ЭЛЕКТРОННО-ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКСТРЕННЫМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ, В ЧАСТНОСТИ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ДЛЯ ОДНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2022 года по МПК B60T13/68 B60T8/18 

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к железнодорожным тормозным системам; в частности, оно относится к электропневматической системе управления экстренным и эксплуатационным торможением железнодорожного транспортного средства.

Уровень техники

В новейших тормозных системах железнодорожного транспорта для упрощения конструкции пневматических систем и прежде всего пневматики экстренного торможения все чаще применяются современные электронные решения, что позволяет уменьшить общую стоимость систем, их вес, повысить эксплуатационные характеристики и безопасность.

Подобная электропневматическая тормозная система описана и заявлена, например, в патенте ЕР 3148853. В частности, в этом патенте описаны и заявлены конструкция пневматической системы и ряд вариантов ее реализации.

Для иллюстрации на фиг. 1 настоящей заявки воспроизведена фиг. 1 патента ЕР 3148853. Ниже дано краткое описание этого чертежа.

Взвешивающее устройство ВУ состоит из модуля электропневматического управления МЭПУ, который, в свою очередь, управляется электронным блоком управления взвешиванием БУВ, и служит для непрерывного поддержания величины давления экстренного торможения i, мгновенное значение которого привязывается к мгновенному значению веса вагона или единицы подвижного состава, измеряемому датчиком веса 2. Указанное значение вычисляется с учетом заранее выбранного коэффициента сухого сцепления колеса с рельсом μ по известным формулам. Устройства управления торможением УУТ1…УУТN состоят из узлов электропневматического управления УЭПУ, управляемых электронными блоками управления торможением БУТ, и служат для создания рабочего тормозного давления в тормозных цилиндрах ТЦ1…ТЦN. Упомянутое рабочее тормозное давление рассчитывается по известным алгоритмам исходя из требуемого тормозного усилия (а) и веса транспортного средства, выдаваемого датчиком веса 2. В модулях УЭПУ есть электромагнитные клапаны 10 и 12, которые используются для заполнения и опорожнения соответствующих приводных камер (d) ускорительных клапанов УК. Подавая те или иные управляющие сигналы на электромагнитные клапаны 10 и 12, электронные блоки БУТ могут увеличивать, поддерживать или снижать давление в приводных камерах d, а значит, и давление в тормозных цилиндрах ТЦ1…ТЦN. Указанные давления могут принимать разные значения в разные моменты времени в зависимости от эксплуатационных нужд транспортного средства, оснащенного показанной на фиг. 1 системой.

Поскольку на электромагнитные клапаны 10 и 12, управляемые блоками БУ1…БУTN, подается давление экстренного торможения i, создаваемые устройствами УУТ1…УУТМ, давление может независимо варьироваться в диапазоне от нуля до максимального значения давления экстренного торможения i.

Если требуется экстренное торможение, то на вход блоков БУТ1…БУTN (не показанный на фиг. 1) подается сигнал ЭКСТРЕННОЕ ТОРМОЖЕНИЕ, и эти блоки отключают питание электромагнитных клапанов 10 и 12, тем самым переводя их в состояние, показанное на фиг. 1.

В этом состоянии давление экстренного торможения i передается в приводные камеры пневматических клапанов УК и далее в тормозные цилиндры TЦ1…TЦN. При этом, в отличие от эксплуатационного торможения, давление во всех цилиндрах TЦ1…TЦN будет одинаковым и равным давлению экстренного торможения i в пределах допустимой погрешности исполнения указанных пневматических клапанов УК.

В настоящей патентной заявке будут сделаны ссылки на следующие европейские стандарты:

- EN50126 [Железнодорожный транспорт. Спецификация и демонстрация надежности, доступности, безопасности и ремонтопригодности (RAMS)];

- EN50128 [Железнодорожный транспорт. Системы связи, сигнализации и обработки данных. Программное обеспечение для систем управления и защиты железных дорог];

- EN50129 [Железнодорожный транспорт. Системы связи, сигнализации и обработки данных. Электронные системы сигнализации, связанные с безопасностью].

В частности, стандарт EN50126 определяет методики присвоения уровней безопасности SIL0/1/2/3/4 (уровень SIL4 соответствует максимальной безопасности) подсистемам, составляющим исследуемую систему, на основе результатов анализа безопасности, а стандарты EN50128 и EN50129 определяют критерии проектирования компонентов, соответственно, программного и аппаратного обеспечения для каждого уровня SIL, присвоенного на основе вышеуказанных результатов анализа безопасности.

Специалистам в области железнодорожного транспорта известно, что:

- для функции экстренного торможения железнодорожного транспортного средства, а следовательно, и для реализующих ее подсистем, оценки безопасности, выполняемые по европейскому стандарту EN50126, практически всегда дают уровень полноты безопасности (Safety Integrity Level) SIL≤3;

- для функции эксплуатационного торможения железнодорожного транспортного средства, а следовательно, и для реализующих ее подсистем, оценки безопасности, выполняемые по европейскому стандарту EN50126, практически всегда дают уровень полноты безопасности SIL≥2;

- при разработке блоков управления, обычно на основе микропроцессоров или программируемых вентильных матриц (FPGA), на уровне полноты безопасности SIL≤3 по стандартам EN50128 и EN50129 затраты на проектирование, валидацию и сертификацию примерно на порядок выше, чем при проектировании на уровне SIL≥2, с сохранением всего набора выполняемых функций.

Что касается последнего из перечисленного, то понятно, что функции, разрабатываемые на уровне безопасности SIL≤3, на низких уровнях безопасности сохраняются в чрезвычайно усеченном и упрощенном виде.

Как следует из чертежа, электронный блок БУВ, используемый для управления давлением экстренного торможения, безусловно, должен быть разработан на уровне SIL≤3 В по стандартам EN50128 и EN50129. Однако в контексте заявленного в ЕР 3148853 блоки этого типа имеют простые схемы на базе простейших микропроцессоров и/или матриц FPGA. Такие схемы предназначены для расчета давления экстренного торможения i и приведения в действие двух электромагнитных клапанов 5 и 6, а также для считывания показаний датчика давления обратной связи 9, замыкающего простейшую цепь управления давлением экстренного торможения i.

Очевидно, что недостатком системы, описанной в ЕР 3148853, является только одно общее значение давления экстренного торможения для всех тормозных цилиндров ТЦ1…ТЦN

На железнодорожном транспорте существуют ситуации, в которых тормозная система должна создавать разные давления экстренного торможения для каждого тормозного цилиндра ТЦ1….ТЦN. В качестве неисключительного примера ситуации, где требуются разные давления экстренного торможения, можно указать сцепку из моторизованного и буксируемого вагонов или двухсекционный вагон на общей тележке Якобса, для которых в системе по патенту ЕР3148853 цилиндры ТЦ1….ТЦN сводятся к двум каналам давления ТЦ1 и ТЦ2. В обоих случаях два вагона обычно имеют разную тормозную массу, в том числе и в случае экстренного торможения. Но при разных массах описанная в ЕР 3148853 система, создающая одинаковые значения экстренного торможения для обоих каналов ТЦ1 и ТЦ2, уже не годится.

Одним из возможных решений в таких случаях было бы дублирование устройства ВУ для каждого устройства УУТ1 и УУТ2 с тем, чтобы каждое устройство ВУ1 и ВУ2 получало свое значение массы от своего датчика веса 2 на своем вагоне и вырабатывало свое давление экстренного торможения для каждого вагона и каждого соответствующего устройства УУТ1 или УУТ2.

Однако такое решение не очень выгодно, потому что оно противоречит требованиям минимальной стоимости, размеров и веса.

Другое решение могло бы заключаться в возложении непосредственно на указанные устройства УУТ1…УУN функции создания и управления пневматическим давлением экстренного торможения для каждого вагона отдельно, как требуется по стандартам EN50128 и EN50129 для устройств уровня SIL≤3.

Но это решение тоже не особенно выгодно, поскольку устройства УУТ1…УУN чрезвычайно сложны ввиду выполнения ими и других функций, помимо создания эксплуатационного тормозного давления, в частности, защиты от юза, диагностики и последовательной связи по сложным протоколам типа Ethernet. Такое усложнение аппаратного и программного обеспечения приводило бы к неоправданно высоким затратам, если бы его разработка проводилась в соответствии с уровнями безопасности SIL≤3 по стандартам EN50128 и EN50129.

Сущность изобретения

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание электропневматической системы управления экстренным и эксплуатационным торможением одной или нескольких единиц железнодорожного подвижного состава, которая позволила бы независимо управлять давлением экстренного торможения каждого канала, как требует уровень безопасности SIL≤3, без увеличения сложности и общей стоимости системы по сравнению с системами, аналогичными описанной, например, в патенте ЕР 3148853.

Дополнительно такая система могла бы создавать общее для всех каналов давление экстренного торможения в случае локального отказа одного из компонентов системы.

В одном из аспектов изобретения вышеупомянутые и другие технические результаты и преимущества достигаются за счет использования электронной системы управления экстренным торможением железнодорожного транспортного средства, имеющей характеристики, определенные в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные формы реализации изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения, которые являются неотъемлемой частью настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Ниже описаны функциональные и конструкционные характеристики некоторых предпочтительных вариантов реализации электронной системы управления экстренным и эксплуатационным торможением по настоящему изобретению. Описание дано со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых:

- фиг. 1 в упрощенном виде показывает интегрированную пневматическую систему экстренного и эксплуатационного торможения, описанную в патенте ЕР 3148853 предшествующего уровня техники;

- фиг. 2 показывает возможное, но не исключительное альтернативное решение для устройства УЭПУ;

- фиг. 3 показывает первый вариант реализации электронной системы управления экстренным и эксплуатационным торможением в соответствии с настоящим изобретением;

- фиг. 4 иллюстрирует второй вариант реализации электронной системы управления экстренным и эксплуатационным торможением в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 5 в упрощенном виде иллюстрирует пневматические устройства МЭПУ, выполненные в соответствии с дополнительным иллюстративным решением, описанным в патенте ЕР 3148853 прежнего уровня техники;

- фиг. 6 в упрощенном виде показывает пневматические устройства МЭПУ, выполненные в соответствии с еще одним дополнительным иллюстративным решением, описанным в патенте ЕР 3148853 прежнего уровня техники.

Подробное описание

Перед подробным объяснением множества вариантов осуществления изобретения следует уточнить, что изобретение не ограничено в его применении подробностями конструкции и конфигурацией компонентов, представленных в последующем описании или показанных на чертежах. Изобретение может предполагать другие варианты осуществления и может быть реализовано или достигнуто, по существу, разными способами. Следует также понимать, что фразеология и терминология имеют описательные цели и не должны рассматриваться как ограничивающие. Термины «включать» и «содержать», как и всевозможные их вариации, следует понимать как вхождение элементов, о которых идет речь, и их эквивалентов в состав наряду с другими элементами и их эквивалентами.

На фиг. 3 представлена электропневматическая система 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением одной или нескольких единиц железнодорожного подвижного состава, содержащей множество вагонов, согласно первому варианту реализации изобретения.

Эта электропневматическая система 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением содержит множество электропневматических модулей 311, 311',… 311n генерации тормозного давления, предназначенных для создания соответствующих тормозных давлений 309, 309', … 309n для соответствующих тормозных устройств 310, 310', … 310n.

Эти электропневматические модули 311, 311', … 311n генерации тормозного давления питаются сжатым воздухом 304, поступающим, например, из некоего вспомогательного бака, не показанного на фиг. 3.

Каждый электропневматический модуль 311, 311', … 311n генерации тормозного давления может быть реализован, например, точно так же, как базовый вариант реализации электропневматических модулей УЭПУ, показанных на фиг. 1.

Иное исполнение электропневматических модулей 311, 311',… 311n генерации тормозного давления может совпадать, например, с альтернативным вариантом реализации электропневматических модулей УЭПУ, показанным на фиг. 2: это те же модули УЭПУ, но с электромагнитными клапанами 200 и 201, которые служат для прямого наполнения и опорожнения соответствующих цилиндров ТЦ. Посредством соответствующего кодирования сигналов управления электромагнитными клапанами 200 и 201 электронный блок БУТ может увеличивать, поддерживать или сбрасывать давление непосредственно в тормозных цилиндрах ТЦ.

На фиг. 3 управление электромагнитными клапанами (не показанными на фиг. 3) внутри каждого электропневматического модуля 311, 311', … 311N генерации тормозного давления обеспечивается двумя или более парами электрических сигналов 312, 312', … 312n. Функциональный режим указанных электромагнитных клапанов аналогичен режиму клапанов на фиг. 1 и 2 для модулей УЭПУ.

Помимо клапанов, электропневматическая система 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением содержит устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения, задачей которого является прием множества сигналов веса 302, 302', … 302n, указывающих массы соответствующих вагонов, сигнала 315 запроса экстренного торможения, предназначенного для создания запроса на экстренное торможение, и множества сигналов 313, 313', … 313n фактического давления, за которые принимаются значения тормозного давления воздуха 309, 309', … 309n, создаваемого соответствующими модулями 311, 311', … 311n генерации тормозного давления.

Упомянутые сигналы 313, 313', … 313n фактического давления могут вырабатываться, например, не показанными на фиг. 3 датчиками давления, каждый из которых рассчитан на измерение тормозного давления 309, 309', … 309n.

Сигнал 315 запроса экстренного торможения может поступать, например, из не показанного на чертежах аварийного контура единицы подвижного состава.

Упомянутое устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения, помимо основного назначения, может дополнительно генерировать множество непрерывных во времени сигналов запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n, причем каждый из упомянутых сигналов запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n вычисляется из мгновенных значений соответствующих сигналов 302, 302', … 302n весов соответствующих вагонов и заранее выбранного коэффициента сухого сцепления колеса с рельсом μ по известным специалистам формулам.

Предпочтительно, устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения, помимо приема множества сигналов веса 302, 302', … 302n, указывающих массы соответствующих вагонов, сигнала 315 запроса экстренного торможения, предназначенного для создания запроса на экстренное торможение, и множества сигналов 313, 313', … 313n фактического давления, за которые принимаются значения тормозного давления воздуха 309, 309', … 309n, создаваемого соответствующими модулями 311, 311', … 311n генерации тормозного давления, может быть также дополнительно рассчитано на прием сигнала 320 скорости, указывающего мгновенную скорость транспортного средства.

Упомянутое устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения может быть выполнено с возможностью генерировать множество непрерывных во времени сигналов 316, 316', … 316n запроса подачи давления экстренного торможения, каждый из которых вычисляется из мгновенных значений соответствующих сигналов 302, 302', … 302n весов соответствующих вагонов и заранее установленного коэффициента сухого сцепления колеса с рельсом μ, значение которого постоянно оценивается в реальном времени устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения по формуле, коэффициенты которой постоянно хранятся в энергонезависимой памяти упомянутого устройства 301 управления и контроля давления экстренного торможения, причем упомянутая формула дает значения коэффициента сухого сцепления колеса с рельсом μ как функции скорости поезда, указываемой сигналом скорости 320.

Упомянутое устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения представляет собой электронный блок.

Далее, электропневматическая система 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением содержит модуль 303 генерации давления экстренного торможения, который питается упомянутым сжатым воздухом 304, поступающим от источника питания. Этот модуль 303 генерации давления экстренного торможения предназначен для создания давления экстренного торможения 306, подаваемого на множество электропневматических модулей 311, 311', … 311n генерации тормозного давления.

Источником сжатого воздуха 304 может быть, например, дополнительный резервуар, не показанный на чертежах.

Кроме того, в электропневматическую систему 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением входит устройство 307 управления торможением, предназначенное для приема сигналов веса 302, 302', … 302n, сигнала 315 запроса экстренного торможения, сигнала 308 запроса эксплуатационного торможения, сигналов 313, 313', … 313n фактического давления и сигналов 316, 316', … 316n запроса подачи давления экстренного торможения.

Сигналы 316, 316', … 316n запроса подачи давления экстренного торможения генерируются устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения и передаются на устройство 307 управления торможением, например, но не исключительно, средствами последовательной связи или в виде набора аналоговых сигналов с модуляцией по напряжению, силе тока или ширине импульса (ШИМ).

Устройство 307 управления торможением предназначено для подачи пар сигналов управления 312, 312', … 312n. Посредством соответствующего кодирования пар сигналов управления 312, 312', … 312n устройство 307 управления торможением может увеличивать, поддерживать или уменьшать тормозные давления 309, 309', … 309n.

Как указывалось выше, увеличение, поддержание или уменьшение тормозных давлений 309, 309', … 309n может быть осуществлено путем изменения положений электромагнитных клапанов, входящих в модули 311, 311', … 311n генерации тормозного давления.

Упомянутое устройство 307 управления торможением также представляет собой электронный блок. Электронная архитектура устройства 307 управления торможением не зависит от электронной архитектуры устройства 301 управления и контроля давления экстренного торможения.

Как видно на Фиг. 3, электропневматическая система 300 управления экстренным и эксплуатационным торможением также включает в себя первое устройство 318 экстренного переключения, имеющее несколько контактных пар 317, 317', … 317n между устройством 307 управления торможением и модулями 311, 311', … 311n генерации тормозного давления.

Первое устройство 318 экстренного переключения управляется управляющим сигналом 319, генерируемым устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения.

Контактные пары 317, 317', …317n предназначены для передачи пар сигналов управления 312, 312', …312n от устройства 307 управления торможением к соответствующим модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления при замыкании, что позволяет устройству 307 управления торможением управлять упомянутыми модулями 311, 311' … 311n генерации тормозного давления путем создания, поддержания или сброса тормозных давлений 309, 309', … 309n.

При размыкании же контактные пары 317, 317', …317n блокируют передачу пар сигналов управления 312, 312', …312n от устройства 307 управления торможением к соответствующим модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления, тем самым заставляя упомянутые модули 311, 311' … 311n выдавать на линии тормозных давлений 309, 309', … 309n давление экстренного торможения 306.

В одном варианте реализации контактные пары 317, 317', … 317n первого устройства 318 экстренного переключения могут быть замкнуты устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал 315 запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения или когда сигнал 315 запроса экстренного торможения требует экстренного торможения, но сигналы 313, 313', … 313n фактического давления, указывающие значения 309, 309', … 309n тормозных давлений, уже соответствуют значениям сигнала запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n.

Контактные пары 317, 317', … 317n первого устройства 318 экстренного переключения могут быть переведены в нормально разомкнутое состояние устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал 315 запроса экстренного торможения требует экстренного торможения и значение хотя бы одного из сигналов 313, 313', … 313n фактического давления, указывающих значения 309, 309', … 309n тормозных давлений, отличается от значения соответствующего сигнала запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n. Таким образом устройство 307 управления торможением блокирует подачу сигналов управления 312, 312', … 312n на электропневматические модули 311, 311', … 311n генерации тормозного давления. Как следствие, электромагнитные клапаны модулей 311, 311 ', … 311n генерации тормозного давления принудительно переводятся в отключенное состояние и в результате вынуждены выдавать давление экстренного торможения 306, подаваемое модулем 303 генерации давления экстренного торможения, в качестве тормозных давлений 309, 309', … 309n.

В другом варианте реализации настоящего изобретения, представленном на фиг. 4, электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением может дополнительно иметь второе устройство 314 экстренного переключения, которое имеет свой набор контактных пар 330, 330', … 330n и управляется сигналом 315 запроса экстренного торможения.

Упомянутые контактные пары 330, 330', … 330n второго устройства 314 экстренного переключения находятся между устройством 307 управления торможением и модулями 311, 311', … 311n генерации тормозного давления и подключены параллельно соответствующим контактным парам 317, 317', … 317n упомянутого первого устройства 318 экстренного переключения.

Упомянутые контактные пары 330, 330', … 330n второго устройства 314 экстренного переключения замыкаются, когда сигнал 315 запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения, и переводятся в нормально разомкнутое состояние, когда сигнал 315 запроса экстренного торможения имеет значение, которое указывает на запрос экстренного торможения.

Как можно видеть на фиг. 4, замкнутое состояние контактов 330, 330', … 330n позволяет подключать пары сигналов управления 312, 312', … 312n от устройства 307 управления торможением к электропневматическим модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления, тем самым позволяя устройству 307 управления торможением увеличивать, поддерживать или уменьшать тормозные давления 309, 309', … 309n независимо друг от друга, как описано выше.

Разомкнутое же состояние контактов 330, 330', … 330n препятствует подключению пар сигналов управления 312, 312', … 312n от устройства 307 управления торможением к модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления. Тем самым блокируется управление устройством 307 управления торможением электропневматическими модулями 311, 311', … 311n генерации тормозного давления. В этом состоянии электропневматические модули 311, 311', … 311n генерации тормозного давления находятся в обесточенном состоянии, показанном на фиг. 4, и тормозные давления 309, 309', … 309n принимают значения, равные давлению экстренного торможения 306.

В этом втором варианте реализации упомянутые контактные пары 317, 317', … 317n первого устройства 318 экстренного переключения могут быть как разомкнутыми, так и замкнутыми по сигналу управления 319, если сигнал 315 запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения.

Если же сигнал 315 запроса экстренного торможения требует экстренного торможения, но сигналы 313, 313', … 313n фактического давления, указывающие значения 309, 309', … 309n тормозных давлений, уже соответствуют значениям сигнала запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n, то упомянутые контактные пары 317, 317', … 317n первого устройства 318 экстренного переключения замыкаются.

Упомянутые контактные пары 317, 317', … 317n первого устройства 318 экстренного переключения могут быть переведены в нормально разомкнутое состояние устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал 315 запроса экстренного торможения требует экстренного торможения и значение хотя бы одного из сигналов 313, 313', … 313n фактического давления, указывающих значения 309, 309', … 309n тормозных давлений, отличается от значения соответствующего сигнала запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n.

Когда же контактные пары 317, 317', … 317n замкнуты, передача пар сигналов управления 312, 312', … 312n от устройства 307 управления торможением к пневматическим модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления разрешена, так что значения сигналов запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n передаются соответствующим значениям тормозного давления 309, 309', … 309n. Следовательно, когда контактные пары 317, 317 ', … 317n разомкнуты, модули 311, 311', … 311n генерации тормозного давления принудительно переводятся в отключенное состояние, показанное на фиг. 4, и в результате вынуждены выдавать давление экстренного торможения 306, подаваемое модулем 303, в качестве тормозных давлений 309, 309', … 309n.

Первое и второе переключающие устройства 314 и 318 во всех вариантах реализации могут представлять собой, например, реле или устройства на базе твердотельных компонентов, в том числе, возможно, с применением оптронов для гальванической развязки между сигналом запроса экстренного торможения 315 и сигналами устройства 307 управления торможением.

Поскольку давление экстренного торможения 306 равно общему давлению питания всех электромагнитных клапанов, принадлежащих всем модулям 311, 311', … 311n генерации тормозного давления, максимальное давление, которое могут создавать указанные модули 311, 311', … 311n, совпадает с величиной давления экстренного торможения 306. Следовательно, учитывая также, что величина давления экстренного торможения для каждого канала торможения обычно равна максимальному значению давления эксплуатационного торможения для каждого из упомянутых каналов, давление экстренного торможения 306 должно всегда иметь значение, по меньшей мере равное или большее, чем самый высокий из запросов подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n.

Этот технический результат может быть достигнут, если модуль 303 генерации давления экстренного торможения будет иметь конструкцию, эквивалентную, например, но не исключительно, конструкции пневматических модулей МЭПУ на фиг. 1, 5 или 6.

Модуль 303 генерации давления экстренного торможения управляется устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения при посредстве сигналов управления и обратной связи 305, представленных на фиг. 1 как сигналы управления электромагнитными клапанами 5 и 7, и сигнала обратной связи, поступающего от датчика давления 9, причем указанная функция управления устроена так, чтобы иметь наготове давление экстренного торможения 306 в любой момент времени. Устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения для управления модулем 303 генерации давления экстренного торможения в любой данный момент времени принимает наибольшее из значений сигналов запроса подачи давления экстренного торможения 316, 316', … 316n за давление экстренного торможения 306, причем указанные значения вычисляются в любой момент времени для каждого веса вагона 302, 302', . 302n и, возможно, для каждого доступного максимального значения коэффициента сцепления как функции мгновенной скорости транспортного средства, указываемой сигналом скорости 320.

Упомянутый модуль 303 генерации давления экстренного торможения может представлять собой пневматический модуль на основе пневматического клапана для создания постоянного давления экстренного торможения 306.

Другим, но не последним чрезвычайно простым иллюстративным способом создания давления экстренного торможения 306 является использование в качестве модуля 303 генерации давления экстренного торможения предохранительного клапана с постоянной настройкой на давление, равное большему из возможных значений давления экстренного торможения при максимальном весе, рассчитанное на стадии проектирования системы. В таком варианте реализации изобретения сигналы управления и обратной связи 305 сводятся к простой функции обратной связи для непрерывного контроля давления 306.

Предпочтительно, чтобы достаточно простое устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения было разработано на уровне безопасности SIL≤3 по стандартам EN50128 и EN50129, а гораздо более сложное устройство 307 управления торможением было разработано на уровне безопасности SIL≥2 по стандартам EN50128 и EN50129.

Тогда, даже несмотря на низкий уровень безопасности SIL≥2 устройства 307 управления торможением и, следовательно, его непригодность для самостоятельного управления экстренным торможением, оно может осуществлять управление давлениями экстренного торможения под непрерывным контролем устройства 301 управления и контроля давления экстренного торможения, которое разрабатывается на высоком уровне безопасности SIL≤3. Как описано выше, во время экстренного торможения устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения проверяет, соответствуют ли значения тормозных давлений 309, 309', … 309n ожидаемым, то есть соответствующим значениям 316, 316', …316n, в пределах предварительно установленных допусков. Если указанные тормозные давления 309, 309', … 309n не соответствуют ожидаемым значениям, т.е. соответствующим значениям 316, 316', …316n, в пределах предварительно установленных допусков, то устройство 301 управления и контроля давления экстренного торможения «надежно» квалифицирует возможную неисправность устройства 307 управления торможением и затем «надежно» доводит тормозные давления 309, 309', … 309n до величины давления аварийного торможения 306 путем отключения первого и второго переключающих устройств 318 и 314.

Каждая из тормозных групп 310, 310', … 310n может обеспечивать торможение как разных осей, так и разных тележек одной и той же единицы подвижного состава или железнодорожного состава из нескольких единиц.

Таким образом, описанные выше варианты реализации изобретения позволяют дифференцировать выходные давления системы по весам на разных тележках даже при экстренном торможении, что соответствует общему уровню безопасности SIL≤3 благодаря непрерывному контролю и наличию запасного решения на случай отказа устройства 307 управления торможением, реализуемому устройством 301 управления и контроля давления экстренного торможения, которое само по себе рассчитано на работу с уровнем безопасности SIL≤3.

Были описаны различные аспекты и варианты реализации электропневматической системы управления экстренным и эксплуатационным торможением одной или нескольких единиц железнодорожного подвижного состава согласно настоящему изобретению. Предполагается, что каждый вариант реализации может быть объединен с любым другим вариантом реализации. Кроме того, изобретение не ограничено описанными вариантами реализации, но может варьироваться в рамках, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Описана электропневматическая система (300) управления экстренным и эксплуатационным торможением, включающая: модули генерации тормозного давления, создающие тормозные давления для тормозных групп; устройство управления и контроля давления экстренного торможения, которое принимает сигналы веса, сигнал запроса экстренного торможения, сигналы фактического давления и выдает сигналы запроса экстренного торможения; модуль генерации давления экстренного торможения, генерирующий давление экстренного торможения; устройство управления торможением, которое выдает пары сигналов управления для создания соответствующих тормозных давлений как функции сигнала запроса эксплуатационного торможения и сигналов веса, когда сигнал запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения, и создания тормозных давлений как функции сигналов запроса подачи давления экстренного торможения, когда сигнал запроса экстренного торможения указывает на запрос экстренного торможения; первое устройство экстренного переключения с контактными парами, которые позволяют при замыкании подключать пары сигналов управления от устройства управления торможением к модулям генерации тормозного давления, а при размыкании отключать эти пары сигналов управления от модулей генерации тормозного давления. Технический результат – повышение безопасности при экстренном и эксплуатационном торможении. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электропневматическая система управления (300) экстренным и эксплуатационным торможением, в частности по меньшей мере для одного железнодорожного транспортного средства, содержащего множество тележек, отличающаяся тем, что она включает:

- множество модулей (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления, питаемых сжатым воздухом (304) и предназначенных для создания множества соответствующих тормозных давлений (309, 309', … 309n) для соответствующих тормозных групп (310, 310', … 310n);

- устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения, задачей которого является прием множества сигналов веса (302, 302', … 302n), указывающих вес, который несет каждая тележка, сигнала (315) запроса экстренного торможения, предназначенного для создания запроса на экстренное торможение, и множества сигналов (313, 313', … 313n) фактического давления, за которые принимаются значения тормозного давления (309, 309', … 309n), создаваемого соответствующими модулями (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления;

причем указанное устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения представляет собой электронную архитектуру;

причем упомянутое устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения может генерировать множество непрерывных во времени сигналов запроса экстренного торможения (316, 316', … 316n), указывающих значения запрашиваемого давления экстренного торможения для соответствующих модулей генерирования тормозного давления (311, 311', … 311n);

- модуль давления экстренного торможения (303), питаемый сжатым воздухом (304) и предназначенный для создания давления экстренного торможения (306), подаваемого на модули (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления;

- устройство (307) управления торможением, предназначенное для приема множества сигналов веса (302, 302', … 302n), сигнала запроса экстренного торможения (315), сигнала запроса эксплуатационного торможения (308), предназначенного для указания уровня запроса эксплуатационного торможения, сигналов фактического давления (313, 313', … 313n), множества сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316', … 316n), вырабатываемых устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения и предназначенных для указания запрашиваемых значений давления экстренного торможения для каждого модуля (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления;

причем упомянутое устройство (307) управления торможением способно вырабатывать множество пар сигналов управления (312, 312', … 312n), посредством которых управляют соответствующими модулями (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления, создающими соответствующие тормозные давления (309, 309', … 309n) в зависимости от значения сигнала запроса эксплуатационного торможения (308) и соответствующих сигналов веса (302, 302', … 302n), когда сигнал запроса экстренного торможения (315) не требует экстренного торможения, и создающими тормозные давления (309, 309', … 309n) в зависимости от значений сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316',.. 316n), когда сигнал запроса экстренного торможения (315) требует экстренного торможения; при этом упомянутое устройство (307) управления торможением представляет собой электронный блок с архитектурой, не зависящей от архитектуры электронной части устройства (301) управления и контроля давления экстренного торможения;

- первое устройство (318) экстренного переключения, содержащее множество контактных пар (317, 317', … 317n) между устройством (307) управления торможением и модулями (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления и управляемое сигналом управления (319), генерируемым устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения;

причем контактные пары (317, 317', … 317n) предназначены для передачи пар сигналов управления (312, 312',...312n) от устройства (307) управления торможением к соответствующим модулям (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления при замыкании, что позволяет устройству (307) управления торможением управлять упомянутыми модулями (311,311' … 311n) генерации тормозного давления путем создания, поддержания или сброса тормозных давлений (309, 309', … 309n);

причем при размыкании контактные пары (317, 317', …317n) блокируют передачу пар сигналов управления (312, 312', …312n) от устройства (307) управления торможением к соответствующим модулям (311, 311', … 311n) генерации тормозного давления, тем самым заставляя упомянутые модули (311, 311'…311n) выдавать на линии тормозных давлений (309, 309', … 309n) давление экстренного торможения (306).

2. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по п. 1,

- отличающаяся тем, что контактные пары (317, 317 ', … 317n) первого устройства (318) экстренного переключения переводятся в замкнутое состояние устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения или когда сигнал (315) запроса экстренного торможения требует экстренного торможения, но сигналы (313, 313', … 313n) фактического давления, указывающие значения (309, 309', … 309n) тормозных давлений, уже соответствуют значениям сигнала запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316', … 316n);

- отличающаяся тем, что контактные пары (317, 317', … 317n) первого устройства (318) экстренного переключения могут быть переведены в нормально разомкнутое состояние устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения требует экстренного торможения и значение хотя бы одного из сигналов (313, 313', … 313n) фактического давления, указывающих значения (309, 309', … 309n) тормозных давлений, отличается от значения соответствующего сигнала запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316', … 316n).

3. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по п. 1, дополнительно включающая второе устройство (314) экстренного переключения, которое имеет свой набор контактных пар (330, 330', … 330n) и управляется сигналом (315) запроса экстренного торможения;

причем упомянутые контактные пары (330, 330', … 330n) второго устройства (314) экстренного переключения находятся между устройством (307) управления торможением и модулями (311,311', … 311n) генерации тормозного давления и подключены параллельно соответствующим контактным парам (317, 317', … 317n) упомянутого первого устройства (318) экстренного переключения;

причем упомянутые контактные пары (330, 330', … 330n) второго устройства (314) экстренного переключения замыкаются, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения, и переводятся в нормально разомкнутое состояние, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения имеет значение, которое указывает на запрос экстренного торможения;

причем упомянутые контактные пары (317, 317', … 317n) первого устройства (318) экстренного переключения могут быть как разомкнутыми, так и замкнутыми по сигналу управления (319), если сигнал (315) запроса экстренного торможения не требует экстренного торможения;

причем указанные контактные пары (317, 317', … 317n) первого устройства (318) экстренного переключения замыкаются, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения требует экстренного торможения, но сигналы (313, 313', … 313n) фактического давления, указывающие значения (309, 309', … 309n) тормозных давлений, уже соответствуют значениям сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316', … 316n);

причем контактные пары (317, 317', … 317n) первого устройства (318) экстренного переключения переводятся в нормально разомкнутое состояние устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения, когда сигнал (315) запроса экстренного торможения требует экстренного торможения и значение хотя бы одного из сигналов (313, 313', … 313n) фактического давления, указывающих значения (309, 309', … 309n) тормозных давлений, отличается от соответствующего значения среди сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316', … 316n).

4. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что упомянутый модуль (303) генерации давления экстренного торможения представляет собой пневматический модуль на основе пневматического клапана для создания постоянного давления экстренного торможения (306).

5. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что упомянутый модуль (303) генерации давления экстренного торможения представляет собой пневматический модуль на основе пневматического клапана для создания постоянного давления экстренного торможения (306), равного давлению экстренного торможения для той из находящихся под управлением тележек, которая несет наибольший допустимый вес.

6. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что упомянутый модуль (303) генерации давления экстренного торможения представляет собой электропневматический модуль, предназначенный для генерации величины давления экстренного торможения (306) как функции сигналов управления и обратной связи (305), генерируемых устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения; причем обмен упомянутыми сигналами управления и обратной связи (305) осуществляется между устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения и упомянутым электропневматическим модулем (303) генерации давления экстренного торможения.

7. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что упомянутая величина давления экстренного торможения (306) вычисляется устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения в реальном времени по наибольшему из сигналов веса (302, 302', … 302n) и заранее выбранному коэффициенту сухого сцепления колеса с рельсом μ, характеризующему контакт между колесом и рельсом.

8. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по п. 6, отличающаяся тем, что упомянутая величина давления экстренного торможения (306) вычисляется устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения в реальном времени по наибольшему из сигналов веса (302, 302', … 302n) и коэффициенту сухого сцепления колеса с рельсом μ, рассчитываемому в реальном времени устройством (301) управления и контроля давления экстренного торможения как функции мгновенного значения скорости транспортного средства, указываемого сигналом скорости (320).

9. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что каждая из тормозных групп (310, 310', … 310n) тормозит разные оси одной и той же единицы железнодорожного транспортного средства.

10. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что каждая из тормозных групп (310, 310', … 310n) обеспечивает торможение разных тележек одной и той же единицы железнодорожного транспортного средства или железнодорожного состава из нескольких единиц.

11. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что упомянутое устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения разработано на уровне безопасности SIL≤3 по стандартам EN50128 и EN50129.

12. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что упомянутое устройство (307) управления торможением разработано на уровне безопасности SIL≥2 по стандартам EN50128 и EN50129.

13. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первое устройство экстренного переключения (318) и/или второе устройство экстренного переключения (314) выполнено или выполнены на основе реле или твердотельных компонентов.

14. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения передает значения сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316',....316n) устройству (307) управления торможением по каналу последовательной связи.

15. Электропневматическая система управления экстренным и эксплуатационным торможением транспортного средства по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что устройство (301) управления и контроля давления экстренного торможения передает значения сигналов запроса подачи давления экстренного торможения (316, 316',… 316n) устройству (307) управления торможением в виде набора аналоговых дискретных сигналов с модуляцией по напряжению, силе тока или ширине импульса (ШИМ).