值，确定制动力最终实际的目标值；当电制动力可以满足制动时，根据制动力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值；当电制动力不能满足制动时，根据制动力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值和摩擦制动力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值以及向各车的APM实时发送每周期的摩擦制动力目标值。

下面对一级控制主机、二级控制主机分别如何进行牵引力、制动力的分配进行详细的说明。

第一种、一级控制主机进行牵引力分配，如图3所示，包括如下步骤：

步骤310，一级控制主机接收来自列车网络的级位信息和载荷信息，计算全列牵引力；

步骤320，一级控制主机根据各车载荷与全列载荷的关系，按比例分配各车的牵引力；

具体的，按比例分配各车的牵引力，可以根据如下公式进行计算：

其中，W_mi为动车各架动态质量，Q_mi为拖车各架动态质量，a为列车满级位加速度，PU_ready_i状态表示i架牵引是否可用。

步骤330，一级控制主机计算各车的黏着限制值、ICM能力值和牵引力需求值中的最小值,确定牵引力最终实际的目标值；

其中，黏着限制值，是指轮缘与钢轨之间的最大黏着值，可简单的理解为摩擦系数，当实际牵引力大于黏着限制值时，出现“打滑”的现象，即空转状态；当电制动时，是滑行状态。

ICM的能力值，是指牵引执行装置功率的限制，实际牵引力不能超过额定值。

牵引力需求值，指的是根据牵引级位和列车载荷计算得出的牵引力目标值。

步骤340，一级控制主机根据冲击限制和牵引最终实际的目标值，确定每一周期的牵引力目标值，并向各动车的ICM周期性发送牵引力目标值；

其中，冲击限制的目的是为了防止冲动，减小ICM的启动电流。可以通过预设冲击率限制的数值，来实现冲击限制。具体举例为，目标牵引力为900N，一级控制主机控制电机可以控制ICM将牵引力在0.1S内从0增大到900N，也可以在3s内从0增大到900N，显然后者更舒适。比如，冲击率限制是3KN/S，则一级控制主机各个周期实时发送的牵引力目标值依次是：第0.1S,300N,第0.2s，600N，第0.3s，900N。

需要说明的是，在冲击限制控制存在牵引制动工况变化时，比如，当前状态为制动状态，目标制动力为900N,则需要先将制动状态变化为制动力为0的状态，再将牵引力为0的状态变化为目标制动力为900N的状态，此时，在将牵引力从0-900时，也可以根据上述的冲击限制进行控制，以提高冲击限制的精度。

步骤350，各个ICM根据一级控制主机发送的目标值执行牵引过程，实施防滑防空转功能，并将实际牵引力和ICM状态信息发送给一级控制主机；

其中，ICM的状态信息指的是健康状态或者非健康状态，能够正常执行牵引过程控制，则ICM为健康状态，与健康状态对应的是非健康状态，典型的情况是ICM故障，不能执行牵引过程控制，也可能是能力值下降等多种情况。健康状态和非健康状态可以通过不同的标识进行区分，比如健康状态可以是1，非健康状态可以是0。如果为非健康状态可用，在牵引力分配时重新调整，去除不可用的ICM，重新执行步骤320，按载荷分配牵引力。

可以理解的是，如果ICM是和转向架个数相同，则去除非健康状态的ICM后，重新分配健康状态的ICM的牵引力。

步骤360，一级控制主机根据各ICM的状态、牵引力需求和载荷信息，调节发送给各ICM的牵引力目标值。

具体的，当执行步骤360后，仍然不满足牵引力，可以继续执行步骤360，从而实现反馈控制，提高了牵引精度。

第二种、一级控制主机进行制动力分配，如图4所示，包括如下步骤：

步骤410，一级控制主机接收来自列车网络的级位信息和载荷信息，计算全列制动力；

步骤420，一级控制主机根据各车载荷与全列载荷的关系，按比例分配各车的制动力；

具体的，也可以根据各车载荷与全列载荷的关系，按比例分配各车的制动力。

步骤430，一级控制主机计算各车的黏着限制值、ICM能力值和制动力需求值中的最小值,确定制动力最终实际的目标值；

其中，制动力需求值是由制动级位和载荷计算得出。

步骤440，一级控制主机根据电制动优先策略，如果电制动可以满足制动力需要，则向ICM发送电制动力目标值；

在步骤440之后，执行步骤460。

步骤450，如果电制动力不能满足制动力需要，则向ICM发送电制动力目标值，向APM发送摩擦制动力目标值。

其中，在计算电制动力目标值时，也可以根据冲击率限制，计算每周期的电制动力目标值。具体计算方法和上述计算牵引力目标值的方法相似，此处不再赘述。APM的摩擦制动力执行方式包括但是局限于空气制动、液压制动等制动形式。在步骤450之后，执行步骤470。

步骤460，各ICM执行控制电制动过程，并将ICM的实际电制动力和ICM的状态发送给一级控制主机；

步骤470，各ICM执行控制电制动过程，APM执行摩擦制动过程，并且ICM将实际电制动力和ICM的状态发送给一级控制主机，APM将实际摩擦制动力和APM的状态发送给一级控制主机；

步骤480，如果电制动力满足制动需要，一级控制主机根据实际电制动力调整之前的目标电制动力。

步骤490，如果电制动力不满足制动需要，一级控制主机根据实际电制动力调整目标电制动力，根据实际摩擦制动力调整摩擦制动力目标值。

第三种、二级控制主机进行牵引力分配，如图5所示，包括如下步骤：

步骤510，二级控制主机接收来自硬线的控制指令和本车的载荷信息，计算本车的牵引力；

步骤520，二级控制主机计算各车的黏着限制值、ICM能力值和牵引力需求值中的最小值,确定牵引力最终实际的目标值；

其中，黏着限制值，是指轮缘与钢轨之间的最大黏着值，可简单的理解为摩擦系数，当实际牵引力大于黏着限制值时，出现“打滑”的现象，即空转状态；当电制动时，是滑行状态。

ICM的能力值，是指牵引执行装置的功率限制值，实际牵引力不能超过额定值。

步骤530，二级控制主机根据冲击限制和牵引力最终实际的目标值，确定每一周期的牵引力目标值，并向本车的ICM周期性发送牵引力目标值；

需要说明的是，LCU仅根据本车载荷控制牵引过程，不考虑拖车载荷。

步骤540，各个ICM根据二级控制主机发送的目标值执行牵引过程，实施防滑防空转功能，并将实际牵引力发送给二级控制主机；

步骤550，二级控制主机根据本车ICM的状态、牵引力需求和载荷信息，动态调节本车的的牵引力目标值。

第四种、二级控制主机进行制动力分配，如图6所示，包括如下步骤：

步骤610，各个二级控制主机接收来自硬线的控制指令和本车的载荷信息，计算本车制动力；

步骤620，各个二级控制主机计算各车的黏着限制值、ICM能力值和制动力需求值中的最小值,确定制动力最终实际的目标值；

步骤630，各个二级控制主机根据电制动优先策略，如果电制动可以满足制动力需要，则向本车的ICM发送电制动力目标值；

在步骤630之后，执行步骤650。

步骤640，如果电制动力不能满足制动力需要，则各个二级控制主机向本车的ICM发送电制动力目标值，向本车的APM发送摩擦制动力目标值。

在步骤640之后，执行步骤660。

步骤650，如果电制动力满足制动力需要时，各ICM执行控制电制动过程，并将ICM的实际电制动力和ICM的状态发送给二级控制主机；

步骤660，如果电制动力不能满足制动力需要，各ICM执行电制动过程，APM执行摩擦制动过程，并且ICM将实际电制动力和ICM的状态发送给二级控制主机，APM将实际摩擦制动力和APM的状态发送给二级控制主机；

步骤670，二级控制主机根据实际电制动力调整之前的电制动力目标值。

步骤680，如果电制动力不满足制动需要，二级控制主机根据实际电制动力调整目标电制动力，根据实际摩擦制动力调整摩擦制动力目标值。

进一步的，本申请的牵引制动融合系统在统一管理牵引制动的过程的同时，更好的实现防滑防空转的功能。具体对一级控制主机或者二级控制主机如何进行防滑防空转管理如图7所示，在图7中，OCU或者LCU实现牵引制动管理功能，ICM实现电制动防滑和牵引防空转，APM实现制动防滑。

下面结合图7，对本申请的防滑放空转时的管理进行说明。如图8所示，包括以下步骤：

步骤810，电制动执行过程中，如果ICM检测到电制动滑行信号，ICM将电制动滑行信号发送给一级控制主机或者二级控制主机；

具体的，当电制动执行过程中，如果处于滑行状态时，则具有滑行信号。对于滑行信号，不同厂家的控制器标准不一致，无法定量，现有架构一般是远程信息控制单元(Telematics Control Unit，TCU)将滑行状态发送至TCMS或者直接发送至制动控制单元(Brake Control Unit，BCU)，再由TCMS或者BCU将滑行状态发送给ICM。

步骤820，一级控制主机或者二级控制主机启动计时，如果APM也检测到电制动和摩擦制动中的滑行信号，且电制动滑行信号持续时长超过预设时长阈值，一级控制主机或者二级控制主机将电制动切除信号发送给ICM，以切除ICM的电制动滑行，APM接管制动控制及防滑控制；

其中，预设时长阈值是根据实际经验设置的经验值，比如，可以设置为3s。

步骤830，如果电制动滑行信号持续时长不超过预设时长阈值，ICM保持执行电制动。

其中，可以理解的是，电制动防滑控制期间，APM不执行防滑控制。防滑控制期间，ICM或APM执行防滑控制程序而不执行OCU或LCU下发的制动力目标值。

进一步的，ICM和APM通过对融合控制器的状态判断，选择性置信控制命令，实现两级控制命令的协调统一。

具体的，ICM和APM可以根据生命信号来判断一级控制主机还是二级控制主机具有控制权，举例为，ICM和APM接收到一级控制主机的生命信号，则一级控制主机具有控制权，ICM和APM接收到二级控制主机的生命信号，二级控制主机具有控制权；但是如果ICM和APM接收不到生命信号，则进行具体如下的处理：

当ICM接收不到一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，和/或，APM接收不到一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，如果没有接收到通过硬线发送的紧急制动指令，ICM或APM控制车轴处于惰行状态，如果接收到通过硬线下发的紧急制动指令，列车紧急制动，仅通过APM控制施加摩擦制动力。

由此，说明一级控制主机和二级控制主机处于故障状态，此时如果没有接收到紧急制动指令，则列车既不牵引也不制动，处于惰行状态。如果此时接收到紧急制动指令，列车可以进行紧急制动。

本申请中的牵引系统，即一级控制主机、二级控制主机和ICM组成的系统，适应于车控和架控架构，制动系统，即一级控制主机、二级控制主机、ICM和APM组成的系统适应于车控、架控、轴控和轮控多种架构，控制过程可借鉴上述流程。此处的车控是把1个车作为控制对象；架控是把1个转向架作为控制对象，1个车有2个转向架；轴控是把1个车轴作为控制对象，1个车有2个转向架，每个转向架有2根车轴；盘控是把1制动盘轴作为控制对象，1个车有2个转向架，每个转向架有2根车轴，一个车轴一般包括1-3个制动盘。

通过应用本发明实施例提供的基于两级控制架构的牵引制动融合系统，两级控制相互配合控制，实现对牵引制动控制过程的一体化管理，打破了现有车辆牵引控制和制动控制相对独立的控制模式，通过设置两级融合控制器，实现了正常工况下全列牵引制动的统一管理，以及降级模式下对车辆本地化的牵引制动统一管理，提高了车辆的可用性。进一步的，采用融合控制器的设计，打破了原牵引制动之间的信息屏障，使牵引制动的过程数据实时共享，缩短了控制链路，能够有效提高控制性能，提升列车运行的舒适性。进一步的，该牵引制动融合系统基于车辆的安全性出发，通过融合控制器实现牵引功能和常用制动功能，保留硬线方式直接控制紧急制动功能、停放施加缓解以及强迫缓解，两级融合控制和硬线控制相互配合。进一步的，该系统根据对牵引制动功能实现的分析，将防滑防空转放在ICM和APM中执行，能够在统一管理牵引制动的过程的同时，更好的实现防滑防空转的功能。

图9为基于两级控制架构的牵引制动融合方法流程示意图，如图9所示，该基于两级控制架构的牵引制动融合方法依赖于基于两级控制架构的牵引制动融合系统，系统包括:至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各车的至少一个牵引控制器ICM、每个拖车的至少一个制动控制器APM；

步骤910，当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者将电制动力目标值通过本车网络发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM；

步骤920，ICM采集实际牵引力,或者ICM采集实际电制动力,或者ICM采集实际电制动力,APM采集实际摩擦制动力,发送给一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者二级控制主机重新进行力分配。

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)

1.一种基于两级控制架构的牵引制动融合系统,其特征在于,所述系统包括:至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各动车的至少一个牵引控制器ICM、各车的至少一个制动控制器APM；

当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据所述网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM；

所述ICM采集实际牵引力,或者所述ICM采集实际电制动力,或者所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者所述二级控制主机重新进行力分配。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级控制主机分别设置在全列的首车和尾车上，设置在首车和尾车的一级控制主机互为备机；所述一级控制主机和所述二级控制主机在控制架构上互为冗余；一级控制主机和列车网络干线连接，所述二级控制主机、ICM和所述APM分别和列车网络干线、硬线相连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号具体包括：

当信号控车时，所述一级控制主机接收列车自动驾驶系统ATO和列车各装置发送的第一网络信号；所述第一网络信号包括级位信息、各车载荷信息、装置的健康状态；或者，

当人工控车时，所述一级控制主机接收各个所述二级控制主机发送的第二网络信号；所述第二网络信号包括级位信息、各车载荷信息、装置的健康状态；所述第二网络信号的级位信息为所述二级控制主机采集的硬线信号后所转换而成的。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当一级控制主机全部故障，或者列车网络干线故障时，进入降级控制模式，所述二级控制主机具有控制权。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值发送给ICM，或者将电制动力目标值发送给ICM，具体包括：

根据各车的黏着限制值、ICM能力值和牵引力需求值中的最小值,确定牵引力最终实际的目标值；其中，黏着限制值是指轮缘与钢轨之间的最大黏着值，ICM的能力值是指牵引执行装置的功率限制值，牵引力需求值是由牵引级位和载荷计算得出；根据所述牵引力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的牵引力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的牵引力目标值；

根据各车的黏着限制值、ICM电制动能力值和制动力需求值中的最小值，确定制动力最终实际的目标值；当电制动力可以满足制动时，根据所述制动力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值，并向各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值；当电制动力不能满足制动时，根据所述制动力最终实际的目标值和预设冲击率限制，确定每周期的电制动力目标值和摩擦制动力目标值，并向各动各动车的ICM实时发送每周期的电制动力目标值以及向各车的APM实时发送每周期的摩擦制动力目标值。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

电制动执行过程中，如果ICM检测到电制动滑行信号，所述ICM将所述电制动滑行信号发送给所述一级控制主机或者所述二级控制主机；

所述一级控制主机或者所述二级控制主机启动计时，如果APM也检测到电制动和摩擦制动中的滑行信号，且所述电制动滑行信号持续时长超过预设时长阈值，所述一级控制主机或者所述二级控制主机将电制动切除信号发送给所述ICM，以切除所述ICM的电制动滑行控制，所述APM接管制动控制及防滑控制；

如果所述电制动滑行信号持续时长不超过预设时长阈值，所述ICM保持执行电制动。

防滑控制期间，ICM或者APM不执行一级或二级下发的目标力，仅执行防滑功能。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述ICM接收不到所述一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，所述APM接收不到所述一级控制主机以及二级控制主机的生命信号时，如果没有接收到通过硬线发送的紧急制动指令，ICM或APM控制车轴处于惰行状态，如果接收到通过硬线下发的紧急制动指令，列车紧急制动，仅通过所述APM控制施加摩擦制动力。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机后，所述一级控制主机或者所述二级控制主机基于等黏着原则或等磨耗原则，向所述APM发送新的摩擦制动力目标值；

所述等黏着原则具体为每个车基于黏着条件施加摩擦制动力，每个轴的摩擦制动力相同或不同；等磨耗原则具体为每个轴的摩擦制动力一样，黏着利用率相同或不同。

9.一种基于两级控制架构的牵引制动融合方法,其特征在于,所述方法基于两级控制架构的牵引制动融合系统，所述系统包括:至少两个一级控制主机、各车的二级控制主机、各动车的至少一个牵引控制器ICM、每车的至少一个制动控制器APM；

当一级控制主机具有控制权时,接收网络信号,并根据所述网络信号,分配全列的牵引力或者制动力；或者,当二级控制主机具有控制权时,接收硬线信号,计算本车的牵引力或者制动力；随后根据冲击率限制将每周期的牵引力目标值通过本车网络发送给ICM；或者通过本车网络将电制动力目标值发送给ICM；或者,将电制动力目标值发送给ICM,将摩擦制动力目标值发送给APM；

所述ICM采集实际牵引力,或者所述ICM采集实际电制动力,或者所述ICM采集实际电制动力,所述APM采集实际摩擦制动力,发送给所述一级控制主机或者二级控制主机；以使一级控制主机或者所述二级控制主机重新进行力分配。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

电制动执行过程中，如果ICM检测到电制动滑行信号，所述ICM将所述电制动滑行信号发送给所述一级控制主机或者所述二级控制主机；

所述一级控制主机或者所述二级控制主机启动计时，如果APM也检测到电制动和摩擦制动中的滑行信号，且所述电制动滑行信号持续时长超过预设时长阈值，所述一级控制主机或者所述二级控制主机将电制动切除信号发送给所述ICM，以切除所述ICM的电制动滑行，所述APM接管制动控制及防滑控制；

如果所述电制动滑行信号持续时长不超过预设时长阈值，所述ICM保持执行电制动。

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