1、第四章 電空制動(dòng)控制原理,本章內(nèi)容,第一節(jié) 空氣制動(dòng)力控制,制動(dòng)控制系統(tǒng)與指令方式相適應(yīng) 1、自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)以制動(dòng)管減壓量作為指令 對(duì)應(yīng)的制動(dòng)控制部分，只能采用能夠感受空氣壓力差的制動(dòng)閥 2、采用電氣指令方式的制動(dòng)控制系統(tǒng)，只能采用能夠識(shí)別電氣信號(hào)的控制裝置,一、制動(dòng)控制的要求 1、制動(dòng)性能要求 （1）滿足軌道的制動(dòng)距離要求 （2）滿足規(guī)定的減速度要求 2、動(dòng)態(tài)性能要求 （1）滿足制動(dòng)力上升時(shí)間的要求 （2）滿足制動(dòng)平穩(wěn)性要求 各車制動(dòng)力同步上升，電制動(dòng)與空氣制動(dòng)轉(zhuǎn)換或協(xié)同要平滑,3、制動(dòng)精度要求 （1）制動(dòng)距離精度 （2）制動(dòng)減速度精度 （3）速度控制精度,二、制動(dòng)控制系統(tǒng) 1、按電氣指令式

2、類型分 數(shù)字指令模式、模擬指令模式 2、按制動(dòng)控制裝置類型分 電磁控制制動(dòng)機(jī)、氣壓控制型系統(tǒng)、電氣控制型系統(tǒng) （1）電磁控制制動(dòng)機(jī)：只適用于僅有空氣制動(dòng)方式的制動(dòng)系統(tǒng)中，用電磁閥控制給制動(dòng)缸施加空氣壓力,（2）氣壓控制型系統(tǒng)和電氣控制型系統(tǒng)適用于既有空氣制動(dòng)又有電氣制動(dòng)方式的制動(dòng)系統(tǒng)中，能夠方便的進(jìn)行電氣制動(dòng)與空氣制動(dòng)的制動(dòng)力協(xié)調(diào) 在氣壓控制型的系統(tǒng)中靠氣壓和閥進(jìn)行協(xié)調(diào)配合 在電氣控制型的系統(tǒng)中靠電氣進(jìn)行協(xié)調(diào)配合,目前動(dòng)車組的制動(dòng)控制系統(tǒng)大多采用電氣控制型系統(tǒng)，由于采用計(jì)算機(jī)，所以也叫微機(jī)控制型 3、直通式電空制動(dòng)系統(tǒng) 電氣指令制動(dòng)控制系統(tǒng)按其對(duì)空氣制動(dòng)控制方式的不同，分為自動(dòng)式和直通式,自動(dòng)

3、式：在自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了電氣指令控制系統(tǒng)對(duì)列車管壓力的控制，通過同時(shí)對(duì)各車輛的列車管的減壓增壓，使各車輛的三通閥同時(shí)使用，加快列車整體的制動(dòng)及緩解速度，提高了自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的性能。,直通式：采用電信號(hào)來傳遞制動(dòng)和緩解指令的直通空氣制動(dòng)系統(tǒng)。 司機(jī)通過電氣指令控制裝置對(duì)個(gè)車輛的制動(dòng)信號(hào)管的壓力空氣進(jìn)行控制，用該制動(dòng)管的壓力使各中繼閥工作，最終獲得制動(dòng)管壓力。,直通式特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、一致性好、控制方便 缺點(diǎn)：一旦人車分離，列車就失去了制動(dòng)能力。 為了克服缺點(diǎn)，一般與自動(dòng)制動(dòng)機(jī)好座位緊急制動(dòng)控制用的常帶電的電路環(huán)線并用，如果發(fā)生列車非正常分離，電路環(huán)線斷線失電，各車緊急制動(dòng)電磁閥失電

4、引起緊急制動(dòng)停車,三、制動(dòng)力的控制 1、制動(dòng)力的計(jì)算 制動(dòng)力控制的前提是列車具有統(tǒng)一的制動(dòng)減速度,列車制動(dòng)力與減速度的關(guān)系表達(dá)式為：,為了保證動(dòng)車組編組中具有不同重量的各車的減速度一致，應(yīng)該？ 質(zhì)量大的車制動(dòng)力也相應(yīng)要大 質(zhì)量小的車制動(dòng)力也相應(yīng)要小,2、制動(dòng)力的控制方法 動(dòng)力制動(dòng)-通過牽引變流器控制再生制動(dòng)電流來得到所需的制動(dòng)力 空氣制動(dòng)-通過電空制動(dòng)的計(jì)算機(jī)計(jì)算并控制的,在制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)階段，要采用反向計(jì)算，即根據(jù)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置產(chǎn)生的制動(dòng)力，結(jié)合制動(dòng)力是實(shí)算法采用的閘瓦的壓力和摩擦系統(tǒng)、平均作用半徑、車輪滾動(dòng)圓半徑、傳動(dòng)效率等參數(shù)，反算出制動(dòng)缸空氣壓力,根據(jù)制動(dòng)缸空氣壓力（簡(jiǎn)稱BC壓力），反推

5、出電空轉(zhuǎn)換閥（EP閥）的控制電量（反應(yīng)制動(dòng)力大小的模擬量或數(shù)字量） 由此也就形成了因EP閥控制方式不同而對(duì)應(yīng)的控制模式：模擬型EP閥、開關(guān)式EP閥,在實(shí)車施行制動(dòng)的過程中，制動(dòng)控制計(jì)算機(jī)則進(jìn)行正向計(jì)算 根據(jù)制動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的制動(dòng)減速度、列車當(dāng)前車速和重量，計(jì)算出制動(dòng)力大小，然后進(jìn)行電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的分配。 根據(jù)電制動(dòng)優(yōu)先原則，發(fā)出電制動(dòng)請(qǐng)求指令，根據(jù)電制動(dòng)力的反饋，決定空氣制動(dòng)力,3、控制系統(tǒng)模式 （1）恒制動(dòng)率模式 無論空載、滿員、超員，都保證列車在同一速度下的減速度與司機(jī)制動(dòng)控制器手柄的位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系不變 。 恒功率制動(dòng)控制常作成開環(huán)控制，指根據(jù)制動(dòng)減速的形成控制量即制動(dòng)力。,由于制動(dòng)控制計(jì)算

6、機(jī)的傳感器采樣、計(jì)算和控制周期很短，對(duì)設(shè)計(jì)和調(diào)試完善的制動(dòng)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)不斷地更新制動(dòng)力，并不會(huì)有大的誤差。 （2）空氣制動(dòng)延后控制 操縱制動(dòng)時(shí)，總是先用電氣再生制動(dòng)，制動(dòng)力不足時(shí)再用空氣制動(dòng)補(bǔ)充,兩種策略 1）空氣制動(dòng)延后等磨耗控制 拖車空氣制動(dòng)與動(dòng)車空氣制動(dòng)均勻補(bǔ)充的控制策略 2）空氣制動(dòng)延后拖車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)充控制 在需要空氣制動(dòng)作補(bǔ)充時(shí)，拖車空氣制動(dòng)優(yōu)先補(bǔ)充，拖車空氣制動(dòng)全部發(fā)揮后，若制動(dòng)力不足，則由動(dòng)車空氣制動(dòng)連續(xù)補(bǔ)充,4、制動(dòng)力調(diào)整與定速模式 列車制動(dòng)力由司機(jī)控制器的操縱位置決定，在定速模式下，制動(dòng)力是否是不變的呢？,制動(dòng)力由司機(jī)制動(dòng)控制器的操縱位置決定 在列車運(yùn)行定速模式（目標(biāo)

7、速度模式），為維持列車穩(wěn)定的運(yùn)行速度，牽引控制單元和制動(dòng)控制單元交替產(chǎn)生牽引力或制動(dòng)力，以適應(yīng)線路阻力的變化 這時(shí)的制動(dòng)力控制指令由列車控制網(wǎng)絡(luò)的控制計(jì)算機(jī)發(fā)出，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，由牽引控制單元和制動(dòng)控制單元根據(jù)指令執(zhí)行,5、制動(dòng)力的調(diào)整和停車位置控制 動(dòng)車門停止位置與安全門或屏蔽門的精確對(duì)位,四、制動(dòng)控制單元 BCUBrake Control Unit制動(dòng)控制單元 制動(dòng)控制裝置的組成 制動(dòng)控制裝置的作用,制動(dòng)控制裝置： 制動(dòng)控制器、空氣制動(dòng)上所需的各種閥門及風(fēng)缸 制動(dòng)控制裝置進(jìn)行下述制動(dòng)作用的控制：常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)、耐雪制動(dòng),常用制動(dòng)及快速制動(dòng)控制 制動(dòng)控制器接受光纖及硬導(dǎo)線發(fā)來的常用

8、制動(dòng)或快速制動(dòng)指令，接合運(yùn)行速度、空氣彈簧壓力、再生制動(dòng)力等各項(xiàng)因素，算出空氣制動(dòng)力，然后輸出控制電流 緊急制動(dòng)控制 緊急電磁閥立即發(fā)出動(dòng)作把緊急制動(dòng)控制風(fēng)壓宋到中繼閥，在中繼閥放大后，使壓力空氣送到制動(dòng)缸,第二節(jié) 模擬型EP閥及其控制,模擬型EP電空變換閥屬于控制閥的一種 作用：把制動(dòng)控制器BCU發(fā)來的對(duì)應(yīng)制動(dòng)力的電流指令變換為空氣壓力。 控制效果：空氣壓力能連續(xù)且無級(jí)地變化 后續(xù)：該壓力作為控制信號(hào)控制中繼閥的供風(fēng)、排氣的工作空氣壓力。,EP閥,由電磁鐵部、供氣部、排氣部構(gòu)成 原理： 電流通過電磁鐵線圈時(shí)產(chǎn)生吸引力打開供氣閥，而供給壓力。 只要改變電流通道電磁鐵線圈的電流大小，就能控制電磁

9、閥吸引力的大小，進(jìn)而可以任意設(shè)定空氣壓力,動(dòng)畫,一、模擬型EP閥作用原理,模擬型EP閥是一種專用電磁閥，組成部分見4-1 制動(dòng)位、保壓位、緩解位,制動(dòng)、保壓位,接收到電氣指令電磁閥勵(lì)磁 柱塞動(dòng)作使排氣活塞上升 供排氣閥接觸排氣閥座而關(guān)閉排氣孔以壓力上頂供排氣閥 從供氣管路a輸送來的空氣流到中繼閥管路b，成為中繼閥的預(yù)控壓力 同時(shí)壓力空氣流入到橡膠膜板上面腔室，將達(dá)到電氣指令所需的壓力 模板及排氣活塞被它壓下，供排氣閥也同時(shí)下降，接觸到排氣閥座，而關(guān)閉供氣通路，達(dá)到平衡位置,管路a,管路b,排氣口,緩解位：階段緩解、一次緩解,階段緩解：指令電流下降，電磁閥的輸出力小于膜板承受力，下壓排氣活塞，與

10、供排氣閥脫離，中繼閥管b的空氣經(jīng)排氣活塞通路排到大氣。平衡腔的壓力降低到等于指令電流對(duì)應(yīng)的壓力，排氣閥座落到供排氣閥，使排氣管路關(guān)閉，重新回到平衡位置,一次緩解：指令電流歸零，電磁閥的輸出也為零，排氣活塞受到膜板上方壓力，下移時(shí)排氣閥座脫離供排氣閥，管路b的壓力通過排氣管路排到大氣，形成徹底緩解,二、模擬型EP閥的控制,要想控制電空制動(dòng)力，如何實(shí)現(xiàn)呢？ 控制模擬型EP閥的驅(qū)動(dòng)電流，就能夠控制電空制動(dòng)力。 所以：模擬型EP閥的特點(diǎn)是必須有驅(qū)動(dòng)電流控制裝置 在制動(dòng)控制單元，這是由微機(jī)進(jìn)行精確的電流控制的,小結(jié),模擬型EP閥 優(yōu)點(diǎn)：只要提供驅(qū)動(dòng)電流，就能夠產(chǎn)生與電流大小成比例的空氣壓力，這樣很容易形

11、成不通過微機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)的備用制動(dòng) 缺點(diǎn)： 模擬EP閥響應(yīng)、控制精度與EP閥的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系很大，必須完善控制方法才能得到較好的控制精度和響應(yīng)特性 存在特性滯后,由于模擬EP閥的結(jié)構(gòu)中存在多方面的非線性因素，如移動(dòng)間隙、干摩擦、膜板和彈簧彈性的非線性，電磁鐵勵(lì)磁電流與電磁力的非線性等，引起控制電流增大行程和檢修的返回行程，同樣電流對(duì)應(yīng)的輸出空氣壓力不等的現(xiàn)象，類似于回差,滯后 補(bǔ)償前,控制電流增加,控制電流降低,EP 閥滯后及其補(bǔ)償控制,可見： 滯后特性引起制動(dòng)力與制動(dòng) 指令的不唯一性，因此必須 予以消除 可采用輸出電流值補(bǔ)償?shù)姆椒?，消除滯后作用,緩解保證控制 制動(dòng)緩解時(shí)，為了使電空變換閥處于

12、緩解位，系統(tǒng)對(duì)電空變換閥電磁閥勵(lì)磁電流進(jìn)行電流偏差控制,EP閥的控制特性分析： 滯后特性： 1、模擬型EP閥的響應(yīng)、控制精度與EP閥的結(jié)構(gòu)及其性能關(guān)系很大，必須完善控制方法才能得到較好的控制精度和響應(yīng)特性 2、存在滯后特性,引起滯后的因素： 電磁鐵勵(lì)磁電流與電磁力的非線性引起滯后 干摩擦的影響 預(yù)緊力的影響,電磁鐵勵(lì)磁電流與電磁力的非線性引起滯后 （1）導(dǎo)體的磁化與外加此處的增加不是線性關(guān)系，而且磁化所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)。圖4-11,（2）磁滯性是指導(dǎo)磁體中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于外磁場(chǎng)變化的特性，導(dǎo)磁體在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化時(shí)，B-H曲線是一條閉合曲線，成為磁滯

13、回線，圖4-12,制動(dòng)過程中，制動(dòng)指令為電流信號(hào)，電磁力的產(chǎn)生則是電流通過電磁鐵產(chǎn)生的，給電磁閥供電，形成電磁場(chǎng)，具有一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在該磁場(chǎng)中的導(dǎo)磁體產(chǎn)生一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常情況下： 電磁力磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)強(qiáng)度勵(lì)磁電流,由于導(dǎo)體的非線性、磁飽和性、磁滯性，所得到的電磁力與電流的關(guān)系、磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系都存在著回滯和非線性。 為改變由于電磁部分造成的空氣壓力的滯后特性，對(duì)比例電磁鐵要求有如下幾點(diǎn)：,具有水平吸力特性把電流信號(hào)按比例地、連續(xù)的轉(zhuǎn)換成力的輸出 具有足夠的輸出力和行程，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小 線性好，死區(qū)小，靈敏度高，滯后小 動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)速度快 在允許溫升下能夠穩(wěn)定的工作 能

14、承受高壓，抗干擾性好,引起滯后的因素： 電磁鐵勵(lì)磁電流與電磁力的非線性引起滯后 干摩擦的影響 預(yù)緊力的影響,干摩擦的影響： 活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥的內(nèi)部如柱塞與密封件、膜板內(nèi)部等都存在摩擦 靜摩擦力 滑動(dòng)摩擦力,剛加載電流時(shí)，電磁力與彈簧力合力沒有增大到足夠克服最大靜摩擦力之前，活塞并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電流增大到一個(gè)數(shù)值時(shí)，才能夠克服較大的靜摩擦力,當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)后，變成滑動(dòng)摩擦力，較靜摩擦力小，也會(huì)造成供排氣閥的滯后,引起滯后的因素： 電磁鐵勵(lì)磁電流與電磁力的非線性引起滯后 干摩擦的影響 預(yù)緊力的影響,預(yù)緊力是復(fù)位彈簧所有的，目的是讓列車在正常運(yùn)行時(shí)，不發(fā)生非正常制動(dòng)，圖4-13 圖中，a口為通風(fēng)源，在未發(fā)

15、出制動(dòng)指令時(shí)，復(fù)位彈簧必須有一定的壓力，使得進(jìn)出風(fēng)口有一定的預(yù)緊力，在非正常情況下不會(huì)打開造成漏風(fēng)導(dǎo)致誤動(dòng)作，在制動(dòng)緩解時(shí)，也必須保證排風(fēng)口打開的情況下，進(jìn)風(fēng)口關(guān)進(jìn)，否則會(huì)造成制動(dòng)緩解慢，甚至不緩解,EP閥的控制特性分析： 二、EP閥的上電初態(tài),當(dāng)司機(jī)插上鑰匙，手柄回?fù)艿娇焖傥?，電流沿X軸由0增加到209，再沿著P=1.5I-306的直線，增加到EP所在的電流值，滯后司機(jī)再將手柄回轉(zhuǎn)到運(yùn)轉(zhuǎn)位，電流由于滯后特性，沿著P=1.5I-284回到189，此時(shí)，無制動(dòng)力存在,電流的閉環(huán)控制 電磁線圈與一標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)，計(jì)算機(jī)通過傳感器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電流變化，調(diào)整控制電流的輸出 空氣壓力的自反饋 EP閥的

16、輸出部分就是一個(gè)反饋回路，控制供氣閥的開關(guān),EP閥的控制特性分析： 三、EP閥的閉環(huán)反饋控制,第三節(jié) 開關(guān)型EP閥及其控制,一、開關(guān)型EP閥的組成 二、開關(guān)型EP閥的控制 三、開關(guān)型EP閥的缺點(diǎn) 四、模擬型EP閥和開關(guān)型EP閥的比較,一、開關(guān)型EP閥的組成 氣動(dòng)閥、空氣壓力傳感器、控制計(jì)算機(jī) 圖4-16 G：空氣壓力傳感器（P/I），電量送到控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)預(yù)定的空氣壓力控制A1和A2的開關(guān)，控制輸出壓力 A1和A2為二位二通電磁換向閥 E：控制緊急制動(dòng)空氣壓力的二位三通電磁換向閥,控制過程： 常用制動(dòng)位：制動(dòng)環(huán)路帶電，E勵(lì)磁，切斷制動(dòng)風(fēng)缸經(jīng)E的輸出空氣通路，計(jì)算機(jī)給出空氣壓力計(jì)算值后，A1首

17、先由勵(lì)磁變?yōu)槭щ姡瑏碜灾苿?dòng)風(fēng)缸的空氣經(jīng)過A1送到E,輸出建立空氣壓力，同時(shí)A2也由勵(lì)磁變?yōu)槭щ姡袛噍敵鼋?jīng)A2的排風(fēng)通路，當(dāng)輸出側(cè)空氣壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，壓力傳感器G給出相應(yīng)壓力信號(hào)，計(jì)算機(jī)控制A1得電勵(lì)磁，停止供風(fēng)，輸出側(cè)的空氣壓力即送到中繼閥作為預(yù)控壓力。EP閥處于保壓狀態(tài),緩解：計(jì)算機(jī)控制A2得電勵(lì)磁，輸出側(cè)空氣經(jīng)A2排風(fēng)，壓力降低，達(dá)到預(yù)定值時(shí)，A2失電，EP閥重新處于保壓狀態(tài)。,開關(guān)型閥 優(yōu)點(diǎn)：能方便地實(shí)現(xiàn)階段制動(dòng)、階段緩解、自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)保壓 缺點(diǎn)：輸出側(cè)空氣壓力的控制離不開計(jì)算機(jī)的控制,第三節(jié) 開關(guān)型EP閥及其控制,一、開關(guān)型EP閥的組成 二、開關(guān)型EP閥的控制 三、開關(guān)型EP閥的缺點(diǎn)

18、四、模擬型EP閥和開關(guān)型EP閥的比較,二、開關(guān)型EP閥的控制 開關(guān)型EP閥要接合A1、A2電磁閥及壓力傳感器由制動(dòng)計(jì)算機(jī)形成反饋控制 簡(jiǎn)單的開關(guān)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)及靜態(tài)精度都不好，在實(shí)際工程應(yīng)用中，較多采用以下兩種： 帶閾值的開關(guān)控制 采用基于PWM的高速開關(guān)型比例控制,帶閾值的開關(guān)控制： 設(shè)置一定的開關(guān)閾值，以避免過多的震蕩和沖擊，基本控制動(dòng)作依然是在傳感器監(jiān)視下，對(duì)A1、A2實(shí)行開關(guān)控制，提高對(duì)閾值的調(diào)整，可以在電磁閥的23次動(dòng)作即能夠建立預(yù)定壓力,采用基于PWM的高速開關(guān)型比例控制 采用高速電磁閥，每次打開充氣電磁閥的時(shí)間根據(jù)控制脈沖寬度決定 高速電磁閥的開關(guān)響應(yīng)速度可高達(dá)1ms，在脈寬調(diào)制下

19、，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓力的控制,第三節(jié) 開關(guān)型EP閥及其控制,一、開關(guān)型EP閥的組成 二、開關(guān)型EP閥的控制 三、開關(guān)型EP閥的缺點(diǎn) 四、模擬型EP閥和開關(guān)型EP閥的比較,三、開關(guān)型EP閥的缺點(diǎn) EP閥的控制根據(jù)容積風(fēng)缸壓力傳感器反饋的壓力信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制，而壓力信號(hào)又有一定的滯后 不同型號(hào)的壓力傳感器，精度、溫度系數(shù)存在差異，壓力反饋也存在差異 壓力傳感器不同的安裝位置影響實(shí)測(cè)的壓力值 數(shù)字式電空閥是閉合控制，控制精度較高，但電磁閥的開斷時(shí)間的存在，系統(tǒng)中存在非線性滯后環(huán)節(jié)，存在穩(wěn)態(tài)誤差是不可消除的,第三節(jié) 開關(guān)型EP閥及其控制,一、開關(guān)型EP閥的組成 二、開關(guān)型EP閥的控制 三、開關(guān)型EP閥的缺點(diǎn) 四、模擬型EP閥和開關(guān)型EP閥的比較,四、模擬型EP閥和開關(guān)型EP閥的比較 模擬型：容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，控制原理