CN112193229A - 一种轨道交通车辆制动系统及制动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通车辆制动系统及制动控制方法,通过设计多重冗余,提供不同故障工况下冗余切换控制方法。能够实现制动系统不同运用工况下单一故障或多组并发故障时制动的冗余替代,保证在出现单一或多组故障时系统的冗余能够提供车辆制动所需压力,提高制动系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域,特别是一种轨道交通车辆制动系统及制动控制方法。
背景技术
轨道车辆的制动系统主要作用是借助于摩擦作用或其它方法使列车在运行中降低速度、停止运动或匀速运行,或在停留中不致溜逸。正常运行时通过微机收发指令进行制动与缓解控制。当微机无电或故障状态时,制动系统又可以转入备用制动模式进行制动与缓解操作。无火回送状态时则会根据列车管的压力变化自动地实施制动与缓解。
目前,制动系统基本以满足相关标准及车辆正常运行需求进行设计,制动系统的冗余设计不足,功能多以单通道的方式实现,随着技术进步,虽优化和精简了传统方式的弊端,但对于系统的功能冗余考虑不足,实现方法单一(例如CN203544017U以优化结构,取消部分齿轮传动机构实现系统的简化。但该部件功能的实现还是单通道的,并未对某一位置的功能的实现设置冗余),因此较多的单点故障随着运用时间增加越来越多地被暴露出来,这使得制动系统的可靠性大打折扣。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术在制动系统功能冗余设计不足的现状,提供一种轨道交通车辆制动系统及制动控制方法,提高轨道交通车辆制动的可靠性。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种轨道交通车辆制动系统,包括换向阀;所述换向阀两个输出端口分别与多个制动缸连通;所述换向阀两个输入端口分别通过第一制动缸管、第二制动缸管对应与第一作用阀、第二作用阀连通;所述第一作用阀、第二作用阀分别与第一作用管、第二作用管连通;所述第一作用管与单独制动模块连通;所述第二作用管与自动制动模块连通;所述第一作用管、第二作用管连通。
需要注意的是,本发明中,车辆有N(N为偶数)个制动缸,本发明的换向阀每个输出端口接N/2个制动缸。也就是将N个制动缸均分为两组,换向阀的每个输出端口接一组制动缸。
本发明设置了单独制动管路(第一作用管对应的管路)和自动制动管路(第二作用管对应的管路),能够实现制动系统不同运用工况下单一故障或多组并发故障时制动的冗余替代,保证在出现单一或多组故障时系统的冗余能够提供车辆制动所需压力,提高制动系统的可靠性。
所述第一作用管、第二作用管结构相同,且对称设置;所述第一作用管上设有第一切换阀、第一双向阀;所述第一作用阀通过第一双向阀与第一切换阀连通;所述第一切换阀与所述单独制动模块、第一电磁阀连通;所述第一双向阀一端与第二作用管的第二切换阀、第二双向阀之间的管路连通;所述第一电磁阀与列车总风管连通。
结构相同的作用管通路能够实现设计的简统,提高部件的通用性。电磁阀与切换阀可在故障时快速地切断作用管通路。通过双向阀可以将自动制动模块和单独制动模块输出的作用管压力进行比较后输出到作用阀,且保证在单一模块故障时两个作用阀都能够收到作用管压力。
所述单独制动模块与第一切换阀之间的管路内、自动制动模块与第二切换阀之间的管路内、第一作用阀与所述换向阀之间的管路内、第二作用阀与所述换向阀之间的管路内均设有传感器。
通过设置传感器,可直接检测单独制动模块、自动制动模块以及作用阀的输出是否正常,从而对其进行压力调节或者故障判断。
所述换向阀还与旁路制动管路连通;所述旁路制动管路包括第三电磁阀、第四电磁阀;所述第三电磁阀、第四电磁阀分别与所述换向阀的两个先导口(即控制口)连通;所述第三电磁阀、第四电磁阀均与列车总风管连通。
通过电磁阀可以快速的控制换向阀换向,快速可靠的实现在某个作用阀故障时的冗余切换。
所述换向阀两个输出端口各通过一个截止阀接对应的制动缸;所述换向阀其中一个输出端口与对应的截止阀之间接有减压阀,所述减压阀通过第三切换阀接第五电磁阀;所述第五电磁阀与列车总风管连通;所述第三切换阀通过第一减压阀(调节旁路制动时输出到制动缸的压力)接所述列车总风管。
第五电磁阀与第三切换阀、减压阀形成了旁路制动的通路,该通路可以在自动制动模块、单独制动模块正常或者故障时都可以直接输出制动缸压力。在车辆紧急制动时,能够同自动制动模块同时输出紧急制动压力到制动缸。对紧急制动进行冗余,保证紧急制动的有效性。
本发明还提供了一种利用上述轨道交通车辆制动系统实现制动缸压力控制的方法,该方法包括:
自动制动模式,制动控制单元根据列车管减压量计算制动缸压力的目标值并发出制动指令到自动制动模块,自动制动模块按给定的目标值,输出作用管压力经第二作用管路到第一作用阀和第二作用阀;第一作用阀和第二作用阀根据输入的预控压力(即作用管压力)将总风经换向阀输出到制动缸,完成自动制动;
单独制动模式,制动控制单元根据制动控制器发出制动指令到单独动制动模块,单独动制动模块按给定的目标值,输出作用管压力经第一作用管路到第一作用阀和第二作用阀;第一作用阀和第二作用阀根据输入的预控压力将总风经换向阀输出到制动缸,完成单独制动。
通过设置的双向阀能够将单独制动的作用管压力同时输出到两个作用阀,保证了车辆所有制动缸同时有相同的压力。避免了因制动缸压力不同造成的车辆擦伤。
本发明的方法还包括:
旁路制动模式,换向阀一个输出端口与总风管之间的电磁阀接收到硬线信号和制动控制单元输出的紧急制动信号,总风管与制动缸之间的管路连通,完成旁路制动。旁路制动模式能够保证紧急制动时和制动模块失效时紧急制动的施加,通过设置硬线通路能够保证在制动控制单元故障时可靠的施加紧急制动。
当自动制动模式失效时,启动单独制动模式;或者单独制动模式失效时,启动自动制动模式;当自动制动模式、单独制动模式均失效时,启动旁路制动模式。
自动制动模式下,采集第一作用管、第二作用管压力,分别判断第一作用管压力和第二作用管压力是否与设定的压力值匹配(此处所述的匹配,是指相等或者按一定的比例输出。就是作用管压力是否与制动控制单元给出的目标值是否相等,或者成一定比例(一般该比例系数大于2),也可以是在某个设定值范围内,例如与设定的压力值之间的差值的绝对值不超过5kPa),若不匹配,则判定相应作用管对应的作用阀故障。该设置能够快速的判断某个作用阀是否处于正常的工作状态,为判断故障点及控制换向阀动作提供判据。保证制动机的可靠性。
自动制动模式下,传感器采集第一制动缸管、第二制动缸管压力,若某一制动缸管压力与目标压力偏差大于第一阈值,则判定该制动缸管故障,利用另一制动缸管实现自动制动。通过切换能够保证制动的准确性,提高制动的可靠性。
单独制动模式下,采集第一制动缸管、第二制动缸管压力,若第一作用管压力与设定的目标压力差值大于第二阈值时,则判定第一作用阀故障,此时第二电磁阀得电,第一制动缸管路关断,第二制动缸管路接通;若第二作用阀故障,则控制换向阀与总风管之间的第三电磁阀得电,切断第二制动缸管路。本发明能够快速的判断作用阀的状态,实现作用阀通路的冗余切换,提高制动的可靠性。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明通过设计多路冗余,提供不同故障工况下冗余切换控制方法,能够实现制动系统不同运用工况下单一故障或多组并发故障时制动的冗余替代,保证在出现单一或多组故障时系统的冗余能够提供车辆制动所需压力,提高了制动系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例制动系统结构图。
具体实施方式
如图1所示,本发明实施例包括单独制动模块、自动制动模块、作用阀、双向阀、减压阀、传感器、电磁阀、换向阀以及相关的管路和电路等。其中,控制部分包括:
a)单独制动模块,响应单独制动控制器及制动控制单元指令对制动缸制动与缓解。
b)自动制动模块,响应自动制动控制器及制动控制单元指令对制动缸制动与缓解。
c)作用阀,根据先导压力大小,按比例将总风输出到制动缸。
d)双向阀,将阀口两端管路压力较大者输出。
e)减压阀,将输入口压力调整后输出。
f)传感器,检测并输出制动缸压力到制动控制单元,提供控制参考。
g)切换阀及电磁阀,接收制动控制单元指令切除/投入相关管路。
h)换向阀,三位四通先导阀,根据先导口压力,切换气路方向。
i)截止阀,能够截止和开通气路,供试验、检修使用。
本发明实施例的制动系统有以下几种独立制动模式:
1)自动制动
自动制动模6,与总风管、列车管、作用管相接,接受自动制动控制器及制动控制单元指令执行制动与缓解。
制动时,制动控制单元根据列车管减压量发出制动指令到自动制动模块6,自动制动模块6按给定的目标值(一般设置为2.5倍列车管减压量)输出作用管压力经传感器7、切换阀8、双向阀9、23到作用阀11、22。作用阀11、22根据输入的预控压力将总风经换向阀14,截止阀16、17输出到制动缸,完成自动制动。
2)单独制动
单独制动模块1,与总风管、作用管相接,接受单独制动控制器及制动控制单元指令执行制动与缓解。
制动时,制动控制单元根据制动控制器发出制动指令到单独动制动模块1,单独动制动模块1按给定的目标值(一般设置为2.5倍列车管减压量)输出作用管压力经传感器2、切换阀3、双向阀9、23到作用阀11、22。作用阀11、22根据输入的预控压力将总风经换向阀14,截止阀16、17输出到制动缸,完成单独制动。
3)旁路制动
电磁阀20接收到制动控制单元或其他制动装置(如制动按钮)发出的硬线信号,开通总风到切换阀18先导口,切换阀18动作开通经减压阀19调整后的总风压力经双向阀15,截止阀17到制动缸,完成旁路制动。
图1实施例公布的制动缸控制有以下几种冗余制动模式:
1)自动制动与单独制动冗余控制
自动制动与单独制动作用管路设置传感器7、2,自动制动时传感器7采集自动制动模块7输出的作用管压力反馈到制动控制单元与目标压力值进行对比,若压力值不匹配(即不相同),则判定自动制动模块1故障。系统控制电磁阀5得电,控制切换阀8切断自动制动模块作用管通路,同时系统导向单独制动模块1替代自动制动模块6。
同样,传感器2检测到单独制动模块1故障后,制动控制单元控制电磁阀4得电,控制切换阀3切断单独制动模块作用管通路,同时系统导向自动制动模块6替代单独制动模块1。
上述工况下,自动制动模块与单独制动模块任一故障,其功能可经制动控制单元自动的相关切换(若压力值不匹配,则判定自动制动模块1故障。系统控制电磁阀5(第二电磁阀)得电,控制切换阀8(第二切换阀)切断自动制动模块作用管通路,同时系统导向单独制动模块1替代自动制动模块6。同样,传感器2(第一传感器,为压力传感器)检测到单独制动模块1故障后,制动控制单元控制电磁阀4(第一电磁阀)得电,控制切换阀3(第一切换阀)切断单独制动模块作用管通路,同时系统导向自动制动模块6替代单独制动模块1)。
以上为自动制动与单独制动的冗余控制。
2)作用阀冗余控制
制动时,传感器2(第一传感器)、传感器7(第二传感器)采集作用管压力,传感器10(第三传感器)、传感器12(第四传感器)采集制动缸管压力,发送到制动控制单元进行匹配,若任意一组传感器压力值不匹配,则判定相应管路作用阀故障。
自动制动时,传感器7采集作用管压力,传感器10、传感器12采集制动缸管压力。若传感器10采集到压力与系统目标压力偏差较大(偏差绝对值大于20kPa)则判定作用阀22(第一作用阀)故障。此时制动控制单元控制电磁阀13(第四电磁阀)得电开通总风到换向阀14先导口,换向阀14切断作用阀22通路,导通作用阀11(第二作用阀)控制通路。
同理,若作用阀11故障,则此时制动控制单元控制电磁阀21(第三电磁阀)得电开通总风到换向阀14先导口,换向阀14切断作用阀11通路,导通作用阀22控制通路。
单独制动时,传感器2采集作用管压力,传感器10、传感器12采集制动缸管压力。若传感器10采集到压力与系统目标压力相差20kPa时,则判定作用阀22故障。此时制动控制单元控制电磁阀13得电开通总风到换向阀14先导口,换向阀14切断作用阀22通路,导通作用阀11控制通路。
同理,若作用阀11故障,则此时制动控制单元控制电磁阀21得电开通总风到换向阀14先导口,换向阀14切断作用阀11通路,导通作用阀22控制通路。
以上为作用阀冗余控制。
3)旁路控制
旁路制动作为自动制动、单独制动的冗余,可以在自动制动、单独制动失效时,制动控制单元或者其他制动装置通过硬线控制电磁阀20得电,从而控制制动缸充风。
以上为旁路制动与自动制动、单独自动的冗余控制。附图1只展示了1架制动缸的旁路,同样可设置两架转向架的旁路控制。
4)分转向架制动冗余控制。
其实现方法:通过设置双向阀9/23、作用阀11/22、换向阀14,实现系统对不同转向架的独立控制。确保在丧失一架制动力,还保存另一架制动力。实现分转向架制动冗余控制。
Claims (10)
1.一种轨道交通车辆制动系统,其特征在于,包括换向阀;所述换向阀两个输出端口分别与多个制动缸连通;所述换向阀两个输入端口分别通过第一制动缸管、第二制动缸管对应与第一作用阀、第二作用阀连通;所述第一作用阀、第二作用阀分别与第一作用管、第二作用管连通;所述第一作用管与单独制动模块连通;所述第二作用管与自动制动模块连通;所述第一作用管、第二作用管与双向阀连通。
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆制动系统,其特征在于,所述第一作用管、第二作用管结构相同,且对称设置;所述第一作用管上设有第一切换阀、第一双向阀;所述第一作用阀通过第一双向阀与第一切换阀连通;所述第一切换阀与所述单独制动模块、第一电磁阀连通;所述第一双向阀一端与第二作用管的第二切换阀、第二双向阀之间的管路连通;所述第一电磁阀与列车总风管连通。
3.根据权利要求2所述的轨道交通车辆制动系统,其特征在于,所述单独制动模块与第一切换阀之间的管路内、自动制动模块与第二切换阀之间的管路内、第一作用阀与所述换向阀之间的管路内、第二作用阀与所述换向阀之间的管路内均设有传感器。
4.根据权利要求1所述的轨道交通车辆制动系统,其特征在于,所述换向阀还与旁路制动管路连通;所述旁路制动管路包括第三电磁阀、第四电磁阀;所述第三电磁阀、第四电磁阀分别与所述换向阀的两个控制口连通;所述第三电磁阀、第四电磁阀均与列车总风管连通。
5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆制动系统,其特征在于,所述换向阀两个输出端口各通过一个截止阀接对应的制动缸;所述换向阀其中一个输出端口与对应的截止阀之间接有减压阀,所述减压阀通过第三切换阀接第五电磁阀;所述第五电磁阀与列车总风管连通;所述第三切换阀通过第四双向阀接所述列车总风管。
6.一种利用权利要求1~5之一所述轨道交通车辆制动系统实现制动缸压力控制的方法,其特征在于,该方法包括:
自动制动模式,制动控制单元根据列车管减压量计算制动缸压力目标值并发出制动指令到自动制动模块,自动制动模块按给定的目标值,输出作用管压力经第二作用管路到第一作用阀和第二作用阀;第一作用阀和第二作用阀根据输入的作用管压力将总风经换向阀输出到制动缸,完成自动制动;
单独制动模式,制动控制单元根据制动控制器发出制动指令到单独动制动模块,单独动制动模块按给定的目标值,输出作用管压力经第一作用管路到第一作用阀和第二作用阀;第一作用阀和第二作用阀根据输入的作用管压力将总风经换向阀输出到制动缸,完成单独制动。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:
旁路制动模式,换向阀一个输出端口与总风管之间的电磁阀接收到硬线信号,总风管与制动缸之间的管路连通,完成旁路制动;
优选地,当自动制动模式失效时,启动单独制动模式;或者单独制动模式失效时,启动自动制动模式;当自动制动模式、单独制动模式均失效时,启动旁路制动模式。
8.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,自动制动模式下,采集第一作用管、第二作用管压力,分别判断第一作用管压力和第二作用管压力是否与设定的压力值匹配,若不匹配,则判定相应作用管对应的作用阀故障。
9.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,自动制动模式下,采集第一制动缸管、第二制动缸管压力,若某一制动缸管压力与目标压力偏差大于第一阈值,则判定该制动缸管故障,利用另一制动缸管实现自动制动。
10.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,单独制动模式下,采集第一制动缸管、第二制动缸管压力,若第一作用管压力与设定的目标压力差值大于第二阈值时,则判定第一作用阀故障,此时第二电磁阀得电,第一制动缸管路关断,第二制动缸管路接通;若第二作用阀故障,则控制换向阀与总风管之间的第三电磁阀得电,切断第二制动缸管路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210108 |
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