一种电机械制动系统、控制方法及轨道车辆与流程

本技术涉及轨道车辆，更具体地说，涉及一种电机械制动系统、控制方法及轨道车辆。

背景技术：

1、轨道车辆的制动系统多数为空气制动系统/液压制动系统通过气压/液压推动制动夹钳施加制动，并逐渐出现了全电驱动的电机械制动技术，电机械制动系统通过电力驱动电机械夹钳内电机的旋转施加制动，使得制动系统具有全电气化、轻量化、绿色化和智能化等优点，但是，控制单元普遍缺乏冗余设计，存在单点故障隐患，故障时将导致制动功能完全丧失。

2、综上所述，如何提供一种动力提供具有保障的电机械制动系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的是提供一种电机械制动系统、控制方法及轨道车辆，有利于保证紧急制动工况下制动力的输出。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种电机械制动系统，包括：制动单元、驱动控制单元、制动检测单元；

4、所述制动单元用于施加制动；

5、所述驱动控制单元包括主控子单元、副控子单元，所述主控子单元、所述副控子单元均电连接于所述制动单元，所述主控子单元、所述副控子单元可选择地控制所述制动单元的动作；

6、所述制动检测单元用于检测所述制动单元的运行参数，所述制动检测单元电连接于所述副控子单元，所述副控子单元用于根据所述主控子单元输出的pwm控制信号、所述制动单元的运行参数开始控制所述制动单元的动作。

7、优选地，所述主控子单元、所述副控子单元均包括第一指令采集模块、第二指令采集模块、驱动处理模块；

8、还包括制动控制单元，所述制动控制单元包括第三指令采集模块；

9、所述第一指令采集模块、所述第二指令采集模块、所述第三指令采集模块均用于采集紧急制动指令；

10、所述驱动处理模块信号连接于所述第一指令采集模块、所述第二指令采集模块、所述制动控制单元，所述驱动处理模块用于在接收到来自所述第一指令采集模块、所述第二指令采集模块、所述制动控制单元中至少两者的所述紧急制动指令后，控制所述制动单元的动作。

11、优选地，所述制动控制单元用于采集轨道车辆的运行参数，并根据轨道车辆的运行参数确定第一目标制动力f1；

12、所述驱动处理模块还用于采集轨道车辆的运行参数，并根据轨道车辆的运行参数确定第二目标制动力f2；

13、所述主控子单元、所述副控子单元均包括仲裁模块，所述仲裁模块信号连接于所述制动控制单元和所述驱动处理模块，用于接收所述第一目标制动力f1、所述第二目标制动力f2；

14、且所述仲裁模块用于在预设通信周期内接收到所述第一目标制动力f1，并校验所述第一目标制动力f1有效后，对所述第一目标制动力f1、所述第二目标制动力f2取大作为执行制动力f，用以控制所述制动单元的动作；

15、所述仲裁模块在预设通信周期内未接收到所述第一目标制动力f1，和/或，在校验所述第一目标制动力f1无效，和/或，在接收到所述制动控制单元的自检异常信号后，将所述第二目标制动力f2作为执行制动力f，用以控制所述制动单元的动作。

16、优选地，所述主控子单元、所述副控子单元均还包括驱动数据存储模块，所述驱动数据存储模块存储有紧急制动力；

17、所述仲裁模块在接收到所述制动控制单元的故障信号后，借调所述紧急制动力作为执行制动力f，用以控制所述制动单元的动作。

18、优选地，所述第一目标制动力f1的计算公式、所述第二目标制动力f2的计算公式均为：；

19、其中，为轨道车辆的载荷；

20、为目标制动减速度；

21、为传动效率系数；

22、为补偿制动力，且等于所述驱动控制单元控制所述制动检测单元施加的制动力与所述制动检测单元检测所述制动检测单元施加的制动力的差值；

23、为轮轨黏着系数；

24、为重力加速度。

25、优选地，所述制动控制单元包括制动处理模块、载荷计算模块、制动指令解析模块、防滑模块、制动数据存储模块；

26、所述制动数据存储模块存储有重力加速度、传动效率系数、制动档位-目标制动减速度映射关系；

27、所述载荷计算模块用于根据减震空簧的工作压力确定轨道车辆的实时工作载荷；

28、所述制动指令解析模块信号连接于所述制动数据存储模块，用于根据接收制动档位、制动档位-目标制动减速度映射关系确定目标制动减速度；

29、所述防滑模块用于输出实时修正后的轮轨黏着系数；

30、所述制动处理模块信号连接于所述载荷计算模块、所述制动指令解析模块、所述防滑模块、所述制动数据存储模块，用于根据所述驱动控制单元控制所述制动检测单元施加的制动力、所述制动检测单元检测所述制动检测单元施加的制动力，确定补偿制动力，并根据实时工作载荷、目标制动减速度、传动效率系数、补偿制动力、轮轨黏着系数、重力加速度确定第一目标制动力f1。

31、优选地，还包括相互独立的主控供电电路、副控供电电路，所述主控供电电路电连接于所述主控子单元，所述副控供电电路电连接于所述副控子单元。

32、优选地，所述第一指令采集模块为光耦隔离采集电路，第二指令采集模块为高压隔离采集电路。

33、优选地，还包括车辆充电机、车辆蓄电池、备用电源、电源检测单元；

34、所述车辆充电机电连接于所述车辆蓄电池的充电端、所述备用电源的充电端、所述驱动控制单元的电源输入端、所述制动控制单元的电源输入端；

35、所述车辆蓄电池的负载端电连接于所述备用电源的充电端、所述驱动控制单元的电源输入端、所述制动控制单元的电源输入端；

36、所述备用电源的负载端电连接于所述驱动控制单元的电源输入端；

37、所述备用电源的充电端一侧设有输入开关，用于连通或断开所述备用电源的充电回路；

38、所述备用电源的负载端一侧设有输出开关，用于连通或断开所述备用电源的放电回路；

39、所述备用电源包括电池管理系统，所述电池管理系统信号连接于轨道车辆的bn电源、所述输入开关，用于在bn电源启动后控制所述输入开关闭合；

40、所述电源检测单元信号连接于所述电池管理系统，且所述电源检测单元用于检测所述备用电源的工作参数；

41、所述电池管理系统信号连接于所述电源检测单元、所述输出开关、制动控制单元，用于根据所述备用电源的工作参数确定所述备用电源工作正常后控制所述输出开关闭合，并用于在根据所述备用电源的工作参数确定所述备用电源发生故障后向所述制动控制单元发送断电请求指令。

42、优选地，所述电池管理系统、所述制动控制单元均还用于获取轨道车辆静止信号、bn电源断电信号、停放已施加信号；

43、所述电池管理系统用于在接收到所述轨道车辆静止信号、所述bn电源断电信号后，向所述制动控制单元发送断电请求指令；

44、所述制动控制单元用于在接收到所述轨道车辆静止信号、所述bn电源断电信号、所述断电请求指令后，或者，在接收到所述轨道车辆静止信号、所述停放已施加信号、所述断电请求指令后，控制所述输出开关断开。

45、优选地，还包括电源管理单元，所述电源检测单元还用于检测所述车辆充电机、所述车辆蓄电池的工作参数，所述电源管理单元信号连接于所述电源检测单元、所述车辆充电机、所述车辆蓄电池、所述备用电源；

46、所述电源管理单元用于根据所述车辆充电机的工作参数确定所述车辆充电机的输出能力异常后，控制所述车辆蓄电池、所述备用电源中储电量更高的一者上电输出；

47、所述电源管理单元还用于在所述车辆蓄电池的电压低于设定电压阈值时，控制所述备用电源上电输出；

48、所述电源管理单元还用于根据所述备用电源的工作参数确定所述备用电源发生故障后控制所述车辆充电机、所述车辆蓄电池上电输出；

49、所述电源管理单元还用于在所述备用电源的储电量低于设定储电量阈值时，控制所述备用电源休眠。

50、优选地，所述车辆蓄电池的负载端一侧、所述备用电源的负载端一侧均设有二极管。

51、优选地，所述主控子单元电连接于所述制动单元、所述制动检测单元，形成主控pid控制系统；

52、所述副控子单元电连接于所述制动单元、所述制动检测单元，形成副控pid控制系统，且所述副控子单元配置为利用模糊pid控制程序在线调整以确定pid参数，或者，查询控制量表确定pid参数。

53、优选地，所述主控子单元、所述副控子单元均包括驱动程序存储模块，所述驱动程序存储模块存储有驱动控制程序，所述驱动控制程序为源代码语言经编译后烧录至所述驱动程序存储模块中的可执行程序；所述驱动处理模块配置为执行所述驱动控制程序，并输出驱动所述制动单元中制动动力件的pwm控制信号；

54、所述主控子单元中所述驱动程序存储模块存储的所述驱动控制程序、所述副控子单元中所述驱动程序存储模块存储的所述驱动控制程序配置为采用异构编码方式。

55、优选地，所述主控子单元中所述驱动程序存储模块存储的所述驱动控制程序为模型设计自动生成的c代码经编译后烧录至所述驱动程序存储模块中的可执行程序。

56、优选地，所述制动检测单元包括力传感器、电流传感器、位置传感器；

57、所述力传感器设于所述制动单元，用于检测所述制动单元施加的夹紧力；

58、所述电流传感器设于所述制动单元的充电端一侧，用于检测输入所述制动单元的电流；

59、所述位置传感器设于所述制动单元的夹钳闸片，用于检测所述夹钳闸片的位置；

60、所述主控子单元、所述副控子单元均信号连接于制动控制单元、所述制动单元、所述制动检测单元，用于获取所述执行制动力f、所述制动单元中制动动力件的转速、输入所述制动单元的电流、所述制动单元施加的实际夹紧力。

61、优选地，所述制动单元包括设于同一个转向架的四个制动动力件，两个所述制动动力件设于前轴，另两个所述制动动力件设于后轴；

62、一个所述主控子单元和一个所述副控子单元均电连接于设于前轴两个所述制动动力件，另一个所述主控子单元和另一个所述副控子单元均电连接于设于后轴两个所述制动动力件；

63、所述副控子单元用于根据所述制动单元的运行参数开始控制对应所述制动动力件的动作。

64、一种控制方法，应用于上述任一项所述的电机械制动系统，所述控制方法包括：

65、获取紧急制动指令；

66、在接收到紧急制动指令后，主控子单元和副控子单元均确定pwm控制信号，且主控子单元输出pwm控制信号，控制制动单元的动作，副控子单元获取主控子单元输出的pwm控制信号、制动检测单元的检测结果；

67、副控子单元如果未接收到主控子单元输出的pwm控制信号，和/或，制动检测单元的检测结果与主控子单元控制制动单元施加的理论指标之间偏差超出阈值，和/或，副控子单元自身确定的pwm控制信号与主控子单元输出的pwm控制信号之间偏差超出阈值，副控子单元输出pwm控制信号，控制制动单元的动作。

68、优选地，所述主控子单元和副控子单元均确定pwm控制信号，包括：

69、主控子单元和副控子单元均计算确定第二目标制动力f2，并获取制动控制单元的输出信号；

70、如果在预设通信周期内接收到第一目标制动力f1，并校验第一目标制动力f1有效，对所述第一目标制动力f1、所述第二目标制动力f2取大作为执行制动力f；

71、如果在预设通信周期内未接收到所述第一目标制动力f1，和/或，在校验所述第一目标制动力f1无效，和/或，在接收到所述制动控制单元的自检异常信号，将所述第二目标制动力f2作为执行制动力f；

72、如果接收到所述制动控制单元的故障信号，借调紧急制动力作为执行制动力f；

73、根据执行制动力f确定pwm控制信号。

74、优选地，所述在接收到紧急制动指令后，包括：

75、在接收到来自第一指令采集模块、第二指令采集模块、制动控制单元中至少两者的紧急制动指令后。

76、一种轨道车辆，包括上述任一项所述的电机械制动系统。

77、本技术中，主控子单元与副控子单元同步运行，二者同步计算确定目标制动力指令，进而根据目标制动力计算出用于驱动制动动力件的pwm控制信号；接下来，主控子单元将pwm控制信号输出给制动单元驱动其动作，而副控子单元一方面同步计算其自身预期的pwm控制信号以及预期的制动力，另一方面通过制动检测单元获取制动单元的运行参数，并采集主控子单元实际输出的pwm控制信号。副控子单元优选以主控子单元输出的pwm控制信号、制动检测单元检测到的运行参数作为监控与切换的依据；当副控子单元未能采集到主控子单元输出的pwm控制信号，和/或，制动单元实际表现出的运行参数与主控子单元所应施加的理论指标之间出现超过阈值的偏差，和/或，副控子单元自身计算的pwm控制信号与主控子单元实际输出的pwm控制信号之间偏差超过阈值时，副控子单元判定主控子单元已失效，从而无缝接管对制动单元的控制权，转而由副控子单元输出pwm控制信号驱动制动单元动作。

78、由主控子单元作为当前实际输出控制信号、控制制动单元动作的执行主体，副控子单元则处于同步运算与监控状态，从而构成对制动单元控制权的冗余备份。在正常工况下，由主控子单元作为主控，输出控制信号驱动制动单元动作；当主控子单元发生失效时，由副控子单元接管对制动单元的控制权，从而避免相关技术中单一控制器失效导致制动力丧失的问题。

79、本技术在驱动控制单元内部形成了主控子单元与副控子单元的双控制器热备冗余架构，副控子单元具备对主控子单元的输出监控能力与对制动单元的接管控制能力，从而在控制器层面消除了单点失效隐患，有效提高紧急制动工况下制动力输出的可靠性。