专利名称:用于维持电动轨道车辆的牵引的控制装置的制作方法
本发明涉及改进用来牵引轨道车辆的控制装置，它有效地利用铁道车辆的轮子和轨道之间地附着力(摩擦力)作为牵引和制动力。
因为轨道上的车辆依靠它们的轮子和轨道之间的摩擦获得其牵引或制动力，所以如果驱动或制动转矩超过由轮子和轨道之间的摩擦系数确定的极限值(最大附着力)，车轮就会发生滑动或轮滑。发生在开机进行中的滑动同发生在制动时的轮滑是基于基本相同的现象。这样，就可能利用一个装置防止上述两种现象。所以，在下面将主要在电勤车辆开动机进行的例子的基础上进行描述，而在需要时描述与制动期相关的特别不同的特性。
传统地，进行各种测量以改进再附着控制或恢复牵引控制，即在测出非附着状态，如电力机车的驱动轮打滑时，通过迅速成小加在轮上的驱动转矩来脱离上述状态。传统的测量对于非附着状态的恢复是有效的，但是它们也造成驱动转矩或制动力相对于阻止非附着状态刚好恢复的返回过程来说减少得太快的倾向，这样，牵引或制动力就不能有效地利用最大附着力。
而且，牵引力f相对于驱动轮的外缘速度μm和车速μt间的相对速度Ns的关系是已知的。相对速度μs(＝Iμm-μtI)，通常称为滑动速度，随着与驱动转动力矩一同增大的牵引力f的增大而增大。随着驱动转矩的进一步增大，牵引力f将达到由驱动轮和轨道表面之间的摩擦系数μ和驱动轮的轴重W的乘积μw所决定的最大值fmaxo而且，最大牵引力fmax等于前面所说的最大附着力，它在很大程度上取决于轨道的表面状况。
在这之后，既使驱动转矩增加，牵引力f也减小，只是造成滑动速度Vs增加。在这种情况下，在牵引力f同滑动速度Vs的关系中存在特别的滑动速度Vso，在这个速度上牵引力f达到最大。在滑动速度低于Vso的范围内，牵引f随着滑动速度Vs的增加而增加，而在滑动速度高于Vso的范围内，牵引力f随着滑动速度Vs的增加而减小。而且，在此还要说明，存在滑动速度Vs，尽管它非常小，也意味着存在打滑现象。尽管前一个范围通常不认为属于非附着状态，上述状态总可以在车辆加速或减速的过程中发现，即在除了车辆以恒定的速度持续运行的状态以外的情况下发现。这样，前一个范围称为伪打滑状态。
另外，注意到上面所述的牵引力f相对于滑动速度Vs之间的关系，一些申请者已提出改进的系统，它可以彻底地利用最大附着力作为牵引或制动力(1986年1月21日提交的美国专利申请第820，327号)。据此可得到滑动速度Vs对于时间的变化率Vs/△t。而且，可以由主驱动电机的转子电源得到同一时间驱动轮产生的牵引力f的速的变化率△f/△t。适当法控制由主电机产生的驱动转矩，以便当滑动速度的变化率△Vs/△t和牵引力的变化率△f/△t的极性互不相同时减小转矩。
也就是说，在前面提到的建议中，通过监测这两个变化率的极性，来判断在该时刻由主电机产生的转矩是否使牵引力f超过了最大附着力fmax(＝μw)。换句话说，牵引控制如此进行使得牵引力f和滑动速度Vs分别保持在最大附着力fmax和前述的特别的滑动速度Vso上。因而，可以实现极好的附着。然而，在前述建议中，为获得不同的控制变量和区别控制状态，需要相当大量的算术逻辑运算，所以就需要大规模的处理装置专门用于上述算术逻辑运算。
本发明的目的是提供用于电力轨道车辆的控制装置，它可在下降低电力轨道车辆的附着性能的情况下简化用于控制的算术逻辑运算。更具体地说，本发明的目的是提供一种控制装置，该装置具有产生并利用用来减小加在发生非附着状态的轮子上的力的信号的改进方法。
本发明的特点在于，在轮子的非附着状态期间，加在轮子上的力被控制两个间隔，即，其中非附着状态继续发展而且加在轮子上的力仍保持大于在该时间内的附着力的非附着发展期，和在其中非附着状态正回到附着状态而且加在轮子上的力处于在该时间内的最大附着力的限度内的非发展期。产生的重新附着控制信号(它修正加给驱动发生非附着状态的轮子的主电机的控制部件的指令)也分成两部分，即，对于发展期的第一分量和对于非发展的第二分量。第一分量包括非附着独立分量和非附着非独立分量。第二分量在非附着状态结束的发展期后随时间而减小。
在附图中
图1是方框图，显示了根据本发明的实施方案的用于电动车辆的控制装置;
图2(a)到2(e)是示意图，显示了驱动轮的边缘速度Vm，车辆速度ut，它们之间的相对速度Vs(滑动速度)，它们的微分值Vm，μt，us和重新附着控制信号Tf用来解释滑动现象和本发明的操作。
图3是程序流程图，描述应用图1的实施方案中的处理器的算术逻辑运算;
图4(a)到4(d)是用来解释构成重新附着控制信号Tf的原则的示意图;
图5是用来解释图1的实施方案的效应的示意图;
图6是方框图，显示了本发明的另一实施方案;
图7是方框图，显示了第三个实施方案，其中本发明应用到具有多个驱动电机的电力机车上;
图8是方框图，显示了本发明的第四个进一步的实施方案的一部分，它也有多个主电机，但是它是比图7的简化了的;
图9是方框图，显示了本发明的第三个实施方案的一部分，其中本发明应用到包括串联的主电机的电力机车的主电路上;
图10是方框图，显示了本发明的第六个实施方案的一部分，其中探测跨在主电机上的电压代替由主电机驱动的轮子的速度。
参考图1，它显示了根据本发明的实施方案的再附着控制装置的方框图。为简化，这个图显示了一个例子，其中再附着控制装置被应用到电力机车的主电路中，该电力机车带有单一的主驱动电机和用来控制主电机的单一主控制部件。
在图1中，参考数字1代表产生转矩指令Tp的转矩指令发生器。参考数字2代表主控制器，通过它振据转矩指令Tp控制由主电机3产生的转矩。主电机3驱动驱动轮(未显示)，这样在驱动轮的边缘产生牵引力。众所周知，存在不同类型的主控制器2，如用于交流电力机车的可控硅变换器，在其中通过控制可控硅的开启相角控制它的输出电压，和用于直流电力机车的换流器或变换器。
参考数字4表示驱动轮边缘速度探测器，它包括耦合到驱动轴的转速传感器和用来形成和处理转速传感器的输出的波形形成部件，並且它产生正比于驱动轮的边缘速度Vm的电压。参考数字4′代表车辆速度探测器，它包括耦合到从动轴(它不是由主电机驱动的所以不会打滑)的速度传感器和波形形成部件，並且它产生正比于车辆速度Vt的电压。最好将滤波器耦合到这些速度传感器4和4′上，它将消除在车辆行进过程中，各种振动造成的噪音。
参考数字8代表减法器，它接收转矩指令Tp和后面将要描述的重新附着控制信号，並且产生给出控制器2的控制信号。参考数字9和9′代表模-数(A/D)转换器，在其中分别将驱动轮边缘速度Vm和车辆速度Vt转换成数字信号。转换后的信号引到处理器单元10。
处理器单元10包括△Vm一计算器11，△Vt一计算器11′和处理器12。△Vm一计算器11获得△Vm，它代表驱动轮边缘速度Vm在取样时间点n处的值Vm(n)和在时间点n的前一个取样周期△ts的取样时间点的值Vm(n-1)之间的差。由差△Vm除以取样间隔△ts而得的值△Vm/△ts等于驱动轮边缘和速度
m，这样可用△Vm/△ts在处理器12中的算术逻辑运算中作为
m。类似地，△Vt一计算器11′获得△Vt，它代表车辆速度Vt在取样时间点n处的值Vt(n)和在时间点n的前一个取样间隔△ts的取样时间点的值Vt(n-1)之间的差。值△Vt/△ts。可用作处理器12之中算术逻辑运算内的Vt很明显，对于熟悉该技术的人来说前面描述的计算器11和11′可由在处理器12中提供的下述功能代替，即将处理器12设计成分别由Vm和Vt计算△Vm和△Vt。
处理器10由已知的微处理器构成，虽然其运行将在以后仔细解释，它可在此简单地介绍。通过利用分别从模/数转换器9和9′给出的驱动轮边缘速度μm和车辆速度Vt以及分别由计算器11和11′得到的它们的差△Vm和△Vt，处理器12首先判别非附着轮所处的状态，即，例如判别驱动轮的滑动是否继续发展，或者其是否在恢复过程中(为了进一步解释的方便，在下文中前一状态称为非附着态的发展期，而后者称为恢复期)。而且，处理器12计算和输出分别在非附着态的发展期和恢复期中应用的再附着控制信号Tf耦合到数模(D/A)转换器13，在其中信号Tf转换成模拟信号並随后加到减法器8上，使主控制器2在差Tp-Tf基础上，受到主电机3产生的转矩的控制。
图2(a)到2(e)描述了前面所述的各种信号的波形。在车辆持续地在通常运行状态下加速期间，驱动轮边缘速度Vm和车辆速度μt随时间逐渐增大，由图2(a)中的线μm和μt所示。在此假定打滑在时间点ti发生在某个驱动轮上，该驱动轮的边缘速度Vm迅速增加(如图2(a)的线μm所示)，而车辆则由其它不打滑的驱动轮几乎线性的加速(如同一图中的线Vt所示)。结果，如图2(b)所示，滑动速度μs也增加了。该驱动轮的边缘速度Vm的增长在某时刻te达到了峰值，其后由于后面要描述的再附着控制或制动恢复控制而减小，並使滑动速度Vs也减小，当减小的边缘速度Vm变得等于该时的车辆速度Vt时(如图2(a)所示)该驱动轮再次与轨道附着，而滑动速度us消失(如图2(b)所示)。
从如图2(a)所示的边缘速度信号um和车辆速度信号ut分别由计算器11和11′得到如图2(c)所示的信号
m和
t(实际为△Vm/△ts和△Vt/△ts)。而且通过微分如图2(b)所示的滑动速度信号us或作出信号Vm和Vt之间的差而得到图2(b)所示的信号
s。滑动的发生可由比较滑动速度us微分后的值Vs和参考值S1探测出来。当信号
s的水平超过参考值S1时就确定为发生了滑动。
另外，从发生滑动的时刻ti到边缘速度Vm达到峰值的时刻te的间隔依赖于前述的滑动发展期。定义代表轮子状态的变量“滑动”(SLIP)，它的值在此间隔内取1(对照图2(e))。在这个发展期中，因为在该时间内产生的牵引力超过了附着力需要立即减小驱动转矩以抑制滑动。另一方面，除了发展期的剩下的时期称为非发展期，对于此时期，变量“滑动”被赋于零值(图2(e))。在这个非发展期中包括两个情况;一个是前述恢复期，在其中打滑驱动轮的边缘速度um向附着减速，而另一种情况为伪滑动，如前所述，在其中滑动速度νs低于它的特别值νso，在该值上可得到最大附着力famx。在非发展期内，希望驱动转矩以合适的速率恢复到其正常值，上述速率尽可能大。
前面提到的驱动转矩控制是在如图2(e)所示的重新附着控制信号Tf的基础上控制的，它减小转矩指令Tp以减小打滑驱动轮的边缘上产生的牵引力。如图所示，当变量“滑动”是1，即，在滑动的发展期内，信号Tf迅速增加，以使转矩指令Tp迅速减小，作为对比，当变量“滑动”为零，即处在非发展期内时，信号Tf以适当的速率减小，使得转矩指令Tp，也使驱动转矩，相应地恢复。为了以后描述方便，把滑动发展期内的信号Tf表示成Tfa，而把非发展期内的表示成Tfd。而且，把发生滑动时刻的滑动速度us和重新附着信号Tf分别表示成usi和Tfi。
现参考图3，将解释在处理器12中的算术逻辑运算的内容。在所示的程序流程图中，符号〔-〕(对比步骤26到29)表示包括这个符号的公式右方项的值存到处理器12的存储器区域中，上述值赋予相应公式的左边项的变量。
在图3中，当运算开始，存储器的滑动区域首先予以考虑，在步骤21检验其是否为1，即，轮子的附着态是否在滑动的发展期。如果，“滑动”1，运算转到步骤22，在此滑动速度Vs被与参考值Vsmin比较。参考值Vsmin是根据包括在速度探测器4和4′的输出之内的噪音分量而设置的，它主要是由车辆的振动造成的。通常，它的值造成低于滑动速度Vso，在该处取最大的附着力fmax。而且，包括在速度探测器4和4′的输出之中的噪音分量有同车辆速度Vt一起增长的倾向，所以参考Vsmin也随车辆速度νt而增长。
在步骤22，当Vs＜Vsmin时，驱动轮被看成在非发展期，並使运算进行到步骤26，在此计算对于非发展期的重新附着控制信号Tfd，並储存在区域Tf处。在此步骤(22)，当Vs≥Vsmin时，运算进展到步骤24，在这一步将滑动的νs的差△Vs同参考值Si进行比较。在此参考值δi如图2(d)所示依赖于参考值δi，並且等于值δi和取样间隔△ts的乘积。这是因为用△νs代替微分值
s。而且，上面提到的重新附着信号Tfd的计算将在后面详细描述。
在步骤24，当△Vs＜δi时，驱动轮被看成处在非发展期，计算进行到步骤27。即，当差△νs超过参考值δ′i时，就认为在驱动轮开始了滑动的发展期，变量“滑动”设置为1，它储存在指定给该变量的存储区域中。而且，在每个时刻的滑动速度νs和重新附着控制信号Tf也分别储存在存储区域Vsi和Tfi之中。此外，在存储区Tf计算和储存相应于发展期的，重新附着控制信号Tfa。重新附着控制信号Tfa的计算也将在后面详细解释。
再回过来解释步骤21。在这一步，当“滑动”＝1时，运算进行到步骤23，在此将滑动速度νs同参考Vsi进行比较(如图2(b)所示)。
在步骤23，当Vs＞Vsi时，运算进行到25，在那里检验驱动轮的边缘速度的差△Vm的符号。如果差△Vm是正的，则因为正的△Vm意味着驱动轮的边缘速度Vm增加，所以认为驱动轮处于滑动的发展期。这样，运算进行到28。在步骤28处，计算相应于滑动的发展期的重新附着控制信号Tfa並将其储存在存储区域Tf。在步骤23处，当νs≤Vsi时，就认为驱动轮处于非发展期，並在步骤25处，当△Vm＜0时，认为驱动轮中的滑动的发展期结束。在这两种情况下，运算进行到步骤29，在那里变量“滑动”为零，並计算相应于非发展期的重新附着控制信号Tfd，並将其储存在存储区域Tf中，上面提到的计算重新附着控制信号Tfa和Tfd的方法将在后面详细描述。
进一步地，提供步骤23以避免牵引力由于对出现滑动的错误判断造成的严重损害。如前所述，确定发生滑动是通过比较滑动速度的差△νs和基准δi(对比步骤24)进行的。如果在步骤24错误的确定是发生了滑动，由主电机产生的驱动转矩将由此而减小。结果，滑动速度us减小到低于参考νsi。这种情况在步骤23处检测到，並将运算进行到步骤29，所以驱动转矩的减小就立即停止，並且恢复到正常的运行状态，如果提供能够消除包括在速度探测器4和4′的输出之中的噪音的滤波器並适当选择参考δi，则可省去步骤22和23。然而，如前所述，因为这些步骤具有防止错误动作和快速恢复到正常运行状态的效应，所以提供它们是有利的，结果可高灵敏度地探测滑动並且可大大改善重新附着控制装置的性能。
而且，因为存在关系
s＝
m-
t，如果车辆的加速度
t足够小，就建立了关系νs＝νm。于是，νm变为零的时刻和νs变为零的时刻的差△t比起由ti到te的时间间隔来非常小(如图2(d)所示)。在此情况下，图3的程序流程中的步骤25可由辨别△νs＞0的步骤代替。即，当滑动速度的差△νs为零或负值(△νs≤0)时，认为滑动的发展期结束，运算进行到步骤29。
图3的程序流程描述了算术逻辑运算的例子，其中由用滑动速度νs判别滑动的发展期和非发展期，然而此判别可单独由边缘速度νm实现，而不需利用滑动速度νs。可借助驱动轮边缘加速度νm(或△νm)变得大于通常在车辆正常状态下的值(参考δ1″)来确定发生了滑动，而借助过驱动轮的边缘加速度νm变为零或负值可检测滑动发展期的结束。参考值δ1″需根据通常的车辆加速度而取得比前述参考值δ1′大一些。结果，探测滑动的灵敏度可能有些下降，然而重新附着控制装置在结构上更简单了，这是因为不需要车辆速度探测器。
滑动的发生也可通过滑动速度νs自己的水平来探测。如已说明的那样，最大附着力fmax和取fmax时的滑动速度νso随着轨道的表面状况而变化。这样，确定滑动速度νs的平均值νsope，当探测到的滑动速度νs超过νsopt时，就认为发生了滑动。因为νso有随车辆速度ut增加的倾向，所以νsopt也需要根据车辆速度νe而变化。
下面参考图4(a)到4(d)，对计算重新附着控制信号Tf，即滑动发展期的Tfa和非发展期的Tfa作出解释。在这些图中，图4(a)和4(b)相应于图2(a)和2(d)，但图4(b)仅显示了图2(d)的一部分，即，滑动发展期的一部分。而且，图4(d)相应于图2(e)但地在其中对重新附着控制信号Tf的描述更详细和更精确。图4(c)只显示了滑动发展期的重新附着控制信号Tfa。
在这个实施方案中，重新附着信号Tf由重新附着控制信号Tfi的值(它是从滑动发生时持续下来的)和附加分量之和构成的。附加分量包括滑动相关分量和时间相关(因而，滑动无关)分量。
首先，对滑动发展期的重新附着控制信号Tfa中的附加分量作出解释。如图4(c)所示，时间相关或滑动无关分量l，包括常量部分(偏置部分)和随时间增长部分。在通常的滑动现象中，滑动速度us恰在发生滑动后相当缓慢地增长(如图4(a)所示)所以相对于滑动现象来说信号的变化是小的。在上述时间间隔内，滑动无关分量信号e1有效地起作用，打滑的轮子可在小的打滑后再次附着到轨道上。
然而，如前所述，附着力f相对于滑动速度us的特性根据轨道表面和驱动轮之间的状况有很大的变化，这样仅有时间相关分量e1还还不能充分应付f-νs特性的大变化。所以，为了总能根据f-νs特性中的变化适应重新附着控制信号Tf，提供了滑动相关分量信号e2。
在此情况下，滑动相关分量信号e2的形成如下所述。该信号也包括两个分量，一个(e2′)与滑动速度的微分值
s有关，另一个(e2″)依赖于滑动速度本身。如图4(c)所示，分量e2′在us持续增长期间正比于
s-δ1，而在
s开始下降后保持在它的最大值处。分量e2″正比于νs-νsio滑动相关e2由e2′和e2″的和构成，所以随时间变化，如图4(c)所示。
总之，在这种情况下的重新附着控制信号Tfa的计算公式可表示为
Tfa＝Tfi+e1(n)+e2
其中
e1(n)＝G0+e1(n-1)+△e1
e2＝G1(△νs-δ1′)+G2(νs-νsi)
在上面的公式中，e1(n)代表e1在取样时间点n的值，△e1是一个取样间隔里e1的增量，，G0、G1和G2为常数。
下面，解释非发展期的重新附着控制信号Tfd，虽然可以任意选择Tfd的下降趋势，但是在此假定Tfd随时间滞后的一次项而减小，这样给出下面的差方程
τ｛Tfd(n)-Tfd(n-1)｝/△ts+Tfd(n)＝0
其中τ代表时间常数，Tfd(n)代表在取样时间点n处的Tfd值。由上述公式，可以导出下面的关系
Tfd(n)＝｛τ/(△ts+τ)｝Tfd(n-1)
而且，在这个实施方案中，时间常数τ根据重新附着控制信号Tfd本身的水平变化。即，如图4(d)所示，当Tfd大于确定的水平Tfn时，选择相当小的时间常数，而当Tfd≤Tfn时，时间常数被设置得相当大。有了如此确定的时间常数，在非附着态的发展期结束之后，牵引力迅速恢复到接近于该时刻车辆行驶处的最大附着力，此后牵引力逐渐上升，从而不再发生滑动。时间常数变化时的Tfn的水平由下面确定。因为当驱动转矩达到相应于Tp-Tfi的值时滑动已经发生，所以此时车辆行驶处的最大附着力可由重新控制信号Tfi估算。因此，可以用下面的公式估算，例如
Tfn+ε(Tfn-Tfi)
其中ε为常数，根据本发明者的实验最好选在0、2附近。
参考图5，从不同的观点对这个实施方案的运算方式进行描述。图5显示了熟知的附着力f相对于滑动速度νs的特性。另外，作为由这个实施方案控制的结果的驱动力F(驱动转矩/驱动轮的半径)的特性在图中用虚线划出。当f-νs的特性是f1时，驱动力F的特性由虚线F1显示，当f-νs的特性突然由f1变为f2时F的特性由虚线F2表示。
现在假定f-νs的特性为f1，在发生滑动的时刻驱动力F由点P1表示。在那点的驱动力F的值相应于在滑动发生时转矩指令Tp和重新附着控制信号Tfi的差。如前所述，重新附着控制信号Tf在发生滑动时上升，而驱动力F如F1所示那样下降。然而，在F1＞f1时，边缘速度νm持续增长(
m＞0)直到下降的F1同该时刻的f1相等。在F1变得等于f1和滑动的发展期结束的点P2处，重新附着控制信号Tf停止增长。然而，由于主电机，主控制装置和提供给速度检测器的滤波器等存在延迟因子，驱动力F1比点P2低一些，造成F1＜f1。结果，边缘速度νm开始减小，驱动力F沿图中虚线F1所示的箭头变化。即，滑动轮通过点P2的状态且在f-νs的特性曲线f1上的点P3的状态下重新附着。
如果在滑动的发展期中重新控制信号Tf增长过快，达到所不需要的大数值，驱动力F将因为存在于整个系统中的延迟因子而降到远低于点P2。所以，根据本发明的实施方案，在轮子和轨道表面之间的状况中不存在突然变化的情况下，驱动力F主要按滑动无关分量。e1的函数下降。当轨道的表面状况突然变化，f-νs的特性如图5所示由f1变到f2时，适当产生重新附着控制信号Tf以能借助滑动相关分量e2应付f-νs特性速度的大变化。因此，驱动力F沿图中虚线F2的箭头变化。即，滑动轮通过在f-νs特性曲线f2上的点P4的状况並在点P5的状况下附着。
下面参考图6，在此解释本发明的另一实施方案。图中只显示了与图1不同的部分和与其相关的部分。它们是νs计算器14，信号发生器15和高值选择器16。图中的其余部分由与图1中相同的标号表示。
通过由模/数转换器9′和9分别提供的车辆速度νt和驱动轮边缘速度νm，由νs计算器14获得滑动速度νo当滑动速度νs超过予定的参考值δ2时，信号发生器15产生滑动速度抑制信号Tf″。参考值δ2被设置成稍微大于前述νsopt或湿轨状况下νso的平均值。高位选择器16选择来自处理器12的信号Tf′和来自信号发生器15的信号Tf″中具有较高值者，並产生所选的信号作为给数/模转换器13的重新附着控制信号Tf。而且，虽然在此由Tf′表示处理器12的输出，这在原理上同图1中的实施方案相同。然而，象在图3的程序流程中Tfi或Tfm所示的处理器12的运算那样(对比步骤27和29)，利用的是高值选择器16的输出Tf，而不是处理器12的输出Tf′。
由于附加了前述的部分，本实施方案对下面的滑动具有影响，该滑动的速度增长很慢，△νs绝不会超过参考值δ1′(它是为检测滑动面设置的，图2(d)和图3的步骤24)。当车辆行驶在有油的轨道上时，上述滑动经常发生，在上述轨道表面状况下，附着力f相对于滑动速度νs的特性没有明显的峰值，而是成平台形的。当滑动速度νs虽然慢但增长到超过δ2时，信号发生器15产生正比于νs-δ2的Tf″，因而可使驱动转矩减小。另外，在滑动未能被处理器12的输出Tf′抑制的情况下，避免了滑动速度νs增长太多，这是因为当滑动速度νs超过δ2时，重新附着控制信号Tf由信号发生器15的输出Tf″增长。
为简单起见，前面的解释都是针对应用具有由单一主控制装置控制的单一主电机实施方案的车辆主电路的。下面结合图7至10描述本发明应用到具有多个主电机的电力机车上的不同实施模式。
首先，图7显示了由主控制装置2控制的三个主电机31、32和33的例子。耦合到这些电机上的分别为速度检测器41、42和43。检测器41、42和43的输出分别由模/数转换器91、92和93转换成数字信号並分别加给处理单元101、102和103。作为这些处理单元的其它输入，车辆速度ut由耦合到非驱动轴上的速度检测器4′通过模/数转换器9′给出。处理单元101、102和103与前面所述的实施方案中的相同，它接收车辆速度ut和驱动轮的相应边缘速度νm1，νm2和νm3，执行前面已经描述过的算术逻辑运算，分别产生重新附着控制信号Tf1、Tf2和Tf3。处理单元101、102和103的输出值到最大值选择器17，在其中选出它们之中最大者。选出的信号用作重新附着控制信号，以这种结构，既使滑动发生在任何主电机上，也能实现前面实施方案描述的同样重新附着控制或牵引恢复控制。
图7的安排可按如下进一步地简化。如图8所示，它提供最大值选择器18的最小值选择器19，它们分别选择三个速度探测器41、42和43的输出中的最大值和最小值。选择器18和19的输出分别由联到选择器18和19上的模/数转换器9和9′转换成数字信号。在这种情况下，可以为模数转换器9的输出等于滑动轮的边缘速度νm，而模/数转换器9′的输出可认为是车辆速度νt。通过利用如此得到的νm和νt;处理单元10可以根据前述的实施方案描述的算法计算重新附着控制信号Tf。根据这个实施方案，只要耦合到电机31、32和33上的所有车轮不同时发生滑动，就可以达到相同的效果。然而实际上滑动或打滑很少或不会同时发生在所有车轮上的。並且，由图所示，本发明的实施方案的结构与图7的相比非常简单。
在此要说明的是，在制动中，最大值选择器18的输出相应于车辆速度νt，而最小值选择器19则相应于打滑轮的边缘速度νm。在这种情况下，就需要用于改变给于处理单元10输入信号的装置或处理器单元10必须具有等价的功能，以应付开机运行时的滑动和制动时的打滑。
如果在电力机车的主电路中包括串联的主电机，则可以用图9中显示的方法直接检测滑动速度νs。这种情况利用了如下事实，即轮子的边缘速度可通过耦合到轮子上的相应主电机两端所示的电压检测出来。如图9所示，串联的电机31和32与串联的电阻R1和R2构成熟知的电检电路，並在两个串联电路的相应点处加上电压检测器5。在正常行驶当中，不管开机行进还是制动，跨在电机31和32两端的电压E1和E2几乎相等，在上述状态下，桥电路可通过适当选择电阻R1和R2的值而达到平衡，这样检测器5不产生输出信号。如果在电机31或32上发生滑动或打滑，电压E1和E2变得不相等，这样检测器5产生依赖于电压E1和E2之差的输出信号，上述电压差正比于滑动速度νs。探测器5的输出信号由模/数转换器20转换成数字信号並加到处理单元10上。
而且，如图10所示，也有可能由相应的电压检测器51至54检测主电机31至34的电压，並由最大差值探测器6探测得到的电压间的最大差值，它可被用作滑动速度νs。
如前所述，根据本发明，可以将该时刻所提供的车辆轮子和轨道表面之间的最大附着力用作牵引力或制动力。所以，在电力机车的情况下，可以大大增强它的牵引能力。在电力车箱的情况下，可减少包括在一列火车中电机车箱的数目，或在列车包括的电机车箱数量相同时，整个列车的加速或减速性能得到改进。而且，因为滑动或打滑在变得严重以前就被抑制，所以可减低轮子和轨道的摩损。
虽然在νt只显示並描述了几种形式的本发明实施方案的装置，可以理解在不偏离本发明的精神和领域的情况下，在所附权利要求
书的范围内是可以作出一些变化和改进的。
权利要求
1、带驱动电机(3)的轨道车辆的控制装置，它带有用于根据指令(Tp)控制加到车轮上的驱动或制动力(F)的第一种装置(1、2、8)，和用于获得有关车轮附着状态情况的信号(νs)的第二种装置(4、4′、9、9′、10、13)，上述第二种装置用于当在附着状态相关信号(νS)的基础上检测到车轮的非附着状态时产生重新附着控制信号去修正指令(Tp)，以使加到车轮上的力(F)减弱；
其特征在于
由附着状态相关信号(νS)检测非附着态发展期，在这个时期内加在轮子上的力(F)大于火车车辆运行处所能提供的附着力；
主新附着控制信号(Tf)由对应非附着态的发展期的分量(Tfa)和对应非发展期的分量(Tfd)构成；前一分量(Tfa)通过利用附着状态相关信号(νS)的计算而得到，並包括根据车轮发生的非附着态产生並与附着状态相关信号(νS)无关的非附着无关分量(e1)和根据有关附着状态产生的非附着相关分量(e2)，而后一分量(Tfd)在非附着态的发展期结束后随时间减小。
2、权利要求
1的轨道车辆控制装置，其中附着状态相关信号(νs)是车轮边缘速度(νm)和车轮速度(νt)之间的相对速度。
3、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当相对速度(νs)变得大于根据包括在边缘速度(νm)和车辆速度(νt)中的噪音确定的一定值(νsmin)且相对速度(νs)相对于时间的变化率超过予定的基准值(δ1)时，就检测出非附着态发展期的开始。
4、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当相对速度(νs)超过根据车辆速度νt而变化的参考值νsopt时，就检测出非附着态发展期的开始。
5、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当非附着车轮的边缘速度(νm)相对时间的变化率的绝对值超过预定的参考值时，检测出非附着态发展期的开始。
6、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当相对速度(νs)等于或大于非附着态发生时的相对速度(νsi)时，检测到发展期的开始。
7、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当非附着轮的边缘速度(νm)相对于时间的变化率为负的或等于零时，就检测出非附着态发展期的结束。
8、权利要求
2的轨道车辆控制装置，其中当相对速度(νs)相对于时间的变化率为负值或零时，检测出非附着态发展期的结束。
9、权利要求
1的轨道车辆控制装置，其中非附着态的发展期的重新附着控制信号(Tfa)由重新附着控制信号(Tfi)，随时间增长的时间相关分量(e1)和非附着相关分量(e2)的和构成。
10、权利要求
9的轨道车辆控制装置，其中时间相关分量(e1)有常数值偏置。
11、权利要求
9定义的轨道车辆控制装置，其中非附着相关分量(e2)包括正比于相对速度(νs)的时间微分值(Ns)的增长部分的分量和正比于相对速度(νs)的分量。
12、如权利要求
1定义的轨道车辆控制装置，其中当重新附着控制信号(Tfd)向预定水平(Tfn)下降时，非发展期重新附着控制信号(Tfd)下降的时间常数()变得大于前一个时间常数。
13、如权利要求
12定义的轨道车辆控制装置，其中预定水平(Tfn)按如下方法确定。
Tfn＝Tfi+ε(Tfm-Tfi)
其中ε为常数，Tfi和Tfm分别代表非附着态的发展期开始和结束时的重新附着控制信号值。
14、如权利要求
1定义的轨道车辆控制装置，其中提供有信号发生器，当相对速度(νs)超过预定参考值(δ2)时，它根据相对速度(νs)产生附加的重新附着控制信号(Tf″)，和其中利用主重新附着控制信号(Tf′)和附加的重新附着控制信号(Tf″)之中的大者作为重新附着控制信号(Tf)。
15、如权利要求
1定义的轨道车辆控制装置，其中获得分别相对于驱动电机(31、32、33)的独立的重新附着控制信号(Tf1、Tf2、Tf3)的用它们之中的最大者作为重新附着控制信号(Tf)。
16、如权利要求
1定义的轨道车辆控制装置，其中由不同的驱动电机(31、32、33)驱动的轮子的边缘速度(νm1、νm2、νm3)的最大者和最小者被探测出来，在探测出的边缘速度(νm1、νm2、νm3)的最大值和最小值的基础上计算重新附着控制信号(Tf)。
17、如权利要求
1定义的用于火车车辆的控制装置，其中通过分别跨在驱动电机(31、32、33、34)两端的电压的差获得重新附着控制信号(Ns)。
专利摘要
滑动发展期的开始是按滑动速度NS(驱动轮的边缘速度Nm和车辆速度Nt之间的相对速度)的dNS/dt超过预定参考值δ1检测的。而发展期结束按边缘速度Nm的dNm/dt等于零检测。在发展期，加给主电机控制器的转矩指令Tp由再附着控制信号Tfd减小，该控制信号，由时间相关分量e1和滑动相关分量e2之和构成。发展期过后，转矩指令Tp以适当时间常数随时间增长而减小。按本发明，控制的算术逻辑运算可在不降低电力机车附着特性的情况下大大简化。
文档编号B60L3/10GK86105005SQ86105005
公开日1987年4月22日 申请日期1986年8月14日
发明者弘津哲二, 中村清, 河西省司, 山口博史, 高津英二 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan