KR101485757B1 - 전기 구동식 차량의 제동 방법 - Google Patents

Abstract

본원발명은 전기 구동식 차량, 특히 궤도 차량의 제동을 위한 방법에 관한 것이다. 본원발명은 시스템 상태에 따라, 즉 차량의 적재 상태, 엔진 그리고 특히 자석의 온도, 및 잉여 조건과 같은 차량의 작동 조건에 따라 직접적으로 제동 시스템의 거동을 최적의 방식으로 형성함으로써 현대의 자동차에 존재하는 완전히 기능하는 기계적 제동기를 제거할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 스프링-저장식 마찰 브레이크를 구비하며 그 구동력이 영구 여기식 동기기에 의해 제공되며 그 단자가 스위치를 통해 제동 토크를 발생하는 장치에 연결되는 전기 구동식 차량의 제동 방법은, 본원발명에 따라, 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어기가 작동되며 상기 제어기는 요구되는 제동값 및 차량의 작동 조건에 따라 개별적으로 그리고 연속적으로 존재하는 엔진의 제동 시스템 및 스프링-저장식 브레이크를 회로에 연결하는 것을 특징으로 한다.

궤도 차량, 제동 장치, 제어

Description

전기 구동식 차량의 제동 방법 {METHOD FOR BRAKING ELECTRICALLY DRIVEN VEHICLES}

본원발명은 전기 구동식 차량의 제동 방법에 관한 것으로서, 특히 영구 여기식 동기기(permanently excited synchronous machines)에 의해 구동이 이루어지는 궤도 차량(rail vehicle)에 관한 것이다.

종래기술에 따르면, 궤도 차량의 제동은 전기-공압식 제동 장치에 의해서 이루어진다. 이러한 시스템의 설계는 불리한 주위 조건(예를 들어 마찰값)의 가정하에서 최대 차량 부하에 기초한다.

조절되지 않은 제동은, 예를 들어 부분적 부하(partial loading) 하에서, 요구되는 감속값(deceleration values)이 초과되는 결과를 초래하게 된다. 기계적 제동의 조정/조절은 통상적으로 제동 압력의 부하-종속적 변동(load-dependent variation)에 의해 이루어진다.

가장 최신의 개발 단계에서, 별도의 전기 제동 회로를 구비하는, 영구 여기식 동기기가 차량, 특히 궤도 차량의 구동에 사용된다.

DE 10 2004 032 680 A1 호에서는 동기기의 단자(terminals)가 제동 토크를 생성하는 장치에 스위치를 경유하여 연결되는, 영구 여기식 동기기를 가지는 전기 구동식 차량용, 특히 궤도 차량용 모터를 개시한다. 여기서는, 동기기의 작동 포인트를 변경시킴으로써 제동력의 증가를 보장하기 위하여, 제동 토크를 발생시키는 장치 중 하나 이상에 커패시터(capacitor)가 병렬로 연결된다.

제동 토크를 발생시키는 장치는 예를 들어 가변적인 제동 저항(brake resistance)이다.

영구 여기식 동기기를 옴 저항(R) 또는 옴 저항 및 커패시터(RC)의 조합을 구비하는 회로에 연결함으로써, 모터 제동기의 작동은 동기기의 회전 속도에 대하여 최적화되며, 특히 궤도 차량을 위한 신뢰성있는 전기 제동을 실현하는 것이 가능하게 된다.

영구 여기식 동기기의 상기와 같은 회로 연결에서는, 예를 들어 차량의 부하 상태, 모터 특히 자석의 온도, 잉여 조건(redundancy requirements)과 같이 완전히 상이한 경계조건(boundary conditions)이, R 또는 RC의 고정된 크기에 대해, 표준의 또는 조작자에 의해 규정된 제동 감속 한계치가 언제나 유지되지는 않는다는 결과를 초래한다.

제공된 모든 제공 시스템의 동시 작동의 경우에, 즉 지배적 개재(controlling intervention)가 없는 경우에, 몇몇 시스템 상태에서는 감속에 대한 한계치가 초과된다.

이러한 거동은 조작자가 원하는 것이 아니며, 궤도 차량에 대해 신뢰성있는 전기 제동을 사용할 수 없게 한다.

따라서 본원발명은 시스템 상태, 즉 차량의 정해진 경계조건에 직접적으로 종속되도록 제동 시스템의 거동을 최적으로 형성하기 위한 것을 목적으로 하고 있으며, 또한 이로써 오늘날의 차량에 제공되는, (주차된 상태를 위한 기계적 주차용 제동기와는 다른) 완전히 규격화된(fully-rated) 기계적 제동기를 제거할 수 있는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징에 따라 달성되며; 종속 청구항은 본원발명의 바람직한 실시예를 한정한다.

본원발명에 따르면, 전기 구동식 차량, 특히 궤도 차량으로서, 상기 차량에 스프링-저장식(spring-store-based) 마찰 제동기가 장착되고 그 모터 드라이브가 영구 여기식 동기기에 의해 제공되며, 상기 동기기의 단자가 스위치를 경유하여 제동 토크를 발생시키는 장치에 연결되는 전기 구동식 차량의 제동을 위하여, 제공된 모터의 제동 및 상기 스프링 저장식 마찰 제동기를, 차량의 실제 작동 상태 (제동 성능) 및 요구되는 제동값(braking values)에 따라 개별적으로 그리고 연속적으로 작동시키는 제어기 또는 조절기가 작동된다.

시스템 구조에 따라, 각각의 모터의 제동력과 스프링-저장식 마찰 제동기의 제동력이 개별적으로 그리고 서로에 대해 독립적으로 작용하도록 하는 것이 가능하며, 따라서 신뢰성 있는 전체 제동력에 대한 요구를 충족시킬 수 있다.

시스템 상태를 결정하기 위하여, 예를 들어 아래의 차량 작동 변수(operating variables)가 차량의 전체 제동력의 제어/조절을 위한 입력 변수로서 탐지된다:

- 적절한 센서에 의한 감속의 측정,

- 엔진 전류(engine currents)의 측정 및 기계 모델(machine model)에 의한 계산,

- 모터 전압의 제로 크로싱(zero crossings) 측정 및 변화 결정(variance determination)에 의한 감속 결정,

- 모터 또는 매개 회로 전력의 측정,

- 제동 저항(braking resistance)에서의 전력 측정,

- 회전 속도의 측정,

- 온도 측정,

- 공기 스프링 압력 측정과 함께 부하 사이클(load cycle) 측정

실제 특성 곡선(actual characteristic curve)이 측정된 작동값에 따라 형성되고, 요구되는 제동값을 유지하는데 적용할 수 있는 공칭 특성 곡선(nominal characteristic curve)과 비교된다. 음의 공칭/실제 편차(negative nominal/actual deviation), 즉 공칭값(nominal value)의 언더슈팅(undershooting)이 있는 한, 모터를 R 회로 또는 RC 회로에 연결함으로써, 모터의 제동 및 스프링 저장식 마찰 제동기의 제동이, 공차 밴드(tolerance band)를 고려하여, 연속적으로 작동하게 된다.

또한, 차량의 가속도 및 모터의 회전 속도로부터 형성된 실제 특성 곡선이 비-휘발성 메모리(non-volatile memory)에 저장된 공칭 특성 곡선과 비교되며, 음의 공칭/실제 편차의 경우에 스프링-저장식 마찰 제동기 및 모터의 제동이 작용하게 된다.

하나보다 많은 제동 부품(brake component)의 동시적 작동(simultaneous activation)을 방지하는 논리적 잠금 메커니즘(logical lock mechanism)이 바람직하게 제공된다.

그러나 대조적으로 모든 스프링 저장식 마찰 제동기가 함께 작동할 수도 있다.

전기적 그리고 기계적 제동력을 개별적으로 그리고 연속적으로 작동시킬 수 있음으로써, 제공된 제동력을 제어하는 것이 가능하게 되며, 예를 들어 차량의 부하 상태(load state), 모터 특히 자석의 온도와 같은 경계조건의 영향이 보상될 수 있다.

제동 프로파일(braking profile)은 계획 가능한(projectable) 공칭 특성 곡선에 따라 이루어지게 된다. 제동 감속의 요구되는 한계치가 유지된다. 또한, 제동이 이루어질 때 바람직하지 않은 충격(jolt)이 제한된다.

본원발명에 의하여, 신뢰성 있는 전기적 제동의 사용을 얻는 것이 가능하게 되며, 이로써 현재의 차량에 제공되는 완전히 규격화된 기계적 제동기가 없이도 제동할 수 있으며, 전기 구동식 차량의 제동에서의 안락 및 감속 조건(comfort and deceleration demands)을 만족시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 스프링-저장식(spring-store-based) 마찰 제동기들을 구비하며, 영구 여기식동기기들(permanent excited synchronous machines)에 의해 제공되는 모터 구동기를 구비하는 전기 구동 차량의 제동 방법으로서, 상기 동기기들의 전기 접속 단자들이 전기 스위치들을 경유하여 제동 토크를 전기적으로 발생시키는 장치들에 연결되는, 전기 구동 차량의 제동 방법에 있어서,

   제동을 위하여, 제어기 및 조절기 중 하나 이상을 통해, 상기 차량의 작동 상태들 및 요구되는 제동값들에 따라 개별적으로 그리고 연속적으로, 제공된 상기 동기기들 및 상기 스프링-저장식 마찰 제동기들을 작동시키는 단계; 및

   상기 차량의 전체 제동력의 제어 및 조절 중 하나 이상을 위한 입력 변수로서 복수의 작동 조건들을, 제동의 공칭 대(對) 실제의 비교를 결정하기 위해 저장된 특성 맵과 함께 사용하는 것, 측정하는 것, 및 평가하는 것 중 하나 이상을 하는 단계;를 포함하고,

   상기 복수의 작동 조건들이,

   - 하나 이상의 센서에 의한 감속의 측정,

   - 모터 전류의 측정 및 기계 모델에 의한 계산,

   - 모터 전압의 제로 크로싱(zero crossings) 측정 및 변화 결정(variance determination)에 의한 감속 결정,

   - 모터 또는 중간 회로(intermediate circuit) 전력의 측정,

   - 제동 저항에서의 전력 소모 측정,

   - 상기 차량의 휘일들(wheele) 중 하나 이상 또는 상기 휘일들을 회전시키는 작동 수단의 회전 속도의 측정,

   - 상기 차량의 적어도 일부분의 온도 측정,

   - 상기 차량의 현가 장치의 공기 스프링 압력 측정과 함께 부하 사이클 측정,

   인 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동기기들의 제동력 및 상기 스프링-저장식 마찰 제동기들의 제동력이 서로에 대해 독립적으로 제동을 위해 작용되는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제동의 실제 특성 곡선이 측정된 작동값들에 따라 형성되고, 요구되는 제동값들을 유지하는데 적용할 수 있는 제동의 공칭 특성 곡선과 비교되며,

   제동의 공칭 대(對) 실제 편차가 공차(tolerance)보다 큰 경우에 추가적인 엔진 제동기들 또는 스프링-저장식 마찰 제동기들이 작동되는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   논리 회로를 포함하는 논리적 잠금 메커니즘에 의하여, 하나보다 많은 제동 부품의 동시적 작동이 방지되는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   모든 스프링-저장식 마찰 제동기들이 함께 작동하는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   모터의 제동 및 스프링-저장식 마찰 제동기의 제동이, 비작동 상태가 될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
7. 제1항에 있어서,

   제동 토크를 전기적으로 발생시키는 장치 중 하나 이상에 커패시터가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는,

   전기 구동 차량의 제동 방법.
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