CN107685722B - 一种轨道车辆防滑控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆防滑控制系统及其方法，系统包括电子制动控制单元、牵引控制单元、空气制动控制单元、防滑阀控制单元和转向架单元，所述牵引控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电制动降低信号来将电制动降低或接收电制动切除信号封锁逆变器，所述空气制动控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电流信号来补充空气制动，所述防滑阀控制单元用于接收电子制动控制单元发送的PWM信号来调节滑行车轮的空气制动力，所述转向架单元用于将空气压力转换为制动力，并同时向电子制动控制单元反馈车轮旋转的频率信号。本发明不会引起其它车轮制动力降低，从而导致制动力过多的丢失。

Description

一种轨道车辆防滑控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆车轮防滑技术领域，特别是一种轨道车辆防滑控制系统及其方法。
背景技术
轨道车辆基本采用复合制动的制动方式，即通常优先使用电制动，如果制动力不足，再补充空气制动。电制动是牵引控制系统将机械能转化为电能，并将电能回馈到电网，实现列车制动的一种方式。由于电制动有快速、高效、环保的优点，因此在轨道车辆制动时，一般都优先使用电制动。电制动不满足减速度要求时由空气制动补充。电制动和空气制动受制于当前轮轨间的粘着系数，当制动力超过轮轨间粘着力时，车轮即会在轨道上发生滑行。制动力越大，轮轨条件越差，就越容易发生车轮滑行。如果不通过减少施加在车轮上的制动力，滑行将会更一步加剧，进而可能导致车轮抱死，车轮抱死时将引起车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤超过一定程度并且车辆继续运行时，车轮将在擦伤处与轨道产生强烈的振动，可能导致车轮、车轴和轨道损伤，产生危险事故。
在复合制动时，牵引控制单元和空气制动控制单元分别检测滑行，牵引控制单元先于空气制动控制单元检测出滑行，并控制电制动降低；若电制动降到0时，滑行仍未解除，空气制动控制单元将控制空气制动降低。一般的，牵引控制单元为基于整个车辆或整个转向架控制，即控制电制动降低时，将整个车辆或整个转向架的电制动同时降低。不难看出，牵引控制单元检测到某车轮发生滑行时，将降低整个车辆或整个转向架的电制动，使制动力过多的丢失。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种不会引起其它车轮制动力降低，从而导致制动力过多的丢失的轨道车辆防滑控制系统及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种轨道车辆防滑控制系统，包括电子制动控制单元、牵引控制单元、空气制动控制单元、防滑阀控制单元和转向架单元，所述牵引控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电制动降低信号来将电制动降低或接收电制动切除信号封锁逆变器，所述空气制动控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电流信号来补充空气制动，所述防滑阀控制单元用于接收电子制动控制单元发送的PWM信号来调节滑行车轮的空气制动力，所述转向架单元用于将空气压力转换为制动力，并同时向电子制动控制单元反馈车轮旋转的频率信号。
进一步的，所述电子制动控制单元包括频率输入接口，数据总线接口，电流输出端口，PWM输出端口，所述电子制动控制单元通过频率输入接口接收转向架单元发送的各车轮的频率信号，所述各车轮的频率信号经过计算转换为速度信号，所述电子制动控制单元根据速度信号来判断车轮是否出现滑行，滑行时，所述电子制动控制单元通过数据总线接口与牵引控制单元通信，所述电子制动控制单元向牵引控制单元发送电制动降低信号来降低电制动和电制动切除信号来使轴速解耦；所述电子制动控制单元通过电流输出端口向空气制动控制单元发送电流信号，使用空气制动补充降低的电制动力；所述电子制动控制单元通过PWM输出端口向防滑阀控制单元发送PWM信号，通过PWM信号调节来降低滑行车轮的制动力，从而抑制滑行。
进一步的，所述空气制动控制单元包括电空转换阀和中继阀，所述电空转换阀接收电子制动控制单元发送的电流，根据电流大小输出空气制动预控压力，所述中继阀将电空转换阀的预控压力放大，经防滑阀控制单元输出到制动缸，形成制动力。
一种轨道车辆防滑控制方法，步骤包括：
1)电子制动控制单元统一计算车轮滑行程度，并通过调节电制动和空气制动来降低滑行；
2)所述电子制动控制单元根据转向架单元发送的各车轮转动的频率信号，计算出各车轮旋转速度、减速度，判断某车轮速度与4个车轮中最大速度相差超过10～20km/h或某车轮减速度超过5～15km/h/s时，将判断为该车轮滑行；
3)当某车轮发生滑行时，所述电子制动控制单元按斜率10～30kN/s降低电制动，空气制动同时补充，并对滑行的车轮控制防滑阀控制单元进行排气，如在电制动降低的过程中，检测到滑行已经恢复，停止电制动的降低与空气制动的补充；
4)如果电制动降低到零后滑行未恢复，非滑行车轮的空气制动补充到粘着限制，滑行的车轮对应的防滑阀将受所述电子制动控制单元调节进行排气，降低该车轮的制动力，抑制滑行发生；
5)所述电子制动控制单元控制防滑阀控制单元按照一次动作排出空气压力的方式来减少制动力，若控制的次数较多滑行还不能恢复时将增加每次动作的时间，若控制次数达到5～10次时将一直排出空气压力使该车轮的制动力完全卸放；
6)若一直排出空气压力还不能恢复滑行，说明滑行已经不能得到有效的控制，所述电子制动控制单元通过停止向防滑阀控制单元输出信号或切断防滑阀控制单元的电源停止滑行的控制；
7)在发生所有车轮都滑行时，所述电子制动控制单元将向牵引控制单元发送电制动切除信号，防止空气制动在控制某个车轮滑行时受牵引系统耦合的影响。
相比于现有技术，本发明的优点在于：在滑行时，降低电制动力直到0，使用空气制动接管。防滑控制单元在每个车轮都设置一个，电子制动控制单元检测到某车轮发生滑行时，通过调节滑行车轮对应的防滑阀使该车轮的制动力降低，不会引起其它车轮制动力降低，从而导致制动力过多的丢失。
附图说明
图1表示所涉及的轨道车辆防滑控制系统的结构实施例的原理框图。
图2表示轨道车辆防滑控制方法的一个实施例。
图3表示轨道车辆防滑控制方法的另一个实施例。
图4表示电制动降低率的一个实施例。
图5表示空气制动降低率的一个实施例。
图中：1、牵引控制单元 1D、电制动降低或电制动切除信号 2、数据总线端口 2D、实际施加电制动值与滑行时电制动降低量 3、频率输入端口 4、PWM输出端口 5、电流输出端口 5D、电流信号 6、电空转换阀 6D、预控压力 7、中继阀 7D、制动缸前端压力 8-11、防滑阀 8D-11D、PWM控制信号 12-15、制动缸 12D-15D、制动缸后端压力 16-19、速度传感器16D-19D、速度传感器频率信号 100、电子制动控制单元 200、空气制动控制单元 300、防滑阀控制单元 400和500、转向架单元 600和700、电制动与空气制动调节流程图 800、电制动降低率模式 900、空气制动降低率模式。
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。
图1表示所涉及的轨道车辆防滑控制系统的结构实施例的原理框图。主要包括牵引控制单元1，电子制动控制单元100，空气制动控制单元200，防滑阀控制单元300，转向架单元400、500。电子制动控制单元100包括数据总线端口2，频率输入端口3，PWM输出端口4，电流输出端口5。空气制动控制单元200包括电空转换阀6，中继阀7。防滑阀控制单元300包括防滑阀8、9、10、11。转向架单元400、500包括制动缸12、13、14、15，速度传感器16、17、18、19。
牵引控制单元1，接收电子制动控制单元100中的数据总线端口2发送的电制动降低信号1D来将电制动降低，或接收电制动切除信号1D封锁逆变器，同时向电子制动控制单元100中的数据总线端口2发送实际施加电制动值和滑行时电制动降低量2D。
电子制动控制单元100通过频率输入接口3接收转向架单元400、500发送的各车轮的频率信号16D、17D、18D、19D，经过计算转换为速度信号，并根据速度信号来判断车轮是否出现滑行；滑行时，电子制动控制单元100通过数据总线接口2与牵引控制单元1通信，向牵引控制单元1发送电制动降低信号1D来降低电制动和电制动切除信号1D来使轴速解耦；滑行时，电子制动控制单元100通过电流输出端口5向空气制动控制单元200发送电流信号5D，使用空气制动补充降低的电制动力。滑行时，电子制动控制单元100通过PWM输出端口4向防滑阀控制单元300发送PWM信号8D、9D、10D、11D，通过PWM信号调节来降低滑行车轮的制动力，从而抑制滑行。
空气制动控制单元200，接收电子制动控制单元100中的电流输出端口5发送的电流信号5D来补充空气制动，包括：电空转换阀6和中继阀7。电空转换阀6接收电子制动控制单元100发送的电流信号5D，根据电流大小输出空气制动预控压力6D。中继阀7将电空转换阀6的预控压力6D放大，经防滑阀控制单元300输出到制动缸12、13、14、15，形成制动力。
防滑阀控制单元300中各车轮防滑阀8、9、10、11，接收电子制动控制单元100发送的PWM信号4来调节滑行车轮的空气制动力。
转向架单元400、500，将空气压力12D、13D、14D、15D转换为制动力，并同时向电子制动控制单元100反馈车轮旋转的频率信号16D、17D、18D、19D。
实施方式1
图2表示轨道车辆防滑控制方法的一个实施例。电子制动控制单元100，统一计算车轮滑行程度，并通过调节电制动和空气制动来降低滑行。
电子制动控制单元100根据转向架单元400、500发送的各车轮转动的频率信号16D、17D、18D、19D，计算出各车轮旋转速度、减速度，判断某车轮速度与4个车轮中最大速度相差超过一定阈值(如10～20km/h)或某车轮减速度超过一定阈值(如5～15km/h/s)时，将判断为该车轮滑行(步骤S1，是)。
电子制动控制单元判断未发生全部车轮均滑行(步骤S2，是)，执行电制动与空气协调控制(步骤S3)：如图4所示，电子制动控制单元100按一定斜率S9降低电制动，并向牵引控制单元1发送电制动降低信号1D，将电制动降为0；同时控制空气制动补充，向空气制动控制单元200发送电流信号5D；并同时对滑行的车轮进行排气，向控制防滑阀控制单元300发送PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行即将恢复时，对滑行的车轮进行保压，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行恢复时，对滑行的车轮进行充气，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D。
电子制动控制单元判断发生全部车轮均滑行(步骤S2，否)，执行电制动与空气协调控制(步骤S4)：电子制动控制单元100向牵引控制单元1发送电制动切除信号1D，将电制动降为0，并使牵引控制单元解除各车轮之间的耦合；同时控制空气制动补充，向空气制动控制单元200发送电流信号5D；并对滑行的车轮进行排气，向控制防滑阀控制单元300发送PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行即将恢复时，对滑行的车轮进行保压，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行恢复时，对滑行的车轮进行充气，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D。
如图5所示，电子制动控制单元100控制防滑阀控制单元300按照一次动作排出一定的空气压力的方式(700)来减少制动力，若控制的次数较多滑行还不能恢复时将增加每次动作的时间，若控制次数达到一定阈值时将一直排出空气压力使该车轮的制动力完全卸放。
若一直排出空气压力还不能恢复滑行，说明滑行已经不能得到有效的控制，电子制动控制单元100通过停止向防滑阀控制单元300输出信号或切断防滑阀控制单元300的电源停止滑行的控制。
实施方式2
图3表示轨道车辆防滑控制方法的另一个实施例。电子制动控制单元100，统一计算车轮滑行程度，并通过调节电制动和空气制动来降低滑行。
电子制动控制单元100根据转向架单元400、500发送的各车轮转动的频率信号16D、17D、18D、19D，计算出各车轮旋转速度、减速度，判断某车轮速度与4个车轮中最大速度相差超过一定阈值或某车轮减速度超过一定阈值时，将判断为该车轮滑行(步骤S5，是)。
电子制动控制单元100优先执行电制动控制(步骤S6)：如图4所示，电制动制动控制单元100根据滑行量的大小降低相应的电制动，以百分比的形式S9向牵引控制单元1发送电制动降低信号1D。
电子制动控制单元100在将电制动降为0后，判断车轮仍发生滑行(步骤S7，是)，电子制动控制单元100控制空气制动补充，向空气制动控制单元200发送电流信号5D；并对滑行的车轮进行排气，向控制防滑阀控制单元300发送PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行即将恢复时，对滑行的车轮进行保压，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D；当检测到滑行恢复时，对滑行的车轮进行充气，调节PWM控制信号8D、9D、10D、11D。
如图5所示，电子制动控制单元100控制防滑阀控制单元300按照一次动作排出一定的空气压力的方式(700)来减少制动力，若控制的次数较多滑行还不能恢复时将增加每次动作的时间，若控制次数达到一定阈值时将一直排出空气压力使该车轮的制动力完全卸放。
若一直排出空气压力还不能恢复滑行，说明滑行已经不能得到有效的控制，电子制动控制单元100通过停止向防滑阀控制单元300输出信号或切断防滑阀控制单元的电源停止滑行的控制。
电子制动控制单元100在将电制动降到0之前，判断车轮滑行恢复(步骤S7，否)，说明滑行已得到有效控制，电子制动控制单元100向牵引控制单元发送电制动恢复信号1D。

Claims (4)

1.一种轨道车辆防滑控制方法，其特征在于步骤包括：
1）电子制动控制单元统一计算车轮滑行程度，并通过调节电制动和空气制动来降低滑行；
2）所述电子制动控制单元根据转向架单元发送的各车轮转动的频率信号，计算出各车轮旋转速度、减速度，判断某车轮速度与4个车轮中最大速度相差超过10~20km/h或某车轮减速度超过5~15km/h/s时，将判断为该车轮滑行；
3）当某车轮发生滑行时，所述电子制动控制单元按斜率10~30kN/s降低电制动，空气制动同时补充，并对滑行的车轮控制防滑阀控制单元进行排气，如在电制动降低的过程中，检测到滑行已经恢复，停止电制动的降低与空气制动的补充；
4）如果电制动降低到零后滑行未恢复，非滑行车轮的空气制动补充到粘着限制，滑行的车轮对应的防滑阀将受所述电子制动控制单元调节进行排气，降低该车轮的制动力，抑制滑行发生；
5）所述电子制动控制单元控制防滑阀控制单元按照一次动作排出空气压力的方式来减少制动力，若控制的次数较多滑行还不能恢复时将增加每次动作的时间，若控制次数达到5~10次时将一直排出空气压力使该车轮的制动力完全卸放；
6）若一直排出空气压力还不能恢复滑行，说明滑行已经不能得到有效的控制，所述电子制动控制单元通过停止向防滑阀控制单元输出信号或切断防滑阀控制单元的电源停止滑行的控制；
7）在发生所有车轮都滑行时，所述电子制动控制单元将向牵引控制单元发送电制动切除信号，防止空气制动在控制某个车轮滑行时受牵引系统耦合的影响。
2.一种轨道车辆防滑控制系统，用于实施权利要求1所述的一种轨道车辆防滑控制方法，其特征在于所述轨道车辆防滑控制系统包括电子制动控制单元、牵引控制单元、空气制动控制单元、防滑阀控制单元和转向架单元，所述牵引控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电制动降低信号来将电制动降低或接收电制动切除信号封锁逆变器，所述空气制动控制单元用于接收电子制动控制单元发送的电流信号来补充空气制动，所述防滑阀控制单元用于接收电子制动控制单元发送的PWM信号来调节滑行车轮的空气制动力，所述转向架单元用于将空气压力转换为制动力，并同时向电子制动控制单元反馈车轮旋转的频率信号。
3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆防滑控制系统，其特征在于所述电子制动控制单元包括频率输入接口，数据总线接口，电流输出端口，PWM输出端口，所述电子制动控制单元通过频率输入接口接收转向架单元发送的各车轮的频率信号，所述各车轮的频率信号经过计算转换为速度信号，所述电子制动控制单元根据速度信号来判断车轮是否出现滑行，滑行时，所述电子制动控制单元通过数据总线接口与牵引控制单元通信，所述电子制动控制单元向牵引控制单元发送电制动降低信号来降低电制动和电制动切除信号来使轴速解耦；所述电子制动控制单元通过电流输出端口向空气制动控制单元发送电流信号，使用空气制动补充降低的电制动力；所述电子制动控制单元通过PWM输出端口向防滑阀控制单元发送PWM信号，通过PWM信号调节来降低滑行车轮的制动力，从而抑制滑行。
4.根据权利要求2或3所述的一种轨道车辆防滑控制系统，其特征在于所述空气制动控制单元包括电空转换阀和中继阀，所述电空转换阀接收电子制动控制单元发送的电流，根据电流大小输出空气制动预控压力，所述中继阀将电空转换阀的预控压力放大，经防滑阀控制单元输出到制动缸，形成制动力。
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