CN102007025A - 列车制动装置及列车制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明的列车制动装置包括存放与制动指令(2D)和制动初速度对应的多个摩擦系数的空气制动控制部(3)；将从空气制动控制部(3)发送来的压力控制信号(3D)转换成空气信号的电动气动转换阀(4)；生成与空气信号对应的预定压力的制动缸压力(5D)的继动阀(5)；及按照制动缸压力(5D)来控制各闸瓦(8)的制动缸(7)，空气制动控制部(3)根据与制动指令(2D)和制动初速度对应的摩擦系数，生成压力控制信号(3D)。

Description

列车制动装置及列车制动方法

技术领域

本发明涉及一种列车的制动装置及列车制动方法。

背景技术

具有空气制动控制部的列车制动装置采用如下结构：根据制动指令和列车的行驶速度，生成压力控制信号，继动阀输出与压力控制信号对应的制动缸压力，制动缸压力作用于闸瓦，从而得到预定的制动力。该制动力通过制动缸压力和闸瓦的摩擦系数之积求出，该摩擦系数的值具有如下性质：在列车的行驶速度较低的区域会发生变化，而且根据闸瓦的使用时间也会发生变化。即，为了得到稳定的制动力，需要可根据摩擦系数值的变化而适当地控制制动缸压力的列车制动装置。

以往，例如下述专利文献1所示的列车制动装置采用如下结构：对每一制动级(brake notch)计算出摩擦系数，从而对制动力进行运算。而且，采用如下结构：通过使用预定的摩擦系数模式，从而对应于低速时的摩擦系数的变化，对制动力进行运算。

专利文献1：日本专利特开平11-235972号公报

然而，专利文献1所示的列车制动装置中，由于对每一制动级使摩擦系数发生变化，因此存在减速度的变动较大的问题。另外，由于未考虑闸瓦的长年变化，因此存在如下问题：在各闸瓦的更换时间不同的情况下，各闸瓦的摩擦系数的值有所差异，从而无法得到稳定的制动力。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，得到一种使减速度稳定的列车制动装置及列车制动方法。

为了解决上述问题，达到目的，本发明所涉及的列车制动装置根据制动初速度和制动指令来控制制动缸压力，其特征在于，包括：空气制动控制部，该空气制动控制部存放多个与所述制动初速度和所述制动指令对应的摩擦系数，并根据与所述制动初速度和所述制动指令对应的所述摩擦系数，生成压力控制信号；电动气动转换阀；该电动气动转换阀将所述压力控制信号转换成空气信号；及继动阀，该继动阀生成与所述空气信号对应的所述制动缸压力。

根据本发明，可起到能使减速度稳定的效果。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的列车制动装置的结构的一个例子的图。

图2是表示空气制动控制部的功能的方框图。

图3是表示摩擦系数设定表的一个例子的图。

图4是表示摩擦系数模式的一个例子的图。

图5是表示使用了摩擦系数设定表的制动缸压力的决定流程的一个例子的流程图。

图6是表示使用了摩擦系数模式的制动缸压力的决定流程的一个例子的流程图。

标号说明

1、1a、1b、1c、1d  速度传感器

2   制动指令部

3   空气制动控制部

3a  速度输入部

3b  摩擦系数计算部

3c  制动力运算部

3d  输出部

4   电动气动转换阀

5   继动阀

6   压力传感器

7   制动缸

8    闸瓦

10   车轮

11   列车制动装置

12   总风缸

20   摩擦系数设定表

21   制动级

22   制动初速度

23   摩擦系数

1D   速度信号

2D   制动指令

3D   压力控制信号

5D   制动缸压力

6D   反馈指令

12D  压缩空气

A、B、C 摩擦系数模式

V1、V2  行驶速度

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明所涉及的列车制动装置的实施方式。此外，本发明并不限于这些实施方式。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的列车制动装置的结构的一个例子的图。图1所示的列车制动装置11采用如下结构：作为主要构成部分，具有速度传感器1、制动指令部2、空气制动控制部3、电动气动转换阀4、继动阀5、压力传感器6、制动缸7、闸瓦8、车轮10、及总风缸12。

速度传感器1设置于各车辆的前后转向架(共4个)，可获取各车轮10的速度信号1D。速度输入部2可从各车辆的速度传感器1a至速度传感器1d获取速度信号1D。

制动指令部2可输出用于获得预定的减速度的制动指令2D。空气制动控制部3可接收从制动指令部2发送来的制动指令2D、和虽未图示但从检测各车辆的重量的负载补偿装置发送来的负载补偿信号等，输出预定的压力控制信号3D。该压力控制信号3D通过电动气动转换阀4发送到继动阀5，以用于生成制动缸压力5D。

电动气动转换阀4可将从空气制动控制部3发送来的压力控制信号3D(电信号)转换成预定压力的空气(空气信号)。继动阀5将转换成空气信号后的压力控制信号3D放大至预定值，以用于提高制动缸压力5D的响应性。继动阀5与总风缸12连接。由于该总风缸12中储存有预定压力的空气(以下称为“压缩空气”)，因此继动阀5采用如下结构：通过输出与压力控制信号3D对应的压缩空气12D，从而能生成预定的制动缸压力5D。

压力传感器6可检测制动缸压力5D，根据制动缸压力5D生成反馈指令6D，并将反馈指令6D反馈至空气制动控制部3。其结果是，空气制动控制部3可计算出准确的压力控制信号3D。

制动缸7可按照制动缸压力5D的强度按压闸瓦8。闸瓦8具有预定的摩擦系数23，各车轮10的制动力可通过该摩擦系数23和制动缸压力5D之积导出。为了使各车轮10的制动力的值变得均匀，例如在闸瓦8的摩擦系数23的值较高的情况下，将制动缸压力5D的值设定得较低，在闸瓦8的摩擦系数23的值较低的情况下，将制动缸压力5D的值设定得较高即可。

图3是表示摩擦系数设定表的一个例子的图。图3所示的摩擦系数设定表20包括表示制动级21的等级的项目、和表示制动初速度22(列车的制动开始时的速度)的值的项目。

制动级21的项目中，举例表示出B1至B7，以作为多个制动级21的等级。各制动级21的项目中，记录有多个用于运算制动缸压力5D的预定的摩擦系数23的值。由于各制动级21的项目与制动指令部2中的制动级等级对应，因此摩擦系数设定表20采用如下结构：对应于制动级等级，改变摩擦系数23的值。此外，图3所示的制动级21的种类只是一个例子，其不限于7个级别。

制动初速度22的项目中，举例表示出多个制动初速度。各制动初速度的项目中，与上述相同记录有多个预定的摩擦系数23的值，并采用如下结构：对应于制动初速度22，改变摩擦系数23的值。由于制动级21和制动初速度22相互对应，因此例如在制动级21中选择“B1”的情况下，制动初速度22为“60”时，摩擦系数23为“μ13”。之后，随着行驶速度减速，摩擦系数23的值也变化。此外作为图3所示的制动初速度22的值，将0km/h至120km/h以每步20km/h进行设定，但并不局限于此。

另外，摩擦系数设定表20中，摩擦系数23的值如“μ10”和“μ20”那样来表示，但这只是一个例子，可任意设定预定的值。另外，也可将各摩擦系数23的值设定得更精细。而且，为了与多个闸瓦8的摩擦系数23对应，也可设定多个摩擦系数设定表20。

图2是表示空气制动控制部的功能的方框图。空气制动控制部3采用如下结构：具有速度输入部3a、摩擦系数计算部3b、制动力运算部3c、及输出部3d。

速度传感器1a至速度传感器1d可使用各车轮轴的转速来检测速度信号1D。速度输入部3a可接收从速度传感器1a至速度传感器1d分别发送来的速度信号1D。

摩擦系数计算部3b可对每一闸瓦8计算出与列车的行驶速度对应的摩擦系数23的值。即，摩擦系数计算部3b可使用速度信号1D算出制动初速度22的值，并将制动初速度22的值与摩擦系数设定表20进行对照，计算出与制动初速度22对应的摩擦系数23的值。

制动力运算部3c在接收到制动指令2D时，可对于由摩擦系数计算部3b计算出的摩擦系数23，进一步计算出与制动级21对应的摩擦系数23的值，并根据该摩擦系数23的值，对压力控制信号3D进行运算。

下面，说明对压力控制信号3D进行运算的程序。这里，图1及图2中，虽然空气制动控制部3输出的信号的名称为“压力控制信号3D”，但由于将压力控制信号3D放大后的信号为制动缸压力5D，另外作用于闸瓦8的信号为制动缸压力5D，因此将“压力控制信号3D”改称为“制动缸压力5D”进行说明。

摩擦系数计算部3b使用速度信号1D计算出与制动初速度22对应的摩擦系数23的值。制动力运算部3c在接收到从制动指令部2发送来的制动指令2D的情况下，计算出与制动级21对应的摩擦系数23。

这里，“制动缸压力5D”的值可通过计算式B＝F/(k*f)(B：制动缸压力、F：制动力、k：常数、f：摩擦系数23)来求出。即，制动力运算部3c可通过将上述的与制动初速度22及制动级21对应的摩擦系数23的值、和制动所需的制动力的值代入上述的计算式，从而连续求出“制动缸压力5D”的值。

下面，使用具体的值来说明列车制动装置11的整体动作。摩擦系数计算部3b使用速度信号1D算出制动初速度22。例如，在制动初速度22为60km/h的情况下，摩擦系数计算部3b在摩擦系数设定表20中，计算出“μ13”至“μ73”中的某一个值。

制动力运算部3c在接收到制动指令2D的情况下，例如当制动级21为B1时选择“μ13”。而且，制动力运算部3c可根据摩擦系数23为“μ13”、和所需的制动力的值，对“制动缸压力5D”进行运算。

这里，在连续接收到制动指令2D的情况下，列车的行驶速度连续减速，而摩擦系数计算部3b采用如下结构：可对应于行驶速度的变化，连续计算出摩擦系数23的值。即，可在连续接收到制动指令2D的期间，改变摩擦系数23。例如，制动初速度22为60km/h、且制动级21为B1的情况下，最初选择的摩擦系数23的值为“μ13”。接着，若之后也连续接收到制动指令2D，则摩擦系数23的值以“μ13”→“μ12”→“μ11”→“μ10”的方式连续变化。而且，制动力运算部3c可根据摩擦系数23为“μ13”至“μ10”、和制动力的值，对“制动缸压力5D”连续进行运算。而且，在中途将制动级21的值从B1改变成B2的情况下，也可继续使摩擦系数23的值变化。

图5是表示使用了摩擦系数设定表的制动缸压力的决定流程的一个例子的流程图。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c接收速度信号1D(步骤S51)，并计算出与制动初速度22对应的摩擦系数23。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c在接收到制动指令2D的情况下(步骤S52，是)，使用摩擦系数设定表20，对与制动级21对应的摩擦系数23进行运算(步骤S53)。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c根据摩擦系数23的值和制动力的值，对“制动缸压力5D(压力控制信号3D)”进行运算(步骤S54)。输出部3d将摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c进行运算得到的“制动缸压力5D(压力控制信号3D)”输出到电动气动转换阀4(步骤S55)。在制动指令2D的发送结束的情况下(步骤S56，是)，空气制动控制部3结束“制动缸压力5D”的输出。

摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c在未接收到制动指令2D的情况下(步骤S52，否)，不对摩擦系数23进行运算，直到接收到制动指令2D为止。另外，在连续发送制动指令2D的情况下(步骤S56，否)，摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c重复步骤S53之后的程序，根据摩擦系数23的值、和所需的制动力的值，对与行驶速度对应的“制动缸压力5D”连续进行运算。

如上所述，根据实施方式1的列车制动装置11，由于使用摩擦系数设定表20，随着列车的行驶速度的变化来改变各闸瓦8的摩擦系数23的值，因此列车整体可获得稳定的减速度。另外，由于可减小各车轮10的最大粘着力(作用于车轮10和轨道间的接触部分的前后力)的差异，因此例如可降低在紧急制动时发生滑行的概率，与以往相比可缩短制动距离。另外，由于可降低滑行的概率，因此可减少各车轮10发生磨平(车轮10抱死时产生的损伤)，还可抑制车轮10的切削工时数及列车行驶时的噪声、振动、以及乘坐心情变差等。另外，由于车轮10的切削减少，因此车轮10可长期使用。

实施方式2.

实施方式2所涉及的列车制动装置11采用如下结构：可减少因闸瓦8的使用时间的不同而产生的摩擦系数23的差异，可得到稳定的减速度。此外，列车制动装置11的结构与实施方式1中的图1及图2所示的结构相同。

这里，制动力如上所述可通过制动缸压力5D和摩擦系数23之积求出。这里，闸瓦8的更换周期因乘客的人数和使用环境等而有所差异，一般使用时间越长，闸瓦8的摩擦系数23的值越是减小。即，更换时间早且行驶距离(使用时间)长的闸瓦8的摩擦系数23的值与更换时间新的闸瓦8相比，示出较低的值。因此，在并用更换时间早的闸瓦8和更换时间新的闸瓦8的列车中，但空气制动器进行动作时，例如一个车轮10虽适当地制动，但其它车轮10有时会由于制动力过强，而超过车轮10和轨道之间的最大粘着力，发生滑行。另外，由于制动力大致上取决于摩擦系数23，因此若能减小各车轮10的摩擦系数23的值的差异，则可得到稳定的制动力。因此，实施方式2所涉及的列车制动装置11采用如下结构：在空气制动控制部3中，导出与闸瓦8的使用时间对应的多个摩擦系数模式，来改变各闸瓦8的摩擦系数23。

图4是表示摩擦系数模式的一个例子的图。纵轴表示闸瓦8的摩擦系数23，横轴表示列车的行驶速度。图4中，实线、点划线、及虚线所示的3根线是上述摩擦系数模式的一个例子。

摩擦系数模式A与行驶距离为0km至X1km的闸瓦8(从上次更换时间起未经过较长时间)对应。摩擦系数模式B与行驶距离为X1km至X2km的闸瓦8对应。摩擦系数模式C与行驶距离为X2km至X3km的闸瓦8(从上次更换时间起经过了较长时间)对应。此外，摩擦系数模式A至摩擦系数模式C只是一个例子，并不局限于3种，也可设定更多的模式。另外，与X1至X3相当的值可任意设定。

与行驶速度对应的摩擦系数28的值如下：例如在行驶速度为V1km/h的情况下，摩擦系数模式为“A”时示为“μ1”，摩擦系数模式为“B”时示为“μ2”，摩擦系数模式为“C”时示为“μ3”。此外，μ1至μ3为运算制动缸压力5D时使用的预定的摩擦系数23的值。

这里，动摩擦系数(物体运动时的摩擦系数)的值一般示为固定值，但在摩擦力为几％～几十％之间，有时会与行驶速度成反比。图4中，在行驶速度V2至行驶速度V1的区域，摩擦系数23的值相对于行驶速度的变化大致上固定。然而，在行驶速度V1至0km/h的区域，摩擦系数23的值随着行驶速度减小而增加。这一趋势，对于摩擦系数模式A至摩擦系数模式C是相同的。

这样，闸瓦8的摩擦系数23的值随着列车的行驶速度和闸瓦8的更换时间而变动，但实施方式2所涉及的列车制动装置11采用如下结构：通过预先设定这些变动，从而能适当地控制制动缸压力5D。即，列车制动装置11在空气制动控制部3中，记录各闸瓦8的更换时间，将该更换时间作为起算点来计算行驶距离，并导出与该行驶距离对应的摩擦系数模式A至摩擦系数模式C，根据该摩擦系数模式A至摩擦系数模式C、和列车的行驶速度的关系，可计算出各闸瓦8的摩擦系数的值。

图2中，摩擦系数计算部3b可对于列车的行驶距离计算出各闸瓦8的摩擦系数23的值。即，摩擦系数计算部3b根据速度信号1D算出行驶距离，并使用该行驶距离对摩擦系数模式A至摩擦系数模式C进行运算。然后，将行驶速度与摩擦系数模式A至摩擦系数模式C进行对照，对每一摩擦系数模式计算出摩擦系数23的值。

制动力运算部3c接收从制动指令部2发送来的制动指令2D，算出与制动指令2D对应的制动力。然后，根据对每一摩擦系数模式计算出的摩擦系数23的值、和上述的制动力的值，对“制动缸压力5D”进行运算。

下面，使用具体的值来说明列车制动装置11的整体动作。摩擦系数计算部3b根据速度信号1D算出行驶距离。例如，一个闸瓦8中，在行驶距离为X1km至X2km的情况下，导出与这一个闸瓦8对应的摩擦系数模式B。而且，在行驶速度为V1的情况下，将行驶速度V1与摩擦系数模式B进行对照，计算出摩擦系数23的值“μ2”。

制动力运算部3c接收从制动指令部2发送来的制动指令2D，算出与制动指令2D对应的制动力。而且，制动力运算部3c可根据摩擦系数23的值“μ2”和制动力的值，对“制动缸压力5D”进行运算。

另外，由于可对每一闸瓦8运算摩擦系数模式A至摩擦系数模式C，因此也可对于根据行驶速度V1和摩擦系数模式A计算出的摩擦系数23的值“μ1”、和根据行驶速度V1和摩擦系数模式C计算出的摩擦系数23的值“μ3”等，对每一闸瓦8运算“制动缸压力5D”。

此外，摩擦系数计算部3b中，也可将摩擦系数模式A至摩擦系数模式C、与图3所示的摩擦系数设定表20加以组合，来导出摩擦系数23。即，若将与摩擦系数模式A对应的摩擦系数设定表20、与摩擦系数模式B对应的摩擦系数设定表20、及与摩擦系数模式C对应的摩擦系数设定表20预先设定于摩擦系数计算部3b，则可导出与列车的速度变化、制动级、及闸瓦8的使用时间对应的摩擦系数23的值。

图6是表示使用了摩擦系数模式的制动缸压力的决定流程的一个例子的流程图。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c接收速度信号1D(步骤S61)，根据速度信号1D算出行驶距离，并导出各闸瓦8的摩擦系数模式(步骤S62)。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c在接收到制动指令2D的情况下(步骤S63，是)，将行驶速度与摩擦系数模式进行对照，对摩擦系数23的值进行运算(步骤S64)。摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c根据摩擦系数23的值、和制动力的值，对“制动缸压力5D(压力控制信号3D)”进行运算(步骤S65)。输出部3d将摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c进行运算得到的“制动缸压力5D(压力控制信号3D)”输出到电动气动转换阀4(步骤S66)。在制动指令2D的发送结束的情况下(步骤S67，是)，空气制动控制部3结束“制动缸压力5D”的输出。

摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c在未接收到制动指令2D的情况下(步骤S63，否)，不对摩擦系数23的值进行运算，直到接收到制动指令2D为止。另外，在连续发送制动指令2D的情况下(步骤S67，否)，摩擦系数计算部3b和制动力运算部3c重复步骤S64之后的程序，根据摩擦系数23的值、和所需的制动力的值，对与摩擦系数模式A至摩擦系数模式C和行驶速度对应的“制动缸压力5D”连续进行运算。

如上所述，根据实施方式2的列车制动装置11，由于导出与各闸瓦8的使用时间对应的摩擦系数模式，来改变各闸瓦8的摩擦系数23，因此列车整体可得到稳定的减速度。另外，由于能减小各车轮10的最大粘着力的差异，因此例如能降低在紧急制动时发生滑行的概率，与以往相比可缩短制动距离。另外，由于可降低滑行的概率，因此可减少各车轮10发生磨平，还可抑制车轮10的切削工时数及列车行驶时的噪声、振动、以及乘坐心情变差等。另外，由于车轮10的切削减少，因此车轮10可长期使用。而且，由于即使各闸瓦8的摩擦系数23的值有所差异，也能得到稳定的制动力，因此无需为了使摩擦系数23的值一致而进行闸瓦8的更换作业，所以可减小更换闸瓦8所带来的成本，并且各闸瓦8可长期使用。

工业上的实用性

如上所述，本发明所涉及的列车制动装置对于具有空气制动控制部的列车制动装置是有用的。

Claims (5)

1.一种列车制动装置，根据制动初速度和制动指令来控制制动缸压力，其特征在于，包括：

空气制动控制部，该空气制动控制部存放多个与所述制动初速度和所述制动指令对应的摩擦系数，并根据与所述制动初速度和所述制动指令对应的所述摩擦系数，生成压力控制信号；

电动气动转换阀，该电动气动转换阀将所述压力控制信号转换成空气信号；及

继动阀，该继动阀生成与所述空气信号对应的所述制动缸压力。

2.如权利要求1所述的列车制动装置，其特征在于，

所述空气制动控制部对每一闸瓦存放与所述制动初速度和所述制动指令对应的所述摩擦系数，并根据与所述制动初速度和所述制动指令对应的所述摩擦系数，对每一闸瓦生成所述压力控制信号。

3.如权利要求1所述的列车制动装置，其特征在于，

所述空气制动控制部根据速度信号，记录各闸瓦的使用时间，并根据与所述使用时间和列车的行驶速度对应的所述摩擦系数，对每一闸瓦生成所述压力控制信号。

4.一种列车制动方法，其特征在于，包含：

接收步骤，该接收步骤接收制动初速度和制动指令；

计算步骤，该计算步骤对应于所述制动初速度和所述制动指令，计算出摩擦系数；及

生成步骤，该生成步骤对每一闸瓦生成与所述摩擦系数对应的压力控制信号。

5.一种列车制动方法，其特征在于，包含：

接收步骤，该接收步骤接收速度信号；

记录步骤，该记录步骤根据所述速度信号，记录各闸瓦的使用时间；

计算步骤，该计算步骤对应于所述使用时间和列车的行驶速度，计算出摩擦系数；及

生成步骤，该生成步骤对每一闸瓦生成与所述摩擦系数对应的压力控制信号。

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