列车制动力分配方法及系统与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车制动力分配方法及系统。


背景技术：

2.在城市轨道交通技术如地铁列车技术发展进程中，一方面地铁列车网络通讯能力越发强大，tcms网络可以实现整列车的同步、协调以及可靠的牵引与制动控制，实现全列车所有职能设备的联网通信和资源共享，提高列车的保养能力和降低维护强度；另一方面，列车子系统控制和运行越发精简化、集成化，车辆各系统功能要求越来越高的同时，设备安装空间反而越来越少，这就意味着对列车牵引控制系统的功能管理有了更高的要求。
3.目前城轨车辆牵引控制方法主要存在以下问题：无法实施网络控制，这势必将落后于技术发展的潮流；牵引系统相对独立，架构臃肿，控制复杂，难以确保控制的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明提供的列车制动力分配方法及系统，用于现有技术中存在的上述至少一个问题，针对列车的不同运行工况，基于列车tcms网络控制实现列车总制动力的计算与分配，从而实现了列车更好的自动驾驶和控制子系统，降低传输时延，减轻总线负担。
5.本发明提供的一种列车制动力分配方法，包括：
6.根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
7.若所述tcu处于故障状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
8.若所述tcu处于正常状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分别分配给所述bcu和所述tcu；
9.其中，所述bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
10.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述列车总制动力是通过如下方式确定的：
11.根据所述tcms接收到的列车的制动级位、列车载重和列车的最大制动减速度，确定列车的最大常用制动力；
12.根据所述最大常用制动力和预设比例系数，确定所述列车总制动力。
13.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述若所述tcu处于故障状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu，包括：
14.基于所述tcms中的车辆控制单元vcu将触发替代制动指令发送给所述动车的bcu，并将第一固定气压制动力分配给所述动车的bcu；
15.基于所述vcu，将第二固定气压制动力分配给所述拖车的bcu；
16.其中，所述第一固定气压制动力和所述第二固定气压制动力均是根据所述列车总制动力确定的。
17.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述若所述tcu处于正常状态，则基
于所述tcms将所述列车总制动力分别分配给所述bcu和所述tcu，包括：
18.基于所述tcms经第一网络延时后获取的所述tcu的电制动力能力值和所述列车总制动力，分别确定分配给所述拖车的bcu、所述动车的bcu所需施加的气压制动力和分配给所述tcu的电制动力；
19.基于所述tcms经第二网络延时和采信延时后接收到的所述tcu发送的电制动力实际值，并在经第三网络时延后确定分配给所述拖车的bcu和所述动车的bcu的气压制动力实际值；
20.经第四网络延时后，基于所述tcms将所述气压制动力实际值分配所述拖车的bcu和所述动车的bcu。
21.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述若所述tcu处于正常状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu，还包括：
22.若列车处于停车制动阶段，则将气压制动力预设值预设斜率增加并分别分配给所述动车的bcu和所述拖车的bcu，以及将所述列车总制动力按照所述预设斜率减少并分配给所述tcu；
23.若列车处于停车阶段，则将所述列车总制动力分配给所述动车的bcu和所述拖车的bcu。
24.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述列车处于停车制动阶段是通过如下方式确定的：
25.若所述动车的bcu接收到所述vcu发送的停车制动信号，以及列车的运行速度小于等于第一预设值，则确定列车处于所述停车制动阶段。
26.根据本发明提供的一种列车制动力分配方法，所述列车处于停车阶段是通过如下方式确定的：
27.若所述列车的运行速度小于等于第二预设值，以及驾驶员手柄处于制动位，则确定列车处于所述停车阶段。
28.本发明还提供一种列车制动力分配系统，包括：状态确定模块、第一分配模块以及第二分配模块；
29.所述状态确定模块，用于根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
30.所述第一分配模块，用于若所述tcu处于故障状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
31.所述第二分配模块，用于若所述tcu处于正常状态，则基于所述tcms将所述列车总制动力分别分配给所述bcu和所述tcu；
32.其中，所述bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
33.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制动力分配方法的步骤。
34.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制动力分配方法的步骤。
35.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制动力分配方法的步骤。
36.本发明提供的列车制动力分配方法及系统，针对列车的不同运行工况，基于列车tcms网络控制实现列车总制动力的计算与分配，从而实现了列车更好的自动驾驶和控制子系统，降低传输时延，减轻总线负担。
附图说明
37.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。
38.图1是本发明提供的列车制动力分配方法的流程示意图；
39.图2是本发明提供的列车总制动力分配结构示意图；
40.图3是本发明提供的列车常用制动模式时序示意图；
41.图4是本发明提供的列车制动力分配系统的结构示意图；
42.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
43.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。
44.本发明提出了一种列车制动力分配方法，其本质是基于列车网络控制和管理系统(tcms)的列车牵引系统功能融合和实现方法，基于tcms网络控制，可以实现整列车的协调控制和列车各设备间的资源共享，将列车牵引特性和制动特性控制、牵引力和电制动计算与分配、整车速度计算、牵引指令和请求等功能与车辆一体化网络平台相结合、降低系统整体负担，节约算力，便于列车更好的自动驾驶，具体实现如下：
45.图1是本发明提供的列车制动力分配方法的流程示意图，如图1所示，方法包括：
46.s1、根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
47.s2、若tcu处于故障状态，则基于tcms将列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
48.s3、若tcu处于正常状态，则基于tcms将列车总制动力分别分配给bcu和tcu；
49.其中，bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
50.需要说明的是，上述方法的执行主体可以是计算机设备。
51.可选地，根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态，tcms对列车的各子系统采取监视、控制和管理3类策略，主要体现为:采集各子系统的信息并评估设备状态；对应不同工况，按照既定要求输出牵引、制动指令以及空调温度调节等控制信号，并要求子系统做出响应；对各子系统的故障进行评估及显示，记录列车的运行里程、运行时间及能耗等数据。
52.列车网络控制和管理系统tcms设计主要依托列车通信网络(tcn)控制架构，其中
车辆控制单元(vcu)为主设备，其他子系统(如辅助控制单元acu、牵引控制单元tcu、制动控制单元bcu)为从设备，vcu与各子系统之间采用以太网通信，遵循tcp协议。
53.由于通过制动系统分配列车的制动力，电制动力的请求值和实际的发挥值往往存在差值，导致气压制动误投而磨损闸瓦的情况时有发生，而且由于指令的多次转发，影响制动效率。
54.因此，采用列车网络控制和管理系统tcms进行列车总制动力的计算与分配，具体地：
55.根据tcms确定的列车的牵引制动单元tcu所处的工况状态，若列车的tcu处于故障状态，则基于tcms将计算得到的列车总制动力分配给列车的制动控制单元；若列车的tcu处于正常状态，则基于tcms根据列车总制动力计算分配给列车的tcu的电制动力以及分配给列车的bcu的气压制动力，并将气压制动力分别分配给列车的拖车的bcu和动车的bcu，以及将电制动力分配给列车的tcu。
56.本发明提供的列车制动力分配方法，针对列车的不同运行工况，基于列车tcms网络控制实现列车总制动力的计算与分配，从而实现了列车更好的自动驾驶和控制子系统，降低传输时延，减轻总线负担。
57.进一步地，在一个实施例中，列车总制动力是通过如下方式确定的：
58.根据tcms接收到的列车的制动级位、列车载重和列车的最大制动减速度，确定列车的最大常用制动力；
59.根据最大常用制动力和预设比例系数，确定列车总制动力。
60.可选地，基于tcms为主导实现对列车例如有轨电车的牵引过程的控制中，列车运行受牵引力ft和保持制动力fb的影响，保持制动力fb由最大常用制动力乘以相应的比例系数得到，并由tcms发送给牵引系统。
61.其中，最大常用制动力：列车为满足最大制动减速度所对应施加的制动力，一般为一个固定值，在列车调试过程中直接设定，最大常用制动力由列车载重乘以最大制动减速度得到。
62.保持制动力fb：由最大常用制动力乘以相应的比例系数得到，这里的比例系数是在工程调试阶段人为设定的(采用该种计算方式的原因是两个制动力的发力单元是一致的)。保持制动力的物理意义是在列车停止时列车施加的空气制动力，以保持车辆静止，该值为固定值，调试阶段直接设定好。
63.如图2所示，tcms根据制动级位、列车载重、列车的最大制动减速度和预设比例系数计算列车所需的总制动力并分配气压制动力，同时牵引系统根据tcms发送的指令，计算并优先施加电制动。
64.其中，制动级位：列车制动拉杆对应的等级，对应最大制动减速度时为最高等级，50％最大减速度时为50％级位，以此类推。
65.本发明提供的列车制动力分配方法，基于tcms计算列车所需施加的总制动力需求，提高了牵引系统与tcms的深层次融合，为后续基于tcms分配列车总制动力，缩短列车制动响应时间奠定了基础。
66.进一步地，在一个实施例中，步骤s2可以具体包括：
67.s21、基于tcms中的车辆控制单元vcu将触发替代制动指令发送给动车的bcu，并将
第一固定气压制动力分配给动车的bcu；
68.s22、基于vcu，将第二固定气压制动力分配给拖车的bcu；
69.其中，第一固定气压制动力和第二固定气压制动力均是根据列车总制动力确定的。
70.可选地，参见图2，tcms实时监控牵引系统电制动力施加情况，并将需要补充的气压制动力延时发送给拖车(tp03)的制动控制单元t-bcu。由于该车两端mc车(mc01和mc03)的制动系统为简配，不具备对气压制动力的实时调节功能，在列车施加常用制动时，当mc车的2个牵引控制单元tcu同时报出电制动状态不正常信号时，车辆控制单元vcu将触发替代制动命令发送给m-bcu(动车的制动控制单元)，并施加第一固定气压制动力，此时需修正发送给t-bcu的补充气压制动力，具体地，根据列车总制动力与施加给动车的制动控制单元bcu的第一固定气压制动力，确定发送给t-bcu的补充气压制动力(即第二气压制动力)。
71.在制动过程中，tcms会给予电制动一指定值，并实时监控牵引系统电制动力施加情况，牵引系统将电制动实际施加值反馈给tcms(该过程可理解为tcms与牵引系统实时相互通讯)，于是，便得到了需要补充的空气制动力(列车总制动力—实际电制动力值)。
72.本发明提供的列车制动力分配方法，基于tcms分配列车总制动力，缩短列车制动响应时间和制动距离，提高了列车运行的可靠性和安全性。
73.进一步地，在一个实施例中，步骤s3可以具体包括：
74.s31、基于tcms经第一网络延时后获取的tcu的电制动力能力值和列车总制动力，分别确定分配给拖车的bcu、动车的bcu所需施加的气压制动力和分配给tcu的电制动力；
75.s32、基于tcms经第二网络延时和采信延时后接收到的tcu发送的电制动力实际值，并在经第三网络时延后确定分配给拖车的bcu和动车的bcu的气压制动力实际值；
76.s33、经第四网络延时后，基于tcms将气压制动力实际值分配拖车的bcu和动车的bcu。
77.可选地，如图3所示，当tcu处于正常状态时，tcms采集驾驶员手柄制动级位，经硬线采集时间(例如t1)后获取制动级位信号，开始计算列车制动力需求，并由tcms将制动级位发送给牵引系统；经第一网络延时(例如t2)后tcms获取牵引系统(即tcu)的电制动力能力值，该值用于预估制动系统需要施加的气压制动力；经第二网络延时(例如t3)和采信延时(例如t4)后，tcms获取牵引系统的电制动力实际值；经第三网络延时(例如t5)后tcms计算得到实际气压制动力需求(列车总制动力-电制动力实际值)，并在第四网络延时(例如t6)后将气压制动力需求(即气压制动力实际值)发送给制动系统(t-bcu和m-bcu)；经气压制动空走和施加时间(如t7)后，制动系统完成tcms发送的气压制动力需求，直至后续指令改变或者进入保持制动。
78.其中，气压制动力需求指令发送后，空气制动并非会立即相应，会有一个初始准备时间t0，即空走时间，之后空气制动力逐渐增加，达到tcms需求值(气压制动力实际值)，其增加过程对应时间即为施加时间t7。
79.本发明提供的列车制动力分配方法，通过tcms计算列车所需的制动力，并根据牵引系统发挥的电制动力值向制动系统分配气压制动力，可以快速响应列车制动指令和制动需求，满足制动性能要求。
80.进一步地，在一个实施例中，步骤s3还可以具体包括：
81.s34、若列车处于停车制动阶段，则将气压制动力预设值预设斜率增加并分别分配给动车的bcu和拖车的bcu，以及将列车总制动力按照预设斜率减少并分配给tcu；
82.s35、若列车处于停车阶段，则将列车总制动力分配给动车的bcu和拖车的bcu。
83.进一步地，在一个实施例中，列车处于停车制动阶段是通过如下方式确定的：
84.若动车的bcu接收到vcu发送的停车制动信号，以及列车的运行速度小于等于第一预设值，则确定列车处于停车制动阶段。
85.进一步地，在一个实施例中，列车处于停车阶段是通过如下方式确定的：
86.若列车的运行速度小于等于第二预设值，以及驾驶员手柄处于制动位，则确定列车处于停车阶段。
87.可选地，参见图2，此外，当动车的制动系统接收到vcu发送的停车制动信号后，且当列车速度小于等于第一预设值(例如6km/h)时，列车进入停车制动阶段，将气压制动力预设值预设斜率增加并分别分配给m-bcu和t-bcu，将列车总制动力按照预设斜率减少并分配给tcu。
88.在列车进入停车制动阶段，电制动力逐渐减小，空气制动力逐渐增加，目的是：列车停止后，由空气制动充当保持制动力(即停车踩刹车就行，不用上电，安全可靠)。且电制动力减小斜率与空气制动力增加斜率要一致(避免颠簸)，该预设斜率即为固定斜率，该值由列车调试阶段选定。
89.在电/气制动转换点后，牵引系统向tcms发送电制动力退出信号，tcms实时将该信号发送给m-bcu和t-bcu，牵引系统延时300ms后退出电制动力施加，t-bcu根据列车需求施加制动力，m-bcu按固定值施加制动力。
90.当列车运行速度小于等于第二预设值(例如1km/h)，且驾驶员手柄处于制动位，或者tcms判断列车速度为0时，tcms将输出保持制动施加的指令，将列车总制动力分配给动车的bcu和拖车的bcu。
91.本发明提供的列车制动力分配方法，基于tcms网络控制，将列车牵引特性和制动特性控制、牵引力和电制动计算与分配功能与车辆一体化网络平台相结合，可以快速响应列车制动指令和制动需求，在满足制动性能要求的同时提高了列车系统整体灵活度。
92.下面对本发明提供的列车制动力分配系统进行描述，下文描述的列车制动力分配系统与上文描述的列车制动力分配方法可相互对应参照。
93.图4是本发明提供的列车制动力分配系统的结构示意图，如图4所示，包括：状态确定模块410、第一分配模块411以及第二分配模块412；
94.状态确定模块410，用于根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
95.第一分配模块411，用于若tcu处于故障状态，则基于tcms将列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
96.第二分配模块412，用于若tcu处于正常状态，则基于tcms将列车总制动力分别分配给bcu和tcu；
97.其中，bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
98.本发明提供的列车制动力分配系统，针对列车的不同运行工况，基于列车tcms网络控制实现列车总制动力的计算与分配，从而实现了列车更好的自动驾驶和控制子系统，
降低传输时延，减轻总线负担。
99.进一步地，在一个实施例中，状态确定模块410，还可以具体用于：
100.根据tcms接收到的列车的制动级位、列车载重和列车的最大制动减速度，确定列车的最大常用制动力；
101.根据最大常用制动力和预设比例系数，确定列车总制动力。
102.本发明提供的列车制动力分配系统，基于tcms计算列车所需施加的总制动力需求，提高了牵引系统与tcms的深层次融合，为后续基于tcms分配列车总制动力，缩短列车制动响应时间奠定了基础。
103.进一步地，在一个实施例中，第一分配模块411，可以具体包括：
104.第一分配子模块，用于基于tcms中的车辆控制单元vcu将触发替代制动指令发送给动车的bcu，并将固定气压制动力分配给动车的bcu；
105.第二分配子模块，用于基于vcu，将补充气压制动力分配给拖车的bcu；
106.其中，固定气压制动力和补充气压制动力均是根据列车总制动力确定的。
107.本发明提供的列车制动力分配系统，基于tcms分配列车总制动力，缩短列车制动响应时间和制动距离，提高了列车运行的可靠性和安全性。
108.进一步地，在一个实施例中，第二分配模块412，还可以具体用于：
109.基于tcms经第一网络延时后获取的tcu的电制动力能力值和列车总制动力，分别确定分配给拖车的bcu、动车的bcu所需施加的气压制动力和分配给tcu的电制动力；
110.基于tcms经第二网络延时和采信延时后接收到的tcu发送的电制动力实际值，并在经第三网络时延后确定分配给拖车的bcu和动车的bcu的气压制动力实际值；
111.经第四网络延时后，基于tcms将气压制动力实际值分配拖车的bcu和动车的bcu。
112.本发明提供的列车制动力分配系统，通过tcms计算列车所需的制动力，并根据牵引系统发挥的电制动力值向制动系统分配气压制动力，可以快速响应列车制动指令和制动需求，满足制动性能要求。
113.进一步地，在一个实施例中，第二分配模块412，可以具体包括：
114.第三分配子模块，用于若列车处于停车制动阶段，则将气压制动力预设值预设斜率增加并分别分配给动车的bcu和拖车的bcu，以及将列车总制动力按照预设斜率减少并分配给tcu；
115.第四分配子模块，用于若列车处于停车阶段，则将列车总制动力分配给动车的bcu和拖车的bcu。
116.本发明提供的列车制动力分配系统，基于tcms网络控制，将列车牵引特性和制动特性控制、牵引力和电制动计算与分配功能与车辆一体化网络平台相结合，可以快速响应列车制动指令和制动需求，在满足制动性能要求的同时提高了列车系统整体灵活度。
117.图5是本发明提供的一种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(communication interface)511、存储器(memory)512和总线(bus)513，其中，处理器510，通信接口511，存储器512通过总线513完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器512中的逻辑指令，以执行如下方法：
118.根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
119.若tcu处于故障状态，则基于tcms将列车总制动力分配给列车的制动控制单元
bcu；
120.若tcu处于正常状态，则基于tcms将列车总制动力分别分配给bcu和tcu；
121.其中，bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
122.此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件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软件产品的形式体现出来，该计算机软件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电源屏(可以是个人计算机，服务器，或者网络电源屏等)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。
123.进一步地，本发明公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的列车制动力分配方法，例如包括：
124.根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
125.若tcu处于故障状态，则基于tcms将列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
126.若tcu处于正常状态，则基于tcms将列车总制动力分别分配给bcu和tcu；
127.其中，bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
128.另一方面，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实施例提供的列车制动力分配方法，例如包括：
129.根据列车网络控制和管理系统tcms，确定列车的牵引控制单元tcu所处状态；
130.若tcu处于故障状态，则基于tcms将列车总制动力分配给列车的制动控制单元bcu；
131.若tcu处于正常状态，则基于tcms将列车总制动力分别分配给bcu和tcu；
132.其中，bcu包括动车的bcu和拖车的bcu。
133.以上所描述的系统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。
134.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软件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软件产品的形式体现出来，该计算机软件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电源屏(可以是个人计算机，服务器，或者网络电源屏等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
135.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。