一种列车牵引控制方法及系统.pdf

1、10申请公布号CN104057980A43申请公布日20140924CN104057980A21申请号201410268420822申请日20140616B61L27/0420060171申请人南车青岛四方机车车辆股份有限公司地址266111山东省青岛市城阳区棘洪滩镇锦宏东路88号72发明人王晗邓小军余进龚明74专利代理机构北京元中知识产权代理有限责任公司11223代理人曲艳54发明名称一种列车牵引控制方法及系统57摘要本发明提供了一种列车牵引控制方法，首先设定要达到的加速度目标值A1并测试所述列车的当前速度V，根据所述加速度目标值A1和当前速度V，得到理想转矩F1V和所述列车受到的实际阻力N

2、，进而根据F2VF1VNR计算出要达到加速度目标值A1时，列车实际需要的牵引转矩F2V，并将实际需要的牵引转矩F2V分配给列车的各个牵引传动装置。通过上述过程，不断调整牵引电机的输出功率，以保证列车以恒定的加速度运行，避免因加速度不断变化导致的列车在运行中丧失平稳性、舒适性并增加司机的负担。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页10申请公布号CN104057980ACN104057980A1/1页21一种列车牵引控制方法，首先设定要达到的加速度目标值A1并测试所述列车的当前速度V，其特征在于，根据所述加速度

3、目标值A1和当前速度V，得到理想转矩F1V和所述列车受到的实际阻力N，进而根据F2VF1VNR计算出要达到加速度目标值A1时，所述列车实际需要的牵引转矩F2V，并将所述实际需要的牵引转矩F2V分配给列车的各个牵引传动装置，其中R是列车轮对半径。2根据权利要求1所述的列车牵引控制方法，其特征在于，所述牵引传动装置根据各自得到的牵引转矩，经过计算得到逆变器的输出电压与频率，然后，变频器根据所述逆变器的输出电压与频率进行变频变压控制，最终由牵引电机输出功率，以实现分配给所述牵引传动装置的牵引转矩。3根据权利要求1所述的列车牵引控制方法，其特征在于根据F1V/RA1M0VMG计算出理想转矩F1V，其中

4、，0V表示车辆每吨产生的阻力，M是列车总质量，G是质量到重量的转换，0VMG是整个列车运行的阻力。4根据权利要求1所述的列车牵引控制方法，其特征在于利用A2V/T计算当前速度V下，列车实际达到的加速度A2,进而根据NA1A2M计算出外界干扰对列车造成的阻力N。5根据权利要求1所述的列车牵引控制方法，其特征在于每隔00005秒到0001秒之间任意一个时间长度，测量列车当前运行速度V，并判断当前列车运行速度V是否等于列车目标速度V0，如果VV0则停止执行所述牵引控制方法，所述列车以V0匀速行驶；反之继续执行所述牵引控制方法。6一种列车牵引控制系统，包括速度传感器5，中央控制器3以及至少1个牵引传动

5、装置4，其中，速度传感器5提供列车当前速度V，其特征在于所述中央控制器3计算出在当前速度下要达到加速度目标值A1时，列车的理想转矩F1V、列车受到的实际阻力N，以及要达到加速度目标值A1时，列车实际需要的牵引转矩F2V，并且，所述中央控制器3将所述实际需要的牵引转矩F2V分配给所述牵引传动装置4，其中，F2VF1VNR，R是列车轮对半径。7根据权利要求6所述的列车牵引控制系统，其特征在于还包括加速度控制装置2，所述速度传感器5位于所述加速度控制装置2中，所述加速度控制装置2可以根据A2V/T计算所述速度传感器5提供的列车当前时刻运行速度V下所述列车当前实际加速度A2。8根据权利要求6所述的列车

6、牵引控制系统，其特征在于所述中央控制器3根据F1V/RA1M0VMG，计算出在没有任何外在干扰的情况下，列车的理想转矩F1V，其中0V表示车辆每吨产生的阻力，M是列车总质量，0VMG是整个列车运行的阻力。9根据权利要求6所述的列车牵引控制系统，其特征在于所述中央控制器3根据NA1A2M计算出列车当前受到的阻力N。10根据权利要求6所述的列车牵引控制系统，其特征在于所述牵引传动装置4包括牵引电机6、逆变器7和变频器8，所述牵引传动装置4，对分配给所述牵引传动装置4的应该实现的牵引转矩进行处理，计算所述逆变器7的输出电压与频率，所述变频器8根据所述逆变器7的输出电压与频率进行变频变压控制，最终由牵

7、引电机输出功率，以实现分配给所述牵引传动装置4的牵引转矩。权利要求书CN104057980A1/5页3一种列车牵引控制方法及系统技术领域0001本发明属于一种列车运行控制技术领域，特别涉及一种列车牵引控制技术领域。背景技术0002列车在加/减速行驶过程中，由于其内在特性牵引传动系统机械转换效率的变化和不断变化的外在干扰大风、路破、列车重量、钢轨粘着系数的影响，列车在不同的运行工况下，同一级位的牵引力无法保证列车以恒定的加速度运行。列车牵引加速度的不断变化会导致三个问题，一是时变的加速会恶化列车运行的平稳性与舒适性；二是在时变的加速度下，为了保持列车平稳性，司机需不断调整手柄级位，增加司机负担；

8、三是无法精确控制列车全程的运行时间。发明内容0003为了解决上述技术问题，提供一个实时变化的牵引转矩，以补偿各种复杂运行工况对加速度的影响，本发明提供了一种基于恒加速度的列车牵引控制系统，包括初始化装置，加速度控制装置，中央控制器以及多个牵引传动装置。0004上述初始化装置用于设置恒定的加速度目标值A1和目标速度V0。0005上述加速度控制装置包括转速传感器，并通过转速传感器计算当前时刻列车运行速度V和实际加速度A2，加速度控制装置将A1、A2及A1A2的值输入到中央控制器中。0006上述中央控制器根据目标加速度值A1、实际加速度A2及其差值计算出列车在考虑其内在特性和外在干扰的情况下的整个列

9、车要达到目标加速度值A1而实际需要的牵引转矩，并将该牵引转矩平均分配给列车的各个牵引传动装置。0007上述牵引传动装置，对分配的牵引转矩进行处理，通过计算逆变器输出的电压与频率，变频器根据电压与频率进行变频变压控制，最终向牵引电机输出功率，以实现分配给该牵引传动装置的牵引转矩。0008本发明涉及到两个计算方法，第一个计算方法是基于转速传感器计算列车当前速度，例如转速传感器可以是安装于列车轮对上的转速传感器，该转速传感器用于采集当前时刻列车车轴的转速度，加速度控制装置可以结合列车轮对半径计算出列车运行速度V，进而计算出列车此时刻的加速度A2。0009第二个计算方法计算列车牵引转矩FV，具体如下0

10、010当给定列车质量等因素后，其内在特性牵引传动系统机械转换效率的变化一般是恒定的，因此考虑列车内在特性后的转矩与加速度计算公式为00110012其中，A是加速度，V是列车速度，R是列车轮对半径，0V表示车辆每吨产生的阻力，可以表示为0VABVCV2，A,B，C为已知量，则整列车运行的阻力可以表示为0VMG，M是列车总质量，G是质量到重量的转换G98，则整列车运行的阻力可以表示说明书CN104057980A2/5页4为0VMG。0013当列车恒加速度设定为A1时，在没有任何外在干扰的情况下，我们可以得到理想转矩F1V是0014F1V/RA1M0VMG10015当存在外在干扰时，我们把外在干扰对

11、列车造成的阻力设为N，则在列车施加理想转矩F1V时，列车能够实现的加速度A2为00160017为了补偿附加的阻力N，我们得到列车实际需要的牵引转矩F2V为0018F2V/RF1V/RN30019进一步的，由式3我们可以得到列车实际需要的牵引转矩F2V为0020F2VF1VNR40021由式1、式2式我们可以计算出0022NA1A2M50023由式4、式5，为了实现目标加速度A1，列车实际需要的牵引转矩F2V为0024F2VF1VA1A2MR60025本发明还提供了一种基于恒加速度的列车牵引控制方法，包括以下步骤00261首先设置恒定的加速度目标值A1，是列车轮对半径值R和目标速度V0；0027

12、2利用转速度传感器测量并计算列车当前的运行速度V和当前实际加速度A2；00283比较恒加速度目标值与实际加速度值，并将差值A1A2输入列车牵引传动系统的中央控制器中；00294中央控制器根据已知量A,B，C、列车当前的运行速度V、列车总质量M利用0VABVCV2计算出列车运行的阻力0VMG；00305中央控制器根据恒定加速度目标值A1、列车轮对半径值R、列车总质量M和列车运行的阻力0VMG，利用公式F1V/RA1M0VMG计算出在不考虑干扰的情况下的理想牵引转矩F1V；00316根据恒定加速度目标值与实际加速度值的差值A1A2和列车总质量M利用公式NA1A2M，计算出需要补偿的外在干扰对列车造

13、成的阻力N；00327中央控制器根据理想转矩F1V、列车轮对半径值R、加速度目标值A1、当前实际加速度A2和列车总质量M，利用公式F2VF1VA1A2MR计算出为了达到恒定加速度目标值A1，列车实际需要的牵引转矩F2V；00338中央控制器根据列车当前实际需要的牵引转矩F2V，计算出各牵引传动装置应该实现的牵引转矩这里的M就是牵引电机的数量，且M大于等于1；00349牵引传动装置对各自应该实现的牵引转矩进行处理，计算出变频器的输出电压与频率，并将该电压与频率输入至变频器中；003510变频器根据电压与频率进行变频变压控制，最终由牵引电机输出功率，以实现说明书CN104057980A3/5页5分

14、配给该牵引传动装置的牵引转矩003611各个牵引传动装置都实现了分配给各自的牵引转矩，进而实现了列车为达到恒定加速度目标值A1实际需要的牵引转矩F2V。0037通过上述过程，每隔一定时间，特别是每隔0001秒，检测列车当前实际加速度，调整输出功率，以保证列车以恒定的加速度运行，避免加速度变化导致的列车在运行中丧失平稳性、舒适性增加司机的负担同时也无法精确控制列车全程的运行时间。附图说明0038下面结合附图对本发明所述的一种基于恒加速度的列车牵引控制系统及方法进行具体说明。0039图1是本发明牵引控制系统示意图；0040图2是本发明牵引控制系统的结构图；0041图3是本发明的流程图；具体实施方式

15、0042下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。0043如图2所示，一种基于恒加速度的列车牵引控制系统，包括初始化装置1，加速度控制装置2，中央控制器3以及至少1个牵引传动装置4，其中，初始化装置1用于设置恒定的加速度目标值A1、列车轮对半径值R和目标速度V0；加速度控制装置2包括转速传感器5，并通过转速传感器计算出列车当前运行速度V和当前实际加速度A2，并将A1A2的值输入到中央控制器中3中；上述中央控制器根据A1A2计算出列车在考虑其内在特性和外在干扰的情况下的整个列车的实际需要实现的牵引转矩F2V，并将该牵引转矩F2V分配给列车的各个牵引传动装置4，上述牵引传动装置4，将分配的牵

16、引转矩进行处理，通过计算逆变器7输出的电压与频率，变频器8根据电压与频率进行变频变压控制，最终由牵引电机输出功率，以实现分配给该牵引传动装置需要实现的牵引转矩。0044其中上述速度传感器5是加速度传感器或雷达传感器或GPS测量速度的传感器单元。0045优选的，速度传感器可以是安装于列车轮对上的转速传感器，该转速传感器用于采集当前时刻列车车轴的转速度，加速度控制装置可以结合列车轮的轮径值计算出列车运行速度V，进而根据加速度公式A2V/T计算出列车此时刻的加速度A2。0046影响列车恒定加速度运的因素有列车内在特性，如牵引传动系统机械转换效率变化和外在干扰，如大风、路破、列车乘车率、钢轨粘着系数的

17、不断变化等。0047列车每节车厢可以设置一个牵引传动装置，上述中央控制器可以将列车实际需要实现的牵引转矩F2V平均分配给各个牵引传动装置。0048本发明涉及到列车牵引转矩FV的计算方法，具体如下0049由于列车内在特性牵引传动系统机械转换效率的变化在给定列车质量等内在因素后，其一般是恒定的，因此考虑列车内在特性后的目标转矩与加速度计算公式为说明书CN104057980A4/5页600500051其中，A是加速度，V是列车速度，R是列车轮对半径，0V表示车辆每吨产生的阻力，可以表示为0VABVCV2，A,B，C为已知量，例如CRH2型列车中A863，B007295，C0000677，则列车运行的

18、阻力可以表示为0VMG，M是列车总质量，G是质量到重量的转换G98。0052当列车恒加速度设定为A1时，在没有任何外在干扰的情况下，我们可以得到理想转矩F1V是0053F1V/RA1M0VMG10054当存在外在干扰时，我们把外在干扰对列车造成的阻力设为N，则在列车施加理想转矩F1V时，列车能够实现的加速度A2为00550056为了补偿附加的阻力N，我们得到列车实际需要的牵引转矩F2V为0057F2V/RF1V/RN30058进一步的，由式3我们可以得到列车实际需要的牵引转矩F2V为0059F2VF1VNR40060由式1、式2式我们可以计算出0061NA1A2M50062由式4、式5，为了实

19、现目标加速度A1，列车实际需要的牵引转矩F2V为0063F2VF1VA1A2MR60064如附图3所示，本发明的一种基于恒加速度的列车牵引控制方法包括以下步骤0065首先设置恒定的加速度目标值A1和目标速度V0，00661首先设置恒定的加速度目标值A1、列车轮对半径值R和目标速度V0；00672利用转速度传感器测量并计算列车当前的运行速度V和当前实际加速度A2；00683比较恒加速度目标值与实际加速度值，并将差值A1A2输入列车牵引传动系统的中央控制器中；00694中央控制器根据已知量A,B，C、列车当前的运行速度V、列车总质量M利用0VABVCV2计算出列车运行的阻力0VMG；00705中央

20、控制器根据恒定加速度目标值A1、列车轮对半径值R、列车总质量M和列车运行的阻力0VMG，利用公式F1V/RA1M0VMG计算出在不考虑干扰的情况下的理想牵引转矩F1V；00716根据恒定加速度目标值与实际加速度值的差值A1A2和列车总质量M利用公式NA1A2M，计算出需要补偿的外在干扰对列车造成的阻力N；00727中央控制器根据理想转矩F1V、列车轮对半径值R、加速度目标值A1、当前实际加速度A2和列车总质量M，利用公式F2VF1VA1A2MR计算出为了达到恒定加速度目标值A1，列车实际需要的牵引转矩F2V；00738中央控制器根据列车当前实际需要的牵引转矩F2V，计算出各牵引传动装置说明书C

21、N104057980A5/5页7应该实现的牵引转矩这里的M就是牵引电机的数量，且M大于等于1；00749牵引传动装置对各自应该实现的牵引转矩进行处理，计算出变频器的输出电压与频率，并将该电压与频率输入至变频器中；007510变频器根据电压与频率进行变频变压控制，最终由牵引电机输出功率，以实现分配给该牵引传动装置的牵引转矩007611各个牵引传动装置都实现了分配给各自的牵引转矩，进而实现了列车为达到恒定加速度目标值A1实际需要的牵引转矩F2V。0077通过上述过程，每隔一定时间可以是00005秒到0001秒之间任意一个时间长度，特别是每隔0001秒，检测检测列车当前实际加速度，调整输出功率，以保

22、证列车以恒定的加速度运行。当列车的速度达到目标速度时，列车停止加速，退出本系统，保持匀速前进。0078以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。说明书CN104057980A1/2页8图1图2说明书附图CN104057980A2/2页9图3说明书附图CN104057980A