CN111376880B - 用于轨道车辆的机电制动系统及其控制方法、轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道车辆的机电制动系统及其控制方法、轨道车辆，机电制动系统包括中央控制单元、多个机电制动控制单元和多个制动器，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元相连，所述制动器用于对所述轨道车辆的车轮制动，每个所述机电制动控制单元与至少一个所述制动器相连。当所述轨道车辆需要进行行车制动时，至少一个所述机电制动单元通过控制所述制动器对所述车轮制动。根据本发明的用于轨道车辆的机电制动系统，结构简单、安全可靠，便于实现轨道车辆的轻量化设计和模块化设计。

Description

用于轨道车辆的机电制动系统及其控制方法、轨道车辆

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其是涉及一种用于轨道车辆的机电制动系统及其控制方法、轨道车辆。

背景技术

相关技术中，城轨列车例如低地板轻轨车辆采用的制动形式主要有空气制动、液压制动和磁轨制动，并可以通过上述三种制动形式中的两种的结合进行制动，例如空气制动与磁轨制动结合、液压制动与磁轨制动结合等。其中，一些制动形式的制动力的源动力是通过压缩空气或液压油，制动系统内部需要将空气或液压油压缩成高压介质，对于空气制动而言，制动系统包括微机控制单元、空气压缩机、储风缸、电控转换阀、管路和制动器；对于液压制动而言，制动系统包括微机控制单元、液压单元(内部集成泵电机、电磁阀等)、蓄能器、管路和制动器；磁轨制动所需要的部件的体积庞大、功耗大，易对城轨列车的其他设备产生电磁干扰。

无论采用空气制动还是液压制动，城轨列车需要较多的部件，这些部件会占据大量空间，且液压部件的质量会对制动系统造成安全隐患，例如制动液(例如，液压油)的污染、堵塞、泄露等，均可能导致制动系统失去制动功能，制动液的化学成分还会对环境造成污染，甚至在高温情况下燃烧车辆。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于轨道车辆的机电制动系统，所述机电制动系统结构简单、安全可靠，便于实现轨道车辆的轻量化设计和模块化设计。

根据本发明第一方面实施例的用于轨道车辆的机电制动系统，包括：中央控制单元；多个机电制动控制单元，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元相连；多个制动器，所述制动器用于对所述轨道车辆的车轮制动，每个所述机电制动控制单元与至少一个所述制动器相连；当所述轨道车辆需要进行行车制动时，至少一个所述机电制动单元通过控制所述制动器对所述车轮制动。

根据本发明实施例的用于轨道车辆的机电制动系统，通过在轨道车辆行车制动时采用机电制动系统机电制动的方式，既可满足轨道车辆行车时施加机电制动提高乘车舒适性及快速响应制动指令，又能满足将轨道车辆永久停放在坡道上、制动力不会衰减导致溜坡；机电制动无压缩介质、无管路布置，环境友好，同时使得制动器结构简单、具有良好的安全可靠性，从而简化了轨道车辆的配置，使得轨道车辆结构简洁、体积较小，便于实现轨道车辆的轻量化设计，方便了轨道车辆的维护保养；轨道车辆的配置便于实现模块化设计，便于组装、调试，降低轨道车辆的成本。此外，本申请的轨道车辆采用基于数字化、智能化、安全原则的控制方式，可以满足无人驾驶要求。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统具有第一电源和多个第二电源，所述第一电源与所述中央控制单元电连接，多个所述第二电源分别与多个所述机电制动控制单元电连接。

根据本发明的一些实施例，所述第一电源包括第一主电源件和第一备用电源件，所述第一主电源件和所述第一备用电源件并联后与所述中央控制单元电连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二电源包括第二主电源件和第二备用电源件，所述第二主电源件和所述第二备用电源件并联后与所述中央控制单元电连接。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动控制单元为四个，所述第二电源为四个，所述第二电源与所述机电制动控制单元一一对应；或者，每个所述第二电源与两个所述机电制动控制单元电连接。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统还包括蓄能件，所述蓄能件与至少一个所述机电制动控制单元电连接。

根据本发明的一些实施例，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元之间采用网络连接和硬线连接。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统具有多个轮速传感器，多个所述轮速传感器与多个所述车轮一一对应，所述轮速传感器与所述中央控制单元相连且用于检测对应所述车轮的转速。

根据本发明的一些实施例，所述中央控制单元获取所述车轮的转速以计算出所述车轮的速度、减速度和滑移率，所述中央控制单元将所述车轮的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对所述车轮进行打滑判断，当所述判据包括所述车轮的速度时，所述车轮的速度小于所述车体的速度且所述车轮的速度与所述车体速度之间的差值超过第一预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；当所述判据包括所述车轮的减速度时，所述车轮的减速度超过第二预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；当所述判据包括所述车轮的滑移率时，所述车轮的滑移率超过第三预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑。

根据本发明的一些实施例，所述制动器包括：电机；螺旋机构，所述螺旋机构由所述电机驱动移动，所述螺旋机构的自由端设有活塞；闸片，所述闸片设在所述活塞上以与所述车轮的制动盘配合或分离。

根据本发明的一些实施例，所述制动器还包括：压力传感器，所述压力传感器与对应所述机电制动控制单元电气连接，所述压力传感器用于监测所述闸片的制动力、并反馈至对应所述机电制动控制单元。

根据本发明第二方面实施例的机电制动系统的控制方法，所述机电制动系统为根据本发明上述第一方面实施例的用于轨道车辆的机电制动系统，所述控制方法包括以下步骤：所述中央控制单元向所述机电制动控制单元发送指令；所述机电制动控制单元根据接收的指令控制对应所述制动器执行相应动作。

根据本发明实施例的机电制动系统的控制方法，机电制动系统的控制逻辑较为简单、便于实现，保证了轨道车辆的行车安全。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统具有第一电源，所述第一电源包括第一主电源和第一备用电源，所述第一主电源和所述第一备用电源均与所述中央控制单元电连接，当所述第一主电源故障时，所述第一备用电源对所述中央控制单元供电。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统具有多个第二电源，每个第二电源均包括第二主电源件和第二备用电源件，所述第二主电源件和所述第二备用电源件均与所述机电制动控制单元电连接，当所述第二主电源件故障时，所述第二备用电源件对所述机电制动控制单元供电。

根据本发明的一些实施例，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元之间通过网络连接线和硬线连接，当所述网络连接线和所述硬线中的其中一个故障时，所述机电制动控制单元与所述中央控制单元之间通过所述网络连接线和所述硬线中的另一个通讯。

根据本发明的一些实施例，所述制动器包括电机、螺旋机构和闸片，所述螺旋机构由所述电机驱动移动，所述螺旋机构的自由端设有活塞，所述闸片设在所述活塞上以与所述车轮的制动盘配合或分离，所述制动器执行动作的过程中，所述机电制动单元检测所述电机的电流和电压中的至少一个，当检测值超过预设值时，所述机电制动控制单元控制所述电机停止运行。

根据本发明的一些实施例，所述制动器包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述制动器的制动力，所述制动器执行动作的过程中，所述机电制动控制单元将所述压力传感器检测的实时制动力与所述中央控制单元发出的指令中的目标制动力进行比较，并调节所述制动器使所述实时制动力趋近所述目标制动力。

根据本发明的一些实施例，所述机电制动系统具有多个轮速传感器，每个所述轮速传感器用于检测对应所述车轮的转速，所述中央控制单元获取所述车轮的转速以计算出所述车轮的速度、减速度和滑移率，所述中央控制单元将所述车轮的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对所述车轮进行打滑判断，当所述判据包括所述车轮的速度时，所述车轮的速度小于所述车体的速度且所述车轮的速度与所述车体速度之间的差值超过第一预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；当所述判据包括所述车轮的减速度时，所述车轮的减速度超过第二预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；当所述判据包括所述车轮的滑移率时，所述车轮的滑移率超过第三预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑。

根据本发明第三方面实施例的轨道车辆，包括：至少一节车体，每节所述车体上设有多个所述车轮；至少一个机电制动系统，所述机电制动系统为根据本发明上述第一方面实施例的用于轨道车辆的机电制动系统，所述机电制动系统用于对多个所述车轮制动。

根据本发明实施例的轨道车辆，通过采用上述的机电制动系统，保证了轨道车辆的行车制动安全，有效简化了轨道车辆的配置，降低成本，且便于实现轨道车辆的轻量化设计和模块化设计，方便了轨道车辆的维护保养。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的轨道车辆的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的轨道车辆的机电制动系统的示意图，其中，中央控制单元与机电制动控制单元之间的指令传输为网络连线和硬线连线两者包线；

图3是根据本发明实施例的制动器制动时的工作原理示意图；

图4是图3中所示的制动器的电机转速、电机电流和对车轮的夹紧力的关系示意图；

图5是根据本发明实施例的机电制动系统的控制方法的流程示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的机电制动系统的控制方法的流程示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的机电制动系统的控制方法的流程示意图。

附图标记：

轨道车辆200、车体1、机电制动系统100、

车轮11、制动器12、

电机121、螺旋机构122、活塞122a、闸片123、

中央控制单元2、机电制动控制单元3、

第一电源4、第一主电源件41、第二备用电源件42、

第二电源5、第一主电源件51、第二备用电源件52、轮速传感器6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的用于轨道车辆的机电制动系统。

如图1-图4所示，根据本发明实施例的机电制动系统100，包括中央控制单元2、多个机电制动控制单元3和多个制动器12。

每个机电制动控制单元3均与中央控制单元2相连，每个机电制动控制单元3与至少一个制动器12相连，以控制上述至少一个制动器12的运行，制动器12用于对轨道车辆200的车轮11制动。当轨道车辆200需要进行行车制动时，至少一个机电制动控制单元3通过控制制动器12对车轮11制动。

例如，如图1-图4所示，轨道车辆200可以包括至少一节车体1，车轮11可转动地设在车体1上以实现车体1的运动，多个制动器12可以对应多个车轮11设置，例如，当制动器12的数量与车轮11的数量相等时，多个制动器12可以与多个车轮11一一对应设置，当制动器12的数量小于车轮11的数量时，多个车轮11中的至少一个未对应设置制动器12。但不限于此。可选地，制动器12可以为四个，车轮11可以大于或等于四个。

可以理解的是，制动器12在对车轮11进行制动时，制动器12可以对与车轮11相连的车轴进行制动、也可以对车轮11上的制动盘进行制动，但不限于此，只需保证制动器12对车轮11进行制动时、可以改变车轮11的转速即可。

其中，每个机电制动控制单元3分别与中央控制单元2相连，使得多个机电制动控制单元3之间彼此独立运行、互不干涉，每个机电制动控制单元3与中央控制单元2之间可以均有信号交互，中央控制单元2可以向机电制动控制单元3传递信号例如发出指令、机电制动控制单元3可以向中央控制器传递信号例如反馈信号，以使每个机电制动控制单元3可以分别单独控制至少一个制动器12，即每个制动器12可以仅由与其相连的机电制动控制单元3控制，每个机电制动控制单元3可以控制至少一个车轮11实现制动。

具体地，当轨道车辆200需要进行行车制动时，多个机电制动控制单元3中的至少一个控制对应制动器12运转，以对对应车轮11产生制动力，制动力可以继续施加、也可以缓解，实现轨道车辆200的制动；当多个机电制动控制单元3中的其中一个发生故障、使得该故障的机电制动控制单元3对应的制动器12无法实现制动时，其余机电制动控制单元3中的至少一个可以控制对应制动器12运转以对对应车轮11制动，从而多个机电制动控制单元3可以互相形成备份，避免机电制动控制单元3和/或对应制动器12故障导致轨道车辆200无法制动，进而提升了机电制动系统100制动的冗余度，保证了轨道车辆200的行车安全性和停车安全性。

可以理解的是，“行车制动”可以包括轨道车辆在行车过程中制动，也可以包括轨道车辆停车制动，即轨道车辆停车后制动，例如停放制动。在轨道车辆200的行车制动过程中，机电制动系统100可以通过电子机械制动的方式进行，此时可以无需通过制动介质例如制动液或制动气等，即可以无需借助液压油或空气等来实现行车制动，从而简化了机电制动系统100的结构，便于机电制动系统100的布置，有利于实现机电制动系统100的独立运行；当然，如果轨道车辆200上设有驱动装置例如牵引电机驱动车轮11运行，驱动装置可以对车轮11施加制动力以使车轮11减速或停止时，机电制动系统100还可以与配合牵引电机运行，机电制动系统100可以根据驱动装置对车轮11施加的电制动力情况来控制制动器12的制动力，从而配合电制动力施加合适的制动力，保证各个车轮11受到的制动力较为均衡；但不限于此。

由此，通过在轨道车辆200制动时采用机电制动系统100机电制动的方式，即行车时采用机电制动以保证轨道车辆200的行车速度、停车时也采用机电制动，既可满足轨道车辆200行车时施加机电制动提高乘车舒适性及快速响应制动指令，又能满足将轨道车辆200永久停放在坡道上、制动力不会衰减导致溜坡；机电制动无压缩介质、无管路布置，制动力的形成源动力不是压缩空气、也不是液压油，而是采用的机械结构，环境友好，同时使得制动器12结构简单、具有良好的安全可靠性，从而简化了轨道车辆200的配置，使得轨道车辆200结构简洁、体积较小，便于实现轨道车辆200的轻量化设计，方便了轨道车辆200的维护保养；此外，轨道车辆200的配置便于实现模块化设计，便于组装、调试，降低轨道车辆200的成本。

需要说明的是，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明实施例的用于轨道车辆200的机电制动系统100，通过在轨道车辆200行车制动时采用机电制动系统100机电制动的方式，既可满足轨道车辆200行车时施加机电制动提高乘车舒适性及快速响应制动指令，又能满足将轨道车辆200永久停放在坡道上、制动力不会衰减导致溜坡；机电制动无压缩介质、无管路布置，环境友好，同时使得制动器12结构简单、具有良好的安全可靠性，从而简化了轨道车辆200的配置，使得轨道车辆200结构简洁、体积较小，便于实现轨道车辆200的轻量化设计，方便了轨道车辆200的维护保养；轨道车辆200的配置便于实现模块化设计，便于组装、调试，降低轨道车辆200的成本。此外，本申请的轨道车辆200采用基于数字化、智能化、安全原则的控制方式，可以满足无人驾驶要求。

在本发明的一些具体实施例中，如图2所示，机电制动系统100具有第一电源4和多个第二电源5，第一电源4与中央控制单元2电连接，则第一电源4可以对中央控制单元2供电，保证中央控制单元2的正常工作。多个第二电源5分别与多个机电制动控制单元3电连接，则多个第二电源5可以分别对多个机电制动控制单元3供电，以保证多个机电制动控制单元3正常工作，其中第二电源5的数量与机电制动控制单元3的数量可以相等、也可以不相等；例如，第二电源件5的数量为m、机电制动控制单元3的数量为n，且m≥2、n≥2，当m＝n时，m个第二电源5可以与n个机电制动控制单元3一一对应设置，当m＞n时，n个机电制动控制单元3中的至少一个可以对应m个第二电源5中的至少两个设置，但不限于此。

可选地，在图2的示例中，第一电源4包括第一主电源件41和第一备用电源件42，第一主电源件41和第一备用电源件42并联后与中央控制单元2电连接，此时第一主电源件41和第一备用电源件42可以分别对中央控制单元2供电，第一主电源件41和第一备用电源件42之间可以互相形成备份，避免中央控制单元2断电而无法正常工作，提升了机电制动系统100供电的冗余度，保证了机电制动系统100制动的安全可靠性，同时在保证对中央控制单元2供电的冗余度的前提下、简化了第一电源4的结构，方便了第一电源4的布置。

可以理解的是，“第一主电源件41和第一备用电源件42并联后与中央控制单元2电连接”可以包括第一主电源件41和第一备用电源件42始终与中央控制单元2保持电连接，还可以包括第一主电源件41和第一备用电源件42中的其中一个与中央控制单元2电连接，当第一主电源件41和第一备用电源件42中的上述其中一个故障时、可以触发第一主电源件41和第一备用电源件42中的另一个与中央控制单元2电连接以实现继续供电。但不限于此。

可选地，在图2的示例中，第二电源5包括第二主电源件51和第二备用电源件52，第二主电源件51和第二备用电源件52并联后与机电制动控制单元3电连接，此时第二主电源件51和第二备用电源件52可以分别对对应机电制动控制单元3供电，第二主电源件51和第二备用电源件52之间可以互相形成备份，避免机电制动控制单元3断电而无法正常工作，进一步提升了机电制动系统100供电的冗余度，保证了机电制动系统100制动的安全可靠性，同时在保证对机电制动控制单元3供电的冗余度的前提下、简化了第二电源5的结构，方便了第二电源5的布置。

可以理解的是，“第二主电源件51和第二备用电源件52并联后与机电制动控制单元3电连接”可以包括第二主电源件51和第二备用电源件52始终与机电制动控制单元3保持电连接，还可以包括第二主电源件51和第二备用电源件52中的其中一个与机电制动控制单元3电连接，当第二主电源件51和第二备用电源件52中的上述其中一个故障时、可以触发第二主电源件51和第二备用电源件52中的另一个与机电制动控制单元3电连接以实现继续供电。但不限于此。

在本发明的一些可选实施例中，机电制动控制单元3为四个，第二电源5为四个，第二电源件5与机电制动控制单元3一一对应，此时，四个第二电源5可以分别对四个机电制动控制单元3供电。

在本发明的另一些可选实施例中，机电制动控制单元3为四个，第二电源件5为四个，每个第二电源5与两个机电制动控制单元3电连接，保证机电制动系统100的供电冗余度，提升了机电制动系统100的制动可靠性。

当然，在图2的示例中，机电制动控制单元3为四个，第二电源5还可以为两个，每个第二电源5与两个机电制动控制单元3电连接。其中，每个第二电源5均包括第一主电源件51和第二备用电源件52，第二主电源件51和对应第二备用电源件52并联后可以对四个机电制动控制单元3中的其中两个同时供电，另一个第二主电源件51和对应第二备用电源件52并联后可以对四个机电制动控制单元3中的另外两个同时供电；当第二主电源件51因故障等因素无法对对应机电制动控制单元3供电时，对应的第二备用电源件52可以对对应机电制动控制单元3继续供电。由此，在保证对机电制动控制单元3供电冗余的前提下、简化了第二电源5的数量，方便了第二电源5的布置。

进一步地，机电制动系统100还可以包括蓄能件，蓄能件与至少一个机电制动控制单元3电连接，使得蓄能件可以对上述至少一个机电制动控制单元供电；若轨道车辆200在行车过程中异常高压断电，可以通过蓄能件供电和检测的退电信号施加制动，例如蓄能件可以对机电制动控制单元3模块继续常电，保证机电制动控制单元3可以常被供电，仍可以实现制动，保证轨道车辆200的安全，也就是说，机电制动系统100可以具有失电自动制动功能，进一步提升了轨道车辆200的安全可靠性。其中，蓄能件可选为蓄电池。

可选地，如图2所示，每个机电制动控制单元3均与中央控制单元2之间采用网络连接和硬线连接。例如，中央控制单元2接收信号系统或司控台制动指令，通过网络CAN连线和/或硬线连线将制动指令传递至机电制动控制单元3；当网络信号故障时，中央控制单元2可以通过硬线连线传递制动指令，而当硬线连线故障时，中央控制单元2可以通过网络连线传递制动指令，从而提升了机电制动系统100指令传输的安全性，保证指令的顺利传输。由此，网络连线和硬线连线可以互相形成备份，避免指令传输中断，进一步保证了机电制动系统100的安全性。

其中，网络连接可以指机电制动控制单元3与中央控制单元2之间的信号线可以采用网络连接线连接，以通过网络信号通讯，硬线连接可以指机电制动控制单元3与中央控制单元2之间的信号线可以采用硬线连接。

在本发明的一些实施例中，机电制动系统100具有多个轮速传感器6，多个轮速传感器6与多个车轮11一一对应，轮速传感器6与中央控制单元2相连且轮速传感器6用于检测对应车轮11的转速，轮速传感器6可以件检测到的车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2通过分析、计算以判断对应车轮11是否发生打滑。当中央控制器判断车轮11打滑时，可以通过对应机电制动控制单元3单独调节与打滑车轮11对应的制动器12制动力，以减小对应制动器12的制动力，使车轮11恢复滚动。其中，轮速传感器6可以通过检测轮轴的速度以检测对应车轮11的速度。

可以理解的是，轮速传感器6的个数可以与车轮11的个数相等，或者，轮速传感器6的个数还可以小于车轮11的个数。

可选地，中央控制单元2获取车轮11的转速以计算出车轮11的速度、减速度和滑移率，中央控制单元2将车轮11的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对车轮11进行打滑判断，进一步保证行车制动的安全性。其中，判据可以仅为车轮11的速度，或者，判据可以仅为车轮11的减速度，或者，判据可以仅为车轮11的滑移率，或者，判据可以为车轮11的速度和减速度结合，或者，判据可以为车轮11的速度和滑移率结合，或者，判据可以为车轮11的减速度和滑移率结合，或者，判据还可以为车轮11的速度、减速度和滑移率结合。

可以理解的是，中央控制单元2可以将车轮11的速度、减速度和滑移率中的至少两个作为判据，以提升车轮11打滑判断的准确性。

当判据包括车轮11的速度时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以计算出车轮11的速度，如果车轮11的速度小于轨道车辆200的速度、且车轮11的速度与轨道车辆200速度之间的差值超过第一预设值，则中央控制单元2判断对应车轮11打滑；当判据包括车轮11的减速度时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以通过计算得出车轮11的减速度，如果车轮11的减速度迅速下降至超过第二预设值，则中央控制单元2判断对应车轮11打滑；当判据包括车轮11的滑移率时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以通过计算得出车轮11的滑移率，如果车轮11的滑移率超过第三预设值，则中央控制单元2判断对应车轮11打滑。

其中，第一预设值、第二预设值和第三预设值可以分别根据轨道车辆200的实际运行情况具体预设在中央控制单元2内，车轮11的滑移率可以使车轮11速度与车体1速度(即轨道车辆200的速度)的差值与车体1速度之间的比值。

在本发明的一些具体实施例中，如图1-图4所示，制动器12可以为电机机械制动器，制动器12包括电机121、螺旋机构122和闸片123，螺旋机构122由电机121驱动移动，螺旋机构122的自由端设有活塞122a，闸片123设在活塞122a上以与车轮11的制动盘配合或分离。由此，采用机电制动控制单元3控制制动器12制动，电机121可以驱动螺旋机构122向右移动，从而通过活塞122a使得闸片123与对应车轮11的制动盘配合，实现车体1的制动；电机121还可以驱动螺旋机构122向左移动，从而通过活塞122a使得闸片123与对应车轮11的制动盘分离，以缓解制动；同时在保证制动功能的同时、简化了制动器12的结构和体积，便于布置制动器12。其中，电机121与螺旋机构122之间可以设有减速装置，减速装置可以为行星齿轮机构；电机121可选为无刷直流电机121；螺旋机构122可选为滚珠丝杠。

具体地，机电制动控制单元3接收中央控制单元2的制动指令后，通过控制算法计算，将目标制动力信号转化为电机121的电压控制量，然后采用脉冲宽度调制技术驱动电机121正转或反转，经过减速装置的减速、螺旋机构122的运动转化，使闸片123夹紧或松开制动盘，执行制动或缓解；其中，机电制动控制单元3对对应电机121的电流、电压进行检测，以便于实现对应电机121的过流保护、过压保护和欠压保护，保证电机121的使用可靠性。其中，可以通过检测制动器12对应的电机121的转速与电流来监测制动器12的制动状态，电机121转速、电机121电流和制动器12对车轮11的夹紧力的关系如图4所示；在图4中，横轴可以表示时间，起初电机121未启动、电机121转速为0且活塞122a与闸片123之间存在一定间隔，此时活塞122a对车轮11的作用力为0，则夹紧力为0；随后，电机121启动，电机121会产生冲击电流，随后电机121的电流逐渐稳定，此时电机121可以空载转动；然后，当活塞122a使得闸片123与对应车轮11的制动盘接触时，活塞122a对车轮11产生作用力，此时夹紧力开始增大、电机121转速降低，电机121开始发生堵转，电机121的电流逐渐增大且电机121电流为堵转电流。换言之，当夹紧力不为0时，电机121转速、电流与夹紧力存在一定函数关系，则可以通过检测电机121的转速与电流来检测制动器12的制动状态。

可以理解的是，制动器12具有良好的自锁功能，进一步保证了轨道车辆200永久停放在坡道上、制动力不会衰减导致溜坡，实现了轨道车辆200的永久停放，保证了轨道车辆200停车稳定性。

轨道车辆200在行车过程中的制动可以采用全电制动，即通过电能来实现车体1的制动，车体1上可以配置转换装置以将车体1的动能转化为电能储存在车体1的电源例如动力电池中以供车体1使用，轨道车辆200到站停车后、可以通过电能将车体1制动到速度为零，以最大限度地节能，提高资源利用率。例如，轨道车辆200的牵引电机可以形成为电动机-发电机一体机，从而在轨道车辆200行车制动的过程中、将轨道车辆200的动能转化为电能以存储在动力电池中。

进一步地，制动器12还包括压力传感器，压力传感器和与该制动器12对应的机电制动控制单元3电气连接，压力传感器用于监测闸片123的制动力、并反馈至对应机电制动控制单元3。例如，压力传感器可以将检测到的压力信号发送给对应机电制动控制单元3，根据压力传感器的信号和即时的制动指令信号，机电制动控制单元3可以控制电机121正转或反转来相应增加或减小闸片123的制动力，以形成制动力的闭环控制，使得闸片123的制动力趋近与目标值，以使得制动器12的制动力达到目标值。

根据本发明第二方面实施例的机电制动系统100的控制方法，机电制动系统100为根据本发明上述第一方面实施例的用于轨道车辆200的机电制动系统100。

控制方法包括以下步骤：中央控制单元2向机电制动控制单元3发送指令；机电制动控制单元3根据接收的指令控制对应制动器12执行相应动作。

具体地，如图5所示，轨道车辆200的信号系统和司控台可以给中央控制单元2发送指令，当中央控制单元2接收到指令后，可以对指令进行相应处理，然后中央控制单元2向至少一个机电制动控制单元2发送指令，接收到指令的机电制动控制单元2可以控制制动器12执行相应动作，例如制动器12可以施加制动、也可以缓解制动等。

根据本发明实施例的机电制动系统100的控制方法，机电制动系统100的控制逻辑较为简单、便于实现，保证了轨道车辆200的行车安全。

在本发明的一些实施例中，机电制动系统100具有第一电源4，第一电源4包括第一主电源件41和第一备用电源件42，第一主电源件41和第一备用电源件42均与中央控制单元2电连接，第一主电源件41和第一备用电源件42可以分别对中央控制单元2供电；当第一主电源件41故障时，第一备用电源件42对所述中央控制单元2供电，避免中央控制单元2断电而无法正常工作，提升了机电制动系统100供电的冗余度，保证了机电制动系统100制动的安全可靠性。其中，第一主电源件41与第一备用电源件42可以并联后与中央控制单元2电连接。

可以理解的是，第一电源4可以为一个或多个；“第一主电源件41和第一备用电源件42均与中央控制单元2电连接”可以包括第一主电源件41和第一备用电源件42始终与中央控制单元2保持电连接，还可以包括第一主电源件41和第一备用电源件42中的其中一个与中央控制单元2电连接，当第一主电源件41和第一备用电源件42中的上述其中一个故障时、可以触发第一主电源件41和第一备用电源件42中的另一个与中央控制单元2电连接以实现继续供电。但不限于此。

在本发明的一些实施例中，机电制动系统100具有多个第二电源5，每个第二电源5均包括第二主电源件51和第二备用电源件52，第二主电源件51和第二备用电源件52均与机电制动控制单元3电连接，第二主电源件51和第二备用电源件52可以分别对机电制动控制单元3供电；当第二主电源件51故障时，第二备用电源件52对机电制动控制单元3供电，避免机电制动控制单元3断电而无法正常工作，提升了机电制动系统100供电的冗余度，保证了机电制动系统100制动的安全可靠性。其中，第二主电源件51与第二备用电源件52可以并联后与机电制动控制单元3电连接。

可以理解的是，第二电源5可以为一个或多个；“第二主电源件51和第二备用电源件52均与对应机电制动控制单元3电连接”可以包括第二主电源件51和第二备用电源件52始终与对应机电制动控制单元3保持电连接，还可以包括第二主电源件51和第二备用电源件52中的其中一个与对应机电制动控制单元3电连接，当第二主电源件51和第二备用电源件52中的上述其中一个故障时、可以触发第二主电源件51和第二备用电源件52中的另一个与对应机电制动控制单元3电连接以实现继续供电。但不限于此。

具体地，每个机电制动控制单元3均与中央控制单元2之间通过网络连接线和硬线连接，当网络连接线和硬线中的其中一个故障时，机电制动控制单元3与中央控制单元2之间通过网络连接线和硬线中的另一个通讯；例如，当网络信号故障时，中央控制单元2可以通过硬线连线传递制动指令，而当硬线连线故障时，中央控制单元2可以通过网络连线传递制动指令，从而提升了机电制动系统100指令传输的安全性，保证指令的顺利传输。

可选地，制动器12包括电机121、螺旋机构122和闸片123，螺旋机构122由电机121驱动移动，螺旋机构122的自由端设有活塞122a，闸片123设在活塞122a上以与车轮11的制动盘配合或分离。由此，采用机电制动控制单元3控制制动器12制动，电机121可以驱动螺旋机构122向右移动，从而通过活塞122a使得闸片123与对应车轮11的制动盘配合，实现车体1的制动；电机121还可以驱动螺旋机构122向左移动，从而通过活塞122a使得闸片123与对应车轮11的制动盘分离，以缓解制动；同时在保证制动功能的同时、简化了制动器12的结构和体积，便于布置制动器12。其中，电机121与螺旋机构122之间可以设有减速装置，减速装置可以为行星齿轮机构；电机121可选为无刷直流电机121；螺旋机构122可选为滚珠丝杠。

在制动器12执行动作(例如施加制动或缓解制动)的过程中，机电制动单元3检测电机121的电流和电压中的至少一个，即机电制动单元3可以仅检测电机121的电流、也可以仅检测电机121的电压、还可以检测电机121的电流和电压。当机电制动单元3检测电机121的电流时，如果电流检测值超过对应预设值，机电制动控制单元3控制电机121停止运行，以实现电机121的过流保护；当机电制动单元3检测电机121的电压时，如果电压检测值超过对应预设值，机电制动控制单元3控制电机121停止运行，以实现电机121的过压保护，而如果电压检测值低于对应预设值，机电制动控制单元3控制电机121停止运行，以实现电机121的欠压保护。由此，保证了电机121的使用可靠性

进一步地，如图6所示，制动器12包括压力传感器，压力传感器用于检测制动器12的制动力，压力传感器检测的实时制动力可以反馈至对应机电制动控制单元3，制动器12执行动作的过程中，机电制动控制单元3将压力传感器检测的实时制动力与中央控制单元2发出的指令中的目标制动力进行比较，并调节制动器12使实时制动力趋近目标制动力。例如，压力传感器可以将检测到的压力信号发送给对应机电制动控制单元3，根据压力传感器的信号和中央控制单元2发出的即时的制动指令信号，机电制动控制单元3可以控制电机121正转或反转来相应增加或减小制动器12的制动力，以形成制动力的闭环控制，使得制动器12的制动力趋近目标值。

可选地，如图2和图7所示，机电制动系统100具有多个轮速传感器6，每个轮速传感器6用于检测对应车轮11的转速；中央控制单元2获取车轮11的转速以计算出车轮11的速度、减速度和滑移率，中央控制单元2将车轮11的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对车轮11进行打滑判断。其中，每个转速传感器6可以分别与中央控制单元2相连，以将检测的车轮11的转速反馈至中央控制单元2。当中央控制器判断车轮11打滑时，可以通过对应机电制动控制单元3单独调节与打滑车轮11对应的制动器12制动力，以减小对应制动器12的制动力，使车轮11恢复滚动。

可以理解的是，上述判据可以仅为车轮11的速度，或者，判据可以仅为车轮11的减速度，或者，判据可以仅为车轮11的滑移率，或者，判据可以为车轮11的速度和减速度结合，或者，判据可以为车轮11的速度和滑移率结合，或者，判据可以为车轮11的减速度和滑移率结合，或者，判据还可以为车轮11的速度、减速度和滑移率结合。

例如，当判据包括车轮11的速度时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以计算出车轮11的速度，如果车轮11的速度小于轨道车辆200的速度且车轮11的速度与轨道车辆200速度之间的差值超过第一预设值，中央控制单元2判断对应车轮11打滑；当判据包括车轮11的减速度时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以通过计算得出车轮11的减速度，如果车轮11的减速度迅速下降至超过第二预设值，则中央控制单元2判断对应车轮11打滑；当判据包括车轮11的滑移率时，轮速传感器6将车轮11的转速信号反馈至中央控制单元2，中央控制单元2可以通过计算得出车轮11的滑移率，如果车轮11的滑移率超过第三预设值，则中央控制单元2判断对应车轮11打滑。

其中，第一预设值、第二预设值和第三预设值可以分别根据轨道车辆200的实际运行情况具体预设在中央控制单元2内，车轮11的滑移率可以使车轮11速度与车体1速度的差值与车体1速度之间的比值。

根据本发明第三方面实施例的轨道车辆200，包括至少一节车体1和至少一个机电制动系统100，每节车体1上设有多个车轮11，机电制动系统100为根据本发明上述第一方面实施例的用于轨道车辆200的机电制动系统100，机电制动系统100用于对多个车轮11制动。其中，轨道车辆200可以为城轨列车，城轨列车可以为少编组自导向小型胶轮城轨列车，例如1～2编组自导向小型胶轮城轨列车，此时该城轨列车包括1～2节车体1。但不限于此。

例如，每节车体1上均可以配置一个机电制动系统100，每节可以具有四个车轮11，机电制动系统100的制动器12可以为四个、机电制动控制单元3可以为四个，四个制动器12可以与四个机电制动控制单元3一一对应设置，四个制动器12可以对应四个车轮11设置，使得轨道车辆200前后左右受力平衡，车体1更加稳定，保证了轨道车辆200的舒适性。

当然，机电制动系统100的数量还可以小于车体1的数量；但不限于此。其中，机电制动系统100中的机电制动控制单元3还可以为两个、三个或五个等。当轨道车辆200包括多节车体1时，多节车体1配置的机电制动控制单元3的数量可以不完全相同，例如多个车体1中的至少一节可以配置两个机电制动控制单元2，其余车体1中的至少一节可以配置四个机电制动控制单元3，而不限于此。

根据本发明实施例的轨道车辆200，通过采用上述的机电制动系统100，保证了轨道车辆200的行车制动安全，有效简化了轨道车辆200的配置，降低成本，且便于实现轨道车辆200的轻量化设计和模块化设计，方便了轨道车辆200的维护保养。

当然，机电制动控制单元3还可以控制多个制动器12的运行；例如，当机电制动系统100包括两个机电制动控制单元3和四个制动器12时，四个制动器12可以对应四个车轮11设置，每个机电制动控制单元3对应两个制动器12设置，此时，四个车轮11可以分别布置在矩形的四个角处，每个机电控制单元3对应的两个制动器12可以均位于上述矩形的同一边上、也可以位于上述矩形的对角线上；其中，当每个机电制动控制单元3对应的两个制动器12位于上述矩形的对角线上时，如果仅通过一个机电制动控制单元3来实现制动，此时轨道车辆200也可以具有良好的受力，受力平衡，从而机电制动系统100施加制动或缓解制动(即释放制动)时、车体1同样可以保持稳定，保证了轨道车辆200的舒适性。但不限于此。

根据本发明实施例的轨道车辆200的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于轨道车辆的机电制动系统，其特征在于，包括：

中央控制单元；

多个机电制动控制单元，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元相连；

多个制动器，所述制动器用于对所述轨道车辆的车轮制动，每个所述机电制动控制单元与至少一个所述制动器相连；

当所述轨道车辆需要进行行车制动时，至少一个所述机电制动控制单元通过控制所述制动器对所述车轮制动；所述行车制动包括行车过程制动和停车制动；

所述制动器包括：

电机；

螺旋机构，所述螺旋机构由所述电机驱动移动，所述螺旋机构的自由端设有活塞；

闸片，所述闸片设在所述活塞上以与所述车轮的制动盘配合或分离；

所述机电制动控制单元用于检测所述电机的电流；在检测值超过预设值时控制所述电机停止运行；

其中，通过检测所述电机的转速与电流来检测所述制动器的制动状态；

所述制动器还包括：

压力传感器，所述压力传感器与对应所述机电制动控制单元电气连接，所述压力传感器用于监测所述闸片的制动力、并反馈至对应所述机电制动控制单元；

所述机电制动控制单元接收所述中央控制单元的制动指令后，根据所述压力传感器的信号和所述制动指令信号控制所述电机，以使得所述制动器的制动力达到目标值；

所述机电制动控制单元接收所述中央控制单元的所述制动指令后，将目标制动力信号转化为所述电机的电压控制量；

所述机电制动系统具有第一电源和多个第二电源，所述第一电源与所述中央控制单元电连接，多个所述第二电源分别与多个所述机电制动控制单元电连接；

所述第一电源包括第一主电源件和第一备用电源件，所述第一主电源件和所述第一备用电源件并联后与所述中央控制单元电连接；

所述机电制动系统还包括蓄能件，所述蓄能件与至少一个所述机电制动控制单元电连接；

所述中央控制单元获取所述车轮的转速以计算出所述车轮的速度、减速度和滑移率，所述中央控制单元将所述车轮的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对所述车轮进行打滑判断，

当所述判据包括所述车轮的速度时，所述车轮的速度小于车体的速度且所述车轮的速度与所述车体速度之间的差值超过第一预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

当所述判据包括所述车轮的减速度时，所述车轮的减速度超过第二预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

当所述判据包括所述车轮的滑移率时，所述车轮的滑移率超过第三预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元之间通过网络连接线和硬线连接，当所述网络连接线和所述硬线中的其中一个故障时，所述机电制动控制单元与所述中央控制单元之间通过所述网络连接线和所述硬线中的另一个通讯。

2.根据权利要求1所述的用于轨道车辆的机电制动系统，其特征在于，每个所述第二电源包括第二主电源件和第二备用电源件，所述第二主电源件和所述第二备用电源件并联后与所述机电制动控制单元电连接。

3.根据权利要求1所述的用于轨道车辆的机电制动系统，其特征在于，

所述机电制动控制单元为四个，所述第二电源为四个，所述第二电源与所述机电制动控制单元一一对应电连接；或者，

所述机电制动控制单元为四个，所述第二电源为两个，每个所述第二电源与两个所述机电制动控制单元电连接。

4.根据权利要求1所述的用于轨道车辆的机电制动系统，其特征在于，每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元之间采用网络连接和硬线连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于轨道车辆的机电制动系统，其特征在于，所述机电制动系统具有多个轮速传感器，多个所述轮速传感器与多个所述车轮一一对应，所述轮速传感器与所述中央控制单元相连且用于检测对应所述车轮的转速。

6.一种机电制动系统的控制方法，其特征在于，所述机电制动系统为根据权利要求1-5中任一项所述的用于轨道车辆的机电制动系统，

所述控制方法包括以下步骤：

所述中央控制单元向所述机电制动控制单元发送指令；

所述机电制动控制单元根据接收的指令控制对应所述制动器执行相应动作；

所述机电制动系统具有第一电源，所述第一电源包括第一主电源件和第一备用电源件，所述第一主电源件和所述第一备用电源件均与所述中央控制单元电连接，

当所述第一主电源件故障时，所述第一备用电源件对所述中央控制单元供电；

所述机电制动系统具有多个第二电源，每个第二电源均包括第二主电源件和第二备用电源件，所述第二主电源件和所述第二备用电源件均与所述机电制动控制单元电连接，

当所述第二主电源件故障时，所述第二备用电源件对所述机电制动控制单元供电；

每个所述机电制动控制单元均与所述中央控制单元之间通过网络连接线和硬线连接，当所述网络连接线和所述硬线中的其中一个故障时，所述机电制动控制单元与所述中央控制单元之间通过所述网络连接线和所述硬线中的另一个通讯；

所述机电制动系统具有多个轮速传感器，每个所述轮速传感器用于检测对应所述车轮的转速，

所述中央控制单元获取所述车轮的转速以计算出所述车轮的速度、减速度和滑移率，所述中央控制单元将所述车轮的速度、减速度和滑移率中的至少一个作为判据对所述车轮进行打滑判断，

当所述判据包括所述车轮的速度时，所述车轮的速度小于所述车体的速度且所述车轮的速度与所述车体速度之间的差值超过第一预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

当所述判据包括所述车轮的减速度时，所述车轮的减速度超过第二预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

当所述判据包括所述车轮的滑移率时，所述车轮的滑移率超过第三预设值，所述中央控制单元判断对应所述车轮打滑；

所述制动器包括电机、螺旋机构和闸片，所述螺旋机构由所述电机驱动移动，所述螺旋机构的自由端设有活塞，所述闸片设在所述活塞上以与所述车轮的制动盘配合或分离，

所述制动器执行动作的过程中，所述机电制动单元检测所述电机的电流和电压中的至少一个，

当检测值超过预设值时，所述机电制动控制单元控制所述电机停止运行；

所述制动器包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述制动器的制动力，

所述制动器执行动作的过程中，所述机电制动控制单元将所述压力传感器检测的实时制动力与所述中央控制单元发出的指令中的目标制动力进行比较，并调节所述制动器使所述实时制动力趋近所述目标制动力。

7.一种轨道车辆，其特征在于，包括：

至少一节车体，每节所述车体上设有多个所述车轮；

至少一个机电制动系统，所述机电制动系统为根据权利要求1-5中任一项所述的用于轨道车辆的机电制动系统，所述机电制动系统用于对多个所述车轮制动。

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