CN112849111B - 基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车 - Google Patents

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Abstract

基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车，分配方法包括：确定车辆所需要的目标制动力以及所述车辆当前能够达到的总电制动力；在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；根据所述车辆的不带电制动车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上。采用本申请中的方案，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题。

Description

基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车
技术领域
本申请涉及轨道车辆技术，具体地，涉及一种基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车。
背景技术
随着城市轨道车辆技术的快速发展，轨道车辆产品更加丰富多样。为能满足近些年城市规模的扩大，一种编组和运行更加灵活的、融合了现代有轨电车和公共汽车各自优势的新型交通工具——现代无轨电车应运而生，为解决城市出行困难带来了新的思路和方案。现代无轨电车设计最高时速为70公里，可以采用人工驾驶也可以实现全自动无人驾驶，车辆通过车厢间的铰接模块进行连接，铰接模块设计有轮毂电机，运行和车辆转向完全靠轮毂电机的调速控制行进，与虚拟的轨道轨迹保持一致，不依赖传统的钢轨和有轨电车的中间导轨行驶，是一个新型的交通***。因车厢模块和铰接模块独立，扩编灵活，能根据客流变化调节运力，能有效解决普通公交车载客量小的缺陷，大大提高运力。
现代无轨电车采用轮毂电机进行车辆的动力输出，同时在制动过程中轮毂电机通过反转也可以进行电制动力输出，不仅满足制动需求，同时可以将电制动产生的电进行收集反馈，达到绿色、节能、环保的现代设计理念。因现代无轨电车采用轮毂电机驱动，不同于传统的车桥方式的公交车等车辆，在制动时，需要和轮毂电机产生的电制动进行制动力的配合，若采用传统的车桥方式的车辆的制动力分配方式，会出现车辆制动过程中运行轨迹失控，尤其是路面湿滑时，车辆可能会出现整列车的方向失控，堆叠或甩尾现象，无法保证车辆的安全运行。
现有技术中存在的问题：
传统的车桥方式的车辆的制动力分配方式，不能满足现代无轨电车的设计要求。
发明内容
本申请实施例中提供了一种基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车，以解决上述技术问题。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于轮控的制动***的制动力分配方法，包括如下步骤：
确定车辆所需要的目标制动力以及所述车辆当前能够达到的总电制动力；
在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；
根据所述车辆的不带电制动车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于轮控的制动***，包括：列车控制***VCU、制动控制单元BCU、以及一个或多个电机控制单元MCU，其中，
每个车轮的MCU，用于向VCU反馈所述车辆与该MCU连接的车轮的当前能够达到的电制动力；
所述VCU，用于确定车辆所需要的目标制动力，以及根据每个MCU反馈的车轮的当前能够达到的电制动力确定所述车辆当前能够达到的总电制动力；在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；将所述需要补充的空气制动力传输至BCU；
所述BCU，用于根据所述车辆的不带电制动车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种无轨电车，包括如上所述的基于轮控的制动***、多组车轮及其对应的轮毂电机，其中，所述车轮包括带电制动的车轮和不带电制动的车轮；每组车轮包括车轴以及车轴两端的车轮；每个MCU用于控制与该MCU连接的轮毂电机，所述轮毂电机用于驱动对应的车轮。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于轮控的制动***的制动力分配方法的步骤。
根据本申请实施例的第五个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上所述的基于轮控的制动***的制动力分配方法。
采用本申请实施例中提供的基于轮控的制动***及其制动力分配方法、无轨电车，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例一中基于轮控的制动***的制动力分配方法实施的流程示意图；
图2示出了本申请实施例二中基于轮控的制动***的结构示意图；
图3示出了本申请实施例三中无轨电车的结构示意图；
图4示出了本申请实施例五中电子设备的结构示意图；
图5示出了本申请实施例六中车辆编组的结构示意图；
图6示出了本申请实施例六中常用制动和快速制动的分配过程示意图；
图7示出了本申请实施例六中第一次分配制动力的过程示意图；
图8示出了本申请实施例六中第二次制动力分配的过程示意图；
图9示出了本申请实施例六中紧急制动的过程示意图。
具体实施方式
在实现本申请的过程中，发明人发现：
目前胶轮有轨电车和公共汽车等客车的车辆架构采用的为车桥形式，在施加制动时，同个车桥左右两个轮子的制动力相同。现有的电动客车制动***通过制动踏板的踩动深度将制动意图发给制动控制单元，制动控制单元根据踏板产生的电信号控制电制动的触发，踏板上的气路控制制动阀施加空气制动，空气制动只在车桥间根据车辆重量进行轴之间的分配。
现有的基于轴控制的制动力分配方式，制动力的分配不能与单个轮产生的电制动力进行配合，两边的车轮只能施加相同的制动力，且当一侧轮的电制动故障时，空气制动也不能在单个车轮上进行补充缺失的电制动力(即，同个车桥输出两个轮制动力相同且不能根据单个轮子电制动力变化主动进行配合补充空气制动的轴控制动力分配方式)，不能满足采用轮毂电机驱动的现代无轨电车。采用传统的轴控制动力分配，当轮毂电机发挥的电制动不同时，传统的轴控方式也只能两个轮子施加相同的制动力，这样导致左右两个车轮和电制动叠加后产生的制动力相差很大，会出现车辆制动过程中运行轨迹的失控，尤其是路面湿滑时，车辆可能会出现整列车的方向失控，堆叠或甩尾现象，无法保证车辆的安全运行。
因此，需要设计开发满足现代无轨电车与轮毂电机制动配合的新型基于轮控的制动力控制方法，避免现代无轨电车因没有中间导轨在转弯、路滑等特殊工况制动时可能会导致的打滑、倾斜和车辆侧翻带来的车辆失控现象和正常制动时制动力分配问题产生的车辆堆叠或甩尾现象。
针对上述问题，本申请实施例中提供了一种基于轮控的现代无轨电车制动***及其制动力分配方法、无轨电车、计算机存储介质以及电子设备，在保证车辆制动距离的前提下，根据制动踏板或列车控制单元自动施加的制动指令大小，自动采用更优化的制动力分配算法，保证车辆制动过程中的安全性。同时在紧急制动过程中只采用一种分配策略，则只采用空气制动，不在与电制动进行配合，保证车辆的制动距离，满足了现代无轨电车对制动***的要求，弥补了市场上基于轮控制动***的空白。
本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。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组合。
实施例一
图1示出了本申请实施例一中基于轮控的制动***的制动力分配方法实施的流程示意图。
如图所示，所述基于轮控的制动***的制动力分配方法包括：
步骤101、确定车辆所需要的目标制动力以及所述车辆当前能够达到的总电制动力；
步骤102、在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；
步骤103、根据所述车辆的每个车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上。
具体实施时，所述确定车辆所需要的目标制动力，包括：
获取当前车速，以及确定车辆的制动指令，并根据所述制动指令确定期望速度信息；所述期望速度信息包括期望车速或期望减速度；
根据当前车速以及所述期望速度信息，计算得到所述车辆所需要的目标制动力。
具体的，所述制动指令可以包括车辆制动踏板触发的制动指令(有司机驾驶的情况)、列车控制***发出的自动制动指令(无人驾驶的情况)。其中，所述车辆制动踏板的制动指令包括第一级的电制动指令、第二级的电制动指令和气路制动指令。
本申请实施例对比整车的当前电制动力以及车辆所需要的总目标制动力，当整车的当前电制动力大于(或等于)车辆所需要的总目标制动力时，各节车不需要施加空气制动；当整车的当前电制动力小于车辆所需要的总目标制动力时，计算整车的当前电制动力和车辆所需要的总目标制动力两者之间的差值，即所需要补充的空气制动力。
将所需要补充的空气制动力首先根据不带电制动车轮的载荷信息(例如载荷比)分配到不带电制动的车轮上。
采用本申请实施例中提供的基于轮控的制动***的制动力分配方法，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
经过第一次制动力分配之后，如果当前的电制动力的总和小于车辆的目标总制动力，此时制动踏板的第一级制动不满足制动减速度的要求，司机可能会继续踩压踏板到第二阶段(对于无人驾驶的情况，可以根据车辆需要的制动指令直接触发到相应的制动级位，达到电制动和空气制动混合的阶段)，本申请可以采用如下方式实施。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
确定将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力；
在所述将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力仍未满足制动减速度要求时，根据所述车辆需要补充的空气制动力以及当前不带电制动车轮的空气制动力确定所述车辆需要补充的剩余空气制动力；
根据所述车辆的带有电制动力的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的剩余空气制动力分配至所述车辆的带有电制动力的车轮上。
具体实施时，当第一次分配后的制动力还没满足制动减速度要求时，将剩下的制动力在带有电制动的车轮之间分配。具体的，本申请实施例首先确定将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆当前的总制动力，然后计算当前总制动力与目标制动力的差值，即所需要补充的剩余空气制动力；或者，根据所述车辆需要补充的空气制动力以及当前不带电制动车轮的空气制动力确定所述车辆需要补充的剩余空气制动力。根据所述车辆的带有电制动力的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的剩余空气制动力分配至所述车辆的带有电制动力的车轮上。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
在紧急制动时，确定所述车辆所需要的目标制动力；
根据所述车辆每个车轮的载荷信息按照预设分配策略将所述车辆所需要的目标制动力分配至所述车辆的各个车轮上。
本申请实施例中，在紧急制动时，电制动不参与制动，完全由空气制动进行制动。
具体的，本申请实施例可以根据紧急制动的指令、当前的车重、车辆转向传感器反馈的方向盘的转向角度、横向加速度传感器反馈的车辆转弯时的车辆倾斜状态或离心力、车辆铰接装置的转向角度传感器的铰接转角等参数的值计算当前车辆所需要的目标制动力。根据所述当前车辆所需要的目标制动力以及所述车辆每个车轮的载荷信息按照预设分配策略在所述车辆的各个车轮之间分配制动力。
在一种实施方式中，所述预设分配策略为：分配顺序为由车辆后端车轮向前端车轮依次分配，直至每个车轮达到最大承受的滑移率。
本申请实施例为了避免车辆出现甩尾和堆叠现象，施加的顺序可以为：先施加最后面的车轮，依次从后向前施加(先在参与制动力分配的最靠后的车轮上进行施加，再分配次靠后车轮，依此类推)，这种制动时间相差很短，直至每个车轮达到最大承受的滑移率。
在整个分配过程中，本申请实施例根据制动指令的变化、车轮的动态载荷变化、车轮与地面接触情况导致的滑移率变化等随时调整每个车轮的制动力分配，直至本次制动结束。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
在检测到任一车轮的滑移率超出所述车轮的预设滑移率范围时，减小所述车轮的制动力，直至符合所述车轮的预设滑移率范围，并根据所述车轮减小的制动力重新分配各个车轮上的制动力。
本申请实施例中，当检测到某个车轮的滑移率超过了滑移率范围时，减小对该车轮的制动力，直至该车轮的滑移率复合滑移率范围；同时，根据减小的制动力重新进行计算、重新分配各个车轮上的制动力。
在一种实施方式中，当前各车轮的滑移率在预设滑移范围内，带有电制动力的车轮的滑移率根据下式计算得到：
Figure BDA0002291927510000081
其中，u为车辆速度，uw为车轮速度，r为车轮半径，w为车轮滚动角速度。
具体实施时，每个车轮的电制动力为实际发挥的电制动力值，该电制动力的值通过车轮的滑移率进行计算，保证每个车轮的滑移率都在滑移范围内。
为了保持车轮与地面之间的最大附着力，滑移率范围可以为10～30％，具体的，可以将滑移率保持在20％左右。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
在任一带有电制动力的车轮电制动故障时，将分配到所述电制动故障的带有电制动力的车轮上的空气制动力施加到所述电制动故障的带有电制动力的车轮的对侧车轮上。
具体实施时，在带有电制动的车轮故障时，由空气制动按照对侧车轮电制动值施加相应的空气制动力值，如果对侧车轮电制动也故障，直接按照非电制动车轮处理，保证两侧车轮的制动力值基本一致。
为了能使制动过程中车辆更加平顺，防止车辆制动时的侧滑，本申请还可以采用如下方式实施。
在一种实施方式中，本申请实施例可以同时采集车辆转向传感器(监测方向盘的转向角度)的转向角度信号、横向加速度传感器(监测转弯时的离心力)的车辆倾斜状态、车辆铰接装置的转向角度传感器的铰接转角等信号，来调整各个轮之间的制动力差异；为了保持制动闸片磨损程度尽可能一致，BCU通过采集的制动片磨损传感器的磨损信号在不影响车轮滑移率情况下适时调整空气制动力的分配。
实施例二
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种基于轮控的制动***，该***解决技术问题的原理与一种基于轮控的制动***的制动力分配方法相似，重复之处不再赘述。
图2示出了本申请实施例二中基于轮控的制动***的结构示意图。
如图所示，所述基于轮控的制动***包括：列车控制***VCU、制动控制单元BCU、以及一个或多个电机控制单元MCU，其中，
每个车轮的MCU，用于向VCU反馈所述车辆与该MCU连接的车轮的当前能够达到的电制动力；
所述VCU，用于确定车辆所需要的目标制动力，以及根据每个MCU反馈的车轮的当前能够达到的电制动力确定所述车辆当前能够达到的总电制动力；在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；将所述需要补充的空气制动力传输至BCU；
所述BCU，用于根据所述车辆的不带电制动的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上。
在一种实施方式中，所述VCU进一步用于确定将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力；在所述将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力仍未满足制动减速度要求时，确定所述车辆需要补充的剩余空气制动力；
所述BCU进一步用于根据所述车辆的带有电制动力的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的剩余空气制动力分配至所述车辆的带有电制动力的车轮上。
在一种实施方式中，所述VCU进一步用于在紧急制动时，确定所述车辆所需要的目标制动力；
所述BCU进一步用于根据所述车辆每个车轮的载荷信息按照预设分配策略将所述车辆所需要的目标制动力分配至所述车辆的各个车轮上。
在一种实施方式中，所述BCU具体分配策略为：分配顺序为由车辆后端车轮向前端车轮依次分配，直至每个车轮达到最大承受的滑移率。
在一种实施方式中，所述VCU进一步用于在检测到任一车轮的滑移率超出所述车轮的预设滑移率范围时，减小所述车轮的制动力，直至符合所述车轮的预设滑移率范围；
所述BCU进一步用于根据所述车轮减小的制动力重新分配各个车轮上的制动力。
在一种实施方式中，当前各车轮的滑移率在预设滑移范围内，带有电制动力的车轮的滑移率根据下式计算得到：
Figure BDA0002291927510000111
其中，u为车辆速度，uw为车轮速度，r为车轮半径，w为车轮滚动角速度。
在一种实施方式中，所述BCU进一步用于在任一带有电制动力的车轮电制动故障时，将分配到所述电制动故障的带有电制动力的车轮上的空气制动力施加到所述电制动故障的带有电制动力的车轮的对侧车轮上。
具体实施时，CAN网络信号传输处理过程可以如下：
第一阶段：车辆状态信号的采集。
VCU通过CAN总线通讯获取各MCU的相关信息，包括电机当前转速、电制动力值等，VCU将当前电机转速处理后转化为车速信息，同时通过横向加速度传感器获得车辆当前的横摆角速度、车辆转向传感器(监测方向盘的转向角度)和车辆铰接装置的转向角度传感器的铰接转角传感器的数据采集。
第二阶段：驾驶员意图解析与制动计算。
VCU处理驾驶员制动踏板踩下的深度和速度、方向盘转角信号，获取司机制动信息或直接通过VCU触发的自动制动指令信息，通过计算得到车辆期望的车速(减速度)、横向加速度和铰接转角。计算各个车路所需制动力和总制动力，同时接收反馈的每个车轮的电制动力并计算总的电制动力，VCU通过比较判断驾驶员期望车辆动力学参数与实际检测到的车辆动力学参数。
第三阶段：制动力分配。
电制动力大于总的所需制动力，不进行分配；电制动力小于总的所需制动力时，进行第一次分配，将总制动力与电制动力差值在非电制动力轮上分配，基于载荷比，从靠后轮先分配；当还不满足减速度要求，将计算的每个轮的制动力与电制动力的差值，将第一次分配后剩余的制动力直接根据每个轮子剩余的制动力能力值从靠后轮依次进行施加，直到分配完成。
采用本申请实施例中提供的基于轮控的制动***，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
实施例三
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种无轨电车，下面进行说明。
图3示出了本申请实施例三中无轨电车的结构示意图。
如图所示，所述无轨电车，包括如实施例二所述的基于轮控的制动***、多组车轮及其对应的轮毂电机，其中，所述车轮包括带电制动的车轮和不带电制动的车轮；每组车轮包括车轴以及车轴两端的车轮；每个MCU用于控制与该MCU连接的轮毂电机，所述轮毂电机用于驱动对应的车轮。
具体实施时，所述无轨电车可以包括多节DM车和TM车，在DM车上可以设置有制动控制单元BCU，BCU通过CAN实现与VCU之间的信号传输，MCU和VCU之间也可以通过CAN传递电制动力和电制动指令。
采用本申请实施例中提供的无轨电车，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
在一种实施方式中，所述无轨电车进一步包括：用于获取车辆当前横向角速度的横向加速度传感器、用于获取方向盘的转向角度的转向传感器、以及用于获取车辆铰接装置的铰接转角的转向角速度传感器；
所述VCU将各MCU反馈的各电机当前转速转化为车速，并根据制动指令、车辆当前横向角速度、方向盘的转向角度以及车辆铰接装置的铰接转角计算得到车辆所需要的目标制动力。
实施例四
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机存储介质，下面进行说明。
所述计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述基于轮控的制动***的制动力分配方法的步骤。
采用本申请实施例中提供的计算机存储介质，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
实施例五
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，下面进行说明。
图4示出了本申请实施例五中电子设备的结构示意图。
如图所示，所述电子设备包括存储器401、以及一个或多个处理器402，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如实施例一所述的基于轮控的制动***的制动力分配方法。
采用本申请实施例中提供的电子设备，解决了传统的制动力左右轮的空气制动分配不能与电制动配合分配的问题，实现了制动力分配由轴控精准到车轮之间的分配，可以保证车辆的正常运营，不会因为制动导致车辆出现方向失控、堆叠或甩尾现象。
实施例六
为了便于本申请的实施，本申请实施例以3辆编组的车辆为具体实例对现代无轨电车制动力的分配策略进行说明。
图5示出了本申请实施例六中车辆编组的结构示意图。
如图所示，T1、T2、T7、T8为转向轮，M3、M4、M5、M6为驱动轮，在常用制动和快速制动施加过程中，驱动轮可以优先施加电制动；在紧急制动时电制动不参与，完全由空气制动进行制动。
本申请实施例所述的现代无轨电车为架构新颖的虚拟导向运输***列车，可灵活编组。车辆选用龙门转向架构模式，轮毂电机(中间机构)驱动，双向运行，全轮转向(两端无动力，仅有转向功能)，具有自动驾驶模式。
在每列车的双模DM车上各设计有一个制动控制单元BCU(Brake ControlUnit)，两个BCU互为主辅，通过控制器局域网络CAN进行制动信号的传递，同时BCU通过CAN实现与列车控制***(VCU，Vehicle Control Unit)之间的制动数据等信号的传输，电机控制单元MCU和VCU之间通过CAN传递电制动力值和电制动施加指令。
图6示出了本申请实施例六中常用制动和快速制动的分配过程示意图。
首先，确定制动指令。制动指令由司机室制动踏板触发或者列车控制***根据车辆运行状态自动触发得到。
然后，列车控制***根据制动指令、采集到的车辆每个车轮的载荷Fr_i、方向盘转向信号、横向加速度信号、铰接转角信号、以及当前空气制动可用的车轮数n和车轮号n_i(假设各个车轮的初始制动力为0)，计算出车辆当前每个车轮所需要的制动力F_i和车辆所需要的目标制动力F_total
Figure BDA0002291927510000141
Figure BDA0002291927510000142
同时，采集当前车辆每个驱动轮反馈的能够施加的电制动力F_ed_i，得到当前车辆能够施加的总的电制动力F_ed
Figure BDA0002291927510000143
当目标制动力F_total≤电制动力F_ed时，则车辆只施加电制动，不再施加空气制动；
当目标制动力F_total＞电制动力F_ed时，则进行下一步的制动力分配，列车控制***将所需要补充的空气制动力首先分配到不带电制动的车轮(包括转向轮和电制动故障的车轮)上，不带电制动的车轮需要施加的空气制动力F_T＝F_total-F_ed。
如果不带电制动的车轮施加所有制动力
Figure BDA0002291927510000151
＞需要补充的空气制动力F_T，施加的制动力得出的当前减速度值a1满足了制动目标减速度a的要求，本次制动力分配结束；
如果
Figure BDA0002291927510000152
≤需要补充的空气制动力F_T，在不带电制动的车轮施加制动力后当前减速度a1仍不能满足目标制动减速度a的要求时，列车控制***计算在第一轮制动力分配完成后剩余的制动力
Figure BDA0002291927510000153
进行第二次制动力的分配，该次的制动力分配在驱动轮之间进行。
如果驱动轮施加所有制动力
Figure BDA0002291927510000154
＞需要补充的空气制动力F_M，施加的制动力得出的当前减速度值a1满足了制动目标减速度a的要求，本次制动力分配结束；
如果
Figure BDA0002291927510000155
≤需要补充的空气制动力F_M，在驱动轮施加制动力后当前减速度a1仍不能满足目标制动减速度a的要求时，此时的制动力完成了在列车的全部轮之间的分配，需要增加制动级位来增加制动减速度，施加快速制动。
快速制动的施加过程同常用制动，只是制动指令中增加了制动力值的大小。
图7示出了本申请实施例六中第一次分配制动力的过程示意图。
如图所示，为避免车辆甩尾或堆叠，制动力分配顺序为优先施加最靠后的车轮T7和T8，然后按照设计好的制动顺序再施加T1和T2车轮的制动力，每个转向轮施加的空气制动力为：
Figure BDA0002291927510000156
在制动力施加过程中，随时根据制动指令的变化调整制动减速度的目标值a，并更新此时总的制动力F_total；同时考虑T7、T8、T1和T2轮的滑移率，在滑移率10％-30％范围内所能达到的黏着极限和最大可施加的空气制动力F_Ti_max，因每个车轮所处的路面工况可能不同：
如果该车轮可提供的最大制动力F_Ti_max≤当前轮制动力Fu_i，则返回重新计算每个转向轮施加的空气制动力，在各转向轮重新进行制动力的分配；
如果该车轮可提供的最大制动力F_Ti_max＞当前轮制动力Fu_i，按照上述的制动力分配规则进行分配。
具体的，T7/T8车轮施加的空气制动力为：
Figure BDA0002291927510000161
T1/T2车轮施加的空气制动力为：
Figure BDA0002291927510000162
如果任一车轮的空气制动故障，则空气制动可用的车轮数为：n＝n–1，重新计算每个转向轮施加的空气制动力。
经上述过程，完成第一次制动力分配。
图8示出了本申请实施例六中第二次制动力分配的过程示意图。
如图所示，列车控制***计算在第一轮制动力分配完成后剩余的制动力
Figure BDA0002291927510000163
同时计算每个驱动轮所需要施加的空气制动力值
Figure BDA0002291927510000164
在驱动轮电制动故障，按对侧轮的电制动力值进行施加相应的空气制动力，以补充两侧车轮制动力分配的失衡。
第二次分配过程同样考虑驱动轮的滑移率，在滑移率10％-30％范围内的黏着极限或最大能力值F_Mi_max。
如果F_Mi_max≤当前轮的制动力Fu_i，则列车控制***重新在驱动轮之间分配制动力；
如果F_Mi_max＞当前轮的制动力Fu_i，将第一次分配后剩余的制动力F_M在驱动轮之间分配；
如果F_Mi_max≤F_M_i，则第二轮的制动力分配在驱动轮完成。
为避免车辆甩尾或堆叠，将第一次分配后剩余的制动力F_M在驱动轮之间分配的制动顺序为优先施加最靠后的车轮M5和M6的制动力，按照设计好的制动顺序再施加M3和M4车轮的制动力,每个驱动轮的制动力为：
Figure BDA0002291927510000171
具体的，先施加M5和M6车轮的制动力：
Figure BDA0002291927510000172
再施加M3和M4车轮的制动力：
Figure BDA0002291927510000173
最终完成第二次制动力分配。
图9示出了本申请实施例六中紧急制动的过程示意图。
如图所示，本申请实施例在紧急制动时，电制动不参与，完全由空气制动进行制动，具体的，紧急制动的过程如下：
列车控制***接收紧急制动指令，根据紧急制动指令和当前的车重、车辆转向传感器(监测方向盘的转向角度)的转向角度信号、横向加速度传感器(监测转弯时的离心力)的车辆倾斜状态、车辆铰接装置的转向角度传感器的铰接转角信号、各车轮载荷信息Fr_i等数据进行每个车轮制动力F_i的计算和总的制动力计算，计算出当前车辆所需要的目标制动力
Figure BDA0002291927510000174
列车控制***将计算的所需制动力传输给BCU进行制动力的分配，BCU根据计算结果在各个轮之间分配制动力，同样分配原则先分配最后面的两个车轮先施加制动力，以此类推，每个车轮的制动力为：
Figure BDA0002291927510000175
当BCU检测计算车轮滑移率，根据在滑移率10％-30％范围内对应的车轮的黏着极限或最大能力值F_ui_max与当前施加的制动力Fu_i的比较；
当F_ui_max≤Fu_i时，列车控制***重新计算每个车轮的制动力；
当F_ui_max＞Fu_i时，进行制动力的从最后车轮的开始分配。
本申请实施例提出了一种适用于现代无轨电车的制动力分配方法，以3辆编组的车辆为例(具体实施时无轨电车可以实现2～5辆的编组运行)介绍了现代无轨电车制动力的分配策略，针对性介绍了常用制动，快速制动和紧急制动的制动力分配策略，解决了制动力在各轮之间的分配问题，能和轮毂电机反馈的电制动进行完美配合，较传统车轮轴控的制动力分配方式，制动力的分配更加精准，更适合通过虚拟导向运行的现代无轨电车，同时根据横向传感器和转向传感器的数据技术，对各个轮的制动力进行微调，保证了车辆运行的平稳性，有效解决车辆在制动过程中出现的方向失控、堆叠、甩尾现象。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.基于轮控的无轨电车制动***的制动力分配方法，其特征在于，包括：
确定车辆所需要的目标制动力以及所述车辆当前能够达到的总电制动力；
在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；
根据所述车辆的不带电制动车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上，
确定将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力；
在所述将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力仍未满足制动减速度要求时，确定所述车辆需要补充的剩余空气制动力；
根据所述车辆的带有电制动力的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的剩余空气制动力分配至所述车辆的带有电制动力的车轮上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在紧急制动时，确定所述车辆所需要的目标制动力；
根据所述车辆每个车轮的载荷信息按照预设分配策略将所述车辆所需要的目标制动力分配至所述车辆的各个车轮上。
3.根据权利要求1或2任一所述的方法，其特征在于，所述预设分配策略为：分配顺序为由车辆后端车轮向前端车轮依次分配，直至每个车轮达到最大承受的滑移率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在检测到任一车轮的滑移率超出所述车轮的预设滑移率范围时，减小所述车轮的制动力，直至符合所述车轮的预设滑移率范围，并根据所述车轮减小的制动力重新分配各个车轮上的制动力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当前各车轮的滑移率在预设滑移范围内，带有电制动力的车轮的滑移率根据下式计算得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，u为车辆速度，uw为车轮速度，r为车轮半径，w为车轮滚动角速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在任一带有电制动力的车轮电制动故障时，将分配到所述电制动故障的带有电制动力的车轮上的空气制动力施加到所述电制动故障的带有电制动力的车轮的对侧车轮上。
7.基于轮控的无轨电车制动***，其特征在于，包括：列车控制***VCU、制动控制单元BCU、以及一个或多个电机控制单元MCU，其中，
每个车轮的MCU，用于向VCU反馈车辆与该MCU连接的车轮的当前能够达到的电制动力；
所述VCU，用于确定车辆所需要的目标制动力，以及根据每个MCU反馈的车轮的当前能够达到的电制动力确定所述车辆当前能够达到的总电制动力；在所述车辆所需要的目标制动力大于所述车辆当前能够达到的总电制动力时，根据所述车辆所需要的目标制动力和所述车辆当前能够达到的总电制动力确定所述车辆需要补充的空气制动力；将所述需要补充的空气制动力传输至BCU；
所述BCU，用于根据所述车辆的不带电制动的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮上，
所述VCU进一步用于确定将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力；在所述将所述车辆需要补充的空气制动力分配至所述车辆的不带电制动的车轮后所述车辆的总制动力仍未满足制动减速度要求时，确定所述车辆需要补充的剩余空气制动力；
所述BCU进一步用于根据所述车辆的带有电制动力的车轮的载荷信息以及当前空气制动可用的车轮信息按照预设分配策略将所述车辆需要补充的剩余空气制动力分配至所述车辆的带有电制动力的车轮上。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，
所述VCU进一步用于在紧急制动时，确定所述车辆所需要的目标制动力；
所述BCU进一步用于根据所述车辆每个车轮的载荷信息按照预设分配策略将所述车辆所需要的目标制动力分配至所述车辆的各个车轮上。
9.根据权利要求7或8任一所述的***，其特征在于，所述BCU具体分配策略为：分配顺序为由车辆后端车轮向前端车轮依次分配，直至每个车轮达到最大承受的滑移率。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，
所述VCU进一步用于在检测到任一车轮的滑移率超出所述车轮的预设滑移率范围时，减小所述车轮的制动力，直至符合所述车轮的预设滑移率范围；
所述BCU进一步用于根据所述车轮减小的制动力重新分配各个车轮上的制动力。
11.根据权利要求8所述的***，其特征在于，当前各车轮的滑移率在预设滑移范围内，带有电制动力的车轮的滑移率根据下式计算得到：
Figure 479687DEST_PATH_IMAGE002
其中，u为车辆速度，uw为车轮速度，r为车轮半径，w为车轮滚动角速度。
12.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述BCU进一步用于在任一带有电制动力的车轮电制动故障时，将分配到所述电制动故障的带有电制动力的车轮上的空气制动力施加到所述电制动故障的带有电制动力的车轮的对侧车轮上。
13.无轨电车，其特征在于，包括如权利要求7至12任一所述的基于轮控的无轨电车制动***、多组车轮及其对应的轮毂电机，其中，所述车轮包括带电制动的车轮和不带电制动的车轮；每组车轮包括车轴以及车轴两端的车轮；每个MCU用于控制与该MCU连接的轮毂电机，所述轮毂电机用于驱动对应的车轮。
14.根据权利要求13所述的无轨电车，其特征在于，进一步包括：用于获取车辆当前横向角速度的横向加速度传感器、用于获取方向盘的转向角度的转向传感器、以及用于获取车辆铰接装置的铰接转角的转向角速度传感器；
所述VCU将各MCU反馈的各电机当前转速转化为车速，并根据制动指令、车辆当前横向角速度、方向盘的转向角度以及车辆铰接装置的铰接转角计算得到车辆所需要的目标制动力。
15.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述方法的步骤。
16.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至6任一所述的方法。
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