JP2020533933A - マイクロコンピュータ制御の電気機械制動システム - Google Patents

マイクロコンピュータ制御の電気機械制動システム Download PDF

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Abstract

【課題】そのシステムは、電気駆動方式に取って普遍的に用いる圧搾空気或は油圧駆動方式が代わられ、従来の制動システムの機能と性能要求を満たすことができ、且つこれに基づいて相応の向上を行い、制動システムの複雑度を低減するのに有利であり、システムの重量を有効的に軽減することができる。【解決手段】マイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムは、電気機械制動制御装置(1)と電気機械制動ユニット(5)を含み、電気機械制動制御装置(1)が制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)、電気機械制御ユニット(3)、予備電源モジュール(4)を含み、制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が運転手或は自動運転システムから送信した制動指令信号を受信して目標制動力の計算と制動管理を行い、同時に列車編組中の他の車両の制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)と通信を行うことができる。

Description

本発明は、鉄道車両制動システムの技術分野に属し、特にマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムに関する。
摩擦制動は鉄道車両制動の技術分野でずっと重要な地位にある。長期間にわたって、鉄道車両制動システムは、自動エアブレーキシステム、マイクロコンピュータ制御のストレート型電空ブレーキシステム等の方法を全て採用し、圧搾空気を動力源とするので、システム構成が複雑になり、部品が多くなり、体積と重量が大き過ぎ、遅い応答と低い制御精度がある。鉄道車両制動システムの技術分野で技術を改善し続けるにつれてシステムが一体化と小型化向きに発展し進むが、圧搾空気駆動方式の生得的な劣勢が更なる発展を抑えるので、鉄道交通業界が車両制動力の要求及び軽量化の要求を高め続けるにつれて油圧ブレーキシステムがますます発展し始める。圧搾空気駆動方式と比べて、油圧駆動方式を採用する制動システムのシステム圧力がより高まり、ブレーキシリンダーの直径が減少し、制動システムの全体の体積と重量のよい制御を遂げる。しかし、油圧駆動の制御装置は今尚も管路を配置する必要があるので、制御システムは幾分複雑になる。此の背景で、電気機械制動システムの結構設計及びそれが元のエアブレーキシステムの機能を含めること、並びにこれ等の機能を具体的に実現することはその技術難点になる。本発明は、電気エネルギーを機械的作用に直接転じることにより、摩擦制動力を生成することを目的として、空気及び油圧ブレーキシステムに先ず電気と空気（油）の間で変換し次に機械力に転じて制動を加える作用ステップを簡素化し、高い精度や速い応答や易い検測や連動の可能性やモジュラ化や軽量化やネットワークの可能性やインテリジェントの可能性や環境保護の可能性等の優勢が具わる。
本発明の目的は、マイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムを提供し、電気エネルギーを機械的作用に直接転じることにより、摩擦制動力を生成して、空気及び油圧ブレーキシステムに先ず電気と空気（油）の間で変換し次に機械力に転じて制動を加える作用ステップを簡素化する。
上記の目的を実現するために、本発明は、電線、信号線、ケーブルを含むマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムを考案して、電気機械制動制御装置と電気機械制動ユニットを更に含み、電気機械制動制御装置ごとと幾つかの電気機械制動ユニットは、一つの独立のマイクロコンピュータ制御の電気機械制動モジュールを組み立て、前記電気機械制動制御装置が制動用マイクロコンピュータ制御ユニットと電気機械制御ユニットを含み、前記電気機械制動制御装置に含まれる制動用マイクロコンピュータ制御ユニットが列車の制動及び緩和信号を受信し、荷重情報、制動指令、スピード信号により目標制動力の計算を遂げ、且つ目標制動力の信号、制動と緩和の信号を電気機械制御ユニットに送信し、前記電気機械制御ユニットが電気機械制動ユニットの作動を制御して制動力を加えと緩める。
一つの優先的な実施状態では、電気機械制動制御装置が予備電源モジュールを含み、前記電気機械制動制御装置へ通常の状況で列車から電力供給を行い、緊急時に予備電源モジュールからの電力供給に自動的に切り替え、電気機械制動ユニットへ電気機械制御ユニットから電力供給を行う。
一つの優先的な実施状態では、前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニットと電気機械制御ユニットの間の通信が、フィールドバス技術とハードワイヤード信号を採用し、通常の状況でフィールドバス技術を採用して通信を行い、緊急時にハードワイヤード信号を採用して通信の予備を行う。
一つの優先的な実施状態では、前記電気機械制御ユニットごとが、一つ或は二つの電気機械制動ユニットを独立とリアルタイムに制御し、電気機械制御ユニットが常用制御モジュールと緊急制御モジュールを含み、常用運転モードと緊急運転モードで電気機械制動ユニットをそれぞれ制御して制動力を加えと緩める。
一つの優先的な実施状態では、前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニットが電気制動力の大きさにより所要の電気機械制動力の大きさを動的に算出し、且つ電気制動と電気機械制動の配合、電気機械制動ユニット間の制動力の分配を行い、電気機械制御ユニットの電気機械制動ユニットを制御して出力した制動力が制動過程で変わることができる。
一つの優先的な実施状態では、前記電気機械制動制御装置がソフトウェア配置により車体の制御と車枠の制御と車軸の制御とブレーキディスクの制御と車輪の制御の切り替えを遂げる。
一つの優先的な実施状態では、前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニットが停止制動ユニット中の電気機械制動操作部を停電又は通電に制御することにより、列車に停止制動力の保持及び緩和の機能を備えさせる。
一つの優先的な実施状態では、前記電気機械制動ユニットが電気機械制動ユニットに出力した制御信号によりソフトウェア又はハードウェア回路の制限処理を行い、電気機械制動力の上昇と下降の過程に列車の衝撃制限の要求を満たさせる。
一つの優先的な実施状態では、前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニットが軸端に取り付けたスピードセンサの信号によりホイールペアの滑行検測及び滑り止制御を行い、制御信号が減力、保持、増力に分けれ、前記電気機械制御ユニットが、滑り止制御モードの信号により制動力が減少し保持し増大するように電気機械制動ユニットを制御する。
一つの優先的な実施状態では、前記予備電源モジュールが電池又は電池パック及び電源管理モジュールを含み、電池充放電の自主管理を遂げ、同時に制動用マイクロコンピュータ制御ユニット間との通信用インタフェースを備え、制御信号を受信し且つ状態信号をフィードバックする。
一つの優先的な実施状態では、前記電気機械制動ユニットが鉄道車両電動機駆動の摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーター電機子とトルクモーター本体を含み、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してモーターを同軸上に固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じ、その制動トルクがリードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げる。
一つの優先的な実施状態では、前記電気機械制動ユニットが鉄道車両電動機駆動のメカニカルブースター式摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、減速機、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーターの電機子とトルクモーターの本体を含み、減速機が太陽歯車、遊星歯車、遊星歯車ブラケットで構成され、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してトルクモーターを同軸上にあり、トルクモーターの電機子が太陽歯車を固定接続し、遊星歯車ブラケットがリードスクリューを固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じる時に、その制動トルクが減速機、リードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げる。
本発明の有益な効果は、本発明の提供したマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムの利点は、次に掲げるのを含むが、それに限定されない。本発明は、電気駆動方式が鉄道車両制動システムの普遍的に用いる圧搾空気或は油圧駆動方式に代わり、この様な方式に適応するマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムを提供し、従来の空気、油圧制動システムの機能と性能要求を満たすことができ、且つこれに基づいて相応の向上を行い、制動システムの複雑度を低減するのに有利であり、システムの重量を有効的に軽減することができる。
図1は、本発明による一つの実施状態に示した本発明のシステム原理図。 図2は、本発明による一つの実施状態に示した本発明の鉄道車両電動機駆動の摩擦制動装置の概略図である。 図3は、本発明による一つの実施状態に示した本発明の鉄道車両電動機駆動のメカニカル式摩擦制動装置の概略図である。
図には、1-電気機械制動制御装置、2-制動用マイクロコンピュータ制御ユニット、3-電気機械制御ユニット、4-予備電源モジュール、5-電気機械制動ユニット
次に図面を参照して本発明を更に説明し、この種の装置の結構及び原理は、当業者にとって明らかになる。本明細書に記載される特定の実施形態は、本発明を説明するためにのみ使用され、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されるべきである。
次の明細書に図面を参照し、これ等の図面は明細書の一部を形成する。図面では、文脈から特に明記しない限り、通常類似の記号が相似の部品を標記する。明細書、図面、請求書に記載の説明に役立つ実施状態は限定であるのを意味しない。他の実施状態を用い、且つその他の変更を行うことができるが、本発明によって提供される趣旨または範囲から逸脱するべきではない。
図1に示すように、マイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムは、電線、信号線、ケーブルを含み、電気機械制動制御装置(1)と電気機械制動ユニット(5)を更に含み、電気機械制動制御装置(1)ごとと幾つかの電気機械制動ユニット(5)は、一つの独立のマイクロコンピュータ制御の電気機械制動モジュールを組み立て、前記電気機械制動制御装置(1)が制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)と電気機械制御ユニット(3)を含み、前記電気機械制動制御装置(1)に含まれる制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が列車の制動及び緩和信号を受信し、荷重情報、制動指令、スピード信号により目標制動力の計算を遂げ、且つ目標制動力の信号、制動と緩和の信号を電気機械制御ユニット(3)に送信し、前記電気機械制御ユニット(3)が電気機械制動ユニット(5)の作動を制御して制動力を加えと緩める。
電気機械制動制御装置(1)が予備電源モジュール(4)を含み、前記電気機械制動制御装置(1)へ通常の状況で列車から電力供給を行い、緊急時に予備電源モジュール(4)からの電力供給に自動的に切り替え、電気機械制動ユニット(5)へ電気機械制御ユニット(3)から電力供給を行う。
前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)と電気機械制御ユニット(3)の間の通信が、フィールドバス技術とハードワイヤード信号を採用し、通常の状況でフィールドバス技術を採用して通信を行い、緊急時にハードワイヤード信号を採用して通信の予備を行う。
前記各電気機械制御ユニット(3)が、一つ或は二つの電気機械制動ユニット(5)を独立とリアルタイムに制御し、電気機械制御ユニット(3)が常用制御モジュールと緊急制御モジュールを含み、常用運転モードと緊急運転モードで電気機械制動ユニット(5)をそれぞれ制御して制動力を加えと緩める。
前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が電気制動力の大きさにより所要の電気機械制動力の大きさを動的に算出し、且つ電気制動と電気機械制動の配合、電気機械制動ユニット間の制動力の分配を行い、電気機械制御ユニット(3)の電気機械制動ユニット(5)を制御して出力した制動力が制動過程で変わることができる。
前記電気機械制動制御装置がソフトウェア配置により車体の制御と車枠の制御と車軸の制御とブレーキディスクの制御と車輪の制御の切り替えを遂げる。
前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が停止制動ユニット中の電気機械制動操作部を停電又は通電に制御することにより、列車に停止制動力の保持及び緩和の機能を備えさせる。
前記電気機械制動ユニット(3)が電気機械制動ユニット(5)に出力した制御信号によりソフトウェア又はハードウェア回路の制限処理を行い、電気機械制動力の上昇と下降の過程に列車の衝撃制限の要求を満たさせる。
前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が軸端に取り付けたスピードセンサの信号によりホイールペアの滑行検測及び滑り止制御を行い、制御信号が減力、保持、増力に分けれ、前記電気機械制御ユニットが、滑り止制御モードの信号により制動力が減少し保持し増大するように電気機械制動ユニット(3)を制御する。
前記予備電源モジュール(4)が電池又は電池パック及び電源管理モジュールを含み、電池充放電の自主管理を遂げ、同時に制動用マイクロコンピュータ制御ユニット間との通信用インタフェースを備え、制御信号を受信し且つ状態信号をフィードバックする。
図2に示すように、前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動の摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーター電機子とトルクモーター本体を含み、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してモーターを同軸上に固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じ、その制動トルクがリードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げる。
図3に示すように、前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動のメカニカルブースター式摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、減速機、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーターの電機子とトルクモーターの本体を含み、減速機が太陽歯車、遊星歯車、遊星歯車ブラケットで構成され、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してトルクモーターを同軸上にあり、トルクモーターの電機子が太陽歯車を固定接続し、遊星歯車ブラケットがリードスクリューを固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じる時に、その制動トルクが減速機、リードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げる。
前記電気機械制動ユニット(5)は、電気機械制動技術を採用する制動ユニットを指し、具体的状態が鉄道車両電動機駆動のメカニカルブースター式摩擦制動装置と鉄道車両電動機駆動のメカニカル式摩擦制動装置の二種を含むが、それらに限らない。
実施例1：図2に示すように、前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動の摩擦制動装置を採用し、其れの制動方法は、トルクモーター電機子が順方向に回転する時、所要の制動トルクを生じ、電磁ブレーキが通電してリードスクリューから離れ、トルクモーター電機子がリードスクリューを連れて回転し、リードスクリューが回転してナットを平行移動にさせ、軸方向運動を生じ、ナットの片端に取り付けられたブレーキ摩擦ペアから制動用つかみ力を生じ、この時、電磁ブレーキが停電する場合に、電磁ブレーキがリードスクリューを動かなくなり、制動力が保たれていること；トルクモーター電機子が逆方向に回転する時、対応のリードスクリューが逆方向に平行移動をし、ブレーキ摩擦ペアを緩めることを含む。
実施例2：図3に示すように、前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動のメカニカルブースター式摩擦制動装置を採用し、其れの制動方法は、トルクモーター電機子が順方向に回転する時、制動トルクを生じ、電磁ブレーキが通電してリードスクリューから離れ、トルクモーター電機子が太陽歯車を連れて回転し、遊星歯車、遊星歯車ブラケットを介してリードスクリューを回転させ、リードスクリューが回転してナットを平行移動にさせ、軸方向運動を生じ、ナットの片端に取り付けられたブレーキ摩擦ペアから制動用つかみ力を生じること；電磁ブレーキが停電する場合に、電磁ブレーキがリードスクリューを動かなくなり、制動力が保たれていること；トルクモーター電機子が逆方向に回転する時、対応のリードスクリューが逆方向に平行移動をし、ブレーキ摩擦ペアを緩めることを含む。
本明細書ではいくつかの技術手段および実施形態を開示したが、他の技術手段および実施形態は当業者にとって明らかである。 本明細書で開示される様々な技術手段および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、本質的な範囲および趣旨は添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (12)

  1. 電線、信号線、ケーブルを含むマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システムであって、電気機械制動制御装置(1)ごとと幾つかの電気機械制動ユニット(5)は、一つの独立のマイクロコンピュータ制御の電気機械制動モジュールを組み立て、前記電気機械制動制御装置(1)が制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)と電気機械制御ユニット(3)を含み、前記電気機械制動制御装置(1)に含まれる制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が列車の制動及び緩和信号を受信し、荷重情報、制動指令、スピード信号により目標制動力の計算を遂げ、且つ目標制動力の信号、制動と緩和の信号を電気機械制御ユニット(3)に送信し、前記電気機械制御ユニット(3)が電気機械制動ユニット(5)の作動を制御して制動力を加えと緩めることを特徴とするマイクロコンピュータ制御の電気機械制動システム。
  2. 電気機械制動制御装置(1)が予備電源モジュール(4)を含み、前記電気機械制動制御装置(1)へ通常の状況で列車から電力供給を行い、緊急時に予備電源モジュール(4)からの電力供給に自動的に切り替え、電気機械制動ユニット(5)へ電気機械制御ユニット(3)から電力供給を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  3. 前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)と電気機械制御ユニット(3)の間の通信が、フィールドバス技術とハードワイヤード信号を採用し、通常の状況でフィールドバス技術を採用して通信を行い、緊急時にハードワイヤード信号を採用して通信の予備を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  4. 前記各電気機械制御ユニット(3)が、一つ或は二つの電気機械制動ユニット(5)を独立とリアルタイムに制御し、電気機械制御ユニット(3)が常用制御モジュールと緊急制御モジュールを含み、常用運転モードと緊急運転モードで電気機械制動ユニット(5)をそれぞれ制御して制動力を加えと緩めることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  5. 前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が電気制動力の大きさにより所要の電気機械制動力の大きさを動的に算出し、且つ電気制動と電気機械制動の配合、電気機械制動ユニット間の制動力の分配を行い、電気機械制御ユニット(3)の電気機械制動ユニット(5)を制御して出力した制動力が制動過程で変わることができることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  6. 前記電気機械制動制御装置がソフトウェア配置により車体の制御と車枠の制御と車軸の制御とブレーキディスクの制御と車輪の制御の切り替えを遂げることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  7. 前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が停止制動ユニット中の電気機械制動操作部を停電又は通電に制御することにより、列車に停止制動力の保持及び緩和の機能を備えさせることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  8. 前記電気機械制動ユニット(3)が電気機械制動ユニット(5)に出力した制御信号によりソフトウェア又はハードウェア回路の制限処理を行い、電気機械制動力の上昇と下降の過程に列車の衝撃制限の要求を満たさせることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  9. 前記制動用マイクロコンピュータ制御ユニット(2)が軸端に取り付けたスピードセンサの信号によりホイールペアの滑行検測及び滑り止制御を行い、制御信号が減力、保持、増力に分けれ、前記電気機械制御ユニットが、滑り止制御モードの信号により制動力が減少し保持し増大するように電気機械制動ユニット(3)を制御することを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  10. 前記予備電源モジュール(4)が電池又は電池パック及び電源管理モジュールを含み、電池充放電の自主管理を遂げ、同時に制動用マイクロコンピュータ制御ユニット間との通信用インタフェースを備え、制御信号を受信し且つ状態信号をフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  11. 前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動の摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーター電機子とトルクモーター本体を含み、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してモーターを同軸上に固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じ、その制動トルクがリードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
  12. 前記電気機械制動ユニット(5)が鉄道車両電動機駆動のメカニカルブースター式摩擦制動装置を含み、前記装置がトルクモーター、減速機、電磁ブレーキ、ナット、リードスクリュー、ブレーキ摩擦ペアから組み立てられ、トルクモーターがトルクモーターの電機子とトルクモーターの本体を含み、減速機が太陽歯車、遊星歯車、遊星歯車ブラケットで構成され、トルクモーターが中空構造になり、リードスクリューがトルクモーターの中空箇所に挿入してトルクモーターを同軸上にあり、トルクモーターの電機子が太陽歯車を固定接続し、遊星歯車ブラケットがリードスクリューを固定接続し、ナットがリードスクリューを取り囲んで非自動ロック式のスレッドで接続し、ナットの片端がブレーキ摩擦ペアを接続し、電磁ブレーキがリードスクリューを取り囲み、トルクモーターの電機子が制動トルクを生じる時に、その制動トルクが減速機、リードスクリュー、ナットを順次に経ってブレーキ摩擦ペアに転送されて制動を遂げることを特徴とする請求項1に記載の電気機械制動システム。
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