一种轨道列车制动控制及列车状态检测和列车完整性检测的方法

技术领域

本发明属于轨道交通领域，具体涉及一种轨道列车制动控制及列车状态检测和列车完整性检测的方法。

背景技术

随着社会的发展进步，物流运输越来越繁忙，就要求轨道列车运行的速度越来越快、运行间隔越来越短，开通及运行重载列车（单列车运载货物超万吨）需求越来越多。为了保证轨道交通的行车安全，迫切需要一种能够适应现代轨道交通的制动系统，并对列车运行的重要状态补充采集，和实时检测列车完整性的方法和设备。

现有的轨道列车制动控制及检测和列车完整性检测现状存在下述问题：

1)因列车挂载的车辆多导致长度增加，尤其是重载列车，一般超过100辆，空气制动力通过空气波传递速度慢，操纵机车输出的制动命令到整列车制动执行的延迟时间长，尤其在牵引转制动时列车纵向冲击大，容易造成断钩、脱钩等安全事故，影响行车安全和效率。2)因列车挂载的车辆多导致长度增加，尤其是重载列车，一般超过100辆，整列车列车管充风时间增加，列车制动缓解时间间隔增大，在制动转牵引时列车纵向冲击大，也容易造成断钩、脱钩等安全事故，影响行车安全和效率。

3)列车管的空气压力值是列车运行安全系统重要的监测值，尤其是重载列车，但车辆没有提供供电电源或很难提供供电设备，并且较难提供设备安装固定空间，使得列车管尾部空气压力检测实现起来困难。

4)机车制动系统故障后，没有后备制动系统投入工作，造成列车无法正常运行或低速自救运行，严重影响铁路运营效率。

5)列车运行中很难判断列车完整性，严重影响列车运行安全。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201410668496.X”、申请日为“2014.11.20”、公开号为“CN104325971A”、公开日为“2015.02.04”、名称为“一种有线电控空气制动的控制方法及系统”、申请人为“南车株洲电力机车有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种有线电控空气制动的控制方法及系统,通过在ECP系统为运行模式时,对ECP系统进行诊断测试之后,将制动控制指令通过制动百分比转换为制动缸压力值之后,发送,并在间隔固定时间后,对ECP系统进行故障诊断,若发现故障,则发送故障处理信息.本方案通过对制动缸压力值的获取及故障的诊断及处理,实现了对直通式制动控制技术的不同模式的安全有效的控制,使ECP系统安全有效的运行,提高ECP系统运行的安全性。

2、申请号为“201610076888.6”、申请日为“2016.02.03”、公开号为“CN105539495B”、公开日为“2018.02.23”、名称为“一种有线电控空气制动与电空制动切换的控制方法及装置”、申请人为“中车株洲电力机车有限公司”的中国发明专利，本申请公开了一种有线电控空气制动与电空制动切换的控制方法及装置,在接收到将列车的制动系统在有线电控空气制动系统与电空制动系统之间进行互相切换的切换请求时,会首先对列车施加制动力,并在切换过程中保持制动力,从而在切换过程中可以保持对列车的制动作用,能够保障制动控制权在有线电控空气制动系统与电空制动系统之间进行切换时的稳定性,实现有线电控空气制动系统与电空制动系统的安全转换。

3、申请号为“201610076346.9”、申请日为“2016.02.03”、公开号为“CN105539456B”、公开日为“2017.12.19”、名称为“基于有线电控空气制动ECP系统的车辆定位方法及系统”、申请人为“中车株洲电力机车有限公司”的中国发明专利，本申请公开了一种基于有线电控空气制动ECP系统的车辆定位方法及系统,将货车编组中的所有待定位车辆按照随机接入顺序逐个接入所述ECP系统,并在任意一个待定位车辆接入所述ECP系统时判断是否检测到电流脉冲;在检测到电流脉冲时,在上一个接入所述ECP系统的车辆的电流脉冲计数值的基础上,将当前接入所述ECP系统的车辆的电流脉冲计数值加一;在没有检测到电流脉冲时,令当前接入所述ECP系统的车辆的电流脉冲计数值与上一个接入所述ECP系统的车辆的电流脉冲计数值相同;在所有待定位车辆均接入所述ECP系统后,根据所有待定位车辆的数量以及各个待定位车辆的电流脉冲计数值即可对所有待定位车辆进行准确定位。

4、申请号为“201410668499.3”、申请日为“2014.11.20”、公开号为“CN104494588A”、公开日为“——”、名称为“一种有线电控空气制动的控制指令生成方法及系统”、申请人为“南车株洲电力机车有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种有线电控空气制动的控制指令生成方法及系统,通过判断传统的电控制动机制动手柄在控制区的位置,并进一步判断当制动手柄在控制区的制动区时,根据制动手柄在制动区的不同位置,生成不同的制动指令,本方案是在传统的电控空气制动系统的制动控制器的基础上实现的,不需要增加额外的控制装置即可实现ECP制动系统的制动指令的生成,避免了额外增加控制装置为司机带来操作不便的影响,提高了操作的安全性,同时节约了司机室的空间。

5、申请号为“201910544615.3”、申请日为“2019.06.21”、公开号为“CN110316227A”、公开日为“2019.10.11”、名称为“重载列车运行状态识别方法及装置”、申请人为“北京交通大学”的中国发明专利，本发明公开了一种重载列车运行状态识别方法及装置。所述方法包括：获取列车在轨道上运行时所述轨道的振动信息；根据所述振动信息，获取所述列车在所述轨道上运行时产生的运行信号图；根据所述运行信号图和/或所述振动信息，识别所述列车的运行状态信息。通过本发明的技术方案，可自动识别列车的运行状态信息，从而对列车的长度、位置、行驶方向、行驶速度和载重等信息进行准确识别。

6、申请号为“201710359517.3”、申请日为“2017.05.19”、公开号为“CN107310591A”、公开日为“2017.11.03”、名称为“列车完整性检测方法、装置、以及系统”、申请人为“中国神华能源股份有限公司”的中国发明专利，本发明涉及轨道信号技术领域，公开了一种列车完整性检测方法、装置以及系统，该方法包括：获取列车定位数据和列尾风压数据；以及根据所述列车定位数据和所述列尾风压数据，确定列车是否完整。本发明能够根据实时获取的列车定位数据和列尾风压数据，精确地、有效地确定列车是否完整，实现在提升货运列车的运行效率、提高行车安全系数的同时，有效地降低司乘人员的劳动强度，以符合货运铁路重载高密度的发展方向。

7、申请号为“201510356905.7”、申请日为“2015.06.25”、公开号为“CN104925090A”、公开日为“2015.09.23”、名称为“一种列车完整性的检测方法”、申请人为“株洲南车时代电气股份有限公司”的中国发明专利，本发明公开了一种列车完整性的检测方法,属于列车技术领域,以解决现有技术中的列车完整性检测方法的准确程度不高,易受列车接口状态影响的技术问题.该列车完整性的检测方法包括:第一车载设备获取来自最后参考应答器组的信息;第一车载设备根据获取到的信息,结合获取到的第一运行速度和预设置的列车路线计算第一位置,其中,第一运行速度是第一车载设备获取到的列车运行速度,第一位置是第一车载设备的当前位置;第一车载设备获取来自第二车载设备的第二位置,其中,第二位置为第二车载设备的当前位置;第一车载设备结合预设置的列车路线和列车长度,根据第一位置和第二位置,判断列车是否完整。

上述专利不能满足现代轨道交通的制动系统要求，或不能采集列车运行的重要状态，或不能满足实时检测列车完整性的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种轨道列车制动方法、列车关键状态检测的方法和列车完整性实时检测方法。

针对上述问题和现有解决方案的缺陷,本发明提出了基于外挂于列车尾部车辆的带供电装置的设备承载平台安装列尾制动系统、定位装置、列车运动状态检测设备和对外通信设备，在列车运行过程中保证安全，提高运输效益。

进一步地，列尾制动系统由列尾制动控制单元、列尾制动机构构成，列尾制动机构由空气压缩机、储气风缸、均衡风缸、塞门、压力开关和风管软管等组成，再设置压力流量检测单元，构成完整的闭环列车尾管制动控制系统。

进一步地，列尾制动系统气路连接列车列尾车辆风管，实现整列车风管的排风、充风和保压控制，即实现整列车施加制动、制动缓解和保压功能；也可实现列车风管紧急排风功能。

进一步地，设备承载平台为设备提供电源、无线通信功能和安装空间，提供感知单元（如卫星定位、测速传感器、加速度传感器等）安装及工作条件。

进一步地，操纵机车无线电台设备与列尾通信网关进行交互命令和状态，操纵机车实现全列车状态监测和整列车制动系统（包括操纵机车制动系统、重联机车制动系统和列尾制动系统）优化控制。

进一步地，操纵机车相关设备获取列尾压力流量信息、定位信息和运动状态信息，通过一定逻辑和算法判断列车完整性状态和制动状态，并做相应处理，控制列车运行，保证列车运行安全。

进一步地，列尾无线通讯网关与操纵机车无线电台设备通信交互指令、状态信息，地面服务器也可通过无线通讯获取列尾状态信息。

进一步地，列尾制动控制单元采集列车尾管压力和流量，采集承载平台内各设备状态，通过采集到的列尾速度、加速度等信息和卫星定位信息计算出列尾定位信息和列尾运动状态；列尾制动控制单元根据制动命令、风管压力和设备状态，控制制动机对列车管的进行充风和排风、列车完整性判断、以及故障处理。

本发明的有益效果：

1）支持整列车的列车风管的精确充风、排风和保压操作，能够与操纵机车制动系统、重联机车制动系统（若存在）协同工作；也可作为操纵机车制动系统的冗余，在操纵机车制动系统故障后，进行列车制动控制，维持列车运行，提高制动可用性、可靠性。

2）制动信号电磁波传输速率要远大于空气波传输速率，操纵机车通过无线通信方式可协调控制操纵机车制动系统、重联机车（若为无线重联配置存在，若为集中重联采用有线方式通信）制动系统、列尾制动系统，大大缩减整列车的制动与缓解响应时间和执行时间，提高列车运行安全和效率。

3）根据运行线路、设备状态，操纵机车协同控制操纵机车、重联机车和列尾制动系统的制动、保压和缓解时序和逻辑关系，优化制动作用，均衡各车辆制动力，降低列车纵向冲击，降低运用成本。

4）当列车中任意一车辆制动故障，可通过关闭对应折角塞门，旁路该节车辆，故障车前部的风管压力由操纵机车控制，故障车后部车辆的风管压力由列尾制动系统控制，维持车辆运行，提高制动可用性。

5）操纵机车通过无线通信实时获取列车尾管压力和流量、列尾定位和运动状态、设备状态，进行精确快速的列车制动闭环控制以提高制动效果，也可进行列车完整性监测以提高运输安全，也可用于列车运行控制装置。

6）可单独作为救援设备，挂靠列尾，接通列车尾管，对制动故障列车进行救援，维持车辆运行，提供运输效率。

7）列尾制动控制单元可监测自身状态并作出故障处理，如旁路列尾制动系统，列车制动仅由机车控制；列尾制动控制单元可结合列尾定位信息、运动状态信息和列尾尾管压力，判断列车完整性状态，并作出相应处理。

8）无需要改动机车、车辆车体结构，成本低，收益高。

附图说明

图1为本发明示意图，

图2为整列车制动结构示意图，

图3为列尾制动系统结构示意图，

图中：0—总体系统、1—设备承载平台、11—列尾制动系统、111—列尾制动控制单元、112—列尾制动机构、12—网关设备、13—供电设备、14—感知模块、2—操纵机车、21—操纵机车制动系统、22—操纵机车无线电台。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明由图1至图3所示，列尾制动系统11由列尾制动控制单元111、列尾制动机构112组成，列尾制动机构112由空气压缩机、储气风缸、均衡风缸、塞门、压力开关和风管软管等组成，再设置压力、流量检测等部件，构成完整的闭环的精确的列尾制动系统11。

设备承载平台1给列尾制动系统11提供安装和固定空间，设备承载平台中的供电设备13给列尾制动系统11提供稳定和持续的电源，设备承载平台的网关设备12给列尾制动系统11提供对外无线通信能力，设备承载平台1提供感知模块14（如卫星定位、测速传感器、加速度传感器等）安装及工作条件。

列尾制动系统11气路连接列车列尾车辆风管，实现整列车风管的排风、充风和保压控制。

操纵机车2通过机车电台22与列尾网关设备12通信交互数据，获取列尾制动状态、设备状态、定位和运动信息，操纵机车可实现全列车状态监测，操纵机车2再根据运行线路状态、工作场景和列车状态，快速精确控制整列车制动、缓解和保压操作。机车制动系统21沿用机车现有制动系统

操纵机车2获取列尾制动状态、设备状态、定位和运动信息，结合列车本身状态，通过逻辑和算法来监测列车完整性状态和制动故障状态等，进而进行故障相应处理和列车运行控制。地面服务器也可通过列尾网关设备12获取列尾制动系统状态信息、感知模块14信息和设备承载平台1状态信息。

操纵机车2优化整列车制动操作，通过通信方式协调控制操纵机车2、重联机车和列尾制动系统11的制动工作时序和逻辑，缩减整列车制动响应时间、整列车制动动作时间和整列车制动缓解时间，均衡各车辆制动力，降低车辆间纵向冲击，提高运输安全和效率。

列尾制动系统11通过列尾网关设备12与操纵机车电台22通信交互数据，获取制动及制动量命令、或缓解充风指令、或保压指令、或紧急制动命令等，配合操纵机车2实施或单独实施列车尾管的制动控制，即实现整列车施加制动、制动缓解和保压功能，也可实现列车风管紧急排风功能。

列尾制动控制单元111采集列车尾管压力和流量，采集承载平台内各设备状态，通过感知模块14获取列尾速度、加速度等信息计算出列尾运动状态和卫星定位信息，进行列车完整性判断，以及故障处理。

该总体系统0可作为机车制动系统21的冗余，当机车制动系统21故障时，可通过本设备0进行列车管的充风和排风，维持列车运行。或当列车中任一车辆列车风管故障，可通过关闭对应折角塞门，旁路该节车辆，故障车前部的风管压力由头车机车控制，故障车后部车辆的风管压力由列尾制动系统11控制，维持列车运行。

该总体系统0可单独作为救援设备，当列车制动系统21故障时，通过挂靠该总体系统0对列车管进行充风和排风，实现列车救援运行。

综上所述：本发明的有益效果为：通过在列车尾部的设备承载平台安装列尾制动系统、检测设备、通信设备等，实现整列车制动性能提升，并提供了列车关键状态采集，实现列车完整性实时检测，降低运行成本，提高运输效益，保证列车运行安全。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各项权利要求限定。