CN111824091A - 多轴铰接式车辆制动力分配方式及系统 - Google Patents

Abstract

一种多轴铰接式列车制动力顺序分配方式，通过在制动施加以及缓解过程中，控制多轴中各轴制动缸压力的上升及下降的时序，保证制动施加时，后轴先于前轴，制动缓解时前轴先于后轴。由此保证车厢之间呈现拖拽状态，降低列车快速制动时发生对折，甩尾的风险。该技术可直接应用于多轴全挂车，半挂车，胶轮列车。

Description

多轴铰接式车辆制动力分配方式及系统

技术领域

本发明属于多轴铰接式列车领域，涉及一种多轴铰接式车辆制动力分配方式及系统。

背景技术

多轴车辆的制动安全一直备受关注，不合理的制动方式将导致车辆甩尾、折叠和侧倾等。目前多轴车辆主要有轨道交通列车、商用多轴挂车、多轴铰接式列车等。

轨道交通列车多采用基于列车载荷以及可用黏着限制的方式进行整车制动力分配。由于轨道车辆列车车厢之间采用车钩缓冲器连接，且轨道的最大弯曲半径较大，最大的列车减速度很小，列车轴重转移不明显。因此制动过程中，车厢之间的制动力微小的不均衡不会造成车辆折叠。由于地面多轴铰接列车的行驶状况复杂，制动减速度大，轴重转移明显，如果采用轨道交通列车的制动方式，尤其在车辆弯道，侧滑时制动容易出现折叠、侧倾等问题。

商用半挂车、全挂车一般采用机械挂车阀制动。机械挂车阀具备越前功能，挂车阀的越前功能本质上是任意时刻同一制动强度下，挂车阀后端管路的压力比前端压力大，从而间接保证挂车阀后轴比前轴制动力大。另外，为了保证列车间的拖拽力，在制动初始阶段时，最后一轴的制动压力比第一轴的压力提前一定时间，即挂车的制动力提前高于牵引车制动力。如图1是传统的制动力施加顺序示意图，在多轴列车的制动阶段，为了保证列车各轴间具有拖拽力以免发生对折等问题，通常在制动初始阶段时，后一轴的制动比前一轴的制动开始得早，最后一轴的制动比第一轴的制动早200ms。基于传统的挂车阀实现的越前功能，是一种纯气控方式，在长列车多编组多轴制动时，由于管路过长，纯气控空走时间很长，另加上挂车阀本身是一个机械阀，响应速度受限，因此基于挂车阀的越前功能实现多轴制动时，存在响应慢的问题。且由于传统的全挂车或半挂车为单向行驶，仅配置一个司机室，列车制动力分配时仅考虑单向，没有考虑双向制动。

目前国内多轴绞接式列车主要用于景区观光或机场摆渡等铛铛车，因其运行时速很低，列车制动力也不大，制动时各轴制动力分配未充分考虑突然快速制动车甩尾、折叠和倾侧的极限工况。

因此，目前尚没有专门针对多轴铰接式车辆的防折叠且快速响应的制动方式。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多轴铰接式车辆制动力分配方式和系统，用于实现列车的快速、平稳制动。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种多轴铰接车辆制动力分配方式，包括以下步骤：

-制动投入阶段，中央制动控制单元ECU接受踏板信号、车辆行驶方向信号和司机激活信号，输出制动指令，所述制动指令包括制动压力分配顺序、起始压力、目标压力和踏板请求压力；

-制动施加阶段，多个轴、即轴1～轴n的各自的电控阀分别通过CAN总线接受所述制动指令，首先同时为所述多个轴分配起始压力，然后相对所述车辆的行驶方向从后轴轴n向前轴轴1依次为所述多个轴分配目标压力。

进一步地，所述中央制动控制单元ECU根据所述车辆行驶方向信号以及所述司机激活信号，确定所述制动压力分配顺序。

进一步地，为所述多个轴分配所述制动压力后，所述后轴轴n的所述目标压力基于冲击率限制的步进值，逐步逼近所述踏板请求压力；其余轴的所述目标压力经过一定的延迟后依次跟随所述轴n的所述目标压力。

进一步地，所述轴1相对于所述轴n的延迟由制动压力分配时间差Δt决定，其中轴x相对轴n的制动压力分配时间差为((n-x)/(n-1))*Δt，1≤x≤n。

进一步地，所述制动压力分配时间差Δt≤200ms。

进一步地，通过设立容差门限值，使所述目标压力不超过所述踏板请求压力。

进一步地，还包括：

-制动缓解阶段，所述多个轴的电控阀分别通过CAN总线接受所述制动指令，并相对所述车辆的行驶方向从所述前轴轴1向所述后轴轴n依次从所述多个轴退出制动压力。

进一步地，制动缓解时，所述前轴轴1基于所述冲击率限制的步进值，逐步减小目标压力，直至逼近所述踏板请求压力；其余轴的所述目标压力经过一定的延迟后依次跟随所述轴1的所述目标压力。

进一步地，所述轴n相对于所述轴1的制动退出延迟由制动压力退出时间差Δt’决定，其中轴x相对轴1的制动压力退出时间差为((x-1)/(n-1))*Δt’，1≤x≤n。

进一步地，所述制动施加阶段按照车厢为单位进行施加。例如对于6轴车辆，制动力的顺序可以按轴顺序分配：6轴>5轴>4轴>3轴>2轴>1轴；也可以按车厢为单位进行施加：6轴/5轴>4轴/3轴>2轴/1轴。

进一步地，所述n≥6。

本发明同时提供一种基于多轴铰接车辆制动力分配系统，包括中央制动控制单元ECU，多个轴及与多个轴对应的电控阀，CAN总线，能够输出踏板信号、车辆行驶方向信号和司机激活信号的信号输出装置，该系统采用上述制动力分配方式。

本发明还提供了一种能够双方向运行的多轴铰接车辆，采用了上述制动力分配系统。

本发明的效果：

本发明主要通过在制动施加以及缓解过程中，控制各轴制动缸压力的上升及下降的时序，保证制动施加时，后轴先于前轴，制动缓解时前轴先于后轴，使车厢之间呈现拖拽状态，降低列车快速制动时发生对折、甩尾的风险。

本发明的制动策略在保证制动时列车处于非挤压状态的同时，还最大程度保证整车制动同步性以及整车制动响应性能，其响应延时相比传统采用挂车阀的固定延时至少缩短了30％。

本发明顺序制动的策略具有拖拽时序既可以基于车厢又可基于车轴，配置灵活。同时在硬件实现上可以减少多个挂车阀。

本发明的多轴铰接车制动力分配策略也可与传统的纯气控挂车阀越前功能融合，在多轴铰接制动气控与电控冗余系统中，因踏板对应的最终目标压力是一致的，因此也可以实现电控制动切换至纯气控时保证平稳过渡。

本发明可应用于多轴全挂车，半挂车，胶轮列车；另外由于本发明可基于方向信号识别双端司机室制动，因此尤其适用于能够双方向运行的多轴铰接车辆。

附图说明

图1是传统的制动力施加顺序示意图。

图2是本发明的制动力分配系统的拓扑示意图。

图3是6轴列车制动施加时轴1与轴6之间的制动力分配关系示意图。

图4是6轴列车制动施加时轴2与轴6之间的制动力分配关系示意图。

图5是6轴列车制动施加时轴1至轴3与轴6之间的制动力分配关系示意图。

图6是6轴列车制动缓解时各轴的制动力分配关系示意图。

图7是6轴列车制动施加和缓解过程中各轴的制动力分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例一

请参看图2，图2所示为本发明的制动力分配系统的实施例的拓扑示意图。多轴铰接车辆制动力分配系统通常包括中央制动控制单元(ECU)3，6个轴(轴1-轴6)，与轴相对应的具备压力调节的电控阀，CAN总线2。中央制动控制单元3根据外部的指令：车辆行驶方向信号5、司机室激活端的司机激活信号6以及制动踏板信号4，输出制动压力分配顺序、目标压力和踏板请求压力。电控阀通过总线2接收中央制动控制单元3输出的制动指令，控制内部的施加缓解电磁阀动作，实现目标压力跟随踏板请求压力。

实施例二

图3-7所示为本发明的制动力分配方式的实施例的示意图。其中图3-6所示为本发明的制动力施加模式的示意图，图7所示为本发明的制动力缓解模式的示意图。

请参看图3，图3所示为列车在一端司机室向前运行或尾端司机室向后运行时，轴1与轴6之间的制动力分配关系示意图，图中横坐标表示时间，纵坐标表示目标压力，下同。在制动施加阶段，先同时对轴1-轴6中各个轴施加50kpa的起始压力，然后最先从轴6开始施加目标压力。图中轴6_prev表示前一刻轴6的目标压力，轴6_curr表示当前时刻轴6的目标压力。因轴6的制动是最先施加的，仅对踏板请求压力(Required BCP)进行一定的冲击限制，即可获得轴6的目标压力。即轴6_curr＝轴6_prev+冲击率_步进值。轴5、轴4、轴3、轴2和轴1依次跟随轴6进行制动，都是在轴6的制动进行一定的延迟滞后而发生。为了满足最后轴轴1制动比最前一轴轴6制动时间偏差不超过Δt(通常为200ms)，可知轴1_prev经过Δt时间之后，轴1的目标压力＝轴6_curr。由此可知轴1的目标压力的增量速率应＝(轴6_curr-轴1_prev)/Δt。当轴1的目标压力增至踏板请求压力(Required BCP)时，则恒定不变。

图4是列车在一端司机室向前运行或尾端司机室向后运行时，轴2与轴6之间的制动力分配关系示意图。图中轴6_prev表示前一刻轴6的目标压力，轴6_curr表示当前时刻轴6的目标压力。轴1与轴6的制动时间间隔为Δt，则以此类推，轴2与轴6的时间间隔为4/5*Δt。即轴2_prev经过4/5*Δt之后，轴2的目标压力＝轴6_curr。由此可知轴2的目标压力的增量速率＝5*(轴6_curr-轴2_prev)/4*Δt。

图5是列车在一端司机室向前运行或尾端司机室向后运行时，轴3、轴2、轴1与轴6之间的制动力分配关系示意图。图中轴6_prev表示前一刻轴6的目标压力，轴6_curr表示当前时刻轴6的目标压力。轴1与轴6时间间隔为Δt，则以此类推，轴3与轴6的时间间隔为3/5*Δt，轴4与轴6的时间间隔为2/5*Δt，轴5与轴6时间间隔为1/5*Δt，其中：

轴3的目标压力的增量速率应为5*(轴6_curr-轴3_prev)/(3*Δt)，

轴4的目标压力的增量速率应为5*(轴6_curr-轴4_prev)/(2*Δt)，

轴5的目标压力的增量速率应为5*(轴6_curr-轴5_prev)/Δt。

图6是列车在一端司机室向前运行或尾端司机向后运行时，缓解制动时，轴1-轴6的制动力分配关系示意图。

在制动缓解阶段，轴1先发生制动缓解，基于冲击率限制的步进值，逐步减小目标压力，直至逼近踏板请求压力。

轴2、轴3、轴4、轴5和轴6依次跟随轴1发生制动缓解，都是在轴1的制动缓解进行一定的延迟滞后而发生。其中轴6与轴1的制动压力退出时间差为Δt’，轴2、轴3、轴4、轴5与轴1的制动压力退出时间差依次为1/5*Δt’、2/5*Δt’、3/5*Δt’和4/5*Δt’。

轴2的目标压力的减小速率应为5*(轴2_curr-轴1_prev)/Δt’，

轴3的目标压力的减小速率应为5*(轴3_curr-轴1_prev)/(2*Δt’)，

轴4的目标压力的减小速率应为5*(轴4_curr-轴1_prev)/(3*Δt’)，

轴5的目标压力的减小速率应为5*(轴5_curr-轴1_prev)/(4*Δt’)。

轴6的目标压力的减小速率应为(轴6_curr-轴1_prev)/Δt’，

列车在一端司机室向前运行或尾端司机室向后运行时，施加与缓解制动过程中轴1至轴6制动压力的分配时序见图7。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种多轴铰接式车辆制动力分配方式，包括以下步骤：

-制动投入阶段，中央制动控制单元ECU接受踏板信号、车辆行驶方向信号和司机激活信号，输出制动指令，所述制动指令包括制动压力分配顺序、起始压力、目标压力和踏板请求压力；

-制动施加阶段，多个轴、即轴1～轴n的各自的电控阀分别通过CAN总线接受所述制动指令，首先同时为所述多个轴分配起始压力，然后相对所述车辆的行驶方向从后轴轴n向前轴轴1依次为所述多个轴分配目标压力。

2.根据权利要求1所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述中央制动控制单元ECU根据所述车辆行驶方向信号以及所述司机激活信号，确定所述制动压力分配顺序。

3.根据权利要求1所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述后轴轴n的所述目标压力基于冲击率限制的步进值，逐步逼近所述踏板请求压力；其余轴的所述目标压力经过一定的延迟后依次跟随所述轴n的所述目标压力。

4.根据权利要求3所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述轴1相对于所述轴n的延迟由制动压力分配时间差Δt决定，其中轴x相对轴n的制动压力分配时间差为((n-x)/(n-1))*Δt，1≤x≤n。

5.根据权利要求4所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述制动压力分配时间差Δt≤200ms。

6.根据权利要求3所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，进一步包括：通过设立容差门限值，使所述目标压力不超过所述踏板请求压力。

7.根据权利要求1至6中任意所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于，还包括：

-制动缓解阶段，所述多个轴的电控阀分别通过CAN总线接受所述制动指令，并相对所述车辆的行驶方向从所述前轴轴1向所述后轴轴n依次从所述多个轴退出制动压力。

8.根据权利要求7所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：制动缓解时，所述前轴轴1基于所述冲击率限制的步进值，逐步减小目标压力，直至逼近所述踏板请求压力；其余轴的所述目标压力经过一定的延迟后依次跟随所述轴1的所述目标压力。

9.根据权利要求8所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述轴n相对于所述轴1的制动退出延迟由制动压力退出时间差Δt’决定，其中轴x相对轴1的制动压力退出时间差为((x-1)/(n-1))*Δt’，1≤x≤n。

10.根据权利要求1所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述制动施加阶段按照车厢或按车轴为单位进行施加。

11.根据权利要求1所述的多轴铰接式车辆制动力分配方式，其特征在于：所述n≥4。

12.一种基于多轴铰接式车辆的制动力分配系统，包括中央制动控制单元ECU，与所述铰接车辆的多个轴、即轴1～轴n分别对应设置的电控阀，CAN总线，以及能够向所述中央制动控制单元ECU输出踏板信号、车辆行驶方向信号和司机激活信号的信号输出装置，所述制动力分配系统采用根据权利要求1-11中任一项所述的制动力分配方式。

13.一种能够双方向运行的多轴铰接式车辆，采用根据权利要求12所述的制动力分配系统。

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