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您当前的位置： 一种车辆制动方法、系统及相关组件与流程
2021-02-05 13:02:54|
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本申请涉及制动领域，特别是涉及一种车辆制动方法、系统及相关组件。
背景技术：
轨道交通车辆与电动汽车的制动系统十分重要，轨道交通车辆一般是是通过电制动力及空气制动力混合的停车方式来实现车辆制动，电动汽车一般是通过机械刹车结构来实现车辆制动。传统的电空混合停车方式，在列车处于高速状态运行时通过电制动力实现制动，在列车处于低速状态运行下通过空气制动力实现制动，当列车处于低速状态运行时，电制动力已完全退出，由空气制动力完成车辆的停稳动作，即将车速稳定在零速。由于空气制动的精度偏差和响应延时较大，在电制动力退出后，车辆制动往往不能及时响应信号系统快速变化的制动减速度要求，导致车辆停稳过程的减速度很难受控，增加了信号系统的对标难度。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现要素：
本申请的目的是提供一种车辆制动方法、系统、装置及计算机可读存储介质，减少了机械刹车结构的磨损，同时电制动可以快速响应信号系统的制动减速度要求，提高了在车辆停稳过程减速度的可控性，从而降低了信号系统的对标难度
为解决上述技术问题，本申请提供了一种车辆制动方法，包括：
当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与所述刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；
实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向所述电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；
获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使所述电机转子保持在当前位置。
优选的，所述预设速度根据门槛速度关系式得到，所述门槛速度关系式为
优选的，所述实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向所述电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号的过程具体为：
获取当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度；
根据当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度得到调整制动力矩；
根据所述调整制动力矩，向所述电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
优选的，所述根据所述调整制动力矩，向所述电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号之前，该制动方法还包括：
根据与所述刹车信号对应的电制动力信号得到补偿制动力矩；
则所述根据所述调整制动力矩，向所述电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号的过程具体为：
根据所述补偿制动力矩和所述调整制动力矩，向所述电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
优选的，所述电机牵引系统为永磁电机牵引系统。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种车辆制动系统，包括：
第一制动模块，用于当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与所述刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；
第二制动模块，用于实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向所述电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；
第三制动模块，用于获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使所述电机转子保持在当前位置。
优选的，所述预设速度根据门槛速度关系式得到，所述门槛速度关系式为
优选的，所述实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向所述电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号的过程具体为：
获取当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度；
根据当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度得到调整制动力矩；
根据所述调整制动力矩，向所述电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种车辆制动装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述车辆制动方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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文任意一项所述车辆制动方法的步骤。
本申请提供了一种车辆制动方法，包括：当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使电机转子保持在当前位置。本申请通过电制动力将车辆制动到零速，然后再通过机械刹车结构驻车，一方面可以减少机械刹车结构的磨损，另一方面，电制动可以快速响应信号系统的制动减速度要求，提高了在车辆停稳过程减速度的可控性，从而降低了信号系统的对标难度，提高了车辆的安全性和舒适性。本申请还提供了一种车辆制动系统、装置及计算机可读存储介质，具有和上述车辆制动方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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。
图1为本申请所提供的一种车辆制动方法的步骤流程图；
图2为本申请所提供的一种制动过程中速度、力与时间的关系图；
图3为本申请所提供的一种传统电空混合的停车方式的力与时间的关系图；
图4为本申请所提供的一种电制动到零的停车方式的速度、力与时间的关系图；
图5为本申请所提供的一种加速度控制阶段的控制流程图；
图6为本申请所提供的一种车辆制动系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种车辆制动方法、系统、装置及计算机可读存储介质，减少了机械刹车结构的磨损，同时电制动可以快速响应信号系统的制动减速度要求，提高了在车辆停稳过程减速度的可控性，从而降低了信号系统的对标难度。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，图1为本申请所提供的一种车辆制动方法的步骤流程图，包括：
步骤1：当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；
步骤2：实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；
具体的，刹车信号可以是司机发送的，当整车接收到刹车信号后，向电机牵引系统输出电制动力信号，以便电机牵引系统输出对应的电制动力来控制列车减速，列车从接收到刹车信号到减速至零速的过程中，速度、力与时间的关系参照图2所示，整个过程可以分为三个阶段，在t1时刻之前为正常转矩控制阶段、在t1时刻至t2时刻之间为加速度控制阶段，在t2时刻之后为角度定位控制阶段。
具体的，当整车接收到刹车信号后，首先输出与刹车信号对应的电制动力信号，以便电机牵引系统输出恒定的电制动力，控制列车匀减速至预设速度，预设速度即图2中t1时刻所对应的整车速度v0。
可以理解的是，在列车运行过程中，可以通过速度传感器实时获取到当前整车速度，并根据当前整车速度计算得到当前整车加速度，从t1时刻开始，通过当前整车速度和当前整车加速度调整电制动力的大小，也即在t1时刻到t2时刻之间，电机牵引系统输出的电制动力不再是恒定的，是逐渐降低的，直至t2时刻，列车的电制动力、整车速度、整车加速度均为零，从而实现电制动到零的目的。
具体的，为了实现整车速度和整车加速度同时为零，需要提前确定预设速度，这里的预设速度也可以理解为进入加速度控制阶段的门槛速度，整车加速度和整车速度分别满足以下关系式：a(t)＝a0+kt、v(t)＝v0+a0t+1/2kt2，当整车加速度逐渐变为0时，整车速度也将为0，因此可以得到
步骤3：获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使电机转子保持在当前位置。
具体的，为了防止列车溜车，需要控制电机将车辆稳定在零速，当通过电制动力将整车速度制动到零速(即图2中的t2时刻)时，获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与该位置对应的空气制动力，以使电机转子保持在该位置上，实现平稳驻车，本申请可以减少机械刹车结构的磨损，提高安全性和舒适性。
在实际应用中，传统的电空混合的停车方式，如图3所示，列车制动停车时，电制动力在t2时刻，即v2速度点(6km/h左右)便开始退出，同时空气制动力开始按约定冲击率上升并逐渐取代电制动力。考虑到空气制动自身存在响应延时特性，在电制动力退出后，车辆制动往往不能及时响应信号系统快速变化的制动减速度要求，因而不可避免地增加了信号系统的对标难度。而采用本申请的方案，参照图4所示，电制动力完全响应速度点可以低至2km/h(图4中v1速度点)，即当整车速度在2km/h以上时，电制动力都可以快速响应信号系统的制动减速度要求，因而使得低速停车过程更加可控，从而降低信号系统停车对标难度，提升车辆对标精度。
进一步的，传统的电空混合停车方式，当列车速度低于2km/h时，电制动已完全退出，由空气制动完成车辆的停稳动作。由于空气制动力的精度偏差和响应延时较大，车辆停稳阶段的减速度很难受控，特别是在列车低于0.5km/h施加保持制动力时，车辆制动减速度会产生突变，并带来较大的冲击。相较于此，本申请所提供的电制动到零的停车方式，参照图4所示，当列车速度低于2km/h时，将2km/h作为本申请中的预设速度，进入加速度控制阶段，利用电制动力的高精度和快速响应特性，保障车辆2km/h-0.5km/h停稳阶段减速度的平滑性，一直到空气制动力施加，整个过程平稳无冲击。
更进一步的，传统的电空混合停车方式，在列车制动停车时，空气制动在6km/h左右便开始投入并发挥作用，而本申请所提供的电制动到零的停车方式，空气制动一直到列车零速需施加保持制动时才开始投入，相比于传统的电空混合停车方式，电制动到零能够有效减少低速段空气制动闸瓦的使用和磨耗，从而提升闸瓦的使用寿命。
本申请提供了一种车辆制动方法，包括：当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使电机转子保持在当前位置。本申请通过电制动力将车辆制动到零速，然后再通过机械刹车结构驻车，一方面可以减少机械刹车结构的磨损，另一方面，电制动可以快速响应信号系统的制动减速度要求，提高了在车辆停稳过程减速度的可控性，从而降低了信号系统的对标难度，提高了车辆的安全性和舒适性。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号的过程具体为：
获取当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度；
根据当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度得到调整制动力矩；
根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
作为一种优选的实施例，根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号之前，该制动方法还包括：
根据与刹车信号对应的电制动力信号得到补偿制动力矩；
则根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号的过程具体为：
根据补偿制动力矩和调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
具体的，参照图5所示，图5为本申请所提供的一种加速度控制阶段的控制流程图，可以理解的是，在确定预设速度后，可以按预设规则确定加速度控制阶段各个时刻所对应的目标整车速度，具体可以参照图6中的v-t图像，v0即预设速度，获取当前时刻t所对应的当前整车速度v(t)以及目标整车速度v*(t)，对当前整车速度v(t)以及目标整车速度v*(t)进行pi控制调节，输出调整制动转矩δt，tset是指电制动力恒定时的制动转矩，对该制动转矩进行增益补偿，得到补偿制动转矩tfwd，根据补偿制动转矩tfwd和调整制动转矩δt计算当前制动转矩tref，从而得到与当前制动转矩tref对应的电制动力信号并输出。
作为一种优选的实施例，电机牵引系统为永磁电机牵引系统。
可以理解的是，电机牵引系统包括异步电机牵引系统和永磁电机牵引系统，在异步电机牵引系统中，由于异步电机转子和定子之间存在转差，且异步电机转速来源于速度码盘产生的脉冲，车辆低速时电机转速精准度较低，因此电制动到零中的零速通常是指相对零速，整车速度一般为0.5km/h左右。在永磁电机牵引系统中，由于电机同步控制方式以及使用旋转变压器采集速度信号，因此即使在车辆低速运行时，仍然能够获取更为精准的电机转速，使得电制动到零可作用至绝对零速0km/h。相较于异步电机牵引系统在车辆0.5km/h时施加空气制动力，永磁电机牵引系统可做到在车辆完全停稳后施加空气制动力，从而完全规避车辆带速上闸带来的冲击。由于永磁电机同步控制方式以及其低速段更加精准的转速闭环，使得永磁电机在低速段的控制效果容易优于异步电机，进而使得本申请中的加速度控制阶段的控制更加精准。车辆在加速度控制阶段的控制下减速度更加平滑，停车稳定性好、舒适度高。电制动到零停车至“零速”后，为了防止车辆溜车，需要控制电机将车辆稳定在零速。区别于异步电机转差带来的零速误差，永磁电机采用角度定位方式，能够更加精准的将车辆稳定在零速；且永磁电机采用同步控制方式，无需励磁，牵引/制动响应更快，车辆能停下来，更稳得住，不怕溜车，安全性更高。
请参照图6，图6为本申请所提供的一种车辆制动系统的结构示意图，包括：
第一制动模块1，用于当接收到刹车信号，向电机牵引系统输出与刹车信号对应的电制动力信号，以使整车速度降低至预设速度；
第二制动模块2，用于实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号，直至当前整车速度及当前整车加速度同时为零；
第三制动模块3，用于获取电机转子的当前位置，向机械刹车结构输出与当前位置对应的空气制动力信号，以使电机转子保持在当前位置。
作为一种优选的实施例，预设速度根据门槛速度关系式得到，门槛速度关系式为
作为一种优选的实施例，实时获取当前整车速度和当前整车加速度，向电机牵引系统输出与当前整车速度对应的电制动力信号的过程具体为：
获取当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度；
根据当前时刻对应的当前整车速度和目标整车速度得到调整制动力矩；
根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
作为一种优选的实施例，根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号之前，该制动方法还包括：
根据与刹车信号对应的电制动力信号得到补偿制动力矩；
则根据调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号的过程具体为：
根据补偿制动力矩和调整制动力矩，向电机牵引系统输出当前时刻对应的电制动力信号。
作为一种优选的实施例，电机牵引系统为永磁电机牵引系统。
本申请所提供的一种永磁车辆的制动系统，具有和上述永磁车辆的制动方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种永磁车辆的制动系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
相应的，本申请还提供了一种车辆制动装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一项车辆制动方法的步骤。
本申请所提供的一种永磁车辆的制动装置，具有和上述永磁车辆的制动方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种永磁车辆的制动装置的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
相应的，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项车辆制动方法的步骤。
本申请所提供的一种计算机可读存储介质，具有和上述永磁车辆的制动方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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