第五章制動(dòng)控制系統(tǒng)_城市軌道交通車輛制動(dòng)技術(shù)2014-10-28修改的

1、 制動(dòng)控制系統(tǒng)是空氣制動(dòng)系統(tǒng)的核心 它接收司機(jī)司機(jī) 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）的指令指令 并采集車上各種與制動(dòng)有關(guān)的信號(hào)，將指令與各種信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出列車所需的制動(dòng)力，再向動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)和空氣制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)信號(hào)。第五章第五章 制動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能能 動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)將實(shí)際制動(dòng)力的等值信號(hào)反饋給制動(dòng)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算協(xié)調(diào)運(yùn)算協(xié)調(diào)動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)的制動(dòng)量?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)將制動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的制動(dòng)力信號(hào)經(jīng)流量放大后使執(zhí)行部件產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力。制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能能第五章第五章 制動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng) 制

2、動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)組成組成 空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)（空氣制動(dòng)機(jī)）空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)（空氣制動(dòng)機(jī)）BCUBCU以壓力以壓力空氣作為制動(dòng)信號(hào)傳遞和制動(dòng)力控制介質(zhì)的制動(dòng)控空氣作為制動(dòng)信號(hào)傳遞和制動(dòng)力控制介質(zhì)的制動(dòng)控制系統(tǒng)；制系統(tǒng)； 電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)PBCUPBCU以電氣信號(hào)來(lái)傳遞以電氣信號(hào)來(lái)傳遞制動(dòng)信號(hào)的制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)信號(hào)的制動(dòng)系統(tǒng)。 電子制動(dòng)控制單元電子制動(dòng)控制單元EBCUEBCU以微機(jī)為中心的電子控以微機(jī)為中心的電子控制裝置。制裝置。第一節(jié)第一節(jié) 制動(dòng)控制系統(tǒng)的組成制動(dòng)控制系統(tǒng)的組成動(dòng)力動(dòng)力（電氣（電氣）制動(dòng)）制動(dòng)牽引控制系統(tǒng)牽引控制系統(tǒng)（PCU)電氣指令單元電氣指令單元（司

3、機(jī)控制器（司機(jī)控制器/ATO)電子制動(dòng)控制單元電子制動(dòng)控制單元（EBCU/BCE/MBCU）供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng)空氣制動(dòng)控制單元空氣制動(dòng)控制單元（BCU)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基礎(chǔ)制動(dòng)裝置防滑裝置防滑裝置圖圖5-1 制動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖制動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖 一、一、電子制動(dòng)控制單元電子制動(dòng)控制單元 列車制動(dòng)控制不再靠司機(jī)的頭腦判斷，而是由微機(jī)列車制動(dòng)控制不再靠司機(jī)的頭腦判斷，而是由微機(jī)綜合綜合列車運(yùn)列車運(yùn)行中的行中的所有參數(shù)所有參數(shù)，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)判斷判斷和和運(yùn)算運(yùn)算，給制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出精確的指，給制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出精確的指令。令。v 以微機(jī)為中心的電子控制裝置以微機(jī)為中心的電子控制裝置稱為稱為電子制動(dòng)控制單元（電子制動(dòng)

4、控制單元（EBCU)EBCU)、 微機(jī)制動(dòng)控制單元（微機(jī)制動(dòng)控制單元（MBCU)MBCU)、 制動(dòng)控制電子裝置（制動(dòng)控制電子裝置（BCU).BCU).第一節(jié)第一節(jié) 制動(dòng)控制系統(tǒng)的組成制動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 電子電子制動(dòng)控制制動(dòng)控制單元的主要功能：?jiǎn)卧闹饕δ埽航邮战邮账緳C(jī)控制器或司機(jī)控制器或ATOATO的指令的指令，與牽引控制系統(tǒng)，與牽引控制系統(tǒng)協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)列車的制動(dòng)和緩解列車的制動(dòng)和緩解。設(shè)有緊急制動(dòng)電路，當(dāng)緊急設(shè)有緊急制動(dòng)電路，當(dāng)緊急制動(dòng)指令發(fā)出時(shí)，列車能迅速調(diào)用全部空氣制動(dòng)能制動(dòng)指令發(fā)出時(shí)，列車能迅速調(diào)用全部空氣制動(dòng)能力實(shí)行緊急制動(dòng)。力實(shí)行緊急制動(dòng)。將接收到的將接收到的動(dòng)力（電氣）制動(dòng)實(shí)際值動(dòng)

5、力（電氣）制動(dòng)實(shí)際值經(jīng)經(jīng)EPEP轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，將，將電信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)換成為氣動(dòng)信號(hào)氣動(dòng)信號(hào)發(fā)送發(fā)送給給空氣制動(dòng)控制單元空氣制動(dòng)控制單元。在保證在保證電制動(dòng)電制動(dòng)優(yōu)先優(yōu)先作用下，空氣制動(dòng)能自動(dòng)進(jìn)行列作用下，空氣制動(dòng)能自動(dòng)進(jìn)行列車制動(dòng)力的補(bǔ)償，將制動(dòng)所需壓力傳遞給基礎(chǔ)制動(dòng)車制動(dòng)力的補(bǔ)償，將制動(dòng)所需壓力傳遞給基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，從而使列車制動(dòng)保持不變。裝置，從而使列車制動(dòng)保持不變。 控制控制供氣系統(tǒng)中供氣系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)組的工作周期空氣壓縮機(jī)組的工作周期，監(jiān)視監(jiān)視主風(fēng)缸輸出壓力等參數(shù)主風(fēng)缸輸出壓力等參數(shù)。如果供氣系統(tǒng)中某臺(tái)設(shè)備如果供氣系統(tǒng)中某臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，它能及時(shí)調(diào)用備用設(shè)備填補(bǔ)。發(fā)生故障，它能及時(shí)調(diào)

6、用備用設(shè)備填補(bǔ)。 在列車制動(dòng)過(guò)程中始終在列車制動(dòng)過(guò)程中始終收集收集列車所有列車所有輪對(duì)速度傳感輪對(duì)速度傳感器發(fā)來(lái)的速度參數(shù)器發(fā)來(lái)的速度參數(shù)，對(duì)輪對(duì)在，對(duì)輪對(duì)在制動(dòng)中出現(xiàn)的滑行制動(dòng)中出現(xiàn)的滑行進(jìn)進(jìn)行行監(jiān)視監(jiān)視。一旦發(fā)現(xiàn)滑行，立即發(fā)出防滑信號(hào)并采取。一旦發(fā)現(xiàn)滑行，立即發(fā)出防滑信號(hào)并采取防滑措施。防滑措施。 對(duì)對(duì)列車制動(dòng)時(shí)的各種參數(shù)和故障列車制動(dòng)時(shí)的各種參數(shù)和故障進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)視和和記錄記錄。故障記錄可以在列車回庫(kù)后用便攜式計(jì)算機(jī)讀出。故障記錄可以在列車回庫(kù)后用便攜式計(jì)算機(jī)讀出。傳遞方式分：數(shù)字指令式傳遞方式分：數(shù)字指令式 模擬指令式模擬指令式 控制方式分：電磁空氣制動(dòng)機(jī)控制方式分：電磁空氣制動(dòng)機(jī)

7、氣壓控制型電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)氣壓控制型電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng) 電氣控制型電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)電氣控制型電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)電氣指令式控電氣指令式控制制空氣制動(dòng)控制單元是制動(dòng)系統(tǒng)中空氣制動(dòng)控制單元是制動(dòng)系統(tǒng)中電氣制動(dòng)電氣制動(dòng)和和空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)的的聯(lián)系點(diǎn)聯(lián)系點(diǎn)，也是也是電子電子、電子信號(hào)電子信號(hào)與與氣動(dòng)信號(hào)氣動(dòng)信號(hào)的的轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)。在過(guò)去論述中稱為中。在過(guò)去論述中稱為中繼閥或繼閥或EP。 空氣制動(dòng)控制方式分：自動(dòng)式空氣制動(dòng)控制方式分：自動(dòng)式 直通式直通式二、二、空氣空氣制動(dòng)控制單元（制動(dòng)控制單元（BCU）一般一般空氣制動(dòng)控制單元空氣制動(dòng)控制單元 由各種不同功能的由各種不同功能的電磁閥電磁

8、閥和和氣動(dòng)閥氣動(dòng)閥組成組成普遍有以下幾種零部件構(gòu)成普遍有以下幾種零部件構(gòu)成 內(nèi)部有腔室及連通腔室大小通路的閥體。內(nèi)部有腔室及連通腔室大小通路的閥體。 控制腔室與各通路的活塞和閥門?？刂魄皇遗c各通路的活塞和閥門。 控制活塞和閥門的模板、彈簧、頂桿和鐵芯?？刂苹钊烷y門的模板、彈簧、頂桿和鐵芯。 控制（吸引）頂桿和鐵芯的電磁線圈?？刂疲ㄎ╉敆U和鐵芯的電磁線圈。 與閥體內(nèi)部大小通路相連的輸入、輸出氣管接頭。與閥體內(nèi)部大小通路相連的輸入、輸出氣管接頭。 氣氣-電或電電或電-氣轉(zhuǎn)換元件。氣轉(zhuǎn)換元件?；痉譃椋夯痉譃椋篍P閥、中繼閥和空重車調(diào)整閥。閥、中繼閥和空重車調(diào)整閥。1、空氣空氣制動(dòng)控制單元的

9、基本組成制動(dòng)控制單元的基本組成采集車上各種采集車上各種制動(dòng)相關(guān)信號(hào)制動(dòng)相關(guān)信號(hào)BCUBECU指令計(jì)算出指令計(jì)算出列車制動(dòng)力列車制動(dòng)力實(shí)際制動(dòng)力實(shí)際制動(dòng)力等值信號(hào)等值信號(hào)動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)中繼閥中繼閥空制制空制制動(dòng)力信號(hào)動(dòng)力信號(hào)空氣制動(dòng)空氣制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)流量放大流量放大2、空氣、空氣制動(dòng)控制單元在制動(dòng)系統(tǒng)中的作用制動(dòng)控制單元在制動(dòng)系統(tǒng)中的作用一）、EP閥(Electric-Pneumatic)定義：定義：也稱控導(dǎo)閥，也稱模擬轉(zhuǎn)換閥，是一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換閥。組成：組成：電磁線圈、鐵芯、燈桿、活塞。功能：功能：將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成空氣壓力信號(hào)，空氣壓力信號(hào)與激磁電流成線性關(guān)系。 48 總風(fēng)缸總風(fēng)缸

10、 14 壓力信號(hào)輸出壓力信號(hào)輸出 EP閥工作原理 由電磁線圈、鐵芯、頂桿和活塞等組成。當(dāng)它的電磁線圈沒(méi)有勵(lì)磁時(shí)，鐵芯和連桿落在閥底，通路阻斷或通路與大氣連通。當(dāng)線圈勵(lì)磁，鐵芯被吸引上移，推動(dòng)頂桿和活塞上移，通路與儲(chǔ)風(fēng)缸壓力空氣連通。模擬轉(zhuǎn)換閥定義：為上海地鐵車輛KNORR制動(dòng)系統(tǒng)中使用的電磁閥，由電磁進(jìn)氣閥、電磁排氣閥、氣-電轉(zhuǎn)換器組成。功能：將電氣指令通過(guò)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的作用比較精確的轉(zhuǎn)換成預(yù)控制壓力信號(hào)。4）均衡閥二）、中繼閥定義：定義：是SD型數(shù)字式制動(dòng)控制單元中最重要的電磁閥，是一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換閥。功能：功能：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成空氣壓力輸出，控制電信號(hào)的變化不是激磁電流的變化，而是三個(gè)電磁閥勵(lì)消

11、磁狀態(tài)的七種組合。(001,010,011,100.) 28 空重車調(diào)整閥空重車調(diào)整閥 13 控導(dǎo)閥控導(dǎo)閥(電制）電制） 43 總風(fēng)缸總風(fēng)缸 20 空氣壓力輸出空氣壓力輸出 8 緊急制動(dòng)閥緊急制動(dòng)閥 七級(jí)中繼閥 組成：它上部是給排閥，下部是腔室。腔室中是活塞和膜板，活塞和膜板帶動(dòng)有空心通路的頂桿上下移動(dòng)。 原理： 中繼閥也是一個(gè)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成壓力空氣的電磁閥，只是電信號(hào)的變化不是勵(lì)磁電流的變化，而是通過(guò)電磁閥勵(lì)磁線圈和消磁狀態(tài)的不同組合，將多個(gè)電信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)空氣壓力輸出。二）、中繼閥（三）、空重車調(diào)整閥 空重車調(diào)整閥的作用是根據(jù)車輛載重的變化，即根據(jù)乘客的多少，輸出一個(gè)空氣壓力信號(hào)，并通

12、過(guò)中繼閥使單元制動(dòng)機(jī)風(fēng)缸保持一個(gè)恒定的制動(dòng)力。 空重車調(diào)整閥的輸入是車輛二系彈簧的空氣壓力信號(hào)?？紤]到車輛載重的不平衡，一般采取前后轉(zhuǎn)向架對(duì)角的兩個(gè)空氣彈簧壓力為輸入信號(hào)，這樣就能比較準(zhǔn)確地使空重車調(diào)整閥的輸出壓力信號(hào)與乘客負(fù)載成一定比例關(guān)系。 由于電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多空重車信號(hào)已經(jīng)直接將空氣彈簧壓力轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)輸入BCE或MBCU，空重車調(diào)整閥輸出的空氣壓力信號(hào)在常用制動(dòng)時(shí)根本不起作用。但是在緊急制動(dòng)時(shí)，空重車調(diào)整閥輸出的空氣壓力信號(hào)還是可以越過(guò)中繼閥，對(duì)緊急制動(dòng)起到限制沖動(dòng)的作用。均衡閥定義：定義：上海地鐵車輛上海地鐵車輛KNORR制動(dòng)系統(tǒng)使用的制動(dòng)系統(tǒng)使用的氣閥。氣閥。功能：功能：

13、能使大流量的壓力空氣迅速通過(guò)，而且能使大流量的壓力空氣迅速通過(guò)，而且大流量壓力空氣的壓力變化是隨預(yù)控制壓力大流量壓力空氣的壓力變化是隨預(yù)控制壓力CV的增大而增大的，輸出壓力比為的增大而增大的，輸出壓力比為1：1，相當(dāng)于，相當(dāng)于一個(gè)氣流放大器類似于電流放大器。一個(gè)氣流放大器類似于電流放大器。集成化模擬式制動(dòng)控制單元定義：將制動(dòng)控制單元所有的部件都安裝在一塊鋁合金的氣路板上的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：a) 避免用管道連接而造成的泄漏，同時(shí)元件所占空間大大減少。 b) 測(cè)試接口方便各個(gè)控制壓力和閘缸壓力的測(cè)量，方便了日常檢修保養(yǎng)工作。 c) 如運(yùn)營(yíng)中發(fā)生故障，可迅速將整個(gè)控制單元的氣路板換下，列車可快速重新投入運(yùn)

14、營(yíng)。三 電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)（PBCU）現(xiàn)在城市軌道交通車輛的制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)一例外地采用電氣指令單元來(lái)快速、準(zhǔn)確、可靠地傳遞司司機(jī)控制器機(jī)控制器的指令的指令。采用電氣指令可以使列車制動(dòng)、緩解迅速、停車平穩(wěn)無(wú)沖動(dòng)，縮短制動(dòng)距離。1）數(shù)字式電氣指令控制系統(tǒng)數(shù)字式電氣指令控制系統(tǒng)是指0和1兩個(gè)數(shù)字，在組成3位數(shù)字時(shí)，除了000外，還有001，010，011111共7種組合，分別使三個(gè)電磁閥各自得電（相當(dāng)于1）或失電（相當(dāng)于0）組成的組合，從而獲得7檔制動(dòng)指令。數(shù)字式指令指開(kāi)關(guān)指令的組合，屬于分檔控制。這樣的分檔制動(dòng)指令通過(guò)具有多塊氣動(dòng)膜板的中繼閥的動(dòng)作，使制動(dòng)缸獲得恒定的七級(jí)壓力。 數(shù)字式電氣指令制動(dòng)控

15、制系統(tǒng)操作靈活，可控性能好。我國(guó)自行制造的北京地鐵車輛使用的SD型制動(dòng)系統(tǒng)即為數(shù)字式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)。 2）模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)制動(dòng)和連續(xù)操縱，常用的模擬電信號(hào)有電流、電壓、頻率、脈沖等，這些模擬量可以傳遞制動(dòng)控制信號(hào)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：對(duì)指令傳遞的設(shè)備性能要求較高，精度有可能因?yàn)樵O(shè)備性能的不足而下降。 2）模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng) 模擬式電氣指令制動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極制動(dòng)和連續(xù)操縱。常用的模擬電信號(hào)有電流、電壓、頻率和脈沖等，這些模擬量可以傳遞制動(dòng)控制信號(hào)。理論上，模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)的操縱比數(shù)字式的更方便，但它對(duì)指令

16、傳遞的設(shè)備性能要求比較高。如果設(shè)備性能不能滿足要求，其精度會(huì)降低，從而會(huì)影響制動(dòng)效果。 從目前趨勢(shì)來(lái)看，城市軌道交通車輛采用脈沖寬度調(diào)制的模擬式電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)是較為先進(jìn)的列車制動(dòng)控制系統(tǒng)。第二節(jié) 制動(dòng)控制策略1、恒制動(dòng)率控制、恒制動(dòng)率控制 無(wú)論空載、滿載或超員，都應(yīng)保證列車的減速度與司機(jī)制動(dòng)手柄的制動(dòng)位角度相對(duì)應(yīng)。 城市軌道車輛會(huì)根據(jù)動(dòng)車和拖車車輛的負(fù)荷重量變化而自動(dòng)調(diào)整各級(jí)制動(dòng)缸壓力，在各制動(dòng)級(jí)位都可保持恒定的制動(dòng)率，得到恒定減速度。均勻制動(dòng)方式定義：定義：各節(jié)車各自承擔(dān)自己需要的制動(dòng)力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：T車所需的制動(dòng)力將全部由自己的空氣制動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)，T車的閘瓦磨耗要比有電氣制動(dòng)的M

17、車多。2、空氣制動(dòng)滯后控制、空氣制動(dòng)滯后控制定義：定義：在不超過(guò)粘著限制的范圍內(nèi)充分利用在不超過(guò)粘著限制的范圍內(nèi)充分利用M車的電氣制動(dòng)力，不足部分再由車的電氣制動(dòng)力，不足部分再由T車的空氣車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充，這樣可以節(jié)約能源，降低制動(dòng)力補(bǔ)充，這樣可以節(jié)約能源，降低T車機(jī)車機(jī)械制動(dòng)的磨耗，這種控制方式稱為空氣制動(dòng)滯械制動(dòng)的磨耗，這種控制方式稱為空氣制動(dòng)滯后控制。后控制。有三種方式：有三種方式： T車的空氣制動(dòng)滯后控制車的空氣制動(dòng)滯后控制 T車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)足控制車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)足控制 M、T轉(zhuǎn)向架空氣制動(dòng)均勻不足控制轉(zhuǎn)向架空氣制動(dòng)均勻不足控制1) T車的空氣制動(dòng)滯后控制車的空氣制動(dòng)滯后控制控制思想：控制思想：T車所需制動(dòng)力由M車的再生制動(dòng)力承擔(dān)，根據(jù)空電聯(lián)合制動(dòng)運(yùn)算，不足部分也由M車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充。最后還不足時(shí)，再由T車的空氣制動(dòng)力承擔(dān)。2） T車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)足控制車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)足控制控制思想：控制思想：T車所需制動(dòng)力由M車的再生制動(dòng)力承擔(dān)，根據(jù)空電聯(lián)合制動(dòng)運(yùn)算，當(dāng)再生制動(dòng)不足時(shí)，首先由T車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)足，再不夠才由M車的空