一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置与流程

本发明涉及车辆防滑技术领域，尤其涉及一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置。

背景技术：

铁道车辆基本采用复合制动的制动方式，即通常优先使用电制动，如果制动力不足，再补充空气制动。电制动和空气制动受制于当前轮轨间的粘着系数，当制动力超过轮轨间粘着力时，车轮即会在轨道上发生滑行。制动力越大，轮轨条件越差，就越容易发生车轮滑行。

如果不减少施加在车轮上的制动力，滑行将会更一步加剧，进而可能导致车轮抱死，引起车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤超过一定程度并且车辆继续运行时，车轮将在擦伤处与轨道产生强烈的振动，可能导致车轮、车轴和轨道损伤，产生危险事故。

目前市面上的防滑控制装置线缆数量较多，布线较为复杂，且难以根据实际需求增加硬件功能。在车轮与轨道出现滑行时，控制方式也不灵活，不能快速的减小制动力，消除滑行。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置，在每个车轴上集成防滑控制模块，实现单轴防滑控制，可以快速地减小制动力，消除滑行，还可以减少车辆布线，根据不同车辆的配置需求增加硬件。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种铁道车辆用分布式防滑控制方法，所述分布式防滑控制方法包括：

第一车轮上设置的速度传感器获取所述第一车轮的车轮速度信息，并发送给所述第一车轮的防滑微控制器；所述防滑微控制器具有防滑微控制器id；所述车轮速度信息包括车轮id、车轮速度和时间数据；

所述第一车轮的防滑微控制器的控制处理器获取当前时间的第一车轮的第一车轮速度，和第一历史时间的第一车轮的第二车轮速度；所述第一历史时间在当前时间之前，且相差一个预设时间间隔；

所述控制处理器计算所述第二车轮速度和第一车轮速度的差值，并计算所述差值与所述预设时间间隔的比值，得到在所述第一历史时间与当前时间之间的预设时间间隔内所述第一车轮的速度变化率；

所述控制处理器根据所述第一车轮速度与预设速度修正值的差值，得到当前时间的当量车速；

检测所述防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态是否正常；

当所述通讯状态正常时，所述防滑控制主机的主机处理器获取当前时间所有车轮的车轮速度，并进行排序处理，确定排序后数值最大的所述车轮速度为当前时间的车辆速度,并发送给所有防滑微控制器的控制处理器；

所述控制处理器根据所述车辆速度和所述当量车速中较大的一个，与所述第一车轮速度的差值，得到第一车轮速度差；

当所述第一车轮速度差大于或等于第一预设阈值和/或所述速度变化率小于第二预设阈值时，所述控制处理器生成排风控制指令，并根据所述排风控制指令向所述第一车轮对应的防滑阀输出排风控制信号，用以设置所述防滑阀的工作模式为排风模式。

优选的，所述检测所述防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态是否正常具体为：

所述防滑控制主机的主机通讯模块接收第一车轮的防滑微控制器的通讯模块发送的所述车轮速度信息，并生成反馈信号；

所述主机通讯模块根据所述第一车轮的防滑微控制器的防滑微控制器id将所述反馈信号反馈给所述防滑微控制器的通讯模块；

当所述通讯模块在预设接收时间内接收到所述反馈信号，确定所述防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态正常；

当所述通讯模块在预设接收时间内未接收到所述反馈信号，确定所述防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态异常。

进一步优选的，当所述通讯状态异常时，所述分布式防滑控制方法还包括：

所述控制处理器根据所述当量车速与所述第一车轮速度的差值，得到第一车轮速度差。

优选的，所述控制处理器生成排风控制指令，并根据所述排风控制指令向所述第一车轮对应的防滑阀输出排风控制信号，用以设置所述防滑阀的工作模式为排风模式具体为：

所述控制处理器生成排风控制指令，并根据所述排风控制指令生成第一电平信号，输出至所述防滑微控制器的第一与门和第二与门；

所述第一与门根据所述控制处理器的第一电平信号和所述防滑微控制器的监控处理器输出的第一电平信号，向所述防滑微控制器的第一防滑阀控制输出模块输出第一电平信号；

所述第二与门根据所述控制处理器的第一电平信号和所述防滑微控制器的监控处理器输出的第一电平信号，向所述防滑微控制器的第二防滑阀控制输出模块输出第一电平信号；

所述第一防滑阀控制输出模块根据所述第一与门的第一电平信号生成第一通电控制信号，所述第二防滑阀控制输出模块根据所述第二与门的第一电平信号生成第二通电控制信号；

所述防滑阀根据所述第一通电控制信号和所述第二通电控制信号确定工作模式为排风模式。

进一步优选的，所述分布式防滑控制方法还包括：

所述第一防滑阀输出模块还根据所述第一与门的第一电平信号向所述监控处理器输出排风反馈信号；

所述监控处理器统计所述排风反馈信号的持续时间；

当所述排风反馈信号的持续时间达到预设排风时间阈值时，所述监控处理器将输出的第一电平信号切换为第二电平信号；

所述第一与门根据所述控制处理器的第一电平信号和所述监控处理器的第二电平信号，向所述防滑微控制器的第一防滑阀控制输出模块输出第二电平信号；

所述第二与门根据所述控制处理器的第一电平信号和所述监控处理器的第二电平信号，向所述防滑微控制器的第二防滑阀控制输出模块输出第二电平信号；

所述第一防滑阀控制输出模块根据所述第一与门的第二电平信号生成第一断电控制信号，所述第二防滑阀控制输出模块根据所述第二与门的第二电平信号生成第二断电控制信号；

所述防滑阀根据所述第一断电控制信号和所述第二断电控制信号工作模式从排风模式切换为充风模式。

优选的，在所述控制处理器生成排风控制指令，并根据所述排风控制指令输出排风控制信号之后，所述分布式防滑控制方法还包括：

压力传感器获取所述第一车轮的制动缸的压力数据，发送给所述防滑微控制器的控制处理器；所述压力传感器设置在所述第一车轮的制动缸与所述防滑阀之间的管路上；

当所述压力数据在预设压力时间间隔的变化值大于预设压力变化值时，所述控制处理器生成异常信息，并将所述异常信息发送给所述防滑控制主机。

优选的，所述预设速度修正值根据预设的车辆减速度理论值和所述预设时间间隔的乘积计算得到。

第二方面，用以执行第一方面的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法，提供了一种铁道车辆用分布式防滑控制装置，所述分布式防滑控制装置包括：防滑控制主机、防滑微控制器、防滑阀和速度传感器；

所述防滑控制主机与所述防滑微控制器通过有线或无线方式连接；所述防滑阀和速度传感器分别与所述防滑微控制器相连接，所述速度传感器用于采集所述铁道车辆的车轮的速度信息，所述防滑阀用于消除车轮的滑动。

优选的，所述分布式防滑控制装置还包括：压力传感器；

所述压力传感器与所述防滑微控制器相连接，用于检测所述铁道车辆的车轮的制动缸的压力数据。

优选的，所述防滑控制主机包括主机通讯模块和主机处理器；

所述主机通讯模块与所述主机处理器连接；

所述防滑微控制器包括通讯模块、控制处理器、监控处理器、第一与门、第二与门、第一防滑阀输出模块和第二防滑阀输出模块；

所述通讯模块和所述监控处理器分别与所述控制处理器连接；所述监控处理器的第一输出端与所述第一与门的第一输入端连接，所述控制处理器的第一输出端与所述第一与门的第二输入端连接；所述第一与门的输出端与所述第一防滑阀输出模块的输入端连接；所述第一防滑阀输出模块的第一输出端与所述防滑阀连接，所述第一防滑阀输出模块的第二输出端与所述监控处理器连接；

所述监控处理器的第二输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述控制处理器的第二输出端与所述第二与门的第二输入端连接；所述第二与门的输出端与所述第二防滑阀输出模块的输入端连接；所述第二防滑阀输出模块的输出端与所述防滑阀连接。

本发明实施例提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置，在每个车轴上集成防滑控制模块，实现单轴防滑控制，可以快速地减小制动力，消除滑行，还可以减少车辆布线，根据不同车辆的配置需求增加硬件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置，在每个车轴上集成防滑控制模块，实现单轴防滑控制，可以快速地减小制动力，消除滑行，还可以减少车辆布线，根据不同车辆的配置需求增加硬件。

本发明提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法，是基于一种铁道车辆用分布式防滑控制装置实现的，分布式防滑控制装置的结构示意图如图2所示，包括：防滑控制主机1、防滑微控制器2、压力传感器3、速度传感器4和防滑阀5。

防滑控制主机1与防滑微控制器2通过有线或无线方式连接。压力传感器3，速度传感器4和防滑阀5分别与防滑微控制器2相连接。

压力传感器3设置在防滑阀5与车轮的制动缸之间的管路上，用于检测铁道车辆的车轮的制动缸的压力数据。速度传感器4设置在铁道车辆的车轮上，用于采集铁道车辆的车轮的速度信息。防滑阀5为开关阀，通过两个电磁阀的得电失电切换工作模式，防滑阀5设置在制动缸与防滑微控制器2之间，用于消除车轮的滑动。

具体的，两个电磁阀为充气电磁阀和排气电磁阀。防滑阀的工作模式包括排风模式，保压模式和充风模式。排风模式指的是充气电磁阀和排气电磁阀均得电的情况，制动缸排风，此时制动缸的压力减小；保压模式指的是充气电磁阀得电，排气电磁阀失电的情况，此时制动缸的压力不变；充风模式指的是充气电磁阀失电，排气电磁阀失电的情况，此时制动缸的压力增加。

防滑控制主机1包括主机通讯模块11和主机处理器12。主机通讯模块11与主机处理器12连接。

防滑微控制器2包括通讯模块21、控制处理器22、监控处理器23、第一与门24、第二与门25、第一防滑阀输出模块26和第二防滑阀输出模块27。

通讯模块21和监控处理器23分别与控制处理器22连接。监控处理器23的第一输出端与第一与门24的第一输入端连接，控制处理器22的第一输出端与第一与门24的第二输入端连接，第一与门24的输出端与第一防滑阀输出模块26的输入端连接。第一防滑阀输出模块26的第一输出端与防滑阀5连接，第一防滑阀输出模块26的第二输出端与监控处理器23连接。

监控处理器23的第二输出端与第二与门27的第一输入端连接，控制处理器22的第二输出端与第二与门25的第二输入端连接，第二与门25的输出端与第二防滑阀输出模块27的输入端连接，第二防滑阀输出模块27的输出端与防滑阀5连接。

图1为本发明实施例提供的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法的流程图，示出了发生滑行时，分布式防滑控制装置的防滑控制流程。

步骤101，第一车轮上设置的速度传感器获取第一车轮的车轮速度信息，并发送给第一车轮的防滑微控制器；

具体的，在铁道车辆的轴上安装有测速齿轮，调整速度传感器与齿轮顶部的间隙后，当车轴带动测速齿轮旋转时，测速齿轮切割速度传感器的磁力线产生脉冲信号。每转过齿轮上的一个齿，对应一个脉冲信号，通过对脉冲信号进行捕捉和时间记录，可以根据速度计算公式计算出本轴车轮速度。

速度计算公式为：

其中，v为车轮圆周速度；d为车轮直径，n为测速齿轮齿数，t为测速齿轮转动一个齿的时间。

第一车轮上设置的速度传感器实时获取铁道车辆行驶过程中的车轮速度信息。车轮速度信息包括车轮id、车轮速度和时间数据，例如车轮001，车轮速度36km/h,2020年1月1日9:00:00，并发送给第一车轮对应的防滑微控制器。防滑微控制器也具有防滑微控制器id，例如防滑微控制器001。每个车轮上都设置有一个防滑微控制器，每个防滑微控制器和车轮一一对应。

步骤102，第一车轮的防滑微控制器的控制处理器获取当前时间的第一车轮的第一车轮速度，和第一历史时间的第一车轮的第二车轮速度；

具体的，第一历史时间在当前时间之前，且相差一个预设时间间隔。第一车轮的防滑微控制器的控制处理器获取第一车轮相差一个预设时间间隔的车轮速度，从而能够根据第一车轮两个不同时间的车轮速度进行计算，判断该车轮是否发生滑行。

步骤103，控制处理器计算第二车轮速度和第一车轮速度的差值，并计算差值与预设时间间隔的比值，得到在第一历史时间与当前时间之间的预设时间间隔内第一车轮的速度变化率；

具体的，速度变化率的计算公式为：a＝(v2-v1)/δt。

其中，a为速度变化率，v2为第一车轮的第二车轮速度，v1为第一车轮的第一车轮速度，δt为预设时间间隔。

步骤104，控制处理器根据第一车轮速度与预设速度修正值的差值，得到当前时间的当量车速；

具体的，当量车速的计算公式为：v当＝v轮-a定*δt

v当为当量车速，v轮为车轮速度，a定为设定的车辆变化速率的理论值，δt为预设时间间隔。预设速度修正值为预设的车辆变化速率a定和预设时间间隔δt的乘积。当量车速可以理解为车辆速度的理论值。

步骤105，检测防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态是否正常；

具体的，防滑控制主机的主机通讯模块接收第一车轮的防滑微控制器的通讯模块发送的车轮速度信息，并生成反馈信号。主机通讯模块根据第一车轮的防滑微控制器的防滑微控制器id将反馈信号反馈给防滑微控制器的通讯模块,用以根据在预设接收时间内是否接收到反馈信号，确定防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态是否正常。

当通讯模块在预设接收时间内接收到反馈信号，确定防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态正常，执行步骤106。当通讯模块在预设接收时间内未接收到反馈信号，确定防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态异常，执行步骤108。

步骤106，防滑控制主机的主机处理器获取当前时间所有车轮的车轮速度，并进行排序处理，确定排序后数值最大的车轮速度为当前时间的车辆速度,并发送给所有防滑微控制器的控制处理器；

具体的，防滑控制主机的主机处理器将铁道车辆的所有车轮中车轮速度最大的作为当前时间该铁道车辆的车辆速度。一方面可以快速的检测到车轮的滑行，另一方面可以在车轮发生滑行时，及时对车轮的进行防滑控制，从而消除滑行。

步骤107，控制处理器根据车辆速度和当量车速中较大的一个，与第一车轮速度的差值，得到第一车轮速度差；

具体的，控制处理器将理论计算出的当量车速和实际的车辆速度中较大的一个作为用于计算的车速，并且根据该车速与车轮速度的差值，得到该车轮速度差。将车辆速度和当量车速中较大的一个作为判断车轮滑行的计算参数，可以及时检测到车轮的滑行状态，对车轮进行防滑控制。

步骤108，控制处理器根据当量车速与第一车轮速度的差值，得到第一车轮速度差；

具体的，由于没有将所有车轮的车轮速度信息汇总到防滑控制主机，无法获取作为车辆速度的最大车轮速度，因此第一车轮的速度差是根据理论计算的当量车速作为参数计算得到的。在实际应用中，当量车速一般小于车辆速度，计算出的第一车轮速度差的准确率会降低，导致滑行判断时间较步骤106晚一些。

步骤109，当第一车轮速度差大于或等于第一预设阈值和/或速度变化率小于第二预设阈值时，控制处理器生成排风控制指令，并根据排风控制指令向第一车轮对应的防滑阀输出排风控制信号。具体的，当车轮速度差和车轮的速度变化率中任意一个超出设定的阈值时，控制处理器均判定此时该车轮发生滑行，生成排风控制指令，用以设置防滑阀的工作模式为排风模式，对该车轮进行防滑控制。

在铁道车辆正常加速行驶的情况下，第一车轮的防滑微控制器的控制处理器输出第二电平信号，发送给防滑微控制器的第一与门，和防滑微控制器的第二与门。监控处理器输出第一电平信号，不对控制处理器的输出电平信号进行控制，即第一与门和第二与门的输出电平信号与控制处理器的输出电平信号一致。

在第一车轮发生滑行的情况下，第一车轮的防滑微控制器的控制处理器生成排风控制指令，并根据排风控制指令生成第一电平信号，输出至防滑微控制器的第一与门和第二与门。第一与门根据控制处理器的第一电平信号和防滑微控制器的监控处理器输出的第一电平信号，向防滑微控制器的第一防滑阀控制输出模块输出第一电平信号。第二与门根据控制处理器的第一电平信号和防滑微控制器的监控处理器输出的第一电平信号，向防滑微控制器的第二防滑阀控制输出模块输出第一电平信号。第一防滑阀控制输出模块根据第一与门的第一电平信号生成第一通电控制信号，第二防滑阀控制输出模块根据第二与门的第一电平信号生成第二通电控制信号。防滑阀根据第一通电控制信号和第二通电控制信号确定工作模式为排风模式。

其中，第一防滑阀输出模块用于控制充气电磁阀的得电失电，第二防滑阀控制输出模块用于控制排气电磁阀的得电失电。通过充气电磁阀和排气电磁阀的组合，实现防滑阀的多种工作模式。

第一防滑阀输出模块还根据第一与门的第一电平信号向监控处理器输出排风反馈信号。监控处理器统计排风反馈信号的持续时间，当排风反馈信号的持续时间达到预设排风时间阈值时，为避免制动力损失时间过长，监控处理器对控制处理器输出的电平信号进行干预。监控处理器将输出的第一电平信号切换为第二电平信号。第一与门根据控制处理器的第一电平信号和监控处理器的第二电平信号，向防滑微控制器的第一防滑阀控制输出模块输出第二电平信号。第二与门根据控制处理器的第一电平信号和监控处理器的第二电平信号，向防滑微控制器的第二防滑阀控制输出模块输出第二电平信号。第一防滑阀控制输出模块根据第一与门的第二电平信号生成第一断电控制信号，第二防滑阀控制输出模块根据第二与门的第二电平信号生成第二断电控制信号。防滑阀根据第一断电控制信号和第二断电控制信号工作模式从排风模式切换为充风模式。

在一个具体的例子中，防滑微控制器的通讯模块向防滑控制主机发送车轮速度信息后，如果在预设接收时间，例如2秒内,接收到防滑控制主机的主机通讯模块发送的反馈信号，则判断防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态正常。主机处理器根据获取的车轮速度信息进行车轮滑行判断及防滑控制。

预设时间间隔为1s时，防滑微控制器的控制处理器获取车轮001，2020年1月1日9:00:00，车轮速度36km/h,即10m/s；2020年1月1日8:59:59，车轮速度18km/h,即5m/s。

通过计算，在2020年1月1日8:59:59至2020年1月1日9:00:00之间的1秒内，第一车轮的速度变化率为-5m/s²。预设的车辆变化速率a定为2m/s²,预设时间间隔δt为1s,预设速度修正值为2m/s,当前时间2020年1月1日9:00:00的当量车速为8m/s。2020年1月1日9:00:00，铁道车辆的所有车轮中车轮速度最大的为9m/s,则确定2020年1月1日9:00:00的车辆速度是9m/s,并根据当量车速8m/s和车辆速度9m/s中较大的9m/s，计算得到与车轮001速度4m/s的差值，即第一车轮速度差4m/s。第一车轮速度差4m/s大于第一预设阈值3m/s且速度变化率为-5m/s²小于第二预设阈值-3.5m/s，因此主机处理器判断该车轮发生滑行，对该车轮进行防滑控制。

在另一个具体的例子中，防滑微控制器的通讯模块向防滑控制主机发送车轮速度信息后，在预设接收时间，例如2秒内,未接收到防滑控制主机的主机通讯模块发送的反馈信号，则判断防滑微控制器与防滑控制主机之间的通讯状态异常。防滑微控制器根据获取的车轮速度信息进行车轮滑行判断及防滑控制。

预设时间间隔为1s时，防滑微控制器的控制处理器获取车轮001，2020年1月1日9:00:00，车轮速度36km/h,即10m/s；2020年1月1日8:59:59，车轮速度18km/h,即5m/s。

通过计算，在2020年1月1日8:59:59至2020年1月1日9:00:00之间的1秒内，第一车轮的速度变化率为-5m/s²。预设的车辆变化速率a定为2m/s²,预设时间间隔δt为1s,预设速度修正值为2m/s,当前时间2020年1月1日9:00:00的当量车速为8m/s。根据当量车速8m/s与车轮001速度5m/s的差值，得到第一车轮速度差3m/s。第一车轮速度差3m/s等于第一预设阈值3m/s且速度变化率为-5m/s²小于第二预设阈值-3.5m/s，因此主机处理器判断该车轮发生滑行，对该车轮进行防滑控制。

在一个优选的实施例中，在第一车轮的防滑微控制器生成排风控制指令，并根据排风控制指令输出排风控制信号之后，压力传感器获取第一车轮的制动缸的压力数据，发送给防滑微控制器的控制处理器。压力传感器设置在第一车轮的制动缸与防滑阀之间的管路上。

当防滑阀的工作模式为排风模式时，制动缸的压力数据应该减小。当压力数据在预设压力时间间隔的变化值大于预设压力变化值时，例如在1秒内压力数据减小值为10pa,小于预设压力变化值50pa，控制处理器生成异常信息，并将异常信息发送给防滑控制主机。

进一步的，当防滑阀的工作模式为保压模式时，制动缸的压力数据应该不变。当防滑阀的工作模式为充风模式时，制动缸的压力数据应该增加。

相应的，在保压模式下，压力数据在预设压力时间间隔的变化值大于预设保压压力变化值，例如在1秒内压力数据变化超过预设保压压力变化值0.1pa。或者在充风模式下，压力数据在预设压力时间间隔的变化值大于预设充风压力变化值，例如在1秒内压力数据增加值为5pa,小于预设充风压力变化值10pa，控制处理器生成异常信息，并将异常信息发送给防滑控制主机。

本发明的一种铁道车辆用分布式防滑控制方法和装置，在每个车轴上集成防滑控制模块，实现单轴防滑控制，可以快速地减小制动力，消除滑行，还可以减少车辆布线，根据不同车辆的配置需求增加硬件。

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。

以上所述的具体实施方式，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，以上所述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。