低地板车制动力分配系统、制动力分配方法和低地板车与流程

本发明涉及城铁车辆控制技术领域，尤其涉及一种低地板车制动力分配系统、低地板车制动力系统的制动力分配方法和低地板车。

背景技术：

目前，在城铁车辆制动力管理策略中，通常采取的是完全由制动控制系统(bcu)进行整车制动力需求的计算和分配的管理方式。或者，采取的是由制动控制系统(bcu)根据从牵引控制系统(dcu)反馈的电制动力实际值判断电制动力是否满足列车总制动力值需求，如果不满足，则通过空气制动力/液压制动力进行补足的管理方式。然而，这两种管理方式都存在电制动力实际值反馈滞后而引起的制动控制系统频繁施加空气制动力或液压制动力以及列车制动的响应时间不够及时的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低地板车制动力分配系统、低地板车制动力系统的制动力分配方法和低地板车，由网络控制系统(tcms)统一负责整车制动力的计算和分配，然后直接转发电制动力值和空气制动力值/液压制动力值给牵引控制系统和制动控制系统，不需要等待牵引控制系统反馈电制动力实际值，极大地缩短了列车制动力传输延时，缩短了列车制动响应时间及制动距离，提高了列车运行的可靠性和安全性。

根据本发明的一个方面，提供了一种低地板车制动力分配系统，包括网络控制模块、牵引控制模块和制动控制模块，其中，所述网络控制模块用于：

构造车辆总制动力与电制动力占所述总制动力的比值的函数；

计算当前制动级位的总制动力值；

根据所述总制动力值和所述函数得到当前制动级位的电制动力值和非电制动力值；以及

将所述电制动力值和所述非电制动力值分别发送给所述牵引控制模块和所述制动控制模块。

优选地，所述非电制动力值包括空气制动力值或液压制动力值。

优选地，所述函数为根据实际情况下各制动级位的车辆总制动力与电制动力占所述总制动力的比值进行曲线拟合获得。

优选地，所述函数为分段函数，其包括：

在总制动力值小于等于纯电制动力最大阈值的区段，所述函数为常函数；

在总制动力值大于所述纯电制动力最大阈值且小于等于总制动力最大阈值的区段，所述函数为二次函数。

优选地，当所述函数为常函数时，电制动力值等于总制动力值。

优选地，所述函数的表达式如下：

其中，y为因变量，表示电制动力占所述总制动力的比值；x为自变量，表示总制动力值；k和b分别为二次项系数和一次项系数；f1为所述纯电制动力最大阈值；f2为所述总制动力最大阈值。

优选地，总制动力值为根据制动级位值、本车载荷和满级位时的等效瞬时加速度计算获得。

优选地，依据如下表达式计算总制动力值：

f制动力＝k级位×m载荷×a等效

其中，f制动力表示总制动力值；k级位表示制动级位值，取值范围为0-100％；m载荷表示本车载荷；a等效表示满级位时的等效瞬时加速度，即k级位＝100％时的等效瞬时加速度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种低地板车制动力系统的制动力分配方法，所述系统包括网络控制模块、牵引控制模块和制动控制模块，其中，所述方法包括：

通过所述网络控制模块构造车辆总制动力与电制动力占所述总制动力的比值的函数，计算当前制动级位的总制动力值，并根据所述总制动力值和所述函数得到当前制动级位的电制动力值和非电制动力值，以及将所述电制动力值和所述非电制动力值分别发送给所述牵引控制模块和所述制动控制模块。

优选地，根据实际情况下各制动级位的车辆总制动力与电制动力占所述总制动力的比值进行曲线拟合获得所述函数。

优选地，所述函数为分段函数，其包括：

在总制动力值小于等于纯电制动力最大阈值的区段，所述函数为常函数；

在总制动力值大于所述纯电制动力最大阈值且小于等于总制动力最大阈值的区段，所述函数为二次函数。

优选地，所述函数的表达式如下：

其中，y为因变量，表示电制动力占所述总制动力的比值；x为自变量，表示总制动力值；k和b分别为二次项系数和一次项系数；f1为所述纯电制动力最大阈值；f2为所述总制动力最大阈值。

优选地，根据制动级位值、本车载荷和满级位时的等效瞬时加速度计算出总制动力值。

优选地，依据如下表达式计算总制动力值：

f制动力＝k级位×m载荷×a等效

其中，f制动力表示总制动力值；k级位表示制动级位值，取值范围为0-100％；m载荷表示本车载荷；a等效表示满级位时的等效瞬时加速度，即k级位＝100％时的等效瞬时加速度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种低地板车，其包括上述的低地板车制动力分配系统。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

根据本发明实施例提供的低地板车制动力分配系统和低地板车制动力系统的制动力分配方法，由网络控制系统统一负责整车制动力的计算和分配，然后直接转发电制动力值和空气制动力值/液压制动力值给牵引控制系统和制动控制系统，不需要等待牵引控制系统反馈电制动力实际值。牵引控制系统和制动控制系统仅作为执行机构负责电制动力和空气制动力/液压制动力的施加，使得列车更快速的达到制动减速度，加快了整车制动力响应时间，同时减少了列车在高速制动工况和级位突变情况下施加空气或液压制动。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1示出了现有技术的一种低地板车制动力分配方式。

图2示出了现有技术的另一种低地板车制动力分配方式。

图3示意性示出了根据本发明实施例的低地板车制动力分配系统。

图4为根据本发明实施例的低地板车制动力系统的制动力分配方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

目前，在城铁车辆制动力管理策略中，对于牵引控制系统(dcu)施加的电制动力和制动控制系统(bcu)施加的空气制动力/液压制动力的分配有如下两种方式。

图1示出了现有技术的一种低地板车制动力分配方式。如图1所示，该分配方式如下：

(1)网络控制系统(tcms)根据来自司控器手柄或信号系统(ato)的指令信号产生控制指令，通过网络控制系统发送给制动控制系统；

(2)制动控制系统根据制动级位和载荷等信息，计算列车总制动力和电制动力申请值，并将电制动力申请值经由网络控制系统发送给牵引控制系统；

(3)牵引控制系统根据来自网络控制系统转发的电制动力申请值施加电制动并将电制动力实际值反馈给网络控制系统；

(4)网络控制系统传输牵引控制系统的电制动力实际值及牵引控制系统的工作状态给制动控制系统；

(5)制动控制系统根据列车总制动力和来自网络控制系统转发的电制动力实际值计算和控制是否施加空气制动力/液压制动力。

如图1所示，这种分配方式从制动控制系统开始发出电制动力申请值(步4)到电制动力实际值反馈给制动控制系统(步8)，信号的传输经历了5个步骤，所需时间至少为242ms；这样就造成制动控制系统每产生一个新的电制动力申请值，其至少要等待242ms才能接收到牵引控制系统反馈的电制动力实际值。如果列车在运行过程中，制动级位变大，制动控制系统便不能及时接收到牵引控制系统反馈新的电制动力实际值，便会导致制动控制系统的电制动力申请值会经常大于电制动力实际值，造成空气制动力/液压制动力频繁施加。

此外，由于制动控制系统开始发出电制动力申请值(步4)到电制动力实际值反馈给制动控制系统(步8)传输存在很大延时，加上空气制动力/液压制动力在施加后不能立即撤销，因此每当制动级位发生变化时，制动控制系统均会施加空气制动力/液压制动力。这一过程将导致列车在高速制动过程中会施加空气制动力/液压制动力，加快了制动闸瓦的磨耗；液压制动加剧制动缸空压缩液压的消耗，相应增加了液压泵的充压频率和充压时间。

同时，采用制动控制系统管理电制动力，从司控器或信号系统发出制动指令到牵引控制系统开始施加电制动共需要6个步骤(步1到步6)，所需时间至少为342ms，列车制动响应时间也较慢。

图2示出了现有技术的另一种低地板车制动力分配方式。如图2所示，该分配方式如下：

(1)网络控制系统根据来自司控器或信号系统的指令信号产生控制指令，通过网络控制系统发送给制动控制系统和牵引控制系统；同时网络控制系统根据制动级位和载荷信息计算列车的总制动力值和各个牵引控制单元的电制动力申请值，牵引控制系统根据电制动力申请值施加电制动力，并将电制动力实际值直接发给制动控制系统。

(2)制动控制系统根据制动级位和载荷等信息计算列车总制动力。同时，制动控制系统接收牵引控制系统发送的电制动力实际值，根据自身计算的列车总制动力和牵引控制系统反馈的电制动力实际值判断电制动力是否满足列车总制动力值需求，如果不满足，则通过空气制动力/液压制动力进行补足。

如图2所示，相比于图1所示的分配方式，图2所示的这种分配方式流程中少了网络控制系统转发电制动力实际值给制动控制系统的传输步骤的延时64ms以及制动控制系统接收制动级位减少64ms，使牵引控制系统反馈给制动控制系统的电制动力实际值的实时性更高，这种方式一定程度上减少了制动级位变化时，由于电制动力值反馈滞后而引起制动控制系统施加空气制动力/液压制动力。

然而，这种分配方式从司控器或信号系统发出制动指令和级位传输到制动控制系统接收到施加的电制动力实际值，仍然需要经过5个步骤，所需时间为188ms，依然存在电制动力值反馈滞后而引起的制动控制系统频繁施加空气制动力/液压制动力以及列车制动的响应时间不够及时的问题。

如上所述，无论是图1所示的现有的低地板车制动力分配方式还是图2所示的现有的低地板车制动力分配方式都存在电制动力值反馈滞后而引起的制动控制系统频繁施加空气制动力/液压制动力以及列车制动的响应时间不够及时的问题

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种低地板车制动力分配系统和低地板车制动力系统的制动力分配方法。

下面结合附图3和附图4以及本发明实施例综合说明本发明提供的低地板车制动力分配系统和低地板车制动力系统的制动力分配方法。

图3示意性示出了根据本发明实施例的低地板车制动力分配系统。如图3所示，该系统包括：

司控器手柄或信号模块(ato)，其用于发送制动指令和传输制动级位；

网络控制模块(tcms)，与司控器手柄或信号模块连接，其用于：构造车辆总制动力与电制动力占总制动力的比值的函数；计算当前制动级位的总制动力值；根据总制动力值和函数得到当前制动级位的电制动力值和非电制动力值；以及将电制动力值和非电制动力值分别发送给牵引控制模块和制动控制模块；

牵引控制模块(dcu)，与网络控制模块连接，其作为执行机构，用于根据接收到的电制动力值施加电制动力；以及

制动控制模块(bcu)，与网络控制模块连接，其作为执行机构，用于根据接收到的非电制动力值施加空气制动力/液压制动力。

需要说明的是，本发明实施例的网络控制模块也可被称为网络控制系统，两者代表的是同一含义。只是为了避免与本发明实施例提供的低地板车制动力分配系统的简称混淆，故称为网络控制模块。而司控器手柄或信号模块、牵引控制模块和制动控制模块则同理。此外，在本发明实施例中，总制动力值可理解为总制动力的取值，同理，电制动力值可理解为电制动力的取值，非电制动力值可理解为非电制动力的取值。

图4为根据本发明实施例的低地板车制动力系统的制动力分配方法的流程图。如图4所示，网络控制模块用于执行如下步骤：

步骤s41：构造车辆总制动力与电制动力占总制动力的比值的函数。其中，电制动力占总制动力的比值可理解为电制动力与总制动力的比值，也可以理解为电制动力占总制动力的百分比。具体地，在步骤s41中，根据实际情况下获得的各种制动级位的车辆总制动力与电制动力占总制动力的比值进行计算机曲线拟合，以得到最接近的车辆总制动力与电制动力占总制动力的比值的函数。

最终得到的函数为一个分段函数，其表达式如下：

其中，y为因变量，表示电制动力占总制动力的比值；x为自变量，表示总制动力值；k和b分别为二次项系数和一次项系数；f1为纯电制动力最大阈值；f2为总制动力最大阈值。需要说明的是，纯电制动力最大阈值f1和总制动力最大阈值f2可根据实际情况设定，本发明不限于此。

由上述函数表达式可以看出，在总制动力值小于等于纯电制动力最大阈值的区段，该函数为常函数；在总制动力值大于纯电制动力最大阈值且小于等于总制动力最大阈值的区段，该函数为二次函数。当列车总制动力值小于等于f1时，电制动力占总制动力的比值恒为1，由于总制动力等于电制动力和空气制动力/液压制动力之和，因此，比值为1说明电制动力等于总制动力，此时列车全部施加的电制动力。当列车总制动力值大于f1且小于等于f2时，电制动力占总制动力的比值通过kx²+bx求出。

步骤s42：计算当前制动级位的总制动力值。具体地，网络控制模块根据从司控器手柄或信号模块接收到的当前制动级位值、制动控制模块提供的本车载荷和满级位时的等效瞬时加速度计算出当前制动级位的总制动力值。

其计算公式如下：

f制动力＝k级位×m载荷×a等效

其中，f制动力表示总制动力值；k级位表示制动级位值，取值范围为0-100％，即0-1.00；m载荷表示本车载荷，由制动控制系统提供；a等效表示满级位时的等效瞬时加速度，即k级位＝100％时的等效瞬时加速度，由制动控制系统提供。

需要说明的是，步骤s41和步骤s42可以同时执行，也可以先执行步骤s42再执行步骤s41，本发明不限于此。

步骤s43：根据所述总制动力值和所述函数得到当前制动级位的电制动力值和非电制动力值。具体地，将步骤s42计算得到的当前制动级位的总制动力值代入步骤s41的拟合得到的分段函数中，以得到当前制动级位的电制动力占总制动力的比值，即电制动力的比例系数。然后通过将当前制动级位的总制动力值与电制动力的比例系数相乘得到当前制动级位的电制动力值，再通过总制动力值减去电制动力值得到当前制动级位的非电制动力值，即当前制动级位的空气制动力值/液压制动力值。

步骤s44：将所述电制动力值和所述非电制动力值分别发送给所述牵引控制模块和所述制动控制模块。具体地，将步骤s43计算得到的当前制动级位的电制动力值发送给牵引控制模块，将步骤s43计算得到的当前制动级位的空气制动力值/液压制动力值发送给制动控制模块。

由此，便完成了低地板车制动力的计算和分配。

优选地，在执行步骤s43之前，网络控制模块还用于判断牵引控制模块的电制动可用情况，即判断牵引控制模块是否存在故障，经判断：若牵引控制模块未出现故障，则执行步骤s43；若牵引控制模块出现故障，则发出报警信息，并通知制动控制模块。

如图3所示，在本发明实施例中，网络控制模块统一负责整车制动力值、电制动力值和空气制动力值/液压制动力值的计算和分配，将计算出的电制动力值和空气制动力值/液压制动力值直接转发给牵引控制模块和制动控制模块，不需要等待牵引控制模块反馈电制动力实际值，牵引控制模块和制动控制模块仅作为执行机构负责电制动力和空气制动力/液压制动力的施加。步1至步3最大传输延时为106ms。这种方式最大程度上减少了制动级位变化时，由于电制动力值反馈滞后而引起的制动控制模块施加空气制动力/液压制动力，最大程度上加快了列车制动的响应时间。

相应地，本发明实施例还提供一种低地板车，其包括上述的低地板车制动力分配系统。

综上所述，本发明实施例由网络控制系统统一负责整车制动力的计算和分配，然后直接转发电制动力值和空气制动力值/液压制动力值给牵引控制系统和制动控制系统，不需要等待牵引控制系统反馈电制动力实际值。牵引控制系统和制动控制系统仅作为执行机构负责电制动力和空气制动力/液压制动力的施加，使列车更快速的达到制动减速度。

相比于现有技术，本发明实施例能够解决现有技术中的问题并产生显著优势。

(1)极大地缩短了列车制动力传输延时，缩短了列车制动响应时间及制动距离，提高了列车可靠性和安全性。

(2)降低了列车在高速制动时施加空气制动和液压制动的频率，甚至不施加空气制动和液压制动，进而降低闸瓦的磨耗以及空气弹簧或者液压泵的加压频率，提高了制动系统关键部件的使用寿命及效率，大幅降低了列车维护更换闸瓦及设备成本。

(3)提高了列车指令传输速度，达到了更好的与信号系统配合的效果，从而提升列车的舒适性。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

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