CN115179917B - 一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法 - Google Patents

一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆液‑气联合制动控制方法，包括车辆液力传动箱控制单元上电自检并接收车辆控制指令；液力传动箱控制单元基于传动箱当前工作状态信息判断传动箱是否满足进行液力制动的条件获得液力制动准备信号，液力传动箱控制单元实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率以及液力制动实际功率；液力制动准备信号基于所述液力传动箱控制单元下发至车辆控制单元；车辆控制单元基于液力制动准备信号控制设定车辆制动控制策略。本发明提供了一种轨道交通车辆液‑气联合制动控制方法，解决了现有车辆制动方式在车辆制动时产生较大的冲击，对司机的操作经验要求较高，同时也增加了司机劳动强度的问题，降低了车辆制动时存在的安全隐患。

Description

一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法。
背景技术
液力传动技术，特别是包含液力制动器的液力传动箱，因其***集成度高、对外接口简单、成本低、故障率低、易维护等优点，在轨道交通车辆上有着广泛的应用，尤其是在轨道工程车、作业车、检修车等特种车辆。在国外，液力传动技术在轨道客车上也有着广泛应用。
液力制动技术相较于传统的机械摩擦制动技术(空气制动技术)，具有无机械磨损、制动温度低、无噪音等优点，常常被用于车辆的联合制动上。液力制动在车辆高速运行时，具有良好的制动效果；在低速区时，液力制动力会明显减小，因此需要车辆施加空气制动，以满足车辆的制动力要求。此外，受液力制动器功率的限制，当车辆需求的制动功率超过液力制动器的最大可用制动功率时，也需要空气制动介入，液-气联合制动以满足车辆要求。
为减小空气制动给车辆带来的磨损、噪音等负面影响，车辆在制动过程中应优先采用液力制动，将空气制动作为补充，或当液力制动失效时，采用空气制动进行整车制动。何时介入空气制动、介入空气制动的功率多大、液-气联合制动产生的制动力怎样匹配车辆的制动力需求，是轨道交通车辆液-气联合制动控制中要解决的关键技术问题。
目前，车辆广泛采用的方法有两种：一是液力制动与空气制动相互隔离，即空气制动介入时，直接切断液力制动；二是液力制动工作过程中，由司机凭经验施加空气制动。这两种控制方法逻辑简单、易实现，但制动时会产生较大的冲击，对司机的操作经验要求较高，也增加了司机的劳动强度。
发明内容
本发明提供一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，以克服现有制动方法在车辆制动时产生较大的冲击，对司机的操作经验要求较高，也增加了司机的劳动强度的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，包括：
步骤S1：车辆液力传动箱控制单元TDC上电自检并接收车辆控制指令，所述车辆控制指令包括牵引使能信号、方向信号、司机制动功率设定值PBset设定信号；
步骤S2：所述液力传动箱控制单元TDC基于传动箱当前工作状态信息，判断传动箱满足进行液力制动的条件以获得液力制动准备信号，所述当前工作状态信息包括传动箱的输出轴转速、电磁比例阀的状态、油温传感器的状态和油压传感器的状态；所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax以及液力制动实际功率PHBact；
步骤S3：所述液力传动箱控制单元TDC下发所述液力制动准备信号至车辆控制单元VCU，所述液力制动准备信号包括液力制动未准备好信号与液力制动准备好信号，若所述液力制动准备信号为液力制动未准备好信号，则执行步骤S4，若所述液力制动准备信号为液力制动准备好信号，则执行步骤S5；
步骤S4：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动未准备好信号控制车辆制动***进行制动；
步骤S5：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略，车辆基于所述车辆制动控制策略实现制动操作。
进一步的，步骤S2中所述判断传动箱是否满足进行液力制动的条件：不满足进行液力制动的条件包括所述液力传动箱控制单元TDC检测到输出轴转速低于设定值、电磁比例阀故障运行、传动油温超出设定范围值以及传动油压超出设定范围值，此时液力制动不可用并产生液力制动未准备好信号；反之，则满足进行液力制动的条件，此时液力制动可用并产生液力制动准备好信号。
进一步的，步骤S2中所述传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax计算公式为：
PHBmax＝λmρgn2D5nw
式中，λm为比例系数，即液力制动器的制动力系数，ρ为传动油密度，g为常数量，n为制动器转子转速，D为转子直径，nw为轮端转速。
进一步的，步骤S2中所述液力制动实际功率PHBact为根据液力制动器运行中的实时制动温度THB、制动油压力PRHB和液力制动器转子转速n计算得到的功率值，具体为：
步骤S2.1：采用试验拟合法确定制动温度THB、制动压力PRHB、制动器转子转速n与所述液力制动实际功率PHBact的关系，即通过在不同制动温度THB、不同制动油压力PRHB、不同转速n下的多工况试验，测得液力制动实际功率PHBact；
步骤S2.2：所述测得液力制动实际功率PHBact通过拟合试验点获得所述液力制动实际功率PHBact在不同制动温度THB、不同制动油压力PRHB、不同转速n下的包络面；
步骤S2.3：基于所述包络面通过插值法，获取包络面上每个坐标点处的液力制动实际功率PHBact。
进一步的，步骤S4中所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动未准备好信号控制车辆制动***进行制动具体为：若液力制动不可用，即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的液力制动未准备好信号，则所述液力传动箱控制单元TDC将液力制动最大可用功率PHBmax值为0发送至所述车辆控制单元VCU，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***进行制动。
进一步的，步骤S5中所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略具体为：
步骤S5.1：若液力制动可用，即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的液力制动准备好信号，则所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax、液力制动实际功率PHBact以及司机制动功率设定值PBset发送至所述车辆控制单元VCU；
步骤S5.2：所述车辆控制单元VCU判断所述液力制动最大可用功率PHBmax的值与司机制动力设定值PBset的大小，若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset，则执行步骤S5.3，否则，执行步骤S5.4；
步骤S5.3：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU不控制空气制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由液力制动***提供；
步骤S5.4：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU计算司机制动力设定值PBset与液力制动实际功率PHBact的差值△PB，所述差值△PB为空气制动***需要补充的制动功率，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***及液力制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由空气制动***及液力制动***提供。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，根据司机制动力设定值PBset，液力传动箱控制单元TDC自动调节液力制动功率，并将当前液力制动实际功率PHBact发送给车辆控制单元VCU，VCU根据司机制动力设定值和液力制动实际功率PHBact计算空气制动***需要补充的制动力，并控制空气制动***进行车辆制动，解决了现有车辆制动方式在车辆制动时产生较大的冲击，且对司机的操作经验要求较高，同时也增加了司机的劳动强度的问题，降低了车辆制动时存在的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法的流程框图；
图2为本发明一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法的流程图；
图3为本发明一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法的THB、PRHB、n与PHBact的坐标图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，如图1所示，包括：
步骤S1：车辆液力传动箱控制单元TDC上电自检，若自检未通过，则液力传动箱控制单元TDC向车辆控制器VCU发送“TDC故障”信号，传动箱不工作。若自检通过，则液力传动箱控制单元TDC等待接收车辆控制指令所述车辆控制指令包括牵引使能信号、方向信号、司机制动功率设定值PBset设定信号等；
步骤S2：所述液力传动箱控制单元TDC实时监控传动箱当前工作状态信息判断传动箱满足进行液力制动的条件获得液力制动准备信号，所述当前工作状态信息包括传动箱的输出轴转速、电磁比例阀的状态、油温传感器的状态和油压传感器的状态，以及当前运行方向及输入、输出轴的转速，所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax以及液力制动实际功率PHBact；
步骤S3：所述液力传动箱控制单元TDC下发所述液力制动准备信号至车辆控制单元VCU，所述液力制动准备信号包括液力制动未准备好信号与液力制动准备好信号，若所述液力制动准备信号为液力制动未准备好信号，则执行步骤S4，若所述液力制动准备信号为液力制动准备好信号，则执行步骤S5；
步骤S4：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动未准备好信号控制车辆制动***进行制动；
步骤S5：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略，车辆基于所述车辆制动控制策略实现制动操作。
在具体实施例中，步骤S2中所述判断传动箱是否满足进行液力制动的条件：不满足进行液力制动的条件包括所述液力传动箱控制单元TDC检测到输出轴转速低于设定值、电磁比例阀故障运行、传动油温超出设定范围值以及传动油压超出设定范围值，此时液力制动不可用并产生液力制动未准备好信号；反之，则满足进行液力制动的条件，此时液力制动可用并产生液力制动准备好信号。
在具体实施例中，步骤S2中所述传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax计算公式为：
PHBmax＝λmρgn2D5nw
式中，λm为比例系数，即液力制动器的制动力系数，ρ为传动油密度，g为常数量，n为制动器转子转速，D为转子直径，nw为轮端转速。
在具体实施例中，如图3所示，步骤S2中所述液力制动实际功率PHBact为根据液力制动器运行中的实时制动温度THB、制动油压力PRHB和液力制动器转子转速n计算得到的功率值，具体为：
步骤S2.1：采用试验拟合法确定制动温度THB、制动压力PRHB、制动器转子转速n与所述液力制动实际功率PHBact的关系，即通过在不同制动温度THB、不同制动压力PRHB、不同转子转速n下的多工况试验，测得液力制动实际功率PHBact；
步骤S2.2：所述测得液力制动实际功率PHBact通过拟合试验点获得所述液力制动实际功率PHBact在不同制动温度THB、不同制动压力PRHB、不同转速n下的包络面；
步骤S2.3：基于所述包络面通过插值法获取包络面上每个坐标点处的液力制动实际功率PHBact。
由于液力制动器的实际功率在车辆运行过程中是无法直接检测的，且液力制动实际功率PHBact与制动油压力PRHB、转子转速n有关，并受传动油温度影响。因而可依据实时获取的制动温度THB、制动油压力PRHB和转子转速n三个变量值，从侧面描述出当前的液力制动实际功率PHBact，因而需要确定THB、PRHB、n和PHBact之间的关系模型。通过台架试验，利用制动温度传感器准确获取制动温度THB、利用制动压力传感器可准确获取制动压力PRHB、利用扭矩仪可准确获取制动器转子转速n及制动力矩TB，根据所述制动力矩TB以及制动器转子转速n可获得液力制动实际功率值PHBact，所述液力制动实际功率值PHBact为：
PHBact＝TB*n/9550
从而形成THB、PRHB、n和PHBact的包络面关系，即确定了任意THB、PRHB、n下的PHBact。车辆运行中，TDC实时检测THB、PRHB、n，便可获取当前液力制动器的液力制动实际功率值PHBact。
在具体实施例中，如图2所示，步骤S4中所述车辆控制单元VCU基于液力制动准备信号控制设定车辆制动控制策略具体为：
若液力制动不可用，所述液力传动箱控制单元TDC退出液力制动，并向VCU发出“液力制动未准备好”信号和故障信息。即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的“液力制动未准备好”信号，则所述液力传动箱控制单元TDC将液力制动最大可用功率PHBmax值为0发送至所述车辆控制单元VCU，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***进行制动；
在具体实施例中，如图2所示，步骤S5中所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略具体为：
步骤S5.1：若液力制动可用，即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的液力制动准备好信号，则所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax、液力制动实际功率PHBact以及司机制动功率设定值PBset发送至所述车辆控制单元VCU，即当条件满足时，TDC发送“液力制动准备好”信号给车辆控制单元VCU，并将计算的“液力制动最大可用功率PHBmax”值发送给VCU。当VCU施加制动指令，即“司机制动力设定值PBset”>0时，TDC控制液力制动器进行制动。同时根据制动温度THB、制动压力PRHB和转速n，查找功率拟合面上对应的“液力制动实际功率PHBact”，并发送给车辆控制器。
步骤S5.2：所述车辆控制单元VCU判断所述液力制动最大可用功率PHBmax的值与司机制动力设定值PBset的大小，若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset，则执行步骤S5.3，否则，执行步骤S5.4；
步骤S5.3：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU不控制空气制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由液力制动***提供。例如当前PHBmax为500kW，PBset为380kW时，液力制动便可满足车辆制动要求，此时车辆的制动只通过液力制动实现；
步骤S5.4：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU计算司机制动力设定值PBset与液力制动实际功率PHBact的差值△PB，所述差值△PB为空气制动***需要补充的制动功率，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***及液力制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由空气制动***及液力制动***提供。例如当前PHBmax为400kW，PBset为450kW，液力制动不能满足车辆制动需求，此时液力制动器将按最大可用功率进行制动，但此时的液力制动实际功率PHBact会与最大功率PHBmax有一定的误差，如PHBact为408kW，因而TDC需将实际的制动功率PHBact发送给VCU，VCU计算PBset与PHBact的差值△PB为42kW，控制空气制动***执行42kW的机械制动功率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：车辆液力传动箱控制单元TDC上电自检并接收车辆控制指令，所述车辆控制指令包括牵引使能信号、方向信号、司机制动功率设定值PBset设定信号；
步骤S2：所述液力传动箱控制单元TDC基于传动箱当前工作状态信息，判断传动箱是否满足进行液力制动的条件以获得液力制动准备信号，所述当前工作状态信息包括传动箱的输出轴转速、电磁比例阀的状态、油温传感器的状态和油压传感器的状态；所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax以及液力制动实际功率PHBact；
步骤S3：所述液力传动箱控制单元TDC下发所述液力制动准备信号至车辆控制单元VCU，所述液力制动准备信号包括液力制动未准备好信号与液力制动准备好信号，若所述液力制动准备信号为液力制动未准备好信号，则执行步骤S4，若所述液力制动准备信号为液力制动准备好信号，则执行步骤S5；
步骤S4：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动未准备好信号控制车辆制动***进行制动；
步骤S5：所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略，车辆基于所述车辆制动控制策略实现制动操作。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，步骤S2中所述判断传动箱是否满足进行液力制动的条件：不满足进行液力制动的条件包括所述液力传动箱控制单元TDC检测到输出轴转速低于设定值、电磁比例阀故障运行、传动油温超出设定范围值以及传动油压超出设定范围值，此时液力制动不可用并产生液力制动未准备好信号；反之，则满足进行液力制动的条件，此时液力制动可用并产生液力制动准备好信号。
3.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，步骤S2中所述传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax计算公式为：
PHBmax＝λmρgn2D5nw
式中，λm为比例系数，即液力制动器的制动力系数，ρ为传动油密度，g为常数量，n为制动器转子转速，D为转子直径，nw为轮端转速。
4.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，步骤S2中所述液力制动实际功率PHBact为根据液力制动器运行中的实时制动温度THB、制动油压力PRHB和液力制动器转子转速n计算得到的功率值，具体为：
步骤S2.1：采用试验拟合法确定制动温度THB、制动压力PRHB、制动器转子转速n与所述液力制动实际功率PHBact的关系，即通过在不同制动温度THB、不同制动油压力PRHB、不同转速n下的多工况试验，测得液力制动实际功率PHBact；
步骤S2.2：所述测得液力制动实际功率PHBact通过拟合试验点获得所述液力制动实际功率PHBact在不同制动温度THB、不同制动油压力PRHB、不同转速n下的包络面；
步骤S2.3：基于所述包络面通过插值法，获取包络面上每个坐标点处的液力制动实际功率PHBact。
5.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，步骤S4中所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动未准备好信号控制车辆制动***进行制动具体为：若液力制动不可用，即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的液力制动未准备好信号，则所述液力传动箱控制单元TDC将液力制动最大可用功率PHBmax值为0发送至所述车辆控制单元VCU，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***进行制动。
6.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法，其特征在于，步骤S5中所述车辆控制单元VCU基于所述液力制动准备好信号设定车辆制动控制策略具体为：
步骤S5.1：若液力制动可用，即所述车辆控制单元VCU接收所述液力传动箱控制单元TDC下发的液力制动准备好信号，则所述液力传动箱控制单元TDC实时计算当前传动箱的液力制动最大可用功率PHBmax、液力制动实际功率PHBact以及司机制动功率设定值PBset发送至所述车辆控制单元VCU；
步骤S5.2：所述车辆控制单元VCU判断所述液力制动最大可用功率PHBmax的值与司机制动力设定值PBset的大小，若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset，则执行步骤S5.3，否则，执行步骤S5.4；
步骤S5.3：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值不小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU不控制空气制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由液力制动***提供；
步骤S5.4：若所述液力制动最大可用功率PHBmax的值小于司机制动力设定值PBset时，所述车辆控制单元VCU计算司机制动力设定值PBset与液力制动实际功率PHBact的差值ΔPB，所述差值ΔPB为空气制动***需要补充的制动功率，所述车辆控制单元VCU控制空气制动***及液力制动***进行车辆制动，即车辆的制动力均由空气制动***及液力制动***提供。
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