CN117141438A - 列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备，属于轨道交通技术领域，该***包括列车级制动控制一体化平台、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC；列车级制动控制一体化平台安装有制动控制应用软件***BCU_APP；BMC通过力矩电机与BEC连接；BCU_APP用于输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定列车的各转向架车轴的制动力需求值；BMC用于响应于制动控制指令，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机运行；BEC用于在力矩电机的驱动作用下，控制各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态。本发明可以实现列车的电机械制动功能。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备。
背景技术
电机械制动(Electromechanical Brake，EMB)技术是一种通过电机驱动机械传动机构输出直线运动，实现制动摩擦副的夹紧动作，输出可控制动力的新型摩擦制动技术。电机控制器得到制动指令后，控制电机旋转，电机通过运动转换机构将旋转运动转换为输出轴的直线运动，输出轴最终作用于夹紧单元从而实现夹紧制动。
EMB技术实现从指令下发、能量传输到制动执行全电化，在轻量化、制动性能、能耗、全生命周期LCC成本等方面具有显著优势。节能环保、降本增效已经是全球的主旋律，EMB***的研发与普及势在必行。
然而目前，关于EMB技术在轨道交通领域中的应用鲜有研究，如何实现列车的电机械制动功能，对轨道交通行业未来的可持续发展有着重要的意义。
发明内容
本发明提供一种列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备，用以实现列车的电机械制动功能。
本发明提供一种列车电机械制动***，包括：
列车级制动控制一体化平台、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC；所述列车级制动控制一体化平台安装有制动控制应用软件***BCU_APP；所述制动电机控制单元BMC通过力矩电机与所述制动夹钳单元BEC连接；
所述制动控制应用软件***BCU_APP用于输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定所述列车的各转向架车轴的制动力需求值；
所述制动电机控制单元BMC用于响应于所述制动控制指令，根据所述各转向架车轴的制动力需求值，控制所述力矩电机运行；
所述制动夹钳单元BEC用于在所述力矩电机的驱动作用下，控制所述各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态。
根据本发明提供的一种列车电机械制动***，所述列车级制动控制一体化平台还包括远程输入输出模块RIOM；
所述远程输入输出模块RIOM与所述制动电机控制单元BMC之间基于TSN网络的TRDP实时协议进行数据通信；
所述制动电机控制单元BMC还用于采集紧急制动硬线指令，并在紧急制动硬线使能的情况下，根据预存的紧急制动曲线，确定列车的最大紧急制动力，以使所述制动夹钳单元BEC根据所述最大紧急制动力进行制动，直至列车停车；
所述远程输入输出模块RIOM用于在列车处于零速，且所述紧急制动硬线未使能的情况下，向所述制动电机控制单元BMC发送TRDP控制指令，以解除列车的紧急制动状态。
本发明还提供一种应用于所述的列车电机械制动***的制动控制方法，包括：
列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定所述列车所需的制动力总需求值；
列车控制和管理***TCMS将所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；所述各转向架的电制力是基于所述列车所需的制动力总需求值确定的；
所述制动控制应用软件***BCU_APP根据所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定所述各转向架上车轴的制动力需求值；
所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，所述制动电机控制单元BMC根据所述各转向架上车轴的制动力需求值对所述各转向架的车轴施加制动，直至所述列车停车。
根据本发明提供的一种列车电机械制动***的制动控制方法，所述方法还包括：
在确定所述列车已停车的情况下，列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第二制动指令，将所述第二制动指令发送给所述制动控制应用软件***BCU_APP；
所述制动控制应用软件***BCU_APP在收到所述第二制动指令后，计算所述列车的停放制动力需求值，并将所述停放制动力需求值发送给所述制动电机控制单元BMC；
所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
根据本发明提供的一种列车电机械制动***的制动控制方法，所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作，包括：
所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制对所述制动夹钳单元BEC施加的制动力，并获取所述制动夹钳单元BEC反馈的压力数据，以确定对所述制动夹钳单元BEC施加的制动力达到所述停放制动力需求值；
所述制动控制应用软件***BCU_APP向所述制动电机控制单元BMC发送停放制动指令，以供所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动指令，向所述制动夹钳单元BEC施加制动力，并控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
根据本发明提供的一种列车电机械制动***的制动控制方法，所述方法还包括：
在检测到所述制动控制应用软件***BCU_APP与所述制动电机控制单元BMC失去通信连接，或检测到所述制动电机控制单元BMC均与所述制动控制应用软件***BCU_APP、远程输入输出模块RIOM失去通信连接的情况下，所述制动电机控制单元BMC保持制动缓解状态，不对所述制动夹钳单元BEC施加制动力。
根据本发明提供的一种列车电机械制动***的制动控制方法，所述方法还包括：
在检测到所述制动电机控制单元BMC处于丢失故障状态的情况下，所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述丢失故障状态发送给列车控制和管理***TCMS，以在前端显示对应的故障报警信息。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述列车电机械制动***的制动控制方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车电机械制动***的制动控制方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车电机械制动***的制动控制方法。
本发明提供的列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备，通过利用制动控制应用软件***BCU_APP、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC的***架构，使BMC通过力矩电机与BEC连接，BCU_APP输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定所述列车的各转向架车轴的制动力需求值，BMC在该制动控制指令下，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机运行，来驱动制动夹钳单元BEC动作，控制各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态，有效实现了列车的电机械制动功能，并通过软硬件一体化的结合，实现了列车电机械制动的一体化平台***控制架构，极大地提升了列车制动模式下运营的可靠性和安全性。
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是本发明提供的列车电机械制动***的结构示意图；
图2是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之一；
图3是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之二；
图4是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之三；
图5是本发明提供的电子设备的实体结构示意图。
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。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图5描述本发明的列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备。
图1是本发明提供的列车电机械制动***的结构示意图，如图1所示，包括：
列车级制动控制一体化平台1、制动电机控制单元BMC 2和制动夹钳单元BEC 3；列车级制动控制一体化平台1安装有制动控制应用软件***BCU_APP 4；制动电机控制单元BMC 2通过力矩电机5与制动夹钳单元BEC 3连接；
制动控制应用软件***BCU_APP 4用于输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定列车的各转向架车轴的制动力需求值；
制动电机控制单元BMC 3用于响应于制动控制指令，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机5运行；
制动夹钳单元BEC 3用于在力矩电机5的驱动作用下，控制各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态。
具体地，在本发明的实施例中，列车电机械制动***中，构建列车级制动控制一体化平台，该一体化平台采用基于时间敏感网络(Time-Sensitive Network，TSN)双环网的骨干网通讯架构，能够满足电机械制动的安全通讯需求，其用于硬线I/O控制、速度采集和轮径计算以及紧急牵引模式制动相关功能。
列车级制动控制一体化平台安装有制动控制(Brake Control Unit，BCU)应用软件***BCU_APP，其用于实现一体化平台的通信控制器(Communication Control Unit，CCU)功能。具体实施过程中，BCU_APP可以部署于列车首尾两端由一体化平台分配的CCU处理器内，负责整列车的制动力分配及逻辑控制相关的指令，功能定位类似于传统空气制动***的网关阀单元；制动电机控制单元(Brake Mechanical Controller，BMC)负责本地的制动力执行控制，响应BCU_APP的制动控制指令，执行相关的控制动作，类似于传统的智能阀相关功能实现。制动夹钳单元(Brake Electrical Caliper unit，BEC)为机械执行单元，可以由力矩电机、丝杆螺母、轴承、称重传感器、温度传感器、离合器以及机械夹钳等其它零部件组成的实现制动力施加和缓解的末端机构。
可选地，制动电机控制单元BMC可以包括：
核心处理单元、存储电路、力传感器检测电路、速度检测电路、电机温度检测电路、离合器控制电路、电机驱动电路。
在本发明的实施例中，当列车进行制动时，TCMS会将采集到的制动控制指令传递给BCU_APP，由此通过BCU_APP输出制动控制指令，BCU_APP还将根据列车当前运行情况，计算出列车的各转向架车轴的制动力需求值，之后，将制动控制指令和确定的各转向架车轴的制动力需求值发送给BMC，BMC响应于该制动控制指令，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机运行，驱动BEC运转，在力矩电机的驱动作用下，BEC将控制列车的各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态。
本发明实施例的列车电机械制动***，通过利用制动控制应用软件***BCU_APP、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC的***架构，使BMC通过力矩电机与BEC连接，BCU_APP输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定所述列车的各转向架车轴的制动力需求值，BMC在该制动控制指令下，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机运行，来驱动制动夹钳单元BEC动作，控制各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态，有效实现了列车的电机械制动功能，并通过软硬件一体化的结合，实现了列车电机械制动的一体化平台***控制架构，极大地提升了列车制动模式下运营的可靠性和安全性。
在本发明的实施例中，列车级制动控制一体化平台采用TSN通信骨干网络与制动电机控制单元BMC融合，不设置独立的制动***内网。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，列车级制动控制一体化平台还包括远程输入输出模块RIOM；
远程输入输出模块RIOM与制动电机控制单元BMC之间基于TSN网络的列车实时数据协议(Train Real-time Data Protocol，TRDP)进行数据通信；
制动电机控制单元BMC还用于采集紧急制动硬线指令，并在紧急制动硬线使能的情况下，根据预存的紧急制动曲线，确定列车的最大紧急制动力，以使制动夹钳单元BEC根据最大紧急制动力进行制动，直至列车停车；
远程输入输出模块RIOM用于在列车处于零速，且紧急制动硬线未使能的情况下，向制动电机控制单元BMC发送TRDP控制指令，以解除列车的紧急制动状态。
具体地，在本发明的实施例中，列车电机械制动***以采用TSN网络为主，编码硬线备用的控制方式(紧急牵引信号除外，紧急牵引硬线优先，网络信号中无紧急牵引指令)。列车级制动控制一体化平台中嵌入有RIOM模块，RIOM的功能包括：(1)速度采集和轮径校验；(2)BCU_APP所有的DI采集和DO输出；RIOM统一采集紧急牵引时制动***所需要的硬线，并生成控制指令发送至BMC。(RIOM承担的功能由一体化平台实现，电机械制动***接收和响应响应的指令和测速信息即可)。
在本发明的实施例中，BCU_APP与BMC之间、RIOM与BMC之间均可以通过基于TSN网络的TRDP实时协议进行数据通信；BMC单元可以直接采集紧急制动硬线信号，保证紧急制动功能的高安全等级。
具体来说，BCU_APP采用XML作为配置文件，以支持对多编组列车的灵活适配；BMC在网络控车模式下，接收BCU_APP、RIOM的TRDP控制指令和共享测速信息，并通过TRDP通道上传BMC状态反馈信息给BCU_APP；BMC单元在紧急牵引硬线控车模式下，接收并响应RIOM的TRDP控制指令和共享测速信息，在BCU_APP控制信息有效的情况下，优先采集BCU_APP的控制命令。
在本发明的实施例中，BMC具备直接采集紧急制动硬线指令的能力，使得在RIOM的TRDP网络控制指令有效的情况下，BMC优先采集RIOM的网络控制指令，反之，则直接采集紧急制动硬线指令，并在紧急制动硬线使能时，根据BMC内部存储的紧急制动曲线，施加最大紧急制动力，直至列车停车。在列车零速时，紧急制动硬线由使能转为未使能时，如果接收到有效的RIOM的TRDP网络控制指令，则采集网络控制指令，以便司机操控列车解除列车的紧急制动状态。
本发明实施例的***，通过设定制动电机控制单元BMC与RIOM、BCU_APP之间的多级指令采集逻辑，可以针对不同通信场景，有效实现对列车紧急制动的安全控制。
下面对本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法进行描述，下文描述的列车电机械制动***的制动控制方法与上文描述的列车电机械制动***实施例可相互对应参照。
在本发明的实施例中，列车电机械制动***采用与一体化平台深度融合的架构设计方式，BCU_APP负责整列车的相关功能逻辑实现，包括常用制动、快速制动、保持制动、停放制动、故障隔离、载荷调整、冲动限制、摩擦制动配合补偿、故障诊断、数据记录、救援与回送、制动重故障、可配置紧急制动等；BMC负责制动夹钳压力控制、防滑检测与控制、紧急制动施加/缓解、停放制动施加、数据采集记录等功能；TCMS负责机电制动联合控制、制动控制指令源输出、故障记录等；一体化平台中的RIOM负责硬线I/O控制、速度采集和轮径计算、紧急牵引模式相关硬线信息的输出等。
图2是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之一，其可以应用于前面所述的列车电机械制动***，如图2所示，该方法包括：步骤210，步骤220，步骤230和步骤240。
步骤210，列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定列车所需的制动力总需求值；
步骤220，列车控制和管理***TCMS将列车所需的制动力总需求值和列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；各转向架的电制力是基于列车所需的制动力总需求值确定的；
步骤230，制动控制应用软件***BCU_APP根据列车所需的制动力总需求值和列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定各转向架上车轴的制动力需求值；
步骤240，制动控制应用软件***BCU_APP将各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，制动电机控制单元BMC根据各转向架上车轴的制动力需求值对各转向架的车轴施加制动，直至列车停车。
本实施例所述的列车电机械制动***的制动控制方法可以应用于上述列车电机械制动***实施例中，其原理和技术效果类似。
具体地，在本发明的实施例中，列车电机械制动***采用一体化平台的TSN数据传输网络、RIOM硬线采集单元和SDU共享测速单元，实现了BCU_APP与BMC单元的指令信息交互，BCU_APP与BMC单元通讯采用实时TRDP协议，通讯周期为30ms。BCU_APP采用XML配置文件，实现BMC多配置单元的灵活控制。电机械制动***硬线采集信息和共享测速信息由一体化平台的RIOM单元实现，通过TSN网络的两包TRDP数据包传输给BMC单元，用于实现紧急牵引模式下的控车逻辑。
紧急制动硬线信息除由RIOM采集外，也会由BMC直采，以实现紧急制动的高安全等级需求。BMC会优先采信网络信号，在网络信号异常时，采信自采的硬线信息，并启动紧急制动控车，直至将列车刹停。
本发明实施例所描述的第一制动指令可以包括常用制动指令和快速制动指令。
本发明实施例所描述的预设减速度根据制动模式不同，可以分为常用制动下的预设减速度，以及快速制动下的预设减速度。
本发明实施例所描述的制动力总需求值包括电制动力总需求值和机械制动力总需求值。
在列车进行常用制动时，头车CCU接收制动指令并计算目标减速度，通过空气压力传感器获取各转向架载重，结合其它参数计算全列车所需制动力。根据电制动优先原则进行电制动和摩擦制动的配合控制，并将所需摩擦制动力进行分配，分别通过每根轴上的制动电机控制单元BMC控制每个电机械制动夹钳单元BEC施加制动。常用制动具备冲动限制及防滑功能。
关于冲动限制功能，当制动控制装置接收到“阶跃式”的制动指令信号时，能够按“缓升式”方式输出制动力，以确保旅客乘车的舒适性。为了保证乘客乘车舒适性，在制动或缓解过程中要控制制动力上升和下降的快慢。此功能可使制动力的输出平滑，保证列车纵向冲动不大于0.75m/s3，提高乘客乘车舒适性。BCU_APP会对下发给每个轴控单元的制动力做冲动限制防护；BMC单元则会在紧急牵引模式和紧急制动模式下，自行进行冲动限制防护处理。BMC单元在防滑后的机械制动力输出环节也有冲动限制要求。
关于防滑功能，列车电机械制动***基于速度差、减速度和滑移率等判据进行滑行检测和控制，防滑时采取轴控方式，制动控制装置判定滑行状态出现后按照设定的模式执行“减力”、“保持”、“增力”程序，使制动执行单元输出力减小、保持和恢复。防滑控制算法采用模块化设计，部署到BMC单元实现(后期具备上移至RIOM单元的可行性)。防滑控制算法的轴速信息由一体化平台的RIOM共享测速单元提供，共享测速单元的通讯周期为30ms，内部采样周期为3ms，采用不少于10个周期的平滑滤波，BMC单元可直接使用该轴速信息。
其中，常用制动采用“等黏着”原则，优先使用动车轴的动力制动，在动力制动不足时，拖车摩擦制动优先补足控制；在动车轴动力制动与拖车轴摩擦制动值相等时，动车轴动力制动不足的部分，由动车轴的摩擦制动力进行补偿；之后动车轴和拖车轴的制动力将始终保持平衡分配的“等黏着”控制策略，直至停车，切换为保持制动状态。
图3是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之二，如图3所示，在本发明的实施例中，列车控制和管理***TCMS响应于司控台输入的常用制动指令或快速制动指令，可以根据常用制动下的预设减速度、列车载重以及各转向架机械制动能力值等信息，计算列车整车所需的制动力总需求值(KN)；或者，根据快速制动下的预设减速度、列车载重以及各转向架机械制动能力值等信息，计算列车整车所需的制动力总需求值(KN)。其中，各转向架机械制动能力值可以由BCU_APP根据列车的当前速度计算得到。
接着，由TCMS根据机电混合制动分配情况，遵从冲动限制要求，将列车所需的制动力总需求值中的电制动力需求值分配给牵引***(Drive Control Unit，DCU)应用软件***DCU_APP，DCU_APP根据列车所需的制动力总需求值中的电制动力需求值，计算列车的各转向架的电制力。
然后，TCMS将列车所需的制动力总需求值和列车的各转向架的电制力发送给BCU_APP，BCU_APP获取列车所需的制动力总需求值中的机械制动力需求值和列车的各转向架的电制力，计算各转向架车轴的摩擦制动预补偿量进行制动力补偿，从而确定各转向架上车轴的制动力需求值。
进一步地，BCU_APP将各转向架上车轴的制动力需求值发送给BMC，BMC根据各转向架上车轴的制动力需求值对各转向架的车轴施加制动，直至列车停车。
本发明实施例的列车电机械制动***的制动控制方法，通过利用制动控制应用软件***BCU_APP、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC的***架构，使BMC通过力矩电机与BEC连接，BCU_APP输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定所述列车的各转向架车轴的制动力需求值，BMC在该制动控制指令下，根据各转向架车轴的制动力需求值，控制力矩电机运行，来驱动制动夹钳单元BEC动作，控制各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态，有效实现了列车的电机械制动功能，并通过软硬件一体化的结合，实现了列车电机械制动的一体化平台***控制架构，极大地提升了列车制动模式下运营的可靠性和安全性。
此外，在本发明的实施例中，列车电机械制动***根据列车速度进行判断，当列车速度低于0.5km/h时自动施加，所施加的制动力应能确保AW3载荷及最大坡道下列车不发生溜车。当司控器处于牵引位且列车速度大于1.5km/h后，保持制动自动缓解。保持制动功能是电机械制动***BMC单元自动施加的一种制动控制模式，不再由TCMS等整车指令进行操控。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，该方法还包括：
在确定列车已停车的情况下，列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第二制动指令，将第二制动指令发送给制动控制应用软件***BCU_APP；
制动控制应用软件***BCU_APP在收到第二制动指令后，计算列车的停放制动力需求值，并将停放制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC；
制动电机控制单元BMC根据停放制动力需求值，控制制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
具体地，本发明实施例所描述的第二制动指令指的是列车停放制动指令，用于控制施加制动力，保证列车在乘客超载AW3载荷、最大坡道和最大风力影响下不溜车。
在本发明的实施例中，在确定列车已停车的情况下，TCMS可以响应于司控台用户输入的停放制动指令，并将该停放制动指令发送给BCU_AP，以供BCU_APP在收到该停放制动指令后，计算列车的停放制动力需求值，并将停放制动力需求值进一步发送给BMC单元，BMC根据BCU_APP计算好的停放制动力需求值，控制BEC驱动制动夹钳动作，执行停放制动机械动作。
基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，制动电机控制单元BMC根据停放制动力需求值，控制制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作，包括：
制动电机控制单元BMC根据停放制动力需求值，控制对制动夹钳单元BEC施加的制动力，并获取制动夹钳单元BEC反馈的压力数据，以确定对制动夹钳单元BEC施加的制动力达到停放制动力需求值；
制动控制应用软件***BCU_APP向制动电机控制单元BMC发送停放制动指令，以供制动电机控制单元BMC根据停放制动指令，向制动夹钳单元BEC施加制动力，并控制制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
具体地，在本发明的实施例中，可以设置与BEC连接的机械制动单元(BrakeMechanical Unit，BMU)，BMU与各转向架车轴机械连接，利用BMU设置的压力传感器，可以实时监测各转向架车轴的轴制动力值，由此，BEC可以获取这些轴制动力压力数据，并将这些压力数据进一步实时反馈给BMC。
因此，在本发明的实施例中，在BMC根据停放制动力需求值，控制对BEC施加的制动力，可以同时获取到BEC反馈的压力数据，进而BMC可以确定对BEC施加的制动力是否达到停放制动力需求值。
进一步地，在本实施例中，BMC确定对BEC施加的制动力已达到停放制动力需求值之后，可以将该结果发送给BCU_APP，BCU_APP确定对BEC施加的制动力已达到停放制动力需求值之后，向BMC发送停放制动指令，BMC接收到停放制动指令后，向BEC施加制动力，并控制BEC执行停放制动机械动作。
本发明实施例的方法，通过设定对BEC施加的制动力压力数据实时反馈机制，可以按照停放制动力需求值，精确控制施加的制动力达到，实现对列车停放制动功能的精细控制，提升***停放制动功能的可靠性和稳定性。
图4是本发明提供的列车电机械制动***的制动控制方法的流程示意图之三，如图4所示，其为列车停放制动场景下的控制信令图，在本实施例中，在确定列车已停车(速度V＝0)的情况下，TCMS响应于用户输入的列车停放制动指令，将该制动指令发送给BCU_APP。BCU_APP在收到停放制动指令后，判断列车已停车，则计算和设定列车的停放制动力需求值，并将确定好的停放制动力需求值发送给BMC，BMC根据停放制动力需求值，控制电机执行制动力施加，驱动BEC控制制动夹钳动作。
进一步地，在本实施例中，通过与BEC连接的机械制动单元(Brake MechanicalUnit，BMU)中的压力传感器，实时监测各转向架车轴的轴制动力值，并将压力传感器采集的轴制动力值实时反馈给BMC，BMC在确定轴制动力达到设定的停放制动力需求值后，将该结果转发给BCU_APP，BCU_APP根据该结果，向BMC再次发送停放制动指令，BMC接收到停放制动指令后，控制BEC执行停放制动机械动作。
最后，BMC采集到BEC停放制动已施加后，将该状态信息转发给BCU_APP，BCU_APP再将BEC停放制动已施加的状态信息转发给TCMS，至此列车停放制动功能执行完毕。
本发明实施例的方法，通过TCMS响应列车停放制动指令，通知BCU_APP，计算和设定列车的停放制动力需求值，并将停放制动力需求值发送给BMC，使BMC根据停放制动力需求值，控制BEC执行停放制动机械动作，进一步实现了列车电机械制动一体化平台***下的停放制动功能，有效提升了列车制动运行的安全性。
此外，在本发明的实施例中，列车电机械制动***对停放制动在特定情形下的手动缓解设计了三级保障。
当列车在线上运行中突发故障，在停车实施停放制动后需要救援或重新牵引时，由于此时电机械制动***备用电池电量充足，停放制动可通过司机室按钮正常缓解。
当列车由于在库内长期停放导致电机械制动***备用电池失电时，可通过库内供电装置对全列车供电，然后在司机室操作缓解。
在极端情况下，当个别电机械夹钳单元出现机械故障等造成无法缓解时，可采用机械方式对故障的夹钳单元直接手动强制退回，实现缓解。
在本发明的实施例中，紧急制动作用方式为失电有效，采用纯摩擦制动的制动方式。不管是什么原因(司机室紧急制动按钮触发、乘客车厢紧急制动触发、车厢火警触发、车辆完整性丢失等)引起的紧急制动，所有车辆以紧急制动率制动。紧急制动通过BMC中的紧急制动控制模块进行制动力的施加，具备冲动限制、空重车调整和防滑功能。紧急制动一旦触发，自动切除电制动并施以零速连锁，在车辆完全停止前不能被取消。
为了提升紧急制动的安全等级，紧急制动硬线信息由RIOM和BMC同时采集，BMC采用网络信号优先的控制策略，在网络指令有效的情况下，执行网络指令信息(硬线信号需要进行滤波处理，防止误操作)。
在实施紧急制动时，电制动被自动切除，全部制动力由空气制动独立承担。
在本发明的实施例中，紧急制动作用时，将产生以下系列连锁要求：紧急制动发生后，在列车完全停止前不允许缓解制动(零速联锁，以防止车辆减速过程中重新起动)；不管是什么原因引起的紧急制动，所有车辆必须以紧急制动减速度减速；所有的逆变器的供电电源立即中断，逆变器封锁，直到列车完全停下来为止(零速联锁)；在整个停车过程中，紧急电气列车线环路中断。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车故障隔离的功能逻辑实现。
可选地，该方法还包括：
在检测到制动控制应用软件***BCU_APP与制动电机控制单元BMC失去通信连接，或检测到制动电机控制单元BMC均与制动控制应用软件***BCU_APP、远程输入输出模块RIOM失去通信连接的情况下，制动电机控制单元BMC保持制动缓解状态，不对制动夹钳单元BEC施加制动力。
在检测到制动电机控制单元BMC处于丢失故障状态的情况下，制动控制应用软件***BCU_APP将丢失故障状态发送给列车控制和管理***TCMS，以在前端显示对应的故障报警信息。
具体地，在本实施例中，司机控制器可通过HMI操控界面实现单车、转向架、轴的制动隔离及停放制动的隔离，并通过网络上报隔离状态，HMI实时显示各轴BMC单元的运行状态信息。被隔离的轴，BEC将保持制动缓解状态，不再参与制动过程。
若BMC单元与BCU_APP失去网络通信连接，变成网络控车模式下制动资源“孤岛”，则该BMC单元保持制动缓解状态，不再对BEC施加任何制动力。
若BMC单元与BCU_APP、RIOM均失去通讯连接，则该BMC单元将始终保持制动缓解状态，紧急牵引模式下也丧失制动能力。BMC单元无论在何种控制方式下，均能够响应紧急制动命令。
在一些实施例中，BCU_APP检测到某BMC单元丢失，会上传故障状态给TCMS，从而在HMI显示终端提示报警信息，建议隔离故障轴。
本发明实施例的方法，通过考虑BMC与BCU_APP、RIOM之间通信连接丢失的应急情况，设定BMC单元保持制动缓解状态的策略，实现了列车电机械制动一体化平台***下的列车故障隔离功能，进一步提升了列车制动运行的安全性。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车载荷调整的功能逻辑实现。一体化平台的RIOM采集四路AS载荷传感器压力，之后换算为车重，用于制动力计算。在AW0、AW2、AW3的范围内，空簧压力将被线性的对应为动态载荷。载重计算公式定义为一阶线性函数，特征参数由主机厂提供给制动***并在BCU中储存。其中，AW指的是列车载荷，AW0表示空载，AW1表示每位乘客都有座位，AW2表示每平方米6人，AW3表示每平方米9人。
常用制动中，一个ASP传感器故障(如空簧破裂/载荷传感器输出小于空车车重信号/载荷传感器输出大于超员车重信号等)，则把它的值设置为该转向架上另一个ASP传感器的读取值。同一转向架上的2个ASP传感器都故障，则把这个转向架的空簧压力设置为同一车上另一个转向架的ASP值。若一个车上的所有ASP传感器故障，则使用一个预先设定值(如超员载重量)作为替代。故障分为两种：传感器无效以及回差20kPa。其中，车辆的载荷信号在列车静止时采集(最佳时间在车门关闭，牵引信号产生之前，信号需进行滤波处理)。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车摩擦制动的配合与补偿的功能逻辑实现。
为改善在停车以前电制动力趋于消失时或由于网压过高电制动切除时，电机械摩擦制动反应可能滞后的问题，在制动开始后即施加预压力控制消除间隙，保证在电制动开始下降的瞬间摩擦制动即开始上升。理论上在这个过程中总制动力不变。
BCU_APP将制动指令信息下发给BMC单元，BMC在收到制动状态后，则施加预压力控制消除间隙。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车制动力不缓解故障检测的功能逻辑实现。
***的制动状态有紧急制动/快速制动/常用制动/保持制动/停放制动指令，当***不处于上述任何一种状态，但电机械制动称重传感器反馈值大于某值，则判定为“制动不缓解”状态。
BCU_APP根据当前的制动状态，在固定时间周期内，如果电机械制动称重传感器反馈值异常，则判定为“制动不缓解”，并向TCMS申请切除该轴。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车制动力已施加状态检测的功能逻辑实现。
当***处于紧急制动或快速制动或常用制动或保持制动状态时，***检测电机械制动推出力反馈值大于预设阈值，则判定为“制动力已施加”状态。
BCU_APP计算各轴称重传感器反馈回的实际制动力施加反馈值，当制动力实际施加值之和等于机械制动力需求值，则返回“制动力已施加”状态。
在本发明的实施例中，BCU_APP还负责整列车停放制动已施加状态检测的功能逻辑实现。
当列车停稳，并处于保持制动状态时，此时停放制动按钮动作，TCMS会将采集到的停放制动指令传递给BCU_APP，BCU_APP将停放制动指令转发给各BMC单元。
BMC单元收到停放制动指令，操作离合器动作，卡死刹车制动位(掉电保持)后，置位保持制动已缓解状态位，置位停放制动已施加状态位。
在本发明的实施例中，列车电机械制动***还可以实现救援与回送功能。机车连挂地铁列车进行救援的情况下，被救援车的一体化平台采集列车管(Brake Pipe，BP)的压力信号，根据其压力信号变化控制地铁列车的电机械制动施加和缓解。
在同类型车救援或装备微机控制直通电空制动***的列车救援时，需要将救援车和被救援车的紧急制动安全环路、常用制动指令线相连，以传输制动指令。
采用电机械制动***的被救援地铁列车在救援回送过程中不需要救援车辆提供压缩空气，如需在被救援车上进行制动施加与缓解操作则需对其供电。
在本发明的实施例中，列车电机械制动***还可以实现自检功能。列车电机械制动***的自检由CCU发起并且包含常用制动检测、紧急制动检测和停放制动检测。自检功能由BCU_APP主控实施，BMC被动执行，并将状态反馈给BCU_APP后，由BCU_APP判断执行结果。
自检期间将会缓解制动，停放制动也处于缓解状态。因此在进行自检时，必须控制自检开始的顺序，确保不缓解超过50％的制动。
电机械制动***的每个自检结果都能识别出故障的位置信息。
当满足下列条件时开始制动检测，条件包括：当前没有制动检测，且没有施加紧急制动，且收到自检指令，且列车静止，且停放制动缓解(故自检应该以半列车为单位交替执行，当前半列车执行自检期间，另半列车应保持停放制动施加)。
制动检测可以包括：检测电机动作和压力传感器的一致性；紧急制动状态检测；检查非永久性和永久性存储器的存储数据；设备应定期做压力传感器校准检测等；检测速度传感器可用性和蓄电池供电检测。
在本发明的实施例中，列车电机械制动***还可以实现数据日志与数据存储的功能。列车电机械制动***具有故障日志和数据存储功能，可对所有制动设备数据进行记录和存储，包括但不限于故障发生前后一定时间段内的数据。BCU_APP采集的故障处理信息，则通过一体化平台，记录到数据记录仪ERM单元中。
电机械制动控制装置(BCU)将制动状态信息、防滑控制信息及故障诊断信息通过ETH串口发给TCMS，具体制动状态信息与故障诊断信息包括常用制动、紧急制动、防滑控制等信息，也包括空簧压力、车重、制动缸压力、相应压力传感器故障、制动施加状态、紧急制动已施加、轴速、防滑激活等信息。
电机械制动控制装置能够进行制动滑行和防滑控制故障信息的存储及下载。电机械制动控制装置通过列车骨干网进行集中维护，可通过该以太网口读取电机械制动控制装置的故障信息与状态信息。同时，该维护以太网接口可以对电机械制动设备进行程序和参数的更新。电机械制动设备存储的故障信息至少包括故障发生时刻前后10s的指令和状态数据。
图5是本发明提供的电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行上述各方法所提供的列车电机械制动***的制动控制方法，包括：列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定所述列车所需的制动力总需求值；列车控制和管理***TCMS将所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；所述各转向架的电制力是基于所述列车所需的制动力总需求值确定的；所述制动控制应用软件***BCU_APP根据所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定所述各转向架上车轴的制动力需求值；所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，所述制动电机控制单元BMC根据所述各转向架上车轴的制动力需求值对所述各转向架的车轴施加制动，直至所述列车停车。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过平台功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以平台产品的形式体现出来，该计算机平台产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的列车电机械制动***的制动控制方法，包括：列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定所述列车所需的制动力总需求值；列车控制和管理***TCMS将所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；所述各转向架的电制力是基于所述列车所需的制动力总需求值确定的；所述制动控制应用软件***BCU_APP根据所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定所述各转向架上车轴的制动力需求值；所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，所述制动电机控制单元BMC根据所述各转向架上车轴的制动力需求值对所述各转向架的车轴施加制动，直至所述列车停车。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的列车电机械制动***的制动控制方法，包括：列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定所述列车所需的制动力总需求值；列车控制和管理***TCMS将所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；所述各转向架的电制力是基于所述列车所需的制动力总需求值确定的；所述制动控制应用软件***BCU_APP根据所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定所述各转向架上车轴的制动力需求值；所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，所述制动电机控制单元BMC根据所述各转向架上车轴的制动力需求值对所述各转向架的车轴施加制动，直至所述列车停车。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助平台加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以平台产品的形式体现出来，该计算机平台产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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)
1.一种列车电机械制动***，其特征在于，包括：
列车级制动控制一体化平台、制动电机控制单元BMC和制动夹钳单元BEC；所述列车级制动控制一体化平台安装有制动控制应用软件***BCU_APP；所述制动电机控制单元BMC通过力矩电机与所述制动夹钳单元BEC连接；
所述制动控制应用软件***BCU_APP用于输出制动控制指令，并基于列车当前运行情况，确定所述列车的各转向架车轴的制动力需求值；
所述制动电机控制单元BMC用于响应于所述制动控制指令，根据所述各转向架车轴的制动力需求值，控制所述力矩电机运行；
所述制动夹钳单元BEC用于在所述力矩电机的驱动作用下，控制所述各转向架车轴对应的制动夹钳动作，使列车进入制动状态。
2.根据权利要求1所述的列车电机械制动***，其特征在于，所述列车级制动控制一体化平台还包括远程输入输出模块RIOM；
所述远程输入输出模块RIOM与所述制动电机控制单元BMC之间基于TSN网络的TRDP实时协议进行数据通信；
所述制动电机控制单元BMC还用于采集紧急制动硬线指令，并在紧急制动硬线使能的情况下，根据预存的紧急制动曲线，确定列车的最大紧急制动力，以使所述制动夹钳单元BEC根据所述最大紧急制动力进行制动，直至列车停车；
所述远程输入输出模块RIOM用于在列车处于零速，且所述紧急制动硬线未使能的情况下，向所述制动电机控制单元BMC发送TRDP控制指令，以解除列车的紧急制动状态。
3.一种应用于权利要求1-2任一项所述的列车电机械制动***的制动控制方法，其特征在于，包括：
列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第一制动指令，根据预设减速度和列车载重，确定所述列车所需的制动力总需求值；
列车控制和管理***TCMS将所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力发送给制动控制应用软件***BCU_APP；所述各转向架的电制力是基于所述列车所需的制动力总需求值确定的；
所述制动控制应用软件***BCU_APP根据所述列车所需的制动力总需求值和所述列车的各转向架的电制力，确定各转向架车轴的摩擦制动补偿量，以确定所述各转向架上车轴的制动力需求值；
所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述各转向架上车轴的制动力需求值发送给制动电机控制单元BMC，所述制动电机控制单元BMC根据所述各转向架上车轴的制动力需求值对所述各转向架的车轴施加制动，直至所述列车停车。
4.根据权利要求1所述的列车电机械制动***的制动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定所述列车已停车的情况下，列车控制和管理***TCMS响应于用户输入的第二制动指令，将所述第二制动指令发送给所述制动控制应用软件***BCU_APP；
所述制动控制应用软件***BCU_APP在收到所述第二制动指令后，计算所述列车的停放制动力需求值，并将所述停放制动力需求值发送给所述制动电机控制单元BMC；
所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
5.根据权利要求4所述的列车电机械制动***的制动控制方法，其特征在于，所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作，包括：
所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动力需求值，控制对所述制动夹钳单元BEC施加的制动力，并获取所述制动夹钳单元BEC反馈的压力数据，以确定对所述制动夹钳单元BEC施加的制动力达到所述停放制动力需求值；
所述制动控制应用软件***BCU_APP向所述制动电机控制单元BMC发送停放制动指令，以供所述制动电机控制单元BMC根据所述停放制动指令，向所述制动夹钳单元BEC施加制动力，并控制所述制动夹钳单元BEC执行停放制动机械动作。
6.根据权利要求3-5任一项所述的列车电机械制动***的制动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在检测到所述制动控制应用软件***BCU_APP与所述制动电机控制单元BMC失去通信连接，或检测到所述制动电机控制单元BMC均与所述制动控制应用软件***BCU_APP、远程输入输出模块RIOM失去通信连接的情况下，所述制动电机控制单元BMC保持制动缓解状态，不对所述制动夹钳单元BEC施加制动力。
7.根据权利要求3-5任一项所述的列车电机械制动***的制动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在检测到所述制动电机控制单元BMC处于丢失故障状态的情况下，所述制动控制应用软件***BCU_APP将所述丢失故障状态发送给列车控制和管理***TCMS，以在前端显示对应的故障报警信息。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求3至7任一项所述列车电机械制动***的制动控制方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求3至7任一项所述列车电机械制动***的制动控制方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求3至7任一项所述列车电机械制动***的制动控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311094671.4A CN117141438A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311094671.4A CN117141438A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 列车电机械制动***、制动控制方法及电子设备 |
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| CN117141438A true CN117141438A (zh) | 2023-12-01 |
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ID=88898054
Family Applications (1)
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2023
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