CN110116737B - 一种机车自动制动的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机车自动制动的控制装置，包括：指令接收器，接收定量减压指令；制动控制器，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力；制动机构，包括依次连接的排风口、排风阀、均衡风缸、中继阀以及列车管，所述排风阀用于控制均衡风缸的排风，所述中继阀用于根据所述均衡风缸的压力变化控制所述列车管的压力变化，其中，所述驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，在所述均衡风缸的减压量到达所述定量减压指令时，所述排风阀关闭。

Description

一种机车自动制动的控制装置及方法

技术领域

本发明主要涉及机车制动领域，尤其涉及一种机车自动制动的控制装置及方法。

背景技术

在机车制动领域，干线铁路机车车辆降低列车运行速度或停车的方式主要有摩擦制动和动力制动。

摩擦制动是机车车辆最基本的减速方式，其以压缩空气为动力，通过空气制动机将闸瓦压紧车轮踏面由摩擦产生制动力。目前机车车辆的摩擦制动是由驾驶员根据经验施加的，在需要制动时，驾驶员推动制动手柄，根据风表或尾部风压判断施加的制动减压量是否符合要求。例如根据运行状况，列车速度需由当前运行的80km/h的速度降低到50km/h，驾驶员施加60kpa的常用制动排风。驾驶员通过风压表确认已完成60kpa的减压，实现30km/h速度的减速。然而摩擦制动是由驾驶员根据经验施加的，驾驶员需要根据减速量来判断减压量，依赖于驾驶员的个人驾驶经验，导致制动减速的控制并不准确。此外，驾驶员也需要长期注意路况，容易造成驾驶疲劳，影响行车安全。

现有技术中，机车安装有列车运行监控记录装置(LKJ)，列车运行监控记录装置可以实现自动制动。但是列车运行监控记录装置进行自动制动时，只能在指定时间内进行指定的减压(例如在4秒钟内进行120kpa的减压)，灵活性较差，无法满足用户自动减压控制的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种机车自动制动的控制装置及方法，以提高自动制动控制的精确性和灵活性，提升用户体验。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供了一种机车自动制动的控制装置，包括：指令接收器，接收定量减压指令；制动控制器，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力；制动机构，包括依次连接的排风口、排风阀、均衡风缸、中继阀以及列车管，所述排风阀用于控制均衡风缸的排风，所述中继阀用于根据所述均衡风缸的压力变化控制所述列车管的压力变化，其中，所述驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，在所述均衡风缸的减压量到达所述定量减压指令时，所述排风阀关闭。

在本发明的一实施例中，所述指令接收器接收的定量减压指令来自所述机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

在本发明的一实施例中，所述制动控制器包括电空阀，所述电空阀将所述定量减压指令转换成所述制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在本发明的一实施例中，所述电空阀包括多个二位电空阀。

在本发明的一实施例中，所述制动控制器包括伺服电机，所述伺服电机将所述定量减压指令转换成所述制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在本发明的一实施例中，所述排风阀通过线性弹簧连接至所述推拉轴。

在本发明的一实施例中，所述驱动力阶段性拉动排风阀引起均衡风缸排风减压。

本发明的另一方面提供了一种机车自动制动的控制方法，包括：接收定量减压指令；将所述定量减压指令转换成对应的驱动力；所述驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，在所述均衡风缸的减压量到达所述定量减压指令时，所述排风阀关闭。

在本发明的一实施例中，接收的定量减压指令来自所述机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

在本发明的一实施例中，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：电空阀将所述定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在本发明的一实施例中，所述电空阀包括多个二位电空阀。

在本发明的一实施例中，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：伺服电机将所述定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在本发明的一实施例中，所述排风阀通过线性弹簧连接至所述推拉轴。

在本发明的一实施例中，所述驱动力阶段性拉动排风阀引起均衡风缸排风减压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供一种机车自动制动的控制装置及方法，可以接收定量减压指令，将定量减压指令转换成对应的驱动力，驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，在均衡风缸的减压量到达定量减压指令时，排风阀关闭，提高了自动制动控制的精确性和灵活性，提升了用户体验。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是是利用列车运行监控记录装置实现机车制动的原理示意图；

图2是本发明一实施例的机车自动制动的控制装置的结构示意图；

图3A和3B是本发明一实施例中推拉轴与排风阀的连接关系示意图；

图4是本发明一实施例的机车自动制动的控制方法的示例性流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

图1是利用列车运行监控记录装置实现机车制动的原理示意图。参考图1所示，在列车运行的过程中，列车运行监控记录装置控制总风管通过均衡管给均衡风缸充风。均衡风缸用于操纵自动制动阀使制动管减压。当列车执行自动制动时，列车运行监控记录装置使3号电空阀得电，使总风管不再经过均衡管给均衡风缸充风；列车运行监控记录装置使8号电空阀得电，使总风管通过8号管路给总风遮断阀充风，推动总风遮断阀关闭3号管给列车管充风的通路。进而列车运行监控记录装置控制1号电空阀，使1号管路连接均衡风缸进行排风控制。当均衡风缸减压后，通过其所连接的中继阀内的空气压力发生变化，引起列车管排风，从而实现对列车车轮的制动。

图2是本发明一实施例的机车自动制动的控制装置的结构示意图。参考图2所示，该机车自动制动的控制装置200包括指令接收器210、制动控制器220和制动机构230。

其中，指令接收器210用于接收定量减压指令。该定量减压指令可以是由用户发出至自辅助驾驶系统和/或优化操纵系统的命令，也可以是来自列车运行监控记录装置的最大常用为120kpa的定减压量命令。自辅助驾驶系统和/或优化操纵系统是用于控制机车车辆自动加速、自动减速、自动停车的装置。

不同于现有的定性的制动指令，定量减压指令可以指定需要减压的范围。在一些实施例中，例如减压范围可以是从50kpa到120kpa，其中，设定压力可以以10kpa的间隔逐步降低，则定量减压指令可以相应的设置8个命令位，即120kpa、110kpa、100kpa、90kpa、80kpa、70kpa、60kpa、50kpa。

在其他的实施例中，可以有不同的减压范围和间隔，相应的定量减压指令可以有不同数量的命令位。

参考图2所示，指令接收器210与制动控制器220相连接，可以将定量减压指令发送给制动控制器220。虽然图2所示在指令接收器210与制动控制器220之间具有连线，但并不用于限制指令接收器210与制动控制器220之间的连接方式。指令接收器210和制动控制器220可以通过有线或无线的方式相连接，用以发送定量减压指令等信息。

制动控制器220用于将其所接收到的定量减压指令转换成对应的驱动力。例如，定量减压指令包括不同命令位，则制动控制器220根据不同的命令位，可以将该定量减压指令转换为相对应的驱动力。对应于8个不同的命令位，制动控制器220将获得8个不同的驱动力。

参考图2所示，制动控制器220与制动机构230相连接。制动机构230包括依次连接的排风口231、排风阀233、均衡风缸235、中继阀237以及列车管239。其中，排风阀233用于控制均衡风缸的排风；中继阀237用于根据均衡风缸的压力变化控制列车管的压力变化。

制动控制器220根据定量减压指令所转换获得的驱动力，通过一定的方式将该驱动力施加至制动机构230中的排风阀233。该驱动力拉动排风阀233引起均衡风缸235排风减压，在均衡风缸235的减压量到达定量减压指令时，排风阀233关闭。此时，由于均衡风缸235的压力发生了变化，因此，中继阀237根据均衡风缸235的压力变化控制列车管的压力变化，从而产生机车的制动。

可以理解的是，本发明的机车自动制动的控制装置中还包括相应的压力检测装置，用于检测均衡风缸235中的压力，并且可以将检测到的压力信号发送到制动控制器220。制动控制器220根据所检测到压力信号判断均衡风缸235的减压量是否已经到达定量减压指令所要达到的减压量，从而进一步控制驱动力的大小和有无。该压力信号也可以由中继阀237获得，以用于根据该压力信号来控制列车管的压力变化。本发明不对压力检测装置的位置、类型做出限制。该压力检测装置可以检测本发明的机车自动制动的控制装置中任意需要器件的压力值，并且可以将该压力信号发送至机车自动制动的控制装置内外的各相关器件。例如，该压力信号还可以发送至机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

在一些实施例中，制动控制器220中包括电空阀，该电空阀可以将定量减压指令转换成制动控制器220驱动的推拉轴的对应的行程。其中，推拉轴221可以位于制动控制器220和制动机构230之间。需要说明的是，图2中的推拉轴221仅为示意，不用于表示推拉轴的实际形状和结构。推拉轴221可以与排风阀233相连接。电空阀可以根据定量减压指令来控制制动控制器220所要施加到推拉轴上的驱动力。该驱动力可以由例如驱动器来产生。不同的驱动力对应于不同的推拉轴221的行程。在本发明的实施例中，当所需要的减压量较大时，相应的驱动力较大，推拉轴221的行程也较长，所造成的均衡风缸235的排风量较大；当所需要的减压量较小时，相应的驱动力较小，推拉轴221的行程也较短，所造成的均衡风缸235的排风量较小。

在一些实施例中，制动控制器220中的电空阀包括多个二位电空阀。以上述具有8个不同的命令位的定量减压指令为例，电空阀可以包括三个二位电空阀，即可实现将该8个不同的命令位转换为8个不同的驱动力。相应地，当定量减压指令的数量发生变化时，电空阀的数量也要适当的变化。例如，当定量减压指令具有9-16个命令位时，则可以配置四个二位电空阀。

在一些实施例中，制动控制器220中包括伺服电机，该伺服电机可以将定量减压指令转换成制动控制器220驱动的推拉轴的对应的行程。在这些实施例中，制动控制器220可以将定量减压指令转换为相应的电压信号，再将该电压信号提供给伺服电机。伺服电机与推拉轴221相连接，根据电压信号控制施加给推拉轴221的驱动力，从而控制推拉轴221的行程。例如，当所需要的减压量较大时，相应的提供较大的电压信号给伺服电机，伺服电机驱动推拉轴221移动较长的行程，所造成的均衡风缸235的排风量较大；当所需要的减压量较小时，相应的提供较小的电压信号给伺服电机，伺服电机驱动推拉轴221移动较短的行程，所造成的均衡风缸235的排风量较小。

在一些实施例中，排风阀233通过线性弹簧与推拉轴221相连接。

图3A和3B是本发明一实施例中推拉轴与排风阀的连接关系示意图。其中，图3A是当机车处于正常运行时的状态。此时，排风阀233关闭，均衡风缸235处于保压状态。图3B是当机车处于制动时的状态。此时，排风阀233被打开，均衡风缸235处于排风减压状态。

参考图3A所示，推拉轴221的一端与制动控制器220相连接，推拉轴221的另一端与一线性弹簧310相连接。该线性弹簧310与排风阀233相连接。当机车处于正常运行状态时，排风阀233与膜板320相抵接配合，相当于关闭排风阀233，使排风口231与均衡风缸235一侧的气路隔绝，整个气路属于密闭状态。此时，均衡风缸235内的气压保持不变。

参考图3B所示，当机车处于制动状态时，制动控制器220根据定量减压指令控制推拉轴221的行程，使推拉轴221向远离排风阀233的方向推进。推拉轴221上的驱动力同时牵拉线性弹簧310，带动排风阀233离开膜板320，相当于排风阀233被打开，使排风口231与均衡风缸235一侧的气路连通。此时，均衡风缸235内的气体沿图3B中所示的箭头方向从排风口231排出，均衡风缸235内的气压降低。直到均衡风缸235内的气压降低到所设定的压力时，制动控制器220控制推拉轴221向靠近排风阀233的方向推进，使排风阀233关闭，均衡风缸235再次处于保压状态。

在一些实施例中，制动控制器220所产生的驱动力是连续的施加在推拉轴上，拉动排风阀233以引起均衡风缸235排风减压。也就是说，当制动控制器220获得一定量减压指令之后，即施加相应的驱动力给制动机构，一次拉动排风阀233到需要的行程位置，引起均衡风缸235排风减压，从而达到所需的制动效果。

在另一些实施例中，制动控制器220所产生的驱动力是阶段性的拉动排风阀233引起均衡风缸235排风减压。例如，当定量减压指令为120kpa时，制动控制器220所产生的驱动力分多次拉动排风阀233，逐步到达所需要的行程位置。在定量加压指令的压力较大时，采用这种方式可以较平缓的产生制动效果，避免突然制动造成的危险。

图4是本发明一实施例的机车自动制动的控制方法的示例性流程图。该机车自动制动的控制方法可以由上述的机车自动制动的控制装置来实施。参考图4所示，该机车自动制动的控制方法包括以下步骤：

步骤410，接收定量减压指令。

本步骤可以由本发明的机车自动制动的控制装置中的指令接收器210来执行。所接收的定量减压指令可以来自机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

定量减压指令可以指定需要减压的范围。在一些实施例中，例如减压范围可以是从50kpa到120kpa，其中，设定压力可以以10kpa的间隔逐步降低，则定量减压指令可以相应的设置8个命令位，即120kpa、110kpa、100kpa、90kpa、80kpa、70kpa、60kpa、50kpa。

在其他的实施例中，可以有不同的减压范围和间隔，相应的定量减压指令可以有不同数量的命令位。

步骤420，将定量减压指令转换成对应的驱动力。

本步骤可以由本发明的机车自动制动的控制装置中的制动控制器220来执行。该制动控制器220可以通过有限或无线的方式从指令接收器210获得定量减压指令。

在一些实施例中，制动控制器220将定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：电空阀将定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在这些实施例中，在制动控制器220和制动机构230之间具有推拉轴221。制动控制器220中包括电空阀，该电空阀与推拉轴221相连接。推拉轴221可以与排风阀233相连接。施加在推拉轴221上的驱动力可以拉动排风阀233，从而引起均衡风缸235排风减压。

在一些实施例中，定量减压指令可以与驱动力成正比，即定量减压指令中的减压量越大，则需要的驱动力越大；定量减压指令中的减压量越小，则需要的驱动力越小。驱动力与推拉轴221的行程可以成正比，即驱动力大，则推拉轴221的行程长；驱动力小，则推拉轴221的行程短。驱动力与推拉轴221的行程之间的关系可以是线性的，也可以是非线性的。

需要说明的是，在其他的实施例中，用户可以自定义定量减压指令、驱动力及推拉轴221的行程之间的关系。

进一步的，制动控制器220中的电空阀可以包括多个二位电空阀。该多个二位电空阀可以共同确定所需驱动力，从而确定推拉轴221的对应的行程。以上述具有8个不同的命令位的定量减压指令为例，电空阀可以包括三个二位电空阀，即可实现将该8个不同的命令位转换为8个不同的驱动力。相应地，当定量减压指令的数量发生变化时，电空阀的数量也要适当的变化。例如，当定量减压指令具有9-16个命令位时，则可以配置四个二位电空阀。

在其他的实施例中，电空阀还可以包括其他类型，例如三位电空阀等。

在一些实施例中，将定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：伺服电机将定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

在这些实施例中，制动控制器220中包括伺服电机，该伺服电机可以将定量减压指令转换成制动控制器220驱动的推拉轴的对应的行程。在这些实施例中，制动控制器220可以将定量减压指令转换为相应的电压信号，再将该电压信号提供给伺服电机。伺服电机与推拉轴221相连接，根据电压信号控制施加给推拉轴221的驱动力，从而控制推拉轴221的行程。例如，当所需要的减压量较大时，相应的提供较大的电压信号给伺服电机，伺服电机驱动推拉轴221移动较长的行程，所造成的均衡风缸235的排风量较大；当所需要的减压量较小时，相应的提供较小的电压信号给伺服电机，伺服电机驱动推拉轴221移动较短的行程，所造成的均衡风缸235的排风量较小。

步骤430，驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，在均衡风缸的减压量到达定量减压指令时，排风阀关闭。

在一些实施例中，排风阀233通过线性弹簧与推拉轴221相连接。

在一些实施例中，制动控制器220所产生的驱动力是连续的施加在推拉轴上，拉动排风阀233以引起均衡风缸235排风减压。也就是说，当制动控制器220获得一定量减压指令之后，即施加相应的驱动力给制动机构，一次拉动排风阀233到需要的行程位置，引起均衡风缸235排风减压，从而达到所需的制动效果。

在另一些实施例中，制动控制器220所产生的驱动力是阶段性的拉动排风阀233引起均衡风缸235排风减压。例如，当定量减压指令为120kpa时，制动控制器220所产生的驱动力分多次拉动排风阀233，逐步到达所需要的行程位置。在定量加压指令的压力较大时，采用这种方式可以较平缓的产生制动效果，避免突然制动造成的危险。

在图4所示的机车自动制动的控制方法中还可以包括对均衡风缸235中的压力的检测，并且可以将检测到的压力信号发送到制动控制器220。制动控制器220根据所检测到压力信号判断均衡风缸235的减压量是否已经到达定量减压指令所要达到的减压量，从而进一步控制驱动力的大小和有无，以及排风阀235的开关。

本发明的机车自动制动的控制装置和方法，可以广泛的应用于机车制动结构中。既可以用于直流机车，例如JZ-7制动机，也可以用于交流机车的电子制动系统。

根据本发明的机车自动制动的控制装置和方法，可以对均衡风缸235的排风减压进行定量控制，且减压误差不超过±5kpa，实现了对闸瓦制动的精确性控制，并且通过阶段性的排风减压，可以实现列车管稳定排风；根据本发明的机车自动制动的控制装置和方法，提高了机车控制的自动化，减轻了司机的劳动强度，推动了机车自动驾驶技术的发展。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种机车自动制动的控制装置，包括：

指令接收器，接收定量减压指令，所述定量减压指令包括多个命令位；

制动控制器，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力，所述驱动力对应于所述制动控制器的推拉轴的行程；

制动机构，包括依次连接的排风口、排风阀、均衡风缸、中继阀以及列车管，所述排风阀用于控制均衡风缸的排风，所述排风阀通过线性弹簧连接至所述推拉轴，所述中继阀用于根据所述均衡风缸的压力变化控制所述列车管的压力变化，其中，所述驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，所述推拉轴的行程的长短对应于所述均衡风缸的减压量的大小，在所述均衡风缸的减压量到达所述定量减压指令时，所述排风阀关闭，所述排风阀与膜板相抵接，所述膜板设置在所述排风口和所述均衡风缸之间。

2.如权利要求1所述的机车自动制动的控制装置，其特征在于，所述指令接收器接收的定量减压指令来自所述机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

3.如权利要求1所述的机车自动制动的控制装置，其特征在于，所述制动控制器包括电空阀，所述电空阀将所述定量减压指令转换成所述制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

4.如权利要求3所述的机车自动制动的控制装置，其特征在于，所述电空阀包括多个二位电空阀。

5.如权利要求1所述的机车自动制动的控制装置，其特征在于，所述制动控制器包括伺服电机，所述伺服电机将所述定量减压指令转换成所述制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

6.如权利要求1所述的机车自动制动的控制装置，其特征在于，所述驱动力阶段性拉动排风阀引起均衡风缸排风减压。

7.一种机车自动制动的控制方法，采用如权利要求1-6任一项所述的机车自动制动的控制装置来实施，所述方法包括：

接收定量减压指令，所述定量减压指令包括多个命令位；

将所述定量减压指令转换成对应的驱动力，所述驱动力对应于所述制动控制器的推拉轴的行程；

所述驱动力拉动排风阀引起均衡风缸排风减压，所述推拉轴的行程的长短对应于所述均衡风缸的减压量的大小，所述排风阀通过线性弹簧连接至所述推拉轴，在所述均衡风缸的减压量到达所述定量减压指令时，所述排风阀关闭，所述排风阀与膜板相抵接，所述膜板设置在所述排风口和所述均衡风缸之间。

8.如权利要求7所述的机车自动制动的控制方法，其特征在于，接收的定量减压指令来自所述机车的辅助驾驶系统、优化操作系统或列车运行监控记录装置。

9.如权利要求7所述的机车自动制动的控制方法，其特征在于，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：电空阀将所述定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

10.如权利要求9所述的机车自动制动的控制方法，其特征在于，所述电空阀包括多个二位电空阀。

11.如权利要求7所述的机车自动制动的控制方法，其特征在于，将所述定量减压指令转换成对应的驱动力的步骤包括：伺服电机将所述定量减压指令转换成制动控制器驱动的推拉轴的对应的行程。

12.如权利要求7所述的机车自动制动的控制方法，其特征在于，所述驱动力阶段性拉动排风阀引起均衡风缸排风减压。

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