轨道车辆的压力采集装置以及制动控制装置和方法与流程

本发明涉及轨道车辆技术领域，特别是涉及一种轨道车辆的压力采集装置以及制动控制装置和方法。

背景技术：

牵引及制动功能是轨道车辆最为基础也是最为关键两项功能，而在制动过程中为确定制动力，需采集车重信息，然后由BCU计算得出制动力。

为实现车辆运行中车重动态载荷的采集，现普遍使用空气弹簧压力作为输入参数，以计算车辆的动态载荷。在CRH2系列动车组中，现采取单节车辆中对角布置的空气弹簧压力载荷作为动态车重计算的输入参数。

但是，在车辆实际运行过程中，由于受到轨道激励、车辆载荷偏载等因素的影响，左右空气弹簧所受到的载荷是不同的，因此，转向架中处于左右两侧的一位、二位空气弹簧所承受的压力不等，两者之间存在一定的压力差。当采用一、四位或二、三位空气弹簧的载荷之和的二分之一作为车重时，就会与实际载荷存在偏差。那么，BCU单元通过此存在偏差的车重计算出的制动力，也必然存在误差。

因此，如何设计一种轨道车辆的压力采集装置以及制动控制装置和方法，以提高压力采集的准确性，进而提高制动力的计算精度，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轨道车辆的压力采集装置以及制动控制装置和方法，能够提高压力采集的准确性，进而更加准确地获取动态车重，提高制动力的计算精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种轨道车辆的压力采集装置，所述轨道车辆的转向架具有处于左右两侧的第一空气弹簧和第二空气弹簧，所述压力采集装置包括平衡阀，所述平衡阀具有第一压力输入口、第二压力输入口和压力输出口，所述第一压力输入口与所述第一空气弹簧的供气管路连通，所述第二压力输入口与所述第二空气弹簧的供气管路连通，所述压力输出口用于输出所述第一空气弹簧和所述第二空气弹簧的供气压力的平均值，用于衡量车重。

本发明的压力采集装置，设有平衡阀，将转向架左右两侧空气弹簧的供气压力引入平衡阀内，然后通过平衡阀对左右两侧的供气压力进行平衡，获取供气压力的平均值，然后采用该平均值衡量车重，以提高压力采集的精确度，进而准确地衡量车重，尤其可以准确获取动态车重，以根据动态车重准确计算出车辆运行中的制动力，避免因制动力不足或过大引起的制动事故。

可选地，还包括与所述压力输出口连通的压力传感器，用于获取所述平均值。

可选地，还包括第一管路和第二管路，所述第一管路用于连通所述第一空气弹簧的供气管路与所述第一压力输入口，所述第二管路用于连通所述第二空气弹簧的供气管路与所述第二压力输入口。

可选地，所述平衡阀包括活塞腔和置于所述活塞腔的差动活塞，所述差动活塞的两侧端面面积相等，其中一侧端面由同轴套装且等面积的第一环形面和第二环形面组成，所述第一环形面通过第一气道与所述第一压力输入口连通，所述第二环形面通过第二气道与所述第二压力输入口连通；另一侧端面为通过第三气道与所述压力输出口连通的第三环形面，并与随所述供气压力变化而启闭的调节口连通，以使所述差动活塞保持平衡。

可选地，所述调节口包括与气源连通的第一端口和与排气通道连通的第二端口，在所述供气压力增大时，所述第一端口开启、所述第二端口封闭，在所述供气压力减小时，所述第一端口封闭、所述第二端口开启。

可选地，所述平衡阀还包括与所述第一端口和所述第二端口密封配合的双阀头，所述差动活塞具有形成所述排气通道的轴向贯通腔，以及轴向突出所述第三环形面的突出部，所述活塞腔具有供所述突出部伸出的开口，形成所述第一端口，所述排气通道处于所述突出部的一端形成所述第二端口。

可选地，所述平衡阀还包括调节腔和置于所述调节腔的调节活塞，所述调节腔的两端分别与所述第一压力输入口和所述第二压力输入口连通，中部设有与所述第一端口连通的连通口，所述调节活塞用于封堵所述调节腔的一端，以便将另一端与所述连通口连通。

可选地，所述平衡阀还包括具有容置所述双阀头的容置腔，所述容置腔的两端开口分别形成所述第一端口和所述连通口；所述容置腔还设有朝向所述第一端口抵压所述双阀头的压缩弹簧。

可选地，还包括连通在所述第一空气弹簧和所述第二空气弹簧的供气管路之间的差压阀。

本发明还提供了一种轨道车辆的制动控制装置，包括用于采集衡量车重的压力信号的压力采集装置以及根据所述压力信号计算制动力的BCU单元，所述压力采集装置为上述的压力采集装置。

可选地，所述轨道车辆包括纵向设置的第一转向架和第二转向架，所述第一转向架和所述第二转向架均设有所述压力采集装置。

本发明还提供了一种轨道车辆的制动控制方法，包括以下步骤：

1)获取转向架中空气弹簧的供气压力的平均值，作为压力采集值；

2)根据所述压力采集值计算车重；

3)根据所述车重计算并输出所需制动力。

本发明的制动控制方法中，制动力计算所依据的车重是通过压力采集值计算得出的，而压力采集值是对空气弹簧的供气压力平均后得到的平均值，能够更加准确地反映转向架的载重情况，进而得到精确的车重，以便于根据该车重计算得出所需制动力；并且，在车辆运行过程中，对空气弹簧的供气压力取平均值作为压力采集值时，能够抵消部分由于偏载和轨道等其他因素引起的偏差，提高计算精度，进而避免由于制动力的计算偏差引起的制动事故，有助于提高运行的安全性和稳定性。

可选地，所述步骤1)具体包括以下步骤：

11)将所述转向架左右两侧空气弹簧的供气压力引入平衡阀；

12)由所述平衡阀对所述供气压力平均后输出，将输出值作为所述压力采集值。

可选地，所述步骤2)具体包括以下步骤：

21)按照所述步骤1)获取两个以上转向架的所述压力采集值；

22)取各所述压力采集值的平均值，作为压力平均值；

23)根据所述压力平均值计算车重。

附图说明

图1为本发明所提供压力采集装置在一种具体实施方式中的结构示意图；

图2为图1所示压力采集装置的平衡阀在一种设置方式中的结构示意图；

图3为本发明所提供制动控制方法在一种具体实施方式中的控制原理示意图。

图1-3中：

第一空气弹簧1、第二空气弹簧2、平衡阀3、压力传感器4、第一管路5、第二管路6、差压阀7、第一转向架8、第二转向架9、阻断截止阀10、自动高度调整阀11；

第一压力输入口31、第二压力输入口32、压力输出口33、活塞腔34、差动活塞35、第一气道36、第二气道37、第三气道38、排气通道39、双阀头30、调节腔311、调节活塞312、容置腔313、压缩弹簧314；

第一环形面F1、第二环形面F2、第三环形面F3、第一端口S1、第二端口S2、连通口S5。

具体实施方式

本发明提供了一种轨道车辆的压力采集装置以及制动控制系统和方法，能够提高压力采集的准确性，进而更加准确地获取动态车重，提高制动力的计算精度。

以下结合附图，对本发明进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

本文所述的第一、第二等词仅为了驱动相同或类似结构的两个以上部件，或者相同或类似的结构，不表示对顺序的特殊限定。

如图1所示，本发明提供了一种轨道车辆的制动控制装置，包括用于采集压力信号的压力采集装置和与该压力采集装置相连的BCU单元，其中，该压力采集装置所采集的压力信号用于衡量车重，BCU单元能够根据所采集的压力信号计算制动力，以控制轨道车辆按照计算得出的制动力进行输出，实现车辆的可靠制动。

上述压力采集装置可以与转向架对应设置，即一个压力采集装置要能够与采集一个转向架的供气压力，当需要采集两个以上转向架的供气压力时，就需要对应设置相应个数的压力采集装置。通常，转向架的左右两侧均设有空气弹簧，为便于描述，定义为第一空气弹簧1和第二空气弹簧2，所述压力采集装置就是用于采集第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力的平均值，作为所述压力信号。

在图1所示的实施例中，设有两个处于不同位置的转向架，两转向架为纵向相邻的转向架，并将两转向架的压力信号均传递给BCU单元，以便BCU单元根据两所述压力信号的平均值计算制动力，提高制动力的计算准确性。

以下结合图2，对本发明的压力采集装置进行详细说明。

本发明的压力采集装置，包括平衡阀3，该平衡阀3设有第一压力输入口31、第二压力输入口32和压力输出口33，其中，第一压力输入口31与第一空气弹簧1的供气管路连通，第二压力输入口32与第二空气弹簧2的供气管路连通，用于将第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力引入平衡阀3内；平衡阀3对两个空气弹簧的供气压力进行平均后，通过压力输出口33向外输出供气压力的平均值，该平均值即用于衡量作用于第一空气弹簧1和第二空气弹簧2所处转向架所承受的载荷，即该转向架所在位置对应的车重。

为便于获取压力输出口33的气压值，本发明的压力采集装置还可以包括压力传感器4，该压力传感器4与压力输出口33连通，用于测量由压力输出口33输出的气压值，即获取平均值的具体数值，以便将该平均值转化为可被读取数字和/或模拟信号，传递给BCU单元。

本文所述的信号连接是指，以有线或者无线实现信号传递的一种连接方式。

为了将供气压力引入平衡阀3，本发明的压力采集装置还可以包括第一管路5和第二管路6，其中，第一管路5用于连通第一空气弹簧1的供气管路与第一压力输入口31，第二管路6用于连通第二空气弹簧2的供气管路与第二压力输入口32。此时的第一管路5和第二管路6相当于一个连通分路，由第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气管路分出，并分别连通至第一压力输入口31和第二压力输入口32。

在上述基础上，本发明的平衡阀3可以包括活塞腔34和置于活塞腔34中的差动活塞35，处于该差动活塞35两侧的端面可以等面积设置，然后将第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力引入差动活塞35一侧的端面，将另一侧端面与压力输出口33连通，进而通过压力输出口33输出平衡后的平均值，作为压力采集值。

具体而言，差动活塞35的两侧端面均可以设置为环形面，处于差动活塞35一侧的环形面包括内外套装的两个环形面，且两环形面的面积相等，两环形面对应不同的半径，处于内圈的环形面的外环构成处于外圈的环形面的内环，或者，处于内圈的环形面的外环与处于外圈的环形面的内环处于同一圆的轴向投影面上，以拼接形成处于差动活塞35一侧的整个环形面；为便于区分，可以对处于差动活塞35一侧的两个环形面进行定义，将其中一个环形面定义为第一环形面F1，另一个环形面定义为第二环形面F2，第一环形面F1和第二环形面F2的面积相等。其中，第一环形面F1可以通过第一气道36与第一压力输入口31连通，第二环形面F2通过第二气道37与第二压力输入口32连通，以便将第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力分别引至第一环形面F1和第二环形面F2。

同时，处于差动活塞35另一侧的环形面可以为整体的环形结构，具体可以定位为第三环形面F3，该第三环形面F3的面积为第一环形面F1或第二环形面F2的面积的两倍；该第三环形面F3通过第三气道38与压力输出口33连通，进而将平衡后的压力作为压力的平均值输出。

为实现差动活塞35的平衡，在第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力发生变化时，处于第三环形面F3的气压值也要进行相应的调整，以使得差动活塞35保持平衡，进而保证压力输出口33始终能够输出压力的平均值。在一种具体实施例中，还可以设置与第三环形面F3连通的调节口，该调节口随着供气压力的变化而启闭，用于实现第三环形面F3的增压或者泄压，进而使得差动活塞35重新回到平衡状态。详细地，在第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力中，至少其中一者减小时，该压力变化将调节口开启，以实现第三环形面F3的泄压，当至少其中一者增大时，该压力变化开启调节口，对第三环形面F3进行增压，以使得压力输出口33始终输出供气压力的平均值。

在图2所示的实施例中，第一环形面F1可以处于第二环形面F2的外圈，即第一环形面F1将第二环形面F2套装在内，此处所述的内外是以差动活塞35设置为圆形、且以差动活塞35的中轴线为参照进行定义的，靠近中轴线的方向为内，远离中轴线的方向为外。

并且，为便于对第一环形面F1和第二环形面F2进行区别设置，第一环形面F1和第二环形面F2可以共同形成台阶面的结构形式，其中，第一环形面F1和第二环形面F2分别构成两级台阶，以便将第一空气弹簧1的供气压力和第二空气弹簧2的供气压力分别引至不同的台阶，并可以在两级台阶之间设置密封件，以形成相对封闭的环形气腔。

为实现压力的平衡，调节口可以包括第一端口S1和第二端口S2，其中，第一端口S1与气源连通，第二端口S2与排气通道39连通，在供气压力增大时，将第一端口S1开启、第二端口S2封闭，以引入气源至第三环形面F3，进而增大第三环形面F3的压力，实现增压；在供气压力减小时，将第一端口S1封闭、第二端口S2开启，以使得第三环形面F3与排气通道39连通，实现泄压；如果供气压力保持稳定，则第一端口S1和第二端口S2均可以处于封闭状态，即此时不存在供气压力变化，也就不会发生调节口的启闭状态变化，可以使得整个调节口保持封闭。

再者，为实现对调节口启闭状态的改变，平衡阀3还可以包括用于密封第一端口S1和第二端口S2的双阀头30，此时，差动活塞35可以具有轴向贯通的轴线贯通腔，该轴向贯通腔能够与外界大气连通，以形成排气通道39，用于实现第三环形面F3的泄压；差动活塞35还可以具有轴向突出第三环形面F3设置的突出部，具体可以排气通道39的端部轴向延伸形成突出部，此时，活塞腔34可以具有供突出部伸出的开口，以便突出部由活塞腔34向外伸出，该开口形成第一端口S1，能够伸出活塞腔34后与气源连通，以引入气源；排气通道39处于该突出部的一端形成第二端口S2，在突出部相对第一端口S1轴向移动时而开启，进而实现排气通道39与第三环形面F3的连通。

如图2所示，第二端口S2随着差动活塞35的移动而移动，当差动活塞35处于平衡状态时，第一端口S1和第二端口S2大致处于垂直于轴向的同一水平面内，此时的双阀头30以其密封面将第一端口S1和第二端口S2分别密封，双阀头30的密封面可以为水平面。当然，如果在差动活塞35处于平衡状态时，第一端口S1和第二端口S2呈现其他位置关系，也可以对双阀头30的密封面进行相应设置，以使得差动活塞35平衡时，双阀头30能够同时实现第一端口S1和第二端口S2的可靠密封。

为实现气源的引入，本发明的平衡阀3还可以包括调节腔311和内置在调节腔311中的调节活塞312，该调节腔311的两端分别与第一压力输入口31和第二压力输入口32连通，中部设有与第一端口S1连通的连通口S5，在第一压力输入口31和第二压力输入口32所引入的供气压力作用下，调节活塞312在调节腔311内移动，并在两端供气压力的压差作用下将压力较小的一端封堵，从而释放连通口S5，使得连通口S5与压力较大的另一端连通，具体可以为第一压力输入口31或第二压力输入口32，以便将由第一压力输入口31或第二压力输入口32引入的供气压力作为气源，依次经由连通口S5和第一端口S1输送至第三环形面F3，形成作用于第三环形面F3的气源。

此时，可以将第一空气弹簧1或第二空气弹簧2的供气作为气源，作用于第三环形面F3，以形成第三环形面F3的气压，无需单独设置气源，相应地省去了气源存储装置，简化了结构。

该平衡阀3还可以设置用于容置双阀头30的容置腔313，该容置腔313的两端均开口，分别形成第一端口S1和连通口S5，其中，连通口S5通过调节活塞312的移动而启闭并改变连通状态，第一端口S1通过双阀头30的运动而启闭。为提高双阀头30对第一端口S1和第二端口S2的密封可靠性，容置腔313还可以设有朝向第一端口S1的方向抵压双阀头30的压缩弹簧314。

本发明的平衡阀3通过下述原理实现对供气压力的平衡：

以第一空气弹簧1的供气压力作为T1，第二空气弹簧2的供气压力作为T2，压力T1和T2分别由第一压力输入口31和第二压力输入口32输入，作用于调节活塞312的左右两侧，其中，较高的压力将把调节活塞312推至较小压力的端口位置，即调节腔311两端的端口S3或S4，并关闭较低压力对应的输入口，即第一压力输入口31或第二压力输入口32。在调节腔311的两个端口S3和S4之间，调节活塞312的动作受控于压力的变化。

在压力T1和T2作用于调节活塞312的同时，还分别通过第一气道36和第二气道37作用于差动活塞35的第一环形面F1和第二环形面F2，此时，在压力T1和T2的共同作用下，差动活塞35和双阀头30克服压缩弹簧314的作用力向上移动，并打开第一端口S1；在调节腔311中，压力T1和T2中较高的压力将通过被打开的连通口S5和第一端口S1，流向差动活塞35的第三环形面F3，以向下推动差动活塞35，该第三环形面F3通过第三气道38与压力输出口33连通；一旦第三环形面F3的压力升高到足以平衡作用于第一环形面F1和第二环形面F2的压力，双阀头30就回到封闭第一端口S1的位置。

如果压力T1或T2中有一者的压力下降，作用在差动活塞35上部的第三环形面F3的压力就大于作用在差动活塞35下部的第一环形面F1和第二环形面F2的压力，此时，差动活塞35将被更大的压力的平均值M向下推动，打开第二端口S2，以便与排气通道39孔连通，向外界大气环境排气；在排气过程中，压力的平均值M持续减小，直到差动活塞35重新回到封闭第二端口S2的位置。

当压力T1和T2中的一者增大时，按照上述方式开启第一端口S1，以增大第三环形面F3的压力；当其中一者的压力下降时，按照上述方式开启第二端口S2，以减小第三环形面F3的压力，从而使得差动活塞35保持动态平衡，进而保证压力输出口33始终输出压力的平均值。

此外，如上文所述，第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气压力实时变化，为实现对供气压力的调节，保护第一空气弹簧1和第二空气弹簧2，还可以设置连通在第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气管路之间的差压阀7。差压阀7可以参照现有技术设置，此处不再赘述。

以下结合图1和图2，对本发明的制动控制装置进行详细说明。

如图1和图2所示，以对两个转向架进行压力采集为例，由于两个转向架的压力采集大致一致，以下仅以其中一个转向架为例进行说明。以第一转向架8为例，在第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的供气管路中，分别引出第一管路5和第二管路6，获取第一空气弹簧1和第二空气弹簧2的气压载荷T11与T12，作为输入压力T1和T2，输入至平衡阀3的第一压力输入口31和第二压力输入口32；经平衡阀3处理后，得出两个空气弹簧的动态载荷的平均值M1，作为压力采集值M1。在第二转向架9中，采用同样的远离获取两个空气弹簧的动态载荷的平均值M2，作为压力采集值M2。然后通过相应的压力传感器4输出M1和M2，传递给BCU单元，通过BCU单元计算两个压力采集值M1与M2的平均值，作为压力平均值，用于计算车辆的制动力以及制动所需的减速度。

诚如背景技术所述，现有技术中通常取处于对角位置的两个空气弹簧的供气压力，所述处于对角位置是指以设置第一转向架8和第二转向架9这两个转向架为例，取第一转向架8上的一个空气弹簧的供气压力，然后再取第二转向架9的另一个空气弹簧的供气压力，该另一个空气弹簧与第一转向架8上的一个空气弹簧处于对角线的位置。

可见，本发明的制动控制装置为每个转向架对应的设有一个压力采集装置，以便对压力进行动态采集后平均，以减小动态采集的数值与实际数值存在的差异，提高对车重衡量的准确性。

另外，本发明的制动控制装置中，对于第一转向架8和第二转向架9而言，还可以设置阻断截止阀10、自动高度调整阀11等安全类和自适应调节用的阀，以提升第一转向架8和第二转向架9的使用性能，提高整个供气系统的综合稳定性和安全性，进而提高压力采集的准确性。

如图3所示，本发明还可以提供一种轨道车辆的制动控制方法，具体可以按照下述步骤执行：

S10：将转向架左右两侧空气弹簧的供气压力引入平衡阀3；

S20：由平衡阀3对供气压力进行平均后输出，将输出至作为压力采集值；

S30：按照上述步骤S10和S20获取两个以上转向架的压力采集值；

S40：对各压力采集值进行取平均，将获取的值作为压力平均值；

S50：根据压力平均值计算车重；

S60：根据车重计算并输出制动力。

其中，步骤S10和S20是为了获取压力采集值，具体也可以采用其他部件取得左右空气弹簧的供气压力平均值作为压力采集值，不限于平衡阀3的形式，如可以单独获取左右空气弹簧的压力值，然后再计算得出两者的平均值。

在步骤S30中，可以同时获取两个以上转向架的压力采集值，也可以分别获取。

步骤S40-S60可以根据现有技术进行设置，此处不再具体限定。

而且，本发明的制动控制方法可以采用上述的制动控制装置实现，此处不再一一对应的进行描述。

以上对本发明所提供轨道车辆的压力采集装置以及制动控制装置和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。