CN110395242B - 一种空气制动压力控制系统及制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气制动压力控制系统及制动控制方法，该系统包括充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器、检测模块、压力控制单元、控制器，其中控制器包括学习记录模块、异常控制模块，本发明提供的制动控制方法利用学习记录模块的同步学习和记录控制策略，在压力传感器信号异常时，异常控制模块调用学习记录模块的控制策略，控制充气电磁阀或排气电磁阀按照对应的控制策略逐步达到目标压力，相比控制电磁阀处于常带电或常失电的某一固定状态，对待控压力腔室压力的控制更精确。

Description

一种空气制动压力控制系统及制动控制方法

技术领域

本发明属于轨道车辆制动技术领域，尤其涉及一种空气制动压力控制系统及制动控制方法。

背景技术

目前，轨道交通车辆，包括动车组、机车、城轨列车和电车的制动系统基本上都是由微机控制的空气制动系统，空气制动系统由压缩空气提供动力，靠摩擦踏面或者制动盘产生制动力，空气制动系统是轨道交通车辆的关键系统，直接影响到车辆的运行性能和安全。

虽然各种车型的气路原理有所不同，但制动系统的电-空控制方式是相同的，现有的空气制动系统中包含充气电磁阀和排气电磁阀，电子制动控制装置通过控制其动作，相互配合达到输出设定压力值的目的。即由电子制动控制装置根据指令计算压力目标值，输出电信号分别控制充气和排气电磁阀，并根据压力传感器的反馈值形成闭环控制，形成一个容积较小的预控压力，中继阀对预控压力进行流量放大后输出制动缸压力值。这种控制方法最关键的是根据压力反馈值进行闭环控制，如果压力采集出现故障，将无法实现压力控制。

通用电-空控制方式包括如下步骤：

当制动系统中压力信号正常时，采用的控制方法为：根据目标值和实际值的差值采用PID控制，不断调节系统的输出，控制充、排气电磁阀执行相应动作，使输出精确定位或跟随指定输入变化。在制动系统压力信号正常时，充、排气过程中，都是由电子制动控制装置采集到压力信号的反馈数据后，控制充/排电磁阀按照程序设定的方式动作，来达到制动目的。

车辆运行过程中很多因素都会导致压力采集故障，比如压力传感器故障、传感器供电异常、模拟量采集电路故障、连接器接触不良等。在压力采集故障时，目前通常的做法是控制电磁阀处于常带电或常失电的某一固定状态，使故障车辆的制动系统处于缓解状态或施加最大制动状态。但是这种方式会带来一系列问题：会造成列车制动力不足，影响行车安全；会造成制动力与制动指令相差较大，可能会造成列车进站停车冲标或欠标；会造成列车限速运行甚至清客下线，严重影响整个线路的运营。

此外，还有通过增加传感器的方式作为冗余，提高可靠性，但这种方式也有不足，一方面需要增加相应的电气接口和采集电路，增加了系统的复杂度，同时也增加了成本，另一方面是存在共因失效，比如电路板上的传感器供电部分异常、模拟量信号采集部分故障，造成两路都故障，仍然会造成上述因压力无法采集而引起的一系列问题。

针对上述问题，本发明提出一种空气制动压力控制系统及制动控制方法，尤其是在压力信号故障情况下，不需要额外增加硬件设备，也能实现接近正常情况下的压力控制，保证轨道车辆的制动力满足制动需求，从而消除隐患，保证列车安全运营。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种空气制动压力控制系统及制动控制方法，在压力信号故障时，能施加较为准确的压力，避免了压力无法反馈时制动力损失的问题，可有效提高行车安全，且不会影响线路正常运营。

为达到以上目的，本发明提供的一种空气制动压力控制系统，包括充气电磁阀、排气电磁阀；充气电磁阀和排气电磁阀连接至待控压力腔室，其进一步包括：

压力传感器，用于采集待控压力腔室初始压力值，及各阀控周期的实时压力值；

检测模块，获取压力传感器采集的压力数据，生成压力传感器信号是否正常的判断信号；

目标压力计算模块，根据输入的制动级位计算目标压力值；

压力控制单元：用于在压力传感器信号正常时，根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号，在压力传感器信号异常时，根据接收的阀控参数，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；

控制器，包括：

学习记录模块：用于在压力传感器信号正常时，记录并存储不同初始压力值、目标压力值情况下压力控制单元输出的周期性阀控信号对应的阀控参数；

异常控制模块：用于在压力传感器信号异常时，根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中对应的周期性阀控信号，并输出至压力控制单元。

优选地，所述控制器还包括校验模块和初始化模块：

所述校验模块用于校验异常控制模块从学习记录模块中调用的阀控信号是否异常，并生成是否异常的判断信号；

所述初始化模块对初始压力值、目标压力值不同的制动过程分别设置并存储一组默认阀控信号，用于在异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用阀控信号异常时，调用存储在其中的对应的周期性阀控信号，并输出至压力控制单元。

本发明还提供了一种制动控制方法，包括以下步骤：

压力传感器信号正常时，根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，压力控制单元按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；

学习记录模块学习记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略；

压力传感器信号异常时，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

优选地，当初始压力值小于目标压力值时，学习记录充气电磁阀的控制策略，当初始压力值大于目标压力值时，学习记录排气电磁阀的控制策略。

优选地，所述学习记录控制策略的方法为：当初始压力值小于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的充气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值；当初始压力值大于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的排气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值。

优选地，将初始压力值和目标压力值离散化处理，获得初始压力离散值和目标压力离散值，将每个初始压力离散值分别与每个目标压力离散值对应组成一个制动压力组，对每个制动压力组进行编号，获得制动编号，建立过程编号与对应初始压力值和目标压力值的阀控策略的对应关系，并存储制动编号及对应的阀控策略。

优选地，在压力传感器信号正常时，针对相同的制动编号，每采集3次对应的控制策略，对所记录的每个阀控周期充气电磁阀或排气电磁阀的占空比计算一次平均值，并学习记录此平均值作为该制动编号对应的控制策略。

优选地，当目标压力为零时，压力控制单元控制排气电磁阀始终打开进行排气动作，且不启动学习记录模块的学习记录过程。

优选地，当异常控制模块调用的学习记录模块控制策略校验结果为异常时，根据初始压力值和目标压力值调用预设的默认控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

本发明的技术效果和优点：

1、通过设置包括学习记录模块和异常控制模块的控制器，实现了在压力传感器信号异常时，能根据学习记录模块已学习记录的控制策略控制充气电磁阀或排气电磁阀，相比控制电磁阀处于常带电或常失电的某一固定状态，对待控压力腔室压力的控制更精确。

2、通过设置校验模块和初始化模块，确保了学习记录模块数据调用的准确性，并且在数据调用的异常时，可以调用初始化模块的默认控制策略，实现对待控压力腔室压力控制。

3、在系统正常时能进行学习，当压力信号正常时，在每一次制动过程中学习记录模块都将学习记录电磁阀的控制参数，将其保存在存储器中；在压力信号异常时也能进行较为准确的控制，当压力信号异常时，学习记录模块根据正常情况下已学习记录的电磁阀控制参数，对电磁阀进行控制，以到达施加较为准确的目标压力的目的，实现接近正常情况下的压力控制，保证轨道车辆的制动力满足制动需求，不会造成制动力不足或制动不缓解故障，消除隐患，保证列车安全运营。

4、根据初始压力值和目标压力值的差异，分别记录充气电磁阀和排气电磁阀的控制策略，目标压力上升时只控制充气阀动作，目标压力下降时只控制排气阀动作，简化了电磁阀的控制过程，也简化了学习记录模块的学习动作。

5、在压力控制单元和压力传感器配合，周期性控制充气电磁阀或排气电磁阀动作时，学习记录模块同步学习和记录电磁阀控制的占空比，记录直接影响待控压力腔室压力值的电磁阀参数，数据简单，用于直接控制电磁阀较为方便和准确。

6、在压力信号正常时的学习以及异常时的控制过程中，对初始压力和目标压力进行离散化处理，便于数据记录和处理，减少运算量和存储量。离散化数值大小可根据不同项目的精度要求进行调整。为了实现更高精度的制动压力控制，可选取较小的△P，在压力传感器信号正常时，记录更多制动过程的控制策略。而且以空气压力值为条件进行离散化处理，通用性强，方法可适用于各类型空气制动系统。

7、针对相同的制动过程编号，每采集3次对应的控制策略，对所记录的每个阀控周期充气电磁阀或排气电磁阀的占空比计算一次平均值，使得控制策略更接近压力传感器信号正常时周期性反馈的控制策略。

8、目标压力为0时，考虑实际制动过程中采用排气电磁阀始终打开进行泄压，因此，对目标压力为0的制动过程不启动学习记录，简化了学习记录模块的动作，避免了不必要的数据存储，控制方法更加简洁。

9、车辆在正式运行前通常需要进行装车例行试验，或者根据模拟试验获得多组默认操作数据，这些数据作为车辆故障时备用数据使用，本发明提供的制动控制方法，充分利用了车辆制动默认控制策略，为设有异常控制模块的压力控制系统提供了备用控制方法，保证车辆制动的实施。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的空气制动压力控制系统的结构示意图；

图2是根据本发明的另一实施例的空气制动压力控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的流程图；

图5是根据本发明的另一实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的示意图；

图6是根据本发明的另一实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的流程图

图7是以轨道车辆为空气制动压力控制系统的载体的制动控制方法流程图；

图8是制动过程的充气电磁阀、制动缸实时压力和制动缸目标压力随时间变化示意图。

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

101为充气电磁阀，102为排气电磁阀，2为待控压力腔室，3为压力传感器，4为检测模块，5为目标压力计算模块，6为压力控制单元，7为控制器，701为学习记录模块，702为异常控制模块，703为校验模块，704为初始化模块。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是根据本发明的一个实施例的空气制动压力控制系统的结构示意图。如图1所示，本发明的空气制动压力控制系统，包括充气电磁阀101、排气电磁阀102；充气电磁阀101和排气电磁阀102连接至待控压力腔室2，还包括：压力传感器3，用于采集待控压力腔室2初始压力值，及各阀控周期的实时压力值；

检测模块4，获取压力传感器3采集的压力数据，生成压力传感器信号是否正常的判断信号；

目标压力计算模块5，根据输入的制动级位计算目标压力值；

压力控制单元6：用于在压力传感器3信号正常时，根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室2实时压力值，按周期输出充气电磁阀101或排气电磁阀102的阀控信号，在压力传感器信号异常时，根据接收的阀控参数，按周期输出充气电磁阀101或排气电磁阀102的阀控信号；

控制器7，包括：

学习记录模块701：用于在压力传感器3信号正常时，记录并存储不同初始压力值、目标压力值情况下压力控制单元6输出的周期性阀控信号对应的阀控参数；

异常控制模块702：用于在压力传感器3信号异常时，根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块701中对应的阀控参数，输出至压力控制单元6。

在车辆制动系统中，待控压力腔室通过中继阀与制动缸连通，待控压力腔室相比制动缸是一个容积较小的压力腔室，实际制动过程中，通过充气电磁阀或排气电磁阀对待控压力腔室充气或排气，获得一个容积较小的预控压力，然后中继阀对待控压力腔室的预控压力进行流量放大后输出制动缸压力值。因此待控压力腔室压力值的准确性直接影响制动缸压力值的准确性。本发明实施例提供的空气制动压力控制系统，当压力传感器信号正常时，压力控制单元接收目标压力值及压力传感器的实时压力数据，据此周期性控制电磁阀动作，以使压力腔室达到目标压力。与此同时，记录制动过程的阀控参数至学习记录模块；当检测到压力传感器信号异常时，启用异常控制模块，调用学习记录模块中记录的阀控参数，并输出至压力控制单元，压力控制单元根据此阀控参数，输出周期性阀控信号至控制充气电磁阀或排气电磁阀。压力控制单元的控制策略来源有两种，其一：压力传感器信号正常时，根据采集的实时压力和目标压力确定的控制策略，其二：压力传感器信号异常时，来自异常控制模块的控制策略。

图2是根据本发明的另一实施例的空气制动压力控制系统的结构示意图。本实施例的空气制动压力控制系统，在图1所示的实施例的结构基础上，还包括了校验模块703和初始化模块704。校验模块703用于校验异常控制模块702从学习记录模块701调用的阀控参数是否异常，并生成是否异常的判断信号；初始化模块704对初始压力值、目标压力值不同的制动过程分别设置并存储一组默认阀控参数，用于在异常控制模块702根据初始压力值、目标压力值调用的阀控参数异常时，调用存储在初始化模块中的阀控参数，并输出至压力控制单元6，压力控制单元6根据此阀控参数，输出周期性阀控信号至控制充气电磁阀101或排气电磁阀102。压力控制单元的控制策略来源有三种，其一：压力传感器信号正常时，根据采集的实时压力和目标压力确定的控制策略，其二：压力传感器信号异常时，校验模块校验结果为正常时，校验模块将异常控制模块调用的控制策略输出至压力控制单元，其三：压力传感器信号异常时，校验模块校验结果为异常时，初始化模块调用控制策略输出至压力控制单元。

图3和图4是根据本发明的一个实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的示意图和流程图。下面参照图3和图4对本实施例的制动控制方法进行说明。如图3所示，本实施例提供的制动控制方法，主要包括以下步骤：

S001：压力传感器信号正常时，压力控制单元根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；

S002：学习记录模块学习记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略；

S003：压力传感器信号异常时，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

如图4所示，本实施例制动控制过程步骤为：

S101：压力传感器周期性采集制实时压力，其中初始压力为Ps0；

S102：输入制动级位；

S103：目标压力计算模块根据制动级位信号计算目标压力Pt；

S104：判断压力信号是否正常，如果是，则进入S105，否则进入S106；

S105：压力控制单元控制制动，学习记录模块学习记录，进入S107；

S106：异常控制模块控制制动；

S107：充气电磁阀或排气电磁阀执行控制策略，然后结束制动。

步骤S104中，检测模块获取压力传感器采集的压力数据，根据预设的压力数据正常范围判断压力传感器信号是否正常，并生成压力传感器信号是否正常的判断信号。步骤S105中，压力控制单元控制制动，即，压力控制单元按周期输出阀控信号至充气电磁阀或排气电磁阀，以实现对待控压力腔室的压力控制。步骤S105中，学习记录模块学习记录，即，记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略。步骤S106中，异常控制模块实施制动，即，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略，并输出阀控策略至压力控制单元，压力控制单元输出周期性阀控信号至充气电磁阀或排气电磁阀，以实现对待控压力腔室的压力控制。制动过程初始压力分两种情况：当异常发生在非制动状态时，异常控制模块所依据的初始压力值为0，当异常发生在制动状态时，异常控制模块所依据的初始压力为故障前最后采集的正常范围内的压力值。

图5和图6为根据本发明的另一实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法的示意图和流程图。下面参照图5和图6对本实施例的制动控制方法进行说明。如图5所示，本实施例提供的制动控制方法，主要包括以下步骤：

S001：压力传感器信号正常时，压力控制单元根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；

S002：学习记录模块学习记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略；

S003：压力传感器信号异常时，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略，用于待控压力腔室的压力控制；

S004：当异常控制模块调用的控制策略校验结果为异常时，根据初始压力值和目标压力值调用预设的默认控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

如图6所示，本实施例制动控制过程步骤为：

S201：压力传感器周期性采集制实时压力，其中初始压力为Ps0；

S202：输入制动级位；

S203：目标压力计算模块根据制动级位信号计算目标压力Pt；

S204：判断压力信号是否正常，如果是，则进入S205，否则进入S206；

S205：压力控制单元控制制动，学习记录模块学习记录，进入S210；

S206：异常控制模块调用学习记录模块中的控制策略；

S207：判断调用的控制策略是否正常，如果是，则进入S210，否则进入S208；

S208：启动初始化模块；

S209：初始化模块调用默认控制策略；

S210：充气电磁阀或排气电磁阀执行控制策略，然后结束制动。

步骤S204中，检测模块获取压力传感器采集的压力数据，根据预设的压力数据正常范围判断压力传感器信号是否正常，并生成压力传感器信号是否正常的判断信号。步骤S205中，压力控制单元控制制动，即，压力控制单元按周期输出阀控信号至充气电磁阀或排气电磁阀，以实现对待控压力腔室的压力控制。步骤S205中，学习记录模块学习记录，即，记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略。步骤S206中，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略。步骤S207中，校验模块获取异常控制模块调用的控制策略，并对控制策略进行校验，判断调用的数据是否存在异常，并生成调用数据是否正常的判断信号。步骤S208中，初始化模块启动，即，根据前期车辆运行或装车例行试验等有效数据，先对各种不同制动过程的电磁阀控制策略设定一组默认值。步骤S209中，初始化模块根据初始压力值、目标压力值调用其中的默认控制策略。如果压力信号正常，那么在步骤S210中，采用的是压力控制单元根据初始压力、目标压力值和实时压力输出的阀控信号；如果异常控制模块调用的控制策略正常，那么在步骤S210中，采用的是异常控制模块调用的控制策略，由异常控制模块输出阀控信号至充气电磁阀或排气电磁阀，实现对待控压力腔室的压力控制；如果异常控制模块调用的控制策略异常，那么在步骤S210中，采用的是初始化模块调用的控制策略，由初始化模块输出阀控信号至充气电磁阀或排气电磁阀，实现对待控压力腔室的压力控制。

制动过程初始压力分两种情况：当异常发生在非制动状态时，异常控制模块所依据的初始压力值为0，当异常发生在制动状态时，异常控制模块所依据的初始压力为故障前最后采集的正常范围内的压力值。

上述实施例中，在步骤S205时，当初始压力值小于目标压力值时，学习记录模块学习记录充气电磁阀的控制策略，当初始压力值大于目标压力值时，学习记录模块学习记录排气电磁阀的控制策略。

其中，学习记录控制策略的方法为：当初始压力值小于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的充气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值；当初始压力值大于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的排气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值。

为便于数据存储和调用，上述实施例提供的制动控制方法还包括：将初始压力值和目标压力值离散化处理，获得初始压力离散值和目标压力离散值，将每个初始压力离散值分别与每个目标压力离散值对应组成一个制动压力组，对每个制动压力组进行编号，获得制动编号，建立过程编号与对应初始压力值和目标压力值的阀控策略的对应关系，并存储制动编号及对应的阀控策略。

本发明实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法还包括：在压力传感器信号正常时，针对相同的制动编号，每采集3次对应的控制策略，对所记录的每个阀控周期充气电磁阀或排气电磁阀的占空比计算一次平均值，并学习记录此平均值作为该制动编号对应的控制策略。此过程对相同制动过程的控制策略综合考虑，确保了压力传感器信号异常时，控制策略能实现精确制动。

本发明实施例的空气制动压力控制系统的制动控制方法还包括：将学习记录模块设置成当目标压力为零时，不启动学习记录模块的学习记录过程，此时，压力控制单元控制排气电磁阀始终打开进行排气动作。

下面以轨道车辆为图2所示空气制动压力控制系统的载体，对本发明的制动控制方法作进一步说明。

本实施例中，制动时目标压力最大值Pn为350kPa，固定压力差值ΔP设置为50kPa，每次制动过程保持时间Th为300ms，充气电磁阀、排气电磁阀PWM信号控制周期TPWM为30ms，充、排气最长时间Tmax为3s，该车型一次制动过程最多有m个阀控周期，m＝Tmax/TPWM＝3000/30＝100个。

采用PWM脉冲宽度调制方式控制时，电磁阀的阀控参数占空比DR，DR为电磁阀开启的时长和关闭时长之比，0≤DR≤1，在一个信号控制周期内，电磁阀全开时，DR＝1，电磁阀全关时，DR＝0。

制动编号Brake_xy含义为，当制动系统的目标压力最大为Pn，最小为P0＝0，将P0至Pn划分为n等分，即P0，P1，P2，P3...Pn，n＝0，1，2...，Pn+1-Pn＝△P，当Pn≤P＜Pn+1时，P＝Pn，Px≤Ps＜Px+1，Py≤Pt＜Py+1，定义此制动过程为Brake_xy。因此本实施例中一共记录如下表一所示的制动过程。

表一、本发明实施例中学习记录模块需要记录的制动过程

当目标压力为0时，均为直接控制排气阀始终打开进行排气动作，所以阀控参数不作记录。当初始压力等于目标压力时，电磁阀无动作。

目标压力升高时，对应表1中01、02、03、04、05、06、07、12、13、14、15、16、17、23、24、25、26、27、34、35、36、37、45、46、47、56、57、67的制动过程，这些制动过程中只对充气阀进行学习；目标压力降低时，对应表1中21、31、32、41、42、43、51、52、53、54、61、62、63、64、65、71、72、73、74、75、76的制动过程，这些制动过程中只对排气阀进行学习。这样在压力信号异常的情况下，目标压力升高时，只控制充气阀动作；目标压力降低时，只控制排气阀动作。

本实施例中，充气电磁阀、排气电磁阀的充、排气最长时间Tmax为3s。对充、排气电磁阀PWM信号控制周期Tpwm为30ms，则一次制动过程Brake_xy定义一个含有100个元素的数组Memory_xy，以记录电磁阀整个过程中的控制参数。在一次制动过程中的每一个30ms的周期内，记录充气电磁阀或排气电磁阀的占空比，共记录100个数据。

图7为本发明实施例的轨道车辆空气制动系统压力控制方法的流程图。由图7可知，其制动控制过程步骤包括：

S301：周期性采集实时压力，其中初始压力为Ps0；

S302：输入制动级位；

S303：根据制动级位信号计算目标压力Pt；

S304：判断压力信号是否正常，如果是，则进入S305，否则进入S316；

S305：判断Ps0和Pt是否有差异，如果是，则进入S306；

S306：根据Ps0、Pt得到制动编号Break_xy；

S307：Ps1＝Ps0，i＝1；

S308：开始计时；

S309：根据Psi和Pt输出第i个阀控周期阀控信号；

S310：判断Tpwm定时是否到达，如果是，则进入S311；

S311：记录第i个Tpwm时间内的电磁阀占空比DRi；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Psi；

S314：判断总时长是否到达Tmax或Psi＝Pt，如果是，则进入S315，否则返回S308；

S315：存储Break_xy及对应控制策略Memory_xy，然后结束制动；

S316：根据Ps0和Pt对应的制动编号Break_xy调用学习记录模块中的控制策略Memory_xy；

S317：判断调用的控制策略是否正常，如果是，则进入S318，否则进入S319；

S318：输出Memory_xy至压力控制单元，然后进入S322；

S319：启动初始化模块；

S320：调用默认控制策略Default_xy；

S321：输出Default_xy至压力控制单元，然后进入S322；

S322：i＝1；

S323：开始计时；

S324：输出控制策略中第i个阀控参数的阀控信号；

S325：判断Tpwm定时是否到达，如果是，则进入S326；

S326：i＝i+1；

S327：判断控制策略中阀控参数是否执行完毕，如果是则结束制动，如果否则返回S323。

其中，S306、S311、S315由学习记录单元执行，S303由目标压力计算模块执行，S305、S307、S308、S309、S310、S312、S313、S314由压力控制单元执行，S316、S318由异常控制模块执行。S304由检验模块执行，S317由校验模块执行，S319、S320由初始化模块执行。S321、S322、S323、S324、S325、S326、S327同时由异常控制模块控制或初始化模块执行

在某一次制动过程中，压力控制系统按照以上步骤实现对待控压力腔室的压力控制，具体如下：

S301：压力传感器周期性采集制实时压力，其中初始压力为Ps0＝0Kpa；

S302：输入制动级位；

S303：根据制动级位信号计算目标压力Pt，Pt＝100Kpa；

S304：判断压力信号是否正常，结果为是，则进入S305；

S305：判断Ps0和Pt是否有差异，结果为是，则进入S306；

S306：根据Ps0、Pt得到制动编号Break_02；

S307：Ps1＝Ps0，i＝1；

S308：开始计时；

S309：根据Ps1和Pt输出第1个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第1个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR1，DR1＝100％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps2，Ps2＝15Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps2＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps2和Pt输出第2个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第2个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR2，DR2＝100％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps3，Ps3＝28Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps3＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps3和Pt输出第3个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第3个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR3，DR3＝100％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps4，Ps4＝40Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps4＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps4和Pt输出第4个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第4个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR4，DR4＝50％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps5，Ps5＝51Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps5＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps5和Pt输出第5个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第5个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR5，DR5＝50％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps6，Ps6＝61Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps6＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps6和Pt输出第6个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第6个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR6，DR6＝50％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps7，Ps7＝70Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps7＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps7和Pt输出第7个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第7个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR7，DR7＝25％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps8，Ps8＝78Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps8＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps8和Pt输出第8个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第8个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR8，DR8＝25％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps9，Ps9＝85Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps9＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps9和Pt输出第9个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第9个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR9，DR9＝12.5％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps10，Ps10＝91Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps10＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps10和Pt输出第10个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第10个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR10，DR10＝12.5％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps11，Ps11＝96Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps11＝Pt，结果为否，则返回S308；

S308：开始计时；

S309：根据Ps11和Pt输出第11个阀控周期阀控信号；

S310：Tpwm定时到达；

S311：记录第11个Tpwm时间内的电磁阀占空比DR11，DR11＝8％；

S312：i＝i+1；

S313：读取压力传感器的实时压力Ps12，Ps12＝100Kpa；

S314：判断总时长到达Tmax或Ps12＝Pt，结果为是，则进入S315；

S315：存储Break_02及对应控制策略Memory_02；

结束控制过程和学习记录过程。

对于上述制动编号为Break_02的制动过程，初始压力为0，目标压力为100Kpa，其充气电磁阀在制动过程中的状态为：第1-3个Tpwm内充气电磁阀完全打开，占空比为1；第4-6个TPWM内充气电磁阀开启的时间为15ms，占空比为50％；第7-8个周期内占空比为25％；第9-10个周期内占空比为12.5％；第11个周期内占空比为8％；此时充气动作已完成，所以第12至第100个周期时，占空比为0。因此，制动过程Brake_02对应的阀控参数Memory_02＝{100％，100％，100％，50％，50％，50％，25％，25％，12.5％，12.5％，8％，0％，…，0％}。图8为本次制动过程的充气电磁阀、制动缸实时压力和制动缸目标压力随时间变化示意图。如图8中充气电磁阀动作曲线所示，在第1-11个阀控周期内，充气电磁阀均进行了充气动作，各个阀控周期内充气时间占比分别为100％，100％，100％，50％，50％，50％，25％，25％，12.5％，12.5％，8％。如图8中待控压力腔室压力变化曲线所示，随着充气电磁阀开始充气动作，待控压力腔室压力值逐渐向目标压力值靠近，直至完成第11个阀控周期的充气动作，实时压力值到达目标压力值。

本实施例中，轨道车辆每次制动过程保持时间Th为300ms，因此，在目标压力达到100Kpa后，再维持100Kpa压力10个阀控周期，则打开排气电磁阀，使其处于常开状态，直至制动压力为0Kpa。此过程为每次制动过程常规过程。

在压力传感器信号正常时，轨道车辆空气制动系统运行正常控制过程和学习记录过程，学习记录模块学习记录每一次制动过程Brake_xy的阀控参数Memory_xy。相同的制动过程每采集3次，对数据计算一次平均值，并存入学习记录模块中，并对数据进行校验。

本实施例的轨道车辆空气制动系统压力控制装置，在非制动状态发生压力采集异常，初始压力为Ps0＝0，目标压力计算模块根据制动级位计算得出目标压力为Pt＝100Kpa，学习记录模块根据初始压力Ps0和目标压力，识别制动编号Brake_02；学习记录模块根据阀控策略Memory_02输出阀控信号控制电磁阀进行周期充气或排气动作。此次异常控制模块制动控制过程所调用的控制策略Memory_02中包含的充气电磁阀占空比分别为100％，100％，100％，50％，50％，50％，25％，25％，12.5％，12.5％，8％。因此在第11个阀控周期完成之后即达到目标压力Pt＝100Kpa，此次制动耗时330ms，每次制动过程保持时间Th为300ms，因此从开始制动至630ms之后，排气电磁阀开始排气。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.空气制动压力控制系统，其特征在于，包括充气电磁阀、排气电磁阀；充气电磁阀和排气电磁阀连接至待控压力腔室，进一步包括：

压力传感器，用于采集待控压力腔室初始压力值，及各阀控周期的实时压力值；

检测模块，获取压力传感器采集的压力数据，生成压力传感器信号是否正常的判断信号；

目标压力计算模块，根据输入的制动级位计算目标压力值；

压力控制单元：用于在压力传感器信号正常时，根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号，在压力传感器信号异常时，根据接收的阀控参数，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；

控制器，包括：

学习记录模块：用于在压力传感器信号正常时，记录并存储不同初始压力值、目标压力值情况下压力控制单元输出的周期性阀控信号对应的阀控参数；

异常控制模块：用于在压力传感器信号异常时，根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中对应的阀控参数，并输出至压力控制单元。

2.如权利要求1所述的空气制动压力控制系统，其特征在于，所述控制器还包括校验模块和初始化模块：

所述校验模块用于校验异常控制模块从学习记录模块中调用的阀控参数是否异常，并生成是否异常的判断信号；

所述初始化模块对初始压力值、目标压力值不同的制动过程分别设置并存储一组默认阀控参数，用于在异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用阀控信号异常时，调用存储在初始化模块中的阀控参数，并输出至压力控制单元。

3.一种制动控制方法，应用如权利要求1或2所述的空气制动压力控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

压力传感器信号正常时，压力控制单元根据初始压力值、目标压力值、待控压力腔室实时压力值，按周期输出充气电磁阀或排气电磁阀的阀控信号；学习记录模块学习记录初始压力值、目标压力值和周期性阀控信号的对应控制策略；

压力传感器信号异常时，异常控制模块根据初始压力值、目标压力值调用学习记录模块中记录的控制策略，输出至压力控制单元，用于待控压力腔室的压力控制。

4.如权利要求3所述的制动控制方法，其特征在于，当初始压力值小于目标压力值时，学习记录充气电磁阀的控制策略，当初始压力值大于目标压力值时，学习记录排气电磁阀的控制策略。

5.如权利要求4所述的制动控制方法，其特征在于，所述学习记录控制策略的方法为：当初始压力值小于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的充气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值；当初始压力值大于目标压力值时，学习记录各个阀控周期的排气电磁阀的占空比，并存储各个阀控周期占空比数据及对应的初始压力和目标压力值。

6.如权利要求5所述的制动控制方法，其特征在于，还包括：将初始压力值和目标压力值离散化处理，获得初始压力离散值和目标压力离散值，将每个初始压力离散值分别与每个目标压力离散值对应组成一个制动压力组，对每个制动压力组进行编号，获得制动过程编号，建立过程编号与对应初始压力值和目标压力值的阀控策略的对应关系，并存储制动过程编号及对应的阀控策略。

7.如权利要求6所述的制动控制方法，其特征在于，在压力传感器信号正常时，针对相同的制动过程编号，每采集3次对应的控制策略，对所记录的每个阀控周期充气电磁阀或排气电磁阀的占空比计算一次平均值，并学习记录此平均值作为该制动过程编号对应的控制策略。

8.根据权利要求3所述的制动控制方法，其特征在于：当目标压力为零时，压力控制单元控制排气电磁阀始终打开进行排气动作，且不启动学习记录模块的学习记录过程。

9.一种如权利要求3所述的制动控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

当异常控制模块调用的控制策略校验结果为异常时，根据初始压力值和目标压力值调用预设的默认控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

10.一种如权利要求4-7任一项所述的制动控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

当异常控制模块调用的控制策略校验结果为异常时，根据初始压力值和目标压力值调用预设的默认控制策略，用于待控压力腔室的压力控制。

Images