某地铁列车制动系统建模与仿真研究

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1、本文介绍了硏究某地铁列车制动系统的在各工况下的运行特性，依据其工作原理和实际结构尺寸，基于AMESim仿真软件根据空电转换阀、紧急阀、空重车阀中继阀、单元制动器、制动管路和风源系统等的各项参数搭建制动系统模型,以典型工况为例进行仿真分析,仿真结果验证了该制动系统模型的正确性和可行性，为系统结构参数优化和控制系统设计奠定了基础。0引言某地铁列车制动系统是一种微机控制直通式电空制动系统,其制动控制系统是实现制动力的准确、稳定控制、实现列车精确停车、完成各种制动控制功能的关键部件。为了验证制动系统的各项指标是否满足要求，基于AMESim仿真软件建

2、立制动系统模型，通过仿真分析，包括部件的动态响应、灵敏度、制动力等，从而验证系统的各项指标。这可以减少对试验的依赖，节约成本，缩短产品开发周期，并对新产品的设计开发、既有产品的系统故障诊断和性能优化具有指导作用。1系统建模1.1仿真原理采用AMESim,基于基本元素的建模理念，将制动系统中制动控制单元、单元制动器等复杂的气动部件分解为各种不同的基本结构单元，如节流边、活塞、容腔、质量块等,再按照一定的逻辑关系将对应的模块组合在一起,即可构建响应的部件子模型,将以各子模型综合起来,即可得到完整的制动系统仿真模型。选取典型工况，如常用制动和缓解

3、、紧急制动和缓解等进行分析，硏究系统的运行特征，如控制灵敏度、制动缸压力精确度、制动缸输出力等，以对其验证。1.2制动系统组成及功能该制动系统主要由制动指令发生及传输系统、制动控制系统（微机控制单元EBCU、制动控制单元、停放控制单元）、防滑控制系统、单元制动器、风源系统、紧急制动阀、风缸、制动管路、塞门和软管等组成,如图1所示。制动方式包括常用制动、快速制动、紧急制动、停放制动和保持制动，其中，常用制动、紧急制动和停放制动完全单独控制。常用制动和快速制动时，优先采用动力制动，当动力制动力不能满足制动力需求时,空气制动能够自动补偿。紧急制动

4、为纯空气制动，制动系统完成空气制动作用。制动控制单元（BCU）是制动控制系统的主要部件，它是由空电转换阀、紧急阀、空重车阀、中继阀和其它相关功能附件组成。制动控制单元和EBCU组成闭环控制，根据EBCU的控制，产生期望的制动缸压力。常用制动时，制动控制单元根据微机控制单元EBCU传来的电信号，通过空电转换阀将来自制动储风缸的空气压力转换成与电信号相对应的预控制压力,然后预控制压力经紧急阀到达空重车调整阀，受到空重车调整阀的检测和限制,从空重车调整阀出来的预控制压力到中继阀打开中继阀中制动储风缸与制动缸的通路，最后使制动缸获得符合制动力要求的

5、空气压力。紧急制动时，预控制压力不受空电转换阀控制,来自制动储风缸的压缩空气直接经紧急阀到达空重车调整阀，预控制压力只受空重车调整阀控制，使之与空气弹簧的压力即载荷情况相适合。同样，微机控制单元EBCU发出缓解指令时，制动控制单元中空电转换阀的排气电磁阀励磁而打开，充气电磁阀不励磁，预控制压力经排气电磁阀排大气,中继阀膜板移动，切断制动储风缸与制动缸通路，打开制动缸与大气的通路,制动缸排大气。EBCU——警—恥〕QmF)—xaiuMRAIRJHJl[林咔LMR”3i^in厂IIPBUPBUk^VM11Umo^worns图1制动系统原理图13

6、模型参数根据仿真原理,按照制动控制单元、单元制动器实际结构尺寸来定义模型的结构参数，如制动缸活塞直径与行程、阀芯直径、阀杆直径、阀座孔尺寸和弹簧刚度等，部分参数见表lo此外对阀门的零位开口度、泄漏、节流系数等参数进行详细设置，以精确反映气动阀的性能。表］单元制动器、制动管仿真模型参数序号名称说明数值单位1㈱动缸个数.8制动缸活塞最人行程71.SSETH3制动缸活塞宜径178mm4制动缸活塞杆宜径40mm5制动缸活塞质童3400g6制动缸医紧弹貧预紧力190N7制动缸乐紧弾黃刚度0.88NfmmS制动缸活塞腔死容405.38cm39BCU利包

7、动乳的气管参数：10总长復10m11内径1SETYl12勺普材质钢、铁、铜、塑料等钢13^l

8、2所示。模型中通往8个单元制动器的制动管按照实际管路进行配置，多数为018x1500。常用制动、紧急制动、缓解等控制信号通过信号控制模块加载。空气弹簧压力按照定压源设置。£呵卜扫