Изобретение относится к области систем управления транспортных средств, в частности рельсового транспорта.
Преимущественное использование предлагаемого изобретения - системы управления движением пассажирского и грузового железнодорожного транспорта.
Современный этап развития рельсовых транспортных средств характеризуется все большим внедрением на них автоматизированных и автоматических систем управления, обеспечивающих им более высокие эксплуатационные показатели.
Одно из направлений этого развития связано с созданием адаптивных систем разгона и торможения, позволяющих автоматизировать регулирование проскальзывания колес. Это дает возможность предотвратить пробуксовывание или блокировку колес на рельсах с высоким коэффициентом скольжения, достигнуть наилучшего сцепления в различных условиях эксплуатации, а следовательно, реализовать оптимальное замедление транспортного средства и тормозной путь.
Использование в транспортных средствах таких систем управления, получивших название противобуксовочных и антиблокировочных систем, обеспечивает не только эффективность процесса разгона и торможения в широком диапазоне изменения коэффициента сцепления, но и за счет исключения пробуксовывания или заклинивания колеса, обеспечивает защиту поверхности катания колес от ползунов и наваров. Последнее обстоятельство имеет исключительно важное значение для железнодорожного транспорта, так как нарушение поверхности катания колеса оказывает вредное разрушающее воздействие, как на ходовую часть, так и на железнодорожный путь.
Одной из наиболее важных проблем при создании антиблокировочных и противобуксовочных систем является точность измерения степени проскальзывания колесных пар, что связано с необходимостью точного измерения скорости транспортного средства.
Известны системы управления движением, в которых в качестве скорости транспортного средства используется скорость колесной пары, имеющей в настоящий момент наименьшую (в режиме разгона) или наибольшую (в режиме торможения) скорость вращения [1, 2]. Однако, поскольку все колесные пары всегда находятся в условиях действия на них крутящего момента двигателя или тормозного усилия, использование данного способа не позволяет с необходимой степенью точности измерить реальную скорость движения транспортного средства.
Известны системы управления, в которых задача определения скорости транспортного средства решается за счет сравнения угловых скоростей вращения тормозящихся и свободно вращающейся колесных пар. Недостаток очевиден - не все колеса участвуют в разгоне или торможении и, следовательно, их эффективность уменьшается.
Известны также способы измерения скорости движения транспортного средства, основанные на использовании локационных методов измерения скорости, а также способы вычисления скорости на основе информации о линейном ускорении в направлении движения транспортного средства [3, 4, 5]. Первые способы весьма дорогостоящие и практически непригодны для рельсового транспорта. Способы же вычисления скорости транспортного средства на основе измерения линейного ускорения требуют решения таких задач, как:
- компенсации составляющей ускорения силы тяжести из-за не горизонтальности дороги (пути);
- выбора момента задания начальной скорости транспортного средства в процедуре интегрирования;
- компенсации накапливающихся ошибок из-за наличия ошибок датчика линейных ускорений.
В связи с этим, в современных системах управления наибольшее распространение получил косвенный метод вычисления скорости транспортного средства Vтс [4], в соответствии с выражением:
где 
- среднее ускорение колесных пар;
[ак(t)]i - ускорение i-го колеса;
(Vк)m - окружная скорость колеса, соответствующая минимальной (при разгоне) или максимальной (при торможении) из окружных скоростей колес (колесных пар) в момент начала данного режима движения;
tн - момент начала соответствующего режима движения;
t - время движения транспортного средства.
Нетрудно видеть, что данный метод дает завышенное (при разгоне) или заниженное (при торможении) значение скорости Vтс, так как в режиме разгона ускорение колеса всегда больше ускорения транспортного средства, а в режиме торможения всегда меньше его.
Задачей данного изобретения является исключение указанных выше недостатков существующих в настоящее время способов измерения скорости движения транспортного средства.
Для более точного измерения скорости движения транспортного средства (в режимах разгона и торможения) в заявляемом способе ее предлагается вычислять в соответствии с выражением:
где aтс - ускорение транспортного средства.
В режиме установившегося движения (на выбеге) скорость транспортного средства предлагается вычислять в соответствии с выражением Vтс=(Vк)max, где (Vк)max - максимальная из окружных скоростей колесных пар.
Для исключения влияния наклона пути на точность измерения ускорение транспортного средства в данном способе предлагается измерять три линейных ускорения: одно - в направлении движения транспортного средства и два дополнительных (компенсационных) ускорения, в направлениях, расположенных под углом ±α (например, ±45°) к направлению движения. При этом ускорение транспортного средства атс вычисляется в соответствии со следующим выражением:
где а0 - линейное ускорение в направлении движения транспортного средства;
a1, a2 - компенсационные линейные ускорения.
Выбор знака в выражении для определения aтс определяется исходя из выражения:
где 
Для компенсации ошибок датчиков линейных ускорений (а0, a1, а2) и исключения их влияния на точность вычисления скорости транспортного средства в заявляемом способе предлагается использовать метод коррекции, основанный на периодическом (через время Тп) снятии крутящего (в режиме разгона) или тормозного (в режиме торможения) момента на время (Тр), достаточное для приведения окружной скорости и ускорения колеса к скорости и ускорению транспортного средства, и вычислении уточненного значения скорости транспортного средства в соответствии с выражением Vтс|у=Vн, где Vтс|у - скорость транспортного средства в момент уточнения, Vн - окружная скорость свободно вращающейся колесной пары. При этом значение скорости (Vтс|у) используется в качестве начального значения в выражении (2) для расчета скорости движения транспортного средства вплоть до момента нового уточнения скорости. В связи с тем, что в момент уточнения скорости Vтс ускорение свободно вращающейся колесной пары равно ускорению транспортного средства, в заявляемом способе предлагается вычислять поправку (aпоп1) к расчету ускорения транспортного средства (в соответствии с выражением (3)) по формуле апоп1=aкн|у-атс, где акн|у - ускорение нетормозящейся колесной пары в момент уточнения, и вычислять значение атс в соответствии с выражением:
где (атс)о - значение ускорения транспортного средства, вычисленное в соответствии с выражением (3).
При этом значение поправки (aпоп1) остается неизменным до момента следующего уточнения.
Проведенные исследования показали, что время Тп должно находиться в диапазоне 6...8 с, а время ТР должно равняться 1,5...2,0 с.
В связи с тем, что для обеспечения необходимой точности вычисления скорости транспортного средства Vтс, требуется очень высокая степень точности установки датчика линейных ускорений ао по направлению движения транспортного средства, в заявляемом способе предлагается система компенсации неточности его установки, основанная на измерении в режиме остановки транспортного средства (при Vтс=0) поправки (aпоп2) в соответствии с выражением:
где N - число измерений линейного ускорения транспортного средства и учета этой поправки при расчете ускорения транспортного средства.
При этом выражение (5) примет следующий вид:
Устройство, которое реализует данный способ определения скорости рельсового транспортного средства, приведено на фиг.1.
Оно включает четыре датчика скорости колесных пар 1...4, выходы которых соединены с соответствующими входами четырех дифференциаторов 5...8, датчик продольного линейного ускорения 9, блок задания режима движения транспортного средства 10, блок определения минимальной и максимальной скоростей колесных пар 11, входы которого связаны с выходами датчиков скорости колесных пар 1...4, два компенсационных датчика линейных ускорений 12 и 13, блоки вычисления скорости 14 и ускорения 15 транспортного средства, два блока выработки поправок для расчета ускорения транспортного средства 16 и 17, выходы которых соединены с соответствующими входами блока вычисления ускорения 15, блок выбора момента уточнения скорости и ускорения транспортного средства 18 вход которого соединен с выходом блока задания режима движения 10, а выход связан с соответствующими входами блока 16 выработки поправки и блока 14 вычисления скорости транспортного средства и блок выработки управляющих сигналов 19, входы которого соединены с выходами блока выбора момента уточнения 18 и блока задания режима движения 10.
Выход блок определения минимальной и максимальной скоростей колесных пар 11 соединен с входом блока вычисления скорости транспортного средства 14.
Выходы датчиков вращения колесных пар 1...4 и дифференциаторов 5...8 соединены с соответствующими входами блока вычисления скорости транспортного средства 14. Выходы датчиков линейного ускорения 9, 12, 13 связаны с соответствующими входами блока вычисления ускорения транспортного средства 15, а выход блока 15 соединен с соответствующими входами блока вычисления скорости транспортного средства 14 и вторым входом блока 16.
Третий вход блока 16 связан с выходом датчика продольного линейного ускорения 9, а его четвертый вход соединен с выходом блока задания режима движения 10.
При этом входы блока 17 выработки поправки связаны с выходами датчика продольного линейного ускорения 9, блока задания режима движения 10 и блока вычисления скорости 14, а выход блока 10 соединен также с соответствующим входом блока вычисления скорости 14.
Работа устройства определения скорости движения рельсового транспортного средства во всех режимах движения происходит в следующей последовательности.
В режиме стоянки
Во время стоянки транспортного средства на выходе блока 10 формируется сигнал «Стоянка», поступающий на вход блока вычисления скорости 14. При этом на выходе блока 14 формируется сигнал Vтс=0, который поступает на вход блока расчета поправки 17. В течение всего времени стоянки в блоке 17 рассчитывается (в соответствии с выражением 6) значение апоп2. В момент трогания блок 10 формирует сигнал «разгон», при поступлении которого в блоке 17 заканчивается расчет апоп2, его значение запоминается до следующей остановки и поступает на вход блока вычисления ускорения 15.
В режиме разгона
Сигнал «разгон» с выхода блока 10 поступает также на входы блоков 14, 16, 18 и 19. В момент его прихода на выходе блока 16 формируется начальное значение поправки aпоп2=0, в блоке 18 запускается таймер, отсчитывающий время Тп до очередного уточнения скорости и ускорения транспортного средства.
С момента начала движения сигналы с выходов датчиков линейного ускорения 9, 12 и 13 поступают на входы блока 15, на выходе которого формируется сигнал ускорения транспортного средства атс, рассчитываемый в соответствии с выражением (7).
Сигнал aтс с выхода блока 15 поступает на вход блока 14, на остальные входы которого поступают сигналы окружной скорости (Vк) и ускорения (ак) колесных пар с датчиков 1...4 и дифференциаторов 5...8. Сигналы Vк с выходов датчиков 1...4 поступают на вход блока 11, где определяются минимальное и максимальное значения окружной скорости колесных пар транспортного средства, которые также поступают на вход блока 14. На выходе блока 14, в соответствии с выражениями (3) и (4) формируется сигнал скорости движения транспортного средства Vтс.
По истечении времени Тп на выходе блока 18 формируется сигнал «начало режима уточнения», который поступает на вход блока выработки управляющих команд 19. При поступлении этого сигнала и наличии на втором входе блока 19 сигнала наличия режима «разгона» на его выходе формируется команда на отключение двигателя на одной из осей транспортного средства. Одновременно с этим в блоке 18 запускается таймер, отсчитывающий время Тр, достаточное для торможения колесной пары до скорости транспортного средства.
По окончании времени Тр на выходе блока 18 формируется сигнал «окончания режима уточнения», который поступает на входы блока выработки управляющих команд 19, блока выработки поправки 16 и блока расчета скорости транспортного средства 14. При этом на выходе блока 19 формируется команда на включение отключенного двигателя, в блоке 16 рассчитывается новое значение поправки aпоп1 а в блоке 14 в соответствии с выражением Vтс|у=Vн рассчитывается уточненное значение скорости транспортного средства, которое в дальнейшем используется в качестве начального значения при расчете Vтс в соответствии с выражением (2).
В режиме установившегося движения
В режиме «установившегося движения» (при отсутствии режимов разгона и торможения), определяемого блоком 10, скорость транспортного средства, сигнал которой формируется на выходе блока 14, равна максимальной окружной скорости колесной пары, поступающей в блок 14 с выхода блока 11.
В режиме торможения
В режиме торможения, сигнал наличия которого формируется на выходе блока 10, работа устройства определения скорости транспортного средства Vтс аналогична его работе в режиме торможения, за исключением того, что по окончании времени Тп на выходе блока 19 формируется команда на отключение торможения одной из колесных пар, которая снимается через время Тр.
При этом в блоке 16 рассчитывается новое значение поправки aпоп1, а в блоке 14 в соответствии с выражением Vтс|у=Vн рассчитывается уточненное значение скорости транспортного средства, которое в дальнейшем используется в качестве начального значения при расчете Vтс в соответствии с выражением (2).
Предлагаемое устройство в настоящее время внедрено на опытном высокоскоростном электропоезде «Сокол-250» и его испытания подтвердили эффективность заложенных в него решений.
Источники информации
1. Л.В.Гуткин, Ю.Н.Дымант, А.И.Иванов. «Электропоезд ЭР 200». - М.: Транспорт, 1981, 192 с.
2. Авторское свидетельство №1772022, СССР.
3. Фрумкин А.К., Попов А.И., Алышев И.И. Современные антиблокировочные и противобуксовочные системы грузовых автомобилей, автобусов, прицепов. - М.: ЦНИИТЭИавтопром, 1990.
4. Техническое описание антиблокировочной системы фирмы SAB WABCO - High Performances New Generation, SWS2000 Wheel Slide Protection Equipment, 1996 - прототип.
5. ABS/ASR «D» - Антиблокировочная система для грузовых автомобилей и автобусов, WABCO Fahrzeugbremsen, 1999 г. (Copyright WABCO 1998).
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПАРИРОВАНИЯ ЮЗОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2002 |
|
RU2292277C2 |
| СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЮЗА ТОРМОЗЯЩЕГО КОЛЕСА | 2003 |
|
RU2237587C1 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОПРИВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ МНОГООСНОЙ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ | 2009 |
|
RU2426660C2 |
| Способ управления торможением транспортного средства и устройство для его осуществления | 2022 |
|
RU2819157C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПОДВИЖНЫХ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ | 2010 |
|
RU2436045C1 |
| УСТРОЙСТВО КОРРЕКТИРОВКИ ЛИНЕЙНОЙ КООРДИНАТЫ НАХОЖДЕНИЯ ПОЕЗДА | 2003 |
|
RU2248291C2 |
| УСТРОЙСТВО КОРРЕКТИРОВКИ ЛИНЕЙНОЙ КООРДИНАТЫ НАХОЖДЕНИЯ ПОЕЗДА | 2005 |
|
RU2290335C1 |
| СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ БОКСОВАНИЯ И ЮЗА КОЛЕСНЫХ ПАР И ПОДАВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ АВТОКОЛЕБАНИЙ В КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С АСИНХРОННЫМИ ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ | 2004 |
|
RU2270766C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫМ КРАНОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2006 |
|
RU2309112C1 |
| СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2017 |
|
RU2740353C2 |
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к области систем управления рельсовых транспортных средств. Способ основан на вычислении окружной скорости и ускорения всех колесных пар, измерении линейного ускорения в направлении движения транспортного средства, задании режима его движения и вычислении скорости движения транспортного средства в режимах разгона и торможения. Устройство содержит четыре датчика скорости колесных пар, выходы которых соединены с соответствующими входами четырех дифференциаторов, датчик продольного линейного ускорения, блок формирования сигнала режима движения транспортного средства и блок определения максимальной и минимальной скоростей колесных пар. Входы блока определения максимальной и минимальной скоростей колесных пар связаны с выходами датчиков скорости колесных пар. В устройство введены два компенсационных датчика линейных ускорений, блоки вычисления скорости и ускорения транспортного средства, два блока выработки поправок для расчета ускорения транспортного средства. Техническим результатом является обеспечение за счет более точного учета пробуксовывания или заклинивания колеса не только эффективности процесса разгона и торможения в широком диапазоне изменения коэффициента сцепления, но и защиты поверхности катания колес от ползунов и наваров. 2 н. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.
где (Vк)о - скорость колесной пары в момент начала разгона или торможения;
атс - ускорение транспортного средства; tн - момент начала разгона или торможения, а в режиме установившегося движения Vтс вычисляется в соответствии с выражением Vтс=(Vк)max), где (Vк)max - максимальная из окружных скоростей колесных пар, отличающийся тем, что в нем измеряют два компенсационных ускорения в направлениях, смещенных в вертикальной плоскости относительно направления движения транспортного средства на угол ±α, и вычисляют ускорение транспортного средства (атс) в соответствии со следующим выражением:
где а0 - линейное ускорение, измеряемое в направлении движения транспортного средства; а1 а2 - компенсационные линейные ускорения; g - ускорение силы тяжести; α - угол установки компенсационных датчиков; апоп1 и апоп2 - поправочные значения, при этом знак в выражении для определения атс определяют согласно выражению:
где 
(ак)ср - среднее ускорение торможения колесных пар.
где N - число измерений линейного ускорения транспортного средства.
| Техническое описание антиблокировочной системы фирмы SAB WABCO | |||
| - High Performances New Generation, SWS2000 Wheel Slide Protection Equipment | |||
| Предохранительное устройство для паровых котлов, работающих на нефти | 1922 |
|
SU1996A1 |
| Способ определения повреждаемости материала изделий при циклическом нагружении | 1983 |
|
SU1142768A1 |
| Ограничитель угла наклона грузоподъемной машины | 1984 |
|
SU1167141A1 |
| Способ адаптивного управления колесными тормозами по условиям сцепления антиблокировочной системой | 1990 |
|
SU1772022A1 |
