一种高速列车风阻制动系统协同控制方法

1.本发明涉及轨道交通系统控制及列车空气动力学领域，具体涉及一种高速列车风阻制动系统协同控制方法。


背景技术：

2.在轨道交通车辆制动领域，轨道涡流制动、磁轨制动和风阻制动为现阶段主流的3种非黏着制动技术，而风阻制动是高速列车非黏着制动的一种全新制动方式，其利用车身表面设置制动风翼板装置增加空气阻力来产生制动力。随着高速列车技术的快速发展，国内在实现350km/h商业运营的基础上，已经开展更高速高铁列车技术攻关。相关研究发现当列车在300km/h以上速度等级运行时，所受空气阻力占总阻力的80％以上，同时随着运行速度的提高，黏着制动力将逐渐降低，不能满足高性能制动需求，由此可见，同时具备开发应用风阻制动装置的速度条件，尤其适合弥补列车在高速段制动时黏着制动力的不足，特别是在列车紧急制动情况下。
3.国外对高速列车风阻制动系统的研究及应用主要集中在日本，近年来日本对于列车空气制动的有效性研究不仅从风洞试验及计算机数值模拟的方法进行了大量分析，同时还开展了多项实车试验。日本最早在宫崎试验线及山梨试验线上开展风阻制动装置在时速500km工况下mlu002n型磁浮列车空气动力学计算和机构优化研究，对风阻制动装置制动性能做了初步评估。2005年6月，jr东日本公司联合开发了“猫耳”型空气动力制动装置，并于e954型fastech360s和fastech360z型高速列车成功安装应用，同时完成了时速400km车况条件下的风阻制动板性能测试，试验结果显示，风阻制动装置在紧急制动时具有良好的可靠性和较高的应用价值。在风阻制动风翼板安装及布置方面，日本相关组织研发了小型分散式风阻制动装置并对其进行改进，着重从缩小风阻制动装置体积及增大制动板阻力系数两方面进行了研究考虑。
4.国内较早由同济大学和中南大学在高速列车空气动力制动应用领域展开研究，分析了列车顶部不同纵向位置处制动风翼周围流场特性，同时通过数值计算对空气动力制动产生制动力效果进行了分析，在研究计算中制动风翼板主体参考了最初日本的“猫耳”型结构，在风翼板布置时采用单节单排设置的方案，通过计算流体力学方法对带风翼板时速400km高速列车交汇时动力学性能及运行安全性进行探究，结果表明，与未开启制动风翼板相比其运行安全性指标均在合格范围内。相关研究以矩形结构风翼板为研究对象，重点分析了首排风翼板对空气动力制动能力的影响规律，结果表明，首排风翼板的高度变化对后排风翼板的流场结构及制动力变化影响较小。
5.在制动风翼板结构设计及制造方面，目前，国内外已研发了多种风阻制动装置，主要有日本早期研制开发的“猫耳”型风阻制动装置、分散式风阻制动装置、“蝶形”风阻制动装置及液压式风阻制动装置等。
6.（一）申请公布号为cn108099944a，发明名称为一种高速列车风阻制动装置的中国发明专利申请，公开了一种高速列车风阻制动装置，包括箱体，所述箱体固定嵌入于列车顶
部，所述体内设有开启机构、锁闭装置、驱动机构、传动机构、锁定机构及角度传感器，所述驱动机构与传动机构相连接，所述开启机构和锁闭装置上端与所述制动风翼板内表面中部相接触，装有摇臂，所述摇臂基于止档轴承座旋转，所述锁定机构用于控制摇臂的旋转角度，所述摇臂上安装有制动风翼板，所述角度传感器用于测量摇臂的旋转角度。
7.（二）授权公告号为cn110435613b，发明名称为一种轨道列车双向风阻制动装置的中国发明专利，公开了一种轨道列车双向风阻制动装置，包括底座，第一气缸，和第二气缸，所述轨道列车双向风阻制动装置还包括：第一风阻板和第二风阻板，所述第一风阻板尾部与底座铰接，所述第一风阻板还包括第一支撑杆，所述第一支撑杆一端铰接在所述第一风阻板中部，另一端与所述第一气缸连接；所述第二风阻板尾部与底座铰接，所述第二风阻板还包括第二支撑杆，所述第二支撑杆一端铰接在所述第二风阻板中部，另一端与所述第二气缸连接；所述第一风阻板与所述第二风阻板镜像对称设置。
8.（三）申请公布号为cn111976754a，发明名称为一种双层风阻制动装置、双层司机室结构及高速列车的中国发明专利申请，公开了一种双层风阻制动装置、双层司机室结构及高速列车，双层风阻制动装置包括安装于列车变截面区域的外层风阻制动板和内层风阻制动板，外层风阻制动板包括沿变截面区域外部轮廓横向设置的多块外层制动单元板，内层风阻制动板包括沿变截面区域外部轮廓横向设置的多块内层制动单元板，高速列车司机室上安装开合驱动机构，外层风阻制动板和内层风阻制动板打开时，内层制动单元板位于外层制动单元板内侧且位于相邻的外层制动单元板间隙中。
9.（四）申请公布号为cn111976755a，发明名称为一种具有风阻制动装置的高速列车司机室及高速列车的中国发明专利申请，公开了一种具有风阻制动装置的高速列车司机室及高速列车，高速列车司机室包括司机室本体，司机室本体的变截面区域上安装有多组风阻制动板，多组风阻制动板沿司机室本体的长度方向并排布置，每组风阻制动板均包括沿变截面区域外部轮廓横向间隔设置的多块制动单元板，相邻的两组风阻制动板中的制动单元板错位安装，司机室本体上安装有用于收拢或打开制动单元板的开合驱动机构。
10.（五）授权公告号为cn109878473b，发明名称为风阻制动装置的中国发明专利，公开了一种风阻制动装置，包括至少一套第一组件，该组件包括：底座和制动板，制动板上设置有第一延伸部；可控制制动板打开或关闭的驱动装置，第一导轨及其上的第一滑块，第一滑块具有第一突出端；第一拉杆一端与第一滑块可旋转地连接，另一端与第一延伸部可旋转地连接；靠近第一导轨第一端处设有第一电控锁，靠近第二端处设有第二电控锁；第一组件还包括与驱动装置、第一电控锁和第二电控锁电连接的控制单元；所述控制单元可控制驱动装置运行，带动第一延伸部打开或关闭制动板；所述控制单元可控制电控锁限制或者不限制第一突出端。
11.（六）申请公布号为cn113895474a，发明名称为一种新型高速列车风阻制动装置的中国发明专利申请，明公开了一种新型高速列车风阻制动装置，主要包括基座、制动风翼板、驱动装置及控制单元、侧板、车顶流线型外观补偿组件、风翼板限位组件及复位缓冲组件等。制动风翼板为前后两排分别于沿基座前后边缘处安装固定架上转动安装，前后对称布置，制动工作时可选用单排制动或双排制动的方式。该新型高速列车风阻制动装置可实现制动工作时制动力多级调控。
12.综上所述，在风阻制动装置结构形式方面，截止提出并做了多种方案研究及设计，
但在高速列车风阻制动装置智能监测及协同控制方面，尚处于技术空白。基于此，提出一种列车风阻制动装置在高速制动阶段制动力稳定可靠、可多级调控、智能监测、制动效率高、实现协同控制的方法是目前亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

13.为了弥补现有技术空白，提出目前研发设计阶段风阻制动装置协同控制系统，满足高速列车不同制动模式下风阻制动装置制动力稳定可靠、可多级调控、智能监测、制动效率高、实现整车风阻制动装置协同控制的技术要求。
14.为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现：一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，所述方法以高速列车车顶布置工作模式可切换、满足双向运行的新型风阻制动装置为控制对象，以高速列车高速运行阶段或紧急制动阶段制动力需求为目标，集成现阶段列车运行控制系统、车载安全监控设备及标准化网络控制系统，进行多组多模式高速列车风阻制动装置在不同运行环境和不同运行工况下的协同控制，具体位置协同控制方法包括以下步骤：1）高速列车制动启动任务等待就绪：列车运行过程中，实时安全监控并保障风阻制动系统和基础制动系统工作状态良好；2）列车运行环境数据分析：数据链接中国高速列车统一综合信息共享平台，数据信息包括基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息、供电信息、灾害天气信息，风阻制动前根据列车统一综合信息共享平台灾害天气信息，判断当前运行外环境状态，当处于侧风速度大于30m/s、暴雨、暴雪环境运行时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当综合判断列车当前运行外环境状态良好时，进入下一步骤3）；3）确定列车制动模式：在步骤2）的基础上，结合列车统一综合信息共享平台中的基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息和供电信息，明确当前列车制动模式，当为紧急制动模式时进入下一步骤4），当为非紧急制动模式时，转入步骤5）；4）紧急制动模式工作：41）启用紧急制动工作时，在基础制动系统工作的基础上，控制高速列车车顶布局的全部风阻制动装置同时开启制动工作，同时全部风阻制动装置的前后主制动位和辅助制动位的风阻制动板的均开启至常态化制动位进行制动；42）判断紧急停车状态：在步骤41）的基础上，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车是否处于完全停车状态，如果已经处于完全停车状态，则关停全部风阻制动系统，否则继续制动，直至完全停车；5）确定为非紧急制动模式工作时，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车当前制动初速度，当制动初速度小于250km/h范围时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当制动初速度为250km/h~400km/h范围时，风阻制动系统选择常规制动模式，具体控制方法转入步骤6）；当制动初速度大于400km/h范围时，风阻制动系统选择高速强制动模式，具体控制方法转入步骤7）；
6）风阻制动系统选择常规制动模式61）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；62）在步骤61）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时若干风阻制动装置均只开启主制动位的风阻制动板进行制动工作，辅助制动位的风阻制动板处于关停状态；63）在步骤62）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位风阻制动板的条件下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；64）在步骤63）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤63）的内容，直至结束；7）风阻制动系统选择高速强制动模式71）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；72）在步骤71）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时风阻制动装置主制动位的风阻制动板和辅助制动位的风阻制动位均可根据制动需求，选择性开启若干组进行制动工作；73）在步骤72）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位和辅助制动位的风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位和辅助制动位风阻制动板的条件下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；74）在步骤73）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位和辅助制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤73）的内容，直至结束。
15.作为优选地，所述风阻制动装置，为前后两排分别于沿基座前后边缘处安装固定架上转动安装，前后对称布置，制动工作时可选用单排制动或双排制动的方式，同时每个风阻制动板有主制动工作位和辅助制动工作位2种制动工作位和1种关闭停止位，满足双向制动的要求。
16.作为优选地，所述风阻制动装置以中国标准化动车组外形及车顶车外的设备设施布局为依据，每节车辆均按单组风阻制动装置布设，其中列车头车和尾车的风阻制动装置布设在司机室流线型尾端后部的车顶位置，中间车的风阻制动装置布设在除去车顶设备设施的中间位置。
17.作为优选地，风阻制动系统的风压数据采集分析系统为风阻制动板表面受压数据采集和处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统主要包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台；所述动态压力传感器于列车横向对称布设在风阻制动装置制动风翼的迎风面；所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。
18.作为优选地，包含风阻制动系统的所述标准化网络控制系统采用tcn网络，网络通信包括车辆级和列车级，其中列车级采用wtb总线和以太网环网贯穿全车，车辆级采用mvb-emd总线，风阻制动装置（wcu）、网络内部各设备以及第三方设备均连接至mvb-emd总线上，智能设备采用以太网连接到交换机上；列车级总线和车辆级总线均采用通信线路双通道冗余设计。
19.本发明的有益效果为：该高速列车风阻制动系统协同控制方法能够给现阶段高速列车装配风阻制动装置智能控制提供一个典型参考方案，有效填补该方面的技术空白。能够有效解决现有高速列车风阻制动装置安装布设适用性低，实现不同运行环境、不同运行工况和不同制动模式下的风阻制动系统智能协同调控，同时有效应对复杂外环境所引起的列车行车安全问题。满足新一代高速列车风阻制动装置运行安全性及稳定性的要求。
附图说明
20.图1为本发明的一种高速列车风阻制动系统协同控制方法流程图；图2为本发明的一种高速列车风阻制动系统所适用的风阻制动装置基本机构设计原理图；图3为本发明的一种高速列车风阻制动装置车顶安装布置方案示意图；图4为本发明的第一种适用风阻制动装置装配图及动态压力传感器布置示意图；图5为本发明的第二种适用风阻制动装置装配图及动态压力传感器布置示意图；图6为本发明的标准化网络控制系统图；图7为本发明的风压数据采集分析系统的组成图；
实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1所示，一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，所述方法以高速列车车顶布置工作模式可切换、满足双向运行的新型风阻制动装置为控制对象，以高速列车高速运行阶段或紧急制动阶段制动力需求为目标，集成现阶段列车运行控制系统、车载安全监控设备及标准化网络控制系统，进行多组多模式高速列车风阻制动装置在不同运行环境和不同运行工况下的协同控制，具体位置协同控制方法包括以下步骤：1）高速列车制动启动任务等待就绪：列车运行过程中，实时安全监控并保障风阻制动系统和基础制动系统工作状态良好；2）列车运行环境数据分析：数据链接中国高速列车统一综合信息共享平台，数据信息包括基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息、供电信息、灾害天气信息，风阻制动前根据列车统一综合信息共享平台灾害
天气信息，判断当前运行外环境状态，当处于侧风速度大于30m/s、暴雨、暴雪环境运行时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当综合判断列车当前运行外环境状态良好时，进入下一步骤3）；3）确定列车制动模式：在步骤2）的基础上，结合列车统一综合信息共享平台中的基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息和供电信息，明确当前列车制动模式，当为紧急制动模式时进入下一步骤4），当为非紧急制动模式时，转入步骤5）；4）紧急制动模式工作：41）启用紧急制动工作时，在基础制动系统工作的基础上，控制高速列车车顶布局的全部风阻制动装置同时开启制动工作，同时全部风阻制动装置的前后主制动位和辅助制动位的风阻制动板的均开启至常态化制动位进行制动；42）判断紧急停车状态：在步骤41）的基础上，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车是否处于完全停车状态，如果已经处于完全停车状态，则关停全部风阻制动系统，否则继续制动，直至完全停车；5）确定为非紧急制动模式工作时，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车当前制动初速度，当制动初速度小于250km/h范围时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当制动初速度为250km/h~400km/h范围时，风阻制动系统选择常规制动模式，具体控制方法转入步骤6）；当制动初速度大于400km/h范围时，风阻制动系统选择高速强制动模式，具体控制方法转入步骤7）；6）风阻制动系统选择常规制动模式61）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；62）在步骤61）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时若干风阻制动装置均只开启主制动位的风阻制动板进行制动工作，辅助制动位的风阻制动板处于关停状态；63）在步骤62）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位风阻制动板的条件下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；64）在步骤63）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤63）的内容，直至结束；7）风阻制动系统选择高速强制动模式71）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；
72）在步骤71）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时风阻制动装置主制动位的风阻制动板和辅助制动位的风阻制动位均可根据制动需求，选择性开启若干组进行制动工作；73）在步骤72）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位和辅助制动位的风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位和辅助制动位风阻制动板的条件下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；74）在步骤73）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位和辅助制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤73）的内容，直至结束。
22.如图2所示，所述风阻制动装置，为前后两排分别于沿基座前后边缘处安装固定架上转动安装，前后对称布置，制动工作时可选用单排制动或双排制动的方式，同时每个风阻制动板有主制动工作位和辅助制动工作位2种制动工作位和1种关闭停止位，满足双向制动的要求。典型适用于本发明的风阻制动装置装配图及动态压力传感器布置如图4、5所示。
23.如图4所示的适用于本发明的第一种风阻制动装置，主要包括基座、制动风翼板、驱动装置及控制单元、侧板、车顶流线型外观补偿组件、风翼板限位组件、复位缓冲组件。所述制动风翼板为前后两排分别于沿所述基座前后边缘处安装固定架上转动安装，沿列车运行方向纵向前后对称布置，制动工作时，根据制动及双向运行需求可启用单排风翼板制动或双排风翼板主辅配合的制动方式。其中所述控制单元与所述驱动装置、补偿板电控锁及风翼板定位组件的第一电控锁组、第二电控锁组和第三电控锁组连接；所述控制单元用于控制所述驱动装置的运行，控制所述驱动装置同步运行，控制所述驱动装置同步运行，分别实现前后制动风翼板打开及关闭工作；所述控制单元用于分别控制第一电控锁组、第二电控锁组和第三电控锁组的锁舌伸出和缩回，分别实现前后制动风翼板的定位及锁紧工作；所述控制单元用于分别控制前后两组所述补偿板电控锁锁舌的伸出和缩回，分别实现前后车顶补偿板的锁紧和打开工作。所述驱动装置主要由低速电动机、安全离合器及输出驱动轴组成，所述4个驱动装置分别在所述基座内侧前后边缘前后左右位置对称布置，分别安装固定在所述安装固定架上；所述低速电动机的输出轴与所述安全离合器相连接，所述安全离合器另一端通过输出驱动轴依次分别与固定卡件转动连接，与所述制动风翼板上的纵肋板部下安装孔通过键固定连接，进而将转动力矩传递至制动所述制动风翼板。
24.如图5所示的适用于本发明的第二种风阻制动装置，主要包括基座、前后两排对称布置分别沿所述基座前后边缘转动安装的制动风翼板、车顶流线型外观补偿组件、侧板及控制单元、驱动推杆、固定滑轴、液压推进机构及中间补偿板，所述液压推进机构为柱式双作用液压缸结构，主要包括同轴密封滑动套装在所述固定滑轴上的缸体、端盖及固定压装在所述固定滑轴中部的固定柱塞，所述驱动推杆滑动套装在所述固定滑轴上，前后各连接部分别固定连接风翼板支撑滑动体及所述液压推进机构的端盖滑动体连接部。其中采用柱式双作用液压推进机构实现前后双排制动风翼板制动、启停及闭合工作中的动力驱动及定位锁紧功能，有效实现单排制动或双排主辅配合的制动方式，同时能够实现高速列车风阻
制动装置制动工作时制动力多级调控。
25.如图3所示，所述风阻制动装置以中国标准化动车组外形及车顶车外的设备设施布局为依据，每节车辆均按单组风阻制动装置布设，其中列车头车和尾车的风阻制动装置布设在司机室流线型尾端后部的车顶位置，中间车的风阻制动装置布设在除去车顶设备设施的中间位置。
26.如图7所示，风阻制动系统的风压数据采集分析系统为风阻制动板表面受压数据采集和处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统主要包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台；所述动态压力传感器于列车横向对称布设在风阻制动装置制动风翼的迎风面；所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。
27.如图6所示，包含风阻制动系统的所述标准化网络控制系统采用tcn网络，网络通信包括车辆级和列车级，其中列车级采用wtb总线和以太网环网贯穿全车，车辆级采用mvb-emd总线，风阻制动装置（wcu）、网络内部各设备以及第三方设备均连接至mvb-emd总线上，智能设备采用以太网连接到交换机上；列车级总线和车辆级总线均采用通信线路双通道冗余设计。
28.其中需要说明的是，本文献中提到的“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，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、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对技术方案的限制，所述连接关系可以指直接连接关系，也可以指间接连接关系。
29.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，其特征在于：所述方法以高速列车车顶布置工作模式可切换、满足双向运行的新型风阻制动装置为控制对象，以高速列车高速运行阶段或紧急制动阶段制动力需求为目标，集成现阶段列车运行控制系统、车载安全监控设备及标准化网络控制系统，进行多组多模式高速列车风阻制动装置在不同运行环境和不同运行工况下的协同控制，具体位置协同控制方法包括以下步骤：1）高速列车制动启动任务等待就绪：列车运行过程中，实时安全监控并保障风阻制动系统和基础制动系统工作状态良好；2）列车运行环境数据分析：数据链接中国高速列车统一综合信息共享平台，数据信息包括基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息、供电信息、灾害天气信息，风阻制动前根据列车统一综合信息共享平台灾害天气信息，判断当前运行外环境状态，当处于侧风速度大于30m/s、暴雨、暴雪环境运行时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当综合判断列车当前运行外环境状态良好时，进入下一步骤3）；3）确定列车制动模式：在步骤2）的基础上，结合列车统一综合信息共享平台中的基本图、日班计划、施工计划、培训计划、动车计划、乘务计划、供电计划、客票信息、司乘信息和供电信息，明确当前列车制动模式，当为紧急制动模式时进入下一步骤4），当为非紧急制动模式时，转入步骤5）；4）紧急制动模式工作：41）启用紧急制动工作时，在基础制动系统工作的基础上，控制高速列车车顶布局的全部风阻制动装置同时开启制动工作，同时全部风阻制动装置的前后主制动位和辅助制动位的风阻制动板的均开启至常态化制动位进行制动；42）判断紧急停车状态：在步骤41）的基础上，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车是否处于完全停车状态，如果已经处于完全停车状态，则关停全部风阻制动系统，否则继续制动，直至完全停车；5）确定为非紧急制动模式工作时，根据列车车载速度监控系统和风阻制动系统的风压数据采集分析系统综合实时判断列车当前制动初速度，当制动初速度小于250km/h范围时，列车制动工作时不启用风阻制动系统，制动工作由列车基础制动系统担任；当制动初速度为250km/h~400km/h范围时，风阻制动系统选择常规制动模式，具体控制方法转入步骤6）；当制动初速度大于400km/h范围时，风阻制动系统选择高速强制动模式，具体控制方法转入步骤7）；6）风阻制动系统选择常规制动模式61）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；62）在步骤61）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时若干风阻制动装置均只开启主制动位的风阻制动板进行制动工作，辅助制动位的风阻制动板处于关停状态；63）在步骤62）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位风阻制动板的条件
下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；64）在步骤63）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤63）的内容，直至结束；7）风阻制动系统选择高速强制动模式71）根据列车制动初速度、制动距离要求、停车位置要求和列车基础制动性能指标，在列车基础制动系统工作的基础上，综合分析确定高速列车当前风阻制动的制动力需求；72）在步骤71）确定的实时风阻制动力需求的基础上，控制高速列车车顶布局的若干风阻制动系统先后开启制动工作，此时风阻制动装置主制动位的风阻制动板和辅助制动位的风阻制动位均可根据制动需求，选择性开启若干组进行制动工作；73）在步骤72）确定的工作模式的基础上，进行实时速度状态下的风阻制动力需求检算和优化调整，以保证列车能平稳安全的进行制动减速或停车，具体是通过实时协同控制若干组主制动位和辅助制动位的风阻制动板开启和关停，在前后开启多组若干主制动位和辅助制动位风阻制动板的条件下，随着列车运行速度的逐渐降低，优先选择从列车尾车最后的风阻制动板开始关停；74）在步骤73）的基础上，进行列车实时运行速度的监测，同时与风阻制动装置最低运行速度100km/h进行比对，当制动实时速度小于最低运行速度100km/h时，列车风阻制动装置制动停止，若干主制动位和辅助制动位风阻制动板从后往前依次陆续关停；当制动实时速度大于最低运行速度100km/h时，返回继续执行步骤73）的内容，直至结束。2.根据权利要求1所述的一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，其特征在于：所述风阻制动装置，为前后两排分别于沿基座前后边缘处安装固定架上转动安装，前后对称布置，制动工作时可选用单排制动或双排制动的方式，同时每个风阻制动板有主制动工作位和辅助制动工作位2种制动工作位和1种关闭停止位，满足双向制动的要求。3.根据权利要求1或2所述的一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，其特征在于：所述风阻制动装置以中国标准化动车组外形及车顶车外的设备设施布局为依据，每节车辆均按单组风阻制动装置布设，其中列车头车和尾车的风阻制动装置布设在司机室流线型尾端后部的车顶位置，中间车的风阻制动装置布设在除去车顶设备设施的中间位置。4.根据权利要求1所述的一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，其特征在于：风阻制动系统的风压数据采集分析系统为风阻制动板表面受压数据采集和处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统主要包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台；所述动态压力传感器于列车横向对称布设在风阻制动装置制动风翼的迎风面；所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。5.根据权利要求1所述的一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，其特征在于：包含风阻制动系统的所述标准化网络控制系统采用tcn网络，网络通信包括车辆级和列车级，其中列车级采用wtb总线和以太网环网贯穿全车，车辆级采用mvb-emd总线，风阻制动装置（wcu）、网络内部各设备以及第三方设备均连接至mvb-emd总线上，智能设备采用以太网连
接到交换机上；列车级总线和车辆级总线均采用通信线路双通道冗余设计。

技术总结
本发明公开了一种高速列车风阻制动系统协同控制方法，以高速列车车顶布置工作模式可切换、满足双向运行的新型风阻制动装置为控制对象，以高速列车高速运行阶段或紧急制动阶段制动力需求为目标，集成现阶段列车运行控制系统、车载安全监控设备及标准化网络控制系统，进行多组多模式高速列车风阻制动装置在不同运行环境和不同运行工况下的协同控制。能够有效解决现有高速列车风阻制动装置安装布设适用性低、制动效率低等问题，实现不同制动模式下的风阻制动系统智能协同调控，同时有效应对复杂外环境所引起的列车行车安全问题，满足新一代高速列车风阻制动系统运行安全性及稳定性的要求。性的要求。性的要求。


技术研发人员：谢红太 王红
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/5/30