CN104875732A - 一种半挂汽车列车制动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半挂汽车列车领域，特别是涉及一种半挂汽车列车制动控制系统及方法，包括气压制动系统、控制器ECU、车辆状况监测系统；气压制动系统包括供能模块、牵引车制动模块、挂车制动模块；供能模块包括空气压缩机，备用气源，调压阀，三回路保护阀；牵引车制动模块包括牵引车前轴储气筒、牵引车后轴储气筒，制动比例阀，第一两位两通电磁阀，牵引车前轴制动气室、牵引车后轴制动气室，第一气压传感器、第二气压传感器；挂车制动模块包括挂车储气筒，第二两位两通电磁阀，电控比例阀，挂车制动气室；第三气压传感器。该系统对牵引车和半挂车的制动压力进行实时调节，同时解决半挂车制动延迟的问题，提高半挂汽车列车的制动安全性。
Description
技术领域
本发明涉及半挂汽车列车领域，特别是涉及一种半挂汽车列车制动控制系统及方法。
背景技术
半挂汽车列车因其可实现“区段运输”和“甩挂运输”的功能，成为提高运输效率的重要手段，越来越受到重视。但制动安全一直是汽车列车的重大隐患。
由于半挂汽车列车使用气压制动，目前半挂汽车列车制动系统中包括制动阀，其中制动阀制动时向储气筒发出信号，向制动气室充气，此作用牵引车和半挂车是同时进行的，但由于半挂车的制动管路较长，使得半挂车的制动较牵引车作用滞后时间较长，使得半挂车的制动较牵引车作用滞后时间较长（0.3-0.9s），牵引车较半挂车先制动，则半挂汽车列车牵引连接装置受压力，有可能会发生“折叠”的危险工况，半挂汽车列车的制动稳定性和安全性得不到保障。
紧急制动时，由于制动强度较大，由于半挂车制动较牵引车制动有延迟，由于半挂汽车列车一般装载质量较大，制动时会对牵引连接装置产生较大的冲击，若能弥补半挂车制动延迟，使得半挂车首先得到相应的制动力矩，从而使得半挂汽车列车始终保持“拉直”状态，有利于行车安全。
目前半挂汽车列车制动系统中包括制动阀，其中制动阀制动时向储气筒发出信号，向制动气室充气，此作用牵引车和半挂车是同时进行的，但由于半挂车的制动管路较长，使得半挂车的制动较牵引车作用滞后时间较长
目前解决半挂车制动延迟的方法是在半挂车车轴上加装辅助制动装置，公开号为CN 2839026提出了一种挂车辅助制动装置，虽然能够通过控制缓速器使得半挂车较牵引车先制动，但是结构比较复杂，且改变了半挂汽车列车原有的制动力分配，提供的制动力矩不大，无法使得半挂汽车列车始终保持“拉直”状态。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种半挂汽车列车制动控制系统及方法。对牵引车和半挂车的制动压力进行实时调节，同时解决半挂车制动延迟的问题，提高半挂汽车列车的制动安全性。
本发明提供的一种半挂汽车列车制动控制系统，包括气压制动系统、控制器ECU、车辆状况监测系统；气压制动系统包括供能模块、牵引车制动模块、挂车制动模块；供能模块包括空气压缩机，备用气源，调压阀，三回路保护阀；牵引车制动模块包括牵引车前轴储气筒、牵引车后轴储气筒，制动比例阀，第一两位两通电磁阀，牵引车前轴制动气室、牵引车后轴制动气室，第一气压传感器、第二气压传感器；挂车制动模块包括挂车储气筒，第二两位两通电磁阀，电控比例阀，挂车制动气室；第三气压传感器。
所述空气压缩机与调压阀相连，所述调压阀与备用气源相连，所述三回路保护阀与所述调压阀相连，所述三回路保护阀上连接有所述第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀；所述第一两位两通电磁阀上连接有牵引车前轴储气筒、牵引车后轴储气筒，所述牵引车前轴储气筒、牵引车后轴储气筒上连接有制动比例阀，所述制动比例阀上连接有牵引车前轴制动气室和牵引车后轴制动气室；所述第二两位两通电磁阀上连接有挂车储气筒，所述挂车储气筒上连接有电控比例阀，所述电控比例阀上连接有挂车制动气室。
上述方案中，所述牵引车前轴制动气室与所述控制器ECU之间连接有第一气压传感器 ，牵引车后轴制动气室与所述控制器ECU之间连接有第二气压传感器 ，所述半挂车制动气室与所述控制器ECU之间连接有第三气压传感器 。
上述方案中，所述第一两位两通电磁阀 、第二两位两通电磁阀均与所述控制器ECU连接。
上述方案中，所述制动比例阀、电控比例阀均与所述控制器ECU连接。
上述方案中，所述车辆状况监测系统包括车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板加速度传感器及载荷传感器；制动踏板位移传感器监测车辆的踏板位移信号、制动踏板加速度传感器监测踏板加速度信号，车速传感器监测车辆的速度信号，传送给控制器ECU ，所述控制器ECU 产生控制信号作用于第一两位两通电磁阀 、第二两位两通电磁阀 、制动比例阀 和电控比例阀 。
本发明还提供过一种半挂汽车列车制动控制方法，包括如下步骤：
步骤一：驾驶员踩下制动踏板；
步骤二：制动踏板位移传感器采集踏板位移信号，制动踏板加速度传感器采集踏板加速度信号；
步骤三：控制器ECU分析踏板位移信号以及踏板加速度信号，判断驾驶员的制动意图；
A．当制动踏板位移小于40mm，制动踏板加速度低于200mm/s时，判断驾驶员制动意图为轻度制动；控制器ECU 控制第二两位两通电磁阀 开启；挂车储气筒 内的压缩空气经由第二两位两通电磁阀 到半挂车的制动气室 ，此时，半挂汽车列车仅有半挂车制动，牵引车不制动；
B．当制动踏板位移大于40mm小于80mm，制动踏板加速度在200-400mm/s之间时，判断驾驶员制动意图为中度制动；控制器ECU控制第二两位两通电磁阀 开启后0.5s第一两位两通电磁阀 开启，控制器ECU根据车辆状况监测系统采集的半挂汽车列车的载荷信号，合理的分配牵引车、半挂车的制动力矩，控制器ECU 分别控制第一两位两通电磁阀 、第二两位两通电磁阀 的开启时间，有效弥补了当前气压制动系统半挂车制动延迟的问题；
C．当制动踏板位移大于80mm，制动踏板加速度高于400mm/s，判断驾驶员的制动意图为紧急制动；此时控制器ECU控制第二两位两通电磁阀迅速开启，0.2s后第一两位两通电磁阀开启，控制器ECU控制电控比例阀的开度，增加半挂车的制动力，控制器ECU根据车辆状况监测系统采集的牵引车和半挂车车速信号、轮速信号，计算滑移率，若半挂车即将抱死，则控制电控比例阀的开度，减小半挂车制动力；
步骤四：驾驶员松开制动踏板；
若是轻度制动，控制器ECU控制第二两位两通电磁阀断电关闭，切断半挂车储气筒与半挂车制动气室间的连接，停止制动；
若是中度、紧急制动，控制器ECU控制第一两位两通电磁阀先断电关闭，再关闭第二两位两通电磁阀。
本发明的有益效果：通过第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀分别控制牵引车和半挂车制动管路的开启和关闭，可以实现半挂车“预先制动”，弥补了由于气压制动管路制动延迟，有效防止列车“折叠”等危险工况，提高制动安全性，提高了半挂汽车列车的制动稳定性。同时，车辆状况监测系统监测车辆的实时状态，能够判断驾驶员的制动意图，从而根据驾驶员的制动意图ECU分别控制第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀的开启时间，保证了制动过程中半挂汽车列车的制动稳定性和安全性；同时ECU能够实时计算制动时牵引车和半挂车的滑移率，实时的控制压力调节器、制动比例阀以及电控比例阀，实时调节牵引车和半挂车的制动压力，保证车辆制动过程中不发生抱死。第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀电控时响应快，精度高；解除制动时，首先解除牵引车制动，再解除挂车制动，进一步提高制动安全性。
附图说明
图1为半挂车汽车列车制动力控制系统示意图。（图中实线为气压管路，虚线为电信号路线）
图2为半挂汽车列车轻度制动时制动力控制系统示意图。（图中实线为气压管路，虚线为电信号路线）
图3为半挂汽车列车中度、紧急制动时制动力控制系统示意图。（图中实线为气压管路，虚线为电信号路线）
图4为制动系统的控制策略流程图。
图中：1.空气压缩机，2.辅助气源，3.调压阀，4.三回路分配阀，5.第一两位两通电磁阀，6.牵引车前轴制动气室，7.第一气压传感器，8.第二气压传感器 9.第三气压传感器，10.制动比例阀，11.牵引车前轴储气筒，12.牵引车后轴储气筒，13.牵引车后轴制动气室，14.第二两位两通电磁阀，15.半挂车储气筒，16.电控比例阀，17.控制器ECU，18.半挂车制动气室。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
如图1所示，一种半挂汽车列车制动力控制系统，包括气压制动系统、控制器ECU17、车辆状况监测系统；气压制动系统包括供能模块、牵引车制动模块、挂车制动模块；供能模块包括空气压缩机1，备用气源2，调压阀3，三回路保护阀4；牵引车制动模块包括牵引车前轴储气筒11、牵引车后轴储气筒12，制动比例阀10，第一两位两通电磁阀5，牵引车前轴制动气室6、牵引车后轴制动气室13，第一气压传感器7、第二气压传感器8；挂车制动模块包括挂车储气筒15，第二两位两通电磁阀14，电控比例阀16，挂车制动气室18，第三气压传感器9；所述空气压缩机1与调压阀3相连，所述调压阀3与备用气源2相连，所述三回路保护阀4与所述调压阀3相连，所述三回路保护阀4上连接有所述第一两位两通电磁阀5、第二两位两通电磁阀14；所述第一两位两通电磁阀5上连接有牵引车前轴储气筒11、牵引车后轴储气筒12，所述牵引车前轴储气筒11、牵引车后轴储气筒12上连接有制动比例阀10，所述制动比例阀10上连接有牵引车前轴制动气室6和牵引车后轴制动气室13；所述第二两位两通电磁阀14上连接有挂车储气筒15，所述挂车储气筒15上连接有电控比例阀16，所述电控比例阀16上连接有挂车制动气室18。
所述车辆状况监测系统包括车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板加速度传感器及载荷传感器；制动踏板位移传感器监测车辆的踏板位移信号、制动踏板加速度传感器监测踏板加速度信号，车速传感器监测车辆的速度信号，传送给控制器ECU17，所述控制器ECU17产生控制信号作用于第一两位两通电磁阀5、第二两位两通电磁阀14、制动比例阀10和电控比例阀16。
所述牵引车前轴制动气室6与所述控制器ECU17之间连接有第一气压传感器7，牵引车后轴制动气室13与所述控制器ECU17之间连接有第二气压传感器8，所述半挂车制动气室18与所述控制器ECU17之间连接有第三气压传感器9。
所述第一两位两通电磁阀5、第二两位两通电磁阀14均与所述控制器ECU17连接。
所述制动比例阀10、电控比例阀16均与所述控制器ECU17连接。
此时第一两位两通电磁阀5和第二两位两通电磁阀14都是断开的，此时半挂汽车列车不进行制动。
如图2所示，一种半挂汽车列车轻度制动时制动力控制系统示意图，具体步骤如下：
步骤一：驾驶员踩下制动踏板；
步骤二：制动踏板位移传感器采集踏板位移信号，制动踏板加速度传感器采集踏板加速度信号；
步骤三：控制器ECU分析踏板位移信号以及踏板加速度信号，若制动踏板位移小于40mm，制动踏板加速度低于200mm/s时，判断驾驶员制动意图为轻度制动；
控制器ECU17控制第二两位两通电磁阀14开启；挂车储气筒15内的压缩空气经由第二两位两通电磁阀14到半挂车的制动气室18；此时，半挂汽车列车仅有半挂车制动，牵引车不制动；
半挂汽车列车的牵引连接装置受拉力，不会发生“折叠”的危险工况，保证了半挂汽车列车的制动稳定性和安全性。
步骤四：驾驶员松开制动踏板，控制器ECU17控制第二两位两通电磁阀14断电关闭，切断半挂车储气筒15与半挂车制动气室18间的连接，停止制动，保证了半挂汽车列车的安全性。
如图3所示，一种半挂汽车列车中度、紧急制动时制动力控制系统示意图，具体步骤如下：
步骤一：驾驶员踩下制动踏板；
步骤二：制动踏板位移传感器采集踏板位移信号，制动踏板加速度传感器采集踏板加速度信号；
步骤三：控制器ECU分析踏板位移信号以及踏板加速度信号，判断驾驶员的制动意图；
当制动踏板位移大于40mm小于80mm，制动踏板加速度在200-400mm/s之间时，判断驾驶员制动意图为中度制动；控制器ECU17控制第二两位两通电磁阀14开启后0.5s第一两位两通电磁阀5开启，控制器ECU17根据车辆状况监测系统采集的半挂汽车列车的载荷信号，合理的分配牵引车、半挂车的制动力矩，控制器ECU17分别控制第一两位两通电磁阀5、第二两位两通电磁阀14的开启时间。
此时，半挂汽车列车牵引车与半挂车均制动，弥补了传统制动系统半挂车制动较牵引车制动延迟的缺点，使得半挂汽车列车牵引连接装置处于“拉直”状态，提高了汽车列车的制动稳定性，提高了制动安全性。
当制动踏板位移大于80mm，制动踏板加速度高于400mm/s，判断驾驶员的制动意图为紧急制动；此时控制器ECU17控制第二两位两通电磁阀14迅速开启，0.2s后第一两位两通电磁阀5开启，控制器ECU17控制电控比例阀16的开度，增加半挂车的制动力，控制器ECU17根据车辆状况监测系统采集的牵引车和半挂车车速信号、轮速信号，计算滑移率，若半挂车即将抱死，则控制电控比例阀16的开度，减小半挂车制动力；牵引车制动强度小于等于半挂车制动强度，满足半挂汽车列车制动稳定性要求。
若牵引车前轴制动抱死，则控制器ECU17控制制动比例阀10减少牵引车前轴制动压力。
若牵引车后轴制动抱死，则控制器ECU17控制制动比例阀10减少牵引车后轴制动压力。
若半挂车车轴制动抱死，则控制器ECU17控制电控比例阀16减少半挂车车轴制动压力。
牵引车制动强度大于半挂车制动强度，控制器ECU17控制电控比例阀16的开度，增加半挂车的制动力。
若半挂车即将抱死，则控制电控比例阀16的开度，减小半挂车制动力。
步骤四：驾驶员松开制动踏板；控制器ECU17控制第一两位两通电磁阀5先断电关闭，再关闭第二两位两通电磁阀14，保证了半挂汽车列车的安全性。
驾驶员松开制动踏板，控制器ECU17控制第一两位两通电磁阀5首先断电关闭，切断牵引车前轴储气筒11与牵引车前轴制动气室6的连接、切断牵引车后轴储气筒12与牵引车后轴制动气室13间的连接，牵引车前轴制动气室6和牵引车后轴制动气室13的压缩空气经制动比例阀10的排气口排入大气中，解除牵引车制动。
ECU控制第二两位两通电磁阀14断电关闭，切断半挂车车储气筒15与半挂车车车制动气室18间的连接，半挂车车制动气室18的压缩空气经电控比例阀16的排气口排入大气中，解除半挂车车制动。
所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种半挂汽车列车制动控制系统，其特征在于：包括气压制动系统、控制器ECU（17）、车辆状况监测系统；
气压制动系统包括供能模块、牵引车制动模块、挂车制动模块；
供能模块包括空气压缩机（1），备用气源（2），调压阀（3），三回路保护阀（4）；
牵引车制动模块包括牵引车前轴储气筒（11）、牵引车后轴储气筒（12），制动比例阀（10），第一两位两通电磁阀（5），牵引车前轴制动气室（6）、牵引车后轴制动气室（13），第一气压传感器（7）、第二气压传感器（8）；
挂车制动模块包括挂车储气筒（15），第二两位两通电磁阀（14），电控比例阀（16），挂车制动气室（18），第三气压传感器（9）；
所述空气压缩机（1）与调压阀（3）相连，所述调压阀（3）与备用气源（2）相连，所述三回路保护阀（4）与所述调压阀（3）相连，所述三回路保护阀（4）上连接有所述第一两位两通电磁阀（5）、第二两位两通电磁阀（14）；
所述第一两位两通电磁阀（5）上连接有牵引车前轴储气筒（11）、牵引车后轴储气筒（12），所述牵引车前轴储气筒（11）、牵引车后轴储气筒（12）上连接有制动比例阀（10），所述制动比例阀（10）上连接有牵引车前轴制动气室（6）和牵引车后轴制动气室（13）；
所述第二两位两通电磁阀（14）上连接有挂车储气筒（15），所述挂车储气筒（15）上连接有电控比例阀（16），所述电控比例阀（16）上连接有挂车制动气室（18）。
2.根据权利要求1所述的一种半挂汽车列车制动控制系统，其特征在于：所述牵引车前轴制动气室（6）与所述控制器ECU（17）之间连接有第一气压传感器（7），牵引车后轴制动气室（13）与所述控制器ECU（17）之间连接有第二气压传感器（8），所述半挂车制动气室（18）与所述控制器ECU（17）之间连接有第三气压传感器（9）。
3.根据权利要求1所述的一种半挂汽车列车制动控制系统，其特征在于：所述第一两位两通电磁阀（5）、第二两位两通电磁阀（14）均与所述控制器ECU（17）连接。
4.根据权利要求1所述的一种半挂汽车列车制动控制系统，其特征在于：所述制动比例阀（10）、电控比例阀（16）均与所述控制器ECU（17）连接。
5.根据权利要求1所述的一种半挂汽车列车制动控制系统，其特征在于：所述车辆状况监测系统包括车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板加速度传感器及载荷传感器；制动踏板位移传感器监测车辆的踏板位移信号、制动踏板加速度传感器监测踏板加速度信号，车速传感器监测车辆的速度信号，传送给控制器ECU（17），所述控制器ECU（17）产生控制信号作用于第一两位两通电磁阀（5）、第二两位两通电磁阀（14）、制动比例阀（10）和电控比例阀（16）。
6.一种半挂汽车列车制动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：驾驶员踩下制动踏板，；
步骤二：制动踏板位移传感器采集踏板位移信号；制动踏板加速度传感器采集踏板加速度信号；
步骤三：控制器ECU分析踏板位移信号以及踏板加速度信号，判断驾驶员的制动意图；
A．当制动踏板位移小于40mm，制动踏板加速度低于200mm/s时，判断驾驶员制动意图为轻度制动；控制器ECU（17）控制第二两位两通电磁阀（14）开启；挂车储气筒（15）内的压缩空气经由第二两位两通电磁阀（14）到半挂车的制动气室（18），此时，半挂汽车列车仅有半挂车制动，牵引车不制动；
B．当制动踏板位移大于40mm小于80mm，制动踏板加速度在200-400mm/s之间时，判断驾驶员制动意图为中度制动；控制器ECU（17）控制第二两位两通电磁阀（14）开启后0.5s第一两位两通电磁阀（5）开启，控制器ECU（17）根据车辆状况监测系统采集的半挂汽车列车的载荷信号，合理的分配牵引车、半挂车的制动力矩，控制器ECU（17）分别控制第一两位两通电磁阀（5）、第二两位两通电磁阀（14）的开启时间，有效弥补了当前气压制动系统半挂车制动延迟的问题；
C．当制动踏板位移大于80mm，制动踏板加速度高于400mm/s，判断驾驶员的制动意图为紧急制动；此时控制器ECU（17）控制第二两位两通电磁阀（14）迅速开启，0.2s后第一两位两通电磁阀（5）开启，控制器ECU（17）控制电控比例阀（16）的开度，增加半挂车的制动力，控制器ECU（17）根据车辆状况监测系统采集的牵引车和半挂车车速信号、轮速信号，计算滑移率，若半挂车即将抱死，则控制电控比例阀（16）的开度，减小半挂车制动力；
步骤四：驾驶员松开制动踏板；
若是轻度制动，控制器ECU（17）控制第二两位两通电磁阀14断电关闭，切断半挂车储气筒（15）与半挂车制动气室（18）间的连接，停止制动；
若是中度、紧急制动，控制器ECU（17）控制第一两位两通电磁阀（5）先断电关闭，再关闭第二两位两通电磁阀（14）。
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