单轨胶轮车辆减速度闭环控制的制动力分配技术

1绪论
单轨胶轮车辆，是一种与其它车辆共享路权的城市公交车。

单轨胶轮车辆具有载客量大、爬坡能力强等特点。

BECU（制动电子控制单元）的设计是单轨脚轮客车的核心技术之一。

单轨胶轮客车制动系统采用电气配合形式的制动制动系统。

在单轨胶轮车辆的制动系统中，BECU起到对客车的制动力计算和分配的作用。

作为整个客车制动系统的核心部件，其在整个制动系统中的位置如图1所示。

如图1所示，BECU首先采集脚制动阀信息，然后结合车速、车重等信息计算出整车的制动力，最后将制动力分配给制动执行模块同时向牵引控制系统告知当前的制动等级。

为使制动系统的控制能够准确，本系统采用以加速度为导向的闭环控制策略。

2系统设计要求
单轨胶轮车辆制动系统应满足以下要求:
①再生制动：在制动过程中优先使用电制动，在电制动不足的情况需要气制动补充；
②空气制动：BECU通过控制比例继动阀的输出气压，来控制制动缸的空气压力；
③无极制动：制动级位采用脚踏板的无极形式触发，BECU要能够准确捕捉制动等级；
④闭环控制：为保证制动力准确实施，系统采用闭环控制进行制动控制。

BECU的制动控制过程如下：
①通过踏板角度传感器、轮速传感器、倾斜传感器分别采集踏板角度、当前减速度、当前坡度；
②通过踏板角度、当前减速度、当前坡度结合当前所
单轨胶轮车辆减速度闭环控制的制动力分配技术
陈亮;韩继生
（南京中车浦镇海泰制动设备有限公司，南京211800）
摘要:单轨胶轮车辆，是一种新型的城市交通工具。

当前，在全球已有部分城市开始使用此类车辆。

国内，目前有上海张江和天津滨海已经运营该类车辆。

对其制动系统的研究有着深远的意义。

由于这类车辆与其它车辆共享路权，对制动的精准性要求更高。

所以，对该车的制动控制策略采用一种基于减速度的闭环控制。

通过这种闭环控制，可以有效地达到目标减速度值。

关键词:单轨胶轮车辆；制动系统；减速度闭环控制
3.3典型应用
3D扫描技术是逆向工程的重要分支，即通过扫描实物的3D结构特征来构建标准比例的仿真模型，在3D打印和扫描技术中，长期使用CAD软件对模具制造和检测进行规划建模，但在逆向工程打磨加工过程中，由于对象材料的特性使得传统加工工艺在3D打印过程中难以实现高精度还原，传统的数控多轴加工模式的伺服轴行程也难以满足加工标准，而电火花高速加工技术的6轴以上一体化加工技术可有效降低定位误差，缩短生产加工链条，实现高效管理，只需一次装夹就能完成器件定位和扫描，在3D打印过程中可对数控小孔进行穿孔加工，6轴和7轴的数控系统可实现对复杂空间曲面的深层加工，使3D 打印和3D扫描能够在成型铣削加工中得到高度还原，高速电火花的熔断效果也能降低激光打磨造成的孔口边缘毛刺和粗糙问题，是3D逆向工程技术得到发展。

最后，多轴数控电火花高速小孔加工技术不仅在民用领域有广泛应用，由于其对空间结构的精密定位和深加工能力，使其在航空航天和军工领域都可以有所延伸，例如，航空发动机被誉为人类工业皇冠上的明珠，我国在这方面长期受到西方国家的制裁和封锁，技术突破乏善可陈，即便投入了大量人力物力也始终与美俄有着数十年差距，然而多轴数控电火花高速小孔加工技术为涡扇发动机的核心机叶片制造提供了技术支撑，在WS10B、WS15太行发动机上都得到广泛应用，缩短了我国与西方国家的差距。

4结论
多轴数控电火花高速小孔加工技术在加工领域具有高效高质的优点，可以显著缩短加工周期，降低复杂元器件的处理难度，且加工精度要远超传统加工工艺，在3D 扫描数控多轴加工方面具有良好的发展前景，甚至在军工和航天领域都得到深度应用。

望本文研究内容得到相关机构的重视，加强多轴数控加工技术的创新和理论研究，为推动我国加工业发展积攒经验，为实现制造业现代化提供建设性意见。

参考文献:
[1]朱宁，叶军，王文浩.多轴数控电火花高速小孔加工技术[J].航空精密制造技术，2016，52（3）：1-4.
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[4]赵亚州.电火花线切割数控回转台的设计及应用技术研究
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67.图1单轨胶轮车辆制动系统
Internal Combustion Engine &Parts
在的制动行程设置的最大冲击，计算目标减速度；
③TCU （牵引控制单元）通过CAN 网络传输当前可以提供的电制动力，同时空气弹簧通过网络将车重信号传送给BECU 。

BECU 根据上述条件计算出TCU 可提供的再生制动的减速度。

同时计算出TCU 申请等级；
④BECU 根据目标减速度和再生制动的减速度计算出当前所需补充的总气压，然后根据轴分配情况将气压分配到每根轴上；
⑤根据轴的分配情况，BECU 控制每一根轴上的EP （电比例继动阀）电流该控制进行闭环控制EP 的输出气压。

3系统设计
为了设计能够流程化以及易于验证，单轨胶轮车辆采用自顶向下的模块化设计。

3.1再生制动
BECU 通过评估当前的目标减速度和当前车辆已经达到的减速度，计算出当前所需的执行的制动力。

BECU 计算出实际要执行的制动力以后，结合当前车速、车重以及当前TCU （牵引控制单元）反馈的相关信息后，计算出合适的TCU 等级。

如图2所示，BECU 通过踏板计算出目标减速度，TCU 反馈处理模块得到当前TCU 可以提供的电减速度。

TCU 等级处理模块结合以上信号再参考当前已经执行的减速度，计算出当前可以申请的电减速度。

通过该减速度BECU 等级处理模块最终换算成TCU 等级。

该等级信号通过CPU 的外围电路，通过开关量发送给TCU 。

3.2空气制动电制动有效时，优先进行电制动。

当电制动不能满足制动力需求时，空气制动进行补充，以实现车辆制动的目标。

电制动失效时，本车辆的制动由空气制动完全接管。

控制过程如下：
①制动踏板踩下后，BECU 根据踏板百分比和车重信息计算出本次制动所需的总制动力；
②BECU 根据总制动力进行电制动申请，TCU 根据电制动申请等级提供电制动；
③BECU 得到当前能够提供的最大电制动力，通过总制动力和电制动力分别计算出总减速度和电减速度，并将其进行比较。

如果电减速度大于等于总减速度，表明电制动力满足本次制动的需求，不需要补充空气；如果电减速度小于总减速度，表明电制动力不能满足本次制动需求，需要补充空气，补充空气产生的气减速度为总减速度与电减速度之差；
④EP 阀开始补充空气后，BECU 会检测所有EP 阀是否正常。

如果正常，BECU 将本次所需的空气平均分配至各车轴；否者BECU 将不给异常EP 阀分配空气，本次所需的空气平均分配至各正常车轴；
⑤确定每根车重需要补充的总气压后，如果本次踏板处于第二行程中，空气会通过脚踏阀进入EP 阀，BECU 将减去此部分的压力气压，得到BECU 控制EP 阀执行的气压。

3.3闭环控制
如图3所示司机踩上踏板，形成最初的踏板目标减速度。

此时的减速度是渴望施加的减速度，但是实际执行的减速度并不是执行这么大的减速度。

实际执行的减速度要参考当前车轮已经执行了多少减速度。

该减速度通过速度传感器获得。

由实际执行的减速度来修正踏板目标减速度，得到本次制动要施加的目标减速度。

由这个最终的目标减速度形成TCU 的电制动等级和空气制动力。

4结论
由于单轨胶轮车辆与其它车辆共享路权，对制动的精准性要求更高。

采取精度高的减速度闭环控制，可以很好地达到目标减速度。

当前，样车正在调试阶段。

从目前运行的结果来看制动效果较好，减速度按照预期的结果执行。

参考文献:
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Vol.
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图3减速度闭环控制过程
图2TCU 等级处理过程。