CN101508287A - 基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法及系统，其特征是通过采用两个独立的嵌入式电空制动单元，每一单元包含一个控制电路、压电中继阀、压电放风阀和相应的压力传感器，两单元由一个通讯与管理电路管理并安装于转向架附近，同一转向架上的两根车轴由两个嵌入式电空制动单元分别控制。本发明通过直接控制单个制动缸，可大大缩小气缸和管路的容积，具有控制响应快、精度高，安全性好的优点。

Description

基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆制动控制方法及系统，尤其是一种单轴控制的轨道车辆制动方法及其系统，具体地说是一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法及系统。

背景技术

微机控制电空制动系统广泛应用于高速动车组和城轨车辆，是车辆的基础和核心制动，其作用是将制动需求的电信号根据控制要求转化为控制制动力的制动缸压力，与其它制动力配合，如动力制动，完成车辆的制动控制。

在现有的高速动车组和城轨车辆中使用的车辆类型有两种，即动车和拖车，动车为牵引车，拖车为被牵引车，若干辆动车和拖车构成一列动车组。由于车辆的类型不同，重量不同，制动控制方式、制动力的分配也不同，动车以复合制动为主，拖车以空气制动为主；动车分配的制动力大，拖车分配的制动力小。为了简化动车组的制动系统和制动力的分配，一种采用以车为单元的制动控制，即一辆车由一个制动单元按一个控制方式一个相同的制动力控制，四轴采用一个平均的控制；另一种采用以转向架为单元的制动控制，即一个转向架由一个制动单元按一个控制方式一个相同的制动力控制，两轴采用一个平均的控制。一方面现用的电空制动单元将电信号转换为通往制动缸压力值时需经过模拟转换阀、紧急阀、称重阀、中继阀多个环节，气压信号流到中继阀的气路较长，环节多，中继阀上的控制信号具有一定的衰减和滞后，影响中继阀的响应和控制精度；另一方面控制气路中的弹性元件特性的不一致性和退化，需经常对其控制特性进行调整。其中，模拟转换阀将电信号转换气压信号的方式：一种是将电信号放大通过线圈的磁力推动控制气路的阀产生气压信号，另一种是用2个或4个两位三通电磁阀按一定规律的充、排气产生气压信号。以上的特点使得电空制动单元气路复杂、体积和重量大，驱动电磁阀的功率大，存在发热和电磁干扰等，控制方式复杂，精度较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电空制动单元气路复杂、体积和重量大，驱动电磁阀的功率大，存在发热和电磁干扰等，控制方式复杂，精度较低的问题，发明一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法及系统。

本发明的技术方案之一是：

一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法，其特征是它采用了以下步骤：

首先，在每个转向架附近安装两个分别用于控制两个车轴的、由控制电路、中继阀及放风阀组成的嵌入式电空制动单元(本发明所指的嵌入式是指体积小，可集成后安装在转向架附近)，使放风阀和中继阀在控制电路的作用下通过对制动风缸输出的控制实现对车轴的制动控制；

其次，增加一个通讯与管理电路用于监测上述每个转向架上的两个控制电路的工作状况，并与列车网络连接传递通讯信息；

第三，在前述通讯与管理电路的控制下使同一个转向架上的两个嵌入式电空制动单元的控制电路和气路互为冗余，当一个控制电路故障时切断故障控制电路，用相邻的控制电路接管其控制功能；在两个相邻的两个制动缸之间增设一个连通阀，当一路中继阀或放风阀故障时即切断该故障气路，通过打开对应的连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能。

所述的中断阀为压电中继阀，所述的放风阀为压电放风阀。

本发明的技术方案之二是：

一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动系统，其特征是每个转向架上的每根车轴均连接有制动缸1，两个制动缸1的进气端均通过各自的相互串接的放风阀2及中继阀3与提供压力气源的制动风缸4相连，在同一转向架上的用于控制两根车轴制动的制动缸1之间设有连通阀5。

所述的制动缸1均连接有向控制电路提供制动时制动压力值的制动压力传感器6；在所述的制动风缸4的出气管上安装有感应制动风缸压力的压力传感器7。

所述的放风阀2为压电放风阀，所述的中继阀3为压电中继阀。

本发明的有益效果：

1.本发明通过直接控制单个轴的制动缸，可缩小制动缸和管路的容积，具有控制响应快、精度高，阀的流量要求小，体积小、重量轻的优点；

2.本发明有利于整列动车组车辆制动力的合理分配，实现制动力的最佳控制；

3.本发明通过使同一转向架上两轴制动单元的控制电路和气路互为冗余，大大提高了车辆制动的可靠性、安全性；能显著降低单轴制动故障对整车制动特性的影响程度；

4.本发明的嵌入式电空制动单元体积小，可制成外场可更换单元，减少维修和更换时间；

5.本发明的气路和弹性环节少，无需气路及弹性元件调整，可简化维护工作量；

6.本发明可通过软件调整制动控制特性，提高应用的灵活性、广泛性；

7.使用本发明后，各转向架无动车和拖车之分，能减少转向架的种类，降低制造难度和成本；

8.本发明有利于制动力的均匀分配，能降低车辆的冲动；

9.采用单轴独立制动，能适用于每台转向架上分别有1根动力轴和1根非动力轴的车型，使牵引力的均匀分配，降低整车驱动功率要求。

附图说明

图1是本发明的每个转向架上的单轴控制电空制动系统框图。

图2是本发明的每个转向架上的单轴电空制动系统气路原理图。

图3是本发明实施例中的压电放风阀的结构示意图。

图4是本发明实施例中的压电中继阀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法，它采用了以下步骤：

首先，在每个转向架附近安装两个分别用于控制两个车轴的、由控制电路、中继阀及放风阀组成的嵌入式电空制动单元(此处所指的嵌入式是指体积小，可集成后安装在转向架附近)，使放风阀和中继阀在控制电路的作用下通过对制动风缸输出的控制实现对车轴的制动控制；

其次，增加一个通讯与管理电路用于监测上述每个转向架上的两个控制电路的工作状况，并与列车网络连接传递通讯信息；

第三，在前述通讯与管理电路的控制下使同一个转向架上的两个嵌入式电空制动单元的控制电路和气路互为冗余，当一个控制电路故障时切断故障控制电路，用相邻的控制电路接管其控制功能；在两个相邻的两个制动缸之间增设一个连通阀，当一路中继阀或放风阀故障时即切断该故障气路，通过打开对应的连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能。如图1所示。

具体实施时中继阀可采用电磁阀控制的常规中继阀，也可采用图4所示的压电中继阀；放风阀可采用常规的电磁控制式放风阀，也可采用图3所示的压电放风阀。

本发明的每个转向架上的制动由两个独立的嵌入式电空制动单元构成，每一单元包含一个控制电路、压电中继阀、压电放风阀和相应的压力传感器，两单元由一个通讯与管理电路管理，安装于转向架附近，同一转向架上的两根车轴由两个嵌入式电空制动单元分别控制。

图1中各组成部分的功能如下：

通讯与管理电路：监测两控制电路工作状况，与列车网络连接传递通讯信息，将同一转向架上两轴制动单元的的控制电路和气路互为冗余，当一个控制电路故障时切断故障电路，用相邻的控制电路接管其控制功能，当一路中继阀或放风阀故障时切断故障气路，打开压电连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能。

控制电路：以微机为核心，接受和发送控制信息，从图1中可见接收的信息主要由制动缸压力传感器6、制动风缸压力传感器7、感受车辆负载大小的空气弹簧压力传感器以及速度传感器直接或经过变换后送来的供控制分析用的信号值，其信号采集与处理单元可采用现有技术加以实现。控制电路中应存储有按车辆的制动要求编成的不同制动模式子程序，根据制动需求信号运行相应的子程序，并结合当前运行状态、载荷大小等控制压电中继阀产生常用、快速或紧急制动及制动缓解动作及其制动力，当检测到制动力过大且在制动轴产生抱死趋势时对压电放风阀进行防滑控制，以及其它拓展功能的控制，控制电路的所有功能和要求均可采用常规电气或电子技术加以实现。

压电中继阀：根据控制电路施加的控制信号将制动风缸内的压力气体按制动要求送入或排出制动缸。

压电放风阀：在制动轴制动力过大并产生抱死趋势时放出制动缸内的部分压力空气，降低制动缸的压力，防止制动轴抱死；当制动缸内压力下降过大制动力不足时，充入部分压力空气增加制动缸内压力。保证在制动过程中，制动轴既不被抱死，又有最佳的制动力。

压电连通阀：当一个轴单元故障时，压电连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能。

速度传感器：为控制电路提供车轮速度变化信号。

空气弹簧压力传感器：提供车辆载荷信号，两个传感器分别测量一个转向架的两个空气弹簧压力。

制动缸压力传感器：检测制动缸的空气压力值并反馈给控制电路，实现对电路的精确控制。

制动风缸压力传感器：检测制动风缸内空气压力并反馈给控制电路，用于制动风缸的状况监测。

本发明中，车辆的制动模式被编制成相应的子程序存储在控制电路中，用程序替代紧急、称重等气路，控制电路根据制动需求启动不同的子程序进行相应的制动控制。并列安装的两个轴制动控制单元的结构与部件均相同，分别与通讯与管理电路和连通阀相连。当一个轴单元故障时，压电连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能，降低和消除轴单元故障的影响程度。

具体实施时，电空制动单元采用嵌入式结构、分布式安装，位置紧靠制动轴，电空转换的环节少，气路短，压电中继阀响应快，控制方法简单。

实施例二。

如图2、3、4所示。

一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动系统，每个转向架上的每根车轴均连接有制动缸1，两个制动缸1的进气端均通过各自的相互串接的放风阀2及中继阀3与提供压力气源的制动风缸4相连，在同一转向架上的用于控制两根车轴制动的制动缸1之间设有连通阀5。如图2所示，具体实施时，为了为控制电路提供相应的控制信号，制动缸1连接有向控制电路提供制动时制动压力值的制动压力传感器6，制动风缸4的出气管上安装有感应制动风缸压力的压力传感器7。此外还应安装感受车辆负载大小的空气弹簧压力传感器，空气弹簧压力传感器的安装位置可根据车辆实际情况配置。

具体实施时，放风阀2可采用图3所示的压电式放风阀，该压电式放风阀包括阀体1′，阀体1′中设有第一气腔2′和第二气腔3′，第一气腔3′中安装有相配的第一阀片4′，第二气腔3′中安装有相配的第二阀片5′，在阀体1′上设有与第一气腔2′相通的连接高压气源的进风通道6′和与第二气腔3′相通的连接大气的大气通道7′以及分别连接第一气腔2′和第二气腔3′的与制动气缸相连的制动气通道8′，第二阀片5′上安装有使其与大气通道7′相抵的弹簧9′；所述的进风通道6′通过阀体1′上的进气通道或外接管道分别与第一压电先导阀10′(即压电型先导阀)及第二压电先导阀11′对应的第一进气口12′及第二进气口13′相通，第一压电先导阀10′的输出气口14′与第一气腔2′的上腔相通，第二压电先导阀11′的输出气口15′则与第二气腔3′的上腔相通，第一压电先导阀10′及第二压电先导阀11′的排气口直接与大气相通或与大气通道7相通。图3中16′为节流器，17′为过滤器。

同样具体实施时中继阀3可采用图4所示的压电中继阀，它主要由压电比例阀4″(可采用压电式气动比例阀加以实现)和中继阀5″组成，中继阀5″包括阀体11″和安装在阀体11″上的活塞式节止阀10″，阀体11″中设有气室6″，气室6″中安装有将其分为A、B两个气室的膜片7″，膜片7″连接有限位块8″，限位块8″与顶杆9″相连，顶杆9″的下端穿过调节气室C与节止阀10″的上端相对，节止阀10″固定安装在阀体11″中，其中心设有一个与大气相通并与顶杆9″的下端相配的内孔12″，在节止阀10″的外侧的环形凹槽中安装有复位弹簧13″，在阀体11″上设有同时与调节气室C及压电比例阀4″的进气口1″相通的进气气路14″以及同时与调节气室C及气室B相通的制动缸气路15″，所述的压电比例阀4″的输出气口2″与气室A相通，压电比例阀4″的排气口3″与大气相通。图4中16″为过滤器，17″为压力传感器，18″为密封圈。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1、一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法，其特征是它采用了以下步骤：

首先，在每个转向架附近安装两个分别用于控制两个车轴的、由控制电路、中继阀及放风阀组成的嵌入式电空制动单元，使放风阀和中继阀在控制电路的作用下通过对制动缸输入压力的控制实现对车轴的制动控制；

其次，增加一个通讯与管理电路用于监测上述每个转向架上的两个控制电路的工作状况，并与列车网络连接传递通讯信息；

第三，在前述通讯与管理电路的控制下，使同一个转向架上的两个嵌入式电空制动单元的控制电路和气路互为冗余，当一个控制电路故障时切断故障控制电路，用相邻的控制电路接管其控制功能；在两个相邻的两个制动缸之间增设一个连通阀，当一路中继阀或放风阀故障时即切断该故障气路，通过打开对应的连通阀连通两制动缸气路，用邻轴的制动空气进行制动控制，实现邻轴互补功能。

2、根据权利要求1所述的基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动方法，其特征是所述的中断阀为压电中继阀，所述的放风阀为压电放风阀。

3、一种基于单轴控制的具有故障互补控制的电空制动系统，其特征是每个转向架上的每根车轴均连接有制动缸(1)，两个制动缸(1)的进气端均通过各自的相互串接的放风阀(2)及中继阀(3)与提供压力气源的制动风缸(4)相连，在同一转向架上的用于控制两根车轴制动的制动缸(1)之间设有连通阀(5)。

4、根据权利要求3所述的电空制动系统，其特征是所述的制动缸(1)均连接有向控制电路提供制动时制动压力值的制动压力传感器(6)；在所述的制动风缸(4)的出气管上安装有感应制动风缸压力的压力传感器(7)。

5、根据权利要求3所述的电空制动系统，其特征是所述的放风阀(2)为压电放风阀，所述的中继阀(3)为压电中继阀。

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