CN108437963B - 一种微机控制电机械制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轨道车辆制动系统领域，具体涉及一种微机控制电机械制动系统，主要包括电机械制动控制装置和电机械制动单元两大组成部分，其中电机械制动控制装置包括制动微机控制单元、电机械控制单元和备用供电模块，制动微机控制单元接收司机或自动驾驶系统发出的制动指令信号，进行目标制动力的计算和制动管理，同时可与列车编组中其他车辆的制动微机控制单元进行通讯，并与牵引控制单元进行有关电制动管理通讯，本发明以电力驱动方式取代了目前普遍采用的压缩空气或液压驱动方式，可以满足传统制动系统的功能和性能要求并在此基础上进行相应的提高，有利于降低制动系统整体复杂度，并能有效减轻系统重量。

Description

一种微机控制电机械制动系统
技术领域
本发明属于轨道车辆制动系统领域，具体涉及一种微机控制电机械制动系统。
背景技术
在轨道车辆制动技术领域，摩擦制动一直具有十分重要的地位，长期以来，轨道车辆制动系统均采用自动式空气制动系统、微机控制直通电空制动系统等形式，采用压缩空气作为制动的源动力，其系统组成复杂、零部件多、体积和重量过大、响应慢、控制精度低。虽然随着轨道交通制动系统领域不断的技术改进，系统不断向集成化和小型化发展，但压缩空气驱动方式的先天劣势阻碍了其进一步发展，因此液压制动系统随着轨道交通行业对车辆制动力要求和轻量化要求地不断提高而逐渐发展起来。相对于压缩空气驱动，采用液压驱动方式的制动系统的系统压力有较大提高，制动缸直径有所减小，制动系统整体体积和重量得到了较好的控制。但液压驱动的控制装置目前仍需要布置管路来进行连接，控制系统也比较复杂。在此背景下，电机械制动系统结构设计及其对原空气制动系统功能的覆盖和这些功能的具体实现方式成为该技术难点，本发明旨在通过电能直接转化为机械动作来产生摩擦制动力，简化了传统空气和液压制动系统先进行电空（液）转换再转化为机械力来施加制动的作用环节，具备高精度、快响应、易监测、能联动、模块化、轻量化、网络化、智能化和环保性等优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机械制动系统，通过将电能直接转化为机械动作来产生摩擦制动力，简化了传统空气和液压制动系统先进行电空（液）转换再转化为机械力来施加制动的作用环节。
为实现上述目的，设计一种微机控制电机械制动系统，包括供电线、信号线和网线，还包括电机械制动控制装置和电机械制动单元，每个电机械制动控制装置和若干个电机械制动单元组成一个独立的微机控制电机械制动模块，所述电机械制动控制装置包括制动微机控制单元和电机械控制单元；所述电机械制动控制装置中所包含的制动微机控制单元接收列车制动、缓解信号，跟据载重信息、制动指令、车速信号完成目标制动力的计算，并将目标制动力信号和制动、缓解信号传输给电机械控制单元，所述电机械控制单元控制电机械制动单元动作，施加和缓解制动力。
在一个优选的实施方式中，电机械制动控制装置还包括备用供电模块，所述电机械制动控制装置在通常情况下由列车进行供电，在紧急情况下自动切换为由备用供电模块进行供电；所述电机械制动单元由电机械控制单元进行供电。
在一个优选的实施方式中，所述制动微机控制单元和电机械控制单元之间的通讯采用现场总线技术与硬线信号两种实现形式；常用情况下采用现场总线进行通讯，紧急情况下通过硬线信号进行通讯的备份。
在一个优选的实施方式中，所述每个电机械控制单元独立、实时地控制1个或2个电机械制动单元；电机械控制单元包括常用控制模块和紧急控制模块，分别在常用工况和紧急工况下控制电机械制动单元进行制动缓解施加。
在一个优选的实施方式中，所述制动微机控制单元根据电制动力的大小动态计算所需电机械制动力的大小并进行电制动与电机械制动的配合、电机械制动单元间制动力的分配，电机械控制单元控制电机械制动单元所输出的制动力在制动过程中可变。
在一个优选的实施方式中，所述电机械制动控制装置通过软件配置实现车控、架控、轴控、盘控、轮控的切换。
在一个优选的实施方式中，所述制动微机控制单元通过控制电机械制动单元中停放制动执行机构断电或得电，使列车具备停放制动力的保持与缓解功能。
在一个优选的实施方式中，所述电机械控制单元通过对输出到电机械制动单元的控制信号进行软件或硬件电路上的限制处理，使电机械制动力的上升和下降过程满足列车冲击限制的要求。
在一个优选的实施方式中，所述制动微机控制单元根据安装于轴端的速度传感器信号进行轮对滑行的检测及防滑控制，控制信号分为减力、保持、增力三种模式，所述电机械控制单元根据防滑控制模式信号控制电机械制动单元减小、保持、增大制动力。
在一个优选的实施方式中，所述备用供电模块包含电池或电池组以及电源管理模块，实现电池充放电的自行管理，同时具备与制动微机控制单元间的通讯接口，接受控制信号并反馈状态信号。
在一个优选的实施方式中，所述电机械制动单元包括轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位与电机同轴固定连接，丝杠上套有螺母并采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接， 电磁制动器套在丝杠上，力矩电机转子产生制动力矩，该力矩依次经过丝杠、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
在一个优选的实施方式中，所述电机械制动单元包括机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、减速机构、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，减速机构由太阳轮、行星轮和行星轮支架构成，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位，与力矩电机同轴，力矩电机转子与太阳轮固定连接，行星轮架与丝杆固定连接，丝杠上套着螺母且采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接；电磁制动器套在丝杆上，力矩电机转子产生制动力矩时，该力矩依次经过减速机构、丝杆、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
本发明有益效果本发明所提供的结构紧凑的电动牙刷的优点包括但不限于：本发明以电力驱动方式取代了目前轨道车辆制动系统所普遍采用的压缩空气或液压驱动方式，提出了适应这一方式的微机控制电机械制动系统，可以满足传统的空气、液压制动系统的功能和性能要求并在此基础上进行相应的提高，有利于降低制动系统整体复杂度，并能有效减轻系统重量。
附图说明
图1根据本发明的一实施方式示出了本发明的系统原理图。
图2根据本发明的一实施方式示出了本发明的轨道车辆电机驱动摩擦制动装置图。
图3根据本发明的一实施方式示出了本发明的机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置图。
图中：1-电机械制动控制装置，2-制动微机控制单元，3-电机械控制单元，4-备用供电模块，5-电机械制动单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在以下的详细说明中参考了附图，这些附图形成了详细说明的一部分。在附图中，除非上下文另有说明，否则类似的符号通常标识相似的部件。在详细说明、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。可以使用其它的实施方式，并且可进行其它改变，而不偏离本发明所提供的主题的精神或范围。
如图1所示，一种微机控制电机械制动系统，包括供电线、信号线和网线，还包括电机械制动控制装置（1）和电机械制动单元（5），每个电机械制动控制装置（1）和若干个电机械制动单元（5）组成一个独立的微机控制电机械制动模块，所述电机械制动控制装置（1）包括制动微机控制单元（2）和电机械控制单元（3）；所述电机械制动控制装置（1）中所包含的制动微机控制单元（2）接收列车制动、缓解信号，跟据载重信息、制动指令、车速信号完成目标制动力的计算，并将目标制动力信号和制动、缓解信号传输给电机械控制单元（3），所述电机械控制单元控制电机械制动单元动作，施加和缓解制动力。
电机械制动控制装置（1）还包括备用供电模块（4），所述电机械制动控制装置在通常情况下由列车进行供电，在紧急情况下自动切换为由备用供电模块进行供电；所述电机械制动单元由电机械控制单元进行供电。
所述制动微机控制单元（2）和电机械控制单元（3）之间的通讯采用现场总线技术与硬线信号两种实现形式；常用情况下采用现场总线进行通讯，紧急情况下通过硬线信号进行通讯的备份。
所述每个电机械控制单元（3）独立、实时地控制1个或2个电机械制动单元；电机械控制单元包括常用控制模块和紧急控制模块，分别在常用工况和紧急工况下控制电机械制动单元进行制动缓解施加。
所述制动微机控制单元（2）根据电制动力的大小动态计算所需电机械制动力的大小并进行电制动与电机械制动的配合、电机械制动单元间制动力的分配，电机械控制单元（3）控制电机械制动单元（5）所输出的制动力在制动过程中可变。
所述电机械制动控制装置通过软件配置实现车控、架控、轴控、盘控、轮控的切换。
所述制动微机控制单元（2）通过控制电机械制动单元中停放制动执行机构断电或得电，使列车具备停放制动力的保持与缓解功能。
所述电机械控制单元（3）通过对输出到电机械制动单元的控制信号进行软件或硬件电路上的限制处理，使电机械制动力的上升和下降过程满足列车冲击限制的要求。
所述制动微机控制单元（2）根据安装于轴端的速度传感器信号进行轮对滑行的检测及防滑控制，控制信号分为减力、保持、增力三种模式，所述电机械控制单元根据防滑控制模式信号控制电机械制动单元减小、保持、增大制动力。
所述备用供电模块（4）包含电池或电池组以及电源管理模块，实现电池充放电的自行管理，同时具备与制动微机控制单元间的通讯接口，接受控制信号并反馈状态信号。
参见图2，所述电机械制动单元（5）包括轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位与电机同轴固定连接，丝杠上套有螺母并采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接， 电磁制动器套在丝杠上，力矩电机转子产生制动力矩，该力矩依次经过丝杠、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
参见图3，所述电机械制动单元（5）包括机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、减速机构、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，减速机构由太阳轮、行星轮和行星轮支架构成，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位，与力矩电机同轴，力矩电机转子与太阳轮固定连接，行星轮架与丝杆固定连接，丝杠上套着螺母且采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接；电磁制动器套在丝杆上，力矩电机转子产生制动力矩时，该力矩依次经过减速机构、丝杆、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
所述电机械制动单元（5）指采用电机械制动技术的制动单元，具体实现形式包括但不限于所述的机械式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置和机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置这两种。
实施例1：参见图2，电机械制动单元（5）采用轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，其制动方法如下：当力矩电机转子正转，产生所需制动力矩，电磁制动器与丝杠通电分离，力矩电机转子带动丝杠旋转，丝杠旋转使螺母平动，产生轴向运动，安装在螺母一端的制动摩擦副产生制动夹紧力，此时若电磁制动器断电，电磁制动器将丝杠锁死，制动力将保持；当力矩电机转子反转，螺母反向平动，制动摩擦副缓解。
实施例2：参见图3，电机械制动单元（5）采用机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，其制动方法如下：力矩电机转子正转，产生制动力矩，电磁制动器与丝杆通电分离，力矩电机转子带动太阳轮旋转，通过行星轮以及行星轮支架使丝杆旋转，丝杆旋转使螺母平动，产生轴向运动，安装在螺母一端的制动摩擦副产生制动夹紧力；若电磁制动器断电，电磁制动器将丝杆锁死，制动力将保持；当力矩电机转子反转，对应螺母反向平动，制动摩擦副缓解。
尽管本文已经公开了一些方案和实施方式，其它方案和实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各种方案和实施方式是为了示例的目的而不旨在限制，真正的范围和精神由所附的权利要求书指明。

Claims (10)

1.一种微机控制电机械制动系统，包括供电线、信号线和网线，其特征在于还包括电机械制动控制装置（1）和电机械制动单元（5），每个电机械制动控制装置（1）和若干个电机械制动单元（5）组成一个独立的微机控制电机械制动模块，所述电机械制动控制装置（1）包括制动微机控制单元（2）和若干个电机械控制单元（3），所述的电机械控制单元（3）与所述的电机械制动单元（5）一一对应设置；所述电机械制动控制装置（1）中所包含的制动微机控制单元（2）接收列车制动、缓解信号，根据载重信息、制动指令、车速信号完成目标制动力的计算，并将目标制动力信号和制动、缓解信号传输给电机械控制单元（3），所述电机械控制单元（3）控制相对应的电机械制动单元（5）动作，施加和缓解制动力。
2.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：电机械制动控制装置（1）还包括备用供电模块（4），所述电机械制动控制装置在通常情况下由列车进行供电，在紧急情况下自动切换为由备用供电模块进行供电；所述电机械制动单元由电机械控制单元进行供电，所述备用供电模块（4）包含电池或电池组以及电源管理模块，实现电池充放电的自行管理，同时具备与制动微机控制单元间的通讯接口，接受控制信号并反馈状态信号。
3.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述制动微机控制单元（2）和电机械控制单元（3）之间的通讯采用现场总线技术与硬线信号两种实现形式；常用情况下采用现场总线进行通讯，紧急情况下通过硬线信号进行通讯的备份。
4.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述每个电机械控制单元（3）独立、实时地控制1个电机械制动单元；电机械控制单元包括常用控制模块和紧急控制模块，分别在常用工况和紧急工况下控制电机械制动单元进行制动缓解施加。
5.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述制动微机控制单元（2）根据电制动力的大小动态计算所需电机械制动力的大小并进行电制动与电机械制动的配合、电机械制动单元间制动力的分配，电机械控制单元（3）控制电机械制动单元（5）所输出的制动力在制动过程中可变。
6.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述电机械制动控制装置通过软件配置实现车控、架控、轴控、盘控、轮控的切换。
7.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述制动微机控制单元（2）通过控制电机械制动单元中停放制动执行机构断电或得电，使列车具备停放制动力的保持与缓解功能，所述制动微机控制单元（2）根据安装于轴端的速度传感器信号进行轮对滑行的检测及防滑控制，控制信号分为减力、保持、增力三种模式，所述电机械控制单元根据防滑控制模式信号控制电机械制动单元减小、保持、增大制动力。
8.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述电机械控制单元（3）通过对输出到电机械制动单元的控制信号进行软件或硬件电路上的限制处理，使电机械制动力的上升和下降过程满足列车冲击限制的要求。
9.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述电机械制动单元（5）包括轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位与电机同轴固定连接，丝杠上套有螺母并采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接， 电磁制动器套在丝杠上，力矩电机转子产生制动力矩，该力矩依次经过丝杠、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
10.根据权利要求1所述的一种微机控制电机械制动系统，其特征在于：所述电机械制动单元（5）包括机械增力式轨道车辆电机驱动摩擦制动装置，所述装置由力矩电机、减速机构、电磁制动器、螺母、丝杠和制动摩擦副组成，力矩电机包含力矩电机转子和力矩电机本体，减速机构由太阳轮、行星轮和行星轮支架构成，力矩电机为中空结构，丝杠插入力矩电机中空部位，与力矩电机同轴，力矩电机转子与太阳轮固定连接，行星轮架与丝杆固定连接，丝杠上套着螺母且采用非自锁螺纹连接，螺母一端与制动摩擦副连接；电磁制动器套在丝杆上，力矩电机转子产生制动力矩时，该力矩依次经过减速机构、丝杆、螺母传递至制动摩擦副实现制动。
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