CN104071143A - 一种轨道车辆制动控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆制动控制单元，包括电气相互独立的制动控制部分和车轴不旋转检测部分。制动控制部分包括气制动控制单元、车轮滑行保护单元、MVB网络通信和串口通信，车轴不旋转检测部分包括车轴速度异常检测单元、MVB网络通信和串口通信；气制动控制单元包括制动指令接收、制动力计算、EP电流控制和EP电流滞后补偿控制等，车轮滑行保护单元包括滑行和抱死检测、防滑和防抱死控制、踏面清扫控制和ATC轴滑行状态输出；车轴速度异常检测单元判断是否存在某轴抱死或轴速度异常。本发明的制动控制单元中设置了独立的车轴不旋转检测部分，能够独立的对速度传感器的工作电流进行监视，上报给车辆诊断设备，提高了设备的安全等级。

Description

一种轨道车辆制动控制单元

技术领域

本发明涉及车辆的制动控制系统，具体涉及一种轨道车辆制动控制单元。

背景技术

电子制动控制单元（EBCU）连同气制动控制单元共同组成制动控制装置，主要用于外部输入信号的接收与电磁阀的控制及控制信号的输出等。

现有的动车组一般采用自律分散式的制动力管理方式，这种方式中每辆车制动力计算相对独立，不能对整车的制动力进行统一分配，无法针对整车的运行状况对制动力进行均衡的分配；或者采用基于CAN总线制动内网进行制动力管理，一旦承担制动力管理的控制器故障，整车将失去制动力分配的功能。

另外，现有的动车组电子制动控制单元没有独立的车轴不旋转检测功能，主要是根据制动控制部分采集的速度信号，判断是否存在某轴抱死或轴速度异常，并将相应的故障信号报给列车控制系统，当制动控制部分故障时，则无法向列车控制系统上报车轴不旋转的状态。

发明内容

本发明的目的在于根据《中国标准动车组制动系统技术条件》的要求，在WTB+MVB的网络架构下，提供一种轨道车辆制动控制单元，具有列车级主控和网段级主控管理功能。 

本发明采用的技术方案如下：

一种轨道车辆制动控制单元，包括制动控制部分和车轴不旋转检测部分，制动控制部分和车轴不旋转检测部分的电气相互独立，制动控制部分包括气制动控制单元、车轮滑行保护单元、MVB网络通信和串口通信，车轴不旋转检测部分包括车轴速度异常检测单元、MVB网络通信和串口通信；

所述气制动控制单元包括制动指令接收、制动力计算、EP电流控制、冲击控制、EP电流滞后补偿控制和空走时间补偿控制：气制动控制单元接受到分配的气制动力，计算出制动缸压力目标值并对输出的EP阀电流进行控制，在网络通信异常时还需要结合本车的速度和车重进行制动力计算；在EP阀电流控制中，气制动控制单元对制动缸目标压力是增加还是减小进行判断，若制动缸压力目标值降低，则相应地进行EP电流的滞后补偿，即相应地减小EP电流；

所述车轮滑行保护单元包括滑行和抱死检测、防滑和防抱死控制、踏面清扫控制和ATC轴滑行状态输出：车轮滑行保护单元采集车辆轴的速度信号，根据传感器输入脉冲的频率和车轮直径进行轴速度的计算，然后根据各轴的速度、减速度、基准轴速度、速度差和滑移率，综合运用各种滑行判据，实时监测各轮的运行状态，判断是否发生滑行和抱死；当检测到某轴发生滑行时，所述制动控制部分立即减小该轴的制动力，并实时监测该轴运行状态，待检测到该轴轮轨间粘着恢复后，再恢复滑行前的制动力；同时，车轮滑行保护单元输出踏面清扫控制信号，控制踏面清扫装置清扫本车各车轮，提高轮轨间的粘着状况；当检测到列车ATC轴发生滑行，车轮滑行保护单元输出ATC轴滑行控制信号，使得在ATC轴发生滑行的情况下，ATC制动不能缓解；

所述车轴速度异常检测单元根据采集的速度信号，判断是否存在某轴抱死或轴速度异常。

进一步地，所述车轮滑行保护单元和车轴防滑不旋转检测部分还分别包括轮径设定与修正模块，当车轮璇修或磨耗后，通过网络给定头尾车轴的轮径，上电后同时满足下列条件时，进行一次轮径修正处理：（1）非牵引；（2）非制动中；（3）全轴非滑行检测；（4）全轴速度输入无异常；（5）全轴无断线检测；（6）全轴速度大于100km/h；轮径修正过程在车辆制动控制单元一次上电过程中，只进行一次。

进一步地，所述制动控制部分和车轴防滑不旋转检测部分还分别包括故障诊断处理单元，故障诊断处理单元包括参数显示、实时时钟、数字调谐、故障诊断和数据的记录与下载，通过以太网实现。

当滑移率超过50%时，所述车轮滑行保护单元进行防抱死控制。

当所述车辆制动控制单元位于头尾车上时，所述制动控制部分和车轴不旋转检测部分还分别包括列车级制动管理单元和段制动管理单元，且车轴不旋转检测部分为冗余。

车轮滑行保护单元还设有独立的防滑阀监控处理器，用来检测防滑阀工作超时、过流、过压和欠压的异常状态，当检测到以上异常时，监控处理器独立地进行防滑电源切断，使防滑阀处于安全的状态，以提高设备的安全等级。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1. 本发明的轨道车辆制动控制单元，通过WTB+MVB网络进行整车制动力管理和分配，分为列车级制动管理（TBM）和网段级制动管理（SBM）两部分功能，且列车级制动管理（TBM）和网段级制动管理（SBM）在头车的电子制动控制单元的制动控制部分和车轴不旋转检测部分中相互冗余，提高了设备和可靠性。 

2. 本发明的制动控制单元中，当各EBCU检测到制动管理失效或MVB掉线，将根据自身检测的制动指令、车重及速度对应的减速度进行本车制动力的计算机控制，从而提高了整个系统的安全性。

3. 本发明的制动控制部分中的防滑控制功能中设置了具有独立的监控功能，能够检测防滑阀工作超时、过流、过压和欠压的工作异常状态，并独立的执行断电保护功能，从而提高了防滑控制的安全等级。

4. 本发明的电子制动控制单元中设置了独立的车轴不旋转检测部分，与制动控制部分对车轴状态的检测相互独立，能够独立的对速度传感器的工作电流进行监视，上报给车辆诊断设备，提高了设备的安全等级。

5. 现有的动车组电子制动控制单元一般采用RS232或RS485或CAN总线进行故障诊断和故障数据的下载。本发明的电子制动控制单元设计的专用的以太网插件，通过以太网接口进行故障诊断和故障数据下载，以及远程升级处理的程序文件，使维护工作更加方便。

附图说明

图1是本发明的总体架构图。

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案作进一步地进行说明。

本发明控制单元的总体架构分布如图1所示，包括制动控制部分和车轴不旋转检测部分，这两部分在电气上完全独立。制动控制部分主要包括气制动控制单元、车轮滑行保护单元、MVB网络通信和串口通信，车轴不旋转检测部分主要包括车轴速度异常检测单元、MVB网络通信和串口通信。

制动控制部分具有制动力控制功能。根据车辆载重和速度信息进行制动力计算，通过MVB网络进行制动力管理和分配。动车向牵引控制单元进行电制动力申请，并根据牵引控制单元反馈的电制动力大小，确定是否要补充空气制动力。若需补充空气制动力，则由制动控制部分输出EP电流给电空转换阀（EP阀），EP阀根据EP电流大小向中继阀输出预控压力AC1，中继阀将AC1压力进行流量放大输出给制动缸，形成BC压力，BC压力经防滑阀输出给制动夹钳，产生所需空气制动力。

制动控制部分还具有防滑控制功能。空气制动防滑控制是通过防滑阀控制各轴制动缸压力来实现。当BCU检测到某轴产生滑行，则通过防滑阀将该轴制动缸压力空气排出，减小该轴空气制动力。电制动滑行控制是通过停止制动申请信号来实现，当施加电制动力时某轴发生滑行，EBCU停止向TCU的电制动请求信号，该车电制动力停止施加，待滑行消失后再进行施加。防滑功能设计的独立的监视处理器，能够监视防滑阀的工作超时、过流、过压和欠压的工作异常状态，并在异常时独立的进行防滑阀进行断电保护，使故障导向安全模式。

当控制单元位于头尾车上时，制动控制部分主要功能包括：制动力控制、车轮滑行保护（WSP）、故障诊断、故障存储、MVB通信、空簧诊断及速度信号状态输出等，此外，还需具备列车级制动管理（TBM）和段制动管理（SBM）的功能。车轴不旋转检测部分具有车轴不旋转检测(DNRA)、列车级制动管理（TBM）功能、段制动管理（SBM）功能、空压机管理、车上试验管理、MVB通信、故障诊断等功能。

头尾车的制动控制部分和车轴不旋转检测部分，只根据位置信号识别是否具有SBM的功能，当根据头尾车信号及联挂状态信号识别为具有TBM功能的主控单元，同时具备SBM的功能。当识别为BCU具有SBM功能时，其中制动控制部分启用SBM管理功能；车轴不旋转检测部分作为冗余的SBM管理功能。对于车轴不旋转检测部分的TBM功能，主要是作为制动控制部分功能的冗余，在制动控制部分该功能失效的情况下，通过生命信号告知车轴不旋转检测部分启用TBM功能，同时车轴不旋转检测部分需将已启用的信息告知制动控制部分，从而提高了系统的可靠性。

控制单元根据头尾车信号及联挂信号识别当前是否具备列车级制动管理功能，如：制动力管理、空压机控制管理、司机制动试验管理等相关管理功能。在常用和紧急EB的情况下，控制单元根据接收的司机控制单元制动指令信息、各单元段制动管理SBM通过WTB和MVB网络发送的各单元内的车重信息和根据自身确定的列车基准速度，进行整列车的制动力计算。并根据各网络单元发送的电制动及气制动可用信息，采用优先使用电制动的原则，向各个单元分配需施加的电制动和气制动力。

每列车可以设有两台空压机，分别安装于T车（3车和6车）中，空压机控制采用主辅控制方式，由列车级制动管理TBM统一管理；由本地的BCU执行对应空气压缩机启停。

当控制单元位于动车上时，制动控制部分具有MVB通信、本地制动控制功能、滑行检测、防滑控制、电制动滑行时，电空复合控制功能、故障诊断等功能。车轴防滑不旋转检测部分具有MVB通信、车轴不旋转检测、故障诊断等功能。

当控制单元位于拖车上时，制动控制部分具有MVB通信、本地制动控制功能、本地空压机控制、滑行检测防滑控制、故障诊断等功能。车轴不旋转检测部分具有MVB通信、车轴不旋转检测、故障诊断等功能。

气制动控制主要包括制动指令接收、制动力计算、EP电流控制、冲击控制、EP电流滞后补偿控制、空走时间补偿控制：

（1）EP阀为线性比例阀，其输出的空气压力与输入的电流大小成正比，气制动控制单元根据计算出的制动缸压力目标值对输出的EP阀电流进行控制。根据制动缓解时EP阀的特性，为了确保EP阀处于缓解位置，对EP阀电流进行电流偏差控制，即制动缓解时使EP阀仍保持一定大小的电流值。

（2）在电制动力请求和空气制动力上升与下降时，为抑制车辆冲击，提高乘车舒适型，在制动过程中实施冲动控制（紧急制动UB除外）。

（3）由于EP阀和中继阀输出的空气压力的滞后性，使得对应同一个EP阀电流，在EP阀电流下降时的制动缸压力，大于上升时的制动缸压力，因此，在EP阀电流控制中，应对制动缸目标压力是增加还是减小进行判断。若制动缸压力目标值降低，则相应地进行EP电流的滞后补偿，即相应地减小EP电流。

（4）空气制动存在一定的滞后，从制动指令的下达到制动闸片和制动盘之间产生压力，需要一定的时间。本地制动控制部分检测到制动状态下，列车速度在40km/h以下时，为保证电制动失效时空气制动能迅速响应，补充制动力，避免制动距离过长，制动控制部分在电制动力足以负担列车制动力需求的情况下输出特定的初始EP电流，控制向制动缸预充一定的初始BC压力；而速度在40km/h以上时，设计时认为列车将进入高速区段，此时电制动力可以满足制动力需求的情况下，为避免制动闸片不必要的磨损，制动控制部分输出BC压力为0对应的EP电流。

车轴不旋转检测部分通过MVB网络与列车控制系统进行通信，列车控制系统向BCU发送制动指令等控制指令及时间同步信号、车上试验等信号；车轴不旋转检测部分向列车控制系统传送本车制动系统运行状态、故障等信息等。

控制单元还包括轮径设定与修正模块，当车轮璇修或磨耗后，通过网络给定头尾车轴的轮径，上电后同时满足下列条件时，进行一次轮径修正处理：（1）非牵引；（2）非制动中；（3）全轴非滑行检测；（4）全轴速度输入无异常；（5）全轴无断线检测；（6）全轴速度大于100km/h；轮径修正过程在列车电子制动控制单元一次上电过程中，只进行一次。执行修正时，以头尾车第3轴的轮径为基准，算出头尾车3轴的速度，并将该轴速度发送到MVB网络，本网段的其他轴根据该轴的线速度，结合检测的角速度进行各轴轮径的计算；

制动控制部分通过MVB网络与列车控制系统进行通信，列车控制系统向制动控制部分发送制动指令等控制指令及时间同步信号、车上试验等信号；制动控制部分向列车控制系统传送本车制动系统运行状态、故障等信息等。制动控制部分和车轴不旋转检测部分应具备串行通信（RS485）功能，或者通过以太网接口实现与上位机的通信，进行实时状态监视、故障读取和远程升级程序。通过串行通信口（RS485）或者通过以太网接口还可实现数字调谐、参数设定、开关量模拟、空车/定员载重的模拟等功能。

Claims (6)

1. 一种轨道车辆制动控制单元，包括制动控制部分和车轴不旋转检测部分，其特征在于，制动控制部分和车轴不旋转检测部分的电气相互独立，制动控制部分包括气制动控制单元、车轮滑行保护单元、MVB网络通信和串口通信，车轴不旋转检测部分包括车轴速度异常检测单元、MVB网络通信和串口通信；

所述气制动控制单元包括制动指令接收、制动力计算、EP电流控制、冲击控制、EP电流滞后补偿控制和空走时间补偿控制：气制动控制单元接受到分配的气制动力，计算出制动缸压力目标值并对输出的EP阀电流进行控制，在网络通信异常时还需要结合本车的速度和车重进行制动力计算；在EP阀电流控制中，气制动控制单元对制动缸目标压力是增加还是减小进行判断，若制动缸压力目标值降低，则相应地进行EP电流的滞后补偿，即相应地减小EP电流；

所述车轮滑行保护单元包括滑行和抱死检测、防滑和防抱死控制、踏面清扫控制和ATC轴滑行状态输出：车轮滑行保护单元采集车辆轴的速度信号，根据传感器输入脉冲的频率和车轮直径进行轴速度的计算，然后根据各轴的速度、减速度、基准轴速度、速度差和滑移率，综合运用各种滑行判据，实时监测各轮的运行状态，判断是否发生滑行和抱死；当检测到某轴发生滑行时，所述制动控制部分立即减小该轴的制动力，并实时监测该轴运行状态，待检测到该轴轮轨间粘着恢复后，再恢复滑行前的制动力；同时，车轮滑行保护单元输出踏面清扫控制信号，控制踏面清扫装置清扫本车各车轮，提高轮轨间的粘着状况；当检测到列车ATC轴发生滑行，车轮滑行保护单元输出ATC轴滑行控制信号，使得在ATC轴发生滑行的情况下，ATC制动不能缓解；

所述车轴速度异常检测单元根据采集的速度信号，判断是否存在某轴抱死或轴速度异常。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆制动控制单元，其特征在于，所述车轮滑行保护单元和车轴防滑不旋转检测部分还分别包括轮径设定与修正模块，当车轮璇修或磨耗后，通过网络给定头尾车轴的轮径，上电后同时满足下列六个条件时，进行一次轮径修正处理：（1）非牵引；（2）非制动中；（3）全轴非滑行检测；（4）全轴速度输入无异常；（5）全轴无断线检测；（6）全轴速度大于100km/h；轮径修正过程在车辆制动控制单元一次上电过程中，只进行一次。

3.根据权利要求1或2所述的一种轨道车辆制动控制单元，其特征在于，所述制动控制部分和车轴防滑不旋转检测部分还分别包括故障诊断处理单元，故障诊断处理单元包括参数显示、实时时钟、数字调谐、故障诊断和数据的记录与下载，通过以太网实现。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆制动控制单元，其特征在于，当滑移率超过50%时，所述车轮滑行保护单元进行防抱死控制。

5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆制动控制单元，其特征在于，当所述制动控制单元位于头尾车上时，所述制动控制部分和车轴不旋转检测部分还分别包括列车级制动管理单元和段制动管理单元，且车轴不旋转检测部分为冗余。

6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆制动控制单元，其特征在于，所述车轮滑行保护单元还设有独立的防滑阀监控处理器，用来检测防滑阀工作超时、过流、过压和欠压的异常状态，当检测到以上异常时，监控处理器独立地进行防滑电源切断，使防滑阀处于安全的状态，以提高设备的安全等级。