直通式制动控制系统设计.docx

目录第一章国外高速动车组制动系统概况 21.1 日本新干线 21.2 德国 ICE 31.3 法国 TVG 4第二章 微机控制直通电空制动系统的特点及分析 52.1微机控制直通电空制动系统的特点 52.2控制分析 6第三章对直通式制动系统的要求 73.1可操作性 73.2制动重复响应时间 83.3控制精度 93.4接口与配合 93.5维修性和可靠性 93 .6故障一安全 10第四章 我国微机控制直通电空制动系统的现状 10第五章 我国自主研发的微机控制直通电空制动系统 11第六章微控直通式制动试验系统设计 126.1动车直通式制动机主要由以下几个部分组成: 126.1.1风源系统 126.1.2制动控制及微机制动控制单元 126.1.3基础制动装置 126.2微机直通式制动系统控制算法设计 136.3微机直通式制动系统软件设计 136.4空气制动系统试验平台实现功能 13结语 14参考文献 16第一章国外高速动车组制动系统概况1.1日本新干线口木新干线动车组从1964年东海道新干线开通以来一肓采用动力分散型电动车组，H本铁路为新干线先后开发了各种车型的髙速动车组新干线动车组制动系统都采用直通 电空制动系统，H 300系起微机被广泛釆用，因此制动控制系统为微机控制的直通电空制 动系统。

以300系为例，300系列车的制动控制系统作用原理如图所示该系统属数字式 电气指令式微机控制直通电空制动控制系统300系电动车组制动控制系统300系电动车组由10辆动车（M车）和6辆拖车（（T车）组成，由于拖车采用関盘涡流制 动等效于动车的再生制动，因此采用所谓均衡制动控制，即每辆车的微机制动控制单（控制 制动的微机，简称MBCU）接收制动指令，各自进行独立的制动力运算和动力制动力、空气 制动力的分配该制动控制系统分常用制动、紧急制动、非常制动和备用制动4种工况MBCU从列车指令线接受司机制动控制器的常用制动（1位~ 7位，顺次得电）和紧急制 动（常带电，紧急制动时失电，空气制动力是常用制动力加40）指令，同时从轮对轴端速度 传感器得到运行速度，根据空气弹簧压力得到空重车信号，按所设定的减速度进行速度一 粘着模式的运算遵照优先使用动力制动的原则进行制动力控制，动力制动力不足时以空 气制动补偿应补充的空气制动力以相应的电流信号送给EP阀转换成空气压力信号，通 过小继阀流量放人后使制动缸充气制动非常制动有2根导线单独组成控制回路，常带电非常制动电磁阀为常带电当出现非常情况时，非常制动控制回路导线断电，非常制动电磁阀失电动作，压力空气经非常制动电磁阀进人中继阀。

为了较好地利用不同速度区段的粘着力，设置了二级压力，分别山 压力调整阀（鬲压用和低压用）调定由速度控制凹路控制速度切换电磁阀动作，列车在 180km / h以下时,制动缸压力增加0. 41倍备川制动指令rti 2根导线传递，在常用制动、紧急制动发生故障，或车辆回送至棊地 时使用司机通过操纵备用制动控制器向备用制动接收器发出指令，备用制动接收器根指 令直接控制印阀动作备用制动指令分3级非常制动及备用制动均只有空气制动，并11没有空重车调整1.2德国ICEICE动车组从1985年的IC曰V试验型动车组、1990年的ICE1到1992年的ICE2均 为动力集中型的动年组1997年的ICE3（能适应所有欧洲4利嘩引电系统的同类型布称为 ICEM）为动力分散型动车组为了将ICE系列的高速动车组延仲到各个支线，吸引更多的 旅客乘坐ICE动车组，徳国铁路在1997年始研制ICT型动车纽该动车组应用了摆式车 体，于1999年投入运用ICE1和ICE2均为动力集中型动不组，其计算机制动控制装置称为“微机司机制动控 制系统”，简称“HSM”图为ICE1动车和拖车的制动控制系统框图HSM制动电子控制装置通过控制单元（CCU）与司机控制台、光纤列车数据总线、 车辆诊断计算机以及牵引传动控制系统（或再住制动）相联结。

第二数据总线（RS323总线） 将微处理器控制防滑器与制动电子控制装置相连，用于速度与诊断信息的交换在中间拖乍上的制动控制系统包括防滑控制、制动倍号处理和制动故障诊断等功能它与S诊断计算机联结，并通过RS485总线与光纤列车总线联结制动控制装置和一些辅助单元装置的空气和电空部件都被集成化安装制动命令可以 人工通过制动控制器或口动地通过口动牵引制动系统（（AFB）来预置人丄操作具有优先权, 即当司机把制动控制器移到司机控制位时，自动地转到手动预定制动值司机制动控制单元所产生的列车制动力冃标值，转换成电信号，传到微处理器列车控 制装置，同时，司机制动控制单元产生常规空气制动系统的控制压力，从中继阀通至列车 管微处理器列车控制装置用预先决定的算法计算制动力的目标值然后进行制动力分配、 列车管压力的电空控制、故障检测和诊断等这些数据通过串行数据总光缆在全列车分配 电空转换是通过电空转换阀EP单元实现的这个单元将微处理器列年控制装置（电信号） 分配的目标压力转换成预控制的压力预控制压力通过中继阀促使列车管排风，空气分配 阀动作，完成制动缸的制动在空气模式下，司机制动控制一单元产生的压力降直接作用 在小继阀上。

可在故障状态下不改变减速度的情况下占动进行转换故障检测少诊断功能的H标是及吋发现故障及其位置，确定故障部件，以便让维修人 员快速更换，最大限度缩煎车辆非运行时间由此增加可靠性，降低维修成木由于自诊断功能和制动装备良好的监控，HSM电了制动装置能为动力车的辆诊断计算 机和拖车的中间监控的控制装置提供扩展的诊断数据，在司机室显示屏上及车辆上显示制 动工况与状态1.3法国TVG从第二代TGV开始，制动控制系统均采用微机控制模拟式总通电空制动系统比TGV・ PSE采用的电气指令式气压控制型口动制动控制系统更为先进，尤其是整列年的动力制动 力与空气制动力通过微机运算达到有机匹配，以充分发挥动力制动的能力，充分利用粘着 并与电了防滑装置相配合，使制动效率捉高，制动距离缩短，制动配件磨耗减少图为TGV-A型动车组的制动控制系统原理图司机备有两套制动控制装置，一是电力 牵引和制动控制器、仅仅用來控制牵引及电阻制动，它不是安全制动器另一个是主制动 控制器，司机操纵这种电气按钮式具有多个制动缓解功能的司机制动控制器，将制动指令 通过列车管的压力传感器PCG输入到安装在司机室内的动力转向架微处理器控制装査的求 和运算器S中，同吋列车的运行速度，制动工况信号也分別通过速度计Vi,工况信号器 CM输入S,在求和器上山所需制动力算出电阻制动力数值，通过电制动控制器CE励磁电 阻制动，电阻制动力数值由电制动测量器MF输入加减器，得岀所需空气制动力的信息。

根据速度控制点200km/ h,可以实现两种空气制动最高压力，以有利于粘看利川该信 息输入制动力调整器VER,根据电空转换阀EV・M所处位置进行制动力修正，EV・M电空转 换阀将空气信号输入中继阀RS,山RS直接控制将副风缸RA空气输入制动缸CF在制动 缸上安装有制动缓解压力传感器TSD,将压力反馈到微处理控制装置EM,确认制动控制 是否到位TVG--A动车组制动控制系统原理防滑控制器An直接与微处理控制装直相联结以修正电制动力与空气制动力人小，并 □与防滑排风阀以相连当发现有制动滑行趋势时直接排风紧急制动时，装在列车管上 的紧急传感器MA发出信号给紧急继电器RU,使电空转换阀EV・M立即输出紧急信号，实 施空电联合紧急制动如果RU接收的电机励磁电流i及电枢电流」达不到预定最小值吋， RU就会切断紧急制动开关SU,从而切断了电空转换阀的电源，中继阀RS将直接产生空 气紧急制动比例控制器KI,根据列车管减压址人小控制电阻制动列车管减压量达80kPa 时，可给了最大电阻制动力电空截止阀EVP能保证当列车管压力低于300kPa时，空气 通路截断由于拖车上仅冇空气制动，司机的制动指令直接传送到拖车的电空转换阀EV・M（此时 拖车上安装的UIC标准空气分配阀仅作备用），并通过中继阀RS执行制动及缓解功能。

拖 车的速度控制器实现215km/ h为分界点的两种制动缸最高压力控制，以利于有效利用制 动粘着第二章微机控制直通电空制动系统的特点及分析2.1微机控制直通电空制动系统的特点当询大多数国家的城帀轨道交通车俩基木使用了微机控制直通电空制动系统，它与传 统制动系统的区别是通过电信号传输制动指令，反应时间短；在制动指令处理时通过收集 相关指令，信息容量大处理快制动力精确；在自诊断与故障保护方血，微机实施全系统的口诊断，同吋显示相关故障数据，机控制直通电空制动系统中包含：常用制动模式（有级 控制与无级控制）快速制动模式（纯空气制动与纯空气制动+电制动）紧急制动模式2.2控制分析该系统冇模拟指令式和数字指令式两种，控制停放制动模式保持制动模式方面的主 要区别是，常用制动时模拟指令式为无红或多级控制，而数字指令式一般为7级控制城 市轨道交通的车站ZI可距离短，站台长度相对列车的裕度不大，要求停车准确，为便于精 细调整制动力并R同列车自动驾驶系统ATO配合，所以一般采用模拟指令式韦斯特科德系统的常用制动与列车动力制动自动配合作用模拟指令式系统（图1）制 动时，司机制动控制器输出电信号，经过编码器将司机的制动要求转换为定频调宽脉冲波 PWM（不同的导通比对应不同的制动力），通过屏蔽双绞线传至每一辆车，各车的计码器将 司机的制动要求解出。

在每辆车的制动控制单元中，将自午的载重信号和动力制动信号（动 力分散时）与司机的制动要求进行计算，得出木节车制动缸压力值去控制制动缸与模拟指 令式不同，数字式系统通常是用3+1根导线直接传递司机的制动要求，但口前数字式系统 也冇通过FWM转换并用双纹线传递7级制动指令的头车 中闾车 M 4AIP, ‘ （林御 | 車钟I |—― —A直通式制动机模拟指令式系统示意图韦斯特科德制动系统的紧急制动是通过设置在全列车上的紧急安全线总接控制每辆乍 的紧急阀使制动缸和磁轨制动等装置动作紧急安全线安全线断足冬一一司机制动控制器 紧急位、列车分离、车长阀动作、总风压力不足、列车自动防护系统ATP动作等，就会形 成紧急制动，同时切断列车牵引控制电路普速动四组的动力制动一般设计成不参与紧急 制动当常用制动系统发生PWM波丢失等故障时，制动控制单元发出最人常用制动指令执 行最大常用制动山于制动系统具有响应时间短的特点，常用制动同紧急制动的响应吋间 基木-•样，因此紧急制碳和最大常用制动时制动缸动作时间和压力上升速率基木相同制 动缸压力受制动控制单元及紧急限压阀控制而有区别系统设有强迫缓解电路，以便在常丿IJ制动故障时，能够人工缓解制动、移动列车;在风 路方面每辆车设有缓解阀，能够单独切除木节车的空气制动，保证制动机故障或列车分离 时救援的需要。

同许多直通式制动系统一样，该系统设有转向架中继阀，即在车辆的每个转向架附近 安装冇放人空气流虽的作用阀，用制动控制单元传来的风压信号去控制制动总风缸至制动 缸的通路或制动缸通大气的通路，从而减小管路的沿程阻力，实现快速制动、缓解，这是 直通式制动系统响应快的一项措施第三章对直通式制动系统的要求3.1可操作性从人机工程的角度看，制动机的操纵宜采用一动作方式亦称白动保压式制动机操纵 方式，不釆用两动作方式（制动吋手柄在制动位停留片刻再移回中立位，阶段缓解的“偷风” 操纵一手柄在运转位瞬间充风再移回中立位）一动作的操纵方式简单，操作比两动作方式 少一倍，便于调整列车制动力（两动作方式阶。