CN108025734B - 用于轨道交通工具的气动制动系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于轨道交通工具的气动制动系统。该制动系统包括与轨道交通工具的轮轴的车轮或者转向架相关的第一和第二制动致动器器件，并且第一和第二电气动控制组件连接至第一和第二制动致动器器件，电气动控制组件包括：充气电磁阀和放气电磁阀，引起供应至制动致动器的气动压力的增大和减小；及控制单元，布置为根据目标制动压力控制电气动控制组件，使得组件向制动致动器施加相应压力。控制单元控制电气动控制组件使得向制动致动器施加相应的制动压力值，这些压力的和等于目标压力值，因此至少在预定时间间隔以交替的方式控制电气动组件，以在分开预定间隔的接续时刻中促使施加至第一和第二制动致动器器件的压力交替变化。

Description

用于轨道交通工具的气动制动系统
技术领域
本发明总体上涉及轨道交通工具(vehicle)的气动制动系统。
背景技术
更具体地，一发明提出一种气动制动系统，其包括：
第一和第二制动致动器器件，与相应轮轴的车轮或者交通工具的相应的转向架相关联，并且第一电气动控制组件和第二电气动控制组件分别连接至该第一和第二制动致动器器件，每个电气动控制组件包括适于分别引起提供至相应的制动致动器器件的气动压力的增大和减小的充气电磁阀和放气电磁阀，以及
控制单元，布置为根据目标制动压力控制所述电气动控制组件，使得所述组件引起相应的压力施加至相应的制动致动器器件；
所述控制单元被布置为控制所述电气动控制组件以向制动致动器器件施加相应的制动压力值，制动压力值的总和至少近似等于目标制动压力的值。
在该类型的气动制动系统中，当要向制动致动器施加增加的气动制动压力时，前述的第一和第二电气动控制组件的充气电磁阀在被预定间隔或者周期分开的连续的时刻根据单独针对每个制动致动器器件执行的但是根据共同的设定值的预定闭环压力控制算法，以基本上同时的方式连续通电，以便引起施加至相应的制动致动器器件的压力的连续增加。
类似地，当制动致动器的压力减小时，前述第一和第二电气动控制组件的放气电磁阀在连续的时刻以基本上同时的方式连续通电，以便引起施加至相应的制动致动器器件的压力的连续减小。
如从下文将更加充分显而易见的，在该类型的系统中，电气动控制组件的电磁阀多次通电和断电，在一方面，这限制了它们有效的使用寿命，另一方面，还需要更加频繁的维护工作。
EP2527183A1和GB2401413A公开了用于轨道交通工具的气动制动系统的已知示例。
根据EP2527183A1，采集单元采集包括电动车的列车的每个车厢所需的必要制动力，制动力检测单元检测整个列车的电制动力，制动力调整单元将空气制动力进行分配以使得电制动力的波动由一个车厢的空气制动力来补偿，制动力命令单元更远制动力调整单元发送的命令值向空气制动控制装置发送命令，并且空气制动控制装置根据命令值控制车厢的空气制动。
根据GB2401413A，一种多轴轮轴轨道交通工具制动系统包括：压缩空气供应部，其经由第一供应管道和第二供应管道以及经由相应的进气阀和排气阀向相应的致动致动器提供压缩空气。供应管道通过连接通道和连接阀而彼此连接，由此，进气阀和排气阀的每一对能够选择性地控制各自的制动致动器或两个制动致动器以减小阀的总操作数量。
发明内容
因此，本发明的目的是提出可以克服现有技术系统的上述缺点的前述类型的气动制动系统。
利用用于最初限定的类型的铁路交通工具的气动制动系统来实现根据本发明的这些及其他目的，特征在于，前述控制单元被布置为至少在预定时间间隔以交替的方式控制所述第一和第二电气动控制组件，以便在由预定间隔分开的相继时刻引起施加至第一制动致动器器件的压力值和施加至第二制动致动器器件的压力值的交替变化(增大或减小)。
如从下文更明显的，由于这些特征，在根据本发明的制动系统中，第一和第二电气动组件的电磁阀的通电次数急剧减小。
这致使所述电磁阀的有效使用寿命显著延长，以及用于它们的维护的相继操作之间的间隔的延长。
附图说明
本发明的进一步特征和优点从以下参考附图仅通过非限制性实例提供的详细描述中是显而易见的，附图中：
-图1是以框图形式的用于轨道交通工具的气动制动系统的一部分的局部示图；
-图2是变形实施方式的示图；
-图3是根据本发明的用于轨道交通工具的气动制动系统的示意性表示；
-图4示出根据图3的系统的变形；
-图5是轨道交通工具的局部示意性表示；
-图6是示出根据现有技术的气动制动系统中的压力随着水平轴上示出的时间t的趋势的实例的示图；
-图7是与图6中示出的那些相似的示图，并且示出根据本发明的气动制动系统的操作模式；以及
-图8和图9是与图7中示出的那些相似的示图，并且示出根据本发明的系统的两个不同致动模式下的压力趋势。
具体实施方式
图1是轨道交通工具的制动系统的局部示图。
在该附图中，编号1表示与制动致动器(制动缸)10相关联的电气动控制组件。
电气动控制组件1包括由电子控制单元(ECU)13控制的充气电磁阀11和放气电磁阀12(还分别称为填充电磁阀和排空电磁阀)，以分别增大和减小供应至制动缸10的气动制动压力。
与电磁阀11的出口或者制动缸10的入口相关联的压力传感器14向控制单元13提供指示施加至制动缸10的制动压力的信号。
控制单元13在其入口处接收指示目标制动压力Pt的信号，该控制单元根据该信号依据预定模式控制电磁阀11和12。
电磁阀11和12是三通和双位类型的，并且在断电状态下，它们采取图1中示出的情形：阀11允许压力朝向制动缸10传递，而阀12是关闭的。
图2示出制动系统的另一局部示图。在该附图中，先前描述的零件与元件分配有与先前使用的符号相同的符号。
在图2的示图中，充气电磁阀11的出口和放气电磁阀12的入口(分支点15)连接至中继阀17的控制腔16，中继阀17在其入口处接收气动压力，在中继阀17的出口处，该气动压力由腔16中的压力进行调制以将调制的制动压力施加至制动缸10的入口。
在图1和图2的示图中，控制单元13通过合适的闭环控制算法以脉冲方式控制电磁阀11和12，使得制动缸10的入口处的压力至少大约等于目标制动压力Pt的值。
图1和图2的简单示图可以补充以产生气动制动系统，如在图3中所示，在该气动制动系统中，逐个转向架(bogie，负重轮)地控制制动压力。还是在该附图中，先前描述的零件与元件再次由与先前使用的参考符号相同的参考符号标识。
图3示意性地示出具有两个转向架B1和B2的轨道交通工具RV，每个转向架包括两个轮轴A1和A2，相应制动缸10a和10b与两个轮轴A1和A2相关联。
如上所述，与转向架B1的轮轴相关联的制动缸由电气动控制组件1控制，而与转向架B2的轮轴有关的制动缸由等效但是独立的电气动控制组件2控制。
两个电气动控制组件1和2由同一控制单元13根据目标制动压力Pt的值控制。
在根据图3的示图中，“逐个转向架”制动控制在不使用中继阀的情况下实现，就是说，根据以上参考图1描述的原理示图实现。清楚地，制动控制也可以根据使用两个中继阀所配置的示图实现，由根据以上参考图2描述的示意图的电气动控制组件1和2控制。
在根据图3的示图中，目标制动压力Pt等于同时施加至每个转向架B1和B2的目标制动力。
作为根据图3的配置的替代方案，并且如图4中局部示出的，制动控制可以以“逐个轮轴”模式实现。在该情况下，目标制动压力Pt表示待施加至单个转向架的制动力的请求。
在图4中，先前描述的零件与元件再次由与先前使用的参考符号相同的参考符号标识。
在根据图4的示图中，在包括两个轮轴A1和A2的给定的转向架中，各个制动元件10与每个轮轴相关联，并且如上所述，通过相应的电气动控制组件1或2控制施加于此的制动压力。
图4的控制单元13布置为基于预定算法将待施加至相关联的转向架的目标制动压力请求转换为待施加至该转向架的两个轮轴A1和A2的制动缸10的压力值。两个轮轴的该压力值通常相同，并且该压力值通常由所谓的“死区”控制，闭环控制中需要死区来通过防止围绕目标值的不断振荡以进行稳定控制。称为“死区”的振幅通常选为等于或者接近压力控制系统中的最大容许误差。
虽然必须向两个轮轴施加基本上相同的制动压力值，但电子控制单元13以此方式控制电气动控制组件1和2从而使得这些组件1和2以完全独立的方式被控制。例如，在发生车轮滑转期间(车轮对铁轨的附着较差)，需要在两个轮轴之间单独调制制动压力，该方法被证明是有效的。
可以表明除了在车轮滑转的情况下，对于待向轮轴施加相等值的制动压力，控制单元13利用平均数目相同的通电脉冲控制两个电气动控制组件1和2的电磁阀11和12。在图3中示出的系统的情况下，当与两个转向架B1和B2相关联的制动缸的体积相等时并且当待施加至两个转向架B1和B2的制动压力相同时，类似考虑是重要的。
如在本说明书的前言部分中提到的，本发明旨在减少待供应至电气动控制组件1和2的电磁阀的通电脉冲的次数，电气动控制组件1和2的电磁阀与交通工具的两个转向架相关联(如图3的示图中的)，或者与相同转向架的两个轮轴相关联(如图4的示图中的)。
这是以现在将参考图5至图9详细描述的方式完成的。
以下说明涉及“逐个轮轴”控制，就是说，根据图4的示图的控制。然而，随后的说明的“逐个转向架”控制也是成立的，加以必要的变更。
参考图5，在时间(t)从转向架B1传输至交通工具RV的制动力F(t)是通过转向架的各个轮轴A1和A2施加的两个制动力F1(t)和F2(t)的总和的结果，就是说，作为通过相关联的制动缸施加至轮轴A1和A2的制动作用；即，
F(t)＝F1(t)+F2(t) (1)
为了获得确定的制动力F(t)，不必始终是F1(t)＝F2(t)＝F(t)/2；就是说，不必向转向架的两个轮轴的制动缸施加相同的制动压力值。
代替地，仅需要上文的等式(1)对于F1(t)≤F(t)的任何值来说是正确的，条件是F1(t)的值不超过轮轴A1可用的附着力的值，否则可能出现车轮滑转。
类似地，等式(1)对于F2(t)≤F(t)的任何值来说是正确的，条件是F2(t)的值不超过轮轴A2可用的附着力的值，原因同上。
控制单元13被布置为通过向这些组件的电磁阀周期性地施加周期T的通电脉冲，来控制与轮轴A1和A2的制动缸相关联的电气动控制组件1和2。
如果，在对应于第(n+1)周期T的给定时刻的控制过程中，根据分配的目标制动压力Pt，转向架B1必须向交通工具RV施加新力值F(n+1)＝F(n)+ΔF(n+1)，其中，ΔF(n+1)是相对于力F(n)的先前值的待施加的力增量，不必使用平衡增加F1(n+1)＝F2(n+1)＝[F(n)+ΔF(n+1)]/2；代替地，整个增加可仅施加至两个轮轴的一个，例如轮轴A1，而在这样情况下
F(n+1)＝[F1(n)+ΔF(n+1)]+F2(n) (2)，
或者整个增加可分配到轮轴A2，而在这样情况下
F(n+1)＝F1(n)+[F2(n)+ΔF(n+1)] (3)。
力值F(n)对应于压力值P(n)·K，其中，K是“汇总”了从力转换成压力的所有机械参数(也就是制动缸的活塞的表面积、卡钳(caliper)的杠杆比、制动块的摩擦系数等)的常数。
以等效的压力值P代替力F，等式(2)和(3)可以重写如下：
P(n+1)＝[P1(n)+ΔP(n+1)]+P2(n) (4)，
P(n+1)＝P1(n)+[P2(n)+ΔP(n+1)] (5)。
在根据本发明的制动系统中，控制单元根据以下顺序控制施加至转向架的与(如以上示出的每个变化等式(4)和等式(5)中交替使用的)连续的压力变化ΔP(n+1)、ΔP(n+2)、...、ΔP(n+m)、...对应的连续的力变化ΔF(n+1)、ΔF(n+2)、...、ΔF(n+m)、...：
对于t＝nT:P(n)＝P1(n)+P2(n)
对于t＝(n+1)T:P(n+1)＝[P1(n)+ΔP(n+1)]+P2(n)
其中[P1(n)+ΔP(n+1)]＝P1(n+1)
对于t＝(n+2)T:P(n+2)＝P1(n+1)+[P2(n)+ΔP(n+2)]
其中[P2(n)+ΔP(n+2)]＝P2(n+2)
对于t＝(n+3)T:P(n+3)＝[P1(n+1)+ΔP(n+3)]+P2(n+2)
其中[P1(n+1)+ΔP(n+3)]＝P1(n+3)
对于t＝(n+4)T:P(n+4)＝P1(n+3)+[P2(n+2)ΔP(n+4)]
其中[P2(n+2)+ΔP(n+4)]＝P2(n+4)
等等。
在图6中提供了时间图，示出垂直轴上的压力随着水平轴上示出的时间t的趋势。
图6示出根据现有技术的用于控制与转向架的两个轮轴相关联的电气动控制组件的控制方式。
在该附图中，上升实线Pt表示分配的目标制动压力，与待施加至转向架的总力成比例。
短划线P1和长划线P2表示待施加至分别与轮轴A1和轮轴A2相关联的制动缸的目标制动压力的趋势。
在每个具有持续时间T的更新周期中，这些压力均增加ΔP/2值。
连续的阶梯线P表示两个压力P1和P2的总和，并且等于目标制动压力Pt在具有持续时间T的每个更新周期的末端的值。
清楚地，更新周期T越短，最终的压力P将越密切地近似目标压力Pt的趋势。
然而，根据上文参考图6示出的类型的现有技术，两个电气动控制组件的充气电磁阀在每个更新周期T均通电。
在根据本发明的制动系统中，控制单元13被布置为以现在将参考图7描述的方式控制电气动控制组件1和2的电磁阀。在本附图中，符号Pt、P、P1和P2具有与在上文图6的描述中定义的相同的含义。
在图7中可以看出，根据本发明，控制单元13在具有持续时间T的连续更新周期中交替通电第一电气动组件1的充气电磁阀和第二电气动组件2的充气电磁阀。
换言之，在通用更新间隔或者具有持续时间T的周期中，与转向架的一个轮轴相关联的制动压力保持在先前值，而施加至另一轮轴的制动压力的值增加。这可以通过交替修改两个电气动组件1和2的充气电磁阀的压力设定值完成。
通过比较图6和图7可以看出，根据图7的控制中的总压力P＝P1+P2呈现出与根据图6的控制中呈现的趋势基本上相同的趋势，但是两个电气动组件1和2的电磁阀的通电次数基本上减半。
以这种方式，所述电磁阀的使用寿命基本上是双倍的，并且连续的维护操作之间的间隔基本上减半。
当目标制动压力Pt的趋势具有相当高的斜率时，如图8的初始部分中的那样，在每个更新间隔或者具有持续时间T的周期中待施加的制动压力ΔP的增加可能达到相当高的值。在每个周期T中，施加至转向架的单个轮轴的相当高的压力增加可能引起纵向施加在转向架上的力的过度失衡。
在这种情形下，如在图8的示图中所示，当目标压力Pt的趋势具有相当高的斜率(在预定值以上)时，控制单元13可以基本上以先前参考图6描述的方式操作，其中，同时给予两个轮轴的制动元件相等的增加ΔP/2。
当目标压力Pt的趋势的斜率随后降到预定值以下时，如在图8的右手部分中所示，控制单元13如以上参考图7所述来执行制动压力的控制，就是说，通过向两个轮轴的一个和另一个的制动元件交替施加压力增量。
总的说来，即使在图8中示出的类型的情形下，根据本发明的系统可以提供两个电气动控制组件的电磁阀的通电次数的大幅减少。
图9示出参考图8示出的方案的替代变形中的压力的趋势。
在根据图9的变形中，当目标制动压力Pt的趋势具有高于预定值的斜率时，控制单元13仍然以交替方式控制两个电气动控制组件1和2的电磁阀，但是具有减少的更新周期(等于图9的实例中的T/2)：交替施加至两个轮轴的制动元件的压力增加在大小上相应地减小。
一旦目标制动压力Pt的斜率降到低于前述的预定值，控制单元13稳定地保持更高的压力(图9中的P1)并且，通过连续的增加使高压(P2)到达等于第一(P1)的值，其中，更新周期等于或者大于(如有必要)T。
在两个压力P1和P2已彼此均衡之后，控制单元13重新开始交替控制两个电气动控制组件1和2，基本上如参考图7所描述的。
明显地，以上描述可适用于(加以必要的变更)目标制动压力Pt下降的情况。
清楚地，本发明原理保持不变，而在不脱离所附权利要求中所限定的本发明的保护范围的情况下，实施方式的形式和细节可以从仅以非限制性举例方式在本文中描述和示出的广泛变化。

Claims (4)

1.一种用于轨道交通工具(RV)的气动制动系统，包括：
第一制动致动器器件和第二制动致动器器件(10)，与所述轨道交通工具(RV)的相应轮轴(A1、A2)的车轮或者相应的转向架(B1、B2)相关联，并且第一电气动控制组件(1)和第二电气动控制组件(2)分别连接至所述第一制动致动器器件和所述第二制动致动器器件(10)，所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)彼此独立并且均包括适于分别引起提供给相应的第一制动致动器器件或第二制动致动器器件(10)的气动压力的增大和减小的充气电磁阀(11)和放气电磁阀(12)，以及
控制单元(13)，布置为根据目标制动压力(Pt)控制所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)，从而所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)使相应的制动压力(P1、P2)施加至相应的所述第一制动致动器器件或所述第二制动致动器器件(10)；
所述控制单元(13)被布置为控制所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)使得向所述第一制动致动器器件和所述第二制动致动器器件(10)施加相应的制动压力(P1、P2)，所述制动压力的值的总和(P)基本上等于所述目标制动压力(Pt)的值；
所述气动制动系统的特征在于：所述控制单元(13)被布置为至少在预定时间间隔以交替的方式控制所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)，以在分开预定时间间隔(T)的接续时刻中引起施加至所述第一制动致动器器件的压力(P1)的值和施加至所述第二制动致动器器件(10)的压力(P2)的值交替变化。
2.根据权利要求1所述的气动制动系统，其中，所述预定时间间隔(T)的持续时间能够根据所述目标制动压力(Pt)的变化速率而变化。
3.根据权利要求1所述的气动制动系统，其中，所述控制单元(13)被布置为当所述目标制动压力(Pt)的变化的速率超过预定值时，以同步方式控制所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(2)。
4.根据权利要求1所述的气动制动系统，其中，所述控制单元(13)被布置为当所述目标制动压力(Pt)变化的速率低于预定值时，控制所述第一电气动控制组件(1)和所述第二电气动控制组件(1、2)以使施加至所述第一制动致动器器件和所述第二制动致动器器件(10)的压力(P1、P2)的值基本上相等。
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