CN103183016B

CN103183016B - 用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法

Info

Publication number: CN103183016B
Application number: CN201110455551.3A
Authority: CN
Inventors: 王建华
Original assignee: Knorr Bremse Systems for Rail Vehicles Suzhou Co Ltd
Current assignee: Knorr Bremse Systems for Rail Vehicles Suzhou Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN103183016A

Abstract

本发明公开了一种用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法其包括常用制动控制模式和紧急制动控制模式，所述常用制动控制模式和所述紧急制动控制模式与车辆速度和粘着系数相关。本发明可以减少因为在恶劣天气或特殊环境情况下因为粘着不足而发生滑行的可能。另外，可使制动闸片的更换周期明显延长，制动盘的磨耗明显降低。

Description

用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法

技术领域

本发明涉及一种轨道列车制动控制方法，尤其是涉及一种可适用于高速铁路动车组的制动控制方法。

背景技术

目前轨道列车采用的制动控制模式通常是制动控制手柄的位置对应的是某一恒定制动指令。即运营中若操纵制动手柄至某一制动位时，那么在列车速度降至零的整个过程中，列车的制动减速度基本恒定(不考虑列车风阻的前提下)。

该模式应用于低速列车是完全可行的，但是应用于高速列车则存在明显的问题：

1.轮轨粘着系数与轮轨材质、表面状况、动轮转动特征等一系列因数有关，并随行车速度的提高而降低。下表1是日本新干线以及中国现行的常规列车制动计算粘着系数公式。从各公式可知，不管是在干轨或湿轨情况下粘着系数值在高速区明显低于低速区。因此针对高速动车组，若在整个速度范围内采用恒定的减速度(未考虑风阻)，那么如果减速度值要求较高，必然造成列车在高速区因粘着不足而产生频繁打滑，甚至造成轮对擦伤；而在低速区则可能并未充分利用粘着。若减速度过低，虽然不会存在粘着不足的问题，但可能满足不了列车安全制动的要求。

表1：粘着系数计算公式

2.摩擦制动是确保列车安全制动的最重要的方式。高速列车通常采用盘式摩擦制动，制动过程中的列车动能最终都会通过闸片与制动盘之间的摩擦(除风阻外)，最终转化为热能。而制动盘的热负荷能力及制动性能在材质、形状、通风条件等一定的情况下，一方面取决于制动过程中需要承担的能量，同时与制动过程中的最大制动功率是具有较大关系的。过大的制动功率可能造成制动盘在磨耗到限之前产生不可接受的热裂纹，同时在高速区过大的制动力也会造成制动闸片以及制动盘的磨耗增加。在满足相同制动距离的前提下，采用恒定的制动减速度必然导致列车在高速区的制动力较大，从而导致所述的问题。

国外高速动车组虽然已经采用了与速度相关的制动控制模式，但是由于其要求的制动距离通常比铁路标准要求的短，因此普遍采用了诸如线性涡流制动等非粘着制动以满足制动距离的要求。因此其采用的减速度值通常比我国要求的高，并不是一种适于普遍应用的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法来克服现有技术的缺陷。

根据本发明的一个方面，提供一种用于高速运行的轨道车辆的制动控制方法，包括常用制动控制模式和紧急制动控制模式，常用制动控制模式和紧急制动控制模式与车辆速度和粘着系数相关。

进一步地，在低速区增加制动力而在高速区降低制动力。

进一步地，在常用制动模式下，减速度将随着速度的下降逐渐变大；当列车速度低于设定值时，减速度保持不变。

进一步地，在常用制动模式下，将减速度按照轨道的粘着系数分为多级，相对于相同的车辆速度，粘着系数越大制动减速度越大。

进一步地，在常用制动模式下，相对于相同的车辆速度，多级设置成各个级别之间的差均匀分布。

进一步地，紧急制动控制模式设置为分级制动模式，在高速区时采用低级位的制动减速度，而在低速区时采用高级位的制动减速度。

进一步地，紧急制动控制模式下，相对于每个级位，制动减速度保持不变。

进一步地，紧急制动控制模式下，各个级位的减速度值呈阶跃式布置。

进一步地，紧急制动控制模式下，对应于车辆初始速度为350km/h、300km/h、250km/h、200km/h，最大制动距离分别为6015m、4078m、2878m、1775m。

进一步地，常用制动控制模式下，对应于车辆初始速度为350km/h、300km/h、250km/h、200km/h，最大制动距离分别为8220m、5550m、3530m、2080m。

根据本发明的适用于高速铁路动车组的制动控制模式，其与列车速度及粘着相关，高速区时采用较低的制动减速度而低速区时采用较高的减速度。提出了各级常用制动减速度的公式，并提出了适用于高速动车组(尤其是我国的高速动车组)的最大常用制动距离。提出了分级的紧急制动控制模式。采用该控制模式，可以减少列车因为在恶劣天气或特殊环境情况下由于粘着不足而发生滑行的可能，优化列车制动摩擦副的热负荷并降低其磨耗。

本发明提供了一种应用于我国高速动车组的制动系统控制模式，常用制动以及紧急制动控制模式与列车速度、轮轨粘着系数相关。该模式不需更改任何硬件而只需修改列车制动控制软件，推广实施容易。在紧急制动时采用高/低分级控制，在高速区时采用低级位的制动减速度，而在低速区时采用高级位的制动减速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、由于采用了与粘着相关的常用制动以及紧急制动控制曲线，高速区时制动所需的粘着系数较低。由于该设计考虑了粘着随速度变化的特点，因此可以减少因为在恶劣天气或特殊环境情况下因为粘着不足而发生滑行的可能。

二、在获得相同列车制动距离的前提下，本发明因采用了增加低速区制动力而降低高速区制动力的方式。因此降低了制动过程中制动装置需要承担的最大制动功率，优化了摩擦副的热负荷分配。这对确保高速区尤其是紧急制动的安全，以及降低列车摩擦副的磨耗以提高其LCC(全寿命周期成本)具有重大意义。经在高速动车组上装车应用证明，采用本发明的制动控制模式后制动闸片的更换周期明显延长，制动盘的磨耗明显降低。

三、本发明在基于铁路对制动距离以及粘着的相关要求下，提出了适用于高速动车组(尤其适用于我国高速动车组)的制动减速度曲线。

四、本发明不需更改任何硬件而只需修改列车制动控制软件，推广实施容易。

附图说明

本发明的上述及其它特征将通过参照附图对本发明的详细示例性实施例的描述而变得更加清楚，其中：

图1是本发明的各常用制动及紧急制动的控制模式，其中示出了未考虑列车空气阻力的制动控制曲线。

图2是在图1的基础上考虑典型列车空气阻力的制动控制曲线。

图3是现有技术的以及根据本发明的粘着曲线。

具体实施方式

以下将参照示出了本发明示例性实施例的附图对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以多种不同形式来实施，而不应该仅限于这里所阐述的示例性实施例来构造。当然，提供这些示例性实施例是为了使本公布更全面和完整，并能够向本领域技术人员充分传达本发明的范围。附图中，为了清楚起见，装置的尺寸和相对尺寸可能被放大了。

在本发明中，其提供了一种用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法，包括常用制动控制模式和紧急制动控制模式，常用制动控制模式和紧急制动控制模式与车辆速度和粘着系数相关。下面，将参照附图详细解释本发明。

请参照图1。图1详细定义了本发明推荐的各常用制动及紧急制动的控制模式。

图1是本发明的常用制动各级位以及紧急制动对应的制动控制曲线，该曲线对应值用于列车制动系统控制输出目标值。

其中1A，1B，N2，N3，N4，N5，N6，N7，FSB为常用制动各级别；FSB为最大常用制动。EB为列车纯空气紧急制动减速度曲线。TR为一种典型的高速动车组列车空气阻力曲线。各曲线对应的公式及相关说明见下表2。

表2：不带风阻的列车制动模式

图2是在图1的基础上叠加TR，即某典型的高速列车空气阻力后的制动控制曲线。

从图1和图2中可以看出，在常用制动模式下，在高速区时减速度较低，减速度将随着速度的下降逐渐变大；当列车速度低于某值时，减速度保持不变。具体地说，参照附图可以看出，在常用制模式按照轨道的粘着系数分为多级，相对于相同的车辆速度，粘着系数越大制动减速度越大。而且，优选地，在常用制模式下，相对于相同的车辆速度，多级设置成各个级别之间的差均匀分布。

另外，从图1和图2中可以看出，紧急制动控制模式设置为分级制动模式，在高速区时采用小级位的制动减速度，而在低速区时采用高级位的制动减速度。优选地，紧急制动控制模式下，相对于每个级位，其制动减速度保持不变。紧急制动控制模式下，各个级位的减速度值可以呈如图所示的阶跃式或阶梯式布置。

图1和2所示的制动控制可以通过在低速区增加制动力而在高速区降低制动力来实现。

图3是中国、欧洲及日本相关的粘着曲线。图中粘着曲线3是欧洲高速铁路网互用性技术规范(TSI)规定的在列车设计或制动计算时所能采用的轮/轨最高可能的粘着极限；而图中粘着曲线4、7分别是TSI要求的紧急制动以及最大常用制动对应的最低粘着要求。图中曲线2是日本新干线制动系统设计或计算时所能采用的轮/轨最高可能的粘着极限。图中曲线1是我国应用于常规列车的最高轮/轨粘着公式，经延长后的曲线。曲线5、6分别是根据本发明紧急制动以及最大常用制动要求的粘着曲线。

因为我国要求的紧急制动距离比TSI要求的值大，具体见下表3：

表3：相关标准规定的紧急制动距离要求

图中采取的紧急制动曲线5能够满足中国铁标的要求，但是比欧洲TSI要求的制动距离要长。其计算对应各制动初速度350km/h、300km/h、250km/h、200km/h下的紧急制动距离分别为6015m，4078m，2878m，1775m。

图中采取的最大常用制动曲线6比TSI要求的高，TSI要求的最大常用制动距离值以及采用本设计曲线的最大常用制动距离计算值见下表4：

表4：相关标准规定的常用制动距离要求及设计曲线对应制动距离

即，常用制动控制模式下，对应于车辆初始速度为350km/h、300km/h、250km/h、200km/h，最大制动距离分别为8220m、5550m、3530m、2080m。

由于低级别的常用制动减速度并无相关标准规定，传统的自动式制动系统主要需要考虑通过列车管减压来实施阶段制动/缓解的可行性及准确性。两级制动之间的减速度差若过小，可能难以实现。同时需考虑司机的操纵手感及习惯。因此在本设计中各小级别常用制动之间的差均匀分布，基本一致，具体各曲线公式见上表2。

以上是对本发明的说明，而不应被解释为限制本发明。虽然已经描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以理解，在实质上没有脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，可以对示例性实施例进行多种变型。因此，可以理解，以上是对本发明的说明，而不应被解释为限制于所描述的特定示例性实施例，并且对所公开的示例性实施例的变型、以及其它示例性实施例将旨在被包括于所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于适于高速运行的轨道车辆的制动控制方法，其特征在于，包括常用制动控制模式和紧急制动控制模式，所述常用制动控制模式和所述紧急制动控制模式与车辆速度和粘着系数相关；在所述常用制动模式下，常用制动的制动级位包括1A、1B、N2、N3、N4、N5、N6、N7和FSB，在不考虑风阻的情况下，当制动级位为1A、1B、N2、N3、N4、N5、N6、N7或FSB时，在列车速度高于140km/h时，减速度将随着速度的下降逐渐变大，并在列车速度低于140km/h后，减速度保持不变；所述紧急制动控制模式设置为分级制动模式，在车辆速度为300-350 km/h, 200-300 km/h 和0-200 km/h 时采用不同级位的减速度，在高速区时采用低级位的制动减速度，而在低速区时采用高级位的制动减速度；所述紧急制动控制模式下，各个级位的减速度值呈阶跃式或阶梯式布置；

在所述常用制动模式下，将减速度按照轨道的粘着系数分为多级，相对于相同的车辆速度，粘着系数越大制动减速度越大；

所述的制动级位在列车速度低于140km/h时，1A的减速度为0.096m/s²，1B的减速度为0.192m/s²，N2的减速度为0.288m/s²，N3的减速度为0.384m/s²，N4的减速度为0.480m/s²，N5的减速度为0.560m/s²，N6的减速度为0.640m/s²，N7的减速度为0.720m/s²，FSB的减速度为0.800m/s²。

2.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，在低速区增加制动力而在高速区降低制动力。

3.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，在所述常用制动模式下，相对于相同的车辆速度，所述多级设置成各个级别之间的差均匀分布。

4.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述紧急制动控制模式下，相对于每个级位，制动减速度保持不变。

5.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述紧急制动控制模式下，对应于车辆初始速度为350km/h、300km/h、250km/h、200km/h，最大制动距离分别为6015m、4078m、2878m、1775m。

6.根据权利要求1所述的制动控制方法，其特征在于，所述常用制动控制模式下，对应于车辆初始速度为350km/h、300km/h、250km/h、200km/h，最大制动距离分别为8220m、5550m、3530m、2080m。