CN101678848B - 轨道制动控制器 - Google Patents

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Abstract

披露一种提供铁路车辆的制动的轨道制动控制系统。该控制系统一旦接收到紧急制动命令就开始工作。控制系统包括从一个或多个感测设备接收减速信息的部件。控制系统还包括将该减速信息与基准值或基准曲线进行比较的部件。此外,控制系统包括基于该比较连续调节轨道制动器的制动命令信号以使铁路车辆减速的至少一个调整设备。

Description

轨道制动控制器
发明领域
本发明一般涉及车辆的制动系统,更具体地涉及轨道车辆的轨道制动的控制。 
发明背景 
在轨道车辆的紧急制动期间,所述车辆的控制系统应用弹簧作用的圆盘制动以及电磁和/或永磁轨道制动(在本文中合称为“紧急制动”)以实现制动。轨道制动被设计成以开/关方式发挥作用。这些轨道制动的当前控制是通过使轨道制动运作的接触器实现的。目前,在控制系统中编程的紧急制动的制动力是针对最大车重而设计的。结果,在低于最大负载的车辆上应用紧急制动加上车轮的低转动惯量导致车轮滑移和车轮压扁。目前存在的系统基于事先计算的负载条件在粗调步骤中应用紧急制动。此外,轨道制动摩擦在较低速度下增加,这导致造成乘客不适乘坐的急停。 
为了克服车轮滑移、车轮压扁和急停的缺陷,引入两级紧急制动(EB)系统。该系统使用制动保险监视器(BAM)来截获紧急制动命令并根据需要控制紧急制动。在EB级I制动情形下,BAM通过按闭环减速控制使用线性感应电动机(LIM)和轨道制动来控制制动而不应用圆盘制动,由此避免车轮压扁和车辆的急停。在EB级II制动情形下,BAM监视(从EB级I制动)获得的减速曲线图并且如果没有获得要求的曲线图则将控制切换到紧急制动,这导致圆盘制动和轨道制动的完全应用。 
美国专利号4835693(在下文中阐述,Smith等人)披露了一种控制车辆的制动和推进系统的BAM,其包括控制器,所述控制器用于控制三种车辆制动模式,即正常制动、第一级紧急制动和第二级紧急制动。该BAM提供两级的紧急制动。在第一级紧急制动中,制动可借助轨道制动和推进系统实现(即LIM), 由此避免车轮压扁和急停。当第一级紧急制动不符合预定的停止曲线时,控制器将系统切换至依靠车轮制动和轨道制动的第二级紧急制动。 
尽管BAM功能不错,但它追加了设备以及相当大的附加汽车布线。这进一步增加了系统成本,同时增加了系统的复杂性。鉴于已有制动系统和制动监视器的前述缺点和问题,提供一种改善和高效的控制并给乘客以更平稳的乘坐体验的制动系统和方法是有利的。 
发明概述 
根据本技术的一个方面,这里披露一种提供铁路车辆制动的轨道制动控制系统。所包含的控制系统一旦接收到紧急制动命令就开始工作。在这种实现中,控制系统包括从一个或多个感测设备接收减速信息的装置。控制系统还包括将减速信息与基准值或基准曲线进行比较的装置。此外,控制系统包括至少一个调整设备,用来基于这种比较连续调节对轨道制动的制动要求信号以使铁路车辆减速。 
根据本技术的另一方面,披露一种利用列车网络提供铁路车辆的紧急制动的轨道制动控制系统。所包含的控制系统一旦接收到紧急制动命令就开始运作。在本实现中,控制系统包括从列车网络间的至少一个感测设备接收减速信息的装置。该控制系统还包括将该减速信息与基准值或基准曲线比较的装置。此外,控制系统包括至少一个调整设备,用来基于所述比较连续调节在列车网络间对轨道制动的制动要求信号以使铁路车辆减速。感测设备、调整设备和轨道制动件中的至少一个使用列车网络与另外两个通信。 
根据本技术的又一方面,披露了一种用于提供铁路车辆的紧急制动的轨道制动控制系统。所包含的控制系统一旦接收到紧急制动命令就开始工作。控制系统包括获取减速信息的一个或多个感测设备以及从一个或多个感测设备接收减速信息的装置。控制系统还包括:用于将减速信息与基准值或基准曲线进行比较的装置;以及至少一个调整设备,用于基于所述比较连续调节在列车网络间对轨道制动的制动要求信号以使铁路车辆减速。 
根据本技术的又一方面,披露一种调节车辆中的轨道制动力的方法。所包 含的方法一旦接收到紧急制动命令就开始工作。这种方法涉及从一个或多个感测设备接收减速信息并将该检测信息与基准值或基准曲线进行比较。该方法还包括基于比较结果确定制动要求信号并根据该制动要求信号连续调整轨道制动上的制动力。 
附图简述 
通过结合附图考虑本发明各实施例的下面详细说明而更完整的理解本发明,在附图中: 
图1是轨道制动控制器的一个实施例的示意图; 
图2是轨道制动控制器的另一实施例的示意图; 
图3是轨道制动控制器的又一实施例的示意图;以及 
图4是控制轨道制动的方法的实施例的流程图。 
较佳实施例的详细说明 
在下面的说明中,为了提供对本发明更为透彻的理解而给出许多特殊细节。然而,本领域内技术人员应当理解本发明可不经这些特殊细节地实现。在其它情形中,已知的特征未被详细说明以避免混淆本发明。 
现在转向附图并首先参见图1,其中示出轨道制动控制系统(10)的实施例。所包含的控制系统(10)一旦接收到紧急制动命令就开始运作。在这种实现中,控制系统(10)包括适于感测车辆减速(因此还有加速)并获得减速信息(14)的一个或多个感测设备(12)。控制系统还包括将减速信息(14)与基准值或基准曲线(18)比较的装置(16)。此外,控制系统(10)包括用于连续调整对轨道制动控制器(24)的制动要求信号(22)以造成其上安装有轨道制动器(26)的铁路车辆的减速的至少一个调整设备(20)。 
感测设备(12)可包括一个或多个速度测量设备。这种设备的实例包括速度计、转速计或加速度计。尽管这些设备已用于提供对技术的理解,然而本领域内技术人员应当很清楚,这些描述不应当认为是限制。基于机械运动或压力测量的任何其它速度测量设备可用来代替前述设备。 
考虑使用转速计的例子。如本领域内技术人员已知的,转速计以每转若干脉冲作为函数来测量距离。因此,当转速计用作感测设备时,减速信息14以脉冲形式出现。在不同的实现中,当使用加速度计时,减速信息(14)根据情况直接为加速度或减速度。当减速信息(14)是间接表示时,可能需要将值变换为实际减速度值的合适变换。 
从感测设备(12)接收的减速信息(14)传至将减速信息(14)与基准值(18)比较的装置(16)。在一些情形下,基准值(18)可以是包含关于制动曲线的信息的基准曲线的形式。可通过使用诸如微处理器控制的设备或任何其它形式的已知控制器之类的控制器或甚至直接使用硬件组件来实现这样的比较。在一些情形下,可能需要信号滤波来从接收的信息(14)滤除噪声。然而,要注意使用或不使用减速信息(14)是视场合变化的。在一些情形下,即便存在噪声信号,控制系统10也可直接使用减速信息(14)。在一些实现中,基准曲线可针对车辆的多种负载条件作为较佳基准值的矩阵提供。与图1所示实现不同,在某些其它实现中,可以有不同装置(未示出)适合用来与感测设备(12)接口以在用于接收的装置(16)上接收减速信息(14)。在不同的实现中,可包括用于传送减速信息的装置(未示出)使其位于感测装置(12)的端部。 
调整设备(20)基于由装置(16)执行的比较操作而调节轨道制动(26)的制动要求信号(22)。较佳地,轨道制动控制器(24)也可基于制动要求信号(24)调制轨道制动力。轨道制动力的调制可通过调制轨道制动电压或轨道制动电流而获得。调制的实例包括脉宽调制技术。在某些实施例中,调整设备(22)可包括用于调制轨道制动力的装置。 
轨道制动力的调制是以当要求轨道制动贡献更多制动作用时将更多电功率施加于其电磁线圈的方式实现的。相反,如果轨道制动需要减少的制动作用,则将较少的电功率提供给其电磁线圈。可以任何合适和/或合需的方式将电功率提供给轨道制动器的线圈。另外,每个控制器(18)和(22)可执行任何合适和/或合需的控制算法来控制轨道制动的应用。例如,每个控制器可执行比例、积分和/或导数控制中的任意一种或其结合来控制轨道制动器的应用。 
轨道制动控制器(24)的制动要求信号(22)可在0和100%之间调制,然而 一般在0和99%之间。制动要求信号可间接地视为制动电压。但由于轨道制动器基本上是电磁铁,因此需要高电流并因此还要完成轨道制动电流的调制。这使其上附有轨道制动器(26)的车辆基于从调整设备(22)发送至轨道制动控制器(26)的制动要求信号(24)的量而减速。尽管对本领域内技术人员来说不是显而易见的,但该制动实现中存在反馈操作。当车辆慢下来时,这使感测设备(12)记录其测得参数的变化,在该特例中为减速度,该减速度使流入装置(16)的值(14)改变。基准值(18)可根据制动作用而改变或不改变。在一种情况下,基准值随着速度的减小而增大,但并不需要一直以这种方式变化。在某些其它情形下,基准值可随着速度的增大而增大,或随着速度的减小而减小。然而必须注意,基准值(18)永远是车辆速度的函数。 
如果车辆的制动作用与该曲线匹配,则不对制动作用作出调整。然而应当注意,存在由于制动引起的连续速度递减并且一直将调节合需的制动作用考虑在内。这是通过使用间接反馈机构的闭环控制而产生的。如果制动作用与制动曲线不吻合,则通过轨道制动控制器作出合适调整,即在制动作用的校正或过校正时,从而将制动作用返回到制动曲线。 
在又一较佳实施例中,调整设备(22)可包括例如可编程逻辑器件(PLC)控制器的微控制器。在又一实施例中,调整设备(22)可包括固态集成设备,这种设备可包括或可不包括微处理器。如本领域内技术人员所理解地,PLC控制器可被任何可用控制器取代以实现相似的功能。 
更平稳的汽车制动的优点是几乎没有车轮压扁、乘客更平稳和更舒适的乘坐并且是更长寿命的车辆零件的最优使用。 
图2示出上文描述的轨道制动控制系统的另一实施例。在本实现中,轨道制动控制系统利用已有的列车网络(30),例如CANBUS网络,以便提供铁路车辆的紧急制动。同样,所包含的控制系统一旦接收到紧急制动命令即开始工作。调整设备(22)通过网络(30)与轨道制动控制器(24)通信。图2中示出的许多部件起作用的方式与图1中披露的相似。图1中所示的配置的各实施例可按类似的方式用于图2中所示的配置。 
图3示出在感测设备、装置和调整设备全位于一起的情形下,轨道制动控制器的又一实施例。各部件的功能——就它们接收什么作为输入和它们提供什么作为输出而言——保持基本相同。然而,各部件的附加或精简配置就它们如何接收其输入并且如何提供其输出而言将改变并且可认为这些修改落在本申请的范围内。图1所示配置的各实施例可以与图3所示配置相似的方式使用。 
图4是控制轨道制动器以提供其上附有轨道制动器的车辆的更平稳、受控的制动的示例性方法的流程图。所包含的方法一旦接收到紧急制动命令就开始。该方法涉及从一个或多个感测设备接收减速信息(步骤31)并将该减速信息与基准值或基准曲线比较(步骤32)。该方法还包括基于比较确定制动要求信号(步骤34)并根据制动要求信号连续调制轨道制动器上的制动力(步骤36)。必须再次假设这些步骤可由一个或多个多重模块来实现。在某些其它实现中,这种功能甚至可合并到更少的模块中。这些修改应当解释为落在本申请的范围内。 
还要注意,控制轨道制动的某些步骤可通过在逻辑运算序列上运算的微处理器来实现。这些逻辑运算或者可以硬编程在微处理器中。在某些实现中,逻辑运算也可以计算机可读指令(例如软件代码)的形式包含在微处理器中。这种代码可通过任何种类的已知计算机可读介质(包括所有已知类型的磁介质和光学介质)引入到处理设备。 
如上所述,本发明实施例的各实施例或选择部分可按照包含在有形介质中体现的指令的计算机程序代码的形式表现,该有形介质例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储介质,其中当计算机程序代码被加载并由计算机执行时,计算机成为实现本发明的装置。本发明可以计算机程序代码的形式体现,不管是存储在存储介质中、加载并由计算机执行,当计算机程序代码被加载并由计算机执行时,计算机成为实施本发明的装置。当在通用微处理器上实现时,计算机程序代码段配置微处理器以产生特定的逻辑电路。 
本发明可应用于车辆轨道制动的领域,尤其是铁路产业。然而,可构思出通过适当的修整而将本发明用于基于无轨的不同产业。 
尽管已结合若干特定示例性实施例对本发明进行了描述,然而本领域内技术人员应当理解,可对其作出许多改变而不脱离在下面权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。 

Claims (13)

1.一种轨道制动控制系统,所述轨道制动控制系统一旦接收到紧急制动命令就提供铁路车辆的紧急制动,所述控制系统包括:
将从一个或多个感测设备获得的减速信息与基准值或基准曲线进行比较的装置;以及
基于所述比较连续调节对轨道制动控制器的制动要求信号以通过由轨道制动施加的摩擦使铁路车辆减速的至少一个调整设备,
其中,所述轨道制动控制器通过调制轨道制动电压或轨道制动电流而调制轨道制动摩擦,
其中,所述轨道制动电压或轨道制动电流的调制是通过脉宽调制信号实现的。
2.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,还包括根据所述制动要求信号调制轨道制动摩擦的装置。
3.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述感测设备包括由加速度计、转速计或速度计中的至少一个构成的速度测量设备。
4.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述调整设备基于可编程逻辑控制器件。
5.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述调整设备和/或所述轨道制动控制器是集成固态设备。
6.如权利要求5所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述集成固态设备包括微处理器。
7.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述一个或多个感测设备和/或调整设备包含在所述轨道制动控制系统中。
8.如权利要求1所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述脉宽调制信号是通过包含至少一个调整设备的列车网络接收的。
9.一种轨道制动控制系统,所述轨道制动控制系统利用列车网络以在接收到紧急制动命令时提供铁路车辆的紧急制动,所述控制系统包括:
将通过感测设备获得的减速信息与基准值或基准曲线进行比较的装置;以及
基于所述比较在列车网络间连续调节对轨道制动控制器的制动要求信号以通过由轨道制动施加的摩擦使铁路车辆减速的至少一个调整设备,
其中至少所述调节设备和轨道制动控制器使用所述列车网络彼此通信,
其中,所述调整设备通过调制轨道制动电压或轨道制动电流而调制轨道制动摩擦,所述调制发生在所述列车网络之间,
其中,所述轨道制动电压或轨道制动电流的调制是基于脉宽调制信号的。
10.如权利要求9所述的轨道制动控制系统,其特征在于,还包括根据所述制动要求信号调制轨道制动摩擦的装置。
11.如权利要求9所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述感测设备包括由加速度计、转速计或速度计中的至少一个构成的速度测量设备。
12.如权利要求9所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述脉宽调制信号是通过由至少一个调整设备构成的列车网络接收的。
13.如权利要求9所述的轨道制动控制系统,其特征在于,所述调整设备基于可编程逻辑控制器件或预编程逻辑控制器件中的一个。
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