一種軌道車輛制動控制單元的製作方法
2023-05-31 19:49:36
一種軌道車輛制動控制單元的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種軌道車輛制動控制單元，包括電氣相互獨立的制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分。制動控制部分包括氣制動控制單元、車輪滑行保護單元、MVB網絡通信和串口通信，車軸不旋轉檢測部分包括車軸速度異常檢測單元、MVB網絡通信和串口通信；氣制動控制單元包括制動指令接收、制動力計算、EP電流控制和EP電流滯後補償控制等，車輪滑行保護單元包括滑行和抱死檢測、防滑和防抱死控制、踏面清掃控制和ATC軸滑行狀態輸出；車軸速度異常檢測單元判斷是否存在某軸抱死或軸速度異常。本發明的制動控制單元中設置了獨立的車軸不旋轉檢測部分，能夠獨立的對速度傳感器的工作電流進行監視，上報給車輛診斷設備，提高了設備的安全等級。
【專利說明】一種軌道車輛制動控制單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛的制動控制系統，具體涉及一種軌道車輛制動控制單元。
【背景技術】
[0002]電子制動控制單元(EB⑶)連同氣制動控制單元共同組成制動控制裝置，主要用於外部輸入信號的接收與電磁閥的控制及控制信號的輸出等。
[0003]現有的動車組一般採用自律分散式的制動力管理方式，這種方式中每輛車制動力計算相對獨立，不能對整車的制動力進行統一分配，無法針對整車的運行狀況對制動力進行均衡的分配；或者採用基於CAN總線制動內網進行制動力管理，一旦承擔制動力管理的控制器故障，整車將失去制動力分配的功能。
[0004]另外，現有的動車組電子制動控制單元沒有獨立的車軸不旋轉檢測功能，主要是根據制動控制部分採集的速度信號，判斷是否存在某軸抱死或軸速度異常，並將相應的故障信號報給列車控制系統，當制動控制部分故障時，則無法向列車控制系統上報車軸不旋轉的狀態。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於根據《中國標準動車組制動系統技術條件》的要求，在WTB+MVB的網絡架構下，提供一種軌道車輛制動控制單元，具有列車級主控和網段級主控管理功能。
[0006]本發明採用的技術方案如下:
一種軌道車輛制動控制單元，包括制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分，制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分的電氣相互獨立，制動控制部分包括氣制動控制單元、車輪滑行保護單元、MVB網絡通信和串口通信，車軸不旋轉檢測部分包括車軸速度異常檢測單元、MVB網絡通/[目和串口通/[目；
所述氣制動控制單元包括制動指令接收、制動力計算、EP電流控制、衝擊控制、EP電流滯後補償控制和空走時間補償控制:氣制動控制單元接受到分配的氣制動力，計算出制動缸壓力目標值並對輸出的EP閥電流進行控制，在網絡通信異常時還需要結合本車的速度和車重進行制動力計算^EP閥電流控制中，氣制動控制單元對制動缸目標壓力是增加還是減小進行判斷，若制動缸壓力目標值降低，則相應地進行EP電流的滯後補償，即相應地減小EP電流；
所述車輪滑行保護單元包括滑行和抱死檢測、防滑和防抱死控制、踏面清掃控制和ATC軸滑行狀態輸出:車輪滑行保護單元採集車輛軸的速度信號，根據傳感器輸入脈衝的頻率和車輪直徑進行軸速度的計算，然後根據各軸的速度、減速度、基準軸速度、速度差和滑移率，綜合運用各種滑行判據，實時監測各輪的運行狀態，判斷是否發生滑行和抱死；當檢測到某軸發生滑行時，所述制動控制部分立即減小該軸的制動力，並實時監測該軸運行狀態，待檢測到該軸輪軌間粘著恢復後，再恢復滑行前的制動力；同時，車輪滑行保護單元輸出踏面清掃控制信號，控制踏面清掃裝置清掃本車各車輪，提高輪軌間的粘著狀況；當檢測到列車ATC軸發生滑行，車輪滑行保護單元輸出ATC軸滑行控制信號，使得在ATC軸發生滑行的情況下，ATC制動不能緩解；
所述車軸速度異常檢測單元根據採集的速度信號，判斷是否存在某軸抱死或軸速度異堂巾O
[0007]進一步地，所述車輪滑行保護單元和車軸防滑不旋轉檢測部分還分別包括輪徑設定與修正模塊，當車輪璇修或磨耗後，通過網絡給定頭尾車軸的輪徑，上電後同時滿足下列條件時，進行一次輪徑修正處理:(I)非牽引；(2)非制動中；(3)全軸非滑行檢測；(4)全軸速度輸入無異常；(5)全軸無斷線檢測；(6)全軸速度大於100km/h ;輪徑修正過程在車輛制動控制單元一次上電過程中，只進行一次。
[0008]進一步地，所述制動控制部分和車軸防滑不旋轉檢測部分還分別包括故障診斷處理單元，故障診斷處理單元包括參數顯示、實時時鐘、數字調諧、故障診斷和數據的記錄與下載，通過乙太網實現。
[0009]當滑移率超過50%時，所述車輪滑行保護單元進行防抱死控制。
[0010]當所述車輛制動控制單元位於頭尾車上時，所述制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分還分別包括列車級制動管理單元和段制動管理單元，且車軸不旋轉檢測部分為冗餘。
[0011]車輪滑行保護單元還設有獨立的防滑閥監控處理器，用來檢測防滑閥工作超時、過流、過壓和欠壓的異常狀態，當檢測到以上異常時，監控處理器獨立地進行防滑電源切斷，使防滑閥處於安全的狀態，以提高設備的安全等級。
[0012]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
1.本發明的軌道車輛制動控制單元，通過WTB+MVB網絡進行整車制動力管理和分配，分為列車級制動管理(TBM)和網段級制動管理(SBM)兩部分功能，且列車級制動管理(TBM)和網段級制動管理(SBM)在頭車的電子制動控制單元的制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分中相互冗餘，提高了設備和可靠性。
[0013]2.本發明的制動控制單元中，當各EBCU檢測到制動管理失效或MVB掉線，將根據自身檢測的制動指令、車重及速度對應的減速度進行本車制動力的計算機控制，從而提高了整個系統的安全性。
[0014]3.本發明的制動控制部分中的防滑控制功能中設置了具有獨立的監控功能，能夠檢測防滑閥工作超時、過流、過壓和欠壓的工作異常狀態，並獨立的執行斷電保護功能，從而提高了防滑控制的安全等級。
[0015]4.本發明的電子制動控制單元中設置了獨立的車軸不旋轉檢測部分，與制動控制部分對車軸狀態的檢測相互獨立，能夠獨立的對速度傳感器的工作電流進行監視，上報給車輛診斷設備，提高了設備的安全等級。
[0016]5.現有的動車組電子制動控制單元一般採用RS232或RS485或CAN總線進行故障診斷和故障數據的下載。本發明的電子制動控制單元設計的專用的乙太網插件，通過乙太網接口進行故障診斷和故障數據下載，以及遠程升級處理的程序文件，使維護工作更加方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的總體架構圖。
【具體實施方式】
[0018]結合附圖對本發明的技術方案作進一步地進行說明。
[0019]本發明控制單元的總體架構分布如圖1所示，包括制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分，這兩部分在電氣上完全獨立。制動控制部分主要包括氣制動控制單元、車輪滑行保護單元、MVB網絡通信和串口通信，車軸不旋轉檢測部分主要包括車軸速度異常檢測單元、MVB網絡通信和串口通信。
[0020]制動控制部分具有制動力控制功能。根據車輛載重和速度信息進行制動力計算，通過MVB網絡進行制動力管理和分配。動車向牽引控制單元進行電制動力申請，並根據牽引控制單元反饋的電制動力大小，確定是否要補充空氣制動力。若需補充空氣制動力，則由制動控制部分輸出EP電流給電空轉換閥(EP閥)，EP閥根據EP電流大小向中繼閥輸出預控壓力ACl，中繼閥將ACl壓力進行流量放大輸出給制動缸，形成BC壓力，BC壓力經防滑閥輸出給制動夾鉗，產生所需空氣制動力。
[0021]制動控制部分還具有防滑控制功能。空氣制動防滑控制是通過防滑閥控制各軸制動缸壓力來實現。當BCU檢測到某軸產生滑行，則通過防滑閥將該軸制動缸壓力空氣排出，減小該軸空氣制動力。電制動滑行控制是通過停止制動申請信號來實現，當施加電制動力時某軸發生滑行，EBCU停止向TCU的電制動請求信號，該車電制動力停止施加，待滑行消失後再進行施加。防滑功能設計的獨立的監視處理器，能夠監視防滑閥的工作超時、過流、過壓和欠壓的工作異常狀態，並在異常時獨立的進行防滑閥進行斷電保護，使故障導向安全模式。
[0022]當控制單元位於頭尾車上時，制動控制部分主要功能包括:制動力控制、車輪滑行保護(WSP)、故障診斷、故障存儲、MVB通信、空簧診斷及速度信號狀態輸出等，此外，還需具備列車級制動管理(TBM)和段制動管理(SBM)的功能。車軸不旋轉檢測部分具有車軸不旋轉檢測(DNRA)、列車級制動管理(TBM)功能、段制動管理(SBM)功能、空壓機管理、車上試驗管理、MVB通信、故障診斷等功能。
[0023]頭尾車的制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分，只根據位置信號識別是否具有SBM的功能，當根據頭尾車信號及聯掛狀態信號識別為具有TBM功能的主控單元，同時具備SBM的功能。當識別為BCU具有SBM功能時，其中制動控制部分啟用SBM管理功能；車軸不旋轉檢測部分作為冗餘的SBM管理功能。對於車軸不旋轉檢測部分的TBM功能，主要是作為制動控制部分功能的冗餘，在制動控制部分該功能失效的情況下，通過生命信號告知車軸不旋轉檢測部分啟用TBM功能，同時車軸不旋轉檢測部分需將已啟用的信息告知制動控制部分，從而提高了系統的可靠性。
[0024]控制單元根據頭尾車信號及聯掛信號識別當前是否具備列車級制動管理功能，如:制動力管理、空壓機控制管理、司機制動試驗管理等相關管理功能。在常用和緊急EB的情況下，控制單元根據接收的司機控制單元制動指令信息、各單元段制動管理SBM通過WTB和MVB網絡發送的各單元內的車重信息和根據自身確定的列車基準速度，進行整列車的制動力計算。並根據各網絡單元發送的電制動及氣制動可用信息，採用優先使用電制動的原貝1J，向各個單元分配需施加的電制動和氣制動力。
[0025]每列車可以設有兩臺空壓機，分別安裝於T車(3車和6車)中，空壓機控制採用主輔控制方式，由列車級制動管理TBM統一管理；由本地的B⑶執行對應空氣壓縮機啟停。
[0026]當控制單元位於動車上時，制動控制部分具有MVB通信、本地制動控制功能、滑行檢測、防滑控制、電制動滑行時，電空複合控制功能、故障診斷等功能。車軸防滑不旋轉檢測部分具有MVB通信、車軸不旋轉檢測、故障診斷等功能。
[0027]當控制單元位於拖車上時，制動控制部分具有MVB通信、本地制動控制功能、本地空壓機控制、滑行檢測防滑控制、故障診斷等功能。車軸不旋轉檢測部分具有MVB通信、車軸不旋轉檢測、故障診斷等功能。
[0028]氣制動控制王要包括制動指令接收、制動力計算、EP電流控制、衝擊控制、EP電流滯後補償控制、空走時間補償控制:
(I)EP閥為線性比例閥，其輸出的空氣壓力與輸入的電流大小成正比，氣制動控制單元根據計算出的制動缸壓力目標值對輸出的EP閥電流進行控制。根據制動緩解時EP閥的特性，為了確保EP閥處於緩解位置，對EP閥電流進行電流偏差控制，即制動緩解時使EP閥仍保持一定大小的電流值。
[0029](2)在電制動力請求和空氣制動力上升與下降時，為抑制車輛衝擊，提高乘車舒適型，在制動過程中實施衝動控制(緊急制動UB除外)。
[0030](3)由於EP閥和中繼閥輸出的空氣壓力的滯後性，使得對應同一個EP閥電流，在EP閥電流下降時的制動缸壓力，大於上升時的制動缸壓力，因此，在EP閥電流控制中，應對制動缸目標壓力是增加還是減小進行判斷。若制動缸壓力目標值降低，則相應地進行EP電流的滯後補償，即相應地減小EP電流。
[0031](4)空氣制動存在一定的滯後，從制動指令的下達到制動閘片和制動盤之間產生壓力，需要一定的時間。本地制動控制部分檢測到制動狀態下，列車速度在40km/h以下時，為保證電制動失效時空氣制動能迅速響應，補充制動力，避免制動距離過長，制動控制部分在電制動力足以負擔列車制動力需求的情況下輸出特定的初始EP電流，控制向制動缸預充一定的初始BC壓力；而速度在40km/h以上時，設計時認為列車將進入高速區段，此時電制動力可以滿足制動力需求的情況下，為避免制動閘片不必要的磨損，制動控制部分輸出BC壓力為O對應的EP電流。
[0032]車軸不旋轉檢測部分通過MVB網絡與列車控制系統進行通信，列車控制系統向BCU發送制動指令等控制指令及時間同步信號、車上試驗等信號；車軸不旋轉檢測部分向列車控制系統傳送本車制動系統運行狀態、故障等信息等。
[0033]控制單元還包括輪徑設定與修正模塊，當車輪璇修或磨耗後，通過網絡給定頭尾車軸的輪徑，上電後同時滿足下列條件時，進行一次輪徑修正處理:(1)非牽引；(2)非制動中；(3)全軸非滑行檢測；(4)全軸速度輸入無異常；(5)全軸無斷線檢測；(6)全軸速度大於100km/h ;輪徑修正過程在列車電子制動控制單元一次上電過程中，只進行一次。執行修正時，以頭尾車第3軸的輪徑為基準，算出頭尾車3軸的速度，並將該軸速度發送到MVB網絡，本網段的其他軸根據該軸的線速度，結合檢測的角速度進行各軸輪徑的計算；
制動控制部分通過MVB網絡與列車控制系統進行通信，列車控制系統向制動控制部分發送制動指令等控制指令及時間同步信號、車上試驗等信號；制動控制部分向列車控制系統傳送本車制動系統運行狀態、故障等信息等。制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分應具備串行通信(RS485)功能，或者通過乙太網接口實現與上位機的通信，進行實時狀態監視、故障讀取和遠程升級程序。通過串行通信口(RS485)或者通過乙太網接口還可實現數字調諧、參數設定、開關量模擬、空車/定員載重的模擬等功能。
【權利要求】
1.一種軌道車輛制動控制單元，包括制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分，其特徵在於，制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分的電氣相互獨立，制動控制部分包括氣制動控制單元、車輪滑行保護單元、MVB網絡通信和串口通信，車軸不旋轉檢測部分包括車軸速度異常檢測單元、MVB網絡通信和串口通信； 所述氣制動控制單元包括制動指令接收、制動力計算、EP電流控制、衝擊控制、EP電流滯後補償控制和空走時間補償控制:氣制動控制單元接受到分配的氣制動力，計算出制動缸壓力目標值並對輸出的EP閥電流進行控制，在網絡通信異常時還需要結合本車的速度和車重進行制動力計算；在EP閥電流控制中，氣制動控制單元對制動缸目標壓力是增加還是減小進行判斷，若制動缸壓力目標值降低，則相應地進行EP電流的滯後補償，即相應地減小EP電流； 所述車輪滑行保護單元包括滑行和抱死檢測、防滑和防抱死控制、踏面清掃控制和ATC軸滑行狀態輸出:車輪滑行保護單元採集車輛軸的速度信號，根據傳感器輸入脈衝的頻率和車輪直徑進行軸速度的計算，然後根據各軸的速度、減速度、基準軸速度、速度差和滑移率，綜合運用各種滑行判據，實時監測各輪的運行狀態，判斷是否發生滑行和抱死；當檢測到某軸發生滑行時，所述制動控制部分立即減小該軸的制動力，並實時監測該軸運行狀態，待檢測到該軸輪軌間粘著恢復後，再恢復滑行前的制動力；同時，車輪滑行保護單元輸出踏面清掃控制信號，控制踏面清掃裝置清掃本車各車輪，提高輪軌間的粘著狀況；當檢測到列車ATC軸發生滑行，車輪滑行保護單元輸出ATC軸滑行控制信號，使得在ATC軸發生滑行的情況下，ATC制動不能緩解； 所述車軸速度異常檢測單元根據採集的速度信號，判斷是否存在某軸抱死或軸速度異堂巾O
2.根據權利要求1所述的一種軌道車輛制動控制單元，其特徵在於，所述車輪滑行保護單元和車軸防滑不旋轉檢測部分還分別包括輪徑設定與修正模塊，當車輪璇修或磨耗後，通過網絡給定頭尾車軸的輪徑，上電後同時滿足下列六個條件時，進行一次輪徑修正處理:(I)非牽引；(2)非制動中；(3)全軸非滑行檢測；(4)全軸速度輸入無異常；(5)全軸無斷線檢測；(6)全軸速度大於100km/h ;輪徑修正過程在車輛制動控制單元一次上電過程中，只進行一次。
3.根據權利要求1或2所述的一種軌道車輛制動控制單元，其特徵在於，所述制動控制部分和車軸防滑不旋轉檢測部分還分別包括故障診斷處理單元，故障診斷處理單元包括參數顯示、實時時鐘、數字調諧、故障診斷和數據的記錄與下載，通過乙太網實現。
4.根據權利要求1所述的一種軌道車輛制動控制單元，其特徵在於，當滑移率超過50%時，所述車輪滑行保護單元進行防抱死控制。
5.根據權利要求1所述的一種軌道車輛制動控制單元，其特徵在於，當所述制動控制單元位於頭尾車上時，所述制動控制部分和車軸不旋轉檢測部分還分別包括列車級制動管理單元和段制動管理單元，且車軸不旋轉檢測部分為冗餘。
6.根據權利要求1所述的一種軌道車輛制動控制單元，其特徵在於，所述車輪滑行保護單元還設有獨立的防滑閥監控處理器，用來檢測防滑閥工作超時、過流、過壓和欠壓的異常狀態，當檢測到以上異常時，監控處理器獨立地進行防滑電源切斷，使防滑閥處於安全的狀態，以提高設備的安全等級。
【文檔編號】B60T13/66GK104071143SQ201410326732
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】王紅旗, 劉寅虎, 楊正專, 孫衛兵, 田愛鳳, 楊磊, 李炎, 楊碩 申請人:南京浦鎮海泰制動設備有限公司