CN103303288A

CN103303288A - 一种高速动车组制动系统及其制动方法

Info

Publication number: CN103303288A
Application number: CN2012100571225A
Authority: CN
Inventors: 徐磊; 梁建英; 师小龙; 杨廷志; 周建乐
Original assignee: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN103303288B

Abstract

本发明涉及一种高速动车组制动系统及其制动方法，将摩擦系数值根据速度范围分成多段，并预先存储在制动控制装置中，由制动控制器发出制动指令，由制动控制装置演算出列车制动所需要的空气制动力，并最终生成BC压力P_BC，向制动执行装置输送压力空气，所述制动执行装置用于实施制动或停车。本发明制动控制装置BCU中采用的摩擦系数不是一个恒定的平均摩擦系数，而是根据不同的速度范围和制动级位的分段摩擦系数值，有利于实际输出的制动力与设计制动力的吻合，避免出现实际制动力远大于设计制动力的情况，使制动平稳，同时可以降低制动盘和闸片的磨耗，提高基础制动的使用经济性。

Description

一种高速动车组制动系统及其制动方法

技术领域

本发明涉及一种高速动车组制动系统及其制动方法。

背景技术

制动系统是高速动车组安全的保证，制动系统设计的性能将影响制动设备的可靠性、耐久性和经济性，并影响旅客的乘坐舒适性。

动车组在制动时，通过制动系统的控制单元BCU，接受来自车辆信息控制装置中的制动级位信息、速度信息和载荷信息等，演算列车制动所需要的空气制动力；空气制动力的最终施加是通过制动控制装置输出的经过BCU计算出来的压力空气到气动夹钳，然后驱动闸片摩擦车轮上的制动盘来实现列车的制动或停车。

BCU在演算列车实际需要的空气制动力时，需要引用的一个参数是制动盘和闸片的摩擦系数，目前通用的做法是利用地面飞轮试验得到的各速度点下的瞬时摩擦系数进而计算得出的全速度范围内的一个平均摩擦系数值。这会造成实际输出的制动力与设计制动力不相吻合，出现实际制动力远大于设计制动力的情况，制动平稳性差，且增加了制动盘和闸片的磨耗。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种高速动车组制动系统，同时提供一种制动方法，有利于实际输出的制动力与设计制动力的吻合，使制动平稳，降低制动盘和闸片的磨耗，提高基础制动的使用经济性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高速动车组制动系统，包括：

制动控制器，用于发出制动指令给信息控制装置；

制动控制装置，所述制动控制装置中存储有按速度范围分段制定的摩擦系数值，根据与速度相对应的摩擦系数值及接收的制动级位信息、速度信息和载荷信息，演算出列车制动所需要的空气制动力，并最终生成BC压力P_BC，向制动执行装置输送压力空气，所述制动执行装置用于实施制动或停车。

进一步，所述制动执行装置由气动夹钳、闸片和制动盘组成，所述制动控制装置计算出来的压力空气施加给所述气动夹钳，所述气动夹钳驱动所述闸片，所述闸片摩擦车轮上的所述制动盘实施制动或停车。

进一步，所述摩擦系数值按速度范围分为0-V1km/h、V1km/h-V2km/h、V2km/h以上三段；

在0-V1km/h速度范围内，所述摩擦系数值为定值f1；

在V2km/h以上速度范围内，所述摩擦系数值为定值f2；

在V1km/h-V2km/h速度范围内，所述摩擦系数值按由f1至f2线性变化取值。

进一步，所述速度V1为70km/h，所述速度V2为118km/h，所述摩擦系数值f1为0.28±20％或0.35±20％，所述摩擦系数值f2为0.27±20％或0.298±20％。

进一步，所述制动控制装置对动车和拖车分别存储有相应的分段摩擦系数值。

本发明的另一个技术方案是：

一种高速动车组制动方法，将摩擦系数值根据速度范围分成多段，并预先存储在制动控制装置中，具体包括如下步骤：

步骤1，接收制动级位信息、速度信息和载荷信息；

步骤2，对应速度范围，确定相应的摩擦系数值，并根据制动级位信息、速度信息和载荷信息，演算出列车制动所需要的空气制动力，并最终生成BC压力P_BC；

步骤3，将计算出来的所述BC压力P_BC施加给制动执行装置以实施制动或停车。

进一步，上述步骤2中所述的最终BC压力P_BC满足如下关系式；

P_{BC} = \frac{k \times β}{f}

式中，β——设计减速度，单位为m/s²；

f——闸片的摩擦系数；

k——常数。

在0-V1km/h速度范围内，所述摩擦系数值为定值f1；

在V2km/h以上速度范围内，所述摩擦系数值为定值f2；

综上内容，本发明所述的一种高速动车组制动系统及其制动方法，制动控制装置BCU中采用的摩擦系数不是一个恒定的平均摩擦系数，而是根据不同的速度范围和制动级位的分段摩擦系数值。动车组制动时，通过BCU内部设置的分段式摩擦系数值，有利于实际输出的制动力与设计制动力的吻合，避免出现实际制动力远大于设计制动力的情况，使制动平稳，同时可以降低制动盘和闸片的磨耗，提高基础制动的使用经济性。

附图说明

图1是本发明制动系统结构图；

图2是本发明摩擦系数变化图；

图3是本发明制动控制装置BCU计算BC压力的流程图。

如图1至图3所示，制动控制器1，信息控制装置2，制动控制装置3，制动执行装置4，气动夹钳5，闸片6，制动盘7。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，高速动车组制动系统主要包括制动控制器1、信息控制装置2、制动控制装置3及制动执行装置4。

制动控制器1设置于司机室内，由司机控制，信息控制装置2分布在各车，用于接收制动控制器1发出的制动指令，并将制动指令传输至各车的制动控制装置3，制动控制装置3中的BCU采集速度信息及载荷信息，并由制动控制装置3中的BCU(BrakeControl Unit制动控制单元)进行制动力演算，计算出列车制动需要的空气制动力，并最终生成BC压力(即制动缸压力)P_BC，向制动执行装置4输送压力空气，控制制动执行装置4完成列车的制动或停车。制动执行装置4包括气动夹钳5、闸片6及制动盘7，压力空气输送到气动夹钳5，然后驱动闸片6摩擦车轮上的制动盘7来实现列车的制动或停车。

其中，制动控制装置3中的BCU演算BC压力P_BC时满足如下关系式：

P_{BC} = \frac{k \times β}{f} - - - (1)

式中，β——设计减速度，单位为m/s²；

f——闸片的摩擦系数；

k——常数。

该关系式(1)由如下关系式演算得出：

①动车组制动力F[kN]如(2)式：

F＝W×(1+Φ)×β (2)

式中，W——车辆重量(含负荷)，单位为ton；

Φ——惯性系数；

β——设计减速度，单位为m/s²。

②制动力F[kN]与气动夹钳压紧力P[kN]的关系式如(3)所示：

P = \frac{F}{f \times (φ \times n)} - - - (3)

式中，f——闸片的摩擦系数；

Φ——制动盘比；

N——制动盘数/辆。

③气动夹钳压紧力P[kN]与BC压力P_BC[kPa]的关系如(4)式：

P = \frac{π}{4} \times {d_{C}}^{2} \times X \times P_{BC} \times n_{C} \times λ_{C} \times η \div 10000 - - - (4)

式中，d_C——制动钳缸径[cm]；

X——增压缸增压比；

n_C——制动钳缸个数；

l_C——制动钳杠杆率；

η——效率。

将式(2)和式(3)代入(4)式，即得出设计减速度β、摩擦系数f与输出的BC压力P_BC的关系式，如式(5)示：

P_{BC} = \frac{W \times (1 + Φ) \times β}{f \times φ \times n \times \frac{π}{4} \times d_{c}^{2} \times X \times n_{c} \times l_{c} \times η} \times 10000 - - - (5)

式(5)中除设计减速度β、摩擦系数f和BC压力P_BC外，其余均为常数，所以式(5)可以简化得出式(1)的关系式

其中k代表常数。

制动系统工作时，制动控制装置3中的BCU判断此时列车的速度信号、载重信号、制动级别，通过上式输出唯一的BC压力P_BC，而此压力P_BC是建立在为使动车组在该速度点下具有所设计的目标减速度、利用假设的平均摩擦系数推算出来的，但是在实际制动过程中，摩擦系数是瞬时变化的，采用一个全速度范围内的平均摩擦系数进行计算，不可避免会出现偏大的实际制动力作用结果。

如图2所示，本实施例中，采用按速度范围分段制定摩擦系数值f，优选，将速度范围分成三段，分别为0-V1km/h、V1km/h-V2km/h及V2km/h以上，其中，V1和V2代表列车制动初速度，单位为千米每小时(km/h)。

在0-V1km/h速度范围内，摩擦系数值f为定值f1；

在V2km/h以上速度范围内，摩擦系数值f为定值f2；

在V1km/h-V2km/h速度范围内，摩擦系数值f按由f1至f2线性变化取值。

将与速度对应的摩擦系数值f预先存储在制动控制装置3中的BCU内，在发出制动指令时，根据制动时的速度对应出摩擦系数值f，并根据制动级别、速度信息及载荷信息演算出制动所需的空气制动力及BC压力P_BC。对于高速动车组，对应动车和拖车摩擦系数值f不同，制动控制装置3中分别存储有与动车和拖车相对应的分段摩擦系数值f。

根据闸片大量的实验室试验数据，进行统计分析，制定出分段的摩擦系数值f利用方案。

具体参见下表1。

表1：

其中，优选，速度V1为70km/h，速度V2为118km/h。

对于动车，摩擦系数值f1可根据闸片使用状态等具体情况选择为0.35±20％中的任一数值，优选f1在0.35±5％的范围内；

摩擦系数值f2选择为0.298±20％中的任一数值，优选f2在0.298±5％的范围内。

对于拖车，摩擦系数值f1选择为0.28±20％中的任一数值，优选f1在0.28±5％的范围内；

摩擦系数值f2选择为0.27±20％中的任一数值，优选f2在0.27±5％的范围内。

动车组制动时，通过BCU内部设置的分段式摩擦系数值f，有利于实际输出的制动力与设计制动力的吻合，避免出现实际制动力远大于设计制动力的情况，使制动平稳，同时可以降低制动盘和闸片的磨耗，提高基础制动的使用经济性。

如图3所示，在动车组制动时，具体制动步骤如下：

步骤1：司机通过制动控制器1发出制动指令至列车网络系统主机，然后通过光纤传输至各车的信息控制装置2。

步骤2：信息控制装置2接收制动指令，并将制动级位信息、速度信息和载荷信息传输至各车的制动控制装置3中的BCU。

步骤3，制动控制装置3中的BCU根据列车制动时的初速度，对应预先存储在BCU中的速度范围，确定相应的摩擦系数值f，如当制动初速度为120km/h时，动车所对应的摩擦系数值f为定值0.298；如当制动初速度为90km/h时，通过线性关系，找出与速度90km/h对应的摩擦系数值f为0.32；如当制动初速度为50km/h时，动车所对应的摩擦系数值f为定值0.35，将此摩擦系数值f及制动级位信息、速度信息和载荷信息，代入上式(1)中生成BC压力P_BC，并根据该压力值向制动执行装置4输出具有一定压力的压力空气。

步骤4，将压力空气施加给制动执行装置4中的气动夹钳5，然后驱动闸片6摩擦车轮上的制动盘7来实现列车的制动或停车。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种高速动车组制动系统，其特征在于，包括：

制动控制器，用于发出制动指令；

2.根据权利要求1所述的高速动车组制动系统，其特征在于：所述制动执行装置由气动夹钳、闸片和制动盘组成，所述制动控制装置计算出来的压力空气施加给所述气动夹钳，所述气动夹钳驱动所述闸片，所述闸片摩擦车轮上的所述制动盘实施制动或停车。

3.根据权利要求1所述的高速动车组制动系统，其特征在于：所述摩擦系数值按速度范围分为0-V1km/h、V1km/h-V2km/h、V2km/h以上三段；

在0-V1km/h速度范围内，所述摩擦系数值为定值f1；

在V2km/h以上速度范围内，所述摩擦系数值为定值f2；

4.根据权利要求3所述的高速动车组制动系统，其特征在于：所述速度V1为70km/h，所述速度V2为118km/h，所述摩擦系数值f1为0.28±20％或0.35±20％，所述摩擦系数值f2为0.27±20％或0.298±20％。

5.根据权利要求1所述的高速动车组制动系统，其特征在于：所述制动控制装置对动车和拖车分别存储有相应的分段摩擦系数值。

6.一种高速动车组制动方法，其特征在于：将摩擦系数值根据速度范围分成多段，并预先存储在制动控制装置中，具体包括如下步骤：

步骤1，接收制动级位信息、速度信息和载荷信息；

7.根据权利要求6所述的高速动车组制动方法，其特征在于：上述步骤2中所述的最终BC压力P_BC满足如下关系式；

P_{BC} = \frac{k \times β}{f}

式中，β——设计减速度，单位为m/s²；

f——闸片的摩擦系数；

k——常数。

8.根据权利要求7所述的高速动车组制动方法，其特征在于：所述摩擦系数值按速度范围分为0-V1km/h、V1km/h-V2km/h、V2km/h以上三段；

在0-V1km/h速度范围内，所述摩擦系数值为定值f1；

在V2km/h以上速度范围内，所述摩擦系数值为定值f2；

9.根据权利要求8所述的高速动车组制动系统，其特征在于：所述速度V1为70km/h，所述速度V2为118km/h，所述摩擦系数值f1为0.28±20％或0.35±20％，所述摩擦系数值f2为0.27±20％或0.298±20％。

10.根据权利要求6所述的高速动车组制动方法，其特征在于：所述制动控制装置对动车和拖车分别存储有相应的分段摩擦系数值。