第五章制动控制系统城市轨道交通车辆制动技术20141028修改的

1、 制动控制系统是空气制动系统的核心 它接收司机司机 自动驾驶系统（自动驾驶系统（ATO）的指令指令 并采集车上各种与制动有关的信号，将指令与各种信号进行计算，得出列车所需的制动力，再向动力制动系统和空气制动系统发出制动信号。第五章第五章 制动控制系统制动控制系统制动控制系统的主要功制动控制系统的主要功能能 动力制动系统进行制动时将实际制动力的等值信号反馈给制动控制系统，制动控制系统通过运算协调运算协调动力制动和空气制动的制动量。空气制动系统将制动控制系统发来的制动力信号经流量放大后使执行部件产生相应的制动力。制动控制系统的主要功制动控制系统的主要功能能第五章第五章 制动控制系统制动控制系统 制

2、动控制系统制动控制系统组成组成 空气制动控制系统（空气制动机）空气制动控制系统（空气制动机）BCUBCU以压力以压力空气作为制动信号传递和制动力控制介质的制动控空气作为制动信号传递和制动力控制介质的制动控制系统；制系统； 电气指令制动控制系统电气指令制动控制系统PBCUPBCU以电气信号来传递以电气信号来传递制动信号的制动系统。制动信号的制动系统。 电子制动控制单元电子制动控制单元EBCUEBCU以微机为中心的电子控以微机为中心的电子控制装置。制装置。第一节第一节 制动控制系统的组成制动控制系统的组成动力动力（电气（电气）制动）制动牵引控制系统牵引控制系统（PCU)电气指令单元电气指令单元（司

3、机控制器（司机控制器/ATO)电子制动控制单元电子制动控制单元（EBCU/BCE/MBCU）供气系统供气系统空气制动控制单元空气制动控制单元（BCU)基础制动装置基础制动装置防滑装置防滑装置图图5-1 制动控制系统组成框图制动控制系统组成框图 一、一、电子制动控制单元电子制动控制单元 列车制动控制不再靠司机的头脑判断，而是由微机列车制动控制不再靠司机的头脑判断，而是由微机综合综合列车运列车运行中的行中的所有参数所有参数，经过，经过判断判断和和运算运算，给制动系统发出精确的指，给制动系统发出精确的指令。令。v 以微机为中心的电子控制装置以微机为中心的电子控制装置称为称为电子制动控制单元（电子制动

4、控制单元（EBCU)EBCU)、 微机制动控制单元（微机制动控制单元（MBCU)MBCU)、 制动控制电子装置（制动控制电子装置（BCU).BCU).第一节第一节 制动控制系统的组成制动控制系统的组成 电子电子制动控制制动控制单元的主要功能：单元的主要功能：接收接收司机控制器或司机控制器或ATOATO的指令的指令，与牵引控制系统，与牵引控制系统协协调调列车的制动和缓解列车的制动和缓解。设有紧急制动电路，当紧急设有紧急制动电路，当紧急制动指令发出时，列车能迅速调用全部空气制动能制动指令发出时，列车能迅速调用全部空气制动能力实行紧急制动。力实行紧急制动。将接收到的将接收到的动力（电气）制动实际值动

5、力（电气）制动实际值经经EPEP转换转换，将，将电信号电信号转换成为转换成为气动信号气动信号发送发送给给空气制动控制单元空气制动控制单元。在保证在保证电制动电制动优先优先作用下，空气制动能自动进行列作用下，空气制动能自动进行列车制动力的补偿，将制动所需压力传递给基础制动车制动力的补偿，将制动所需压力传递给基础制动装置，从而使列车制动保持不变。装置，从而使列车制动保持不变。 控制控制供气系统中供气系统中空气压缩机组的工作周期空气压缩机组的工作周期，监视监视主风缸输出压力等参数主风缸输出压力等参数。如果供气系统中某台设备如果供气系统中某台设备发生故障，它能及时调用备用设备填补。发生故障，它能及时调

6、用备用设备填补。 在列车制动过程中始终在列车制动过程中始终收集收集列车所有列车所有轮对速度传感轮对速度传感器发来的速度参数器发来的速度参数，对轮对在，对轮对在制动中出现的滑行制动中出现的滑行进进行行监视监视。一旦发现滑行，立即发出防滑信号并采取。一旦发现滑行，立即发出防滑信号并采取防滑措施。防滑措施。 对对列车制动时的各种参数和故障列车制动时的各种参数和故障进行进行监视监视和和记录记录。故障记录可以在列车回库后用便携式计算机读出。故障记录可以在列车回库后用便携式计算机读出。传递方式分：数字指令式传递方式分：数字指令式 模拟指令式模拟指令式 控制方式分：电磁空气制动机控制方式分：电磁空气制动机

7、气压控制型电气指令式制动控制系统气压控制型电气指令式制动控制系统 电气控制型电气指令式制动控制系统电气控制型电气指令式制动控制系统电气指令式控电气指令式控制制空气制动控制单元是制动系统中空气制动控制单元是制动系统中电气制动电气制动和和空气制动空气制动的的联系点联系点，也是也是电子电子、电子信号电子信号与与气动信号气动信号的的转换点转换点。在过去论述中称为中。在过去论述中称为中继阀或继阀或EP。 空气制动控制方式分：自动式空气制动控制方式分：自动式 直通式直通式二、二、空气空气制动控制单元（制动控制单元（BCU）一般一般空气制动控制单元空气制动控制单元 由各种不同功能的由各种不同功能的电磁阀电磁

8、阀和和气动阀气动阀组成组成普遍有以下几种零部件构成普遍有以下几种零部件构成 内部有腔室及连通腔室大小通路的阀体。内部有腔室及连通腔室大小通路的阀体。 控制腔室与各通路的活塞和阀门。控制腔室与各通路的活塞和阀门。 控制活塞和阀门的模板、弹簧、顶杆和铁芯。控制活塞和阀门的模板、弹簧、顶杆和铁芯。 控制（吸引）顶杆和铁芯的电磁线圈。控制（吸引）顶杆和铁芯的电磁线圈。 与阀体内部大小通路相连的输入、输出气管接头。与阀体内部大小通路相连的输入、输出气管接头。 气气-电或电电或电-气转换元件。气转换元件。基本分为：基本分为：EP阀、中继阀和空重车调整阀。阀、中继阀和空重车调整阀。1、空气空气制动控制单元的

9、基本组成制动控制单元的基本组成采集车上各种采集车上各种制动相关信号制动相关信号BCUBECU指令计算出指令计算出列车制动力列车制动力实际制动力实际制动力等值信号等值信号动力制动系统动力制动系统中继阀中继阀空制制空制制动力信号动力信号空气制动空气制动执行系统执行系统流量放大流量放大2、空气、空气制动控制单元在制动系统中的作用制动控制单元在制动系统中的作用一）、EP阀(Electric-Pneumatic)定义：定义：也称控导阀，也称模拟转换阀，是一个电气转换阀。组成：组成：电磁线圈、铁芯、灯杆、活塞。功能：功能：将电流信号转换成空气压力信号，空气压力信号与激磁电流成线性关系。 48 总风缸总风缸

10、 14 压力信号输出压力信号输出 EP阀工作原理 由电磁线圈、铁芯、顶杆和活塞等组成。当它的电磁线圈没有励磁时，铁芯和连杆落在阀底，通路阻断或通路与大气连通。当线圈励磁，铁芯被吸引上移，推动顶杆和活塞上移，通路与储风缸压力空气连通。模拟转换阀定义：为上海地铁车辆KNORR制动系统中使用的电磁阀，由电磁进气阀、电磁排气阀、气-电转换器组成。功能：将电气指令通过反馈闭环系统的作用比较精确的转换成预控制压力信号。4）均衡阀二）、中继阀定义：定义：是SD型数字式制动控制单元中最重要的电磁阀，是一个电气转换阀。功能：功能：将电信号转换成空气压力输出，控制电信号的变化不是激磁电流的变化，而是三个电磁阀励消

11、磁状态的七种组合。(001,010,011,100.) 28 空重车调整阀空重车调整阀 13 控导阀控导阀(电制）电制） 43 总风缸总风缸 20 空气压力输出空气压力输出 8 紧急制动阀紧急制动阀 七级中继阀 组成：它上部是给排阀，下部是腔室。腔室中是活塞和膜板，活塞和膜板带动有空心通路的顶杆上下移动。 原理： 中继阀也是一个将电信号转换成压力空气的电磁阀，只是电信号的变化不是励磁电流的变化，而是通过电磁阀励磁线圈和消磁状态的不同组合，将多个电信号输入转换成对应空气压力输出。二）、中继阀（三）、空重车调整阀 空重车调整阀的作用是根据车辆载重的变化，即根据乘客的多少，输出一个空气压力信号，并通

12、过中继阀使单元制动机风缸保持一个恒定的制动力。 空重车调整阀的输入是车辆二系弹簧的空气压力信号。考虑到车辆载重的不平衡，一般采取前后转向架对角的两个空气弹簧压力为输入信号，这样就能比较准确地使空重车调整阀的输出压力信号与乘客负载成一定比例关系。 由于电子技术的发展，现在许多空重车信号已经直接将空气弹簧压力转换成电子信号输入BCE或MBCU，空重车调整阀输出的空气压力信号在常用制动时根本不起作用。但是在紧急制动时，空重车调整阀输出的空气压力信号还是可以越过中继阀，对紧急制动起到限制冲动的作用。均衡阀定义：定义：上海地铁车辆上海地铁车辆KNORR制动系统使用的制动系统使用的气阀。气阀。功能：功能：

13、能使大流量的压力空气迅速通过，而且能使大流量的压力空气迅速通过，而且大流量压力空气的压力变化是随预控制压力大流量压力空气的压力变化是随预控制压力CV的增大而增大的，输出压力比为的增大而增大的，输出压力比为1：1，相当于，相当于一个气流放大器类似于电流放大器。一个气流放大器类似于电流放大器。集成化模拟式制动控制单元定义：将制动控制单元所有的部件都安装在一块铝合金的气路板上的系统。优点：a) 避免用管道连接而造成的泄漏，同时元件所占空间大大减少。 b) 测试接口方便各个控制压力和闸缸压力的测量，方便了日常检修保养工作。 c) 如运营中发生故障，可迅速将整个控制单元的气路板换下，列车可快速重新投入运

14、营。三 电气指令制动控制系统（PBCU）现在城市轨道交通车辆的制动系统无一例外地采用电气指令单元来快速、准确、可靠地传递司司机控制器机控制器的指令的指令。采用电气指令可以使列车制动、缓解迅速、停车平稳无冲动，缩短制动距离。1）数字式电气指令控制系统数字式电气指令控制系统是指0和1两个数字，在组成3位数字时，除了000外，还有001，010，011111共7种组合，分别使三个电磁阀各自得电（相当于1）或失电（相当于0）组成的组合，从而获得7档制动指令。数字式指令指开关指令的组合，属于分档控制。这样的分档制动指令通过具有多块气动膜板的中继阀的动作，使制动缸获得恒定的七级压力。 数字式电气指令制动控

15、制系统操作灵活，可控性能好。我国自行制造的北京地铁车辆使用的SD型制动系统即为数字式电气指令制动控制系统。 2）模拟式电气指令制动控制系统模拟式电气指令制动控制系统可以实现无级制动和连续操纵，常用的模拟电信号有电流、电压、频率、脉冲等，这些模拟量可以传递制动控制信号。特点：特点：对指令传递的设备性能要求较高，精度有可能因为设备性能的不足而下降。 2）模拟式电气指令制动控制系统模拟式电气指令制动控制系统 模拟式电气指令制动系统可以实现无极制动和连续操纵。常用的模拟电信号有电流、电压、频率和脉冲等，这些模拟量可以传递制动控制信号。理论上，模拟式电气指令制动控制系统的操纵比数字式的更方便，但它对指令

16、传递的设备性能要求比较高。如果设备性能不能满足要求，其精度会降低，从而会影响制动效果。 从目前趋势来看，城市轨道交通车辆采用脉冲宽度调制的模拟式电气指令制动控制系统，应当是较为先进的列车制动控制系统。第二节 制动控制策略1、恒制动率控制、恒制动率控制 无论空载、满载或超员，都应保证列车的减速度与司机制动手柄的制动位角度相对应。 城市轨道车辆会根据动车和拖车车辆的负荷重量变化而自动调整各级制动缸压力，在各制动级位都可保持恒定的制动率，得到恒定减速度。均匀制动方式定义：定义：各节车各自承担自己需要的制动力。缺点：缺点：T车所需的制动力将全部由自己的空气制动系统承担，T车的闸瓦磨耗要比有电气制动的M

17、车多。2、空气制动滞后控制、空气制动滞后控制定义：定义：在不超过粘着限制的范围内充分利用在不超过粘着限制的范围内充分利用M车的电气制动力，不足部分再由车的电气制动力，不足部分再由T车的空气车的空气制动力补充，这样可以节约能源，降低制动力补充，这样可以节约能源，降低T车机车机械制动的磨耗，这种控制方式称为空气制动滞械制动的磨耗，这种控制方式称为空气制动滞后控制。后控制。有三种方式：有三种方式： T车的空气制动滞后控制车的空气制动滞后控制 T车空气制动优先补足控制车空气制动优先补足控制 M、T转向架空气制动均匀不足控制转向架空气制动均匀不足控制1) T车的空气制动滞后控制车的空气制动滞后控制控制思想：控制思想：T车所需制动力由M车的再生制动力承担，根据空电联合制动运算，不足部分也由M车的空气制动力补充。最后还不足时，再由T车的空气制动力承担。2） T车空气制动优先补足控制车空气制动优先补足控制控制思想：控制思想：T车所需制动力由M车的再生制动力承担，根据空电联合制动运算，当再生制动不足时，首先由T车的空气制动力补足，再不够才由M车的空