第四章-电空制动原理

引起滞后的因素：
➢ 电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起 滞后
➢ 干摩擦的影响 ➢ 预紧力的影响
当机构运动后，
干摩擦的影变响成：滑动摩擦
活塞刚运加动载电时流，力时阀，，的较电内静磁部摩力擦如与弹柱簧塞与密封件、 膜力板合内力部没有等力增都小大存，到在也足摩会够擦造克服最
① 静大 生摩运静擦动摩力；擦当力成滞电之供后流前排增，气大活阀到塞的一并个不数产 ② 滑值动时摩，擦才能力够克服较大的静摩
为改变由于电磁部分造成的空气压力的滞 后特性，对比例电磁铁要求有如下几点：
➢ 具有水平吸力特性——把电流信号按比 例地、连续的转换成力的输出
➢ 具有足够的输出力和行程，结构紧凑， 体积小
➢ 线性好，死区小，灵敏度高，滞后小
➢ 动态性能好，响应速度快
➢ 在允许温升下能够稳定的工作
➢ 能承受高压，抗干扰性好
在气压控制型的系统中靠气压和阀进行协 调配合
在电气控制型的系统中靠电气进行协调配 合
目前动车组的制动控制系统大多采用电气 控制型系统，由于采用计算机，所以也 叫微机控制型
3、直通式电空制动系统
电气指令制动控制系统按其对空气制动控 制方式的不同，分为自动式和直通式
自动式：在自动空气制动机的基础上增 加了电气指令控制系统对列车管压力的 控制，通过同时对各车辆的列车管的减 压增压，使各车辆的三通阀同时使用， 加快列车整体的制动及缓解速度，提高 了自动空气制动机的性能。
一次缓解：指令电流 归零，电磁阀的输出 也为零，排气活塞受 到膜板上方压力，下 移时排气阀座脱离供 排气阀，管路b的压 力通过排气管路排到 大气，形成彻底缓解
二、模拟型EP阀的控制
要想控制电空制动力，如何实现呢？
控制模拟型EP阀的驱动电流，就能够控制 电空制动力。
所以：模拟型EP阀的特点是必须有驱动电 流控制装置
根据电制动优先原则，发出电制动请求 指令，根据电制动力的反馈，决定空气 制动力
3、控制系统模式
（1）恒制动率模式
无论空载、满员、超员，都保证列车在同 一速度下的减速度与司机制动控制器手 柄的位置的对应关系不变 。
恒功率制动控制常作成开环控制，指根据 制动减速的形成控制量即制动力。
由于制动控制计算机的传感器采样、计 算和控制周期很短，对设计和调试完善 的制动控制系统，计算机不断地更新制 动力，并不会有大的误差。
直通式：采用电信号来传递制动和缓解 指令的直通空气制动系统。
司机通过电气指令控制装置对个车辆的 制动信号管的压力空气进行控制，用该 制动管的压力使各中继阀工作，最终获 得制动管压力。
直通式特点：
优点：响应快、一致性好、控制方便
缺点：一旦人车分离，列车就失去了制动 能力。
为了克服缺点，一般与自动制动机好座位 紧急制动控制用的常带电的电路环线并 用，如果发生列车非正常分离，电路环 线断线失电，各车紧急制动电磁阀失电 引起紧急制动停车
二、制动控制系统 1、按电气指令式类型分 数字指令模式、模拟指令模式 2、按制动控制装置类型分 电磁控制制动机、气压控制型系统、电气
控制型系统 （1）电磁控制制动机：只适用于仅有空气
制动方式的制动系统中，用电磁阀wenku.baidu.com制 给制动缸施加空气压力
（2）气压控制型系统和电气控制型系统适 用于既有空气制动又有电气制动方式的 制动系统中，能够方便的进行电气制动 与空气制动的制动力协调
EP阀的控制特性分析：
三、EP阀的闭环反馈控制
电流的闭环控制 电磁线圈与一标准电阻串联，计算机通过传感器
检测标准电阻上的电流变化，调整控制电流的 输出 空气压力的自反馈 EP阀的输出部分就是一个反馈回路，控制供气 阀的开关
第三节 开关型EP阀及其控制
一、开关型EP阀的组成 二、开关型EP阀的控制 三、开关型EP阀的缺点 四、模拟型EP阀和开关型EP阀的比较
2、存在滞后特性
引起滞后的因素：
➢ 电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起 滞后
➢ 干摩擦的影响 ➢ 预紧力的影响
电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起滞后
（1）导体的磁化与外加此处的增加不是线性关 系，而且磁化所产生的磁感应强度不会随着外 磁场的增强而无限增强。图4-11
（2）磁滞性是指导 磁体中磁感应强 度B的变化总是滞 后于外磁场变化 的特性，导磁体 在交变磁场中反 复磁化时，B-H曲 线是一条闭合曲 线，成为磁滞回 线，图4-12
4、制动力调整与定速模式 列车制动力由司机控制器的操纵位置决定，
在定速模式下，制动力是否是不变的呢？
制动力由司机制动控制器的操纵位置决定 在列车运行定速模式（目标速度模式），
为维持列车稳定的运行速度，牵引控制 单元和制动控制单元交替产生牵引力或 制动力，以适应线路阻力的变化 这时的制动力控制指令由列车控制网络的 控制计算机发出，经网络传输，由牵引 控制单元和制动控制单元根据指令执行
Kpa
EP阀的控制特性分析： 二、EP阀的上电初态
输
出 685
空
气 压
485
力
（
）
紧急制动
快速制动 P=1.5I-284
P=1.5I-306
189 209
650 空气制动指令 （mA）
当司机插上钥匙，手 柄回拨到快速位，电 流沿X轴由0增加到209， 再沿着P=1.5I-306的 直线，增加到EP所在 的电流值，滞后司机 再将手柄回转到运转 位，电流由于滞后特 性，沿着P=1.5I-284 回到189，此时，无制 动力存在
管路b，成为中继阀的预控压力→
同时压力空气流入到橡胶膜板上面腔
室，将达到电气指令所需的压力→
排气口
模板及排气活塞被它压下，供排气阀
也同时下降，接触到排气阀座，而关
闭供气通路，达到平衡位置
缓解位：阶段缓解、一次缓解
阶段缓解：指令电流下降，电 磁阀的输出力小于膜板承受力， 下压排气活塞，与供排气阀脱 离，中继阀管b的空气经排气活 塞通路排到大气。平衡腔的压 力降低到等于指令电流对应的 压力，排气阀座落到供排气阀， 使排气管路关闭，重新回到平 衡位置
在制动控制单元，这是由微机进行精确的 电流控制的
小结
模拟型EP阀 优点：只要提供驱动电流，就能够产生与电
流大小成比例的空气压力，这样很容易形 成不通过微机就能够实现的备用制动 缺点： ➢ 模拟EP阀响应、控制精度与EP阀的结构和 性能关系很大，必须完善控制方法才能得 到较好的控制精度和响应特性 ➢ 存在特性滞后
由于模拟EP阀的结构中存在多方面的非线 性因素，如移动间隙、干摩擦、膜板和 弹簧弹性的非线性，电磁铁励磁电流与 电磁力的非线性等，引起控制电流增大 行程和检修的返回行程，同样电流对应 的输出空气压力不等的现象，类似于回 差
滞后补偿
输量
出 空 气
滞后 补偿前
压
力
滞后量
滞后 补偿 后
控制电流增加 控制电流降低
能采用能够识别电气信号的控制装置
一、制动控制的要求 1、制动性能要求 （1）满足轨道的制动距离要求 （2）满足规定的减速度要求 2、动态性能要求 （1）满足制动力上升时间的要求 （2）满足制动平稳性要求 各车制动力同步上升，电制动与空气制动
转换或协同要平滑
3、制动精度要求 （1）制动距离精度 （2）制动减速度精度 （3）速度控制精度
（2）空气制动延后控制
操纵制动时，总是先用电气再生制动，制 动力不足时再用空气制动补充
两种策略
1）空气制动延后——等磨耗控制
拖车空气制动与动车空气制动均匀补充的 控制策略
2）空气制动延后——拖车空气制动优先补 充控制
在需要空气制动作补充时，拖车空气制动 优先补充，拖车空气制动全部发挥后， 若制动力不足，则由动车空气制动连续 补充
可见： 滞后特性引起制动力与制动 指令的不唯一性，因此必须
予以消除 可采用输出电流值补偿的方法
，消除滞后作用
空气制动 指令
EP 阀滞后及其补偿控制
缓解保证控制
制动缓解时，为了使电空变换阀处于缓解 位，系统对电空变换阀电磁阀励磁电流 进行电流偏差控制
EP阀的控制特性分析：
一．滞后特性：
1、模拟型EP阀的响应、控制精度与EP阀的 结构及其性能关系很大，必须完善控制 方法才能得到较好的控制精度和响应特 性
模拟型EP电空变换阀属于控制阀的一种 作用：把制动控制器BCU发来的对应制动力
的电流指令变换为空气压力。 控制效果：空气压力能连续且无级地变化 后续：该压力作为控制信号控制中继阀的
供风、排气的工作空气压力。
EP阀
由电磁铁部、供气部、排气部构成 原理： 电流通过电磁铁线圈时产生吸引力打开供
气阀，而供给压力。 只要改变电流通道电磁铁线圈的电流大小，
制动过程中，ＢＣＵ制动指令为电流信 号，电磁力的产生则是电流通过电磁铁 产生的，给电磁阀供电，形成电磁场， 具有一定的磁场强度Ｈ，在该磁场中的 导磁体产生一定的磁感应强度Ｂ，通常 情况下：
电磁力Ｆ∝磁感应强度Ｂ
磁场强度Ｈ∝励磁电流Ｉ
由于导体的非线性、磁饱和性、磁滞性， 所得到的电磁力与电流的关系、磁场强 度与磁感应强度的关系都存在着回滞和 非线性。
第四章 电空制动控制原理
本章内容
第一节 空气制动力控制 第二节 模拟型EP阀及其控制 第三节 开关型EP阀及其控制 第四节 中继阀
第一节 空气制动力控制
制动控制系统与指令方式相适应 1、自动空气制动机以制动管减压量作为指
令 对应的制动控制部分，只能采用能够感
受空气压力差的制动阀 2、采用电气指令方式的制动控制系统，只
5、制动力的调整和停车位置控制
动车门停止位置与安全门或屏蔽门的精确 对位
四、制动控制单元 BCU——Brake Control Unit制动控制单元
制动控制装置的组成 制动控制装置的作用
制动控制装置：
制动控制器、空气制动上所需的各种阀门 及风缸
制动控制装置进行下述制动作用的控制： 常用制动、快速制动、紧急制动、耐雪 制动
三、制动力的控制 1、制动力的计算 制动力控制的前提是列车具有统一的制动
减速度
列车制动力与减速度的关系表达 式为：
B m (1 ) w j
B 动车组制动力 m 动车组当前状态下的质 量
动车组轮对旋转惯性质 量系数 动车组制动减速度
w j 动车组的加算阻力
B wj
就能控制电磁阀吸引力的大小，进而可 以任意设定空气压力
动画
一、模拟型EP阀作用原理
模拟型EP阀是一种专用电磁阀，组成部分 见4-1
制动位、保压位、缓解位
制动、保压位 管路a
接收到电气指令→电磁阀励磁→
管路b
柱塞动作使排气活塞上升→
供排气阀接触排气阀座而关闭排气孔
以压力上顶供排气阀→
从供气管路a输送来的空气流到中继阀
m(1 )
为了保证动车组编组中具有不同重量的各 车的减速度一致，应该？
质量大的车制动力也相应要大 质量小的车制动力也相应要小
2、制动力的控制方法
动力制动----通过牵引变流器控制再生制 动电流来得到所需的制动力
空气制动----通过电空制动的计算机计算 并控制的
在制动装置的设计阶段，要采用反向计 算，即根据基础制动装置产生的制动力， 结合制动力是实算法采用的闸瓦的压力 和摩擦系统、平均作用半径、车轮滚动 圆半径、传动效率等参数，反算出制动 缸空气压力
➢ 常用制动及快速制动控制 制动控制器接受光纤及硬导线发来的常用
制动或快速制动指令，接合运行速度、 空气弹簧压力、再生制动力等各项因素， 算出空气制动力，然后输出控制电流 ➢ 紧急制动控制 紧急电磁阀立即发出动作把紧急制动控制 风压宋到中继阀，在中继阀放大后，使 压力空气送到制动缸
第二节 模拟型EP阀及其控制
根据制动缸空气压力（简称BC压力）， 反推出电空转换阀（EP阀）的控制电量 （反应制动力大小的模拟量或数字量）
由此也就形成了因EP阀控制方式不同而 对应的控制模式：模拟型EP阀、开关式 EP阀
在实车施行制动的过程中，制动控制计 算机则进行正向计算
根据制动指令对应的制动减速度、列车 当前车速和重量，计算出制动力大小， 然后进行电制动和空气制动的分配。
擦力
引起滞后的因素：
➢ 电磁铁励磁电流与电磁力的非线性引起 滞后
➢ 干摩擦的影响 ➢ 预紧力的影响
预紧力是复位弹簧所有的，目的是让列 车在正常运行时，不发生非正常制动， 图4-13
图中，a口为通风源，在未发出制动指令时， 复位弹簧必须有一定的压力，使得进出 风口有一定的预紧力，在非正常情况下 不会打开造成漏风导致误动作，在制动 缓解时，也必须保证排风口打开的情况 下，进风口关进，否则会造成制动缓解 慢，甚至不缓解