CZ33352U1 - Zařízení pro provádění odhadu sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě - Google Patents

Description

Zařízení pro provádění odhadu sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro provádění odhadu sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě, přičemž jde o vozidlo s elektrickým pohonem. Cílem je maximální využití adheze mezi kolem a kolejnicí během jeho provozu, přitom toto zařízení umožňuje efektivní činnost skluzové regulace nebo ochrany i při neznámých a rychle se měnících adhezních podmínkách.

Dosavadní stav techniky

U kolejových vozidel dochází k přenosu síly v jízdním i brzdném režimu za pomoci adheze ve stykové plošce kola a kolejnice. Adheze jakožto fyzikální veličina je závislá na mnoha okolnostech, je velmi proměnná v závislosti na chemickém složení stykové plošky, na místě, na čase a na povětrnostních podmínkách. Při překročení aktuálně maximálně přípustné adhezní síly dochází k jejímu poklesu a k roztáčení nebo brzdění poháněné nápravy, resp. kola a všech rotujících dílů mechanické části pohonu. Současně dojde ke vzniku rázů v celé vlakové soupravě.

U kolejových vozidel se od počátku používala zařízení, která měla za úkol chránit vozidlo před poškozením při výrazném překročení meze adheze, tj. aktuálně maximálně přípustné adhezní síly. Později se přidávala zařízení, která měla za úkol omezovat maximální skluz, a ještě později se začala používat zařízení, která se snaží udržovat polohu pracovního bodu ve stabilní oblasti před vrcholem meze adheze na adhezní charakteristice. Adhezní charakteristika je závislost adhezní síly na skluzu. Skluz je okamžitý rozdíl obvodové rychlostí kola a rychlosti kolejového vozidla ve stykové plošce kola kolejového vozidla s kolejnicí.

Dosud známé metody pro řízení skluzu kol kolejového vozidla lze rozdělit do tří skupin:

První skupinou jsou metody, které využívají přímo měřitelné veličiny pohonu kolejového vozidla, jako jsou rychlost otáčení motoru nebo poháněné nápravy nebo kola a případně zrychlení motoru nebo poháněné nápravy nebo kola. Tyto metody z těchto měřených veličin stanovují skluz poháněné nápravy nebo kola případně zrychlení poháněné nápravy nebo kola a na základě porovnání se zadanou hodnotou skluzu omezují nebo snižují moment pohonu a tím i omezují skluz poháněné nápravy nebo kola. Nevýhodou těchto metod je, že nedokáží správně stanovit okamžitou hodnotu skluzu, neboť potřebná posuvná rychlost vozidla není přesně známa, a především nelze stanovit správnou zadanou, resp. mezní hodnotu skluzu, která by odpovídala aktuálním a rychle se měnícím adhezním podmínkám.

Druhou skupinou jsou metody, které využívají další přímo měřitelné veličiny elektrického pohonu, jako jsou měřená napětí nebo proudy elektrického pohonu. Z těchto veličin již nelze přímo stanovit skluz poháněné nápravy nebo kola, ale pouze lze usuzovat na jejich skluzové chování. Tyto metody mohou také pouze omezovat skluz poháněné nápravy nebo kola. Nevýhodou těchto metod je, že měřené veličiny nemají jednoznačný vztah ke skluzu poháněné nápravy a též, jako u první skupiny, nelze správně stanovit zadanou resp. mezní hodnotu porovnávaných veličin, která by odpovídala aktuálním a rychle se měnícím adhezním podmínkám.

Třetí skupinou jsou metody, které využívají metody odhadu neměřitelných veličin na základě znalosti struktury a parametrů soustavy a měření dostupných veličin, jako jsou rychlost otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo kola, zrychlení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo kola, dále měřená napětí nebo proudy elektrického pohonu. Je odhadována hodnota

- 1 CZ 33352 UI skluzu poháněné nápravy nebo kola nebo hodnota sklonu adhezní charakteristiky. Nevýhodou těchto metod je, že do struktury soustavy je zahrnuta elektrická část pohonu, jejíž vlastnosti se mění např. podle aktuálně použité metody řízení a použité modulace a nelze tedy správně stanovit hodnotu skluzu ani zadanou, resp. mezní hodnotu skluzu.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě, které z okamžitých hodnot momentu, resp. jiné veličiny úměrné momentu na hřídeli trakčního motoru a z okamžitých hodnot rychlosti otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo kola kolejového vozidla odhadne sklon adhezní charakteristiky v pracovním bodě bez rušivého vlivu neznámých nebo měnících se parametrů elektrické části pohonu.

Pohon kolejového vozidla je tvořen napájecí částí, řídicí částí a trakčním motorem, poháněnou nápravou nebo poháněným kolem. Kolejové vozidlo obsahuje snímač rychlosti otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola. Trakční motor je tvořen statorem a rotorem, které svým vzájemným působením vytvářejí moment ve vzduchové mezeře. Trakční motor je napájen elektrickou částí pohonu trakčního motoru. V dalším textu termínem moment rozumíme právě moment trakčního motoru ve vzduchové mezeře.

Podstatou předkládaného zařízení je, že v jeho druhé větvi je zapojen zdroj synchronizačního signálu a v jeho první větvi je zapojen blok vzorkovače odhadovaného momentu, jehož vstup je propojen s řídícími částmi obvodů elektrické části pohonu trakčního motoru a jehož výstup je přiveden ke vstupu bloku první pásmové propusti. Výstup bloku první pásmové propusti je připojen k prvnímu vstupu bloku prvního estimátoru, přičemž ke druhému vstupu bloku prvního estimátoru je připojen výstup zdroje synchronizačního signálu. Zařízení obsahuje také třetí větev, v níž je zapojen blok vzorkovače úhlové rychlosti otáčení, k jehož vstupu je připojen výstup snímače rychlosti otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola a jehož výstup je přímo nebo přes další bloky připojen ke vstupu bloku druhé pásmové propusti. Výstup bloku druhé pásmové propusti je připojen k prvnímu vstupu bloku druhého estimátoru, přičemž ke druhému vstupu bloku druhého estimátoru je připojen výstup zdroje synchronizačního signálu. Dále jsou propojeny první a třetí větev tak, že druhý výstup bloku prvního estimátoru je připojen k pozitivnímu vstupu druhého odečítacího bloku, přičemž k negativnímu vstupu tohoto druhého odečítacího bloku je připojen druhý výstup bloku druhého estimátoru, když výstup tohoto druhého odečítacího bloku je propojen s prvním vstupem bloku ověření odhadu. První výstup bloku prvního estimátoru je přitom přiveden ke vstupu bloku porovnání hodnoty odhadnutého modulu momentu, jehož výstup je přiveden k druhému vstupu bloku ověření odhadu. První výstup bloku druhého estimátoru je připojen ke vstupu bloku porovnání hodnoty modulu úhlové rychlosti otáčení, jehož výstup je přiveden ke třetímu vstupu bloku ověření odhadu, přičemž blok ověření odhadu má také výstup pro odhadovaný sklon adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo pro hodnotu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě.

Je výhodné, když je blok vzorkovače úhlové rychlosti otáčení svým výstupem propojen se vstupem bloku střední hodnoty, jehož výstup je připojen k negativnímu vstupu prvního odčítacího bloku. Výstup bloku vzorkovače úhlové rychlosti otáčení je současně připojen také k pozitivnímu vstupu prvního odečítacího bloku. Výstup prvního odčítacího bloku je pak dále připojen ke vstupu bloku druhé pásmové propusti.

Ve výhodném provedení blok prvního estimátoru blok i druhého estimátoru obsahují stejné vnitřní zapojení.

-2CZ 33352 UI

Přitom první hlavní vstup tohoto vnitřního zapojení odpovídá prvnímu vstupu bloku prvního estimátoru nebo prvnímu vstupu bloku druhého estimátoru, druhý hlavní vstup tohoto vnitřního zapojení odpovídá druhému vstupu bloku prvního estimátoru nebo druhému vstupu bloku druhého estimátoru a první hlavní výstup tohoto vnitřního zapojení odpovídá prvnímu výstupu bloku prvního estimátoru nebo prvnímu výstupu bloku druhého estimátoru a podobně druhý hlavní výstup tohoto vnitřního zapojení odpovídá druhému výstupu bloku prvního estimátoru nebo druhému výstupu bloku druhého estimátoru.

Toto vnitřní zapojení obsahuje blok vzorků referenční funkce A, který je svým výstupem připojen k prvnímu vstupu bloku prvního kruhového zásobníku délky n, k jehož dalším třem vstupům jsou jednotlivě připojeny signály resetovací, synchronizační a taktovací, přičemž vstup, k němuž je připojen synchronizační signál, je propojen s druhým hlavním vstupem vnitřního zapojení.

Dále toto vnitřní zapojení obsahuje blok vzorků referenční funkce B, jehož výstup je připojen ke vstupu bloku druhého kruhového zásobníku délky n, k jehož dalším třem vstupům jsou jednotlivě připojeny signály resetovací, synchronizační a taktovací, přičemž vstup, k němuž je připojen synchronizační signál, je propojen s druhým hlavním vstupem vnitřního zapojení.

Vnitřní zapojení obsahuje také blok posuvného registru délky n/2, jehož první vstup je propojen s prvním hlavním vstupem a k jehož druhému vstupu je připojen taktovací signál a jehož výstup je připojen k negativnímu vstupu třetího odečítacího bloku, zatímco pozitivní vstup třetího odečítacího blokuje propojen s prvním hlavním vstupem.

Výstup třetího odečítacího blokuje přitom propojen s prvními vstupy dvou násobících bloků.

Druhý vstup prvního násobícího bloku je propojen s výstupem prvního kruhového zásobníku délky n, na němž je signál bl. Výstup prvního násobícího bloku se signálem ml je dále propojen s prvním vstupem bloku prvního posuvného registru délky n, k jehož dalším dvěma vstupům jsou jednotlivě přivedeny resetovací signál a taktovací signál. Výstup prvního posuvného registru délky n se signálem ql je propojen s negativním vstupem čtvrtého odečítacího bloku, přičemž pozitivní vstup čtvrtého odečítacího bloku je propojen s výstupem prvního násobícího bloku se signálem ml. Výstup čtvrtého odečítacího bloku s rozdílovým signálem cl je připojen k prvnímu vstupu prvního sumačního bloku, k jehož dalším vstupům dvěma vstupům jsou jednotlivě přivedeny resetovací signál a taktovací signál.

Druhý vstup druhého násobícího bloku je propojen s výstupem bloku druhého kruhového zásobníku délky n se signálem b2. Výstup druhého násobícího bloku se signálem m2 je přiveden k prvnímu vstupu bloku druhého posuvného registru délky n, k jehož dalším dvěma vstupům jsou jednotlivě přivedeny resetovací signál a taktovací signál. Výstup bloku druhého posuvného registru délky n se signálem q2 je propojen s negativním vstupem pátého odčítacího bloku, přičemž pozitivní vstup pátého odečítacího bloku je propojen s výstupem druhého násobícího bloku se signálem m2 a výstup pátého odečítacího bloku s rozdílovým signálem c2 je připojen k prvnímu vstupu druhého sumačního bloku. K dalším dvěma vstupům tohoto druhého sumačního bloku jsou jednotlivě přivedeny resetovací signál a taktovací signál.

Výstup se signálem sl prvního sumačního bloku je dále přiveden k prvnímu vstupu bloku výpočtu modulu a k prvnímu vstupu bloku výpočtu fáze.

Výstup se signálem s2 druhého sumačního bloku je přiveden k druhému vstupu bloku výpočtu modulu a k druhému vstupu bloku výpočtu fáze.

Blok výpočtu modulu má přitom výstup, který je propojen s prvním hlavním výstupem vnitřního zapojení.

-3CZ 33352 UI

Obdobně blok výpočtu fáze má výstup, který je propojen s druhým hlavním výstupem vnitřního zapojení.

Objasnění výkresů

Příklad zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě je dále popsán za pomoci přiložených výkresů.

V obr. 1 je uvedeno celkové schéma zařízení.

V obr. 2 je uvedeno vnitřní zapojení bloku prvního nebo druhého estimátoru. Toto vnitřní zapojení je pro oba estimátory stejné.

V obr. 3 je uveden příklad adhezní charakteristiky kolejového vozidla.

Příklady uskutečnění technického řešení

Kolejové vozidlo, pro které je navrženo předkládané zařízení, má trakční motor a poháněnou nápravu nebo poháněné kolo a obsahuje snímač rychlosti otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola, přičemž trakční motor je napájen z elektrické části pohonu. Příklad adhezní charakteristiky takového vozidla je znázorněn v obr. 3. Jde pouze o jeden z možných příkladů průběhu, skutečný tvar křivky může být v různých situacích různý, vždy se ale ve směru vodorovné osy zleva doprava vyznačuje nejprve strmějším náběhem, následně maximem a od něj následujícím pozvolným poklesem. Na vodorovné ose může být při obdobném průběhu místo skluzové rychlosti vynesena také jiná veličina odvozená od skluzové rychlosti, např. poměr skluzové rychlosti ku rychlosti vozidla. V rámci tohoto popisu i přiložených nároků používáme termíny „skluzová rychlost“ a „skluz“ jako synonyma.

Z rychlosti měřené snímačem rychlosti otáčení se získají okamžité hodnoty úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž tato úhlová rychlost ω otáčení je úhlovou rychlostí otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola. V celé této přihlášce se termínem úhlová rychlost ω otáčení míní úhlová rychlost otáčení kteréhokoli prvku ze skupiny trakční motor, poháněná náprava nebo poháněné kolo, podle toho, na kterém z těchto prvků je umístěn snímač rychlosti.

Termínem „moment“ všude v rámci této přihlášky rozumíme moment ve vzduchové mezeře trakčního motoru kolejového vozidla. Pod termíny „úměrná, úměrný, úměrné“ se v rámci celé této přihlášky rozumí přímá úměrnost.

Adhezní charakteristika je definovaná jako závislost mezi skluzovou rychlostí a součinitelem tření neboli součinitelem adheze, případně pomocí jiných podobných veličin (např. adhezní síla, adhezní moment). Skluzová rychlost je definovaná jako rozdíl rychlosti obvodu kola a rychlosti vozidla. Obě rychlosti jsou měřeny v místě styku kola a kolejnice. Adhezní charakteristika má tvar křivky dle obrázku 3, který je charakteristický tím, že má pouze jeden vrchol - maximum. Stabilní pracovní oblast leží mezi počátkem a vrcholem - maximem adhezní charakteristiky. Tvar adhezní charakteristiky závisí na okamžitých adhezních podmínkách tj. vlhkosti povrchu koleje, nečistotách na koleji apod. Dále je adhezní charakteristika také závislá na okamžité rychlosti vozidla. Z výše uvedeného je zřejmé, že okamžitý průběh adhezní charakteristiky nelze prakticky s dostatečnou přesností předem určit.

Pro dosažení stabilní tažné síly vozidla je třeba, aby v každém okamžiku měl součinitel adheze hodnotu menší, než je maximální součinitel adheze okamžité adhezní charakteristiky a skluzová rychlost byla menší, než je skluzová rychlost pro maximální součinitel adheze okamžité adhezní

-4CZ 33352 UI charakteristiky. Tuto podmínku lze také vyjádřit požadavkem, že sklon, tj. derivace okamžité adhezní charakteristiky musí být kladný.

Z výše uvedeného vyplývá, že okamžitý pracovní bod na okamžité adhezní charakteristice je dán velikostí okamžité skluzové rychlosti a okamžité hodnoty součinitele adheze. Společným znakem těchto pracovních bodů na různých adhezních charakteristikách je stejná hodnota sklonu, tedy jinak řečeno stejná hodnota derivace adhezní charakteristiky. Sklon nebo jinak řečeno derivaci v pracovním bodě lze odhadnout z okamžité hodnoty fázového posuvu mezi odezvou injektovaného periodického budícího signálu ATer v okamžité hodnotě odhadovaného momentu Τδ ve vzduchové mezeře a odezvou tohoto injektovaného periodického budícího signálu ATer v okamžité hodnotě úhlové rychlosti ω otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola. Velikost sklonu v bodě adhezní charakteristiky je úměrná vzdálenosti bodu od vrcholu - maxima adhezní charakteristiky. Tato odhadnutá hodnota sklonu je zpětnovazebním signálem pro regulátor skluzu, který v případě překročení nastavené hodnoty začne provádět regulační zásah snižováním žádané hodnoty momentu. Tím dojde k zabránění překročení vrcholu - maxima adhezní charakteristiky.

Tento princip je základem předkládaného technického řešení a bude níže popsán podrobněji. K odhadu sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo k odhadu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě se dle předkládaného technického řešení využívá postup zahrnující níže uvedené kroky. Přitom místo odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě se může ve všech provedeních tohoto technického řešení zjišťovat také veličina, která je monotónní funkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě. Ve specifickém případě může být uvedenou monotónní fúnkcí přímá úměrnost a místo odhadovaného sklonu b_est adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě se tedy zjišťuje veličina tomuto sklonu přímo úměrná.

Celkové uspořádání zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě je ukázáno na obr. 1.

Při odhadování sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě jsou v předkládaném zařízení prováděny následující kroky:

Krok a): poskytnutí synchronizačního signálu Syne,

Krok b): poskytnutí periodického budícího signálu ATer pro měření přenosové fúnkce mechanické soustavy kolejového vozidla. Periodický budící signál má konstantní periodu, jeho časový průběh může být libovolný, ale musí splňovat podmínku nulové střední hodnoty. Periodický budící signál ATer se vytváří v bloku zdroje budícího signálu, který je externě přímo nebo přes další bloky připojen k popisovanému systému.

Krok c): zadání vstupního parametru Tr, kde tímto vstupním parametrem je žádaná hodnota momentu v rozmezí specifikovaném výrobcem pohonu vozidla a zadaná buď uživatelem, nebo nadřazeným systémem, nebo hodnota veličiny tomuto parametru úměrné, a injektování periodického budícího signálu ATer do vstupního parametru Tr. Periodický budící signál ATer se injektuje v bloku modifikace žádaného momentu, který je externě přímo nebo přes další bloky připojen k popisovanému systému. Injektovaný signál prochází celým sledovaným systémem a bloky 2, 7 pásmových propustí propouští tento injektovaný signál. V blocích 2, 7 pásmových propustí se odstraňují pouze nežádoucí signály, vzniklé činností elektrické části pohonu, jak bude popsáno níže.

Krok d): generování okamžitých hodnot odhadovaného momentu Τδ trakčního motoru ve vzduchové mezeře řídícími obvody elektrické části pohonu motoru. Signál odhadovaného momentu Τδ se generuje pomocí výsledků kroků b) a c) tak, že tento odhadovaný moment Τδ má stejnosměrnou složku úměrnou vstupnímu parametru Tr a střídavou složku, úměrnou

-5CZ 33352 UI periodickému budícímu signálu ATer. Dále obsahuje náhodný šum a odchylky v důsledku přechodových dějů v systému.

Dále v rámci první posloupnosti e) kroků jsou zahrnuty kroky:

el) krok vzorkování okamžitých hodnot odhadovaného momentu Tg s konstantní periodou vzorkování na synchronní vzorky T_os odhadovaného momentu K, e2) krok jejich filtrování první pásmovou propustí, při němž je dále propouštěna pouze vyfiltrovaná složka T_osf synchronních vzorků T_os odhadovaného momentu Tg nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odvozených s frekvencí, která je rovna frekvenci periodického budícího signálu ATer injektováného do vstupního parametru Tr nebo se od ní liší maximálně o polovinu šířky propustného pásma použité první pásmové propusti, e3) krok určení hodnoty odhadnutého modulu MTest momentu a hodnoty odhadnutého fázového posuvu PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne na základě vyfiltrované složky T&f synchronních vzorků Tg_s odhadovaného momentu Tg ve vzduchové mezeře a synchronizačního signálu Syne,

Přitom paralelně s první posloupností e) kroků probíhá druhá posloupnost f) kroků zahrnující:

fl) krok získání okamžitých hodnot úhlové rychlosti ω otáčení ze snímače rychlosti otáčení, přičemž tato úhlová rychlost ω otáčení je úhlovou rychlostí otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola, a vzorkování těchto okamžitých hodnot úhlové rychlosti ω otáčení s konstantní periodou vzorkování na synchronní vzorky ω₅ úhlové rychlosti ω otáčení, f2) krok filtrování synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω otáčení nebo hodnot od těchto vzorků odvozených druhou pásmovou propustí, při němž je dále propuštěna pouze vyfiltrovaná složka Osef synchronních vzorků úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odvozených s frekvencí, která je rovna frekvenci periodického budícího signálu ATer injektováného do vstupního parametru Tr nebo se od ní liší maximálně o polovinu šířky propustného pásma použité druhé pásmové propusti. Šířky propustných pásem první a druhé pásmové propusti jsou s výhodou identické.

f3) krok určení hodnoty odhadnutého modulu M_mest úhlové rychlosti ω otáčení a odhadnutého fázového posuvu P_mest úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne na základě vyfiltrované složky co_sef synchronních vzorků úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrované složky hodnot od těchto vzorků odvozených a synchronizačního signálu Syne.

Konstantní perioda vzorkování v krocích el) a fl) je v obou těchto krocích stejná a je úměrná periodě taktovacího signálu Clk s celočíselnou konstantou úměrnosti. Zároveň musí splňovat podmínku Shannon-Nyquist-Kotělnikova teorému vzhledem k periodě injekto váného periodického budícího signálu ATer. Taktovací signál Clk je s výhodou jednotný pro celý systém.

Na základě výsledků získaných v první posloupnosti e) kroků a druhé posloupnosti f) kroků je pak provedena skupina kroků se souhrnným označením g), které zahrnují:

gl) krok odečtení odhadnutého fázového posuvu P _mest úhlové rychlosti ω otáčení, získaného v druhé posloupnosti kroků f), od odhadnutého fázového posuvu PTest momentu, získaného v první posloupnosti kroků e), čímž je získán rozdíl ΔΡ fázových posuvů, g2) krok porovnání hodnoty odhadnutého modulu MTest momentu, získané v první posloupnosti kroků e), s uživatelem nebo nadřazeným systémem nastavenou mezní hodnotou modulu momentu, a pokud hodnota odhadnutého modulu Mrest momentu tuto mezní hodnotu modulu

-6CZ 33352 UI momentu překročí, generování prvního signálu Mm povolujícího zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní funkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě. Mezní hodnota modulu momentu je konstantní hodnota, která se typicky nastaví při uvádění do provozu. Jedná se o pojistku pro případ, že by během provozu došlo k poklesu signálu odhadnutého modulu M_test modulu pod nastavenou hodnotu a tím k chybné funkci zařízení. První signál Mm je dvojúrovňový logický signál povoleno / není povoleno.

g3) krok porovnání hodnoty odhadnutého modulu M_mest úhlové rychlosti ω otáčení, získané v druhé posloupnosti kroků f), s uživatelem nebo nadřazeným systémem nastavenou mezní hodnotou modulu úhlové rychlostí ω otáčení a pokud hodnota odhadnutého modulu M_mest úhlové rychlosti ω otáčení tuto mezní hodnotu modulu úhlové rychlostí ω otáčení překročí, generování druhého signálu M_mrd_V povolujícího zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě. Mezní hodnota modulu úhlové rychlostí ω otáčení je konstantní hodnota, která se typicky nastaví při uvádění do provozu. Jedná se o pojistku pro případ, že by během provozu došlo k poklesu odhadnutého modulu M_mest úhlové rychlosti ω otáčení pod nastavenou hodnotu a tím k chybné fúnkcí zařízení. Druhý signálu M_mrd_V je dvojúrovňový logický signál povoleno/není povoleno.

g4) krok vyhodnocení aktivity signálů Mm_v, M_mrd_V povolujících zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě, při němž se provedou tyto podkroky:

g4.1) jsou-li současně aktivní oba signály Μων, M_mrdv povolující zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní funkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě, je na výstup udávající odhadovaný sklon best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo udávající hodnotu monotónní fúnkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě přivedena hodnota rozdílu ΔΡ fázových posuvů. To, že odhadovaný sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě je roven rozdílu ΔΡ fázových posuvů, se dá dovodit, popíšeme-li přenosový řetězec přenosu momentu systémem prostřednictvím ekvivalentní přenosové funkce. Výše uvedená rovnost plyne z průběhu této funkce.

g4.2 pokud je aktivní jen jeden ze signálů Mm?, M_mrdv povolujících zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě nebo pokud není aktivní žádný z nich, je na výstup udávající odhadovaný sklon b_est adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo udávající hodnotu monotónní fúnkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě přivedena konstantní přednastavená hodnota. Tato hodnota se typicky přednastaví při uvádění do provozu.

Je výhodné, když se v kroku f2) filtrování synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω otáčení nebo hodnot od těchto vzorků odvozených se použijí hodnoty odvozené od synchronních vzorků Ms úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž tyto hodnoty se získají provedením následujících kroků:

Krok h): generování klouzavé střední hodnoty ω,\ν synchronních vzorků cy úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž počet vzorků pro výpočet klouzavé střední hodnoty je úměrný periodě injektovaného periodického budícího signálu ΔΊίκ

Krok g): odečtení aktuální klouzavé střední hodnoty ω,\ν od synchronních vzorků cy úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž výsledkem této odečítací operace jsou rozdíly ®se.

-7 CZ 33352 UI

Tyto rozdíly se pak použijí jako hodnoty odvozené od synchronních vzorků co_s úhlové rychlosti ω v kroku f2).

Celkové uspořádání zařízení, které je předmětem předkládaného technického řešení, je zřejmé z blokového schématu na obr. 1.

Zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě má v levé části obr. 1 tři vstupy - vstup odhadovaného momentu Tg, vstup úhlové rychlosti ω otáčení a vstup synchronizačního signálu Syne. Odhadovaný moment Tg a úhlová rychlost ω otáčení přitom obsahují také periodické signály. Mezi místy, kde se snímá odhadovaný moment Tg a úhlová rychlost ω otáčení, se nachází mechanická část pohonu kolejového vozidla, která svým nelineárním charakterem ovlivňuje modul a fázi periodického signálu úhlové rychlosti ω otáčení. Zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě porovnává a vyhodnocuje vstup odhadovaného momentu Tg, vstup úhlové rychlosti ω otáčení a vstup synchronizačního signálu Syne.

V horní části obr. 1 jsou pak znázorněny další dva vstupy zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě: vstup taktovacího signálu Clk a vstup řešetovacího signálu Reset.

Ze vstupů v levé části obrázku vycházejí tri větve zařízení.

V druhé větvi zařízení je zapojen zdroj synchronizačního signálu Syne.

V první větvi zařízení je zapojen blok 1 vzorkovače odhadovaného momentu Tg, na jehož vstup 1,1 jsou přivedeny okamžité hodnoty odhadovaného momentu Tg, Okamžité hodnoty odhadovaného momentu Tg trakčního motoru ve vzduchové mezeře jsou přitom generovány řídícími obvody elektrické části pohonu motoru. Vstup 1,1 bloku 1 vzorkovače odhadovaného momentu Tg je proto propojen s řídícími obvody elektrické části pohonu motoru. Blok 1_ vzorkovače odhadovaného momentu Tg je propojen se zdrojem taktovacího signálu Clk. V bloku 1 vzorkovače odhadovaného momentu Tg dochází ke vzorkování přicházejících okamžitých hodnot odhadovaného momentu Tg s konstantní periodou vzorkování na synchronní vzorky Tg_s odhadovaného momentu.

Výstup 1,2 bloku 1 vzorkovače odhadovaného momentu Tg se synchronními vzorky Tgs odhadovaného momentu Tg je pak přiveden ke vstupu 2,1 bloku 2 první pásmové propusti. Blok 2 první pásmové propusti je propojen se zdrojem taktovacího signálu Clk s konstantním kmitočtem. V bloku 2 první pásmové propusti dochází k filtrování, při němž je dále na výstup 2,2 tohoto bloku propouštěna pouze vyfiltrovaná složka Tg_sf synchronních vzorků Tg_s odhadovaného momentu Tg nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odhadovaného momentu odvozených s frekvencí, která je určena mimo zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě. Tato frekvence je rovna frekvenci periodického budícího signálu AThr injektovaného do vstupního parametru Tr nebo se od ní liší maximálně o polovinu šířky propustného pásma použité první pásmové propusti. Hodnoty odvozené od hodnot odhadovaného momentu Tg lze získat např. pomocí zobrazení ve formě fyzikálních jednotek nebo poměrných jednotek ve formátu reálných čísel nebo poměrných jednotek ve formátu celých čísel. Pro celá čísla lze použít různé normalizace. V každém případě mezi hodnotami odvozenými od odhadovaného momentu Tg a odhadovaným momentem Tg lineární úměrnost.

Okamžité hodnoty odhadovaného momentu Tg ve vzduchové mezeře trakčního motoru, které se přivádí na vstup 1,1 bloku 1 vzorkovače odhadovaného momentu Tg, se určují mimo vlastní zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě. Mimo vlastní zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě dojde za tímto účelem k zadání vstupního parametru Tr, kde tímto vstupním parametrem je žádaná hodnota momentu zadaná

-8CZ 33352 UI buď uživatelem, nebo nadřazeným systémem, nebo hodnota veličiny tomuto parametru úměrné, a injektování periodického budícího signálu ATer do vstupního parametru Tr. Okamžité hodnoty odhadovaného momentu Tg jsou pak mimo vlastní zařízení pro sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě generovány řídícími obvody elektrické části pohonu motoru tak, že odhadovaný moment Tg má stejnosměrnou složku úměrnou vstupnímu parametru Tr a střídavou složku úměrnou periodickému budícímu signálu ATer,

Výstup 2,2 bloku 2 první pásmové propusti je připojen k prvnímu vstupu 3.1 bloku 3 prvního estimátoru. K druhému vstupu 3.2 bloku 3 prvního estimátoru je připojen vnější synchronizační signál Sync. V bloku 3 prvního estimátoru dojde na základě vyfiltrované složky T&f synchronních vzorků Tg_s odhadovaného momentu Tg ve vzduchové mezeře a synchronizačního signálu Syne k určení hodnoty odhadnutého modulu Mjest momentu, která je přivedena na první výstup 3.3 tohoto bloku, a k určení hodnoty odhadnutého fázového posuvu PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne, která je přivedena na druhý výstup 3.4 tohoto bloku. Modulem Mjest momentu přitom rozumíme velikost vektoru tohoto momentu vybuzeného prostřednictvím injektovaného periodického budícího signálu ATer.

Zařízení obsahuje také třetí větev, v níž je zapojen blok 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení a k jehož vstupu 5.1 je připojen jeden ze vstupních signálů zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě, který je získán jako výstup snímače rychlosti ω otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola kolejového vozidla, přičemž tento snímač se nachází mimo vlastní zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě. Blok 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení je propojen se zdrojem taktovacího signálu Clk. V tomto bloku dochází ke vzorkování těchto přicházejících okamžitých hodnot úhlové rychlosti ω otáčení s konstantní periodou vzorkování na synchronní vzorky oy úhlové rychlosti ω otáčení.

Výstup 5.2 bloku 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení se synchronními vzorky úhlové rychlosti ω otáčení je přímo nebo přes další bloky připojen ke vstupu 7,1 bloku 7 druhé pásmové propusti, který je propojen se zdrojem taktovacího signálu Clk. Zde dochází k filtrování synchronních vzorků úhlové rychlosti ω otáčení nebo hodnot od těchto vzorků odvozených druhou pásmovou propustí, při němž je dále na výstup 7,2 bloku 7 druhé pásmové propusti propuštěna pouze vyfiltrovaná složka co_sef synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odvozených s frekvencí, která je určena mimo zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě. Tato frekvence je typicky rovna frekvenci periodického budícího signálu ATer injektovaného do vstupního parametru Tr nebo se od ní liší maximálně o polovinu šířky propustného pásma použité druhé pásmové propusti. Přitom v rámci této přihlášky se pod úhlovou rychlostí ω otáčení, která se přivádí na jeden ze vstupů zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě, konkrétně na vstup 5.1 bloku 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení, rozumí hodnota úhlové rychlosti trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola, která je úměrná aktuální rychlosti trakčního vozidla, která je měřena snímačem rychlosti otáčení umístěným na trakčním motoru, poháněné nápravě nebo poháněném kole. Snímání úhlové rychlosti ω otáčení tedy probíhá mimo vlastní zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě. Zmíněný snímač rychlosti otáčení měří jedinou skutečnou úhlovou rychlost ω, která je v čase ovlivněna vlastnostmi mechanické soustavy. Pokud odhadovaný moment Tg na vstupu mechanické soustavy kolejového vozidla obsahuje injektovaný periodický budící signál ATer, potom se tento periodický signál, ovlivněný vlastnostmi mechanické soustavy, objeví i v měřené úhlové rychlosti ω otáčení. Úhlová rychlost ω otáčení je tedy veličina, která může obsahovat několik složek. V případě, že je využito injektování periodického budícího signálu ATer do vstupního parametru Tr, jak bylo popsáno výše, obsahuje úhlová rychlost ω otáčení také složku úměrnou hodnotě injektovaného periodického budícího signálu ATer a zohledňující aktuální podmínky v kontaktní ploše kolo-kolejnice. Injektáž periodického budícího signálu ATer se provádí mimo zařízení pro odhad sklonu adhezní charakteristiky v pracovním bodě.

-9CZ 33352 UI

Výstup 7,2 bloku 7 druhé pásmové propusti je připojen k prvnímu vstupu 8.1 bloku 8 druhého estimátoru. Ke druhému vstupu 8.2 bloku 8 druhého estimátoru je připojen výstup zdroje synchronizačního signálu Syne. Na základě vyfiltrované složky co_sef synchronních vzorků ω₅ úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrované složky hodnot od těchto vzorků odvozených a synchronizačního signálu Syne se v bloku 8 druhého estimátoru provede určení hodnoty odhadnutého modulu M_mest úhlové rychlosti ω otáčení, která je přivedena na první výstup 8.3 tohoto bloku, a odhadnutého fázového posuvu P_mest úhlové rychlosti ω otáčení, která je přivedena na druhý výstup 8.4 tohoto bloku, vůči synchronizačnímu signálu Syne. Modulem Mmest úhlové rychlosti ω otáčení rozumíme velikost amplitudy této úhlové rychlosti ω otáčení, vybuzené prostřednictvím injektováného periodického budícího signálu ATer.

Bloky 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 pracují synchronně, a proto mají přiveden stejný taktovací signál Clk. Bloky 3 a 8 jsou uváděny do počátečního stavu řešetovacím signálem Reset. Řešetovací signál Reset je aktivní pouze při inicializaci systému do počátečního definovaného stavu, např. při startu.

Za bloky estimátorů 3 a 8 jsou propojeny první a třetí větev celého zapojení tak, že druhý výstup 3.4 bloku 3 prvního estimátoru s odhadnutým fázovým posuvem PTest momentu je připojen k pozitivnímu vstupu druhého odečítacího bloku 02, přičemž k negativnímu vstupu tohoto druhého odečítacího bloku 02 je připojen druhý výstup 8.4 bloku 8 druhého estimátoru s odhadnutým fázovým posuvem P_mest úhlové rychlosti ω otáčení. V druhém odečítacím bloku 02 tedy dojde k odečtení odhadnutého fázového posuvu Pmest úhlové rychlosti ω otáčení od odhadnutého fázového posuvu PTest momentu, přičemž oba tyto fázové posuny jsou určeny vůči synchronizačnímu signálu Syne, čímž je získán rozdíl ΔΡ fázových posuvů na výstupu druhého odečítacího bloku 02.

Výstup tohoto druhého odečítacího bloku 02 je dále propojen s prvním vstupem 10,1 bloku 10 ověření odhadu.

První výstup 3.3 bloku 3 prvního estimátoru s hodnotou odhadnutého modulu MTest momentu je přiveden ke vstupu 4,1 bloku 4 porovnání hodnoty odhadnutého modulu Mt_cs momentu, kde se provede porovnání hodnoty odhadnutého modulu MTest momentu s uživatelem nebo nadřazeným systémem nastavenou mezní hodnotou modulu momentu, a pokud hodnota odhadnutého modulu Mjest momentu tuto mezní hodnotu překročí, dojde na výstupu 4,2 bloku 4 ke generování prvního logického signálu Mm_v povolujícího zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě.

Výstup 4,2 bloku 4 porovnání hodnoty odhadnutého modulu Mrgst momentu, na který může být přiveden první signál Mm_v, je přiveden k druhému vstupu 10.2 bloku 10 ověření odhadu.

Analogicky je první výstup 8.3 bloku 8 druhého estimátoru nesoucí hodnotu odhadnutého modulu Mmest úhlové rychlosti ω otáčení připojen ke vstupu 9.1 bloku 9 porovnání hodnoty modulu Mmest úhlové rychlosti ω otáčení, kde se provede porovnání hodnoty odhadnutého modulu Mmest úhlové rychlosti ω otáčení s uživatelem nebo nadřazeným systémem nastavenou mezní hodnotou modulu úhlové rychlosti, a pokud hodnota odhadnutého modulu Mmest úhlové rychlosti ω otáčení tuto mezní hodnotu překročí, dojde na výstupu 9.2 bloku 9 ke generování druhého logického signálu Mmrdv povolujícího zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě.

Výstup 9.2 bloku 9 porovnání hodnoty modulu Mmest úhlové rychlosti ω otáčení, na nějž může být přiveden druhý signál Mmrdv, ie přiveden ke třetímu vstupu 10.3 bloku 10 ověření odhadu.

- 10CZ 33352 UI

Tento blok 10 ověření odhadu má také výstup 10,4 pro odhadovaný sklon best adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo pro hodnotu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě, který je současně hlavním výstupem celého zařízení. V bloku 10 ověření odhadu se provádí vyhodnocení aktivity signálů Mm_v, Μ_ωΓά_ν. Jsou-li současně aktivní oba signály Mm?, Μ_ωΓά_ν povolující zjištění odhadovaného sklonu best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní funkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě, je na výstup udávající odhadovaný sklon best adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo udávající hodnotu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě přivedena hodnota rozdílu ΔΡ fázových posuvů zjištěná v druhém odečítacím bloku 02. Pokud je aktivní jen jeden ze signálů Mm?, Μ_ωΓά_ν nebo není aktivní žádný z nich, je na výstup udávající odhadovaný sklon best adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo udávající hodnotu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě přivedena konstantní přednastavená hodnota.

Ve výhodném provedení je mezi bloky 5 a 7 vloženo zapojení pro určení střední hodnoty. V tomto případě je blok 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení svým výstupem 5.2 propojen s vstupem 6.1 bloku 6 střední hodnoty. V bloku 6 střední hodnoty se generuje klouzavá střední hodnota ω,\ν synchronních vzorků Os úhlové rychlosti, která je přivedena na výstup 6.2 bloku střední hodnoty, jenž je připojen k negativnímu vstupu prvního odčítacího bloku. K pozitivnímu vstupu prvního odečítacího bloku Ol je přiveden výstup 5.2 bloku 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž na tomto výstupu 5.2 jsou synchronní vzorky oy úhlové rychlosti. V prvním odečítacím bloku Ol pak dojde odečtení této klouzavé střední hodnoty tůAv od synchronních vzorků Os úhlové rychlosti ω otáčení, přičemž výsledkem této odečítací operace jsou rozdíly ω₅₆· Tyto rozdíly ω₅₆ se použijí jako hodnoty odvozené od synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω. Výstup prvního odčítacího bloku Ol nesoucí rozdíly 0Vc je připojen ke vstupu 7,1 bloku 7 druhé pásmové propusti.

Pro větší jasnost ještě uvádíme přehled fúnkcí jednotlivých bloků zařízení a podrobnosti k vnitřnímu zapojení estimátorů 3 a 8:

Blok 1_ vzorkovače odhadovaného momentu Tg je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě a vzorkuje s konstantní periodou vzorkování přicházející okamžité hodnoty odhadovaného momentu Tg a generuje synchronní vzorky momentu Tg_s. Podobně 5 vzorkovače úhlové rychlosti ω otáčení vzorkuje s konstantní periodou vzorkování přicházející okamžité hodnoty úhlové rychlosti ω a generuje synchronní vzorky úhlové rychlosti ®s.

Blok 2 první pásmové propusti je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě jako filtr vyššího řádu, jehož úkolem je odfiltrovat ze synchronních vzorků T_o„ momentu všechny rušivé složky a propustit pouze složku kolem frekvence periodického budícího signálu AThr injektovaného do vstupního parametru Tr. Podobně Blok 7 druhé pásmové propusti je realizován jako filtr vyššího řádu, jehož úkolem je odfiltrovat ze synchronních vzorků úhlové rychlosti nebo z hodnot od těchto vzorků odvozených všechny rušivé složky a propustit pouze složku kolem frekvence periodického budícího signálu ATer injektovaného do vstupního parametru Tr.

Blok 3 prvního estimátorů je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě a na základě vstupního signálu, kterým je vyfiltrovaná složka Tg_sf synchronních vzorků Tg_s odhadovaného momentu Tg nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odvozených, a synchronizačního signálu Syne generuje odhadnutý modul Mrest momentu a fázový posuv PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne. Podobně blok 8 druhého estimátorů je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě a na základě vstupního signálu, kterým je vyfiltrovaná složka m_sef synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrovaná složka hodnot od těchto vzorků odvozených, a synchronizačního signálu Syne generuje odhadnutý modul M_f„_csi úhlové

- 11 CZ 33352 UI rychlosti ω otáčení a fázový posuv Ρ_ω65ί úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne.

Vnitřní blokové schéma i vnitřní zapojení bloku 3 prvního estimátoru a bloku 8 druhého estimátoru je shodné a je nakresleno na obr. 2.

Pokud jde o blok 3 prvního estimátoru, první hlavní vstup x.l vnitřního zapojení podle obr. 2 odpovídá prvnímu vstupu 3.1 bloku 3 prvního estimátoru s vyfiltrovanou složkou T&f synchronních vzorků Tg_s odhadovaného momentu Tg nebo vyfiltrovanou složkou hodnot od těchto vzorků odvozených. Pokud jde o blok 8 druhého estimátoru, první hlavní vstup x.l vnitřního zapojení podle obr. 2 odpovídá prvnímu vstupu 8.1 bloku 8 druhého estimátoru s vyfiltrovanou složkou gw synchronních vzorků ω₅ úhlové rychlosti ω otáčení nebo vyfiltrovanou složkou hodnot od těchto vzorků odvozených. Podobně v obr. 2 druhý hlavní vstup x.2 vnitřního zapojení, k němuž je připojen synchronizační signál Syne, odpovídá druhému vstupu 3.2 bloku 3 prvního estimátoru nebo druhému vstupu 8.2 bloku 8 druhého estimátoru. První hlavní výstup x,3 vnitřního zapojení v obr. 2 odpovídá prvnímu výstupu 3.3 bloku 3 prvního estimátoru nebo prvnímu výstupu 8.3 bloku 8 druhého estimátoru v obr. 1. A konečně, podobně druhý hlavní výstup x.4 vnitřního zapojení dle obr. 2 odpovídá druhému výstupu 3.4 bloku 3 prvního estimátoru nebo druhému výstupu 8.4 bloku 8 druhého estimátoru.

Toto vnitřní zapojení obsahuje blok 101 vzorků referenční funkce A, který je svým výstupem 101,1 připojen k prvnímu vstupu 103.1 bloku 103 prvního kruhového zásobníku délky n, k jehož dalším vstupům 103.2, 103.3 a 103.4 jsou v tomto pořadí připojeny signály řešetovací Reset, synchronizační Syne a taktovací signál Clk, přičemž vstup 103.3 je propojen s druhým hlavním vstupem x,2. Referenční funkci A definuje uživatel a fúnkce musí splňovat následující podmínky: musí se jednat o periodickou fúnkci, střední hodnota této fúnkce musí být nulová.

Dále toto vnitřní zapojení obsahuje blok 102 vzorků referenční funkce B, jehož výstup 102,1 je připojen ke vstupu 104,1 bloku 104 druhého kruhového zásobníku stejné délky n, jako má blok 103 prvního kruhového zásobníku. K dalším vstupům 104,2, 104,3 a 104,4 bloku 104 druhého kruhového zásobníku jsou v tomto pořadí připojeny signály resetovací Reset, synchronizační Syne a taktovací signál Clk, přičemž vstup 104,3 je propojen s druhým hlavním vstupem x,2 vnitřního zapojení. Referenční fúnkci B definuje uživatel a fúnkce musí splňovat následující podmínky: musí se jednat o periodickou funkci, střední hodnota této funkce musí být nulová.

Vnitřní zapojení obsahuje také blok 105 posuvného registru délky n/2, jehož první vstup 105.1 je propojen s prvním hlavním vstupem x.l a k jehož druhému vstupu 105.2 je připojen taktovací signál Clk a jehož výstup 105.3 se signálem y je připojen k negativnímu vstupu třetího odečítacího bloku 03, zatímco pozitivní vstup třetího odečítacího bloku 03 je propojen s prvním hlavním vstupem x.l vnitřního zapojení. Výstup třetího odečítacího bloku 03 je pak propojen s prvními vstupy dvou násobících bloků NI, N2.

Všechny posuvné registry fungují obvyklým způsobem, obsahují posloupnost hodnot uložených v paměti a při každém taktu se časově nejnovější hodnota na vstupu posuvného registru do paměti uloží a časově nej starší hodnota v paměti se přesune na výstup posuvného registru. Počet těchto uložených hodnot v posuvném registru odpovídá délce registru.

První násobící blok NI má také druhý vstup, který je propojen s výstupem 103.5 se signálem bl bloku 103 prvního kruhového zásobníku délky n. Výstup prvního násobícího bloku NI se signálem ml je propojen s prvním vstupem 106.1 bloku 106 prvního posuvného registru délky n, k jehož dalším vstupům 106.2 a 106.3 jsou v tomto pořadí přivedeny signály Reset a taktovací signál Clk, a jehož výstup 106.4 se signálem ql je propojen s negativním vstupem čtvrtého odečítacího bloku 04. Pozitivní vstup čtvrtého odečítacího bloku 04 je přitom propojen s výstupem prvního násobícího bloku NI se signálem ml a výstup čtvrtého odečítacího bloku 04 s rozdílovým signálem cl=ml-ql je připojen k prvnímu vstupu 108.1 prvního sumačního bloku

- 12CZ 33352 UI

108. K dalším vstupům 108.2 a 108.3 tohoto prvního sumačního bloku 108 jsou v tomto pořadí přivedeny resetovací signál Reset a taktovací signál Clk.

Druhý násobící blok N2 má také druhý vstup, který je propojen s výstupem 104,5 se signálem b2 bloku 104 druhého kruhového zásobníku délky n. Výstup druhého násobícího bloku N2 se signálem m2 je přiveden k prvnímu vstupu 107,1 bloku 107 druhého posuvného registru délky n, k jehož dalším vstupům 107,2 a 107,3 jsou v tomto pořadí přivedeny resetovací signál Reset a taktovací signál Clk a jehož výstup 107,4 se signálem q2 je propojen s negativním vstupem pátého odčítacího bloku. Pozitivní vstup pátého odečítacího bloku 05 je přitom propojen s výstupem druhého násobícího N2 bloku se signálem m2 a výstup pátého odečítacího bloku 05 s rozdílovým signálem c2=m2-q2 je připojen k prvnímu vstupu 109.1 druhého sumačního bloku 109. K dalším vstupům 109.2 a 109.3 tohoto prvního sumačního bloku 109 jsou v tomto pořadí přivedeny resetovací signál Reset a taktovací signál Clk.

Výstup 108.4 se signálem sl prvního sumačního bloku 108 je přiveden k prvnímu vstupu 110.1 bloku 110 výpočtu modulu a k prvnímu vstupu 111,1 bloku 111 výpočtu fáze. První sumační blok 108 funguje způsobem v oboru známým, tzn. v každém taktu Clk připočte časově nejnovější hodnotu na vstupu k hodnotě předchozího součtu uložené v paměti a tento nový součet se objeví na výstupu prvního sumačního bloku 108.

Přitom v případě, že jde o vnitřní zapojení prvního estimátoru 3, se v bloku 110 výpočtu modulu provede výpočet odhadnutého modulu Mrgst momentu a v bloku 111 výpočtu fáze se provede výpočet hodnoty odhadnutého fázového posuvu PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Sync. V případě, že jde o vnitřní zapojení druhého estimátoru 8, se v bloku 110 výpočtu modulu provede výpočet hodnoty odhadnutého modulu M_f„_csi úhlové rychlosti ω otáčení a v bloku 111 výpočtu fáze se provede výpočet odhadnutého fázového posuvu Pmest úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne.

Výstup 109.4 se signálem s2 druhého sumačního bloku 109 je přiveden k druhému vstupu 110.2 bloku 110 výpočtu modulu a k druhému vstupu 111,2 bloku 111 výpočtu fáze. Druhý sumační blok 109 funguje opět způsobem v oboru známým, tzn. v každém taktu Clk připočte časově nejnovější hodnotu na vstupu k hodnotě předchozího součtu uložené v paměti a tento nový součet se objeví na výstupu prvního sumačního bloku 108.

Blok 110 výpočtu modulu má výstup 110,3, který je propojen s prvním hlavním výstupem x,3, na kterém jev případě, že jde o blok 3 prvního estimátoru, hodnota odhadnutého modulu MTest momentu, a v případě, že jde o blok 8 druhého estimátoru, hodnota odhadnutého modulu M^est úhlové rychlosti ω otáčení.

Blok 111 výpočtu fáze má výstup 111,3, který je propojen s druhým hlavním výstupem x,4, na kterém je v případě, že jde o blok 3 prvního estimátoru, hodnota odhadnutého fázového posuvu PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne, a v případě, že jde o blok 8 druhého estimátoru, hodnota odhadnutého fázového posuvu Pmest úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne,

Číselné hodnoty vzorků referenční fúnkce A v počtu n vzorků jsou pevně uloženy v bloku 101 vzorků referenční fúnkce A. Podobně číselné hodnoty vzorků referenční funkce B ve stejném počtu n vzorků jsou pevně uloženy v bloku 102 vzorků referenční fúnkce B. Na resetovací signál Reset, přivedený na vstup 103,2 bloku prvního kruhového zásobníku délky n, jsou hodnoty z bloku 101 vzorků referenční fúnkce A přeneseny do bloku 103 prvního kruhového zásobníku délky n přes jeho vstup 103,1, Podobně na resetovací signál Reset, přivedený na vstup 104,2 bloku druhého kruhového zásobníku délky n jsou hodnoty z bloku 102 vzorků referenční fúnkce B přeneseny do bloku 104 druhého kruhového zásobníku délky n přes jeho vstup 104,1, Vstupní signál x, přivedený na první hlavní vstup x,l vnitřního zapojení bloku 3 prvního estimátoru nebo bloku 8 druhého estimátoru, je přiveden ke vstupu 105,1 bloku 105 posuvného registru délky n/2,

- 13 CZ 33352 UI jehož výstupní signál y je ve třetím odčítacím bloku 03 odečten od vstupního signálu x, odečtený signál z je přiveden ke dvěma násobícím blokům NI. N2. V prvém násobícím bloku NI. je signál vynásoben výstupním signálem bl bloku 103 prvního kruhového zásobníku délky n, součin ml je přiveden ke vstupu 106.1 bloku 106 prvního posuvného registru délky n, jehož dalšími vstupy jsou řešetovací signál Reset, přivedený na vstup 106.2 ataktovací signál Clk, přivedený na vstup 106.3. Výstupní signál ql bloku 106 prvního posuvného registru délky n je ve čtvrtém odčítacím bloku 04 odečten od vstupního signálu ml, rozdílový signál cl je přiveden ke vstupu 108.1 prvního sumačního bloku 108, k jehož dalšímu vstupu 108.2 je přiveden řešetovací signál Reset a k jehož vstupu 108.3 je přiveden taktovací signál Clk. V druhém násobícím bloku N2 je vynásoben signál z s výstupním signálem b2 bloku 104 druhého kruhového zásobníku délky n a součin m2 je přiveden ke vstupu 107,1 bloku 107 druhého posuvného registru délky n, k jehož dalšímu vstupu 107,2 je přiveden resetovací signál Reset a k jehož vstupu 107,3 je přiveden taktovací signál Clk, Výstupní signál q2 bloku 107 druhého posuvného registru délky n je v pátém odčítacím bloku 05 odečten od vstupního signálu m2, rozdílový signál c2 je přiveden ke vstupu 109,1 druhého sumačního bloku 109, k jehož dalšímu vstupu 109,2 je přiveden resetovací signál Reset a k jehož vstupu 109,3 je přiveden taktovací signál Clk, Výstupní signál sl prvního sumačního bloku 108 je přiveden ke vstupu 110,1 bloku 110 -výpočtu modulu a ke vstupu 111,1 bloku 111 výpočtu fáze. Výstupní signál s2 druhého sumačního bloku 109 je přiveden ke vstupu 110.2 bloku 110 výpočtu modulu a ke vstupu 111,2 bloku 111 výpočtu fáze. Blok 110 výpočtu modulu generuje první výstupní signál připojený k prvnímu hlavnímu výstupu x,3 vnitřního zapojení bloku prvního estimátoru 3 nebo vnitřního zapojení bloku druhého estimátoru 8. Jde-li o blok prvního estimátoru 3, je na prvním hlavním výstupu x,3 signál MTest, tj. odhadnutý modul momentu. Jde-li oblok druhého estimátoru 8, je na prvním hlavním výstupu x.3 signál M_f„_csi, tj. odhadnutý modul úhlové rychlosti ω otáčení.

Blok 111 výpočtu fáze generuje druhý výstupní signál, připojený k druhému hlavnímu výstupu x,4 vnitřního zapojení bloku prvního estimátoru 3 nebo vnitřního zapojení bloku druhého estimátoru 8. Jde-li o blok prvního estimátoru 3, je signál Brest druhým hlavním výstupem xA, tj. odhadnutý fázový posuv momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne. Jde-li o blok druhého estimátoru 8, je signál Β^ druhým hlavním výstupem xA, tj. odhadnutý fázový posuv úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne.

Blok 6 střední hodnoty je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě a generuje aktuální klouzavou střední hodnotu ω,\ν synchronních vzorků ω₅ úhlové rychlosti z n vzorků a slouží pro snížení vlivu změny střední hodnoty úhlové rychlosti ω otáčení na funkci bloku 8 druhého estimátoru.

První odčítací blok Ol je realizován v digitální podobě, od synchronních vzorků úhlové rychlosti ω otáčení na positivním vstupu odečítá aktuální klouzavou střední hodnotu ω,\ν od synchronních vzorků oy úhlové rychlosti ω otáčení na negativním vstupu a vypočtené rozdíly m_se jsou na výstupu prvního odečítacího bloku Ol.

Blok 4 porovnání hodnoty modulu MTest momentu je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě jako komparátor, který pokud hodnota odhadnutého modulu momentu MTest překročí mezní hodnotu modulu momentu nastavenou v tomto bloku, generuje první signál Mm_v povolující zjištění odhadovaného sklonu b_est adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě. Podobně blok 9 porovnání hodnoty modulu M^est úhlové rychlosti ω otáčení je realizován jako komparátor, který pokud hodnota odhadnutého modulu M^est úhlové rychlosti ω otáčení překročí mezní hodnotu modulu úhlové rychlosti nastavenou v tomto bloku, generuje druhý signál Μ_ωΓάν povolující zjištění odhadovaného sklonu b_est adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě nebo zjištění veličiny, která je monotónní fúnkcí tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě.

- 14CZ 33352 UI

Druhý odčítací blok 02 je realizován v digitální podobě. Od odhadnutého fázového posuvu PTest momentu vůči synchronizačnímu signálu Syne odečítá odhadnutý fázový posuv P_mest úhlové rychlosti ω otáčení vůči synchronizačnímu signálu Syne a generuje rozdíl ΔΡ fázových posuvů.

Blok 10 ověření odhadu je ve výhodném provedení realizován v digitální podobě a propouští na svůj výstup 10.4 se signálem best rozdíl ΔΡ fázových posuvů ze svého vstupu 10.1 v případě, že oba povolovací signály Mmt na druhém vstupu 10,2 a Μ_ωΓά_ν na třetím vstupu 10,3 bloku 10 ověření odhadu jsou aktivní. V opačném případě je na výstupu b_est konstantní hodnota, která je v bloku 10 ověření odhadu přednastavena.

Průmyslová využitelnost

Výše popsané zařízení lze využít při řízení skluzu resp. smyku ve všech kolejových vozidlech s pohonem elektrickým motorem a s měřením otáčivé rychlosti trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo kola.

Claims (3)

1. Zařízení pro provádění odhadu sklonu adhezní charakteristiky kolejového vozidla v pracovním bodě, kde toto kolejové vozidlo má trakční motor a poháněnou nápravu nebo poháněné kolo a obsahuje snímač rychlosti (ω) otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola, přičemž trakční motor je napájen z elektrické části pohonu trakčního motoru a termínem moment je rozuměn moment ve vzduchové mezeře trakčního motoru, vyznačující se tím, že v jeho druhé větvi je zapojen zdroj synchronizačního signálu (Sync) a že v jeho první větvi je zapojen blok (1) vzorkovače odhadovaného momentu (Tg), jehož vstup (1.1) je propojen s řídícími obvody elektrické části pohonu trakčního motoru a jehož výstup (1.2) je přiveden ke vstupu (2.1) bloku (2) první pásmové propusti, jehož výstup (2.2) je připojen k prvnímu vstupu (3.1) bloku (3) prvního estimátoru, přičemž ke druhému vstupu (3.2) bloku (3) prvního estimátoru je připojen výstup zdroje synchronizačního signálu (Syne), přičemž zařízení obsahuje také třetí větev, v níž je zapojen blok (5) vzorkovače úhlové rychlosti (ω) otáčení, k jehož vstupu (5.1) je připojen výstup snímače rychlosti (ω) otáčení trakčního motoru nebo poháněné nápravy nebo poháněného kola a jehož výstup (5.2) je propojen se vstupem (7.1) bloku (7) druhé pásmové propusti, jehož výstup (7.2) je připojen k prvnímu vstupu (8.1) bloku (8) druhého estimátoru, přičemž ke druhému vstupu (8.2) bloku (8) druhého estimátoru je připojen výstup zdroje synchronizačního signálu (Syne), když k bloku (1) vzorkovače odhadovaného momentu, k bloku (5) vzorkovače úhlové rychlosti, k bloku (2) první pásmové propusti, k bloku (7) druhé pásmové propusti, k bloku (3) prvního estimátoru i k bloku (8) druhého estimátoru je připojen taktovací signál (Clk), a dále jsou propojeny první a třetí větev tak, že druhý výstup (3.4) bloku (3) prvního estimátoru je připojen k pozitivnímu vstupu druhého odečítacího bloku (02), přičemž k negativnímu vstupu tohoto druhého odečítacího bloku (02) je připojen druhý výstup (8.4) bloku (8) druhého estimátoru, když výstup tohoto druhého odečítacího bloku (02) je propojen s prvním vstupem (10.1) bloku (10) ověření odhadu atak, že první výstup (3.3) bloku (3) prvního estimátoru je přiveden ke vstupu (4.1) bloku (4) porovnání hodnoty modulu (Mjest) momentu, jehož výstup (4.2) je přiveden k druhému vstupu (10.2) bloku (10) ověření odhadu a že a první výstup (8.3) bloku (8) druhého estimátoru je připojen ke vstupu (9.1) bloku (9) porovnání hodnoty modulu (M_raest) úhlové rychlosti (ω) otáčení, jehož výstup (9.2) je přiveden ke třetímu vstupu (10.3) bloku (10) ověření odhadu, přičemž blok (10) ověření odhadu má také výstup

- 15 CZ 33352 UI (10.4) pro odhadovaný sklon (best) adhezní charakteristiky v pracovním bodě nebo pro hodnotu monotónní funkce tohoto odhadovaného sklonu v pracovním bodě.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že blok (5) vzorkovače úhlové rychlosti (ω) otáčení je svým výstupem (5.2) propojen s vstupem (6.1) bloku (6) střední hodnoty, jehož výstup (6.2) je připojen k negativnímu vstupu prvního odčítacího bloku, přičemž k pozitivnímu vstupu prvního odečítacího bloku (Ol) je přiveden výstup (5.2) bloku (5) vzorkovače úhlové rychlosti (ω) otáčení a výstup prvního odčítacího bloku (Ol) je připojen ke vstupu (7.1) bloku (7) druhé pásmové propusti.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že blok (3) prvního estimátoru i blok (8) druhého estimátoru obsahují stejné vnitřní zapojení, přičemž:

první hlavní vstup (x.l) tohoto vnitřního zapojení odpovídá prvnímu vstupu (3.1) bloku (3) prvního estimátoru nebo prvnímu vstupu (8.1) bloku (8) druhého estimátoru, druhý hlavní vstup (x.2) tohoto vnitřního zapojení odpovídá druhému vstupu (3.2) bloku (3) prvního estimátoru nebo druhému vstupu (8.2) bloku (8) druhého estimátoru a první hlavní výstup (x.3) tohoto vnitřního zapojení odpovídá prvnímu výstupu (3.3) bloku (3) prvního estimátoru nebo prvnímu výstupu (8.3) bloku (8) druhého estimátoru a podobně druhý hlavní výstup (x.4) tohoto vnitřního zapojení odpovídá druhému výstupu (3.4) bloku (3) prvního estimátoru nebo druhému výstupu (8.4) bloku (8) druhého estimátoru toto vnitřní zapojení obsahuje blok (101) vzorků referenční funkce A, který je svým výstupem (101.1) připojen k prvnímu vstupu (103.1) bloku (103) prvního kruhového zásobníku délky n, k jehož dalším vstupům (103.2), (103.3) a (103.4) jsou v tomto pořadí připojeny řešetovací signál (Reset), synchronizační signál (Sync) a taktovací signál (Clk), přičemž vstup (103.3) je propojen s druhým hlavním vstupem (x.2), a dále toto vnitřní zapojení obsahuje blok (102) vzorků referenční funkce B, jehož výstup (102.1) je připojen ke vstupu (104.1) bloku (104) druhého kruhového zásobníku délky n, k jehož dalším vstupům (104.2), (104.3) a (104.4) jsou v tomto pořadí připojeny resetovací signál (Reset), synchronizační signál (Sync) a taktovací signál (Clk), přičemž vstup (104.3) je propojen s druhým hlavním vstupem (x.2), přičemž vnitřní zapojení obsahuje také blok (105) posuvného registru délky n/2, jehož první vstup (105.1) je propojen s prvním hlavním vstupem (x.l) a k jehož druhému vstupu (105.2) je připojen taktovací signál (Clk) a jehož výstup (105.3) se signálem (y) je připojen k negativnímu vstupu třetího odečítacího bloku (03), zatímco pozitivní vstup třetího odečítacího bloku (03) je propojen s prvním hlavním vstupem (x.l), přičemž výstup třetího odečítacího bloku (03) je propojen s prvními vstupy dvou násobících bloků (N1,N2), přičemž druhý vstup prvního násobícího bloku (NI) je propojen s výstupem (103.5) se signálem (bl) bloku (103) prvního kruhového zásobníku délky n a výstup prvního násobícího bloku (NI) se signálem (ml) je propojen s prvním vstupem (106.1) bloku (106) prvního posuvného registru délky n, k jehož dalším vstupům (106.2) a (106.3) jsou v tomto pořadí přivedeny resetovací signál (Reset) a taktovací signál (Clk), a jehož výstup (106.4) se signálem (ql) je propojen s negativním vstupem čtvrtého odečítacího bloku (04), přičemž pozitivní vstup čtvrtého odečítacího bloku (04) je propojen s výstupem prvního násobícího bloku (NI) se signálem (ml) a výstup čtvrtého odečítacího bloku (04) s rozdílovým

- 16CZ 33352 UI signálem (cl) je připojen k prvnímu vstupu (108.1) prvního sumačního bloku (108), k jehož dalším vstupům (108.2) a (108.3) jsou přivedeny resetovací signál (Reset) a taktovací signál (Clk) a přičemž druhý vstup druhého násobícího bloku (N2) je propojen s výstupem (104.5) se signálem (b2) bloku (104) druhého kruhového zásobníku délky n a výstup druhého násobícího bloku (N2) se signálem (m2) je přiveden k prvnímu vstupu (107.1) bloku (107) druhého posuvného registru délky n, k jehož dalším vstupům (107.2) a (107.3) jsou přivedeny resetovací signál (Reset) a taktovací signál (Clk) a jehož výstup (107.4) se signálem (q2) je propojen s negativním vstupem pátého odčítacího bloku (05), přičemž pozitivní vstup pátého odečítacího bloku (05) je propojen s výstupem druhého násobícího (N2) bloku se signálem (m2) a výstup pátého odečítacího bloku (05) s rozdílovým signálem (c2) je připojen k prvnímu vstupu (109.1) druhého sumačního bloku (109), k jehož dalším vstupům (109.2) a (109.3) jsou přivedeny resetovací signál (Reset) a taktovací signál (Clk), přičemž dále výstup (108.4) se signálem (sl) prvního sumačního bloku (108) je přiveden kprvnímu vstupu (110.1) bloku (110) výpočtu modulu a kprvnímu vstupu (111.1) bloku (111) výpočtu fáze, a výstup (109.4) se signálem (s2) druhého sumačního bloku (109) je přiveden k druhému vstupu (110.2) bloku (110) výpočtu modulu a k druhému vstupu (111.2) bloku (111) výpočtu fáze, přitom blok (110) výpočtu modulu má výstup (110.3), který je propojen s prvním hlavním výstupem (x.3), a blok (111) výpočtu fáze má výstup (111.3), který je propojen s druhým hlavním výstupem (x.4).