CN110497798B - 一种联合制动***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种联合制动***及方法，包括馈能制动模块、空气制动装置、涡流制动装置、机械制动装置和多制动策略控制器。本发明通过采用灵活的多制动策略，将馈能制动、空气制动、涡流制动及机械制动四种制动方式融合在一起，大大增强了运输工具的安全性，同时也减小了运输工具的紧急制动距离。

Description

一种联合制动***及方法
技术领域
本发明涉及一种联合制动***及方法，属于高速运输工具制动技术领域。
背景技术
制动***主要作用是让以一定速度运行的车、列车等物体能够在安全距离内停止。制动方式根据采用的机理不同，分为馈能制动、空气制动、涡流制动及机械制动等方式。
专利201410684202.2一种集悬浮、导向、推进和制动于一体的永磁悬浮机车***采用涡流制动，专利200580001059.1设有涡流制动器的磁悬浮列车采用涡流制动，专利200780042933.5磁悬浮铁路及其运行方法采用机械制动，专利201610077141.2一种真空轨道磁悬浮列车***采用涡流制动，专利201611046462.2一种带可控气动翼的高速磁悬浮列车采用馈能制动，气动翼在制动起辅助作用，气动翼主要作用是在高速时产生气动力，使磁悬浮列车平稳。
综上，在磁悬浮领域一般采用涡流制动或馈能制动为主，辅以机械制动或空气制动。但是由于真空管道轨道列车在运行速度、运行方式等方面的特殊性，采用现有一种或两种联合制动的单一制动策略模式，制动策略不灵活，在高速运行中的若碰到紧急情况(如牵引动力***失效)时，单一制动策略模式安全性较低，同时现有的制动方式，制动距离较长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种融合馈能制动、空气制动、涡流制动及机械制动的多制动策略的联合制动***及方法。
本发明的技术解决方案：一种联合制动***，包括馈能制动模块、空气制动装置、涡流制动装置、机械制动装置和多制动策略控制器，
所述的多制动策略控制器根据运输工具制动状况，确定采用的制动策略，正常制动时，多制动策略控制器控制馈能制动模块和空气制动装置工作，紧急制动时，多制动策略控制器通过判断牵引动力***是否有效工作采用不同制动策略，若牵引动力***有效工作，多制动策略控制器控制馈能制动模块、空气制动装置和涡流制动装置工作，若牵引动力***不能有效工作，多制动策略控制器控制空气制动装置、涡流制动装置和机械制动装置工作。
所述的多制动策略控制器包括制动状况分析模块、牵引动力***工作状态监控模块和制动策略控制模块，所述的制动状况分析模块根据运输工具主控***发送的制动信号，判断是正常制动还是紧急制动状况，并将判断结果发送给制动策略控制模块，牵引动力***工作状态监控模块实时监控牵引动力***工作状态，并将牵引动力***工作状态发送给制动策略控制模块，制动策略控制模块根据接收到的制动状况判断结果和牵引动力***工作状态，确定制动策略并实施。
所述的多制动策略控制器包括运行速度监控模块用来实时监测运输工具运行速度。
所述的馈能制动模块在馈能制动时控制牵引动力***的直线电机在过载功率下工作，产生与运输工具运行方向相反的推力。
所述的空气制动装置包括安装于运输工具外周上的若干扰流板和扰流板展开锁定结构，所述的扰流板通过扰流板展开锁定结构安装在运输工具上，运输工具正常运行时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下紧贴在运输工具外侧，在空气制动时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下展开。
所述的涡流制动装置包括感应板、永磁体阵列和永磁体运动机构，感应板布置在运输工具运行轨道的轨道面中部，永磁体阵列通过永磁体运动机构安装在运输工具中部下方，在运输工具正常运行时，永磁体阵列在永磁体运动机构作用下紧贴在运输工具中部下方，涡流制动时永磁体阵列在永磁体运动机构作用下运动到合适位置，与感应板作用产生涡流制动力。
所述的感应板和永磁体阵列两者间的相对距离通过永磁体运动机构控制，产生不同的涡流制动力。
所述的机械制动装置包括路基滑轨、车体滑轨和车体滑轨运动机构，路基滑轨布置在感应板外侧、运行轨道内侧，车体滑轨布置在运输工具底部，通过车体滑轨运动机构实现车体滑轨垂直方向运动，运输工具正常运行时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下升起，在机械制动时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下放下，与路基滑轨摩擦产生制动力。
所述的路基滑轨和车体滑轨采用石墨等能用于悬浮***机械制动要求的材料制成。
所述的机械制动在运输工具的运行速度为100～150km/h时，多制动策略控制器控制机械制动装置工作。
一种联合制动方法，通过以下步骤实现：
第一步，运输工具正常运行；
第二步，判断运输工具制动状况，确定采用的制动策略，若为正常制动时，转入第三步，若为紧急制动，转入第四步；
第三步，采用制动策略一，
制动策略一，采用馈能制动和空气制动的组合制动模式；
第四步，判断紧急制动情况下，牵引动力***是否有效工作，若能有效工作，则转入第五步，若不能有效工作则转入第六步；
第五步，采用制动策略二，
制动策略二，采用馈能制动、空气制动和涡流制动的组合制动模式；
第六步，采用制动策略三，
制动策略三，采用空气制动、涡流制动和机械制动的组合制动模式。
所述第六步中，先采取空气制动和涡流制动的组合制动模式，待监测到运输工具运行速度低于机械制动启动速度阈值时，增加机械制动。
所述的机械制动启动速度阈值根据机械制动采用的结构、材质和所需提供的制动力大小确定，一般不高于200km/h，优选100～150km/h。
所述的制动策略一中馈能制动和空气制动同时启动。
所述的制动策略二中馈能制动、空气制动和涡流制动同时启动。
所述的制动策略三中空气制动和涡流制动同时启动。
所述的制动策略一、二中的馈能制动的实现是通过控制牵引动力***的直线电机在过载功率下工作，产生与运输工具运行方向相反的推力。
所述的制动策略一、二、三中的空气制动通过空气制动装置实现，所述的空气制动装置包括安装于运输工具外周上的若干扰流板和扰流板展开锁定结构，所述的扰流板通过扰流板展开锁定结构安装在运输工具上，运输工具正常运行时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下紧贴在运输工具外侧，在空气制动时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下展开。
所述的制动策略二、三中的涡流制动通过涡流制动装置实现，所述的涡流制动装置包括感应板、永磁体阵列和永磁体运动机构，感应板布置运输工具运行轨道的轨道面中部，永磁体阵列通过永磁体运动机构安装在运输工具中部下方，在运输工具正常运行时，永磁体阵列在永磁体运动机构作用下紧贴在运输工具中部下方，涡流制动时永磁体阵列在永磁体运动机构作用下运动到合适位置，与感应板作用产生涡流制动力。
所述的感应板和永磁体阵列两者间的相对距离通过永磁体运动机构控制，产生不同的涡流制动力。
所述的制动策略二中的馈能制动和涡流制动的制动力之和等于制动策略三中的涡流制动和机械制动的制动力之和。
所述的制动策略三中的机械制动通过机械制动装置实现，所述的机械制动装置包括路基滑轨、车体滑轨和车体滑轨运动机构，路基滑轨布置在感应板外侧、运行轨道内侧，车体滑轨布置在运输工具底部，通过车体滑轨运动机构实现车体滑轨垂直方向运动，运输工具正常运行时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下升起，在机械制动时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下放下，与路基滑轨摩擦产生制动力。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明通过采用灵活的多制动策略，将馈能制动、空气制动、涡流制动及机械制动四种制动方式融合在一起，大大增强了运输工具的安全性，同时也减小了运输工具的紧急制动距离；
(2)本发明在不同制动情况下采用不同的制动策略，在正常制动时，利用馈能制动和空气制动方式平稳停下，在紧急制动时，根据不同状况，四种制动方式按照优先级不同开启，既保证在安全距离以内停在设定位置，又保证制动过载在人体可承受范围内；
(3)本发明空气制动采用布置扰流板的方式，在运输工具需要减速时打开扰流板，增大运输工具截面积，减小管道内流通面积，实现管道运输工具高速下的有效制动；
(4)本发明涡流制动在行驶轨道旁布置涡流感应板，在运输工具底布置位置可控的永磁体，通过改变永磁体与感应板的相对位置控制涡流制动力的大小，实现管道运输工具制动距离可控；
(5)本发明机械制动在行驶轨道旁设置石墨滑轨，在运输工具底部布置可伸缩耐磨石墨块，在运输工具需要紧急制动时，配合空气制动使用，当运输工具速度降到一定速度时，放下石墨块与滑轨产生摩擦力，让运输工具在短距离内制动；
(6)本发明空气制动、涡流制动、机械制动的合理布局，使得管道运输工具结构紧凑且各制动方式能顺利实现。
附图说明
图1为本发明理论框图；
图2为本发明实施例空气制动展开及布局示意图；
图3为本发明实施例涡流制动装置布局示意图
图4为本发明实施例机械制动装置布局示意图；
图5为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明如图1所示，提供一种联合制动***，包括馈能制动模块、空气制动装置、涡流制动装置、机械制动装置和多制动策略控制器。
多制动策略控制器包括运行速度监控模块、制动状况分析模块、牵引动力***工作状态监控模块和制动策略控制模块。运行速度监控模块用来实时监测运输工具运行速度；制动状况分析模块根据运输工具主控***发送的制动信号，判断是正常制动还是紧急制动状况，并将判断结果发送给制动策略控制模块；牵引动力***工作状态监控模块实时监控牵引动力***工作状态，并将牵引动力***工作状态发送给制动策略控制模块；制动策略控制模块根据接收到的制动状况判断结果和牵引动力***工作状态，确定制动策略并实施，正常制动时，制动策略控制模块控制馈能制动模块和空气制动装置同时工作；紧急制动时，制动策略控制模块通过判断牵引动力***是否有效工作采用不同制动策略，若牵引动力***有效工作，制动策略控制模块控制馈能制动模块、空气制动装置和涡流制动装置同时工作，若牵引动力***不能有效工作，制动策略控制模块先控制空气制动装置和涡流制动装置工作，并在运行速度监控模块监测到运行速度为100～150km/h时，控制机械制动装置工作。
本发明多制动策略控制器内置于运输工具主控计算机中，采用通用的软件编程即可实现各个模块功能。
馈能制动模块在馈能制动时控制运输工具牵引动力***的直线电机在过载功率下工作，产生与运输工具运行方向相反的推力。馈能制动为本领域公知技术，本领域技术人员根据所需制动力和所用直线电机种类确定。
空气制动装置如图2所示，包括安装于运输工具外周上的若干扰流板和扰流板展开锁定结构，扰流板通过扰流板展开锁定结构安装在运输工具上，运输工具运行时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下紧贴在运输工具外侧，在空气制动时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下展开。
扰流板的结构和分布，根据空气制动所需的制动力大小通过空气动力学仿真得到。扰流板展开锁定结构可借鉴现有飞行器折叠翼的展开锁定装置设计，如可采用插拔结构或剪切结构等，动力源可采用气动或液压等方式，本领域技术人员根据具体所需的锁定力、展开速度等要求来设计。
涡流制动装置如图2、3所示，包括感应板、永磁体阵列和永磁体运动机构，感应板布置在运输工具轨道面中部，永磁体阵列通过永磁体运动机构安装在运输工具中部下方，对称分布，在运输工具正常运行时，永磁体阵列在永磁体运动机构作用下紧贴在运输工具中部下方，涡流制动时永磁体阵列在永磁体运动机构作用下运动到合适位置，与感应板作用产生涡流制动力。感应板和永磁体阵列两者间的相对距离通过永磁体运动机构控制，产生不同的涡流制动力。本实例中，不同紧急制动，涡流制动装置产生的制动力不同，馈能制动和涡流制动的制动力之和等于涡流制动和机械制动的制动力之和。
机械制动装置如图2、4所示，布置在涡流制动装置外侧、运输工具运行轨道内侧，轨道包括路基滑轨、车体滑轨和车体滑轨运动机构，路基滑轨布置在感应板外侧，车体滑轨布置在运输工具底部，通过车体滑轨运动机构实现车体滑轨垂直方向运动，运输工具正常运行时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下升起，不与路基滑轨接触，在机械制动时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下放下，与路基滑轨摩擦产生制动力。本实例中，路基滑轨和车体滑轨均采用石墨材料制成。
本发明联合制动***中，各个制动模式所提供的制动力根据运输工具在不同制动情况下所需的总制动力确定。在分配制动力时，要综合考虑各种制动模式所能提供制动力的能力，尽量降低各个制动模式的设计难度。
实施例2
本发明还提供一种联合制动方法，如图5所示，通过以下步骤实现：
1、运输工具正常运行；
2、判断运输工具制动状况，确定采用的制动策略，若为正常制动时，转入步骤3，若为紧急制动，转入步骤4；
3、采用制动策略一，
制动策略一，采用馈能制动和空气制动的组合制动模式；馈能制动和空气制动同时启动。
4、判断紧急制动情况下，牵引动力***是否有效工作，若能有效工作，则转入步骤5，若不能有效工作则转入步骤6；
步骤5、采用制动策略二，
制动策略二，采用馈能制动、空气制动和涡流制动的组合制动模式；馈能制动、空气制动和涡流制动同时启动。
步骤6、采用制动策略三，
制动策略三，采用空气制动、涡流制动和机械制动的组合制动模式；空气制动和涡流制动同时启动，待监测到运输工具运行速度低于机械制动启动速度阈值时，增加机械制动。
本实例中机械制动启动速度阈值为100～150km/h。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (12)

1.一种联合制动***，其特征在于：包括馈能制动模块、空气制动装置、涡流制动装置、机械制动装置和多制动策略控制器，
所述的多制动策略控制器根据运输工具制动状况，确定采用的制动策略，正常制动时，多制动策略控制器控制馈能制动模块和空气制动装置工作，紧急制动时，多制动策略控制器通过判断牵引动力***是否有效工作采用不同制动策略，若牵引动力***有效工作，多制动策略控制器控制馈能制动模块、空气制动装置和涡流制动装置工作，若牵引动力***不能有效工作，多制动策略控制器控制空气制动装置、涡流制动装置和机械制动装置工作。
2.根据权利要求1所述的一种联合制动***，其特征在于：所述的多制动策略控制器包括制动状况分析模块、牵引动力***工作状态监控模块和制动策略控制模块，所述的制动状况分析模块根据运输工具主控***发送的制动信号，判断是正常制动还是紧急制动状况，并将判断结果发送给制动策略控制模块，牵引动力***工作状态监控模块实时监控牵引动力***工作状态，并将牵引动力***工作状态发送给制动策略控制模块，制动策略控制模块根据接收到的制动状况判断结果和牵引动力***工作状态，确定制动策略并实施。
3.根据权利要求1所述的一种联合制动***，其特征在于：所述的多制动策略控制器包括实时监测运输工具运行速度的运行速度监控模块。
4.根据权利要求1所述的一种联合制动***，其特征在于：所述的空气制动装置包括安装于运输工具外周上的若干扰流板和扰流板展开锁定结构，所述的扰流板通过扰流板展开锁定结构安装在运输工具上，运输工具正常运行时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下紧贴在运输工具外侧，在空气制动时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下展开。
5.根据权利要求1所述的一种联合制动***，其特征在于：所述的馈能制动模块在馈能制动时控制牵引动力***的直线电机在过载功率下工作，产生与运输工具运行方向相反的推力；所述的涡流制动装置包括感应板、永磁体阵列和永磁体运动机构，感应板布置在运输工具运行轨道的轨道面中部，永磁体阵列通过永磁体运动机构安装在运输工具中部下方，在运输工具正常运行时，永磁体阵列在永磁体运动机构作用下紧贴在运输工具中部下方，涡流制动时永磁体阵列在永磁体运动机构作用下运动到合适位置，与感应板作用产生涡流制动力。
6.根据权利要求5所述的一种联合制动***，其特征在于：所述的机械制动装置包括路基滑轨、车体滑轨和车体滑轨运动机构，路基滑轨布置在感应板外侧、运行轨道内侧，车体滑轨布置在运输工具底部，通过车体滑轨运动机构实现车体滑轨垂直方向运动，运输工具正常运行时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下升起，在机械制动时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下放下，与路基滑轨摩擦产生制动力。
7.一种联合制动方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
第一步，运输工具正常运行；
第二步，判断运输工具制动状况，确定采用的制动策略，若为正常制动时，转入第三步，若为紧急制动，转入第四步；
第三步，采用制动策略一，
制动策略一，采用馈能制动和空气制动的组合制动模式；
第四步，判断紧急制动情况下，牵引动力***是否有效工作，若能有效工作，则转入第五步，若不能有效工作则转入第六步；
第五步，采用制动策略二，
制动策略二，采用馈能制动、空气制动和涡流制动的组合制动模式；
第六步，采用制动策略三，
制动策略三，采用空气制动、涡流制动和机械制动的组合制动模式。
8.根据权利要求7所述的一种联合制动方法，其特征在于：所述第六步中，先采取空气制动和涡流制动的组合制动模式，待监测到运输工具运行速度低于机械制动启动速度阈值时，增加机械制动。
9.根据权利要求7所述的一种联合制动方法，其特征在于：所述的制动策略一中馈能制动和空气制动同时启动，所述的制动策略二中馈能制动、空气制动和涡流制动同时启动，所述的制动策略三中空气制动和涡流制动同时启动。
10.根据权利要求7所述的一种联合制动方法，其特征在于：所述的制动策略一、二、三中的空气制动通过空气制动装置实现，所述的空气制动装置包括安装于运输工具外周上的若干扰流板和扰流板展开锁定结构，所述的扰流板通过扰流板展开锁定结构安装在运输工具上，运输工具正常运行时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下紧贴在运输工具外侧，在空气制动时扰流板在扰流板展开锁定结构作用下展开。
11.根据权利要求7所述的一种联合制动方法，其特征在于：所述的制动策略二、三中的涡流制动通过涡流制动装置实现，所述的涡流制动装置包括感应板、永磁体阵列和永磁体运动机构，感应板布置在运输工具运行轨道的轨道面中部，永磁体阵列通过永磁体运动机构安装在运输工具中部下方，在运输工具正常运行时，永磁体阵列在永磁体运动机构作用下紧贴在运输工具中部下方，涡流制动时永磁体阵列在永磁体运动机构作用下运动到合适位置，与感应板作用产生涡流制动力。
12.根据权利要求11所述的一种联合制动方法，其特征在于：所述的制动策略三中的机械制动通过机械制动装置实现，所述的机械制动装置包括路基滑轨、车体滑轨和车体滑轨运动机构，路基滑轨布置在感应板外侧、运行轨道内侧，车体滑轨布置在运输工具底部，通过车体滑轨运动机构实现车体滑轨垂直方向运动，运输工具正常运行时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下升起，在机械制动时，车体滑轨在车体滑轨运动机构作用下放下，与路基滑轨摩擦产生制动力。
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