CN111775996B - 一种磁轨制动施加控制系统及控制方法 - Google Patents

一种磁轨制动施加控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁轨制动施加控制系统及控制方法，其中控制系统包括制动微机单元、制动电源、磁轨制动控制单元、制动管、磁轨制动器；磁轨制动器包括气缸和极靴，气缸的活塞杆与极靴固连；还包括常闭的模拟式电空阀；磁轨制动控制单元设有第一电流线性放大单元和第二电流线性放大单元；制动电源通过第一电流线性放大单元与模拟式电空阀的控制端电连接；制动管通过模拟式电空阀与气缸进气端相连；制动电源通过第二电流线性放大单元与极靴内的励磁线圈电连接。本发明在磁轨制动施加时，控制气缸供风管路的气压线性增加，以控制极靴的下落速度，同时输出线性电流至励磁线圈，保证车辆在磁轨制动投入时不会产生较大的冲击，提高乘客的乘坐舒适性。

Description

一种磁轨制动施加控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于轨道车辆制动控制技术领域，特别涉及一种磁轨制动施加控制系统及控制方法。
背景技术
如图1所示，高悬挂的磁轨制动器5包括气缸501和极靴502，其中，气缸501的活塞杆5011与极靴502固连，极靴502内设有励磁线圈503。
针对配置了高悬挂的磁轨制动器5的动车组，现有的磁轨制动施加控制系统结构如图1所示，其包括制动微机单元1、制动电源2、磁轨制动控制单元3、制动管4、常闭的数字式电空阀7'；磁轨制动控制单元3的输入端和数字式电空阀7'的控制端均通过磁轨制动指令线6与制动微机单元1的输出端电连接，制动电源2通过磁轨制动控制单元3内的放大倍数恒定的电流放大单元303与极靴502内的励磁线圈503电连接；制动管4通过数字式电空阀7'与气缸501进气端相连。
现有的磁轨制动施加控制系统工作过程如下：
第一步，制动微机单元1收到紧急制动指令和列车实时速度值；
第二步，制动微机单元1判断列车实时速度值是否落入设定的区间内(因实际磁轨制动瞬间投入，列车在低速时或者超高速时投入磁轨制动，会产生较大冲击，因此一般要求列车速度落入设定的区间才允许投入磁轨制动，如《EN 16207：磁轨制动功能及性能》要求列车速度在20km/h～280km/h之间时才允许投入磁轨制动)，若是，则制动微机单元1通过磁轨制动指令线6输出磁轨制动施加指令并跳转至步骤三；若否，则制动微机单元1无输出；
第三步，磁轨制动单元和数字式电磁阀接收到磁轨制动施加指令；
第四步，磁轨制动单元内的电流放大单元303将制动电源2输出的小电流转换成恒定的励磁电流输出至极靴502内的励磁线圈503；同时，在励磁过程中，数字式电磁阀导通，制动管4内的高压空气进入气缸501，气缸501的活塞杆5011在高压空气的推动下迅速推出从而推动极靴502快速贴住轨面8；
第五步，极靴502与轨道之间产生磁轨制动力，实现磁轨制动。
采用现有技术，由于在磁轨制动施加指令发出的瞬间，励磁线圈503瞬间获得固定的励磁电流I，气缸501瞬时充入固定压力值P的高压空气，因此，极靴502瞬时与轨面8接触，磁轨制动力f在磁轨制动施加指令发出时即发出突变，即由原来的0突变为设定值F。磁轨制动力f随时间t变化曲线如图2所示。其中，t1为磁轨制动施加指令发出时刻。
在现有技术中，由于磁轨制动力在磁轨制动施加指令发出的瞬间发生突变，因此磁轨制动投入瞬间对车辆的冲击较大，影响乘客的乘坐舒适性。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中磁轨制动力在磁轨制动施加指令发出的瞬间发生突变的不足，提供一种磁轨制动施加控制系统及控制方法，在磁轨制动施加时，控制气缸供风管路的气压线性增加，以控制极靴的下落速度；同时，输出线性电流至励磁线圈，以使得磁轨制动力线性增加至设定值F，从而保证车辆在磁轨制动投入时不会产生较大的冲击，提高乘客的乘坐舒适性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种磁轨制动施加控制系统，包括制动微机单元、制动电源、磁轨制动控制单元、制动管、磁轨制动器；磁轨制动器包括气缸和极靴，其中，气缸的活塞杆与极靴固连，极靴内设有励磁线圈；磁轨制动控制单元的输入端与制动微机单元的输出端电连接；磁轨制动控制单元用于接收来自制动微机单元的磁轨制动施加指令；
其特点是还包括常闭的模拟式电空阀；磁轨制动控制单元设有第一电流线性放大单元和第二电流线性放大单元；
制动电源通过第一电流线性放大单元与模拟式电空阀的控制端电连接；制动管通过模拟式电空阀与气缸进气端相连；制动电源通过第二电流线性放大单元与极靴内的励磁线圈电连接，
第一电流线性放大单元：用于在磁轨制动控制单元接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀的控制端；
第二电流线性放大单元：用于在磁轨制动控制单元接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴内的励磁线圈。
借由上述结构，在磁轨制动施加时，第一电流线性放大单元输出第一线性电流至模拟式电磁阀的控制端，控制气缸供风管路的气压线性增加，以控制极靴的下落速度；同时，第二电流线性放大单元输出第二线性电流至励磁线圈，以使得磁轨制动力线性增加至设定值F；通过控制极靴移动速度和极靴励磁电流两个参数，保证车辆在磁轨制动投入时不会产生较大的冲击，提高乘客的乘坐舒适性。
作为一种优选方式，第一电流线性放大单元：用于在设定时间T内，将制动电源输出的电流转换成第一线性电流输出，第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀控制端输入电流值；第二电流线性放大单元：用于在设定时间T内，将制动电源输出的电流转换成第二线性电流输出，第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值。
在极靴离轨面较远时，可以以较小的初始推力推动极靴朝轨面运动，因此，模拟式电空阀在导通初始时刻的输出气压可以不必从0开始。同时，为避免磁轨制动力激增突变，作为励磁电流的第二线性电流在初始时刻的电流为0，励磁电流线性增大直至最大值，从而磁轨制动力也线性增大直至最大值。
作为一种优选方式，制动微机单元：用于在接收到紧急制动指令和列车实时速度值后，判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
在列车实时速度值落入设定的区间内时才输出磁轨制动施加指令，满足现有各项行业标准的规定。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述磁轨制动施加控制系统进行磁轨制动施加控制的方法，包括：
步骤一，磁轨制动控制单元接收来自制动微机单元的磁轨制动施加指令；
步骤二，第一电流线性放大单元将制动电源输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀的控制端，模拟式电空阀输出至气缸的气压值线性增大；同时，第二电流线性放大单元将制动电源输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴内的励磁线圈，励磁线圈产生的磁轨制动力线性增大；
步骤三，第一线性电流和第二线性电流均达到设定的对应的最大值，极靴与轨面相接触。
作为一种优选方式，第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀控制端输入电流值；第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值；第一电流线性放大单元在设定的时间T内控制其输出从I1min线性增长至I1max；第二电流线性放大单元在设定的时间T内控制其输出从0线性增长至I2max。
作为一种优选方式，在步骤一之前还包括：
制动微机单元接收到紧急制动指令和列车实时速度值，并判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
与现有技术相比，本发明在磁轨制动施加时，控制气缸供风管路的气压线性增加，以控制极靴的下落速度；同时，输出线性电流至励磁线圈，以使得磁轨制动力线性增加至设定值F；通过控制极靴移动速度和极靴励磁电流两个参数，保证车辆在磁轨制动投入时不会产生较大的冲击，提高乘客的乘坐舒适性。
附图说明
图1为现有磁轨制动施加控制系统结构示意图。
图2为现有磁轨制动力变化曲线图。
图3为本发明磁轨制动施加控制系统结构示意图。
图4为本发明磁轨制动力变化曲线图。
其中，1为制动微机单元，2为制动电源，3为磁轨制动控制单元，301为第一电流线性放大单元，302为第二电流线性放大单元，303为电流放大单元，4为制动管，5为磁轨制动器，501为气缸，5011为活塞杆，502为极靴，503为励磁线圈，6为磁轨制动指令线，7为模拟式电空阀，7'为数字式电空阀，8为轨面。
具体实施方式
如图2所示，本发明所述磁轨制动施加控制系统包括制动微机单元1、制动电源2、磁轨制动控制单元3、制动管4、磁轨制动器5；磁轨制动器5包括气缸501和极靴502，其中，气缸501的活塞杆5011与极靴502固连，极靴502内设有励磁线圈503；磁轨制动控制单元3的输入端通过磁轨制动指令线6与制动微机单元1的输出端电连接；磁轨制动控制单元3用于接收来自制动微机单元1的磁轨制动施加指令。
磁轨制动施加控制系统还包括常闭的模拟式电空阀7；制动管4通过模拟式电空阀7与气缸501进气端相连。模拟式电磁阀安装在磁轨制动器5气缸501的充气管路上，负责给气缸501供风，以推动磁轨制动器5的极靴502落在轨道上。
磁轨制动控制单元3设有第一电流线性放大单元301和第二电流线性放大单元302。制动电源2通过第一电流线性放大单元301与模拟式电空阀7的控制端电连接，制动电源2通过第二电流线性放大单元302与极靴502内的励磁线圈503电连接。
制动微机单元1：用于在接收到紧急制动指令和列车实时速度值后，判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
第一电流线性放大单元301：用于在磁轨制动控制单元3接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源2输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀7的控制端。
第二电流线性放大单元302：用于在磁轨制动控制单元3接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源2输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴502内的励磁线圈503。
在极靴502离轨面8较远时，可以以较小的初始推力推动极靴502朝轨面8运动，因此，模拟式电空阀7在导通初始时刻的输出气压可以不必从0开始。同时，为避免磁轨制动力激增突变，作为励磁电流的第二线性电流在初始时刻的电流为0，励磁电流线性增大直至最大值，从而磁轨制动力也线性增大直至最大值。因此，在一种优选方案中，第一电流线性放大单元301：用于在设定时间T内，将制动电源2输出的电流转换成第一线性电流输出，第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀7输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀7控制端输入电流值；第二电流线性放大单元302：用于在设定时间T内，将制动电源2输出的电流转换成第二线性电流输出，第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值。
本实施例中，T＝3s。
第一线性电流的输出范围为15mA～20mA，模拟式电空阀7的输出压力对应为5bar～6bar，即P＝6bar。
线性输入实现线性输出，线性输入励磁电流保证磁轨制动力线性增大，线性输出压力保证极靴502以一定的速度去接近并贴住轨面8。
本发明还提供了一种利用所述磁轨制动施加控制系统进行磁轨制动施加控制的方法，包括：
步骤一，磁轨制动控制单元3接收来自制动微机单元1的磁轨制动施加指令；
步骤二，第一电流线性放大单元301将制动电源2输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀7的控制端，模拟式电空阀7输出至气缸501的气压值线性增大；同时，第二电流线性放大单元302将制动电源2输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴502内的励磁线圈503，励磁线圈503产生的磁轨制动力线性增大；
步骤三，第一线性电流和第二线性电流均达到设定的对应的最大值，极靴502与轨面8相接触。
第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀7输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀7控制端输入电流值；第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值；第一电流线性放大单元301在设定的时间T内控制其输出从I1min线性增长至I1max；第二电流线性放大单元302在设定的时间T内控制其输出从0线性增长至I2max。
在步骤一之前还包括：
制动微机单元1接收到紧急制动指令和列车实时速度值，并判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
利用本发明，在磁轨制动施加时，第一电流线性放大单元301输出第一线性电流至模拟式电磁阀的控制端，控制气缸501供风管路的气压线性增加，以控制极靴502的下落速度；同时，第二电流线性放大单元302输出第二线性电流至励磁线圈503，以使得磁轨制动力线性增加至设定值F；通过控制极靴502移动速度和极靴502励磁电流两个参数，保证车辆在磁轨制动投入时不会产生较大的冲击，提高乘客的乘坐舒适性。
本发明的磁轨制动力f随时间t变化曲线如图4所示。其中，t1为磁轨制动施加指令发出时刻，t2为极靴502贴住轨面8的初始时刻，T为根据需要设定的线性变化时间(本实施例中为3s)。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁轨制动施加控制系统，包括制动微机单元(1)、制动电源(2)、磁轨制动控制单元(3)、制动管(4)、磁轨制动器(5)；磁轨制动器(5)包括气缸(501)和极靴(502)，其中，气缸(501)的活塞杆(5011)与极靴(502)固连，极靴(502)内设有励磁线圈(503)；磁轨制动控制单元(3)的输入端与制动微机单元(1)的输出端电连接；磁轨制动控制单元(3)用于接收来自制动微机单元(1)的磁轨制动施加指令；
其特征在于：
还包括常闭的模拟式电空阀(7)；磁轨制动控制单元(3)设有第一电流线性放大单元(301)和第二电流线性放大单元(302)；
制动电源(2)通过第一电流线性放大单元(301)与模拟式电空阀(7)的控制端电连接；
制动管(4)通过模拟式电空阀(7)与气缸(501)进气端相连；制动电源(2)通过第二电流线性放大单元(302)与极靴(502)内的励磁线圈(503)电连接；
第一电流线性放大单元(301)：用于在磁轨制动控制单元(3)接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源(2)输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀(7)的控制端；
第二电流线性放大单元(302)：用于在磁轨制动控制单元(3)接收到磁轨制动施加指令后，将制动电源(2)输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴(502)内的励磁线圈(503)。
2.如权利要求1所述的磁轨制动施加控制系统，其特征在于，
第一电流线性放大单元(301)：用于在设定时间T内，将制动电源(2)输出的电流转换成第一线性电流输出，第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀(7)输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀(7)控制端输入电流值；
第二电流线性放大单元(302)：用于在设定时间T内，将制动电源(2)输出的电流转换成第二线性电流输出，第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值。
3.如权利要求1或2所述的磁轨制动施加控制系统，其特征在于，
制动微机单元(1)：用于在接收到紧急制动指令和列车实时速度值后，判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
4.一种利用如权利要求1至3任一项所述磁轨制动施加控制系统进行磁轨制动施加控制的方法，包括：步骤一，磁轨制动控制单元(3)接收来自制动微机单元(1)的磁轨制动施加指令；
其特征在于，还包括：
步骤二，第一电流线性放大单元(301)将制动电源(2)输出的电流转换成第一线性电流并将该第一线性电流输出至模拟式电空阀(7)的控制端，模拟式电空阀(7)输出至气缸(501)的气压值线性增大；同时，第二电流线性放大单元(302)将制动电源(2)输出的电流转换成第二线性电流并将该第二线性电流输出至极靴(502)内的励磁线圈(503)，励磁线圈(503)产生的磁轨制动力线性增大；
步骤三，第一线性电流和第二线性电流均达到设定的对应的最大值，极靴(502)与轨面(8)相接触。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
第一线性电流的输出范围为I1min～I1max；其中，I1min根据需要设定，I1max为模拟式电空阀(7)输出的气压值为设定值P时对应的模拟式电空阀(7)控制端输入电流值；
第二线性电流的输出范围为0～I2max；其中，I2max为当磁轨制动力为设定值F时对应的励磁电流值；
第一电流线性放大单元(301)在设定的时间T内控制其输出从I1min线性增长至I1max；第二电流线性放大单元(302)在设定的时间T内控制其输出从0线性增长至I2max。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤一之前还包括：
制动微机单元(1)接收到紧急制动指令和列车实时速度值，并判断列车实时速度值是否落入设定的区间内，在列车实时速度值落入设定的区间内时输出磁轨制动施加指令，在列车实时速度值未落入设定的区间内时不输出磁轨制动施加指令。
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