CN113183935A

CN113183935A - 一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统及方法

Info

Publication number: CN113183935A
Application number: CN202110615364.0A
Authority: CN
Inventors: 李润华; 石喆文; 魏灿刚; 安震; 古龙瑞; 赵庆刚
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd; Qingdao SRI Technology Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd; Qingdao SRI Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-07-30

Abstract

本申请公开了一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统及方法，包括制动控制单元，所述制动控制单元连接基础制动装置,所述基础制动装置包括闸片、制动盘以及压力传感器，所述闸片，用于与所述制动盘贴合产生压合力，基于所述压合力产生制动减速度；所述压力传感器，用于所述制动控制单元实时监测所述压合力。通过本申请，使制动系统产生的制动减速度以及压合力可监测、可控制，形成减速度闭环控制的城轨制动系统方案。

Description

一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统及方法

技术领域

本申请涉及轨道车辆制动系统技术领域。更具体的说，本发明涉及一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统及方法。

背景技术

在传统的城市轨道交通车辆制动系统中，一般采用的城轨制动系统会通过车辆网络控制系统(TCMS)，获取来自司控器或信号系统的控制命令(制动力级位、制动指令、牵引指令等)。制动系统中的制动控制单元接收网络下发的控制命令，实现制动力的施加与缓解。

目前，传统城轨制动系统在计算出本系统需要施加的空气制动力后，对制动缸内的压缩空气进行闭环控制，基础制动装置将制动缸压力转换为列车制动力从而产生列车制动减速度。因此，传统的城轨制动系统的制动力控制属于对制动缸压力闭环，对制动减速开环的控制方式。然而这种控制方式存在以下不足：

1、基础制动装置在工作时存在传动效率的问题，即基础制动装置在设计过程中确定的制动缸内气压与压合力的关系，与实际工作中存在偏差，这就很大程度上影响了制动系统的制动减速度控制精度；

2、制动系统在完成制动缸压力控制后，对列车的实际减速度并无检测，因此实际减速度出现偏差时无法及时调整；

3、基础制动装置属于纯机械结构，虽然理论上在基础制动装置设计完成后，制动缸压力与施加在制动盘上的压合力成固定的比例关系，但当基础制动装置出现故障而导致上述比例关系异常，甚至制动力损失时，由于制动控制单元仅对制动缸压力进行检测和控制，因此无法对制动缸压力及时调整，无法对基础制动装置的健康状态进行判断；

4、传统的城轨制动系统仅对制动缸压力闭环控制，对于制动缸压力通过基础制动装置产生的列车实际制动效果是否达标无法判断，因此在制动系统安装到列车上后，需要在不同载荷条件下进行大量的试验验证和制动缸压力调整，耗时耗力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，包括制动控制单元，所述制动控制单元连接基础制动装置，其中，所述基础制动装置包括闸片、制动盘以及压力传感器，

所述闸片，用于与所述制动盘贴合产生压合力，基于所述压合力产生制动减速度；

所述压力传感器，用于所述制动控制单元实时监测所述压合力。

作为本发明的进一步改进，所述基础制动装置还包括：

制动缸充气管路，用于传输所述制动控制单元输出的制动缸压力；

制动缸气压输出模块，用于接收所述制动缸压力，形成制动缸气压；

闸片推动模块，所述制动缸气压作用于所述闸片推动模块上，用于推动所述闸片与所述制动盘贴合。

作为本发明的进一步改进，所述制动缸气压输出模块包括制动缸气室、制动缸活塞、制动缸活塞杆，所述闸片推动模块包括夹钳臂以及固定轴。

作为本发明的进一步改进，所述压力传感器装设于所述制动缸活塞杆与所述夹钳臂之间。

作为本发明的进一步改进，设置偏差阈值，当所述压合力与压合力目标值存在的偏差超过所述偏差阈值时，所述制动控制单元通过调节所述制动缸压力进而调节所述压合力。

作为本发明的进一步改进，所述制动控制单元中设置制动控制单元主阀，所述制动控制单元主阀用于计算每一所述制动控制单元所需的所述压合力目标值以及输出的所述制动缸压力。

作为本发明的进一步改进，所述制动控制单元主阀设有减速度传感器，所述减速度传感器用于实时监测所述制动减速度，并通过电制动能力值和所述压合力目标值对所述制动减速度进行调整。

基于相同发明思想，本发明还基于任一项发明创造所揭示的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，揭示了一种减速度闭环控制的城轨车辆制动方法，

所述减速度闭环控制的城轨车辆制动方法包括：

制动缸压力施加步骤：通过制动控制单元主阀计算每一制动控制单元需施加的制动缸压力；

压合力目标值计算步骤：通过所述制动控制单元主阀计算每一所述制动控制单元所需的压合力目标值；

制动缸压力输出步骤：输出所述制动缸压力到基础制动装置；

压合力产生步骤：通过所述基础制动装置，产生对应所述制动缸压力的压合力，基于所述压合力产生制动减速度；

制动减速度监测步骤：通过所述制动控制单元主阀实时监测所述制动减速度，并通过电制动能力值和所述压合力目标值对所述制动减速度进行调整。

作为本发明的进一步改进，所述制动缸压力施加步骤具体包括以下步骤：

整车质量计算步骤：计算整车质量；

制动力需求计算步骤：通过所述制动控制单元主阀，根据所述整车质量和制动力百分比计算制动力需求；

制动缸压力计算步骤：根据所述电制动能力值和所述制动力需求进行电制动力施加控制，计算出所述制动缸压力。

作为本发明的进一步改进，其特征在于，还包括压合力调节步骤，通过所述制动控制单元对所述压合力进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、提出了一种具备减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，使制动系统产生的制动减速度可监测、可控制，形成减速度闭环控制的城轨制动系统方案；

2、当制动缸压力与施加在制动盘上的压合力的比例关系异常时，可通过调整制动缸压力，得到需要的施加在制动盘上的压合力，且可判断基础制动装置的健康状态；

3、具备减速度闭环控制，对列车实际减速度进行监测，当列车实际减速度不满足要求时，可对列车的实际减速度进行调整；

4、缩短列车实际制动效果的验证时间，保证列车的实际减速度与整车的制动减速度需求保持一致；

5、直接对闸片与制动盘间的压合力进行控制，避免基础制动装置传动效率引起的空气制动力损失；

6、以制动减速度为调节目标，解决传统制动系统只对制动缸压力进行闭环控制，而无法确定制动减速度是否达标的缺点。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种减速度闭环控制的城轨制动系统的制动力控制框图；

图2是本发明实施例提供的基础制动装置结构图；

图3是本发明实施例提供的一种减速度闭环控制的城轨车辆制动方法整体流程图；

图4是图3所揭示的步骤S1整体流程图；

图5是图3所揭示的步骤S6整体流程图。

以上图中：

1、制动缸充气管路；2、制动缸气压输出模块；3、闸片推动模块；4、闸片；5、制动盘；6、压力传感器；21、制动缸气室；22、制动缸活塞；23、制动缸活塞杆；31、夹钳臂；32、固定轴。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

参照图1至图2所示，本实例揭示了一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统(以下简称“系统”)的具体实施方式。

具体而言，参照图1所示，所述系统包括制动控制单元，所述制动控制单元连接空气弹簧(AS)以及基础制动装置(BS)，所述系统内设置制动控制单元主阀和制动控制单元辅阀，由制动控制单元主阀获取来自司控器或信号系统的控制命令(制动力级位、制动指令、牵引指令等)，并按照控制命令进行整车制动力需求计算和制动力分配，计算出各制动控制单元(即制动控制单元主阀和制动控制单元辅阀)需要的压合力目标值以及输出的制动缸压力，所述制动缸压力传输到基础制动装置最终产生列车制动减速度，并且各制动控制单元执行制动缸压力的调节，以实现制动力的施加与缓解。

具体而言，制动控制单元主阀内安装减速度传感器，用于监控列车当前的实际制动减速度值并进行调整，如果实际制动减速度值过大，则降低电制动能力值与压合力目标值；如果实际减速度值过小，则增加电制动能力值与压合力目标值。

具体而言，参照图2所示，所述基础制动装置包括：

制动缸充气管路1，用于传输制动控制单元输出的制动缸压力；

制动缸气压输出模块2，用于接收制动缸压力，形成制动缸气压；

闸片推动模块3，制动缸气压作用于闸片推动模块3上，用于推动闸片4与制动盘5贴合；

闸片4，用于与制动盘5贴合产生压合力，基于所述压合力产生制动减速度；

压力传感器6，用于制动控制单元实时监测所述压合力。

具体而言，参照图2所示，所述制动缸气压输出模块2包括制动缸气室21、制动缸活塞22、制动缸活塞杆23，所述闸片推动模块3包括夹钳臂31以及固定轴32。

具体而言，基础制动装置工作过程如下：制动控制单元将调节至目标压力值(即制动缸压力值)的压缩空气通过制动缸充气管路1输入到制动缸气室21内，形成制动缸气压，制动缸气压作用到制动缸活塞22上产生的力通过制动缸活塞杆23作用到夹钳臂31上，夹钳臂31通过固定轴32形成杠杆推动闸片4与制动盘5贴合从而产生压合力，基于压合力产生列车制动力，最终形成列车的制动减速度。同时，在制动缸活塞杆23与夹钳臂31之间安装有应力式压力传感器6，压力传感器6输出的电信号提供给制动控制单元，使得闸片4施加在制动盘5上的压合力可以被制动控制单元实时监测，从而对压合力进行调整。

具体而言，压合力调整过程如下：设置偏差阈值，当压合力与压合力目标值存在的偏差超过偏差阈值时，制动控制单元可调节制动缸压力，使压合力与压合力目标值贴近，从而形成对闸片4施加在制动盘5的压合力的闭环控制，解决因基础制动传动效率导致的制动力偏差。

具体而言，基础制动装置在设计过程中，需要确定制动缸气压与压合力的关系，即输入定量的制动缸气压P，对应输出定量的闸片4施加在制动盘5的压力F_压合力，制动缸气压P与F_压合力的比例关系如下：

F_压合力＝K*P+B

其中，K由制动器倍率、有效活塞面积、制动器内部传动效率等参数决定，B由内外部逆向弹簧力，内部逆向力等参数决定。制动控制单元可通过制动缸气压P与压合力F_压合力的比例关系实际值与比例关系设计值的偏差，判断基础制动装置的健康状态。

具体而言，列车制动力计算公式为F_制动力＝F_压合力*u，其中，u是闸片4与制动盘5之间的摩擦系数。

实施例二：

结合实施例一所揭示的一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，本实施例揭示了一种减速度闭环控制的城轨车辆制动方法(以下简称“方法”)的具体实施示例。

参照图3所示，所述方法包括以下步骤：

S1、通过制动控制单元主阀计算每一制动控制单元需施加的制动缸压力；

S2、通过所述制动控制单元主阀计算每一所述制动控制单元所需的压合力目标值；

S3、输出所述制动缸压力到基础制动装置；

S4、通过所述基础制动装置，产生对应所述制动缸压力的压合力，基于所述压合力产生制动减速度；

S5、通过所述制动控制单元主阀实时监测所述制动减速度，并通过电制动能力值和所述压合力目标值对所述制动减速度进行调整；

S6、通过所述制动控制单元对所述压合力进行调节。

具体而言，参照图4所示，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、计算整车质量；

S12、通过所述制动控制单元主阀，根据所述整车质量和制动力百分比计算制动力需求；

S13、根据所述电制动能力值和所述制动力需求进行电制动力施加控制，计算出所述制动缸压力。

具体而言，本实施例中所述方法除了适用于架控式的制动力控制方式外，还适用于车控式的制动力控制方式，车控式的制动系统在每辆车上安装制动控制单元，一个控制单元负责一辆车的制动缸压力计算和调节。在步骤S11中，如果为架控式的制动力控制方式(一个转向架安装一个制动控制单元的架控式制动控制单元布局)，则通过每个制动控制单元采集转向架上空气弹簧内的压力计算转向架的质量，然后控制单元主阀收集各控制单元计算出的质量进行加和，求出整车质量；如果为车控式的制动力控制方式，则直接通过每个制动控制单元通过采集转向架上空气弹簧内的压力计算整车质量。

具体而言，制动控制单元主阀根据车辆网络控制系统(TCMS)下发的制动力百分比(通常0-100％代表制动减速度为0-1m/s2)和整车质量，计算出整车的制动力需求。

具体而言，制动控制单元主阀根据牵引系统反馈的电制动能力值和整车的制动力需求进行电制动力施加控制，计算制动系统需要施加的空气制动力(空气制动力＝整车的制动力需求-牵引系统施加的电制动能力值)，其中空气制动力是空气制动系统产生的制动力,制动缸内的压缩空气(制动缸压力)通过基础制动装置可转换为空气制动力，空气制动力和制动缸压力成正比。制动控制单元主阀计算出每个制动控制单元应施加的压合力目标值并通知每个制动控制单元。

具体而言，参照图5所示，所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、设置偏差阈值；

S62、当所述压合力与所述压合力目标值存在的偏差超过所述偏差阈值时，通过调节所述制动缸压力进而调节所述压合力。

具体而言，所述方法构建了压合力的闭环控制方式，直接对压合力进行控制，避免基础制动装置传动效率引起的空气制动力损失，同时构建了制动减速度闭环控制方式，以制动减速度为调节目标，解决传统制动系统只对制动缸压力进行闭环控制，而无法确定制动减速度是否达标的缺点。

本实施例所揭示的一种减速度闭环控制的城轨车辆制动方法与实施例一所揭示的一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统中其余相同部分的技术方案，请参考实施例一所述，在此不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，包括制动控制单元，所述制动控制单元连接基础制动装置，其特征在于,所述基础制动装置包括闸片、制动盘以及压力传感器，

2.如权利要求1所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，所述基础制动装置还包括：

3.如权利要求2所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，所述制动缸气压输出模块包括制动缸气室、制动缸活塞、制动缸活塞杆，所述闸片推动模块包括夹钳臂以及固定轴。

4.如权利要求3所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，所述压力传感器装设于所述制动缸活塞杆与所述夹钳臂之间。

5.如权利要求2所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，设置偏差阈值，当所述压合力与压合力目标值存在的偏差超过所述偏差阈值时，所述制动控制单元通过调节所述制动缸压力进而调节所述压合力。

6.如权利要求5所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，所述制动控制单元中设置制动控制单元主阀，所述制动控制单元主阀用于计算每一所述制动控制单元所需的所述压合力目标值以及输出的所述制动缸压力。

7.如权利要求6所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动系统，其特征在于，所述制动控制单元主阀设有减速度传感器，所述减速度传感器用于实时监测所述制动减速度，并通过电制动能力值和所述压合力目标值对所述制动减速度进行调整。

8.一种减速度闭环控制的城轨车辆制动方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动方法，其特征在于，所述制动缸压力施加步骤具体包括以下步骤：

整车质量计算步骤：计算整车质量；

10.如权利要求8所述的减速度闭环控制的城轨车辆制动方法，其特征在于，还包括压合力调节步骤，通过所述制动控制单元对所述压合力进行调节。