CN102448789A - 控制轨道车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明建议了一种用于控制具有一个双驱动设备的轨道车辆的方法，其中每个驱动设备包括有一个内燃发动机以及一个传动单元，在这方法中通过行驶操纵杆将一个名义驱动转矩（M(SL)）规定为功率愿望，其中确定轨道车辆的一个实际驱动转矩（M(IST)），并从名义驱动转矩（M(SL)）与实际驱动转矩（M(IST)）计算出驱动转矩偏差。此外方法还在于：确定一个预计驱动样式（AAP），并取决于驱动转矩偏差以及预计驱动样式（AAP），通过一个牵引管理器（9）规定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式（AA(SL)）、一个名义运行点（BP(SL)）以及一个用于传动单元的名义传动级（üS(SL)）。

Description

控制轨道车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制具有一个双驱动设备的轨道车辆的方法，其中每个驱动设备包括有一个内燃发动机以及一个传动单元，在这方法中根据驱动转矩的名义-实际-偏差和一个预计运行样式，通过牵引管理器规定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式，一个名义运行点，以及一个用于传动单元的名义传动级。

背景技术

在一种具有一个双驱动设备的轨道车辆中，给定了通过行驶操纵杆的名义驱动转矩，这驱动转转矩然后由一个车辆控制仪作为内燃发动机的设定值，加到数据总线上，例如CAN-总线。由于平行控制就保证了：每个内燃发动机在通常的误差范围内产生近似相同的驱动功率。通常在一种双驱动设备时，内燃机按轨道车辆的最大加速度来设计。在加速过程期间，内燃发动机按发动机特性曲线的全载曲线运行。在到达最大许可的车辆速度之后，只是还需要用于保持稳定状态所需的驱动功率。在稳定状态下，因而内燃发动机的运行点在发动机曲线里，位于具有明显较高燃油比耗的部位里。问题就是：尽管功率输出较小，但燃油消耗较高。

改善的措施见DE 1 455 052 OS，该专利展示了一种双驱动设备和一种轨道车辆的控制方法。双驱动设备由一个主-和一个副柴油发动机、一个传动装置、一个发电机、一个电调节器以及一个电动机组成。主柴油发动机驱动发电机，这发电机又通过一个轴与传动装置连接。副柴油发动机同样也与传动装置连接。在传动装置的一个输出轴上布置了一个电动机作为附带的驱动装置。通过发电机、电调节器和电动机表示了一种柴油发电的驱动线路。在第一种运行状态下，这状态相当于轨道车辆的停止状态，主柴油发动机激活，而副柴油发动机和传动装置去除激活。由发电机产生的电流只是用于预热列车和供应其它的电流负载。在第二种运行状态下，这状态对应于低的行驶功率需要，主柴油发动机和传动装置激活，而副柴油发动机去除激活。主柴油发动机在其低的和中等转速范围里通过传动装置驱动驱动轮组。为了改善发动机效率，使一部分发动机功率平行地通过电驱动连接，也就是通过发电机、调节器和电动机，传输至驱动轮组。在第三种运行状态下，这状态对应于高的行驶功率需要，主柴油发动机和副柴油发动机在高转速范围里直至最大转速都是共同的驱动源。这里也是又使主柴油发动机的一部分功率以电的途径传输至驱动轮组，以便使主柴油发动机在有利的燃油消耗范围里工作。

另一个措施可以见DE 814 604 PS，该专利介绍了一种具有两个相同传动系的双驱动设备。每个驱动设备包括有一个柴油发动机和一个传输系统，后者的形式为一个发电机和用于驱动轮组的轴向电动机。两个发电机在输出侧通过离合器机械地与一个减速器连接，该减速器又驱动辅机。辅机例如是用于冷却器的通风机、制动压缩机和用于产生机载电网电压的发电机。特征是：对于运行来说绝对必要的辅机可选择地与一个或者另一个可以调整到恒定总功率的发动机耦合，从而使设计用于驱动轨道车辆的内燃发动机在有利的燃油消耗范围里运行，而另一个内燃发动机则驱动辅机。

发明内容

两种提出的措施虽然可以降低燃油消耗，然而其中还没有充分利用节省燃油的所有可能性。因而本发明的任务是，提出一种用于控制具有双驱动设备的轨道车辆的方法，这方法可以进一步节省燃油。

本发明通过具有权利要求1的特征的方法来解决。设计方案表示于从属权利要求中。

用于控制双驱动设备的方法在于：由一个名义驱动转矩，该转矩通过行驶操纵杆规定为功率愿望，和轨道车辆的一个实际驱动转矩，首先计算出驱动转矩偏差。接着根据驱动转矩偏差和一个预计驱动样式，通过一个牵引管理器规定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式，一个用于各自内燃发动机的名义运行点，以及一个用于传动单元的名义传动级。所谓传动单元按照本发明是指一种发电机-电动机单元作为柴油发电驱动，一种自动化的动力换档变速器或者一种液力流体变速器。发明的中心思想在于：在稳定状态下用于前进运动的内燃发动机调整到靠近全载曲线的一个运行点上，而另一个内燃发动机调整到靠近空载转速的一个运行点上，其中考虑到预计驱动样式很有助于节省燃油。因而对于经营者来说就降低了运行成本。

在行驶开始之前确定预计驱动样式，其方法是：将电子的行车计划读入列车控制仪，并事先规定轨道车辆的、与线路部段有关的预计驱动样式。然后在行驶运行时规定预计驱动样式，其方法是：确定实际位置与一个由电子行车计划求出的轨道车辆的名义位置的位置偏差，根据这位置偏差计算出时间储备，并且取决于时间储备，建议保持或者变换预计驱动样式。那样例如在一种负的时间储备时，按照迟后建议一种较高功率输出的预计驱动样式。

在本发明的一种设计方案中规定：在规定名义驱动样式和名义运行点时，决定性地考虑到通过运行中心所检测的载荷谱。对于载荷谱来说，由一个载荷记录器例如记下实际驱动转矩或者名义运行点的发动机转速。通过载荷谱因此实现了内燃发动机的均匀受载，由此又得到一种相同的维修间隔。在规定名义驱动样式时，同样也考虑到发动机运行材料的、例如燃油、冷却剂、油和SCR-液体的液位。

附图说明

在附图中表示了一种优选的实施例。所示为：

图1 系统简图；

图2 牵引管理器的框图；

图3 发动机特性曲线；

图4 一个程序运行图；

图5 子程序UPI。

具体实施方式

图1表示了一个轨道车辆1的系统简图，这里是一种动车，具有双驱动设备。本发明然而也可以使用于两个以上的驱动设备。轨道车辆1有一个A-侧和一个B-侧。与此对应地在附图和文字里用附注A表示A-侧的部件，用附注B表示B-侧的部件。每个驱动设备，例如驱动设备2A，由一个内燃发动机和一个用于将内燃发动机的转矩传送至驱动轮的传动单元组成。所谓传动单元按照本发明是指一种用于内燃发电驱动装置的发动机-电动机单元、一种自动化的动力换档变速器或者一种液力变速器。驱动设备2A和2B与相同功率输出的内燃发动机作成对称和相同的。

在一个共同的电子数据总线8上，例如一个CAN-总线系统或者以太网，连接有电子控制仪。对于A-侧的轨道车辆部分，这是一种行车控制仪3A（ZSG）、一种发动机控制仪4A（ECU）和一种传动装置控制仪5A（GS）。此外接有一个控制仪6（SCR）用于测定废气。连接于数据总线8的控制仪3至6既是接收器又是发射器。同样也连接于数据总线8的有一个接收单元7用于接收轨道定向无线电和GPS的数据。通过轨道定向无线通信用存储电子行程卡片将电子运行时刻表传到数据总线8上。GPS的数据包括有实际位置和当前高度。名义驱动转矩M（SL）由动车司机通过操纵杆进行名义值的设定。接收单元7和用于进行名义驱动转矩M(SL)设定的操纵杆都只是数据总线8上的发射器。

在轨道车辆运行时的车架条件通过电子运行时刻表预先规定，这种时刻表，如已知的那样，在起动时通过定向无线通信被读入行车控制仪里。在电子运行时刻表里，存入与线路段有关的速度，也因此存入在两个行程点之间的时帧。在起动之前，借助于电子运行时刻表预计规定了轨道车辆的与线路段有关的驱动样式。在以后的说明文字中这些被称为预计驱动样式。然后在行驶时测定轨道车辆的实际位置与一个由电子运行时刻表求出的名义位置的位置偏差。由位置偏差又计算出时间储备。根据时间储备然后建议，或者保持预计驱动样式，也就是当前的驱动功率，或者改变预计驱动样式，也就是到较高/较低的驱动功率。下一步本发明则规定：计算出驱动转矩的名义-实际偏差，并取决于这驱动转矩偏差以及预计驱动样式通过一个牵引管理器确定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式、一个内燃发动机的名义运行点以及一个用于传动单元的名义传动级。

在图2中表示了牵引管理器9的框图，其中一些框是一个可实施程序的一部分。输入参数有名义驱动转矩M(SL)、实际驱动转矩M(IST)、名义位置POS(SL)、实际位置POS(IST)、电子运行时刻表SPL、第一个输入参数E1和第二个输入参数E2。输出参数有一个名义驱动样式AA(SL)、一个内燃发动机的名义运行点BP(SL)、和一个用于传动单元，例如一个自动化的动力换档变速器的名义传动级üS(SL)。控制信号被加到数据总线上，并由适合的控制仪转换成相应的调整信号。例如在一种具有蓄压管系统的内燃发动机时，这是一种用于控制吸气节流的PWM-信号或者用于喷油嘴的控制信号（喷油开始/喷油结束）。在牵引管理器9之内作为功能单元有一种运行对策部件10和一个检验部件11。运行对策部件10又有一个功能部件12和一个预计部件13。检验部件11包括了一个选择部件14和一个载荷谱15。

在运行对策部件10之内，预计部件13在起动之前按照电子运行时刻表SPL确定与线路段有关的预计驱动样式AAP。然后在行驶时通过预计部件13根据轨道车辆的实际位置POS(IST)与由电子运行时刻表SPL求出的名义位置POS(SL)的位置偏差计算出预计驱动样式AAP。在功能部件12里由名义驱动转矩M(SL)和实际驱动转矩M(IST)计算出驱动转矩偏差。然后按照推荐的预计驱动样式AAP，它表示出推荐的驱动功率，和驱动转矩偏差确定一种驱动样式AA。补充地对第一个输入参数E1一起加以考虑，这参数表示了整个系统的状态。在检验部件11之内，选择部件14根据驱动样式AA、载荷谱LK和第二个输入参数E2，确定按照一种单一-或者双驱动的名义驱动样式AA(SL)、A侧和B侧的内燃发动机的名义运行点BP(SL)，以及用于传动单元的名义传动级UES(SL)。通过载荷谱15将名义驱动样式AA(SL)和名义运行点BP(SL)记录在一个载荷记录器里。通过载荷谱15可以在检验名义参数时，在运行期间均匀地加上载荷。所谓输入参数E2是综合指SCR-箱和燃油储备的液位。

在轨道车辆加速阶段期间，牵引管理器9作为名义驱动样式AA(SL)输出一种双驱动，作为名义运行点BP(SL)输出一个在全载荷曲线上的值。当应用一种自动化的动力换档变速器时，作为名义传动级üS(SL)规定值AUTO，这就是说，变速器自动控制仪（图1：5A,5B）自动地确定传动级，例如取决于变速器的输出转速。当应用一种液力变速器时，牵引管理器9规定一个档位。在轨道车辆稳定状态下，也就是在速度不变时，牵引管理器9作为名义驱动样式AA(SL)规定一种单一驱动。作为名义运行点BP(SL)例如在全载荷曲线上为A-侧内燃发动机规定一个值，而作为B-侧的内燃发动机的名义运行点BP(SL)则或者空运转，或者去除活化。当应用自动化的动力换档变速器时，牵引管理器9作为名义传动级üS(SL)为A侧的动力换档变速器规定了数值AUTO，而对B侧自动化的动力换档变速器则规定为中立。在轨道车辆制动过程中，牵引管理器9作为名义驱动样式AA(SL)输出一种双驱动，而作为名义运行点BP(SL)则输出一个固定值。在应用自动化的动力换档变速器时，牵引管理器9作为名义传动级规定数值AUTO。在火车站，牵引管理器9作为名义驱动样式AA(SL)规定一种单一驱动。与此对应地名义运行点BP(SL) 对于例如A侧的内燃发动机来说是空运转，而使B侧的内燃发动机去除活化。当应用自动化的动力换档变速器时，牵引管理器9作为名义传动级üS(SL)规定了数值AUTO。当应用一种液力变速器时，牵引管理器9规定数值为零。

图3表示了一个发动机的特性曲线，其中，横坐标是发动机转速nMOT，纵坐标是输出的发动机功率P。在特性曲线之内，表示了相同的燃油比耗的曲线。曲线L1例如表示了燃油比耗为190g/kWh,曲线L2表示了燃油比耗为200g/kWh，曲线L3表示了燃油比耗为230g/kWh。用标号16作为虚线表示了全载荷曲线。为使轨道车辆最大地加速，使内燃发动机在发动机特性曲线的全载荷曲线16上运行，这就是说，其名义运行点位于全载荷曲线16附近。这示范地用加速部位17来表示。在到达最大许可的车辆速度，例如120km/h之后，需要小得多的驱动功率来保持稳定状态。在发动机特性曲线里，因此两个内燃发动机在一个稳定部位18里运行。稳定部位18然而在曲线L3上，该曲线的燃油比耗高于曲线L2的。简言之，内燃发动机的名义运行点在发动机特性曲线里位于一个具有明显较高的燃油比耗的部位里。本发明规定：在通过牵引管理器9进行稳定时，例如A侧的内燃发动机在全载荷曲线16上全载荷部位19的一个运行点处运行，而相反，B侧的内燃发动机在空载部位20的一个运行点处运行。

在图4中表示了一个程序运行图。在S1里通过轨道定向无线电，用存储的行程卡片读入电子运行时刻表，并存入在行车控制仪里。在起动之前，在S2里根据电子运行时刻表SPL预先确定与线路段有关的预计驱动样式AAP并将其存储。在S3里然后读入名义驱动转矩M(SL)以及实际驱动转矩M(IST)，并且接着计算出驱动转矩偏差dM。在S4里，在一个子程序UP1里，为了确定在轨道车辆运行时的预计驱动样式AAP程序有分支。子程序UP1表示在图5中，并与这结合一起加以说明。在从子程序UP1返回之后，在S5里通过运行对策部件（图2：10）规定一种驱动样式，这种样式然后在S6里通过检验部件（图2：11）求值。在S7里然后规定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式AA(SL)、一个名义运行点（BP(SL)以及一个用于传动单元的名义传动级üS(SL)，并传输到数据总线上。接着在S8里检查：是否有一种结束准则。如果有，询问结果S8：是，那么程序结束。如果没有发现结束准则，询问结果S8：否，那么在S9里将驱动转矩偏差dM与一个极限值GW比较。如果名义驱动转矩M(SL)和实际驱动转矩M(IST)的差别很小，询问结果S9：否，那么程序返回至S6。如果驱动转矩偏差dM大于极限值GW，询问结果S9：是，那么程序返回至S3。

在图5中表示了子程序UP1，通过这子程序计算出预计驱动样式AAP作为推荐。在S1里根据运行时刻表和时间确定轨道车辆的名义位置POS（SL）。然后在S2里通过GPS-系统读入实际位置POS(IST)，并且接着在S3里确定一个位置偏差dPOS。由位置偏差dPOS又在S4里计算出一个时间储备tRES,在S5里求值并推荐一种预计驱动样式AAP。时间储备表明，轨道车辆是否及时地、太早地或者太晚地到达下一个行程点。如果时间储备tRES在一个公差带里的话，那么就推荐保持预计驱动样式AAP。如果时间储备tRES位于公差带之外，并且按滞后来说是负的，那么推荐一种具有较高功率输出的预计驱动样式AAP。如果时间储备tRES位于公差带之外，并且按照提前到达来说是正的，那么推荐一种具有最低能耗的预计驱动样式AAP。然后返回图4的程序运行图中（S4）。

总之本发明具有进一步减小燃油消耗的优点，其方法是，牵引管理器与预计部件相结合，在利用电子运行时刻表和高度的情况下允许有一种预见到的驱动样式。对于运行者来说因而减小了运行成本。

标号表

1                  轨道车辆

2A，2B       驱动设备

3A，3B       行车控制仪

4A，4B       发动机控制仪

5A,5B          传动装置控制仪

6                  SCR-控制仪

7                  接收单元

8                  数据总线

9                 牵引管理器

10               运行对策部件

11               检验部件

12               功能部件

13               预计部件

14               选择部件

15               载荷谱

16               全载荷曲线

17               加速部位

18               稳定部位

19               全载部位

20               空载部位

Claims (5)

1.用于控制具有一个双驱动设备的轨道车辆（1）的方法，其中每个驱动设备包括有一个内燃发动机以及一个传动单元，在这方法中通过行驶操纵杆将一个名义驱动转矩（M(SL)）规定为功率愿望，其中确定轨道车辆（1）的一个实际驱动转矩（M (IST)），并计算出名义驱动转矩（M(SL)）与实际驱动转矩（M (IST)）的驱动转矩偏差（dM），在这方法中确定一个预计驱动样式（AAP），并取决于驱动转矩偏差（dM）以及预计驱动样式（AAP），通过一个牵引管理器（9）规定一种按照单一-或者双驱动的名义驱动样式（AA(SL)）、一个名义运行点（BP(SL)）以及一个用于传动单元的名义传动级（üS(SL)）。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，记录内燃发动机的载荷谱（15），并在规定名义驱动样式（AA(SL)）和名义运行点（BP(SL)）时充分考虑载荷谱（15）。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在规定名义驱动样式（AA(SL)）时考虑到发动机燃料的液位。

4. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，确定预计驱动样式（AAP），其方法是：通过行车控制仪（3A,3B）将电子运行时刻表（SPL）读入作为与线路段有关的速度，在起动之前，借助于电子运行时刻表（SPL）预先规定轨道车辆（1）的与线路段有关的预计驱动样式（AAP），在行驶中则确定轨道车辆（1）的实际位置（POS(IST)）与一个由电子运行时刻表求出的名义位置（POS(SL)）的位置偏差（dPOS），根据这位置偏差（dPOS）计算出时间储备（tRES），并根据时间储备（tRES）建议，保持预计驱动样式（AAP）或者改变预计驱动样式（AAP）。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，如果按滞后来说时间储备（tRES）是负的，那么建议一种具有较高功率输出的预计驱动样式（AAP），如果时间储备（tRES）位于公差带之内，那么建议保持当前的预计驱动样式（AAP），并且如果按照提前到达来说时间储备（tRES）是正的话，那么建议一种具有最低能耗的预计驱动样式（AAP）。

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