4 ELEKTRO 11/2014 Výzkum synchronizovaného řízení pohonů kolejového vozidla s nezávisle otáčivými koly (1. část)Úvod V roce 2014 byla pražskému dopravní-mu podniku dodána firmou Škoda Transpor-tation již stá tramvaj 15T ForCity (obr. 1). Tramvaj 15T představuje z řady hledisek zce-la nové řešení v technice kolejových vozidel pro MHD a tento typ kromě Prahy provozuje v mírně pozměněné verzi také dopravní pod-nik v lotyšské Rize.Tramvaj 15T je prvním plně nízkopod-lažním tramvajovým vozidlem vyrobeným v ČR. Nejvíce konstrukčních novinek je sou-středěno v podvozku, a to jak v jeho mecha-nické, tak i v elektrické části. Celý podvozek představuje komplikovaný konstrukční uzel díky kombinaci 100% nízkopodlažnosti, možnosti natáčení podvozku a integraci po-honných jednotek. Aby nebylo nutné zvět-šovat výšku podlahy v oblasti náprav pod-vozku, byla zvolena beznápravová koncepce s nezávisle otáčivými koly, která jsou pohá-něna individuálně čtveřicí trakčních moto-rů. Popsané unikátní řešení bylo realizováno bez použití převodovek při přímém pohonu jednotlivých kol. Bezpřevodovkové uspořá-dání vyžaduje použití vysokomomentových pomaluběžných trakčních motorů. V omeze-ném zástavbovém prostoru trakčních motorů bylo jedinou cestou použití rozměrově příz-nivých mnohapólových synchronních moto-rů s permanentními magnety s vodním chla-zením. Použití tohoto typu motoru na kolejo-vém vozidle představuje v podmínkách ČR rovněž premiéru.Jízdní vlastnosti podvozku kolejového vo-zidla s nezávisle otáčivými koly jsou odlišné od vlastností klasických podvozků s pevnými nápravami, zejména co se týká absence příč-ného sinusového pohybu dvojice protilehlých kol v kolejové dráze, především v přímé trati a v obloucích s malými poloměry. Individu-ální pohony kol v podvozku představují vý-znamný potenciál ke zlepšení jízdních vlast-ností při vhodném synchronizovaném řízení.Tramvaje 15T jsou v Praze i v Rize již ně-kolik let úspěšně používány v běžném pro-vozu s cestujícími, avšak žádné algoritmy synchronizovaného řízení pohonů nezávis-le otáčivých kol v podvozku nejsou použity a jednotlivé trakční motory pracují s identic-kou momentovou žádostí.Technologická agentura České republi-ky podpořila v letech 2011 až 2014 iniciati-vu Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice a firem VÚKV, a. s., a Škoda Elect-ric, a. s. (VÚKV, a. s., se významně podílel na konstrukci mechanické části podvozku pro tramvaje 15T, Škoda Electric, a. s., je produ-centem trakčních výzbrojí tramvají 15T), vě-novat se výzkumu, vývoji a implementaci me-tod synchronizovaného řízení individuálních pohonů v podvozku kolejového vozidla s ne-závisle otáčivými koly přidělením prostředků v programu Alfa. Výzkum probíhá ve čtyřech úrovních: teoretické práce, výzkum pomocí simulačních modelů, experimentální výzkum na experimentálním vozidle a výzkum přímo na tramvaji 15T.Cíle výzkumu Hlavním cílem výzkumu bylo nalezení a odladění vhodné metody synchronizovaného řízení individuálních pohonů nezávisle otáči-vých kol v podvozku tak, aby se zlepšily jízdní vlastnosti, snížilo se opotřebení kol a kolejnic a zvýšila se bezpečnost proti vykolejení. Hlav-ní cíl se dále člení na dílčí úkoly, a to zejména:– indikace polohy podvozku v koleji v příč-ném směru (příčný posun, vzpříčená po-loha, tětivová poloha) bez nutnosti imple-mentace nových senzorů (obr. 2);– výzkum a odladění vhodných algoritmů pro eliminaci stavu, kdy v přímé trati díky absenci příčného sinusového pohybu dvo-jice protilehlých kol může podvozek s ne-závisle otáčivými koly nalehnout trvale na jednu stranu kolejové dráhy (obr. 2 vpra-vo), v tomto stavu se zvyšuje opotřebení kol a kolejnic;– výzkum a odladění algoritmů, které vhod-ným rozvážením momentů jednotlivých trakčních motorů sníží vodicí síly půso-bící v podvozku v oblouku, čímž se opět sníží opotřebení kol a kolejnic při průjez-du obloukem a zvýší se bezpečnost proti vykolejení;– nalezení vhodné metody pro indikaci cha-rakteru trati oblouk/přímá trať pro přepí-nání algoritmů řízení pro oblouk/přímou trať – bez nutnosti implementace nových senzorů;– výzkum vlivu synchronizovaného řízení na velikost odběru trakční energie.V úvodních etapách projektu byla proble-matika řešena na teoretické úrovni a na úrovni simulační [2], [4] a [5]. Tyto práce byly vy-prof. Ing. Jaroslav Novák, CSc., Ing. Václav Lenoch, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera;Ing. Jan Čapek, Ph.D., VÚKV, a. s.Článek prezentuje metodu pro optimalizované synchronizované řízení elektrických po-honů v podvozku kolejového vozidla s nezávisle otáčivými koly. Účelem synchronizo-vaného řízení je snížit opotřebení kol a kolejnic a zvýšit bezpečnost proti vykolejení. Metoda je vhodná zejména pro tramvajová vozidla. V příspěvku jsou uvedeny výsled-ky výzkumu a měření na experimentálním kolejovém vozidle a na nízkopodlažní tram-vaji 15T ForCity.Obr. 1. Tramvaj 15T ForCity Obr. 2. Pozice podvozku v kolejové dráze – vzpříčená poloha a příčný posun, popř. tětivová poloha 22 12 směr jízdy 21 11 12 směr jízdy 21 11 vzpříčená poloha podvozku v koleji 22 příčné posunutí podvozku v koleji