专利名称：微机控制模拟式直通电空气液转换列车制动系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种列车制动系统，特别是关于一种磁浮车辆的制动系统。
背景技术：
磁浮列车制动时主要依靠电制动，如线性电机的再生制动、反牵制动、涡流制动等方式将列车动能转移出去，但由于电制动方式的安全问题，有的国家(如日本)在磁浮车辆制动系统设计时仍遵循传统的轨道车辆设计原则，采用摩擦制动作为安全制动执行方式。
根据磁浮车辆的特殊性，磁浮车辆的安全制动基本采用车辆上的闸片与轨道摩擦的方式。由于磁浮车辆下部电气设备占据较大空间，因此安全制动的执行机构(如夹钳)多采用液压驱动以便于小型化设计。
日本HSST磁浮列车的安全制动系统就采用了油压制动系统，它由储油箱、油泵、过滤器、制动压力控制阀以及多个减振器、单向阀、压力开关、安全阀、蓄能器、电磁阀、油量限制阀、双向阀、液压夹钳等组成。该系统实现了安全制动的方式，但是该油压制动系统需要每车一套油压系统，结构繁复。而且高压油路不宜贯穿列车，因此制动原动力(油压)无冗余，系统安全性差。另外，车辆底架与悬浮架之间的油路(软管连接)通过高达20多MPa的液压油，从长期运用的角度看(车辆运行时，底架与悬浮架的相对位移较大)，是个故障隐患。一旦发生漏油，不但可能造成本车失去制动力，而且轨道污染后，还可能导致后续车辆制动力下降。再者，该系统难以做到紧急制动时的摩擦制动力根据空重车调整，紧急制动制动力可能过大或过小，致使旅客舒适性和安全性大大下降。
早期列车的制动控制多用空气制动机，其主要是利用列车管压缩空气做制动指令传输介质，由于压缩空气本身的性质，空气制动机全列车的制动和缓解的一致性差，而且列车制动时的纵向冲动大，制动距离长，列车越长上述缺点越明显。
后来制动机的发展经历了从空气制动机到电空制动机的演变，电空制动机即电控空气制动机的简称，它是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的。其特点是制动作用的操纵控制用电，制动作用的原动力还是压力空气。在制动机的电控部分因故失灵时，仍可以实行空气压强控制(气控)，临时变为空气制动机。模拟式电空制动机制动指令的传输常用直流电压方式，用直流电压信号作为电气指令传输信号是最直接的方式，但其信号传输易受干扰。为确保指令的可靠传输，需要增加复杂的滤波等抗干扰措施，这种抗干扰措施比较被动，而且对电源电压的稳定性要求严格，实现的技术难度较大。
另外我国现有干线铁路，无论是机车制动机还是客、货车制动机，要么采用空气制动机，要么采用电空制动机，但是均无引入微机控制。其对制动力的调节只能靠硬件进行粗略的控制，不能根据列车的实时速度、载重和线路条件动态的调整制动力，不能根据车辆运行环境和车辆自身参数智能化的调整控制策略，有效进行防冲动控制，不能根据人体的舒适性原则实行减速度控制，保证良好的乘坐舒适性。
发明内容本发明的目的在于提供一种适合磁浮车辆的结构简单、安全性高、制动效果好的制动系统。
根据本发明的上述目的，本发明提供一种制动系统，其包括微机制动控制单元、包含若干气动元件的气制动控制单元和气路控制单元、供风模块、由供风模块供风的储风缸、气液转换装置、执行安全制动的液压制动器；微机制动控制单元接收制动指令并进行制动力分配和控制，通过气制动控制单元的气动元件动作，使从储风缸过来的压缩空气根据不同的制动指令调整为相应的气压信号。该气压信号作用到气液转换装置，气液转换装置将气压信号转换成液压信号，由液压信号驱动液压制动器动作。
前述微机制动控制单元接收由电气指令线(PWM信号和on/off信号)和网线分别传输的制动指令。
前述储风缸包括制动风缸，制动时气制动控制单元的气动元件受微机制动控制单元控制动作，制动风缸内的压缩空气经气制动控制单元到达制动气液转换装置，制动气液转换装置将气压信号转换成液压信号，液压信号驱动液压制动器产生制动作用。
前述储风缸包括支撑风缸，前述气路控制单元包括由液压支撑轮施加/复位阀组成的支撑轮控制系统，该系统接收列车控制端发出的液压支撑轮施加/复位指令，控制液压支撑轮施加/复位阀动作；支撑风缸内的压缩空气经气路控制单元和支撑旁路阀到达支撑气液转换装置，经支撑气液转换装置形成液压信号，通过液压支撑缸使液压支撑轮起作用。在车辆失电时，可以通过支撑旁路阀手动控制，使支撑风缸内的压缩空气充向支撑气液转换装置，支撑气液转换装置产生液压作用，从而通过液压支撑缸使液压支撑轮动作。
前述储风缸还包括悬挂风缸，前述气路控制单元包括由减压阀组成的悬挂控制气路，悬挂风缸内的压缩空气经悬挂控制气路、悬挂隔离阀到达高度阀；高度阀根据车体与悬浮架的相对高度调节空气弹簧的压力；在高度阀与空气弹簧之间设空气弹簧排气电磁阀，必要时可单独排空气弹簧内的压力空气。
本发明的制动系统，其采用空气信号转换成液压信号驱动液压执行元件(液压制动器、液压支撑轮)动作，简化了液压系统的结构，设计和维护难度、成本大大减少，而且其控制指令传输采用定频调宽的PWM方式，传输更准确可靠，列车首尾车辆的制动、缓解动作更协调。而采用微机控制，可综合列车的载重，线路条件等适时的调整制动力，可达到良好的乘坐舒适性。
图1是本发明制动系统的原理框图。
图2是本发明的控制系统的电路线路原理图。
图3是本发明制动系统的机械结构图。
图4是本发明制动系统的机械结构图局部放大图，以清楚显示该制动系统的气制动控制单元和气路控制单元。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3及图4所示，本发明的制动系统其包括控制系统和机械执行单元。控制系统通过电气指令线和网线接收司机或车辆自动保护系统的指令，电气指令线30有传输常用和快速制动模拟指令的PWM信号，它有PWM1和PWM2两条双绞屏蔽线，该两条线路互为冗余，以增强系统的可靠性。电气指令信号包括其他on/off指令线(见图2)。网线40作为部分主要指令的冗余也将相关指令传至控制系统，同时还将系统的状态及故障信号汇报给列车控制中心或司机。常用或快速制动指令传输到每节车的微机制动控制单元50，微机制动控制单元50根据制动级别(指令)和车辆载重信号计算所需的制动力，然后根据列车电制动能力的大小分配电制动力和摩擦制动力，分配的原则是充分利用电制动力(此处需要说明的是，本实施方式针对具有电制动能力的车辆。当电制动提供的制动力不够或者故障时，所需制动力由摩擦制动方式承担)。摩擦制动力由微机制动控制单元50通过气动控制单元3中的气制动控制单元32将摩擦制动力信号转换成相应的空气预控压力。紧急制动和液压支撑轮施加/复位指令直接传输到气动控制单元3的气制动控制单元32和气路控制单元31。
例如，常用制动时，PWM信号或网络信号制动指令传输到每节车的微机制动控制单元50，该微机制动控制单元50内部包含解调板和网卡(未图示)，可对前述PWM信号进行解调，以确定制动指令级别，并结合列车速度和气制动控制单元32反馈信号中的车辆载重信号，计算需要的制动力并向牵引控制单元(未图示)申请电制动力。牵引控制单元反馈已经提供的电制动力，微机制动控制单元50将需要的制动力与实际电制动力差值作为摩擦制动方式需提供的制动力，据此向该车的气制动控制单元32发出制动指令的电信号，由该车的气制动控制单元32将制动指令电信号转换成相应的气信号进而到达制动气液转换装置6形成液压信号。液压信号控制液压制动器7动作，产生摩擦制动力。
当需要液压支撑轮动作时，液压支撑轮施加/复位指令经指令线直接控制气路控制单元31，由气路控制单元31提供液压支撑轮施加时的源动力(空气压力)。该压力经支撑气液转换装置8转换为液压，然后通过液压支撑缸9使液压支撑轮起支撑作用。
请参阅图3所示，其为本发明制动系统的机械部件系统图，它包括供风模块1，该供风模块1包括空气压缩机、空气处理装置及压缩机控制器等。该供风模块1经过主风管2通过制动控制单元3的气路控制单元31向各储风缸进行供风。储风缸包括总风缸41、制动风缸42、支撑风缸43和悬挂风缸44。气路控制单元31包括若干个气压控制元件。如图4中所示，主风管2的压缩空气经过气路控制单元31的气压控制元件311供风给总风缸41，经过气压控制元件312供风给制动风缸42，经过气压控制元件313供风给悬挂风缸44，经过气压控制元件314供风给支撑风缸43。当多辆车编组运行时，供风模块1不一定每辆车配备一个。在满足整列车用风的情况下，可以有不同的具体配置。只要几个供风模块都向主风管2供风，供各辆车取用即可。
悬挂风缸44内的压缩空气通过气路控制单元31的气压控制元件315然后分成三路分别到达高度阀316，经过高度阀316和空气弹簧排气阀317对位于车辆左右两侧底部的空气弹簧5充气。空气弹簧5的压力由高度阀316根据车体与悬浮架之间的高度来进行调节。
制动风缸42的另一端与气动控制单元3的气制动控制单元32相连，该气制动控制单元32包括制动电磁阀321、缓解电磁阀322、紧急制动电磁阀323、均衡阀324、空重阀325、中继阀326、中继阀信号压力传感器327、中继阀输出压力传感器328和载荷传感器329。微机制动控制单元50接收制动指令，根据载荷传感器329信号，与制动电磁阀321、缓解电磁阀322、中继阀信号压力传感器327构成闭环控制回路，控制常用制动和快速制动时的中继阀326信号压力。从空气弹簧5传来的车辆载重空气信号经过均衡阀324后成为车重空气信号，一方面由载荷传感器329转换成车重电信号；另一方面作为空重阀325的信号压力限制中继阀326的信号压力大小。紧急制动指令直接控制紧急阀323，使制动风缸42内的压力空气经其和空重阀325的限压后到达中继阀326，作为紧急制动时中继阀的信号压力。中继阀326起流量放大作用，经其流量放大后的压力空气经由制动隔离阀33到达各制动气液转换装置6。这些气液转换装置6将空气信号转换成液压信号，然后由液压信号驱动液压制动器7动作，产生摩擦制动的制动力。
支撑风缸43的空气经过气路控制单元31中的液压支撑轮施加/复位阀317和支撑旁路阀34后到达支撑气液转换装置8，支撑气液转换装置8将空气信号转换成液压信号，然后由液压信号驱动液压支撑缸9使支撑轮动作。
请参阅图1至图4，结合机械和电路对本发明的制动系统说明如下，在列车运行时，供风模块1通过主风管2和制动控制单元3的气路控制单元31对各储风缸41、42、43、44供风。当需要进行常用制动或快速制动时，每辆车的微机制动控制单元50根据列车速度和车重计算需要的制动力并向牵引控制单元申请电制动力。牵引控制单元反馈它已经提供的电制动力，微机制动控制单元将需要的总制动力与牵引控制单元已提供的电制动力数值的差值作为摩擦制动需提供的制动力数值，据此向该车的气制动控制单元32中的电控单元(321、322)发出指令，通过闭环控制使从制动风缸42过来的压缩空气在电控单元控制下通过紧急阀323和空重阀325给中继阀326提供中继阀信号压力。当需要紧急制动时，制动指令线直接控制紧急阀动作，使制动风缸42内的压缩空气经空重阀325限压后给中继阀326提供中继阀信号压力。经过中继阀326流量放大后，与制动级别相应的制动空气压力信号经过制动隔离阀33到达制动气液转换装置6，由制动气液转换装置6将空气信号转换成液压信号驱动液压制动器7实施摩擦制动。
液压支撑轮施加/复位时，指令线直接控制气路控制单元31中的液压支撑轮施加/复位阀317动作，支撑风缸43内的压缩空气信号则经液压支撑轮施加/复位阀317然后经过支撑旁路阀34到达支撑气液转换装置8，并最终转换成液压信号，驱动液压支撑缸9使支撑轮动作。
当列车失电或液压支撑轮施加/复位电磁阀317失灵时，可以采用手动操作支撑旁路阀34直接使支撑风缸43向液压支撑气液转换装置8充风，形成空气压力信号，然后经支撑气液转换装置8转换成液压信号驱动液压支撑缸9使支撑轮动作。
综上所述，本发明的制动系统，其采用空气信号转换成液压信号驱动执行元件动作，制动气源与空气悬挂系统的气源合而为一，简化了液压系统的结构，设计和维护难度和成本大大减少；制动原动力采用压缩空气，便于车辆之间贯通；多气源冗余，提高系统安全性。车辆之间、底架与悬浮架之间的软管连接仅有1MPa以下的压缩空气，其安全性大大提高。而且其控制指令传输采用定频调宽的PWM方式，传输更准确可靠，列车首尾车辆的制动、缓解动作更协调。而采用微机控制，可综合列车的载重，线路条件等适时的调整制动力，可达到良好的乘坐舒适性。
权利要求
1.一种微机控制模拟式直通电空气液转换列车制动系统，其包括微机制动控制单元、包含气制动控制单元和气路控制单元的气动控制单元、供风模块、由供风模块供风的储风缸、制动气液转换装置、产生安全制动作用的液压制动器；微机制动控制单元接收制动指令并进行制动力分配和控制，通过气制动控制单元的气动元件动作，使储风缸内的压缩空气气压信号调整后作用到制动气液转换装置，制动气液转换装置将气压信号转换成液压信号，由液压信号驱动液压制动器动作。
2如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述制动系统包括微机制动控制单元，由制动指令线传输的PWM信号指令经过微机制动控制单元解调和计算后向牵引控制单元申请电制动力，并向气制动控制单元发出制动指令。
3.如权利要求2所述的制动系统，其特征在于前述微机控制单元可接收由电气指令线和网线传输的指令，电气指令线与网线互为冗余。
4.如权利要求2所述的制动系统，其特征在于其中PWM信号指令传输线路有2条，互为冗余，一路故障仍不影响列车制动。
5.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述制动系统在采用安全制动时，制动电信号由气制动控制单元转化为空气压力信号，再由制动气液转换装置将气压信号转换成液压信号，液压信号驱动液压制动器产生制动作用。
6.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述气制动控制单元的气动元件包括制动电磁阀、缓解电磁阀、紧急制动电磁阀、均衡阀、空重阀、中继阀、中继阀信号压力传感器、中继阀输出压力传感器和载荷传感器。
7.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述储风缸包括制动风缸，制动时气制动控制单元的气动元件受微机制动控制单元控制动作，制动风缸内的压缩空气经气制动控制单元到达制动气液转换装置，制动气液转换装置将气压信号转换成液压信号，液压信号驱动液压制动器产生制动作用。
8.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述储风缸还包括悬挂风缸，前述气路控制单元包括由减压阀组成的悬挂控制气路，悬挂风缸内的压缩空气经悬挂控制气路、悬挂隔离阀到达高度阀；高度阀根据车体与悬浮架的相对高度调节空气弹簧的压力；在高度阀与空气弹簧之间设空气弹簧排气电磁阀，必要时可单独排空气弹簧内的压力空气。
9.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于前述储风缸包括支撑风缸，前述气动控制单元中的气路控制单元包括液压支撑轮施加/复位阀，指令线传送的液压支撑轮施加/复位指令控制液压支撑轮施加/复位阀动作，支撑风缸内的压缩空气经气路控制单元和支撑旁路阀到达支撑气液转换装置，经支撑气液转换装置转换成液压信号驱动液压支撑缸使支撑轮动作。
10.如权利要求9所述的制动系统，其特征在于其还包括支撑旁路阀，当液压支撑轮施加/复位电磁阀失灵时，可以通过手动操纵支撑旁路阀直接对支撑气液转换装置充气，从而驱动液压支撑轮动作。
全文摘要
本发明提供一种磁浮车辆用模拟式直通电空气液转换制动系统，采用气液转换，制动气源与空气悬挂系统的气源合而为一，使系统结构大大简化。制动原动力采用压缩空气，便于车辆之间贯通，多气源冗余，提高系统安全性。车辆之间、底架与悬浮架之间的软管连接仅有1MPa以下的压缩空气，其安全性大大提高。紧急制动时可根据空气悬挂的压力调整制动力，使之与车辆载重相适应。
文档编号B60T8/17GK101085616SQ200610027378
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者吴萌岭 申请人:吴萌岭