一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，包括電車預(yù)警避讓模塊以及由電車預(yù)警避讓模塊控制的、用于電車減速制動的永磁渦流制動器，永磁渦流制動器包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件和驅(qū)動組件，定子組件包括兩個極片定子盤和永磁體定子盤，極片定子盤上沿圓周均布有多個極片，永磁體定子盤上沿圓周均布有多個NS極沿軸向設(shè)置的永磁體對，每個永磁體對由兩個NS極朝向相同的永磁單體組成，相鄰的永磁體對的NS極朝向相反，驅(qū)動組件連接永磁體定子盤。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)置永磁渦流制動器，來輔助有軌電車的預(yù)警避讓，可實(shí)現(xiàn)較為頻繁的減速機(jī)制，控制簡單且反應(yīng)靈敏，極大地減少了電車摩擦損耗，大大提高了電車的運(yùn)行效率。
【專利說明】
一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種有軌電車運(yùn)行控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]已有的車輛制動系統(tǒng)作為司機(jī)正常的調(diào)速或停車，以及緊急情況的剎車是能滿足要求。但根據(jù)有軌電車運(yùn)行要求，其與社會車輛及行人共用路權(quán)，根據(jù)已開通地區(qū)的有軌電車運(yùn)行情況來看，在道口或擁擠地區(qū)與其他車輛碰擦已成為突出問題，是影響有軌電車運(yùn)行品質(zhì)的一個重要因素，這也是歷史上處于困境的有軌電車的主要問題之一。
[0003]在正常情況運(yùn)行時，有軌電車一般采用人工駕駛的方式，此時列車運(yùn)行安全主要依靠駕駛員人工觀測和履職的責(zé)任心，這種運(yùn)行條件存在一定的安全隱患，為了降低意外狀況對車輛正常運(yùn)行的影響，需要采取更加切實(shí)有效的手段予以杜絕。
[0004]對于復(fù)雜的路況，如何實(shí)現(xiàn)自動減速避讓還難以做到，如在大霧霾、雨雪天氣、以及黑夜照明不好情況。單純依靠司機(jī)觀察周圍情況，不能保證安全，需要借助傳感測試系統(tǒng)對周圍運(yùn)動物件和行人進(jìn)行監(jiān)測、評估和預(yù)警，進(jìn)一步直接控制減速裝置或控制車輛制動系統(tǒng)，以完善有軌電車的安全性。
[0005]現(xiàn)有的相關(guān)發(fā)明專利主要應(yīng)用于城市地鐵等具有獨(dú)立路權(quán)的軌道交通領(lǐng)域，主要針對前后車輛的防撞目標(biāo)，主要研究方向在于前后車的信號發(fā)送反饋及判斷，同時對于檢測結(jié)果也僅能實(shí)現(xiàn)司機(jī)控制室的警報，仍然依靠司機(jī)的作用來保證車輛行駛安全，未能深入到直接由判斷信號控制輔助制動裝置進(jìn)行制動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，來輔助有軌電車的預(yù)警避讓，可實(shí)現(xiàn)較為頻繁的減速機(jī)制，控制簡單且反應(yīng)靈敏，極大地減少了電車摩擦損耗，大大提高了電車的運(yùn)行效率。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，包括電車預(yù)警避讓模塊，所述電車預(yù)警避讓模塊根據(jù)電車運(yùn)行前方的環(huán)境信息和電車的行駛速度進(jìn)行電車預(yù)警以及電車制動，還包括由電車預(yù)警避讓模塊控制的、用于電車減速制動的永磁渦流制動器，所述永磁渦流制動器包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件和驅(qū)動組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括套設(shè)在電車轉(zhuǎn)向架的車軸上的盤轂，以及對稱套設(shè)在盤轂上的兩個轉(zhuǎn)子盤，所述定子組件包括兩個極片定子盤和永磁體定子盤，所述兩個極片定子盤對稱套設(shè)在盤轂上，并位于兩個轉(zhuǎn)子盤之間，兩個極片定子盤通過軸承與轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動連接，極片定子盤上沿圓周均布有多個極片，所述永磁體定子盤套設(shè)在盤轂上，并位于兩個極片定子盤之間，永磁體定子盤上沿圓周均布有多個NS極沿軸向設(shè)置的永磁體對，永磁體對的個數(shù)與極片的個數(shù)相同，每個永磁體對由兩個NS極朝向相同且間隔設(shè)置的永磁單體組成，相鄰的永磁體對的NS極朝向相反，所述驅(qū)動組件連接永磁體定子盤的外緣；
[0009]永磁渦流制動器處于非制動狀態(tài)時，每個永磁體對的兩個永磁單體分別與一個極片相對，永磁渦流制動器處于制動狀態(tài)時，驅(qū)動組件推動永磁體定子盤轉(zhuǎn)動，使得每個永磁體對的與一個極片相對。
[0010]所述電車預(yù)警避讓模塊包括信息處理單元，以及連接信息處理單元的激光雷達(dá)、速度傳感器、制動執(zhí)行器和激光柵欄發(fā)射器，所述制動執(zhí)行器連接永磁渦流制動器的驅(qū)動組件，激光雷達(dá)實(shí)時探測電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息，速度傳感器實(shí)時采集電車的行駛速度，信息處理單元根據(jù)電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息和電車的行駛速度獲取電車行駛路況，當(dāng)電車行駛路況為存在危險隱患時，則信息處理單元向司機(jī)控制室發(fā)出預(yù)警信號，并向制動執(zhí)行器發(fā)出制動控制指令，同時控制激光柵欄發(fā)射器向外發(fā)射警示信號，制動執(zhí)行器根據(jù)制動控制指令優(yōu)先控制永磁渦流制動器工作。
[0011]所述信息信息處理單元根據(jù)電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息預(yù)測得到下一時刻電車的運(yùn)動軌跡，并根據(jù)電車的行駛速度得到下一時刻電車的運(yùn)動軌跡，當(dāng)下一時刻電車的運(yùn)動軌跡與電車前方運(yùn)動物體的運(yùn)動軌跡存在交叉時，電車行駛路況為存在危險隱串
■/Q1、O
[0012]所述激光雷達(dá)采用矩陣掃描式激光雷達(dá)，所述矩陣掃描式激光雷達(dá)探測得到滿足多種工況下危險隱患判斷的信息。
[0013]電車預(yù)警避讓模塊通過調(diào)整驅(qū)動組件推動永磁體定子盤轉(zhuǎn)動的角度，來調(diào)節(jié)永磁渦流制動器的制動力矩的大小。
[0014]所述驅(qū)動組件為兩個，兩個驅(qū)動組件中心對稱設(shè)置在永磁體定子盤的外緣處。
[0015]每個驅(qū)動組件均包括驅(qū)動機(jī)、驅(qū)動固定板和推動板，所述驅(qū)動機(jī)沿永磁體定子盤的切線方向設(shè)置，驅(qū)動機(jī)的機(jī)身通過驅(qū)動固定板在極片定子盤的外緣上，驅(qū)動機(jī)的自由端通過推動板連接永磁體定子盤的外緣。
[0016]所述驅(qū)動機(jī)采用液壓推動柱塞。
[0017]所述永磁單體的形狀為扇形。
[0018]所述轉(zhuǎn)子盤上設(shè)有散熱筋條，所述散熱筋條圍繞盤轂呈螺旋狀間隔排列。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)本發(fā)明設(shè)置獨(dú)立控制制動系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有軌電車自動減速避讓控制，該系統(tǒng)相對于車輛制動控制系統(tǒng)獨(dú)立，可不改變原有較為復(fù)雜的車輛制動系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)，直接自動控制永磁渦流制動器，永磁渦流制動器輔助有軌電車預(yù)警避讓的制動，可實(shí)現(xiàn)較為頻繁的減速機(jī)制，控制簡單且反應(yīng)靈敏，極大地減少了電車摩擦損耗，大大提高了電車的運(yùn)行效率。
[0021](2)相比現(xiàn)有在運(yùn)行有軌電車上安裝路面信號采集和信息顯示系統(tǒng)提醒司機(jī)的預(yù)警避讓方式，本發(fā)明根據(jù)路況判斷情況直接發(fā)出制動信號，并優(yōu)先控制永磁渦流制動器執(zhí)行制動，同時相比現(xiàn)有通過信號采集、判斷危險情況給車輛制動系統(tǒng)發(fā)出制動信號的預(yù)警避讓方式，本發(fā)明的信息處理單元利用執(zhí)行器可直接切入控制相對獨(dú)立的原有制動回路，并利用執(zhí)行器獨(dú)立控制永磁渦流制動器進(jìn)行制動減速，更進(jìn)一步控制相對獨(dú)立的原有有軌電車制動回路實(shí)行緊急制動停車，控制靈敏和準(zhǔn)確，不影響列車原有操控。
[0022](3)現(xiàn)有直接控制原有的有軌電車牽引制動裝置的系統(tǒng)，存在接口復(fù)雜且影響原有的控制系統(tǒng)控制策略及數(shù)據(jù)的缺陷，本發(fā)明為了克服上述缺陷，考慮在相對獨(dú)立的有軌電車制動回路的基礎(chǔ)上，增設(shè)簡潔的永磁渦流制動器的控制回路，即可滿足電車控制減速要求，控制簡單并且反應(yīng)靈敏，適用于避讓減速次數(shù)較為頻繁的情況，減少摩擦制動，避免摩擦件更換檢修頻繁，極大提高電車運(yùn)行效率。
[0023](4)獨(dú)立控制式永磁渦流制動器相比現(xiàn)有永磁渦流制動器，通過改變驅(qū)動組件的形成即可以無極地改變進(jìn)入轉(zhuǎn)子盤的磁通量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制式永磁渦流制動器的通斷和調(diào)節(jié)制動力矩大小的目的，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，獨(dú)立控制式永磁渦流制動器可快速啟動，并獲得很高的制動力，滿足電車較為頻繁的減速避讓需求。
[0024](5)獨(dú)立控制式永磁渦流制動器相比現(xiàn)有永磁渦流制動器，設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊小巧，適用于低地板轉(zhuǎn)向架的軸端安裝，采用兩個轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)，更加有效地利用磁場，減少漏磁損耗，并在相同的體積限制條件下獲得兩倍的制動力，即達(dá)到同直徑制動器兩倍制動功率，同時轉(zhuǎn)子盤的外側(cè)設(shè)置散熱筋條，起到散熱和增加強(qiáng)度的作用。
[0025](6)獨(dú)立控制式永磁渦流制動器采用永磁體結(jié)構(gòu)，相對同功率大幅度減小制動器的體積和重量，且永磁體是制動器中產(chǎn)生磁場的部件，為盡量最大化的利用空間，永磁體截面選用扇形來增大勵磁面積。
[0026](7)驅(qū)動組件使用液壓推動柱塞，使得永磁體可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)制動力的無極調(diào)節(jié)制動力矩。
[0027](8)矩陣掃描式激光雷達(dá)探測裝置采用多組雷達(dá)，精確判斷多目標(biāo)的速度和方位，可有效實(shí)時本車與周圍車輛和行人間的位置信息。
[0028](9)信息處理單元采用實(shí)時采集多目標(biāo)位移速度及判斷模塊，實(shí)時提出和執(zhí)行有軌電車減速方案，以實(shí)現(xiàn)防撞功能。
[0029](10)激光柵欄發(fā)射其采用激光發(fā)射裝置發(fā)射有色的激光，在有軌電車前方遠(yuǎn)處道口和轉(zhuǎn)彎處形成柵欄形式的激光警示信號，以提醒地面上其他車輛和行人。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)在有軌電車上的布設(shè)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖；
[0033]圖4a為永磁渦流制動器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4b為永磁渦流制動器的安裝示意圖；
[0035]圖4c為永磁渦流制動器軸向剖視示意圖；
[0036]圖5a為永磁渦流制動器在非制動狀態(tài)下極片和永磁單體的位置示意圖；
[0037]圖5b為永磁渦流制動器在制動狀態(tài)下極片和永磁單體的位置示意圖；
[0038]圖6a為永磁渦流制動器在非制動狀態(tài)下磁極排列示意圖；
[0039]圖6b為永磁渦流制動器在制動狀態(tài)下磁極排列示意圖；
[0040]圖7為永磁渦流制動器試驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖8為永磁渦流制動器試驗(yàn)的制動力矩-時間曲線圖；
[0042]圖9為永磁渦流制動器試驗(yàn)的制動功率-時間曲線圖。
[0043]圖中:1、信息處理單元，2、激光雷達(dá)，3、速度傳感器，4、制動執(zhí)行器，5、激光柵欄發(fā)射器，6、永磁禍流制動器，601、盤轂，602、轉(zhuǎn)子盤，603、極片定子盤，604、永磁體定子盤，605、極片，606、永磁單體，607、散熱筋條，608、空心軸，609、驅(qū)動機(jī)，610、驅(qū)動固定板，611、推動板，7、車軸，8、轉(zhuǎn)向架。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0045]如圖1和圖2所示，一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，包括電車預(yù)警避讓模塊和由電車預(yù)警避讓模塊控制的、用于電車減速制動的永磁渦流制動器6，電車預(yù)警避讓模塊根據(jù)電車運(yùn)行前方的環(huán)境信息和電車的行駛速度進(jìn)行電車預(yù)警以及電車制動，具體包括:信息處理單元I，以及連接信息處理單元I的激光雷達(dá)2、速度傳感器3、制動執(zhí)行器4和激光柵欄發(fā)射器5，制動執(zhí)行器4連接永磁渦流制動器6的驅(qū)動組件和電車原有制動回路，激光雷達(dá)2實(shí)時探測電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息，速度傳感器3實(shí)時采集電車的行駛速度，信息處理單元I根據(jù)電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息和電車的行駛速度獲取電車行駛路況，當(dāng)電車行駛路況為存在危險隱患時，則信息處理單元I向司機(jī)控制室發(fā)出預(yù)警信號，并向制動執(zhí)行器4發(fā)出制動控制指令，同時控制激光柵欄發(fā)射器5向外發(fā)射警示信號，制動執(zhí)行器4根據(jù)制動控制指令優(yōu)先控制永磁渦流制動器6工作。
[0046]激光雷達(dá)2采用矩陣掃描式激光雷達(dá)2，利用不同頻率信號的多組雷達(dá)按矩陣掃描方案探測采集運(yùn)行車輛周圍信息，包括電車前方運(yùn)動物體(車輛、行人等)與本車的相對位置以及電車前方運(yùn)動物體的速度，數(shù)據(jù)可靠、適用，可有效保證信息處理單元I對所采集的信號進(jìn)行計算，確定車輛預(yù)警措施。
[0047]信息處理單元I是實(shí)時預(yù)警制動系統(tǒng)控制邏輯的載體。對于所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行降噪、解碼、分析，對運(yùn)行路況進(jìn)行判斷，判斷車輛碰撞可能條件，向司機(jī)控制室發(fā)出警告信息并確定減速方案以及控制有軌電車原有制動回路或直接控制永磁渦流制動器6、激光柵欄發(fā)射器5。
[0048]執(zhí)行器，接受信息處理單元I發(fā)來的減速方案并轉(zhuǎn)化為控制指令，并具有通斷、及部分屏蔽或全部屏蔽選擇功能，可選擇制動執(zhí)行方案，通過執(zhí)行器的控制電路或網(wǎng)絡(luò)接口，向原有列車常用制動回路、安全制動回路、緊急制動回路發(fā)出指令信號，或向永磁渦流制動器6、以及激光柵欄發(fā)射器5發(fā)出控制信號，也可通過顯示器顯示車輛預(yù)警信息。
[0049]激光柵欄發(fā)射器5接受執(zhí)行器指令發(fā)射有色的激光，在有軌電車前方遠(yuǎn)處道口和轉(zhuǎn)彎處形成柵欄形式的激光警示信號，以提醒地面上其他車輛和行人。
[0050]本發(fā)明系統(tǒng)在不改變原有較為復(fù)雜的車輛制動系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)，在增設(shè)獨(dú)立控制永磁渦流制動器6的條件下，通過創(chuàng)新的一套獨(dú)立的監(jiān)測-判斷-執(zhí)行方式，來自動調(diào)控本車沿前行方向上的運(yùn)行狀態(tài)，與周圍車輛或行人的距離保持在安全水平范疇。如圖3所示，電車運(yùn)行時，獨(dú)立控制制動系統(tǒng)的應(yīng)用方法包括以下步驟:
[0051]S1:車載激光雷達(dá)2設(shè)置于電車車頭，實(shí)時采集電車行進(jìn)方向上的三維圖像，并根據(jù)三維圖像和GPS信息獲取電車行進(jìn)方向上不同時刻的不同物體的位置信息；
[0052]速度傳感器3設(shè)置于電車底部，實(shí)時采集電車的速度信息；
[0053]S2:信息處理單元I根據(jù)步驟SI中不同時刻的不同物體的位置信息中篩選出移動物體的位置信息，并根據(jù)移動物體的位置信息和步驟2)中電車的速度信息判斷移動物體的預(yù)測運(yùn)動范圍是否與電車下一時刻的運(yùn)行線路范圍重疊，即判斷下一時刻電車的運(yùn)動軌跡與電車前方運(yùn)動物體的運(yùn)動軌跡是否存在交叉，若是，車行駛路況為存在危險隱患，執(zhí)行步驟S3，若否，執(zhí)行步驟S4;
[0054]S3:根據(jù)步驟S2中移動物體的預(yù)測運(yùn)動范圍與電車下一時刻的運(yùn)行線路范圍的重疊面積執(zhí)行不同的減速方案，同時向司機(jī)控制室發(fā)送報警信號，提醒司機(jī)注意，且利用激光柵欄發(fā)射裝置發(fā)射有色的激光，在電車行進(jìn)方向上形成柵欄形式的激光警示信號，減速方案執(zhí)行后，車載激光雷達(dá)2和速度傳感器3同時更新車輛新的運(yùn)行情況，跳轉(zhuǎn)步驟S2;
[0055]S4:無警報信號無效且電車制動裝置不起作用，有軌電車正常運(yùn)行。
[0056]本實(shí)施例中，在步驟S3，根據(jù)重疊面積大小的降序?qū)?yīng)設(shè)置車輛可能碰撞的級別為“高”和“低”，對應(yīng)減速方案為常用減速方案和緊急減速方案，在常用減速方案中，當(dāng)車輛僅需減速即可的時候，執(zhí)行器只控制獨(dú)立控制式永磁渦流制動器6進(jìn)行制動減速，在緊急減速方案中，當(dāng)信息處理單元I判斷車輛路況十分緊急的情況下，信息處理單元I將制動信號傳送給執(zhí)行器，執(zhí)行器執(zhí)行有軌電車的獨(dú)立控制式永磁渦流制動器6的渦流制動及傳遞信號給有軌電車緊急制動回路實(shí)行緊急制動。
[0057]考慮有軌電車轉(zhuǎn)向架8安裝空間及其狹小，同時要保證基本的制動功率，永磁渦流制動器6采用雙盤式永磁體圓盤渦流制動結(jié)構(gòu)，通過軸端安裝方式，以適應(yīng)有軌電車轉(zhuǎn)向架8受限制的安裝空間，每個轉(zhuǎn)向架8的車軸7上分別設(shè)置一個永磁渦流制動器6。
[0058]如圖4a、圖4b和圖4c所示，永磁渦流制動器6具體包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件、驅(qū)動組件和附屬部件，轉(zhuǎn)子組件包括套設(shè)在電車轉(zhuǎn)向架8的車軸7上的盤轂601，以及對稱套設(shè)在盤轂601上的兩個轉(zhuǎn)子盤602，定子組件包括兩個極片定子盤603和永磁體定子盤604，兩個極片定子盤603對稱套設(shè)在盤轂601上，并位于兩個轉(zhuǎn)子盤602之間，兩個極片定子盤603通過滾動軸承與轉(zhuǎn)子盤602轉(zhuǎn)動連接，極片定子盤603包括極片安裝盤和極片安裝盤上沿圓周均布有多個極片605，永磁體定子盤604套設(shè)在盤轂601上，并位于兩個極片定子盤603之間，永磁體定子盤604包括磁體安裝盤和磁體安裝盤上沿圓周均布有多個NS極沿軸向設(shè)置的永磁體對，永磁體對的個數(shù)與極片605的個數(shù)相同，每個永磁體對由兩個NS極朝向相同且間隔設(shè)置的永磁單體606組成，永磁單體606的形狀為扇形，來增大勵磁面積，勵磁方向與扇形截面垂直并與車軸7方向平行，即采用軸向勵磁的方式，相鄰的永磁體對的NS極朝向相反，驅(qū)動組件連接永磁體定子盤604的外緣，驅(qū)動組件直接控制永磁體定子盤604旋轉(zhuǎn)固定角度，實(shí)現(xiàn)制動的執(zhí)行、維持與緩解。附屬部件包括配合轉(zhuǎn)子組件安裝的轉(zhuǎn)子盤602擋環(huán)、螺釘，支座，空心軸608等，空心軸608用于固定和支撐的極片安裝盤和永磁體安裝盤。
[0059]當(dāng)永磁渦流制動器6處于非制動狀態(tài)時，每個永磁體對的兩個永磁單體606分別與一個極片605相對，即永磁體對的位置與極片605的位置交錯，當(dāng)永磁渦流制動器6處于制動狀態(tài)時，驅(qū)動組件推動永磁體定子盤604轉(zhuǎn)動，使得每個永磁體對的與一個極片605相對，形成與轉(zhuǎn)子盤602垂直方向(即沿車軸7方向)的磁力線，可在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子盤602上產(chǎn)生渦流制動。電車預(yù)警避讓模塊通過調(diào)整驅(qū)動組件推動永磁體定子盤604轉(zhuǎn)動的角度，來調(diào)節(jié)永磁渦流制動器6的制動力矩的大小。
[0060]驅(qū)動組件為兩個，兩個驅(qū)動組件中心對稱設(shè)置在永磁體定子盤604的外緣處。每個驅(qū)動組件均包括驅(qū)動機(jī)609、驅(qū)動固定板610和推動板611，驅(qū)動機(jī)609沿永磁體定子盤604的切線方向設(shè)置，驅(qū)動機(jī)609的機(jī)身通過驅(qū)動固定板610在極片定子盤603的外緣上，永磁體安裝盤向外邊緣上設(shè)有向外突起的凸耳，驅(qū)動機(jī)609的自由端通過推動板611連接永磁體安裝盤的凸耳，驅(qū)動機(jī)609采用液壓推動柱塞，利用液壓推動推動方式可以連續(xù)調(diào)整永磁體定子盤604繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的角度，控制永磁單體606磁極離合，來實(shí)現(xiàn)永磁渦流制動器6的觸發(fā)與緩解。液壓推動柱塞由液壓缸和搖臂構(gòu)成，通過電磁閥的電氣回路控制液壓缸工作。
[0061]轉(zhuǎn)子盤602的外端面上設(shè)有散熱筋條607，散熱筋條607圍繞盤轂601呈螺旋狀間隔排列，起增加強(qiáng)度和散熱的作用。
[0062]對本發(fā)明永磁渦流制動器6的工作原理分析如下:
[0063]對于圓盤式渦流制動裝置，常用的方式是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子盤602與永磁體之間的氣隙寬度。當(dāng)氣隙足夠?qū)挄r，永磁體產(chǎn)生的磁場無法進(jìn)入轉(zhuǎn)子盤602也就沒有渦流產(chǎn)生。但由于受到有軌電車轉(zhuǎn)向架8最大橫向位移的限制，沿車軸7方向沒有足夠的空間，因此這種控制方式很難應(yīng)用在設(shè)計對象有軌電車的轉(zhuǎn)向架8上。
[0064]本發(fā)明針對有軌電車制動快速制動需求，通過改變永磁單體606的磁極與極片605間的相對位置來控制制動力的產(chǎn)生。將永磁單體606的N、S極分離后進(jìn)行磁場分析，如圖6a所示，在這種磁極排列方式下，同一極片605上的兩塊永磁單體606因極性相反，彼此間直接與極片605形成回路，因極片605的短路作用，磁力線沒有穿過轉(zhuǎn)子盤602，這時在制動盤上將不會有制動力產(chǎn)生，如圖6b所示，在這種磁極排列方式下，同一極片605上的兩塊永磁單體606因極性相同不會形成回路，而是穿過氣隙和轉(zhuǎn)子盤602與相鄰極片605上的永磁單體606沿橫向構(gòu)成了回路，這時由于有大量磁通穿過轉(zhuǎn)子盤602，轉(zhuǎn)子盤602上將產(chǎn)生渦流進(jìn)而產(chǎn)生制動力。
[0065]因此，本發(fā)明永磁禍流制動器6沿轉(zhuǎn)子盤602圓周方向設(shè)置一圈永磁單體606，磁體按照N、N、S、S、N、N、S、S...循環(huán)交替分布，可繞車軸7旋轉(zhuǎn)一塊永磁單體606的角度，有軌電車在正常行駛時制動器所處狀態(tài)如圖5a所示，一對極性相反的永磁單體606(N和S極)處于同一塊極片605下，由于磁感線會優(yōu)先選擇通過磁阻小的路徑，因此這對永磁單體606產(chǎn)生的磁感線會穿過對應(yīng)的極片605在彼此間直接形成回路，此時極片605對磁感線起到短路作用，轉(zhuǎn)子盤602上不會有渦流產(chǎn)生。當(dāng)有軌電車需要制動時，驅(qū)動組件的搖臂推動永磁單體606轉(zhuǎn)過一個永磁單體606間的角度至圖5b的狀態(tài)，這時，兩塊相同極性的永磁單體606處于同一塊極片605下，永磁單體606形成的磁力線只能穿過極片605和空氣氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子盤602與相鄰極片605上的異性磁極形成回路。由于有磁感線進(jìn)入轉(zhuǎn)子盤602，轉(zhuǎn)子盤602上將有渦流產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生所需的制動力矩。改變驅(qū)動組件的行程可以無極的改變進(jìn)入轉(zhuǎn)子盤602的磁通量，因此上述原理可以實(shí)現(xiàn)有軌電車獨(dú)立控制式渦流制動裝置通斷和調(diào)節(jié)制動力矩大小的目的。
[0066]通過對相同制動原理的鼓式永磁渦流制動器進(jìn)行試驗(yàn)，來驗(yàn)證本發(fā)明渦流制動裝置的制動性能。如圖7所示，鼓式永磁渦流制動器從外圈至內(nèi)圈的A、B、C、D分別為轉(zhuǎn)子鼓、極片、永磁體、定子，E為氣隙，轉(zhuǎn)子鼓、極片、永磁體之間存在氣隙，圖8和圖9為當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在960r/min左右時，獲得的制動力矩與時間和制動功率與時間的關(guān)系圖，可以看出在短時間內(nèi)，永磁渦流制動器6可以獲得較高的制動力矩與制動功率，且可以長時間保持穩(wěn)定的制動力矩和制動功率，因此，相比現(xiàn)有的制動方式，將本發(fā)明永磁渦流制動器6應(yīng)用于有軌電車預(yù)警避讓中，使得制動動作反應(yīng)靈敏，極大地減少了電車摩擦損耗，大大提高了電車的運(yùn)行效率。
[0067]有軌電車屬于地面交通工具，為適應(yīng)復(fù)雜的道路工況，需要頻繁地調(diào)整電車速度，本發(fā)明針對現(xiàn)有電車制動系統(tǒng)控制較為復(fù)雜，控制電機(jī)的再生制動功率難以確定(與不同的供電方式有關(guān))，而機(jī)械制動摩擦損耗較大的缺陷，設(shè)置了一種適應(yīng)頻繁調(diào)速、控制簡單、無磨耗的永磁渦流制動器6。
[0068]此外，永磁渦流制動器6為適應(yīng)普遍采用低地板結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代有軌電車底部狹小的安裝空間，設(shè)計永磁渦流制動方案，最大程度減少了渦流制動器結(jié)構(gòu)尺寸，使得安裝在有軌電車走行部成為可能。
[0069]同時，永磁渦流制動器6為了滿足有軌電車在最高速度下遇警避讓制動功率要求，設(shè)計了雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu);為了適應(yīng)調(diào)速要求，在結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計了永磁體調(diào)整驅(qū)動組件，通過推動永磁體定子盤轉(zhuǎn)動的角度達(dá)到不同的制動力矩。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，包括電車預(yù)警避讓模塊，所述電車預(yù)警避讓模塊根據(jù)電車運(yùn)行前方的環(huán)境信息和電車的行駛速度進(jìn)行電車預(yù)警以及電車制動，其特征在于，還包括由電車預(yù)警避讓模塊控制的、用于電車減速制動的永磁渦流制動器，所述永磁渦流制動器包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件和驅(qū)動組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括套設(shè)在電車轉(zhuǎn)向架的車軸上的盤轂，以及對稱套設(shè)在盤轂上的兩個轉(zhuǎn)子盤，所述定子組件包括兩個極片定子盤和永磁體定子盤，所述兩個極片定子盤對稱套設(shè)在盤轂上，并位于兩個轉(zhuǎn)子盤之間，兩個極片定子盤通過軸承與轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動連接，極片定子盤上沿圓周均布有多個極片，所述永磁體定子盤套設(shè)在盤轂上，并位于兩個極片定子盤之間，永磁體定子盤上沿圓周均布有多個NS極沿軸向設(shè)置的永磁體對，永磁體對的個數(shù)與極片的個數(shù)相同，每個永磁體對由兩個NS極朝向相同且間隔設(shè)置的永磁單體組成，相鄰的永磁體對的NS極朝向相反，所述驅(qū)動組件連接永磁體定子盤的外緣； 永磁渦流制動器處于非制動狀態(tài)時，每個永磁體對的兩個永磁單體分別與一個極片相對，永磁渦流制動器處于制動狀態(tài)時，驅(qū)動組件推動永磁體定子盤轉(zhuǎn)動，使得每個永磁體對的與一個極片相對。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述電車預(yù)警避讓模塊包括信息處理單元，以及連接信息處理單元的激光雷達(dá)、速度傳感器、制動執(zhí)行器和激光柵欄發(fā)射器，所述制動執(zhí)行器連接永磁渦流制動器的驅(qū)動組件，激光雷達(dá)實(shí)時探測電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息，速度傳感器實(shí)時采集電車的行駛速度，信息處理單元根據(jù)電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息和電車的行駛速度獲取電車行駛路況，當(dāng)電車行駛路況為存在危險隱患時，則信息處理單元向司機(jī)控制室發(fā)出預(yù)警信號，并向制動執(zhí)行器發(fā)出制動控制指令，同時控制激光柵欄發(fā)射器向外發(fā)射警示信號，制動執(zhí)行器根據(jù)制動控制指令優(yōu)先控制永磁渦流制動器工作。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述信息信息處理單元根據(jù)電車前方運(yùn)動物體的位置速度信息預(yù)測得到下一時刻電車的運(yùn)動軌跡，并根據(jù)電車的行駛速度得到下一時刻電車的運(yùn)動軌跡，當(dāng)下一時刻電車的運(yùn)動軌跡與電車前方運(yùn)動物體的運(yùn)動軌跡存在交叉時，電車行駛路況為存在危險隱患。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述激光雷達(dá)采用矩陣掃描式激光雷達(dá)，所述矩陣掃描式激光雷達(dá)探測得到滿足多種工況下危險隱患判斷的信息。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，電車預(yù)警避讓模塊通過調(diào)整驅(qū)動組件推動永磁體定子盤轉(zhuǎn)動的角度，來調(diào)節(jié)永磁渦流制動器的制動力矩的大小。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動組件為兩個，兩個驅(qū)動組件中心對稱設(shè)置在永磁體定子盤的外緣處。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，每個驅(qū)動組件均包括驅(qū)動機(jī)、驅(qū)動固定板和推動板，所述驅(qū)動機(jī)沿永磁體定子盤的切線方向設(shè)置，驅(qū)動機(jī)的機(jī)身通過驅(qū)動固定板在極片定子盤的外緣上，驅(qū)動機(jī)的自由端通過推動板連接永磁體定子盤的外緣。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動機(jī)采用液壓推動柱塞。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁單體的形狀為扇形。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于有軌電車預(yù)警避讓的獨(dú)立控制制動系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子盤上設(shè)有散熱筋條，所述散熱筋條圍繞盤轂呈螺旋狀間隔排列。
【文檔編號】B61H11/00GK106043350SQ201610364273
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】應(yīng)之丁, 夏健博, 顧靈燕, 高偉航
【申請人】同濟(jì)大學(xué)