本發(fā)明涉及一種高速列車多模式聯(lián)動制動系統(tǒng)及其制動優(yōu)化方法，屬于摩擦制動。

背景技術(shù)：

1、隨著全球軌道交通技術(shù)的飛速發(fā)展，高速列車已成為現(xiàn)代軌道交通的重要組成部分，顯著提高了運輸效率，縮短了城際之間的通勤時長，并促進了區(qū)域之間的經(jīng)濟與文化交流。我國的地理條件復(fù)雜多變，尤其是在西南地區(qū)，高速鐵路多沿高架橋和隧道而建，跨越懸崖峭壁和湍急河流，這些條件大大增加了施工和運營的難度和風(fēng)險。加之，部分地區(qū)還存在的極端天氣，如冰雪、風(fēng)沙等，使得列車的控制系統(tǒng)面臨更大挑戰(zhàn)。與此同時，軌道設(shè)施還容易受到諸如泥石流、落石等突發(fā)事件的影響，進一步增加了在緊急情況下實施有效制動的難度。面對這些嚴(yán)峻的自然環(huán)境，確保列車的安全性對高鐵運營來說至關(guān)重要。

2、相對于緊急制動，超級制動是在突發(fā)情況下，以保證列車不脫軌與保障旅客生命安全為基本前提，以軌道裝備局部破壞為代價，在最短距離或時間內(nèi)實現(xiàn)剎車的一種制動模式，超級制動也可稱為終極制動或極限制動，其目的就是防止追尾引起的強烈撞擊，導(dǎo)致車輛脫軌，繼而引發(fā)撞崖(隧道)墜橋(河)，導(dǎo)致車毀人亡的次生重大事故。但現(xiàn)有列車制動系統(tǒng)在危急可能無法發(fā)揮足夠的作用，尤其是在制動初速度更高、制動距離更短的極端制動工況下，車輛的動能巨大，一旦發(fā)生意外，司機難以在視距內(nèi)完成停車。近年來此類事故頻發(fā)，如2011年的甬溫線事故、2022年的貴廣線事故，以及2023年的北京地鐵昌平線事故，均揭示了上述隱患的嚴(yán)重后果。特別是在諸如川藏鐵路這樣的大型工程中，地形和氣候條件更加苛刻，迫切需要對現(xiàn)有制動技術(shù)進行創(chuàng)新和升級，以更好地應(yīng)對可能的突發(fā)情況，確保列車在高速條件下的安全極限制動，這已成為整個軌道交通行業(yè)亟待解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

3、為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，本發(fā)明提出一種高速列車多模式聯(lián)動制動系統(tǒng)及其超級制動優(yōu)化方案，旨在解決高速列車在緊急情況下制動不及時、制動力與輪軌摩擦力不足的問題。該系統(tǒng)通過結(jié)合踏面制動、輪盤制動和軸盤制動等多種技術(shù)，并輔以智能控制單元，使得制動系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的工況自適應(yīng)調(diào)整制動力，實現(xiàn)高速列車在復(fù)雜和緊急條件下的高效制動。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種高速列車多模式聯(lián)動制動系統(tǒng)及其制動優(yōu)化方法；該系統(tǒng)整合了踏面制動單元、輪盤制動單元和軸盤制動單元以及輪軌增摩機構(gòu)。同時加入了智能控制單元對制動方案進行優(yōu)化調(diào)整。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是：一種高速列車多模式聯(lián)動制動系統(tǒng)，包括設(shè)置在列車輪對兩側(cè)的踏面制動單元和輪盤制動單元以及車軸中心對稱位置安裝的兩個軸盤制動單元。

3、其中踏面制動單元安裝于輪對一側(cè)，靠近軸盤式制動夾鉗，并同樣采用氣壓傳動對制動閘瓦施加載荷。該單元的制動閘瓦采用整體式結(jié)構(gòu)，并設(shè)計有較大包圍接觸角，表面設(shè)計有針對輪對運行方向的垂直方向的橫向不間斷梯形凹槽。

4、輪盤制動單元則安裝在踏面制動的對側(cè)，輪盤制動卡鉗通過液壓傳動對閘片施加載荷。輪盤制動閘片也采用整體式結(jié)構(gòu)，輪面制動盤兩側(cè)的閘片分別設(shè)計有正45°斜向不間斷方形凹槽與負(fù)45°斜向不間斷方形凹槽。

5、軸盤制動單元由軸環(huán)制動盤、軸盤制動夾鉗和軸盤制動閘片組成，對稱安裝于輪對之間，并通過氣壓傳動對閘片施加載荷。軸盤制動閘片采用組合式結(jié)構(gòu)，以多邊形摩擦塊為最小摩擦單元，每個摩擦塊表面都設(shè)有橫向不間斷方形凹槽的織構(gòu)。

6、進一步的技術(shù)方案是，所述踏面制動單元包括制動閘瓦、閘瓦托以及安裝在所述閘瓦托外側(cè)上的制動靴調(diào)整桿、加載壓桿；所述制動閘瓦固定在所述閘瓦托的內(nèi)側(cè)；所述制動閘瓦的內(nèi)表面設(shè)有若干個橫向不間斷的梯形凹槽。

7、進一步的技術(shù)方案是，所述梯形凹槽的矩形截面的上底面寬度為2mm，下寬度為1mm，高為2mm，每個梯形凹槽的間距為7mm。

8、進一步的技術(shù)方案是，所述踏面制動單元上設(shè)有輪軌增摩機構(gòu)，用于提高輪軌黏著系數(shù)，提高制動效率。

9、輪軌增摩機構(gòu)利用輪對踏面作為定顎，制動閘瓦作為動顎。在超級制動時，電機驅(qū)動曲柄帶動制動閘瓦對從管道輸入的砂石進行破碎，對車輪踏面進行粗糙化打磨，使得輪軌黏著系數(shù)增大，提高制動效率。

10、進一步的技術(shù)方案是，所述輪軌增摩機構(gòu)包括驅(qū)動電機、曲柄和安裝在所述閘瓦托上的連桿；所述曲柄通過銷軸連接連桿；所述驅(qū)動電機用于驅(qū)動曲柄轉(zhuǎn)動。

11、進一步的技術(shù)方案是，所述輪盤制動單元包括兩個輪盤制動墊、鏈接架、制動夾具架、制動油路接頭，所述制動夾具架的一側(cè)與所述鏈接架連接，另一側(cè)安裝兩個相對設(shè)置的輪盤制動墊；所述制動油路接頭安裝在所述制動夾具架上，通過制動油壓對輪盤制動墊直接進行施壓；所述輪盤制動墊的表面設(shè)有45°斜向不間斷方形凹槽。

12、進一步的技術(shù)方案是，所述軸盤制動單元包括軸環(huán)制動盤、軸盤制動夾鉗和軸盤制動閘片；所述軸環(huán)制動盤通過螺栓安裝于車軸上；所述軸盤制動閘片上設(shè)有若干個摩擦塊，所述摩擦塊上設(shè)有橫向不間斷的方形槽。

13、進一步的技術(shù)方案是，所述方形槽的方形截面寬度為0.5mm，長度為1mm，每個方形槽的間距為3mm。

14、進一步的技術(shù)方案是，該系統(tǒng)還包括智能控制單元，所述智能控制單元包括數(shù)據(jù)處理模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述數(shù)據(jù)處理模塊基于傳感器反饋的實時信息，動態(tài)調(diào)整各制動單元的工作狀態(tài)，確保在緊急情況下提供最優(yōu)的制動力；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、輪軌狀態(tài)檢測裝置和障礙物識別系統(tǒng)。

15、一種高速列車多模式聯(lián)動制動系統(tǒng)的制動優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：

16、步驟一：車輛狀態(tài)監(jiān)測；

17、步驟11、速度傳感器獲取列車當(dāng)前行駛速度，并將數(shù)據(jù)實時傳送至控制系統(tǒng)；

18、步驟12、溫度傳感器監(jiān)測所有制動單元和周圍環(huán)境的溫度；

19、步驟13、濕度傳感器捕捉環(huán)境濕度水平，識別濕滑軌道條件；

20、步驟14、輪軌狀態(tài)檢測裝置實時檢測軌道面的不規(guī)則性，以識別潛在風(fēng)險；

21、步驟15、障礙物檢測系統(tǒng)依賴?yán)走_技術(shù)，識別軌道上可能出現(xiàn)的異物；

22、步驟二：數(shù)據(jù)處理與實時分析；

23、步驟21、數(shù)據(jù)處理模塊接收所有傳感器數(shù)據(jù)，并整合這些數(shù)據(jù)以判斷制動環(huán)境特征；

24、步驟22、利用內(nèi)置算法，結(jié)合列車的速度、溫度和軌道狀態(tài)進行綜合評估，判定制動的緊急程度；

25、步驟23、使用歷史行車數(shù)據(jù)和已有路徑的特征，進行分析和調(diào)整當(dāng)前制動決策，識別重復(fù)路段中的常見軌道模式；

26、步驟三：制定制動策略；

27、其智能控制單元針對最高時速350km/h，將其劃分為4個速度區(qū)間：高速區(qū)間、中高速區(qū)間、中低速區(qū)間、低速區(qū)間，分別對不同的速度區(qū)間做出不同的策略；同時針對常見的自然災(zāi)害做出針對性策略；

28、步驟四：執(zhí)行制動操作；

29、步驟41、向踏面制動單元發(fā)送氣壓信號，實現(xiàn)制動閘瓦對車輪的精準(zhǔn)施加；

30、步驟42、向輪盤制動單元傳遞液壓系統(tǒng)指令，調(diào)節(jié)閘片對輪盤的壓力；

31、步驟43、啟軸盤制動單元的氣壓傳動，同時根據(jù)計算的制動量施加適當(dāng)?shù)拈l片壓力；

32、步驟44、啟動輪軌增摩機構(gòu)，提高摩擦力以確保緊急情況的制動效能；

33、步驟五：反饋循環(huán)與策略調(diào)整；

34、步驟51、實時重新收集傳感器數(shù)據(jù)，評估當(dāng)前制動效果；

35、步驟52、若檢測到制動不足或過度，立即調(diào)整控制信號以優(yōu)化制動策略；

36、步驟53、將所有制動操作與環(huán)境狀態(tài)的反饋數(shù)據(jù)存儲到歷史數(shù)據(jù)庫中，用于進一步優(yōu)化未來決策；

37、步驟54、實現(xiàn)閉環(huán)控制，通過最新反饋和歷史學(xué)習(xí)不斷更新算法，確保策略能夠適應(yīng)環(huán)境變化并提升性能，持續(xù)提升列車運行的效率和安全性；

38、通過以上步驟，確保高速列車在自學(xué)習(xí)中不斷優(yōu)化運行策略，提高行車安全性和平穩(wěn)性。

39、本發(fā)明具有以下有益效果：

40、1、通過綜合運用先進的傳感器技術(shù)和智能控制，實現(xiàn)實時監(jiān)控和快速響應(yīng)，提高了列車運行的安全性和制動性能，同時優(yōu)化了運行效率和乘客的舒適性；

41、2、系統(tǒng)在執(zhí)行機構(gòu)(包括踏面制動、輪盤制動、軸盤制動)的制動閘片上進行了特殊織構(gòu)設(shè)計，顯著增大了制動界面摩擦力，進一步提升制動效果。同時設(shè)計輪軌增摩機構(gòu)，使輪對踏面粗糙化，并將破碎的砂石撒向軌面，使得輪軌黏著系數(shù)極大的增加；

42、3、此系統(tǒng)具有高可靠性和冗余設(shè)計，支持預(yù)防性維護，延長設(shè)備使用壽命，降低運營成本，是一套可靠、智能、高效的現(xiàn)代高速鐵路制動解決方案。