[0001] 本发明涉及转炉炼钢技术领域，尤其是涉及一种长编组重载列车的制动控制系统及方法。

[0002] 重载铁路运输是铁路货运发展必然趋势，重载列车是重载铁路运输的关键装备。当大轴重车辆发展受限后，重载列车只能向长编组发展。列车有线或无线重联电控技术可以解决重载列车牵引问题，几乎不受编组数量限制，但由于制动控制技术不够完美，列车制动时纵向冲力没有得到很好控制，影响列车安全运行，制约了重载列车向更长编组发展。目前，国内外重载列车的制动控制技术主要有两种，一种是组合列车列车无线重联技术，另一种是列车有线电控技术。

[0003] 组合列车由多个单元列车组合而成，列车无线重联技术是各单元列车的列车采用无线信号来传递牵引和制动控制指令，单元列车的车辆之间仍然采用空气自动制动控制。该技术在一定程度上提高了制动波速，减少了列车纵向冲力，但由于各车辆仍然按统一的列车管减压量控制制动缸压强，没有考虑长大列车各车辆在不同地势情况下车辆重力对制动的影响，而且多重机械转换造成制动缸压强控制精度较低，因此列车无线重联技术对减少的列车纵向冲力有限。

[0004] 列车有线电控技术是由贯穿列车的电缆输送电源，同时传递制动信号，可对每辆车进行直通制动控制，达到同时制动和缓解的目的，可以较大程度减少列车纵向冲击力。该技术虽然有较多优点，但仍然没考虑长大列车各车辆在不同地势情况下车辆重力对制动的影响，仍然存在较大的列车纵向冲动。而且由于电缆接头较多，经常发生线路中断的故障，可靠性不高。

[0005] 以上两种技术在一定程度上提高了制动波速和一致性，但均未考虑重载列车各车辆在不同地势情况下车辆重力对制动的影响，从控制理论上讲各车辆的制动率就存在差异，所以列车纵向冲力始终存在，而且由于可靠性和控制精度方面也存在问题。

[0020] 下面将结合实施例对本发明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，都属于本发明保护的范围。

[0021] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0022] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式 “一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

[0023] 如图1至图3所示，本发明实施例提供一种长编组重载列车的制动控制系统，长编组重载列车包括多节车辆2（图2中示意出了6节车辆），各车辆2之间依次连接成一个整体。该制动控制系统包括：制动信号控制装置100以及安装在每节车辆2上的无线通信模块200、制动输出装置300和重量检测装置330。

[0024] 具体地，制动信号控制装置100用于发出制动减速度指令，例如位于驾驶室1的操作人员发现前方有障碍需要停车时按下驾驶室1内的制动按钮，从而根据制动距离发出制动减速度指令。制动输出装置300包括制动控制模块310以及与制动控制模块310电性连接的倾角检测传感器310、车辆制动模块340以及重量检测装置330。其中，倾角检测传感器310用于在接收到制动减速度指令时获取对应车辆2的倾斜角度数据；车辆制动模块340包括制动缸341，通过控制制动缸压强对车辆2进行制动。重量检测装置330用于获取对应的车辆2重量，由于每节车辆2装载的重量不一致，因此需要针对每节车辆2的重量来调整对应车辆的制动力。

[0025] 制动控制模块310通过无线通信模块200与制动信号控制装置100通信连接，用于根据制动减速度指令、倾斜角度数据以及车辆2重量调节制动缸压强，以使得各节车辆2的减速度趋于一致。

[0026] 其中，制动缸压强具体依照如下公式计算：P=(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；
其中，M为车辆2重量；D为车辆A端方向（若A端方向与列车同向时D=1，若A端方向与
列车反向时D=‑1）；α为车辆A端和B端连线与水平线倾角，A端和B端分别为车辆的两个端面，在车辆编组时随机分布在列车编组，α在上坡和下坡时有可能处于负角度，也有可能处于正角度，从而通过D与α确定D*Msinα为正值还是负值，可以理解的是，当车辆处于下坡时D*Msinα为正值，需要适当增加制动缸压强，而当车辆处于上坡时D*Msinα为负值，需要适当减小制动缸压强；a为列车制动减速度；S为制动缸活塞面积；μ为制动倍率；η为制动效率；ε为摩擦系数；P0为0级制动时的制动缸压强。

[0027] 示例性地，图2中的6节车厢中，3号车辆的A端与列车同向，D取1，A到B连线位于水平线上方，倾角α取正值，即3号车辆在计算制动缸压强时D*Msinα为正值；4号车辆的A端与列车反向，D取‑1，A到B连线位于水平线下方，倾角α取负值，即4号车辆在计算制动缸压强时D*Msinα也为正值（3号车辆和4号车辆均处于下坡阶段），制动力压强相对增加；5号车辆的A端与列车反向，D取‑1，A到B连线位于水平线上方，倾角α取正值，即3号车辆在计算制动缸压强时D*Msinα为负值；6号车辆的A端与列车同向，D取1，A到B连线位于水平线下方，倾角α取负值，即4号车辆在计算制动缸压强时D*Msinα也为负值（5号车辆和6号车辆均处于上坡阶段），制动缸压强相对减小。

[0028] 本发明实施例提供的长编组重载列车的制动控制系统，通过制动减速度指令、倾斜角度数据以及车辆2重量等参数对制动缸压强进行调节，有利于更加精准地调节各车辆2的制动力，从而保证各车辆2的制动减速度趋于一致，有利于降低列车纵向冲击力，进而保证车辆2的安全性和制动效果。

[0029] 在一些实施例中，重量检测装置330包括数据处理模块和两个距离检测传感器，两个距离检测传感器分别安装在每节车辆2的底部且正对铁轨的位置，用于分别检测车辆2到铁轨的距离。数据处理模块与两个距离传感器电性连接，用于根据同一车辆2上的两个距离传感器的距离平均值计算出对应的车辆重量M；数据处理模块与所述制动控制模块310，用于将车辆重量M对应的数据传输至所述制动控制模块310。

[0030] 可选地，数据处理模块根据车辆2重量M的相关计算公式进行数据的处理，具体如下：当Hk‑H＜h时：M=M0+2*k2*(Hk‑H)/9.8；
当Hk‑H≥h时：M=M0+2*(k2*h+k3*(Hk‑H‑h))/9.8。

[0031] 其中，Hk为车辆2出厂校验时空车距离值；M0为车辆2自重；H为编组后实际检测距离值；k2为2级弹簧刚度；k3为3级弹簧刚度；h为2级弹簧到3级弹簧的转换临界点高度。

[0032] 在一些实施例中，继续参阅图1，制动输出装置300还包括：气动发电模块400；气动发电模块400由列车的空压机通过列车管路输送压缩空气进行驱动，从而为无线通信模块200和制动输出装置300供电。

[0033] 本实施例利用列车空压机通过列车管输送到每节车辆2的压缩空气驱动空气泵，从而带动发电机给车辆2制动机提供电能，同时也为无线通信模块200的辅助设备供电，利用气动发电模块400供电不需要改变车辆2的结构，并且不消耗列车牵引功率。

[0034] 在一些实施例中，如图1和图3所示，制动输出装置300还包括：空气制动驱动模块360和双向阀370；双向阀370包括相对设置的第一驱动端和第二驱动端、以及制动输出端，双向发的其中任意一驱动端动作都可以驱动制动输出端移动，从而输出制动力对车辆2进行制动。具体地，空气制动驱动模块360与第一驱动端联动，制动控制模块310通过驱动单元（例如：作用阀）与第二驱动端联动，制动缸341由制动输出端驱动。

[0035] 具体地，本实施例提供的制动控制系统，除了通过无线通信实现制动缸341的压强控制之外，还包括空气制动驱动模块360，通过双向阀370共同控制车辆2的制动缸341，这两套控制系统任何一套有效，列车制动就有效，既能保证列车安全运行，可与既有列车无条件混编。

[0036] 本实施例提供优先采用无线直通智慧制动控制系统，空气制动系统一直处于充气缓解状态，无线直通智慧制动控制系统故障时，可操作空气制动系统实施制动，无线直通智慧制动控制系统按失电缓解设计，可与其他车辆2无条件混编。

[0037] 在一些实施例中，继续参阅图1，为了更准确地控制制动缸341的压强，本实施例提供的制动输出装置300还包括：制动缸压强传感器350，制动缸压强传感器350与制动缸341连接，用于获取制动缸341的实时压强。制动控制模块310与制动缸压强传感器350电性连接，用于根据实时压强与所要调节的制动缸压强进行比对，从而实现制动缸压强的校准，避免出现输出的制动缸压强与实际的制动缸341内的压强不匹配的问题。

[0038] 在一些实施例中，如图4和图5所示，无线通信模块200包括：无线数传模块、物联网卡和卫星定位模块。卫星定位模块与制动控制模块310通信连接，用于通过卫星进行定位以实现车辆2的自动编组。无线数传模块和物联网卡均与制动控制模块310通信连接，无线数传模块通过与移动基站和云服务器的无线通信连接，不同车辆2的物联网卡自动组网，从而实现制动减速度指令和车辆2状态信息在不同组网中的同步传递；其中，状态信息包括车辆2的编组序号、车辆2速度、制动状态、信号强度以及时间。

[0039] 可选地，制动信号控制装置100可以是一台预装列车制动控制系统的智能移动终端，通过外接无线数传模块、物联网卡和卫星定位模块，并与各车辆2的制动控制模块310通信连接。它可置于驾驶室1便于司机触摸的位置，由司机通过触摸屏进行控制，与既有列车司控器完全独立。装有本方案制动控制系统的列车，只需操作本方案的制动信号控制装置100，即可实现列车正常调速和停车。

[0040] 本实施例采用卫星定位导航系统对列车中各车辆2的所有制动控制模块310精准授时，可保证各制动控制模块310在收到含时间信息的制动指令后，按共同约定的时刻实施制动作用，可保证10万吨列车各车辆2的制动机构响应一致性小于2s，极大地提高了列车制动的一致性，从而降低车辆2纵向冲力，有利于提升列车安全。

[0041] 示例性地，制动信号控制装置100通过无线自组网（物联网卡）和移动通信网（无线数传模块）同时向制动控制模块310发出缓解指令和0到9级制动指令，每级制动指令可进行10级微调，每级指令对应一个减速度值，0级为闸瓦刚好与车轮踏面接触，最大为10级，对应
2
减速度值为1m/s，其中每个指令都需要确认后才能发送。

[0042] 在一些实施例中，制动信号控制装置100用于根据分配的编组序号自动确定车辆2的主节点和支节点身份。

[0043] 具体地，主节点之间通过接力的方式将制动减速度指令从制动信号控制装置100向列尾传递，同时将各车辆2的状态信息从列尾传递到司机制动控制模块310；其中，主节点与支节点采用一对多通信模式传递制动减速度指令和车辆2状态信息。

[0044] 具体地，继续参阅图5，本实施例采用固定节点组网，由主网和支网组成。主网由列车司机控器节点和固定序号的主节点组成，中间每5节车辆设置一个主节点。列车自动编组完成后，序号为1、5、10、14的车辆制动信号控制装置自动设置为主节点，最近的两个主节点可相互通信，由于每次中继需要延误20ms左右，对于108辆编组的列车，制动指令最快传递时间约0.5s。支网由主节点和相邻的两个支节点组成，支节点通过主节点中继，实现全列车相互通信。为了通过无线自组网可靠性，本方案采用两套不同频段（频段1和频段2）的无线数传模块同时工作，即使其中一个频段被干扰，另一个频段也可以正常工作。列车编组完成后，置于列车驾驶室1的制动信号控制装置100可通过移动网查询服务器上各编组的车辆位置，自动将同一编组中该车辆后方的车辆识别为本列编组，根据车辆与车辆之间的距离，确定各车辆序号，并将序号赋值给各车辆智慧制动机。

[0045] 需要说明的是，制动信号控制装置100可以被司机触摸或声音控制，也可被列车自动驾驶系统或地面监控控制，发出各种与制动相关的指令，通过移动网络和无线自组网传输到同一编组的车辆2制动机。制动信号控制装置100可以接收车辆2制动机反馈的本车制动状态，并对列车制动状态进行评判，给司机操作提供制动信息方面的提示。

[0046] 基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种用于长编组重载列车的制动控制方法，基于前述实施例的长编组重载列车的制动控制系统，该制动控制方法包括以下步骤：制动信号控制装置100通过无线通信模块200向安装在列车每节车辆2上的制动输
出装置300发出制动减速度指令。

[0047] 安装在每节车辆2上的倾斜度传感器和重量检测装置330在接收到制动减速度指令时获取对应车辆2的倾斜角度数据和车辆2重量。

[0048] 根据制动减速度指令、倾斜角度数据以及车辆2重量确定车辆制动模块340的制动缸压强，以使得各节车辆2的减速度趋于一致。

[0049] 需要说明的是，本实施例提供的制动控制方法基于前述实施例中的长编组重载列车，因此关于列车的控制步骤不再重复赘述。

[0050] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0051] 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0052] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体状况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0053] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。