《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》是中國鐵道科學研究院機車車輛研究所和北京縱橫機電技術開發公司於2012年5月2日申請的專利，該專利的申請號為2012101341220，公布號為CN103381798A，授權公布日為2013年11月6日，發明人是章陽、曹宏發、姜岩峰。
《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》包括，電空制動控制模組，該電空制動控制模組向列車制動管理單元傳送本車可用的最大制動力值；列車制動管理單元，計算列車可用的最大制動力值，及列車需要發揮的制動力百分比信號，並向每輛車的所述電空制動控制模組傳送該百分比信號；MVB網路通訊模組，該MVB網路通訊模組設定在所述電空制動控制模組與列車制動管理單元之間，所述MVB網路通訊模組通過MVB匯流排與列車制動管理單元互動信息，通過CAN匯流排與電空制動控制模組互動信息；感測器模組，該感測器模組用於採集車輛自身信息和相關環境信息。
2018年12月20日，《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法
- 公告號：CN103381798A
- 授權日：2013年11月6日
- 申請號：2012101341220
- 申請日：2012年5月2日
- 申請人：中國鐵道科學研究院機車車輛研究所、北京縱橫機電技術開發公司
- 地址：北京市海淀區大柳樹路2號
- 發明人：章陽、曹宏發、姜岩峰
- Int.Cl.：B60T8/17(2006.01)I
- 代理機構：北京市鑄成律師事務所
- 代理人：劉博
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2012年5月，軌道交通車輛上使用的制動控制系統是這樣工作的：首先，診斷本車的電空制動功能是否可用，若可用，則計算本車可用的最大的電制動力及摩擦制動力，並將這些信息傳送給列車制動管理單元；然後，根據列車制動管理單元反饋回來的制動指令，計算本車需要發揮的電制動力和摩擦制動力；確定了需要的電制動力和摩擦制動力之後，一方面向牽引系統申請相應的電制動力，另一方面，通過控制本車的空氣制動系統產生摩擦制動力。如果電制動力足以滿足制動力要求時，則直接設定空氣制動力的預控目標值為零，而如果電制動力不足以滿足制動力要求時，就需要再設定一個空氣制動的預控壓力目標值，中繼閥根據此預控壓力，輸出對應的制動缸壓力。以上電制動力與空氣制動力的複合作用在全列車範圍內實現。
根據以上描述，不難看出，截至2012年5月的軌道交通車輛的電空制動控制裝置存在的缺陷是：防滑系統與制動控制系統是相互獨立的，在某輛車發生滑動時，防滑系統會減少滑動軸的制動力，防止擦輪，但列車不重新分配製動力。因此，如果軌道交通車輛之中的某輛車有輪對發生滑動，輪軌之間黏著力下降，防滑系統減少該輪對的制動力以防止打滑，這樣全列車的制動力就會下降，導致制動距離延長而超過設計值，從而降低了軌道交通車輛的安全性。
因此，實有必要發明一種適用於軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法以克服2012年5月之前技術的缺陷。
發明內容
專利目的
《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的目的在於：能夠有效解決軌道交通車輛有輪對發生滑動時，因防滑要求降低滑行輪對制動力，而導致的列車制動力下降，從而不能滿足制動距離要求的技術問題。
技術方案
《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的軌道交通車輛的電空制動控制裝置採用如下的技術方案：
一種軌道交通車輛的電空制動控制裝置，其包括，電空制動控制模組，該電空制動控制模組向列車制動管理單元傳送本車可用的最大制動力值；列車制動管理單元，計算列車可用的最大制動力值，及列車需要發揮的制動力百分比信號，並向每輛車的所述電空制動控制模組傳送該百分比信號；MVB網路通訊模組，該MVB網路通訊模組設定在所述電空制動控制模組與列車制動管理單元之間，所述MVB網路通訊模組通過MVB匯流排與列車制動管理單元互動信息，通過CAN匯流排與電空制動控制模組互動信息；感測器模組，該感測器模組用於採集車輛自身信息和相關環境信息。
作為優選實施方式，所述感測器模組至少包括用於採集總風壓力的總風壓力感測器、用於採集預控壓力的預控壓力感測器和用於採集車重壓力的車重壓力感測器。
作為優選實施方式，《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的制動控制系統還包括：電空制動控制電磁閥和中繼閥，該電空制動控制電磁閥接收所述電空制動控制模組的充風/排風信號向中繼閥輸出預控壓力。
作為優選實施方式，《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的制動控制系統還包括：制動缸，所述中繼閥向制動缸輸出對應的壓力，制動缸推動制動夾鉗，使閘片與制動盤摩擦產生制動力。
一種軌道交通車輛的制動控制方法，該方法在列車內進行電制動與空氣制動的複合分配，分配過程為：
計算列車能發揮的制動力：Favail＝∑MiA＝∑EDi+∑FBi
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：x％＝Fneed/Favail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×x％
其中，EDi為：各動車可用的電制動力
FBi為：各車可用的摩擦制動力
Mi為：各車車重
a為：列車需要的減速度
A為：列車在軌道黏著條件下適用的不產生滑行的最大減速度。
作為軌道交通車輛的制動控制方法的另一種實施方式，當某輛車發生滑行的時候，列車制動力進行重新分配，防滑系統檢測到某車發生滑行時，一方面會減小制動力來控制滑行，另一方面將重新計算該車可用的制動力，其最大可用制動力ED+FB保證不超過最大黏著係數，分配過程為：
計算列車能發揮的制動力：F’avail＝∑MiA’＝∑EDi+∑FBi+EDn+FBn
其中i≠n，n是發生滑行的車（實際上仍可以用∑EDi+ ∑FBi表示，這裡是為了說明其中第n輛車發生了滑行，可用制動力發生了變化）
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：y％＝Fneed/F‘avail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×y％及（EDn+FBn）×y％
其中，EDi為：未發生滑行的各動車可用的電制動力，EDn為：發生滑行的車可用的電制動力
FBi為：未發生滑行的各車可用的摩擦制動力，FBn為：發生滑行的車可用的摩擦制動力
Mi為：各車車重
a為：列車需要的減速度
A’：列車在有車輛發生滑行時重新評估的可使用的最大減速度。
改善效果
《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》適用於軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法對軌道交通車輛的制動力進行了重新分配，除了在正常條件下，列車級的電制動力與空氣制動力的複合分配，還增加了當某一輛車有輪對發生滑動的時候，該車重新計算自身可用的最大制動力，報告給列車制動管理單元，並由列車制動管理單元重新分配製動力，來確保列車整體的制動力不下降，以保證制動距離的要求。《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法能夠滿足軌道交通車輛的使用要求並且具有較好的經濟性。
附圖說明
圖1是《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的軌道交通車輛的電空制動控制裝置的方框圖。
附圖中各標號代表的組件名稱如下：
10、電空制動控制模組；11、列車制動管理單元；12、感測器模組；14MVB、網路通訊模組；16、電空制動控制電磁閥；8、中繼閥；19、制動缸；120、總風壓力感測器；121、預控壓力感測器；122、車重壓力感測器。
技術領域
《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》涉及一種軌道交通車輛制動系統的制動控制裝置及其控制方法。
權利要求
1.一種軌道交通車輛的電空制動控制裝置，其特徵在於：該軌道交通車輛的電空制動控制裝置包括：電空制動控制模組，該電空制動控制模組向列車制動管理單元傳送本車可用的最大制動力值；列車制動管理單元，計算列車可用的最大制動力值及百分比信號，並向每輛車的所述電空制動控制模組傳送該百分比信號；MVB網路通訊模組，該MVB網路通訊模組設定在所述電空制動控制模組與列車制動管理單元之間，所述MVB網路通訊模組通過MVB匯流排與列車制動管理單元互動信息，通過CAN匯流排與電空制動控制模組互動信息；感測器模組，該感測器模組用於採集車輛自身信息和相關環境信息；其中，該百分比信號為列車需要的制動力與列車可用的最大制動力值的百分比。
2.根據權利要求1所述的軌道交通車輛的電空制動控制裝置，其特徵在於，所述感測器模組至少包括用於採集總風壓力的總風壓力感測器、用於採集預控壓力的預控壓力感測器和用於採集車重壓力的車重壓力感測器。
3.根據權利要求1或2所述的軌道交通車輛的電空制動控制裝置，其特徵在於，該軌道交通車輛的電空制動控制裝置還包括：電空制動控制電磁閥和中繼閥，該電空制動控制電磁閥接收所述電空制動控制模組的充風/排風信號向中繼閥輸出預控壓力。
4.根據權利要求3所述的軌道交通車輛的電空制動控制裝置，其特徵在於，該軌道交通車輛的電空制動控制裝置還包括：制動缸，所述中繼閥向制動缸輸出對應的壓力，制動缸推動制動夾鉗，使閘片與制動盤摩擦產生制動力。
5.一種軌道交通車輛的制動控制方法，其特徵在於，在列車內進行電制動與空氣制動的複合分配，分配過程為：
計算列車能發揮的制動力：Favail＝∑MiA＝∑EDi+∑FBi
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：x％＝Fneed/Favail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×x％
其中，EDi為：各動車可用的電制動力
FBi為：各車可用的摩擦制動力
Mi為：各車車重
a為：列車需要的減速度
A為：列車在軌道黏著條件下適用的不產生滑行的最大減速度。
6.一種軌道交通車輛的制動控制方法，其特徵在於，當某輛車發生滑行的時候，列車制動力進行重新分配，防滑系統檢測到某車發生滑行時，一方面會減小制動力來控制滑行，另一方面將重新計算該車可用的制動力，其最大可用制動力ED+FB保證不超過最大黏著係數，分配過程為：
計算列車能發揮的制動力：F’avail＝∑MiA’＝∑EDi+∑FBi+EDn+FBn
其中i≠n，n是發生滑行的車
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：y％＝Fneed/F‘avail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×y％及（EDn+FBn）×y％
其中，EDi為：未發生滑行的各動車可用的電制動力，EDn為：發生滑行的車可用的電制動力
FBi為：未發生滑行的各車可用的摩擦制動力，FBn為：發生滑行的車可用的摩擦制動力
Mi為：各車車重
a為：列車需要的減速度。
實施方式
如圖1所示，《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的軌道交通車輛的電空制動控制裝置包括：設定在每輛車的電空制動控制模組10，該電空制動控制模組10用於向列車制動管理單元11傳送本車可用的最大制動力值；設定在整列車的列車制動管理單元11，用於計算列車可用的最大制動力值，及列車需要發揮的制動力百分比信號，並向每輛車的所述電空制動控制模組傳送該百分比信號；MVB網路通訊模組14，該MVB網路通訊模組14設定在所述列車制動管理單元11與所述電空制動控制模組10之間，所述MVB網路通訊模組14通過MVB匯流排與列車制動管理單元11互動信息，通過CAN匯流排與電空制動控制模組10互動信息；感測器模組12，該感測器模組12至少包括用於採集總風壓力的總風壓力感測器120、採集預控壓力的預控壓力感測器121、和用於採集車重壓力的車重壓力感測器122；電空制動控制電磁閥16，該電空制動控制電磁閥16接收所述電空制動控制模組10的信號向中繼閥18輸出預控壓力，從而令中繼閥18向制動缸19輸出執行制動所需的壓力，制動缸19推動制動夾鉗，使閘片與制動盤摩擦產生制動力。
所述電空制動控制模組10依據所述感測器模組12採集到的多個壓力信號，例如總風壓力、車重壓力等，計算出列車可用的制動力，並將該可用制動力信號通過CAN匯流排傳送給該MVB網路通訊模組14，MVB網路通訊模組14將此信息傳送給列車制動管理單元11；列車制動管理單元11會計算整列車可用制動力及需要的制動力，然後將需要發揮的制動力的百分比通過MVB網路通訊模組傳送至各車的所述電空制動控制模組10，所述電空制動控制模組10根據制動力百分比信號計算本車需發揮的制動力，然後向牽引系統申請電制動力，同時所述電空制動控制模組10通過控制電空制動控制電磁閥16產生空氣制動力的預控壓力，中繼閥18根據預控壓力向制動缸19輸出實際的制動壓力，故而實現對列車的制動控制。
如果軌道交通車輛之中的某輛車有輪對發生滑動，在要求的制動距離不變的前提下，所需的制動力的大小也是不變的，那么《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的軌道交通車輛的電空制動控制裝置將重新分配軌道交通車輛的制動力，將某輛車減少的制動力由別的車進行補償，以便維持整列車的制動力不變。具體的制動力分配原則和分配方法如下：
補償原則：
眾所周知，在軌道交通車輛的當前時速和安全制動距離等條件已知的前提下，該領域技術人員可以很容易的計算出軌道交通車輛需要的制動力，這裡不再贅述。而制動力又分為電制動力和空氣制動力，從提高軌道交通車輛安全性以及延長使用壽命的角度考慮，應該優先使用電制動力，在電制動有效的情況下，所述電空制動控制模組10向牽引系統傳送電制動百分比請求，由牽引系統施加電制動力；當軌道交通車輛所能提供的最大電制動力不滿足列車需要的制動力時，就需要使用空氣制動進行補充，令軌道交通車輛制動。
具體而言，如果電制動力已經滿足列車制動力需求，那么主要應該考慮將所需的制動力分配給各個可以提供電制動力的動車（例如，每8輛車中可能只有4輛車能夠提供電制動力），各車的所述電空制動控制模組10接收MVB網路通訊模組14轉發的各車分別需要發揮的電制動力百分比信號，並計算本車所需電制動力，向牽引系統發出申請。如果電制動力不能滿足列車需要的制動力，而需要補充空氣制動時，同樣各車的所述電空制動控制模組10接收MVB網路通訊模組14轉發自列車制動管理單元的需要發揮的空氣制動力百分比信號，並通過所述電空制動控制電磁閥產生預控壓力，所述中繼閥18根據該預控壓力向制動缸19輸出對應壓力，以補充所需的空氣制動力。
變數定義：
EDi：各動車可用的電制動力
FBi：各車可用的摩擦制動力
Mi：各車車重
a：列車需要的減速度
A：列車在軌道黏著條件下適用的不產生滑行的最大減速度
A’：列車在有車輛發生滑行時重新評估的可使用的最大減速度制動力的分配方法：
1、沒有車輛發生滑行情況下：
計算列車能發揮的制動力：Favail＝∑MiA＝∑EDi+∑FBi
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：x％＝Fneed/Favail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×x％
2、某輛車發生滑行情況下：
假設第n輛車發生滑行，輪軌間黏著下降，其能發揮的最大制動力為EDn+FBn，此時重新分配製動力：
計算列車能發揮的制動力：F’avai1＝∑MiA’＝∑EDi+∑FBi+EDn+FBn
其中i≠n，n是發生滑行的車。（實際上仍可以用∑EDi+∑FBi表示，這裡是為了說明其中第n輛車發生了滑行，可用制動力發生了變化）。
計算列車需要的制動力：Fneed＝∑Mia
計算各車需要發揮的制動力的百分比：y％＝Fneed/F‘avail×100％
計算並輸出各車需要發揮的制動力：（EDi+FBi）×y％及（EDn+FBn）×y％
上述實施例僅供說明《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》之用，而並非是對《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此，所有等同的技術方案也應屬於《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》公開的範疇。
榮譽表彰
2018年12月20日，《軌道交通車輛的電空制動控制裝置及其控制方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
