CN115009246B - 适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置，轨道工程车制动系统包括制动阀及中继阀，微机控制空气制动装置包括：电子制动控制单元及制动单元，制动单元连接于电子制动控制单元及制动阀，电子制动控制单元接收自动驾驶模块输出的切换至辅助自动驾驶模式的指令后，控制制动单元切断制动阀的控制，制动单元根据电子制动控制单元传递的自动驾驶信号对制动单元的均衡风缸进行P I D闭环控制以及控制遮断管的输出压力，从而实现辅助自动驾驶模式，通过本发明可以适配既有轨道工程车制动系统，从而实现辅助自动驾驶与手动驾驶两种模式的切换，以及实现空电联锁等功能，进而提高轨道工程车制动系统的可靠性、可用性和适应性。

Description

适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，尤其涉及一种适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置。

背景技术

铁路轨道工程车是国铁线路以及城市轨道交通线路维护中的重要设备，其主要承担着车辆段内调车、正线轨料与维修人员的运输以及正线接触网等设备设施的巡视、维护等工作。随着国家铁路行业和城市轨道交通的快速发展，对各型铁路轨道工程车制动系统的自动化、智能化的要求亦日益增长。

目前铁路轨道工程车上绝大多数装用的是JZ-7型制动控制系统，此型号制动控制系统于上世纪70年代研制而成，其是一种纯空气制动控制系统，主要由制动阀(包括大闸和小闸)、中继阀、分配阀、作用阀、双向阀、均衡风缸、工作风缸、降压风缸、作用风缸以及紧急风缸等部件组成。此型号制动控制系统由于存在以下问题，已不能满足铁路轨道工程车智能化、信息化的发展以及满足客户需求的提升：

(1)越来越多的客户希望轨道工程车可以实现辅助自动驾驶功能和手动驾驶功能两种模式，两种模式可以自由切换。辅助自动驾驶模式是指工程车制动系统可以接收自动驾驶模块下发的指令，自动进行制动、缓解等操作，但既有纯空气制动系统无法实现辅助自动驾驶功能，只能手动驾驶，即手动操作制动阀实现制动系统的制动和缓解；

(2)轨道工程车在长大坡道运行时仅使用闸瓦或盘型制动时易出现闸瓦或制动盘过热，影响制动效果，需增加使用动力制动，而既有制动系统无法实现空气制动与动力制动的联锁，即无法实现空电联锁；

(3)既有轨道工程车制动系统无法实现数据记录以及故障诊断等功能；

(4)虽然国铁领域和谐号及复兴号机车上常见的JZ-8型、CAB型以及CCBII型制动系统可以满足辅助自动驾驶、空电联锁以及数据记录的功能，但其价格昂贵且安装方式不同于既有的工程车制动系统，几乎无法适用于铁路轨道工程车领域，因为轨道工程车价格普遍便宜，无法与国铁领域机车造价相比。

故如何解决上述问题，设计出一款可以适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置，是机车制动系统技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置，其中，轨道工程车制动系统包括制动阀及中继阀，所述微机控制空气制动装置包括：电子制动控制单元及制动单元，所述制动单元连接于所述电子制动控制单元及所述制动阀，所述电子制动控制单元接收自动驾驶模块输出的切换至辅助自动驾驶模式的指令后，控制所述制动单元切断所述制动阀对压力管路的控制，所述制动单元根据所述电子制动控制单元传递的自动驾驶信号对所述制动单元的所述均衡风缸进行PID闭环控制以及控制遮断管的输出压力，从而实现辅助自动驾驶模式。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述制动单元包括：

总风隔离塞门，连接于总风管，导通或隔离所述总风管的总风进入所述制动单元；

总风减压阀，连接于所述总风隔离塞门，对所述总风进行压力调节；

均衡风缸充气电磁阀与均衡风缸排气电磁阀，所述总风减压阀依次连接所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀，所述均衡风缸连接所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀，所述电子制动控制单元对所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀的得失电状态进行控制，以输出需要的均衡风缸压力；

中均管自动切换阀及中均管手动切换塞门，所述均衡风缸依次连接所述中均管自动切换阀及所述中均管手动切换塞门，所述中均管手动切换塞门还连接所述制动阀及所述中继阀，在所述辅助自动驾驶模式下，所述电子制动控制单元控制所述中均管自动切换阀得电，使得均衡风缸输出压力输出至所述中均管手动切换塞门，所述中均管自动切换阀的得失电状态也将会反馈至所述电子制动控制单元；

遮断阀，连接于所述均衡风缸充气电磁阀及所述总风隔离塞门，用以在所述辅助自动驾驶模式下，进行补风模式的电控切换；

遮断管自动切换阀与遮断管手动切换塞门，所述遮断阀还依次连接所述遮断管自动切换阀与所述遮断管手动切换塞门，所述遮断管手动切换塞门还连接所述制动阀及所述中继阀，在所述辅助自动驾驶模式下，所述电子制动控制单元控制所述遮断管自动切换阀得电，使得所述遮断阀输出的压力可通过遮断管自动切换阀输出至所述遮断管手动切换阀，所述遮断管自动切换阀的得失电状态也将会反馈至所述电子制动控制单元。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述制动单元还包括：

紧急阀，连接于所述总风隔离塞门，当所述电子制动控制单元接收到所述自动驾驶模块的紧急制动指令时，所述电子制动控制单元控制所述紧急阀将列车管压力快速排空；

紧急制动隔离塞门，连接于所述紧急阀及列车管，用以导通或隔离列车管压力。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述制动单元还包括：

备用均衡风缸充气电磁阀，连接所述总风隔离塞门；

备用均衡风缸排气电磁阀，连接所述备用均衡风缸充气电磁阀及所述均衡风缸；

其中，当所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀故障时，所述电子制动控制单元控制所述备用均衡风缸充气电磁阀与所述备用均衡风缸排气电磁阀的得失电状态以代替所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述制动单元还包括：

总风过滤器，用以对通过所述总风隔离塞门的总风进行过滤；

总风压力传感器，将总风压力实时反馈至所述电子制动控制单元；

均衡风缸压力传感器，将均衡风缸压力实时反馈所述电子制动控制单元；

列车管压力传感器，将列车管压力实时反馈至所述电子制动控制单元。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述轨道工程车制动系统还包括分配阀、双向阀、作用风缸及作用阀，所述微机控制空气制动装置还包括空电联锁电磁阀，连接于所述分配阀、所述双向阀、所述作用风缸及所述电子制动控制单元，所述空电联锁电磁阀用于在所述辅助自动驾驶模式下，响应所述电子制动控制单元下发的空电联锁指令，得电动作后切除所述分配阀产生的作用阀预控压力。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述轨道工程车制动系统还包括制动缸，连接于所述作用阀，所述微机控制空气制动装置还包括压力传感器，连接于所述制动缸、所述作用阀及所述电子制动控制单元，所述压力传感器将制动缸压力实时反馈至所述电子制动控制单元。

上述的微机控制空气制动装置，其中，所述遮断阀包括电磁阀阀头和气控阀阀体，在辅助自动驾驶模式下，当自动驾驶模块控制均衡风缸压力保持定压时，所述电子制动控制单元将控制所述电磁阀阀头失电，所述气控阀阀体的预控口的压力将排空，所述气控阀阀体的输入口和输出口将不再导通，总风压力将无法通过所述遮断阀、所述遮断阀自动切换阀以及所述遮断阀手动切换塞门进入所述中继阀的遮断管，所述中继阀内部的遮断阀将处于导通状态，即实现制动系统补风模式的电动控制；当所述自动驾驶模块控制均衡风缸减压时，所述电子制动控制单元将控制所述电磁阀阀头得电，所述气控阀阀体的预控口的压力正常输入后，所述气控阀阀体的输入口和输出口将保持导通状态，总风压力可以输入至所述中继阀的遮断管，所述中继阀内部的遮断阀将处于关闭状态，即实现制动系统不补风模式的电动控制。

上述的微机控制空气制动装置，其中，当均衡风缸控制故障或处于手动驾驶模式下时，所述电子制动控制单元控制所述中均管自动切换阀失电，所述制动阀输出的中继阀均衡风缸压力通过所述中均管自动切换阀输出至所述中均管手动切换阀。

上述的微机控制空气制动装置，其中，当遮断阀控制故障或处于手动驾驶模式下时，所述电子制动控制单元控制所述遮断管自动切换阀失电，所述制动阀输出的遮断阀管压力通过所述遮断管自动切换阀输出至所述遮断管手动切换阀。

本发明相对于现有技术其功效在于：

本发明的微机控制空气制动装置可以适配既有轨道工程车制动系统，从而实现辅助自动驾驶与手动驾驶两种模式的切换，以及实现空电联锁等功能，进而提高轨道工程车制动系统的可靠性、可用性和适应性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的微机控制空气制动装置的功能结构框图；

图2为本发明的微机控制空气制动装置的硬件结构示意图；

图3为制动单元的放大示意图。

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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、“S1”、“S2”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

本发明以轨道工程车制动系统为既有的JZ-7型制动控制系统JZ为例进行说明，其中，JZ-7型制动控制系统主要由制动阀01、中继阀02、分配阀03、作用阀04、双向阀05以及均衡风缸、工作风缸、降压风缸、作用风缸、紧急风缸等部件组成，制动阀01中大闸的输出口包括1口、2口、3口、4口、6口、7口与8口，制动阀中小闸的输出口包括10口和11口。

请参照图1，图1为本发明的微机控制空气制动装置的功能结构框图。如图1所示，本发明的一种适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置，包括：制动单元(BCU)06及电子制动控制单元(EBCU)07，所述制动单元06，连接于所述电子制动控制单元07及所述制动阀01，所述电子制动控制单元07接收自动驾驶模块输出的切换至辅助自动驾驶模式的指令后，控制所述制动单元06切断所述制动阀01对压力管路的控制，所述制动单元06根据所述电子制动控制单元07传递的自动驾驶信号对所述制动单元06的所述均衡风缸06.11(见图2)进行PID闭环控制以及控制遮断管的输出压力，从而实现辅助自动驾驶模式。具体地说，当切换至辅助自动驾驶模式时，电子制动控制单元07接收自动驾驶模块的指令，控制制动模块06切断制动阀01对中均管、遮断管等压力管路的控制，改由制动模块06根据电子制动控制单元07传递的自动驾驶模块信号对均衡风缸06.11进行PID闭环控制以及控制遮断管的压力输出，从而实现辅助自动驾驶模式。

其中，在本实施例中，所述电子制动控制单元07采用“3U19”标准机箱，由电源板、数据记录板以及具备BI采集、RO输出以及通信功能的多块板卡组成，其主要功能如下：(1)接收自动驾驶模块下发的制动指令，并对制动控制单元BCU内部切换阀的得失电状态进行控制，并可以对均衡风缸压力进行PID闭环控制以及对制动系统的补风/不补风模式进行控制；(2)采集制动控制单元BCU内部切换阀和塞门的信号反馈状态以及采集BCU内外部多个压力传感器的压力，并将相关信息反馈给自动驾驶模块；(3)控制空电联锁电磁阀的得失电；(4)控制紧急阀的动作，实现紧急制动功能；(5)实现数据记录功能，方便后续查看故障数据，判定故障原因；(6)对BCU内部多种阀类、空电联锁电磁阀以及压力传感器的故障状态进行判断，实时反馈至自动驾驶模块；(7)EBCU可以对内部各个板卡之间的通信状态进行判断，如果出现CAN通信故障，可以反馈自动驾驶模块。

请参照图2-3并结合图1，图2为本发明的微机控制空气制动装置的硬件结构示意图，图3为制动单元的放大示意图。如图1-图3所示，所述制动单元06采用模块化集成设计，包括：总风隔离塞门06.01、总风过滤器06.02、总风压力传感器06.03、总风压力测点06.04、总风减压阀06.05、总风减压阀压力测点06.06、常用均衡风缸充气电磁阀06.07、备用均衡风缸充气电磁阀06.08、备用均衡风缸排气电磁阀06.09、常用均衡风缸排气电磁阀06.10、均衡风缸06.11、均衡风缸压力传感器06.12、均衡风缸压力测点06.13、备用均衡风缸压力传感器06.14、中均管自动切换阀06.15、中均管手动切换塞门06.16、遮断阀06.17、遮断管自动切换阀06.18、遮断管手动切换塞门06.19、紧急阀06.20、紧急制动隔离塞门06.21、列车管压力测点06.22、列车管压力传感器06.23以及备用列车管压力传感器06.24等部件组成，以下对各个部件进行具体说明如下：

总风隔离塞门06.01连接于总风管，所述总风隔离塞门06.01为两位两通塞门，主要有两个位置：导通位和隔离位，其处于导通位时，可以将总风引入制动单元06；其处于隔离位时，将阻止总风进入制动单元06。制动单元06投入运用模式下，总风隔离塞门06.01将置于导通位；

所述总风过滤器06.02用于对进入制动单元06的总风风源进行过滤，防止杂质等进入下游的零部件，对零部件的性能造成影响；

所述总风压力传感器06.03主要用于将总风压力实时反馈至电子制动控制单元07，电子制动控制单元07也会对总风压力传感器06.03的故障状态进行判断；

所述总风压力测点06.04，可将压力表插入其上，观察总风实际压力，并用来对总风压力传感器06.03进行校准；

所述总风减压阀06.05连接于所述总风隔离塞门06.01,为设定压力可调节的减压阀，主要用来将总风减压至某一设定值，此压力值的设定主要取决于均衡风缸06.11充气时间的要求，譬如可设置为650kPa左右；

所述总风减压阀压力测点06.06可用于协助测试总风减压阀的输出压力是否为所需要的定压；

所述均衡风缸充气电磁阀06.07与所述均衡风缸排气电磁阀06.10,所述总风减压阀06.05依次连接所述均衡风缸充气电磁阀06.07与所述均衡风缸排气电磁阀06.10，所述均衡风缸06.11连接所述均衡风缸充气电磁阀06.07与所述均衡风缸排气电磁阀06.10,其中均衡风缸充气电磁阀06.07与所述均衡风缸排气电磁阀06.10均为两位三通电磁阀，其为均衡风缸常用控制电磁阀，两个电磁阀协同工作，由电子制动控制单元07对其得失电状态进行控制，输出需要的均衡风缸压力；

所述备用均衡风缸充气电磁阀06.08与所述备用均衡风缸排气电磁阀06.09，备用均衡风缸充气电磁阀06.08连接所述总风隔离塞门06.01，备用均衡风缸排气电磁阀06.09连接所述备用均衡风缸充气电磁阀06.08及所述均衡风缸06.11，所述备用均衡风缸充气电磁阀06.08与所述备用均衡风缸排气电磁阀06.09亦为两位三通电磁阀，且型号与上述电磁阀保持一致。当电子制动控制单元07判断常用电磁阀06.07、06.10故障后不能输出合适的均衡风缸压力时，此两个备用电磁阀将会被电子制动控制单元07启用以及控制其得失电状态，代替常用电磁阀06.07、06.10输出均衡风缸压力，实现均衡风缸冗余控制功能。当备用均衡风缸控制再次故障后，电子制动控制单元07会将此状态反馈至自动驾驶模块，辅助自动驾驶模式将退出，手动驾驶模式起作用；

所述均衡风缸06.11可用来平缓所述均衡风缸充气电磁阀06.07与所述均衡风缸排气电磁阀06.10或所述备用均衡风缸充气电磁阀06.08与所述备用均衡风缸排气电磁阀06.09输出的均衡风缸压力，风缸容积的大小与工程车要求的均衡风缸充排风速度相适配，满足一定的速率要求，不能过快或者过慢；

所述均衡风缸压力传感器06.12主要用于将均衡风缸压力实时反馈至电子制动控制单元07；

所述均衡风缸压力测点06.13，可将压力表插入其上，观察均衡风缸实际压力，并用来对均衡风缸压力传感器06.12进行校准；

所述备用均衡风缸压力传感器06.14日常不投入运用，当均衡风缸压力传感器06.12故障时，此压力传感器投入运用；

所述中均管自动切换阀06.15,连接均衡风缸06.11，中均管自动切换阀06.15为两位三通带反馈电磁阀，其1口与大闸的4口连通，大闸的4口即中继阀均衡风缸压力输出口，其连接的管路简称为中均管，故4口也简称为中均管压力口，大闸的4口直接与中继阀02的4口连通，中继阀02的4口即中均管压力口，操作大闸手柄置于过充位至过量减压位之间不同位置时，大闸的4口都将会连通大闸的1口即均衡风缸管压力口，从而输出不同的中继阀均衡风缸压力，中均管自动切换阀06.15的2口的输入压力为均衡风缸输出压力，中均管自动切换阀06.15的3口为输出口，其与中均管手动切换阀06.15的3口连通。中均管自动切换阀06.15用于在辅助自动驾驶模式下，电子制动控制单元07控制中均管自动切换阀06.15得电，均衡风缸06.11输出压力可通过中均管自动切换阀06.15的1口导通到3口，进而输出至中均管手动切换塞门06.16的3口，自动切换阀的得失电状态也将会反馈至电子制动控制单元07；当均衡风缸控制故障或手动驾驶模式下，电子制动控制单元07控制中均管自动切换阀06.15失电均衡风缸电磁阀输出的均衡风缸压力不可通过中均管自动切换阀06.15的2口导通到3口，此时大闸输出的中继阀均衡风缸压力通过中均管自动切换阀06.15的1口导通到3口，输出至中均管手动切换阀06.15的3口；

需要说明的是，电子制动控制单元07也将会根据中均管自动切换阀06.15的控制信号和反馈信号判断切换阀的故障状态，当电子制动控制单元07判断切换阀故障后，反馈至自动驾驶模块，自动驾驶模块会将信息传递至列车监控控制系统TCMS，并在微机屏或制动显示屏上进行故障提示，从而提示乘务员手动操作中均管手动切换塞门06.16；

所述中均管手动切换塞门06.16是两位三通塞门，其1口与大闸的4口连通；中均管手动切换塞门06.16的2口为输出口，与中继阀02的4口即均衡风缸压力口连通；中均管手动切换塞门06.16的3口与中均管自动切换阀06.15输出口3口连通。此塞门有两个位置：自动位和手动位，当中均管自动切换阀06.15提示故障或中均管自动切换阀06.15压力输出异常以及出现漏风等问题时，应将此塞门手柄同下述遮断管手动切换塞门06.19一同置于手动位，即可以强行将工程车制动系统置于手动驾驶模式下，从而操作大闸时可以将中继阀均衡风缸压力输出至中继阀02的4口，防止中均管自动切换阀06.15无合适输出压力，即无合适均衡风缸压力到达中继阀02的4口，其他情况下，中均管手动切换塞门06.16应置于自动位；

遮断阀06.17连接于所述均衡风缸充气电磁阀06.07及所述总风隔离塞门06.01，用以在所述辅助自动驾驶模式下，进行补风模式的电控切换，具体地说，所述遮断阀06.17由电磁阀阀头和气控阀阀体组成，其应用于辅助自动驾驶模式下，其功能是实现制动系统补风/不补风模式的电控切换。在辅助自动驾驶模式下，当自动驾驶模块控制均衡风缸压力不减压保持定压(500kPa或600kPa)时，电子制动控制单元07将控制电磁阀阀头失电，气控阀阀体的预控口C的压力将排空，气控阀阀体的输入口S和输出口O口将不再导通，总风压力将无法通过遮断阀06.17、遮断阀自动切换阀06.18以及遮断阀手动切换塞门06.19进入中继阀02的遮断管8口，中继阀内部遮断阀将处于导通状态，即实现制动系统补风模式的电动控制；当自动驾驶模块控制均衡风缸减压时，电子制动控制单元07将控制电磁阀阀头得电，气控阀阀体的预控口C口压力正常输入后，输入口S口和输出口O将保持导通状态，总风压力可以正常输入至中继阀的遮断管8口，中继阀内部遮断阀将处于关闭状态，即实现制动系统不补风模式的电动控制；

其中，在本实施例中，气控阀阀体上带有微动开关，可以反馈阀体输入口和输出口的通断状态，故电子制动控制单元07可以根据阀头控制指令和阀体反馈信号，判断遮断阀的故障状态；

所述遮断管自动切换阀06.18连接遮断阀06.17，的型号与中均管自动切换阀06.15保持一致，为两位三通带反馈电磁阀，其1口与大闸的8口连通，大闸的8口即遮断阀管压力输出口，其连接的管路简称为遮断阀管，8口可简称为遮断阀管压力口，大闸8口直接与中继阀02的8口连通，中继阀02的8口即遮断管压力口，操作大闸手柄置于过充位和运转位时，大闸的8口将会无压力输出，故中继阀02的8口无压力输入，中继阀内部遮断阀导通，实现手动补风模式，操作大闸手柄置于其他闸位时，大闸的8口将会输出压力，故中继阀02的8口有压力输入，中继阀内部遮断阀关闭，实现手动不补风模式；遮断管自动切换阀06.18的2口的输入压力为遮断阀06.17的输出压力；3口为输出口，其与遮断阀手动切换阀06.19的3口连通。遮断管自动切换阀06.18的主要作用为：辅助自动驾驶模式下，电子制动控制单元07控制遮断管自动切换阀06.18得电，遮断阀输出的压力可通过遮断管自动切换阀的1口导通到3口，进而输出至遮断管手动切换阀06.19的3口，自动切换阀的得失电状态也将会反馈至电子制动控制单元07；当遮断阀06.17控制故障或手动驾驶模式下，电子制动控制单元07控制遮断管自动切换阀06.18失电，遮断阀输出的压力不可通过切换阀的2口导通到3口，此时大闸不同闸位输出的不同遮断阀管压力通过切换阀的1口导通到3口，输出至遮断管手动切换阀06.19的3口；

EBCU也将会根据遮断管自动切换阀(06.18)的控制信号和反馈信号判断切换阀的故障状态，当EBCU判断切换阀故障后，反馈至自动驾驶模块，自动驾驶模块会将信息传递至列车监控控制系统TCMS，并在微机屏或制动显示屏上进行故障提示，从而提示乘务员手动操作遮断管手动切换塞门(06.19)；

所述遮断管手动切换塞门06.19是两位三通塞门，其型号与中均管手动切换塞门06.16保持一致，其1口与大闸的8口连通；其2口为输出口，与中继阀02的8口连通；其3口与遮断管自动切换阀06.18输出口3口连通。此塞门有两个位置：自动位和手动位，当遮断管自动切换阀06.18提示故障或遮断管自动切换阀06.18压力输出异常以及出现漏风等问题时，应将此塞门与所述中均管手动切换塞门06.16手柄置于手动位，即可以强行将工程车制动系统置于手动驾驶模式下，从而操作大闸时可以将遮断管压力，即大闸8口输出压力输出至中继阀02的8口，防止遮断管自动切换阀06.18无合适输出压力中继阀(02)的8口。其他情况下，塞门应置于自动位；

所述紧急阀06.20型号与遮断阀06.17保持一致，其主要作用是协助实现辅助自动驾驶模式下的紧急制动功能。紧急阀06.20的阀体S口与列车管连通，O口与大气连通；紧急阀阀头的1口与总风连通，2口与阀体的预控口C口连通，3口与大气连通。当电子制动控制单元07接收到自动驾驶模块的紧急制动指令时，电子制动控制单元07制紧急阀阀头得电，总风压力经阀头1口到达阀体的C口，阀体预控口有压力后，将会导通阀体的S口和O口，从而将列车管压力快速排空，实现紧急制动功能。

所述紧急制动隔离塞门06.21有两个位置：导通位和隔离位。当塞门处于导通位时，列车管压力将会与所述紧急阀06.20的输出口S口导通；当塞门处于隔离位时，列车管压力将无法到达紧急阀06.20的输出口S口，即使电子制动控制单元07接收到紧急制动指令并控制紧急阀阀头得电，列车管压力也无法排向大气，故塞门处于隔离位时，将隔离紧急制动功能。一般情况下，塞门06.21都置于导通位，除非紧急阀故障导致列车管压力漏风无法完全缓解时，才需要将紧急制动隔离塞门置于隔离位；

所述列车管压力测点06.22，可将压力表插入其上，观察列车管实际压力，并用来对列车管压力传感器06.23以及备用列车管压力传感器06.24进行校准；

所述列车管压力传感器06.23主要用于将列车管压力实时反馈至电子制动控制单元07，电子制动控制单元07也可以对压力传感器的故障状态进行判断；

所述备用列车管压力传感器06.24日常不投入运用，当列车管压力传感器06.23故障时，此压力传感器投入运用。

进一步地，所述微机控制空气制动装置还包括空电联锁电磁阀08及制动缸压力传感器09；

所述空电联锁电磁阀08用于辅助自动驾驶模式下，在手动模式下不动作。其主要用来响应自动驾驶模块下发的空电联锁指令，电磁阀得电动作后可以切除分配阀03响应辅助自动驾驶模式下制动指令后产生的作用阀04预控压力。空电联锁具体逻辑为：①如果工程车首先使用动力制动，电子制动控制单元07接收到空电联锁信号，控制空电联锁电磁阀得电，此时分配阀03产生的作用阀预控压力到作用阀的通路将会被切断，从而导致作用阀04不会输出制动缸压力；②如果首先使用空气制动，即在动力制动施加之前自动驾驶模块已经向电子制动控制单元07下发了制动指令产生了制动缸压力后，再使用动力制动时，制动缸空气压力将被缓解。如果电子制动控制单元07输出的空电联锁电磁阀08的控制指令和接收的反馈指令不一致时，电子制动控制单元07将会向自动驾驶模块反馈空电联锁控制故障；

所述制动缸压力传感器09主要用于将制动缸压力实时反馈至EBCU，EBCU也可以对压力传感器的故障状态进行判断。

辅助自动驾驶模式在投入运用前，需要将总风隔离塞门06.01、中均管手动切换塞门06.16以及遮断管手动切换塞门06.19置于导通位，以下，结合图2对本发明的微机控制空气制动装置的工作原理进行说明如下：

1、辅助自动驾驶模式下的自动常用制动功能：

①电子制动控制单元EBCU接收到自动驾驶模块下发的常用制动指令后，常用均衡风缸充气电磁阀06.07与常用均衡风缸排气电磁阀06.10会进行配合，控制均衡风缸压力下降，常用均衡风缸压力传感器06.12会将均衡风缸实时压力反馈至电子制动控制单元07，从而进行PID闭环控制，最终均衡风缸压力下降达到自动驾驶模块规定的目标值。若常用均衡风缸电磁阀出现故障，无法控制均衡风缸压力下降达到目标值后，备用均衡风缸充气电磁阀06.08和备用均衡风缸排气电磁阀06.09将会投入运用进行均衡风缸压力的控制。若备用均衡风缸电磁阀再次出现故障，电子制动控制单元07会将信息反馈至自动驾驶模块，进而提示乘务员退出辅助自动驾驶模式，切换到手动驾驶模式；

②电子制动控制单元07接收到自动驾驶模块下发的常用制动指令后，控制中均管自动切换阀06.15、遮断阀06.17以及遮断管自动切换阀06.18处于得电状态。中均管自动切换阀06.15得电后，BCU模块产生的均衡风缸压力可以经中均管手动切换塞门06.16到达中继阀02的4口即均衡风缸压力口；遮断阀06.17得电后，总风压力将经遮断阀06.17到达遮断管自动切换阀06.18的2口；遮断管自动切换阀06.18得电后，总风压力将经遮断管自动切换阀06.18、遮断管手动切换塞门06.19到达中继阀(02)的8口遮断管压力口，从而使中继阀02内部遮断阀关闭，实现制动系统不补风功能。

若电子制动控制单元07判定中均管自动切换阀06.15、遮断阀(06.17)以及遮断管自动切换阀06.18故障后，也会反馈至自动驾驶模块，进而提示乘务员退出辅助自动驾驶模式，切换到手动驾驶模式。

③中继阀02将会根据制动单元06输出的均衡风缸压力输出相应的列车管压力，进而通过分配阀03、空电联锁电磁阀08、双向阀05以及作用阀04后输出合适的制动缸压力。

④在常用制动过程中，电子制动控制单元07会对多个阀类、传感器的故障状态进行监控，并实时记录故障数据，方便后续查看以及解决现场故障。

2、辅助自动驾驶模式下的自动紧急制动功能

电子制动控制单元07接收到自动驾驶模块下发的紧急制动指令后，会控制紧急阀06.20得电动作，此时列车管压力会通过紧急阀快速排空；与此同时，会控制均衡风缸控制电磁阀动作，将均衡风缸压力以常用速度排空。

列车管压力快速排空后，作用阀04会根据分配阀03产生的预控压力输出合适的紧急制动压力。

如果电子制动控制单元07判定紧急阀故障或出现紧急阀异常漏风但EBCU未提示故障的情况，可以将紧急制动隔离塞门置于隔离位，防止列车管压力异常，同时也将隔离紧急制动功能。

3、辅助自动驾驶模式下的空电联锁功能

在辅助自动驾驶模式下，当工程车首先使用动力制动后，自动驾驶模块会向电子制动控制单元07发送空电联锁信号，电子制动控制单元07在收到空电联锁信号以后控制空电联锁电磁阀08得电，此时分配阀03产生的作用阀预控压力到作用阀04的通路将会被切断，从而导致作用阀(04)无法输出制动缸空气压力。

在辅助自动驾驶模式下，如果首先使用了空气制动，即在动力制动施加之前自动驾驶模块已经向电子制动控制单元07下发了制动指令并产生了制动缸空气压力后，再使用动力制动时，空电联锁电磁阀08将会得电，即排空作用阀04的预控压力，其产生的制动缸空气压力也将会被排空，实现空气制动缓解。

4、强制切换进入手动驾驶模式

通常情况下，当均衡风缸控制电磁阀(包括常用和备用)、中均管自动切换阀06.15、遮断阀06.17、遮断管自动切换阀(06.18)等电磁阀故障甚至电子制动控制单元07失电时，电子制动控制单元07会将此信息反馈至自动驾驶模块，进而上传至工程车TCMS控制系统，可提示乘务员切换至手动驾驶模式，继续手动操作制动系统。

但如果出现中均管自动切换阀06.15以及遮断管自动切换阀06.18输出压力异常的故障时，此时无论手动驾驶模式和辅助自动驾驶模式，都无法对制动系统进行正常控制，故此时可以将中均管手动切换塞门06.15以及遮断管手动切换塞门06.19皆置于手动位，此时可以将电子制动控制单元07完全隔离，从而强制进入手动驾驶模式，手动操作工程车原装制动系统。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)通过本发明可以实现辅助自动驾驶模式和手动驾驶模式的切换，辅助自动驾驶模式下，工程车可以自动进行制动和缓解操作，方便了乘务员，必要情况下，乘务员可以无需上车操作制动阀；此发明专利中部分阀类故障后，可以将故障信息反馈至自动驾驶模块和工程车TCMS系统，提示乘务员切换至手动驾驶模式；

(2)本发明可以在既有工程车制动系统的基础之上，实现空电联锁功能，使用动力制动后，可以隔离空气制动，避免长大坡道运行时出现闸瓦或制动盘过热影响制动效果的现象；

(3)当设计的制动单元出现问题后，通过操作中均管手动切换塞门和遮断管手动切换塞门，可以强制切换为手动操作模式，即操作工程车原装空气制动系统进行工程车的制动和缓解，实现了辅助自动驾驶模式和手动驾驶模式的冗余运用；

(4)本发明还可以实现工程车制动系统的数据记录和故障诊断功能，方便后续进行制动系统检修和维护。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适配既有轨道工程车制动系统的微机控制空气制动装置，其特征在于，轨道工程车制动系统包括制动阀及中继阀，所述微机控制空气制动装置包括：电子制动控制单元及制动单元，所述制动单元连接于所述电子制动控制单元及所述制动阀，所述电子制动控制单元接收自动驾驶模块输出的切换至辅助自动驾驶模式的指令后，控制所述制动单元切断所述制动阀对压力管路的控制，所述制动单元根据所述电子制动控制单元传递的自动驾驶信号对所述制动单元的均衡风缸进行PID闭环控制以及控制遮断管的输出压力，从而实现辅助自动驾驶模式；

其中，所述制动单元包括：

总风隔离塞门，连接于总风管，导通或隔离所述总风管的总风进入所述制动单元；

总风减压阀，连接于所述总风隔离塞门，对所述总风进行压力调节；

均衡风缸充气电磁阀与均衡风缸排气电磁阀，所述总风减压阀依次连接所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀，所述均衡风缸连接所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀，所述电子制动控制单元对所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀的得失电状态进行控制，以输出需要的均衡风缸压力；

中均管自动切换阀及中均管手动切换塞门，所述均衡风缸依次连接所述中均管自动切换阀及所述中均管手动切换塞门，所述中均管手动切换塞门还连接所述制动阀及所述中继阀，在所述辅助自动驾驶模式下，所述电子制动控制单元控制所述中均管自动切换阀得电，使得均衡风缸输出压力输出至所述中均管手动切换塞门，所述中均管自动切换阀的得失电状态也将会反馈至所述电子制动控制单元；

遮断阀，连接于所述均衡风缸充气电磁阀及所述总风隔离塞门，用以在所述辅助自动驾驶模式下，进行补风模式的电控切换；

遮断管自动切换阀与遮断管手动切换塞门，所述遮断阀还依次连接所述遮断管自动切换阀与所述遮断管手动切换塞门，所述遮断管手动切换塞门还连接所述制动阀及所述中继阀，在所述辅助自动驾驶模式下，所述电子制动控制单元控制所述遮断管自动切换阀得电，使得所述遮断阀输出的压力可通过遮断管自动切换阀输出至遮断管手动切换阀，所述遮断管自动切换阀的得失电状态也将会反馈至所述电子制动控制单元。

2.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述制动单元还包括：

紧急阀，连接于所述总风隔离塞门，当所述电子制动控制单元接收到所述自动驾驶模块的紧急制动指令时，所述电子制动控制单元控制所述紧急阀将列车管压力快速排空；

紧急制动隔离塞门，连接于所述紧急阀及列车管，用以导通或隔离列车管压力。

3.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述制动单元还包括：

备用均衡风缸充气电磁阀，连接所述总风隔离塞门；

备用均衡风缸排气电磁阀，连接所述备用均衡风缸充气电磁阀及所述均衡风缸；

其中，当所述备用均衡风缸充气电磁阀与所述备用均衡风缸排气电磁阀故障时，所述电子制动控制单元控制所述备用均衡风缸充气电磁阀与所述备用均衡风缸排气电磁阀的得失电状态以代替所述均衡风缸充气电磁阀与所述均衡风缸排气电磁阀。

4.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述制动单元还包括：

总风过滤器，用以对通过所述总风隔离塞门的总风进行过滤；

总风压力传感器，将总风压力实时反馈至所述电子制动控制单元；

均衡风缸压力传感器，将均衡风缸压力实时反馈所述电子制动控制单元；

列车管压力传感器，将列车管压力实时反馈至所述电子制动控制单元。

5.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述轨道工程车制动系统还包括分配阀、双向阀、作用风缸及作用阀，所述微机控制空气制动装置还包括空电联锁电磁阀，连接于所述分配阀、所述双向阀、所述作用风缸及所述电子制动控制单元，所述空电联锁电磁阀用于在所述辅助自动驾驶模式下，响应所述电子制动控制单元下发的空电联锁指令，得电动作后切除所述分配阀产生的作用阀预控压力。

6.如权利要求5所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述轨道工程车制动系统还包括制动缸，连接于所述作用阀，所述微机控制空气制动装置还包括压力传感器，连接于所述制动缸、所述作用阀及所述电子制动控制单元，所述压力传感器将制动缸压力实时反馈至所述电子制动控制单元。

7.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，所述遮断阀包括电磁阀阀头和气控阀阀体，在辅助自动驾驶模式下，当自动驾驶模块控制均衡风缸压力保持定压时，所述电子制动控制单元将控制所述电磁阀阀头失电，所述气控阀阀体的预控口的压力将排空，所述气控阀阀体的输入口和输出口将不再导通，总风压力将无法通过所述遮断阀、所述遮断阀自动切换阀以及所述遮断阀手动切换塞门进入所述中继阀的遮断管，所述中继阀内部的遮断阀将处于导通状态，即实现制动系统补风模式的电动控制；当所述自动驾驶模块控制均衡风缸减压时，所述电子制动控制单元将控制所述电磁阀阀头得电，所述气控阀阀体的预控口的压力正常输入后，所述气控阀阀体的输入口和输出口将保持导通状态，总风压力可以输入至所述中继阀的遮断管，所述中继阀内部的遮断阀将处于关闭状态，即实现制动系统不补风模式的电动控制。

8.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，

当均衡风缸控制故障或处于手动驾驶模式下时，所述电子制动控制单元控制所述中均管自动切换阀失电，所述制动阀输出的中继阀均衡风缸压力通过所述中均管自动切换阀输出至中均管手动切换阀。

9.如权利要求1所述的微机控制空气制动装置，其特征在于，

当遮断阀控制故障或处于手动驾驶模式下时，所述电子制动控制单元控制所述遮断管自动切换阀失电，所述制动阀输出的遮断阀管压力通过所述遮断管自动切换阀输出至所述遮断管手动切换阀。

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