CN114379366A - 轨道列车电机堵转检测及保护的方法和轨道列车 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种轨道列车电机堵转检测及保护的方法和轨道列车，包括：中央控制单元获取轨道列车的当前车速值和多个电机的当前转速；当当前车速值大于或等于起步车速阈值，根据当前车速值，中央控制单元计算当前堵转速度阈值；中央控制单元计算电机对应的等效车速值；当满足一个电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值时，中央控制单元确定对应的电机为第一堵转电机，中央控制单元开始计时，并将计时值记为第一堵转持续时长；中央控制单元发送牵引切除指令给第一堵转电机所对应的牵引控制单元；牵引控制单元控制第一堵转电机输出零扭矩。本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法对电机堵转进行检测，可以更好的实现电机的保护。

Description

轨道列车电机堵转检测及保护的方法和轨道列车
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种轨道列车电机堵转检测及保护的方法和轨道列车。
背景技术
车辆牵引功率较大，流过牵引回路和驱动电机的电流也很大，当车辆因电机故障、制动系统故障或其他原因出现电机堵转时，功率开关器件和电机会在短时间内产生大量热量，可能引起牵引设备损坏，大大降低了电机的使用寿命，为了保护设备，通常会设计电机堵转的检测及保护措施。
相关技术中，通常由牵引控制单元来执行电机堵转的检测和保护，例如，牵引控制单元判断电机出现堵转时，实时监测功率开关器件的温度变化，将功率开关器件的温度值与预设的温度阈值进行比较，通过比较结果控制电机输出扭矩。
但是，仅以温度作为判断对象，并未考虑到电机的安全问题，堵转时电机绕组线圈同样会大量发热，其温度上升可能高过功率开关器件。以及，将温度作为监控对象采样误差偏大，当车辆出现严重堵转工况且持续大扭矩输出时，内部的温度会快速上升，而温度采样往往有一定延迟，并不能立即检测到温度的异常。因此，目前牵引控制单元执行电机堵转检测和保护的方案，有待改善。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种轨道列车电机堵转检测及保护的方法，该方法基于中央控制单元和牵引控制单元来进行电机堵转检测及保护方法，可以更好的实现电机的保护。
本发明的第二个目的在于提出一种轨道列车。
为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种列车电机堵转检测及保护方法，所述轨道列车包括、中央控制单元、多个电机和多个牵引控制单元，且多个电机与多个牵引控制单元一一对应，所述方法包括：所述中央控制单元获取所述轨道列车的当前车速值和多个所述电机的当前转速；当所述当前车速值大于或等于起步车速阈值时，根据所述当前车速值，所述中央控制单元计算当前堵转速度阈值；根据每个电机的当前转速，所述中央控制单元计算所述电机对应的等效车速值；当满足一个所述电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值时，则所述中央控制单元确定对应的所述电机为第一堵转电机，且所述中央控制单元开始计时，并将计时值记为第一堵转持续时长；当所述第一堵转持续时长大于第一堵转保护时长阈值时，若所述第一堵转电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值，则所述中央控制单元发送牵引切除指令给所述第一堵转电机所对应的牵引控制单元；所述牵引控制单元响应于所述牵引切除指令，控制所述第一堵转电机输出零扭矩。
根据本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，基于中央控制单元监测列车车速值，并计算对应电机的等效车速,通过比较电机等效车速值与当前堵转速度阈值,确定电机堵转的情况,可以实现对电机堵转的检测，即将轨道列车的当前车速值作为监控对象，误差较小，便于及时对电机堵转进行保护，并在确定电机发生堵转时，进行堵转超时判断，在堵转持续时长过长时，通过牵引控制单元控制对应电机扭矩输出，避免电机发生堵转时,在短时间内产生大量热量，减小损坏牵引设备的可能,提高了电机的使用寿命，实现更好的电机保护。
为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出的一种轨道列车，该列车包括：多个电机、多个牵引控制单元以及中央控制单元，且多个电机与多个牵引控制单元一一对应；所述中央控制单元与每个牵引控制单元进行通信，以执行上面实施例提到所述的列车电机堵转检测及保护方法。
根据本发明实施例的轨道列车，中央控制单元与每个牵引控制单元进行通信，实现上面实施例提到的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，实现对电机堵转的检测，便于及时对电机堵转进行保护，从而避免电机发生堵转时,在短时间内产生大量热量,减小损坏牵引设备的可能,提高了电机的使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的轨道列车的框图；
图2是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图3是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图4是根据本发明一个实施例的轨道列车运行时中央控制单元对电机堵转判断及保护的流程图；
图5是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图6是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图7是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图8是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图9是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图10是根据本发明一个实施例的轨道列车运行中牵引控制单元对电机堵转判断及保护的流程图；
图11是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图12是根据本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护方法的流程图；
图13是根据本发明一个实施例的轨道列车起步时对电机堵转检测以及保护的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
轨道列车在运行过程中，可能会发生电机堵转的情况，例如，某个转向架的制动系统故障，引起制动异常施加导致的拖刹；或者，在轨道列车起步时，司控系统输出的牵引级位不足，导致轨道列车的CCU(Center Control Unit，中央控制单元)未输出保持制动释放信号；或者，轨道列车运行中电机的牵引力无法满足轨道列车运行需求，导致轨道列车缓行或停滞；或者，制动时轨道列车某个转向架出现滑行等现象。上述轨道列车出现的情况都会导致功率开关器件与电机绕组出现过流、温度快速上升等现象，从而造成寿命大幅降低或产品出现损坏等。
图1是根据本发明一个实施例的轨道列车的框图，如图1所示，本发明实施例的轨道列车1包括多个电机33、多个牵引控制单元32和中央控制单元4，且多个电机33与多个牵引控制单元32一一对应。其中，中央控制单元4与每个牵引控制单元32进行通信，以执行轨道列车电机堵转检测及保护的方法。
在一些实施例中，每节动车包括v套动力单元，每套动力单元包括牵引控制单元32和对应电机33，其中，u、w和v均为正整数；中央控制单元4与每个牵引控制单元32进行通信，以执行列车电机堵转检测及保护的方法。每个牵引控制单元32检测电机33及电机控制模块的运行状态和进行故障保护，并与中央控制单元4通过CAN(Controller Area Network，CAN总线)网络或MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能轨道列车总线)网络进行交互。
下面参考图2-图13描述根据本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法。如图2所示，本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法至少包括步骤S1-步骤S6。
步骤S1，中央控制单元获取轨道列车的当前车速值和多个电机的当前转速。
在一些实施例中，轨道列车在运行过程中，中央控制单元接收车载速度传感器检测的轨道列车车速信号，以获得轨道列车的当前车速值例如记为V0，多个电机与多个牵引控制单元一一对应，各个牵引控制单元采集相应的电机的当前转速，并发送至中央控制单元。其中，轨道列车车速信号可以通过车速传感器检测，若列车未设置车速传感器也可由中央控制单元通过各个牵引控制单元反馈的电机的当前转速进行计算获得。
步骤S2，当当前车速值大于或等于起步车速阈值时，根据当前车速值，中央控制单元计算当前堵转速度阈值。
在一些实施例中，中央控制单元实时监测轨道列车的车速值，且中央控制单元内存储有起步车速阈值，在实施例中，起步车速阈值的取值范围可以为0.5km/h-1km/h，例如，0.5km/h或者0.8km/h或者0.9km/h。当中央控制单元检测到轨道列车当前车速值V0大于或者等于起步车速阈值时，认为轨道列车处于行驶状态，中央控制单元根据获取的当前车速值V0计算当前堵转速度阈值例如记为(1-β)V0，其中，在一些实施例中，β的取值满足0<β<1。
步骤S3，根据每个电机的当前转速，中央控制单元计算电机对应的等效车速值。
在一些实施例中，为了检测电机堵转的情况，将每个电机的当前转速进行等效计算，即中央控制单元接收到每个牵引控制单元反馈的电机的当前转速后，将每个电机的当前转速换算为电机转速对应的等效车速值例如记为V1、V2……Vn。其中，电机的当前转速与等效车速值的换算关系为：V＝n/[i*60/(2*π*R*3.6)]，n为电机转速，单位为r/min，V为电机转速的等效车速值，单位为km/h，i为电机至车轮的传动比，R为车轮的轮胎滚动半径。
步骤S4，当满足一个电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值时，则中央控制单元确定对应的电机为第一堵转电机，且中央控制单元开始计时，并将计时值记为第一堵转持续时长。
在一些实施例中，中央控制单元将当前堵转速度阈值(1-β)V0与电机的等效车速值V1、V2……Vn进行比较，当Va<(1-β)V0(a＝1、2…n)时，中央控制单元确定对应电机为第一堵转电机，并进入堵转超时判断，中央控制单元对第一堵转电机堵转持续时长进行监控；当Va≥(1-β)V0(a＝1、2…n)，中央控制单元确定第一堵转电机运行正常，未出现堵转现象，轨道列车正常牵引。其中，Va表示各个电机转速对应的等效车速值，β为预设值，其取值范围可以为0-1之间，，轨道列车类型不同预设值β的取值不同，需考虑电机数量、转速采样精度以及车速计算精度等，例如在本发明一些实施例中预设值β满足β＝0.15。
步骤S5，当第一堵转持续时长大于第一堵转保护时长阈值时，若第一堵转电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值，则中央控制单元发送牵引切除指令给第一堵转电机所对应的牵引控制单元。
在一些实施例中，中央控制单元对第一堵转持续时长进行判断，实现对电机的堵转状态进行检测。例如，当第一堵转持续时长大于第一堵转保护时长阈值，且中央控制单元确定第一堵转电机的等效车速值Va仍小于当前堵转速度阈值(1-β)V0时，中央控制单元确认第一堵转电机出现堵转故障，并发送牵引切除指令至第一堵转电机对应的牵引控制单元，并上传故障信息。
步骤S6，牵引控制单元响应于牵引切除指令控制对应的第一堵转电机输出零扭矩。
在一些实施例中，牵引控制单元接收到中央控制单元发出的牵引切除指令，控制对应的第一堵转电机输出零扭矩，即控制发生故障的第一堵转电机停止运行，通过控制对应的第一堵转电机的输出扭矩，避免第一堵转电机发生堵转后在短时间内产生大量热量，从而减小对电机的损耗，保证电机运行安全。
根据本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，基于中央控制单元监测列车车速值，并计算对应电机的等效车速,通过比较电机等效车速值与当前堵转速度阈值,确定电机堵转的情况,可以实现对电机堵转的检测，即将轨道列车的当前车速值作为监控对象，误差较小，便于及时对电机堵转进行保护，并在确定电机发生堵转时，进行堵转超时判断，在第一堵转持续时长超过第一堵转保护时长阈值时，通过牵引控制单元控制对应电机扭矩输出，避免电机发生堵转时在短时间内产生大量热量,减小损坏牵引设备的可能,提高了电机的使用寿命，实现更好的电机保护。
在一些实施例中，如图3所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。在中央控制单元发送牵引切除指令给第一堵转电机所对应的牵引控制单元之后，轨道列车电机堵转检测及保护方法还包括步骤S11-S13，如下。
步骤S11，当满足第一堵转电机之外的至少一个电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值时，则中央控制单元确定对应的电机为第二堵转电机，中央控制单元开始计时，并将计时值记为第二堵转持续时长。
步骤S12，当第二堵转持续时长大于第二堵转保护时长阈值时，若第二堵转电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值，中央控制单元发送牵引切除指令给每个牵引控制单元。
步骤S13，每个牵引控制单元响应于牵引切除指令控制对应的电机输出零扭矩。
在一些实施例中，中央控制单元确定第二堵转电机发生堵转故障后开始计时，并将计时值记为第二堵转持续时长，当第二堵转持续时长大于第二堵转保护时长阈值，中央控制单元确认电机出现严重堵转，发送牵引切除指令给每个牵引控制单元，切除每个牵引控制单元的牵引指令，每个牵引控制单元响应于牵引切除指令控制对应的电机输出零扭矩，停车检查，确认是否出现了制动异常施加、变速器齿轮咬死或电机轴承卡死等异常情况。其中，第二堵转保护时长阈值为牵引控制单元接收到切除牵引指令后，电机扭矩卸载速率确定的值例如2.5s，必须保证扭矩可完全卸载，且之前已经确认了堵转，此处不需再考虑增加判断延时。通过设置第二堵转保护时长阈值，在堵转持续时长较长时，中央控制单元发出牵引切除指令，每个牵引控制单元控制各个电机输出零扭矩，避免堵转时间过长对电机造成损坏，起到保护电机的作用。下面参考图4对本发明实施例的轨道列车运行中中央控制单元对电机堵转判断及保护的流程图，如图4所示，本发明实施例的轨道列车运行中中央控制单元对电机堵转判断及保护流程图包括步骤S21-步骤S38。
步骤S21，中央控制单元获取轨道列车的当前车速值V0。
步骤S22，各个牵引控制单元采集对应电机的当前转速。
步骤S23，各个牵引控制单元发送电机的当前转速至中央控制单元。
步骤S24，中央控制单元判断轨道列车的当前车速值V0是否大于或等于起步车速阈值，若是，执行步骤S25,若否，继续执行步骤S24。
步骤S25，中央控制单元将接收到的每个电机的当前转速转换为电机对应的等效车速值Va，其中，Va＝V1、V2…Vn。
步骤S26，中央控制单元判断是否满足一个电机的等效车速值小于当前堵转速度阈值(1-β)V0，若是，则执行步骤S27；若否，则中央控制单元确定电机运行正常，结束程序。
步骤S27，中央控制单元确定对应电机发生堵转，并将对应电机作为第一堵转电机。
步骤S28，中央控制单元开始计时，并将计时值记为第一堵转持续时长。
步骤S29，中央控制单元判断第一堵转持续时长是否大于第一堵转保护时长阈值，若是，执行步骤S30，若否，执行步骤S29。
步骤S30，中央控制单元判断第一堵转电机的等效车速值是否仍然小于当前堵转速度阈值(1-β)V0，若是，执行步骤S31；若否，则中央控制单元确定电机运行正常，结束程序。步骤S31，中央控制单元发送牵引切除指令给第一堵转电机对应的牵引控制单元，并上传故障信息。
步骤S32，中央控制单元判断第一堵转电机之外的至少一个电机的等效车速值是否小于当前堵转速度阈值(1-β)V0，若是，执行步骤S33，若否，结束程序。
步骤S33，中央控制单元确定第一堵转电机之外的至少一个电机发生堵转，并将发生堵转的对应电机作为第二堵转电机。
步骤S34，中央控制单元开始计时，并将计时值记为第二堵转持续时长。
步骤S35，中央控制单元判断第二堵转持续时长是否大于第二堵转保护时长阈值，若是，执行步骤S36；若否，执行步骤S35。
步骤S36，中央控制单元判断第二堵转电机的等效车速值是否仍然小于当前堵转速度阈值(1-β)V0，若是，执行步骤S37；若否，结束程序。
步骤S37，中央控制单元发送牵引切除指令给每个牵引控制单元，以使得所有电机均输出零扭矩。
步骤S38，停车检查。
总而言之，根据本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，基于中央控制单元监测列车车速值，并计算对应电机的等效车速,通过比较电机等效车速值与当前堵转速度阈值,确定电机堵转的情况,可以实现对电机堵转的检测，即将轨道列车的当前车速值作为监控对象，误差较小，便于及时对电机堵转进行保护，并在确定电机发生堵转时，进行堵转超时判断，在第一堵转持续时长超过第一堵转保护时长阈值时，通过牵引控制单元控制对应电机扭矩输出，避免电机发生堵转时,在短时间内产生大量热量,减小损坏牵引设备的可能,提高了电机的使用寿命，实现更好的电机保护。
在一些实施例中，在中央控制单元进行堵转检测的同时，牵引控制单元也对对应的电机进行堵转检测。如图5所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。每个牵引控制单元均包括功率开关器件，轨道列车电机堵转检测及保护的方法还包括步骤S14-步骤S16，如下。
步骤S14，牵引控制单元确定对应的电机发生堵转。
步骤S15，牵引控制单元获取对应的电机绕组温度、功率开关器件温度，并进行堵转计时以获得对应的电机的第三堵转持续时长。
步骤S16，牵引控制单元未接收到牵引切除指令时，若满足电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则牵引控制单元控制对应的电机减小输出扭矩。
在一些实施例中，中央控制单元的牵引指令优先级高于牵引控制单元的控制指令，牵引控制单元在第一堵转保护时长阈值内未接收到中央控制单元发送的牵引切除指令时，牵引控制单元将对获取的电机绕组温度、功率开关器件温度例如IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)温度，以及，第三堵转持续时长中的温度数据或者堵转持续时长数据进行检测，当其中一个温度数据或者堵转持续时长达到温度阈值或者时长阈值，牵引控制单元控制对应的电机减小输出扭矩，例如，电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、或功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、或第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值时，牵引控制单元对相应的电机进行堵转保护控制，包括减小牵引控制单元对应电机的输出扭矩或者停止电机输出扭矩等，且电机绕组温度、功率开关器件温度以及电机堵转持续时长等条件是相互独立判断，互不影响，任何一个条件触发，控制系统均会采取相应的保护措施，提高了故障保护能力，相较于传统的堵转保护策略仅将功率开关器件温度作为保护条件，本实施例通过增加多种保护条件可以有效降低堵转误判的概率，堵转保护条件更加全面，能够更好的实现对电机的堵转保护控制。其中，根据电机相关标准要求，电机及其控制器在出厂实验时会检测电机的堵转能力，根据电机以及控制器的发热情况，确定一个可接受电机堵转时间的上限值，该上限值由电机或控制器中耐热性较差的器件决定，当堵转时间超过该上限值，需要卸载或降低扭矩输出，用以保护设备安全。
总而言之，为了保证整车运行需求，降低车辆故障对运营的影响，提高对轨道列车故障的响应速度和准确性，牵引控制单元优先响应于中央控制单元发出的指令，中央控制单元与牵引控制单元同时对电机堵转进行堵转判断时，牵引控制单元优先响应于中央控制单元发出的指令，即中央控制单元发送牵引切除指令至牵引控制单元时，牵引控制单元立即响应，若牵引控制单元在限定时间内未接收到中央控制单元的保护指令，牵引控制单元则自行对电机堵转进行判断，不主动限制扭矩输出，直到电机绕组温度、功率开关器件温度发生过温或堵转时长超过牵引控制单元设置的堵转保护时长阈值，牵引控制单元则采取相应的堵转保护措施，例如控制对应电机的输出扭矩为零，保证车辆运行安全。
在一些实施例中，如图6所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。其中，步骤S14，牵引控制单元确定对应的电机发生堵转包括步骤S141和步骤S142，如下。
步骤S141，牵引控制单元获取对应的电机实时扭矩和电机转速。
步骤S142，若电机实时扭矩大于堵转扭矩阈值且电机转速小于堵转转速阈值，则牵引控制单元确定对应的电机发生堵转。
牵引控制单元将对应电机实时扭矩和电机转速作为堵转判断条件，电机实时扭矩以及电机转速同时满足电机堵转判断标准，即电机实时扭矩大于堵转扭矩阈值且电机转速小于堵转转速阈值时，牵引控制单元确定对应电机发生堵转，开始进入电机堵转保护流程，通过检测电机实时扭矩与电机转速，对电机运行情况进行确定，可以对电机进行及时保护，同时避免对电机的堵转情况发生误判，提高轨道列车运行过程中电机的安全性。其中，堵转扭矩阈值需考虑电机扭矩输出精度、传感器采样精度等参数确定，需覆盖扭矩采样误差，理论上取值越小对电机堵转的保护越有利，例如参考牵引控制单元可识别到的扭矩的最小值进行选取，在实施例中堵转扭矩阈值取10N·m。堵转判断电机转速的确定需考虑电机的转速采样精度，例如参考牵引控制单元可识别的转速最小值进行选取，在实施例中电机转速选取20r/min。
在一些实施例中，如图7所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。在牵引控制单元确定对应的电机发生堵转之后，轨道列车电机堵转检测及保护的方法还包括步骤S17，如下。
步骤S17，牵引控制单元发出报警信号。
通过发出报警信号可以及时告知工作人员电机发生堵转，便于工作人员采取相应措施。
在一些实施例中，如图8所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。其中，步骤S16，若满足电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则牵引控制单元控制对应的电机减小输出扭矩，包括步骤S161，如下。
步骤S161，若满足电机绕组温度大于第二绕组温度保护阈值、功率开关器件温度大于第二功率开关温度保护阈值、第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则牵引控制单元控制对应的电机输出零扭矩，其中，第二绕组保护温度阈值大于第一绕组保护温度阈值，第二功率开关保护温度阈值大于第一功率开关保护温度阈值。
在一些实施例中，牵引控制单元在进行堵转判断过程中，若牵引控制单元检测到电机绕组温度或者功率开关器件温度过高时，例如电机绕组温度大于第二绕组温度保护阈值，限制电机输出扭矩为零，且牵引控制单元输出电机二级过温报警；若功率开关器件温度大于第二功率开关温度保护阈值，电机输出扭矩限制到零扭矩，且牵引控制单元输出功率开关器件二级过温报警；电机绕组温度以及功率开关器件温度两个过温判断过程相互独立，任意一个触发牵引控制单元均会对电机进行堵转保护控制，即限制电机的输出扭矩和进行过温报警，以及，第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值时，牵引控制单元确定堵转超时，触发超时保护流程，立即控制功率模块关波卸载，控制对应电机输出零扭矩，同时，输出电机堵转报警给中央控制单元，并在司控显示屏弹窗以提示工作人员，告知工作人员电机出现堵转。针对功率开关器件或者电机绕组的不同的温度值，牵引控制单元进行相应的过温报警以及对电机的输出扭矩进行相应的控制，控制策略更加细化，智能性更高。
在一些实施例中，如图9所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法的流程图。步骤S16，若满足电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、第三堵转持续时长大于第二堵转保护时长阈值中的至少一项，则牵引控制单元控制对应的电机减小输出扭矩，还包括步骤S162和步骤S163，如下。
步骤S162，若满足电机绕组温度大于第一绕组温度保护阈值且小于第二绕组温度保护阈值，则牵引控制单元根据电机绕组温度控制对应的电机的输出扭矩。
步骤S163，若满足功率开关器件温度大于第一功率开关温度保护阈值且小于第二功率温度保护阈值，则牵引控制单元根据功率开关器件温度控制对应的电机的输出扭矩。
在一些实施例中，牵引控制单元检测到电机绕组温度或者功率开关器件温度过高时，立即执行过温故障保护，例如，电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值且小于第二绕组温度保护阈值时，牵引控制单元输出电机一级过温报警，牵引控制单元根据电机绕组温度控制对应的电机的输出扭矩，对电机输出扭矩进行限制；或者，功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值且小于第二功率温度保护阈值时，牵引控制单元输出一级过温报警，牵引控制单元根据功率开关器件温度控制对应的电机的输出扭矩，即根据功率开关器件温度对电机输出扭矩进行限制，避免功率开关器件以及电机在短时间内产生大量热量，保证电机运行安全,提高电机的使用寿命。
在一些实施例中，牵引控制单元根据电机绕组温度控制对应的电机的输出扭矩，可以例如通过大量实验数据对电机绕组的不同温度进行划分，即将电机绕组温度划分为多个相邻的温度区间，各个温度区间对应的电机输出扭矩不同，当电机绕组温度较高时，电机绕组温度所处的温度区间对应的电机输出扭矩较小，当电机绕组温度较低时，电机绕组温度所处的温度区间对应的电机输出扭矩较大，通过确定电机绕组温度所处的温度区间，对电机的输出扭矩进行相应的控制，其中，单独看一个温度区间时，电机的输出扭矩可以是恒定值，也可以呈单调递减。
在一些实施例中，牵引控制单元根据功率开关器件温度控制对应的电机的输出扭矩，可以例如通过大量实验数据对功率开关器件的不同温度进行划分，即将功率开关器件温度划分为多个相邻的温度区间，各个温度区间对应的电机输出扭矩不同，当功率开关器件温度较高时，功率开关器件温度所处的温度区间对应的电机输出扭矩较小，当功率开关器件温度较低时，功率开关器件温度所处的温度区间对应的电机输出扭矩较大，通过确定功率开关器件温度所处的温度区间，对电机的输出扭矩进行相应的控制，其中，单独看一个温度区间时，电机的输出扭矩可以是恒定值，也可以呈单调递减。
总的来说，牵引控制单元的电机绕组过温保护、功率开关器件过温保护和堵转超时保护可以同时进行判断，过温保护不会立即停止电机扭矩输出，而是根据具体温度值进行确定，但超时保护牵引控制单元会立即关波卸载停止输出，即过温保护是否执行不会影响堵转超时保护的过程，在堵转超时触发时，牵引控制单元会立即控制电机停止输出扭矩。为了保证电机堵转的保护效果，堵转故障需要在停车状态下低压重启，牵引控制单元存储的堵转故障清楚后，牵引控制单元即可恢复电机扭矩输出。
下面参考图10对本发明实施例的轨道列车运行时牵引控制单元对电机堵转判断及保护流程图，如图10所示，本发明实施例的列车运行时牵引控制单元的电机堵转判断及保护流程图包括步骤S40-步骤S59。
步骤S40，牵引控制单元实时检测电机实时扭矩、电机转速、电机绕组温度和功率开关器件温度。
步骤S41，牵引控制单元判断电机实时扭矩是否大于堵转扭矩阈值，若是，执行步骤S42；若否，则确定电机运行正常，结束程序。
步骤S42，牵引控制单元判断电机转速是否小于堵转转速阈值，若是，则确定电机发生堵转，执行步骤S43；若否，则确定电机运行正常，结束程序。
步骤S43，牵引控制单元判断是否收到中央控制单元发送的牵引切除指令，若是，执行步骤S44；若否，执行步骤S45、步骤S50和步骤S55。
步骤S44，牵引控制单元响应牵引切除指令，控制对应电机停止扭矩输出。
步骤S45，牵引控制单元判断功率开关器件温度是否高于第一功率温度保护阈值，若是，执行步骤S46；若否，执行步骤S43。
步骤S46，牵引控制单元进行第一级功率开关器件过温报警，并执行步骤S47。
步骤S47，牵引控制单元根据功率开关器件温度控制对应电机的输出扭矩减小。
步骤S48，牵引控制单元判断功率开关器件温度是否高于第二功率温度保护阈值，若是，执行步骤S49；若否，执行步骤S43。
步骤S49，牵引控制单元进行第二级功率开关器件过温报警，并执行步骤S57。
步骤S50，牵引控制单元判断电机绕组温度是否高于第一绕组温度保护阈值，若是，执行步骤S51；若否，执行步骤S43。
步骤S51，牵引控制单元进行第一级电机过温报警，并执行步骤S52。
步骤S52，牵引控制单元根据电机绕组温度控制对应电机减小输出扭矩。
步骤S53，牵引控制单元判断电机绕组温度是否高于第二绕组温度保护阈值，若是，执行步骤S54；若否，执行步骤S43。
步骤S54，牵引控制单元进行第二级电机过温报警，并执行步骤S57。
步骤S55，牵引控制单元判断堵转时长是否超过保护时长阈值，若是，执行步骤S56；若否，执行步骤S43。
步骤S56，牵引控制单元输出电机堵转报警给中央控制单元，并执行步骤S57。
步骤S57，牵引控制单元控制对应电机输出零扭矩，并执行S58。
步骤S58，牵引控制单元判断电机堵转状态是否解除，若是，执行步骤S59；若否，返回执行S57。
步骤S59，停车后，牵引控制单元恢复扭矩输出。
在本发明实施例中，轨道列车电机堵转检测及保护的方法以电机实时扭矩、转速以及当前车速值作为电机堵转的主要判断依据，中央控制单元对电机进行堵转检测以及保护的同时，牵引控制单元也对电机进行堵转检测以及保护，中央控制单元与牵引控制单元两者的堵转检测相互独立，牵引控制单元在优先响应中央中控制单元控车指令的前提下进行堵转保护，两者的保护策略相互配合，使轨道列车堵转检测以及保护更加完善、有效和准确，牵引控制单元进行轨道列车堵转检测与保护时，仅对其控制的变流器以及电机进行检测与保护，而中央控制单元对各个牵引控制单元反馈的运行过程数据进行监测，并对中央控制单元制动系统的运行过程数据、司控系统的控车指令信息进行采集，确认列车当前运行状态后，对列车起步堵转检测以及运行堵转检测进行综合判断。中央控制单元和牵引控制单元对列车堵转进行检测，中央控制单元检测到列车堵转，且堵转持续时间超过第一堵转保护时长阈值时，中央控制单元切除发送至牵引控制单元输出的牵引指令，牵引控制单元响应中央控制单元的需求。
但是，若在牵引控制单元判断列车堵转的第一堵转保护时长阈值时间内，中央控制单元未发送牵引切除指令，牵引控制单元不主动切除电机输出扭矩，仅对功率开关器件和电机绕组进行过温保护，并对电机堵转时长进行判断，在堵转时长达到第三堵转保护时长阈值时，牵引控制单元不再响应中央控制单元的控车指令，主动关波卸载，切除电机输出扭矩，并反馈电机堵转报警信息至中央控制单元。其中，第三堵转保护时长阈值根据电机能力确定，该值的设定应低于电机最大允许堵转时长，第一堵转保护时长阈值的设定值应小于第三堵转保护时长阈值，即牵引控制单元需优先响应中央控制单元发送的指令，在中央控制单元未识别电机堵转时，牵引控制单元再进行堵转保护，在本发明实施例中，第三堵转保护时长阈值可以取20s，第一堵转保护时长阈值可取15s。
在一些实施例中，如图11所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法。轨道列车电机堵转检测及保护的方法还包括步骤S111-步骤S115，如下。
步骤S111，当当前车速值小于起步车速阈值时，中央控制单元将牵引指令、级位信号和车重信息发送给每个牵引控制单元，并开始进行计时，且将计时值记为牵引计时时长。
步骤S112，每个牵引控制单元根据所述牵引指令、级位信号和车重信息获得对应电机的目标扭矩，并控制对应电机输出目标扭矩，每个牵引控制单元获取对应电机的实时扭矩并反馈给中央控制单元。
步骤S113，中央控制单元根据道路坡度、车重信息和轨道列车基本阻力获得最小起步扭矩值。
步骤S114，若满足一个电机的输出扭矩小于或等于最小起步扭矩值且所述牵引计时时长大于第四堵转保护时长阈值，则中央控制单元发送牵引切除指令给对应电机的牵引控制单元。
步骤S115，牵引控制单元响应于牵引切除指令，控制对应的电机输出零扭矩。
具体地，当前车速值V0小于起步车速阈值时，轨道列车处于起动阶段，对轨道列车进行堵转检测及保护，即中央控制单元根据接收到牵引指令和级位信号对轨道列车的堵转状态进行判断。例如，当轨道列车处于停车或高压上电状态时，中央控制单元发送牵引指令、级位信号以及车重信息等参数发送给每个牵引控制单元，并进行牵引计时，牵引控制单元根据各个参数计算获得对应电机的目标扭矩，并控制对应电机输出目标扭矩TD，每个牵引控制单元实时反馈至对应电机的输出扭矩值T1输出至中央控制单元，对应电机的输出扭矩可能由于其他限制导致该输出扭矩值小于目标扭矩，例如，在高压或欠压情况下。通过比较当前车速值V0与起步速度阈值之间的大小关系，确定轨道列车的运行状态，便于实现对电机更好的保护。
其中，目标扭矩的计算公式如下：
Figure BDA0002738185990000131
其中，m为列车总质量，单位t；δ为旋转部件的转动质量系数；Kd为等效加速度，单位m/s2；X为整车级位，范围0-100％；ω0为单位基本阻力，单位N/kN；R为轮胎滚动半径，单位m；n为驱动电机总数量；η为传动效率；i为传动比。
在轨道列车起步时，中央控制单元根据轨道列车道路坡度、车重信息和轨道列车基本阻力，计算轨道列车起步所需的最小起步扭矩值Tm，中央控制单元比较牵引控制单元反馈的对应电机的输出扭矩值T1和最小起步扭矩值Tm的大小，并进入堵转判断流程。中央控制单元确定至少一个电机的输出扭矩小于或等于最小起步扭矩值，即0＜T1≤Tm时，且牵引计时时长超过第四堵转保护时长阈值，即牵引时长从中央控制单元给牵引控制单元发送牵引指令开始，时长超过第四堵转保护时长阈值，中央控制单元判断轨道列车起步出现堵转，立即发送牵引切除指令给对应的电机牵引控制单元，控制对应的电机输出零扭矩。通过比较轨道列车电机输出扭矩与最小起步扭矩之间的大小关系，以及对牵引计时时长进行确定，实现对对应电机输出扭矩的限制，保证电机运行安全。
轨道列车实际运行过程中，由于存在某些因素或故障，可能会出现对应电机的输出扭矩值T1≤最小起步扭矩值Tm的情况，在该情况下，可能会导致轨道列车无法起步，举例说明，司控系统输出的牵引级位过小导致牵引控制单元输出扭矩不足以克服列车阻力和坡道阻力，牵引系统故障例如欠压、过温等，导致电机的扭矩输出能力受限。
轨道列车起步所需的最小起步扭矩值Tm的计算方法如下：
Figure BDA0002738185990000141
其中，1000*mgsinθ表示重力的坡度分力，上坡取正，下坡取负；λ表示修正系数，取≥1的常数；m为列车总质量，单位t；ω0单位基本阻力，与列车特性及车速有关，单位N/kN；θ为坡道的倾角；R为轮胎滚动半径，单位m；n为驱动电机总数量；η为传动效率；i为传动比。
在一些实施例中，如图12所示，为本发明一个实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法。在中央控制单元发送牵引切除指令给对应电机的牵引控制单元之后，该方法还包括步骤S116，如下。
步骤S116，中央控制单元发出报警信息报警。
例如，中央控制单元发出扭矩不足的报警信息，可以通过显示屏幕进行报警信息提示，或者，通过蜂鸣器进行提示，或者，同时进行声光提醒，可以起到及时提醒的目的。
下面参考图13描述本发明实施例的轨道列车起步时电机堵转检测以及保护的流程图。如图13所示，为本发明实施例的列车起步时电机堵转检测以及保护的流程图包括步骤S60-步骤S67。
步骤S60，当当前车速值小于起步车速阈值时，中央控制单元将牵引指令、级位信号和车重信息发送给每个牵引控制单元，牵引控制单元计算获得对应电机的目标扭矩TD，并控制对应电机输出目标扭矩TD。
步骤S61,中央控制单元根据坡度、车重、列车基本阻力等信息计算最小起步扭矩Tm。
步骤S62，牵引控制单元获取对应电机的实时扭矩并反馈给中央控制单元。
步骤S63，中央控制单元判断电机输出扭矩是否小于或等于最小起步扭矩Tm，若是，执行步骤S64；若否，执行步骤S65。
步骤S64，中央控制单元开始计时，并将计时值记为牵引持续时长,判断牵引持续时长是否超过第四堵转保护时长，若是，执行步骤S66；若否，执行步骤S63。
步骤S65，中央控制单元判断电机输出扭矩达到列车起步需求，制动系统发送保持制动释放指令，轨道列车正常起步，开始牵引加速。
步骤S66，中央控制单元发送牵引切除指令给对应电机的牵引控制单元。
步骤S67，中央控制单元进行报警，并将报警信息显示在车载显示屏，牵引控制单元控制电机输出零扭矩。
总而言之，根据本发明实施例的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，由于中央控制单元的优先级较高，牵引控制单元优先响应中央控制单元控车指令对电机进行堵转保护，即基于中央控制单元监测列车车速，并计算电机对应的等效车速,通过比较电机对应的等效车速与当前堵转速度阈值,确定电机堵转的情况,实现对电机堵转的检测，从而避免电机发生堵转时,在短时间内产生大量热，实现对电机的保护，以及，通过将获取对应电机的绕组温度、功率开关器件温度以及电机堵转时长，并与对应的保护温度阈值以及保护时长阈值进行比较，在其中任何一个条件超过设定阈值时对电机采取相应的保护措施，将多个温度参数以及电机堵转时长都作为电机堵转保护的条件，且各个保护条件可以独立判断，任何一个条件触发，均对对应电机进行堵转保护控制，相比传统堵转保护策略，该方法提高了电机故障保护能力，且电机堵转保护判断条件更加全面，可以有效降低堵转误判的概率，实现更好的电机保护。
以及，如图1所示，根据本发明实施例的轨道列车1，中央控制单元4与每个牵引控制单元32进行通信，实现上面实施例提到的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，实现对电机33堵转的检测，便于及时对电机进行堵转保护，从而避免电机33发生堵转时在短时间内产生大量热量,减小损坏牵引设备的可能,提高了电机33的使用寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，所述轨道列车包括中央控制单元、多个电机和多个牵引控制单元，且多个电机与多个牵引控制单元一一对应，所述方法包括：
所述中央控制单元获取所述轨道列车的当前车速值和多个所述电机的当前转速；
当所述当前车速值大于或等于起步车速阈值时，根据所述当前车速值，所述中央控制单元计算当前堵转速度阈值；
根据每个电机的当前转速，所述中央控制单元计算所述电机对应的等效车速值；
当满足一个所述电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值时，则所述中央控制单元确定对应的所述电机为第一堵转电机，且所述中央控制单元开始计时，并将计时值记为第一堵转持续时长；
当所述第一堵转持续时长大于第一堵转保护时长阈值时，若所述第一堵转电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值，则所述中央控制单元发送牵引切除指令给所述第一堵转电机所对应的牵引控制单元；
所述牵引控制单元响应于所述牵引切除指令，控制对应的所述第一堵转电机输出零扭矩。
2.根据权利要求1所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，在所述中央控制单元发送牵引切除指令给所述第一堵转电机所对应的牵引控制单元之后，所述方法还包括：
当满足所述第一堵转电机之外的至少一个所述电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值时，则所述中央控制单元确定对应的所述电机为第二堵转电机，所述中央控制单元开始计时，并将计时值记为第二堵转持续时长；
当所述第二堵转持续时长大于第二堵转保护时长阈值时，若所述第二堵转电机的等效车速值小于所述当前堵转速度阈值，所述中央控制单元发送牵引切除指令给每个牵引控制单元；
每个牵引控制单元响应于所述牵引切除指令控制对应的所述电机输出零扭矩。
3.根据权利要求1所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，每个牵引控制单元均包括功率开关器件，所述方法还包括：
所述牵引控制单元确定对应的所述电机发生堵转；
所述牵引控制单元获取对应的电机绕组温度、功率开关器件温度，并进行堵转计时以获得对应的所述电机的第三堵转持续时长；
所述牵引控制单元未接收到所述牵引切除指令时，若满足所述电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、所述第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则所述牵引控制单元控制对应的所述电机减小输出扭矩。
4.根据权利要求3所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，所述牵引控制单元确定对应的所述电机发生堵转，包括：
所述牵引控制单元获取对应的电机的实时扭矩和电机转速；
若所述实时扭矩大于堵转扭矩阈值且所述电机转速小于堵转转速阈值，则所述牵引控制单元确定对应的所述电机发生堵转。
5.根据权利要求4所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，在所述牵引控制单元确定对应电机发生堵转之后，所述方法还包括：所述牵引控制单元发出报警信号。
6.根据权利要求3所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，若满足所述电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、所述第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则所述牵引控制单元控制对应的所述电机减小输出扭矩，包括：
若满足所述电机绕组温度大于第二绕组温度保护阈值、所述功率开关器件温度大于第二功率开关温度保护阈值、所述第三堵转持续时长大于所述第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则所述牵引控制单元控制对应的所述电机输出零扭矩，其中，所述第二绕组保护温度阈值大于所述第一绕组保护温度阈值，所述第二功率开关保护温度阈值大于所述第一功率开关保护温度阈值。
7.根据权利要求6所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，若满足所述电机绕组温度大于第一绕组保护温度阈值、功率开关器件温度大于第一功率开关保护温度阈值、所述第三堵转持续时长大于第三堵转保护时长阈值中的至少一项，则所述牵引控制单元控制对应的所述电机减小输出扭矩，还包括：
若满足所述电机绕组温度大于所述第一绕组温度保护阈值且小于所述第二绕组温度保护阈值，则所述牵引控制单元根据所述电机绕组温度控制对应的所述电机的输出扭矩；
或者，若满足所述功率开关器件温度大于所述第一功率开关温度保护阈值且小于所述第二功率温度保护阈值，则所述牵引控制单元根据所述功率开关器件温度控制对应的所述电机的输出扭矩。
8.根据权利要求1所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述当前车速值小于所述起步车速阈值时，所述中央控制单元将牵引指令、级位信号和车重信息发送给每个牵引控制单元，并开始进行计时，且将计时值记为牵引计时时长；
每个牵引控制单元根据所述牵引指令、级位信号和车重信息获得对应电机的目标扭矩，并控制对应电机输出目标扭矩，每个牵引控制单元获取对应电机的实时扭矩并反馈给所述中央控制单元；
所述中央控制单元根据道路坡度、车重信息和轨道列车基本阻力获得最小起步扭矩值；
若满足一个所述电机的输出扭矩小于或等于所述最小起步扭矩值且所述牵引计时时长大于第四堵转保护时长阈值，则所述中央控制单元发送牵引切除指令给对应电机的牵引控制单元；所述牵引控制单元响应于所述牵引切除指令，控制对应的电机输出零扭矩。
9.根据权利要求1-8任一项所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法，其特征在于，在所述中央控制单元发送牵引切除指令给对应电机的牵引控制单元之后，所述方法还包括：所述中央控制单元发出报警信号。
10.一种轨道列车，其特征在于，所述轨道列车包括：
多个电机和多个牵引控制单元，且多个电机与多个牵引控制单元一一对应；
中央控制单元，所述中央控制单元与每个牵引控制单元进行通信，以执行权利要求1-9任一项所述的轨道列车电机堵转检测及保护的方法。
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