CN202041391U - 高速动车组制动测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高速动车组制动测试系统，在动车组静止状态下，利用测试系统模拟各种速度信号、车辆空簧载荷信号及再生制动模拟信号；动车组接受到各模拟信号后，通过车辆制动系统施加制动动作，输出制动信息，进而通过对制动信息数据的采集和分析，判定制动系统的各项性能指标是否满足设计要求。本实用新型可以实现动车组在静止状态下，通过模拟车辆速度信号和车辆空簧载荷信号，全面而有效地完成动车组制动系统的各项性能指示的测试，其中包括动车组制动响应时间、防滑系统逻辑动作、再生制动反馈、空气制动和再生制动的时序协调控制等，实现对动车组整车调试关键技术的深入研究，达到制动系统试验全方位高精度仿真模拟。

Description

高速动车组制动测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种动车组性能测试系统，特别涉及一种动车组制动系统的测试系统，属于轨道车辆性能试验技术领域。

背景技术

随着动车组运行速度的不断提高，动车组制动系统性能的优良与否，关系到动车组运行是否安全可靠，所以，对动车组制动系统的性能测试和系统调试，就显得尤为重要。

以往轨道车辆对制动系统仅采用车辆控制指令进行确认，无法验证车辆在动态状态下的功能，造成试验验证面小，与实际运行脱节等问题，已无法满足现在高速动车组的试验和系统调试要求。

发明内容

本实用新型主要目的在于解决上述问题，提供了一种可以实现动车组制动系统静态测试的高速动车组制动测试系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种高速动车组制动测试系统，包括试验控制台和中继箱；所述试验控制台包括工控机、显示及操作单元、车辆空簧载荷模拟单元、速度模拟单元、再生制动模拟及反馈单元、信号采集和分析单元；所述中继箱用于在被测车厢及所述试验控制台之间进行信息采集和传输，每节被测车厢配备至少一个中继箱。

其中，所述试验控制台为多个，多个试验控制台之间通过以太网联动控制。

所述速度模拟单元由信号控制板、函数发生器、继电器排组成；所述信号控制板通过GPIB协议控制函数发生器发出不同频率和幅值的方波或正弦波，通过继电器排实现不同车辆间速度通道切换，各速度模拟信号通过信号线传递至各被测车厢对应的中继箱，实现与车辆的信号模拟通信。

所述车辆空簧载荷模拟单元由风缸、模拟量控制输出板、模拟量信号采集板、数字量输出板、比例阀、三位五通电磁阀及压力传感器组成；所述比例阀设置在所述风缸的出风管路上，所述出风管路的另一端接各被测车厢的中继箱，所述模拟量控制输出板控制比例阀的开度，所压力传感器用于采集各车厢的风压，压力传感器与模拟量信号采集板连接，模拟量信号采集板进行信号比对，模拟量信号采集板与数字量输出板信号连接，所述数字量输出板控制三位五通电磁阀的开关，所述三位五通电磁阀设置在所述出风管路上。

所述再生制动模拟单元由开关量电压源、AVI电压模拟装置、模拟量信号采集板组成；所述开关量电压源用于试验过程中直流电压的设定，所述AVI电压模拟装置用于模拟车载牵引变流器反馈电压值至车载制动控制装置，所述模拟量信号采集板用于检测再生有效状态下的空气制动力。

所述信号采集和分析单元由多路电压传感器、压力传感器、模拟量信号采集板及标准数据库组成；所述压力传感器用于将各车中继箱接收的气压信号转换成电流环信号传递至试验控制台，所述电压传感器用于比例降压，所述模拟量采集板用于数据采集。

本实用新型进一步改进在于，将各车型试验模式所需的工况条件预先存储在控制程序中，选择车型后自动切换至所需的模拟工况。

在控制程序中预先存储有标准数据库，将采集的测试数据与标准数据库中的数据进行比对，进而判断采集的数据是否满足设计要求。

综上内容，本实用新型所述的一种高速动车组制动测试系统，可以实现动车组在静态状态下，通过模拟车辆速度信号和车辆空簧载荷信号，全面而有效地完成动车组制动系统的各项性能指示的测试，其中包括动车组制动响应时间、防滑系统逻辑动作、再生制动反馈、空气制动和再生制动的时序协调控制等，实现对动车组整车调试关键技术的深入研究，达到制动系统试验全方位高精度仿真模拟。

附图说明

图1本实用新型试验台总布置图；

图2本实用新型试验台结构示意图；

图3图2的A向视图；

图4本实用新型中继箱结构示意图；

图5本实用新型流程图。

如图1到图5所示，试验控制台1，中继箱2，被测车厢3，工控机4，显示器5，操作面板6、函数发生器7，接线箱8，AVI电压模拟装置9，开关电源10，风缸11，比例阀12，线槽13，柜体14，移动轮15，键盘16，端子排17，主电路开关排18，插排19，单元控制箱20，车辆空簧载荷模拟单元21，速度模拟单元22，信号采集和分析单元23，再生制动模拟及反馈单元24，箱体25，电气功能室26，管线存放室27，底座28，固定座29，三位五通电磁阀30，继电器排31，压力传感器32，车辆防滑阀33，显示器托板34，显示器挡板35，风缸座36，比例阀托板37，日光灯38，开关量电压源39。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1所示，一种高速动车组制动测试系统，包括试验控制台1和中继箱2。其中，试验控制台1用于模拟各种速度信号、各种车辆空簧载荷信号及再生制动模拟信号，并进行制动数据的采集和分析。中继箱2用于在被测车辆3及试验控制台1之间进行信息采集和传输，每节被测车辆3配备至少一个中继箱2。

每列动车组包括八节车厢，为了检测方便，一般采用两个试验控制台1，一个作为前位试验控制台，另一个作为后位试验控制台，两个试验控制台1之间通过以太网联动控制。在动车组的8节车厢中，一般在第3号被测车厢3处布置一个试验控制台1(即其中的前位试验控制台)，在第6号被测车厢3处布置另一个试验控制台1(即其中的后位试验控制台)。每个试验控制台1分别对四节被测车厢3进行测试，这样，可以方便使用，方便测试，当然也可以8节车厢共用一个试验控制台1，相反也可以增加试验控制台1的数量。

动车组的8节车厢，共采用9个中继箱2，中继箱2编号依次为1号、2号、3号、4号、5号(300公里)、5号(200公里)、6号、7号、8号，根据编组形式的不同，5号车厢设置两个中继箱2，分别对应300公里车型和200公里车型。两个试验控制台1分别布置在动车组的3号车、6号车对应的中继箱2安装位置处。

9个中继箱2按照上述1号→8号排序沿轨道依次布置在高架轨支撑柱(图中未示出)之间，高架轨支撑柱用于支撑动车组测试用轨道的，其中5号(300公里)与5号(200公里)中继箱2间安装距离为4m左右，其余各中继箱2间安装距离为25m左右。

如图4所示，中继箱2包括一个箱体25，箱体25内包含有电气功能室26和管线存放室27，箱体25固定在底座28上，在箱体25上还设置有用于固定中继箱2的固定座29。

该测试系统中有众多的配线，配线均固定在布线槽(图中未示出)内，布线槽沿轨道支撑柱外侧、中继箱2上方贯通布置。

如图1所示，以一个试验控制台1连接两节被测车厢3为例，其它被测车厢3与试验控制台1的连接方式与此相同。

试验控制台1包含有车辆空簧载荷模拟单元21、速度模拟单元22、信号采集和分析单元23、再生制动模拟及反馈单元24。其中，再生制动模拟及反馈单元包括再生制动请求电压测量单元及再生制动反馈等值电压单元。

如图2和图3所示，试验控制台1的硬件设备包括有工控机4、显示器5、操作面板6、函数发生器7、AVI电压模拟装置9、DC24V开关电源10、风缸11、比例阀12、线槽13、集线器、压力传感器32、电压传感器、网络接线板、航空连接器、各种电器部件及气路系统。

所述硬件设备都集成在一个柜体14内，柜体14呈琴形，为检测方便，在柜体14的下方安装有万向轮15，这样，可以根据测试需要任意移动该试验控制台1，并可以将试验控制台1牢固固定在试验区域的任一位置，只要连接好相关的数据线、电线及空气管路即可进行试验。

其中，工控机4采用P4-3.0G工控机，配有键盘16和鼠标等设备，工控机4配置有DVD-ROM及以太网卡，另外还至少设置有一个RS232串口和多个USB端口。工控机4主要用于试验项目工况的设定及测试标准的定义、实测数据记录的处理分析等。

由于该试验控制台1的电线和信号线较多，所以，在柜体14内设置有多个线槽13，线槽13围绕柜体14内侧的四周布置，所述电线和信号线分类安装在各个线槽13内，不但方便整理，而且节省空间。

显示器5采用液晶显示器，通过显示器托板34和显示器档板35固定在柜体14上。风缸11通过风缸座36固定在柜体14上，比例阀12通过比例阀托板37固定在柜体14上。操作面板6上设置有各种控制开关、启动开关及停止开关等，通过按动相关开关即可完成相关的作业，操作简单方便。在操作面板6的上方还设置有日光灯38，也是为了便于操作者操作及数据记录等。

主要的电器部件包括有接线箱8、端子排17、主电路开关排18、插排19、单元控制箱20。其中，接线箱8固定于柜体14上，用于试验控制台1与外部通线电缆的连接；端子排17实现试验控制台1内部相同信号的分线、汇线；主电路开关排18作为试验控制台1各系统空气开关总成；插排19实现为工控机4、函数发生器7、AVI电压模拟装置9等供电；单元控制箱20实现了模拟量控制输出板、模拟量信号采集板、数字量输出板等单元模块化设计。

试验控制台1中的车辆空簧载荷模拟单元，主要完成车辆空车或定员的各种载荷情况的信号模拟。车辆空簧载荷单元主要由模拟量控制输出板、模拟量信号采集板、数字量输出板、比例阀12、三位五通电磁阀30、压力传感器32等组成，其中模拟量控制输出板、模拟量信号采集板和数字量输出板集成在单元控制箱20内。

车辆空簧载荷模拟单元的工作流程：外部风通过风管进入试验控制台1的风缸11，模拟量控制输出板输出信号(根据不同车辆载荷，输出不同电压控制信号)，控制比例阀12打开(开启量根据不同电压输入信号而不同)，试验控制台1输出风压，通过预先铺设的出风管路，传输至各车辆对应的中继箱2，数字量输出板输出开关电压信号，控制三位五通电磁阀30的开关，三位五通电磁阀30设置在风缸11至中继箱2之间的出风管路上，进而控制向车厢进行充风或排风，各个中继箱2的压力传感器32采集各车风压信号，并反馈至模拟量信号采集板，模拟量信号采集板进行信号比对，如果风压信号超过标准值，数字量输出板输出开关电压信号，控制三位五通电磁阀30进行充风或排风，最终实现各车风压信号满足试验要求。其中，风压、数字量及模拟量输出、反馈都通过提前预设风管、电线和通信线进行传输。

速度模拟单元主要完成车辆0-400km/h之间不同速度的信号模拟，速度模拟单元主要由信号控制板、函数发生器7、继电器排31、抗干扰保护板等组成。试验控制台1配属的工控机4信号控制板通过GPIB协议控制函数发生器7发出不同频率和幅值的方波或正弦波，然后通过继电器排31实现不同车辆间速度通道切换，同时该单元中配置了抗干扰保护板，可有效防止高频干扰信号或高压意外信号，最终将各速度模拟信号通过预设线槽传递至各被测车厢3对应中继箱2，实现与车辆的信号模拟通信。

再生制动模拟单元由开关量电压源39、AVI电压模拟装置9、模拟量信号采集板等组成。试验过程中通过开关量电压源39进行直流电压的设定，强制车辆在静止状态下的再生制动有效，通过AVI电压模拟装置9模拟车载牵引变流器反馈电压值至车载制动控制装置，然后通过模拟量采集板检测再生有效状态下的空气制动力的变化趋势。

信号采集和分析单元包括对电压和气压信号的采集和分析，由5路电压传感器、27路压力传感器32、模拟量信号采集板及数据库等组成。气压信号通过布置在各车中继箱2的压力传感器32形成电流环信号传递至试验控制台1，然后通过金属模电阻等进行电压信号转换，后经模拟量信号采集板进行数据采集；电压信号通过各车中继箱2将电压信号传递至试验控制台1电压传感器进行比例降压后进行信息采集。两者信号通过工控机4的函数重新变换后形成实际检测值与各车辆数据库进行比对，从而判断实际检测值是否满足设计要求。

在控制程度中，预先存储有各车型试验模式所需的工况条件，选择车型后自动切换至所需模拟工况。本实施例中试验控制台1中配置有200公里动车组(4+4)、300公里动车组(5+3)、200公里长编组(8+8)、350公里动车组(8)等车型试验模式，通过选择上述车型和对应试验单元，自动将试验控制台1切换至所需工况。

在控制程度中，还预先存储有标准数据库，将采集的各种测试数据与标准数据库中的数据进行比对，进而判断采集的测试数据是否满足设计要求。

标准数据库具备两种功能：功能一是通过数据库内保存的速度输出值、AS压力设定值、BC压力判定值、BP电压判定值、AVR电压输出值自动完成试验，在选定测定项目后，测定结果数据及未测定的数据用不同颜色分别标识，测定结果数据在设定的公差内的和在公差外的用不同颜色加以区分，显示结果一目了然；功能二是可由具备授权人员，在数据库中增加试验项目，修改各类参数，保存后直接改变试验界面。该测试系统采用窗口界面抓图方式保存试验结果，便于历史数据的查询与打印。

另外，该测试系统还可以实现网络信息交换和传感器标定等功能。

试验控制台1的程序为自动运行，也可以采用半自动输入设定相关数据，如可以重新设置速度、空簧压力等数据。

试验控制台1设置急停按钮，用于切断所有设备的电源，保证测试过程中如出现意外状况时，及时切断电源，确保安全。

如图5所示，下面详细描述高速动车组制动测试方法的步骤：

1、将两个试验控制台1分别移动至3号和6号被测车厢3处，并将两个试验控制台1牢靠地停放在试验区域内。将相关的数据线，电线及空气管路与被测车厢3连接。

2、两个试验控制台1之间采用以太网进行联控，设定其中一个为主控端，另一个为从控端。

3、在操作面板6上选择被测车型和对应试验单元，自动将控制程序切换至所需工况。

4、保持被测车厢3在静态状态下，利用测试系统模拟车辆空车、定员，在0-400km/h之间不同速度的车辆空簧载荷信号、速度模拟信号及再生制动模拟信号，并将模拟信号发送到被测车辆3的总控制系统，车辆的总控制系统就会根据接收到的信号来判断采用何种制动等级，通过车辆施加制动档位信号。

5、被测车辆3制动系统相应上述工况，进行制动动作，并同时输出制动压力信号、再生请求信号、EP电流等制动信息。

6、试验控制台1采集相关的制动测试数据，并将收集到的数据与标准数据库中的标准数据进行对比，判断并记录试验结果，进而测定制动系统的各项性能指标是否满足设计要求。

试验测定项目包括如下：

(1)模拟空车、定员，在0～400km/h之间不同速度下进行常用制动、快速制动力数值及变化曲线检测。

(2)紧急制动力数值及变化曲线检测。

(3)电空演算关系检测(再生制动请求电压采集及模拟电压实时减半反馈)

通过信号采集和分析单元实时检测车辆制动控制装置发出的再生请求电压信号，同时根据动车组再生减半反馈原则，通过再生制动模拟单元实施发出模拟牵引变流器再生制动电压信号，验证车辆制动过程中的电空配合关系。

(4)防滑系统验证试验。

通过速度模拟单元模拟车辆四根轴高速运行进行制动时，其中一根轴的减速度或速度差大于防滑阀33动作触发值时，制动控制装置对该轴的制动力防滑控制逻辑。

(5)空簧补偿功能检测。

通过车辆空簧载荷模拟单元模拟车辆空簧压力处于破损或异常重载的工况下的制动控制装置输出制动力是否按照设计参数进行控制。

(6)通过T2或M4车对应的中继箱2采集的电压信号，对常用制动、快速制动、紧急制动的指令与空气制动力的响应时间进行测定。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种高速动车组制动测试系统，其特征在于：包括试验控制台和中继箱；

所述试验控制台包括工控机、显示及操作单元、车辆空簧载荷模拟单元、速度模拟单元、再生制动模拟及反馈单元、信号采集和分析单元；

所述中继箱用于在被测车厢及所述试验控制台之间进行信息采集和传输，每节被测车厢配备至少一个中继箱。

2.根据权利要求1所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：所述试验控制台为多个，多个试验控制台之间通过以太网联动控制。

3.根据权利要求1所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：所述速度模拟单元由信号控制板、函数发生器、继电器排组成；所述信号控制板通过GPIB协议控制函数发生器发出不同频率和幅值的方波或正弦波，通过继电器排实现不同车辆间速度通道切换，各速度模拟信号通过信号线传递至各被测车厢对应的中继箱，实现与车辆的信号模拟通信。

4.根据权利要求1所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：所述车辆空簧载荷模拟单元由风缸、模拟量控制输出板、模拟量信号采集板、数字量输出板、比例阀、三位五通电磁阀及压力传感器组成；所述比例阀设置在所述风缸的出风管路上，所述出风管路的另一端接各被测车厢的中继箱，所述模拟量控制输出板控制比例阀的开度，所压力传感器用于采集各车厢的风压，压力传感器与模拟量信号采集板连接，模拟量信号采集板进行信号比对，模拟量信号采集板与数字量输出板信号连接，所述数字量输出板控制三位五通电磁阀的开关，所述三位五通电磁阀设置在所述出风管路上。

5.根据权利要求1所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：所述再生制动模拟单元由开关量电压源、AVI电压模拟装置、模拟量信号采集板组成；所述开关量电压源用于试验过程中直流电压的设定，所述AVI电压模拟装置用于模拟车载牵引变流器反馈电压值至车载制动控制装置，所述模拟量信号采集板用于检测再生有效状态下的空气制动力。

6.根据权利要求1所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：所述信号采集和分析单元由多路电压传感器、压力传感器、模拟量信号采集板及标准数据库组成；所述压力传感器用于将各车中继箱接收的气压信号转换成电流环信号传递至试验控制台，所述电压传感器用于比例降压，所述模拟量采集板用于数据采集。

7.根据权利要求1至6任一项所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：将各车型试验模式所需的工况条件预先存储在控制程序中，选择车型后自动切换至所需的模拟工况。

8.根据权利要求1至6任一项所述的高速动车组制动测试系统，其特征在于：在控制程序中预先存储有标准数据库，将采集的测试数据与标准数据库中的数据进行比对，进而判断采集的数据是否满足设计要求。

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