JP2006182231A - Wheel brake system - Google Patents
Wheel brake system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006182231A JP2006182231A JP2004378756A JP2004378756A JP2006182231A JP 2006182231 A JP2006182231 A JP 2006182231A JP 2004378756 A JP2004378756 A JP 2004378756A JP 2004378756 A JP2004378756 A JP 2004378756A JP 2006182231 A JP2006182231 A JP 2006182231A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wheel
- observer
- brake
- friction coefficient
- brake system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
- Regulating Braking Force (AREA)
Abstract
Description
本発明は、車輪の滑走を制御する車輪ブレーキシステムに関する。 The present invention relates to a wheel brake system for controlling the sliding of a wheel.
鉄道車両、自動車などの車両は、車輪と車輪が接する面(レール面、路面など)との間に発生する力によって加減速を行っている。例えば、鉄道車両では、車輪とレールとの間で発生する前後方向の粘着力によって加減速を行っている。この粘着力を制御することによって、車両の滑走防止、停止距離の短縮等が期待できる。粘着力を垂直荷重で除したものが転がり摩擦係数である。 A vehicle such as a railway vehicle or an automobile performs acceleration / deceleration by a force generated between a wheel and a surface (rail surface, road surface, etc.) in contact with the wheel. For example, in a railway vehicle, acceleration / deceleration is performed by a longitudinal adhesive force generated between a wheel and a rail. By controlling this adhesive force, it can be expected to prevent the vehicle from sliding, shorten the stopping distance, and the like. The rolling friction coefficient is obtained by dividing the adhesive force by the vertical load.
従来、車両のブレーキシステムにおいては、測定が困難な車輪とレールとの間の粘着力を外乱オブザーバで推定し、スライディングモード制御理論を用いて滑走制御系の設計を行うことが提案されていた。 Conventionally, in a vehicle brake system, it has been proposed to design a sliding control system using a sliding mode control theory by estimating an adhesion force between a wheel and a rail, which is difficult to measure, with a disturbance observer.
しかし、従来のスライディングモード制御理論による滑走制御系は、車輪速度と車両速度との差速度を車両速度で除したものであるスリップ率(すべり率ともいう)から目標車輪速度を求め、これに追従するロバストサーボシステムである。
この制御系は、スリップ率に基づくため、車両の全軸が滑走した場合に、充分な性能が発揮できない恐れがあった。
However, the conventional sliding control system based on the sliding mode control theory obtains the target wheel speed from the slip ratio (also called the slip ratio), which is the difference between the wheel speed and the vehicle speed divided by the vehicle speed, and follows this. It is a robust servo system.
Since this control system is based on the slip ratio, there is a possibility that sufficient performance cannot be exhibited when all the axes of the vehicle slide.
スリップ率を用いない制御系を構成するためには、転がり摩擦係数を状態変数として推定する必要がある。一般に、推定方法としては、線形オブザーバと非線形オブザーバとが挙げられる。
しかし、線形オブザーバは、システムのパラメータ変動(例えば、ブレーキ摩擦材の摩擦係数の変化)や外乱(例えばレールとの接触条件の変化)がある場合に不正確となる。このため、非線形オブザーバのうち、システムのパラメータ変動や外乱に対して有効な推定機構が求められ、ロバスト性を有する可変構造系(VSS:Variable Structure System)オブザーバの研究がなされてきた(例えば、非特許文献1参照)。
VSSオブザーバは、システムのパラメータ変動や外乱が存在する系でもロバスト性が補償でき、様々な推定方法のうち最も推定誤差が小さい推定方法である。
However, linear observers are inaccurate when there are system parameter variations (eg, changes in the friction coefficient of the brake friction material) and disturbances (eg, changes in contact conditions with the rail). For this reason, an effective estimation mechanism for system parameter fluctuations and disturbances is required among nonlinear observers, and research on variable structure system (VSS) observers having robustness has been made (for example, non-observer) Patent Document 1).
The VSS observer is an estimation method that can compensate for robustness even in a system in which system parameter variations and disturbances exist, and has the smallest estimation error among various estimation methods.
しかし、車輪ブレーキシステムにVSSオブザーバを適用したものは未だ提示されていない。 However, what applied the VSS observer to the wheel brake system has not yet been presented.
この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、スリップ率を用いることなく、車両の全軸が滑走した場合に対しても有効である高度なロバスト制御系を構成する車輪ブレーキシステムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of these points, and provides a wheel brake system that constitutes an advanced robust control system that is effective even when all the axes of a vehicle slide without using a slip ratio. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、可変構造系オブザーバを用いて車輪の制御を行う車輪ブレーキシステムにおいて、前記可変構造系オブザーバは、車輪速度とブレーキシリンダ圧力から、転がり摩擦係数を推定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の車輪ブレーキシステムにおいて、前記可変構造系オブザーバは、下式で表されることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の車輪ブレーキシステムにおいて、前記車輪は鉄道車両の車輪であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the wheel brake system according to the first or second aspect, the wheel is a wheel of a railway vehicle.
本発明によれば、可変構造系オブザーバを用いて車輪の制御を行う車輪ブレーキシステムにおいて、前記可変構造系オブザーバが、車輪速度とブレーキシリンダ圧力から、転がり摩擦係数を推定する。よって、スリップ率を用いることなく、車両の全軸が滑走した場合、またパラメータ変動や外乱に対しても有効なロバスト制御系を構成することができる。 According to the present invention, in a wheel brake system that controls a wheel using a variable structure observer, the variable structure observer estimates a rolling friction coefficient from a wheel speed and a brake cylinder pressure. Therefore, it is possible to configure a robust control system that is effective even when all the axes of the vehicle slide without using the slip ratio, and also against parameter fluctuations and disturbances.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施の形態の車輪ブレーキシステムは、非線形ロバスト制御系を構成するものである。この制御系の制御対象は、鉄道車両の車輪に備えられ、この車輪を制動制御するブレーキシステムである。そして、このブレーキシステムには可変構造系(VSS:Variable Structure System)オブザーバ(以下、VSSオブザーバという。)が組み込まれる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The wheel brake system according to the present embodiment constitutes a nonlinear robust control system. The control target of this control system is a brake system that is provided on a wheel of a railway vehicle and brakes the wheel. The brake system incorporates a variable structure system (VSS: Variable Structure System) observer (hereinafter referred to as a VSS observer).
まず、VSSオブザーバの設計について説明する。制御対象の状態変数のうち可観測な状態変数から全状態量を再構築するための同一次元オブザーバを考える。同一次元オブザーバは、次式(1)で示され、状態変数xの推定値を算出することができる。
また、式(1)は線形オブザーバであるため、システムのパラメータ変動や外乱がある場合、推定値は不正確となる。そこで、次式(3)のVSSオブザーバに設計しなおす。
そして、切換関数νは次式(4)のように表される。
このとき、ハイゲインMによって誘発する高周波振動を抑えるように次式(5)で表される制御側を採用する。
ここで、オブザーバゲインLは最適制御のフィードバックゲインFとして、次式(6)のように選ぶ方法がある。
ただし、Pは、任意のQ>0に対して、次式(7)のリカッチ(Riccati)方程式の解である。
次に、本実施の形態では、状態変数x、入力uを次式(8)のように設定する。図1は、本発明の実施の形態である車輪ブレーキシステム1のブロック線図を表したものである。すなわち、ブレーキシリンダ圧力pをVSSオブザーバの入力信号とし、VSSオブザーバ3によって車輪速度vw、転がり摩擦係数数μを推定する。
ブレーキシリンダ圧力pは、一般的に、以下の信号系統から得ることができる。すなわち、鉄道車両2用ブレーキ装置を制御する場合、例えば、各鉄道車両2に、乗務員の常用ブレーキのブレーキノッチ操作によって常用ブレーキ指令線により電気信号として各鉄道車両に配信される常用ブレーキ指令信号を受けて、列車速度、車両荷重、発電ブレーキ力を勘案し所要ブレーキ力をブレーキ受量器によって演算し、このブレーキ受量器からブレーキ制御信号を出力し、このブレーキ制御信号を電空変換弁に入力する。この電空変換弁は、供給空気だめから供給される圧縮空気の圧力を制御し、ブレーキ制御信号の電流値に比例した空気圧力を、ブレーキ装置のブレーキシリンダに供給している。このブレーキ装置では、ブレーキシリンダに供給された空気圧力によって制輪子を車輪の踏面に押付けたり、ブレーキライニングで車輪に設けられたブレーキディスクを挟み付けたりすることによって、走行している鉄道車両2を摩擦力によって減速させたり停止させるようになっている。
The brake cylinder pressure p can generally be obtained from the following signal system. That is, when controlling the brake device for the
本実施の形態では、システム行列A、制御行列Bを次式(9)のように設定する。
また、前記状態量vw、μのうち、車輪速度vwは速度センサ等を用いて測定することができ、本実施の形態では、このvwを観測可能な状態量として扱う。一方、転がり摩擦係数μを測定することは一般的に難しく、本実施の形態では、このμを観測困難な状態量として扱う。したがって、観測行列Cを次式(10)のように設定しvwを参照入力とし、μを推定するVSSオブザーバを想定する。
したがって、VSSオブザーバ3は、式(3)、(5)に式(8)から(10)を代入して、次式(11)、(12)のように表される。
したがって、前記数式(11)、(12)を用いて逐次演算することにより、転がり摩擦係数μを推定することができる。そして、前記推定した転がり摩擦係数μにより、鉄道車両2の車輪ブレーキシステム1の制御が行われる。
Therefore, the rolling friction coefficient μ can be estimated by sequentially calculating using the mathematical formulas (11) and (12). Then, the
以上のように、本実施の形態によれば、スリップ率に依存しないで、オブザーバが構成されたことになる。VSSオブザーバ3を用いて転がり摩擦係数μを推定し、ロバスト制御理論に基づき滑走制御を含むブレーキシステムの制御をさらに高度化することができる。
As described above, according to the present embodiment, the observer is configured without depending on the slip ratio. The rolling friction coefficient μ can be estimated using the
次に、このように構成した車輪ブレーキシステム1の有効性を検証するために、コンピュータ上の連続型シミュレーションソフトウェアを用いて、シミュレーションを行った。また、シミュレーションに用いたパラメータは、表1のとおりである。
また、目的の応答を得るために調整したQとRは、次のようになる。
すると、前記リカッチ方程式の解から次のオブザーバゲインLを得る。
また、安定性を満足する行列M1、可到達性を満足する行列M2は次の値とし、ε=0.03とした。
転がり摩擦係数の計算結果を図2及び図3に示す。図2に示した結果は、ブレーキ摩擦材の摩擦係数が一定の場合の計算結果である。図中Realはビームモデルによる理論値を、EstimatedはVSSオブザーバ3による推定結果を示す。転がり摩擦係数は、その推定誤差が小さく、転がり摩擦係数の推定が良好に行われていることが分かる。次に、図3に示した結果は、ブレーキ摩擦材の摩擦係数の変動がある場合の計算結果である。従来の技術では推定することが困難であったが、ブレーキ摩擦材の摩擦係数が一定の場合に比べ推定精度が悪化しているものの、大凡の推定ができていることが分かる。
The calculation results of the rolling friction coefficient are shown in FIGS. The result shown in FIG. 2 is a calculation result when the friction coefficient of the brake friction material is constant. In the figure, Real represents a theoretical value based on the beam model, and Estimated represents an estimation result based on the
なお、以上の実施の形態においては、車輪の状態量として車輪速度を採用したが、車輪角速度などを採用するようにしてもよい。
その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
In the above embodiment, the wheel speed is adopted as the state quantity of the wheel, but a wheel angular speed or the like may be adopted.
In addition, it is needless to say that specific detailed structures and the like can be appropriately changed.
1 車輪ブレーキシステム
2 鉄道車両
3 可変構造系(VSS)オブザーバ
1
Claims (3)
前記可変構造系オブザーバは、車輪速度とブレーキシリンダ圧力から、転がり摩擦係数を推定することを特徴とする車輪ブレーキシステム。 In a wheel brake system that controls a wheel using a variable structure observer,
The variable structure system observer estimates a rolling friction coefficient from a wheel speed and a brake cylinder pressure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004378756A JP2006182231A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Wheel brake system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004378756A JP2006182231A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Wheel brake system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006182231A true JP2006182231A (en) | 2006-07-13 |
Family
ID=36735650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004378756A Pending JP2006182231A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Wheel brake system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006182231A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018043720A (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Ntn株式会社 | Slide suppression control device |
JP2021525674A (en) * | 2018-06-01 | 2021-09-27 | フェヴレ・トランスポール・イタリア・ソチエタ・ペル・アツィオーニFAIVELEY TRANSPORT ITALIA S.p.A. | How to manage deteriorated sticky brakes on trains |
-
2004
- 2004-12-28 JP JP2004378756A patent/JP2006182231A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018043720A (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Ntn株式会社 | Slide suppression control device |
JP2021525674A (en) * | 2018-06-01 | 2021-09-27 | フェヴレ・トランスポール・イタリア・ソチエタ・ペル・アツィオーニFAIVELEY TRANSPORT ITALIA S.p.A. | How to manage deteriorated sticky brakes on trains |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101268161B1 (en) | Train braking apparatus and train braking method | |
Unsal et al. | Sliding mode measurement feedback control for antilock braking systems | |
Savaresi et al. | Mixed slip-deceleration control in automotive braking systems | |
US10974705B2 (en) | Wheel controller for a vehicle | |
US7424937B2 (en) | Estimating torque/force exerted by a load against a motor-driven actuator | |
RU2371337C2 (en) | Method to dynamically control traction force of locomotive wheels | |
Pugi et al. | Preliminary studies concerning the application of different braking arrangements on Italian freight trains | |
Patil et al. | Uncertainty-estimation-based approach to antilock braking systems | |
Verma et al. | Slip regulation for anti-lock braking systems using multiple surface sliding controller combined with inertial delay control | |
JP6762440B2 (en) | Brake control device for railway vehicles and brake control method for railway vehicles | |
KR20150056242A (en) | Apparatus for controlling speed in railway vehicles | |
Böhmer et al. | Plastic deformation of corrugated rails—a numerical approach using material data of rail steel | |
JP6833119B2 (en) | Vehicle brake control device and vehicle brake control method | |
JP6797319B2 (en) | Brake control device for railway vehicles and brake control method for railway vehicles | |
US7374254B2 (en) | Electric caliper position control with adaptive estimation | |
Sridhar et al. | Antilock brake algorithm for heavy commercial road vehicles with delay compensation and chattering mitigation | |
Giménez et al. | Introduction of a friction coefficient dependent on the slip in the FastSim algorithm | |
Acosta-Lú et al. | An adaptive controller applied to an anti-lock braking system laboratory | |
JP2006182231A (en) | Wheel brake system | |
Tran et al. | Sliding mode control for a pneumatic servo system with friction compensation | |
Lee et al. | Wheel slide protection control using a command map and Smith predictor for the pneumatic brake system of a railway vehicle | |
JP6930271B2 (en) | Rail vehicle simulation equipment, methods, and programs | |
Nankyo et al. | Feedback control of braking deceleration on railway vehicle | |
Pieringer et al. | Investigation of railway curve squeal using a combination of frequency-and time-domain models | |
JP2007118767A (en) | Vehicular brake system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070529 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090331 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090825 |