CN106364333A - 轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制方法，列车制动管理单元接收列车管理单元指令计算电制动与摩擦制动分别需要发挥制动力的百分比信号；局部网段制动管理单元收集列车制动管理单元传递的百分比信号、并向牵引控制单元传递电制动力百分比信号，同时根据牵引控制单元传递的最大可用电制动力值和实际施加的电制动力值，重新计算本地摩擦制动控制单元所需要发挥的摩擦制动力百分比信号；牵引控制单元，根据电制动百分比信号施加电制动力；本地摩擦制动控制单元，根据摩擦制动百分比信号施加摩擦制动力。本发明能够减少制动力不足而导致制动距离过长的风险并且具有较好的经济性。

Description

轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制方法

技术领域

本发明涉及列车制动领域，特别是轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制方法。

背景技术

目前，轨道交通车辆上使用的制动控制系统是这样工作的：首先，各牵引控制单元和各本地摩擦制动控制单元计算本身可用的制动能力，并将这些信息向局部网段制动管理单元发送，局部网段制动管理单元将这些信息汇总并向列车制动管理单元发送；然后，列车制动管理单元接收列车制动指令计算整列车所需要施加的制动力，根据局部网段制动管理单元发送的信息，优先将这些制动力分配到电制动中，如果电制动力足以满足制动力要求时，则直接设定摩擦制动力的预控目标值为零，如果电制动力不足以满足制动力要求时，则需要设定一个摩擦制动力，列车制动管理单元将这些信息发送给局部网段制动管理单元；局部网段制动管理单元收到这些信息后，一方面向各牵引控制单元申请相应的电制动力，另一方面向各本地摩擦制动控制单元申请相应的摩擦制动力；各牵引控制单元根据申请值施加相应的电制动，各本地摩擦制动控制单元根据申请值施加相应的摩擦制动。

根据以上描述，不难看出，目前的轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制存在的缺陷是：现有技术的牵引控制系统和制动控制系统是相对较为独立的，在某辆车电制动实际施加值相对电制动申请值较少时，整个制动力会较少，但列车不重新分配制动力。因此，如果轨道交通车辆之中的某辆车由于牵引控制系统的一些原因使电制动实际施加值相对申请值较少时，全列车的制动力就会下降，导致制动距离延长而超过设计值，从而降低了轨道交通车辆的安全性。

因此，有必要发明一种适用于轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合制动控制方法以克服现有技术的缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了可以根据轨道交通车辆实际电制动大小来对常用制动力进行精确的调节，可以有效地减少实际电制动力不足而引起的制动距离过长；车辆滑行时，可以通过封锁电制动力值，防止摩擦制动过多的补充，可以有效地进行防滑控制，防止车轮擦伤，具有较好的经济性与安全性的制动控制装置及其电空混合制动控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

轨道交通车辆的制动控制装置，包括列车管理单元、列车制动管理单元、局部网段制动管理单元、牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元，所述列车管理单元与列车制动管理单元相连接，所述列车管理单元向列车制动管理单元下发制动指令信息；

所述列车制动管理单元与局部网段制动管理单元相连接，所述列车制动管理单元收集列车管理单元传递的制动指令信息以及局部网段制动管理单元传递的可用最大电制动力和摩擦制动力值，所述列车制动管理单元计算电制动与摩擦制动分别需要发挥制动力的百分比信号、并发送给局部网段制动管理单元；

所述局部网段制动管理单元分别与牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元相连接，所述局部网段制动管理单元收集列车制动管理单元传递的百分比信号、并向牵引控制单元传递电制动力百分比信号，所述局部网段制动管理单元同时根据牵引控制单元传递的最大可用电制动力值和实际施加的电制动力值重新计算本地摩擦制动控制单元所需要发挥的摩擦制动力百分比信号、并将该信号发送给本地摩擦制动控制单元，所述牵引控制单元根据电制动百分比信号施加电制动力，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动百分比信号施加摩擦制动力。

所述本地摩擦制动控制单元包括压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸，所述压力传感器用于总风压力、车重压力以及制动压力的采集，所述压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸依次串联，所述电空变换转换阀接收电子控制单元的电流信号向中继阀输出预控压力，所述中继阀向制动缸输出对应的压力。

所述列车制动管理单元根据制动指令信息、载荷信息、可用最大电制动力和摩擦制动力信息生成电制动指令百分比信号与摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元根据实际施加的电制动力值重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元在列车滑行时封锁电制动力值、重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动指令百分比信号生成摩擦制动力值。

轨道交通车辆的电空混合制动控制方法，在列车内进行电制动与空气制动的复合分配过程为：

计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％

计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

其中，ED_i为：整个列车范围内各动车可用的电制动力

EP_i为：整个列车范围内各车可用的摩擦制动力

M_i为：整个列车范围内各车车重

a为：列车需要的减速度

A为：列车在轨道黏着条件下适用的不产生滑行的最大减速度；

当某辆动车发生电制动力不足的时候，局部网段制动管理单元对制动力进行重新分配，电制动减少的制动力由摩擦制动力进行承担，其分配过程为：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/ΣED_i×100％

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y’％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)-∑EDA_j)/∑EP_j×100％

其中ED_j为：整个网段范围内各动车可用的电制动力；

当某辆车发生滑行时，牵引控制单元同时将因滑行而减少的电制动力值发送给局部网段制动之单元，局部网段制动管理单元对制动力进行重新分配，防止由于滑行降低电制动力而导致摩擦制动力增加，其分配过程为：：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/ΣED_i×100％

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y”％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)-∑EDA_j-∑EDR_j)/∑EP_j×100％

其中EDR_j为：整个网段范围内各动车因滑行而减少的电制动力值。

相比于现有技术，本发明的优点在于：列车在进行常用制动时可以根据轨道交通车辆实际电制动大小来对常用制动力进行精确的调节，可以有效地减少实际电制动力不足而引起的制动距离过长；车辆滑行时，可以通过封锁电制动力值，防止摩擦制动过多的补充，可以有效地进行防滑控制，防止车轮擦伤。本发明的轨道交通车辆的制动控制装置及其电空混合控制方法能够满足轨道交通车辆的使用要求并且具有较好的经济性与安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的本地摩擦制动控制单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，轨道交通车辆的制动控制装置，包括列车管理单元、列车制动管理单元、局部网段制动管理单元、牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元，所述列车管理单元与列车制动管理单元相连接，所述列车管理单元向列车制动管理单元下发制动指令信息；

所述列车制动管理单元与局部网段制动管理单元相连接，所述列车制动管理单元收集列车管理单元传递的制动指令信息以及局部网段制动管理单元传递的可用最大电制动力和摩擦制动力值，所述列车制动管理单元计算电制动与摩擦制动分别需要发挥制动力的百分比信号、并发送给局部网段制动管理单元；

所述局部网段制动管理单元分别与牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元相连接，所述局部网段制动管理单元收集列车制动管理单元传递的百分比信号、并向牵引控制单元传递电制动力百分比信号，所述局部网段制动管理单元同时根据牵引控制单元传递的最大可用电制动力值和实际施加的电制动力值重新计算本地摩擦制动控制单元所需要发挥的摩擦制动力百分比信号、并将该信号发送给本地摩擦制动控制单元，所述牵引控制单元根据电制动百分比信号施加电制动力，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动百分比信号施加摩擦制动力。

如图2所示，设置在每辆车的四个本地摩擦制动控制单元均包括压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸，所述压力传感器用于总风压力、车重压力以及制动压力的采集，所述压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸依次串联，所述电空变换转换阀接收电子控制单元的电流信号向中继阀输出预控压力，所述中继阀向制动缸输出对应的压力。

所述列车制动管理单元根据制动指令信息、载荷信息、可用最大电制动力和摩擦制动力信息生成电制动指令百分比信号与摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元根据实际施加的电制动力值重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元在列车滑行时封锁电制动力值、重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动指令百分比信号生成摩擦制动力值。

电子控制单元根据压力传感器采集的车重压力P，计算该车车重M：M＝aP+b；a与b为相关车辆参数。

电子控制单元根据该车车重M与列车在轨道粘着条件下不产生滑行的最大减速度A，计算该车最大可用的制动力：F_a＝MA。如果该车不带动力单元，最大可用摩擦制动力EP等于该车的最大可用制动力F_a：EP＝F_a；如果该车带动力单元，由于摩擦制动与电制动均属于粘着制动，最大可用摩擦制动力EP即等于该车的最大可用制动力F_a减去牵引控制单元评估的最大可用电制动力ED：EP＝F_a-ED。

各牵引控制单元与本地摩擦制动将最大可用电制动力ED与最大可用气制动力EP、车重M通过其内部的网络通讯模块，例如MVB网络通讯模块，传递给局部网段制动管理单元，局部网段制动管理单元汇总这些信息，传递给列车制动管理单元。列车制动管理单元根据列车管理单元发送的制动指令信息，局部网段制动管理单元发送的载荷信息、可用最大电制动力和摩擦制动力信息，生成电制动指令百分比信号x％与摩擦制动指令百分比信号y％。列车制动管理单元在计算时，优先将这些制动力分配到电制动中，如果电制动力足以满足制动力要求时，则直接设定摩擦制动力的预控目标值为零(y％＝0)，如果电制动力不足以满足制动力要求时，则需要设定一个摩擦制动力(y％)。列车制动管理单元通过通过其内部的网络通信模块将电制动指令百分比信号x％与摩擦制动指令百分比信号y％发送至局部网段管理单元。局部网段制动管理单元收到这些信息后，一方面向各牵引控制单元申请相应的电制动力，另一方面向各本地摩擦制动控制单元申请相应的摩擦制动力；各牵引控制单元根据申请值施加相应的电制动；各本地摩擦制动控制单元根据申请值施加相应的摩擦制动，通过控制电空变换转换阀产生空气制动力的预控压力，中继阀根据预控压力向制动缸输出实际的制动压力，实现对列车的制动控制。

如果某辆动车发生电制动力不足的时候，在要求的制动距离不变的前提下，所需的制动力的大小也是不变的，那么本发明的轨道交通车辆的制动控制装置将重新分配摩擦制动力，将某辆动车减少的制动力由别的车进行补偿，以便维持整列车的制动力不变。具体的制动力分配原则和分配方法如下：

分配原则：目前，轨道交通车辆常用的制动力为电制动力和摩擦制动力，从能源再生利用、经济性、安全性的角度考虑，一般都优先使用电制动力。牵引控制系统将评估自身能发挥电制动的能力发送给局部网段制动管理单元，最终发送给列车制动管理单元。列车制动管理单元对比列车总制动力与整个列车的电制动能力(例如，每8辆车中可能有4辆车提供电制动力)，如果电制动力足以满足制动力要求时，则直接设定摩擦制动力的预控目标值为零，如果电制动力不足以满足制动力要求时，则需要设定一个摩擦制动力。

变量定义：ED_i：整个列车范围内各动车可用的电制动力；EP_i：整个列车范围内各车可用的摩擦制动力；M_i：整个列车范围内各车车重；a：列车需要的减速度；A：列车在轨道黏着条件下适用的不产生滑行的最大减速度；ED_j：整个网段范围内各动车可用的电制动力；EP_i：整个网段范围内各车可用的摩擦制动力；EDA_j：整个网段范围内各动车实际施加的电制动力。其中EDR_j为：整个网段范围内各动车因滑行而减少的电制动力值。

1、没有实际电制动力不足的情况下：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i；

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％；

2、有实际电制动力不足的情况下：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i；

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％；

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y’％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)-∑EDA_j)/∑EP_j×100％；

3、存在滑行的情况下：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i；

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％；

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％；

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y”％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)-∑EDA_j-∑EDR_j)/∑EP_j×100％。

如果还有其它制动力的方式，本方法同样适用。

Claims (4)

1.轨道交通车辆的制动控制装置，包括列车管理单元、列车制动管理单元、局部网段制动管理单元、牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元，其特征在于所述列车管理单元与列车制动管理单元相连接，所述列车管理单元向列车制动管理单元下发制动指令信息；

所述列车制动管理单元与局部网段制动管理单元相连接，所述列车制动管理单元收集列车管理单元传递的制动指令信息以及局部网段制动管理单元传递的可用最大电制动力和摩擦制动力值，所述列车制动管理单元计算电制动与摩擦制动分别需要发挥制动力的百分比信号、并发送给局部网段制动管理单元；

所述局部网段制动管理单元分别与牵引控制单元和本地摩擦制动控制单元相连接，所述局部网段制动管理单元收集列车制动管理单元传递的百分比信号、并向牵引控制单元传递电制动力百分比信号，所述局部网段制动管理单元同时根据牵引控制单元传递的最大可用电制动力值和实际施加的电制动力值重新计算本地摩擦制动控制单元所需要发挥的摩擦制动力百分比信号、并将该信号发送给本地摩擦制动控制单元，所述牵引控制单元根据电制动百分比信号施加电制动力，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动百分比信号施加摩擦制动力。

2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆的制动控制装置，其特征在于所述本地摩擦制动控制单元包括压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸，所述压力传感器用于总风压力、车重压力以及制动压力的采集，所述压力传感器、电子控制单元、电空变换转换阀、中继阀、防滑阀和制动缸依次串联，所述电空变换转换阀接收电子控制单元的电流信号向中继阀输出预控压力，所述中继阀向制动缸输出对应的压力。

3.根据权利要求1或2所述的轨道交通车辆的制动控制装置，其特征在于所述列车制动管理单元根据制动指令信息、载荷信息、可用最大电制动力和摩擦制动力信息生成电制动指令百分比信号与摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元根据实际施加的电制动力值重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述局部网段制动管理单元在列车滑行时封锁电制动力值、重新生成摩擦制动指令百分比信号，所述本地摩擦制动控制单元根据摩擦制动指令百分比信号生成摩擦制动力值。

4.轨道交通车辆的电空混合制动控制方法，其特征在于在列车内进行电制动与空气制动的复合分配过程为：

计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％

计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

其中，ED_i为：整个列车范围内各动车可用的电制动力

EP_i为：整个列车范围内各车可用的摩擦制动力

M_i为：整个列车范围内各车车重

a为：列车需要的减速度

A为：列车在轨道黏着条件下适用的不产生滑行的最大减速度；

当某辆动车发生电制动力不足的时候，局部网段制动管理单元对制动力进行重新分配，电制动减少的制动力由摩擦制动力进行承担，其分配过程为：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝F_n/∑ED_i×100％

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y’％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)-∑EDA_j)/∑EP_j×100％

其中ED_j为：整个网段范围内各动车可用的电制动力；

当某辆车发生滑行时，牵引控制单元同时将因滑行而减少的电制动力值发送给局部网段制动之单元，局部网段制动管理单元对制动力进行重新分配，防止由于滑行降低电制动力而导致摩擦制动力增加，其分配过程为：：

列车制动管理单元计算列车能发挥的制动力：F_a＝∑M_iA＝∑ED_i+∑EP_i

列车制动管理单元计算列车所需制动力：F_n＝∑M_ia

列车制动管理单元计算列车需要发挥的电制力百分比：x％＝Fn/∑ED_i×100％

列车制动管理单元计算列车需要发挥的摩擦制动百分比：y％＝(F_n-∑ED_i)/∑EP_i×100％

局部网段制动管理单元重新计算需要发挥的摩擦制动百分比：y”％＝((∑ED_j×x％+∑EP_j×y％)一∑EDA_j一∑EDR_j)/∑EP_j×100％

其中EDR_j为：整个网段范围内各动车因滑行而减少的电制动力值。