列车控制系统及方法与流程

1.本技术涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种列车控制系统及方法。


背景技术：

2.动车组的列车控制系统承担着整个动车组的控制、监视与诊断与保护任务，负责完成列车的运行控制、监视和诊断功能；列车控制系统通过列车网络控制和管理列车的牵引系统、制动系统、高压系统、辅助供电、空调、行车安全设备、车门和照明等几乎所有子系统。
3.目前的动车组的列车控制功能多按照系统进行划分，例如，列车电空复合功能由制动系统进行管理控制，列车车轮防滑功能由牵引系统和制动系统共同控制。这种按系统分配功能的方式，缺点是：
4.1、控制复杂，控制效果差。
5.在需要子系统之间配合才能够实现的列车控制功能。例如，列车防滑控制功能，牵引子系统和制动子系统之间需要实时传输信息，在牵引系统防滑效果不好，深度滑行时，制动系统才进行防滑保护。不同子系统的相互信息传输，增加了控制延时和响应时间，同时，在控制效果上，控制复杂，子系统之间不能很好配合，影响控制效果。
6.2、控制单元多，信号重复采集。
7.动车组列车的一些控制功能分布在子系统中，例如，动车组列车的常用制动力分配功能由制动控制单元完成，制动控制单元需要采集列车制动指令信号，接收牵引控制单元发送的电制能力信号，判断是否补充施加空气制动，进行电空复合制动力分配计算。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的至少一个问题，本技术提出了一种列车控制系统及方法，能够实现对列车的统一控制，进而能够提高列车控制的效率和便捷化程度。
9.为了解决上述技术问题，本技术提供以下技术方案：
10.第一方面，本技术提供一种列车控制系统，包括：
11.列车控制单元和多个车辆控制模块，每个车辆控制模块包括：车辆控制单元、牵引执行机构和制动执行机构；所述列车控制单元设置在目标列车的端车中；各个车辆控制模块分别设置在所述目标列车的不同车中；所述列车控制单元分别与各个车辆控制单元连接；在同一车控制模块中，所述车辆控制单元分别与牵引执行机构和制动执行机构连接；
12.所述列车控制单元，用于接收列车控制指令，若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元；
13.所述车辆控制单元，用于向与该车辆控制单元处于同一车中的牵引执行机构发送所述电制动力信息，向与该车辆控制单元处于同一车中的制动执行机构发送所述空气制动力信息；
14.所述牵引执行机构，用于根据所述电制动力信息控制该牵引执行机构所处的车的电制动力；
15.所述制动执行机构，用于根据所述空气制动力信息控制该制动执行机构所处的车的空气制动力。
16.进一步地，若所述列车控制指令为高压系统控制指令，则所述列车控制单元，还用于根据所述高压系统控制指令控制所述目标列车的高压系统。
17.进一步地，若所述列车控制指令为电能控制指令，则所述列车控制单元，还用于根据所述电能控制指令，为所述目标列车的列车牵引系统和/或列车辅助系统提供电能。
18.进一步地，若所述列车控制指令为牵引制动配置指令，则所述列车控制单元还用于根据所述牵引制动配置指令，配置列车牵引系统和/或列车制动系统。
19.进一步地，若所述列车控制指令为牵引制动设置指令，则所述列车控制单元还用于将所述牵引制动设置指令发送至各个车辆控制单元；
20.所述车辆控制单元还用于根据所述牵引制动设置指令，设置该车辆控制单元所在的车辆的牵引力和/或制动力。
21.进一步地，若所述列车控制指令为车辆保护指令，则所述列车控制单元还用于将所述车辆保护指令发送至各个车辆控制单元；
22.所述车辆控制单元还用于根据所述车辆保护指令，对该车辆控制单元所在的车辆进行车辆防滑防空转处理。
23.进一步地，每个车辆控制模块还包括：牵引电机；同一车中的牵引执行机构和牵引电机连接；
24.所述牵引执行机构，用于根据所述制动力分配指令控制与该牵引执行机构处于同一车中的牵引电机产生电制动力。
25.进一步地，每个车辆控制模块还包括：制动执行装置；同一车中的制动执行机构和制动执行装置连接；
26.所述制动执行机构，用于根据所述车辆制动控制指令控制与该制动执行机构处于同一车的制动执行装置产生空气制动力。
27.第二方面，本技术提供一种列车控制方法，应用所述的列车控制系统，该方法包括：
28.所述列车控制单元接收列车控制指令，若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元；
29.所述车辆控制单元向与该车辆控制单元处于同一车中的牵引执行机构发送所述电制动力信息，向与该车辆控制单元处于同一车中的制动执行机构发送所述空气制动力信息；
30.所述牵引执行机构根据所述电制动力信息控制该牵引执行机构所处的车的电制动力；
31.所述制动执行机构根据所述空气制动力信息控制该制动执行机构所处的车的空气制动力。
32.进一步地，所述的列车控制方法，还包括：
33.若所述列车控制指令为高压系统控制指令，则所述列车控制单元根据所述高压系统控制指令控制所述目标列车的高压系统。
34.由上述技术方案可知，本技术提供一种列车控制系统及方法。其中，该方法包括：列车控制单元和多个车辆控制模块，每个车辆控制模块包括：车辆控制单元、牵引执行机构和制动执行机构；所述列车控制单元设置在目标列车的端车中；各个车辆控制模块分别设置在所述目标列车的不同车中；所述列车控制单元分别与各个车辆控制单元连接；在同一车控制模块中，所述车辆控制单元分别与牵引执行机构和制动执行机构连接；所述列车控制单元，用于接收列车控制指令，若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元；所述车辆控制单元，用于向与该车辆控制单元处于同一车中的牵引执行机构发送所述电制动力信息，向与该车辆控制单元处于同一车中的制动执行机构发送所述空气制动力信息；所述牵引执行机构，用于根据所述电制动力信息控制该牵引执行机构所处的车的电制动力；所述制动执行机构，用于根据所述空气制动力信息控制该制动执行机构所处的车的空气制动力，能够实现对列车的统一控制，进而能够提高列车控制的效率和便捷化程度；具体地，1)按照列车的控制功能的控制合理性进行分配，能够减少信号重复采集，降低控制的复杂程度，提高控制新能。打破了原有按子系统进行功能分配。例如电制动力与空气制动力的分配功能，改变了由制动系统执行的原有方式，该功能由列车控制单元执行。新的分配方式，在功能执行上更加合理。由列车控制单元执行列车电制动力与空气制动力的分配，不需要牵引子系统和制动子系统再进行电制动信息的交互，也不需要制动控制单元具备升级为列车主控制动单元的功能；由列车控制单元接收牵引系统和制动系统的相关信息，进行统一处理，能够减少信号的传输和握手，能够减少延时，能够提高控制的效果和实时性。由于不需要制动控制单元具有列车主制动控制单元的功能，进而能够简化制动系统控制单元设计，使其专注于控制制动部件功能产生相应制动力。2)面向功能的列车控制系统功能分配，按照列车控制功能执行合理性进行分配，列车控制任务在列车控制单元执行，车辆控制任务在车辆控制单元执行，牵引执行机构的控制任务是闭环控制电机输出牵引/电制力，制动执行机构控制任务是闭环控制制动部件产生空气制动力。采用面向功能的列车控制系统功能分配，能够使得牵引控制器和制动控制器的功能专一，具有标准化和通用性，与不同类型列车相关的适应性功能调整均可以由车辆控制单元执行。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
36.图1是现有技术中的列车控制系统的列车控制过程的时间消耗示意图；
37.图2是本技术一种举例中的列车控制系统的列车控制过程的时间消耗示意图；
38.图3是本技术实施例中的列车控制系统的结构示意图；
39.图4是本技术另一实施例中的列车控制系统的结构示意图；
40.图5是本技术实施例中的列车控制方法的流程示意图；
41.图6是本技术另一实施例中的列车控制方法的流程示意图；
42.图7是本技术应用实例中的列车控制方法的流程示意图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
46.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
47.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
48.为了解决上述现有技术中存在的问题，本技术实施例提供一种列车控制系统及方法，能够得到比现有动车组列车更优的控制性能和更快的控制响应，而且能够降低控制的复杂度；打破了子系统界限，可以把需要列车统一控制的功能集中到中央控制单元(即列车控制单元)进行统一控制，例如，列车的空气制动力与电制动力的统一分配功能，由列车主控制单元输出列车控制指令，由列车单元控制器输出单元控制指令，直接控制牵引执行机构(牵引变流器控制器)闭环控制电机输出牵引/电制力；由制动执行机构(制动控制器)闭环控制制动部件产生空气制动力。
49.具体通过下述各个实施例进行说明。
50.为了实现对列车的统一控制，进而提高列车控制的效率和便捷化程度，如图3所示，本实施例提供一种列车控制系统，具体描述如下：
51.列车控制单元和多个车辆控制模块，每个车辆控制模块包括：车辆控制单元、牵引执行机构和制动执行机构；所述列车控制单元设置在目标列车的端车中；各个车辆控制模块分别设置在所述目标列车的不同车中；所述列车控制单元分别与各个车辆控制单元连
接；在同一车控制模块中，所述车辆控制单元分别与牵引执行机构和制动执行机构连接；所述列车控制单元，用于接收列车控制指令，若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元；所述车辆控制单元，用于向与该车辆控制单元处于同一车中的牵引执行机构发送所述电制动力信息，向与该车辆控制单元处于同一车中的制动执行机构发送所述空气制动力信息；所述牵引执行机构，用于根据所述电制动力信息控制该牵引执行机构所处的车的电制动力；所述制动执行机构，用于根据所述空气制动力信息控制该制动执行机构所处的车的空气制动力。
52.具体地，所述目标列车可以是高速动车组列车；列车控制单元、车辆控制单元、牵引执行机构和制动执行机构可以分别为控制器；列车控制单元具有列车主控制功能，同时可以接收牵引执行机构的电制能力信号电制动力能力信号，因此列车控制单元具有分配列车空电复合制动力能力，可以降低制动控制的复杂程度，减少制动控制单元数量。
53.具体地，可以将车的电制动力调节为与所述电制动力信息相同，将车的空气制动力调节为与所述空气制动力信息相同。
54.在一种举例中，参见图1和图2，本方案提供的列车控制系统能够从节省整个系统控制到执行的响应时间。
55.由上述描述可知，本实施例提供的列车控制系统，可以通过列车控制单元实现列车制动力的分配，能够实现对列车的统一控制，进而能够提高列车控制的效率和便捷化程度；具体地，能够在保证列车控制的可靠性的基础上，减少子系统之间的信息交互，进而能够降低控制复杂度，提高控制实时性，重新分配列车控制功能；同时，能够降低控制系统的复杂程度，减少信号交互，能够提升列车控制性能和控制实时性。同时，牵引执行机构和制动执行机构的功能更加专一，更具有标准化和通用性。
56.为了进一步提高高压系统控制的可靠性，在本技术一个实施例中，若所述列车控制指令为高压系统控制指令，则所述列车控制单元，还用于根据所述高压系统控制指令控制所述目标列车的高压系统。
57.具体地，所述高压系统控制指令可以包含有高压系统的待调节电压，所述列车控制单元可以控制高压系统将电压调节为所述待调节电压。
58.为了进一步提高列车电能供应的可靠性，在本技术一个实施例中，若所述列车控制指令为电能控制指令，则所述列车控制单元，还用于根据所述电能控制指令，为所述目标列车的列车牵引系统和/或列车辅助系统提供电能。
59.具体地，所述电能控制指令可以包含有：待控制系统和待提供电能信息；若所述待控制系统信息包含有列车牵引系统，则确定向目标列车的列车牵引系统提供电能并且提供的电能可以为所述待提供电能；若所述待控制系统信息包含有列车辅助系统，则确定向目标列车的列车辅助系统提供电能并且提供的电能可以为所述待提供电能。
60.为了进一步提高牵引系统和列车制动系统配置的可靠性，在本技术一个实施例中，若所述列车控制指令为牵引制动配置指令，则所述列车控制单元还用于根据所述牵引制动配置指令，配置列车牵引系统和/或列车制动系统。
61.为了进一步提高牵引力和制动力设置的可靠性，在本技术一个实施例中，若所述列车控制指令为牵引制动设置指令，则所述列车控制单元还用于将所述牵引制动设置指令
发送至各个车辆控制单元；所述车辆控制单元还用于根据所述牵引制动设置指令，设置该车辆控制单元所在的车辆的牵引力和/或制动力。
62.为了进一步提高对列车的保护，在本技术一个实施例中，若所述列车控制指令为车辆保护指令，则所述列车控制单元还用于将所述车辆保护指令发送至各个车辆控制单元；所述车辆控制单元还用于根据所述车辆保护指令，对该车辆控制单元所在的车辆进行车辆防滑防空转处理。
63.为了进一步提高生成电制动力的可靠性，参见图4，在本技术一个实施例中，每个车辆控制模块还包括：牵引电机；同一车中的牵引执行机构和牵引电机连接；所述牵引执行机构，用于根据所述制动力分配指令控制与该牵引执行机构处于同一车中的牵引电机产生电制动力。
64.为了进一步提高生成电制动力的可靠性，参见图4，在本技术一个实施例中，每个车辆控制模块还包括：制动执行装置；同一车中的制动执行机构和制动执行装置连接；所述制动执行机构，用于根据所述车辆制动控制指令控制与该制动执行机构处于同一车的制动执行装置产生空气制动力。
65.为了进一步说明本方案，本技术提供一种列车控制系统的应用实例，在本应用实例中，列车控制系统具有列车级和车辆级控制和监视功能，即实现对动车组或本车的控制和监视。当车为非主控车时，车辆控制单元可以控制本车的高压系统器件的操作等，并能够控制和监视牵引、制动、辅助变流器、充电机、车门和空调等各功能子系统。当车为主控车(即端车)时，车辆控制单元作为列车控制单元评估整列车的输入操作，发布列车控制指令和监视子系统反馈状态，实现对整列动车组的控制与诊断；所述列车控制系统具体描述如下：
66.每节车均设置车辆控制单元，执行车辆控制功能。端车的车辆控制单元可以上升为列车控制单元，执行列车通信管理、列车控制任务和车辆控制任务，其余车的车辆控制单元只执行车辆控制功能。由牵引执行机构(牵引变流器控制器)闭环控制电机输出牵引/电制力；由制动执行机构(制动控制器)闭环控制制动部件产生空气制动力。
67.列车控制单元，用于执行列车通信管理、列车控制任务和车辆控制任务，其余车的车辆控制单元只执行车辆控制功能。由牵引执行机构(牵引变流器控制器)闭环控制电机输出牵引/电制力；由制动执行机构(制动控制器)闭环控制制动部件(即制动执行装置)产生空气制动力。
68.具体地，列车控制单元统一控制管理与诊断列车，发布列车控制指令；列车控制单元可以对列车的高压系统部件控制、对列车的牵引系统配置、对列车的空气制动力和电制力分配等。
69.具体地，所述列车控制单元可以用于为列车牵引提供电能、为列车牵引提供电能为辅助系统提供电能，列车牵引系统配置，列车制动系统配置，列车牵引力处理，列车制动力处理和列车管理。
70.车辆控制单元，用于控制、管理和与诊断车辆。车辆控制单元可以产生本车运行方向信号、对本车的车轮进行防滑保护和防空转处理等。
71.具体地，车辆控制单元可以用于车辆防滑防空转保护、本车辆牵引力设定和本车辆制动力设定。
72.牵引执行机构，用于控制牵引变流器和牵引电机，产生相应的牵引力和电制动力。
73.具体地，牵引执行机构，可以用于控制牵引变流器，控制牵引电机速度和输出转矩。
74.制动执行机构，用于控制制动执行装置通过摩擦制动和涡流制动产生相应的制动力。
75.具体地，制动执行机构可以用于控制制动执行装置施加和缓解制动力。
76.由上述描述可知，本应用实例提供的列车控制系统，基于正向设计思路，重新从功能需求出发，对功能进行重新分配，打破子系统边界。以功能分配合理性，减少控制复杂度，提高控制实时性为原则，重新分配列车控制功能实现；相较于现有技术，能够得到更优的控制性能和更快的控制响应，而且降低了控制的复杂度；能够打破子系统的界限，可以把需要列车统一控制的功能集中到列车控制单元进行统一控制，例如，列车的空气制动力与电制动力的统一分配功能，由列车控制单元输出列车控制指令，由列车单元控制器输出单元控制指令，直接控制牵引执行机构(牵引变流器控制器)闭环控制电机输出牵引/电制力；由制动执行机构(制动控制器)闭环控制制动部件产生空气制动力。
77.为了实现对列车的统一控制，进而提高列车控制的效率和便捷化程度，参见图5，本技术提供一种列车控制方法，应用所述的列车控制系统，具体描述如下：
78.步骤100：所述列车控制单元接收列车控制指令，若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元。
79.步骤100可以分为步骤101：所述列车控制单元接收列车控制指令；步骤102：若所述列车控制指令为制动力分配指令，则根据所述制动力分配指令，确定每辆车的电制动力信息和空气制动力信息并发送至该车对应的车辆控制单元。
80.步骤200：所述车辆控制单元向与该车辆控制单元处于同一车中的牵引执行机构发送所述电制动力信息，向与该车辆控制单元处于同一车中的制动执行机构发送所述空气制动力信息。
81.步骤300：所述牵引执行机构根据所述电制动力信息控制该牵引执行机构所处的车的电制动力。
82.步骤400：所述制动执行机构根据所述空气制动力信息控制该制动执行机构所处的车的空气制动力。
83.参见图6，为了提高高压系统控制的可靠性，在本技术一个实施例中，所述的列车控制方法，还包括：
84.步骤500：若所述列车控制指令为高压系统控制指令，则所述列车控制单元根据所述高压系统控制指令控制所述目标列车的高压系统。
85.为了进一步说明本方案，本技术提供一种列车控制方法的应用实例，参见图7，具体描述如下：
86.步骤1：列车控制单元接收列车控制指令，执行列车控制任务，进行列车通信管理，和列车控制模式管理，为列车牵引提供电能，为辅助系统提供电能，完成牵引力和制动力管理，根据列车控制需求产生相应的车辆控制指令发送给车辆控制单元。
87.步骤2：车辆控制单元接收到列车控制单元发送的车辆控制指令，根据车辆控制要
求和执行机构本身的状态，产生控制执行机构的执行的控制指令。
88.步骤3：牵引执行机构接收到车辆控制单元的相关的控制指令，根据自身的状态，控制电机产生相应的牵引力或电制动力；或者，制动执行机构接收到车辆控制单元相关的控制指令，根据自身的状态，控制制动执行机构产生相应的空气制动力。
89.本技术中应用了具体实施例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。