CN111959467B - 一种轨道车辆电机械制动防滑控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆电机械制动防滑控制系统,包括牵引控制单元、制动控制单元、电机械制动单元和速度传感器，制动控制单元包含有通信及主控模块和电机械驱动单元模块。本发明实现了防滑系统的轴控或轮控；将电机械制动防滑系统取代空气制动防滑系统,缩短了防滑控制响应时间，提高了防滑性能。本发明针对电机械制动系统响应迅速的特点，设计防滑系统控制方法，与原空气制动防滑系统相比，提高了轮轨间的黏着力恢复速度，提高了防滑性能；并且可根据滑行时刻车辆实际轮轨黏着情况自适应调整轮轨黏着系数，避免持续滑行，缩短制动距离。

Description

一种轨道车辆电机械制动防滑控制系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及电机械制动系统的防滑控制技术领域。

背景技术

目前车辆制动系统大多采用空电复合制动的控制方式，即优先使用电制动，如果电制动力不足，由空气制动力补充。空气制动主要由制动控制系统、基础制动系统和空气供给系统三大部分组成，制动控制系统核心装置为制动控制装置，制动控制装置集成了电子制动控制单元、电空变换阀（电信号转空气信号）、中继阀（流量放大阀）、空重车调整阀（紧急制动用）等。空气供给系统由空气压缩机、干燥器、风缸、贯穿全车的总风管及塞门等组成，为制动系统提供压缩空气。基础制动系统由制动缸及闸瓦或制动盘等组成，接收压力空气实施相应的制动力。

当前电空制动系统可分为车控控制方式和架控控制方式，车辆滑行时，车控系统需要增加防滑控制装置实现对滑行轴的独立控制，架控系统虽然可以实现对滑行轴的轴控，但每辆车需要具备两套制动控制装置。且车控系统和架控系统的防滑排风阀仅在防滑时起作用，不参与车辆的正常制动和缓解。导致防滑控制装置结构复杂。

电制动和空气制动受制于当前轮轨间的粘着系数，当制动力超过轮轨间粘着力时，车轮会在轨道上发生滑行，滑行严重时可能会导致车轮抱死引起轮面擦伤，因此车轮发生滑行时，需要快速有效的恢复轮轨间黏着力，同时避免延长制动距离。目前的空气制动系统由于结构原因，防滑控制响应时间相对较长。

目前的防滑控制系统组成及结构相对复杂，增加了故障点和故障概率，不利于系统的集成化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺点，提供一种轨道车辆电机械制动防滑控制系统。

为了解决以上技术问题，本发明提供的轨道车辆电机械制动防滑控制系统，包括：

牵引控制单元，设置于动车，根据数据总线或硬线接收到的滑行状态信号或者根据本车的轴速度判断的电制动力滑行情况调节电制动力；

制动控制单元，每辆车设置至少有一个，包括与牵引控制单元通信的通信及主控模块，和受控于所述通信及主控模块的电机械驱动单元模块，所述通信及主控模块通过电机械驱动单元模块控制电机械制动单元施加电机械制动力，并根据电机械制动单元反馈的制动力大小实现电机械制动力的闭环控制；制动控制单元基于本车的轴速度信号判断各轴的滑行状态，或者通过列车的数据总线接收本车各轴的滑行状态信号，制动控制单元根据滑行状态信号控制本车的电机械制动单元进行电机械制动力的滑行再黏着控制；

电机械制动单元，设置于各车轮踏面或各轮盘或各轴盘处，受控于电机械驱动单元模块对车轮踏面或轮盘或轴盘施加制动力，并将实际输出的制动力反馈给制动控制单元；

速度传感器，用于采集车轴的轴速度信号反馈至制动控制单元。

此外，本发明还提出了三种电机械制动防滑控制方法，分别基于由制动控制单元（B）统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑、由制动控制单元（B）和牵引控制单元（A）分别管理电机械防滑和电制动力防滑、由列车网络系统统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑实现。

本发明电机械制动防滑控制系统及方法实现了防滑系统的轴控或轮控，将电机械制动防滑系统取代空气制动防滑系统。

电机械制动防滑系统相对于原空气制动防滑系统具有以下优势：

1、取消了制动控制装置内阀类相关部件、空气供给系统和防滑控制装置，简化了防滑系统结构；

2、电机械制动系统响应迅速，缩短了防滑控制响应时间，提高了防滑性能；

3、针对电机械制动系统响应迅速的特点，设计防滑系统控制方法，提高了轮轨间的黏着力恢复速度，提高了防滑性能；

4、根据滑行时刻车辆实际轮轨黏着情况自适应调整轮轨黏着系数，避免持续滑行，缩短制动距离。

附图说明

图1是本发明轨道车辆电机械制动防滑控制系统示意图。

具体实施方式

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。

如图1所示，本实施例轨道车辆电机械制动防滑控制系统，包括：

牵引控制单元A，设置于动车，根据数据总线或硬线接收到的滑行状态信号或者根据本车的轴速度判断的电制动力滑行情况调节电制动力；

制动控制单元B，每辆车设置至少有一个，包括与牵引控制单元A通信的通信及主控模块1，和受控于所述通信及主控模块1的电机械驱动单元模块2，所述通信及主控模块1通过电机械驱动单元模块2控制电机械制动单元3施加电机械制动力，并根据电机械制动单元3反馈的制动力大小实现电机械制动力的闭环控制；制动控制单元B基于本车的轴速度信号判断各轴的滑行状态，或者通过列车的数据总线接收本车各轴的滑行状态信号，制动控制单元B根据滑行状态信号控制本车的电机械制动单元3进行电机械制动力的滑行再黏着控制；

电机械制动单元3，设置于各车轮踏面或各轮盘或各轴盘处，受控于电机械驱动单元模块2对车轮踏面或轮盘或轴盘施加制动力，并将实际输出的制动力反馈给制动控制单元B；

速度传感器4，用于采集车轴的轴速度信号反馈至制动控制单元B。

上述电机械制动防滑控制系统，有三种防滑控制方法，分别基于：由制动控制单元B统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑；由制动控制单元B和牵引控制单元A分别管理电机械防滑和电制动力防滑；由列车网络系统统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑实现。

下面对三种防滑控制方法分别进行详细说明。

滑控制方法实施例一

一种轨道车辆电机械制动防滑控制方法，由制动控制单元B统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑，防滑控制方法如下：

由制动控制单元B统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑，制动控制单元B通过各轴速度传感器4采集各轴速度信号，根据速度信号通过计算判断各轴滑行状态，当制动控制单元B检测到滑行后，采用两种方案中的任意一种实施防滑控制，若本车四根轴都滑行，则按照方案一执行：

方案一：优先减小电制动力；

制动控制单元B将滑行相关信号发送给牵引控制单元A，牵引控制单元A根据制动控制单元B的电制动滑行相关信号减小电制动力，并将电制动力实际值实时反馈给制动控制单元B；

制动控制单元B根据本车所需制动力和牵引控制单元A实际施加的电制动力，控制本车未滑行轴的电机械制动单元3补足电机械制动力，限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值，保持滑行轴的电机械制动力不变； 若一定时间内（如0-5s）内制动控制单元B检测滑行轴仍然滑行，将滑行轴电机械制动力降低为0；

若本车4根轴同时滑行并持续一定时间（如0-5s），制动控制单元B向牵引控制单元A输出电制动切除信号并至少持续一定时间（如0-10s），牵引控制单元A根据电制动切除信号解除电机耦合；当滑行轴的滑行状态消除，制动控制单元B根据本车当前所需制动力，逐渐恢复原滑行轴的电机械制动力及牵引控制单元（A）的电制动力，同步降低非滑行轴的电机械制动力，并限制单轴制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

若本车4根轴同时滑行持续一定时间（如0-15s）,则制动控制单元B停止滑行控制并恢复各轴制动力；待本车4根轴的滑行状态均消除后，制动控制单元B再恢复滑行控制；

方案二：优先减小电机械制动力

制动控制单元B控制电机械制动单元3在一定时间内（比如0-2s）逐渐降低滑行轴的电机械制动力：

若一定时间（如0-10s）内制动控制单元B检测到滑行轴的滑行状态消除，则逐渐恢复（比如40ms-2s内）原滑行轴的电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

若一定时间（如0-10s）内制动控制单元B检测到滑行轴仍然滑行，则将滑行相关信号发送给牵引控制单元A；牵引控制单元A根据接收到的滑行相关信号减小电制动力，并将实际输出的电制动力反馈给制动控制单元B；

制动控制单元B根据本车所需制动力和牵引控制单元A实际输出的电制动力，控制未滑行轴的电机械制动单元3补足电机械制动力，并限制单轴制动力不超过本轴轮轨黏着限值。

电机械驱动单元模块2输出电流或者电压或者PWM信号对电机械驱动单元模块2进行控制。电制动力信号为时间-电制动的曲线，电机械制动力信号为时间-电机械制动力的曲线。根据设定的初始轮轨黏着限值进行电制动力控制或/和电机械制动力控制，当检测到车辆滑行时，计算滑行轴滑行时刻的轮轨黏着系数，并根据滑行状态逐步修正滑行轴制动力控制的轮轨黏着限值，当滑行恢复后或者制动缓解后，滑行轴的轮轨黏着限值恢复为初始轮轨黏着限值。

滑控制方法实施例二

一种轨道车辆电机械制动防滑控制方法，由牵引控制单元A管理电制动力防滑；由制动控制单元B管理电机械制动力防滑：

Ⅰ、牵引控制单元A判断车辆滑行状态，并实施电制动力的控制，将实际输出的电制动力及滑行相关信号发送制动控制单元B；

制动控制单元B接收到牵引控制单元A的滑行相关信号并持续一定时间（如0-6s）后，向牵引控制单元A发送电制动力切除信号，牵引控制单元A接收到电制动力切除信号后切除电制动力；当车辆处于非制动工况或速度小于预设值时，制动控制单元B复位电制动切除信号；

Ⅱ、制动控制单元B通过采集的各轴速度信号判断各轴滑行状态，当滑行状态持续一定时间（如0-5s）后，向牵引控制单元A发送电制动切除信号，牵引控制单元A接收到电制动力切除信号后切除电制动力；当车辆处于非制动工况或速度小于预设值时，制动控制单元B复位电制动切除信号；

制动控制单元B判定轴滑行后，在一定时间内（比如0-2s）降低滑行轴电机械制动单元3的电机械制动力：

当制动控制单元B检测到滑行轴滑行状态消除，则根据本车当前所需制动力和电制动力，逐渐恢复滑行轴的电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

当制动控制单元B检测到滑行轴滑行状态超过预设时间（如0-15s）,则制动控制单元B停止滑行控制并恢复各轴制动力，待本车4根轴的滑行状态均消除后，制动控制单元B再恢复滑行控制。

滑控制方法实施例三

轨道车辆电机械制动防滑控制系统还包括列车网络系统，牵引控制单元A和制动控制单元B与列车网络系统通信，由列车网络系统判断各轴滑行状态，计算电制动力和电机械制动力，然后并分别发送给给牵引控制单元A和制动控制单元B，由牵引控制单元A实施电制动力，并限制电制动力不超过轮轨黏着限值；由制动控制单元B控制电机械制动单元3执行电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过单轴轮轨黏着限值。

本实施例轨道车辆电机械制动防滑控制方法，由列车网络系统管理电制动力防滑和电机械制动力防滑；

列车网络系统根据各轴的速度信号判断各轴的滑行状态，当检测出滑行后，进行电制动力和电机械制动力计算，将电制动力信息发送牵引控制单元A，由牵引控制单元A施加电制动力，并限制电制动力不超过轮轨黏着限值；同时将机械制动力信号发送给制动控制单元B，制动控制单元B控制电机械制动单元3施加制动力，并限制单轴电机械制动力不超过单轴轮轨黏着限值。

制动控制单元B在物理上可设计成1台装置，也可设计成2台装置，也可几辆车共用1台装置。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.轨道车辆电机械制动防滑控制系统，包括：

牵引控制单元（A），设置于动车，根据数据总线或硬线接收到的滑行状态信号或者根据本车轴速度判断的电制动力滑行情况调节电制动力；

制动控制单元（B），每辆车设置至少有一个，包括与牵引控制单元（A）通信的通信及主控模块（1），和受控于所述通信及主控模块（1）的电机械驱动单元模块（2），所述通信及主控模块（1）通过电机械驱动单元模块（2）控制电机械制动单元（3）施加电机械制动力，并根据电机械制动单元（3）反馈的制动力大小实现电机械制动力的闭环控制；制动控制单元（B）基于本车的轴速度信号判断各轴的滑行状态，或者通过列车的数据总线接收本车各轴的滑行状态信号，制动控制单元（B）根据滑行状态信号控制本车的电机械制动单元（3）进行电机械制动力的滑行再黏着控制；

电机械制动单元（3），设置于各车轮踏面或各轮盘或各轴盘处，受控于电机械驱动单元模块（2）对车轮踏面或轮盘或轴盘施加制动力，并将实际输出的制动力反馈给制动控制单元（B）；

速度传感器（4），用于采集车轴的轴速度信号反馈至制动控制单元（B）；

所述电机械制动防滑控制系统有三种防滑控制方法，分别基于：由制动控制单元（B）统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑；由电制动控制单元（B）和牵引控制单元（A）分别管理电机械防滑和电制动力防滑；由列车网络系统统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑实现；

由列车网络系统统一管理电机械制动防滑和电制动力的策略下，牵引控制单元（A）和制动控制单元（B）与列车网络系统通信，由列车网络系统判断各轴滑行状态，计算电制动力和电机械制动力，然后并分别发送给牵引控制单元（A）和制动控制单元（B），由牵引控制单元（A）实施电制动力，并限制电制动力不超过轮轨黏着限值；由制动控制单元（B）控制电机械制动单元（3）执行电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过单轴轮轨黏着限值。

2.一种轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：基于权利要求1所述轨道车辆电机械制动防滑控制系统实现，所述防滑控制方法如下：

由制动控制单元（B）统一管理电机械制动防滑和电制动力防滑，制动控制单元（B）通过各轴速度传感器（4）采集各轴速度信号，根据速度信号通过计算判断各轴滑行状态，当制动控制单元（B）检测到滑行后，采用两种方案中的任意一种实施防滑控制，若本车四根轴都滑行，则按照方案一执行：

方案一：优先减小电制动力；

制动控制单元（B）将滑行相关信号发送给牵引控制单元（A），牵引控制单元（A）根据制动控制单元（B）的电制动滑行相关信号减小电制动力，并将电制动力实际值实时反馈给制动控制单元（B）；

制动控制单元（B）根据本车所需制动力和牵引控制单元（A）实际施加的电制动力，控制本车未滑行轴的电机械制动单元（3）补足电机械制动力，限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值，保持滑行轴的电机械制动力不变；若预设时间内制动控制单元（B）检测滑行轴仍然滑行，将滑行轴电机械制动力降低为0；

若本车4根轴同时滑行并持续预设时间，制动控制单元（B）向牵引控制单元（A）输出电制动切除信号并至少持续预设时间，牵引控制单元（A）根据电制动切除信号解除电机耦合；当滑行轴的滑行状态消除，制动控制单元（B）根据本车当前所需制动力，逐渐恢复原滑行轴的电机械制动力及牵引控制单元（A）的电制动力，同步降低非滑行轴的电机械制动力，并限制单轴制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

若本车4根轴同时滑行持续预设时间,则制动控制单元（B）停止滑行控制并恢复各轴制动力；待本车4根轴的滑行状态均消除后，制动控制单元（B）再恢复滑行控制；

方案二：优先减小电机械制动力

制动控制单元（B）控制电机械制动单元（3）在预设时间内逐渐降低滑行轴的电机械制动力：

若预设时间内制动控制单元（B）检测到滑行轴的滑行状态消除，则逐渐恢复原滑行轴的电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

若预设时间内制动控制单元（B）检测到滑行轴仍然滑行，则将滑行相关信号发送给牵引控制单元（A）；牵引控制单元（A）根据接收到的滑行相关信号减小电制动力，并将实际输出的电制动力反馈给制动控制单元（B）；

制动控制单元（B）根据本车所需制动力和牵引控制单元（A）实际输出的电制动力，控制未滑行轴的电机械制动单元（3）补足电机械制动力，并限制单轴制动力不超过本轴轮轨黏着限值。

3.一种轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：基于权利要求1所述轨道车辆电机械制动防滑控制系统实现，所述防滑控制方法中，由牵引控制单元（A）管理电制动力防滑；由制动控制单元（B）管理电机械制动力防滑：

Ⅰ、牵引控制单元（A）判断车辆滑行状态，并实施电制动力的控制，将实际输出的电制动力及滑行相关信号发送制动控制单元（B）；

制动控制单元（B）接收到牵引控制单元（A）的滑行相关信号并持续预设时间后，向牵引控制单元（A）发送电制动力切除信号，牵引控制单元（A）接收到电制动力切除信号后切除电制动力；当车辆处于非制动工况或速度小于预设值时，制动控制单元（B）复位电制动切除信号；

Ⅱ、制动控制单元（B）通过采集的各轴速度信号判断各轴滑行状态，当滑行状态持续预设时间后，向牵引控制单元（A）发送电制动切除信号，牵引控制单元（A）接收到电制动力切除信号后切除电制动力；当车辆处于非制动工况或速度小于预设值时，制动控制单元（B）复位电制动切除信号；

制动控制单元（B）判定轴滑行后，在预设时间内降低滑行轴电机械制动单元（3）的电机械制动力：

当制动控制单元（B）检测到滑行轴滑行状态消除，则根据本车当前所需制动力和电制动力，逐渐恢复滑行轴的电机械制动力，并限制单轴电机械制动力不超过本轴轮轨黏着限值；

当制动控制单元（B）检测到滑行轴滑行状态超过预设时间,则制动控制单元（B）停止滑行控制并恢复各轴制动力，待本车4根轴的滑行状态均消除后，制动控制单元（B）再恢复滑行控制。

4.一种轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：基于权利要求1所述轨道车辆电机械制动防滑控制系统实现，所述防滑控制方法中，由列车网络系统管理电制动力防滑和电机械制动力防滑；

列车网络系统根据各轴的速度信号判断各轴的滑行状态，当检测出滑行后，进行电制动力和电机械制动力计算，将电制动力信息发送牵引控制单元（A），由牵引控制单元（A）施加电制动力，并限制电制动力不超过轮轨黏着限值；同时将机械制动力信号发送给制动控制单元（B），制动控制单元（B）控制电机械制动单元（3）施加制动力，并限制单轴电机械制动力不超过单轴轮轨黏着限值。

5.根据权利要求2-4任一项所述的轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：所述电机械驱动单元模块（2）输出电流或者电压或者PWM信号对电机械驱动单元模块（2）进行控制。

6.根据权利要求2-4任一项所述的轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：所述电制动力信号为时间-电制动的曲线，电机械制动力信号为时间-电机械制动力的曲线。

7.根据权利要求2-4任一项所述的轨道车辆电机械制动防滑控制方法，其特征在于：根据设定的初始轮轨黏着限值进行电制动力控制或/和电机械制动力控制，当检测到车辆滑行时，计算滑行轴滑行时刻的轮轨黏着系数，并根据滑行状态逐步修正滑行轴制动力控制的轮轨黏着限值，当滑行恢复后或者制动缓解后，滑行轴的轮轨黏着限值恢复为初始轮轨黏着限值。

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