CN112644286B - 一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统，包括：加速踏板，用于接收驾驶员踩踏动作，并由此输出踏板极位信号和牵引信号；牵引条件继电器组，连接至该加速踏板，用于接收该加速踏板发出的该牵引信号，当满足安全牵引条件时，该牵引信号通过该牵引条件继电器组向外输出，否则该牵引信号被该继电器组截断；整车控制器，连接至该加速踏板以及该牵引条件继电器组，用于接收该加速踏板发出的该踏板极位信号以及该牵引条件继电器组发出的该牵引信号，根据该踏板极位信号和该牵引信号，产生列车控制信号并发送至列车的电机控制器以驱动电机运行，牵引列车行进。

Description

一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统

技术领域

本发明涉及车辆设备领域，尤其涉及电动列车的牵引装置。

背景技术

环境污染和能源危机的日益加重，新能源车辆产业获得快速发展。纯电动列车采用高压动力电池、驱动电机组成车辆动力系统，加速踏板信号经整车控制器处理后，通过CAN通讯方式控制驱动电机扭矩输出。因此，在车辆行驶过程中，司机的操作意图更多的时候体现在对加速踏板的操控上，在此情形下加速踏板成为一个典型的与安全相关的设备。

加速踏板作为整车最重要的输入量之一，其输出信号应满足稳定、连续、单调以及适应的特性。如果加速踏板信号出错，将导致车辆失控，引发严重的安全问题。因而在现有技术中，电动车辆的加速踏板往往安装有两路传感器，两组传感器输出的信号行程不一样，但传感器的输出信号与加速踏板开度呈线性关系，不同特征的物理信号输入整车控制器得到的加速踏板开度应该是一致的。采用两路踏板传感信号增加了系统的冗余度，提高了系统的故障诊断逻辑，因而提高了加速踏板信号的安全可靠性。

然而，对于电动智轨列车，其行驶工况相较于普通新能源车辆更为复杂，而由于其行驶速度以及公共交通的职能使得电动智轨列车对安全可靠性有着更高的要求。尤其是当车辆处于紧急制动或者静止状态时，由于车上人员的误操作，例如误踩了加速踏板，会造成不可估量的严重后果。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统，通过配置安全牵引条件继电器组实现了更加完备的整车牵引控制逻辑，保证车辆在牵引封锁的情况下，防止司机误踩加速踏板导致列车安全事故，进一步提升列车行车安全以及整车电气部件的可靠性。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，保证车辆在牵引封锁的情况下，防止司机误踩加速踏板导致列车安全事故，进一步提升列车行车安全以及整车电气部件的可靠性，本发明提供了一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统。

本发明提供的带牵引保护的电动列车加速踏板系统，包括：

加速踏板，用于接收驾驶员踩踏动作，并由此输出踏板极位信号和牵引信号；

牵引条件继电器组，连接至该加速踏板，用于接收该加速踏板发出的该牵引信号，当满足安全牵引条件时，该牵引信号通过该牵引条件继电器组向外输出，否则该牵引信号被该继电器组截断；

整车控制器，连接至该加速踏板以及该牵引条件继电器组，用于接收该加速踏板发出的该踏板极位信号以及该牵引条件继电器组发出的该牵引信号，根据该踏板极位信号和该牵引信号，产生列车控制信号并发送至列车的电机控制器以控制电机运行。

在一实施例中，优选地，该踏板极位信号存在两路，其中一路作为主信号用于列车正常工作，另一路作为备份信号，与该主信号保持一定关系进行实时判断与修正，当该主信号出现故障时，该备份信号作为工作信号，便于列车继续行驶。

在一实施例中，优选地，该牵引信号为脉冲信号，当该加速踏板被踩下时产生，当该加速踏板被松开时消灭。

在一实施例中，可选地，该牵引信号由该加速踏板中的牵引信号发生器独立产生。

在一实施例中，可选地，该牵引信号由该加速踏板产生的该踏板极位信号经转换处理后产生。

在一实施例中，优选地，该牵引条件继电器组连接于加速踏板与整车控制器之间，包括：

安全条件继电器组，包括至少一个安全条件继电器，每个安全条件继电器对应一个安全条件，当列车满足相应的安全条件时，该安全条件继电器闭合，否则断开；

该安全条件继电器组由该安全条件继电器串联而成。

在一实施例中，可选地，该安全条件继电器包括以下一者或多者：

受电弓继电器，当受电弓降弓时闭合，否则断开；

车门安全回路继电器，当所有车门关闭到位时闭合，否则断开；

充电继电器，当车辆不处于充电状态下即充电回路断开时闭合，否则断开；

零速继电器，当处于车辆非零速状态下闭合，否则断开；

救援继电器，当车辆处于非救援情况下闭合，否则断开；

安全制动继电器，当车辆处于非安全制动状态下闭合，否则断开；

应急制动继电器，当车辆处于非应急制动状态下闭合，否则断开；

紧急制动继电器，当车辆处于非紧急制动状态下闭合，否则断开；

舱门安全环路继电器，当车辆所有舱门关闭，即舱门安全环路闭合的状态下闭合，否则断开；

TCMS牵引允许继电器，当车辆处于TCMS牵引允许状态下闭合，否则断开。

在一实施例中，优选地，该安全条件继电器还包括：

紧急牵引继电器，当车辆处于紧急牵引状态下闭合，否则断开，该紧急牵引继电器并联于该TCMS牵引允许继电器两端。

在一实施例中，优选地，该牵引条件继电器组还包括：

牵引封锁旁路继电器，当该安全条件继电器组中的一个或多个继电器发生故障，列车需要牵引以检测故障时闭合，否则断开，该牵引封锁旁路继电器并联于该安全条件继电器组两端。

在一实施例中，优选地，该牵引条件继电器组还包括：

司机室占用继电器，当司机室占用时闭合，否则断开，该司机室占用继电器与由该安全条件继电器组及该牵引封锁旁路继电器并联构成的继电器回路相串联。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1A示出了现有技术中电动列车加速踏板系统的电原理图；

图1B示出了现有技术中电动列车两路加速踏板信号的输出特性曲线图；

图1C示出了现有技术中电动列车加速踏板系统工作的原理框图；

图2A示出了根据本发明一实施例的加速踏板系统的电原理图；

图2B示出了根据本发明一实施例的加速踏板系统工作的原理框图；

图3示出了根据本发明一实施例的牵引条件继电器的电路原理图。

附图标记

111 加速踏板

112 整车控制器

113 电机控制器

114 电机

211 牵引条件继电器组

301 司机室占用继电器

302 受电弓继电器

303 车门安全回路继电器

304 充电继电器

305 零速继电器

306 救援继电器

307 安全制动继电器

308 应急制动继电器

309 紧急制动继电器

310 舱门安全环路继电器

311 紧急牵引继电器

312 TCMS牵引允许继电器

313 牵引封锁旁路继电器

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

纯电动列车采用高压动力电池、驱动电机组成车辆动力系统，加速踏板发送极位信号至整车控制器，信号整车控制器处理后，发送信号至电机控制器，最终控制驱动电机扭矩输出。图1C示出了现有技术中电动列车加速踏板系统工作的原理框图，解释了上述新能源汽车加速踏板系统工作的基本原理。由此可见，在新能源车辆中，加速踏板信号的变化直接反映了驾驶员的操作意图，是整车最重要的输入量之一，与车辆行车安全密切相关。

现有技术中为了增强加速踏板信号的可靠性，设置了两路加速踏板传感器。图1A示出了现有技术中电动列车加速踏板系统的电原理图，图1B示出了现有技术中电动列车两路加速踏板信号的输出特性曲线图。如图1A、1B所示，两路踏板极位信号ASP1、ASP2，其中一路作为主信号用于正常工作使用，另外一路作为备份信号，与主信号保持一定关系进行实时判断和修正，当主信号出现故障时，备用信号也可作为工作信号，便于车辆继续行驶。因而两路踏板信号的设置为加速踏板系统增加了冗余度，提高了系统的故障诊断逻辑，一定程度上提高了加速踏板信号的安全可靠性。

如图1C所示，现有技术中，加速踏板111发出的踏板极位信号直接到达整车控制器112，整车控制器112接收到踏板极位信号后即向电机控制器113发送驱动控制信号，驱动电机114运行，牵引列车行进。

然而，以上技术方案并不能完全保障列车加速踏板的安全工作，例如车辆处于紧急制动或者静止状态下，由于车上人员的误操作误踩了加速踏板，则会造成不可估量的严重后果。为了解决现有技术中存在的上述缺陷，保证车辆在牵引封锁的情况下，防止司机误踩加速踏板导致列车安全事故，进一步提升列车行车安全以及整车电气部件的可靠性，本发明提供了一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统。

图2A示出了根据本发明一实施例的加速踏板系统的电原理图。如图2A所示，本发明在现有技术中两路加速踏板信号ASP1、ASP2的基础上，另加入一路牵引信号SS，进一步保障加速踏板工作的安全可靠性能。

图2B示出了根据本发明一实施例的加速踏板系统工作的原理框图。在现有技术中加速踏板111发送极位信号至整车控制器112的基础上，如图2B所示，本发明提供了一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统，包括：加速踏板111，用于接收驾驶员踩踏动作，并由此输出踏板极位信号和牵引信号；牵引条件继电器组211，连接至所述加速踏板111，用于接收所述加速踏板111发出的所述牵引信号，当满足安全牵引条件时，所述牵引信号通过所述牵引条件继电器组211向外输出，否则所述牵引信号被所述继电器组211截断；整车控制器112，连接至所述加速踏板111以及所述牵引条件继电器组211，用于接收所述加速踏板111发出的所述踏板极位信号以及所述牵引条件继电器组211发出的牵引信号，整车控制器112根据所述踏板极位信号和所述牵引信号，产生列车控制信号并发送至列车的电机控制器113以驱动电机114运行，牵引列车行进。

本发明中另加的一路牵引信号也由加速踏板发出，牵引信号被发送至牵引条件继电器组。在本发明的一实施例中，当列车达到安全牵引条件要求时，牵引条件继电器组闭合形成通路，进而牵引信号被发送至整车控制器。

在一实施例中，牵引信号为脉冲信号，当所述加速踏板被踩下时产生，当所述加速踏板被松开时消灭。驾驶员踩踏踏板的动作同时触发踏板极位信号与牵引信号。不同的是，踏板极位信号与加速踏板开度呈线性关系，不同特征的物理信号输入整车控制器得到的加速踏板开度应该是一致的。采用两路踏板传感信号是为了增加系统的冗余度，提高系统的故障诊断逻辑，因而提高加速踏板信号的安全可靠性。而牵引信号是数字脉冲信号，只响应于踏板被踩下的动作，与踏板开度无关。

在一实施例中，牵引信号由所述加速踏板中的牵引信号发生器独立产生，其电原理图如图2A所示，即在原有两路踏板传感器的基础上增加一路传感器，用以独立发出牵引信号SS。

在另一实施例中，牵引信号由所述加速踏板产生的所述踏板极位信号经转换处理后产生。这里的转换是指将与踏板开度相关的极位模拟信号转换为与踏板开度无关、只与踩踏动作相关的脉冲数字信号。

整车控制器只有在同时接收到加速踏板发出的极位信号和牵引条件继电器组发出的安全牵引信号时，才向电机控制器发送电机控制信号，驱动电机工作。通过配置整车控制器，使之必须满足同时接收到加速踏板极位信号和安全牵引信号的情况下，进一步驱动电机工作。本发明采用以上的方式进一步保障了电动列车加速踏板系统的安全可靠性能。

在本发明的另一实施例中，列车实时工况不满足安全牵引条件的要求，牵引条件继电器组处于断开的状态，加速踏板发出的牵引信号不能发送至整车控制器。整车控制器即便接收到加速踏板发出的极位信号，但由于列车不满足安全牵引条件，无法接收到安全牵引信号，因而不会向后续电机控制器发送驱动指令，列车仍然保持静止状态。此时，由于牵引条件继电器组处于断开状态，车上人员踩碰加速踏板使之发出极位信号，整车控制器由于没有同时接收到安全牵引信号，无法驱动列车行进，进而避免了现有技术中加速踏板系统的设计缺陷。

在本发明的另一实施例中，列车实时工况满足安全牵引条件，此时牵引条件继电器组处于闭合状态，牵引回路导通。当驾驶人员需要驱动列车行进时，通过踩踏加速踏板，加速踏板同时发出极位信号和安全牵引信号，极位信号直接发送至整车控制器，安全牵引信号经过闭合通路状态的牵引条件继电器组发送至整车控制器，整车控制器同时接收到踏板极位信号及安全牵引信号，进而发送控制信号至电机控制器，驱动列车安全行进。

图3示出了根据本发明一实施例的牵引条件继电器组211的电路原理图。如图3所示，在一实施例中，牵引条件继电器组连接于加速踏板111与整车控制器112之间，包括司机室占用继电器301、安全条件继电器组及牵引封锁旁路继电器313构成。其中，安全条件继电器组与牵引封锁旁路继电器313相并联后再与司机室占用继电器301串联，构成牵引条件继电器组211电路。其中安全条件继电器组包括至少一个安全条件继电器，每个安全条件继电器对应一个列车牵引必须满足的安全条件，当列车满足相应的安全条件时，所述安全条件继电器闭合，否则断开。牵引封锁旁路继电器313的配置是为了当安全条件继电器组中的一个或多个安全条件继电器出现故障，需要将车辆转移进行故障检查时，可将牵引封锁旁路开关按下，牵引封锁旁路继电器313闭合从而能够正常牵引车辆转移。而在一般其他情形下，该继电器都处于断开状态。因此，牵引封锁旁路继电器313配置为与安全条件继电器组相并联，满足特殊故障情形下的牵引要求。司机室占用继电器301配置为仅当司机室占用后闭合，否则断开，因此司机室占用继电器301在牵引条件继电器组211电路中具有最高的优先级，故串联于牵引条件继电器组211电路的主路中。

在一实施例中，安全条件继电器由受电弓继电器302、车门安全回路继电器303、充电继电器304、零速继电器305、救援继电器306、安全制动继电器307、应急制动继电器308、紧急制动继电器309、舱门安全环路继电器310、紧急牵引继电器311中的一个或多个继电器串联而成。

在一实施例中，安全条件继电器还包括TCMS牵引允许继电器312，TCMS牵引允许继电器312并联于紧急牵引继电器311两端。

下面对各个安全条件继电器的功能配置做具体说明。

受电弓是列车取得电能的电气设备，安装在列车车顶上，只有当受电弓降弓后，列车才能安全行驶，因此设有受电弓继电器302，配置为当受电弓降弓后闭合，否则断开，该受电弓继电器302串联在回路中。

当列车的所有车门关闭到位时，列车方能安全行进，因而设有车门安全回路继电器303，配置为当所有车门关闭到位时闭合，否则断开，串联于牵引回路中。

电动列车在充电的情况下必须保持静止状态，因而设置有充电继电器304，配置为当列车充电时断开，列车非充电状态时闭合，该继电器串联在牵引回路中。

列车控制系统中一些命令需要列车零速信号高电平时才能生效，在零速状态下，车辆必须保持静止状态，因而设有零速继电器305，配置为仅当列车处于非零速状态下继电器闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

容易理解地，当列车处于救援状态时必须处于静止状态，因此设有救援继电器306，配置为仅当列车处于非救援情形下，继电器闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

安全制动情况下，列车不能行进，因此设有安全制动继电器307，配置为仅当列车处于非安全制动情况下闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

类似地，当列车处于应急制动情况下，列车禁止行进，因此设有应急制动继电器308，配置为仅当列车处于非应急制动情况下闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

此外，当列车处于紧急制动情况下，列车禁止行进，因此设有紧急制动继电器309，配置为仅当列车处于非紧急制动情况下闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

通常列车除了设有车门外，由于高速行驶的特殊要求，还设有各种类型的舱门，只有当车辆所有舱门都关闭完好时方能行进，因此设有舱门安全环路继电器310，配置为仅当车辆所有舱门关闭完好时闭合，否则断开，该继电器串联于牵引回路中。

此外，当列车处于紧急牵引状态或TCMS牵引允许状态时，车辆均能开始牵引行进，因此设有紧急牵引继电器311和TCMS牵引允许继电器312，分别配置为仅当处于紧急牵引状态和TCMS牵引状态下处于闭合，否则断开，该两个继电器相并联后串联至牵引回路中。

至此，上述继电器组配合满足特殊故障要求的牵引封锁旁路继电器313，构成了相对完整的牵引条件继电器组211。只有当该牵引条件继电器组211的回路导通时，踏板111发出的牵引信号才能发送至整车控制器112，驱动列车行进，更大程度上保障了加速踏板系统的安全可靠性。

本领域技术人员可以理解，上述牵引条件继电器组中的各继电器以及电路逻辑构成仅为实施例的举例展示，并非穷举或必须，实施例仅用于清楚地说明本发明的构思设计，而非限制本发明的保护范围。实际应用中，可根据列车实际需求制定不同的牵引条件继电器组以构成安全牵引回路。

本发明提供的上述带牵引保护的电动列车加速踏板系统，通过配置安全牵引条件继电器组实现了更加完备的整车牵引控制逻辑，保证车辆在牵引封锁的情况下，防止司机误踩加速踏板导致列车安全事故，进一步提升列车行车安全以及整车电气部件的安全可靠性。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (8)

1.一种带牵引保护的电动列车加速踏板系统，包括：

加速踏板，用于接收驾驶员踩踏动作，并由此输出踏板极位信号和牵引信号；

牵引条件继电器组，连接至所述加速踏板，用于接收所述加速踏板发出的所述牵引信号，当满足安全牵引条件时，所述牵引信号通过所述牵引条件继电器组向外输出，否则所述牵引信号被所述继电器组截断；所述牵引条件继电器组连接于加速踏板与整车控制器之间，包括：

安全条件继电器组，包括至少一个安全条件继电器，每个安全条件继电器对应一个安全条件，当列车满足相应的安全条件时，所述安全条件继电器闭合，否则断开；所述安全条件继电器组由所述安全条件继电器串联而成；所述安全条件继电器包括以下一者或多者：

受电弓继电器，当受电弓降弓时闭合，否则断开；

车门安全回路继电器，当所有车门关闭到位时闭合，否则断开；

充电继电器，当车辆不处于充电状态下即充电回路断开时闭合，否则断开；

零速继电器，当处于车辆非零速状态下闭合，否则断开；

救援继电器，当车辆处于非救援情况下闭合，否则断开；

安全制动继电器，当车辆处于非安全制动状态下闭合，否则断开；

应急制动继电器，当车辆处于非应急制动状态下闭合，否则断开；

紧急制动继电器，当车辆处于非紧急制动状态下闭合，否则断开；

舱门安全环路继电器，当车辆所有舱门关闭，即舱门安全环路闭合的状态下闭合，否则断开；

TCMS牵引允许继电器，当车辆处于TCMS牵引允许状态下，予以闭合，否则断开；以及

整车控制器，连接至所述加速踏板以及所述牵引条件继电器组，用于接收所述加速踏板发出的所述踏板极位信号以及所述牵引条件继电器组发出的所述牵引信号，根据所述踏板极位信号和所述牵引信号，产生列车控制信号并发送至列车的电机控制器以控制电机运行。

2.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述踏板极位信号存在两路，其中一路作为主信号用于列车正常工作，另一路作为备份信号，与所述主信号保持一定关系进行实时判断与修正，当所述主信号出现故障时，所述备份信号作为工作信号，便于列车继续行驶。

3.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述牵引信号为脉冲信号，当所述加速踏板被踩下时产生，当所述加速踏板被松开时消灭。

4.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述牵引信号由所述加速踏板中的牵引信号发生器独立产生。

5.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述牵引信号由所述加速踏板产生的所述踏板极位信号经转换处理后产生。

6.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述安全条件继电器还包括：

紧急牵引继电器，当车辆处于紧急牵引状态下闭合，否则断开，所述紧急牵引继电器并联于所述TCMS牵引允许继电器两端。

7.如权利要求1所述的加速踏板系统，其特征在于，所述牵引条件继电器组还包括：

牵引封锁旁路继电器，当所述安全条件继电器组中的一个或多个继电器发生故障，列车需要牵引以检测故障时闭合，否则断开，所述牵引封锁旁路继电器并联于所述安全条件继电器组两端。

8.如权利要求7所述的加速踏板系统，其特征在于，所述牵引条件继电器组还包括：

司机室占用继电器，当司机室占用时闭合，否则断开，所述司机室占用继电器与由所述安全条件继电器组及所述牵引封锁旁路继电器并联构成的继电器回路相串联。

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