CN105593057A - 用于在轨道车辆中控制启动过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制电驱动的车辆的启动过程的方法，所述电驱动的车辆的电动马达经由变流器来馈电，其中确定对于防止车辆的回退所必要的保持力矩。通过使用用于确定车厢质量的传感器和用于确定路段倾斜度的传感器，可以精确地确定保持力矩。为了实现电驱动的车辆的不损伤机器的启动过程提出：只要所确定的马达转速(n)小于预设的极限转速(n1)，牵引力矩(MT)就由车辆的控制单元限制到与保持力矩(MF)相关的极限力矩(MG)上，并且仅当马达转速(n)大于极限转速(n1)时，牵引力矩(MT)才由控制单元提高超过极限力矩(MG)。

Description

用于在轨道车辆中控制启动过程的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制电驱动的车辆的启动过程的方法，其中确定需要用于防止车辆回退的保持力矩。
背景技术
电驱动的车辆的电动马达、尤其交流马达通常经由变流器来馈电。变流器从输入电压中产生输出电压，所述输出电压以具有可设定的脉冲持续时间和/或可设定的脉冲高度的脉冲的形式输出给车辆的电动马达。优选地，该输出电压是具有可变频率的电压幅度的三相系统。
交流马达的马达转速(在预设的负载特征曲线中)与供电装置的频率和电压相关。马达转速尤其随着输出电压的频率提高而增加。因此，马达转速能够通过调节由变流器产生的输出电压的频率和电压来控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法，借助所述方法实现电驱动的车辆的不损伤机器的启动过程。
该目的通过开始提出类型的方法来实现，其中根据本发明，只要所确定的马达转速小于预设的第一极限转速，由车辆的控制单元将牵引力矩限制到与保持力矩相关的极限力矩上，并且当马达转速大于第一极限转速时，才由控制单元将牵引力矩提高超过极限力矩。
本发明基于如下思想：在车辆的启动过程中会造成变流器的、尤其是变流器的半导体器件的强的热负荷，所述热负荷会缩短变流器的寿命。
此外，本发明基于如下：在由变流器产生的输出电压的频率低进而也在马达转速低的情况下，如在车辆的启动过程中所发生的那样，变流器的半导体器件的导通相是相对长的。因此，当马达转速低时，半导体器件能够在导通相中相对长地加热并且达到高的温度。半导体器件的在其导通相期间最大达到的温度能够与在相应的马达转速中所设定的牵引力矩相关。随着牵引力矩的增加，上述温度能够增加。
在由变流器产生的输出电压的频率更高进而也在马达转速更高的情况下，半导体器件的导通相更短，由此半导体器件在导通相中更短地加热。由此可行的是：半导体器件的在其导通相期间最大达到的温度在马达转速较高的情况下(也在所设定的牵引力矩较高的情况下)与在马达转速低的情况下相比具有更低的数值。
能够将由车辆的一个或多个电动马达产生的驱动力矩的如下部分理解为牵引力矩，所述部分总体作用于车辆的轮上并且能够有助于将牵引力传递到路段面上。
车辆尤其能够包括唯一的车厢。但是也能够包括多个彼此联接的车厢。车辆的至少一个车厢具有电驱动器，其中电驱动器包括至少一个经由变流器馈电的电动马达。
车辆例如能够为轨道车辆或机动车辆。如果车辆为机动车辆，那么车辆例如能够包括电驱动的货车或客车以及一个或多个悬挂在货车或客车上的、没有自身的驱动器的车厢。如果车辆为轨道车辆，那么车辆能够包括一个或多个被驱动的车厢和一个或多个没有自身的驱动器的车厢。
车辆配设有电驱动器，所述电驱动器具有一个或多个电动马达。这些电动马达由一个或多个变流器馈电，其中每个电动马达都能够由一个变流器馈电或者由一个变流器对多个电动马达馈电。
保持力矩能够是可由电动马达最小程度施加的牵引力矩，以便防止车辆例如在路段上坡上回退。通常能够将与由驾驶员或控制自动化装置确定的行驶方向相反的滚动视作为回退。
能够将如下时间点限定为启动过程的开始，在所述时间点在车辆停住之后提高牵引力矩或者降低制动力矩——这以首先出现的为准。
制动力矩能够是由一个或多个制动设施产生的力矩，所述力矩全部作用于车辆的轮或轮轴。制动力矩例如能够具有如下目的：将车辆尤其在路段上坡或路段下坡处保持在静止状态下。制动设施能够包括一个或多个制动器、尤其对于车辆的每个轮或轮轴具有一个制动器。特别地，如果车辆为轨道车辆，那么车辆能够具有其他的制动器，所述其他的制动器能够直接在车辆和路段面之间产生制动力。在使用这些其他的制动器时，制动力矩能够是由制动设施产生的力矩和由其他的制动器产生的力矩的和，所述制动力矩作用于车辆的轮或轮轴上。
在启动过程开始之前，牵引力矩适当地为零，由此能够避免电动马达和/或变流器不必要地加热。此外，制动力矩在启动过程开始之前有意义地至少与保持力矩一样大，以便防止车辆回退。
能够将控制单元理解为配置用于控制牵引力矩的设备。控制单元尤其能够包括自动的牵引调节装置。此外，控制单元能够配置用于控制一个或多个制动设施、尤其用于使用和/或释放一个或多个制动器。
极限力矩能够是牵引力矩的如下值，牵引力矩由控制单元限制到所述值上，其中该值尤其能够与所确定的保持力矩相关。适当地，极限力矩高于保持力矩，由此车辆能够离开静止状态沿着行驶方向加速，在此尤其没有回退。
有利的，重复地、尤其在固定的时间间隔中确定马达转速。为了确定马达转速例如能够使用马达转速传感器。车辆的速度能够与马达转速成比例，就此而言能够附加地或替选地测量速度，其中速度测量在下文中为了简单起见也被理解为马达转速的确定。
极限转速能够是由结构类型所决定的转速值。极限转速尤其能够与变流器的结构类型相关。此外，极限转速能够与极限力矩相关。极限力矩越大，极限转速尤其就能够越大。
在启动过程中在变流器的半导体器件导通相期间半导体器件所达到的温度越高，半导体器件的寿命就会越低。有利地，因此牵引力矩由控制单元控制成，使得在变流器的半导体器件的导通相期间半导体器件的最大达到的温度保持低于固定的温度值。
该方法特征例如可通过如下方式实现：将半导体器件的根据多个参数计算的温度以尤其多维的表格的形式存储在控制单元中。对于参数中的每一个，其中所计算的温度与所述参数相关，在表格中能够分别存在一组可能的参数值。
所计算的温度能够与下述相关：保持力矩、牵引力矩、制动力矩、马达转速和/或变流器的结构类型相关的参数。
在固定的时间间隔中，能够借助于表格的已知的和/或确定的参数值提取所计算的半导体器件的温度。所计算的温度能够与固定的温度值比较。随后，能够由控制单元降低或提高极限力矩。
半导体器件的温度例如能与半导体器件与键合线的接触面处的温度相关。键合线能够配置用于：将半导体器件与一个或多个构件导电连接、尤其与能够包围半导体器件的芯片壳体的端子导电连接。优选地，键合线熔焊或钎焊到半导体器件上。
半导体器件和键合线能够具有不同的材料。键合线例如能够基本上由铝构成。半导体器件优选基本上由硅制成。
半导体器件和键合线的不同的、由此材料相关的热膨胀系数能够在半导体器件的特定数量的开关循环之后引起键合线的接触面处的裂纹进而引起变流器失效。在开关循环之后造成变流器失效的开关循环的数量能够与下述相关：键合线的材料、半导体器件的材料、键合线的几何形状、半导体器件的几何形状和/或变流器的运行参数。
半导体器件尤其能够是具有绝缘栅极的双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor)。
在本发明的一个有利的实施方式中，极限力矩小于下述两者中的最大者：保持力矩的1.3倍和最大可由控制单元设定的牵引值的0.3倍。在该数值中，即使在陡的路段上坡或在山坡上启动的情况下也能够实现不损伤变流器的启动。
此外，极限力矩优选大于下述两者中的最大者：保持力矩的1.2倍和最大可由控制单元设定的牵引值的0.2倍。由此实现：极限力矩不过低并且尽管不损伤变流器但还是实现顺利的启动。
通过借助于最大值函数确定极限力矩的方式能够实现：极限力矩在保持力矩的数值小的情况下由控制单元设定到固定预设的数值上。此外能够实现：极限力矩在保持力矩的数值大的情况下由控制单元设定到与保持力矩相关的、尤其大于保持力矩的数值上。由此能够有利地实现在不损伤变流器和顺畅的启动之间的有利的折衷。
在一个发明变型形式中，能够将具有牵引力矩的最大值和最小值的力矩带存储在控制单元中。优选地，只要所确定的马达转速小于预设的第一极限转速，那么牵引力矩仅可以在该力矩带之内设定。以这种方式能够避免：牵引力矩因外部干预而设定到损害变流器的数值上。牵引力矩在此例如能够由驾驶员或由外部的控制设备来设定。
力矩带的最大值尤其能够是下述两者中的最大者：保持力矩的1.3倍和最大可由控制单元设定的牵引力矩的0.3倍。力矩带的最小值尤其能够是下述两者中的最大者：保持力矩的1.2倍和最大可由控制单元设定的牵引力矩的0.2倍。
如果将这种力矩带存储在控制单元中，那么在缺乏外部干预的情况下，例如缺少例如通过驾驶员或通过外部的控制设备引起的外部干预的情况下，只要所确定的马达转速小于第一极限转速，那么牵引力矩能够由控制单元恒定地保持在预设的数值上。预设的数值尤其能够是最大值和最小值的平均值。
有利地，一旦牵引力矩至少与最小力矩一样大，那么牵引力矩就由控制单元保持在最小力矩之上，优选保持在最小力矩和极限力矩之间。由此能够实现：缩短车辆在具有低马达转速的状态中的停留时间。有意义的是，最小力矩小于极限力矩。
最小力矩能够与保持力矩相关。优选地，最小力矩大于保持力矩。由此，尽管在确定保持力矩时可能存在非精确性或者尽管有其他的影响、例如逆风或摩擦的作用但是能够防止车辆(甚至在没有制动器的保持作用下)回退。
最小力矩能够以保持力矩的预设的百分比、例如10％大于保持力矩。然而，如果所确定的保持力矩低于固定的阈值，尤其如果保持力矩为零，那么最小力矩能够是固定预设的数值，例如最大可由控制单元设定的牵引值的15％。
另一发明变型形式提出：极限力矩和/或最小力矩可由驾驶员尤其分级地设定。适当地，对于驾驶员可行的是：尤其在存在操作上的例外情况时完全地取消牵引力矩的限制。
在本发明的一个优选的改进形式中，一旦马达转速大于第一极限转速，牵引力矩就由控制单元提高至达到预设的第二极限转速。由此能够实现车辆的更高的速度和/或加速度。同时，尽管提高了牵引力矩，但是在半导体器件的导通相期间半导体器件最大达到的温度由于导通相的更短的持续时间，与在马达转速小于第一极限转速的时间段中相比是更低的。
一旦马达转速大于第一极限转速并且一旦马达转速小于第二极限转速，牵引力矩就优选线性地、尤其相对于马达转速成比例地提高。
优选地，牵引力矩在达到第二极限转速时采用最大可由控制单元设定的牵引值。优选地，牵引力矩在采用最大可由控制单元设定的牵引值之后由控制单元恒定地保持在所述牵引值上直到达到最大马达功率。
有利地，根据保持力矩由控制单元设定第一极限转速。由此可行的是：可以根据情况调整转速范围，其中为了不损伤变流器的目的，牵引力矩限制在所述转速范围之内。特别地，保持力矩越大，第一极限转速就能够由控制单元设定到越大的数值上。
第二极限转速与第一极限转速的比优选等于最大可由控制单元设定的牵引值与极限力矩的比。
在有利的发明变型形式中，确定与路段倾角相关的坡度参数。有意义的是，路段倾角与轨道车辆所处的路段部段有关。路段倾角尤其能够是在车辆的整个长度之上取平均的数值。
坡度参数例如能够是路段倾角本身。替选地，坡度参数能够是重力加速度的与路段倾角相关的分量，所述分量平行于路段部段定向。根据坡度参数能够以简单的方式确定重力加速度的如下分量，所述分量作为下坡加速度对车辆起作用。
坡度参数的正值能够代表正的路段倾角，其中正的路段倾角能够在路段上坡中出现。负的坡度参数能够代表负的路段倾角，其中负的路段倾角能够在路段下坡中出现。路段上坡和路段下坡能够被理解为与车辆的行驶方向相关。
坡度参数例如能够借助于加速度传感器来确定。特别地，加速度传感器能够是惯性的测量单元的元件，所述测量单元除了加速度传感器之外还具有至少一个另外的加速度传感器和/或至少一个转速传感器。为了例如在确定坡度参数时实现更高的精度，能够借助于多个加速度传感器确定坡度参数。附加地，在确定坡度参数时能够使用至少一个转速传感器。
此外有利的是，确定车辆的质量。如果车辆具有空气弹簧，那么质量例如能够从空气压强的测量中确定。如果车辆具有弹簧系统，所述弹簧系统具有盘簧，那么质量例如能够从对盘簧的轴向长度的测量中确定。
适当地，保持力矩根据车辆的质量和坡度参数计算。有利地，控制单元配置用于：根据质量和坡度参数确定保持力矩。
有利地，为车辆的每个车厢分别确定车厢坡度参数。由此能够考虑：车厢能够处于具有不同的路段倾角的路段部段上。为了能够确定相应的车厢坡度参数，车厢中的每一个都能够配设有至少一个自身的加速度传感器。
优选地，为车辆的每个车厢分别确定车厢质量。根据车厢质量能够计算车辆的总质量。适当地，控制单元配置用于计算车辆的总质量。
优选地，根据相应的车辆质量以及相应的车厢坡度参数为车辆的每个车厢计算车厢保持力矩。适当地，车辆的保持力矩通过将全部确定的车厢保持力矩相加来计算。
在一个有利的实施方案变型形式中，在控制单元中存在替代值计算装置，所述替代值计算装置在一个或多个单独值失效的情况下使用替代值和/或替代算法。因此，在车厢坡度参数例如由于加速度传感器的故障而不可用的情况下例如能够内插或外插出自一个或多个另外的车厢坡度参数的车厢坡度参数。如果不仅在车厢坡度参数不可用的车厢之前和之后分别定位有车厢，那么能够将缺少的车厢坡度参数设置为等于这两个车厢的车厢坡度参数的平均值。如果车厢坡度参数不可用的车厢与仅一个车厢相邻，那么能够将缺少的车厢坡度参数设置为等于相邻的车厢的车厢坡度参数。
此外有利的是：在确定车厢质量时在一个或多个单独数值失效的情况下替代值计算装置使用替代值和/或替代算法。因此例如在一个车厢的车厢质量不可用时能够将车厢的最大质量、尤其最大允许的最大质量设作为车厢质量。
如果相应的车厢的重力的分量逆着车厢的行驶方向起作用，即例如当车厢(关于行驶方向)位于路段上坡时，相应的车厢保持力矩尤其能够大于零。如果相应的车厢的重力的分量沿车辆的行驶方向起作用，即例如当车厢(关于行驶方向)位于路段下坡上时，相应的车厢保持力矩尤其能够小于零。
有意义地，在考虑相应的车厢保持力矩的符号的情况下为了计算车辆的保持力矩将全部所确定的车厢保持力矩相加。如果所确定的保持力矩小于零，那么所述保持力矩适当地由控制单元设置为零。
有利地，重复地、尤其在固定的时间间隔中确定一个坡度参数或多个车厢坡度参数。有意义地，根据最后确定的坡度参数或根据多个最后确定的车厢坡度参数计算车辆的保持力矩。由此能够考虑在启动过程期间出现的坡度参数或多个车厢坡度参数的改变，并且总是能够计算当前的保持力矩。
适当地，制动器由控制单元释放以进行启动。制动力矩于是从初始制动力矩下降至零。本发明的另一有利的实施方式提出：牵引力矩的提高根据下降的制动力矩进行。也就是说，控制单元根据制动力矩控制牵引力矩的提高，所述制动力矩的时间变化能够存储在控制单元中，例如其方式是：根据初始制动力矩存储释放命令的时间变化。通过这种同步，能够将变流器的加热保持得小。
适当地，牵引力矩至少在一个时间部段以制动力矩下降的程度提高。时间部段在此包括完全释放制动器所需要的时间的至少一半。
有利的是，在牵引力矩由控制单元尤其以零开始提高之前，制动器由控制单元释放。由此能够避免制动器的不必要长的保持作用。
制动器的保持作用例如最迟自如下时间点起是不必要的，在所述时间点牵引力矩与极限力矩同样大，因为可行的是：制动器的保持作用自该时间点起仅阻碍启动，然而不再需要用于防止车辆的回退。
有利的是，牵引力矩由控制单元控制成，使得当制动力矩达到数值零时，牵引力矩首次达到极限力矩。由此可避免：制动力矩反作用于牵引力矩进而当牵引力矩达到极限力矩时阻碍启动。
在本发明的一个优选的改进形式中，牵引力矩由控制单元提高至，使得牵引力矩和制动力矩的和保持恒定，尤其保持高于保持力矩。有意义地，牵引力矩和制动力矩的和仅自提高牵引力矩的时间点起才保持恒定。
此外，牵引力矩能够由控制单元提高至，使得牵引力矩和制动力矩的和保持恒定，尤其保持至少与极限力矩一样大，尤其等于极限力矩。
牵引力矩和制动力矩的和尤其能够与向量和的绝对值相关，因为牵引力矩和制动力矩在启动过程期间能够沿着不同的方向起作用。
此外有利的是，一旦制动力矩下降到低于极限力矩，就提高牵引力矩，尤其从零开始。由此可行的是：尽管制动力矩下降，但是牵引力矩和制动力矩的和至少保持与极限力矩一样大。
在本发明的一个有利的实施方式中，预先计算第一时间点，在所述第一时间点制动力矩下降到零。根据第一时间点能够计算在时间上位于第一时间点之前的第二时间点。优选地，在第二时间点，尤其从零开始的、以最大允许的速率提高的牵引力矩在第一时间点达到极限力矩。以这种方式，能够减小牵引力矩和制动力矩的相互作用的时间段。
牵引力矩借以提高的最大允许的速率能够小于技术上最大可行的速率，牵引力矩可借助于所述技术上最大可行的速率来提高。最大允许的速率能够是出于乘客舒适度的原因、尤其关于避免突然的向后运动和/或为了不损伤车辆的传动链而被限制的速率。
如果马达转速已经大于第一极限转速并且如果马达转速例如由于制动而下降到第一极限转速之下，那么有利的是：只要马达转速小于第一极限转速，牵引力矩就由控制单元限制到极限力矩上。特别地，在马达转速下降到第一极限转速之下时，只要马达转速小于第一极限转速，牵引力矩就由控制单元保持在极限力矩上。此外有利的是，一旦马达转速重新大于第一极限转速，牵引力矩就由控制单元将提高超过极限力矩。
在另一有利的发明变型形式中，牵引力矩是优选用于电制动车辆的负的牵引力矩。关于本发明的至此所描述的有利的改进形式，负的牵引力矩的绝对值对于通过控制单元控制牵引力矩而言是决定性的。由此能够实现不损伤变流器的电制动。
适当的是：通过控制单元对牵引力矩的控制在电制动时能够由驾驶员停用或者在紧急制动时能够自动地停用，由此可以快速地制动车辆、尤其制动至其静止状态。
本发明还涉及一种用于电驱动的车辆的控制系统，所述车辆具有至少一个电动马达、用于给电动马达馈电的变流器和用于控制变流器的控制单元，所述控制单元配置用于确定对于防止车辆回退所必需的保持力矩。
不损伤变流器的控制系统根据本发明通过如下方式实现：控制单元配置用于：将变流器控制为，使得只要所确定的马达转速小于预设的第一极限转速，就将车辆的牵引力矩限制到与保持力矩相关的极限力矩上，并且仅当马达转速大于第一极限转速时，才将牵引力矩提高超过极限力矩。
本发明的至今为止对有利的实施方式的描述包含大量的特征，所述特征在各个从属权利要求中以部分地组合成多个的方式来描述。然而这些特征适当地也能够单独地考虑并且组合成有意义的另外的组合。特别地，这些特征可以分别单独地且以任意适当的组合的方式与根据本发明的设备和根据本发明的方法进行组合。
本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现它们的方式和方法结合在下文中对实施例的描述变得更清楚并且更易于理解，其中所述实施例结合附图来详细描述。实施例用于阐述本发明并且本发明不受限于在此所提出的特征的组合、也不与功能特征相关。此外，每个实施例的适合于此的特征也能够明确孤立地来考虑、从实施例中移除、引入其他的实施例中以对其补充和/或与权利要求中的任意一个组合。
附图说明
附图示出：
图1示出在具有不同的路段倾角的三个不同的路段部段上的具有三个车厢的电驱动的车辆，
图2示出针对保持力矩为零的启动过程的制动力矩以及牵引力矩的示例性的时间变化，
图3示出针对保持力矩大于零的启动过程的制动力矩以及牵引力矩的示例性的时间变化，
图4示出针对图2中的启动过程的与马达转速相关的牵引力矩的示例性的变化，
图5示出针对图3中的启动过程的与马达转速相关的牵引力矩的示例性的变化，
图6示出变流器的双极晶体管的温度的示例性的时间变化，以及
图7示出在马达转速较高的情况下双极晶体管的温度的另一示例性的时间变化。
具体实施方式
图1示出具有三个车厢4的电驱动的车辆2的示意图。车辆2是轨道车辆。从观察者一方来观察位于右侧的车厢4构成为被驱动的车厢4并且另外两个车厢4以没有自身的驱动器的方式构成。
车辆2具有两个构成为交流马达的电动马达6，所述电动马达经由变流器8馈电。变流器8包括在图1中未示出的、具有绝缘栅极的双极晶体管。
车辆2还具有控制系统9，所述控制系统包括控制单元10，所述控制单元配置用于控制车辆2的牵引力矩。控制单元10尤其通过控制变流器8配置用于控制牵引力矩。此外，车辆2对于其每个电动马达6具有马达转速传感器12，所述马达转速传感器配置用于测量相应的电动马达6的马达转速。
车辆2的三个车厢4分别配设有在图1中未示出的空气弹簧系统。此外，车厢4中每一个都具有两个制动设施13，所述制动设施可通过控制单元10来控制。制动设施13中的每一个都包括两个制动器，所述制动器在图1中为了概览没有示出。
三个车厢4中的每一个都具有加速度传感器14，所述加速度传感器配置用于测量车厢4的平行于路段部段16定向的加速度。加速度传感器14经由在图1中未示出的数据线路系统与控制单元10连接并且配置用于将所确定的加速度传输给控制单元10。
车辆2的三个车厢4分别配设有压力传感器20，所述压力传感器配置用于测量存在于相应的车厢4的空气弹簧系统中的压力。压力传感器20经由数据线路系统与控制单元10连接并且配置用于将所确定的压力传输给控制单元10。
关于行驶方向22，被驱动的车厢4位于具有下坡(进而具有负的路段倾角24)的路段部段16上，所述路段部段路段。这两个没有自身的驱动器的车厢4的靠前者位于平坦的路段部段16上。这两个没有自身的驱动器的车厢4的靠后者位于具有上坡(进而正的路段倾角24)的路段部段16上路段路段。具有上坡的路段部段16的路段倾角24在绝对值方面大于具有下坡的路段部段16的路段倾角24。
在图1中相应的路段部段16之间的路段倾角24突然改变并且下坡中的或上坡中的路段倾角24与在粘着式铁道中实际上所允许的路段倾角相比是更大的，这仅用于图解说明。
由三个车厢4的加速度传感器14在固定的时间间隔中分别确定相应的车厢4的与路段倾角24相关的加速度，所述加速度平行于路段部段16定向，车厢4位于所述路段部段上。加速度为重力加速度的作用为下坡加速度的分量。所确定的加速度随后被传输给控制单元10。在相同的时间间隔中借助于这两个马达转速传感器12确定电动马达6的马达转速。
由三个车厢4的压力传感器20确定存在于相应的车厢4的空气弹簧系统中的压力并且传输给控制单元10。控制单元10根据所传输的压力计算相应的车厢4的质量。此外，控制单元10根据各个车厢质量计算车辆2的总质量。
根据三个所计算的车辆质量中以及三个车厢4的所传输的加速度，由控制单元10为每个车厢4计算车厢保持力矩并且通过在考虑车厢保持力矩的相应的符号的情况下将全部计算的车厢保持力矩相加来计算保持力矩，所述保持力矩对于防止车辆2的回退是必要的。
为了启动车辆2，控制单元10将制动设施13控制为，使得释放制动设施13的制动器。因此，由制动设施13在车辆2的轮26上产生的制动力矩从大于所确定的保持力矩的初始值起下降到零。此外，控制单元10将变流器8控制为，使得在降低制动力矩期间作用在车辆2的轮26上的牵引力矩从零开始提高。
图2示出如下图表，在所述图表中示意性地示出在图1中所描述的轨道车辆的启动过程中牵引力矩MT以及制动力矩MB的示例性的时间变化。
图表包括纵坐标和横坐标。在纵坐标上绘制力矩M。在横坐标上绘制时间t。
此外，图表涉及如下启动过程，在所述启动过程中轨道车辆(相对于图1)位于平坦的路段路段上，也就是说，所确定的保持力矩MF为零。
保持力矩在整个所示出的时间段上为零，因为在粘着式铁道中路段倾角(关于轨道车辆的典型的车厢长度)的改变在大的长度尺度上进行，而轨道车辆在所示出的时间段上仅经过几个车厢长度的路段。
首先，牵引力矩MT为零，并且由轨道车辆的制动设施13产生的制动力矩MB恒定地位于大于零的初始值上。
启动过程在时间点t0开始，在所述时间点控制单元10将车辆2的制动设施13控制为，使得制动设施13释放其制动器。自时间点t0起，制动力矩MB从初始值起下降。在图2中，制动力矩MB为了简单起见以恒定速率下降。但是实际上，制动力矩MB借以下降的速率在时间上能够是波动的。
由控制单元10预先计算第一时间点t2，在所述第一时间点制动力矩MB下降到零。从第一时间点t2起，计算第二时间点t1。该第二时间点t1的特征在于，只要牵引力矩MT在时间点t1从零开始提高，那么以最大允许的速率提高的牵引力矩MT在第一时间点t2达到极限力矩MG。
自时间点t1起，牵引力矩MT由控制单元10从零开始提高。如预先计算的那样，制动力矩MB在时间点t2达到极限力矩MG。一旦牵引力矩MT大于制动力矩MB并且附加地克服车辆2的轴承中的摩擦阻力，即在时间点t1和时间点t2之间，轨道车辆就开始沿着行驶方向启动并且这两个电动马达6的马达转速从零开始增加。
极限力矩MG由控制单元10设定成，使得在变流器8的双极晶体管的导通相期间双极晶体管最大达到的温度保持低于固定的温度值。在当前的情况下，极限力矩MG等于最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的0.25倍。
直至时间点t2，牵引力矩MT以平均速率提高，所述平均速率等于最大允许的速率，其中该最大允许的速率小于牵引力矩MT可借以来提高的技术上最大可行的速率。更确切地说，最大允许的速率是出于乘客舒适度的原因、尤其在避免突然的向后运动方面和/或为了不损伤车辆2的传动链而限制的速率。
牵引力矩MT借以来提高的平均速率在绝对值方面大于制动力矩MB借以来下降的速率。
在牵引力矩MT在时间点t1开始提高时，牵引力矩MT小地、实际上立即地跳变，所述跳变的高度为最大可由控制单元设定的牵引值Mend的大约5％，并且所述跳变用于更快地提高牵引力矩MT。在牵引力矩MT以如此小的高度跳变时，由于通过车辆2的弹簧系统引起的减震既不造成可察觉的向后运动也不造成在车辆2的传动链处的显著的磨损。
在超过最小力矩Mmin之后，牵引力矩MT对于剩余的启动过程由控制单元10保持超过最小力矩Mmin，其中最小力矩Mmin在当前的情况下等于最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的0.15倍。
自牵引力矩MT与极限力矩MG一样大的时间点t2起，牵引力矩MT由控制单元10恒定地保持在极限力矩MG上，直至马达转速达到预设的第一极限转速。
在时间点t3达到预设的第一极限转速。自该时间点起，牵引力矩MT由控制单元10提高，尤其相对于马达转速成比例地提高，直至马达转速达到预设的第二极限转速。
在时间点t4达到预设的第二极限转速。在该时间点，牵引力矩MT采用最大可由控制单元10设定的牵引值Mend。第二极限转速与第一极限转速的比等于最大能由控制单元10设定的所述牵引值Mend与极限力矩MG的比。
自时间点t4起，牵引力矩MT恒定地保持在最大可由控制单元10设定的牵引值Mend上直至在时间点t5达到最大的马达功率。
接下来对其他附图的描述基本上分别限制于与直接在上文中所描述的附图的区别。
图3示出如下图表，在所述图表中示意性地示出牵引力矩MT以及制动力矩MB的另外的示例性的时间变化。该图表涉及如下启动过程，在所述启动过程中轨道车辆位于路段上坡处，也就是说，所确定的保持力矩MF大于零。
为了图3和图2的简单的可比较性，在这两个附图中横坐标或纵坐标的比例缩放是相同的。
制动力矩MB的与图2中刚好一样大的初始值高于所确定的保持力矩MF。在当前的情况下，保持力矩MF大约为最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的0.5倍。极限力矩MG等于保持力矩MF的1.25倍并且最小力矩Mmin等于保持力矩MF的1.1倍。
牵引力矩MT不是自预先计算的时间点t1开始提高，而是自在时间上位于该时间点之前的时间点t1”开始提高。牵引力矩MT自时间点t1’起借以来提高的平均速率在该情况下在绝对值方面等于制动力矩MB借以来下降的速率，使得制动力矩MB和牵引力矩MT的向量和的绝对值从时间点t1”直至时间点t2近似保持恒定。
牵引力矩MT类似于图2自预先计算的时间点t1起以最大允许的速率提高可能会引起：还在构建牵引力矩MT之前，牵引力矩MT直接在时间点t1之前就已经低于极限力矩MG，并且可能甚至低于保持力矩MF。由此不能够可靠地防止车辆2的回退。
轨道车辆沿着行驶方向开始行驶并且一旦牵引力矩MT和保持力矩MF的差大于制动力矩MB并且附加地克服车辆2的轴承中的摩擦阻力，即在时间点t1”和时间点t2之间，那么电动马达6的马达转速就增加。
因为在当前的情况下极限力矩MG与在图2中相比更大并且此外牵引力矩MT借以来提高直至达到极限力矩MG的平均速率与在图2中相比更小，所以在当前的情况下牵引力矩MT从零开始提高至达到极限力矩MG的时间段与在图2中相比更长。
如从图2和图3的对比中所看到的那样，牵引力矩MT保持在极限力矩MG上的时间段在图3中与在图2中相比更长。这是因为：在当前的情况下，极限力矩MG与在图2中相比更大进而进行对牵引力矩MT的更长时间的限制，以便不损伤变流器8。
此外，从图3和图2的对比中可见：进行与马达转速成比例地提高牵引力矩MT的时间段在图3中与在图2中相比更长，这是因为，相对于马达转速成比例地提高在牵引力矩MT较高的情况下开始。
图4示出如下图表，在所述图表中示意地示出牵引力矩MT的与马达转速n相关的示例性的变化。该图表涉及牵引力矩MT的图2中示出的时间变化以及结合图2所描述的启动情况。
所述图表包括横坐标和纵坐标。在纵坐标上绘制力矩M。在横坐标上绘制马达转速n。
只要马达转速n小于预设的第一极限转速n1，那么牵引力矩MT就由控制单元10设定到如下极限力矩MG上，所述极限力矩为最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的0.25倍。如结合图2所描述的那样，一旦牵引力矩MT大于制动力矩MB并且附加地克服车辆2的轴承中的摩擦阻力，即还在牵引力矩MT等于极限力矩MG的时间点t2之前，轨道车辆就开始沿着行驶方向行驶。因为在轨道车辆开始沿着行驶方向行驶之前就已经构建牵引力，所以在马达转速为零时牵引力矩MT就已经处于大于零、然而小于极限力矩MG的数值上。因为马达转速n相对于车辆2的速度成比例地增加，所以牵引力矩MT随着转速n的提高、尤其相对于转速n线性地在时间点t2提高至达到极限力矩MG。
在达到极限力矩MG之后，牵引力矩MT由控制单元10恒定地保持在极限力矩MG上，直至马达转速n在时间点t3达到预设的第一极限转速n1。一旦马达转速n超过预设的第一极限转速n1并且只要马达转速n小于预设的第二极限转速n2，牵引力矩MT就由控制单元10相对于马达转速n成比例地提高。
在时间点t4达到第二极限转速n2时，牵引力矩MT等于最大可由控制单元10设定的牵引值Mend。只要尚未达到最大的马达功率，就将牵引力矩MT恒定地保持在可由控制单元10设定的牵引值Mend上。自达到最大的马达功率的时间点t5起，牵引力矩MT相对于马达转速n成反比地降低，而最大马达功率被保持。
图5示出如下图表，在所述图表中示意地示出牵引力矩MT与马达转速n相关的另一示例性的变化。所述图表涉及牵引力矩MT的在图3中示出的时间变化以及结合图3所描述的启动情况。
为了图5和图4的简单的可比较性，在这两个附图中横坐标或纵坐标的比例缩放是相同的。
在马达转速为零时牵引力矩MT已经处于大于保持力矩MF、然而小于极限力矩MG的数值上。
牵引力矩由控制单元10设定到如下极限力矩MG上，所述极限力矩等于所确定的保持力矩MF的1.25倍，其中保持力矩MF为最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的大约0.5倍。由此，极限力矩MG在当前的情况下与在图4中相比具有更大的数值。相应地，预设的第一极限转速n1由控制单元10设定到与在图4中相比更大的数值上，以便不损伤变流器8，其中牵引力矩MT保持在极限力矩MG上直至达到所述预设的第一极限转速。
而预设的第二极限转速n2由控制单元10设定到与图4中相比相同的数值上，其中牵引力矩MT在超过预设的第一极限转速n1之后相对于马达转速n成比例地提高直至达到所述预设的第二极限转速。
只要马达转速n小于预设的第一极限转速n1，牵引力矩限制到其上的极限力矩就可由驾驶员分级地、尤其在三个设定级中设定。
以标准方式设定第一设定级。第二或第三设定级的选择受限于操作上的例外情况的存在并且必须由驾驶员通过操作解锁杆或解锁开关来解除锁定。
在第一设定级中，对牵引力矩的限制如至此所描述的那样进行。也就是说，结合图2至5所描述的将牵引力矩MT限制到极限力矩MG上涉及第一设定级。在第二设定级中，将极限力矩设定成，使得极限力矩和最大可由控制单元10设定的牵引值Mend之间的差相对于第一设定级中的相应的差减半。而在第三级中进行对牵引力矩的限制。
如果存在操作上的例外情况，那么能够通过选择第二或第三设定级实现更快速地启动轨道车辆。
在图2中借助于虚线示出在选择第二设定级的情况下牵引力矩MT’的示例性的时间变化。
在第二设定级中，将极限力矩MG’设定到如下数值上，所述数值为最大可由控制单元10设定的牵引值Mend的大约0.62倍。由此极限力矩MG’和最大可由控制单元10设定的牵引值Mend之间的差相对于第一设定级中极限力矩MG和最大可由控制单元10设定的牵引值Mend之间的差减半。
因此第二设定级中的极限力矩MG’大于第一设定级中的极限力矩MG，所以第二设定级中的预先计算的时间点t1’在时间上位于第一设定级中的预先计算的时间点t1之前。自时间点t1’起以最大允许的速率提高的牵引力矩MT’在时间点t2达到极限力矩MG’。
在马达转速n达到第一极限转速n1的时间点t3’，牵引力矩MT’由控制单元10恒定地保持在极限力矩MG’上。自时间点t3’起，进行牵引力矩MT的与马达转速n成比例的提高，直至牵引力矩MT’在时间点t4’达到最大可由控制单元10设定的牵引值Mend。牵引力矩MT’从那里起恒定地保持在最大可由控制单元10设定的牵引值Mend上，直至在时间点t5达到最大的马达功率。
在第二设定级中，牵引力矩MT’保持在极限力矩MG’上的时间段与在第一设定级中相比更长。这是因为：在第二设定级中极限力矩MG’与在第一设定级中相比更大进而进行对牵引力矩MT’的更长时间的限制，以便不损伤变流器8。
此外，在第二设定级中，其中相对于马达转速n成比例地提高牵引力矩MT’的时间段与在第一设定级中相比更短，因为相对于马达转速n成比例的提高与在第一设定级中相比在牵引力矩MT’更高的情况下开始。
在第二设定级中牵引力矩MT’的结合图2所描述的时间变化可类似地转用到图3上。
图6示出如下图表，在所述图表中示意地示出在图1中所描述的轨道车辆的双极晶体管的温度的示例性的时间变化。所述图表包括横坐标和纵坐标。在纵坐标上绘制温度T。在横坐标上绘制时间t。
所示出的温度是双极晶体管的接触面处的温度，在所述接触面处键合线钎焊或熔焊到双极晶体管上。该温度例如能够是如下温度，控制单元10在控制牵引力矩MT时涉及所述温度。
此外，所示出的温度变化涉及如下时间段，在所述时间段中这两个电动马达6的马达转速n低于预设的第一极限转速n1进而由变流器8产生的输出电压的频率是低的。所示出的时间段短至，使得马达转速n在该时间段中视作为是近似恒定的。
在双极晶体管的导通相期间，双极晶体管加热并且接触面处的温度上升。相应地，双极晶体管在双极晶体管的非导通相期间冷却并且接触面处的温度下降。
在图6中示出温度在最小温度和最大温度之间的周期波动。最大温度是在双极晶体管的导通相期间在接触面上最高达到的温度Tmax。该温度在导通相的末端达到。最小温度是在双极晶体管的非导通相期间在接触面上的最低达到的温度Tmin。该温度在非导通相的末端达到。因此，接触面上的最低达到的温度Tmin的数值尤其与双极晶体管的非导通相的持续时间相关。相应地，接触面上的最高达到的温度Tmax的数值尤其与双极晶体管的导通相的持续时间相关。
温度变化简化地示出并且应仅说明与输出电压的频率相关的马达转速n和在双极晶体管的导通相期间在接触面上最高达到的温度Tmax之间的关系。为了示出温度变化假设：接触面上的平均温度(关于在多个温度周期上在时间上对温度取平均值)设定到静态数值上并且不随时间t上升。
图7示出如下图表，在所述图表中示出变流器8的双极晶体管的温度的另一示例性的时间变化。所示出的温度变化涉及如下时间段，在所述时间段中马达转速n高于预设的第一极限转速n1进而由变流器8产生的输出电压的频率与在图6中相比更高。
为了图6和图7的简单的可比较性，在这两个附图中横坐标或纵坐标的比例缩放是相同的。
双极晶体管的导通相的持续时间与由变流器8产生的初始电压的频率成反比。因此，马达转速n越高，双极晶体管的导通相的持续时间就越短。相应地，双极晶体管在马达转速n更高的情况下更短地发热。由此，在马达转速n更高的情况下，在双极晶体管的导通相期间在接触面上最大达到的温度Tmax与在马达转速n更低的情况下相比是更低的-并且尽管如此在马达转速n更高的情况下温度借以上升的速率还是能够是更大的，例如因为牵引力矩MT是更大的。
该事实在图6和7的对比中可见。因此，在图7中，温度借以上升的速率与在图6中相比是更大的。但是因为图7中的导通相的持续时间比在图6中更短，所以在图7中在双极晶体管的导通相期间在接触面上最大达到的温度Tmax与在图6中相比更小。
在马达转速n更高的情况下，附加地，双极晶体管的非导通相的持续时间也更短。因此，在马达转速n更高的情况下，双极晶体管在马达转速n更高的情况下更短地冷却并且在双极晶体管的非导通相期间在接触面上最低达到的温度Tmin与在马达转速n更低的情况下相比能够是更大的。简单地能够假设：图7中的双极晶体管的非导通相的持续时间长至，使得在图7中最低达到的温度Tmin的增加相对于图6中的最低达到的温度Tmin是可忽略的。
尽管本发明在细节中通过优选的实施例详细阐明和描述，但是本发明不通过所公开的实例来限制，并且本领域技术人员能够从中推导出其他的变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于控制电驱动的车辆(2)的启动过程的方法，其中确定对于防止所述车辆(2)回退的所必要的保持力矩(MF)，
其特征在于，只要所确定的马达转速(n)小于预设的第一极限转速(n1)，牵引力矩(MT)就由所述车辆(2)的控制单元(10)限制到与所述保持力矩(MF)相关的极限力矩(MG)上，并且仅当所述马达转速(n)大于所述第一极限转速(n1)时，所述牵引力矩(MT)才由所述控制单元(10)提高超过所述极限力矩(MG)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述极限力矩(MG)小于下述两者中的最大者：所述保持力矩(MF)的1.3倍和最大能由所述控制单元(10)设定的牵引值(Mend)的0.3倍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述极限力矩(MG)大于下述两者中的最大者：所述保持力矩(MF)的1.2倍和最大能由所述控制单元(10)设定的牵引值(Mend)的0.2倍。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，一旦所述马达转速(n)大于所述第一极限转速(n1)，所述牵引力矩(MT)就由所述控制单元(10)相对于所述马达转速(n)线性地提高直至达到预设的第二极限转速(n2)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述第一极限转速(n1)由所述控制单元(10)根据所述保持力矩(MF)来设定。
6.根据权利要求4或5所述的方法，
其特征在于，所述第二极限转速(n2)与所述第一极限转速(n1)的比等于最大能由所述控制单元(10)设定的牵引值(Mend)与所述极限力矩(MG)的比。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，为所述车辆(2)的每个车厢(4)分别确定车厢质量以及与路段倾角(24)相关的车厢坡度参数，根据所述车厢质量以及所述车厢坡度参数计算车厢保持力矩，并且通过将全部确定的车厢保持力矩相加来计算所述车辆(2)的所述保持力矩(MF)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，由所述控制单元(10)释放制动器以进行启动，并且根据下降的制动力矩(MB)提高所述牵引力矩(MT)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，在所述牵引力矩(MT)由所述控制单元(10)从零开始提高之前，由所述控制单元(10)释放制动器以进行启动。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，由所述控制单元(10)释放制动器以进行启动，并且所述牵引力矩(MT)由所述控制单元(10)控制为，使得当制动力矩(MB)达到数值零时，所述牵引力矩(MT)首次达到所述极限力矩(MG)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述牵引力矩(MT)由所述控制单元(10)提高至，使得牵引力矩(MT)和制动力矩(MB)的和保持恒定，尤其保持与所述极限力矩(MG)相等。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，预先计算制动力矩(MB)下降到零的第一时间点(t2)，并且根据所述第一时间点(t2)计算在时间上位于所述第一时间点之前的第二时间点(t1)，使得在所述第二时间点(t1)从零开始以最大允许的速率提高的牵引力矩(MT)在所述第一时间点(t2)达到所述极限力矩(MG)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，在所述马达转速(n)下降到低于所述第一极限转速(n1)时，只要所述马达转速(n)小于所述第一极限转速(n1)，所述牵引力矩(MT)就由所述控制单元(10)保持在所述极限力矩(MG)上，并且一旦所述马达转速(n)大于所述第一极限转速(n1)，所述牵引力矩(MT)就由所述控制单元(10)提高超过所述极限力矩(MG)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述牵引力矩(MT)是用于电制动器的负的牵引力矩。
15.一种用于电驱动的车辆(2)的控制系统(9)，所述车辆具有至少一个电动马达(6)、用于给所述电动马达(6)馈电的变流器(8)和用于控制所述变流器(8)的控制单元(10)，所述控制单元配置用于确定对于防止所述车辆(2)回退所必要的保持力矩(MF)，
其特征在于，所述控制单元(10)配置用于将所述变流器(8)控制为，使得只要所确定的所述马达转速(n)小于预设的第一极限转速(n1)，就将所述车辆(2)的牵引力矩(MT)限制到与所述保持力矩(MF)相关的极限力矩(MG)上，并且仅当所述马达转速(n)大于所述第一极限转速(n1)时，才将所述牵引力矩(MT)提高超过所述极限力矩(MG)。
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