CN111439244A - 一种机车电子制动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的机车电子制动控制系统，包括：通过通信单元连接的制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜，制动控制柜包括制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块、制动执行机构；通信单元包括第一导线；制动控制器发送手柄控制信号至第一导线；数字量采集模块采集第一导线的高电平信号，并将高电平信号发送至制动控制模块；模拟量采集模块实时采集制动执行机构的数据信息，并发送至制动控制模块；制动控制模块计算高电平信号持续时间，并根据手柄控制信号、数据信息以及机车主控制单元发送的控制信息，控制制动执行机构。该发明减少了导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子控制系统的可靠性。

Description

一种机车电子制动控制系统

技术领域

本发明涉及机车制动控制技术领域，特别涉及一种机车电子制动控制系统。

背景技术

电子制动控制系统是机车制动系统的核心，其主要功能是接收司机制动控制器和机车主控制系统发出的制动指令，采集均衡风缸压力传感器信号、制动缸压力传感器信号以及单独制动压力传感器信号等，且采集机车主控制单元发送的逻辑信号，通过数学计算和逻辑运算，控制均衡风缸压力、制动缸压力和单独制动压力，实现自动制动、单独制动、紧急制动、惩罚制动以及制动重联等要求。

现有机车电子制动控制系统有的采用串行网络方式(例如LON网)传输制动指令。还有的机车电子制动控制系统将手柄控制信号转换成电压和电流模拟量信号，并通过导线将电压和电流模拟量信号发送至制动控制单元，制动控制单元根据模拟量信号、制动执行机构的数据信息以及机车主控制单元的控制信息，通过数学计算和逻辑运算，控制均衡风缸、制动缸以及单独制动的压力。

但现有的机车电子制动系统控制系统，采用串行网络方式传输制动指令的模式，存在着现场维修不便、可靠性性低以及成本较高的问题。而通过导线传输模拟量信号的模式，又存在着所使用的导线数量较多，模拟量信号不便于远程传输，可靠性较低且成本较高的问题。

发明内容

为解决现有技术中电子制动控制系统存在可靠性较低和成本较高的技术问题，本发明提供了一种机车电子制动控制系统，通过采集高电平信号以及高电平持续时间，控制制动执行机构，减少了电子制动控制系统的导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子控制系统的可靠性。

本发明提供了一种机车电子制动控制系统，包括通信单元以及通过所述通信单元连接的制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜，所述制动控制柜包括制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块以及制动执行机构；

所述通信单元包括第一导线；

所述制动控制器发送手柄控制信号至所述第一导线；

所述数字量采集模块采集所述第一导线的高电平信号，并将所述高电平信号发送至所述制动控制模块；

所述模拟量采集模块实时采集所述制动执行机构的数据信息，并将所述数据信息发送至所述制动控制模块；

所述制动控制模块计算所述高电平信号持续时间，并根据所述高电平信号、所述数据信息以及所述机车主控制单元发送的控制信息，控制所述制动执行机构。

进一步地，所述第一导线包括单独缓解信号导线、小闸制动信号导线、小闸缓解信号导线、常用制动信号导线、紧急制动信号导线、缓解信号导线以及快速缓解信号导线。

进一步地，所述通信单元还包括第二导线、第三导线以及第四导线。

进一步地，所述制动控制柜还包括人机交互单元；

所述人机交互单元包括通过所述第二导线与所述数字量采集模块连接的人机交互按键模块以及与所述制动控制模块连接的显示模块；

所述人机交互按键模块用于输入命令信号信息实现自检以及查看故障历史记录；

所述显示模块用于显示所述故障历史记录以及所述数据信息。

进一步地，所述制动控制柜还包括模式控制单元；

所述模式控制单元包括通过所述第三导线与所述数字量采集模块连接的模式控制按键模块；

所述模式控制按键模块用于进行模式设置，所述模式设置包括定压、一次缓解、阶段缓解、补风以及不补风。

进一步地，所述制动控制柜还包括阀动机构以及与所述制动控制模块连接的继电器输出模块；

所述阀动机构与所述继电器输出模块连接；

所述制动控制模块根据所述手柄控制信号、所述高电平信号持续时间以及所述数据信息输出所述阀动机构的控制信号，所述继电器输出模块用于根据所述阀动机构的控制信号控制所述阀动机构。

进一步地，所述继电器输出模块还通过所述第四导线与所述机车主控制单元连接；

所述继电器输出模块还用于将所述制动控制模块的自检结果通过所述第四导线发送至所述机车主控制单元。

进一步地，所述制动执行机构包括：均衡风缸压力执行模块、制动缸压力执行模块、单独制动执行模块。

进一步地，所述均衡风缸压力执行模块冗余设置。

本发明的技术效果或优点：

(1)本发明提供的机车电子制动控制系统，设置第一导线、制动控制器、机车主控制单元、制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块以及制动执行机构，制动控制器发送手柄控制信号至第一导线，数字量采集模块采集第一导线的高电平信号，模拟量采集模块实时采集制动执行机构的数据信息，制动控制模块计算高电平的持续时间，并根据手柄控制信号、数据信息以及机车主控制单元发送的控制信息控制制动执行机构。该电子制动控制系统通过采集第一导线高电平信号以及高电平持续时间，控制制动执行机构，减少了电子制动控制系统的导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子制动控制系统的可靠性。

(2)本发明提供的机车电子制动控制系统，还包括人机交互按键模块和显示模块，人机交互按键模块通过第二导线与数字量采集模块连接，显示模块与制动控制模块连接，人机交互按键模块用于输入命令信号实现自检以及查看故障历史记录，显示模块用于显示故障历史记录，相较于通过总线输入命令信号的方式，进一步降低了系统的复杂程度以及成本，提高了电子制动控制系统的可靠性。

(3)本发明提供的机车电子制动控制系统，还包括通过第三导线与数字量采集模块连接的模式控制模块，通过模式控制模块实现电子制动控制系统的模式选择，相较于通过总线和显示屏设置模式的方式，进一步降低了系统的复杂程度以及成本，提高了电子制动控制系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个机车电子制动控制系统的结构原理图一；

图2为本发明实施例提供的一个控制原理图；

图3为本发明实施例提供的一个机车电子制动控制系统的结构原理图二。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中电子制动控制系统存在可靠性较低和成本较高的技术问题，本发明提供了一种机车电子制动控制系统，通过采集高电平信号以及高电平持续时间，控制制动执行机构，减少了电子制动控制系统的导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子控制系统的可靠性。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一个机车电子制动控制系统的结构原理图一。本发明实施例提供的机车电子制动控制系统包括通信单元以及通过所述通信单元连接的制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜，所述制动控制柜包括制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块以及制动执行机构；

所述通信单元包括第一导线；

所述制动控制器发送手柄控制信号至所述第一导线；

所述数字量采集模块采集所述第一导线的高电平信号，并将所述高电平信号发送至所述制动控制模块；

所述模拟量采集模块实时采集所述制动执行机构的数据信息，并将所述数据信息发送至所述制动控制模块；

所述制动控制模块计算所述高电平信号持续时间，并根据所述高电平信号、所述数据信息以及所述机车主控制单元发送的控制信息，控制所述制动执行机构。

本发明实施例提供的电子制动控制系统通过采集第一导线高电平信号以及高电平持续时间，控制制动执行机构，减少了电子制动控制系统的导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子制动控制系统的可靠性。

实施例一：

具体地，参考附图1，图1是本发明实施例提供的一个分布式的6轴机车电子制动控制系统结构原理图，包括通信单元、制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜。制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜通过通信单元通信连接。

通信单元用于各个功能单元模块之间的通信。参考附图1，具体地说，通信单元包括第一导线、第二导线、第三导线、第四导线、第五导线、第六导线、第七导线以及第八导线，其中制动控制器通过第一导线与制动控制柜连接，第一导线包括单独缓解信号导线、小闸制动信号导线、小闸缓解信号导线、常用制动信号导线、紧急制动信号导线、缓解信号导线以及快速缓解信号导线。制动控制柜内各模块之间通过第二硬线、第三硬线、第五导线以及第六导线连接，机车主控制单元通过第四导线以及第七导线与制动控制柜连接。

制动控制器用于发送手柄控制信号。参考附图1，具体地说，司机根据实际情况推动制动控制器选择相应的闸位，从而使得第一导线上的相应信号导线得电，制动控制柜采集得电信号导线的高电平信号以及计算此信号导线得电的持续时间，根据高电平信号以及持续时间，控制机车的制动或缓解。更具体地说，制动控制器包括自动制动控制器和单独制动控制器，自动制动控制器发出常用制动、紧急制动、缓解以及快速缓解控制信号，单独制动控制器发出小闸制动、小闸缓解以及单独缓解控制信号，制动控制器位于机车的驾驶室内，即位于6轴机车的两端的驾驶室内。

机车主控制单元用于向制动控制柜发送机车级制动指令控制信息以及接收自检结果。参考附图1，具体地说，机车主控制单元是机车牵引、制动、网络、控制等综合控制单元，机车制动指令控制信息包括：惩罚制动以及紧急制动等。机车主控制单元通过第七总线将制动指令控制信息发送至制动控制柜，制动控制柜实时对电子制动控制系统进行自检，并将自检结果通过第四硬线发送至机车主控单元。更具体地说，机车主控制单元位于6轴机车的机器间。

制动控制柜用于控制机车的制动或缓解。参考附图1和附图2，具体地说，制动控制柜位于机车的机器间，即位于6轴机车的机器间，为减少电子制动控制系统的复杂程度以及减少成本，提高可靠性，制动控制柜包括：制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块、制动执行机构、人机交互单元、模式控制单元、继电器输出模块以及阀动机构。其中制动控制模块、数字量采集模块和模拟量采集模块集成于一块PCB板上，数字量采集模块通过第一导线与制动控制器连接，数字量采集模块与制动控制模块连接，并将采集的第一导线高电平信号发送至制动控制模块，更具体地说，数字量采集模块通过PCB板上的布线与制动控制模块连接。模拟量采集模块与制动控制模块和制动执行机构连接，更具体地说，模拟量采集模块通过第五导线与制动执行机构连接以及通过PCB板上的布线与制动控制模块连接，模拟量采集模块实时采集制动执行机构的数据信息，并发送至制动控制模块，参与制动执行机构的闭环控制，制动执行机构与制动控制模块连接，更具体地说，制动执行机构通过第八导线与制动控制模块连接，制动执行机构包括均衡风缸压力执行模块、制动缸压力执行模块和单独制动执行模块，为提高电子制动控制系统的可靠性，均衡风缸压力执行模块冗余设置。

其中，均衡风缸压力执行模块包括均衡风缸压力传感器、均衡风缸充气电磁阀以及均衡风缸排气电磁阀，均衡风缸压力传感器实时采集均衡风缸的压力数据信息并通过模拟量采集模块发送至制动控制模块，制动控制模块根据手柄控制信号及其高电平持续时间、制动指令控制信息、反馈的均衡风缸压力数据信息以及充气或排气速率，自主计算出均衡风缸的压力目标压力值，根据设定的控制算法，通过控制均衡风缸充气电磁阀及均衡风缸排气电磁阀，闭环控制均衡风缸的压力。制动缸压力执行模块包括制动缸压力传感器、制动缸充气电磁阀以及制动缸排气电磁阀，制动缸压力传感器实时采集制动缸的压力数据信息并通过模拟量采集模块发送至制动控制模块，制动控制模块根据手柄控制信号及其高电平持续时间、制动指令控制信息、反馈的制动缸压力数据信息以及充气或排气速率，自主计算出制动缸的压力目标压力值，根据设定的控制算法，通过控制制动缸充气电磁阀及制动缸排气电磁阀，闭环控制制动缸的压力。单独制动执行模块包括：单独制动压力传感器、单独制动充气电磁阀以及单独制动排气电磁阀，单独制动压力传感器实时采集单独制动的压力数据信息并通过模拟量采集模块发送至制动控制模块，制动控制模块根据手柄控制信号及其高电平持续时间、制动指令控制信息、反馈的单独制动压力数据信息以及充气或排气速率，自主计算出单独制动的压力目标压力值，根据设定的控制算法，通过控制单独制动充气电磁阀及单独制动排气电磁阀，闭环控制制动缸的压力。

人机交互单元包括人机交互按键模块和显示模块，具体地说，人机交互按键模块通过第二导线与数字量采集模块连接，显示模块与制动控制模块连接，更具体地说，人机交互按键模块(即包括四个按键开关)通过四条导线与数字量采集模块连接，用于输入命令信号信息，通过数字量采集模块发送至制动控制模块，以实现电子制动控制系统的自检以及查看历史记录，显示模块与制动控制模块、数字量采集模块和模拟量采集模块集成于一块PCB板上，显示模块通过PCB板上的布线与制动控制模块连接，用于显示故障历史记录，方便工作人员的查看，显示模块可为LED显示屏。该电子制动控制系统相较于通过总线输入命令信号的方式，进一步降低了系统的复杂程度以及成本，提高了电子制动控制系统的可靠性。

模式控制单元包括模式控制模块，模式控制模块通过第三导线与数字量采集模块连接，用于进行电子制动控制系统的模式设置，具体地说，模式控制模块(即包括三个钮子开关)通过三条导线与数字量采集模块连接，进行定压、一次缓解、阶段缓解、补风以及不补风模式设置，数字量采集模块采集第三导线上电平信号，根据电平信号的高低，选择模式。其中，一条导线上对应着定压，当此导线的钮子开关闭合时(即高电平信号)，对应着500kPa定压，当此导线的钮子开关断开时(即低电平信号)，对应着600kPa定压；一条导线上对应着一次缓解和阶段缓解，当此导线的钮子开关闭合时(即高电平信号)，对应着一次缓解，当此导线的钮子开关断开时(即低电平信号)，对应着阶段缓解；一条导线上对应着补风以及不补风，当此导线的钮子开关闭合时(即高电平信号)，对应着补风，当此导线的钮子开关断开时(即低电平信号)，对应着不补风。该电子制动控制系统相较于通过总线和显示屏设置模式的方式，进一步降低了系统的复杂程度以及成本，提高了电子制动控制系统的可靠性。

继电器输出模块和阀动机构连接，继电器输出模块与制动控制模块连接，继电器输出模块还与机车主控制单元连接，更具体地说，继电器输出模块与制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块以及显示模块集成于一块PCB板上，继电器输出模块通过PCB板上的布线与制动控制模块连接，继电器输出模块通过第四导线与机车主控制单元连接，继电器输出模块和阀动机构通过第六导线连接，制动控制模块根据手柄控制信号、高电平信号持续时间、均衡风缸的压力数据信息、制动缸的压力数据信息以及单独制动的压力数据信息输出阀动机构的控制信号，继电器输出模块根据阀动机构的控制信号控制阀动机构。阀动机构包括中立阀、遮断阀以及紧急阀等。

继电器输出模块通过三条导线与机车主控制单元连接，电子制动控制系统运行中，制动控制模块对电子制动控制系统实时自检，当有故障产生时，则会自动诊断故障的等级并控制与故障等级相应的继电器输出模块动作。故障等级分为三级，对应继电器输出模块中的三个故障继电器及其输出触点，通过继电器触点输出110V信号至第三导线，第三导线将110V信号发送至机车主控制单元。

作为一个示例，下面具体介绍一下机车电子制动控制系统的工作过程：

司机上车后，当需修改控制模式时，可通过模式控制模块进行定压、一次缓解、阶段缓解、补风以及不补风模式设置，当需要施加常用制动时，司机将自动制动控制器手柄推到常用制动位，从而使得常用制动信号导线得电，数字量采集模块采集常用制动信号导线的高电平信号，并将高电平信号发送至制动控制模块，制动控制模块计算高电平信号的持续时间并与铁标排气速率结合计算均衡风缸和制动缸的目标压力值，制动控制模块按照铁标排气速率控制均衡风缸排气电磁阀匀速排气减压，司机通过司机室内的压力表实时查看均衡风缸和制动缸的压力，一旦司机查看到压力达到目标压力值，司机将自动制动控制器置运转位，常用制动信号导线失电，均衡风缸和制动缸处于保压状态，维持当前的压力不变。

当需要施加紧急制动时，司机将自动制动控制器推到紧急制动位，从而使得紧急制动信号导线得电，数字量采集模块采集紧急制动导线的高电平信号，并将高电平信号发送至制动控制模块，制动控制模块控制均衡风缸排气阀以及紧急阀使列车管在三秒内排气减压至0kPa，并与铁标排气速率结合计算制动缸的目标压力值，制动控制模块按照铁标排气速率控制制动缸充气电磁阀匀速充气增压至4500kPa。紧急制动信号导线失电，均衡风缸和制动缸处于保压状态，维持当前的压力不变。

同样的，小闸单独缓解、小闸制动以及小闸缓解的工作原理与常用制动和紧急制动的工作原理相似，在此不再赘述。

当机车设置为一次缓解模式时，司机将自动制动控制器推到快速缓解位，从而使得快速缓解信号导线得电，数字量采集模块采集快速缓解信号导线的高电平信号，并将高电平信号发送至制动控制模块，制动控制模块根据高电平的持续时间并与铁标充气速率结合计算均衡风缸的目标压力值，制动控制模块根据目标压力值控制均衡风缸充气电磁阀对均衡风缸增压，司机通过司机室内的压力表实时查看均衡风缸的压力，一旦司机查看到开始增压，则将制动控制器推到运转位，快速缓解信号导线失电，此时，虽均衡风缸内的压力未达到最终的压力目标值，但制动控制模块依然控制均衡风缸充气电磁阀按照铁标充气速率匀速充气至定压，然后转为保压状态。

本发明实施例提供的电子制动控制系统通过采集导线高电平信号以及高电平持续时间，控制制动执行机构，减少了电子制动控制系统的导线的数量，且降低了系统的复杂程度以及成本，方便维修，提高了电子制动控制系统的可靠性。

实施例二：

具体地，参考附图3，图3是本发明实施例提供的一个分布式的8轴机车电子制动控制系统结构原理图，8轴机车电子制动控制系统包括：通信单元、制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜，其中，通信单元、制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜制动的结构和组成与6轴机车电子控制系统一致，与6轴机车电子制动控制系统不同的是，8轴机车由两节4轴机车铰接构成，8轴机车电子制动控制系统包括：两个制动控制柜。其中一个制动控制柜位于其中一节4轴机车的机器间，和该节的机车主控制单元之间通过第四导线以及第七导线连接；另一个制动控制柜位于另一节4轴机车的机器间，和该节的机车主控制单元之间通过第四导线以及第七导线连接。两个制动控制柜内的各个模块与两端机车驾驶室内的制动控制器通过通信单元通信连接在一起，具体地说，两端机车驾驶室内的制动控制器通过第一导线连接。

8轴机车和6轴机车的工作原理和控制原理相同，不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机车电子制动控制系统，包括通信单元以及通过所述通信单元连接的制动控制器、机车主控制单元以及制动控制柜，其特征在于：

所述制动控制柜包括制动控制模块、数字量采集模块、模拟量采集模块以及制动执行机构；

所述通信单元包括第一导线；

所述制动控制器发送手柄控制信号至所述第一导线；

所述数字量采集模块采集所述第一导线的高电平信号，并将所述高电平信号发送至所述制动控制模块；

所述模拟量采集模块实时采集所述制动执行机构的数据信息，并将所述数据信息发送至所述制动控制模块；

所述制动控制模块计算所述高电平信号持续时间，并根据所述高电平信号、所述数据信息以及所述机车主控制单元发送的控制信息，控制所述制动执行机构。

2.根据权利要求1所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述第一导线包括单独缓解信号导线、小闸制动信号导线、小闸缓解信号导线、常用制动信号导线、紧急制动信号导线、缓解信号导线以及快速缓解信号导线。

3.根据权利要求1所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述通信单元还包括第二导线、第三导线以及第四导线。

4.根据权利要求3所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述制动控制柜还包括人机交互单元；

所述人机交互单元包括通过所述第二导线与所述数字量采集模块连接的人机交互按键模块以及与所述制动控制模块连接的显示模块；

所述人机交互按键模块用于输入命令信号信息实现自检以及查看故障历史记录；

所述显示模块用于显示所述故障历史记录以及所述数据信息。

5.根据权利要求3所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述制动控制柜还包括模式控制单元；

所述模式控制单元包括通过所述第三导线与所述数字量采集模块连接的模式控制模块；

所述模式控制模块用于进行模式设置，所述模式设置包括定压、一次缓解、阶段缓解、补风以及不补风。

6.根据权利要求3所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述制动控制柜还包括阀动机构以及与所述制动控制模块连接的继电器输出模块；

所述阀动机构与所述继电器输出模块连接；

所述制动控制模块根据所述手柄控制信号、所述高电平信号持续时间以及所述数据信息输出所述阀动机构的控制信号，所述继电器输出模块用于根据所述阀动机构的控制信号控制所述阀动机构。

7.根据权利要求6所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述继电器输出模块还通过所述第四导线与所述机车主控制单元连接；

所述继电器输出模块还用于将所述制动控制模块的自检结果通过所述第四导线发送至所述机车主控制单元。

8.根据权利要求1所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述制动执行机构包括：均衡风缸压力执行模块、制动缸压力执行模块、单独制动执行模块。

9.根据权利要求8所述的机车电子制动控制系统，其特征在于，所述均衡风缸压力执行模块冗余设置。

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