CN106080217A - 动车组制动系统及其制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动车组制动系统及其制动方法，该动车组制动系统包括用于发出制动指令的制动指令设备；接收制动指令并分配制动力的制动控制单元；执行空气制动的基础制动装置和执行非摩擦制动的动力制动装置；为制动系统及其他用风设备提供压缩空气的风源装置。该制动方法为用于上述动车组制动系统的制动方法。该发明采用的制动控制方法通过将制动力的有利分配，在充分利用了动车动力制动的同时，兼顾了动车和拖车的空气制动分配，并通过对制动系统中动车和拖车基础制动装置数量的适当配置，使每套基础制动装置承担的制动力趋于一致，有利于基础制动的检修维护以及经济性。

Description

动车组制动系统及其制动方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆控制技术领域，尤其涉及高速动车组中可均匀分配制动力的制动系统。

背景技术

制动系统的主要作用是借助于摩擦作用或其他方法使列车在运行中减低速度、停止运动或作匀速运动。动车组制动系统主要采用微机控制直通电空制动系统，主要包括制动指令设备、制动控制系统、基础制动装置、动力制动装置和风源系统等。

现有的动车组制动系统中，动车组制动时，由制动控制系统根据制动指令设备发出的制动指令进行制动力的管理，控制基础制动装置和动力制动装置执行制动作用，风源系统提供制动过程中所需要的压缩空气；制动控制系统在进行制动力的管理时需要遵循一定的原则，目前通用的做法是优先使用动力制动，动力制动不足时，使用拖车的空气制动进行补充，最后使用动车的空气制动进行补充，补充过程中单车的制动力不超过由轮轨黏着条件决定的可用制动力。

中国发明专利CN 105346556 A中公开了一种基于TCMS分配制动力的城铁车辆制动力管理方法，该管理方法优先使用动力制动力，空气制动作为制动力不足时的补充，动力制动与空气制动实时协调配合，在动力制动能力足够的情况下不使用空气制动，达到能量最大程度反馈电网，闸瓦磨耗大大减少的目的；当动力制动能力不足时，优先在拖车和动力制动故障的动车上补充空气制动，达到最大黏着后，再在动力制动正常的动车上平均补充空气制动。以实现了各车制动力较为平均的分配，减少各车间相互作用力，以及加强车辆寿命的目的；制动过程及启动过程中，根据整车冲动限制要求线性控制制动力施加，实现了车辆冲动降低，牵引力、动力制动和空气制动的转换平滑。

但是，通常情况下，动力制动和拖车的空气制动之和已可满足整列车制动力需求，上述方式就导致拖车空气制动的使用频繁，动车空气制动较少使用或基本不用的情况，进而导致拖车制动盘和闸片的磨耗远大于动车，而拖车制动盘和闸片的维护难度远高于动车，不利于基础制动的检修维护及经济性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高速动车组制动系统及其制动控制方法，该发明通过将制动力的有利分配，充分利用了动车动力制动的同时，兼顾了动车和拖车的空气制动分配，进一步通过对动车和拖车基础制动装置数量的适当配置，使每套基础制动装置承担的制动力趋于一致，有利于基础制动的检修维护以及经济性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种动车组制动系统，包括用于发出制动指令的制动指令设备，以及接收制动指令并分配制动力的制动控制单元，制动控制单元包括可根据不同级位制动指令对应的减速度-速度曲线计算制动力的制动力计算模块，以及可将计算后制动力进行分配的制动力分配模块，制动力分配模块连接有进行动车组动力制动的动力制动装置，以及可执行空气制动的基础制动装置。

作为本发明的进一步优化，动车组制动系统还包括风源装置。

本发明还提供了一种用于上述动车组制动系统的制动方法，该制动方法包括以下步骤：制动指令设备发出制动指令；制动控制单元接收制动指令，制动控制单元中的制动力计算模块计算制动力需求；制动控制单元中的制动力分配模块分配制动力；动力制动装置接收到制动力分配模块中分配的制动力后执行动力制动；基础制动装置接收到制动力分配模块分配的剩余制动力,基础制动装置根据拖车空气制动与动车空气制动的制动力分配比例,依次分配到拖车空气制动装置和动车空气制动装置,并依次执行空气制动。

作为本发明的进一步优化,制动力计算模块在计算制动力时，根据制动力计算模块内置的不同级位制动指令对应减速度-速度曲线，计算目标减速度值，根据F＝ma，进一步求出制动力F,其中，F为制动力，单位为N；m为动车组的质量，单位为kg；a为制动减速度值，单位为m/s²。

作为本发明的进一步优化，制动力分配模块分配制动力时按照以下步骤依次分配：判断动力制动是否能满足动车组的制动需求，如满足，则制动力分配模块将制动力全部分配至动力制动装置，以施加动力制动；如不满足要求，则先分配至动力制动装置所能承受的最大制动力，剩余制动力需求依次按照下述步骤继续；剩余的制动力需求，分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在拖车可用空气制动比例值范围之内，如在拖车空气制动比例值范围之内，则将剩余制动力全部分配至拖车的空气制动；如剩余制动力超过拖车空气制动比例值范围，先将剩余制动力分配至拖车空气制动，使该拖车空气制动达到拖车空气制动比例值的最大制动力，剩余制动力依次进行后续步骤；剩余的制动力需求，继续分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在动车空气制动可用值范围之内，如在动车空气制动可用值范围之内，则将剩余制动力全部分配至动车空气制动上；如剩余制动力超过动车空气制动可用值范围，则先将剩余制动力分配至动车空气制动，使该动车空气制动达到动车空气制动可用值的最大制动力，剩余制动力进行最后步骤；将剩余后的制动力全部分配至拖车空气制动。

作为本发明的进一步优化，拖车可用空气制动力比例值根据下述公式计算：F_拖＝δ×F_T，其中F_拖表示拖车可用空气制动力比例值，单位为N；δ为根据需求选取的比例系数，取值范围为0.2-0.8；F_T＝μ×m_T×g，F_T为由黏着条件决定的拖车可用制动力，单位为N,其中μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_T为拖车质量,单位为kg，g为9.8，单位为m/s²。

作为本发明的进一步优化，动车空气制动可用的最大值为F_动＝F_D-F_DD，其中，F_动为动车可用空气制动力，单位为N；F_D＝μ×m_D×g，F_D为由黏着条件决定的动车可用制动力，单位为N，μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_D为动车质量，单位为kg，g为9.8，单位为m/s²；F_DD为动力制动装置实际的制动力，单位为N。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明在充分利用动车动力制动的同时，兼顾了动车和拖车的空气制动分配，尤其在大级别制动时可使动车与拖车均施加一定的空气制动，进一步通过对动车和拖车基础制动装置数量的适当配置，可使动车和拖车的制动盘和闸片磨耗趋于均衡，提高基础制动装置的可维护性和经济性；

2、本发明中制动力的分配根据制动控制单元内置的减速度-速度曲线，该曲线是对应于不同级位制动指令，更科学合理。

附图说明

图1为本发明制动系统的示意图；

图2为本发明制动方法的流程图；

图3为本发明制动减速度示例曲线；

图4为本发明动力制动力示例曲线；

图5为通用控制方法下制动力分配示意图；

图6为本发明控制方法下制动力分配示意图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1，是本发明制动系统的示意图。如图1所示，本发明的动车组制动系统，包括用于发出制动指令的制动指令设备，以及接收制动指令并分配制动力的制动控制单元，该制动控制单元包括可根据不同级位制动指令对应的减速度-速度曲线计算制动力的制动力计算模块，以及可将计算后制动力进行分配的制动力分配模块，制动力分配模块连接有进行动车组动力制动的动力制动装置，以及可执行空气制动的基础制动装置。

上述中，制动指令设备受控于司机操作或列车自动控制；

制动控制单元，安装于每辆动车上，通过列车网络或硬线等信息传输设备接收上述制动指令，该制动控制单元包括但不限于电子制动控制装置和气动制动控制装置，该处所述电子制动控制装置和气动制动控制装置均为现有技术，在此均不进行详细说明；且在该制动控制单元内部集成了制动控制软件；制动控制单元根据制动指令设备发出的制动指令，综合动车组载荷及可用制动力进行制动管理，并控制动力制动装置和基础制动装置执行制动作用；

基础制动装置，主要由制动夹钳单元、制动盘和闸片组成，此处所述的基础制动装置也为现有技术，背景技术中引用的对比文件也对此进行了详细说明，因此在此不赘述。同时，本发明中根据具体操作中的需要，动车每根轴可配置数套基础制动装置，拖车每根轴可配置数套基础制动装置，分配的空气制动力以控制压力的形式发送给基础制动装置，基础制动装置根据制动控制单元输出的压力执行空气制动，通过制动盘和闸片的机械摩擦对动车组进行调速或停车。

动力制动装置，安装于动车上，可以采用再生制动、电阻制动或液力制动等非机械摩擦式制动。

进一步结合参见图3，图3为本发明制动减速度示例曲线。在该图3中显示，在动车组运行速度相同的前提下,不同级位制动指令对应了不同的减速度，制动控制单元接收到来自制动指令设备的制动指令后，制动控制单元根据内置的减速度-速度曲线，通过动车组当前速度进而获取目标减速度值a，进一步根据动车组载荷，计算制动力需求F。此处中，a，F的表示含义在下述将具体说明，此处不细述。

另外，继续参见图1，上述动车组制动系统还包括可为制动控制单元提供压缩空气的风源装置。

参见图2，是本发明中制动方法的流程图。如图2所示，本发明还提供了一种用于上述动车组制动系统的动车组制动方法，包括以下步骤：

制动指令设备发出制动指令；

制动控制单元接收制动指令，制动控制单元中的制动力计算模块计算制动力需求；

制动控制单元中的制动力分配模块分配制动力；

动力制动装置接收到制动力分配模块分配的制动力后执行动力制动；

基础制动装置接收到制动力分配模块分配的剩余制动力,基础制动装置根据拖车空气制动与动车空气制动的制动力分配比例,依次分配到拖车空气制动装置和动车空气制动装置,并依次执行空气制动。

结合图4，图4为本发明动力制动力示例曲线。进一步对上述制动方法进行详细说明，上述中，在制动力计算模块在计算制动力时，根据制动力计算模块内置的不同级位制动指令对应减速度-速度曲线(图3中显示)，计算目标减速度值，根据F＝ma，进一步求出制动力F,其中，F为制动力，单位为N；m为动车组的质量，单位为kg；a为制动减速度值，单位为m/s²。

进一步参见图2，如图2所示，制动力分配模块分配制动力时按照以下步骤依次分配：

判断动力制动是否能满足动车组的制动需求，如满足，则制动力分配模块将制动力全部分配至动力制动模块，以施加动力制动；如不满足要求，则先分配至动力制动装置所能承受的最大制动力，剩余制动力需求依次按照下述步骤继续；

剩余的制动力需求，分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在拖车可用空气制动比例值范围之内，如在拖车空气制动比例值范围之内，则将剩余制动力全部分配至拖车的空气制动；如剩余制动力超过拖车空气制动比例值范围，先将剩余制动力分配至拖车空气制动，使该拖车空气制动达到拖车空气制动比例值的最大制动力，剩余制动力依次进行后续步骤；

剩余的制动力需求，继续分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在动车空气制动可用值范围之内，如在动车空气制动可用值范围之内，则将剩余制动力全部分配至动车空气制动装置,使拖车执行空气制动；如剩余制动力超过动车空气制动可用值范围，则先将剩余制动力分配至动车空气制动装置,使动车执行空气制动，该动车空气制动达到动车空气制动可用值的最大制动力，剩余制动力进行最后步骤；

将剩余后的制动力全部分配至拖车空气制动装置,拖车执行空气制动。

对上述步骤进一步详细说明，上述中，拖车可用空气制动力比例值根据下述公式计算：F拖＝δ×F_T，其中F拖表示拖车可用空气制动力比例值，单位为N；δ为根据需求选取的比例系数，取值范围为0.2-0.8；F_T＝μ×m_T×g，F_T为由黏着条件决定的拖车可用制动力，单位为N,其中μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_T为拖车质量,单位为kg，g为9.8，单位为m/s²。

上述中，动车空气制动可用的最大值为F动＝F_D-F_DD，其中，F动为动车可用空气制动力，单位为N；F_D＝μ×m_D×g，F_D为由黏着条件决定的动车可用制动力，单位为N，μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_D为动车质量，单位为kg，g为9.8，单位为m/s²；F_DD为由动力制动装置实际的制动力，单位为N。

通过上述方式对动车组制动进行控制，选择不同的δ，即可实现对拖车空气制动和动车空气制动的制动力分配。通过对动车和拖车的基础制动装置数量的适当配置，可使每套基础制动装置承担的空气制动力基本一致，进而使各车基础制动装置机械磨耗趋于一致。

下面，参见图5以及图6，选择8辆编组动车组(包括4辆动车4辆拖车，动车8套基础制动装置，拖车12套基础制动装置)，对本发明的优势与现有技术对比进一步进行详细说明：

图5中，为现有通用制动方法下制动力分配示意图。如图5所示，选择常用全制动工况，按照目前通用的制动方法，制动力分配时优先使用动力制动，动力制动不足时，使用拖车的空气制动进行补充，最后使用动车的空气制动进行补充。如图5所示，正常情况下，动车的可用动力制动力和拖车的可用空气制动力之和已满足整列车制动力需求，动车未施加空气制动。按照此种控制方法，导致实际运用过程中，拖车空气制动使用频繁，动车空气制动基本不用，造成拖车制动盘和闸片的磨耗远大于动车，不利于基础制动的检修维护及经济性。

如图6所示，图6为采用本发明的制动方法下的制动力分配示意，选择常用全制动工况，按照本发明的制动方法，制动力分配时优先采用动车的动力制动，动力制动不足时，使用拖车的空气制动补充至一定比例(如选择δ＝0.5)，仍不足时，使用动车的空气制动补充，最后使用拖车剩余的空气制动进行补充。如图6所示，采用此种控制方法，动车和拖车均施加了一定值的空气制动力，每套基础制动装置承担的制动力趋于一致。

综上所述，采用本发明的制动系统和制动方法，在制动力分配时，通过选择适当的比例系数δ，可调节动车和拖车的空气制动力分配，进一步通过对基础制动装置数量的适当配置可使动车与拖车的制动盘和闸片磨耗趋向一致，提高基础制动装置的可维护性和经济性。

Claims (7)

1.一种动车组制动系统，包括用于发出制动指令的制动指令设备，以及接收制动指令并分配制动力的制动控制单元，其特征在于，制动控制单元包括可根据不同级位制动指令对应的减速度-速度曲线计算制动力的制动力计算模块，以及可将计算后制动力进行分配的制动力分配模块，制动力分配模块连接有进行动车组动力制动的动力制动装置，以及可执行空气制动的基础制动装置。

2.根据权利要求1所述的动车组制动系统，其特征在于：动车组制动系统还包括风源装置。

3.一种用于权利要求1或2所述动车组制动系统的动车组制动方法，其特征在于：包括以下步骤：

制动指令设备发出制动指令；

制动控制单元接收制动指令，制动控制单元中的制动力计算模块计算制动力需求；

制动控制单元中的制动力分配模块分配制动力；

动力制动装置接收到制动力分配模块分配的制动力后执行动力制动；

基础制动装置接收到制动力分配模块分配的剩余制动力,基础制动装置根据拖车空气制动与动车空气制动的制动力分配比例,依次分配到拖车空气制动装置和动车空气制动装置,并依次执行空气制动。

4.根据权利要求3所述的动车组制动方法，其特征在于：制动力计算模块在计算制动力时，根据制动力计算模块内置的不同级位制动指令对应减速度-速度曲线，计算目标减速度值，根据F＝ma，进一步求出制动力F,其中，F为制动力，单位为N；m为动车组的质量，单位为kg；a为制动减速度值，单位为m/s²。

5.根据权利要求4所述的动车组制动方法，其特征在于：制动力分配模块分配制动力时按照以下步骤依次分配：

判断动力制动是否能满足动车组的制动需求，如满足，则制动力分配模块将制动力全部分配至动力制动装置，以施加动力制动；如不满足要求，则先分配至动力制动模块所能承受的最大制动力，剩余制动力需求依次按照下述步骤继续；

剩余的制动力需求，分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在拖车可用空气制动比例值范围之内，如在拖车空气制动比例值范围之内，则将剩余制动力全部分配至拖车的空气制动装置,使拖车执行空气制动；如剩余制动力超过拖车空气制动比例值范围，先将剩余制动力分配至拖车空气制动装置，使该拖车空气制动装置达到拖车空气制动比例值的最大制动力，剩余制动力依次进行后续步骤；

剩余的制动力需求，继续分配至基础制动装置，判断剩余制动力是否在动车空气制动可用值范围之内，如在动车空气制动可用值范围之内，则将剩余制动力全部分配至动车空气制动装置上,使动车执行空气制动；如剩余制动力超过动车空气制动可用值范围，则先将剩余制动力分配至动车空气制动装置，使该动车空气制动装置达到动车空气制动可用值的最大制动力，剩余制动力进行最后步骤；

将剩余后的制动力全部分配至拖车空气制动装置,使拖车执行空气制动。

6.根据权利要求5所述的动车组制动方法，其特征在于：拖车可用空气制动比例值根据下述公式计算：F_拖＝δ×F_T，其中F_拖表示拖车可用空气制动力比例值，单位为N；δ为根据需求选取的比例系数，取值范围为0.2-0.8；F_T＝μ×m_T×g，F_T为由黏着条件决定的拖车可用制动力，单位为N,其中μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_T为拖车质量,单位为kg，g为9.8，单位为m/s²。

7.根据权利要求5或6所述的动车组制动方法，其特征在于：动车空气制动可用的最大值为F_动＝F_D-F_DD，其中，F_动为动车可用空气制动力，单位为N；F_D＝μ×m_D×g，F_D为由黏着条件决定的动车可用制动力,单位为N，μ为黏着系数，该系数取决于轮轨黏着条件且与动车当前运行速度相关，m_D为动车质量，单位为kg，g为9.8，单位为m/s²；F_DD为动力制动装置实际的制动力，单位为N。