用以保持轨道车辆牵引力的控制系统技术方案

自轨道车辆主动轮周缘速度Ｖ－［Ｍ］和车行速度Ｖ，求出作为以上两个速度之差的相对速度Ｖｓ的时间变化率△Ｖｓ／△ｔ．自驱动主动轮的电动机电枢电流探出主动轮当时产生的牵引力ｆ的时间变化率△ｆ／△ｔ．对电动机产生的驱动转矩加以控制，当相对速度的时间变化率和牵引力的时间变化率有着相反的符号时，使驱动转矩减小．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
行驶在轨道上的车辆应有效地利用车轮和轨道间的粘着力(或称摩擦力)，作为牵引力和制动力。本专利技术就是关于改进用于轨道车辆牵引力控制系统的一个专利技术。人们知道，由于轨道车辆的牵引力或制动力来自车轮和轨道之间的摩擦，如果驱动力矩或制动力矩超过某个由轮与轨间的摩擦系数所规定的极限值，就会发生车辆打滑(只空转而不前移)或溜移(轮不转但滑移)的现象。打滑发生在动力驱动中，而溜移发生在刹车制动中。这两者在本质上是相同的现象。因此，为防止这二者的发生，只使用一种办法就应当行之有效。在下面，就以电车行驶中动力驱动作业为例作一番描述，而当情况需要时，则对制动时的特殊不同方面加以叙述。在通常使用的电车中，使用一种再粘着控制或称牵引力恢复控制，其所根据的是由主动轮和从动轮速度间的差异，探查出发生的打滑。利用若干个驱动电动机(以下简称为驱动电动机)速度间的不同也能作到这一点。这种打滑的探查也包括利用最终指示上述速度差的电信号的方法，如电压、电流之类。当速度差、电压差之类超过某个预定值时，就减小驱动力矩的数值。但是，这些控制方法的结果，使得不能有效地利用最大粘着力作为牵引力之用。这是由于下述的理由在这些方法中，为判断是否发生打滑，需要预先设定一个上述速度差的临界值。这是由于即使是在正常行驶中，主动轮粘附于轨道并产生牵引力时，主动轮和从动轮之间也会有少许的速度差异，因此有必要设定这样一个速度差的临界值。这个速度差的临界值通常选得比较高，以致在正常行驶中，使用速度差的方法，不能发现打滑的发生。并且临界值又是一个固定不变的数值。此外，在牵引力和上述速度差之间还存在以下关系，即随着牵引力的增大，速度差也增大。直到牵引力达到其最大值。这个最大值有一个人所共知的上限，即由主动轮和轨道间的摩擦系数与主动轮加于轨道上的重量所决定的粘着力。当牵引力超过这个最大值，牵引力就随着速度差的增大而减少。受粘着力限制的最大牵引力随着轨道摩擦系数的变化而变化，这也就是说，最大牵引力与轨道表面状态有关。于是，对应于最大牵引力的速度差也是变化的。虽然人们希望用最大牵引力驱动车辆，也就是说，在产生最大牵引力的速度差之下来驱动车辆，但作到这一点是非常困难的，这是因为尽管产生最大牵引力的速度差是变化的，但如以上所述，速度差的临界值却是固定不变的，这样一来，最大粘着力就不能有效地被用作牵引力。此外，轮和轮轴组成的系统有其固有的振动。这种振动多发生在出现打滑的情况下。现已有探查这种振动的方法，并对主动轮的驱动力矩加以控制，从而使振动低于给定值(见“ASEAJournal”Vo1、48.NO.6，1975，PP.147-149)。但是这一方法存在这样一个缺点，即固有振动的产生决定于主动轮和轨道表面的状态。这种情况能从这样一个例子来理解，即当车轮和轨面潮湿时，这种振动不大会发生，而控制所需的信号也就不会常常得到。此外，由于固有振动的产生也和电车的驱动机构或主电路系统有关，产生振动的条件会发生变化，因此很难预知这些产生振动的条件，因而，也就难以设计其控制装置。还有，当发生固有振动时，由于固有振动一般只是当速度差超过最大牵引力所在点达一定程度时才产生，因此上述方法可以看作是牵引力恢复控制法，这一方法的作法是探出已经发生的打滑，然后使打滑的车轮再粘着于轨道。因此这一方法也难以利用轮与轨间的最大粘着力。此外，作为一个例子，我们还知道有下述功能的一种电机车，其功能是探出车行速度W及电枢电流IM。假设速度差的许可值为△V，计算在主动轮周缘速度V+△V和电枢电流IM下的端点电压E+△E。将算得的结果定为电动机端点电压的一个标准值，将此标准值E+△E与电动机端点电压的实际值Ea进行比较。当Ea超过E+△E时，再以减少加于电动机的电压的方法规定主动轮速度差的一个许可值△V。这个速度差的许可值△V是变化的，其数值是这样安排的，目的在于以电枢电流的变化为基础，使电枢电流达到其最大值(参见ASME80 Winter Annulal Meeting Paper 80-WA/RT-31)。但是，在这个方法中，只是在仅用改变△V的方法来改变电枢电流的情况下，才有可能使△V处于其最优值。事实上，电枢电流能由不同于△V的其他因素而变化;如由于轨道表面状态变化而引起的牵引力程度的改变，以及由于坡度、风等等引起的运行阻力的改变，等等。因此，这一方法很难有效地利用牵引力的最大值。本专利技术的目的之一是要提供一种轨道车辆用的牵引力控制系统。该系统既在车辆的动力驱动中，也在制动中，能更有效地利用轮与轨间的摩擦产生的粘着力。本专利技术的一个特点是轨与轮之间由于摩擦产生的粘着力能有效地加以利用。其作法是探出轮缘速度与车行速度间的相对速度，或是与相对速度有关的量，以及探出当时车轮产生的牵引力或制动力，或是与牵引力或制动力有关的量，进而取得相对速度和牵引力或制动力的时间变化率。这些变化率是指在单位时间内各各量的变化。知道这两个量的变化率后就相应地对加在轮上的驱动转矩或制动转矩进行控制。换句话说，本专利技术利用的是这样一个事实，就是牵引力f对于相对速度VS的变化率df/dVS，在使牵引力达最大值fmax的相对速度VS点处的值等于零。因此，有可能当情况需要时，在df/dVS的正值域中，提高加在车轮上的驱动转矩。此外，在df/dVS的负值域中，要对相对速度加以稳定控制，利用大大减少驱动转矩的方法，使速度总是处于取得最大牵引力fmax的数值。图1是解释本专利技术基本原理的示意图，其中，图1a说明的是当车轮运行时轮与轨间作用力与反作用力间的关系;图1b表示的是牵引力f与相对速度VS之间的关系。相对速度是指轮缘速度VM相对于车行速度V的速度;图1C表示的是牵引力f对于相对速度VS的变化率df/dVS与VS的关系曲线。图2是本专利技术用于一个斩波器控制电机车的实施方案示意图。图3表示的是图2所示方案中使用的延时元件的一例。图4表示的是图2所示方案中使用的控制器的功能方框图。图5是包括在图4所示的控制器中的一个逻辑运算器的作业流程图。图6表示的是牵引力f和相对速度Vs之间的关系。利用这一关系可对主动轮运行中的现象作进一步详细分析和解释。图7是按照图6所示车轮运行状态的详细分析，由包括在图4所示的控制器中的逻辑运算器进行的另一种作业流程图。图8是用来说明图2所示实施方案的作业情况的。图9所示的是按照本专利技术另一实施方案所作安排的示意图，这种安排也用于一个斩波器控制的电车。图10所示的是包括在图4所示控制器中的逻辑运算器所进行的又一种作业的流程图。图11是用来说明图9所示实施方案的作业图。图12所示是当一个电机车有若干个电动机并列连接，并受控于一个斩波器时，按照本专利技术的又一实施方案所作安排的示意图。在解说本专利技术的实施方案之前，首先对本专利技术所根据的基本原理，参照图1a至1C，作一番描述。图1a是用来说明轮与轨间的作用力和反作用力的关系的一个图。这个图中的编号2和4分别指轮和面。符号TM代表驱动电动机加在轮2上的转矩。在这种情况下，可以用控制驱动电动机电流的方法来调节驱动转矩TM。符号VM和V分别代表轮2的周缘速度和车行速度。轮2的周缘速度可自测量轮2的轴的转速而得知，车行速度可自测量不由驱动电动机驱动的从动轮轮轴的转速而得知，从动轮由于不受驱动，因而是永不发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制设备的控制方法，用于电动机驱动的轨道车辆，该设备有一个第一装置，用于根据指令对轮与轨间的作用力进行控制；有一个第二装置，用以探查轮缘速度与车对地速度间的相对速度；有一个第三装置，用于当第二装置探出的相对速度超过某一数值时，判定轮的运行处于不许可的非粘着状态，并产生矫正信号，以减少发给第一装置的指令，从而减少轮轨间的作用力；该设备的特点在于用以矫正指令的信号是经由以下步骤取得的：计算相对速度随时间的变化率；计算轮与轨间的作用力随时间的变化率；当相对速度随 时间的变化的符号与轮轨间作用力的时间变化率的符号不同时，发出矫出信号以减少上述指令。

【技术特征摘要】
JP 1985-1-21 7538/85的范围以内的。权利要求1.一种控制设备的控制方法，用于电动机驱动的轨道车辆，该设备有一个第一装置，用于根据指令对轮与轨间的作用力进行控制；有一个第二装置，用以探查轮缘速度与车对地速度间的相对速度；有一个第三装置，用于当第二装置探出的相对速度超过某一数值时，判定轮的运行处于不许可的非粘着状态，并产生矫正信号，以减少发给第一装置的指令，从而减少轮轨间的作用力；该设备的特点在于用以矫正指令的信号是经由以下步骤取得的计算相对速度随时间的变化率；计算轮与轨间的作用力随时间的变化率；当相对速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：弘津哲二，木胁久胜，中村清，成田博，河西省司，木村彰，筒井义雄，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]