CN114261382A - 一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元，包括电源板、主控板、驱动板及通信板，电源板负责将输入的110V电源转换为控制用的5V、15V和24V电源；主控板主要负责列车网络通信、列车制动力管理、本地制动力计算、速度采集、压力采集及将本架所需的制动力发给电机驱动板实施制动力控制；驱动板主要负责接收主控板制动指令、车辆紧急制动指令和远程缓解指令，驱动控制两根轴的电踏面施加或缓解制动力，驱动板的1轴电源和2轴电源以及相关的控制功能互为冗余，以确保制动功能的安全性，尤其是紧急制动功能的安全性；通信板主要负责大容量数据存储、数据下载及程序在线升级等功能。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通列车制动控制技术，特别是一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元。
背景技术
目前，轨道交通迅猛发展，对轨道车辆的需求越来越大，对轨道车辆制动系统的轻量化、绿色化、简洁化、安全性、可靠性、可用性、舒适性提出了更高要求。目前主要的制动系统厂商及研究机构，开展基于电机驱动的制动基础制动单元研究与开发，因此基于电机驱动的基础制动单元的高安全性制动控制技术研究迫在眉睫。
CN201710630041.2公开了一种高速列车制动力分配优化控制方法，涉及一种高速列车制动力分配优化控制系统，用于对各节列车应施加制动力进行协调控制；所述系统包括制动力分配优化控制模块，所述模块基于单节列车受力模型获取粘着重力FNi，还包括用于获取列车粘着力约束条件Fμ的比较器和乘法器、制动力分配优化控制单元和制动力再分配及其优化单元；所述方法包括粘着重力的计算，列车粘着力约束条件的确定，电制动优先的制动力优化控制算法，制动力再分配方法及其优化算法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元，采用控制电机的方式驱动基础制动单元，具有系统响应快、结构简洁、重量轻、绿色节能等特点，设计过程中充分考虑冗余设计及故障安全导向设计，以提升了制动系统容错运行的能力，提高制动系统的可靠性、安全性。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，包括电源板、主控板、驱动板及通信板，外部DC110V电源经驱动板后进入电源板，所述电源板负责将输入电源进行隔离变换后转换为其余电路板用的5V、15V、24V电源；所述主控板负责列车及板间通信、速度信号采集、压力信号采集，实现制动力计算，及将所需制动力实时发给驱动板实施制动；所述通信板负责与列车以太网及主控板交互和接收车辆制动指令并传递给主控板。
所述电源板将两路DC110V电源进行隔离变换后输出多路电源，为其他电路板供电；两路电源转换电路相互独立。
所述驱动板设有两个DSP处理器，DSP1和DSP2分别控制2根轴的2个电机械踏面单元，一轴的DSP1和二轴的DSP2互相监视生命信号，当任一个DSP运行异常时，另一个DSP接管控制2根轴的4个电机械踏面。
所述主控板采集紧急制动信号进行制动力计算，同时DSP1和DSP2均进行紧急制动信号采集，任何一个采集到紧急制动指令均会控制电机输出紧急制动力。
设有2路冗余的110V供电，在任一110V失电的情况保证两轴的紧急制动正常施加。
相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明具有制动指令、空气弹簧压力、速度等信号采集，制动力计算、管理和分配，电机械踏面的制动力施加和缓解控制等功能；可实现制动力管理、常用制动、紧急制动、停放制动、远程缓解、保持制动、防滑控制、故障诊断与存储，电源板将两路互为独立的DC110V电源进行隔离变换后输出多路电源，为其他电路板供电；驱动板设有两个DSP处理器(DSP1和DSP2)分别控制2根轴的2个电机械踏面单元，一轴的DSP1和二轴的DSP2互相监视生命信号，当任一个DSP运行异常时，另一个DSP接管控制2根轴的4个电机械踏面，确保制动功能的安全性；主控板采集紧急制动信号进行制动力计算，同时DSP1和DSP2均进行紧急制动信号采集，任何一个采集到紧急制动指令均会控制电机输出紧急制动力，保证紧急制动的安全等级。因此本发明基于电机驱动的基础制动单元，采用冗余及故障安全导向等措施提升了制动控制系统的容错运行能力，保障了制动系统的安全性。
附图说明
图1为本发明电机械制动控制单元框图。
图2为本发明电源冗余输入及处理框图。
图3为本发明指令接收、处理以及电机驱动和冗余控制框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
如图1所示，包括电源板、通信板、主控板、驱动板。外部DC110V电源经驱动板后进入电源板，电源板负责将输入电源进行隔离变换后转换为其余电路板用的5V、15V、24V电源；主控板负责列车及板间通信、速度信号采集、压力信号采集，实现制动力计算，及将本架所需制动力实时发给驱动板实施制动；通信板负责与列车以太网及主控板交互和接收车辆制动指令并传递给主控板。
如图2所示，DC110V电源经过两路独立空开输入制动控制单元并在内部短接，每路电源供给两路电踏面驱动电路。两路DC110V电源经板内连接器输入电源板，经隔离变换后输出多路电源，供其他电路板使用。5V、15V电源在驱动板上利用二极管短接，一二轴DSP处理芯片由不同5V电源供电，其余控制电路电源均实现冗余。可保证任一DSP电源故障时，驱动板控制回路可正常工作，可实现电机驱动控制。
如图3所示，DSP1、DSP2通过硬线及串口和CAN分别接收主控板传递的制动力实现电踏面压紧力的控制。在DSP1故障的情况下，CPLD1及DSP2接收DSP1的生命信号消失，CPLD1停止接收DSP1的PWM信号，并由DSP2进行控制。DSP2利用采集的电踏面1/2的力传感器、编码器及相电流数据，控制CPLD1输出PWM信号驱动电机驱动模块进行1/2电踏面控制。同理，DSP2故障的情况下，DSP1可采集电踏面3/4的数据进行电踏面3/4的控制。
综合上述本发明一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元具有良好的效果，能够通过制动指令、空气弹簧压力、速度等信号采集，进行制动力计算、管理、分配以及电机械踏面的驱动控制，实现制动力管理、常用制动、紧急制动、停放制动、远程缓解、保持制动、防滑控制、故障诊断与存储等功能。同时该控制单元在指令采集、电源供电以及基础制动单元电机控制等方面充分考虑冗余型设计，在系统控制层面充分考虑故障安全导向设计，确保列车制动力的正常施加，从而保证列车安全、可靠地运行。因此发明中涉及的一种基于电机驱动的高安全性制动控制单元具有良好的制动控制性能及广泛的应用前景。
Claims (5)
1.一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，其特征在于，包括电源板、主控板、驱动板及通信板，外部DC110V电源经驱动板后进入电源板，所述电源板负责将输入电源进行隔离变换后转换为其余电路板用的5V、15V、24V电源；所述主控板负责列车及板间通信、速度信号采集、压力信号采集，实现制动力计算，及将所需制动力实时发给驱动板实施制动；所述通信板负责与列车以太网及主控板交互和接收车辆制动指令并传递给主控板。
2.根据权利要求1所述的一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，其特征在于，所述电源板将两路DC110V电源进行隔离变换后输出多路电源，为其他电路板供电；两路电源转换电路相互独立。
3.根据权利要求1所述的一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，其特征在于，所述驱动板设有两个DSP处理器，DSP1和DSP2分别控制2根轴的2个电机械踏面单元，一轴的DSP1和二轴的DSP2互相监视生命信号，当任一个DSP运行异常时，另一个DSP接管控制2根轴的4个电机械踏面。
4.根据权利要求3所述的一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，其特征在于，所述主控板采集紧急制动信号进行制动力计算，同时DSP1和DSP2均进行紧急制动信号采集，任何一个采集到紧急制动指令均会控制电机输出紧急制动力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于电机驱动基础制动的高安全性制动控制单元，其特征在于设有2路冗余的110V供电，在任一110V失电的情况保证两轴的紧急制动正常施加。
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