一种适用于轨道交通车辆的电动制动系统的制作方法

1.本发明涉及轨道交通领域，具体是一种适用于轨道交通车辆的电动制动系统。


背景技术：

2.现有成熟应用的轨道交通制动系统通常依靠空气或液压油等流体作为介质，在电气控制装置的作用下，流体发挥了信号及制动力传递的作用。列车制动系统的各项功能通过流体、相关管路、阀类、能量发生装置、储能装置及执行装置等实现。
3.然而现有的轨道交通制动系统存在以下缺点：
4.1)需要在列车上布置大量管路以容纳介质流体，列车组装成本增加，同时因介质流体漏泄所导致的故障风险增加，整个制动系统的可维护性较差，使用寿命周期成本受到制约。
5.2)现有制动系统往往结构复杂，功能实现过程中从电气控制到执行机构之间需要依靠较多阀类进行信号及能量传递，潜在故障点增多。
6.3)现有制动系统通常需要配置较大体积的供风系统，重量大，所需占用的空间也大，同样存在维护问题。
7.4)现有制动系统的执行机构通常依靠机械结构实现制动力输出及盘片间隙调整，机械结构复杂，产品维护成本较高。
8.目前，为了解决上述技术问题，本领域技术人员已进行了电动制动系统的研发，但仍然存在如下不足：
9.1)根据现行的行业标准及要求，轨道交通车辆制动系统应具有基本的安全性保障，现有方案往往仅满足了功能性要求，而未达到相应的安全性要求。
10.2)现有方案的执行机构多采用行星齿轮组进行输出力传递，结构较为复杂，设计、制造及维护成本较高。


技术实现要素：

11.针对现有技术中的问题，本申请提供一种适用于轨道交通车辆的电动制动系统，能够在现行的行业标准及要求下，利用电力传动方式实现轨道交通车辆的安全制动。
12.为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
13.第一方面，本申请提供一种适用于轨道交通车辆的电动制动系统，包括：多个制动单元9及列车中央控制单元7，所述制动单元9与列车中央控制单元7通过网络指令线连接；
14.所述制动单元9包括：制动控制模块2、制动驱动模块3及制动执行模块4；
15.其中，所述制动控制模块2通过所述网络指令线获取由所述列车中央控制单元7发出的制动指令，并将所述制动指令发送至所述制动驱动模块3；所述制动指令包括常规制动指令、紧急制动指令及停放制动指令；
16.所述制动驱动模块3根据接收到的所述制动指令驱动所述制动执行模块4执行轨道交通车辆制动；
17.所述制动执行模块4包括由直驱电机驱动的电动夹钳单元。
18.进一步地，所述的适用于轨道交通车辆的电动制动系统，还包括：紧急制动按钮8，用于切断所述电动制动系统中的安全回路，以控制所述制动驱动模块3驱动所述制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。
19.进一步地，所述安全回路被切断后，所述列车中央控制单元7向牵引系统发出牵引封锁指令。
20.进一步地，所述制动单元9，还包括：停放制动控制按钮5，用于控制所述制动驱动模块3驱动所述制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。
21.进一步地，所述电动夹钳单元包括多个主动夹钳单元及多个被动夹钳单元，用于在所述制动驱动模块3的驱动下执行轨道交通车辆制动。
22.进一步地，所述制动执行模块4还包括多个弹簧储能装置，用于向所述被动夹钳单元输出制动力，执行轨道交通车辆制动。
23.进一步地，所述制动执行模块4还包括：多个传感器，用于采集所述主动夹钳单元及所述被动夹钳单元上的制动反馈信号；所述制动反馈信号至少包括夹钳温度、制动电流及制动力矩中的一种。
24.进一步地，所述传感器将所述制动反馈信号经由所述制动驱动模块3及所述制动控制模块2上传至所述列车中央控制单元7。
25.进一步地，所述制动驱动模块3包括多个驱动器，每个制动驱动器能够驱动至少一个所述主动夹钳单元或所述被动夹钳单元。
26.进一步地，所述的适用于轨道交通车辆的电动制动系统，还包括：充电机6，连接轨道交通车辆的电动制动系统中的能量传输线，用于为所述制动单元9中的蓄电池模块充电。
27.针对现有技术中的问题，本申请提供的适用于轨道交通车辆的电动制动系统，能够在现行的行业标准及要求下，利用电力传动方式实现轨道交通车辆的安全制动，显著地简化了轨道交通车辆的制动系统结构，降低了制动系统的总体重量，系统调试维护难度及全寿命周期成本，提高了制动系统的安全性及智能性，促进了整车装配技术的发展，拓展了轨道交通未来的发展空间。
附图说明
28.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。
29.图1为本申请实施例中适用于轨道交通车辆的电动制动系统结构图；
30.图2为本申请实施例中电动夹钳单元的结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
32.参见图1，为了能够在现行的行业标准及要求下，利用电力传动方式实现轨道交通车辆的安全制动，本申请提供一种适用于轨道交通车辆的电动制动系统，包括：多个制动单元9及列车中央控制单元7；制动单元9与列车中央控制单元7通过网络指令线连接；
33.制动单元9包括：蓄电池模块1、制动控制模块2、制动驱动模块3及制动执行模块4；
34.其中，蓄电池模块1分别连接并为制动控制模块2及制动驱动模块3供电；制动控制模块2通过网络指令线获取由列车中央控制单元7发出的制动指令，并将制动指令发送至制动驱动模块3；制动指令包括常规制动指令、紧急制动指令及停放制动指令；制动驱动模块3根据接收到的制动指令驱动制动执行模块4执行轨道交通车辆制动；制动执行模块4包括由直驱电机驱动的电动夹钳单元。
35.可以理解的是，本申请提供的电动制动系统依靠电力传动方式实现轨道交通车辆制动，上述多个制动单元可以按照轨道车辆上不同的空间部署设置于各车厢或各转向架上，且每个制动单元可以在接收到制动指令后独立工作实现制动。
36.一般而言，制动指令可以包括但不限于：常规制动指令、紧急制动指令及停放制动指令。所谓常规制动指令是指轨道交通车辆在正常行驶过程中，需制动时所使用的制动指令；紧急制动指令是指轨道交通车辆在紧急情况下，需制动时所使用的制动指令；停放制动指令是指轨道交通车辆在进行入库调度等超低速运行过程中，需制动时所使用的制动指令。
37.制动指令可由列车中央控制单元7发出，经过轨道交通车辆上的网络指令线传输至全列各制动单元中的制动控制模块2；制动控制模块2在接收到制动指令后，根据预设的制动力大小及制动力分配原则做出响应，将制动指令发送至制动单元9中的制动驱动模块3；制动驱动模块3驱动制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。其中，列车中央控制单元7也可为具有控制功能的其他列车控制单元，本申请不以此为限。
38.举例而言，制动力的分配原则可以包括但不限于结合轨道交通车辆信息(如速度及车重)计算需要的总制动力，然后优先施加电制动力；当电制动力不足时，优先补充拖车制动，若制动力仍不满足，则补充动力车制动。此项工作也可由列车中央控制单元或其它系统完成。其中，轨道交通车辆信息可以通过网络指令线与制动单元9共享并用于制动力的计算及分配，具体的计算方法及分配原则不在本申请讨论范围之列。
39.另外，制动控制模块2也可通过网络指令线与列车中央控制单元7通讯并获取除制动指令以外的其它信息，包括但不限于各电动夹钳单元输出力、电机转矩、转速、电流、温度及丝杠位置等；同时制动控制模块2也可以通过网络指令线与制动驱动模块3进行通讯；以上通讯均可为双向通讯。
40.制动执行模块4可以由其内部的电机驱动来完成制动力输出。电机可以直驱方式驱动或以减速器方式驱动。其中，以减速器方式驱动时，减速器可以带动丝杠旋转，将旋转运动转化为直线运动以输出制动力。减速器的种类包括但不限于行星齿轮减速器及谐波减速器，丝杠包括但不限于滚柱丝杠及滚珠丝杠。在一优选的实施例中，参见图2，采用直驱电机将制动力传递给电动夹钳可以降低结构复杂度以及设计、制造、维护成本。
41.一实施例中，参见图2，电动制动缸电机定子12固定在制动缸体11内，转子13与转动芯轴17通过螺栓连接，转动芯轴与丝杠14通过平键连接，丝杠转动时螺母15平动，推动连
接杆16伸出或回缩，实现制动器制动缓解。
42.从提供制动力的角度来讲，常规制动机制如下：
43.当接收到常规制动指令时，蓄电池模块1向制动控制模块2供电，提供控制用电；蓄电池模块1向制动驱动模块3供电，提供动力用电及必要的控制用电。
44.制动控制模块2接到制动指令后，可以结合电制动能力及车辆状态，根据制动力分配策略计算出目标制动力及电动夹钳单元的目标输出力。
45.制动驱动模块3根据制动指令将蓄电池模块1提供的动力电输出给制动执行单元4，以产生制动力。制动执行单元4上可设置反馈点，直接或间接地反馈制动输出力及其他制动反馈信号给制动驱动模块3中的驱动器，实现精准制动控制。反馈点可以为传感器，传感器可以采集制动执行单元4中的制动反馈信号；制动反馈信号包括但不限于制动输出力、夹钳温度、制动电流及制动力矩。
46.从上述描述可知，本申请提供的适用于轨道交通车辆的电动制动系统，能够在现行的行业标准及要求下，利用电力传动方式实现轨道交通车辆的安全制动，显著地简化了轨道交通车辆的制动系统结构，降低了制动系统的总体重量，系统调试维护难度及全寿命周期成本，提高了制动系统的安全性及智能性，促进了整车装配技术的发展，拓展了轨道交通未来的发展空间。
47.此外，本申请提供的电动制动系统因采用电力驱动，还可以规避将电能转化为压缩空气的过程，提高了系统能量效率，减少了二氧化碳排放，进一步贯彻了轨道交通车辆绿色环保的运行理念。
48.参见图1，本申请提供的电动制动系统，还包括：紧急制动按钮8，用于切断电动制动系统中的安全回路，以控制制动驱动模块3驱动所述制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。
49.可以理解的是，在一些特殊情况下，轨道交通车辆需要紧急制动，例如，列车中央控制单元7、网络传输路径或制动驱动模块3发生故障，导致常规制动指令无法被有效传递及执行，需要另一制动途径保障制动实施。
50.为此，本申请实施例引入了一安全回路及一紧急制动按钮8。紧急制动按钮8可以触发安全回路断路，断路信号经由安全回路传递给全列所有制动单元的制动驱动模块3，制动驱动模块3可以自动通知制动执行模块4施加紧急制动，从而确保即使常规制动方式失效，轨道交通车辆也能安全制动。
51.在一实施例中，安全回路可为硬线信号，制动驱动模块3可以直接与安全回路连接，同时安全回路也通过硬线与紧急制动按钮8及列车控制单元7相连。紧急制动按钮8及列车控制单元7均可通过安全回路向驱动模块9发出指令。
52.事实上，触发安全回路断路的方式可有多种，包括按下紧急制动按钮8、由列车中央控制单元7发令或其它必要方式，本申请不以此为限。
53.紧急制动指令通过独立于常规制动网络并且能在贯穿全列的安全回路中进行传递。通过安全回路传递紧急制动指令可以确保紧急制动指令的连续性及有效性。将安全回路失电设置为触发紧急制动指令可确保紧急制动实施的自动性，解决了本申请背景技术中所提出的“现有方案往往仅满足了功能性要求，而未达到相应的安全性要求”的问题。
54.从提供制动力的角度来讲，紧急制动机制如下：
55.蓄电池模块1向制动驱动模块3供电，提供动力用电和必要的控制用电。
56.安全回路断开后列车中央控制单元7收到信号，向列车牵引系统发出指令进行牵引封锁，也就是关闭牵引系统，停止施加牵引力，以便更快实现紧急制动。
57.制动驱动模块3根据制动指令将蓄电池提供的动力电输出给电动夹钳单元，产生制动力。
58.从上述描述可知，本申请提供的电动制动系统，能够在接到紧急制动指令时完成紧急制动，确保轨道交通车辆的安全运营。
59.参见图1，制动单元9还包括：停放制动控制按钮5，用于控制制动驱动模块3驱动制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。
60.可以理解的是，在一实施例中，列车中央控制单元7也可发出停放制动指令，停放制动指令经由网络指令线传递给全列，用于对全列所有制动单元实施停放制动。
61.在另一实施例中，可以设置停放制动控制按钮5，将停放制动指令传递给制动控制单元2，仅用于本地停放制动控制。也就是说，停放制动控制按钮5可与制动控制模块2直接连接，其所发出的发出停放制动指令可以不经过网络指令线或安全回路直接传递至制动控制模块2。制动控制模块2在接收到停放制动指令后，可以控制制动驱动模块3根据接收到的停放制动指令驱动制动执行模块4执行轨道交通车辆制动。
62.其中，当列车运行速度大于一定阈值(例如5km/h)时，停放制动指令失效。
63.另需说明的是，制动执行模块4中包括多个主动夹钳单元及多个被动夹钳单元，主动夹钳单元及被动夹钳单元合称电动夹钳单元，用于协同配合以在制动驱动模块3的驱动下执行轨道交通车辆制动。
64.其中，主动夹钳单元产生制动力的机制是：制动控制单元2接收停放制动指令，按照预先设定的停放制动输出力值向制动驱动模块3发出制动驱动信号，制动驱动模块3根据该制动驱动信号将蓄电池模块1提供的动力电输出给主动夹钳单元以产生夹紧力，从而激活主动夹钳单元中的锁闭机构(如抱闸)实现停放制动力保持；被动夹钳单元产生制动力的机制是：其输出制动力由制动执行单元4中的弹簧储能装置提供；制动控制单元2接收停放制动指令，根据预设条件(如车速条件等)向制动驱动模块3发出制动驱动信号，制动驱动模块3根据该制动驱动信号激活弹簧储能装置实现停放制动。
65.从上述描述可知，本申请提供的电动制动系统，能够在接到停放制动指令时完成停放制动。
66.在一实施例中，本申请提供的适用于轨道交通车辆的电动制动系统中的制动执行模块4，还包括：多个传感器，用于采集主动夹钳单元及被动夹钳单元上的制动反馈信号。
67.可以理解的是，传感器将制动反馈信号经由制动驱动模块3及制动控制模块2上传至列车中央控制单元7。
68.制动控制模块2或列车中央控制单元7可通过信号状态判断制动力或其它状态参数是否达到预期。
69.从上述描述可知，本申请提供的电动制动系统，能够采集制动执行模块4中的制动反馈信号。
70.在一实施例中，本申请提供的电动制动系统中的制动驱动模块3包括多个制动驱动器，每个制动驱动器能够驱动至少一个主动夹钳单元或一个被动夹钳单元。
71.在一实施例中，本申请提供的电动制动系统，还包括：充电机6，连接轨道交通车辆的电动制动系统中的能量传输线，用于为制动单元9中的蓄电池模块1充电。
72.如果蓄电池模块1电量较为充足，轨道交通车辆则可正常运行。对蓄电池模块1电量的感测可以由其内部的一电量传感器完成。这进一步确保了电动制动系统的安全性。
73.需要说明的是，充电机6可以集中设置于轨道交通车辆的某一部位，也可以分散设置于每个制动模块9。充电机6经由能量传输线获得电能，为各制动模块9的蓄电池模块1(可为多组蓄电池)提供电能，每个蓄电池模块1又为每个制动单元9提供制动用能量的供给。
74.其中，蓄电池模块1可以分散布置在各车辆或各转向架上，电量及其它参数可被监测，由此当蓄电池发生故障时可及时作出必要的处理，保障轨道交通车辆运营安全。
75.从上述描述可知，本申请提供的电动制动系统，能够通过充电机6为各制动模块的蓄电池模块1提供电能。
76.需要说明的是，本申请所提供的电动制动系统的安全性通过以下几个方面保证：
77.(1)制动指令的连续性：制动指令须通过网络指令线从列车中央控制单元7传递到全列。
78.本申请实施例通过设置贯穿全列的网络指令线及安全回路实现制动指令的连续性(或称一致性)。
79.(2)制动的自动性：当经由网络指令线的传输发生意外时，例如断开或意外失电等，会自动触发制动。
80.由于本申请实施例中的安全回路的设计是“断路发出信号”，因此意外断开会自动触发紧急制动。
81.另外，网络指令线意外断开或失电后，制动控制单元2将无法正常通讯，列车中央控制单元7监测到该故障后会触发安全回路断开，进而触发紧急制动。
82.(3)用于制动的能源确保充足并沿着全列分布式布置以确保使用
83.本申请实施例中的能量储存装置蓄电池模块1可以采用分布式布置，确保通过蓄电池模块1内的能量装置完成能量供给与存储。
84.(4)在轨道交通车辆运行以前需要考虑到连续的制动缓解，若无足够能力再制动，则不允许缓解(运行)。
85.也就是说，本发明中的蓄电池模块1的状态能够被监测，当其内部电量不足以支持下一次紧急制动时，通过程序或逻辑设定，轨道交通车辆会保持当前的制动状态，无法缓解(运行)。
86.(5)列车意外分解后两部分可以自动停车
87.本申请实施例中该功能通过安全回路断开后自动施加紧急制动实现。
88.本申请的一实施例提供一种本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实现方法的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
89.上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺
序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
90.虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
91.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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说明书实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
92.以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。