再生制动技术
在涡流制动技术中，制动能量直接变成了热量，这未免有些浪费，所以对于广泛利用电力驱动的新能源车型来说，如果能有一种能回收制动能量的制动方式，就再好不过了，这就是下面要介绍到的再生制动技术。再生制动的基本原理是将车辆驱动电机的工作状态变成一台发电机，然后将车辆减速或者下坡的动能转变成其他能量，在储能装置（电池、大型电容或者飞轮）中储存起来，供车辆行驶之用的方式。
装备再生制动系统的电动车制动系结构示意图
由上图可以看出，当驾驶员踩下制动踏板后，电动泵使制动液增压产生所需的制动力，制动控制与电机控制协同工作，确定电动汽车上的再生制动力矩和前后轮上的液压制动力。再生制动时，再生制动系统控制回收制动能量，并且反充到蓄电池中。在高速或者长下坡行驶时，再生制动可以成为主要的制动方式，只有在电制动力不足以实现足够的制动效果或者低速将车辆完全停止的情况时，液压制动才开始发挥效力。当然，对于普通的电动车或者混合动力车型，其电池容量都是有限的，如果电池充满了，再生制动此时也不会发挥太大作用了。
即便是这样大尺寸大容量的电池组，其电池容量也是有限的，因此再生制动并不能完全取代机械制动系统而独立存在
再生制动的技术难点有两个，一是如何在再生制动和机械摩擦制动之间分配所需的总制动力，以回收尽可能多的车辆动能；二是如何在前后轮轴上分配总制动力，以实现稳定的制动状态。通常，再生制动只对驱动轴有效。为回收尽可能多的动能，必须控制电机产生特定量的制动力，同时，应控制机械制动系统满足由驾驶员给出的制动力需求。在制动力和能量回收间实现最佳的均衡，这才是再生制动系统设计成功的标志。
对于普遍装备CAN-BUS总线的现代车辆来说，再生制动控制模块和ABS系统ECU间可以实现通信和数据交换，再生制动和机械制动
系统间实现均衡相对要容易一些。
如果是四轮都采用轮毂电机驱动的新能源车，四轮间的驱动力、制动力和能量回收的分配都较为均衡，能更好地处理制动力和制动能量回收两者间的关系由于制动的稳定性不但关系到车辆的安全性，同时也与乘客乘坐的舒适度息息相关（负加速度是导致晕车的重要因素之一），因此应用再生制动系统的车辆需要进行更多的路试和软件模拟，以保证它的整套制动系统能够安全、平稳而不失舒适性地工作，这对车辆的设计和匹配能力可以说是一个有力的考量。
作为销量最大的混合动力车型，普锐斯的新MPV车型依然要进行严苛的路试，其中包括再生制动在内的混合动力和制动两部分系统显然是重点中的重点再生制动的好处不言而喻，除开可以回收能量给电池等设备充电之外，它也不受制动系统热衰减的影响，更重要的是，它是基于驱动系统的，并不需要做太多专门的设计和改动，较为容易实现，只要解决了制动力均衡的问题，再生制动是一项非常适合新能源车型，同时颇为实用的技术。
从这张仪表盘图不难看出，制动时能量箭头指向电池，制动能量得到了回收
结语：
由于成本等多方面因素，汽车新能源技术还处于较好但是不叫座的阶段，在国内市场尤其如此，但正如当年内燃机取代蒸汽机的主导地位一样，随着不可再生能源的逐渐减少，新能源汽车势必成为未来的主导，而电制动技术也会随着新能源汽车的发展而大行四方
制动系统概述 汽车的制动性是汽车的主要性能之一。自从汽车诞生之日起，汽车的制动性就显得至关重要；并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高，其重要性也显得越来越明显。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。所以，汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。下面让我们来了解一下汽车制动系统的几点知识。 一.汽车的制动性及其评价指标 所谓的汽车制动性就是指汽车行驶时能在短距离内停车并且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，以及汽车在一定坡道上能长时间停车不动的驻车制动器性能。汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。 1、制动效能： 即制动距离与制动减速度，是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度，是制动性能最基本的评价指标。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车空档时以一定初速，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关。制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力（车轮滚动时）及附着力（车轮抱死拖滑时）有关。由于各种汽车动力性不同，对制动效能的要求也就不同：一般轿车、轻型货车的行驶速度高，所以要求其制动效能也高；而重型货车行驶速度相对较低，其制动效能的要求也就稍低一些。 2、制动效能的恒定性： 制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，汽车在繁重的工作条件下制动时（例如下长坡长时间、连续制动）或高速制动时，制动器温度常在300°C 以上，有时甚至达到600-700°C，制动器温度上升后，摩擦力矩将显著下降，这种现象就称为制动器的热衰退。所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。根据国际标准草案ISO／DIS6597，要求以一定车速连续制动15次，每次的制动强度为3m／s2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能（5.8m
地铁车辆再生制动能量利用方案 摘要：目前，节能减排已成为我国的基本国策，建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。地铁由于站间距比较短，制动频繁、列车起动，考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异，列车电制动时产生的再生能量可达到牵引能量的40%以上。充分利用列车再生能量将节约大量能量，产生效益可观，为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运营1、2号线，在建3、4、5、6号线，如何在保证线路运行安全的前提下，提高供电水平，同时为城市节能减排做出贡献，是我们必须考虑的问题。 关键词：轨道交通；列车制动；能量回馈 1 传统列车车载制动电阻方案存在的问题 目前国内外城市轨道交通动车组列车均采用VVVF牵引/制动系统，采用交流电机驱动列车，制动系统普遍采用空气制动和电制动混合的形式。列车在运行时，牵引系统将电能转为机械能，使机车启动加速；在制动时，一部分采用电制动，将机械能转为电能使列车制动，另一部分采用空气制动，通过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。传统列车上设置了车载制动电阻。当列车制动时，首先采用再生制动方式，列车电机从电动机状态转换为发电机状态，将机械能转换为电能返回到牵引网系统，返回到牵引网系统的能量部分被相邻列车吸收，由于线路的行车密度等多种因素，很大部分能量不能被回馈，此时大量电能量得不到释放，将会使系统供电网电压
急剧上升，为此列车上设置了制动电阻，将这部分能量通过电阻变成热能吸收，稳定系统电压。电阻所转化的热能，车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将热量排出车站外。 车载制动电阻使用虽然方便，但也有缺点：（1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了，没有起到节能减排作用。（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内，虽然部分可以通过隧道活塞风排出隧道，但还有部分遗留在隧道，这部分热量使隧道温升逐步上升；（3）列车制动电阻重量大，列车运行时，不仅没有节能，还增加列车牵引能耗。（4）制动电阻体积大，而且考虑制动电阻散热需在列车上安装通风设备，这样会使列车底部其他设备安装布局困难；（5）制动电阻发热会对车体底板形成烘烤效应，有引发火灾危险。（6）列车采用车空气制动，增加闸瓦的损耗，加大车辆维修工作量，提高了运营成本，摩擦闸瓦产生大量金属粉尘，造成环境污染。 2 国内外现状 在国外城市轨道交通运输系统中，再生制动能量吸收技术发展历程主要有车载电阻耗能式、逆变回馈式、超级电容储能式以及飞轮储能式吸收等。其中最先发展的车载电阻耗能式因其可靠、结构简单等优点应用最为广泛，相对较少的是能量回馈式和能量存储式的应用。国外轨道交通研究制动能量吸收技术较早，已有成熟产品，而国内在这方面的研究刚起步，使用车载电阻耗能式较多，不能够很好的把再生制动能量充分利用起来。 图1 2.1 车载电阻耗能型吸收
附录 Automobile Brake System The braking system is the most important system in cars. If the brakes fail, the result can be disastrous. Brakes are actually energy conversion devices, which convert the kinetic energy (momentum) of the vehicle into thermal energy (heat).When stepping on the brakes, the driver commands a stopping force ten times as powerful as the force that puts the car in motion. The braking system can exert thousands of pounds of pressure on each of the four brakes. Two complete independent braking systems are used on the car. They are the service brake and the parking brake. The service brake acts to slow, stop, or hold the vehicle during normal driving. They are foot-operated by the driver depressing and releasing the brake pedal. The primary purpose of the brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by when a separate parking brake foot pedal or hand lever is set. The brake system is composed of the following basic component s: the “master cylinder” which is located under the hood, and is directly connected to the brake pedal, converts driver foot’s mechanical pressure into hydraulic pressure. Steel “brake lines” and flexible “brake hoses” connect the master cylinder to the “slave cylinders” located at each wheel. Brake fluid, specially designed to work in extreme conditions, fills the system.
地铁车辆制动系统工作原理 摘要：随着城市规模的快速发展和城市人口的不断增多，所面临的交通问题也越来越严重。本文对地铁车辆的制动功能设计进行了说明，并介绍了制动指令的相关设计，最后介绍了混合制动控制系统设计及相关控制策略，以供读者参考 关键词：地铁车辆；制动系统 随着我国经济建设的不断推进，近年来城市轨道交通快速发展，国内许多大型城市都已有了地铁或者轻轨，随着大量的轨道交通项目投入运营，人们的日常出行变得更加方便，可随之而来的担忧也困扰着人们：“我们经常乘坐的地铁会不会刹车失灵呢、会不会追尾呢？” 1．地铁车辆的制动功能设计 地铁车辆采用减速度控制模式，制动指令为电气指令，即制动系统根据电气减速度指令施加制动力。乘客通过站台固定区域上下车，因而地铁车辆每次停站位置要求准确无误，为满足此要求，ATO系统或司机根据停车距离给定列车减速度电气指令，地铁车辆制动过程中必须能够根据减速度指令快速施加相应制动力，即制动响应准确、迅速。 制动系统设有载荷补偿功能。由于城市轨道交通车辆载客量大，乘客上下频繁，因此要求制动过程中能够根据车辆载荷变化自动调整制动力，称之为载荷调整功能。 常用制动具有防冲动限制功能。制动指令是电气信号，制动指令变化瞬间可以完成，如果制动力跟随制动指令迅速变化，就可能造成冲动，引起乘客不适，而且常用制动需频繁施加，为减少制动时的冲动以避免制动力变化过快引起乘客不适，常用制动过程中需限制制动力的变化速率，称之为冲动限制功能。 2．制动系统功能 2.1常用制动 常用制动采用模拟电气指令方式，是由微处理器控制的直通式电空制动，它采用减速度控制模式，其制动力随输入指令大小无级控制，制动控制单元根据减速度指令和车辆实际载重来计算目标制动力，产生相应的减速度。常用制动具有冲击率限制功能，以改善乘坐的舒适性；常用制动采用空电混合制动并优先使用电制动，不足部分由空气制动补足，以尽可能减少空气制动的负荷。 2.2快速制动 当司机操作主控制器手柄使其处于快速制动位时快速制动被触发。快速制动是一种特殊的制动模式。快速制动与紧急制动的制动率相同。快速制动优先使用
浅析地铁列车制动系统失效 摘要：制动系统是列车重要的系统，它能使列车迅速的减速或停车，地铁列车由于站距较短，会频繁的使用制动，所以制动系统必须有很高的可靠性，应有效避免整车制动系统失效，造成不能停车。本文从制动系统的执行机构、制动系统的控制机构以及列车主控制系统对制动系统的控制等方面着手，通过对各系统可能出现的引起制动失效故障进行分析，说明列车整车制动系统失效的可能性。 关键词：制动控制；故障风险；失效 Analyzing the subway train braking system failure DENG Pei-jin （Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510310,China） Abstract: The braking system is important for the train, which enables slow down or stops the train rapidly. The braking system must have high reliability, which due to the shorter distance between each subway station that we should use the brake frequently to avoid the whole brake system invalided resulting not stop. This article describes the possibility of train vehicle brake system failure, which commencing from the actuator braking system, the braking system control mechanism and the control of the train braking system master, and also analyzing each system that may be caused by brake failure fault. Key words：Brake control；Failure risk；Failure 2011年7月23甬温线浙江省温州市境内出现高速列车追尾事故，造成重大的人员伤亡和财产损失，作为同高速动车类似的城市轨道列车，我们经常有疑问，高速行驶的多编组地铁车会不会在紧急情况下有停不住车的可能，列车制动系统的可靠性到底如何，失效的风险有多大，对于这些问题，本文将进行探讨。 制动系统遇有紧急情况应能使电动车组在规定距离内安全停车，一旦出现故障就会有制动失效的可能性，制动失效会使列车不能停车或停不住车，因此就会有列车追尾的危险。作为地铁列车，其设计在这些方面都是有考虑的，下文是引起制动失效的常用故障，以及对这些故障的风险性分析，分析该故障引起制动系统失效的可能性，最后得出结论从车辆本身设计来说出现制动系统失效的可能性很小，是可以有效避免出现安全事故的。 1.制动的实现 地铁电客车通常配备有两套制动系统：一个电制动系统（ED制动）；一个气
毕业论文(设计)任务书题目城轨车辆制动系统浅析 学生姓名李星燃学号 11022315 班级： 110223 专业：城市轨道交通车辆 分院：工程技术分院 指导教师：王洋 2013 年 11 月 1 日
城轨车辆制动系统浅析 0、引言 为适应车辆运行速度高、站间距离短、起动制动频繁等要求，轻轨车辆采用了Knorr公司的微机控制电空制动系统，该系统具有反应迅速、制动距离短、部件集成化程度高、可以实现平稳停车等特点。 车辆在制动过程中电制动优先，然后施加空气摩擦制动。车辆正常状态下使用的空气制动是常用制动，紧急制动是在紧急情况下由司机触发或列车紧急制动环线失电而自动施加的，停放制动是制动系统自动施加的弹簧制动。 列车在运行过程中，当速度在电制动零速点（ v=3km/h）与淡出点之间时，通过编码器输出“电制动力达到多大值”信号，使得电制动和空气摩擦制动混合施加。当列车运行在恒电制动力最高速度和电制动淡出点之间时，仅使用电制动，当列车运行速度超过恒电制动力最高速度时，电制动和空气摩擦制动又混合施加（图1）。
下面分别介绍这几种制动方式的制动原理及应用方式。 1、电制动 城市轨道车辆电制动采用再生制动与电阻制动。当“制动列车线”激活发出制动指令时，优先采用电制动。如果“运行系统网络”允许，使用的主要制动模式是再生制动，当接触网网压高于750 V时，不能够吸收再生制动反馈回来的能量，则采用牵引控制单元控制的电阻制动。 （1）再生制动。 在变频调速系统中，电机降速和停机是通过逐渐减小定子给定频率来实现的，由于惯性原因，电机的转子仍旧处于被动的运行状态，当同步转速ω1小于转子ω时，转子电流相位几乎改变了180°，电机从电动机状态变为发电机状态；与此同时，电机轴上的转矩变成制动转矩 T e，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路，再生循环使用。
一种再生制动控制电路的设计 一种再生制动控制电路的设计 摘要：给出一种泵升电压控制电路的设计方法，将能量再生回馈到电网。同时给出了主电路、控制电路、主要参数的计算方法及相关波形。 关键词：能量回馈；再生制动；同步控制 1引言 一般情况下,伺服系统主电路结构如图1所示。能量是由电网经整流器、滤波器、逆变器等传输到电动机的。当电动机工作于发电状态，即电动机快速制动或者带位势负载时，能量的传输需要反向，能量将在滤波电容上累积，产生泵升电压，如果泵升电压过高，会威胁系统的安全。控制泵升电压最简单的方法是：泵升电压产生后，在直流母线之间接通一个能耗电阻，将能量释放。如果电动机制动频繁或长期带位势负载运行，则能量浪费严重；同时，由于电阻发热，导致环境温度升高，将会影响系统的可靠性。本文设计的这个电路，可以很好地解决这一问题。 2系统工作原理概述 将图1中的三相不控整流器换为可控变流器，并在三相电源输入端串入三个高频扼流电抗器，用以抑制可能产生的双向（电网 伺服系统）电磁干扰，以及在变流器工作于逆变状态时，起到等效直流电抗器的作用，如图2所示。 当电动机工作在电动状态时，可控变流器的大功率开关器件S1～S6全部处于关断状态，而6个续流二极管构成三相不控桥式整流器，工作状况同图1。 当电动机工作在发电状态时，则逆变器工作于整流状态，而可控变流器工作于逆变状态，使电动机工作在再生制动状态。这时滤波电容贮能，直流母线电压升高，在超过电网线电压值后，二极管D1～D6反向阻断；当直流母线电压继续升高，超过设定的上限允许值UdH时，变流器开始工作，将直流母线上的能量逆变回馈电网。此时，高频扼流电抗器将平衡直流母线电压和电网线电压之间的差值，以保证逆变状态的 图2回馈变流器主电路 图1一般伺服系统主电路结构
制定系统简要介绍一：制动系统零部件的介绍 2、制动系统零部件的接口标示 0——真空接口 1——进气接口 2——出气接口 3——排气接口(通大气) 4——控制接口(进入部件) 5——备用 6——备用 7——防冻液接口 8——润滑油接口(空气压缩机用) 9——冷却液接口(空气压缩机用)
3、制动系统零部件的工作原理 A、气制动阀 用途： 在双回路主制动系统的制动过程和释放过程中实现灵敏的随动控制。 工作原理： 在顶杆座a施加制动力，推动活塞c下移，关闭排气口d，打开进气门j，从11口来的压缩空气到达A腔，随后从21口输出到制动管路I。同时气流经孔D到B腔，作用在活塞f上，使活塞f 下行，关闭排气孔h，打开进气门g，由12口来的压缩空气到达c腔，从22口输出送到制动管路II。 解除制动时，21、22口的气压分别经排气门d和h从排气口3排向大气。 当第一回路失效时，阀门总成e推动活塞f向下移动，关闭排气门h，打开进气门g，使第二回路正常工作。当第二回路失效时，不影响第一回路正常工作。
B、快放阀 用途： 该总成可迅速地将制动气室中的压缩空气排入大气，以便迅速地解除制动工作原理： 气路中没有压力时，阀片a在本身弹力的作用下，使进气口和排气口处于关闭状态。 制动时，压缩空气从1口进入，将阀片a紧压在排气口上，气流经A腔从2口进入制动气室。 解除制动时，1口压力下降阀片a在气室压力作用下，关闭进气口，气室压力从2口进入3口迅速排入大气。 C、挂车阀 a、挂车阀（不带接流装置） 挂车控制阀（不带节流） 用途： 用以控制挂车或半挂车的制动，装于牵引车上。
适用于挂车是双管路制动系统，牵引车主制动是双回路系统，停车或是断气式制动。 工作原理： 图一：不带越前装置。 正常行使时，从手制动阀来的压缩空气从43口进入，使进气门h关闭、排气门C打开，2口无气压输出。 当操纵牵引车行车制动时，从制动阀第一回路来的压缩空气从41口进入A 腔，作用在活塞A上，使排气门C关闭，进气门h开启，2口则有输出。2口输出气压值的大小与41口气压值成正比例。当第一回路失效时，41口无气压出入，此时从制动阀第二回路来的压缩空气从42口进入。E腔，作用在膜片e上，使排气门C关闭，进气门h开启，2口有输出。2口输出气压值大小与42口气压值成正比例。当解除制动时，41、42口气压下降而43口气压上升、进气门h关闭，排气门C打开，B腔气压（2口气压）从排气口3进入大气。 图二：带越前装置。 原理同图一，越前作用是通过调节螺钉（i）调节弹簧（h）的力，使2口相对与41口的压力越前值最大可达100Kpa。 B、挂车阀（带接流装置） 用途 用以控制挂车或半挂车的制动，装于牵引车上。适用于挂车是是双回路制动系统，停车或紧急制动为断气式制动。 具有当挂车制动系统控制管路断裂或漏气会自动引起挂车制动的功能。 工作原理： 正常行驶时，从空压机来的压缩空气从11口进入，使柱塞ｉ处于上面的位置，节流阀体上的节流通道全部打开，气压从21口输出直挂车充气双接头，一方面给挂车充气，另一方面又回到12口的输入ｃ腔。当挂车控制管路连接断裂或漏气，则制动时在22口不能建立压力，从41口输入G腔的压缩空气。使柱塞ｉ下移，节流孔被堵住，使11口到21口的气流受到很大的节流作用，同时进气门C打开，因而挂车充气管路中的压力很快经12口，进气阀门C从22口排入大气。阀的其它部分工作原理同不带节流装置的挂车控制阀。
毕业设计（论文） 开题报告 题目跨座式城市单轨交通车辆 制动系统设计 专业城市轨道车辆工程 班级08级城轨1班 学生戴学宇 指导教师赵树恩 重庆交通大学 2012年
1. 选题的目的和意义 随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其路线占地少，可实现大坡度、小曲率线径运行，且线路构造简单、噪声小、乘坐舒适、安全性好等优点而逐渐受到关注。 在我国城市轨道交通迅速发展的同时，其运营安全保障已成为目前面临的重要问题。车辆作为城市轨道交通运输的载体，由于速度快、载客量大、环境复杂，其运行安全状况不容乐观——车辆故障不断出现、事故常有发生，这些故障不但严重的影响到正常运营，一旦引发事故将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。制动系统是城市轨道交通车辆的关键系统，直接影响其安全运行，为提高车辆运行的安全性，对制动系统的设计便显得尤为关键。 2.国内外研究现状及分析 基础制动装置是确保城市轨道交通车辆行车安全的措施之一。在分析城市轨道车辆运输特点基础上, 李继山,李和平,严霄蕙（2011）《盘形制动是城市轨道车辆基础制动装置的发展趋势》[1]结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型,分析了城市轨道车辆踏面制动与盘形制动的优缺点, 用有限元模拟城轨车辆车轮 踏面温度场及热应力, 表明速度100 km/ h 及以上的城轨列车基础制动不适宜采用踏面制动, 指出盘形制动是城市轨道交通车辆基础制动的发展的必然趋势。丁锋（2004）在《城市轨道交通车辆制动系统的特点及发展趋势》[2]一文中介绍并分析了我国城市轨道交通车辆制动系统的形式、构成、技术特点及发展趋势。吴萌岭，裴玉春，严凯军（2005）在《我国城市轨道车辆制动技术的现状与思考》[3]中较为详细地回顾了我国城市轨道车辆制动系统的发展历程，分析了目前我国新型城市轨道车辆制动系统的特点，并与我国自主研发适用于高速动车组的同类型制动系统作了技术比较。分析了我国自主研发城市轨道车辆制动系统的技术基础，指出国内技术与产品和国外相比存在着系统理念、设计经验和系统可靠性方面的差距，同时指出自主研发城市轨道车辆制动系统存在的问题，并提出了建议。邹金财（2010）《一种轨道车辆空气制动系统优化及仿真》[4]利用Simulationx 仿真软件对工矿窄轨土渣车的空气制动系统的改进前以及改进方案进行仿真，在与试验真实值对比后得到了正确的结论，通过对该空气制动系统优化中仿真手段应用过程的阐述，为机车车辆系统优化方法提供了参考。师蔚，方宇（2010）《城
绪论 汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力称为汽车的制动性。人们在汽车上装设专门装置，以便驾驶员根据道路和交通等情况借以使外界（主要是路面）在汽车的某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动，使驾驶员和乘客免受车祸的灾害。这一系列专门装置即称为制动系。 1.汽车制动系统的概况及作用 1.1汽车制动系统的发展概况 从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气—液混合式。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生了很大变化。 1.2汽车制动系统作用 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车;使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车;使下坡行驶的汽车速度保持稳定。 2.制动器（brake staff）简介
制动器就是刹车。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。 制动器分为行车制动器（脚刹），驻车制动器（手刹）。在行车过程中，一般都采用行车制动（脚刹），便于在先进的过程中减速停车，不单是使汽车保持不动。若行车制动失灵时才采用驻车制动。当车停稳后，就要使用驻车制动（手刹），防止车辆前滑和后溜。停车后一般除使用驻车制动外，上坡要将档位挂在一档（防止后溜），下坡要将档位挂在倒档（防止前滑）。 使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。摩擦材料分金属和非金属两类。前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。 3.捷达汽车制动器结构分类 制动器按制动目的可分为行车制动器、驻车制动器、应急制动器和辅助制动器。制动器按耗散能量的方式可分为摩擦式、液力式、电磁式和电涡流式，目前广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按其摩擦副的几何形状可分为鼓式、盘式和带式，以鼓式、盘式制动器应用最广泛。 大众捷达鼓式、盘式制动器的分类如图3-1所示。
地铁车辆制动系统的故障与维护 本文介绍了地铁车辆制动系统的主要性能及采用的德国克诺尔制动机公司生产的模沙拟式电控制动系统，其中，微处理制动控制与车轮滑行控制电子单元，以及制动控制单元BCU 是该 模拟式电控制动系统的核心控制部件。制动控制单元的所有部件集中地装在一个单独的具有气路的集成板上，进行模块化计, 结构紧凑，便于检修维护。本文主要针对制动系统的故障、维护进行探讨。 我国地铁建设事业在最近的十年内，取得了非常大的进步，针对地铁车辆空 气制动系统常见的故障与维护现状进行分析，并给出一些相关的维护建议。为了适应短距离起停车的特点，必须使列车启动快、制动距离短。这就要求制动系统装置具有操纵灵活，响应迅速，停车平稳、准确和制动力大等特点。城市轨道车辆为动、拖车编组列车，所以要求编组列车的各车辆的制动能力尽可能一致，并且能够适应列车乘客量的变化，具有空、重车的调节功能，以降低制动时列车的纵向冲击。 1、地铁内燃机车空气制动系统常见的故障主要有两种现象。 1.1第一种现象就是在七步闸试验的过程中，出现故障，并且具有重复性，将部件拆开之后，会发现内部的配件已经有些损坏，如金属件磨损超限、橡胶膜板破裂及“ 0＂型圈损坏等等， 这时候只需要更换配件即可，此类事故出现的概率较小。针对第一种情况，主要以预防为主，具体预防措施：
1.1.1在定期检查的过程中，一旦发现不良的配件，或者可预测到的破损部件进行及时的更换。 1.1.2在对机车进行大范围的检修时，及时对易损的日常磨损部件进行更换工作，并且对全部的风源管路进行彻底的清洗，还有对所有的逆止阀、截止阀和三通阀进行更新。 1.2第二种现象就是七步闸在试验的过程中，能够运转正常，但是，在拆卸之后，会发现少量的杂质和油水在里面，这时候，只需要进行简单的清洗并吹干即可。 第二种情况发生的概率较低，并且也不容易察觉，但是，故障一旦发生，就会因为处理超时而造成严重的事故发生。导致第二种情况发生的原因主要是其中的空气管路系统变“脏”导致的，由于在运行使用的过程中，会有一些灰尘、沙粒及各种金属氧化物等成分进入风源管路，从而导致“脏”的出现。因此，这种情况下，重在防治。 2、空气管路系统“脏”的具体原因 2.1来自空气中的沙尘现在的地铁轨道，很多都设置在地面上，致使制动风源源于外部空气，当空气中的沙尘过多的时候，过滤系统不能完全的进行阻隔，长久使用之后，就会在管路中出现大量的沙尘沉积。尤其是在一些干燥多沙及隧道内的地区。 2.2在检修过程中异物掉入管路中当工作人员对部件进行拆卸的时候，管口暴露在外面，这段时间内，由于工作的疏忽大意，就会有一些异物掉入到管口之中，而又没有及时的发现，就会为日后的地铁运行带来严重的安全隐患。
再生制动系统简介 1 再生制动的定义 再生制动，是指车辆减速或制动时，将其一部分动能转化为其他形式的能量储存起来以备驱动时使用的过程。制动能量再生系统先将车辆制动或减速时的一部分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）成其他形式的能量（旋转动能，液压能，化学能等），并储存于储能器中，同时产生一定的负荷阻力使车辆减速制动；当车辆再次启动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量转化为车辆行驶时需要的动能（驱动力）。 图1-1 能量再生系统原理简图 在纯电动车或混合动力电动汽车上，只有驱动轴上的制动能量可以沿着与之相连接的驱动系统传送至储能装置，另一部分的制动能量将由非驱动轴上车轮通过摩擦制动而以热的形式散失掉。即使是驱动轴上的制动能量也不能够被完全回收，进行制动能量回收时还受到很多因素的限制，例如电池充电功率的限制，回收功率不能超过电池当前的最大充电功率；电机发电能力的限制，电机制动产生的最大制动转矩不能超过当时转速和功率下电机发电能力，车速较高时电机再生制动扭矩就不能满足大强度制动要求；驱动系布置结构的限制，若电机位置在变速器前，汽车换挡时，从车轮到电机的动力传递被切断，电机不能进行再生制动。 2 国内外研究现状 2.1 国外研究现状 国外对混合动力汽车再生制动的研究已经开展了几十年，研究领域主要集中在以下几个方面： (1) 再生制动过程中整车制动综合建模与仿真； (2) 制动能量分配和再生制动、摩擦制动与ABS 的综合协调控制； (3) 再生制动过程中储能系统、电机/发电机和CVT 的性能及控制方法。 国外对再生制动领域的研究已具有了一定的基础，20 世纪90 年代全球掀起混合动力汽车研究热潮以后，国外在混合动力汽车再生制动系统的研究上取得了比较快的进展。特别是各大汽车公司，已经在量产的混合动力汽车上普遍采用该系统，大大提高了整车的能量利用效率，降低了整车油耗，延长了整车续驶里程。
制动系统新技术 盘式制动器在重型载货车中广泛应用 自90年代末气盘式制动器开始在欧洲重型载货车上应用以来，盘式气动制动器的使用比例持续增长，鼓式制动器的使用比例不断下降。目前，国外重型载货车，特别是公路运输用重型载货车基本上都采用盘式制动器，或前盘后鼓式制动器。全都采用鼓式制动器使用的比例很少，而且，也主要集中在工程用车中使用。 盘式气动制动器在重型载货车中之所以得以广泛应用主要是它的制动性能明显优于传统的鼓式制动器。盘式气动制动器在制动力和安全性方面，与鼓式制动器相比，在间断式制动时二者制动力相差不大，但是盘式制动器在反应速度和制动控制方面表现更好，更适合电气控制。在连续制动方面，盘式制动器的制动力比鼓式制动能更好地保证制动安全性。盘式制动器结构简单，质量轻，易于模块组装。在维护、保养方面，盘式制动器的的整套操作机构密封在外壳中，在组装时已进行充分地润滑和密封，不需要预防性维修保养。检查或更换磨损的蹄片时不用拆卸轮胎，感觉十分方便，与鼓式制动器比较，更换制动片所需要的时间可以节省80%。 发动机排气制动和缓速器作为辅助制动系统被列为标准配置 为了保证汽车的制动性能，国外经济发达国家新出台的交通安全法规规定重型载货车必须加装辅助制动系统，并将发动机排气制动和缓速器列为必须装备的装置。 发动机排气制动系统（EVB） 发动机排气制动是一种辅助制动装置。它是通过操纵排气制动开关，控制发动机排气蝶阀，进而控制发动机的排气来实现减速制动的。采用了发动机排气技术的重型载货车，下坡时不用踩刹车，发动机排气系统会自动给汽车提供制动力，将大量的能量吸收后转化为阻力释放，由此使整车的刹车制动力提高70%，可以有效杜绝刹车失灵,同时还可以降低制动器的损耗。在欧美发达国家，发动机排气制动成为交通法规规定的一种强制性必须安装的装置，因此，它在国外重型载货车普遍使用该装置。 缓速器 缓速器也是一种国外重型载货车普遍使用的辅助性汽车制动装置，该装置既可以使汽车在坡道行驶时，方便地实现缓速和恒速行驶，也可以在高速公路或路况较差的情况下，及时轻松地进行缓速，因此可极大地提高汽车行驶时的安全性与舒适性。缓速器主要有3种，即：电涡流缓速器、液力缓速器和永磁缓速器。液力缓速器由于其具有结构简单、性能可靠、成本低廉等特点，因此，在国外重型载货车上普遍使用的液力缓缓速。 这种辅助制动系统功能强大，在车速较高的情况下，缓速器的效率比较高。而在车速较低的情况下，发动机排气制动又可以起到很好的制动效果。缓速器在车辆不同工况下能够自动控制系统的各项操作，并能协调其他相关系统（ ABS/EBS），使车辆在较好的状态下工作。 据介绍，装载40吨货物的载货车，在下7%倾斜度的长坡时，只依靠液力缓速器就可以把车速控制在30公里/小时以下。所以在大多数情况下，依靠辅助制动系统能达到预期的制动效果，使制动部件的动作次数大大减少，从而延长了制动系统的寿命。 瑞典斯堪尼亚公司最近开发出能延长制动系统寿命、增强安全性技术——液力缓速器。 永磁式缓速器液压式缓速器 ABS的作用 ABS、ASR、EBS、ESP等系统 在制动传动机构方面，为了适应各国和各地区制动法规的要求，制动管路必须采用双回路传能的形式。为了改善操作条件，助力器的尺寸有加大的趋势。为了提高制动稳定性采用了ABS、ASR、EBS、ESP等系统。 ABS系统 ABS（防抱死制动系统）装置是欧、美、日重型载货车的标准装置。早在1998年美国联邦政府和欧盟委员会就颁布法令规定所有的汽车都必须安装ABS装置。 ABS是制动系统中的闭环控制装置，能防止制动过程中车轮抱死，保持车辆的方向性和稳定性，缩短制动距离。重型载货车用ABS都是气压ABS。它主要由车轮速度传感器、调节阀和控制器组成。 ABS的作用 ASR装置 ASR系统（Acceleration Slip Regulation），即驱动力防滑系统，是ABS系统的延伸和扩展，两个系统可以共用有关的传感器、液压件、伺服系统及微机控制系统，其作用是在汽车驱动加速时使驱动力不超过轮胎与路面的附着力，以防上车轮打滑，以获得更高的加速度。 EBS系统 EBS系统（电子控制制动系统）是一种集ABS与ASR控制功能于一体电控制动系统。该装置可以优化驾驶员的制动行为，在踩踏制动踏板时，驾驶员施加了一个减速力，EBS将根据这个减速力不断地调整汽车所有的减速参数，如：调整汽车制动缸的压力；调整牵引车的制动力的供给量，协调各轴之间的制动效果；起动发动机制动系统。 其优点是：提高汽车制动时车辆的稳定性；提高汽车制动的反应灵敏度；缩短停车距离；降低维修成本；在牵引车与拖车之间进行制动协调；具有自诊断功能。上个世纪90年代中期，奔驰Actros 重型载货车新开始全面使用WABCO EBS系统。随后，Scania公司开始使用Bosch公司的 EBS装置。目前该装置在国外重型载货车上普遍使用。
再生制动吸收装置在城市轨道交通工程的应用 1.再生制动吸收装置的作用 2.吸收装置原理及特点 3.吸收方式及产品应用 4.节能效果 5.应用展望 引言 列车制动方式主要有两种： 空气制动：列车的基础制动或紧急制动，通过闸瓦或制动盘摩擦，将机械能转换为热能。有磨耗成本。 电制动：列车的常用制动，在接触网电压低于一定的限值条件下，将列车动能转换成电能回馈至直流接触网，通过能量的转换可实现电能的再利用。 今天我们主要讨论的是电制动方式及应用情况。 1.再生制动吸收装置的作用 在城市轨道交通系统中，再生制动吸收装置是一种为电客车再生制动提供电能吸收的设备，一般安装于牵引变电所，与直流母线并联。 城市轨道交通车辆采用750VDC、1500VDC两种电压制式供电，当车辆进行再生制动时，会向直流电网反馈能量，若此时接触网上不能提供与制动列车回馈的电能相匹配的电流通道，则会造成接触网母线电压的抬升，影响列车电制动性能的发挥。由于整流机组是单向导电的，回馈电流不能通过整流器回馈至交流电网，因此再生制动电能的吸收通道只能有如下几种： 制动列车自身消耗（车载电阻）； 接触网上的邻近牵引列车消耗； 变电所再生制动吸收装置。 再生制动吸收装置的作用就是为列车电制动回馈的电能提供功率相匹配的通道，当吸收装置的功率大于列车制动功率时，直流网压下降，可能会消耗整流器提供的电能，当吸收装置的功率小于列车制动功率时，直流网压上升，可能造成列车过压保护，切除电制动。
2.吸收装置原理及特点 在供电区间内，当车辆进行再生制动时，如果在线有其他车辆运行，其再生能量被牵引车消耗，稳定了电网电压。如果线路不具备吸收条件，电网电压将被抬高，此时吸收装置经判断自动投入，将再生能量吸收，确保电网电压的稳定。 2.1车载电阻吸收方式 车载电阻吸收方式主电路示意图如图1所示，在正负母线之间并联了斩波回路，当车辆制动母线电压升高时Sb1开通，电能通过Rb电阻释放。
条件 再生反馈电压必须高于直流牵引电网电压 再生制动能量可被本列车的辅助设备吸收利用，也可提供相邻列车使用 再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。 （2）飞轮储能型 采用飞轮储能方式的吸收装置由储能飞轮电机、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和控制模块等组成。该装置直接接在变电所正负母线间或接触网和回流轨间，其核心技术是利用核物理工业的物质分离衍生技术而制造的飞轮，该装置设置在真空壳体内，飞轮经过特殊材料和加工工艺制成的轴支撑在底部结构上。
近几年，英国UPT电力公司生产的成熟运营的飞轮储能型产品，在香港电力系统、香港巴士公司、英国、纽约部分地铁均有应用。国内北京大学某实验室有类似的小功率产品研制，但飞轮的机械参数难以达到国外的水平，无法在工程中投入使用。该产品的优点：有效利用了再生制动能量，节能效益好；并可取消(或减少)车载制动电阻，降低车辆自重，提高列车动力性能；直接接在接触网或变电所正负直流母线间，再生电能直接在直流系统内转换，对交流供电系统不会造成影响。该产品的缺点：飞轮是高速转动的机械产品，对制造工艺要求很高，需采用真空环境和特殊轴类制造技术，成本较高。使用寿命是否能满足要求，维护维修是否方便，另外国内无成熟技术和产品等都成为制约其推广的因素。 （3）超级电容储能 以已经投入运行的北京地铁5号线为例简单说明超级电容储能的应用。 当具有再生制动能力的车辆在变电站能量存储系统附近释放能量时，牵引网网压上升，能量存储系统的调节器可探测到这种情况，并将牵引网系统中暂时多余的能量存储到电容器中，使牵引网网压保持在限定范围内。若车辆在变电站能量存储系统附近起动或加速，牵引网网压下降，此时，能量存储系统的调节器将能量从存储系统输送回牵引网系统中，保持牵引网网压稳定。在直流牵引网的空载状态下，能量存储系统从牵引系统吸收一部分能量，通过这种方式可以帮助车辆起动。
本文简要的探讨了地铁车辆交流传动系统的组成、控制原理、牵引和电制动特性曲线，对地铁车辆的系统电路进行了简要的描述，分析了直流传动和交流传动的优缺点。 我国早期的地铁列车多为国产直流传动电动车组，采用凸轮调阻或斩波调阻的牵引控制方式，牵引电机为直流电机。而近几年建设的地铁项目均采用了进口交流传动电动车组，牵引控制方式为VVVF逆变器控制，牵引电机为异步电机。与直流传动系统相比，交流传动系统具有恒功速度范围宽、功率因数和粘着系数高、牵引电机结构简单和维修方便等优势。 1 交流传动系统的组成 地铁车辆与铁路机车在结构、系统集成上大不相同，机车是完整的牵引系统，与后面连接的载客（货）车厢相对独立；而地铁车辆则是编列成组，虽然分为动车和拖车两部分，但都是旅客车厢，动力系统均被分散安装于各车箱的地板下（动力分散）。 交流传动系统是以调压调频VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）逆变器为核心的电传动系统。主要由高速断路器、滤波电抗器、VVVF逆变器和异步电动机等装置构成。地铁车辆交流传动系统的组成因生产厂家的不同及用户要求的不同而不相同，这里以六节编组的四动两拖（Tc+M+M+M+M+Tc）地铁车辆为例，简要探讨交流传动系统的组成。 下图为一个“两动一拖（2M1T）”单元主电路实例。电网经受电弓后分别经两台动车（B车和C车）的高速开关给逆变器供电，而在拖车（A车）上的辅助逆变器的供电是经过隔离二极管的。 下图为1C4M单元主传动系统原理电路图，1C4M是指一台VVVF逆变器给同一辆车四台相互并联的异步电动机供电的方式，也叫“车控”方式。其中滤波电抗器和滤波电容器构成线路滤波器。VVVF逆变器包含斩波器，斩波器由T7、T8构成，斩波器主要功能用于电阻制动，用它来调节制动电流大小，其另一个功能为过电压保护。 2 交流传动系统的控制原理 VVVF控制的基本原理为通过改变VVVF逆变器各IGBT元件的开通时间来改变负载的电压，通过改变VVVF逆变器各IGBT元件开通的周期来改变输出的频率。异步电动机的转矩公式为：T=K1·φ·Ir=K2·（V/fi）2·fs