KBGM模拟式电气指令制动系统

KBGM模拟式电气指令制动系统（精选5篇）

KBGM模拟式电气指令制动系统 第1篇

第5章 KBGM模拟式电气指令制动系统

上海地铁DC01型列车采用德国克诺尔(KNORR)制动机公司生产的KBGM模拟式电气指令制动系统。该系统用一条列车线贯通整列车，形成连续回路，其电气指令采用脉冲宽度调制(PWM)，能进行无级控制。它的制动方式有三种，即再生制动、电阻制动和空气(摩擦)制动，分别为第一、第二和第三优先制动。

当列车开始制动时，首先是动力制动，即再生制动和电阻制动。电阻制动是承担不能再生的那部分制动电流。如果再生制动失败，则由电阻制动承担全部动力制动。再生制动电流加上电阻制动电流等于制动控制要求的总电流。当列车速度降低到10 km/h以下时，动力制动将被全部切除，所有给定的制动力全由空气制动提供。

列车早期编组为6节，即A—B—C—B—C—A，其中A为无动力的拖车，B为动车，C为带制动空气压缩机组的动车；后期编组为8节，即A—B—C—B—C—B—C—A。

图5-1是上海地铁DC01型列车使用的KBGM模拟式电气指令制动系统，它由供气单元、制动控制单元(BCU)、微机制动控制系统(MBCU)、防滑系统和单元制动机五个部分组成。

5-1 模拟空气制动及供气系统 5.1 供气单元

供气单元主要由VV230／180—2型活塞式空气压缩机组A1、单塔空气干燥器A7和多个风缸组成。空气压缩机组和空气干燥器只在C车上安装，即一个6节编组列车有2套供气机组，而一个8节编组列车则有3套供气机组。其他每节车，无论拖车还是动车，都装有4个风缸，即250 L总风缸、100 L的空气悬挂系统(空气弹簧)风缸、50 L制动储风缸和50 L客室风动门风缸。在每个C车上另外还有一个50I。的用于空气干燥器的再生风缸。

由图5-1可见，空气压缩机组A1要为每个车组(A—B—C或B—C)提供足够的所需的干燥压力空气，在供气过程中由安全阀A6和压力继电器(气一电开关)A13对空气压力进行监控。安全阀的锁定值为l 000 kPa；压力继电器是空气压缩机组电动机的控制元件，它的开启压力为700 kPa，切断压力为850 kPa。整个供气系统除了为空气制动供气外，还为受电弓升降、客室气动门、空气悬挂系统和刮雨器等提供压缩空气。

单塔空气干燥器A7输出的压力空气通过单向阀A14和总风管到达每辆车的总风缸A9、制动储风缸B4、空气弹簧风缸和客室车门风缸。司机室驾驶台上的双针压力表B29用白色和红色指针分别显示总风管压力和制动缸压力。

在空气制动系统中，由制动储风缸进入制动控制单元B6的压力空气，在微处理机和制动控制单元的控制下，进入各个单元制动机，中间要经过数个截断塞门B9和排气(防滑)阀G1等。排气阀仅受微处理机的防滑系统控制，在制动和缓解过程中，排气阀仅作为进出制动缸的压力空气的通道而已，不产生任何动作。

此外，总风管还通过截断塞门B2、减压阀B12、电磁阀B19及双向阀B20通向具有弹簧(停车)制动器的单元制动机C3。这条通路是由司机在驾驶室内操纵电磁阀B19来控制停放制动的施行或缓解的，而双向阀B20的另一端与一般的单元制动机C1相连，这主要是为了防止通常制动与停放制动同时施加而造成制动力过大的安全回路。

5.2 制动控制单元

制动控制单元(BCU)是电控制动的核心，主要由模拟转换阀(EP阀)、紧急阀、称重阀和中继阀等组成，如图5-2所示。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，如同电子分立元件安装在一块印刷线路板上。同时，气路板上装置了一些测试接口，如果要测量各个控制压力和制动缸压力，只需在气路板上测试，操作简便。此气路板被安装在车底的箱体里，打开箱盖便可以进行整机或部件的测试、检修。

5-2 BCU气路图

5.2.1 模拟转换阀

模拟转换阀又称为电-气转换阀或EP阀，是由一个电磁进气阀(类似控导阀)、一个电磁排气阀和一个气-电转换器组成，如图5-3所示。当电磁进气阀的励磁线圈接收到微处理机要求提供摩擦制动的电指令时，吸开阀芯，使R口引入的制动储风缸的压力空气通过该进气阀转变成与电指令要求相符的压力，即预控制压力Cv1，并送往紧急阀(通过它的旁路)。与此同时，具有Cv1的压力空气也送往气电转换器和电磁排气阀。气-电转换器将压力信号转换成相对应的电信号，马上反馈送回微处理器，让微处理器将此信号与制动指令比较。如果信号大于制动指令，则关小进气阀并开启排气阀；如果信号小于制动指令，则继续开大进气阀，直到预控制压力Cv1与制动电指令的要求相符为止。从模拟转换阀出来的Cv1压力空气通过气路板内的气路进入紧急阀的A2口。

5-3 模拟转换阀

l-气电转换器；2-电磁排气阀；3-电磁进气阀(图示线圈处于励磁状态)；4-阀座；5-阀；6-弹簧；7-阀体；R-由制动储风缸引入压力空气；Cvl-预控制压力空气引出；D-排气口

5.2.2 紧急阀

5-4 紧急阀两种工况

Al-通制动储风缸；A2-通模拟转换阀；A3-通称重阀；A4-控制空气的通路；O-排气口 紧急阀实际上是一个二位三通电磁阀，它有三个通路：A1与制动储风缸相连接，A2与模拟转换阀输出口相连接，A3与称重阀的进口相连接。在紧急制动时，紧急阀不励磁（如图5-4(a)所示），滑动阀受弹簧压力滑向右侧，使制动储风缸与称重阀直接相通，而切断模拟转换阀与称重阀的通路，使压力空气直接通过称重阀作用在单元制动机上。在常用制动时，紧急阀励磁（如图5—4(b)所示），滑动阀受控制空气压力滑向左侧，使模拟转换阀与称重阀相通，而切断与制动储风缸的通路，这时预控制压力Cv1越过模拟转换阀而直接进入称重阀。当预控制压力Cv1经过紧急阀时，由于阀的通道阻力使预控制压力略有下降，这个从紧急阀输出的预控制压力称为Cv1。同样，Cv1压力空气通过气路进人称重阀。

5.2.3 称重阀

5-5 称重阀

1-螺盖；2-阀体；3-从动活塞；4-K形密封圈；5-膜板；6-活塞；7-调整螺钉；8-支点滚轮；9-杠杆；10-调整螺钉；11-管座；12-弹簧；13-空心杆；14-活塞；15-膜板；16-橡胶夹心阀；17-充气阀座；18-排气阀座；19-弹簧；20-调整螺钉；

称重阀即空重车调整阀，为杠杆膜板式。称重阀主要用来限制过大的制动力。由于模拟转换阀输出的预控制压力Cv1受微处理器的控制，而微处理器的制动指令本身又是根据车辆的负载、车速和制动要求而给出的。因此，在常用制动中称重阀几乎不起作用，仅起预防作用，预防模拟转换阀控制失灵。而称重阀主要作用是在紧急制动时，压力空气是从制动储风缸直接经紧急阀到达称重阀，中间未受模拟转换阀的控制，而紧急阀也仅仅作为通路的选择，不起压力大小的控制作用。因此，在紧急制动时，预控制压力只受称重阀的限制，即为最大的预控制压力如图5-5所示。

称重阀由左侧的负载指令部、右侧的压力调整部和下方的杠杆部组成。与车辆负载(车重)成正比的由空气弹簧所输出的具有一定压力的压力空气，经称重阀管座的接口T、阀内通路冲入活塞和膜板的上腔，在活塞和膜板上形成向下的力，该力通过与活塞连接的作用杆作用在杠杆的左端。

杠杆的支点滚轮的位置可通过调整螺钉进行调整，从而改变力臂a、b的大小。由于杠杆左端受力，通过杠杆右端及空心杆的上移，使橡胶夹心阀离开其充气阀座而被顶开，于是，具有预控制压力Cv2的压力空气经开启的夹心阀阀口充入活塞和膜板的上腔，当作用在活塞和膜板上的向下作用力达到某一值，从而使杠杆处于平衡状态时，夹心阀阀口关闭，活塞和膜板上的空气压力为预控制压力Cv3并经管座的接口及气路板内的通路引向中继阀，Cv3作为中继阀动作的控制压力。

5.2.4 中继阀

图5-6 中继阀功能示意图

1-阀体；2、3、9-K形密封圈；4-弹簧；5-空心导向杆；6-活塞；7-阀底座；8-膜板； BP-安装座；C-接口，通向各个单元制动缸；Cv-来自称重阀的预控制压力(空气)；

D1、D2-节流孔；O-排气口；R-接口，通向制动储风缸；Vl、V2-橡胶阀； 中继阀结构如图5-6所示。从称重阀经节流孔进人中继阀的Cv压力空气，推动具有膜板的活塞上移，首先关闭了通向制动缸的排气阀口(下方的橡胶阀面与排气阀座紧密贴合)，然后进一步打开吸气阀(上方的橡胶阀面离开进气阀座)，使制动储风缸经接口R进人中继阀的压力空气通过该开启的吸气阀口，经接口C充入各单元制动缸，产生制动作用。从上述介绍中可以看出，中继阀能迅速进行大流量的充、排气。大流量压力空气的压力变化是随预控制压力Cv的变化而变化的，并且互相问的压力传递比为1：1，即制动缸压力与Cv相等。因此，我们可以把中继阀看作是一个气流放大器，相当于电子电路中的一个电流放大器。当经过节流孔反馈到膜板活塞上腔C的制动缸压力与膜板活塞下腔的Cv压力相等时，吸气阀口关闭。

如果Cv压力空气消失，中继阀活塞在其上方的制动缸压力空气作用下向下移动，于是空心导向杆的下橡胶阀面离开排气阀座，排气阀口开启，使各单元制动缸中的压力空气经开启的排气阀口、空心导向杆中空通路及排气口O排入大气，列车得到缓解。

制动控制单元BCU各部件在气路板上的安装位置如图5-7所示。

5-7图

BCU各部件在气路板上的安装位置图

5.2.5 停放脉冲阀

停放脉冲阀是先导控制的二位五通阀(R、A、P、B、S)，用于气电控制回路中，如果电脉冲被触发，则控制腔充气或排气，或按照顺序交替进行。例如，用于单作用风缸或双作用风缸(操作弹簧驻车制动，控制门风缸等)。其作用原理是：当阀磁铁1和阀磁铁2失电时，城轨车辆处在缓解位，即电磁铁断电，活塞总是处于一个端部位置(如图5-8所示，活塞处于左端)。进气口P和排气口A形成通路。

当阀磁铁1得电时，控制空气经阀座5到活塞，使活塞移到右端位。当电脉冲终止时，衔铁同其底座被弹簧压在阀座5上，流进活塞的控制空气被切断，活塞仍留在原处(右端位)。操作气流A经排气口R排人大气。当阀磁铁得电时，压力空气驱动活塞运动到左端位。当断电情况下，可以手动操作脉冲电磁阀，按下按钮到停止位，使活塞移到左右两端中的一端，松开手后，按钮复原，活塞停留在原处。

图5-8 脉冲电磁阀 1、2-阀用电磁铁；

3、4-阀盖；

5、6-阀座；

7、8-手动操作按钮；9-弹簧； 10-K形密封环；11-活塞；12-底阀；A、B-用气设备接口；O-排气口；

P-压缩空气接口；R、S-排气口

5.3 微机制动控制系统

制动控制系统有一个用于控制电空制动和防止车轮滑行控制的微处理机，常称为制动微机控制单元(ECU)。它是空气制动管路控制的核心。制动实施时，它接收各种与制动有关的信号(如制动指令值PWM信号、电制动实际值信号、载荷信号等)，计算出一个当时所需空气制动力的制动指令，并将其输出给BCU。同时ECU还实时监控每根轴的转速，一旦任一轮对发生滑行，能迅速向该轮轴的防阀阀(G01)发出指令，沟通制动缸与大气的通路，使制动缸迅速排气，从而解除该轮对的滑行现象，实现ECU对各轮对滑行的单独保护控制。此外，制动微处理机控制系统还具有本车的控制系统故障自诊断功能和故障储存功能。制动微处理机控制系统对每一辆车都是独立的。

ECU的基本功能：实现了与列车制动相关的各项功能，包括：制动力的计算和分配、保压制动的触发、快速制动指令、制动指令值PWM信号、载荷压力信号、跃升元件触发器、冲击极限、防滑控制等。

5.3.1 电空制动控制信号

整个制动装置的控制采用二级控制，简述为“电控制空气，空气再控制空气”。即为“电子控制单元”控制“气路控制单元”，控制空气再控制执行空气。电空制动控制系统方框图如5-9所示，图中输入信号的功能如下：

图5-9 电空制动控制系统原理图

（1）制动指令：此指令是微机根据变速制动要求，即司机施行制动的百分比（全常用制动为100％）所下达的指令。

（2）制动信号：这是制动指令的一个辅助信号，它表示运行的列车即将要制动。（3）负载信号：这个信号来自于空气弹簧。

（4）电制动关闭信号：此信号为信息信号，它的出现就意味着空气制动要立即替补即将消失的电制动。（5）紧急制动信号：这是一个安全保护信号，它可以跳过电子制动控制系统，直接驱动制动控制单元（BCU）中的紧急阀动作，从而实施紧急制动。（6）保持制动（停车制动）：这个信号能防止车辆在停车前的冲动，能使车辆平稳地停止。

第一阶段：

当列车车速低于10km/h时，保持制动开始接受摩擦制动力，而电制动逐步消失。

在保持制动出现后，电制动的减小延迟0.3s。动车和拖车的摩擦制动力只可达到制动指令的70％。第二阶段：

当车速低于4km/h时，一个小于制动指令的保持制动级开始实施，即瞬时地将制动缸压力降低。这个保持制动的级取决于制动指令，这个制动级与时间有关，由停车检测根据最初的状态来决定。

第三阶段：

由停车检测和保持制动信号共同产生一个固定的停车制动级，这个固定的制动级经过负载的修正且与制动指令无关。

停车制动的制动级只能随保持制动信号的消除而消除。

5.3.2 电空制动控制原理

电空制动控制原理当微处理机根据制动要求而发出制动指令时，伴随着也出现制动信号，此信号使开关线路R1导通，这样，制动指令就能通过R1和R2到达冲动限制器，以让其检测减速度的变化率是否过大。通过冲动限制器后的制动指令立即又到达负载补偿器，此补偿器实际就是一个负载检测器。它根据负载信号储存器中所储存的负载大小，检测制动指令的大小，然后将检测调整好的指令送至开关线路R3。为了防止制动力过大，R3只有当电制动关闭信号触发下才导通，否则是断开的。通过R3的指令又被送至制动力作用器(这里的制动力还是电信号)，中途还经过R4。制动力作用器将指令信号转化为制动力。为了缩短空走时间。作用器的初始阶段有一段陡峭的线段，然后再转向较平坦斜线平稳的上升，直至达到指令要求。从作用器出来的电信号被送至电—气转换器。这个转换器是将电信号转换成控制电流，再由这个控制电流去控制制动单元BCU中的模拟转换阀，并且接受模拟转换阀返馈回来的电信号，从而进一步调整控制电流，这就完成了微处理机对BCU的控制。在这过程中，电—气转换器并没有真正将电信号(弱电)转换成控制空气压力，而是控制BCU中的模拟转换阀。当然在列车速度低于4km/h时，制动指令将被保持制动的级(与制动指令相对应)所替代。

当列车需要施行常用全制动(即100％制动指令)和紧急制动时，最大常用制动信号或紧急制动信号可触发一个旁路或门电路，使它输出一个高电频来驱动开关电路R4，使制动作用器直接接受负载储存器的信号，从而大大缩短信号传输时间，并使电—气转换器工作。

需要补充说明的是：制动作用器初始阶段有一段陡峭线段，这是由于跃升元件所导致的。跃升元件是一个非稳态触发器，它可由电制动关闭信号、制动信号及制动指令信号中的任意一个信号将其触发，使它输出一个高电频。同样，这个高电频也可使旁路或门电路触发输出一个高电频，从而使R4动作，导致负载作用器直接接收负载信号，产生了一段陡峭的线段。

5.4 空气制动制动系统作用原理

空气制动系统的主要作用是将来自微处理制动控制系统MBCU(B5／G2)的电子模拟信号通过B6制动控制单元中的模拟转换阀转换成一个与其相对应的预控制(空气)压力，这个预控制压力是呈线性变化的，以后还受到称重阀和防冲动检测装置的检测和限制，最后使制动缸C1和C3获得符合制动指令的空气制动压力。

制动控制单元的工作原理如图5-10所示。

图5-10 空气制动的工作原理图

一、常用制动

当模拟转换阀的电磁进气阀的励磁线圈接收到摩擦制动的电指令时，吸开阀芯，使压力空气从制动储风缸接口R进入模拟转换阀，并通过该进气阀转变成与电指令要求相符的压力，即预控制压力Cv1。由于是常用制动，这时紧急阀处于励磁工况，滑动阀在左侧，接口A2和A3导通，Cv1经紧急阀成为Cv2由接口A3进入称重阀。称重阀根据车辆负载对Cv2再次进行

调整，输出预控制压力Cv3。Cv3进人中继阀后推动具有膜板的活塞上移，打开进气阀，使制动储风缸经接口R进人中继阀的压力空气通过该开启的进气阀口，经输出口C充人各单元制动机的制动缸，产生制动作用。

同样，制动缓解指令也由微处理机发出，模拟转换阀接到缓解指令后，将其电磁排气阀打开，使预控制压力Cv1通过此阀向大气排出。Cv2、Cv3压力空气也都在紧急阀和称重阀输出口消失，中继阀活塞向下移动，排气阀口开启，使各单元制动缸中的压力空气经开启的排气阀口和空心导向杆中空通路及排气口O排人大气，列车得到缓解。

二、紧急制动

紧急制动时，紧急阀处于不励磁工况，滑动阀在右侧，接口A1和A3导通，从制动储风缸接口R传来的压力空气绕过模拟转换阀直接进人称重阀。称重阀根据车辆负载输出最大预控制压力，进人中继阀后使制动储风缸的压力空气通过该开启的进气阀口和输出口C充入各单元制动机的制动缸，产生紧急制动作用。

5.5 防滑控制系统

防滑系统是制动控制系统的一部分，牵引微机控制单元DCU(用于电制动)和制动微机控制单元ECU(用于空气制动)均有独立的防滑控制系统，在常用制动、快速制动和紧急制动状态下，防滑控制系统均处于激活状态。下面介绍制动微机控制单元ECU的组成和工作原理，防滑系统由防滑电磁阀(G01)、控制中央处理器(G02)、速度传感器(G03.1、G03.2)和测速齿轮(G04)等部件组成。

如图5-11所示，在每根车轴上都设有一个对应的防滑电磁阀G01(也称排放阀)，它们由ECU防滑系统所控制。当某一轮对上的车轮的制动力过大而使车轮滑行时，防滑系统所控制的、与该轮对对应的防滑电磁阀G01迅速沟通制动缸与大气的通路，使制动缸迅速排气，从而解除了该车轮的滑行现象。该系统通过G03.1、G04、G05始终监视着同一辆车上四个轮对的转速，并对应着四个对应的防滑电磁阀G01。防滑系统有一安全回路，当防滑阀被激活超过一定时间(如5s)时，安全回路起作用，取消防滑控制，并产生一故障信号。

防滑系统用于车轮与钢轨粘着不良时，对制动力进行控制。作用如下： ——防止车轮即将抱死。——避免滑动。

——最佳地利用粘着，以获得最短的制动距离。

图5-11 防滑控制原理图

防滑系统控制车轮的线速度。当粘着不良时，列车的速度和车轮的速度之间将产生一个速度差。防滑系统就是应用这个量对防滑电磁阀G01进行控制从而达到控制车辆的滑行和减速度。具体的控制原理如下：

如图5-12所示，列车启动后，防滑系统就对每个轮对的速度不断进行检测，然后形成一个参考速度以取代列车真实速度，并用防滑电磁阀G01来控制车辆的滑行和减速度。利用速度传感器测得的轮对的速度和减速度与设定的标准相比较，并与防滑电磁阀的实际指令形成一个筛选矩阵。

图5-12 轮轴速度曲线和滑动区域图

滑动标准值Vl、„、Vn与某一个相关的参考速度有关，车轮轮径变化的范围内提供一个滑动区域带，而选择的减速度是确定的。当车轮在粘着不良的区域内，防滑系统要能有效地减小制动力，在这种情况下筛选矩阵可产生一个相对于防滑电磁阀G01的某一个实际指令(即使电磁阀励磁排气的指令)，这样就使相应轴的制动力减小，而其轴速度上升。当轴速度经过一段时间上升到矩阵的另一个开启元素(包含另一个实际指令)时，电磁阀失电，则制动力将会增加。

当选择的矩阵元素刚好在参考速度以下的波谷时，则是滑动最小。由于轮对踏面加工直径和磨耗的差别，轮对的线速度有相差，所以在防滑系统中设置了人工的轮径调整装置。这个装置就是5个开关，利用这些开关分合的不同位置，将车轮直径分成32挡(3mm为一挡)。将每辆车的1位轴调整到它的规定标准，而其他轴也将会根据轴端的速度传感器传出的速度信号进行自动调整。

参考速度是：在牵引时取4根轴中的最大速度，在制动时则取最小速度，然后让其余3根轴的速度与其比较，以确定牵引时的空转和制动时滑行，从而防滑控制系统将分别切断牵引回路的电源和打开制动缸的排气阀，以分别消除空转和滑行现象。

5.6 本章小结

本章主要是以克诺尔公司的KBGM模拟式电气指令制动系统。克诺尔电空制动机在我国城轨车辆中的运用占了很大的比例。克诺尔电空制动机控制部分是制动装置的核心，由带有防滑控制的供气单元、制动微机控制单元、制动控制单元等组成。制动微机控制单元是一个用于控制电空制动和防止车轮滑行的微处理机。制动控制单元主要由模拟转换阀、紧急电磁阀、称重阀、均衡阀等组成。

KBGM模拟式电气指令制动系统 第2篇

关键词：工程机械,电气系统,装载机,试验台

1概述

近年来,随着我国经济的持续发展和农业基础设施建设进程的加快,各类工程建设施工中的机械电气设备越来越多。工程机械电气设备的质量在国民经济建设中的作用越发突出,我国工程机械目前的市场保有量连续破新高,已超过700万台,工程机械的售后服务水平迫切需要提高,尤其是电气系统的故障诊断与维修,直接影响了设备的使用寿命和工作效率。

2试验台设计

工程机械行业的发展急需大量合格的高素质的服务人才,而目前工程机械类专业建设与其他交通类专业相比,存在硬件设施,特别是实训设施较少和落后的弊端。针对工程机械结构庞大,电器元件隐蔽分散的特点,难以实现整机电器元件的现场实物培训,工程机械整车电气系统仿真实验台,可以达到实验室内的直接实验的目的,满足工程机械电气系统模拟培训的要求。该装载机全车电

气系统试验台具有以下学习功能:

完成956装载机整车电路的学习:全车电路的学习是工程服务人员理解整车电气系统和进行电气故障维修的基础,本试验台真实模拟了常林956装载机的全车电路,学员可在本试验台进行全车电器的连线练习,对照整车电路,理解各用电设备间相互连接关系。

完成电气故障排除的学习:工程机械设备具有单价高,设备体型大,实车运行耗费高,整车电器元件分散且不方便维修等特点。本试验台的研制可克服以上困难,把工程机械电气故障排除的学习移到试验台上进行,可让学员交互完成工程机械常见故障的设置和故障的排除练习,既练习了本领,又节约了开支,学习环境也较实车更好。

2.1系统设计

试验台以工程机械行业最具有代表性的装载机为例,以我院“常林班”校企合作资源为条件,设计956装载机电气系统仿真试验台,系统包括装载机全车电器元件、台架、面板及全车电路总成等,如表1所示。

2.2台架设计与部件安装

为方便学生理解装载机电气线路的走向和电器元件间的相互关系,试验台设计成了翻转式。通过铰链连接和销轴配合,可以实现试验台水平和竖直两种状态演示,对学员在试验台上进行练习和故障诊断提供了便利。

部件采用支架固定,螺栓连接的方式。运动件包括起动机、发电机,采用有机玻璃封闭起来,既保证工作时的安全,又方便学员观察。试验台线束的布局包括整车电气系统线束图上的所有内容,导线规格参考JB/T8139-1999公路车辆用低压电缆(电线)的国家机械行业标准,线号与系统电路图上所注一致,颜色除搭铁线为黑色外,其他设备所用线根据需要进行选择。

试验台线束设计与常林956实车基本一致,由于电器元件搭铁方式无法通过车体,所以搭铁线路设计较实车复杂,搭铁线布置于台架下方,避免了台面线束杂乱和搭铁不良,方便故障设置和维修。

3故障分析

电器设备常见的故障有传感器故障,充电报警灯、转向信号和机油压力报警灯发生故障等,系统常见故障车辆无法启动,整车无电等。电气故障诊断原则遵循从易到难、由外到里的顺序逐个排除。以下以常见的两种电气故障在试验台上的排除过程进行说明。

3.1信号系统故障排除

信号系统常见的故障有转向信号和电喇叭等的故障,以本试验设置转向灯不亮为例,学员故障诊断步骤见图1。

3.2启动系统

本试验台可对整车系统故障排除进行模拟,以启动系统为例,原理如图2所示。预设故障案例起动机不转。

故障排除方法为,首先接通试验台前照灯,若灯亮说明电源系统无故障,进行第二步检查,否则检查电源系统;第二步,故障可能在起动机、电磁开关或外部电路中,可用跨接线短接两个主接线柱,若起动机不转,则电动机有故障,若起动机空转正常,则说明电磁开关或控制电路有故障。最后,若确定是电动机或控制系统故障,则进行进一步检修或更换。

4结语

随着工程机械自动控制的发展,工程机械上电器元件越来越丰富,维修难度也越来越大,这就为后续的工程机械维修服务提出了更高的要求,单纯依靠经验和口手相传的服务人员培训方式,已经不适应现代工程机械维修人员的培养,工程机械维修领域迫切需要高技能型服务人才。本试验台的研制成功,解决了工程机械电气系统维护人员培训存在操作难、效率低和成本高的难题,为后续高级工程机械电气维修人员的培养,提供了硬件支撑和发展思路,解决了工程机械维修人员培训的硬件设施不足,为培养高技能人才提供了参考。

参考文献

[1]邵文博.浅析工程机械电气系统设计和常见故障分析的方法[J].叉车技术,2013(3).

[2]张凤山.小松WA380装载机电气控制系统[J].汽车电器,2005(11).

[3]张驰云.现代轿车电器系统演示及实验装置研究[J].实验室研究与探索,2004(2).

[4]徐长英.汽车电器实训室建设的探索与实践[J].科技信息,2009(27).

[5]何永军.工程机械电气系统线束设计[J].工程机械与维修,2014(11).

KBGM模拟式电气指令制动系统 第3篇

电气和电子设备有害物质指令于2003年首次采用,该指令禁止在电气和电子设备中存在6种有害物质,包括铅、汞和镉。

新的指令将禁用范围扩大到了更多的产品,禁用范围目前原则上适用于所有的电气和电子设备以及电缆和其余部件。虽然指令要求在3年内涵盖监测、控制设备和医疗设备;在5年内涵盖玻璃医疗器械;在6年内涵盖工业控制装置,但要提供一定的过渡期。

新的指令也要求欧盟委员会按照一系列的标准对有害物质目录进行定期审查和修改。这意味着未来在电气和电子设备中有更多的有害物质受到禁用。

而为了实现欧盟可再生能源和能效战略目标,通过太阳光产生能源的光电板则不受该指令的限制,节能灯也暂时不受该指令的限制。

嵌入式系统汇编指令教学探讨 第4篇

关键词：嵌入式系统,ADS,汇编指令

具有系统内核小、专用性强、系统精简、实时性高等特性的嵌入式系统, 目前已在许多领域中掀起了嵌入式系统应用的热潮。为了适应社会人才的需要以及解决本专业学生的就业工作问题, 给本院电子信息科学与技术专业的学生课设了嵌入式课程。

嵌入式作为以应用为中心, 以计算机技术为基础, 软硬件可裁剪, 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统, 对硬件和软件的要求都相当高。学生可以通过开发板、实验箱等了解开发系统的处理器及相关设备, 学生普遍反映汇编语言下的底层文件、初始化文件、控制命令都看不懂。因此, 掌握汇编指令是嵌入式系统学习的难点, 为了解决该问题, 本文借助嵌入式开发集成环境ADS对如何快速掌握嵌入式汇编指令进行了探讨和尝试。

一、嵌入式系统开发过程

( 一) ADS 简介

ADS及ARM Developer Suite的缩写, 是Metrowerks公司在1993年开发ARM处理器下最主要的开发工具。ADS是全套的实时开发软件工具, 编译器生成的代码密度和执行速度都较优异。

ADS对汇编、C / C + + 、java均有很好的支持, 是目前最成熟的ARM开发工具。ADS有ARM扩展调试器 ( AXD, ARM Extended Debugger) 、ARM符号调试器 ( ARMSD, ARM Symbolic Debugger) 、与老版本兼容的Windows或Unix下的ARM调试工具 ( ADW/ADU, Application Debugger Windows/ Unix) 等三种调试器。

AXD不仅拥有低版本ARM调试器的所有功能, 还新添了图形用户界面, 更方便的视窗管理数据显示, 格式化和编辑以及全套的命令行界面。该产品还包括Real Monitor ( 可以在前台调试的同时断点续存并且在不中断应用的情况下读写内存跟踪调试工具) 。

( 二) ADS 工程开发过程

ADS工程开发和前期课程学习的单片机开发环境KEIL有很多地方是类似的, 但是它的位置又复杂了一些。ADS工程开发过程主要分为以下三个过程:

1. 建立工程

( 1) 在建立工程时有7个选项, 如图1所示。ARM处理器有32位ARM和16位Thumb两种工作状态, 一般工作在32位状态下, 因此一般选择第一项, ARM Executable Image是ARM的通用模板, 选中它即可生成ARM的执行文件。

( 2) 对于Debug Setting的ARM linker是工程设置的重点, 在output栏中设定程序的代码段地址, 以及数据使用的地址。图2中的RO Base栏中填写程序代码存放的起始地址, RW Base栏中填写程序数据存放的起始地址。在Layout栏中, 如图3, 在Place at beginning of image框内, 需要填写项目的入口程序的目标文件名, 如, 整个工程项目的入口程序是44binit. s, 那么应在Object/Symbol处填写其目标文件名44binit. o, 在Section处填写程序入口的起始段标号。它的作用是通知编译器, 整个项目的开始运行, 是从该段开始的。

2. 编译和链接工程

将编辑好的程序代码进行保存添加到工程中去, 点击make即可实现整个工程的编译链接, 若编译成功, 会出现编译错误为0的报告, 接下来就可对工程进行仿真调试。

3. 仿真调试

点击debug, IDE环境就会启动AXD调试软件。如果没启动就要对其目标进行设定, 如图4所示, 在软件仿真时选择ARMULATOR。

二、如何快速掌握汇编指令

汇编语言是学生学习多门课程的难点, 而对于一些I/O、底层文件等又必须要用汇编, 实际中几乎每个工程都要用汇编的, 因此汇编语言的掌握是嵌入式开发的关键。虽然学生在前期《微机原理》《单片机》《DSP》等课程中已学习了汇编语言, 大家知道, 每一种处理器它所用的汇编语言是不同的, 也就是说, 对于《嵌入式系统》课程又要重新学习汇编语言, 嵌入式有100条指令, 实际应用中又与条件码一起用, 因此嵌入式汇编语言相比前几门课程难度更大。

( 一) 利用前期基础来学习指令

前期基础主要包括2个, 一个是要把学生的英语调动起来, 二是利用前期专业课程的指令。

1. 利用英语单词熟记条件码

由于条件码较多, 学生经常混淆, 当与指令一起时更不知什么意思了。因此, 在教学中经常引导学生用英语单词的方法来记条件码。如EQ和NE条件码, 在教学中会问学生“相等, 等于”的英语怎么译, 即“equal”, 那么EQ就是“equal”的缩写, 即是“相等, 等于”条件的判定, 对应着程序状态寄存器CPSR中的“Z =1”的标志。同理, NE就是“not equal”, 不相等, 不等于条件的判定, 对应着“Z =1”的标志。

2. 利用英语词汇熟记指令

指令与条件码有些近似, 大部分都是某些词汇的缩写。把握住此规律, 指令的掌握也就没那么难了。如ARM中用的比较多的存储器和寄存器之间传送数据的LDR和STR指令。LDR是“Load Register”的缩写, 即加载寄存器, 将某存储器单元中的内容装载到某寄存器中去。STR是“Store Register”的缩写, 即存储寄存器, 将某寄存器中的内容存储到某存储器单元中去。通过实际教学发现, 把握此规律的学生指令明显掌握的较为牢靠。

3. 把前期课程学习的汇编指令搬出来

虽然嵌入式系统和前期课程学习的汇编指令不太相同, 但有一部分指令是相通的。

如“MOV”传送指令, 算术运算中的加、减“ADD、SUB”, 逻辑运算中的与“AND”等功能基本相同, 而且指令的书写是完全相同的, 但是参加运算的数据、寄存器等是不一样的, 它们基本对应着32位字的状态下的。

( 二) 从简单入手, 激发学生兴趣

虽然跟学生说了多种熟记指令的方法, 但是当多条指令放在一起, 即使是一段很简单的程序代码, 学生依然很难理解读出程序的功能。这时, 就要充分利用实验来加强锻炼学生的程序读写能力。首先要让学生多抄、多读程序, 然后在要求学生从简单的程序设计开始。即从抄程序中学汇编, 从简单中写汇编。那么能否一开始就能读懂一些简单的程序代码, 直接关系到学生对本门课程的兴趣, 因此, 如何引导学生快速入门很关键, 而ADS的多种调试功能可以为快速入门提供便捷之道。

例1: 请读出下面程序代码的功能

本程序只有8行代码, 让学生第一感觉就很简单。但是本程序却包含了很多信息。首先给学生逐行分析每条指令, 分给出一些提示。

( 1) 汇编程序的基本格式, 以AREA声明某代码段的开始, 以END结束;

( 2) 第②行ENTRY是程序入口标识, 是所有汇编指令必须有的伪指令;

( 3) 第③行CODE声明32为指令, 因此建立工程时选择第一项, 如图1所示;

( 4) 第④行START是程序段的标号, 书写时必须顶格, 否则是编译不过去的, 第四行和第五行的MOV指令在前期课程中已学过的;

( 5) 第六行中ADDS, ADD指令学生也已学过, 加了S是带有条件码更新的意思, 而此时和ADD功能是一样的;

( 6) 第⑥行B是跳转指令, 即跳转到标号START处继续运行。

然后让学生建立工程和文件, 并把该程序代码输入进去, 进行编译调试, 先让学生自己解决编译调试的问题。学生主要会出现以下问题:

( 1) 编译时出现错误很紧张, 不知怎么办, 上来就叫老师;

( 2) 学生运行时结果一直不出来或者结果不一样;

( 3) 具体功能不会表达。

可用以下方法来解决:

( 1) 对编译错误的同学进行引导, 当出现错误时, 光标会出现在源代码的对应行, 到该行中去查看代码找出错误。

( 2) 提问结果为什么不一样, 程序的运行过程是什么, 关键是断点的设置, 即要在本程序的第7行设置断点。本程序的运行是一个死循环。

( 3) 让学生们以单步运行的方式, 运行程序, 同时打开寄存器组, 查看对应寄存器的值。

当以单步运行时, 学生可看到, R0 = 0x0000000F, R1 = 0x00000008, 之后R0变为0x00000017, 如图5所示。

可以给学生一些提示, 15 + 8 = ? 这个答案对不对呢? 0x是什么意思呢, 是不是16进制数的表示, 将0x00000017转换为10进制是不是23, 而15 + 8 = 23。因此结果是对的, 此程序的功能就是计算15 + 8 = ?

如果采用断点的方法, 来全速运行该程序能否得到正确结果? 这个断点应该设在哪里? 让学生自己思考尝试。最后对于没掌握调试方法, 依然不明白程序的同学逐个给予解答。

三、结论

汇编语言本身零碎的东西特别多, 对于学生提出的问题必须耐心及时的引导, 采用最简单的方法让学生快速掌握汇编指令以进行简单程序的设计是嵌入式系统教学的基本要求。在本课程实践教学中, 通过多种方式的引导, 虽然学生在本课程中花的时间较少, 对于简单程序设计都感觉不难, 对本门课程的兴趣也很高。有一部分同学自己买了开发板, 自己在寝室进行深入学习, 课堂上与大家一起探讨在学习调试中遇到的问题。

参考文献

[1]何加铭.嵌入式32位微处理器系统设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[2]张义磊, 丁涛, 安吉宇.三星S3C2410在嵌入式工业控制系统中的应用[J].长春理工大学学报, 2004.

[3]魏洪兴, 胡亮, 曲学楼.嵌入式系统设计与实例开发实验教材Ⅱ——基于ARM9处理器与Lmux操作系统[M].北京:清华大学出版社, 2005.

三座飞机指令弹射系统方案研究 第5篇

指令弹射是用于双座或多座飞机弹射装置的一种术语,意指当一个乘员起动弹射时,可保证两台或多台座椅按照预定程序自动弹射[1]。指令弹射系统的功能主要是用于控制多座飞机的乘员应急弹射离机的先后顺序和时间间隔。

目前国内使用的指令弹射系统是为双座飞机研制的,多数在教练机中应用,一般都有2种模式(单态弹射和双态弹射)、4种弹射方式(单态前椅启爆、单态后椅启爆、双态前椅启爆、双态后椅启爆);国外目前具有代表性的指令弹射系统是马丁-贝克公司制造的MK 10弹射救生装置中的指令弹射系统,其弹射时的工作模式和弹射方式与我国教练机基本相同,只是在双态前椅启爆时,MK 10后椅不弹,前椅立即弹射,而我国教练机则后椅立即弹射,前椅延时预定的时间后弹射。

而对于多座(两座以上)飞机的指令弹射系统,国外已有先例,例如美国的B-2轰炸机[2],但在我国尚属空白,随着多座飞机性能的不断提升和对救生系统要求的不断提高,开展多座飞机指令弹射系统的研究已经迫在眉睫。

1三座飞机指令弹射系统方案的提出

我国装备有多种多座军用飞机,但对指令弹射系统的研究还没有开展,例如某型飞机,机上装备的弹射救生装置是二十世纪五十年代设计的第一代弹射座椅。受当时技术水平的限制,座椅的救生性能不高,主要表现在:a)弹射离机的顺序无法保证;b)弹射通道清除程序复杂,实现困难;c)弹射准备动作多;d)低空救生性能差;e)没有明确的安全救生包线等。座椅救生包线的限制以及个人防护装备的落后使得弹射救生的成功率很低。

世界军事发展到现在,作为新形势下起战略战术威慑作用的轰炸机,3～4名乘员已经成为发展的主流。本文以三座飞机为对象,人员配备上将会有三名飞行员,其中将两名驾驶员并排布置在前座舱,另外一名系统控制人员布置在后座舱。随着飞行员的地位的不断提高,飞行员的生命越来越受到各个国家的重视,采用救生性能较高的弹射救生装置也就势在必行,这就为三座弹射救生提出了新的要求,也对指令弹射系统(即三座飞机指令弹射系统)提出了更高的目标。三座飞机乘员的位置布置不同于双座飞机的前后串座形式和左右并列形式,其位置布置如图1所示。

2三座飞机指令弹射系统的方案

指令弹射系统除了要对三台座椅弹射的时间和顺序进行时序控制外,还要对弹射通道进行清理[3],为人—椅系统提供一条不受干扰的弹射通道,这里主要是控制三个座舱盖的抛放工作。依据GJB 1800对指令弹射和空中轨迹发散系统的有关规定[4]和三座飞机乘员在座舱布置的特殊性,在对其指令弹射系统进行方案论证时,弹射的时序控制是主要考虑的因素。由于其前后串座及左右并列的特殊形式,弹射顺序如果选择不当就易使在弹射过程中发生相互干扰及弹射动力装置的热能和冲击波危害乘员的现象;同时,为了在弹射过程中避免舱盖与乘员发生干扰,有效保证轨迹发散,需要对其顺序弹射时间进行合理的安排。

对三座乘员的飞机,考虑到其在飞行和应急弹射中各种可能的意外情况,对指令弹射系统拟定以下方案(图2)。

该方案中,各座舱盖的抛放顺序通过指令弹射系统控制,另在2号、3号座椅的弹射操纵系统中加装延期机构。当2号、3号座椅中的任意一驾驶员启动弹射手柄后(或两人同时启动弹射),击发座椅中央燃爆机构,产生的高压燃气通过燃气管路和双向传爆机构将燃气信号传输给其它座椅,三台座椅各自完成预弹射准备工作:包括肩带拉紧、座椅弹簧机构释放(空中连锁不解除)等。同时,将燃气信号通过三通接头传输给飞机上的座舱盖抛放系统。通过两个延时机构控制三个座舱盖的抛放和解除空中连锁的时间,从而实现三台座椅的延时弹射,弹射顺序依次为1号座椅飞行员、2号座椅飞行员、3号座椅飞行员。如果1号座椅飞行员启动弹射,则只有该座椅弹射,2号、3号座椅不受影响。当舱盖意外飞脱时,由于2号、3号座椅的弹射操纵系统中加装延期机构,其弹簧机构的释放也需延迟,从而也可满足座椅按照预定的程序弹射。

3仿真计算

指令系统方案确定后,为了研究飞机在水平飞行情况下三名机组成员弹射后相互间以及座舱盖间的干扰情况[5],并计算座椅飞越飞机垂尾的性能数据,采用空间刚体运动的六自由度计算方法,对整个弹射救生装置的运动轨迹进行仿真计算,以验证指令弹射系统的时序控制是否合理。

3.1坐标轴系的建立

计算建立固定坐标轴系(地轴系)、人—椅速度(气流)坐标轴系、和相对(飞机)坐标轴系。

3.2座椅运动数学模型(因篇幅所限,只列出部分主要运动数学模型)

3.2.1 各乘员座椅随飞机一起运动阶段

本阶段从武器系统操作员启动弹射瞬间开始到各乘员座椅弹射筒启动瞬间为止。

3.2.2 座椅出舱运动阶段

出舱阶段是从弹射筒启动瞬间开始到弹射筒工作行程完成,人-椅系统完全脱离飞机为止。在这个阶段,人-椅系统沿导轨方向相对飞机斜向上方运动。

3.2.3 自由飞运动阶段

本阶段从离机开始到救生伞射出为止。在此阶段,人-椅系统脱离飞机。受到重力、火箭包推力、气动力和稳定伞拉力,在这几个力的作用下做空间六自由度运动。

3.2.4 救生伞拉直阶段

人-椅系统和救生伞未拉出部分:

射伞枪弹头和伞衣套引导伞:

3.2.5 救生伞充气阶段

3.3计算状态

本次只计算在飞机水平飞行情况下的运动轨迹。为了分析何种状态的干扰情况最危险(包括与飞机垂尾相碰),须将重量和偏心距进行组合,共有8个状态,计算状态见表1(A为大重量、小偏心距,B为小重量、大偏心距)。

注:A为大重量、小偏心距,B为小重量、大偏心距。

3.4座椅飞越飞机垂尾的计算结果及分析

显然,在三台座椅中,1号座椅对整个救生系统安全飞越飞机垂尾而言是最危险状态。以最大速度850 km/h,飞行员为大重量的最危险状态作为计算状态(不考虑轨迹发散,因轨迹发散将避开飞机垂尾,不是最危险状态)。图3画出了1号座椅相对飞机的相对轨迹yr-xr曲线。

从图3中可见,1号座椅弹射离机后,越过飞机垂尾时,yr坐标距垂尾约21.22 m,远大于国军标GJB1800规定1.2 m的限值,完全可以安全越尾。

3.5舱盖与座椅间距的计算结果及分析

对各种速度状态下的舱盖与座椅间距均进行了计算,以60 km/h为例列出1号座椅与舱盖(三个座椅的舱盖对应记为C1、C2、C3)间距的计算曲线(见图4、图5)。

从曲线中可以看到,座椅和舱盖之间的空间间距很大,不存在相互干扰的可能(图中间距曲线接近于零的部分属于舱盖抛放之前)。

3.6座椅运动间距的计算结果

计算过程中产生了大量的计算曲线。经过对250 km/h以上弹射速度下的计算曲线进行分析,由于弹射速度的增加,在座椅运动的纵向已经拉开了比较大的距离,三个座椅之间的空间距离比较大,相对来讲不会产生危险状态。因此,记录了250 km/h以下的计算结果,表2列出了“80 km/h”弹射速度状态下的座椅运动间距(三个人—椅分离后的空座椅对应记为1a、2a、3a)的计算结果。

从统计结果可以知道,在弹射救生系统工作过程中,按照指令弹射系统预定程序弹射,座舱盖均不会与人—椅系统或人—伞系统发生干扰,弹射顺序和时间间隔安排合理。

4结论

有多名乘员组成的战略轰炸机将在现代军事发展中起着不可忽视的作用,而为飞行员提供最后生命保护屏障的弹射救生系统必将是关注的重点之一,展开三座飞机指令弹射系统的研究也就迫在眉睫。三座飞机指令弹射系统的研究不仅要考虑座椅弹射时间和弹射顺序的时序控制,还必须对人-椅系统、人-伞系统及舱盖系统之间的相互干扰加以考虑。通过以上对三座飞机指令弹射系统的方案分析及仿真计算,证明只要考虑周全、方案合理,可以对三座飞机指令弹射系统开展后面的实质工程研究工作。

参考文献

[1]李锐.弹射救生技术的回顾与展望.国外弹射救生装置手册,2006

[2]尚琨,何智.关于多座弹射救生系统研制技术的探讨.中航救生,2007;(4):6—10

[3]沈尔康,陈榆源,刘克顺.航空弹射救生装备.北京:航空工业出版社,1988

[4]GJB1800-93弹射座椅型乘员应急离机救生系统通用规范.