[发明专利]基于无线通信的铁路货车电空制动系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于铁路货车制动控制技术领域，具体涉及一种基于无线通信的铁路货车电空制动系统和方法。 

技术背景

为了提高铁路运输能力，货物列车重载是我国铁路运输的主要发展方向。重载从根本上来说是对列车制动性能的考验，提高列车的制动性能是解决好列车重载及运行安全的当务之急。 

我国货物列车制动系统一直沿用空气制动系统，由于空气制动波速无法超过300m/s，在开行万吨长大列车时，重载列车在常用、紧急制动时前后车辆制动力有效的时间起点不一致，前早后晚，前后时差过长，易造成列车局部牵引力过大，严重的会造成断钩、脱轨事故。因此，减少全列车的制动时前后车辆制动力有效的时间起点的时差过长(时间)，尽可能的接近为同步产生制动力是提高制动性能、保证列车安全运行的发展方向。 

列车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动装置”。 

现有的货运列车空气制动系统的主要缺点是： 

(1)不具备网络通信功能，导致远离机车的车辆产生制动力的时间过长，不能实现每节车辆的无线同步制动。 

(2)不具备数据实时处理和故障诊断功能，当出现故障时无法及时给司机提供报警信号或地面检修人员提供相关机车故障信息。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种基于无线通信的铁路货车电空制动系统和方法，该基于无线通信的铁路货车电空制动系统和方法克服了原有空气制动系统所具有的诸多缺点，可以有效缩短列车制动时间，并防止车钩断裂，提高了列车的安全性。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种基于无线通信的铁路货车电空制动系统，在机车和每一节车厢上均设有一个嵌入式节点，嵌入式节点之间无线通信连接，所有的嵌入式节点形成无线式主从网络拓扑结构，机车上的嵌入式节点为主节点，车厢上的嵌入式节点为从节点，每一个嵌入式节点包括微处理器、无线通信模块、电源和制动执行机构，无线通信模块和制动执行机构均与微处理器连接，制动执行机构包括固态继电器和用于控制列车管风压的电磁阀，微处理器的I/O口接固态继电器的输入端，电磁阀接固态继电器的输出端。 

所述的微处理器采用ARM微处理器，嵌入式节点之间采用GSM-R无线通信方式实现通信连接，电磁阀采用电磁阀为两位两通电磁阀。 

所述的电源采用18V的蓄电池，蓄电池经DC/DC电压转换模块输出12V直流给电磁阀。 

一种基于无线通信的铁路货车电空制动方法，在机车和每一节车厢上均设有一个嵌入式节点，嵌入式节点之间无线通信连接，所有的嵌入式节点形成无线式主从网络拓扑结构，机车上的嵌入式节点为主节点，车厢上的嵌入式节点为从节点，主节点发送控制指令给各从节点，所述的控制指令包含电磁阀开闭状态数据以及电池阀开启或关闭时间数据，从节点根据接收到的控制指令驱动电磁阀动作以控制列车管风压的调节，从而实现该节点所在车厢的缓解和制动；通过多个从节点同步动作，最终实现整个铁路货车的同步缓解和制动。 

嵌入式节点以ARM微处理器为控制核心，嵌入式节点之间的通行采用GSM-R无线通信方式信，电磁阀采用两位两通电磁阀。 

制动执行机构由原有的空气制动机构(风缸和管路)和新加的固态继电器和用于控制列车管风压的电磁阀组成。 

有益效果： 

本发明针对目前铁路货运车辆安全运行中存在的问题和发展趋势，在制动技术方面首次提出了利用无线主从网络在每节车上实现铁路货车电空制动和无线通讯的新方法。 

本发明创新研究了一种基于无线通信的铁路货车电空制动装置，通过无线通信模块在机车和车辆间传递制动信息，通过控制电磁阀的充放气加速制动和缓解过程，实现全列车的无线同步制动。