适用于3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动系统的制作方法

本发明涉及一种制动系统，具体涉及适用于3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动系统。

背景技术：

随着城市经济的快速发展，我国城市化进程已进入快速发展阶段，越来越多的人口流入城市，导致城市交通面临着严峻的考验。近年来，各大城市纷纷集中修建地铁、轻轨等大运量交通设施来缓解交通压力，但由于地铁、轻轨等建设成本高昂、建设周期长，且只有满足建设要求的城市或地段才允许建设，因此很多城市的地铁规划线路被叫停。

为了提升城市交通运输能力，城市公共交通车辆也呈现出多元化的发展趋势，其中，就包括胶轮式无轨电车。胶轮式无轨电车是介于公交和地铁之间的一种新兴公共交通工具，其采用胶轮代替轨轮，可在城市道路上行驶，无需铺设轨道，因此，其站点及线路建设的成本和运营成本都较低，而且由于采用新能源电动力，其节能环保、运载量大，能够有效缓解城市交通压力。

该车型为多编组连挂式，一般包括3至5节车厢，虽然车体较长，但其仍然具备灵活性，特别适用于在大城市中无地铁线路区域或中小城市零地铁规划城市中运营，由于该车辆多编组连挂，形似列车，机体较长，需在复杂的城市道路上运营，其运行区域又没有单独开辟行驶道路，因此对该车辆制动性能和驾驶操纵的灵活性要求就比较高，即制动响应快，制动距离短、制动可靠性要高，因此现有列车和汽车的制动系统无法独立适应和匹配该车型的制动需求。

技术实现要素：

为了解决现有技术的制动系统无法满足3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动需求的技术问题，本发明提供了一种适用于3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动系统。

本发明的技术解决方案是：一种适用于3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动系统，包括气源和两个制动单元；每个制动单元均包括制动踏板；所述制动踏板分别设置在两端车厢的驾驶室内；其特殊之处在于：

所述制动单元还包括制动控制部分和制动执行部分；制动控制部分包括紧急制动触发环路和制动控制器；

制动执行部分包括转向轴制动执行单元和动力轴制动执行单元；

所述转向轴制动执行单元包括转向轴紧急电磁阀、转向轴紧急制动气控压力调节装置、转向轴控制模块、与转向轴对应的转向轴第一双作用继动阀和转向轴第二双作用继动阀、与转向轴控制模块相对应的两个转向轴制动气室；

所述动力轴制动执行单元包括动力轴紧急电磁阀、动力轴紧急制动气控压力调节装置、动力轴控制模块、与部分动力轴分别对应的动力轴双作用继动阀、与动力轴控制模块相对应的两个动力轴制动气室；

状态检测信号、轮速信号、空簧压力信号、系统监控信号及踏板的电制动信号送入制动控制器；

所述制动控制器分别与转向轴控制模块及动力轴控制模块的控制端口通过can总线连接；

所述转向轴控制模块及动力轴控制模块的气输入口与气源连通；所述转向轴第一双作用继动阀、转向轴第二双作用继动阀和动力轴双作用继动阀的气输入口均与气源连通；

所述制动踏板的气制动信号分为21口气信号、22a口气信号和22b口气信号，其中21口气信号接动力轴双作用继动阀的41气控口，动力轴双作用继动阀的气输出口接动力轴控制模块的气控输入口；22a口气信号接转向轴第一双作用继动阀的41气控口；转向轴第一双作用继动阀的气输出口接转向轴第二双作用继动阀的41气控口，转向轴第二双作用继动阀的气输出口接转向轴控制模块的气控输入口；

所述转向轴控制模块控制转向轴制动气室工作；所述动力轴控制模块控制动力轴制动气室工作；

所述转向轴紧急电磁阀的电控口接所述紧急制动触发环路，所述转向轴紧急电磁阀的输出口接转向轴第二双作用继动阀的42控制口；

转向轴紧急制动气控压力调节装置的电控输入端接制动控制器的输出端，转向轴紧急制动气控压力调节装置的输出端接转向轴紧急电磁阀的气输入口；

动力轴和转向轴紧急制动气控压力调节装置可实现电控紧急制动压力调节，电控失效时可固定输出满足整车紧急制动所需最大的紧急制动气控压力。

所述动力轴紧急电磁阀的电控口接所述紧急制动触发环路，所述动力轴紧急电磁阀的输出口接动力轴双作用继动阀的42控制口；动力轴紧急制动气控压力调节装置的电控输入端接制动控制器的输出端，其输出口接动力轴紧急电磁阀的气输入口；

两个制动执行部分之间设置第一继动阀和第二继动阀，用于补偿22b口气信号的远距离传输中的流量或功率损耗；

所述制动单元与车辆控制单元及牵引控制单元通过总线通信；所述制动单元之间通过总线通信；

其中一个制动单元控制一端车厢的转向轴和与该转向轴相邻的部分动力轴的制动；另一个制动单元控制另一端车厢的转向轴和其余动力轴的制动。

进一步地，所述第一继动阀的气输入口接气源，所述第一继动阀的气输出口接其中一个所述制动单元的转向轴第一双作用继动阀的42控制口，所述第一继动阀的气控口接另一个所述制动单元的22b口气信号；

所述第二继动阀的气输入口接气源，所述第二继动阀的气控口接其中一个所述制动单元的22b口气信号；所述第二继动阀的气输出口接另一个所述制动单元的转向轴第一双作用继动阀的42控制口。

进一步地，为了提高安全性，所述紧急制动触发环路包括两个驾驶室紧急制动开关、两个控制器紧急制动触发开关、3至5个车厢紧急制动开关、其他安全控制紧急触发环路、至少4个紧急电磁阀电通断控制状态继电器、两个用于监控状态信号的监控状态继电器和一个压力开关；所述紧急电磁阀电通断控制状态继电器得、失电控制转向轴紧急电磁阀和动力轴紧急电磁阀的得、失电，转向轴紧急电磁阀和动力轴紧急电磁阀紧急电磁阀均失电导通。

进一步地，所述制动控制器包括cpu处理器、i/o控制功能板、继电器控制板、模拟板、can通讯功能板；

所述两个制动控制器分别通过i/o控制功能板接收状态检测信号、轮速信号、空簧压力信号、系统监控信号，经所述cpu处理器运算处理后输出各种执行控制信号；

执行控制信号通过can通讯功能板对转向轴控制模块、动力轴控制模块；执行控制信号通过模拟板对紧急制动气控压力调节装置进行控制；

两个制动控制器通过can通讯功能板进行总线通信。

进一步地，为了实现制动过程中动力轴上车轮防滑及防抱死功能，所述动力轴制动执行单元还包括设置在动力轴制动模块和动力轴制动气室之间的第一abs电磁阀。

进一步地，所述转向轴制动执行单元还包括设置在转向轴控制模块和转向轴制动气室之间的第二abs电磁阀。

进一步地，为了能适用于4节车厢的铰接式胶轮无轨电车，所述动力轴制动执行单元的数量为三个。

进一步地，所述制动踏板包括机械踏板和电控制动总阀。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明适用于3至5节车厢的铰接式胶轮无轨电车，两个制动控制器分别控制一个转向轴和与转向轴相邻的部分动力轴作为一个单元，采用电控为主的制动方式，制动响应快，制动距离短。

2、紧急制动触发环路直接控制动力轴紧急电磁阀和转向轴紧急电磁阀失电实现紧急刹车，直接以气控信号作为紧急制动控制信号，紧急制动响应快，制动可靠性高。

3、动力轴和转向轴紧急制动气控压力调节装置可实现电控紧急制动压力调节，电控失效时可固定输出满足整车紧急制动所需最大的紧急制动气控压力。

4、本发明的踏板输出的制动控制气路上设置第一继动阀和第二继动阀，用于补偿气压控制信号在远距离传输中的流量或功率损耗。

5、本发明可实现电-气双路信号制动控制功能，制动踏板以电-气双路信号传输制动指令，控制继动控制模块进行制动压力调节，电控信号失效时，气控信号被动起效，不影响正常的行车制动制动需求，制动控制可靠性高。

6、本发明可实现制动过程中车轮防滑及防抱死功能。

7、本发明制动系统可实现双向行驶的制动操控功能。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的示意图；

图2是图1第一部分的示意图；

图3是图1第二部分的示意图；

图4是图1第三部分的示意图；

图5是该实施例所应用车辆的示意图；

断开线1将图1分为第一部分和第二部分，断开线2将图1分为第二部分和第三部分；

图中附图标记为：

1-制动踏板，2-转向轴第一双作用继动阀，3-转向轴第二双作用继动阀，4-动力轴双作用继动阀，5a、5b-转向轴，6a、6b、6c-动力轴，7-驾驶室紧急制动开关，8-控制器紧急制动触发开关，9-车厢紧急制动开关，10-其他安全控制紧急触发环路，11-紧急电磁阀电通断控制状态继电器，12-监控状态继电器，13-压力开关。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

参照图1至图5，本发明的制动系统适用于3至5节车箱的铰接式胶轮无轨电车，本实施例是适用于4节车厢的铰接式胶轮无轨电车制动系统。上述车型为双向驾驶的无轨电车，以胶轮代替轨轮，胶轮位于两车厢铰接处，共五轴，包括其中转向轴5a、转向轴5b、动力轴6a、动力轴6b和动力轴6c。该制动系统包括气源和两个制动单元。

气源包括风源系统和储风缸。

每个制动单元均包括制动踏板1、制动控制部分和制动执行部分。制动踏板1包括机械踏板和电控制动总阀，制动踏板1分别设置在两端车厢的驾驶室内，制动控制部分包括紧急制动触发环路和制动控制器。

紧急制动触发环路包括两个驾驶室紧急制动开关7、两个控制器紧急制动触发开关8、4个车厢紧急制动开关9、其他安全控制紧急触发环路10、5个紧急电磁阀电通断状态继电器11、两个状态信号监控状态继电器12和一个压力开关13。

其中一个制动控制器bcu1作为主控制器，起主制动控制功能，包括cpu处理器、i/o控制功能板、继电器控制板、模拟板、can通讯功能板。该制动控制器负责转向轴5a、动力轴6a、动力轴6b的制动控制。

另一个制动控制器bcu2起辅助制动控制功能，控制转向轴5b、动力轴6c的制动。该制动控制器也包括cpu处理器、i/o控制功能板、继电器控制板、模拟板、can通讯功能板。两个制动控制器分别通过i/o控制功能板接收来自车况检测单元的信号，主、辅控制器采集的信号通过can总线实现信息传输与共享，整车采集信息经主控制器中的cpu处理器运算处理后输出各种制动执行控制信号；执行控制信号通过can通讯功能板对转向轴控制模块、动力轴控制模块；执行控制信号通过模拟板对转向轴紧急制动气控压力调节装置、动力轴紧急制动气控压力调节装置进行控制；

两个制动控制器通过can通讯功能板进行总线通信。

与其中一个制动控制器相对应的一个制动执行部分包括一个转向轴第一双作用继动阀2、转向轴制动执行单元、两个动力轴制动执行单元。

与另一个制动控制器相对应的另一个制动执行部分包括一个转向轴第一双作用继动阀2、与转向轴5b对应的转向轴第二双作用继动阀3、转向轴制动执行单元、与6c分别对应的动力轴双作用继动阀4、动力轴制动执行单元。

转向轴制动执行单元包括转向轴紧急电磁阀、转向轴紧急制动气控压力调节装置、转向轴控制模块、与转向轴5a对应的转向轴第一双作用继动阀2和转向轴第二双作用继动阀3、与转向轴控制模块相对应的两个转向轴制动气室。动力轴制动执行单元包括动力轴紧急电磁阀、动力轴紧急制动气控压力调节装置、动力轴控制模块、与动力轴6a和动力轴6b分别对应的动力轴双作用继动阀4、与动力轴控制模块相对应的两个动力轴制动气室。

为了实现制动过程中车轮防滑及防抱死功能，动力轴制动执行单元还包括设置在动力轴制动模块和动力轴制动气室之间的第一abs电磁阀。转向轴制动执行单元还包括设置在转向轴控制模块和转向轴制动气室之间的第二abs电磁阀。

制动踏板1的电制动信号及状态检测信号、轮速信号、空簧压力信号、系统监控信号送入制动控制器；制动控制器分别与转向轴控制模块及动力轴控制模块的控制端口通过can总线连接。

制动踏板1的气制动信号分为21口气信号、22a口气信号和22b口气信号，其中21口气信号接动力轴双作用继动阀4的41气控口；动力轴双作用继动阀4的气输出口接动力轴控制模块的气控输入口；22a口气信号接转向轴第一双作用继动阀2的41气控口，转向轴第一双作用继动阀2的气输出口接转向轴第二双作用继动阀3的41气控口，转向轴第二双作用继动阀(3)的气输出口接转向轴控制模块的气控输入口。

转向轴控制模块控制转向轴制动气室工作；动力轴控制模块控制动力轴制动气室工作。

转向轴紧急电磁阀的电控口接所述紧急制动触发环路，转向轴紧急电磁阀的输出口接转向轴第二双作用继动阀3的42控制口，转向轴紧急制动气控压力调节装置的电控输入端接制动控制器的输出端，转向轴紧急制动气控压力调节装置的输出端接转向轴紧急电磁阀的气输入口。

所述动力轴紧急电磁阀的电控口接所述紧急制动触发环路，所述动力轴紧急电磁阀的输出口接动力轴双作用继动阀的42控制口；动力轴紧急制动气控压力调节装置的电控输入端接制动控制器的输出端，其输出口接动力轴紧急电磁阀的气输入口；两个制动执行部分之间设置第一继动阀和第二继动阀，用于放大流量，减小气压控制信号的远距离传输中的流量损耗。

制动单元与车辆控制单元及牵引控制单元通过总线通信；所述制动单元之间通过总线通信。

转向轴第一双作用继动阀、转向轴第二双作用继动阀和动力轴双作用继动阀均有1个气输入口，1个气输出口，1个排气口，2个气控口41和42口；气输入口作为气源供应口，一般接气源或上游气路，输出口接其他被控设备，排气口排向大气，两个气控口41口和42口，其中41口为主控制口，42口有备控制口，两个控制口的作用相同，当同时接两个控制口时，则输入气压大的控制口起控制作用，该控制口输入的气压作为控制信号，输出口输出与控制信号压力值相等的气压。

本实施例的工作原理如下：

本实施例的制动触发包括正常制动的踏板制动控制总阀的制动触发和紧急制动触发环路触发。正常制动的制动控制方式为空电复合制动，紧急制动触发包括紧急制动触发环路及由紧急制动触发环路所控制的紧急电磁阀，紧急制动为全部空气制动。

正常制动时，起主制动功能的制动单元中的制动踏板1以电制动信号或气制动信号作为传输制动指令，电制动信号为主指令，电制动信号分别输入两个制动控制器，气制动信号分为21口气信号、22a口气信号和22b口气信号，两个22a口气信号均经转向轴第一双作用继动阀2的41控制口连接至相应的转向轴控制模块；22b口气信号分别通过第一继动阀和第一继动阀连接至另一端得转向轴第一双作用继动阀2的42控制口，用于给相应的转向轴控制模块提供补充气源。两个21口气信号相互连通，且与三个动力轴控制模块的气控口连通。

正常制动中，电指令信号为主控制指令，气压控制信号作为备用，当主控电信号失效时，所有气控口被动打开，备用气压控制信号起效。

当电制动信号有效时，起主制动功能的制动控制器识别制动模式为正常制动，通过can总线将制动指令传输至另一个制动控制器和牵引控制单元，两个制动控制器分别对其所控制单元上的状态检测信号、轮速信号、空簧压力信号、系统监控信号进行采集，主、辅控制器采集的信号通过can总线实现信息传输与共享，整车采集信息经主制动控制器进行整车制动力计算，同时接收牵引控制单元反馈回的电制动力，计算出整车所需补充空气制动力，并进行两个制动单元制动力分配和各单元中的各轴的制动力分配，输出制动压力调节信号，分成五路分别输入至两个转向轴制动模块和三个动力轴制动模块的电控端口，控制模块调节制动气压进入相应的制动气室，实现制动控制。制动过程中两个制动控制器实时采集各轮速度进行整车车速和各轮滑移率计算，根据各轮滑移率差异独立控制对应轮上abs电磁阀进行冲排风动作，使各轮的滑移率保持一致，实现制动过程中的防滑、防抱死控制。制动力分配是制动控制器根据各轴空簧压力大小成比例分配，使各轴的制动率表现为一致，即实现空重调节作用，制动中可控制制动输出压力波动，实现制动冲击率限制。

电信号失效时，各转向轴控制模块和动力轴控制模块上的气控口打开，来自踏板制动控制总阀的气控信号作为各转向轴控制模块和动力轴控制模块的压力调节控制信号，控制各转向轴控制模块和动力轴控制模块输出与气控压力值相等的大流量压力，经abs电磁阀输入相应的制动气室，实现正常制动。

制动控制器实时检测紧急环路得失电状态，紧急环路一旦失电，制动控制器立刻进入紧急制动控制工作状态；紧急制动控制工作状态中，常用制动电控信号被动失效，且不执行空电复合制动。

紧急制动力全部采用空气制动。紧急制动时，制动控制器按当前车重和紧急制动减速度a＝-5m/s²进行整车紧急制动力计算，并按各轴空簧压力大小进行成比例的制动力分配，使整车保持制动率一致。分配制动力以电信号的形式输出并驱动各轴上对应的紧急制动气控压力调节装置，该装置将紧急制动驱动电信号成比例的转换成气控压力信号，经转向轴第二双作用继动阀3和动力轴双作用继动阀4输入至相应的转向轴控制模块和动力轴控制模块的气控口。紧急制动时，转向轴控制模块和动力轴控制模块上的正常制动电信号被屏蔽，气控口打开，紧急制动气控信号输入各转向轴控制模块和动力轴控制模块并控制其压力调节输出与气控压力值相等的大流量压力，经相应的abs电磁阀输入相应的制动气室，实现紧急制动。

紧急制动时，当气控压力调节装置的驱动电信号失效时，则该装置可输出固定值的备用气控压力，该气控压力可满足整车满载下紧急制动所需的最大制动力的比例调节。

常用制动中，制动控制器根据制动指令、载荷情况计算整车制动力，并提供给牵引控制单元，牵引控制单元进行电制动力反馈，根据反馈值计算出需要补充的空气制动力。

制动中的车重参数是通过采集空簧压力信号进行换算整车车重，采集方式为每次车门关闭，车辆即将启动行驶时进行采集，并换算成车重参数后存贮待用，每一次采集的车重参数数据存储时将直接覆盖上一次存储的数据。

常用制动中，当满足空电复合制动条件时，制动将首先采用电制动，当电制动无法满足制动需求时，空气制动能够自动补足，使总的制动力能满足整车制动力需求。电制动和空气制动转换过程中，保持总制动力和减速度与制动指令相吻合，实现电制动与气制动二者的平稳切换。

制动过程中，制动控制器实时监控实际制动力，并与计算制动力进行比较得出偏差，根据偏差值进行空气制动力的补充，实现制动的闭环精确控制。

紧急制动是由司机、乘客、车辆各状态监控单元实施触发，各状态监控功能触发单元以终端触发开关形式与其他紧急制动触发开关串联，当触发条件满足，则触发对应的紧急制动开关断开，紧急制动硬线环路失电，其控制的转向轴紧急电磁阀和动力轴紧急电磁阀也失电，紧急制动控制气路导通，同时制动控制器检测到紧急环路失电，立刻进入紧急制动控制工作状态，采集车速、空簧压力，输出紧急控制信号，控制各轴紧急制动气控压力调节装置进行压力调节，由转向轴紧急制动气控压力调节装置和动力轴紧急制动气控压力调节装置输出的气控压力经各紧急电磁阀输入转向轴控制模块和动力轴控制模块的气控口，控制桥模块进行紧急制动压力调节。紧急制动触发后直至停车前无法被缓解。

动力轴和转向轴紧急制动气控压力调节装置可实现电控紧急制动压力调节，电控失效时可固定输出满足整车紧急制动所需最大的紧急制动气控压力。

紧急触发条件包括：司机或乘客拍下各车厢上布置的紧急制动开关，总风管压力低于5bar，车辆防火系统感知火宅，车辆发生交通事故碰撞，车辆其他系统单元故障等。进行整车制动计算的车重为车辆实际重量加车轮的转动惯性质量之和，车辆实际重量通过检测空簧压力信号转换所得。

正常制动时该制动系统具备防冲动限制功能。制动控制器实时进行整车制动系统监控，行车或制动过程中发生故障，制动控制器可相应的作出故障处理保护措施，或触发紧急制动停车，进行故障定位，并将故障信息记录、存储和显示，通过声光报警提示司机进行故障处理。

两个制动执行部分之间设置第一继动阀和第二继动阀，用于补偿22b口气信号的远距离传输中的流量或功率损耗。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。