CN103180161A - 车辆系统控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的柴油混合动力控制装置（27）具备驱动力指示部（31），生成指示蓄电池车（2）的驱动力的指示信号，并且生成指示热力机车（1）的驱动力的指示信号，蓄电池车（2）构成列车的车辆系统，由电动机驱动，热力机车（1）构成所述车辆系统，由柴油发动机驱动，驱动力指示部（31）在列车出发时生成指示蓄电池车（2）开始驱动的指示信号，并且生成指示热力机车（1）待机驱动的指示信号。

Description

车辆系统控制装置
技术领域
本发明涉及车辆系统控制装置。
背景技术
现有的热力机车由于将柴油发动机的输出通过转矩转换器而直接驱动车轮，故存在当启动时、加速时燃料费大且噪声大等问题。使用来自蓄电池的电力的蓄电池车，虽然不产生上述热力机车的问题，但与热力机车相比价格高，且由于需要频繁地进行充电，故不适合长途行驶。
另外，下述专利文献1公开了一种柴油混合动力车辆，其利用柴油发动机驱动发电机并且将其电力和蓄电池电力作为电源。
专利文献
专利文献1：日本特开2004－282859号公报。
发明内容
然而，在上述专利文献1所记载的柴油混合动力车辆中，由于利用柴油发动机驱动发电机并且将其电力和蓄电池电力作为电源，所以是一种环保措施，但是存在如下问题，即不能够解决在启动时、加速时燃料费大且噪声大等在现有的热力机车中产生的问题。
另外，采用上述专利文献1所记载的柴油混合动力车辆时，需要新制造车辆或者对既存的热力机车进行大规模的改造，存在不能够有效活用既存的热力机车的问题。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于获得能够有效活用既存的热力机车、改善启动时、加速时的燃料费并且降低噪声的车辆系统控制装置。
为解决上述问题，达到目的，本发明是一种控制列车的车辆系统的车辆系统控制装置，其特征在于：包括驱动力指示部，该驱动力指示部生成指示蓄电池车的驱动力的指示信号，并且生成指示热力机车的驱动力的指示信号，所述蓄电池车构成所述车辆系统，由电动机驱动，所述热力机车构成所述车辆系统，由柴油发动机驱动，所述驱动力指示部在所述列车出发时生成指示所述蓄电池车开始驱动的指示信号，并且生成指示所述热力机车待机驱动的指示信号。
根据本发明，取得以下效果：能够有效活用既存的热力机车，改善启动时、加速时的燃料费并且降低噪声。
附图说明
图1是示出实施方式1的车辆系统的结构例的图；
图2是示出实施方式1的车辆系统中的信号流向的一例的图；
图3是示出车辆系统的速度特性的一例的图；
图4是示出热力机车与蓄电池车的合计转矩特性的一例的图；
图5是示出热力机车的转矩特性的一例的图；
图6是示出蓄电池车的转矩特性的一例的图；
图7是示出柴油混合动力控制装置的控制顺序的一例的图；
图8是示出实施方式2的车辆系统的结构例的图；
图9是示出实施方式2的车辆系统中的信号流向的一例的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明所涉及的车辆系统控制装置的实施方式。此外，本发明并不被该实施方式所限定。
实施方式1.
图1是示出具备本发明所涉及的车辆系统控制装置的车辆系统的实施方式1的结构例的图。如图1所示，本实施方式的车辆系统由热力机车1与蓄电池车2构成，热力机车1与蓄电池车2通过连结器3而连结。本实施方式的车辆系统为构成列车的车辆系统。
热力机车1将柴油发动机11的输出通过转矩转换器12而驱动车轮16以行车。另外，柴油发动机11驱动交流发电机13，交流发电机13对辅机14供给交流电力。热力机车控制装置15控制热力机车1的全部动作。热力机车1与现有的一般的热力机车为同样结构，能够使用既存的热力机车。
蓄电池车2将蓄电池21的直流电力通过逆变器22转换为交流电力，利用该交流电力驱动电动机23，通过电动机23驱动车轮28而行车。另外，将蓄电池21的直流电力通过SIV（Static InVerter：辅助电源装置）24转换为交流电力并对辅机25供给。蓄电池车控制装置26控制蓄电池车2的全部动作。柴油混合动力控制装置27进行用于使热力机车1和蓄电池车2联合动作的控制。除柴油混合动力控制装置27以外的蓄电池车2与现有的一般的蓄电池车为同样结构。
柴油混合动力控制装置27是在具备热力机车1和蓄电池车2的车辆系统中实施柴油混合动力控制的车辆系统控制装置。此外，在此，将柴油混合动力控制装置27和蓄电池车控制装置26作为不同的结构要素而示出，但也可以将柴油混合动力控制装置27和蓄电池车控制装置26一体化而作为车辆系统控制装置。另外，还可以将进一步包括蓄电池21、逆变器22、电动机23、SIV24、蓄电池车控制装置26以及柴油混合动力控制装置27的装置作为车辆系统控制装置。
热力机车1与蓄电池车2通过连结器3而连结，并且热力机车1的热力机车控制装置15与蓄电池车2的柴油混合动力控制装置27通过布线等连接。此外，热力机车1与蓄电池车2也可以不直接连结，还可以经由其他车辆而连结。另外，热力机车1的热力机车控制装置15与蓄电池车2的柴油混合动力控制装置27，与列车内未图示的运转台连接，基于来自运转台的运转指令即档位（notch）指令（牵引、刹车（减速）、滑行等）而进行控制。
图2是示出本实施方式的车辆系统中的信号流向的一例的图。如图2所示，柴油混合动力控制部27具备向蓄电池车控制装置26以及热力机车控制装置15指示驱动的开始停止、驱动力等的驱动力指示部31。蓄电池车2的柴油混合动力控制部27的驱动力指示部31，基于来自运转台的档位指令，分别通过指示信号S1、S2向蓄电池车控制装置26、热力机车控制装置15指示相当于档位指令的牵引、刹车、滑行等运转模式（驱动力）。该指示信号S1、S2可以是任何形态，但如果以与通常的档位指令同样的形式指示，则能够减少对既存的热力机车以及蓄电池车的改造。
基于来自柴油混合动力控制部27的指示（指示信号S2），热力机车控制装置15对柴油发动机11输出指示车轮16的驱动、停止、交流发电机13的驱动、停止等的发动机档位指令从而控制柴油发动机11。另外，热力机车控制装置15输出对转矩转换器12指示转矩的转矩转换器指令从而控制转矩转换器12所传递的转矩。
在从热力机车控制装置15发出了车轮16的驱动或停止的指示时，柴油发动机11基于指示经由转矩转换器12驱动或停止车轮16。另外，在从热力机车控制装置15发出了交流发电机13的驱动或停止的指示时，柴油发动机11驱动或者停止交流发电机13。
基于来自柴油混合动力控制部27的指示（指示信号S1），蓄电池车控制装置26向逆变器22输出对逆变器22的开关用PWM（Pulse Width Modulation：脉宽调制）信号（pwm1信号）。另外，蓄电池车控制装置26向SIV24输出对SIV24的开关用PWM信号（pwm2信号）。
基于pwm1信号，逆变器22将蓄电池21的直流电力转换为交流电力。通过逆变器22，转换后的交流电力的电流（电动机电流：iu1、iv1、iw1）被输入蓄电池车控制装置26。另外，从蓄电池21输出的直流电力的电压和电流（蓄电池电压、蓄电池电流：vb、ib）被输入蓄电池车控制装置26。蓄电池车控制装置26以电动机电流成为所期望的值的方式生成pwm1信号。
SIV24基于pwm2信号而将蓄电池21的直流电力转换为交流电力，并向辅机25供给转换后的交流电力。从SIV24输出的交流电力的电流（SIV输出电流：iu2、iv2、iw2）和从SIV24输出的交流电力的电压（SIV输出电压：vu、vv、vw）被输入蓄电池车控制装置26。
接下来，说明本实施方式的动作。图3是示出车辆系统的速度特性的一例的图。图4示出与图3的速度特性对应的热力机车1和蓄电池车2的合计转矩特性的一例，图5示出与图3的速度特性对应的热力机车1的转矩特性的一例，图6示出与图3的速度特性对应的蓄电池车2的转矩特性的一例。以下采用图3至6所示的例子说明本实施方式的动作。
在具备车辆系统的列车出发（启动）时（图3至6的A期间），柴油混合动力控制装置27根据牵引的档位指令，对蓄电池车控制装置26指示将蓄电池21的直流电力利用逆变器22转换为交流电力并驱动电动机23。另外，柴油混合动力控制装置27驱动SIV24，SIV24对辅机25供给交流电力。此时，柴油混合动力控制装置27对热力机车控制装置15不指示车轮16的驱动（指示驱动待机），而是指示交流发电机13的驱动。在该状态下，柴油发动机11处于空转状态，转矩转换器12与车轮16不相连，不产生驱动力。另外，柴油发动机11驱动交流发电机13，对辅机14供给交流电力。
这样，在出发时，车辆系统的驱动不使用热力机车1的动力，热力机车1以及蓄电池车2通过蓄电池车2的动力而行车。从而，柴油混合动力控制装置27在出发时向蓄电池车控制装置26指示以能用使热力机车1以及蓄电池车2行车而所需的驱动力驱动。
之后，在离开车站为止（从出发开始经过一定时间为止，或从出发开始行车一定距离为止）或达到车辆系统的某速度为止，继续不利用热力机车1的动力来驱动，而是利用蓄电池车2的动力来行车。
在离开车站之后，或者在列车的速度超过某速度之后（图3至6的B期间），柴油混合动力控制装置27对热力机车控制装置15指示驱动，热力机车控制装置15对柴油发动机11指示车轮16驱动，对转矩转换器12指示转矩。由此，柴油发动机11的力传递至车轮16从而产生动力。此外，柴油发动机11所指示的转矩可以任意决定，但是，例如使柴油发动机11输出为以燃料费少的状态运转的最佳值，则能够实现高效行车。交流发电机13对辅机14持续供给交流电力。在图4的例子中，示出在离开车站之后，或者在超过某速度之后，热力机车1的转矩保持某一恒定值（例如，柴油发动机11输出为以燃料费少的状态运转的最佳值）的例子。
另一方面，蓄电池车2生成将热力机车1和蓄电池车2作为组合编组而所需的驱动力之中除去热力机车1所生成的驱动力的部分（包含根据路线状态等而增减的部分）的驱动力。柴油混合动力控制装置27的驱动力指示部31掌握热力机车1的转矩，基于车辆系统的速度等而决定该蓄电池车2的驱动力（转矩）。此外，蓄电池车2的驱动力也可以由蓄电池车控制装置26决定。设柴油混合动力控制装置27或蓄电池车控制装置26通过搭载于车轮的加速度计等而掌握车辆系统的速度。
之后，当接收用于滑行控制的档位指令时（图3至6的C期间），柴油混合动力控制装置27的驱动力指示部31对热力机车控制装置15指示车轮16停止驱动（柴油发动机11的空转状态）。根据该指示，热力机车控制装置15停止通过转矩转换器12对车轮16的动力传递。交流发电机13对辅机14持续供给交流电力。
另外，柴油混合动力控制装置27对蓄电池车控制装置26也指示车轮28停止驱动。蓄电池车控制装置26根据该指示而停止逆变器22的动作，从而停止电动机23的驱动。SIV24继续进行蓄电池21的直流电力到交流电力的转换，对辅机25供给电力。
当接收到刹车的档位指令时（图3至6的D期间），柴油混合动力控制装置27对蓄电池车控制装置26指示刹车。蓄电池车控制装置26根据该指示进行控制，以使电动机23作为发电机动作、将再生电力通过逆变器22转换为直流电力并充电至蓄电池21。在现有的热力机车1中不能够吸收刹车时的能量，但在本实施方式中，通过该动作，能够将刹车时的能量吸收至蓄电池车2的蓄电池21。
图7是示出本实施方式的柴油混合动力控制装置27的控制顺序的一例的图。使用图7说明柴油混合动力控制装置27的动作。首先，设在初始状态下，车辆系统停止。当接收到牵引的档位指令时（步骤S1），柴油混合动力控制装置27向蓄电池车控制装置26指示通过蓄电池车2的动力进行车轮28的驱动，开始行车（步骤S2）。另外，此时，柴油混合动力控制装置27对蓄电池车控制装置26指示通过SIV24对辅机25供给交流电力，对热力机车控制装置15指示对辅机14供给交流电力。
接下来，柴油混合动力控制装置27判断从行车开始是否行车一定距离或行车车辆系统的速度是否变为阈值以上（步骤S3）。此外，步骤S3的判断，通过从行车开始的距离为一定距离以上、或者行车车辆系统的速度为阈值以上中的任意一个而实施即可，但也可以使用其他条件（从行车开始是否经过一定时间等）进行判断。当从行车开始起行车一定距离或者行车车辆系统的速度变为阈值以上时（步骤S3 是），对热力机车控制装置15指示以既定的驱动力驱动车轮16（步骤S4），并且对蓄电池车控制装置26指示以必要的驱动力之中除掉对热力机车控制装置15指示的驱动力的部分的驱动力驱动车轮28（步骤S5）。
当从行车开始未行车一定距离或行车车辆系统的速度小于阈值时（步骤S3 否），重复步骤S3。
在步骤S5之后，柴油混合动力控制装置27判断是否接收到档位指令（步骤S6），当接收到时（步骤S6 是），判定接收到的档位指令的种类（步骤S7）。当未接收到档位指令时（步骤S6 否），重复步骤S6。
在步骤S7中，当判断为接收到的档位指令为滑行指令时（步骤S7 滑行），柴油混合动力控制装置27对蓄电池车控制装置26以及热力机车控制装置15指示滑行（步骤S8），返回步骤S6。另外，在步骤S7中，当判断为接收到的档位指令为牵引指令时(步骤S7 牵引)，返回步骤S2。
在步骤S7中，当判断为接收到的档位指令为刹车指令时(步骤S7 刹车)，对蓄电池车控制装置26以及热力机车控制装置15指示刹车（步骤S9）。此时，如上所述，蓄电池车控制装置26根据刹车指示以使电动机23作为发电机动作、通过逆变器22将再生电力转换为直流电力并充电至蓄电池21的方式进行控制。
此外，以上所述的控制顺序是一个例子，只要是如下控制方法，即从启动开始到行车一定距离或者行车车辆系统的速度变为阈值以上为止，仅通过蓄电池车2的动力使车辆系统行车，之后使用蓄电池车2和热力机车1双方的动力而行车的控制方法，则不限于此，可以使用任何方法。
另外，热力机车控制装置15还能够如上所述地与运转台连接，根据来自运转台的档位指令，与以往同样地通过自身的驱动力而单独行车。另外，关于蓄电池车2，也能够同样地单独行车。
另外，在本实施方式中，示出了热力机车1与蓄电池车2各一台连结的例子，但不限于此，热力机车1、蓄电池车2之中任意一个以上多台连结也可。例如，在热力机车1为多台的情况下，柴油混合动力控制装置27在步骤S4中指示将驱动力分别分配给多个热力机车1即可。在蓄电池车2为多台的情况下，一台柴油混合动力控制装置27在步骤S5中指示将驱动力分别分配给多个蓄电池车2即可。
此外，在本实施方式中，使蓄电池车2具备柴油混合动力控制装置27，但也可以是热力机车1具备柴油混合动力控制装置27，从蓄电池车2中删除柴油混合动力控制装置27。
另外，在上述说明中，以热力机车1为例进行了说明，但在代替热力机车1而使用柴油机车时，也能够适用本实施方式的车辆系统的控制方法。此外，作为蓄电池21，能够使用各种电力储藏装置（锂离子电池、镍氢电池、双电层电容器、锂离子电容器、飞轮（flywheel）等）。
这样，在本实施方式中，将具备柴油混合动力控制装置27的蓄电池车2连结于既存的热力机车1，使柴油混合动力控制装置27（驱动力指示部31）以在车辆系统启动时以及加速时通过蓄电池车2的驱动力而使热力机车1以及蓄电池车2行车的方式进行控制。而且，当变成某速度以上时，使用热力机车1和蓄电池车2双方的驱动力行车。因此，能够有效活用现有的热力机车，并且与现有的热力机车相比，改善启动时、加速时的燃料费，降低噪声。另外，在刹车时，能够将再生电力吸收至蓄电池车2的蓄电池21，能够实现节能化。而且，还具有延长热力机车的柴油发动机寿命的效果。
另外，因为蓄电池车2能够单独行车，所以在运输量少时、距离短时等通过仅仅以蓄电池2行车，能够实现节能化、噪声降低、低成本化。
实施方式2.
图8是示出本发明所涉及的车辆系统的实施方式2的结构例的图。如图8所示，本实施方式的车辆系统由热力机车1a和蓄电池车2a构成，热力机车1a和蓄电池车2a通过连结器3而连结。热力机车1a除了替代实施方式1的热力机车1的热力机车控制装置15而具备热力机车控制装置15a以外，与实施方式1的热力机车1相同。蓄电池车2a除了替代实施方式1的蓄电池车2的蓄电池车控制装置26而具备蓄电池车控制装置26a，删除柴油混合动力控制装置27以外，与实施方式1的蓄电池车2相同。蓄电池车控制装置26a与热力机车控制装置15a由布线等连接。与实施方式1具有相同功能的结构要素附以与实施方式1相同的附图标记，省略重复的说明。
图9是示出本实施方式的车辆系统中的信号流向的一例的图。在本实施方式中，与实施方式1同样地以在车辆系统的启动时以及加速时，通过蓄电池车2a的驱动力使热力机车1a以及蓄电池车2a行车的方式进行控制。在本实施方式中，不具备实施方式1的柴油混合动力控制装置27，热力机车控制装置15a以及蓄电池车控制装置26a基于来自运转台的档位指令进行控制，以与实施方式1同样地成为热力机车1a和蓄电池车2a的驱动力特性（例如，在图3至6中示例的特性）。
即，在本实施方式中，热力机车控制装置15a以及蓄电池车控制装置26a构成车辆系统控制装置。另外，蓄电池车控制装置26a具有实施方式1的驱动力指示部31的功能之中生成关于蓄电池车2a的驱动的指示信号的功能，热力机车控制装置15a具有实施方式1的驱动力指示部31的功能之中生成关于热力机车1a的驱动的指示信号的功能。
蓄电池车控制装置26a以及热力机车控制装置15a与实施方式1同样地接收来自运转台的档位指令。在本实施方式中，作为来自运转台的档位指令，追加指示柴油混合动力模式或通常模式的指令，在发出了指示柴油混合动力模式的指令时，实施协调热力机车1a与蓄电池车2a的驱动力的行车。在通常模式的情况下，热力机车1a、蓄电池车2a分别实施与现有的热力机车、蓄电池车相同的动作。此外，柴油混合动力模式或通常模式的设定也可以不使用来自运转台的档位指令，例如在车辆系统的编组决定时对蓄电池车控制装置26a以及热力机车控制装置15a分别设定模式等，通过其他方法设定模式。
接下来，说明本实施方式的柴油混合动力模式的动作。在本实施方式中，在图3至6的A期间，蓄电池车控制装置26a从运转台接收牵引的档位指令，指示将蓄电池21的直流电力通过逆变器22转换为交流电力以驱动电动机23。另外，蓄电池车控制装置26a驱动SIV24，SIV24对辅机25供给交流电力。另一方面，热力机车控制装置15a使柴油发动机11为空转状态，不连接转矩转换器12与车轮16，使得不产生驱动力。另外，柴油发动机11驱动交流发电机13，对辅机14供给交流电力。这样，在启动时，车辆系统的驱动不使用热力机车1的动力，热力机车1a以及蓄电池车2a通过蓄电池车2的动力a而行车。
在离开车站之后，或者在超过某速度之后（图3至6的B期间），热力机车控制装置15a对转矩转换器12指示转矩，例如使柴油发动机11的输出为在燃料费低的状态下运转的最佳转矩，对柴油发动机11指示车轮16驱动。另外，蓄电池车控制装置26a生成从将热力机车1a和蓄电池车2a作为组合编组而所需的驱动力之中除去热力机车1a所生成的驱动力的部分（包含根据路线状态等而增减的部分）的驱动力。
此外，是否离开车站或者超过某速度的判断可以由蓄电池车控制装置26a以及热力机车控制装置15a各自实施，也可以是蓄电池车控制装置26a与热力机车控制装置15a的任意一方进行判断，将判断结果通知另一方。另外，热力机车1a与蓄电池车2a的驱动力的分配方法事先确定，遵从该方法，蓄电池车控制装置26a以及热力机车控制装置15a各自进行控制即可。例如，在将热力机车1a设为使柴油发动机11的输出为在燃料费低的状态下运转的最佳转矩时，热力机车控制装置15a向蓄电池车控制装置26a通知该转矩。
以下，在图3至6的C、D期间，蓄电池车控制装置26a以及热力机车控制装置15a替代来自柴油混合动力控制装置27的指示而基于来自运转台的指示，与实施方式1同样地实施分别对应于滑行、刹车的动作。以上所述的以外的本实施方式的动作与实施方式1相同。
这样，在本实施方式中，不具备柴油混合动力控制装置27，热力机车控制装置15a以及蓄电池车控制装置26a基于来自运转台的档位指令进行控制，以进行与实施方式1同样的行车。因此，能够不具备柴油混合动力控制装置27而获得与实施方式1同样的效果。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明所涉及的车辆系统控制装置对于具备热力机车的车辆系统是有用的，尤其适合谋求节能化、噪声降低、低成本化的车辆系统。
符号说明
1、1a 热力机车；2、2a 蓄电池车；3 连结器；11 柴油发动机；12 转矩转换器；13 交流发电机；14、25 辅机；15、15a 热力机车控制装置；16、28 车轮；21 蓄电池；22 逆变器；23 电动机；24 SIV；26、26a 蓄电池车控制装置；27 柴油混合动力控制装置；31 驱动力指示部。

Claims (10)

1. 一种控制列车的车辆系统的车辆系统控制装置，其特征在于：
包括驱动力指示部，该驱动力指示部生成指示蓄电池车的驱动力的指示信号，并且生成指示热力机车的驱动力的指示信号，所述蓄电池车构成所述车辆系统，由电动机驱动，所述热力机车构成所述车辆系统，由柴油发动机驱动，
所述驱动力指示部在所述列车出发时生成指示所述蓄电池车开始驱动的指示信号，并且生成指示所述热力机车待机驱动的指示信号。
2. 根据权利要求1所述的车辆系统控制装置，其特征在于：所述驱动力指示部基于档位指令而分配所述热力机车的驱动力和所述蓄电池车的驱动力。
3. 根据权利要求1所述的车辆系统控制装置，其特征在于：所述驱动力指示部在从所述列车出发时开始的行车距离变为阈值以上或者所述列车的速度变为阈值以上时，生成指示利用柴油发动机进行所述热力机车开始驱动的指示信号，并且生成指示所述热力机车的驱动力的指示信号，生成将从所述列车的所期望的驱动力中减去作为所述热力机车的驱动力而指示的驱动力之后的驱动力，作为所述蓄电池车的驱动力而指示的指示信号。
4. 根据权利要求3所述的车辆系统控制装置，其特征在于：使所述热力机车的驱动力大致为恒定值。
5. 根据权利要求1所述的车辆系统控制装置，其特征在于：
还包括控制所述蓄电池车的驱动的蓄电池车控制装置，
所述驱动力指示部将指示所述蓄电池车的驱动力的指示信号和指示所述蓄电池车开始驱动的指示信号，输出至所述蓄电池车控制装置。
6. 根据权利要求5所述的车辆系统控制装置，其特征在于还包括：
蓄电池；
逆变器，将由所述蓄电池供给的直流电力转换为交流电力；以及
电动机，由所述交流电力驱动，驱动所述蓄电池车。
7. 根据权利要求6所述的车辆系统控制装置，其特征在于还包括：
辅助电源装置，将所述蓄电池的直流电力转换为交流电力并对所述蓄电池车内的辅机供给。
8. 根据权利要求6所述的车辆系统控制装置，其特征在于：
在所述列车减速时，将所述电动机通过所述逆变器进行再生动作而发电的电力充电至所述蓄电池。
9. 根据权利要求5所述的车辆系统控制装置，其特征在于：配置于所述蓄电池车内。
10. 根据权利要求1所述的车辆系统控制装置，其特征在于包括：
蓄电池车控制装置，控制所述蓄电池车的驱动；以及
热力机车控制装置，控制所述热力机车的驱动，
所述蓄电池车控制装置具有所述驱动力指示部的功能之中生成发往所述蓄电池车的所述指示信号的功能，
所述热力机车控制装置具有所述驱动力指示部的功能之中生成发往所述热力机车的所述指示信号的功能。
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