KR100986836B1 - Electric braking system considering rail grade for electric rail car - Google Patents
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Abstract
선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템이 개시된다. 본 발명의 전동차의 전기제동 시스템은, 견인전동기; 설정제동토크에 따라 견인전동기를 제어하는 인버터; 선로의 구배에 따른 견인전동기의 부하토크를 추정하는 부하토크 추정기; 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드에서 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드로 전환하는 제동모드 전환기; 및 제2 제동모드에서, 견인전동기의 회전속도와 추정 부하토크에 기초하여 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시켜 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있다.Disclosed is an electric braking system for an electric vehicle considering a gradient of a track. Electric braking system of the electric vehicle of the present invention, a traction motor; An inverter controlling the traction motor according to the set braking torque; A load torque estimator for estimating load torque of the traction motor according to the gradient of the track; A braking mode switch for switching from a first braking mode having a predetermined braking torque to a second braking mode in which the braking torque is gradually reduced; And a stop controller for reducing the set braking torque based on the rotational speed of the traction motor and the estimated load torque in the second braking mode. According to the present invention, it is possible to stably stop the electric vehicle without using air braking, thereby improving the performance of the electric vehicle such as riding comfort and contributing to environmentally friendly aspects.
전동차, 전기제동, 공기제동, 구배, 정차 Electric car, electric braking, air braking, gradient, stop
Description
본 발명은, 전동차의 전기제동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기제동으로 전동차를 정차시키는 전동차의 전기제동 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electric braking system for an electric vehicle, and more particularly, to an electric braking system for an electric vehicle that stops the electric vehicle by electric braking.
최근에 철도차량, 특히 지하철이 대중교통의 중요한 수단으로 발전하게 됨에 따라 승객의 편의 증진과 안전을 위해 전동차의 운전의 신뢰성이 높게 요구되는 한편, 전동차의 성능향상을 통한 보다 안정적이고 경제적인 전동차의 운영이 요구되고 있다.Recently, as railway vehicles, especially subways, have been developed as an important means of public transportation, the reliability of driving of electric vehicles is required for the improvement of passenger convenience and safety, and more stable and economical Operation is required.
통상적으로, 전동차는 정차하고자 할 때, 처음에는 전기제동을 사용하여 감속하다가 대략 5kmh 이하의 저속영역에서 정차 지점까지는 공기제동을 사용하고 있다.In general, when the vehicle is to be stopped, the electric vehicle is initially decelerated by electric braking and air braking is used to the stopping point in the low speed region of about 5 km / h or less.
여기서, 「전기제동」은 견인전동기를 발전기를 작동시켜 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 제동력을 얻는 방식이고, 「공기제동」은 공기압력에 의한 디스크의 마찰을 이용하여 제동력을 얻는 방식을 말한다.Here, "electric braking" refers to a method of obtaining a braking force by operating a generator to convert kinetic energy into electrical energy to obtain a braking force, and "air braking" refers to a method of obtaining braking force by using friction of a disk by air pressure.
그런데, 공기제동은 제동부품의 마모 및 이로 인한 소음 및 분진을 발생시켜 궁극적으로 유지보수비용의 증가와 승차감 저하 등의 전동차 성능을 저하시키므로, 가능하다면 전동차의 제동에 있어서 공기제동의 사용의 기회를 줄이는 것이 바람직하다.However, air braking causes the wear of the braking components and the resulting noise and dust, which ultimately degrades the performance of the vehicle, such as increased maintenance costs and reduced ride comfort. It is desirable to reduce.
따라서, 저속 영역에서 공기제동을 사용하지 않고 전기제동으로 전동차를 정차시킬 수 있는 새로운 제어 시스템이 요구되고 있는데, 전기제동으로 전동차를 정차시키고자 할 때에는 공기제동은 정차 후 정지를 유지하는 정차브레이크의 기능만 담당하게 된다.Therefore, a new control system is required to stop the electric vehicle by electric braking in the low speed region without using air braking. When the electric vehicle is to be stopped by electric braking, the air braking stops after stopping. Only functions will be in charge.
한편, 선로의 구배가 있는 곳에서 전기제동으로 전동차를 정차시키려면, 정지 후 공기제동에 의한 정차브레이크를 사용하기 전까지 견인전동기의 회전을 방지하여야 하므로, 견인전동기가 선로의 구배에 상응하는 토크를 발생시켜야 한다.On the other hand, in order to stop the electric vehicle by electric braking where there is a gradient of the track, the traction motor must prevent the rotation of the traction motor until the stop brake by air braking is used. Should be generated.
즉, 전기제동으로 전동차를 정차시키는 제어 시스템에 있어서는 선로의 구배에 의한 영향에 대한 고려가 필요하다.That is, in the control system which stops an electric vehicle by electric braking, it is necessary to consider the influence by the gradient of a track.
본 발명의 목적은, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시켜 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있는 전동차의 전기제동 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric braking system for an electric vehicle that can stably stop an electric vehicle without using air braking, thereby improving the performance of an electric vehicle such as riding comfort and contributing to an environment-friendly aspect.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 견인전동기; 설정제동토크에 따라 상기 견인전동기를 제어하는 인버터; 선로의 구배에 따른 상기 견인전동기의 부하토크를 추 정하는 부하토크 추정기; 상기 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드에서 상기 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드로 전환하는 제동모드 전환기; 및 상기 제2 제동모드에서, 상기 견인전동기의 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a traction motor; An inverter controlling the traction motor according to a set braking torque; A load torque estimator for estimating load torque of the traction motor according to a gradient of a track; A braking mode switch for switching from a first braking mode having the set braking torque to a second braking mode in which the set braking torque is gradually reduced; And a stop controller for reducing the set braking torque based on the rotational speed of the traction motor and the estimated load torque in the second braking mode. Is achieved.
여기서, 상기 제동모드 전환기는, 상기 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 제1 제동모드에서 상기 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정할 수 있다.Here, the braking mode switcher may determine a time point for switching from the first braking mode to the second braking mode based on the rotation speed and the estimated load torque.
상기 제동모드 전환기는, 하기의 수학식 1을 만족하는 시점에서 상기 제2 제동모드로 전환할 수 있다.The braking mode switcher may switch to the second braking mode when the following
[수학식 1][Equation 1]
여기서,here,
T : 제1 제동모드의 설정제동토크T: Setting brake torque of the first braking mode
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
k : 비례상수k: proportionality constant
ω : 견인전동기의 회전속도ω: Rotational speed of traction motor
상기 정지 제어기는, 하기의 수학식 2에 따라 상기 설정제동토크를 감소시킬 수 있다.The stop controller may reduce the set braking torque according to Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
여기서,here,
T* : 제2 제동모드의 설정제동토크T * : Setting brake torque of the second braking mode
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
k : 비례상수k: proportionality constant
ω : 견인전동기의 회전속도ω: Rotational speed of traction motor
상기 부하토크 추정기는, 비례적분 제어기를 이용하여 상기 견인전동기의 회전속도를 추정하는 과정을 통해 상기 부하토크를 추정할 수 있다.The load torque estimator may estimate the load torque through a process of estimating the rotational speed of the traction motor using a proportional integral controller.
상기 부하토크 추정기는, 하기의 수학식 3 및 4에 의해 상기 부하토크를 추정할 수 있다.The load torque estimator may estimate the load torque by the following equations (3) and (4).
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서,here,
Je : 전동차의 평균 관성모멘트J e : Mean moment of inertia of train
: 견인전동기의 추정 회전속도 : Estimated rotation speed of traction motor
ω : 견인전동기의 회전속도ω: Rotational speed of traction motor
T* : 제2 제동모드의 설정제동토크T * : Setting brake torque of the second braking mode
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
ki : 비례적분 제어기의 적분 게인k i : Integral gain of proportional integral controller
kp : 비례적분 제어기의 비례 게인k p : Proportional gain of proportional integral controller
상기 정지 제어기는, 상기 회전속도와 상기 추정 부하토크의 궤환에 1차 지연필터를 사용할 수 있다.The stop controller may use a first order delay filter for feedback of the rotational speed and the estimated load torque.
상기 견인전동기의 회전속도를 검출하는 속도검출기를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a speed detector configured to detect a rotation speed of the traction motor.
상기 견인전동기는, 영구자석형 견인전동기일 수 있고, 상기 인버터는, VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터일 수 있다.The traction motor may be a permanent magnet traction motor, and the inverter may be a variable voltage variable frequency (VVVF) inverter.
본 발명은, 전동차의 전기제동시 견인전동기와 인버터 사이에 저항을 전기적으로 연결함으로써, 인버터의 최대출력전압을 넘어서는 고속영역에서 일정 토크 운전영역의 충분한 전기제동력을 확보할 수 있으므로 공기제동을 생략할 수 있다.According to the present invention, by electrically connecting a resistance between the traction motor and the inverter during electric braking of the electric vehicle, it is possible to secure sufficient electric braking force of a constant torque operating region in a high speed region exceeding the maximum output voltage of the inverter, thus eliminating air braking. Can be.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도 면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in order to avoid unnecessary obscuration of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 전기제동 시스템에서 제동모드의 전환을 설명하기 위한 그래프이며, 도 3은 도 1의 전기제동 시스템의 제2 제동모드에 대한 제어 블럭도이다.1 is a schematic configuration diagram of an electric braking system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph for explaining switching of a braking mode in the electric braking system of FIG. 1, and FIG. Control block diagram for a second braking mode of the electric braking system.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템(100)은, 견인전동기(110)와, 설정제동토크에 따라 견인전동기(110)의 구동을 제어하는 인버터(120)와, 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정하는 부하토크 추정기(130)와, 제동모드를 전환하는 제동모드 전환기(140)와, 견인전동기(110)의 회전속도()와 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크( )에 기초하여 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기(150)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the
이때, 부하토크 추정기(130), 제동모드 전환기(140) 및 정지 제어기(150)는, 전동차를 정차시키기 위한 제어를 담당하는 수단으로, 마이크로 프로세서(micro-processor) 등을 이용하여 인버터(120) 내부에 모듈화되거나 별도의 기기로 구현될 수 있다.In this case, the
그리고, 견인전동기(110)의 회전속도()는 속도검출기(미도시)에 의해 검출되어 부하토크 추정기(130), 제동모드 전환기(140) 및 정지 제어기(150)에 입력된다. 이때, 속도검출기(미도시)는 레졸바 방식 또는 엔코더 방식으로 구현될 수 있다.And, the rotational speed of the traction motor 110 ( ) Is detected by a speed detector (not shown) and input to the
도 1을 참조하면, 견인전동기(110)는, 전동차에 구동력을 제공하는 수단으로, 전동차의 동륜을 구동하여 전동차를 주행시킨다. 본 실시예에서는 견인전동기(110)로 최근 전동차에서 많이 채용되고 있는 영구자석동기전동기(PMSM)가 사용된다.Referring to FIG. 1, the
영구자석동기전동기는 교류전동기 중 하나로, 3상 권선으로 권선수가 정현파 형태로 구성되는 고정자(전기자)와, 영구자석으로 N-S 자속을 발생시키는 회전자를 구비하는데, 다른 교류전동기와 마찬가지로 직류전동기에서 요구되는 정류자와 브러시가 생략되어 유지보수비용이 저렴하고 직류전동기 대비 크기에 비해 출력이 크다는 이점을 갖는 동시에, 회전자가 영구자석이므로 회전자의 부피와 무게가 상대적으로 작아 관성이 감소하므로 속도응답성이 우수하다는 이점을 갖는다.Permanent magnet motor is one of the AC motors. It has a three-phase winding stator (an armature) consisting of a sine wave and a rotor for generating NS magnetic flux with permanent magnets. Like other AC motors, it is required for DC motors. The maintenance cost is low because the commutator and brush are omitted, and the output is larger than the size of DC motor. In addition, since the rotor is a permanent magnet, the volume and weight of the rotor are relatively small, so the inertia is reduced. It has the advantage of being excellent.
다만, 본 발명에서 견인전동기(110)는 영구자석동기전동기에 한정되지 아니하며, 유도전동기, 동기전동기 등의 다른 교류전동기가 견인전동기(110)로 사용될 수 있음은 물론이다.However, in the present invention, the
한편, 전동차의 전기제동시, 견인전동기(110)는 발전기로 변환되어 전력을 발생시킨다. 여기서, 전기제동이란, 견인전동기(110)로의 전력 공급을 멈추어 통상의 구동을 정지해 통상의 차륜의 회전을 반대로 견인전동기(110)에 입력하는 형태로 전달하는 것으로, 견인전동기(110)를 발전기로 작동시켜 운동에너지를 전기에너 지로 변환하여 제동력을 얻는 제동 방식이다.On the other hand, during electric braking of the electric vehicle, the
이러한 전기제동은, 제동시 발생하는 전력을 제동저항기를 통해 열에너지로 변환하여 외부로 발산함으로써 제동력을 얻는 발전제동과, 제동시 발생하는 전력을 가선으로 보내어 주위에 주행 중인 다른 전동차에 인가하거나 전기에너지 저장장치에 충전함으로써 제동력을 얻는 회생제동으로 구분된다.Such electric braking converts power generated during braking into thermal energy through a braking resistor and dissipates it to the outside to generate braking power, and sends power generated during braking to the electric wire to be applied to other electric vehicles running around or to electric energy. It is divided into regenerative braking which obtains braking force by charging the storage device.
도 1을 참조하면, 인버터(120)는, 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치로, 견인전동기(110)의 구동을 제어한다. 본 실시예에 사용되는 인버터(120)는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터(120)로, 전동차의 상단부에 마련된 판토그래프(pantograph, 집전기)를 통해 입력되는 직류전력을 요구되는 전압과 주파수를 갖는 교류전력으로 변환하여 이를 견인전동기(110)에 인가함으로써 견인전동기(110)의 구동을 제어한다. 이때, 견인전동기(110)의 속도 및 토크는 인버터(120)에 의해 결정되는 전압과 주파수에 의해 제어된다. 한편, 판토그래프를 통해 교류전력이 입력되는 경우에는 교류전력이 컨버터(미도시)에 의해 직류전력으로 변환된 후 인버터(120)에 입력된다.Referring to FIG. 1, the
한편, 인버터(120)는, 전동차의 전기제동시 제동모드에 따라 달리 입력되는 설정제동토크에 기초하여 견인전동기(110)를 제어한다. 즉, 인버터(120)는 전동차의 전기제동시 견인전동기(110)에서 발생하는 제동토크가 설정제동토크에 추종하도록 견인전동기(110)의 구동을 제어한다.On the other hand, the
도 1 및 도 2를 참조하면, 부하토크 추정기(130)는, 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 인버터(120)의 설정제동토크에 기초하여 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정한다. 부하토크 추정기(130)의 세부적인 구성과 원리에 대한 설명은 후술하기로 한다.1 and 2, the
선로의 구배란, 전동차가 주행하는 선로가 경사진 것을 말한다. 이러한 선로의 구배는 전동차의 견인력에 영향을 미치므로 가능한 한 구배가 없도록 선로를 수평으로 하는 것이 바람직하나, 산악이나 구릉지대 등의 지리적 환경에 의해 선로의 구배는 발생할 수밖에 없다. 선로의 구배는 진행방향에 따라 상향구배(오르막)와 하향구배(내리막)로 구분된다.The slope of the track means that the track on which the electric vehicle runs is inclined. Since the slope of the track affects the traction of the electric vehicle, it is preferable to level the track so that there is no gradient as much as possible, but the slope of the track is inevitably caused by the geographic environment such as mountains or hilly areas. The slope of the track is divided into an upward slope (uphill) and a downward slope (downhill) according to the traveling direction.
한편, 전동차를 전기제동으로 정차시키기 위해서는, 위와 같은 선로의 구배를 고려해야 하는데, 본 명세서에서 부하토크란, 전기제동시 선로의 구배에 의해 발생하는 전동차의 움직임을 보상하기 위해 요구되는 견인전동기(110)의 토크를 말한다. 즉, 인버터(120)는 전동차의 정차 시점에서 견인전동기(110)가 선로의 구배에 따른 부하토크에 해당하는 토크를 발생하도록 견인전동기(110)를 제어하여야 한다.On the other hand, in order to stop the electric vehicle by electric braking, the slope of the line as above should be considered, in this specification, the load torque, the
참고로, 도 2는 하향구배에서의 설정제동토크와 부하토크를 나타내고 있는데, TL은 실제 부하토크이고, 은 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크이며, 도 2에서 TL 와 는 실질적으로 동일한 값을 갖는 것으로 도시되어 있다.For reference, Figure 2 shows the set braking torque and the load torque in the down gradient, T L is the actual load torque, Is the load torque estimated by the
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)에서 제동모드는, 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드와, 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드를 포함한다. 이때, 제2 제동모드는 전동차의 정차점에 근접하는 극 저속영역에서 전동차의 전기제동을 제어하기 위한 제동모드이고, 제1 제동모드를 수행하는 시간에 비해 상대적으로 매우 짧은 시간 동안 수행된다. 참고로 실험에 의할 때, 제2 제동모드는 견인전동기(110)의 회전속도()가 대략 3rpm 정도에서 시작된다.1 and 2, in the
이하, 설명의 편의를 위해, 제1 제동모드에서의 설정제동토크(T)를 제1 설정제동토크, 제2 제동모드에서의 설정제동토크(T*)를 제2 설정제동토크라 한다.Hereinafter, for convenience of explanation, the set braking torque T in the first braking mode is referred to as the first set braking torque and the set braking torque T * in the second braking mode as the second set braking torque.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제동모드 전환기(140)는, 위와 같은 특성을 갖는 제1 제동모드에서 제2 제동모드로의 전환하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크( 이하 '추정 부하토크'라 함)에 기초하여 제1 제동모드에서 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정한다.1 and 2, the
구체적으로, 제동모드 전환기(140)는, 아래의 [수학식 1]을 만족하는 시점에서 제동모드를 전환한다.Specifically, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서,here,
T : 제1 설정제동토크T: 1st set braking torque
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
k : 비례상수k: proportionality constant
: 견인전동기의 회전속도 : Rotational speed of traction motor
비례상수 k는 전동차 승차감, 제어 정밀도 등을 고려하여 실험적으로 결정된다. 이때, k가 증가할수록 제동모드의 전환점은 정차점( = 0)에 근접하게 되므로 전동차 승차감은 향상되나 제어 정밀도는 떨어지는 경향을 보인다.Proportional constant k is determined experimentally in consideration of ride comfort, control accuracy and the like. At this time, as k increases, the switching point of the braking mode is a stop point ( = 0), the driving comfort is improved, but control accuracy tends to be inferior.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 정지 제어기(150)는, 제2 제동모드에서 제2 설정제동토크를 인버터(120)에 입력하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크( )에 기초하여 제2 설정제동토크를 감소시킨다. 즉, 제2 제동모드에서 인버터(120)에 입력되는 제2 설정제동토크는 일정한 값으로 고정되는 것이 아니라, 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크( )에 대한 함수로 표현되고, 전동차의 정차점에 가까워질수록 감소하여 최종적으로 추정 부하토크( )에 수렴한다.1 to 3, the
구체적으로, 정지 제어기(150)는 아래의 [수학식 2]에 따라 제2 설정제동토크를 감소시킨다.Specifically, the
[수학식 2][Equation 2]
여기서,here,
T* : 제2 설정제동토크T * : 2nd set braking torque
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
k : 비례상수k: proportionality constant
: 견인전동기의 회전속도 : Rotational speed of traction motor
한편, 본 실시예에 따른 정지 제어기(150)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력되는 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크( )의 궤환에 1차 지연필터(151)를 사용하는데, 이는 견인전동기(110)의 회전속도()의 검출 및 부하토크의 추정에 있어서 발생하는 오차와 노이즈 등을 최소화하기 위함이다.On the other hand, the
이하, 도 3을 참조하여 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of estimating the load torque according to the gradient of the line in the second braking mode will be described with reference to FIG. 3.
부하토크 추정기(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 비례적분 제어기(PI controller)를 이용하여 견인전동기(110)의 회전속도()를 추정하는 과정을 통해 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정한다.As shown in FIG. 3, the
구체적으로, 부하토크 추정기(130)는, 아래의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의해 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정한다.Specifically, the
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서,here,
Je : 전동차의 평균 관성모멘트J e : Mean moment of inertia of train
: 견인전동기의 추정 회전속도 : Estimated rotation speed of traction motor
ω : 견인전동기의 회전속도ω: Rotational speed of traction motor
T* : 제2 설정제동토크T * : 2nd set braking torque
: 추정 부하토크 : Estimated load torque
ki : 비례적분 제어기의 적분 게인k i : Integral gain of proportional integral controller
kp : 비례적분 제어기의 비례 게인k p : Proportional gain of proportional integral controller
[수학식 3]에서 Je는 전동차의 평균 관성모멘트를 나타내는데, 전동차의 실제 관성모멘트(J, 도 3 참조)는 전동차에 탑승한 승객 수에 따라 달라지므로, 실제 관성모멘트(J)를 정확히 알 수 없는 바, 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 연산 과정에서는 대략적인 전동차의 평균 관성모멘트(Je)를 사용한다.In [Equation 3] J e represents the average moment of inertia of the train, the actual moment of inertia (J, see Fig. 3) of the train depends on the number of passengers in the train, so the exact moment of inertia (J) In the calculation process of estimating load torque according to the gradient of the track, the average moment of inertia of the train (J e ) is used.
[수학식 4]에서 제어 파라미터인 ki 및 kp 는 각각 적분 게인 및 비례 게인으로, 수학적 혹은 실험적/경험적인 방법을 통해 결정된다.In equation 4, the control parameter k i And k p is the integral gain and the proportional gain, respectively, determined by mathematical or experimental / empirical methods.
한편, 전술한 바와 같이, 제동모드 전환기(140)가 제1 제동모드에서 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정하는데 있어서, 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 것이 요구되는데(수학식 1 참조), 이 경우에 있어서도 추정 부하토크( )는 위와 같은 원리로 얻어진다. 다만, [수학식 3]에서 제2 설정제동토크(T*)는 제1 설정제동토크(T)로 대체된다.On the other hand, as described above, in determining the timing at which the
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)은, 전동차의 정차점에 근접하는 극 저속영역에서 인버터(120)에 입력되는 설정제동토크를 점차적으로 감소시킴으로써, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시킬 수 있다.As described above, the
이에 따라, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)은, 공기제동시 발생하는 제동부품의 마모와 이로 인한 소음 및 분진을 억제할 수 있으므로, 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있다.Accordingly, the
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명 의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an electric braking system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 전기제동 시스템에서 제동모드의 전환을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 2 is a graph for explaining switching of the braking mode in the electric braking system of FIG. 1.
도 3은 도 1의 전기제동 시스템의 제2 제동모드에 대한 제어 블럭도이다.3 is a control block diagram of a second braking mode of the electric braking system of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 전동차의 전기제동 시스템.100: electric braking system for electric vehicles.
110 : 견인전동기110: traction motor
120 : 인버터120: inverter
130 : 부하토크 추정기130: load torque estimator
140 : 제동모드 전환기140: braking mode switch
150 : 정지 제어기150: stop controller
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