CN115723719A - 一种轨道交通车辆的电机械制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道交通车辆的电机械制动系统，所述方法包括：列车级装置和多个车辆级装置，所述列车级装置包括列车控制单元和司机控制器；每个车辆级装置包括制动控制单元、传感器单元、至少一个驱动单元和多个执行单元；所述列车控制单元与所述制动控制单元通信连接，所述司机控制器与所述列车控制单元通信连接；所述制动控制单元与每个驱动单元通信连接，每个驱动单元与对应的执行单元相连，所述制动控制单元与传感器单元相连。所述装置用于执行上述方法。本发明实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统，有效降低制动系统的检修维护的成本和复杂度。

Description

一种轨道交通车辆的电机械制动系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道交通车辆的电机械制动系统。

背景技术

制动技术是轨道交通装备重要的关键核心技术，在传统的轨道车辆制动中，通常采用液压制动或者空气制动。

传统的液压制动和空气制动采用单独的液压源和气源，由于液压和气路介质的原因，其响应时间较电机械制动慢，在应用过程中需考虑液压源和气源的生产成本、维修维护成本及日常检修成本；在现场调试和运营保障过程中，需定期测量液压源和气源关键节点处的液体压力或气压，增加了日常检修的工作量；此外，在不同海拔和温度的地区，需要考虑环境对液压源和气源在制动过程中的影响。目前，制动厂家和研究机构针对电机械制动也开展了大量研究和技术储备，如何提出一种适用于轨道交通车辆的电机械制动系统，以克服传动的液压制动或者空气制动的存在的问题，成为本领域亟待解决的重要课题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种轨道交通车辆的电机械制动系统，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

本发明提出一种轨道交通车辆的电机械制动系统，包括：列车级装置和多个车辆级装置，其中：

所述列车级装置包括列车控制单元和司机控制器；

每个车辆级装置包括制动控制单元、传感器单元、至少一个驱动单元和多个执行单元；

所述列车控制单元与所述制动控制单元通信连接，所述司机控制器与所述列车控制单元通信连接；

所述制动控制单元与每个驱动单元通信连接，每个驱动单元与对应的执行单元相连，所述制动控制单元与传感器单元相连。

进一步地，所述列车级装置还包括紧急制动按钮，所述紧急制动按钮与所述列车控制单元通信连接，所述紧急制动按钮用于触发列车紧急制动。

进一步地，所述列车控制单元与每个驱动单元通信连接。

进一步地，所述列车控制单元通过列车紧急制动指令线与每个驱动单元连接。

进一步地，每个车辆级装置还包括储能单元，所述储能单元用于为每个驱动单元和每个执行单元供电。

进一步地，所述制动控制单元包括采集输出模块、网络通信模块和制动控制模块，其中：

所述采集输出模块用于采集列车的指令信号；

所述网络通信模块用于接收列车网络指令信号；

所述制动控制模块用于根据列车的指令信号或者列车网络指令信号，识别列车所需施加的制动功能。

进一步地，所述制动控制单元还包括健康管理模块，所述健康管理模块用于对关键器件进行故障预测。

进一步地，所述制动控制单元还包括故障诊断模块，所述故障诊断模块用于进行故障预警。

进一步地，所述执行单元包括至少一个夹钳模块，所述夹钳模块用于实现列车制动功能。

进一步地，所述传感器单元包括压力传感器和速度传感器，所述压力传感器用于采集列车空簧压力，所述速度传感器用于采集列车车辆的轴速。

本发明实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统，包括列车级装置和多个车辆级装置，列车级装置包括列车控制单元和司机控制器，每个车辆级装置包括制动控制单元、传感器单元、至少一个驱动单元和多个执行单元，列车控制单元和司机控制器分别与制动控制单元通信连接，制动控制单元与每个驱动单元通信连接，每个驱动单元与对应的执行单元相连，制动控制单元与传感器单元相连，能够采用电能为介质实现列车的制动，相对于传统的液压制动和空气制动系统结构简单，减少故障隐患，有效降低制动系统的检修维护的成本和复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明第一实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图2是本发明第二实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图3是本发明第三实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图4是本发明第四实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图5是本发明第五实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图6是本发明第六实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

图7是本发明第七实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的相关内容进行说明。

随着电子技术的发展，车辆网络技术成为载体，推进了制动系统从传统点对点形式的机械操控模式向基于信息交互处理和实时控制的新型电控集成模式方向的转化。线控制动系统通常包括电控液压制动和电控机械制动两种类型。其中电控机械制动因其模块化、集成化和节能环保的特点，成为目前轨道交通车辆制动领域研究的热点。电机械制动是一类以电能为介质施加机械阻力(摩擦力)从而实现运动减缓或停止的制动。

图1是本发明第一实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统，包括列车级装置1和多个车辆级装置2，其中：

列车级装置1包括列车控制单元11和司机控制器12；

每个车辆级装置2包括制动控制单元21、传感器单元22、至少一个驱动单元23和多个执行单元24；

列车控制单元11与制动控制单元21通信连接，司机控制器12与列车控制单元11通信连接；

制动控制单元21与每个驱动单元23通信连接，每个驱动单元23与对应的执行单元24相连，制动控制单元21与传感器单元22相连。

具体地，对于一列列车，设置一个列车级装置1，一列列车包括多节车辆，每节车辆上述设置一个车辆级装置2。列车级装置1包括列车控制单元11和司机控制器12，列车控制单元11可以通过列车级硬线和/或网络指令线与制动控制单元21相连，列车控制单元11可以通过列车级硬线和/或网络指令线向制动控制单元21发送制动控制指令。司机控制器12与列车控制单元11通信连接相连，列车司机可以手动控制司机控制器12，通过列车控制单元11向制动控制单元21发送制动控制指令。其中，司机控制器12可以采用制动手柄。制动控制指令根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。

制动控制单元21可以通过通信总线或者硬线与驱动单元23相连，驱动单元23接收制动控制单元21的控制指令信号，将控制指令信号转换为驱动控制信号输出给驱动单元23对应的执行单元24，执行单元24用于实现列车的制动。每个驱动单元23可以与执行单元24一一对应，每个驱动单元23也可以对应多个执行单元24，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。通过设置多个驱动单元23以及每个驱动单元23可以与执行单元24一一对应，避免由于单个驱动单元或者执行单元的失效导致系统实现，能够提高电机械制动系统的安全性和可用性。其中，驱动单元23可以采用型号为SGD7S-2R8A00A002的安川伺服驱动器。

传感器单元22可以包括压力传感器和速度传感器，压力传感器用于采集列车空簧压力，并将采集的压力信号转换为电信号传送至制动控制单元21；速度传感器用于采集列车车辆的轴速信息，并将速度信号转换为电信号传送至制动控制单元21。制动控制单元21会根据采集的压力信息和速度信息进行制动控制。其中，列车级装置1和车辆级装置2工作时需要的电能可以通过列车电源线获得。

例如，一列动车包括两个动车编组，每个动车编组包括4节车辆。所述动车设置一个列车级装置1，每节车辆设置一个车辆级装置2。每节车辆的车辆级装置2包括制动控制单元21、传感器单元22、2个驱动单元23和4个执行单元24，每个驱动单元23对应2个执行单元24。在列车的行驶过程中，列车控制单元11可以通过制动控制单元21控制驱动单元23驱动执行单元24，在动车行驶速度超过设定速度时进行制动减速，控制动车的行驶速度。在动车将要进站时，动车司机可以手动操作司机控制器12，通过制动控制单元21控制驱动单元23驱动执行单元24，控制列车减速直至停止在站台内。

本发明实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统，包括列车级装置和多个车辆级装置，列车级装置包括列车控制单元和司机控制器，每个车辆级装置包括制动控制单元、传感器单元、至少一个驱动单元和多个执行单元，列车控制单元和司机控制器分别与制动控制单元通信连接，制动控制单元与每个驱动单元通信连接，每个驱动单元与对应的执行单元相连，制动控制单元与传感器单元相连，能够采用电能为介质实现列车的制动，相对于传统的液压制动和空气制动系统结构简单，减少故障隐患，有效降低检修维护的成本和复杂度。此外，电控机械制动使用电线传递能量，用数据线传递控制信号，避免了利用空气或液压油作为传递介质，省去介质源和管路设计布置，有效减小系统重量，节约空间；由于电控机械制动系统信号传递介质速度快，有利于列车制动系统更高效利用黏着并发挥防滑功能，实现更短的制动距离，制动力控制响应快，精度高；由于电控机械制动系统原理的改变，面对高海拔及连续长大坡道的线路条件，如青藏高原等特殊环境，其制动功能和性能参数对环境适应性更强，无需特殊设计同样适应于高海拔和空气稀薄的地区使用，节能环保、环境适应性强。

图2是本发明第二实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图2所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，列车级装置1还包括紧急制动按钮13，紧急制动按钮13与列车控制单元11通信连接，紧急制动按钮13用于触发列车紧急制动。

具体地，当遇到前方山体滑坡导致列车运行轨道被破坏、列车轨道上出现异物等情况，需要进行紧急制动，列车司机可以按下紧急制动按钮13，紧急制动按钮13触发列车控制单元11发出紧急制动指令，使驱动单元23驱动执行单元24进行列车紧急制动。其中，紧急制动指令可以通过制动控制单元21提供给驱动单元23，也可以直接提供给驱动单元23。

在上述各实施例的基础上，进一步地，列车控制单元11与每个驱动单元23通信连接。

具体地，为了缩短紧急制动的响应时间，列车控制单元11与每个驱动单元23通信连接，直接将紧急制动指令发送给每个驱动单元23，以驱动执行单元24进行列车紧急制动。

在上述各实施例的基础上，进一步地，列车控制单元11通过列车紧急制动指令线与每个驱动单元23连接。

列车控制单元11通过列车紧急制动指令线与每个驱动单元23连接，在紧急制动的时候，可以通过专用的列车紧急制动指令线进行紧急制动指令的传输，保证紧急制动指令的传输，提高了紧急制动的可靠性。

图3是本发明第三实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图3所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，每个车辆级装置1还包括储能单元25，储能单元25用于为每个驱动单元23和每个执行单元24供电。

具体地，在遇到列车断电等情况时，列车需要进行紧急刹车，但是由于列车断电，驱动单元23和执行单元24无法通过列车电源线获得电能，此时储能单元25会提供驱动单元23和每个执行单元24进行紧急刹车时需要的电能。此外，列车在刹车时，如果通过列车电源线获得的电能不足，也可以从储能单元25获得电能。列车控制单元11可以检测出列车断电的情况，从而发出紧急制动指令给每个驱动单元23。其中，储能单元25可以通过充电机与列车电源线相连，通过列车电源线获得电能进行充电。

图4是本发明第四实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图4所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，制动控制单元21包括采集输出模块211、网络通信模块212和制动控制模块213，其中：

采集输出模块211用于采集列车的指令信号；

网络通信模块212用于接收列车网络指令信号；

制动控制模块213用于根据列车的指令信号或者列车网络指令信号，识别列车所需施加的制动功能。

具体地，列车控制单元11可以分别通过网络指令线与网络通信模块212通信连接，可以通过列车级硬线与采集输出模块211相连，列车控制单元11发出的制动控制指令既可以通过网络指令线以列车网络指令信号的方式传输，也可以通过列车级硬线以列车的指令信号的方式传输。采集输出模块211采集到列车的指令信号之后，会将采集的列车的指令信号发送给制动控制模块213。网络通信模块212接收到的列车网络指令信号传输给制动控制模块213。

所述制动功能包括但不限于常用制动、紧急制动、保持制动、停放制动、闸片间隙调整、闸片磨耗在线监测和补偿、载荷调整等功能。其中，采用网络指令线还是列车级硬线进行制动功能的控制指令的传输，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。比如常用制动可以通过车辆网络传输，也可以通过硬线传输，两者互为冗余；紧急制动通过硬线传输。不同的制动功能可以设置唯一对应的控制指令，制动控制模块213通过列车的指令信号或者列车网络指令信号获得制动功能的控制指令，基于制动功能的控制指令确定列车所需施加的制动功能，然后通过控制驱动单元23驱动执行单元24实现制动功能。制动功能的控制指令根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。

图5是本发明第五实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图5所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，制动控制单元21还包括健康管理模块214，健康管理模块214用于对关键器件进行故障预测。其中，关键器件包括但不限于电机、丝杠等执行单元24的部件，根据实际情况进行设置，本发明实施例不做限定。

例如，健康管理模块214通过温度传感器周期性采集电机的工作温度，在设定时间段内，可以采集到电机的工作温度的时间序列，即按采集时间先后顺序排列的工作温度，健康管理模块214计算相邻采集时间的工作温度的差值的绝对值，并将每个差值的绝对值与阈值进行比较，获得大于阈值的差值的绝对值的数量m，如果m大于数量阈值，说明电机在设定时间段内电机的工作温度大范围内变化的次数较多，可能会发生故障，需要更换，因此发出提醒消息对电机故障进行预警。

图6是本发明第六实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图6所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，制动控制单元21还包括故障诊断模块215，故障诊断模块215用于进行故障预警。

故障诊断模块215能够监测制动不缓解、制动力不足、车轮抱死等故障，将诊断出的故障通过网络通信模块212上报给列车控制单元11，列车控制单元11可以对列车司机进行提示。

例如，故障诊断模块215可以通过压力传感器检测列车在制动后的制动力，如果制动力小于预设制动力，那么说明制动力不足，可以进行制动力不足预警。

例如，故障诊断模块215可以通过速度传感器采集列车车辆的轴速，如果在列车制动结束后行驶过程中，列车车辆的轴速小于当前正常轴速，那么说明出现车轮抱死，可以进行车轮抱死预警。其中，当前正常轴速可以基于当前列车行驶速度计算获得。

图7是本发明第七实施例提供的轨道交通车辆的电机械制动系统的结构示意图，如图7所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，执行单元24包括至少一个夹钳模块241，夹钳模块241用于实现列车制动功能。

具体地，执行单元24可以包括至少一个夹钳模块241，夹钳模块241在列车制动时，会抱紧列车车辆的车轴，以进行列车的制动。可以在列车车辆的一个车轴上安装夹钳模块241，也可以在列车车辆的多个车轴上安装夹钳模块241，根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。

例如，夹钳模块241可以包括电机、位置传感器、力/力矩传感器、电磁制动器和机械传动机构等部件。夹钳模块241能够接收驱动单元23的电气信号，并驱动夹钳模块241的机械传动机构实现制动功能，具体制动功能包括常用制动、紧急制动、停放制动等。

在上述各实施例的基础上，进一步地，传感器单元22包括压力传感器和速度传感器，所述压力传感器用于采集列车空簧压力，所述速度传感器用于采集列车车辆的轴速。列车空簧压力用于判断车重，进而确定不同车重情况下的制动力要求。列车车辆的轴速可以用于进行防滑控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“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。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，包括：列车级装置和多个车辆级装置，其中：

所述列车级装置包括列车控制单元和司机控制器；

每个车辆级装置包括制动控制单元、传感器单元、至少一个驱动单元和多个执行单元；

所述列车控制单元与所述制动控制单元通信连接，所述司机控制器与所述列车控制单元通信连接；

所述制动控制单元与每个驱动单元通信连接，每个驱动单元与对应的执行单元相连，所述制动控制单元与传感器单元相连。

2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述列车级装置还包括紧急制动按钮，所述紧急制动按钮与所述列车控制单元通信连接，所述紧急制动按钮用于触发列车紧急制动。

3.根据权利要求2所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述列车控制单元与每个驱动单元通信连接。

4.根据权利要求3所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述列车控制单元通过列车紧急制动指令线与每个驱动单元连接。

5.根据权利要求2所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，每个车辆级装置还包括储能单元，所述储能单元用于为每个驱动单元和每个执行单元供电。

6.根据权利要求1所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述制动控制单元包括采集输出模块、网络通信模块和制动控制模块，其中：

所述采集输出模块用于采集列车的指令信号；

所述网络通信模块用于接收列车网络指令信号；

所述制动控制模块用于根据列车的指令信号或者列车网络指令信号，识别列车所需施加的制动功能。

7.根据权利要求6所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述制动控制单元还包括健康管理模块，所述健康管理模块用于对关键器件进行故障预测。

8.根据权利要求6所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述制动控制单元还包括故障诊断模块，所述故障诊断模块用于进行故障预警。

9.根据权利要求1所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述执行单元包括至少一个夹钳模块，所述夹钳模块用于实现列车制动功能。

10.根据权利要求1至9任一项所述的轨道交通车辆的电机械制动系统，其特征在于，所述传感器单元包括压力传感器和速度传感器，所述压力传感器用于采集列车空簧压力，所述速度传感器用于采集列车车辆的轴速。

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