KR100721607B1 - Electrical slip skid simulation device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기적인 공전활주 모의장치에 관한 것으로 특히, 견인 전동기의 회전속도와 가상 열차 속도 및 모의 전동기의 속도에 의거하여 견인 전동기의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령을 발생하는 점착 제어기와; 상기 점착 제어기에서 출력되는 토크 지령에 의거하여 견인 전동기에 공급되는 전원전압을 제어하는 견인 전동기 구동 전원공급부와; 상기 견인 전동기에 축이 연결된 형태를 갖는 점착특성 모의 전동기와; 상기 점착특성 모의 전동기의 회전속도를 입력받아 가상 열차의 속도를 산출하여 점착 제어기로 출력시켜 줌과 동시에 점착특성 모의 전동기의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령을 발생하는 점착특성 모의 제어기와; 상기 점착특성 모의 제어기에서 출력되는 토크 지령에 의거하여 점착특성 모의 전동기에 공급되는 전원전압을 제어하는 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부;로 구성한 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electric idler simulator, and in particular, an adhesive controller for generating a torque command by calculating how to control torque of a traction motor based on a rotational speed of a traction motor, a virtual train speed, and a speed of a simulation motor. Wow; A traction motor drive power supply for controlling a power supply voltage supplied to the traction motor based on the torque command output from the adhesion controller; An adhesive simulation motor having a shaft connected to the traction motor; An adhesive characteristic simulation controller for generating a torque command by calculating the speed of the virtual train by receiving the rotational speed of the adhesive characteristic simulation motor and outputting it to the adhesion controller and calculating a torque of the adhesion characteristic simulation motor; ; It characterized in that it comprises a; adhesive characteristic simulation motor drive power supply for controlling the power supply voltage supplied to the adhesive characteristic simulation motor based on the torque command output from the adhesive characteristic simulation controller.
따라서, 마찰에 의한 기기의 마모, 소음을 피할 수 있고, 속도 증가에 따른 관성력의 증가로 발생할 수 있는 기기의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 프로그램으로 제어하기 때문에 임의의 레일조건 등 어떠한 점착특성도 모의가 가능하고, 서로간의 다양한 점착특성간의 순시적인 변환이 가능하며, 열차의 운행 조건을 고려하기 위한 주행저항, 열차 중량의 변동, 구배조건 등을 고려한 시험이 가능하고, 일반 자동차나 전기 자동차, 열차 등 점착력에 의해 구동되는 모든 경우에 시험 및 적용이 가능함은 물론 병렬로 구동되는 다중 전동기에도 적용시킬 수 있는 것이다.Therefore, the wear and noise of the device due to friction can be avoided, and the risk of the device that can be caused by the increase of the inertia force due to the increase in speed can be reduced. It is possible to convert instantaneously between various adhesive properties between each other, and to test considering driving resistance, variation of train weight, gradient condition, etc. The test and application are possible in all cases driven by the cohesion, and can be applied to multiple motors driven in parallel.
점착제어, 점착특성 모의 제어, 공전, 활주, 점착력 Adhesion control, Adhesion characteristic simulation control, Static, Slide, Adhesive force
Description
도 1은 종래 기계적 마찰형 공전활주 모의장치의 구성도.1 is a block diagram of a conventional mechanical friction type idle slide simulator.
도 2은 본 발명 장치의 블록 구성도.2 is a block diagram of an apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명 장치 중 일부 블록의 상세도.3 is a detailed view of some blocks of the inventive device.
도 4는 본 발명 장치 중 점착특성 모의 제어기의 상세 블록 구성도.Figure 4 is a detailed block diagram of the adhesion characteristics simulation controller of the present invention device.
도 5는 도 4 중 점착계수 산출부의 상세 블록 구성도.5 is a detailed block diagram of an adhesive coefficient calculator in FIG. 4.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 견인 전동기 2 : 점착특성 모의 전동기1: traction motor 2: adhesive characteristics simulation motor
3 : 점착 제어기 4 : 견인 전동기 구동 전원공급부3: adhesion controller 4: traction motor drive power supply
5 : 점착특성 모의 제어기 5: adhesion characteristics simulation controller
6 : 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부6: adhesion characteristics simulation motor drive power supply
7, 8 : 회전속도 검출센서 51 : 선속도 산출부7, 8: rotational speed detection sensor 51: linear speed calculation unit
52, 55 : 제 1 및 제 2 합산기 53 : 점착계수 산출부52, 55: first and second summer 53: adhesion coefficient calculation unit
54 : 곱셈기 56 : 차량질량 역산부54: multiplier 56: vehicle mass inversion unit
57 : 적분기 58 : 토크 지령 산출부57: integrator 58: torque command calculation unit
59 : 속도 환산부 60 : 주행 저항력 산출부59: speed conversion unit 60: running resistance calculation unit
61 : 회전속도 환산부 62 : 구배상수 설정부61: rotation speed conversion unit 62: gradient constant setting unit
531 : 스위치 531: Switch
5321-532n : 운행 조건별 점착계수 산출부532 1 -532n: Coefficient of adhesion calculation unit for each operating condition
본 발명은 전기적인 공전활주 모의장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 점착력을 모의하기 위한 물리적인 마찰력을 사용하지 않으므로 인해 마찰에 의한 기기의 마모, 소음을 피할 수 있고, 휠을 사용하지 않아 속도 증가에 따른 관성력의 증가로 발생할 수 있는 기기의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 또한 점착특성 전동기의 부하를 프로그램으로 제어하기 때문에 임의의 레일조건(레일의 습도상태, 결빙상태, 건조상태, 기름의 점착, 기타 이물질의 점착)등 어떠한 점착특성도 모의가 가능하고, 또 점착조건을 프로그램으로 처리함으로 서로간의 다양한 점착특성간의 순시적인 변환이 가능하며, 열차의 운행 조건을 고려하기 위한 주행저항, 열차 중량의 변동, 구배조건 등을 고려한 시험이 가능하고, 일반 자동차나 전기 자동차, 열차 등 점착력에 의해 구동되는 모든 경우에 시험 및 적용이 가능함은 물론 병렬로 구동되는 다중 전동기에도 적용 가능하도록 발명한 것이다.The present invention relates to an electric idler slide simulation device in more detail because it does not use a physical friction force to simulate the adhesive force, it is possible to avoid the wear and noise of the device due to friction, and to increase the speed by not using the wheel Due to the increased inertial force, the risk of equipment can be reduced, and the characteristics of the adhesive motor can be controlled by program, so any rail condition (rail humidity, freezing condition, drying condition, oil adhesion, etc.) can be reduced. It is possible to simulate any adhesion characteristics, such as adhesion of foreign matters, and it is possible to instantaneously convert between various adhesion characteristics by processing adhesion conditions with a program, and to change the running resistance and train weight to consider the operating conditions of trains. , Considering the gradient conditions, etc., and by the adhesive force of general cars, electric cars, trains, etc. It is invented to be applicable to multiple motors that are driven in parallel as well as to be tested and applied in all cases.
일반적으로 바퀴식 구동장치를 이용하여 추진하는 차량(자동차, 철도 등)은 추진 및 제동시 필연적으로 공전 및 활주 현상이 발생한다. In general, a vehicle (car, railroad, etc.) propelled by using a wheel drive device inevitably generates idle and sliding phenomena during propulsion and braking.
이런 현상은 마찰면(바퀴와 노면) 사이의 최대 점착력 이상의 구동력이 가해지면 과도한 공전이 발생하고, 최대 점착력 이하의 제동력에서는 과도한 활주현상이 발생한다. This phenomenon occurs when excessive driving force is applied above the maximum adhesion between the friction surface (wheel and road surface), and excessive sliding occurs when braking force below the maximum adhesion force.
이러한 과도한 공전이나 활주현상은 구동 시스템의 제어특성을 불안정하게 만들고, 접촉부위의 비정상적인 마모를 형성한다. This excessive idle or sliding phenomenon destabilizes the control characteristics of the drive system and results in abnormal wear of the contacts.
또한 이런 현상은 자동차에서는 자동차의 전복이나 회전을 일으켜 차량사고의 직접적인 원인을 제공하며, 시스템의 안전성 및 경제성에 큰 영향을 끼친다. This phenomenon also causes the vehicle to overturn or rotate, providing a direct cause of a car accident, and greatly affects the safety and economics of the system.
철도 차량에서는 레일과 바퀴의 과도한 손상으로 유지보수 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 각각의 시스템이 보유하고 있는 최대의 성능을 발휘하지 못하게 된다. In railcars, excessive damage to rails and wheels not only increases maintenance costs, but also prevents the full performance of each system.
이러한 물리적인 특성을 분석하고 불리한 특성을 극복하기 위한 연구를 위해 공전 및 활주특성을 모의할 수 있는 장치가 개발되어 활용되고 있다. In order to analyze these physical characteristics and to overcome the disadvantageous characteristics, a device capable of simulating idle and sliding characteristics has been developed and utilized.
기존의 모의장치들은 노면과 타이어 또는 레일과 열차바퀴의 점착특성을 모의하기 위한 원형 회전체와 바퀴를 모의하는 회전 바퀴로 구성하여 서로의 마찰 회전을 통하여 점착특성을 모의하고 시험하고 있다.Existing simulation devices consist of a circular rotor to simulate the adhesion characteristics of the road surface, tires or rails and train wheels, and a rotating wheel that simulates the wheels.
즉, 종래의 공전활주 모의장치들은 도 1에 도시한 바와 같이 레일과 휠의 물리적인 점착특성을 만들어 주기 위해 휠 간의 마찰력을 이용하는데, 열차바퀴를 모의한 휠(13)과 레일을 모의한 휠(14)을 각각 제작하여 각각 구동전원 공급부(15)(16)에 의해 그 구동이 제어되는 견인 전동기(11) 및 부하 전동기(12)의 축에 설치하고, 이들을 서로 접촉시켜 점착력을 만들어 주게 된다.That is, conventional idle slide simulators use frictional force between the wheels to create physical adhesion characteristics of the rails and wheels, as shown in FIG. 1, wheels simulating train wheels and wheels simulating rails. 14 are respectively manufactured and mounted on the shafts of the
이러한 기계적 접촉방식을 이용하는 공전활주 모의장치에서는 차량의 무게 변동이나 레일 또는 노면의 다양한 환경 및 상태조건(레일의 습도상태, 결빙상태, 건조상태, 기름의 점착, 기타 이물질의 점착)의 점착특성을 모의 또는 실제 운행 조건을 고려하거나, 순시적으로 점착특성을 변환시켜 시험하는 것이 불가능하다.In the air slide simulator using the mechanical contact method, the adhesion characteristics of the vehicle's weight fluctuation or various environmental and condition conditions (rail humidity, freezing condition, dry state, oil adhesion, and adhesion of foreign matter) on the rail or road surface can be measured. It is not possible to take into account simulated or actual operating conditions or to test the instantaneous conversion of adhesive properties.
또한, 종래의 기계식 마찰형 공전활주 모의장치에서는 젖은 노면 상태를 모의하기 위해 두 휠(13)(14)의 접촉 부위에 물을 살포하는 형식을 취하게 되는데, 이런 형식으로는 실제의 습도분포현상을 유사하게 모의할 수 없을 뿐 아니라, 서로의 점착특성을 순시적으로 변환시키는 것이 불가능하다. In addition, in the conventional mechanical friction type idle slide simulator, in order to simulate wet road conditions, water spray is applied to the contact portions of the two
또, 겨울에 발생할 수 있는 결빙상태 등은 겨울에 시험을 수행하지 않으면 모의가 불가능하다. In addition, freezing conditions that can occur in winter cannot be simulated unless the test is performed in winter.
그리고, 모의장치가 물리적인 접촉을 통하여 점착력을 모의하기 때문에 휠 간의 마모, 소음이 발생하며, 회전속도가 높아질수록 휠의 관성력이 커져 기기의 위험성이 높아지고 유지관리 비용이 증가하게 되는 문제점도 있다.In addition, since the simulation device simulates adhesive force through physical contact, wear and noise between wheels occur, and as the rotational speed increases, the inertia force of the wheel increases, thereby increasing the risk of the device and increasing maintenance costs.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 기존의 방식과 달리 물리적인 접촉을 이용하지 않고 실제로 구동되는 전동기와 가상의 열차와 결합하되, 가상의 열차는 프로그램으로 구성하여 차량 바퀴의 점착력 및 토크를 정해진 운동 방정식을 통해 각각 구하는 방식을 통해 첫째 마찰에 의한 기기의 마모, 소음을 피할 수 있고, 둘째 휠을 사용하지 않아 속도 증가에 따른 관성력의 증가로 발생할 수 있는 기기의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 셋째 점착특성 전동기의 부하를 프로그램으로 제어하기 때문에 임의의 레일조건 등 어떠한 점착특성도 모의가 가능하고, 넷째 점착조건을 프로그램으로 처리함으로 서로간의 다양한 점착특성간의 순시적인 변환이 가능하며, 다섯째 열차의 운행 조건을 고려하기 위한 주행저항, 열차 중량의 변동, 구배조건 등을 고려한 시험이 가능하고, 여섯째 일반 자동차나 전기 자동차, 열차 등 점착력에 의해 구동되는 모든 경우에 시험 및 적용이 가능함은 물론 병렬로 구동되는 다중 전동기에도 적용시킬 수 있는 전기적인 공전활주 모의장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a conventional problem, and combined with a virtual train and an electric motor that is actually driven without using physical contact, unlike the conventional method, the virtual train is configured as a program wheel It is possible to avoid the wear and noise of the device due to friction first, and to avoid the risk of the device that might be caused by the increase of inertia force due to the speed increase without using the wheel. Third, the adhesive property can be reduced by the program control of the load of the motor by the program, and any adhesive property such as any rail condition can be simulated, and the fourth one can be instantaneously converted between various adhesive properties by processing the adhesive condition with the program. Running resistance to consider the operating conditions of the fifth train, It is possible to take into consideration the change in the weight of train and the condition of the gradient, and it is possible to test and apply to all cases driven by adhesive force such as the sixth general car, electric car, train, etc. The purpose is to provide an electric idler simulator.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기적인 공전활주 모의장치는, 견인 전동기의 회전속도와 가상 열차 속도 및 모의 전동기의 속도에 의거하여 견인 전동기의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령을 발생하는 점착 제어기와; 상기 점착 제어기에서 출력되는 토크 지령에 의거하여 견인 전동기에 공급되는 전원전압을 제어하는 견인 전동기 구동 전원공급부와; 상기 견인 전동기에 축이 연결된 형태를 갖는 점착특성 모의 전동기와; 상기 점착특성 모의 전동기의 회전속도를 입력받아 가상 열차의 속도를 산출하여 점착 제어기로 출력시켜 줌과 동시에 점착특성 모의 전동기의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령을 발생하는 점착특성 모의 제어기와; 상기 점착특성 모의 제어기에서 출력되는 토크 지령에 의거하여 점착특성 모의 전동기에 공급되는 전원전압을 제어하는 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부;로 구성한 것을 특징으로 한다.The electric idle run simulation apparatus of the present invention for achieving the above object, calculates how to control the torque of the traction motor based on the rotational speed of the traction motor, the virtual train speed and the speed of the simulation motor to receive a torque command. An adhesion controller that occurs; A traction motor drive power supply for controlling a power supply voltage supplied to the traction motor based on the torque command output from the adhesion controller; An adhesive simulation motor having a shaft connected to the traction motor; An adhesive characteristic simulation controller for generating a torque command by calculating the speed of the virtual train by receiving the rotational speed of the adhesive characteristic simulation motor and outputting it to the adhesion controller and calculating a torque of the adhesion characteristic simulation motor; ; It characterized in that it comprises a; adhesive characteristic simulation motor drive power supply for controlling the power supply voltage supplied to the adhesive characteristic simulation motor on the basis of the torque command output from the adhesive characteristic simulation controller.
이때, 상기 점착특성 모의 제어기는 회전속도 검출센서를 통해 검출되는 점착특성 모의 전동기의 속도를 입력받아 1분당 회전수[rpm]를 초당 이동거리[m/s]로 환산하여 전동기의 선속도를 산출하는 선속도 산출부와; 상기 선속도 산출부에서 출력되는 점착특성 모의 전동기 선속도와 적분기에서 입력되는 차량의 속도 차를 이용하여 슬립(공전 또는 활주) 속도를 계산하는 제 1 합산기와; 상기 제 1 합산기에서 출력되는 슬립속도에 대한 선로의 다양한 운행 조건에 따른 점착계수들을 산출하는 점착계수 산출부와; 상기 점착계수 산출부에서 출력되는 점착계수에 차량의 무게를 곱하여 점착력으로 환산하는 곱셈기와; 상기 곱셈기에서 출력되는 점착력과 구배상수 설정부에서 출력되는 구배상수 및 주행 저항력 산출부에서 출력되는 차량의 주행 저항력 차를 환산하여 차량의 동력학을 산출해 내는 제 2 합산기와; 상기 제 2 합산기에서 출력되는 차량의 동력학 산술 값을 전동기 한 개가 감당하는 차량 질량으로 나누어 차량 질량의 역수를 산출해 내는 차량질량 역산부와; 상기 차량질량 역산부의 출력신호를 적분하여 차량의 가속도를 차량의 속도로 산출해 내는 적분기와; 상기 곱셈기에서 출력되는 차량 바퀴의 점착력을 구동 토크로 산출해 내는 토크 지령 산출부와; 상기 적분기에서 출력되는 차량의 초당속도[m/s]를 시간당 속도[km/h]로 산출해 내는 속도 환산부와; 상기 속도 환산부에서 출력되는 시간당 속도를 이용하여 공기저항 등에 의한 주행 저항력을 산출해 내는 주행 저항력 산출부와; 상기 적분기에서 출력되는 차량의 초당 이동거리[m/s]를 1분당 회전수[rpm]로 환산해 내는 회전속도 환산부;로 구성한 것을 특징으로 한다.At this time, the adhesive characteristic simulation controller receives the speed of the adhesive characteristic simulation motor detected through the rotational speed detection sensor and calculates the linear speed of the motor by converting the revolutions per minute [rpm] into the movement distance per second [m / s]. A linear velocity calculation unit; A first adder configured to calculate a slip (idle or slide) speed by using the adhesive characteristic simulation motor linear speed output from the linear speed calculating unit and the speed difference of the vehicle input from the integrator; An adhesion coefficient calculation unit for calculating adhesion coefficients according to various driving conditions of the track with respect to the slip speed output from the first summer; A multiplier for converting the adhesive coefficient output from the adhesive coefficient calculating unit into the adhesive force by multiplying the weight of the vehicle; A second adder configured to calculate the dynamics of the vehicle by converting the adhesive force output from the multiplier, the gradient constant output from the gradient constant setting unit, and the driving resistance difference output of the vehicle output from the driving resistance calculation unit; A vehicle mass inversion unit for calculating a reciprocal of the vehicle mass by dividing the dynamic arithmetic value of the vehicle output from the second summer by the vehicle mass that one electric motor bears; An integrator for integrating the output signal of the vehicle mass inversion unit to calculate the acceleration of the vehicle as the speed of the vehicle; A torque command calculation unit for calculating an adhesive force of the vehicle wheel output from the multiplier as a driving torque; A speed conversion unit for calculating a speed per second [m / s] of the vehicle output from the integrator as an hourly speed [km / h]; A driving resistance calculation unit for calculating a driving resistance force by air resistance using the hourly speed output from the speed conversion unit; And a rotation speed conversion unit for converting the moving distance per second [m / s] of the vehicle output from the integrator into the revolutions per minute [rpm].
또한, 상기 점착계수 산출부는 모의 시험조건에서 수동 또는 시간 테이블에 의해 순차 전환되어 차량의 선로운행 조건에 따르는 점착상태를 변환해 주는 스위치와; 상기 스위치를 통해 입력되는 슬립속도()에 대한 선로의 다양한 운행조건(건조상태, 젖은상태, 결빙상태 등)에 따른 점착계수를 산출해 내는 수개의 운행 조건별 점착계수 산출부;로 구성한 것을 특징으로 한다.The adhesion coefficient calculation unit may include: a switch for sequentially switching by manual or time table in a simulation test condition and converting an adhesion state according to a good running condition of the vehicle; Slip speed input through the switch ( Various operating conditions of track for , Wet , Frozen It is characterized in that the configuration; consisting of ;;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2은 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 장치 중 일부 블록의 상세도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명 장치 중 점착특성 모의 제어기의 상세 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 5는 도 4 중 점착계수 산출부의 상세 블록 구성도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a block diagram of the device of the present invention, Figure 3 shows a detailed view of some blocks of the device of the present invention, Figure 4 shows a detailed block diagram of a stickyness simulation controller of the device of the present invention, FIG. 5 shows a detailed block diagram of the adhesion coefficient calculator of FIG. 4.
이에 따르면 본 발명의 전기적인 공전활주 모의장치는, 견인 전동기(1)의 회전속도와 가상 열차 속도() 및 점착특성 모의 전동기(2)의 회전속도()에 의거하여 견인 전동기(1)의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령()을 발생하는 점착 제어기(3)와;According to this, the electric running slide simulation apparatus of the present invention, the rotational speed of the
상기 점착 제어기(3)에서 출력되는 토크 지령()에 의거하여 견인 전동기(1)에 공급되는 전원전압을 제어하는 견인 전동기 구동 전원공급부(4)와;Torque command output from the adhesion controller 3 ( A traction motor drive
상기 견인 전동기(1)에 축이 연결된 형태를 갖는 점착특성 모의 전동기(2)와; An
상기 점착특성 모의 전동기(2)의 회전속도()를 입력받아 가상 열차의 속도()를 산출하여 점착 제어기(3)로 출력시켜 줌과 동시에 점착특성 모의 전동기(2)의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하여 토크 지령()을 발생하는 점착특성 모의 제어기(5)와;Rotational speed of the adhesive characteristic simulation motor 2 ) And the speed of the virtual train ( ) Is calculated and output to the
상기 점착특성 모의 제어기(5)에서 출력되는 토크 지령()에 의거하여 점착특성 모의 전동기(2)에 공급되는 전원전압을 제어하는 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부(6);로 구성한 것을 특징으로 한다.Torque command output from the adhesion characteristic simulation controller 5 ( It characterized in that it comprises a; adhesive characteristic simulation motor drive power supply (6) for controlling the power supply voltage supplied to the adhesive characteristic simulation motor (2) based on.
이때, 상기 점착특성 모의 제어기(5)는 회전속도 검출센서(8)를 통해 검출되는 점착특성 모의 전동기(2)의 회전속도()를 입력받아 1분당 회전수[rpm]를 초당 이동거리[m/s]로 환산하여 전동기의 선속도()를 산출하는 선속도 산출부(51)와;At this time, the adhesion
상기 선속도 산출부(51)에서 출력되는 점착특성 모의 전동기(2)의 선속도()와 적분기(57)에서 입력되는 차량의 속도() 차를 이용하여 슬립(공전 또는 활주) 속도()를 계산하는 제 1 합산기(52)와;The linear velocity of the adhesive
상기 제 1 합산기(52)에서 출력되는 슬립속도()에 대한 선로의 다양한 운행 조건에 따른 점착계수()들을 산출하는 점착계수 산출부(53)와;Slip speed output from the
상기 점착계수 산출부(53)에서 출력되는 점착계수()에 차량의 무게()를 곱하여 점착력()으로 환산하는 곱셈기(54)와;Adhesion coefficient output from the adhesion coefficient calculation unit 53 ( ) The weight of the vehicle ( Multiply by) A
상기 곱셈기(54)에서 출력되는 점착력()과 구배상수 설정부(62)에서 출력되는 구배상수() 및 주행 저항력 산출부(60)에서 출력되는 차량의 주행 저항력() 차를 환산하여 차량의 동력학을 산출해 내는 제 2 합산기(55)와; Adhesion force output from the multiplier 54 ) And the gradient constant (outputted from the gradient constant setting unit 62) ) And the driving resistance force of the vehicle output from the driving resistance calculator 60 A
상기 제 2 합산기(55)에서 출력되는 차량의 동력학 산술 값을 전동기 한 개가 감당하는 차량 질량()으로 나누어 차량 질량의 역수(1/)를 산출해 내는 차량질량 역산부(56)와; Vehicle mass that one motor can handle the dynamic arithmetic value of the vehicle output from the second summer 55 ( Inverse of the vehicle mass (1 / A vehicle
상기 차량질량 역산부(56)의 출력신호를 적분하여 차량의 가속도를 차량의 속도()로 산출해 내는 적분기(57)와; The acceleration of the vehicle is integrated by integrating the output signal of the vehicle
상기 곱셈기(54)에서 출력되는 차량 바퀴의 점착력()을 구동 토크()로 산출해 내는 토크 지령 산출부(58)와;Adhesion force of the vehicle wheel output from the multiplier 54 ) Drive torque ( A torque
상기 적분기(57)에서 출력되는 차량의 초당속도[m/s]를 시간당 속도[km/h]로 산출해 내는 속도 환산부(59)와; A
상기 속도 환산부(59)에서 출력되는 시간당 속도[km/h]를 이용하여 공기저항 등에 의한 주행 저항력() 을 산출해 내는 주행 저항력 산출부(60)와;By using the hourly speed [km / h] output from the
상기 적분기(57)에서 출력되는 차량의 초당 이동거리[m/s]를 1분당 회전수 [rpm]로 환산()해 내는 회전속도 환산부(61);로 구성한 것을 특징으로 한다.The moving distance per second [m / s] of the vehicle output from the
또한, 상기 점착계수 산출부(53)는 모의 시험조건에서 수동 또는 시간 테이블에 의해 순차 전환되며 제 1 합산기(52)를 통해 입력되는 차량의 선로운행 조건에 따르는 점착상태를 변환해 주는 스위치(531)와;In addition, the adhesion
상기 스위치(531)를 통해 입력되는 슬립속도()에 대한 선로의 다양한 운행조건(건조상태 ;, 젖은상태 ;, 결빙상태 ; )에 따른 점착계수()를 산출해 내는 수개의 운행 조건별 점착계수 산출부(5321)-(532n);로 구성한 것을 특징으로 한다.The slip speed input through the switch 531 ( Various operating conditions of track (dry condition; , Wet; , Frozen state; Coefficient of adhesion according to) It is characterized in that the configuration consisting of; coefficient coefficient calculation unit (532 1 )-(532n) for each of several operating conditions for calculating the).
상기에 있어서 선속도 산출부(51)에서는 의 공식에 의해 전동기의 선속도()를 산출하고, 상기 회전속도 환산부(61)에서는 의 공식에 의해 차량의 초당 이동거리[m/s]를 1분당 회전수[rpm]로 환산()해 내는 것을 특징으로 한다.In the above, the linear
여기서, 상기 : 바퀴의 반경 [m], : 변속기어비이다.Where : Radius of the wheel [m], : Transmission gear ratio.
이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the device of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 본 발명의 전기적인 공전활주 모의장치는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 크게, 견인 전동기(1)와, 점착 제어기(3), 견인 전동기 구동 전원공급부(4), 점착특성 모의 전동기(2), 점착특성 모의 제어기(5) 및 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부(6)로 구성되어진다.First, the electric idle run simulation apparatus of the present invention is largely, as shown in Figs. 2 and 3, the
이때, 상기 견인 전동기(1) 및 점착특성 모의 전동기(2)는 직류형 또는 교류형을 포함하여 모든 형태의 회전형 전동기로 구성할 수 있으며, 상기 견인 전동기(1)와 점착특성 모의 전동기(2)의 연결은 클러치나 클램프 등을 이용한 직결 또는 기어나 기타 연결장치를 활용하여 이루어진다.At this time, the traction motor (1) and the adhesive characteristic simulation motor (2) can be composed of any type of rotary motor including a direct current type or an alternating current type, the traction motor (1) and the adhesive characteristic simulation motor (2) ) Is connected directly by clutch or clamp or by using gear or other connecting device.
또한, 상기 견인 전동기 및 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부(4)(6)는 상기 견인 전동기(1) 및 점착특성 모의 전동기(2)의 종류에 따라 그에 맞게 설계되어진다.In addition, the traction motor and the adhesive characteristic simulation motor drive power supply (4) (6) is designed accordingly according to the type of the
상기 견인 전동기 구동 전원공급부(4)에서 출력되는 전압은 회전속도 검출센서(7)를 통해 검출되는 상기 견인 전동기(1)의 회전속도와 점착특성 모의 제어기(5)에서 제공하는 가상 열차 속도() 및 모의 전동기(2)의 회전속도()에 의거하여 견인 전동기(1)의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하는 점착 제어기(3)의 토크 지령()에 의해 결정되어진다.The voltage output from the traction motor drive
또, 상기 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부(6)에서 출력되는 전압은 상기 점착특성 모의 전동기(2)의 회전속도()를 입력받아 가상 열차의 속도()를 산출하여 점착 제어기(3)로 출력시켜 줌과 동시에 점착특성 모의 전동기(2)의 토크를 어떻게 제어할 것인지를 산출하는 점착특성 모의 제어기(5)의 토 크 지령()에 의해 결정되어진다.In addition, the voltage output from the adhesive characteristic simulation motor
이때, 상기 점착특성 모의 제어기(5)는 열차의 운행특성 및 환경조건을 고려하여 노면(레일)과 바퀴(열차의 휠) 사이의 점착력을 모의하는 부분으로 차량의 부하역할을 수행하는데, 이 부하는 점착특성 모의 전동기(2)의 토크가 된다.At this time, the adhesion
이 토크의 생성은 전술한 바와 같이 점착특성 모의 제어기(5)에서 발생하며, 실제 점착특성 모의 전동기(2)의 속도()를 입력받아 차량의 운동 방정식에 근거하여 요구되는 토크지령()을 발생시킨다.The generation of this torque occurs in the adhesion
여기서 은 견인 전동기의 토크지령, 는 점착력 모의 토크지령, 는 가상의 열차속도를 회전속도로 환산한 값이다.here Is the torque command of the traction motor, Is the cohesive force torque command, Is the virtual train speed in terms of rotation speed.
상기에 있어서 바퀴의 점착력 및 토크 운동 방정식은 다음과 같다.In the above, the wheel adhesion and torque motion equations are as follows.
이들의 수식관계는 차량 운동 상태에 따라 변경 및 생략 가능할 수 있다.Their mathematical relationship may be changed and omitted depending on the vehicle movement state.
-------- (1) -------- (One)
견인 전동기(1)의 토크 방정식은 다음과 같다.The torque equation of the
---------- (2) ---------- (2)
여기서, M :전동기 한 대가 감당하는 차량 질량 [kg], Where M is the mass of the vehicle for one motor [kg],
: 중력가속도 [ ], : 차량의 무게 Gravity Acceleration [ ], Weight of vehicle
: 바퀴와 레일 사이의 점착력 [ ] : Adhesion between wheel and rail [ ]
: 차량속도 [], : 전동기 선속도 [], Vehicle speed [ ], Electric motor linear speed [ ],
: 공기저항 등에 의한 주행 저항력 [ ] : Running resistance by air resistance [ ]
θ : 레일의 경사도, : 전동기 토크 [ ], θ: inclination of the rail, Motor torque [ ],
: 전동기 기계적인 회전각속도 [], : Electric motor mechanical angular velocity [ ],
: 축으로 환산한 등가관성 [ ], : Equivalent inertia in terms of axis [ ],
: 회전 마찰계수 [ ], Rotational coefficient of friction [ ],
: 시간에 따른 변화율, : Rate of change over time,
: 바퀴의 반경 [ ], : Radius of the wheel [ ],
: 변속기어비 이다. : Transmission gear ratio.
또한, 바퀴와 레일 사이의 점착력은 점착계수와 무게의 곱에 비례한다.In addition, the adhesion between the wheel and the rail is proportional to the product of the coefficient of adhesion and the weight.
, ,
여기서, : 점착계수로, here, : Coefficient of adhesion,
슬립속도의 함수로 전동기의 선속도와 차량의 속도차Slip speed Motor speed and vehicle speed difference as a function of
주행 저항력은 차량속도와 밀접한 관련을 갖게 되는데, 일반적으로 다음과 은 관계가 있으며, 운행 노선에 따라 계수나 함수의 변경은 가능할 수 있다.Driving resistance is closely related to vehicle speed. In general, it is related to the following, and it may be possible to change coefficients or functions depending on the driving route.
여기서 차량속도 는 [㎞/h] 단위를 취한다. Vehicle speed Takes units of [km / h].
한편, 상기 점착특성 모의 제어기(5)는 도 4와 같은 구성을 갖게 되는데, 상기 점착특성 모의 제어기(5)내의 선속도 산출부(51)에서는 회전속도 검출센서(8)를 통해 점착특성 모의 전동기(2)의 회전속도()를 입력받아 의 공식을 이용하여 1분당 회전수[rpm]를 초당 이동거리[m/s]로 환산하여 전동기의 선속도( [m/s])를 산출하게 된다.On the other hand, the adhesion
이와 같이 상기 선속도 산출부(51)에서 점착특성 모의 전동기(2)의 선속도()를 산출하게 되면 제 1 합산기(52)에서는 상기 점착특성 모의 전동기(2)의 선속도()와 적분기(57)에서 입력되는 차량의 속도() 차를 이용하여 슬립(공전 또는 활주) 속도()를 계산하게 된다.As described above, the linear velocity of the adhesive
또한, 상기 제 1 합산기(52)에서 출력되는 슬립속도([m/s])를 입력받는 점착계수 산출부(53)에서는 슬립속도()에 대한 선로의 다양한 운행 조건에 따른 점착계수()들을 산출(())하게 된다.In addition, the slip speed (output from the first summer 52) In the adhesion
이때, 상기 점착계수 산출부(53)는 도 5와 같이 모의 시험조건에서 수동 또 는 시간 테이블에 의해 순차 전환되는 스위치(531)와 수개의 운행 조건별 점착계수 산출부(5321)-(532n)로 구성되어 있다.At this time, the adhesion
따라서, 상기 스위치(531)에서는 모의 시험조건에서 수동 또는 시간 테이블에 의해 순차 전환되며 제 1 합산기(52)를 통해 입력되는 슬립속도()를 수개의 운행 조건별 점착계수 산출부(5321)-(532n)로 전달하게 된다.Therefore, in the
그러므로 상기 수개의 운행 조건별 점착계수 산출부(5321)-(532n)에서는 상기 스위치(531)를 통해 입력되는 슬립속도()에 대한 선로의 다양한 운행조건(건조상태 ;, 젖은 상태 ;, 결빙상태 ; )에 따른 각각의 점착계수()를 순차적으로 산출해 낼 수 있게 되는 것이다.Therefore, the slip coefficients inputted through the
여기서 로 a, b, c, d 는 상수로 노면 조건에 따른 상수 값을 변경할 수 있다.(예, 건조상태에서 a=0.54, b=1.2, c=1, d=1) here A, b, c, and d are constants and can be changed to constant values according to road conditions (eg a = 0.54, b = 1.2, c = 1, d = 1 in dry conditions).
이 식은 점착계수 함수의 한 예로 여러 다른 형태로 구현이 가능하다.This equation can be implemented in several different forms as an example of the adhesion coefficient function.
이때, 상기 슬립속도()의 함수로는 전술한 바와 같이 건조상태, 습도상태 및 결빙상태를 포함하여 기름의 점착, 기타 이물질의 노면 상태 등 기존에 함수를 이용하여 다양하게 구성할 수 있고, 상태 조건의 변경은 이들 함수를 선택적으로 임의 시간에 프로그램을 변경하여 적용할 수 있다.At this time, the slip speed ( As a function of), as described above, it can be variously configured by using a function, such as the adhesion of oil, the road surface state of other foreign matter, including the dry state, humidity state and freezing state, and the change of state condition You can optionally change the program at any time.
한편, 상기 점착계수 산출부(53)에서 산출된 점착계수()는 곱셈기(54)로 전달되어 차량의 무게()와 곱해지는 방식을 통해 점착력()으로 환산되는데, 이때 상기 차량의 무게()의 무게는 점착계수를 점착력으로 계산하는데 필요한 상수로써 차량의 중량(즉, 질량과 중력 가속도의 곱)을 나타낸다.Meanwhile, the adhesion coefficient calculated by the adhesion coefficient calculation unit 53 ( ) Is passed to
이와 같이 곱셈기(54)에 의해 환산된 점착력()은 제 2 합산기(55)와 토크 지령 산출부(58)로 전달되어진다.Thus, the adhesive force converted by the multiplier 54 ( ) Is transmitted to the
따라서, 상기 제 2 합산기(55)에서는 상기 곱셈기(54)에서 출력되는 점착력()과 구배상수 설정부(62)에서 차량의 운행 조건에 따라 주어지는 차량의 운행 구배상태 표현 함수는 구배상수() 및 주행 저항력 산출부(60)에서 출력되는 차량의 주행 저항력()의 차를 환산하여 차량의 동력학을 산출하게 된다.Therefore, the adhesive force output from the
또한, 상기 토크 지령 산출부(58)에서는 상기 곱셈기(54)에서 출력되는 차량 바퀴의 점착력()을 입력받아 바퀴의 반경()을 변속기어비()로 나누는 방식을 통해 구동 토크 즉, 점착력 모의 토크()를 산출하여 점착특성 모의 전동기 구동 전원공급부(6)로 출력시켜 주게 된다.In addition, the torque
한편, 상기 제 2 합산기(55)에서 출력되는 차량의 동력학 산술 값을 입력받은 차량질량 역산부(56)에서는 이 산술 값을 전동기 한 개가 감당하는 차량 질량()으로 나누어 차량 질량의 역수(1/)를 산출하여 적분기(57)로 전달하게 된다.On the other hand, the vehicle
또, 상기 적분기(57)는 차량 질량의 역수를 적분하여 차량의 가속도를 차량 의 속도([m/s])로 환산한 다음 제 1 합산기(52)와 속도 환산부(59) 및 회전속도 환산부(61)로 전달하게 된다.In addition, the
따라서, 상기 속도 환산부(59)에서는 적분기(57)에 의해 환산된 차량의 초당속도[m/s]를 시간당 속도[km/h]로 환산하여 주행 저항력 산출부(60)로 전달하게 되므로 상기 주행 저항력 산출부(60)에서는 속도 환산부(59)에서 출력되는 시간당 속도[km/h]를 이용하여 공기저항 등에 의한 차량의 주행 저항력()을 산출한 후 이를 제 2 합산기(55)로 전달 할 수 있게 된다.Therefore, the
또한, 상기 회전속도 환산부(61)에서는 상기 적분기(57)에서 출력되는 차량의 초당 이동거리[m/s]를 입력받아 의 공식을 이용하여 1분당 회전수[rpm]로 가상 열차의 회전속도로 환산()해낸 후 상기 점착 제어기(3)로 전달하게 된다.In addition, the rotational
전술한 실시 예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예들에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다. Although the above-described embodiments are described with respect to the most preferred embodiment of the present invention, it is not limited to the above embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전기적인 공전활주 모의장치에 의하면, 기존의 방식과 달리 물리적인 접촉을 이용하지 않고 실제로 구동되는 전동기와 가상의 열차와 결합하되, 가상의 열차는 프로그램으로 구성하여 차량 바퀴의 점착력 및 토크를 정해진 운동 방정식을 통해 각각 구함으로써 첫째 마찰에 의한 기기의 마모, 소음을 피할 수 있고, 둘째 휠을 사용하지 않아 속도 증가에 따른 관성력의 증가로 발생할 수 있는 기기의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 셋째 점착특성을 전동기의 부하를 프로그램으로 제어하기 때문에 임의의 레일조건 등 어떠한 점착특성도 모의가 가능하고, 넷째 점착조건을 프로그램으로 처리함으로 서로간의 다양한 점착특성간의 순시적인 변환이 가능하며, 다섯째 열차의 운행 조건을 고려하기 위한 주행저항, 열차 중량의 변동, 구배조건 등을 고려한 시험이 가능하고, 여섯째 일반 자동차나 전기 자동차, 열차 등 점착력에 의해 구동되는 모든 경우에 시험 및 적용이 가능함은 물론 병렬로 구동되는 다중 전동기에도 적용시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.As described above, according to the electric idle running simulation apparatus of the present invention, unlike the conventional method, it is combined with an electric motor and a virtual train which are actually driven without using physical contact, but the virtual train is configured as a vehicle. By determining the cohesion and torque of the wheels through the prescribed equations of motion, first, the wear and noise of the device due to friction can be avoided, and the second, the risk of the device that can be caused by the increase of inertia force due to the speed increase without using the wheel Third, the adhesive property can be controlled by the program control of the load of the motor, so any adhesive property such as any rail condition can be simulated, and the fourth one can be instantaneously converted between various adhesive properties by processing the adhesive condition with the program. Running resistance, heat to consider the operating conditions of the fifth train. It is possible to test in consideration of weight fluctuation, gradient condition, etc. Sixth, it can be tested and applied in all cases driven by adhesive force such as general cars, electric cars, trains, etc., and can be applied to multiple motors driven in parallel. It is a very useful invention.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050111860A KR100721607B1 (en) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Electrical slip skid simulation device |
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KR1020050111860A KR100721607B1 (en) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Electrical slip skid simulation device |
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ID=38278128
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KR1020050111860A KR100721607B1 (en) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Electrical slip skid simulation device |
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