第四章-电空制动原理
电空制动控制器的作用和原理
电空制动控制器的作用和原理
电空制动控制器是一种用于控制机动车辆制动系统的装置，主要用于控制制动时的压力分配和断开操作，以提高车辆制动性能和安全性。
电空制动控制器的原理是通过电气信号控制气路开关来实现制动控制。
当驾驶员踩下制动踏板时，制动控制器接收到信号并释放电磁阀使气路通畅，压力通过管路传递给制动器，在动力与电气信号的配合下，实现制动效果。
同时，制动控制器还会根据车辆的速度和负荷状态，通过电脑处理，控制不同轮胎的制动力与转动力，实现制动力的分配。
电空制动控制器的作用包括以下几个方面：
1. 制动力分配：根据车辆的动力状况和负荷状态，通过传感器采集数据，并根据设定的算法，控制不同轮胎的制动力分配，实现制动效果的优化。
2. 刹车助力：电空制动控制器可以根据驾驶员的刹车踏力大小，通过电脑处理信号，控制制动助力器输出相应的制动力，提供更好的刹车效果。
3. 刹车防抱死：通过对轮胎的转速进行实时监测，电空制动控制器可以根据不同的路况和车速情况下，控制制动力的大小，避免轮胎阻塞，提供更稳定的制动效果。
4. 刹车回缩：在释放刹车踏板时，电空制动控制器可以控制刹车助力器的回缩力，使刹车片与刹车碟之间的接触力得以减小，减少能量损失和制动系统的磨损。
5. 故障监测：电空制动控制器还可以对制动系统的故障进行监
测和诊断，如制动压力泄漏、传感器故障等，及时发现并采取措施修复，提高车辆的安全性。
城市轨道交通车辆—制动系统
2）滑行状态。车轮在钢轨上滑行，此时车轮与钢轨之间的滑动摩擦力为列车制动力。这是一种必 须避免的事故状态，由于滑动摩擦系数远小于静摩擦系数，因此一旦发生滑行，制动力将大大减 少，制动距离会延长；同时车轮在钢轨上的长距离滑行，将导致车轮踏面的擦伤，危及行车安全。
制动类型
电制动
再生制动 (动能→ 牵引电机→电能→接触网)
1）再生制动。当车辆施加常用制动时，牵引电机变成发电机状态，将车辆的 动能转变成电能，电能经过整流后反馈至接触网，供列车所在的接触网供电 分区上其它车辆牵引和供本车其它系统（辅助系统等）使用，即再生制动。 再生制动取决于接触网的接收能力，也取决于网压的高低和载荷利用能力。
以电磁力为源动力的制动方式称为电制动；
空气（摩擦）制动
以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动，如踏面 制动、盘式制动等都为空气制动方式；
其他制动
还有机械制动、液压制动等方式。
制动源动力 不同
城市轨道交通车辆牵引电传动系统采用先进的调频调压交流感应电机驱 动系统，在高速时具有良好的电制动性能。
但是由于电制动的效率随着运行速度的降低而降低，所以在车速降低到 一定程度后必须采用空气制动系统。
列车制动时，将牵引电机变为发电机，动能转化为 电能。
动能转移方 式不同
制动类型
粘着制动 利用轮、轨之间的粘着力来实现制动。
制动力获取 方式不同
非粘着制动 制动力的提供不再依靠轮轨之间的粘着力，可获得超过轮轨粘着 力的制动力。
城轨交通车辆电制动与空气制动
4.制动控制的原则
制动控制的基本原则包括常用制动优先原则、 常用制动混合原则和常用制动力的分配原则。
（1）常用制动优先原则。第一优先再生制动 ，第二优先电阻制动，第三优先摩擦制动(气制动) 。
电制动与空气制动
1 电制动
4.制动控制的原则
（2）常用制动混合原则。 ①电制动无故障状态下的制动原则。在DCU无故障状态的情况 下，电制动始终起作用，提供常用制动所需的制动力(AW0～AW2) 。制动指令值同时送至所有的DCU和ECU，并由它们分别根据车辆 的载荷情况计算所需的制动力。 ②电制动与气制动混合的控制原则。电制动与气制动之间的融 合(混合)应是平滑的，并满足正常运行的冲击极限。气制动用来填补 所要求的制动需求和已达到的电制动力之间的差额。
电制动与空气制动
图5-4 电阻制动原理
电制动与空气制动
1 电制动
3.制动模式
常用制动 快速制动 紧急制动
弹簧停放制动 保压制动
电制动与空气制动
1 电制动
3.制动模式
（1）常用制动。在常用制动模式下，电制动和空气制动 一般都处于激活状态。一般情况下，电制动能满足车辆制动要 求，当电制动不能满足制动要求时，气制动能够迅速、平滑地 补充，实现混合制动作用。
电制动与空气制动
1 电制动
5.制动控制系统的分类
➢ ②模拟指令式制动控制系统。模拟指令式制动控制系统与 数字指令式制动控制系统基本相同。唯一的区别是从驾驶 室送往各车辆的制动电气指令是使用模拟量传递的，所以 称为模拟指令式制动控制系统。从控制系统可获得无限级 制动力，即可控制制动的细微调节，因此比较适宜于ATC 控制的列车。
电制动与空气制动
1 电制动
4.制动控制的原则
DK-1型电空制动机的作用原理
DK-1型电空制动机的作用原理
DK-1型电空制动机是一种用于轨道交通领域的制动装置。
其作用原理是通过电磁力和气压力之间的相互作用将列车制动。
该装置通过有效的制动操作可帮助列车在停止前迅速
降低速度，提高行车的安全性。
DK-1型电空制动机包含两部分：一个气动制动装置和一个电磁制动装置。
气动制动装置由一组膜片式主动轮轴轮缘制动器和检测器组成。
电磁制动装置由一个线圈和铁芯组成，通过直流电源驱动工作。
当列车需要制动时，膜片式主动轮轴轮缘制动器通过气压往轮缘上施加一定的制动力，从而减速列车的运动。
此时，检测器会检测到制动器和轨道之间的摩擦力，将这些信息传
送到电磁制动装置。
电磁制动装置的线圈与铁芯之间通过直流电源产生电磁力，这个力可以与制动器产生
的气压力相抵消，从而达到相当于制动力的作用。
当需要释放制动时，电磁力也会被切断，从而使制动装置恢复到正常运转状态。
总之，DK-1型电空制动机是一种高效的装置，由于其双重作用，可以快速减速列车。
它还有一个重要的安全功能，当列车发生紧急停车时，可以采用电磁刹车来快速制动，从
而保障乘客的安全。
空气制动
2
空气制动
3．保压位。 制动阀手柄放在保压位时，实际上是在 制动阀的位置关闭了总风管、列车管和 EX口的通路，三路都不相通，该位置可 保持制动缸内压力不变。
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2
空气制动
当司机将手柄在制动位与保压位之间来 回操纵，或在缓解位与保压位之间来回 操纵时，制动缸压力能分阶段的上升或 下降，即实现阶段制动或阶段缓解。
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2
空气制动
自动式空气制动机工作原理
2
空气制动
1．缓解位。 制动阀手柄放在缓解位时，总风缸中的 压缩空气经给气阀、制动阀送到列车管 ，然后通过列车管送到各车辆的三通阀 ，经三通阀使副风缸充气。制动缸压缩 空气则经三通阀排气口16排入大气。列 车运行时，制动阀手柄一般处于此位。
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2
空气制动
2．制动位。 制动阀手柄放在制动位时，列车管中的 压缩空气经制动阀Ex口排向大气。列车 管的减压信号传至各车辆的三通阀时， 三通阀动作，副风缸内的压缩空气经三 通阀充向制动缸，制动缸活塞推出，使 空气制动执行机构动作，列车制动。
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2
空气制动
活塞将带着节制阀向右移一间隙距离，使滑 阀与活塞杆之间的间隙位于后端，同时节制 阀遮断副风缸向制动缸的充气通路，副风缸 压力不再下降。由于此时活塞两侧压差较小 ，不足以克服滑阀与滑阀座之间的摩擦力， 所以活塞位于此位不再移动，制动缸保压。
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2
空气制动
三、自动式空气制动机的特点 1．列车管减压制动、增压缓解。 2．制动与缓解一致性较直通制动机好，列车 纵向冲动较小，适合于较长编组的列车。 3．有阶段制动功能，但是没有阶段缓解功能 4．由于列车管增压缓解，减压制动，因此， 当发生列车分离时，列车管被拉断排风，分 离的车辆能自行产生制动作用。
104电空制动系统的
制动系统前言牵引与制动是一对矛盾，人为地使列车减速或阻止它加速叫做制动。
制动是调速的一种特殊形式。
当车辆需要减速、停车或在长大下坡道上运行需要限制列车的速度时，都必须采取制动措施，控制车辆的运行速度。
现代铁路运输的安全性，在很大程度上取决于车辆制动性能的好坏。
随着铁路运输的发展，行车速度的不断提高，对车辆的制动性能也相应提出了更高的要求，以更好的保证列车高速运行时的安全性和可靠性。
第一节总述1.概述本车采用104集成式电空制动机，其电空制动系统包括列车管、总风管、104集成式电空阀、气路控制箱（餐车没有）、球芯截断塞门与集尘器联合体、副风缸、总风缸1、总风缸2（餐车没有）、工作风缸、缓解风缸、进口SAB电子防滑器、球芯折角塞门、排风塞门、紧急制动阀、止回阀及截断塞门等，车上设有排风塞门拉把，具体参见附图一：带气路控制箱电空制动系统原理图。
制动机、气路控制箱、各种风缸及管路等通过螺栓及管卡吊挂于车辆底架下，各大部件通过管路连接起来，管路上设有各种截断塞门、止回阀等。
各截断塞门手把顺着管子方向为开启，垂直管子为关闭，车辆运行时各风缸下部排水塞门必须处于关闭状态。
注：各风缸排水塞门为防石击型，须用三角钥匙来开启或关闭。
手制动装置安装于一位角外端墙上，下部由手制动拉杆与一位盘形制动缸相连。
2.主要技术参数列车管、总风管压力600kPa副风缸容积234L工作风缸容积11L紧急制动时制动缸压力420±10kPa（104集成式电空阀）总风缸1、总风缸2容积120L（餐车没有总风缸2）缓解风缸容积40L3.主要特点①列车纵向管路采用整体管排上车，使得车下管路布置整齐有序，固定牢靠，安装方便，为实现纵向管路车下组装、整体吊装提供了有利的条件。
②生活用风（塞拉门和集便器）与空簧用风采用两路独立的辅助供风系统，互不影响，提高了供风质量。
③采用104集成式电空制动机，增设了防护罩，能更有效地防水、防尘，便于维护和检修，并提高了车辆高速运行时的防石击能力。
DK1型电空制动机的作用原理
一．电空位操纵将电空转换扳钮扳至“电空位”，则有：（1）气路：作用管与b管连通。
（2）电路：微动开关3SA1闭合电路899—801，并断开电路899—800。
即，闭合电源电路。
（一）空气制动阀手柄在运转位，电空制动控制器手柄在各位的作用该工况一般称为自动制动作用工况，即通过电空制动控制器来操纵全列车的制动、缓解与保压。
当空气制动阀手柄在运转位时，则有：（1）气路：不连通a、b管的充、排风气路。
（2）电路：微动开关3SA2闭合电路809—818。
即，为排风1电空阀254YV得电作准备。
1．运转位（1）电空制动控制器：使导线803、809、813得电。
①导线803得电，经中间继电器451KA 13—14（SS8机车：451KA 1—2）常闭联锁、中间继电器452KA 9—10（SS8机车452KA 1—2）常闭联锁、455KA 9—10常闭联锁，使缓解电空阀258YV、排风2电空阀256YV得电：一方面连通总风经调压阀55（输出压力为定压）向均衡风缸充风的气路，即均衡风缸压力升高；另一方面关断过充风缸经256YV的排风气路。
②导线809得电，经微动开关3SA2使导线818得电，再经中间继电器451KA 15—16（S S8机车：451KA 3—4）常闭联锁、中间继电器452KA11—12（SS8机车：452KA 3—4）常闭联锁、455KA 11—12（SS8机车：455KA 1—2）常闭联锁，使排风1电空阀254YV得电：连通作用管向大气排风的气路，即作用管压力降低。
③导线813得电，为实现DK-1型电空制动机与列车分离、制动管断裂、车长阀（或121、122塞门）制动及列车安全运行监控记录装置自动停车功能的配合作准备。
（2）中继阀：包括两部分动作。
①总风遮断阀：由于中立电空阀253YV失电而连通总风遮断阀管向大气排风的气路，所以，遮断阀左移并打开遮断阀口，使总风充入双阀口式中继阀的供气室内。
②双阀口式中继阀：随着均衡风缸压力升高，活塞膜板带动顶杆右移而顶开供气阀口，连通总风向制动管及活塞膜板右侧充风的气路，即制动管压力升高；当活塞膜板右侧及制动管压力升高至与均衡风缸压力平衡时，在供气阀弹簧作用下，关闭供气阀口，且不打开排阀口，即停止制动管充风。
空气制动系统
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风源系统
6、空气虑清器
空气滤清器的主要作用是去除压缩空气中的油雾、尘埃及水分。 HXN5型内燃机车装用的空气精滤器如下图所示。空气精滤器主要由 安装座、滤芯、底盖、座圈、适配器及排放阀组件等组成。
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风源系统
7、单向阀
在风源系统中装有三个单向止回阀。第一个安装在第一总风缸出风口至机车总风均衡管的管路上； 第二个安装在空气干燥器出风口至机车总风均衡管的管路上；第三个安装在第二总风缸的进风口处。 三个止回阀的作用分别为： 第一个止回阀：如果本机的空气压缩机发生故障，则列车编组中的其他机车的总风均衡管内的压缩 空气可以流经该止回阀进入本机的空气系统。 第二个止回阀：通过该止回阀，本机的压缩空气向机车总风均衡管充风。止回阀安装于空气干燥器 之后，可以保证压缩空气经机车总风均衡管供给其他机车之前经过干燥。 第三个止回阀：压缩空气通过该止回阀进入第二总风缸。可阻止压缩空气倒回第一总风缸。因此， 第一总风缸因故障排气后，第二总风缸仍可保持空气压力，为空气系统提供压缩空气。 单向阀的结构如下：
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空气干燥器
阶段2 A塔干燥-B塔再生 17s后，电磁阀SV1（16）得电。 输出控制气压如下： 切换过滤器排水阀（4），将过滤 器中的杂质通过过滤槽（3）排入 中介槽（5）。由于电磁阀SV1 （16）得电，进口分流阀（6）和 排气阀（7）均得到一定压力，使 进口分流阀（6）和排气阀（7） 均左移，使空气通过进口分流阀 （6）进入干燥塔A（8），同时排 气阀（7）打开阀芯B，使干燥器 塔B（9）中的空气快速排出，从 而使来自干燥塔B（9）干燥剂中 的稳定流动的再生空气也相继排出。 干燥塔B（9）产生的压力差使得出 气往复阀（13）切换，干躁的空气 由出口（18）输出。在空气流向干 燥器出口（18）的同时，自动调节 净化阀（14）感应到它的流速和压力 并根据压力和流量控制一定比例的压 缩空气通过净化往复阀（12）的B端进入 干燥塔B（9）实现再生。
第四章电空制动原理
对电空制动系统中的传感器和执行器进行校准，确保其准确性和可 靠性。
调试过程中的注意事项
逐步增加负载
在调试过程中，应逐步增加负载 ，观察制动系统的响应和性能变 化，确保系统在不同负载下的稳 定性和可靠性。
注意安全
在调试过程中，应注意安全，避 免因操作不当导致人员伤亡或设 备损坏。
记录调试数据
电池、整流器等。
电源保护
为了确保电源设备的正常运行，需 要采取一系列保护措施，如过流保 护、过压保护、欠压保护等。
电源监控
通过监控电源设备的电压、电流等 参数，可以及时发现电源设备存在 的问题，并采取相应的措施进行处 理。
制动控制原理
制动指令
电空制动系统通过接收制动指令 来控制制动设备的动作。
制动设备
对调试过程中的数据和现象进行 记录，以便后续分析和处理。
调试后的检查与维护
检查制动系统性能
在调试完成后，应对制动系统的性能进行检查，包括制动时间、制 动距离、制动减速度等指标。
维护设备
定期对电空制动系统进行维护，包括清洁、润滑、紧固等操作，确 保设备的正常运行和使用寿命。
定期校准
对传感器和执行器进行定期校准，确保其准确性和可靠性。同时，根 据需要调整制动系统的参数，以满足不同运行条件下的要求。
制动控制阀的种类
根据工作原理的不同，制动控制阀可分为直 动式和先导式两种。直动式制动控制阀通过 直接控制制动气缸的充气和排气来实现列车 的制动和缓解，而先导式制动控制阀则通过 先导阀的控制作用间接控制制动气缸的充气 和排气。
03
电空制动系统的控制原理
电源控制原理
电源设备
电空制动系统需要稳定的电源供 应，通常采用直流电源设备，如
电空制动机简介
一、电空位操作1、操作前的准备⑴控制电源柜上的电空制动自动开关14DZ和K7扳钮打向闭合位。
⑵电空制动屏①转换阀154在列车管压力为500KPa时，打向货车位；在列车管压力为600KPa时，打向客车位。
②转换阀153打向正常位③开关板502上的三个钮子开关463QS、464QS、465QS应朝下，处闭合位（开关463QS因目前尚未使用适应阶段缓解的车辆制动机，处不补风位，开关464QS、465QS则在相应的电路故障或段内另有规定时，可分别处切除位。
④调整调压阀55使其输出压力为500KPa或600Kpa。
列车管（以司机台列车管压力表显示值为准）⑶机车上与制动机系统有关的塞门除无火塞门155和分配阀缓解塞门156、１２１、１２２关闭外，均应开通。
⑷空气制动阀上的电空转换扳键均处电空位。
电空控制器、空气制动阀手把在运转位。
⑸调整空气制动阀下方调压阀53，使其输出压力为300KPA（以司机台制动缸压力表显示值为准）机车均完成上述各项准备工作、且风源系统工作正常，即可用电空位操作。
对制动机进行规定的机能检查试验，⒉操作中的注意事项⑴操作电空制动控制器可对全列车进行制动和缓解；操纵空气制动阀可对机车进行单独制动和缓解。
⑵电空制动控制器紧急制动后，必须停留15S以上回运转位（或过充位）才能缓解全列车⑶电空制动控制器在运转位（或过充位、中立位、制动位）时，由于其他原因引起紧急制动作用后，需经15S以上，手把移至重联位（或紧急位）再回运转位（或过充位）才能缓解列车。
上述（2）或（3）项操作，在运行中应严格执行《机车操作规程》，在列车停稳后检查引起紧急制动的原因并做出相应处理才能进行缓解。
二、空气位操作⒈操作前的准备⑴将机车空气制动阀上的电空转换扳键移至空气位，并将手把移至缓解位。
⑵调整机车空气制动阀下方调压阀53使其输出压力为列车管定压（以司机台列车管压力表显示值为准）。
⑶将机车电空制动屏上的转换阀153由正常位转向空气位。
第四章电空制动原理
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
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。
（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
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。
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 在电气控制型的系统中靠电气进行协调配合 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 。
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
动车组制动系统的工作原理
减速度检测
根据某车轮本身转动速度减 少的比率来判断是否滑行。 由于轮对与车辆的质量相差 较大，其速度变化相对也快 一些，因而可及时检测到滑 行。一般说来，减速度指标 可单独用来对滑行轴进行评 价，在防滑控制中应优先采 用。
增压缸 制动缸
增压缸是CRH2动车组特有的部件。
它由气缸、油缸和活塞等构成。增压缸 的活塞具有一大一小两个活塞面，分别 位于活塞杆的两端；大活塞面上作用的 是气压，小活塞面上作用的是油压。增 压缸可将来自中继阀的空气压强转换为 一定倍率的油压输出到夹钳装置中。由 于油的压强比气压高得多，因而油压面 的尺寸要比气压面小得多，从而使得与 其相连的夹钳机构等的尺寸也大大减小 ，以实现制动装置的小型轻量化。
第四章 动车组制动系统的组成与功能
电制动系统 空气制动系统 防滑系统 控制系统
第一节 电制动系统
动车组采用电制动与空气制动联合作用的方式， 且以电制动为主。
使用直流电机的动车组在制动时是把直流主电 动机转变为发电机，然后进行电阻制动；直流 电机的电阻制动控制是将电机与制动电阻串联， 随着速度的降低逐渐减少电阻值。
工作原理
由于动车组是采用电、空联合且电制动优先 的制动模式，如动车组在电、空制动同时作 用的情况下发生滑行，则首先降低空气制动 力力图使轮对恢复黏着；如空气制动力降时 轮对仍打滑，就需对电制动进行滑行控制。 电制动的滑行再黏着控制原理与空气制动的 类似，但它是通过牵引控制单元TCU调节电制 动力的大小实现的。
第三节 防滑装置
防滑器三个发展阶段 1、机械式防滑器 判据只有一种：车轮的角减速度 2、电子式防滑器 多种判据，零点漂移，性能不稳定 3、微机控制防滑器 简单可靠，功能强大
电空制动机的组成和原理
电空制动机的组成和原理
电空制动机是一种利用电力和压力对车辆进行制动的装置，由电动机、压缩机、气缸、控制系统等几个主要部分组成。
1. 电动机：电空制动机中的电动机是驱动压缩机工作的动力源，通常是一台直流电动机，它可以根据控制信号的要求提供不同的扭矩和转速，以满足制动系统的需求。
2. 压缩机：压缩机是电空制动机的核心部件，它通过电动机的驱动产生压缩气体，将空气压缩成高压气体，并将其送入气缸中。
3. 气缸：气缸是电空制动机中的执行部件，它接收来自压缩机的高压气体，通过瞬时释放气体产生制动力，使刹车片与刹车盘紧密接触，从而实现制动效果。
4. 控制系统：控制系统是电空制动机的核心之一，它由传感器、控制器、阀门等组成。
传感器负责感知制动系统的工作状态，控制器根据传感器的信号指令调整电动机的工作状态，控制气缸的操作。
阀门控制气体的进出，以实现精确控制和制动效果。
原理：电空制动机通过电动机带动压缩机将空气压缩成高压气体，经过控制系统的调度，气缸瞬间释放气体产生制动力，使车辆实现制动。
当司机踩下制动踏板
时，传感器感测到信号，控制器接收到信号后发送指令给电动机，电动机开始工作驱动压缩机工作，将空气压缩，高压气体通过阀门进入气缸，气缸会通过释放气体产生制动力。
当司机松开制动踏板时，控制器会关闭电动机和阀门，恢复到初始状态。
整个过程中，控制系统实时调整电动机的转速和扭矩，使得制动力的大小和时间可以精确控制，实现安全、可靠的制动效果。
《电空制动控制器》课件
《电空制动控制器》PPT课件
目录
• 电空制动控制器简介 • 电空制动控制器的组成与结构 • 电空制动控制器的关键技术 • 电空制动控制器在轨道交通中的应用 • 电空制动控制器的未来发展与挑战 • 电空制动控制器与其他制动方式的比较
01
电空制动控制器简介
定义与功能
定义
电空制动控制器是一种用于控制列车制动系统的装置，通过电信号控制空气制 动器的动作，实现列车的制动和缓解。
电空制动控制器在设计和制造过程中 需充分考虑安全性能，采取多重安全 措施，确保列车运行安全。
可靠性保障
通过严格的质量控制和性能测试，确 保电空制动控制器的可靠性和稳定性 ，减少故障发生的概率。
成本与维护
成本控制
在设计和制造电空制动控制器时，需要充分考虑成本控制，采用合理的材料和工艺，降低制造成本。
用于控制制动系统中的气体流动，实 现制动力的精确控制。
通信技术
CAN总线通信
用于实现制动控制器与其它车辆 系统之间的信息交互，提高车辆
的智能化水平。
LIN总线通信
用于制动控制器与传感器之间的 信息交互，提高数据传输的可靠
性和实时性。
以太网通信
用于实现远程监控和诊断，方便 对电空制动系统进行维护和升级
02
电空制动控制器的组成与结构
硬件组成
电源模块
提供系统所需电源，保 证控制器正常工作。
输入模块
接收外部信号，如按钮 、传感器等输入信号。
输出模块
驱动执行机构，如电磁 阀、电机等。
主控模块
控制器的核心部分，负 责处理输入信号、发出
控制指令。
软件结构
底层驱动程序
负责与硬件进行通信，实现硬件 的初始化和控制。
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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
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ห้องสมุดไป่ตู้量
滞后 补偿 后
控制电流增加 控制电流降低
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
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
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
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
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
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
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
（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
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
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
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
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
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。
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。
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，用电磁阀控制 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
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
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
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
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