多机重联机车及其电空配合控制方法与系统与流程

1.本发明属于重联机车控制技术领域，尤其涉及一种多机重联机车及其电空配合控制方法与系统。


背景技术：

2.目前，仅靠单个机车牵引列车的方式已无法满足货运铁路的运输量需求，需采用多个机车重联的方式来牵引列车，以增大列车的牵引力和制动力，从而满足货运铁路的运输量需求。
3.多机重联机车制动时，由主控车ccu(即中央控制单元)根据mch(即电控手柄)的制动级位信号和当前速度设定电制动力，并通过mvb发送电制动力给主控车bcu(即制动控制单元)，由主控车bcu进行电制动力的分配，并将分配后的电制动力发送给整列车的各从控车。
4.主控车bcu接收到电制动力消退信号时，根据主控车ccu实时反馈的电制动力计算出空气制动力请求值，并将该空气制动力请求值发送给从控车bcu，使得从控车bcu的空气制动力值上升，以弥补电制动力的下降。由于从控车bcu接收到主控车bcu的信号存在网络延时，且从控车与主控车之间的距离不同，网络延时时间不同，当从控车bcu接收到主控车bcu发送的电制动力消退信号以及空气制动力请求值时，就会存在主控车电制动力开始消退而从控车电制动力延时消退，进而导致从控车存在电空转换死区，进而出现机车惰行现象，整列车制动存在不匹配的情况，导致从控车车钩冲撞较严重的现象。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多机重联机车及其电空配合控制方法与系统，以解决因主控车bcu与从控车bcu之间的信号传输延迟导致从控车存在电空转换死区，从而导致整列车制动不匹配、从控车车钩冲撞严重的问题。
6.本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种电空配合控制方法，应用于多机重联机车，所述控制方法包括以下步骤：
7.主控车ccu获取制动级位信号，并根据所述制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度；
8.所述主控车ccu根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值，以及根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度；其中，所述第一目标速度是指电空转换时的主控车速度；
9.所述主控车ccu将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu；
10.当主控车的速度降至第一目标速度时，所述主控车ccu向主控车bcu发送电制动力消退信号，所述主控车bcu根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动；
11.当从控车的速度降至第二目标速度时，所述从控车ccu向从控车bcu发送电制动力消退信号，所述从控车bcu根据从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动。
12.进一步地，所述空气制动力需求值的计算公式为：
13.f
空
＝(p-b)/k
14.其中，f
空
为空气制动力需求值，p为当前制动缸压力值，b为固定修正值，k为制动缸压力转换系数。
15.进一步地，所述第二目标速度的计算公式为：
16.vi＝v0+ati17.ti＝(i
×
s0)/ve18.其中，vi为第i节从控车的第二目标速度，i＝1,2,
…
,n，n为从控车数量，i＝1表示主控车后的第一节从控车；v0为第一目标速度；a为当前减速度；ti为电制动力消退信号由主控车bcu发送给第i节从控车bcu所需的时间；s0为相邻两节机车之间的距离；ve为电制动力消退信号传输速度。
19.进一步地，所述第二目标速度的计算公式为：
20.vi＝v0+ati21.ti＝i
×
te22.其中，vi为第i节从控车的第二目标速度，i＝1,2,
…
,n，n为从控车数量，i＝1表示主控车后的第一节从控车；v0为第一目标速度；a为当前减速度；ti为电制动力消退信号由主控车bcu发送给第i节从控车bcu所需的时间；te为电制动力消退信号在相邻两节机车之间的传输时间。
23.进一步地，所述第一目标速度为5km/h。
24.进一步地，所述主控车ccu与各从控车ccu通过mvb线缆进行通信。
25.基于同一构思，本发明还提供了一种电空配合控制系统，应用于多机重联机车，所述系统包括主控车ccu、主控车bcu、各从控车ccu以及各从控车bcu；所述主控车ccu与主控车bcu、各从控车ccu通信连接，各从控车ccu与对应从控车bcu通信连接；
26.所述主控车ccu，用于获取制动级位信号，并根据所述制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度；根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值，根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度；将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu；当主控车的速度降至第一目标速度时，向主控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值；其中，所述第一目标速度是指电空转换时的主控车速度；
27.所述主控车bcu，用于接收主控车ccu发送的电制动力消退信号和空气制动力需求值，根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动；
28.所述从控车ccu，用于接收所述主控车ccu发送的空气制动力需求值以及对应的第二目标速度；当从控车的速度降至第二目标速度时，向对应的从控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值；
29.所述从控车bcu，用于根据从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消
退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动。
30.基于同一构思，本发明还提供了一种多机重联机车，所述重联机车包括如上所述的电空配合控制系统。
31.有益效果
32.与现有技术相比，本发明的优点在于：
33.本发明在主控车的速度下降至电空转换时的目标速度之前，先根据电控手柄的制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度，进而确定空气制动力需求值和各从控车速度下降至电空转换时的目标速度，然后将空气制动力需求值、各从控车的目标速度发送给对应的从控车ccu；当主控车或从控车的速度下降至对应的目标速度时，由主控车ccu向主控车bcu或从控车ccu向对应从控车bcu发送电制动力消退信号，无需主控车bcu向各从控车bcu发送电制动力消退信号，避免了电制动力消退信号由主控车bcu发送给各从控车bcu导致的传输延迟，进而避免了从控车电制动力的延时消退，避免了从控车的电空转换死区现象，保证了整列车电空转换的匹配，防止了从控车车钩冲撞问题，使多机重联机车停车更加平稳。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
35.图1是本发明实施例中电空配合控制方法流程图；
36.图2是本发明实施例中电空配合控制系统结构框图。
具体实施方式
37.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。
38.下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
39.如图1所示，本发明实施例所提供的一种应用于多机重联机车的电空配合控制方法，具体包括以下步骤：
40.步骤1：主控车ccu获取制动级位信号，并根据制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度。
41.当机车需要制动时，操作电控手柄，电控手柄在制动区的级位信号(即制动级位信号)不同，所对应的减速度和制动缸压力值则不同。不同制动级位信号对应的减速度和制动缸压力值是已知且确定的，因此主控车ccu接收到电控手柄发送的制动级位信号，即可确定该制动级位信号所对应的减速度和制动缸压力值。
42.步骤2：主控车ccu根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值。
43.制动缸压力值与空气制动力需求值可相互转换，具体转换公式为：
44.f
空
＝(p-b)/k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
45.其中，f
空
为空气制动力需求值，p为当前制动缸压力值，b为固定修正值，k为制动缸压力转换系数。
46.根据制动指令和/或制动级位信号可得到总制动力需求值，总制动力需求值等于电制动力需求值与空气制动力需求值之和，当电制动力消退时电制动力需求值等于0，因此空气制动力需求值等于总制动力需求值，由式(1)可计算出不同制动级位信号下的空气制动力需求值。固定修正值b是一个定值，由制动控制系统的制动机构相关参数得到，即固定修正值b为克服制动缸的缓解弹簧复位力的制动缸压力。
47.步骤3：主控车ccu根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度。
48.当机车速度下降至某一速度值时，机车的电制动力消退并开始提升空气制动力，以弥补电制动力的消退，该速度值即为电空转换时的目标速度。主控车在电空转换时的目标速度可以通过速度传感器来获取，具体获取过程为：当主控车进行电空转换时，主控车通过速度传感器来采集主控车的当前速度，该当前速度即为主控车电空转换时的目标速度(即第一目标速度)。本实施例中，第一目标速度设为5km/h。
49.假设同一节机车上，其ccu与其bcu之间的信号传输延迟时间为0。对从控车进行编号，设主控车后的第一节从控车编号为1，主控车后的第二节从控车(即第1节从控车后的第一节从控车)编号为2，依此类推，主控车后的第i节从控车编号为i，从控车的数量为n，则i＝1,2,
…
,n。设相邻两节机车之间的距离为s0，本实施例中s0是指相邻两节机车bcu之间的距离；设电制动力消退信号传输速度为ve，电制动力消退信号在相邻两节机车之间的传输时间为te，则可以计算出电制动力消退信号由主控车bcu发送给第i节从控车bcu所需的时间或延迟时间ti：
50.ti＝(i
×
s0)/ve或ti＝i
×
teꢀꢀꢀ
(2)
51.再根据速度计算公式可以计算出第i节从控车的第二目标速度：
52.vi＝v0+atiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
53.其中，vi为第i节从控车的第二目标速度，v0为第一目标速度，a为当前减速度。
54.步骤4：主控车ccu将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu。
55.在主控车速度下降至第一目标速度以及从控车速度下降至对应的第二目标速度之前，主控车ccu将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu。各从控车的空气制动力需求值相同，主控车ccu将空气制动力需求值和第二目标速度vi发送给第i节从控车的ccu。
56.步骤5：电空转换控制。
57.主控车ccu获取主控车的实时速度，当主控车的实时速度降至第一目标速度v0时，主控车ccu向主控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值，主控车bcu根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动消退，同时根据空气制动力需求值进行空气制动补充。
58.第i节从控车ccu获取第i节从控车的实时速度，当第i节从控车的实时速度降至第二目标速度vi时，第i节从控车ccu向第i节从控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力
需求值，第i节从控车bcu根据第i节从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动消退，同时根据空气制动力需求值进行空气制动补充。
59.本发明方法在电空转换控制过程中，无需主控车bcu向各从控车bcu发送电制动力消退信号，各节机车ccu向对应机车bcu发送电制动力消退信号的传输延迟可忽略不计，因此避免了电制动力消退信号由主控车bcu发送给各从控车bcu导致的传输延迟，进而避免了从控车电制动力的延时消退，避免了从控车的电空转换死区现象，保证了整列车电空转换的匹配以及电制动消退和空气制动补充的同步，防止了从控车车钩冲撞问题，使多机重联机车停车更加平稳。
60.如图2所示，本发明实施例提供的一种应用于多机重联机车的电空配合控制系统，包括主控车ccu、主控车bcu、各从控车ccu以及各从控车bcu；主控车ccu与主控车bcu、各从控车ccu通信连接，各从控车ccu与对应从控车bcu通信连接。
61.主控车ccu，用于获取制动级位信号，并根据制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度；根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值(如式(1))，根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度(如式(2)和(3))；将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu；当主控车的速度降至第一目标速度时，向主控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值。
62.主控车bcu，用于接收主控车ccu发送的电制动力消退信号和空气制动力需求值，根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据空气制动力需求值进行空气制动。
63.从控车ccu，用于接收主控车ccu发送的空气制动力需求值以及对应的第二目标速度；当从控车的速度降至第二目标速度时，向对应的从控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值。
64.从控车bcu，用于根据从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据空气制动力需求值进行空气制动。
65.本发明系统在电空转换控制过程中，无需主控车bcu向各从控车bcu发送电制动力消退信号，各节机车ccu向对应机车bcu发送电制动力消退信号的传输延迟可忽略不计，因此避免了电制动力消退信号由主控车bcu发送给各从控车bcu导致的传输延迟，进而避免了从控车电制动力的延时消退，避免了从控车的电空转换死区现象，保证了整列车电空转换的匹配以及电制动消退和空气制动补充的同步，防止了从控车车钩冲撞问题，使多机重联机车停车更加平稳。
66.以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电空配合控制方法，应用于多机重联机车，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：主控车ccu获取制动级位信号，并根据所述制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度；所述主控车ccu根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值，以及根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度；其中，所述第一目标速度是指电空转换时的主控车速度；所述主控车ccu将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu；当主控车的速度降至第一目标速度时，所述主控车ccu向主控车bcu发送电制动力消退信号，所述主控车bcu根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动；当从控车的速度降至第二目标速度时，所述从控车ccu向从控车bcu发送电制动力消退信号，所述从控车bcu根据从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动。2.根据权利要求1所述的电空配合控制方法，其特征在于，所述空气制动力需求值的计算公式为：f
空
＝(p-b)/k其中，f
空
为空气制动力需求值，p为当前制动缸压力值，b为固定修正值，k为制动缸压力转换系数。3.根据权利要求1所述的电空配合控制方法，其特征在于，所述第二目标速度的计算公式为：v
i
＝v0+at
i
t
i
＝(i
×
s0)/v
e
其中，v
i
为第i节从控车的第二目标速度，i＝1,2,
…
,n，n为从控车数量，i＝1表示主控车后的第一节从控车；v0为第一目标速度；a为当前减速度；t
i
为电制动力消退信号由主控车bcu发送给第i节从控车bcu所需的时间；s0为相邻两节机车之间的距离；v
e
为电制动力消退信号传输速度。4.根据权利要求1所述的电空配合控制方法，其特征在于，所述第二目标速度的计算公式为：v
i
＝v0+at
i
t
i
＝i
×
t
e
其中，v
i
为第i节从控车的第二目标速度，i＝1,2,
…
,n，n为从控车数量，i＝1表示主控车后的第一节从控车；v0为第一目标速度；a为当前减速度；t
i
为电制动力消退信号由主控车bcu发送给第i节从控车bcu所需的时间；t
e
为电制动力消退信号在相邻两节机车之间的传输时间。5.根据权利要求1～4中任一项所述的电空配合控制方法，其特征在于，所述第一目标速度为5km/h。6.根据权利要求1所述的电空配合控制方法，其特征在于，所述主控车ccu与各从控车
ccu通过mvb线缆进行通信。7.一种电空配合控制系统，应用于多机重联机车，其特征在于，所述系统包括主控车ccu、主控车bcu、各从控车ccu以及各从控车bcu；所述主控车ccu与主控车bcu、各从控车ccu通信连接，各从控车ccu与对应从控车bcu通信连接；所述主控车ccu，用于获取制动级位信号，并根据所述制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度；根据当前制动缸压力值计算出空气制动力需求值，根据当前减速度和预设的第一目标速度计算出各从控车的第二目标速度；将空气制动力需求值以及各从控车的第二目标速度发送给对应的从控车ccu；当主控车的速度降至第一目标速度时，向主控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值；其中，所述第一目标速度是指电空转换时的主控车速度；所述主控车bcu，用于接收主控车ccu发送的电制动力消退信号和空气制动力需求值，根据主控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动；所述从控车ccu，用于接收所述主控车ccu发送的空气制动力需求值以及对应的第二目标速度；当从控车的速度降至第二目标速度时，向对应的从控车bcu发送电制动力消退信号和空气制动力需求值；所述从控车bcu，用于根据从控车ccu发送的电制动力消退信号进行电制动力消退，同时根据所述空气制动力需求值进行空气制动。8.一种多机重联机车，其特征在于，所述重联机车包括如权利要求7所述的电空配合控制系统。

技术总结
本发明公开了一种多机重联机车及其电空配合控制方法与系统，所述方法包括根据电控手柄的制动级位信号确定当前制动缸压力值和当前减速度，进而确定空气制动力需求值和各从控车速度下降至电空转换时的目标速度，将空气制动力需求值、各从控车的目标速度发送给对应的从控车CCU；当主控车或从控车的速度下降至对应的目标速度时，由主控车CCU向主控车BCU或从控车CCU向对应从控车BCU发送电制动力消退信号。本发明无需主控车BCU向各从控车BCU发送电制动力消退信号，避免了电制动力消退信号由主控车BCU发送给各从控车BCU导致的传输延迟。控车BCU发送给各从控车BCU导致的传输延迟。控车BCU发送给各从控车BCU导致的传输延迟。


技术研发人员：苏天祺 郭莹莹 曾萍 王志坤 谢仕川 高伟 穆俊强 王先鹏 彭轲 闫凡 刘啸 白志军
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31