KR20090046110A - 철도차량의 재점착슬립제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 재점착슬립제어 방법으로서, 레일 위를 달리는 철도차량의 차륜에 공전이 발생했을때 능동적으로 점착력이 최대가 되는 구동전동기의 토크를 찾아서 이를 유지할 수 있는 재점착슬립제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동전동차의 각 차륜의 축들과 연결된 구동전동기들로부터 속도를 측정하는 제1 단계와, 상기 구동전동기들의 속도로부터 가속도를 계산하는 제2 단계와, 상기 구동전동기들의 가속도 변화를 분석하여 상기 각 차륜들의 공전 여부를 판단하는 제3 단계와, 상기 차륜들의 공전이 검지되면 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않을 때까지 상기 구동전동기의 토크를 저감시키는 제4 단계와, 상기 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않는 상태가 일정기간 유지되는지를 확인하는 제5 단계와, 상기 구동전동기의 토크를 일정 증가시켜 차륜의 공전이 적은 토크로 회복시키는 제6 단계를 포함하며, 상기 제1 단계부터 상기 제6 단계까지 계속적으로 반복하여 재점착슬립제어를 수행함으로서 공전이 발생하지 않는 최적 토크를 찾아가는 것을 특징으로 한다.

재점착, 차륜, 레일, 공전, 슬립

Description

철도차량의 재점착슬립제어 방법 { SLIP CONTROL METHOD FOR TRAIN }

본 발명은 철도차량의 재점착슬립제어 방법으로서, 보다 구체적으로는 철도차량의 차륜에 대한 공전(SLIP) 검지시 재점착을 달성하기 위한 재점착슬립제어방법에 관한 것이다.

철도차량에 있어서 레일 위로 주행하고 있는 차륜에 속도변화를 위한 토크가 가해지면 어느 단계까지는 레일과 차륜 사이의 점착력이 증가하지만, 그 후에는 점착력이 감소하여 가감속시 공전(SLIP), 제동시에는 활주(SKID)하는 상태가 된다.

일반적으로 철도차량의 차륜과 레일 사이의 공전 또는 활주 현상은 눈 또는 비에 의해 차륜과 선로 사이의 점착력이 감소될때 발생하는데, 최근의 철도차량은 알루미늄 차체를 사용하여 경량화되어 있기 때문에 상기와 같은 공전 또는 활주 현상의 발생 가능성이 더욱 크다. 이처럼 철도차량의 차륜이 공전 또는 활주하게 되면 차륜과 레일 표면에 마모를 유기하여 차륜과 레일을 손상시키고 수명을 단축시킨다.

종래에는 도 6에 도시된 바와 같이 철도차량 차륜의 공전을 막고 재점착을 확보하기 위해서 공전검지시 구동전동기의 토크를 감소시켰다가 순차적으로 증가시 키는 공전제어방식으로 재점착슬립제어를 했다.

하지만, 이와 같은 단순한 재점착슬립제어방법은 정해진 토크를 계속 유지하도록 되어 있기 때문에 철도차량에서 공전이 발생할 때마다 차륜과 선로 사이의 공전을 방지하고 점착력을 강화시킬 순 있었지만 능동적으로 점착력이 최대인 상태를 찾고 유지할 수 없었다. 또한 레일 상태가 길고 불안정한 경우 공전현상이 반복적으로 일어나게 되고, 이에 따라 재점착확보를 위해 구동전동기에 대한 토크 저감과 토크 회복이 반복되기 때문 전동차의 운행시 가속도 변화율(JERK)이 불안정하게 되어 승차감이 저하되게 된다.

본 발명은 전술한 종래의 철도차량의 재점착슬립제어방법의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 레일 위를 달리는 철도차량의 차륜에 공전이 발생했을때 능동적으로 점착력이 최대가 되는 구동전동기의 토크를 찾아서 이를 유지할 수 있는 재점착슬립제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 철도차량의 재점착습립제어기법으로서, 구동전동차의 각 차륜의 축들과 연결된 구동전동기들로부터 속도를 측정하는 제1 단계와, 상기 구동전동기들의 속도로부터 가속도를 계산하는 제2 단계와, 상기 구동전동기들의 가속도 변화를 분석하여 상기 각 차륜들의 공전 여부를 판단하는 제3 단계와, 상기 차륜들의 공전이 검지되면 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않을 때까지 상기 구동전동기의 토크를 저감시키는 제4 단계와, 상기 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않는 상태가 일정기간 유지되는지를 확인하는 제5 단계와, 상기 구동전동기의 토크를 일정 증가시켜 차륜의 공전이 적은 토크로 회복시키는 제6 단계를 포함하며, 상기 제1 단계부터 상기 제6 단계까지 계속적으로 반복하여 재점착슬립제어를 수행함으로서 공전이 발생하지 않는 최적 토크를 찾아가는 것을 특징으로 한다.

이를 통하여 공전이 발생하였을때 공전이 발생하지 않는 최적의 토크를 자동으로 확보하여 상기 레일과 차륜의 점착력을 최대로 만들고 운송효율을 극대화할 수 있다.

상기 제5 단계는, 상기 구동전동기의 토크를 일정부분 회복된 제1 토크로 만드는 단계와, 상기 구동전동기에 대하여 철도차량의 차륜에 공전이 발생하기 직전의 구동전동기의 최초 토크와, 재점착슬립제어과정에서 상기 구동전동기의 토크가 저감되어 상기 차륜의 공전이 멈출 때의 상기 구동전동기의 저감된 토크 사이의 토크인 제1 토크를 일정시간 유지하여 상기 차륜이 레일에 대하여 상기 제1 토크에 대한 점착력을 확보하도록 하는 단계와, 상기 구동전동기의 토크를 목표치인 제2 토크로 회복시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 통해 상기 구동전동기가 토크를 회복하는 도중 일정기간 상기 차륜이 점착력을 확보하도록 함으로서 상기 구동전동기의 토크 회복에 따른 차륜의 점착력 상실을 예방할 수 있다.

또한, 상기 제1 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 최초 토크와 공전이 멈춘 저감된 토크를 비교할때 그 차이의 40%와 상기 저감된 토크가 더해진 토크이며, 상기 제2 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 최초 토크와 상기 제1 토크를 비교할때 그 차이의 90%와 상기 제1 토크가 더해진 토크인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 철도차량의 재점착슬립제어방법에 의하면 선로와 차륜의 상태에 따라 재점착슬립제어를 능동적으로 이루어지게 함으로서 차륜과 선로 사이의 점착력을 최대로 만들고 견인력의 감소를 최소화하여 운송 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐 아니라 철도차량 구동전동기의 가속도 변화율을 안정화시켜 승차감을 좋게 만들 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 변형이 가능하며, 본 발명으로 한정하는 것이 아니다.

도 1 은 본 발명에 따른 철도차량의 재점착슬립제어방법의 과정을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 철도차량의 구동전동기들이 추진제어장치에 의해 제어되는 모습을 도시한 구성도이다.

본 발명에 따른 철도차량의 재점착슬립제어는 구동전동차(230)의 각 차륜(210,211,212,213)들의 축을 구동시키는 구동전동기(220,221,222,223)들을 제어하는 추진제어장치(240)에 의해 이루어진다.

철도차량이 움직이기 시작하면 도 1에 도시된 바와 같이 추진제어장치(240)에 의해 재점착슬립제어 과정이 시작된다.

상기 재점착슬립제어 과정을 살펴보면, 먼저 상기 추진제어장치(240)의 구동전동기(220,221,222,223)들의 속도를 감지하는 속도센서(미도시)들로부터 각 구동전동기(220,221,222,223)들의 속도가 측정된다(S110).

그리고, 상기 추진제어장치(240)의 PGI(Pulse Generator Input)보드(미도시)를 통해 상기 각 구동전동기(220,221,222,223)들의 속도로부터 각 구동전동 기(220,221,222,223)들의 가속도가 계산된다(S120).

또한, 상기 추진제어장치(240)의 DSP(Digital Signal Processor)보드(미도시)를 통해 각 구동전동기(220,221,222,223)의 가속도 변화를 분석하여 철도차량의 각 차륜(210,211,212,213)들에 대한 공전 여부가 판단된다(S130).

상기 차륜(210,211,212,213)들 중 한 차륜도 공전이 발생하지 않았다면 상기 추진제어장치(240)는 상기 각 구동전동기(220,221,222,223)들이 현재의 토크를 그대로 유지하고 운행을 하도록 한다(S140).

하지만 상기 차륜(210,211,212,213)들 중 한 차륜이라도 공전이 발생했다면 상기 추진제어장치(240)는 상기 공전이 발생한 차륜을 구동시키는 구동전동기에 대한 재점착슬립제어를 시행하여 상기 차륜이 점착력을 회복하도록 한다(S150).

도 3은 본 발명의 재점착슬립제어방법에 따라 등속도 운동을 하던 철도차량 차륜에 공전이 발생할때 구동전동기의 속도와 가속도가 변화되는 모습을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량의 재점착슬립제어방법의 실행과정 중 구동전동기의 토크에 대한 시간적 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 최초 토크 상태로 등속도 운행하던 철도차량의 차륜이 시점a에 이르러 공전을 시작하게 되면 상기 차륜을 구동시키는 구동전동기의 가속도가 (+)상태가 되면서 상기 구동전동기의 속도가 올라가게 된다.

이때 상기 추진제어장치(240)에서 속도가 빨라진 구동전동기의 가속도를 분석하여 상기 구동전동기에 의해 구동되는 차륜에 공전이 발생하고 있음을 검지하게 되면 상기 구동전동기에 대한 재점착슬립제어를 시작하게 되고, 이에 따라 상기 구 동전동기의 속도와 가속도가 원상태로 복귀되어 상기 공전이 없어지는 시점b까지 상기 구동전동기에 대한 전류량을 제어하여 토크를 저감하게 된다.

도 4에서 시점b부터 시점c까지 상기 구동전동기의 토크가 저감된 상태가 유지되는 일정시간 동안 상기 철도차량의 차륜에 공전이 검지되지 않으면 시점c부터 시점d까지 일정시간 동안 상기 구동전동기에 대한 전류량을 증가시켜 상기 구동전동기의 토크를 제1 토크로 회복시킨다. 그리고 시점d부터 시점e까지 상기 구동전동기의 토크가 일정시간 유지되는 동안 상기 철도차량의 차륜에 공전이 검지되지 않으면, 시점e부터 시점f까지 일정시간 동안 상기 구동전동기의 전류량을 증가시켜 상기 구동전동기의 토크를 제2 토크로 회복시킨다. 시점f 이후 상기 철도차량 차륜에 공전이 검지되지 않으면 상기 구동전동기가 현재의 토크를 유지하고 운행을 계속하도록 한다.

상기 제1 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 최초 토크와 공전이 멈춘 저감된 토크를 비교할때 그 차이의 40%와 상기 저감된 토크가 더해진 토크이며, 상기 제2 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 토크와 상기 제1 토크를 비교할때 그 차이의 90%와 상기 제1 토크가 더해진 토크이다.

도 5는 차륜의 공전이 반복될때 본 발명의 재점착슬립제어 과정을 통해 상기 구동전동기에 최적의 토크가 확보되어 가는 과정을 도시한 그래프이다.

본 발명의 바람직한 예에 따른 재점착슬립제어에 따르면 레일과 철도차량 차륜 사이의 마찰력이 떨어진 상태에서 도 6처럼 상기 차륜에 공전이 반복되는 것을 방지하기 위하여 여러 차례의 재점착슬립제어 과정을 거쳐 최적의 토크가 확보되도록 되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 철도차량의 차륜에 제1 공전이 발생하면 상기 차륜을 구동시키는 구동전동기에 상기 제1 공전에 대한 가속도가 발생하게 되고 이에 따라 상기 구동전동기의 속도가 올라간다. 상기 구동전동기의 속도로부터 구동전동기의 가속도 변화를 감지한 철도차량의 추진제어장치(240)에 의해 상기 구동전동기에 대한 재점착슬립제어가 이루어져서 상기 구동전동기의 토크는 최초 토크에서 공전이 멈추는 저감된 토크까지 내려갔다가, 상기 최초 토크와 상기 저감된 토크 간의 차이의 90%와 상기 저감된 토크를 합한 크기의 제2-1 토크로 회복된다.

그런데, 상기 차륜에 제2 공전이 발생하면 이를 감지한 철도차량의 추진제어장치(240)에서는 상기 차륜에 대한 상기와 같은 방식의 재점착슬립제어를 수행하여 상기 구동전동기의 토크는 공전이 멈추는 저감된 토크까지 내려갔다가 제2-1 토크와 상기 저감된 토크 간의 차이의 90%와 저감된 토크를 합한 크기의 제2-2 토크로 회복된다.

계속해서 상기 차륜에 제3 공전과 제4 공전이 발생하면 상기 추진제어장치(240)에 의해 재점착슬립제어가 반복적으로 수행되어 상기 차륜을 구동시키는 구동전동기의 토크가 더 이상 공전이 발생하지 않는 제2-4 토크로 변경됨으로서 최적의 토크가 확보된다.

도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 재점착슬립제어방법의 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 철도차량의 구동전동기들이 추진제어장치에 의해 제어되는 모습을 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명의 재점착슬립제어방법에 따라 등속도 운동을 하던 철도차량 차륜에 공전이 발생할때 구동전동기의 속도와 가속도가 변화되는 모습을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 철도차량의 재점착슬립제어방법의 실행과정 중 구동전동기의 토크에 대한 시간적 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 차륜의 공전이 반복될때 본 발명의 재점착슬립제어 과정을 통해 상기 구동전동기에 최적의 토크가 확보되어 가는 과정을 도시한 그래프이다.

도 6은 차륜의 공전이 반복될때 종래의 재점착슬립제어 방법에 의한 구동전동기의 토크 변화를 도시한 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

210,211,212,213:차륜 220,221,222,223:구동전동기

230:구동전동차 240:추진제어장치

621:공전

Claims (3)

1. 철도차량의 재점착슬립제어방법으로서,

   구동전동차의 각 차륜의 축들과 연결된 구동전동기들로부터 속도를 측정하는 제1 단계와,

   상기 구동전동기들의 속도로부터 가속도를 계산하는 제2 단계와,

   상기 구동전동기들의 가속도 변화를 분석하여 상기 각 차륜들의 공전 여부를 판단하는 제3 단계와,

   상기 차륜들의 공전이 검지되면 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않을 때까지 상기 구동전동기의 토크를 저감시키는 제4 단계와,

   상기 구동전동기의 속도로부터 차륜의 공전이 검지되지 않는 상태가 일정기간 유지되는지를 확인하는 제5 단계와,

   상기 구동전동기의 토크를 일정 증가시켜 차륜의 공전이 적은 토크로 회복시키는 제6 단계를 포함하며,

   상기 제1 단계부터 상기 제6 단계까지 계속적으로 반복하여 재점착슬립제어를 수행함으로서 공전이 발생하지 않는 최적 토크를 찾아가는 것을 특징으로 하는 철도차량의 재점착슬립제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제5 단계는,

   상기 구동전동기의 토크를 일정부분 회복된 제1 토크로 만드는 단계와,

   상기 구동전동기에 대하여 철도차량의 차륜에 공전이 발생하기 직전의 구동전동기의 최초 토크와, 재점착슬립제어과정에서 상기 구동전동기의 토크가 저감되어 상기 차륜의 공전이 멈출 때의 상기 구동전동기의 저감된 토크 사이의 토크인 제1 토크를 일정시간 유지하여 상기 차륜이 레일에 대하여 상기 제1 토크에 대한 점착력을 확보하도록 하는 단계와,

   상기 구동전동기의 토크를 목표치인 제2 토크로 회복시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 재점착슬립제어방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 최초 토크와 공전이 멈춘 저감된 토크를 비교할때 그 차이의 40%와 상기 저감된 토크가 더해진 토크이며,

   상기 제2 토크는 차륜의 공전이 발생하기 전의 구동전동기의 최초 토크와 상기 제1 토크를 비교할때 그 차이의 90%와 상기 제1 토크가 더해진 토크인 것을 특징으로 하는 철도차량의 재점착슬립제어방법.

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