CN106536302A - 用于铁路车辆的电动气动制动系统 - Google Patents

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Abstract

系统包括气动压力供给管路(MBP)，用于产生车辆负载信号的发生器，被设计成供给限定最大制动压力的加权压力的加权系统(WA)，所述最大制动压力根据所述负载信号而被限制，以及制动控制单元(BCA1，...BCAN)，连接到加权系统(WA)，并且包括连接在管路(MBP)和至少一个制动器气缸(BC1，...BCN)之间的继动阀(RV)，以使得向该气缸(BC1，...BCN)施加等于或小于加权压力的可控制制动压力。加权系统(WA)包括电动气动驱动组件，其插置在管路(MBP)和继动阀(RV)的驱动入口(d)之间，并且通过压力限制器(3)连接到管路(MBP)，以及电子加权控制单元(ECU)，该电子加权控制单元(ECU)根据负载信号控制该驱动组件(EPDA)，以便以预定方式调制在继动阀(RV)的驱动入口处的压力。

Description

用于铁路车辆的电动气动制动系统
技术领域
本发明涉及用于铁路车辆的电动气动制动系统。
更具体地，本发明涉及一种电动气动制动系统，包括
气动压力供给管路，
用于产生车辆负载或重量信号的发生器装置，
加权装置，被设计成供给限定最大制动压力的加权气动压力，该最大制动压力被定义为所述负载信号的函数，以及
制动控制装置，连接到加权装置，并且包括连接在所述管路和(至少)一个制动器气缸之间的继动阀，从而引发向所述气缸施加的等于或小于所述加权压力的可控制制动压力。
背景技术
这种类型的电动气动制动系统是公知的，并且例如，在专利申请EP 0 958 980 A和WO 2013/144543 A中进行描述。
存在减小这些制动系统的大小和总体尺寸的一般和恒定的趋势。
具体地，存在以线路可更换单元(LRU)的形式构造这些系统，以允许快速和简单维护的趋势。
这些目标意味着更多地使用电子和电动气动系统，代替相当重和笨重的常规气动元件。
在前述类型的电动气动制动系统中，例如根据制动系统是否旨在基于逐个车辆(vehicle-by-vehicle)或基于逐个转向架(bogie-by-bogie)施加制动，产生负载信号，该负载信号指示整个车辆或其一部分的负载或重量。
除了加权装置和行车制动控制装置之外，这种类型的电动气动制动系统通常包括用于控制防车轮滑动(anti-wheel-slip)功能的装置，该装置被设计成阻断并且然后降低流体压力，并且随后根据由与车轮相关联的速度传感器提供的信息，将其重新应用到制动器气缸，以解决车轮锁定和滑动的情况。
在一些情况下，制动控制装置和防车轮滑动控制装置在单个电子控制单元中实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于铁路车辆的电动气动制动系统，该系统的特征在于其大小、重量和总体尺寸大大减小，操作高度可靠，以及低成本。
根据本发明，这些和其它目的用在所附权利要求1中限定其主要特征的电动气动制动系统来实现。
在根据本发明的制动系统中，加权装置包括
电动气动驱动组件，插置在压力供给管路和前述继动阀的驱动入口之间，并且经由压力和功率限制器连接到该管路，以及
电子加权控制单元，根据前述负载信号控制该驱动组件，以便以预定方式调制在该继动阀的驱动入口处的压力。
由于这些特征，加权装置对低功率“气动信号”进行操作，其可通过具有小通道横截面的气动设备(电磁阀)进行“处理”。因此，这些气动设备能够以比现有技术解决方案明显更小的尺寸和重量制造。
在根据本发明的制动系统中，前述制动控制装置包括
电动气动控制组件，插置在继动阀的电动气动驱动组件和所述继动阀的驱动入口之间，以及
电子制动控制单元，被设计成根据行制动请求信号或安全制动请求信号来驱动该电动气动控制组件。
电动气动制动控制组件适宜地包括控制电动气动驱动组件和继动阀的驱动入口之间的连接的第一电磁阀或入口阀，以及控制该继动阀的驱动入口和大气之间的排放连接的第二电磁阀或出口阀，以及用于远程控制的制动释放的第三电磁阀，该第三电磁阀连接到继动阀的入口，并且插置在所述第一电磁阀和所述第二电磁阀之间。
关于最后提到的解决方案，虽然在所附权利要求中展出以存在权利要求1至权利要求3中限定的特征为条件，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，该解决方案甚至可在没有权利要求1至权利要求3中限定的特征的情况下被方便地应用。
附图说明
根据下面参考附图的仅仅通过非限制性示例的方式给出的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的用于铁路车辆的电动气动制动系统的电动气动图，部分是方块形式；
图2是类似于图1中所示的部分电动气动图，并且示出第一变型实施例；以及
图3是类似于前述附图中所示的电动气动图，并且示出了根据本发明的电动气动制动系统的另外的变型实施例。
具体实施方式
在附图中，数字1表示用于已知类型的铁路车辆的根据本发明的整个电动气动制动系统。
在所示实施例中，制动系统1包括与铁路车辆的相应的车轮或车轴相关联的多个制动器气缸BC1，...BCN。
每个制动器气缸BC1，...BCN与相应的制动控制装置BCA1，...BCAN相关联。
制动控制装置BCA1，...BCAN整体上与由WA表示的加权装置相关联。
加权装置WA包括电子加权控制单元WCU，该电子加权控制单元WCU控制整体上由EPDA表示的电动气动驱动组件。
每个制动控制装置BCA1，...BCAN包括相应的电子单元BCU，该电子单元BCU控制相关的电动气动控制组件EPCA。
图1中的数字2表示用于产生指示车辆(或其一部分，诸如转向架)的负载或重量的信号的设备，该设备连接到加权装置WA的电子单元WCU，以及连接到制动控制装置BCA1，...BCAN的电子单元BCU。
电子单元WCU和BCU可以独立的电子单元的形式制成，或者如果必要，可在单个电子控制单元中彼此集成。
符号MBP表示主气动压力供给管路(称为“主制动管路”)。
在每个电动气动控制组件EPCA中，气动管路MBP连接到继动阀RV的入口，其中继动阀RV的出口连接到相关联的制动器气缸BC1，...BCN。
继动阀RV是“功率”阀。
电动气动加权组件EPDA被气动地插置在压力供给管路MBP和由i表示的电动气动控制组件EPCA中的每一个的气动“信号”入口之间。
从下面的描述中将显而易见的是，加权装置WA被设计成向制动控制装置BCA1，...BCAN的继动阀RV的驱动入口d供给气动压力“信号”，该信号由定义最大制动压力的“加权”气动压力组成，该最大制动压力根据由传感器2提供的负载信号进行限制，并且适用于制动器气缸BC1，...BCN。
另一方面，每个制动控制装置BCA1，...BCAN被设计成使得将不超过所述加权压力的制动压力施加到与该装置相关联的至少一个制动器气缸BC1，...BCN，并且该制动压力根据所请求的行车制动的级别或安全制动请求通常是可变的，所述请求的行车致动的级别或安全制动请求在分别由a和b表示的电子单元BCU的输入端处到达相应的电子单元BCU。
适宜地，每个制动控制装置BCA1，...BCAN的单元BCU还被设计成以这样的方式驱动相关的电动气动组件EPCA的继动阀RV，以便当供给到由c渐增地表示的(单元BCU的)输入端的车轮旋转速度信号使得能够检测这些车轮的锁定状态时，提供防车轮滑动措施。
参考图1，电动气动驱动组件EPDA通过气动压力限制器阀3连接到气动压力供给管路MBP，气动限压阀3的出口连接到具有相对的弹簧类型的继动阀4的供给入口，并且连接到在运行中由加权控制单元WCU驱动的电磁入口阀5的入口。
电磁阀5的出口连接到小的储存器6，以及继动阀4的驱动入口和电磁出口阀7的入口，电磁出口阀7在运行中也由加权控制单元WCU驱动。
在所示的实施例中，电磁阀5和7是常闭的三通两位阀。
继动阀4的出口通过相应的颈缩部8连接到制动控制装置BCA1，...BCAN的电动气动控制组件EPCA的入口i。
加权装置WA的电动气动驱动组件EPDA还包括电压力传感器或换能器9，该电压力传感器或换能器9连接到将继动阀4的出口联接到电动气动制动控制组件EPCA的入口i的管路。该传感器或换能器9的电输出连接到加权控制单元WCU的对应输入，以在运行中向后者指示在继动阀4的出口处的压力。
储存器6用作“气动储存单元”，其中在运行中，储存对应于车辆或其一部分的重量的压力。
参考图1至图3，在所示实施例中，每个电动气动制动控制组件EPCA包括在运行中由对应的制动控制单元BCU驱动的电磁入口阀10。
在所示实施例中的电磁阀10是三通两位常开型的，并且其出口连接到另外的电磁阀20的入口，另外的电磁阀20的出口连接到继动阀RV的驱动入口d。
电磁阀20的出口还连接到小的储存器11和电磁出口或排放阀12的入口，该电磁出口或排放阀12在运行中也由电子制动控制单元BCU控制。
电磁阀20是三通两位常开型的，而电磁阀12是三通两位常闭型的。
从下文将更清楚地看出，电磁阀20旨在当通电时促使释放由相关联的制动器气缸BC1，...BCN执行的制动。
压力传感器或换能器13气动地连接在继动阀RV的出口和相关联的制动器气缸BC1，...BCN之间，以便在运行中向对应的电子制动控制单元BCU供给指示在所述继动阀RV出口处的压力的电信号。
上面参考图1描述的电动气动制动系统基本上以下面的方式操作。
根据制动系统1是被设计成提供“逐个车辆”制动还是“逐个转向架”制动，电子加权控制单元WCU从设备2接收指示铁路车辆或其一部分(诸如转向架)的重量的信号。
加权控制单元WCU以这样的方式控制电磁入口阀5和相关联的电磁出口阀7，使得当这些电磁阀断电时，第一阀(5)将储存器6与压力调节器3的出口断开，并且第二阀(7)防止储存器6向大气排放。
储存器6适宜地具有基本上对应于继动阀4的驱动室的容积和将电磁阀5和7连接到该继动阀的管路的容积的容量。
当电磁入口阀5被通电时，其将储存器6连接到压力限制器3的出口。
当电磁阀出口或排放阀7被通电时，其允许先前积聚在储存器6中和继动阀4的驱动室中的压力被排放到大气中。
压力传感器或换能器9向电子加权控制单元WCU供给指示瞬时存在于继动阀4的出口处的压力的电信号。
基于由压力传感器或换能器9供给的信号，并且通过驱动电磁入口阀5和电磁阀出口或排放阀7，控制单元WCU以这样的方式动做，使得加权气动压力存在于继动阀4的出口处，该压力定义了适用于制动器气缸BC1，...BCN的制动压力的最大值。该制动压力的该最大值根据由设备2供给的信号指示的负载值来限制。
入口压力限制器设备3防止电磁阀5和继动阀4的入口处的压力超过预定的最大值，从而也固定了气动压力在继动阀4的出口处可达到的最大值。
在继动阀4的出口处(即在电动气动驱动组件EPDA的出口处)的压力到达与各种制动器气缸BC1，...相关联的电动气动制动控制组件EPCA的入口i。
在每个电动气动制动控制组件EPCA中，当电磁阀10,20和12断电时(也就是说，在图1中所示的状态下)，从继动阀4接收的气动压力通过电磁阀10和20到达储存器11和继动阀RV的驱动室。由于电磁排放阀12被闭合，所以储存器11和继动阀RV的驱动室与大气断开。
储存器11的容积对应于继动阀RV的驱动室的总容积以及将该储存器连接到电磁阀20和12以及连接到继动阀RV的驱动入口d的管路的容积。
在运行中，每个制动控制单元BCU接收来自设备2负载或重量信息，接收来自相关联的传感器或换能器13的关于在对应的继动阀RV的出口处的压力的信息元素，以及在制动控制单元BCU的输入端a和b处接收与任何行车或紧急制动请求有关的信息，以及在制动控制单元BCU的输入端c处接收与车辆的车轮的旋转速度有关的信息。
在铁路车辆的正常运行期间，每个制动控制单元BCU以这种方式控制在继动阀RV的出口处的压力值，使得该压力与由电动气动驱动组件EPDA的继动阀4发送到该继动阀RV的入口d的加权驱动压力成比例，并且与施加到该单元BCU的输入端a的行车制动请求信号成比例。
如果存在到达制动控制单元BCU的输入端b的安全或紧急制动请求，则这些单元使得相关联的电磁入口阀10断电，从而允许继动阀4以所述继动阀4或加权装置WA的电动气动驱动组件EPDA的的出口压力向储存器11填充流体。电磁阀排放阀12防止储存器11向大气的排放。
因此，在存在安全制动请求的情况下，继动阀RV向相关联的制动器气缸供给流体流，该流体流的压力对应于由电动气动驱动组件EPDA确定的加权压力，如上所述。
当制动控制单元BCU基于供给到其输入端c的与车辆的车轮的转速有关的信号来检测到车轮滑动状态时，这通过向电磁入口阀10通电，以及使电磁出口阀12断电，使得在相关联的制动器气缸处的制动压力降低，直到滑动状态被解决。
电磁阀20可通过远程制动释放控制信号(远程释放信号)RR被通电。电磁阀20在一个方向上的通电防止电磁入口阀10向储存器11填充从继动阀4接收的加压流体；代替地，其使该储存器11和继动阀RV的驱动室向大气排放。
因此，当电磁阀20被通电时，继动阀20降低在相关联的制动器气缸处的制动压力，从而防止该气缸产生延迟作用。
电磁阀20(该电磁阀20使得能够控制制动释放)在电磁入口阀10和出口阀12之间如此定位，使得其不影响在继动阀RV的驱动室和电磁排放阀12之间的气流速度。
电磁阀20的这种定位防止继动阀RV的储存室的排空在防车轮滑动制动过程中被减慢。
图2是第一变型实施例的局部视图。在该附图中，前面描述的部件和元件再次被给予与先前使用的字母数字标号相同的字母数字标号。
根据图2的变型与根据图1的制动系统的不同之处基本在于，加权装置WA的电动气动驱动组件EPDA的继动阀4是不具有复位弹簧的类型，并且在于另外的压力限制器14被插置在该继动阀的驱动入口与减压器3的出口之间。
通过其存在，减压器14使储存器6中的压力能够具有预定的最小值，并且因此稳定电动气动驱动组件EPDA的出口处的可递送气动压力的最小值。
图3是另外的变型实施例的局部视图。
在该附图中，与前面描述的部件和元件相同或对应的部件或元件也再次被给予与先前使用的相同的字母数字标号。
与图2中所示的变型相比，在根据图3的解决方案中，加权装置WA的电动气动驱动组件EPDA不再具有继动阀。该电动气动组件EPDA的出口被设置到储存器6，储存器6用作“气动储存”储存器，在运行中，以与从欧洲专利EP 0 958 980B1已知的解决方案类似的方式储存对应于车辆的重量的压力，但是，该欧洲专利EP 0 958 980B1提供了使用直接向制动器气缸供给压力的另外的继动阀。
在运行中，在行车制动和紧急防车轮滑动制动中，当在电动气动制动控制组件EPCA的继动阀RV的驱动室中存在压力变化时，加权控制单元WCU提供对储存器6中的气动压力的连续调节。
在根据图3的实施例中，储存器6的容积适宜地为继动阀RV的驱动室的容积的总和的至少十倍，以便提供“软”控制。
可基于预定算法，例如基于以下表达式来控制储存器6中的压力：
或：
其中
Po和Vo是储存器6的气动压力和容积，
t是时间，
PSB是施加的紧急或安全压力，以及
Pi和Vi，其中i＝1,2，...N，是制动控制装置BCAi的电动气动组件EPCA的储存器11的压力和容积。
在紧急制动中，控制单元WCA“消耗”储存在储存器6中的一些空气，但是随后基于(已知的)回路和构成这些回路的气动部件的容积，并且基于借助于传感器或换能器9和13检测的瞬时气动压力，通过遵循诸如上面所示的预测算法来替换其中消耗的空气的量。
在图3的图中，储存器11不一定表示实际的“物理”储存器，而是可简单地表示继动阀RV的驱动室的容积，以及该继动阀与阀10,20和12之间的连接的容积。
根据图3的解决方案是特别经济的，因为不再需要在加权装置WA的电动气动驱动组件EPDA中使用继动阀。
当然，本发明的原理保持相同，在不偏离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，实施例的形式和构造的细节可相对于已经通过非限制性示例给出的那些描述和示出的内容进行广泛地变化。

Claims (10)

1.一种用于铁路车辆的电动气动制动系统(1)，包括：
气动压力供给管路(MBP)，
发生器装置(2)，用于产生车辆负载信号，
加权装置(WA)，被设计成供给定义最大制动压力的加权气动压力，其中所述最大致动压力根据所述负载信号而限制，以及
制动控制装置(BCA1，...BCAN)，连接到所述加权装置(WA)，并且包括连接在所述管路(MBP)和至少一个制动器气缸(BC1，...BCN)之间的继动阀(RV)，以使得向所述气缸(BC1，...BCN)施加等于或小于所述加权压力的可控制制动压力；
所述系统(1)特征在于：
所述加权装置(WA)包括电动气动驱动组件，插置在所述管路(MBP)和所述继动阀(RV)的所述驱动入口(d)之间，并且通过压力限制器(3)连接到所述管路(MBP)，以及电子加权控制单元(ECU)，根据所述负载信号控制所述驱动组件(EPDA)，以便以预定方式调制在所述继动阀(RV)的所述驱动入口处的所述压力。
2.根据权利要求1所述的电动气动制动系统，其中所述制动控制装置(BCA1，...BCAN)包括
电动气动控制组件(EPCA)，插置在所述电动气动驱动组件(EPDA)和所述继动阀(RV)的驱动入口(d)之间，
电子制动控制单元(BCU)，被设计成根据制动请求信号(a-c)驱动所述电动气动控制组件(EPCA)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电动气动制动系统，其中所述制动控制装置(BCA1，...BCAN)还包括电磁制动释放阀装置(20)，适于引发所述至少一个制动器气缸(BCA1，...BCAN)中的所述压力的排放。
4.根据权利要求2和权利要求3所述的电动气动制动系统，其中所述电动气动制动控制组件(EPCA)包括第一电磁阀(10)，控制所述电动气动驱动组件(EPDA)和所述继动阀(RV)的所述驱动入口(d)之间的所述连接，第二电磁阀(12)，控制所述继动阀(RV)的驱动入口(d)与大气之间的排放连接，而所述电磁制动释放阀装置(20)包括插置在所述第一电磁阀和第二电磁阀(10,12)之间的第三电磁阀(20)。
5.根据前述权利要求中的一个所述的电动气动制动系统，其中所述电动气动驱动组件(EPDA)包括
另外的继动阀(4)，具有连接到所述压力限制器(3)的出口的入口，
出口，连接到所述制动控制装置(BCA1，...，BCAN)的入口(i)，以及驱动入口，连接到电磁阀装置(5,7)，所述电磁阀装置(5,7)控制所述另外的继动阀(4)与所述压力限制器(3)的出口连接。
6.根据权利要求5所述的电动气动系统，其中所述电磁阀装置包括
常闭的电磁入口阀(5)，插置在所述压力限制器(3)的所述出口和所述另外的继动阀(4)的所述驱动入口之间，以及
常闭的电磁出口或排放阀(7)，插置在所述另外的继动阀(4)的所述驱动入口和所述大气之间；
蓄压器(6)，连接在所述电磁入口阀(5)和所述电磁阀出口或排放阀(7)之间。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的电动气动系统，其中电压力换能器(9)连接到所述另外的继动阀(4)的所述出口，以向所述电子加权控制单元(WCU)供给指示在所述另外的继动阀(4)的出口处的所述压力的信号。
8.根据权利要求1至4中的一个所述的电动气动制动系统，其中所述电动气动驱动组件(EPDA)包括适于存储指示所述车辆负载或其一部分的信息元素的存储装置(6)，并且被设计成在紧急制动中引发向所述继动阀(RV)施加压力，所述压力的值是存储在所述存储装置(6)中的所述负载值的函数。
9.根据权利要求8所述的电动气动制动系统，其中所述电动气动驱动组件(EPDA)被设计成使用电磁阀装置(5,7)来引发将对应于所述车辆或所述车辆的一部分的所述负载的压力储存在与所述电子换能器(9)相关联的气动储存器(6)中，所述电子换能器(9)适于向所述电子加权控制单元(WCU)供给指示储存在所述储存器(6)中的压力的信号。
10.根据权利要求9所述的电动气动制动系统，其中在紧急制动中，加压空气从所述储存器(6)排放，并且所述电子加权控制单元(WCU)被设计成随后通过遵循预定算法来恢复所述储存器(6)中的所述压力。
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