专利名称：用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置及其方法
技术领域：
本发明属于城轨车辆工艺装备，主要用于城轨车辆整列编挂铁路运输时对制动机的控制。
背景技术：
城轨车辆的运输一般采用公路平板车运输或铁路整列编挂运输。以往车辆运输装置的 控制原理如图l所示城轨车辆整列编挂铁路运输是由运输装置采集列车管压力变化，并
将压力变化转化为模拟电信号传递给车辆控制单元(vcu), vcu根据列车管压力变化判定
铁路列车的制动状态，并给出城轨车辆相应的制动或缓解指令。该模式中运输装置相当于 车辆司控器的作用。
由于以往车辆的运输装置仅传递列车管压力信号，对于铁路列车制动状态的判定及对
制动机发送制动指令的工作全部由vcu来完成，所以运输过程中所需专门的运输软件也必
须由牵引系统供应商来编制完成。我国当前牵引系统供应商主要为国外企业，由这些企业 编制运输软件就存在周期长，费用高及灵活性差等问题。所以很有必要研制一种单独的控 制装置，使之可以不受其它系统的制约，直接控制城轨车辆的制动系统来完成铁路运输。
发明内容
针对原有运输装置存在不能直接控制制动电子控制单元(BECU)的不足，本发明旨在 提供一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置及其控制方法，使之能够除了传递 压力信号以外，还能通过内部处理直接输出传递速度信号和制动状态信号，实现对制动电 子控制单元BECU的控制，不受其他系统的制约，便于使用，有利于节约成本。
本发明采取的技术方案是， 一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，包括 制动控制盒、联接管路和电气线路，其中制动控制盒包括微机控制单元，与微机控制单元 的信号输入端连接的压力传感器、与微机控制单元的信号输出端连接的紧急排风装置、压 力开关和风缸。该微机控制单元通过电缆输出控制指令控制车辆制动电子控制单元 (BECU)，以实现对城轨车辆的控制作用。
所述联接管路包括连接两个过渡车间列车管的软管总成、连接过渡车列车管和总风管 的软管连接器总成、连接软管之间的过渡接头。
作为优选方案，上述制动控制盒共有两个，互为备份。所述压力传感器共有两个，其中一个压力传感器用于冗余设计。 所述制动控制盒还包括两个按钮强迫缓解按钮和紧急制动按钮。
所述制动控制盒内包括两个指示灯，分别显示地铁列车和货物列车缓解状态。微机控 制单元的信号输出端接入显示装置。
所述紧急排风装置包括开式电磁阀和DK-1制动机的电动防风阀，其通径为DN32。 其中微机控制单元的型号为STC12C5412AD。
本发明还提供了一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制方法，包括步骤如下
1) 通过压力传感器检测列车管瞬时压力，送给微机控制单元；
2) 通过减压速率关系计算出列车管的减压速率以确定列车的行驶状态；根据算出的 减压速率，得出PWM波的占空比，控制列车制动。
作为优选方案，所述微机控制单元除了接收列车管压力以外，还可接收紧急制动信号 或强迫缓解信号后，经过内部处理输出指令信号，控制列车制动。
作为其中一种优选方案，步骤2中所述计算过程为当检测到列车管减压速率》 10kPa/s时，记录列车管达到该减压速率时的起始瞬时压力，并以此压力作为参考压力值， 除非列车发出缓解指令，否则该参考压力值应固定不变；如果采集到的瞬时压力值与该参 考压力的差值，即减压量小于40kPa，则地铁车辆制动减速度为零；在减压量达到140kPa 时对应常用制动最大减速度为0. 6 m/s2 ，对应P丽波的占空比为28. 74%，其中P丽波的 占空比11%-45%区间线性对应于减速度0-1. 15m/s'区间。
本发明的工作原理详细描述如下
本发明首先通过压力传感器将货物列车的列车管压力信号转换为4 20mA的电流信号 提供给微机控制单元， 一般是0 1000kPa空气压力线性对应4 20mA的电流信号。压力 传感器检测列车管瞬时压力后，送给微机控制单元。微机控制单元通过计算算出列车管的 减压速率，输出地铁车辆能识别的P醫指令及制动逻辑指令，控制地铁列车的制动和缓解 等。控制指令主要包括停车制动指令、停放制动指令、制动状态指令、电制动状态指令、 编组状态指令、车型信号指令和制动指令等等。
上述列车管的减压速率是根据列车管瞬时压力值和参考压力来计算。当检测到列车管 减压速率^10kPa/s时，控制单元应该记录列车管达到该减压速率时的起始瞬时压力，并 以此压力作为参考压力值，除非列车发出缓解指令，否则该参考压力值应固定不变。如果 瞬时压力值与参考压力的差值(减压量)小于40kPa，则地铁车辆制动减速度为零。在列 车管减压量达到140 kPa时对应常用制动最大减速度为0.6 m/s2 (对应P丽波的占空比 为28. 74%)。
同时，微机控制单元除能够向BECU发送制动控制指令外，还可以根据列车管的压力变化来控制压力开关实现电路的转换，通过显示装置对铁路列车的制动状态、控制装置自 身状态等进行监控， 一旦发现故障，运输控制装置可以及时发出报警，以便人工采取相应 的措施。
当运输装置某些装置损坏时，制动控制盒内的强迫缓解按钮能用来强迫缓解地铁列车 制动机的常用制动；紧急情况时，制动控制盒内的紧急制动按钮能实施整列车(包括SHL1R 列车)紧急制动的。并且，制动控制盒内的指示灯设有两个，分别用来显示地铁列车和货 物列车缓解状态，当指示点亮时，表示相应地铁列车或货物列车缓解。
微机控制单元输出端连接的紧急排风装置能控制列车管以紧急速率排风，并且可采用 失电紧急，并可实现断钩保护。所述紧急排风装置包括开式电磁阀和DK-1制动机的电动 防风阀，其通径为DN32。
与本发明的不同的是原有控制技术完全只是在检测，将检测结果送给车辆控制装置进 行计算和控制。而在无法实现车辆计算和控制的条件下，本发明装置可以集信号的采集、 数据处理、控制计算和控制输出于一体，而车辆处于完全被控状态。本装置还可以对人为 的控制信号加入判断，并对影响列车运行安全的速度、紧急制动回路闭合状态进行监控。
综上所述，本发明首先接收列车管压力信号、速度信号及其它数字量控制信号(如紧 急制动信号、强迫缓解信号等)，经过运输控制装置的内部处理后，输出制动电子控制单 元(BECU)能够识别的制动力指令信号及其它控制、显示信号，其输出的制动力大小符合 铁路列车制动机制动力建立的要求，从而保证城轨车辆和铁路车辆制动过程保持一致，减 小制动冲击。
图l是现有技术中的结构框图2是实施例所述控制装置的结构框图3是实施例所述控制方法的原理框图4是实施例所述控制方法中列车管减压速率曲线图。
在附图4中，
A _不发生制动作用区；B -常用制动作用区；C -紧急制动作用区；
1- 40kPa/min; 2- 10kPa/s; 3- 40kPa/s; 4- 70kPa/s;
具体实施例方式
本实施例提供的用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，安放在靠近司机室的 过道中间，装置的风管与机车的风管相连，电路通过导线连接器连接到列车的端子排和继电器上。对比现有技术中均是利用列车本身的列车管，与列车上的其它器件有一定联系， 存在一定的风险；本装置用的是独立的风管，直接连接机车和控制装置，压縮空气不通过 列车本身。
上述控制装置由制动控制盒、联接管路、电气线路等组成。其中制动控制盒原理图见 图2，由微机控制单元、压力传感器、紧急排风装置、压力开关、指示灯、按钮、风缸等 组成。其主要部件的功能分别描述如下
*软管连接器总成一一用于与过渡车列车管及总风管的连接，符合标准
TB/T2842-1997。
软管总成一一用于两个过渡车间列车管的连接； *过渡接头一一用于软管间连接转换；
*制动控制盒——运输装置的关键部件，由微机控制单元、压力传感器、紧急排风
装置、压力开关、指示灯、按钮、风缸等组成。设有两个制动控制盒，互为备份，
当一台故障时可以切换到另一台工作。 *压力传感器------将货物列车的列车管压力信号转换为压力传感器转化为4
20mA的电流信号提供给微机控制单元。本装置采用两个压力传感器，其中一个压
力传感器用于冗余设计。 *微机控制单元STC12C5412AD—一用于列车管压力信号采集、处理及制动命令的输
出。接受列车管压力信号并进行判断后输出地铁车辆能识别的PWM指令及制动逻
辑指令，控制地铁列车的制动和缓解等，同时，地铁运输装置还具有简单的制动
状态检测和故障判断功能。 *紧急排风装置——能控制列车管以紧急速率排风，紧急排风装置采用失电紧急，
并可实现断钩保护。该部件由开式电磁阀和DK-1制动机的电动防风阀组成，通径
DN32.
*压力开关------根据列车管的压力变化进行电路的转换。
*按钮_一设有两个按钮， 一个强迫缓解按钮，当运输装置某些装置损坏时，用来 强迫缓解地铁列车制动机的常用制动； 一个紧急制动按钮，用于紧急时，实施整 列车(包括SHL1R列车)紧急制动的。 *指示灯—_设有两个指示灯，分别用来显示地铁列车和货物列车缓解状态，当指
示点亮时，表示地铁列车和货物列车缓解。 同时，本发明所述地铁运输装置还可以根据需求，将输出信号采用反馈检测方式，实 现制动状态检测和故障判断功能。
参照图3，发明首先通过压力传感器将货物列车的列车管压力信号转换为4 20mA的电流信号提供给微机控制单元， 一般是0 1000kPa空气压力线性对应4 20rnA的电流信 号。压力传感器检测列车管瞬时压力后，送给微机控制单元。微机控制单元通过计算算出 列车管的减压速率，输出地铁车辆能识别的P丽指令及制动逻辑指令，控制地铁列车的制 动和缓解等。控制指令主要包括停车制动指令、停放制动指令、制动状态指令、电制动 状态指令、编组状态指令、车型信号指令和制动指令等等。
参见图4，减压速率在40kPa/min以下，为不发生制动作用区A;减压速率10kPa/s 到40kPa/s区间为常用制动作用区B;减压速率大于70kPa/s时，为紧急制动作用区C。
如果列车管减压速率大于或等于10kPa/s，且小于40kPa/s时，微机控制单元输出对 应占空比的P丽波。本实施例中11%-45%的P丽波占空比线性对应于0-1. 15m/sZ的地铁车 辆减速度要求，而当PWM波占空比〉50y。或〈3y。时则认为控制单元故障，此时应该给出报警。
制动减速度根据列车管瞬时压力值和参考压力来设定。当检测到列车管减压速率》 10kPa/s时，控制单元应该记录列车管达到该减压速率时的起始瞬时压力，并以此压力作 为参考压力值，除非列车发出缓解指令，否则该参考压力值应固定不变。如果瞬时压力值 与参考压力的差值(减压量)小于40kPa，则地铁车辆制动减速度为零。在列车管减压量 达到140 kPa时对应常用制动最大减速度为0. 6 m/s2 (对应P丽波的占空比为28. 74%)。
同时，微机控制单元除能够向BECU发送制动控制指令外，还可以根据列车管的压力 变化来控制压力开关实现电路的转换，通过显示装置对铁路列车的制动状态、控制装置自 身状态等进行监控， 一旦发现故障，运输控制装置可以及时发出报警，以便人工采取相应 的措施。
当运输装置某些装置损坏时，制动控制盒内的强迫缓解按钮能用来强迫缓解地铁列车 制动机的常用制动；紧急情况时，制动控制盒内的紧急制动按钮能实施整列车(包括SHL1R 列车)紧急制动的。并且，制动控制盒内的指示灯设有两个，分别用来显示地铁列车和货 物列车缓解状态，当指示点亮时，表示相应地铁列车或货物列车缓解。
微机控制单元输出端连接的紧急排风装置能控制列车管以紧急速率排风，并且可采
用失电紧急，并可实现断钩保护。所述紧急排风装置包括开式电磁阀和DK-l制动机的电 动防风阀，其通径为DN32。
权利要求
1、一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是包括制动控制盒、联接管路和电气线路，其中制动控制盒包括微机控制单元，与微机控制单元的信号输入端连接的压力传感器、与微机控制单元的信号输出端连接的紧急排风装置、压力开关和风缸。
2、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 联接管路包括连接两个过渡车间列车管的软管总成、连接过渡车列车管和总风管的软管连 接器总成、连接软管之间的过渡接头。
3、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 制动控制盒共有两个，互为备份。
4、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 压力传感器共有两个，其中一个压力传感器用于冗余设计。
5、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 制动控制盒还包括两个按钮强迫缓解按钮和紧急制动按钮。
6、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 制动控制盒内包括两个指示灯，分别显示地铁列车和货物列车缓解状态。
7、 根据权利要求l所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置，其特征是所述 紧急排风装置包括开式电磁阀和DK-l制动机的电动防风阀，其通径为DN32;所述微机控制 单元的型号为STC12C5412AD。
8、 一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制方法，其特征是包括步骤如下1) 通过压力传感器检测列车管瞬时压力，送给微机控制单元；2) 通过减压速率关系计算出列车管的减压速率，以确定列车的行驶状态；并根据该 减压速率，得出PWM波的占空比，控制列车制动。
9、 根据权利要求8所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制方法，其特征是所述微机控制单元还可接收紧急制动信号或强迫缓解信号后，经过内部处理输出指令信号，控 制列车制动。
10、 根据权利要求8、 9所述用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制方法，其特征是 所述步骤2中所述列车制动的控制过程为当检测到列车管减压速率》10kPa/s时，记录列 车管达到该减压速率时的起始瞬时压力，并以此压力作为参考压力值，除非列车发出缓解 指令，否则该参考压力值应固定不变；如果采集到的瞬时压力值与该参考压力的差值，即 减压量小于40 kPa，则地铁车辆制动减速度为零；在减压量达到140 kPa时对应常用制动 最大减速度为0. 6 m/s2 ，对应PWM波的占空比为28. 74%;其中PWM波的占空比11%_45%区 间线性对应于减速度0-1. 15m/V区间。
全文摘要
本发明公开了一种用于城轨车辆整列编挂铁路运输用的控制装置及其控制方法，首先通过压力传感器接收列车管压力信号、速度信号及其它数字量控制信号，经过运输控制装置的内部处理后，能够输出制动电子控制单元(BECU)能够识别的制动力指令信号及其它控制信号。本发明能够直接控制列车制动系统，且独立于列车的其他系统，保证城轨车辆和铁路车辆制动过程保持一致，减小制动冲击，便于维护与升级。
文档编号G05B11/01GK101423056SQ20081014347
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者刘健平, 彭海清, 颍 杨, 段继超, 胡跃文, 高春宏, 龙华炜 申请人:南车株洲电力机车有限公司