KR101252264B1 - 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법 - Google Patents

견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법은 견인차량의 바퀴가 레일에서 구동될 수 있게 전동기에 지령전류를 공급하는 지령전류 공급단계와, 상기 바퀴가 레일에서의 공전을 검지하는 공전검지단계와, 상기 공전이 검지된 시점의 추정 재 점착전류를 산출하여 저장하는 추정 재 점착전류 산출단계와, 상기 전동기의 지령전류를 감소시켜 공전을 소멸시키는 공전소멸단계와, 상기 재 점착을 검지하는 재 점착 검지단계와, 상기 지령전류를 상기 추정 재 점착전류의 K배한 안정 재 점착전류로 상승시키는 지령전류 상승단계 및, 상기 초기의 지령전류로 상승시키는 초기지령전류 상승단계를 포함한다.
공전, 점착, 전동차, 기관차, 구동력, 점착력, 철도차량, 공전검지

Description

견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법{SLIP/SLIDE DETECTION AND RE-ADHESIVE CONTROL METHOD OF ELECTRIC LOCOMOTIVE}
도 1은 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 설명하기 위한 차량의 견인부 구성도.
도 2는 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 설명하기 위한 견인력과 마찰력의 관계를 보인 곡선도.
도 3은 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 보인 순서도.
도 4는 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어를 공전속도 및 가속도 그리고 기준전류 제어에 따라 보인 파형도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 레일 2: 차체
3: 전동기 4: 트랜스미션
5: 바퀴축 6: 바퀴
본 발명은 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 일반차량에 비해 견인력이 약한 견인차량의 특성에 맞게 공전검지 및 재 점착을 신속하게 제어하여 견인효율을 향상시킬 수 있도록 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도 기관차 또는 전동차(이하 "차량"이라 함)는 동력차량과 무동력차량으로 구성되며, 상기 동력차량이 무동력차량을 견인하고 있다. 이때 동력차량은 일정속도 이상을 낼 수 있도록 큰 동력을 갖는 기관 또는 전동기(이하 "전동기"라 함)가 마련된다.
여기서 차량의 견인력은 차량의 전동기의 동력에 의한 구동력 이외에 바퀴와 레일에서의 점착력(마찰력)이 중요하다. 즉, 차량의 구동력보다 점착력이 크면, 차량의 가속 및 정지시 바퀴가 레일에서 미끄럼 없이 주행할 수 있으나 견인을 빠르게 하지 못하게 되고, 점착력보다 구동력이 크면 바퀴가 레일에서 미끄러지거나, 공전으로 인한 찰상 및 탈선 등이 발생될 수 있다.
따라서 견인력을 향상시킬 수 있도록 공전검지 및 재 점착을 제어하고 있다. 즉, 종래에 공전검지 및 재 점착은 구동력과 점착력의 차이로 공전이 발생하면, 전동기에 공급되는 기준전류를 줄여 공전을 줄이고, 일정시간동안 공전이 발생하지 않으면 초기의 지령전류의 80%정도로 상승시킨다. 그리고 80%의 지령전류에서도 공전이 발생되지 않으면 초기의 지령전류까지 상승시켜 견인시키고 있다.
그런데 일반적인 차량의 경우에는 상기와 같은 방법으로 공전검지 및 재 점착을 제어하는 것이 바람직하나, 다수의 무동력차량을 견인하여야 하는 견인차량의 경우에는 그 상황이 다르다.
예를 들면, 광주시에 설치되는 지하철 1호선의 편성은 2량이 동력차량이고, 2량이 무동력차량이다. 여기서 동력차량에는 210kw의 전동기가 8기가 설치되어 1680kw의 구동력으로 3km/h/s 가속도를 낼 수 있다.
그런데 이에 반하여 견인차량은 동력차량과 다르게 130kw의 전동기 2기가 설치되어 총 260kw의 구동력이 발생되고, 0.35km/h/s의 가속도를 낼 수 있으며, 다수의 무동력 차량을 견인하여야 하므로 종래와 같은 방법으로 제어를 하게 되면, 종래와 같은 속도기울기로 주행이 불가능하고, 특히 상구배를 갖는 레일의 경우에는 뒤로 후퇴하는 현상이 발생될 수 있는데 후퇴할 경우 이를 제거하기 더욱 어려워 정지시켜야 하는 문제가 있다.
따라서 견인차량에 적용될 수 있는 새로운 공전검지 및 재 점착 제어방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 견인차량의 특성에 맞게 공전검지 및 재 점착을 신속하게 제어하여 견인효율을 향상시킬 수 있도록 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법은 견인차량의 바퀴가 레일에서 구동될 수 있게 전동기에 지령전류를 공급하는 지령전류 공급단계와, 상기 바퀴가 레일에서의 공전을 검지하는 공전검지단계와, 상기 공전이 검지된 시점의 추정 재 점착전류를 산출하여 저장하는 추정 재 점 착전류 산출단계와, 상기 전동기의 지령전류를 감소시켜 공전을 소멸시키는 공전소멸단계와, 상기 재 점착을 검지하는 재 점착 검지단계와, 상기 지령전류를 상기 추정 재 점착전류의 K배한 안정 재 점착전류로 상승시키는 지령전류 상승단계 및, 상기 초기의 지령전류로 상승시키는 초기지령전류 상승단계를 포함한다.
여기서, 상기 공전검지는 일정기울기의 공전속도 및 가속도의 시간에 따른 변화량이 기준값을 넘을 경우 공전으로 검지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 추정 재 점착전류 산출단계는 공전이 검지된 시점의 전류량을 연산하여 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공전소멸단계는 상기 지령전류에서 상기 공전이 발생한 양을 전류로 환산한 값만큼 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지령전류 상승단계에서의 상수 K는 0.7 내지 0.99이내의 상수인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
먼저 본 발명을 설명하기 위해 차량의 견인부를 설명한다.
도 1은 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 설명하기 위한 차량의 견인부 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 차량의 차체(2) 하부에는 바퀴축(5)이 마련되고, 바퀴축(5)의 양측에는 바퀴(6)가 설치된다. 그리고 바퀴축(5)의 일측에는 다수의 기어로 되는 트랜스미션(4)이 설치되고 트랜스미션(4)은 전동기(3)가 설치되어 전동기(3)의 동력이 트랜스미션(4)에 의해 바퀴축(5)에 전달된다. 그리고 바퀴(6)는 철도의 레일(1) 위를 구를 수 있도록 설치된다.
이때 전동기(3)의 구동력은 트랜스미션(4)과 바퀴축(5)을 통해 바퀴(6)에 전달되고, 바퀴(6)에 전달된 구동력은 바퀴(6)와 차체(2)의 마찰계수와 하중의 곱으로 되는 점착력에 의해 견인된다.
이때 점착력과 마찰력의 관계를 그래프로 표시하면 도2와 같다.
도 2는 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 설명하기 위한 견인력과 마찰력의 관계를 보인 곡선도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 전동기(3)의 구동력이 점착력보다 큰 상태에서 견인하게 되면, B 지점까지는 견인력이 유지될 수 있으나, B 지점 이후에는 구동력이 점착력보다 커져 바퀴(6)가 미끄러지거나, 찰상 및 탈선된다.
도 3은 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법을 보인 순서도이다. 도 4는 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어를 공전속도 및 가속도 그리고 기준전류 제어에 따라 보인 파형도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하면 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법은 견인차량의 바퀴(6)가 레일(1)에서 구동될 수 있게 전동기(3)에 지령전류를 공급한다(S10). 여기서 지령전류에 따른 전동기(3)의 토크방정식을 점착력에 대하 여 정리하면 수학식1과 같다.
Figure 112006072284508-pat00001
여기서
Figure 112006072284508-pat00002
는 바퀴(6)와 레일(1) 사이의 점착력이고,
Figure 112006072284508-pat00003
은 전동기(3) 토크 및,
Figure 112006072284508-pat00004
는 관성 부하량에 따른 속도변화다. 그리고
Figure 112006072284508-pat00005
는 차량의 질량이고,
Figure 112006072284508-pat00006
는 견인부의 마찰계수이며,
Figure 112006072284508-pat00007
는 전동기(3)의 각속도이다.
이러한 수학식1을 전류에 관한 식으로 다시 표현하면, 수학식2와 같이 표시될 수 있다.
Figure 112006072284508-pat00008
여기서,
Figure 112006072284508-pat00009
는 감소한 전류,
Figure 112006072284508-pat00010
는 지령전류,
Figure 112006072284508-pat00011
는 지령전류
Figure 112006072284508-pat00012
에서
공전이 발생한 양을 전류로 환산한 감소분 전류이다.
또한,
Figure 112006072284508-pat00013
는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006072284508-pat00014
여기서
Figure 112006072284508-pat00015
는 공전가속도 비례게인이며,
Figure 112006072284508-pat00016
는 공전속도 비례게인이다. 그리고
Figure 112006072284508-pat00017
는 공전가속도이며,
Figure 112006072284508-pat00018
는 공전속도이다.
상기 공전속도
Figure 112006072284508-pat00019
는 두개의 축의 속도를 평균한 속도와 슬립(Slip)이 발생한 축 속도와의 차로서 산출되며, 공전가속도
Figure 112006072284508-pat00020
는 공전속도
Figure 112006072284508-pat00021
의 시간에 대한 변화량을 저역필터를 적용하여 산출한다.
이후, 지령전류의 공급으로 전동기가 구동되어 바퀴(6)가 회전하게 된다. 이때 구동력이 바퀴(6)와 레일(1)의 점착력에 비해 커서 공전이 발생할 경우 이를 검지하게 된다(S20). 즉, 공전검지는 공전속도와 공전가속도의 시간에 따른 속도변화로 공전 여부를 검지하게 된다.
또한, 공전검지는 별도의 공전검지장치를 설치하여 전동기(3)의 전류변화로 검지할 수 있다.
이때 공전이 검지되면 공전이 검지되는 시점의 전류량을 이용하여 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00022
를 산출한다(S30). 그리고 산출된 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00023
를 저장한다.
즉, 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00024
의 산출을 식으로 표현하면, 다음과 같다.
Figure 112006072284508-pat00025
여기서
Figure 112006072284508-pat00026
는 차량의 가속도(km/h/s)이고,
Figure 112006072284508-pat00027
는 상수(A/km/h/s)이다.
그리고 공전이 감지되면 지령전류에서 공전에 의해 감소된 감소분 전류
Figure 112006072284508-pat00028
만큼 전류를 감소한 전류
Figure 112006072284508-pat00029
로 공전을 소멸시킨다(S40). 따라서 미리 계산되어진 값으로 감소시킴으로서 보다 신속하게 공전 소멸 및 재 점착을 유도할 수 있다.
이후 공전의 소멸과 동시에 재 점착을 검지하게 된다(S50).
이때 재 점착이 검지되면, 현재 유지되는 전류를 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00030
의 K 배한 재 점착전류 지령값
Figure 112006072284508-pat00031
으로 상승시킨다(S60). 여기서 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00032
보다 작은 값이 될 수 있도록 K는 0.7~0.99의 범위를 갖는 상수이다.
따라서 추정 재 점착전류
Figure 112006072284508-pat00033
보다 작은 전류로 상승시킴으로서 공전이 발생되지 않는다.
이후, 상승된 지령전류로 일정시간이 경과하면서 재공전이 발생하지 않으면 원래의 지령전류로 상승시켜 견인시킨다(S70).
이상에서 본 발명의 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이 공전이 발생하면 지령전류에서 공전이 발생한 양의 차로서 계산된 전류로 하락하여 공전 소멸 및 재 점착을 보다 빠르게 유도하고, 재 공전이 발생하지 않도록 재 공전이 발생할 수 있는 전류보다 낮은 전류를 지령전류로 공급함으로서 재 공전 발생여지를 줄여 신속한 공전 및 재 점착의 제어로 견인효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 신속한 제어로 상구배를 갖는 레일의 경우에는 뒤로 후퇴의 여지를 제거함으로서 후퇴를 방지하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 견인차량의 바퀴가 레일에서 구동될 수 있게 전동기에 지령전류를 공급하는 지령전류 공급단계; 상기 바퀴가 레일에서 회전시 공전이 발생하였는지를 검지하는 공전검지단계; 상기 공전검지단계로부터 공전이 검지되면 그 검지시점에서 추정 재 점착전류를 산출하여 저장하는 추정 재 점착전류 산출단계; 상기 전동기의 지령전류를 감소시켜 공전을 소멸시키는 공전소멸단계; 상기 재 점착을 검지하는 재 점착 검지단계; 상기 지령전류를 상기 추정 재 점착전류의 K배한 안정 재 점착전류로 상승시키는 지령전류 상승단계; 및, 공전이 다시 발생하지 않으면 상기 지령전류를 초기의 지령전류로 상승시키는 초기지령전류 상승단계; 를 포함하되,
    상기 공전검지단계의 공전검지는 두개의 축 속도를 평균한 속도와 슬립이 발생한 축 속도와의 차로서 산출되는 공전속도의 시간에 따른 속도변화 및, 상기 공전속도의 시간에 대한 변화량을 저역필터를 적용하여 산출되는 공전가속도의 시간에 따른 속도변화가 각각 기준값을 넘을 경우 공전이 발생된 것으로 검지하는 것을 특징으로 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 추정 재 점착전류 산출단계에서 추정 재 점착전류는 공전이 발생한 검지시점에서 전동기에 공급되는 지령전류와 차량의 가속도 및 상수(Ku)를 연산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공전소멸단계에서 지령전류는 상기 공전에 의해 감소된 감소분 전류만큼 감소시키고, 상기 감소한 전류로 공전을 소멸시키는 것을 특징으로 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지령전류 상승단계에서의 상수 K는 0.7 내지 0.99이내의 상수인 것을 특징으로 하는 견인차량의 공전검지 및 재 점착 제어방법.
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