一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统及方法与流程

1.本发明涉及列车制动技术领域，特别是涉及一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统及方法。


背景技术：

2.地铁车辆一般都具有电制动和空气制动两种制动方式，以电制动为主，空气制动为辅。目前，很多地铁车辆空气制动采用的都是微机控制的直通式制动方式，由微机制动控制单元(ebcu)控制制动控制单元(bcu)向基础制动单元的制动缸进行充风(制动)/排风(缓解)。具体地，在微机控制的制动控制方案中，如图1所示，ebcu和牵引控制单元(tcu)通过列车控制和管理系统(tcms)接收来自司控器的电信号控制指令。ebcu根据车辆载荷和制动指令进行总的制动力的计算，向tcu发送电制动需求，tcu根据电制动需求施加电制动，并将实际发挥的电制动力发送给ebcu，ebcu根据总的制动力需求和已经发挥的电制动力，控制bcu进行空气制动。这种方案有如下缺点：当单个ebcu或者bcu失效时，本节车的空气制动和电制动将无法发挥；当列车ebcu的控制电源失效时，整列车将失去常用制动力，施加紧急制动后将直至列车停车后才能缓解，无法控制列车正常运行；当列车被救援时，故障列车无法通过自有系统由救援列车控制施加/缓解空气制动，有一定的安全风险。
3.在一些其他现有技术中，除了要求具有微机控制的空气制动方式之外，还要求有列车管(bp)控制的空气制动功能，以保证在微机出现故障的情况下，车辆空气制动由可变化的bp管压力进行控制。但这种由bp压力变化进行控制的制动方式和微机控制的制动方式之间只能做到手动切换，且只能整列车进行控制切换，不能自动进行切换，也不能实现故障车单独切换。具体地，除了原有的控制系统，单独增加了一个由司机制动器控制的bp制动系统，如图2所示，司机制动器通过压力转换设备控制bp的压力，通过stv阀改变到bcu的预控压力，从而控制bcu输出到制动缸的压力。这个方案可以解决整列车bcu失效时，列车无法控制的问题，bp制动作为一种备用制动方式在列车制动系统出现重大故障时使用。这个控制方案有以下缺点：操作台上有两个控制器，一个是司控器，一个是司机制动器，这两个控制器仅能单独作用，不允许混用；当单节车辆的ebcu失效时，本节车无法进行单独的bp制动控制，仅能在故障状态下使用司控器进行控制，或者切换到bp制动进行控制；如果采用司控器进行控制，那么就要接受一节车制动失效的故障；如果采用司机制动器切换到bp制动控制，那么就要接受所有电制动不投入使用的状态，闸瓦磨耗会增加；bp制动和微机控制的制动方式不能互锁，不能在安全的条件下更加有效的利用电制动。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统及方法，使用同一个司控器进行微机控制和bp控制空气制动共用，同时，在单车出现ebcu故障的情况下可以自动使用bp制动进行制动作用，并且能够和电制动互锁，防止bp制动和电制动叠加造成过制动。
5.为此，本发明采用了以下技术方案：
6.一方面，本发明提供了一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，包括：集成司控器、bp管、压力转换设备、stv阀、ebcu、bcu、制动缸以及设置在stv阀与bcu之间的电磁阀；其中：
7.依次连接的bp管、压力转换设备、stv阀、bcu和制动缸构成bp制动子系统；
8.ebcu、bcu和制动缸构成微机制动子系统，ebcu分别与tcms、tcu之间具有数据通信连接；ebcu与bcu之间也具有数据通信连接，bcu连接制动缸；
9.集成司控器包括司控器和司机制动阀，由连接销将司机制动阀与司控器组成整体运动结构；集成司控器能够向tcms发送电信号指令，同时也能控制bp管压力，产生空气信号指令；
10.电磁阀用于在微机制动子系统和bp制动子系统之间的切换，并且通过电气连接，使电制动与bp制动作用互锁。
11.进一步地，司控器的牵引凸轮轴与制动阀接口之间采用连轴器进行连接，在操作司机控制器手柄进入运行位或者制动位时，牵引凸轮轴的旋转会带动连轴器转动，从而带动司机制动阀凸轮杆旋转。
12.进一步地，集成司控器控制司机制动阀的机械结构旋转，带动内部凸轮进行压力调节，通过压力转换设备改变bp压力，并通过stv阀对进入到bcu的预控压力进行调整。
13.进一步地，集成司控器发送制动指令至tcms，tcms将制动指令发送至ebcu和tcu，ebcu根据车辆载荷和制动指令进行总的制动力的计算，向tcu发送电制动需求，tcu根据电制动需求施加电制动，并将实际发挥的电制动力发送给ebcu，ebcu根据总的制动力需求和已经发挥的电制动力，控制bcu进行空气制动。
14.进一步地，电磁阀有两路电源，正常情况下由ebcu供电，当ebcu失电时，将自动切换到由tcu的电制动激活信号供电的状态。
15.又一方面，本发明还提供了一种列车管控制和微机控制自动切换的控制方法，其特征在于，应用于上述列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，所述方法包括：
16.在微机控制模式下，电磁阀处于得电状态，将stv阀和bcu之间的管路切断，并将bcu中双向逆止阀左侧的预控压力排空，防止对电-空转换器产生的预控压力造成影响；
17.当bcu中的电-空转换器出现故障无法控制制动缸的压力时，ebcu切断电磁阀的供电，此时本节车处于bp制动模式，ebcu将限制电制动的发挥，防止电制动和bp制动混合作用造成过制动。
18.进一步地，当ebcu失电时，电磁阀自动切换到由电制动激活信号供电，此时如果电制动未发挥，本节车将根据集成司控器控制的bp压力进行空气制动的施加和缓解；如果电制动正在施加，电制动激活将为电磁阀供电，防止bp制动施加。
19.进一步地，在列车被救援时，当制动系统收到备份模式硬线信号后，各车ebcu切断电磁阀的供电电源，同时通过发送电制动切除硬线信号到tcu切除电制动，完全进入bp制动模式；在被救援列车完全失电条件下，通过切断各车隔离塞门，由救援列车的司控器控制被救援列车的列车管压力进行制动力的控制，在此模式下，被救援列车所有制动完全由空气制动力承担，空气制动控制采用bp制动控制模式。
20.本发明的优点和积极效果：
21.(1)、集成司控器减少了司机控制器的数量，实现了由一个控制器同时输出电信号和空气控制信号。
22.(2)、在单节车辆的bcu的电-空转换器a出现故障时，ebcu将自动控制本节车进入bp制动模式，列车不损失制动力。
23.(3)、在单个ebcu出现故障或失电时，本节车可自动进入bp制动模式，列车不损失制动力。
24.(4)、bp制动可与牵引系统的电制动互锁，不会造成过制动。
25.(5)、当列车进入备份模式时，空气制动系统可根据集成司控器的指令控制空气制动力的大小，列车可以自由运行。
附图说明
26.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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为现有技术中微机控制的制动系统结构框图；
28.图2为现有技术中单独的司机制动器的制动系统结构框图；
29.图3为本发明实施例中集成司控器的制动系统结构框图；
30.图4为本发明实施例中司控器与司机制动阀的连接结构示意图；
31.图5为本发明实施例中司机制动阀结构图；
32.图6为本发明实施例中微机控制的制动控制原理图；
33.图7为本发明实施例中bp制动控制原理图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.如图3所示，本发明实施例中的列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，该制动系统为具有微机控制和bp控制双重控制功能的制动系统，包括：集成司控器、bp管、压力转换设备、分配阀(stv阀)、ebcu、bcu、制动缸以及设置在stv阀与bcu之间的电磁阀。其中：
37.依次连接的bp管、压力转换设备、stv阀、bcu和制动缸构成bp制动子系统，集成司控器通过压力转换设备控制bp的压力，通过stv阀改变到bcu的预控压力，从而控制bcu输出到制动缸的压力。
38.ebcu、bcu和制动缸构成微机制动子系统，ebcu分别与tcms、tcu之间具有数据通信连接，能够将集成司控器下发的制动指令分别传输至tcu和微机制动单元；ebcu与bcu之间也具有数据通信连接，bcu连接制动缸，ebcu根据车辆载荷和制动指令进行总的制动力的计算，向tcu发送电制动需求，tcu根据电制动需求施加电制动，并将实际发挥的电制动力发送给ebcu，ebcu根据总的制动力需求和已经发挥的电制动力，控制bcu进行空气制动。
39.电磁阀用于在微机制动子系统和bp制动子系统之间的切换，并且通过电气连接，使电制动与bp制动作用互锁。
40.集成司控器包括司控器和司机制动阀，由连接销将司机制动阀与司控器组成整体运动结构。如图4所示，司控器的牵引凸轮轴与制动阀接口之间采用连轴器进行连接，在操作司机控制器手柄进入运行位或者制动位时，牵引凸轮轴的旋转会带动连轴器转动，从而带动司机制动阀凸轮杆旋转。
41.集成司控器不仅能够向tcms发送制动指令(电信号指令)，同时也能控制bp管压力，产生控制压力指令(空气信号指令)。
42.集成司控器可以控制司机制动阀的机械结构旋转，带动内部凸轮进行压力调节，通过压力转换设备改变bp压力，并通过stv阀对进入到bcu的预控压力进行调整。集成司控器还可以发送制动指令至tcms，tcms将制动指令发送至ebcu和tcu，ebcu根据车辆载荷和制动指令进行总的制动力的计算，向tcu发送电制动需求，tcu根据电制动需求施加电制动，并将实际发挥的电制动力发送给ebcu，ebcu根据总的制动力需求和已经发挥的电制动力，控制bcu进行空气制动。
43.在非紧急制动位时，关断阀(ab阀)和紧急制动阀(sb阀)状态如图5所示，连接l1至hl口的气路通道，即中继阀的输出口l向bp管进行供风。压力调节器dr会将从hb口进入到司机制动阀的压力调节为预控压力a，预控压力a控制中继阀的输出压力l。在运转区间范围内，预控压力5.0bar，hl的输出压力也为5bar。
44.在司机制动阀进入制动区间后，随着旋转角度的增大，凸轮1的渐开线结构会逐渐减小对压力调节器dr的机械压力，调节预控压力a使其减小，bp压力随之降低。
45.当司控器进入紧急制动位时，司机制动阀进入sb位，此时凸轮3会打开紧急制动阀(sb阀)，连通hl到大孔径的排风口o，将bp管压力排放到大气中；同时凸轮2会关闭关断阀(ab阀)，防止bp管压力通过l1口回流至中继阀。
46.本发明的技术方案，通过集成司控器控制bp压力、由ebcu和tcu电信号供电的电磁阀实现bp制动和微机控制的空气制动自动切换，也能防止电制动和bp制动叠加。
47.基于上述列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，本发明实施例中还提供了一种实现列车管控制和微机控制自动切换的控制方法。
48.为了便于理解，首先对微机控制的制动控制原理和bp管压力控制的制动控制原理进行说明。
49.(1)、微机控制的制动控制原理：
50.在制动系统各部件正常的情况下，采用ebcu控制bcu上的电磁阀，产生所需要的预
控压力，从而控制中继阀输出到制动缸的压力(见图6)。
51.来自制动风缸的风源输送给bcu，一路作为中继阀输出到制动缸的供风(图6中黄色管路)，一路作为预控压力供风(图6中蓝色管路)。制动风缸供风经过bcur1口为电-空转换器a供风，电-空转换器a包括两个电磁阀，一个电磁阀用于充风，一个电磁阀用于排风，压力传感器j采集电-空转换器a的输出压力，并发送给ebcu，ebcu根据目标预控压力与压力传感器j的反馈压力，控制电-空转换器a的充风/排风/保持动作。产生的预控压力流经双向逆止阀g和载荷限压阀f为中继阀d提供预控风压(图6中红色管路)，中继阀根据预控压力大小控制制动风缸输出至制动缸的压力(图6中绿色管路)。
52.(2)、bp管压力控制的制动控制原理
53.在bp制动模式下，采用bp压力控制预控压力，从而控制中继阀输出到制动缸的压力(见图7)。
54.来自制动风缸的风源输送给bcu，一路作为中继阀输出到制动缸的供风(图7中黄色管路)，一路作为stv分配阀的供风风源(图7中蓝色管路)。bp的压力作为stv分配阀输出压力的控制压力(图7中紫色管路)，调节输出到bcu的bp制动预控压力，预控压力流经双向逆止阀g和载荷限压阀f为中继阀d提供预控风压(图7中红色管路)，中继阀根据预控压力大小控制制动风缸输出至制动缸的压力(图7中绿色管路)。
55.bp制动与微机控制的制动自动切换的控制方法，具体包括：
56.在正常情况下，电磁阀b42始终处于得电状态，将stv阀和bcu之间的管路切断，并将bcu中双向逆止阀g左侧的预控压力排空，防止对电-空转换器a产生的预控压力造成影响。
57.电磁阀b42有两路电源，正常情况下由ebcu供电，当ebcu失电时，将自动切换到由tcu的“电制动激活”信号供电的状态(见图3)。
58.当单车bcu电-空转换装置故障时，空气制动由微机控制切换为bp控制的转换方法：
59.当bcu中的电-空转换器a出现故障无法控制制动缸的压力时，ebcu可切断电磁阀b42的供电，此时本节车处于bp制动模式，在这种情况下，ebcu将限制电制动的发挥，防止电制动和bp制动混合作用造成过制动。
60.当单车微机控制单元故障/失电时，自动切换为bp控制的转换方法：
61.当ebcu失电时，电磁阀b42将自动切换到由“电制动激活”信号供电，此时如果电制动未发挥，那么本节车将根据集成司控器控制的bp压力进行空气制动的施加和缓解；如果电制动正在施加，那么“电制动激活”将为电磁阀b42供电，防止bp制动施加。
62.在救援时，被救援列车列车管压力可由救援列车司控器控制、与救援列车同步进行制动施加/缓解的方法：
63.在列车被救援时，当制动系统收到“备份模式”硬线信号后，各车ebcu会切断电磁阀b42的供电电源，同时通过发送“电制动切除”硬线信号到tcu切除电制动，完全进入bp制动模式；在被救援列车完全失电条件下，通过切断各车b04.2隔离塞门，由救援列车的司控器控制被救援列车的列车管压力进行制动力的控制，在此模式下，被救援列车所有制动完全由空气制动力承担，空气制动控制采用bp制动控制模式。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

技术特征：
1.一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，其特征在于，包括：集成司控器、列车管、压力转换设备、分配阀、微机制动控制单元、制动控制单元、制动缸以及设置在分配阀与制动控制单元之间的电磁阀；其中：依次连接的列车管、压力转换设备、分配阀、制动控制单元和制动缸构成列车管制动子系统；微机制动控制单元、制动控制单元和制动缸构成微机制动子系统，微机制动控制单元分别与列车控制和管理系统、牵引控制单元之间具有数据通信连接；微机制动控制单元与制动控制单元之间也具有数据通信连接，制动控制单元连接制动缸；集成司控器包括司控器和司机制动阀，由连接销将司机制动阀与司控器组成整体运动结构；集成司控器能够向列车控制和管理系统发送电信号指令，同时也能控制列车管压力，产生空气信号指令；电磁阀用于在微机制动子系统和列车管制动子系统之间的切换，并且通过电气连接，使电制动与列车管制动作用互锁。2.根据权利要求1所述的一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，其特征在于，司控器的牵引凸轮轴与制动阀接口之间采用连轴器进行连接，在操作司机控制器手柄进入运行位或者制动位时，牵引凸轮轴的旋转会带动连轴器转动，从而带动司机制动阀凸轮杆旋转。3.根据权利要求1所述的一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，其特征在于，集成司控器控制司机制动阀的机械结构旋转，带动内部凸轮进行压力调节，通过压力转换设备改变列车管压力，并通过分配阀对进入到制动控制单元的预控压力进行调整。4.根据权利要求1所述的一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，其特征在于，集成司控器发送制动指令至列车控制和管理系统，列车控制和管理系统将制动指令发送至微机制动控制单元和牵引控制单元，微机制动控制单元根据车辆载荷和制动指令进行总的制动力的计算，向牵引控制单元发送电制动需求，牵引控制单元根据电制动需求施加电制动，并将实际发挥的电制动力发送给微机制动控制单元，微机制动控制单元根据总的制动力需求和已经发挥的电制动力，控制制动控制单元进行空气制动。5.根据权利要求1所述的一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，其特征在于，电磁阀有两路电源，正常情况下由微机制动控制单元供电，当微机制动控制单元失电时，将自动切换到由牵引控制单元的电制动激活信号供电的状态。6.一种列车管控制和微机控制自动切换的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1～5任一项所述的列车管控制和微机控制自动切换的制动系统，所述方法包括：在微机控制模式下，电磁阀处于得电状态，将分配阀和制动控制单元之间的管路切断，并将制动控制单元中双向逆止阀左侧的预控压力排空，防止对电-空转换器产生的预控压力造成影响；当制动控制单元中的电-空转换器出现故障无法控制制动缸的压力时，微机制动控制单元切断电磁阀的供电，此时本节车处于列车管制动模式，微机制动控制单元将限制电制动的发挥，防止电制动和列车管制动混合作用造成过制动。7.根据权利要求6所述的列车管控制和微机控制自动切换的控制方法，其特征在于，当微机制动控制单元失电时，电磁阀自动切换到由电制动激活信号供电，此时如果电制动未
发挥，本节车将根据集成司控器控制的列车管压力进行空气制动的施加和缓解；如果电制动正在施加，电制动激活将为电磁阀供电，防止列车管制动施加。8.根据权利要求6所述的列车管控制和微机控制自动切换的控制方法，其特征在于，在列车被救援时，当制动系统收到备份模式硬线信号后，各车微机制动控制单元切断电磁阀的供电电源，同时通过发送电制动切除硬线信号到牵引控制单元切除电制动，完全进入列车管制动模式；在被救援列车完全失电条件下，通过切断各车隔离塞门，由救援列车的司控器控制被救援列车的列车管压力进行制动力的控制，在此模式下，被救援列车所有制动完全由空气制动力承担，空气制动控制采用列车管制动控制模式。

技术总结
本发明提供了一种列车管控制和微机控制自动切换的制动系统及其控制方法，包括：集成司控器、BP制动子系统、微机制动子系统和电磁阀；集成司控器包括司控器和司机制动阀，由连接销将司机制动阀与司控器组成整体运动结构；集成司控器能够向TCMS发送电信号指令，同时也能控制BP管压力，产生空气信号指令；电磁阀用于在微机制动子系统和BP制动子系统之间的切换，并且通过电气连接，使电制动与BP制动作用互锁。本发明中使用同一个司控器进行微机控制和BP控制空气制动共用，同时，在单车出现微机制动控制单元故障的情况下可以自动使用BP制动进行制动作用，并且能够和电制动互锁，防止BP制动和电制动叠加造成过制动，实现了列车管控制和微机控制自动切换。控制和微机控制自动切换。控制和微机控制自动切换。


技术研发人员：付建鹏 孙闯 刘哲 牟志成 郎艳 尹洪旭 王睿 于连震 李铁 孟庆举 于泳
受保护的技术使用者：中车大连机车车辆有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/5/5