CN111319474A - 内燃车辆的传动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种内燃车辆的传动控制系统，包括控制器、柴油机、永磁发电机、牵引变流器、辅助负载和永磁同步电机，控制器分别与所述柴油机、负载、永磁同步电机连接，永磁发电机分别与柴油机和牵引变流器连接，牵引变流器分别与辅助负载和永磁同步电机连接，其中，控制器用于获取永磁同步电机的第一转速、永磁同步电机的第一功率、负载的第二功率，根据第一转速、第一功率和第二功率，确定柴机油的第二转速，并向柴机油发送第二转速；柴油机用于根据第二转速进行转动，并带动永磁发电机运行；永磁发电机用于在柴油机的带动下产生电信号，并向永磁同步电机发送电信号，电信号用于驱动所述永磁同步电机转动。提高了传动控制系统的效率。

Description

内燃车辆的传动控制系统
技术领域
本发明实施例涉及内燃有轨车辆系统控制领域，尤其涉及一种内燃车辆的传动控制系统。
背景技术
内燃车辆(例如内燃机车或者内燃动车组)中通常设置有传动控制系统，传动控制系统包括司机手柄、车辆控制器、柴油机、励磁发电机、励磁控制装置、牵引变流器和牵引电机。
在传动控制系统工作过程中，司机可以根据实际需要通过手柄进行挂挡，以使车辆控制器分别向柴油机、励磁控制装置发送档位信号，柴油机根据档位信号按照与档位信号对应转速转动，励磁控制装置根据接收到的档位信号产生与档位信号对应的电流，励磁发电机根据柴油机的转速、励磁控制装置产成的电流向牵引变流器输入励磁发电机产生的三相交流电，牵引变流器对三相交流电进行处理，并向牵引电机输入处理后的三相交流电，以使牵引电机带动有轨道车辆运行。
上述过程中，柴油机经常轻载运行，牵引系统不能充分利用输出能量，从而导致能量浪费，进而导致传动控制系统的工作效率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种内燃有轨车辆的传动控制系统，不但系统结构简单，还克服传动控制系统的工作效率低的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种传动控制系统，包括控制器、柴油机、永磁发电机、牵引变流器、辅助负载和永磁同步电机，所述控制器分别与所述柴油机、所述辅助负载、所述永磁同步电机连接，所述永磁发电机分别与所述柴油机和所述牵引变流器连接，所述牵引变流器分别与所述辅助负载和所述永磁同步电机连接，其中，
所述控制器用于获取所述永磁同步电机的第一转速、所述永磁同步电机的第一功率、辅助负载的第二功率，根据所述第一转速、所述第一功率和所述第二功率，确定柴机油的第二转速，并向所述柴机油发送所述第二转速；
所述柴油机用于根据所述第二转速进行转动，并带动所述永磁发电机运行；
所述永磁发电机用于在所述柴油机的带动下产生电信号，并向所述永磁同步电机发送所述电信号，所述电信号用于驱动所述永磁同步电机转动。
在一种可能的实施方式中，所述控制器具体用于：
根据所述第一功率和所述第二功率，确定第三转速，并根据所述第一转速和所述第三转速，确定所述第二转速。
在另一种可能的实施方式中，所述控制器具体用于：
根据所述第一功率和所述第二功率确定第三功率，所述第三功率为所述第一功率和所述第二功率之和；
根据所述第三功率和预设对应关系，确定所述第三转速，其中，所述预设对应关系包括多个功率和每个功率对应的转速。
在另一种可能的实施方式中，所述控制器具体用于：
将所述第一转速和所述第三转速中的最大值确定为所述第二转速。
在另一种可能的实施方式中，所述牵引变流器用于接收所述永磁发电机发送的所述电信号，并对所述电信号进行整流、逆变处理，并向所述永磁同步电机发送整流、逆变处理后的电信号。
在另一种可能的实施方式中，所述牵引变流器包括整流器和逆变器，其中，
所述整流器的输入端与所述永磁发电机连接；
所述整流器的输出分别与所述辅助负载和所述逆变器的输入端连接；
所述逆变器的输出端与所述永磁同步电机连接。
在另一种可能的实施方式中，所述牵引变流器还包括预充电单元和支撑电容，其中，
所述预充电单元的一端与所述整流器连接，所述预充电单元的另一端与所述逆变器连接；
所述支撑电容并联在所述逆变器的两端。
在另一种可能的实施方式中，所述传动控制系统还包括速度传感器，所述速度传感器分别与所述永磁同步电机和所述控制器连接，其中，
所述速度传感器用于采集所述永磁同步电机的第一转速；
所述控制器具体用于，从所述速度传感器获取所述第一转速。
在另一种可能的实施方式中，所述控制器具体用于：
获取档位信号，并根据所述档位信号确定永磁同步电机的电机转矩；
根据所述电机转矩和所述第一转速，确定所述第一功率。
在另一种可能的实施方式中，所述传动控制系统还包括第一电流传感器和第一电压传感器，所述第一电流传感器分别与所述辅助负载和所述控制器连接，所述第一电压传感器与所述辅助负载并联，其中，
所述第一电流传感器用于采集所述辅助负载的第一电流；
所述第一电压传感器用于采集所述辅助负载的第一电压；
所述控制器具体用于，从所述第一电流传感器获取所述第一电流，以及从所述第一电压传感器获取所述第一电压，并根据所述第一电流和所述第一电压确定所述第二功率。
本发明实施例提供的内燃车辆的传动控制系统，包括控制器、柴油机、永磁发电机、牵引变流器、辅助负载和永磁同步电机，控制器分别与柴油机、辅助负载、永磁同步电机连接，永磁发电机分别与柴油机和牵引变流器连接，牵引变流器分别与辅助负载和永磁同步电机连接。所述传动控制系统在工作过程中，控制器获取永磁同步电机的第一转速、永磁同步电机的第一功率、辅助负载的第二功率，并根据第一转速、第一功率和第二功率，确定柴机油的第二转速，并向柴机油发送第二转速，柴油机根据第二转速进行转动，并带动永磁发电机运行，永磁发电机在运行过程中产生电信号，所述电信号用于驱动所述永磁同步电机转动。上述内燃车辆的传动控制系统在工作过程中，根据永磁同步电机的第一转速和第一功率、辅助负载的第二功率，确定柴机油的第二转速，并使柴机油按照第二转速进行转动，进而带动永磁发电机产生电信号。所述电信号的功率等于辅助负载与永磁同步电机的实际功率之和，即传动控制系统产生的能量能够被有效的利用，提高了传动控制系统的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的传动控制系统的应用示意图；
图2为提供的传动控制系统的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的预设对应关系图；
图4为本发明实施例提供的传动控制系统的结构示意图二；
图5为本发明实施例提供的传动控制系统的电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的传动控制系统的应用示意图。请参见图1，在车辆11中通常设置有司机手柄12和传动控制系统13，其中，司机手柄12和传动控制系统13连接。
在实际应用中，司机可以操作司机手柄12，向传动控制系统13发送档位信号，传动控制系统13根据档位信号拖动车辆11运行。
下面，通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的内容，在不同的实施例中不再进行重复说明。
图2为提供的传动控制系统的结构示意图一。具体的，请参见图2，传动控制系统20包括控制器21、柴油机22、永磁发电机23、辅助负载24、永磁同步电机25和牵引变流器26，控制器21分别与柴油机22、辅助负载24、永磁同步电机25连接，永磁发电机23分别与柴油机22和牵引变流器26连接，牵引变流器26分别与辅助负载24和永磁同步电机25连接，其中，
控制器21用于获取永磁同步电机25的第一转速、永磁同步电机25的第一功率、辅助负载24的第二功率，根据第一转速、第一功率和第二功率，确定柴机油22第二转速，并向柴机油22发送第二转速；
柴油机22用于根据第二转速进行转动，并带动永磁发电机运行；
永磁发电机23用于在柴油机22的带动下产生电信号，并向永磁同步电机25发送所述电信号，所述电信号用于驱动所述永磁同步电机25转动。
可选的，控制器21可以包括车辆控制器、柴油机控制器和牵引控制器。
可选的，牵引控制器可以确定永磁同步电机25的第一功率、辅助负载24的第二功率。
可选的，辅助负载24可以为车辆(设置有本发明实施例提供的传动控制系统)中的照明灯、空调等。
可选的，逆变器和永磁同步电机25的个数可以为2、3等。
在实际应用中，司机操作司机手柄向控制器21发送档位信号，控制器21根据档位信号向永磁同步电机25输入电机转矩，永磁同步电机25根据接收到的电机转矩运行。
可选的，在司机操作司机手柄以前，司机可以启动该传动控制系统。在司机启动该传动控制系统时，柴油机22可以按照预设转速转动。柴油机22在转动的过程中，可以带动永磁发电机23产生电信号。其中，电信号为三相交流电。
在一种可能的实施方式中，根据第一功率和第二功率，确定第三转速，并根据第一转速和所述第三转速，确定所述第二转速。
可选的，可以将第一转速和第三转速中的最大值确定为第二转速。
具体的，可以根据第一功率和第二功率确定第三功率，第三功率为第一功率和第二功率之和。
可选的，根据第三功率和预设对应关系，确定第三转速。其中，所述预设对应关系包括多个功率、以及每个功率对应的转速。
可选的，可参见图3实施例所示的预设对应关系。
本发明实施例提供的传动控制系统，包括控制器、柴油机、永磁发电机、牵引变流器、辅助负载和永磁同步电机，控制器分别与柴油机、辅助负载、永磁同步电机连接，永磁发电机分别与柴油机和牵引变流器连接，牵引变流器分别与辅助负载和永磁同步电机连接。所述传动控制系统在工作过程中，控制器获取永磁同步电机的第一转速、永磁同步电机的第一功率、辅助负载的第二功率，并根据第一转速、第一功率和第二功率，确定柴机油的第二转速，并向柴机油发送第二转速，柴油机根据第二转速进行转动，并带动永磁发电机运行，永磁发电机在运行过程中产生电信号，所述电信号用于驱动所述永磁同步电机转动。上述传动控制系统在工作过程中，根据永磁同步电机的第一转速和第一功率、辅助负载的第二功率，确定柴机油的第二转速，并使柴机油按照第二转速进行转动，进而带动永磁发电机产生电信号。所述电信号的功率等于辅助负载与永磁同步电机的实际功率之和，即传动控制系统产生的能量能够被有效的利用，提高了传动控制系统的工作效率。
在本发明实施例提供的传动控制系统中，采用永磁发电机代替励磁发电机产生电信号，可避免使用励磁控制装置，从而降低的传动控制系统的成本。此外，本发明采用体积小的永磁同步电机来代替异步牵引电机，可降低传动控制系统的体积，便于工作人员对传动控制系统的维护。
在上述任一实施例的基础上，下面，结合图3对预设对应关系作进一步的说明，具体的，请参见图3实施例。
图3为本发明实施例提供的预设对应关系图。请参见图3，包括横轴x、纵轴y1和y2。其中，横轴x上的点表示柴油机第二转速的大小，第二转速的单位为转/分钟，纵轴y1、y2上的点均表示第三功率的大小。纵轴y1上第三功率的单位为马力，纵轴y3上第三功率的单位为千瓦。
可选的，针对图3所示的预设对应关系，在本发明实施例中，实例性的给出第三功率与第二转速的部分对应关系，如表1所示。
y1(千瓦) y2(马力) x(转/分钟)
45 60 650
113 152 800
217 291 900
319 428 1200
420 563 1300
497 667 1600
559 750 1800
例如，当第三功率为559千瓦(即第三功率为750马力)时，柴油机的第二转速为1800转/分钟。
在上述任一实施例的基础上，下面结合图4，对本发明实施提供的传动控制系统作进一步的详细介绍。
图4为本发明实施例提供的传动控制系统的结构示意图二。具体的，请参见图4，传动控制系统中的牵引变流器40包括整流器41和逆变器42，其中，
整流器41的输入端与永磁发电机连接；
整流器41的输出端分别与辅助负载和逆变器42的输入端连接；
逆变器42的输出端与永磁同步电机连接。
在一种可能的实施方式中，牵引变流器还包括预充电单元43和支撑电容44，其中，
预充电单元43的一端与整流器41连接，预充电单元43的另一端与逆变器42连接；
支撑电容44并联在逆变器42的两端。
需要说明的是，牵引变流器40用于接收所述永磁发电机发送的电信号，并对电信号进行整流、逆变处理，并向永磁同步电机发送整流、逆变处理后的电信号。
可选的，整流器41对永磁发电机产生的电信号，进行整流处理，输出直流电。
可选的，逆变器42对直流电进行逆变处理，输出电压值稳定的三相交流电。所述三相交流电用于驱动永磁同步电机的转动。
可选的，逆变器42的个数可以为2、3等。
需要说明的是，整流器41输出的直流电还用于向辅助负载供电。
可选的，预充电单元43包括第一开关431、第二开关432、电阻433，其中，第二开关432和电阻433串联，第二开关432和电阻433串联后与第一开关431并联。
可选的，电阻433可以为固定电阻。
可选的，支撑电容44可以为膜电容。
需要说明的是，在本申请中，不对电阻433的阻值、支撑电容44的容值做具体的限定。
可选的，可以在支撑电容44的两端并联第二电压传感器45。
可选的，第二电压传感器45用于采集支撑电容44两端的电压。
可选的，支撑电容44用于对永磁发电机输出的直流电进行滤波处理，进而使直流电压的波动保持在一定范围。
可选的，预充电单元43用于保护支撑电容44。
在实际应用中，当传动控制系统开始工作时，若先闭合第一开关431，永磁发电机输出的直流电中包含有强大的冲击波，该冲击波会导致支撑电容44被击穿。因此，在传动控制系统开始工作时，需要先闭合第二开关432，对支撑电容44充电，当第二电压传感器45的值达到预设电压值时，断开第二开关432，停止对支撑电容44充电，可防止支撑电容44被击穿。
可选的，预设电压值可以为支撑电容44额定电压的0.8倍、0.85倍。
本发明实施例提供的牵引变流器在工作工程中，在第二开关闭合的状态下，整流器接收永磁发电机产生的电信号，并对电信号进行整流处理、输出直流电，直流电用于向支撑电容充电，当支撑电容两端的电压值达到预设电压值时，断开第二开关，闭合第一开关，此时，支撑电容对整流器输出的直流电进行滤波处理，并向逆变器输出相对平滑的直流电，所述相对平滑的直流电一方用于向辅助负载供电，另一方面输入逆变器，逆变器对相对平滑的直流电进行处理，输出电压可变的三相交流电，所述三相交流电用于向驱动永磁同步电机的转动。
在上述任一实施例的基础上，下面，结合图5，对发明实施例提供的传动控制系统的电路图进行详细的说明。具体的，请参见图5。
图5为本发明实施例提供的传动控制系统的电路图，请参见图5。传动控制系统还包括速度传感器，速度传感器分别与永磁同步电机和控制器连接，其中，
速度传感器用于采集永磁同步电机的第一转速；
控制器具体用于，从速度传感器获取所述第一转速。
在一种可能的实施方式中，控制器具体用于：
获取档位信号，并根据档位信号确定永磁同步电机的电机转矩；
根据电机转矩和所述第一转速，确定第一功率。
在一种可能的实施方式中，传动控制系统还包括第一电流传感器51和第一电压传感器52，所述第一电流传感器51分别与辅助负载和控制器50连接，第一电压传感器52与辅助负载并联，其中，
第一电流传感器51用于采集辅助负载的第一电流；
第一电压传感器52用于采集辅助负载的第一电压；
控制器具体用于，从第一电流传感器51获取第一电流，以及从第一电压传感器52获取第一电压，并根据第一电流和第一电压确定第二功率。
可选的，速度传感器的个数为2，包括第一速度传感器531和第二速度传感器532。
可选的，永磁同步电机的个数为2，包括第一永磁同步电机和第二永磁同步电机542。
可选的，在第一永磁同步电机541上设置第一速度传感器531，在第二永磁同步电机542上设置第二速度传感器532。
具体的，第一速度传感器531采集第一永磁同步电机541的转速w1，第一速度传感器532用于采集第一永磁同步电机542的转速w2。
需要说的是，第一转速包括第一永磁同步电机541的转速w1、第一永磁同步电机542的转速w2。
可选的，控制器50中包括车辆控制器501、牵引控制器502。
可选的，牵引控制器502可以从第一速度传感器531获取转速w1，控制器50从第一速度传感器532获取转速w2。
可选的，车辆控制器501可以获取档位信号并将档位信号发送给牵引控制器502，牵引控制器502对接收到的档位信号进行处理，向第一永磁同步电机541发送第一电机转矩T1和第一永磁同步电机542发送第二电机转矩T2。
可选的，所述档位信号是在司机操作司机手柄55时，由司机手柄55产生。
可选的，车辆控制器501将获取到的档位信号发送给牵引控制器502，牵引控制器502对接收到的档位信号进行处理，向第一永磁同步电机541发送第一电机转矩T1和第一永磁同步电机542发送第二电机转矩T2。
需要说明的是，电机转矩可以包括第一电机转矩T1和第二电机转矩T2。
可选的，第一电机转矩T1可以等于第二电机转矩T2。
可选的，牵引控制器502可以根据转速w1和第一电机转矩T1，利用如下可行的公式(1)，确定第一永磁同步电机541的功率P1。
P1＝w1×T1/9550 公式(1)
可选的，牵引控制器502可以根据转速w2和第二电机转矩T2，利用如下可行的公式(2)，确定第一永磁同步电机542的功率P2。
P2＝w2×T2/9550 公式(2)
可选的，牵引控制器502可以根据第一永磁同步电机541的功率P1和第一永磁同步电机542的功率P2，利用如下可行的公式(3)，确定第一功率P3。
P3＝P2+P1 公式(3)
可选的，第一电流传感器51用于采集辅助负载的第一电流I。
可选的，第一电流传感器52用于采集辅助负载的第一电压U。
可选的，牵引控制器502可以根据第一电流I和第一电压U，利用如下可行的公式(4)，确定负载的第二功率P4。
P4＝I×U 公式(4)
可选的，牵引控制器502可以根据第一功率P3和第二功率P4，利用如下可行的公式(5)，。
P＝P3+P4 公式(5)
需要说明的是，牵引控制器502将第三功率P发送至车辆控制器501。车辆控制器501接收到第三功率P后，利用如图3所示的预设对应关系，根据第三功率P，确定柴油机的第三转速w。
例如，当第三功率P为45千瓦时，确定柴油机的第三转速w为650转/分钟。
可选的，车辆控制器501确定第三转速w后，在第三转速w、第一永磁同步电机541的转速w1、第一永磁同步电机542的转速w2中，确定柴油机转速的最大值(即柴油机的第二转速w0)。
可选的，柴油机的第二转速w0可以等于w、w1、w2中的任意一个值。
可选的，在车辆控制器501确定第二转速w0之后，向柴油机发送包含第二转速w0的请求信号。柴油机接收到包含第二转速w0的请求信号之后，按照第二转速w0进行转动。
需要说明的是，图5以逆变器的个数为2、永磁同步电机的个数为2为例，给出本发明实施例提供的牵引控制系统的电路图。其中，模块57为整流器，模块561和模块562均为逆变器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例方案的范围。

Claims (10)

1.一种内燃车辆的传动控制系统，其特征在于，包括控制器、柴油机、永磁发电机、牵引变流器、辅助负载和永磁同步电机，所述控制器分别与所述柴油机、所述辅助负载、所述永磁同步电机连接，所述永磁发电机分别与所述柴油机和所述牵引变流器连接，所述牵引变流器分别与所述辅助负载和所述永磁同步电机连接，其中，
所述控制器用于获取所述永磁同步电机的第一转速、所述永磁同步电机的第一功率、辅助负载的第二功率，根据所述第一转速、所述第一功率和所述第二功率，确定柴油机的第二转速，并向所述柴机油发送所述第二转速；
所述柴油机用于根据所述第二转速进行转动，并带动所述永磁发电机运行；
所述永磁发电机用于在所述柴油机的带动下产生电信号，并向所述永磁同步电机发送所述电信号，所述电信号用于驱动所述永磁同步电机转动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
根据所述第一功率和所述第二功率，确定第三转速，并根据所述第一转速和所述第三转速，确定所述第二转速。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
根据所述第一功率和所述第二功率确定第三功率，所述第三功率为所述第一功率和所述第二功率之和；
根据所述第三功率和预设对应关系，确定所述第三转速，其中，所述预设对应关系包括多个功率和每个功率对应的转速。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
将所述第一转速和所述第三转速中的最大值确定为所述第二转速。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，
所述牵引变流器用于接收所述永磁发电机发送的所述电信号，并对所述电信号进行整流、逆变处理，并向所述永磁同步电机发送整流、逆变处理后的电信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述牵引变流器包括整流器和逆变器，其中，
所述整流器的输入端与所述永磁发电机连接；
所述整流器的输出分别与所述辅助负载和所述逆变器的输入端连接；
所述逆变器的输出端与所述永磁同步电机连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述牵引变流器还包括预充电单元和支撑电容，其中，
所述预充电单元的一端与所述整流器连接，所述预充电单元的另一端与所述逆变器连接；
所述支撑电容并联在所述逆变器的两端。
8.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述传动控制系统还包括速度传感器，所述速度传感器分别与所述永磁同步电机和所述控制器连接，其中，
所述速度传感器用于采集所述永磁同步电机的第一转速；
所述控制器具体用于，从所述速度传感器获取所述第一转速。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
获取档位信号，并根据所述档位信号确定永磁同步电机的电机转矩；
根据所述电机转矩和所述第一转速，确定所述第一功率。
10.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述传动控制系统还包括第一电流传感器和第一电压传感器，所述第一电流传感器分别与所述辅助负载和所述控制器连接，所述第一电压传感器与所述辅助负载并联，其中，
所述第一电流传感器用于采集所述辅助负载的第一电流；
所述第一电压传感器用于采集所述辅助负载的第一电压；
所述控制器具体用于，从所述第一电流传感器获取所述第一电流，以及从所述第一电压传感器获取所述第一电压，并根据所述第一电流和所述第一电压确定所述第二功率。
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