RU2804825C2 - Method for controlling a railway vehicle, controller and railway vehicle - Google Patents
Method for controlling a railway vehicle, controller and railway vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804825C2 RU2804825C2 RU2020100023A RU2020100023A RU2804825C2 RU 2804825 C2 RU2804825 C2 RU 2804825C2 RU 2020100023 A RU2020100023 A RU 2020100023A RU 2020100023 A RU2020100023 A RU 2020100023A RU 2804825 C2 RU2804825 C2 RU 2804825C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- torque
- railway vehicle
- wheel
- speed
- controller
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу управления железнодорожным транспортным средством, содержащим контроллер двигателя для электрической машины, воздействующей по меньшей мере на одно колесо железнодорожного транспортного средства.The present invention relates to a method for controlling a railway vehicle, comprising a motor controller for an electrical machine driving at least one wheel of the railway vehicle.
Кроме того, настоящее изобретение относится к контроллеру крутящего момента для железнодорожного транспортного средства, содержащего контроллер двигателя для электрической машины, воздействующей по меньшей мере на одно колесо железнодорожного транспортного средства.Furthermore, the present invention relates to a torque controller for a railway vehicle, comprising a motor controller for an electrical machine driving at least one wheel of the railway vehicle.
Наконец, настоящее изобретение относится к железнодорожному транспортному средству, содержащему такой контроллер, и компьютерному программному продукту.Finally, the present invention relates to a railway vehicle comprising such a controller and a computer program product.
Противоскользящие устройства в соответствии с существующим уровнем техники выполняют функцию управления антиблокировочной системой (ABC), обычно поддерживая усилие на пределе сцепления посредством порога скорости, ускорения и рывка. Обычно применяют две стратегии. Первая стратегия нацелена на исключение ("ослабление") пробуксовки, чтобы функционировать в диапазоне микропроскальзывания кривой сцепления, насколько это возможно. Первая стратегия требует быстрой модуляции крутящего момента, создавая периодический треугольный исходный профиль крутящего момента. Вторая нацелена на "удержание" постоянной величины пробуксовки, чтобы воспользоваться преимуществом очищающего действия вследствие увеличения температуры поверхности колеса (регенерация сцепления). Вторая стратегия, регулирующая постоянную величину пробуксовки, должна применять менее переменное усилие, но, принимая заранее определенные пороги пробуксовки/скольжения колеса, ускорения и рывка, в реальных приложениях усилие на колесе и скорость вращения колеса иногда могут вызывать нежелательные колебания.Anti-skid devices in the prior art perform the function of controlling the anti-lock braking system (ABC), typically maintaining the force at the traction limit through a threshold of speed, acceleration and jerk. Two strategies are usually used. The first strategy aims to eliminate ("reduce") slippage in order to operate within the micro-slip range of the clutch curve as much as possible. The first strategy requires rapid torque modulation, creating a periodic triangular initial torque profile. The second aims to "hold" a constant amount of slip to take advantage of the cleaning action due to the increase in wheel surface temperature (clutch regeneration). The second strategy, controlling a constant amount of slip, would apply a less variable force, but by assuming predefined thresholds for wheel slip/slip, acceleration, and jerk, in real-world applications wheel force and wheel speed can sometimes cause unwanted fluctuations.
В публикации "Adaptive nonlinear control of braking in railway vehicles" Капорале (Caporale) и др., "52-nd IEEE Conference on Decision and Control", 10-13 декабря 2013 г., Флоренция, Италия, раскрыта методика функционирования антипробуксовочной системы в железнодорожных транспортных средствах. В статье раскрыта упрощенная модель для оценки кривой сцепления.In the publication "Adaptive nonlinear control of braking in railway vehicles" Caporale et al., "52nd IEEE Conference on Decision and Control", December 10-13, 2013, Florence, Italy, the methodology for the functioning of the traction control system in railway vehicles. The article discloses a simplified model for estimating the adhesion curve.
Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить эталонный крутящий момент настолько постоянным, насколько это возможно, чтобы предотвратить возбуждение возможного резонанса трансмиссий и следовать изменяющимся условиям рельса.The purpose of the invention is to provide a reference torque as constant as possible to prevent the excitation of possible transmission resonance and to follow changing rail conditions.
В соответствии с аспектом предложен способ управления железнодорожным транспортным средством, содержащим контроллер двигателя для электрической машины, воздействующей по меньшей мере на одно колесо железнодорожного транспортного средства. Способ включает:In accordance with an aspect, there is provided a method for controlling a railroad vehicle comprising a motor controller for an electrical machine operating at least one wheel of the railroad vehicle. The method includes:
- получение запроса крутящего момента от центрального контроллера;- receiving a torque request from the central controller;
- определение фактической скорости железнодорожного транспортного средства;- determination of the actual speed of a railway vehicle;
- определение фактической скорости вращения колеса железнодорожного транспортного средства; - получение расчетного крутящего момента от контроллера двигателя;- determination of the actual speed of rotation of a wheel of a railway vehicle; - obtaining the calculated torque from the engine controller;
- оценку максимального коэффициента сцепления на основе скорости вращения колеса и расчетного крутящего момента, полученного от контроллера двигателя;- estimation of the maximum coefficient of adhesion based on the wheel speed and the estimated torque received from the engine controller;
- определение эталонного крутящего момента на основе оцененного коэффициента сцепления; и- determination of the reference torque based on the estimated adhesion coefficient; And
- предоставление эталонного крутящего момента контроллеру двигателя.- providing a reference torque to the motor controller.
В соответствии с вариантами осуществления настоящее изобретение может включать в себя один или несколько следующих признаков:In accordance with embodiments, the present invention may include one or more of the following features:
- главный контроллер получает данные от машиниста железнодорожного транспортного средства и/или системы безопасности поезда;- the main controller receives data from the driver of the railway vehicle and/or the train safety system;
- для оценки максимального коэффициента сцепления используют линейный фильтр;- to estimate the maximum adhesion coefficient, a linear filter is used;
- линейный фильтр представляет собой фильтр Калмана;- the linear filter is a Kalman filter;
- электрическую машину используют для ускорения или замедления железнодорожного транспортного средства;- an electric machine is used to accelerate or decelerate a railway vehicle;
- расчетный крутящий момент основан на напряжении, измеренном на входе инвертора и/или на фазовых токах электрической машины;- the calculated torque is based on the voltage measured at the inverter input and/or on the phase currents of the electrical machine;
- для оценки максимального сцепления применяют модель с тремя параметрами, в частности, с использованием следующего уравнения:- to estimate the maximum adhesion, a three-parameter model is used, in particular using the following equation:
, ,
где – вектор независимых переменных в регрессии, аWhere is the vector of independent variables in regression, and
- вектор параметров, μ – сцепление, и σ – пробуксовка. - vector of parameters, μ – clutch, and σ – slip.
- эталонный крутящий момент рассчитывают для каждой моторизованной оси отдельно, причем моторизованная ось представляет собой ось, на которую воздействует электрическая машина;- the reference torque is calculated for each motorized axis separately, the motorized axis being the axis that is acted upon by the electric machine;
- электрическая машина представляет собой электрическую машину с постоянными магнитами или асинхронный двигатель;- the electric machine is a permanent magnet electric machine or an asynchronous motor;
- управление с обратной связью используют для определения эталонного крутящего момента;- feedback control is used to determine the reference torque;
- в управлении с обратной связью используют PI- или PID-регуляторы; и/или- in feedback control, PI or PID controllers are used; and/or
- используют разницу между оптимальной скоростью вращения колеса и фактической скоростью вращения колеса, при этом оптимальную скорость вращения колеса определяют на основе максимального коэффициента сцепления.- use the difference between the optimal wheel speed and the actual wheel speed, with the optimal wheel speed being determined based on the maximum coefficient of adhesion.
В соответствии с другим аспектом предложен контроллер крутящего момента для железнодорожного транспортного средства, содержащего контроллер двигателя для электрической машины, воздействующий, по меньшей мере, на одно колесо железнодорожного транспортного средства, причем контроллер крутящего момента приспособлен для того, чтобыAccording to another aspect, there is provided a torque controller for a railroad vehicle, comprising a motor controller for an electrical machine acting on at least one wheel of the railroad vehicle, wherein the torque controller is adapted to
- получать запрос крутящего момента от центрального контроллера; - получать или оценивать фактическую скорость железнодорожного транспортного средства;- receive a torque request from the central controller; - obtain or estimate the actual speed of a railway vehicle;
- получать фактическую скорость вращения колеса железнодорожного транспортного средства; - получать расчетный крутящий момент от контроллера двигателя;- obtain the actual speed of rotation of the wheel of a railway vehicle; - receive calculated torque from the motor controller;
- оценивать максимальный коэффициент сцепления на основе скорости вращения колеса и расчетного крутящего момента, полученного от контроллера двигателя;- estimate the maximum coefficient of adhesion based on the wheel speed and the calculated torque received from the engine controller;
- определять эталонный крутящий момент на основе оцененного коэффициента сцепления; и- determine the reference torque based on the estimated adhesion coefficient; And
- отправлять эталонный крутящий момент на контроллер двигателя.- send reference torque to the motor controller.
В соответствии с еще одним аспектом предложено железнодорожное транспортное средство, содержащее контроллер двигателя для электрической машины, воздействующей по меньшей мере на одно колесо железнодорожного транспортного средства, множество колес, один или несколько датчиков 14 колес для определения скорости вращения колес, при этом железнодорожное транспортное средство содержит контроллер крутящего момента в соответствии с вариантом осуществления, описанным в данном документе.In accordance with yet another aspect, a railroad vehicle is provided including a motor controller for an electrical machine operating at least one wheel of the railroad vehicle, a plurality of wheels, one or
Наконец, настоящее изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему команды для реализации способа в соответствии с вариантом осуществления, описанным в данном документе, при загрузке и исполнении на процессоре.Finally, the present invention relates to a computer program product containing instructions for implementing a method in accordance with the embodiment described herein when loaded and executed on a processor.
Так что способ, при котором вышеприведенные признаки настоящего изобретения можно понять в деталях, более конкретное описание изобретения, кратко изложенное выше, можно читать со ссылкой на варианты осуществления. Сопровождающие чертежи относятся к вариантам осуществления изобретения и описаны следующим образом:So that the manner in which the above features of the present invention can be understood in detail, the more specific description of the invention summarized above can be read with reference to the embodiments. The accompanying drawings relate to embodiments of the invention and are described as follows:
На фиг. 1 схематично показано железнодорожное транспортное средство;In fig. 1 schematically shows a railway vehicle;
на фиг. 2 схематично показана блок-схема контроллера в соответствии с изобретением;in fig. 2 is a schematic block diagram of a controller in accordance with the invention;
на фиг. 3 показана принципиальная блок-схема для определения эталонного крутящего момента;in fig. 3 shows a schematic block diagram for determining the reference torque;
на фиг. 4 схематически показаны кривые сцепления в зависимости от продольной пробуксовки;in fig. 4 schematically shows the adhesion curves depending on the longitudinal slip;
на фиг. 5 схематически показана кривая крутящих моментов; и кривая скорости поезда и скорости колеса, иin fig. 5 schematically shows the torque curve; and the curve of train speed and wheel speed, and
на фиг. 6 показана принципиальная блок-схема для определения эталонного крутящего момента в соответствии с изобретением.in fig. 6 is a schematic block diagram for determining a reference torque in accordance with the invention.
На фиг. 1 показано железнодорожное транспортное средство 1, перемещающееся по рельсам 2. Железнодорожное транспортное средство 1 включает в себя колеса 3, которые приводят в движение посредством по меньшей мере одной электрической машины 5. Далее упоминается только одна электрическая машина 5, однако варианты осуществления относятся также к железнодорожным транспортным средствам с несколькими электрическими машинами 5. Электрическая машина 5 предназначена для ускорения и замедления колес 3. Кроме того, железнодорожное транспортное средство включает в себя контроллер 7 двигателя. Инвертор 8 подает питание на электрическую машину. Контроллер 7 двигателя управляет состоянием электрической машины 5 и оценивает крутящий момент Test двигателя по измерению фазных токов электрической машины 5 и по измерению или оценке фазных напряжений электрической машины 5, которые можно вывести из измерения напряжения на шине постоянного тока, тока на входе инвертора и состояния команд инвертора.In fig. 1 shows a
В соответствии с вариантом осуществления электрическая машина 5 представляет собой машину с постоянными магнитами. В другом варианте осуществления электрическая машина представляет собой асинхронный двигатель.According to an embodiment, the
Железнодорожное транспортное средство также содержит центральный контроллер 9, который приспособлен для приема команд машиниста или другой системы, которые определяют эталонную скорость и/или эталонный крутящий момент Tref для колес 3. Другими словами, Tref соответствует запросу крутящего момента. Например, другая система может представлять собой систему безопасности поезда, например, такую как Европейская система управления движением поездов.The railway vehicle also includes a central controller 9 that is adapted to receive commands from a driver or other system that determine a reference speed and/or a reference torque T ref for the wheels 3. In other words, T ref corresponds to a torque request. For example, another system may be a train safety system, such as the European Train Control System.
В варианте осуществления железнодорожное транспортное средство 1 включает в себя по меньшей мере один датчик 12 скорости для определения скорости v железнодорожного транспортного средства 1. В качестве альтернативы, скорость v железнодорожного транспортного средства 1 может быть оценена путем уточнения измеренной скорости колес, выполняемого устройством ABC. Кроме того, железнодорожное транспортное средство 1 имеет один или несколько датчиков 14 колес для определения скорости ω вращения колес 3. В варианте осуществления, который может быть объединен с другими вариантами осуществления, описанными в данном документе, железнодорожное транспортное средство 1 включает в себя контроллер 16 крутящего момента. В соответствии с вариантом осуществления контроллер крутящего момента представляет собой устройство управления антиблокировочной системой (ABC). Контроллер 16 крутящего момента выполнен с возможностью вычисления эталонного крутящего момента, который затем подают на контроллер 7 двигателя. В варианте осуществления контроллер 16 крутящего момента соединен с контроллером 7 двигателя, чтобы получать вычисленный крутящий момент двигателя. Кроме того, контроллер 16 крутящего момента соединен с главным контроллером 9, чтобы принимать запрос Tref крутящего момента. Кроме того, контроллер 16 крутящего момента прямо или опосредовано соединен с датчиком 12 скорости и датчиком 14 колеса, чтобы принимать данные для определения фактической скорости железнодорожного транспортного средства 1 и скорости вращения колес 3. В варианте осуществления контроллер 16 крутящего момента выполнен с возможностью использования выходного сигнала одного или нескольких датчиков 14 колес для оценки скорости v железнодорожного транспортного средства 1.In an embodiment, the
В варианте осуществления центральный контроллер 9, контроллер 7 двигателя и/или контроллер 16 крутящего момента выполнены в виде одного контроллера или двух или нескольких контроллеров.In an embodiment, the central controller 9, the
Контроллер 16 крутящего момента предусмотрен для предотвращения скольжения или пробуксовки колес 3. Например, контроллер 16 крутящего момента выполнен с возможностью вычисления максимального сцепления между колесами 3 и рельсом 2.The
На фиг. 2 более подробно показаны блоки, предусмотренные в контроллере 16 крутящего момента. Первый блок 20 предназначен для оценки максимального сцепления (µest) железнодорожного транспортного средства 1, в частности колес 3, с рельсом. Кроме того, первый блок 20 вычисляет оптимальную скорость вращения колеса ω0, пробуксовку σ и абсолютное значение пробуксовки σAbsolute. Первый блок 20 также предоставляет в качестве выходного сигнала (фактическую) скорость ω колеса.In fig. 2 shows the units provided in the
Как уже описано выше, сцепление µ колеса с рельсом зависит от состояния поверхности колеса/рельса (например, сухая или мокрая) и от скорости v железнодорожного транспортного средства. Скольжение или пробуксовка зависит от сцепления µ, от скорости вращения колес 3, от скорости v железнодорожного транспортного средства 1 и от фактической езды или усилия торможения. Другими словами, скольжение или пробуксовка – это разница между тангенциальной скоростью колеса (в точке контакта на рельсе) и скоростью v железнодорожного транспортного средства 1.As already described above, the adhesion µ of a wheel to a rail depends on the condition of the wheel/rail surface (for example, dry or wet) and on the speed v of the railway vehicle. The sliding or slipping depends on the clutch µ, on the rotational speed of the wheels 3, on the speed v of the
Кроме того, второй блок 22 выполнен с возможностью вычисления крутящего момента Tcontr, который должен быть передан электрической машиной 5 на колесо 3. В соответствии с вариантами осуществления второй блок 22 реализует управление как таковое.In addition, the
Крутящий момент колеса 3 зависит от крутящего момента электрической машины 5. Выходной крутящий момент Tcontr второго блока 22 приспособлен для подачи на контроллер 7 двигателя. Второй блок 22 выполнен с возможностью управления крутящим моментом на основе оцененного максимального сцепления µest от первого блока 20, пробуксовки σ и запроса Tref крутящего момента, предоставляемого центральным контроллером 9.The torque of the wheel 3 depends on the torque of the
В варианте осуществления контроллер 16 крутящего момента, в частности второй блок 22, включает в себя первое устройство выбора, предназначенное для выбора того, предоставляется ли эталонный крутящий момент Tref непосредственно как выходной крутящий момент Tcontr или нет. В дополнительном примере контроллер 16 крутящего момента, в частности второй блок 22, включает в себя второе устройство выбора, предназначенное для проведения различия между тягой и торможением. Эту информацию передают от второго блока на первый блок 20. Например, второй блок 22 предоставляет значения TSWITSCH и TBSWITCH первому блоку 20.In an embodiment, the
TSWITCH - это логическое (или булево) значение, которое равно 0 (ложь) или 1 (истина). Если TSWITCH равно 0, то эталонный крутящий момент Tcontr, передаваемый двигателю, представляет собой значение Tref, определяемое машинистом. Если TSWITCH равно 1, то крутящий момент Tref больше не задают в качестве выходного, а рассчитывают выход Tcontr для использования максимально доступной силы сцепления. Этот сигнал всегда меньше или равен (по абсолютной величине) задаваемому машинистом крутящему моменту Tref. TBSWITCH - еще одно логическое значение, позволяющее различать тягу и торможение.TSWITCH is a logical (or boolean) value that is 0 (false) or 1 (true). If TSWITCH is 0, then the reference torque T contr transmitted to the engine is the value T ref determined by the driver. If TSWITCH is equal to 1, then the torque T ref is no longer set as an output, but the output T contr is calculated to use the maximum available adhesion force. This signal is always less than or equal (in absolute value) to the torque T ref set by the driver. TBSWITCH is another boolean value that allows you to differentiate between traction and braking.
Первый блок 20 и, следовательно, контроллер 16 крутящего момента выполнены с возможностью определять оптимальную скорость ω0 колеса и/или максимальное сцепление µest на основе скорости v железнодорожного транспортного средства, скорости ω вращения колеса и рассчитанного крутящего момента Test, полученного от контроллера 7 двигателя.The
На фиг. 3 показана блок-схема различных компонентов, выполненных в контроллере 16 крутящего момента.In fig. 3 shows a block diagram of various components included in the
В блоке 24 реализован линейный фильтр для оценки максимального сцепления µest и для вычисления крутящего момента Tcomp.
Например, линейный фильтр использует Тest и скорость ω вращения колеса для расчета оценки максимального сцепления µest. В варианте осуществления для этой цели применяют фильтр Калмана.For example, a linear filter uses T est and wheel speed ω to calculate an estimate of maximum grip µ est . In an embodiment, a Kalman filter is used for this purpose.
Фильтр приспособлен для расчета кривой сцепления. Например, для этого используют кривую сцепления, как описано в статье "Adaptive nonlinear control of braking in railway vehicles" Капорале (Caporale) и др., "52-nd Conference on Decision and Control", 10-13 декабря 2013 г., Флоренция, Италия.The filter is adapted to calculate the adhesion curve. For example, the adhesion curve is used for this, as described in the article "Adaptive nonlinear control of braking in railway vehicles" by Caporale et al., "52nd Conference on Decision and Control", December 10-13, 2013, Florence , Italy.
Кривую сцепления рассчитывают на основе следующего уравнения:The adhesion curve is calculated based on the following equation:
Уравнение (1), Equation (1),
где - вектор независимых переменных в регрессии, а
- вектор параметров. Другими словами, очевидно, что θ1=a, θ2=b и θ3=c.Уравнение (1) предоставляет упрощенную модель с тремя параметрами, и ее используют для оценки максимального сцепления в блоке 24. Это функция продольной пробуксовки σ и трех параметров a, b и c. На фиг. 4 показаны кривые в соответствии с уравнением (1) по сравнению с моделью, представленной Полачом (Polach) в статье "Creep forces in simulations of traction vehicles on adhesion limit", WEAR 258, pp. 992-1000, 2005, издательство "Elservier".Where is the vector of independent variables in regression, and
- vector of parameters. In other words, it is clear that θ 1 =a, θ 2 =b and θ 3 =c. Equation (1) provides a simplified three-parameter model and is used to estimate the maximum adhesion in
Кривые, вычисленные в соответствии с работой Полача, являются сплошными, в то время как кривые, полученные в соответствии с вышеприведенным уравнением, являются пунктирными. Кривые приведены для нескольких скоростей железнодорожного транспорта, в данном случае для нескольких скоростей трамвая. Следует отметить, что левая часть кривой сцепления, где расположен пик, является достаточно точной, в то время как в правой части по меньшей мере знак производной от подогнанной кривой соответствует модели.The curves calculated according to Polach's work are solid, while the curves obtained according to the above equation are dotted. The curves are shown for several railway speeds, in this case for several tram speeds. It should be noted that the left side of the coupling curve, where the peak is located, is quite accurate, while on the right side at least the sign of the derivative of the fitted curve matches the model.
По сравнению с более сложной оценкой по Полачу параметры в соответствии с уравнением (1) вычисляются более просто, в частности, в режиме реального времени. Другими словами, три параметра a, b и c способны описывать все виды поведения, с которыми можно столкнуться в реальных поездах.Compared to the more complex Polach estimate, the parameters in accordance with equation (1) are calculated more simply, in particular in real time. In other words, the three parameters a, b and c are capable of describing all types of behavior that can be encountered in real trains.
В соответствии с вариантом осуществления фильтр 24 реализован в блоке 20 на фиг. 2.According to an embodiment,
В соответствии с вариантом осуществления адаптивное управление с линейной фильтрацией строят на кривых сцепления в соответствии с уравнением (1) и их параметризацией. Таким образом, возможно, что блок 20 приспособлен для вычисления и/или отслеживания точки максимального сцепления µest. Другими словами, крутящий момент, вычисленный контроллером 7 двигателя, используют для вычисления коэффициента µest сцепления, в частности, с соответствующим фильтром. Исходя из этой информации, вычисляют выходной крутящий момент Tcontr, который должен быть применен контроллером 7 двигателя.According to an embodiment, the adaptive control with linear filtering is built on the adhesion curves in accordance with equation (1) and their parameterization. Thus, it is possible that block 20 is adapted to calculate and/or track the point of maximum adhesion μest. In other words, the torque calculated by the
Кроме того, на фиг. 3 показан второй фильтр 26, выполненный с возможностью определения оптимальной пробуксовки σ0 на основе максимального коэффициента сцепления µest. Например, для этого можно использовать фильтр наименьших квадратов для подгонки кривой. Используя скорость транспортного средства и оптимальную пробуксовку σ0, можно рассчитать оптимальную скорость ω0 вращения колеса. В соответствии с вариантом осуществления второй фильтр 26 реализован в блоке 20 на фиг. 2.In addition, in FIG. 3 shows a
На фиг. 3 показан элемент управления 28, например, PI-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор), для отслеживания эталонных значений. Регулятор 28 использует в качестве входного сигнала сигнал ошибки скорости ωe вращения колеса. Сигнал ошибки ωe рассчитывают на основе разности между оптимальной скоростью ω0 вращения и фактической скоростью ω вращения колеса. В других вариантах осуществления также могут использоваться другие элементы управления, в частности элементы управления с обратной связью, например, ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор).In fig. 3 shows a
В варианте осуществления, который может быть объединен с другими описанными здесь вариантами осуществления, регулятор 28 реализован в блоке 22 на фиг. 2.In an embodiment that may be combined with other embodiments described herein,
Регулятор 28 предоставляет в качестве выходного сигнала регулируемый крутящий момент Treg.The
Наконец, на фиг. 3 показан дополнительный элемент 30 управления с прямой связью для работы с прямой связью. Элемент 30 управления с прямой связью используют для обеспечения динамической регулировки управляющего крутящего момента Tcontr на основе знаний о процессе в форме математической модели. В примере используют эталонную оптимальную скорость ω0 вращения и ее производную в качестве входных данных (не показано на фиг. 3). Выходной сигнал элемента управления с прямой связью представляет собой момент Tff прямой обратной связи.Finally, in FIG. 3 shows an additional
В соответствии с вариантом осуществления крутящий момент Tcomp, предоставляемый первым (линейным) фильтром 24, выходной крутящий момент Treg, предоставляемый регулятором 28, и, как вариант, крутящий момент Tff прямой обратной связи складывают для вычисления управляющего крутящего момента Tcontr.According to an embodiment, the torque T comp provided by the first (linear)
В соответствии с вариантами осуществления управляющий крутящий момент Tcontr демонстрирует уменьшенные колебания, что дает преимущества с точки зрения механического износа компонентов.According to embodiments, the control torque T contr exhibits reduced fluctuations, which provides benefits in terms of mechanical wear of components.
Таким образом, в соответствии с изобретением оценивают оптимальное значение для скорости ω0 вращения колеса. С использованием оптимальной скорости ω0 вращения колеса контур управления крутящим моментом становится замкнутым.Thus, in accordance with the invention, the optimal value for the wheel rotation speed ω 0 is estimated. Using the optimal speed ω 0 of wheel rotation, the torque control loop becomes closed.
В соответствии с вариантом осуществления оптимальная скорость ω0 вращения колеса и/или максимальный коэффициент µest сцепления обновляют в режиме реального времени. Поэтому, всегда используют точную эталонную скорость вращения колеса, и контроллер 16 крутящего момента предотвращает колебания крутящего момента. Как правило, относительное скольжение или пробуксовка ограничена в пределах нескольких процентов, так что механическое напряжение компонентов трансмиссии, например, крутильные колебания колесной пары и, как следствие, затраты на техническое обслуживание, уменьшаются, при этом увеличивается срок службы колеса.According to an embodiment, the optimal wheel speed ω 0 and/or the maximum adhesion coefficient μ est are updated in real time. Therefore, an accurate reference wheel speed is always used, and the
На фиг. 5 на графике A) схематично показана кривая крутящих моментов, и на графике B) схематично показана кривая скорости поезда и скорости колеса. Как видно, управляющий крутящий момент Tcontr, рассчитанный крутящий момент Test и реальный крутящий момент Tmotor двигателя очень близки друг к другу или даже почти идентичны. Кроме того, они не демонстрируют сильных изменений. Более того, как видно из графика B), на котором показана скорость veltrain движения поезда и скорость velwheel вращения колеса, скорость velwheel вращения колеса не демонстрирует больших изменений.In fig. 5, Graph A) schematically shows the torque curve, and Graph B) schematically shows the curve of train speed and wheel speed. As can be seen, the control torque T contr , the calculated torque T est and the real torque T motor of the engine are very close to each other or even almost identical. In addition, they do not show strong changes. Moreover, as can be seen from graph B), which shows the speed vel train of the train and the speed vel wheel of the wheel rotation, the speed vel wheel of the wheel rotation does not show much change.
Таким образом, изобретение позволяет оценивать мгновенное значение коэффициента трения колесо/рельс и, таким образом, оценивать фактическую силу вращения колес, которую может использовать железнодорожное транспортное средство, чтобы соответственно обновлять эталонный крутящий момент, задаваемый контроллерами 7, 9, 16, в частности, независимо от оси.Thus, the invention makes it possible to estimate the instantaneous value of the wheel/rail friction coefficient and thus estimate the actual wheel rotation force that the railway vehicle can use in order to accordingly update the reference torque set by the
В соответствии с изобретением можно обеспечить максимальное тяговое и/или тормозное усилие при любых условиях эксплуатации, например, при различных характеристиках сцепления с рельсом. Крутящий момент, оцененный контроллером 7 двигателя, используют для оценки оптимальной используемой силы вращения колес и для соответствующего обновления крутящего момента Tcontr.According to the invention, it is possible to ensure maximum traction and/or braking force under all operating conditions, for example under different rail adhesion characteristics. The torque estimated by the
В соответствии с изобретением предлагаемое устройство управления крутящим моментом или ABC-устройство способно на основании измерений оценивать текущие условия рельсов и предоставляет эталонный профиль крутящего момента, максимально приближенный к его оптимальному значению. Кроме того, в соответствии с изобретением, когда оценивают оптимальную скорость вращения колеса, контур управления крутящим моментом становится замкнутым, а результирующий крутящий момент становится менее подвержен колебаниям. Более того, при тяге пройденное расстояние увеличивается, а при торможении тормозное расстояние уменьшается.According to the invention, the proposed torque control device or ABC device is capable of estimating current rail conditions based on measurements and provides a reference torque profile that is as close as possible to its optimal value. Moreover, according to the invention, when the optimal wheel speed is assessed, the torque control loop becomes closed and the resulting torque becomes less subject to fluctuation. Moreover, when traction, the distance traveled increases, and when braking, the braking distance decreases.
На фиг. 6 показана блок-схема определения эталонного крутящего момента в соответствии с вариантом осуществления, и она включает в себя больше информации по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 3. Одинаковые ссылочные позиции использованы для одинаковых функций. Таким образом, в целом описание фиг. 3 также применимо к фиг. 6.In fig. 6 is a flowchart of reference torque determination according to an embodiment, and includes more information compared with the embodiment shown in FIG. 3. The same reference numerals are used for the same functions. Thus, in general, the description of FIG. 3 also applies to FIG. 6.
На фиг. 6 в дополнение к фиг. 3 показано первое устройство 32 выбора, которое уже было описано со ссылкой на фиг. 3, в зависимости от значения контроллеру 7 двигателя в качестве Tcontr передают либо крутящий момент TAKO, либо запрос Tref крутящего момента, требуемого машинистом. Крутящий момент Tcomp, предоставляемый первым (линейным) фильтром 24, выходной крутящий момент Treg, предоставляемый регулятором 28, и, как вариант, крутящий момент Tff прямой обратной связи складывают для вычисления управляющего крутящего момента TAKO.In fig. 6 in addition to FIG. 3 shows the
В блоке 26 скорость транспортного средства обозначена через v. Например, как было объяснено выше, скорость v железнодорожного транспортного средства определяют с использованием датчика скорости или ABC-устройства.In
На фиг. 3, а также на фиг. 6, Tcont или TAKO, в частности, вычисляемые из комбинации крутящего момента Tcomp, предоставляемого первым (линейным) фильтром 24, выходного крутящего момента Treg, предоставляемым регулятором 28, и, как вариант, крутящего момента Tff прямой обратной связи, предоставляют в качестве эталонного крутящего момента контроллеру 7 двигателя, перекрывая запрос крутящего момента Tref в случае обнаружения скольжения или пробуксовки, например, если разность между тангенциальной скоростью колеса и скоростью железнодорожного транспортного средства превышает заданное пороговое значение. Например, в случае обнаружения проскальзывания или пробуксовки значение TSWITCH может быть равно 1. В противном случае значение TSWITCH равно 0. В случае если значение TSWITCH равно 0, запрос Tref крутящего момента передают в качестве Tcontr в контроллер 7 двигателя. В противном случае, если значение TSWITCH равно 1, на контроллер 7 двигателя в качестве Tcontr передают значение Tcontr (на фиг. 3) или TAKO (на фиг. 6).In fig. 3 and also in FIG. 6, T cont or T AKO , particularly calculated from the combination of the torque T comp provided by the first (linear)
В соответствии с вариантом осуществления Tcomp может быть вычислено следующим образом, в частности в блоке 24:According to an embodiment, T comp may be calculated as follows, particularly at block 24:
Уравнение (2), Equation (2),
где R - радиус колеса, M - масса оси, g - ускорение силы тяжести, τ - передаточное число трансмиссии двигателя, а μest - оцененное текущее сцепление.where R is the wheel radius, M is the axle mass, g is the gravitational acceleration, τ is the engine transmission ratio, and μ est is the estimated current clutch.
В соответствии с вариантом осуществления фильтр Калмана используют для оценки текущего доступного сцепления, в частности, в режиме реального времени, например, в блоке 24, на основе оценки крутящего момента Test двигателя, приложенного к колесу, и скорости ω вращения колеса.According to an embodiment, a Kalman filter is used to estimate the current available traction, particularly in real time, for example at
В соответствии с вариантами осуществления вектор θ оценивают с использованием адаптивного расширения фильтра Калмана (например, адаптивного фильтра H на бесконечности (H∝)). Текущее доступное сцепление µest используют адаптивным расширением фильтра Калмана в качестве основы для оценки параметров θ1 = a, θ2 = b и θ3 = c уравнения (1), упрощенной модели сцепления, в частности, в блоке 26.In accordance with embodiments, the vector θ is estimated using an adaptive extension of the Kalman filter (eg, an adaptive filter H at infinity (H∝)). The current available coupling µ est is used by an adaptive extension of the Kalman filter as the basis for estimating the parameters θ 1 = a, θ 2 = b and θ 3 = c of equation (1), a simplified coupling model, in particular in
В варианте осуществления адаптивный фильтр H на бесконечности, который может представлять собой рекурсивный фильтр, обеспечивает устойчивое ослабление отношения ошибка/шум. В одном примере фильтрация была расширена за счет включения ограничений естественной положительности параметров (например, параметры a, b, c должны быть больше 0) вместе с другими выпуклыми ограничениями, обеспечивающими практическую выполнимость оптимальной пробуксовки σ0, которая должна попадать в заданный интервал, входящий в (0, k), при k < 1, интервал, который может быть приспособлен в соответствии с условиями эксплуатации, например, скоростью транспортного средства. Оптимальная пробуксовка σ0 является эталоном контура управления, который обеспечивает максимальное пригодное для использования сцепление µ, см. фиг. 4.In an embodiment, the adaptive filter H at infinity, which may be a recursive filter, provides robust attenuation of the error-to-noise ratio. In one example, filtering was extended to include natural positivity constraints on the parameters (e.g., parameters a, b, c must be greater than 0) along with other convex constraints to ensure that the optimal slip σ 0 is practicable, which must fall within a given interval included in (0, k), for k < 1, an interval that can be adjusted according to operating conditions, such as vehicle speed. The optimal slip σ 0 is the reference for the control loop that provides the maximum usable clutch µ, see FIG. 4.
Например, параметры (например, параметры a, b, c) кривой, подлежащей оценке, ограничены таким образом, чтобы заставить σ0 принадлежать настраиваемому подинтервалу (0,1). Оптимальная пробуксовка σ0 соответствует максимальному сцеплению на кривой в соответствии с уравнением (1). Другими словами, максимальную точку сцепления вычисляют на основе фактической скорости транспортного средства и, в частности, косвенно, на основе скорости вращения колеса и рассчитанного крутящего момента Test в блоке 24.For example, the parameters (eg parameters a, b, c) of the curve to be estimated are constrained to force σ 0 to belong to a configurable sub-interval (0,1). The optimal slip σ 0 corresponds to the maximum adhesion on the curve in accordance with equation (1). In other words, the maximum adhesion point is calculated based on the actual vehicle speed and, in particular, indirectly, based on the wheel speed and the calculated torque T est in
Оцененную оптимальную пробуксовку σ0 и фактическую скорость используют для вычисления эталонной оптимальной скорости ω0 вращения, которую затем используют для контура управления скоростью вращения, который, наконец, указывает двигателю крутящий момент, который предназначен для использования максимально доступного сцепления, см. фиг. 6. Например, оптимальная эталонная скорость ω0 может быть рассчитана следующим образом:The estimated optimal slip σ 0 and the actual speed are used to calculate a reference optimal rotation speed ω 0 which is then used for the rotation speed control loop which finally instructs the engine on the torque that is designed to use the maximum available clutch, see FIG. 6. For example, the optimal reference speed ω 0 can be calculated as follows:
Если имеет место тяга, например, если значение TBSWITCH больше или равно нулю,If thrust occurs, for example if TBSWITCH is greater than or equal to zero,
Уравнение (3) Equation (3)
где ω0 - оптимальная эталонная скорость, R - радиус колеса, v - фактическая скорость железнодорожного транспортного средства и σ0 - оптимальная пробуксовка.where ω 0 is the optimal reference speed, R is the wheel radius, v is the actual speed of the railway vehicle and σ0 is the optimal slip.
При торможении, например, если значение TBSWITCH ниже нуля,When braking, for example, if the TBSWITCH value is below zero,
Уравнение (4) Equation (4)
где ω0 - оптимальная эталонная скорость, R - радиус колеса, v - фактическая скорость железнодорожного транспортного средства и σ0 - оптимальная пробуксовка.where ω 0 is the optimal reference speed, R is the wheel radius, v is the actual speed of the railway vehicle and σ0 is the optimal slip.
В соответствии с вариантами осуществления, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить оценку в режиме реального времени сцепления колеса с рельсом для повышения эффективности противодействия скольжению/пробуксовке посредством адаптации значения (Tcontr) эталонного крутящего момента двигателя к фактическим условиям сцепления. Дополнительный эффект состоит в том, чтобы предоставить эталонный крутящий момент, который изменяется медленно, предотвращая возбуждение механического резонанса трансмиссии.According to embodiments, an object of the present invention is to provide real-time estimation of wheel-rail adhesion to improve anti-slip/slip performance by adapting a reference engine torque value (T contr ) to actual adhesion conditions. An additional effect is to provide a torque reference that varies slowly, preventing the transmission from causing mechanical resonance.
Результирующий крутящий момент двигателя является плавным и позволяет отслеживать максимальное сцепление при одновременном снижении усталостного напряжения на оси колеса.The resulting engine torque is smooth and allows for maximum traction while reducing fatigue stress on the wheel axle.
Claims (26)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19305032.5A EP3680123A1 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | Method for controlling a railway vehicle, a controller and a railway vehicle |
EP19305032.5 | 2019-01-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020100023A RU2020100023A (en) | 2021-07-13 |
RU2804825C2 true RU2804825C2 (en) | 2023-10-06 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2636557A2 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-11 | Hitachi Ltd. | Control device for electric rolling stock |
EP2684735A1 (en) * | 2011-03-07 | 2014-01-15 | NTN Corporation | Electric vehicle |
RU2612459C2 (en) * | 2014-04-04 | 2017-03-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Смартвиз", ООО "Смартвиз" | Method and system for increasing efficiency factor of rolling stock |
WO2017175119A1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | Faiveley Transport Italia S.P.A. | Method for calculating the advance speed of a railway vehicle |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2684735A1 (en) * | 2011-03-07 | 2014-01-15 | NTN Corporation | Electric vehicle |
EP2636557A2 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-11 | Hitachi Ltd. | Control device for electric rolling stock |
RU2612459C2 (en) * | 2014-04-04 | 2017-03-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Смартвиз", ООО "Смартвиз" | Method and system for increasing efficiency factor of rolling stock |
WO2017175119A1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | Faiveley Transport Italia S.P.A. | Method for calculating the advance speed of a railway vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2735967C2 (en) | Control method and possible recovery of wheels of controlled axis of railway vehicle | |
EP3680123A1 (en) | Method for controlling a railway vehicle, a controller and a railway vehicle | |
AU2006266295B2 (en) | System and method for locomotive adhesion control | |
CN109895754B (en) | Train anti-skid control method and control device based on optimal slip rate | |
RU2371337C2 (en) | Method to dynamically control traction force of locomotive wheels | |
US8988016B2 (en) | System and method for traction motor control | |
US20060253243A1 (en) | System and method for tire/road friction estimation | |
JP2008539112A (en) | Adaptive sliding protection for rail vehicles using slip regulators | |
Deur et al. | A model-based traction control strategy non-reliant on wheel slip information | |
CN101678773A (en) | Controller for electric vehicle | |
US6028402A (en) | Automatic rail characterization for adhesion system evaluation for AC locomotives | |
Uyulan et al. | Re-adhesion control strategy based on the optimal slip velocity seeking method | |
AU2020415919A1 (en) | Locomotive and weighted parameter adhesion control method therefor | |
RU2740353C2 (en) | Railway vehicle speed calculation method | |
RU2804825C2 (en) | Method for controlling a railway vehicle, controller and railway vehicle | |
CN109941248B (en) | Electric drive-based electric vehicle driving/braking anti-slip control system and method | |
CN110509780B (en) | System and method for controlling road surface sudden change stability and optimizing maximum driving/braking torque of electric automobile | |
JP4818244B2 (en) | Electric motor control device and re-adhesion control method | |
JP2016040968A (en) | Control device for slip rate of electric vehicle | |
Dincmen et al. | Self optimizing ABS control algorithm with application | |
CN107264297B (en) | Control apparatus for electric railcar | |
RU99390U1 (en) | SYSTEM OF REGULATION OF ASYNCHRONOUS TRACTION ELECTRIC LOCOMOTIVE DRIVE AT THE LIMIT ON THE CLUTCH OF WHEELS WITH RAILS | |
JP3149682B2 (en) | Electric car control device | |
CZ2019525A3 (en) | A device for controlling a rail vehicle wheel slip and a method of controlling wheel slip of a rail vehicle in this device | |
JP2000130206A (en) | Evaluating method of automobile driving torque capable of maximum output and device therefor |