CN108973775A - 一种电子轨道智能列车的驱动系统及其动力分配方法 - Google Patents

一种电子轨道智能列车的驱动系统及其动力分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子轨道智能列车驱动系统，包括驱动系统A、驱动系统B、驱动轴A、驱动轴B、若干转向轴以及各轴两端的胶轮，所述驱动系统A由依次连接的电机A、电机控制器A、高压配电箱A、储能系统A组成，电机A带动驱动轴A，所述驱动系统B由依次连接的电机B、电机控制器B、高压配电箱B、储能系统B组成，电机B带动驱动轴B，所述驱动系统A和驱动系统B的CAN网络与整车控制器之间进行通讯。本发明采用对称布置、冗余设计、永磁同步电机集中式直驱方式，在其中一个驱动系统无法工作情况下，可以使用单驱动系统满足大部分工况需求，并且适合列车双向驾驶，拥有车辆轴荷分配合理、动力充足、安全可靠、经济性好的特点。

Description

一种电子轨道智能列车的驱动系统及其动力分配方法
技术领域
本发明涉及一种驱动系统，特别是一种电子轨道智能列车的驱动系统，还提供了一种与该驱动系统配套的动力分配方法，属于轨道交通技术领域。
背景技术
随着社会的发展以及城市的快速扩张，大中型城市因人口密集、资源紧张，城市公共交通中存在的乘客出行效率低、舒适性差等问题。电子轨道智能列车是有轨电车与电动客车的融合产品，既集合了有轨电车无污染、速度快、大运量的特点，又吸收了传统公交客车运营灵活的特点，综合运力强、建设周期短、智能网联化等优越性，有良好的发展前景。
目前，有轨电车在轨道上行驶，行驶工况简单，外界环境对整车性能影响较小。电动客车在城市道路行驶，不超过18米，采用单轴驱动和转向，驱动系统及动力分配方式相对简单。电子轨道智能列车作为一种新型交通制式，三节编组，长约32米，满载约52吨，双向驾驶，路况相对复杂，需对车辆的动力性、经济性、操作稳定性、安全性等提出更高要求。传统的驱动方式及动力分配方法已经不能满足需求。因此，专门针对电子轨道智能列车研发一种配套的驱动系统及其动力分配方法对性能的提升及推广应用有着重要的意义。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电子轨道智能列车的驱动系统及其动力分配方法，用于与电子轨道智能列车配套使用，提升其性能，满足需求。
本发明提供了一种电子轨道智能列车驱动系统，包括驱动系统A、驱动系统B、驱动轴A、驱动轴B、若干转向轴以及各轴两端的胶轮，所述驱动系统A由依次连接的电机A、电机控制器A、高压配电箱A、储能系统A组成，电机A带动驱动轴A，所述驱动系统B由依次连接的电机B、电机控制器B、高压配电箱B、储能系统B组成，电机B带动驱动轴B，所述驱动系统A和驱动系统B的CAN网络与整车控制器之间进行通讯。
作为优选，所述整车控制器采集车速、油门踏板、刹车踏板的数据，实现统一协调、控制以及合理的动力分配。
本发明驱动系统具有的有益效果为：在电子轨道智能列车上采用对称布置、冗余设计、永磁同步电机集中式直驱方式，在其中一个驱动系统无法工作情况下，可以使用单驱动系统满足大部分工况需求，并且适合列车双向驾驶，拥有车辆轴荷分配合理、动力充足、安全可靠、经济性好的特点。
本发明还提供了一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，包括以下步骤：
第一步，整车控制器判断整车是否处于驱动模式，若处于驱动模式，则根据需求转矩MAP获取并输出整车需求转矩；
第二步，根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配，输出电机的需求转矩，以实现协同控制。
本发明动力分配方案对电子轨道智能列车的轴荷进行合理分配，可有效适应故障、滑移状况，具有动力充足、安全可靠的特点。
对上述动力分配方法进行优选，整车控制器采集档位、油门踏板、刹车踏板和手刹的状态参数，并利用这些状态参数判断整车是否处于驱动模式。
对上述动力分配方法进行优选，电机的最大驱动限制转矩=min（外特性限制转矩*驱动系统转矩限制系数，滑移限制转矩）；通过电机当前转速查外特性曲线并考虑电机过载及经济区间来优化标定系数，利用公式：外特性限制转矩=外特性转矩*系数，得到外特性限制转矩；输出驱动系统故障使能为1时，将根据驱动系统故障状态判断故障等级，输出驱动系统转矩限制系数；输出电机滑移控制使能为1时，将根据电机当前转速以及滑移率查MAP，输出滑移限制转矩。电机的滑移限制转矩通过电机的滑移控制模块实现。
对上述动力分配方法进行优选，所述滑移率的确定过程为：
1）、整车控制器通过CAN网络获取电机转速，并且按照轮胎半径、速比关系得到计算车速；利用电子轨道智能列车高精度测速的特点，获得实际车速；
2）、利用公式滑移率=（计算车速-实际车速）/计算车速，确定滑移率；
3）、若滑移率大于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=1，判断车轮出现打滑现象；若滑移率小于或等于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=0，判断车轮没有出现打滑现象。所述最佳滑移率通过实际滑移率-转速曲线获得，该曲线可根据实际情况进行标定，最佳滑移率范围控制在15%～20%。
根据电子轨道智能列车驱动系统及其本身结构特点，提出防滑移控制策略，提高车辆动力性，经济性及安全性能。
对上述动力分配方法进行优选，所述驱动系统故障包括储能系统、高压配电箱、电机控制器、电机任一处或几处出现故障，故障信号通过CAN网络传输到整车控制器，整车控制器进行故障分类，判断故障等级，然后根据故障等级输出相应的驱动系统转矩限制系数。
对上述动力分配方法进行优选，在根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配时，针对双头驾驶的电子轨道智能列车，满足后轴优先的原则。所述后轴为远离列车前进方向的轴，列车前进方向由整车控制器根据电机旋转方向进行判断，实现灵活控制。采用优先满足后轴驱动的原则，同外特性转矩分配，防滑控制，故障控制相结合，电机可运行在高效率区间，减少驱动系统及传动损失，动力分配合理，极大提高经济性能及操作稳定性。
附图说明
图1是本发明电子轨道智能列车驱动系统结构示意图。
图2是本发明电子轨道智能列车轴间动力分配流程图。
图3是本发明电子轨道智能列车滑移控制流程图。
图中标记：1为驱动轴A，2～5为转向轴，6为驱动轴B，7～18为胶轮。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
实施例1：
如图1所示，一种电子轨道智能列车驱动系统，包括驱动系统A、驱动系统B、驱动轴A 1、驱动轴B 6、若干转向轴2～5以及各轴（各驱动轴和各转向轴）两端的胶轮7～18，所述驱动系统A由依次连接的电机A、电机控制器A、高压配电箱A、储能系统A组成，电机A带动驱动轴A1，所述驱动系统B由依次连接的电机B、电机控制器B、高压配电箱B、储能系统B组成，电机B带动驱动轴B 6，所述驱动系统A和驱动系统B的CAN网络与整车控制器之间进行通讯。所述整车控制器采集车速、油门踏板、刹车踏板的数据，实现统一协调、控制以及合理的动力分配。
实施例2：
一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，如图2所示，包括以下步骤：
第一步，整车控制器判断整车是否处于驱动模式，若处于驱动模式，则根据需求转矩MAP获取并输出整车需求转矩。整车控制器采集档位、油门踏板、刹车踏板和手刹的状态参数，并利用这些状态参数判断整车是否处于驱动模式。
第二步，根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配，输出电机的需求转矩，以实现协同控制。电机的最大驱动限制转矩=min（外特性限制转矩*驱动系统转矩限制系数，滑移限制转矩）；通过电机当前转速查外特性曲线并考虑电机过载及经济区间来优化标定系数，利用公式：外特性限制转矩=外特性转矩*系数，得到外特性限制转矩；输出驱动系统故障使能为1时，将根据驱动系统故障状态判断故障等级，输出驱动系统转矩限制系数；输出电机滑移控制使能为1时，将根据电机当前转速以及滑移率查MAP，输出滑移限制转矩。所述驱动系统故障包括储能系统、高压配电箱、电机控制器、电机任一处或几处出现故障，故障信号通过CAN网络传输到整车控制器。
如图3所示，所述滑移率的确定过程为：
1）、整车控制器通过CAN网络获取电机转速，并且按照轮胎半径、速比关系得到计算车速；利用电子轨道智能列车高精度测速的特点，获得实际车速；
2）、利用公式滑移率=（计算车速-实际车速）/计算车速，确定滑移率；
3）、若滑移率大于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=1，判断车轮出现打滑现象；若滑移率小于或等于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=0，判断车轮没有出现打滑现象。
在根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配时，针对双头驾驶的电子轨道智能列车，满足后轴优先的原则。所述后轴为远离列车前进方向的轴，列车前进方向由整车控制器根据电机旋转方向进行判断。

Claims (9)

1.一种电子轨道智能列车驱动系统，其特征在于：包括驱动系统A、驱动系统B、驱动轴A、驱动轴B、若干转向轴以及各轴两端的胶轮，所述驱动系统A由依次连接的电机A、电机控制器A、高压配电箱A、储能系统A组成，电机A带动驱动轴A，所述驱动系统B由依次连接的电机B、电机控制器B、高压配电箱B、储能系统B组成，电机B带动驱动轴B，所述驱动系统A和驱动系统B的CAN网络与整车控制器之间进行通讯。
2.根据权利要求1所述的一种电子轨道智能列车驱动系统，其特征在于：所述整车控制器采集车速、油门踏板、刹车踏板的数据，实现统一协调、控制以及合理的动力分配。
3.一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，整车控制器判断整车是否处于驱动模式，若处于驱动模式，则根据需求转矩MAP获取并输出整车需求转矩；
第二步，根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配，输出电机的需求转矩，以实现协同控制。
4.根据权利要求3所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于：整车控制器采集档位、油门踏板、刹车踏板和手刹的状态参数，并利用这些状态参数判断整车是否处于驱动模式。
5.根据权利要求3所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于：电机的最大驱动限制转矩=min（外特性限制转矩*驱动系统转矩限制系数，滑移限制转矩）；通过电机当前转速查外特性曲线并考虑电机过载及经济区间来优化标定系数，利用公式：外特性限制转矩=外特性转矩*系数，得到外特性限制转矩；输出驱动系统故障使能为1时，将根据驱动系统故障状态判断故障等级，输出驱动系统转矩限制系数；输出电机滑移控制使能为1时，将根据电机当前转速以及滑移率查MAP，输出滑移限制转矩。
6.根据权利要求5所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于所述滑移率的确定过程为：
1）、整车控制器通过CAN网络获取电机转速，并且按照轮胎半径、速比关系得到计算车速；利用电子轨道智能列车高精度测速的特点，获得实际车速；
2）、利用公式滑移率=（计算车速-实际车速）/计算车速，确定滑移率；
3）、若滑移率大于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=1，判断车轮出现打滑现象；若滑移率小于或等于最佳滑移率，则电机滑移控制使能=0，判断车轮没有出现打滑现象。
7.根据权利要求5所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于：所述驱动系统故障包括储能系统、高压配电箱、电机控制器、电机任一处或几处出现故障，故障信号通过CAN网络传输到整车控制器。
8.根据权利要求3所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于：在根据电机的最大驱动限制转矩对轴间转矩进行动力分配时，针对双头驾驶的电子轨道智能列车，满足后轴优先的原则。
9.根据权利要求8所述的一种电子轨道智能列车驱动系统的动力分配方法，其特征在于：所述后轴为远离列车前进方向的轴，列车前进方向由整车控制器根据电机旋转方向进行判断。
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