一种动车组制动系统及方法与流程

1.本发明涉及动车控制领域，具体涉及一种动车组制动系统及方法。


背景技术：

2.高铁动车组采用牵引电机作为动力，公知的有轨列车的制动系统适用于200km/h运行速度，随着列车运行速度的提高，列车安全停车所需转换的动能大幅度增加，因此，对制动系统的控制及制动力的实施部件均提出了全新的要求。
3.动车组制动系统采用电机电制动和空气制动构成的复合制动，制动控制单元根据制动级位、速度信息和载荷信息计算生成制动力，按照电机电制动优先的原则分配制动力，以减低制动基础装置中制动盘、闸片的磨损。
4.目前的高速动车组列车的制动系统大多采用再生制动、微机控制直通电空制动以及电子防滑，基础制动均为盘型制动以及粉未治金闸片，但对于微机控制直通电空制动和基础制动，因不同的动车组采用不同的空气系统，其具体的控制和基础制动装置的结构均有极大的区别，因此存在以下问题：
5.1、造成实际输出的制动力与设计制动力不相吻合，出现实际制动力远大于设计制动力的情况，制动平稳性差，且增加了制动盘和闸片的磨耗；
6.2、列车在低速时，由于电机的电动势下降，逆变回馈装置换相困难、电机制动转矩波动大，因此现有的电机再生制动的动车组在车速低于30km/h时，完全采用空气制动。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种动车组制动系统及方法，该种动车组制动系统制动平稳性好，能够最大限度减少了制动时间和制动距离。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
9.一种动车组制动系统，用于对动车组进行制动处理，由中央处理器进行整体控制，包括依次连接的牵引制动单元、通讯网络单元和车辆信息控制监测平台，所述制动系统还包括依次连接的制动控制单元和电控气动单元，所述通讯网络单元与中央处理器通过电信号双向连接，所述车辆信息控制监测平台与中央处理器通过电信号双向连接，所述制动控制单元与中央处理器通过电信号双向连接。
10.进一步的，所述制动系统还包括依次连接的速度监测与安全处理单元、mode模块和救援监管处理单元，所述电控气动单元的输出端与速度监测与安全处理单元的输入端连接，所述救援监管处理单元的输出端与中央处理器的输入端连接；
11.如此设置，可监测动车组在整个制动过程中产生的速度信息、压力信息、位置信息等，并记录收集下来反馈给中央处理器，使得整个制动过程可视化，必要时实现救援处理。
12.进一步的，所述制动系统还包括依次连接的基站和平台服务终端，所述车辆信息控制监测平台的输出端与基站的输入端连接，所述平台服务终端包括管理端口、中心格网点和远程通信设备；
13.如此设置，工作人员可通过平台服务端查看动车组的制动情况，并进行远程操控和分析，便于统一管理和监控。
14.优选的，所述牵引制动单元包括多个转向制动器，牵引制动单元接收到制动信息后控制转向制动器进行制动的同时将制动信息传输至通讯网络单元。
15.优选的，所述通讯网络单元包括光纤网端子、a/d转换器、调整解调器和waf防火墙，所述光纤网端子的输出端和a/d转换器的输入端连接，所述a/d转换器与调整解调器通过电信号双向连接，同时所述a/d转换器还与waf防火墙通过电信号双向连接，制动信息通过通讯网络单元同步传输至中央处理器和车辆信息控制监测平台。
16.优选的，所述车辆信息控制监测平台包括依次连接的车速监测模块、实时载荷识别模块、气象反馈模块和数据曲线分析模块，实时对动车组制动时的相关数据进行监测记载。
17.优选的，所述制动控制单元包括依次连接的牵引变流器、制动缸组、干燥装置和空气压缩机。
18.优选的，所述电控气动单元包括多个电控气动装置组，所述每个电控气动装置组分别包括气动夹钳、闸片和制动盘组。
19.优选的，所述速度监测与安全处理单元包括依次连接的速度监测模块、分阶段压力控制器和安全防滑模块；所述速度监测模块包括依次微机控制器、空气压力模拟器、压力放大器和制动器，所述微机控制器和空气压力模拟器通过电信号双向连接，所述空气压力模拟器和压力放大器通过电信号双向连接，所述压力放大器和制动器也通过电信号双向连接；所述安全防滑模块包括速度传感器、滑行检测器和防滑电磁阀。
20.优选的，所述救援监管处理单元包括地理数据库、数据采集器、gps定位器和图像采集模块，可对动车组的位置信息、速度信息进行采集并将数据进行整理。
21.本发明还提供另一种技术方案：
22.一种动车组制动方法，在上述所述动车组制动系统中执行，其特征在于，按照以下步骤进行：
23.s1：工作人员下达制动指令，牵引制动单元接收制动时动车组的制动级位信息、速度信息和载荷信息并进行初步电制动，中央处理器实时监测速度范围、确定相应的摩擦系数值，并根据制动级位信息、速度信息和载荷信息，演算出动车组制动所需要的空气制动力，并最终生成bc压力；
24.s2：在电制动力不足时把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照65％的比例配比把空气制动力分配给拖车和动车；
25.s3：当动车组速度低于40km/h时切换电机能耗制动，控制电机的电流在切换前后的制动转矩保持不变；
26.s4：当动车组速度进一步降低时，电控气动单元产生的空气制动力增大，使总的制动力保持不变；
27.s5：当动车组速度为零时，电机能耗制动自动解除，由空气制动使动车组在具体的位置停车，完成制动。
28.本发明至少具有以下有益效果：
29.1、本发明提供的一种动车组制动系统，该系统由中央处理器统一进行控制，通过
电制动减轻拖车的空气制动的负荷，能够解决动车组速度提高带来的制动动能增加的问题；
30.2、本发明提供的一种动车组制动系统，该系统运行时通过实时计算动车组所需制动力，并进行电制动和空气制动的合理分配，使得制动平稳性好；
31.3、本发明提供的一种动车组制动系统，该制动系统中的各单元模块之间相互配合，在完成制动的同时可对制动过程中的速度、压力、滑行、位置等信息进行收集和整理，使得整个制动过程可视化、可操作化，便于工作人员的管理；4、本发明提供的一种动车组制动方法，当动车组处于低速时，电制动减小的同时增大空气制动，两种制动方式相互配合，使得制动效果显著。
附图说明
32.图1为本发明提供的一种动车组制动系统的结构示意图；
33.图2为本发明提供的一种动车组制动方法的流程图。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例一
36.本发明公开的一种动车组制动系统，该系统由中央处理器统一控制调配，该制动系统系统包括：牵引制动单元、通讯网络单元、车辆信息控制监测平台、制动控制单元、电控气动单元、速度监测与安全处理单元、救援监管处理单元、基站和平台服务终端；
37.其中，牵引制动单元、通讯网络单元、车辆信息控制监测平台、基站和平台服务终端通过电信号依次单向连接；通讯网络单元、车辆信息控制监测平台、制动控制单元与中央处理器分别通过电信号双向连接；制动控制单元、电控气动单元、速度监测与安全处理单元以及救援监管处理单元通过电信号依次单向连接，速度监测与安全处理单元和救援监管处理单元之间还设置有mode模块，救援监管处理单元的输出端与中央处理器相连接。
38.牵引制动单元，用于接收动车组的制动指令，该单元包含多个转向制动器，动车组制动时制动信息传输给牵引制动单元，转向制动器进行初步电制动，牵引制动单元并将制动信息传输给通讯网络单元；
39.通讯网络单元，接收牵引制动单元传输的制动信息，将其传输给中央处理器的同时传输给车辆信息控制监测平台，通讯网络单元依次连接有光纤网端子、a/d转换器、调整解调器和waf防火墙，在整个系统中起到信息的收集和传送的作用；
40.车辆信息控制监测平台，接收通讯网络单元的相关信息并与中央处理器进行信息交互，将制动过程中的各种相关信息通过基站在平台服务终端进行反馈，工作人员可进行查看管理；车辆信息控制监测平台包括依次连接的车速监测模块、实时载荷识别模块、气象反馈模块和数据曲线分析模块，实时对动车组制动时的相关数据进行监测记载；
41.制动控制单元，接收中央处理器传输的制动信息，采取相应的制动措施，制动控制
单元包括依次连接的牵引变流器、制动缸组、干燥装置和空气压缩机，制动缸为液压制动缸，接受中央处理器的指令对动车组进行空气制动；
42.电控气动单元，接收中央处理器传输的制动信息，采取相应的制动措施，电控气动单元包括两个电控气动装置组，每个电控气动装置组包括气动夹钳、闸片和制动盘组，制动盘组包括制动盘和盘毂，制动盘和盘毂之间采用多个径向弹性圆销实现浮动连接，受热时摩擦盘可以沿着径向弹性圆销完全自由地伸缩，以消除内应力，考虑到制动盘要有良好的散热性，在制动盘的中间部分设计多个散热筋片，当车辆运行时，空气对流即达到散热作用；
43.速度监测与安全处理单元，对整个制动系统的制动过程中的速度信息、压力信息、滑行信息等进行监测，收集获取安全信息，该单元包括依次连接的速度监测模块、分阶段压力控制器和安全防滑模块，其中速度监测模块包括依次通过电信号双向连接的微机控制器、空气压力模拟器、压力放大器和制动器，其中安全防滑模块包括速度传感器、滑行检测器和防滑电磁阀；
44.救援监管处理单元，接收速度监测与安全处理单元收集过来的相关信息数据并进行整理后传输给中央处理器，中央处理器可根据整个制动过程的数据进行统一控制调配，救援监管处理单元包括地理数据库、数据采集器、gps定位器和图像采集模块，可对动车组的位置信息、速度信息进行采集并将数据进行整理；
45.平台服务终端，接收车辆信息控制监测平台的信息，该终端包括管理端口、中心格网点和远程通信设备，可将制动过程中的速度信息、安全信息、位置信息等进行显示，便于工作人员进行分析和监管。
46.本发明公开的一种动车组制动系统，通过中央处理器统一控制各单元和平台，运用电制动搭配空气制动，合理进行分配，减轻动车组的空气制动的负荷，使得制动过程平稳。
47.实施例二
48.本发明提供的一种动车组制动方法，该制动方法在上述实施例一中执行，具体执行步骤如下：
49.s1：工作人员下发制动指令，牵引制动单元进行初步电制动，通讯网络单元接收指定时动车组的制动级位信息、速度信息和载荷信息并传输给中央处理器和车辆信息控制监测平台，中央处理器实时监测速度范围、确定相应的摩擦系数值，并根据制动级位信息、速度信息和载荷信息，演算出动车组制动所需要的空气制动力，并最终生成bc压力；
50.s2：中央处理器在电制动力不足时把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照65％的比例配比把空气制动力分配给拖车和动车；
51.s3：当动车组速度低于40km/h时切换电机能耗制动，中央处理器控制电机的电流在切换前后的制动转矩保持不变；
52.s4：当动车组速度进一步降低时，电机能耗制动转矩线性下降，电控气动单元产生的空气制动力增大，使总的制动力保持不变；
53.s5：当动车组速度为零时，电机能耗制动自动解除，由空气制动使动车组在具体的位置停车。
54.上述过程均由中央处理器进行控制进行，电控气动单元执行时，气动夹钳、闸片和
制动盘组，根据中央处理器发出的空气制动力指令，在气动装置中产生压力空气驱动基础制动装置的气动夹钳动作，安装于气动夹钳上的闸片与制动盘摩擦产生制动力；制动信息通过通讯网络单元同步传输，速度监测与安全处理单元会收集制动过程的相关信息并反馈给救援监管处理单元，救援监管处理单元检测通信网络是否发生故障，若否，则全部车辆采信通信网络传输的制动信息，若是，则切换单元控制网络故障车辆由采信通信网络传输切换为采信硬线传输制动信息，其余正常车辆仍采信通信网络传输制动信息；
55.且在整个制动过程中，车辆信息控制监测平台会收集整个过程中的相关速度信息、压力信息、位置信息等，整理并通过基站上传至平台服务终端，可进行留存和查看，便于时候数据分析整理。
56.该种动车组的制动方法，通过制动系统的各模块相互配合，运用电制动，减轻拖车的空气制动的负荷，两种制动方法进行合理分配，从而减少动车组机械制部件的磨耗，实现电能回收利用、增加动车组制动时的舒适性、最大限度减少了制动时间和制动距离以及便于基础制动装置的维护。
57.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种动车组制动系统，由中央处理器进行控制，其特征在于，包括依次连接的牵引制动单元、通讯网络单元和车辆信息控制监测平台，所述制动系统还包括依次连接的制动控制单元和电控气动单元，所述通讯网络单元、车辆信息控制监测平台和制动控制单元分别与中央处理器通过电信号双向连接。2.根据权利要求1所述的动车组制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括依次连接的速度监测与安全处理单元、mode模块和救援监管处理单元，所述电控气动单元的输出端与速度监测与安全处理单元的输入端连接，所述救援监管处理单元的输出端与中央处理器的输入端连接。3.根据权利要求2所述的动车组制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括依次连接的基站和平台服务终端，所述车辆信息控制监测平台的输出端与基站的输入端连接，所述平台服务终端包括管理端口、中心格网点和远程通信设备。4.根据权利要求1所述的动车组制动系统，其特征在于，所述牵引制动单元包括多个转向制动器，所述通讯网络单元包括光纤网端子、a/d转换器、调整解调器和waf防火墙，所述光纤网端子的输出端和a/d转换器的输入端连接，所述a/d转换器分别与调整解调器和waf防火墙通过电信号双向连接。5.根据权利要求4所述的动车组制动系统，其特征在于，所述车辆信息控制监测平台包括依次连接的车速监测模块、实时载荷识别模块、气象反馈模块和数据曲线分析模块。6.根据权利要求5所述的动车组制动系统，其特征在于，所述制动控制单元包括依次连接的牵引变流器、制动缸组、干燥装置和空气压缩机。7.根据权利要求6所述的动车组制动系统，其特征在于，所述电控气动单元包括多个电控气动装置组，所述每个电控气动装置组包括气动夹钳、闸片和制动盘组。8.根据权利要求3所述的动车组制动系统，其特征在于，所述速度监测与安全处理单元包括依次连接的速度监测模块、分阶段压力控制器和安全防滑模块，所述速度监测模块包括依次通过电信号双向连接的微机控制器、空气压力模拟器、压力放大器和制动器，所述安全防滑模块包括速度传感器、滑行检测器和防滑电磁阀。9.根据权利要求8所述的动车组制动系统，其特征在于，所述救援监管处理单元包括地理数据库、数据采集器、gps定位器和图像采集模块。10.一种动车组制动方法，在权利要求1-9任意一项所述的动车组制动系统中执行，其特征在于，包括以下步骤：s1：接收制动级位信息、速度信息和载荷信息，实时监测速度范围，确定相应的摩擦系数值，并根据制动级位信息、速度信息和载荷信息，演算出动车组制动所需要的空气制动力，并最终生成bc压力；s2：在电制动力不足时把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照65％的比例配比把空气制动力分配给拖车和动车；s3：当动车组速度低于40km/h时切换电机能耗制动，控制电机的电流在切换前后的制动转矩保持不变；s4：当动车组速度进一步降低时，电控气动单元产生的空气制动力增大，使总的制动力保持不变；s5：当动车组速度为零时，电机能耗制动自动解除，由空气制动使动车组在具体的位置
停车。

技术总结
本发明涉及动车控制领域，具体公开了一种动车组制动系统及方法，该制动系统由中央处理器统一控制，该制动系统系统包括依次连接的牵引制动单元、通讯网络单元、车辆信息控制监测平台、基站和平台服务终端，还包括依次连接的制动控制单元、电控气动单元、速度监测与安全处理单元、救援监管处理单元和中央处理器，通讯网络单元、车辆信息控制监测平台、制动控制单元分别与中央处理器双向连接。该制动系统在实际操作时，当制动开启后，电制动和空气制动相互配合，通过计算进行分配，电制动能够减轻拖车的空气制动的负荷，解决动车组速度提高带来的制动动能增加的问题，使得制动过程平稳，且整个制动过程信息被实时监测记录下来。且整个制动过程信息被实时监测记录下来。且整个制动过程信息被实时监测记录下来。


技术研发人员：刘刚 陈金彪 董伟力 安晓娜 王常见 刘春军 魏江磊 王力 刘冬伟 王宝光
受保护的技术使用者：中车唐山机车车辆有限公司
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/6/7