专利名称：轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轨道车辆车轮防滑技术领域，尤其涉及一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法及其系统。
背景技术：
动力分散型的轨道交通车辆(如动车组、地铁列车等)均采用复合制动的制动方式，即通常优先使用再生制动，如果制动力不足，再补充摩擦制动。所谓再生制动，是将牵引系统通过改变牵引电动机和变流器的工作方式，使牵引电动机处于消耗动能产生电能的工况，并将生产的电能回馈电网，实现列车制动的一种方式，此时的牵引电动机工作于电能再生模式，因此称为再生制动，也称电制动或动力制动。由于再生制动有快速、高效、环保的优点，因此在轨道交通车辆的制动策略设计中，一般都优先使用再生制动。但是再生制动的制动能力有限，不能满足高制动级别(包括紧急制动)的减速度要求，因此还必须补充摩擦制动。再生制动和摩擦制动的复合控制，称为空电复合，其是一套复杂的控制逻辑。再生制动和摩擦制动都属于粘着制动，其可发挥的制动能力受制于当前轮轨间的粘着系数，当制动力超过轮轨间粘着力时，车轮即会在轨道上发生滑行。而且，制动级别越高、减速度指令越大，出现滑行的几率也就越大。另外，在雨雪天气等低粘着条件下，就更容易出现车轮滑行的情况。车轮在轨道上滑行会形成车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤不仅使列车运行时车辆/轨道产生强烈的震动，在轮轨间产生强烈的冲击噪声，而且会导致车轮轴承、车轴和轨道的损伤，增加轮轨维修费用。另外，车轮踏面擦伤也会造成轮轨粘着效果进一步降低，而加重车轮滑行时的损伤。
发明内容
本发明提供一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法及其系统，以解决现有技术轨道车辆在制动过程中会出现车轮相对于轨道滑动，形成车轮踏面擦伤，使列车运行时车辆/轨道产生强烈的震动，导致车轮轴承、车轴和轨道的损伤，增加轮轨维修费用的问题。本发明提供一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制系统，包括再生制动防滑单元，用于判断获知车轮发生滑行时，启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；空电复合控制单元，用于接收所述启动状态信息，并在接收到所述启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向再生制动防滑单元发送降低制动力指令，以再次降低所述再生制动力；还用于在所述再生制动力降低为零时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向摩擦制动防滑单元发送摩擦制动防滑启动指令；摩擦制动防滑单元，用于接收所述摩擦制动防滑启动指令来启动摩擦制动防滑， 以降低摩擦制动力进行防滑控制。
本发明还提供一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护方法，包括再生制动防滑单元判断车轮是否出现滑行，若判断获知车轮发生滑行则启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；空电复合控制单元接收到再生制动防滑的启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除则向再生制动防滑单元发送降低再生制动力指令，以再次降低所述再生制动力。本发明提供的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护系统，再生制动防滑单元与摩擦制动防滑单元，经由空电复合控制单元进行协调控制，在车轮发送滑动时，可以迅速的协调控制再生制动力及摩擦制动力，以迅速消除车轮的滑行，避免车轮出现踏面擦伤，由此消除了因踏面擦伤而造成列车运行时车辆/轨道产生强烈的震动，导致车轮轴承、车轴和轨道的损伤，增加轮轨维修费用的问题。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制系统实施例的原理框图；图2为本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法实施例的流程图；图3为本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法另一实施例的流程图。
具体实施例方式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。图1所示，本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制系统实施例的原理框图，包括再生制动防滑单元1、空电复合控制单元2和摩擦制动防滑单元3。具体地，再生制动防滑单元1，用于判断获知车轮发生滑行时，启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元2 ；空电复合控制单元2，用于接收所述启动状态信息，并在接收到所述启动状态信息后的时长达到判断阈值(此判断阈值用于表征允许再生制动防滑单独作用的时长，在本实施例中可以规定为5S，但绝不仅仅局限于设置为5S，其具体的设定值可以根据具体的使用情况及开发者的经验来确定)时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向再生制动防滑单元1发送降低制动力指令，以再次降低所述再生制动力；还用于在所述再生制动力降低为零时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向摩擦制动防滑单元3发送摩擦制动防滑启动指令；摩擦制动防滑单元3，用于接收所述摩擦制动防滑启动指令来启动摩擦制动防滑， 以降低摩擦制动力。
其中，再生制动防滑单元是牵引控制系统(TCU，Traction Control Unit)中的一个功能单元，摩擦制动防滑单元与空电复合控制单元属于制动控制系统(BCU，Brake Control Unit)，牵引控制系统与制动控制系统之间通过数据总线进行通讯，以进行协调控制。TCU发往BCU的信号包括当前再生制动的启动状态、再生制动防滑的运行状态及当前牵引电机剩余转矩处于激活状态；BCU发往TCU的信息包括TCU立即启动再生制动指令及再生制动减小的百分比指令。在进行制动时，再生制动防滑单元接收速度传感器采集的四路轴速，并通过四路轴速来判断车轮是否发生滑行，在判断获知车轮发生滑行时，再生制动防滑单元对牵引变流器和牵引电机的转矩进行实时的控制，用以消除车轮的滑行。并且，在再生制动防滑工作一段时间，即再生制动防滑的工作时长到达判断阈值后，空电复合控制单元2去判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向再生制动防滑单元1发送降低制动力指令，该降低制动力指令为百分比数值形式，即将现有的再生制动力降低至现有再生制动力的某一百分比内，如降低制动力指令的百分比数值为70%，则所要降低到的再生制动力= 现有再生制动力X 70%。另外，摩擦制动防滑单元接收速度传感器采集的四路轴速，并通过四路轴速来判断车轮是否发生滑行，在再生制动的制动作用消失后，摩擦制动防滑单元判断获知车轮仍在滑行，则控制防滑阀进行泄压，来降低摩擦制动力，最终达到消除车轮的滑行的目的。在整个制动过程中，若因消除车轮的滑行，而使再生制动的制动力降为零后，则在此次制动过程的后半程不再重新启动再生制动，而仅仅采用摩擦制动来完成剩余的制动过程。此处，用于为摩擦制动防滑单元提供轴速的速度传感器和用于为再生制动防滑单元提供轴速的速度传感器为两套相互独立的速度传感器单元，则再生制动车轮的滑行保护不需要获取摩擦制动的车轮滑行保护信息。图2所示，本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法实施例的流程图，包括以下步骤S100 再生制动防滑单元判断车轮是否出现滑行，若判断获知车轮发生滑行则启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；目前的轨道车辆一般同时具备再生制动和摩擦制动两套制动系统。在轨道车辆中设置再生制动可以在制动的时候，将轨道车辆一部分动能转化为电能回馈给电网，这样具有节能、环保的优点。随着轨道车辆的提速及雨雪等低附着天气因素的影响，轨道车辆在制动的时候， 特别是在紧急制动等大减速度制动的时候车轮与轨道之间具有较高的滑行概率。速度传感器采集四路轴速，并将该四路轴速信号发送至再生制动防滑单元，再生制动防滑单元通过比较四路轴速，根据自身的防滑判据，判断为车轮与轨道之间发生了滑行。此时，再生制动防滑单元对牵引变流器和牵引电机的转矩进行实时的控制，降低再生制动力，用以消除车轮的滑行。同时，将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元，以便空电复合控制单元进行后续的控制动作。S200:空电复合控制单元接收到再生制动防滑的启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除则向再生制动防滑单元发送降低再生制动力指令，以再次降低所述再生制动力。在空电复合控制单元接收到再生制动防滑的启动状态信息后的时长达到判断阈值(此判断阈值用于表征允许再生制动防滑单独作用的时长，在本实施例中可以规定为 5S，但绝不仅仅局限于设置为5S，其具体的设定值可以根据具体的使用情况及开发者的经验来确定)时，空电复合控制单元判断车轮的滑行是否消失，若判断获知车轮滑行仍在继续，则其向再生制动防滑单元发送降低再生制动力指令，以再次降低所述再生制动力，进而消除车轮滑行。进一步的，空电复合控制单元向再生制动防滑单元发送的降低再生制动力指令为百分比数值形式，即将现有的再生制动力降低至现有再生制动力的某一百分比内，如降低再生制动力指令的百分比数值为70%，则所要降低到的再生制动力=现有再生制动力X70%。需要说明的是，在常用制动时，所述降低制动力指令的百分比值在0 93%之间；在紧急制动时，所述降低制动力指令的百分比值在0 100%之间。还有，在轨道车辆运行于电力换相区时，再生制动力被TCU直接切除，则再生制动防滑单元不响应所述降低制动力指令，不对所述再生制动力实施降低操作，同时向所述空电复合控制单元发出牵引电机当前处于剩余转矩激活状态的信号。进一步的，基于上述实施例，如图3所示，本发明轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法另一实施例的流程图，除了包括上述步骤SlOO和S200外，还包括步骤S300:在再生制动力降低为零时，所述空电复合控制单元判断车轮滑行是否消除， 若判断获知车轮滑行未消除则向摩擦制动防滑单元发送摩擦制动防滑启动指令，摩擦制动防滑单元接收所述摩擦制动防滑启动指令来启动摩擦制动防滑，以降低摩擦制动力。由于再生制动的制动能力有限，特别是在制动级别较高或紧急制动中，摩擦制动提供较高的制动力，此时，即使是再生制动的制动力降低为零，车轮仍存在滑行的可能性， 在空电复合控制单元判断获知车轮滑行未消除，则向摩擦制动防滑单元发送摩擦制动防滑启动指令，摩擦制动防滑单元接收所述摩擦制动防滑启动指令，来控制防滑阀调压，来启动摩擦制动防滑控制，以降低摩擦制动力，消除车轮滑行。由于牵引电机自身具有转动惯性，在再生制动防滑控制单元执行空电复合控制单元的降低制动力指令后，还会存在一定的剩余转矩，该剩余转矩维持的时间越长，越不利于摩擦制动防滑单元的控制，也越容易产生滑行。因此，摩擦制动防滑单元在检测轨道车辆速度时，需要考虑牵引电动机剩余转矩的激活状态，若牵引电动机的剩余转矩处于激活状态， 则在摩擦制动防滑单元进行摩擦制动防滑时，其会适度的增大所要消除的摩擦制动力的大 最后应说明的是以上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精神和范围。
权利要求
1.一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制系统，其特征在于，包括再生制动防滑单元，用于判断获知车轮发生滑行时，启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；空电复合控制单元，用于接收所述启动状态信息，并在接收到所述启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向再生制动防滑单元发送降低制动力指令，以再次降低所述再生制动力；还用于在所述再生制动力降低为零时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除，则向摩擦制动防滑单元发送摩擦制动防滑启动指令；摩擦制动防滑单元，用于接收所述摩擦制动防滑启动指令来启动摩擦制动防滑，以降低摩擦制动力进行防滑控制。
2.一种轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，包括再生制动防滑单元判断车轮是否出现滑行，若判断获知车轮发生滑行则启动再生制动防滑以降低再生制动力，并将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；空电复合控制单元接收到再生制动防滑的启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除则向再生制动防滑单元发送降低再生制动力指令，以再次降低所述再生制动力。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，所述降低制动力指令以百分比的形式控制所述再生制动力的降低。
4.根据权利要求2或3所述的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，在再生制动力降低为零时，所述空电复合控制单元判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除则向摩擦制动防滑单元发送摩擦制动防滑启动指令，摩擦制动防滑单元接收所述摩擦制动防滑启动指令来启动摩擦制动防滑，以降低摩擦制动力。
5.根据权利要求2或3所述的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，在轨道车辆运行于电力换相区时，再生制动防滑单元不响应所述降低制动力指令，不对所述再生制动力实施降低操作，同时向所述空电复合控制单元发出牵引电机当前处于剩余转矩激活状态的信号。
6.根据权利要求3所述的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，在常用制动时，所述降低制动力指令的百分比值在0 93%之间。
7.根据权利要求3所述的轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法，其特征在于，在紧急制动时，所述降低制动力指令的百分比值在0 100%之间。
全文摘要
本发明提供轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护控制方法及其系统，其中，轨道车辆复合制动时的车轮防滑保护方法，包括再生制动防滑单元判断车轮是否出现滑行，若判断获知车轮发生滑行则启动再生制动防滑以降低再生制动力，将再生制动防滑的启动状态信息发送至空电复合控制单元；空电复合控制单元接收到再生制动防滑的启动状态信息后的时长达到判断阈值时，判断车轮滑行是否消除，若判断获知车轮滑行未消除则向再生制动防滑单元发送降低再生制动力指令。该方法使两套防滑系统协同工作，迅速消除车轮滑行，避免车轮出现踏面擦伤，消除了因踏面擦伤而造成列车运行时产生的强烈震动，导致车轮轴承、车轴和轨道的损伤，增加轮轨维修费用的问题。
文档编号B60T8/17GK102343898SQ20111019534
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者姜岩峰, 曹宏发, 陈伟 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所, 北京纵横机电技术开发公司, 铁道部运输局