JP2012191715A - Control system of diesel car driving apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric diesel car driving apparatus that can reduce the exhaust gas and the fuel consumption by controlling the inverter device so that target engine operating point is set, the actual engine operating point may follow the target engine operating point.SOLUTION: An engine control device compares information of a power consumption total value "ΣP" 26 including the power consumption of the inverter device with the engine operating point "P(n)" 28, and if the engine operating point (corresponding to the power consumption total value "ΣP" 26) does not fall within the range of P(n)±δ, regulates the engine speed command value from an engine speed command part, generates the engine speed command regulated value "n**" 24 to make the engine operating point within the desired range of the operating point (within the range of P(n)±δp) and transmits it to the engine. The time response of the engine output is input to the inverter control device, and the torque of the main motor driven by the ac power of the inverter device is controlled.

Description

本発明は、エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、発電機の出力する交流電力を直流電力へ変換するコンバータと、直流電力を変換して交流電力を生成するインバータ装置と、生成された交流電力で駆動されて車両を推進させる主電動機とを備え、エンジン動作点に応じてエンジンとインバータとを制御する電気式ディーゼル動車駆動装置の制御システムに関する。   The present invention includes an engine, a generator driven by the engine, a converter that converts AC power output from the generator into DC power, and an inverter device that converts the DC power to generate AC power. The present invention relates to a control system for an electric diesel vehicle drive device that includes a main motor that is driven by AC power and propels a vehicle, and that controls an engine and an inverter according to an engine operating point.

全世界的な環境負荷低減に向けての動きから、エンジン、特に石油や天然ガスに由来する燃料を燃焼させて使用するエンジンに対する低燃費要求、排出ガスに関する規制は厳しくなる方向である。これに対して、近年の技術革新に伴い、エンジンの燃焼最適化や排出ガス後処理技術の開発、電子制御の採用などによって、エンジン単体としての性能は大幅に向上してきている。   Due to the global trend toward reducing environmental impact, there is a trend toward stricter fuel efficiency requirements and exhaust gas regulations for engines, especially engines that use fuels derived from oil and natural gas. On the other hand, along with recent technological innovation, the performance of the engine alone has been greatly improved by optimizing engine combustion, developing exhaust gas aftertreatment technology, and adopting electronic control.

一方、エンジンの高性能化に伴い、エンジンが吹き上がる際の応答性能や、定常状態での動作点などに制約がある場合もでてきており、エンジン制御としても過渡状態、定常状態を問わず、今まで以上に極め細やかな動作点管理が必要となってきている。   On the other hand, as the performance of the engine increases, the response performance when the engine blows up and the operating point in the steady state are also limited. Regardless of whether the engine control is in the transient state or the steady state More detailed operating point management is required than ever before.

電気式ディーゼル動車駆動装置にあっては、駆動力を与えるエンジン出力と、インバータ装置及び補助電源装置等のエンジンによって駆動される発電機が電力を供給する先の装置が担う全ての負荷とをバランスさせることが求められる。このような出力と負荷とのバランスを達成・維持するには、エンジンの回転数制御とインバータ装置及び補助電源装置の出力制御との間で緊密な協調制御を図り、エンジンの極め細やかな動作点管理を行う必要がある。   In an electric diesel vehicle drive device, the balance between the engine output that gives the driving force and all the loads of the device to which the generator driven by the engine such as the inverter device and auxiliary power supply supplies power It is required to make it. In order to achieve and maintain such a balance between output and load, close cooperative control between the engine speed control and the output control of the inverter and auxiliary power supply is performed, and the engine's extremely detailed operating point is achieved. Management is required.

また、負荷の急激な増加による過負荷とエンジンストールを回避するために、素早い負荷制限や負荷遮断などの制御も必要となる。更に、電気式ディーゼル動車については、エンジンの応答性能が列車の加速性能や運転時分に影響することから、前記のエンジン動作点を守りつつ、エンジンの応答性能を十分に活用しながら、エンジン出力とインバータ装置の負荷及び補助電源装置の負荷との協調を図る必要がある。   In addition, in order to avoid overload and engine stall due to a sudden increase in load, it is necessary to perform control such as quick load limitation and load interruption. Furthermore, for electric diesel vehicles, the engine response performance affects the acceleration performance of the train and the running time. Therefore, while maintaining the engine operating point, the engine output performance is fully utilized while Must be coordinated with the load of the inverter device and the load of the auxiliary power supply device.

電気式ディーゼル機関車を対象にして、エンジンの応答性を考慮し、エンジンストールを回避するために車両負荷がエンジン出力を超えないよう主電動機トルクを制御する発明の一例として、特許文献1に開示されたものがある。特許文献1に開示された内燃機関型電気機関車用制御装置は、ノッチ信号によって決まるエンジン目標回転数N1と現在の回転数N2を用いた回転数の関数によって主電動機トルク指令値を制限する構成となっている。即ち、主幹制御器から出力されるノッチ指令に従って、エンジン回転数指令発生器がディーゼルエンジンの回転数指令値をディーゼルエンジンに出力し、これら主幹制御器やエンジン回転数指令発生器の出力及びディーゼルエンジンの実回転数信号の入力を受けた強調制御部がエンジン回転数に合致したトルク指令値を出力し、このトルク指令値とトルク制限値との入力を受けたトルク指令制限器が上限が制限されたトルク指令値をインバータ制御装置に出力することにより、インバータ装置側が負荷を取りすぎないように制御し、それによって、エンジンの吹き上がりよりも負荷の増加が速くならないようにフィードフォワード的に制御している。   Patent Document 1 discloses an example of an invention that controls the main motor torque so that the vehicle load does not exceed the engine output in order to avoid engine stall in consideration of engine responsiveness for an electric diesel locomotive. There is something that was done. The internal combustion engine type electric locomotive control device disclosed in Patent Document 1 is configured to limit the main motor torque command value by a function of the rotational speed using the engine target rotational speed N1 determined by the notch signal and the current rotational speed N2. It has become. That is, according to the notch command output from the master controller, the engine speed command generator outputs the diesel engine speed command value to the diesel engine, the outputs of the master controller and engine speed command generator, and the diesel engine. The emphasis control unit that receives the actual rotational speed signal outputs a torque command value that matches the engine rotational speed, and the torque command limiter that receives the input of the torque command value and the torque limit value limits the upper limit. By outputting the torque command value to the inverter control device, control is performed so that the inverter device does not take too much load, thereby controlling the feed forward so that the load does not increase faster than the engine blows up. ing.

特開2000−115907号公報JP 2000-115907 A

特許文献1に開示の内燃機関型電気機関車用制御装置における制御方式では、エンジンが目標回転数に到達するまでの過渡状態において、インバータ負荷がエンジン出力を超えないように制御することはできるが、目標回転数に到達するまでの動作点については指定することが難しい。特に、ノッチを徐々に進段させるのではなく、最初から主幹制御器において最大ノッチに入れるなどの場合、エンジンの実際の動作点は、理想の動作点から大きく外れる懸念がある。また、特許文献1に開示されている構成では、ノッチ信号に応じてエンジン回転数が一対一に対応しており、ノッチ信号が同じ値を取る定常状態の場合でも、補助電源負荷に変動などが生じると、エンジンの動作点が変動し、理想的な動作点から外れて駆動される可能性がある。   In the control method in the control device for an internal combustion engine type electric locomotive disclosed in Patent Document 1, it is possible to control the inverter load so as not to exceed the engine output in a transient state until the engine reaches the target rotational speed. It is difficult to specify the operating point until the target rotational speed is reached. In particular, when the notch is not gradually advanced but is put into the maximum notch in the master controller from the beginning, there is a concern that the actual operating point of the engine is greatly deviated from the ideal operating point. Further, in the configuration disclosed in Patent Document 1, the engine speed corresponds one-to-one according to the notch signal, and even in a steady state where the notch signal takes the same value, the auxiliary power supply load varies. When this occurs, the operating point of the engine may fluctuate and drive away from the ideal operating point.

そこで、電気式ディーゼル動車駆動装置にあっては、エンジンの動作状態が排出ガスや燃料消費量の低減等の観点から所望の動作点上での動作となるように、エンジンとインバータ装置とについて極め細やかな協調した動作点管理を行う点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、エンジンの定常状態及び過渡状態での動作点管理に重点を置き、例えば排出ガスや燃料消費量の低減などの観点から所望の動作点上でのエンジンの動作制御を可能にするディーゼル動車駆動装置の制御システムを提供することである。
Therefore, in an electric diesel vehicle drive device, the engine and the inverter device are determined so that the operation state of the engine operates at a desired operating point from the viewpoint of reducing exhaust gas and fuel consumption. There is a problem to be solved in terms of detailed coordinated operation point management.
The object of the present invention is to focus on operating point management in the steady state and transient state of the engine, and enables operation control of the engine at a desired operating point from the viewpoint of reducing exhaust gas and fuel consumption, for example. The present invention is to provide a control system for a diesel vehicle drive device.

本発明によるディーゼル動車駆動装置の制御システムは、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の出力する交流電力を直流電力へ変換するコンバータと、車両を推進させる主電動機と、前記直流電力を変換して交流電力を生成して前記主電動機を駆動するインバータ装置とを備える列車制御システムであって、前記エンジンの制御目標となるエンジン動作点を予め設定し、前記エンジンの実動作点が前記設定されたエンジン動作点に追従するように前記インバータ装置を制御することを特徴としている。   A control system for a diesel vehicle drive device according to the present invention includes an engine, a generator driven by the engine, a converter that converts AC power output from the generator into DC power, a main motor that propels the vehicle, A train control system including an inverter device that converts the DC power to generate AC power to drive the main motor, and sets an engine operating point that is a control target of the engine in advance, The inverter device is controlled such that an operating point follows the set engine operating point.

前記課題を解決するため本発明の望ましい態様の一つは、所望のエンジン動作点を予め設定し、エンジン回転数が上昇する際には、前記エンジン動作点からエンジン出力時間変化量dP/dtを計算し、インバータ装置において、前記エンジン出力時間変化量dP/dtに基づいて主電動機トルク指令値を制御することで、応答性能を犠牲にすることなく、所望のエンジン動作点に沿って出力が立上ることを可能にすることを特徴とする列車制御システムである。また、定常状態においては、列車全体のインバータ装置負荷、補助電源装置負荷を監視することで、負荷変動などによって所望のエンジン動作点とずれが生じても、予め設定したエンジン動作点上で駆動されるよう、エンジン回転数指令を調整する機能を有することを特徴とする列車制御システムである。   In order to solve the above problem, one of the desirable aspects of the present invention is that a desired engine operating point is set in advance, and when the engine speed increases, the engine output time variation dP / dt is calculated from the engine operating point. By calculating and controlling the main motor torque command value based on the engine output time variation dP / dt in the inverter device, the output rises along the desired engine operating point without sacrificing the response performance. It is a train control system characterized by enabling climbing. In the steady state, the inverter system load and auxiliary power supply load of the entire train are monitored, so that even if a deviation from the desired engine operating point occurs due to load fluctuations, it is driven on the preset engine operating point. Thus, the train control system has a function of adjusting the engine speed command.

本発明により、ノッチ進段による過渡的なエンジン出力上昇時や、定常状態での負荷変動などによるエンジン出力変動などの際にも、エンジン応答性能を犠牲にせず、所望のエンジン動作点上でエンジンを制御することができ、エンジン排気悪化の防止や最適燃費点での運転が可能となる。また、所望のエンジン動作点の他にエンジン動作点上限値およびエンジン出力リミッタを設定することで、急激な負荷上昇が発生してエンジンの動作点が前記の動作点を超過した場合に、インバータ装置負荷もしくは補助電源装置負荷を速やかに制限もしくは遮断することでエンジンストールを回避することが可能である。   According to the present invention, the engine can be operated at a desired engine operating point without sacrificing the engine response performance even when the engine output increases transiently due to notch advancement or when the engine output changes due to load fluctuations in a steady state. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the engine exhaust and to operate at the optimum fuel consumption point. Further, by setting the engine operating point upper limit value and the engine output limiter in addition to the desired engine operating point, an inverter device can be used when a sudden load increase occurs and the engine operating point exceeds the operating point. It is possible to avoid engine stall by quickly limiting or cutting off the load or the auxiliary power supply load.

本発明によるディーゼル動車駆動装置の制御システムにおける一実施形態の機器構成、制御構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of one Embodiment in the control system of the diesel vehicle drive apparatus by this invention, and a control structure. エンジン動作点管理部におけるエンジン動作点を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the engine operating point in an engine operating point management part. エンジン動作点調整部における動作点調整方法を示す図である。It is a figure which shows the operating point adjustment method in an engine operating point adjustment part. エンジン動作点調整部でのエンジン回転数調整値の処理を示す図である。It is a figure which shows the process of the engine speed adjustment value in an engine operating point adjustment part. エンジン動作点調整部での過負荷時の処理を示す図である。It is a figure which shows the process at the time of an overload in an engine operating point adjustment part. エンジン応答特性管理部での処理を示す図である。It is a figure which shows the process in an engine response characteristic management part. インバータ制御装置における一実施形態の制御構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of one Embodiment in an inverter control apparatus.

以下、図面を参照しつつ、本発明によるディーゼル動車駆動装置の制御システムの実施形態について説明をする。   Hereinafter, an embodiment of a control system for a diesel vehicle drive device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明における第一のシステム実施形態を示す図である。
車両1に搭載されたエンジン2の出力軸は発電機3の入力軸に接続され、発電機3によって発電された交流電力はコンバータ装置4によって一定電圧の直流電力に変換される。その直流電力は、一台又は複数台のインバータ装置(ここではインバータ装置5で代表する)、及び一台又は複数台の補助電源装置(ここでは補助電源装置7で代表する)に供給される。インバータ装置5は、一台又は複数台の主電動機6A,…6Nを駆動し、車両を推進する電気式ディーゼル動車の主回路構成となっている。この主回路を駆動する制御装置は、エンジン制御部9、コンバータ制御装置10、補助電源制御装置11及びインバータ制御装置12から構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a first system embodiment in the present invention.
The output shaft of the engine 2 mounted on the vehicle 1 is connected to the input shaft of the generator 3, and the AC power generated by the generator 3 is converted into DC power having a constant voltage by the converter device 4. The DC power is supplied to one or a plurality of inverter devices (represented by the inverter device 5 here) and one or a plurality of auxiliary power devices (represented by the auxiliary power device 7 here). The inverter device 5 has a main circuit configuration of an electric diesel vehicle that drives one or a plurality of main motors 6A,. The control device that drives the main circuit is composed of an engine control unit 9, a converter control device 10, an auxiliary power supply control device 11, and an inverter control device 12.

図1は、単一の車両1に全ての装置が搭載された電気式ディーゼル機関車と同様の構成で記述しているが、各装置を複数の車両に分散搭載する構成も可能である。この場合、車両間を跨ぐ複数機器の信号伝送については、配線の引通しによる伝送も可能であるが、車両制御装置を媒介した構成も可能である。   Although FIG. 1 is described with the same configuration as that of an electric diesel locomotive in which all devices are mounted on a single vehicle 1, a configuration in which each device is distributedly mounted on a plurality of vehicles is also possible. In this case, signal transmission of a plurality of devices straddling between vehicles can be performed by wiring, but a configuration using a vehicle control device is also possible.

次に各制御装置の動作について説明する。
エンジン制御部9では、まず、エンジン回転数指令生成部18が,運転台8からのノッチ信号「N」22を受けて、ノッチ信号「N」22に対応したエンジン回転数指令値「n*」23を生成する。次に、エンジン動作点調整部19では、詳細については後述するが、当該エンジン回転数指令値「n*」23、データベース機能としてエンジンの特性を記憶しているエンジン動作点管理部20からの必要エンジン回転数「np」27、エンジン動作点「P(n)」28、消費電力計算部38からの消費電力合計値「ΣP」26の情報を用いて、エンジンが所望の動作点上で駆動されるように、エンジン回転数調整値「n**」24をエンジン2へ出力する。エンジン2は、当該エンジン回転数調整値「n**」24を目標値として定回転数制御を行う。逆に、エンジン2からは、実エンジン回転数「n」25がエンジン制御部9に入力される。
Next, the operation of each control device will be described.
In the engine control unit 9, first, the engine speed command generation unit 18 receives the notch signal “N” 22 from the cab 8 and receives the engine speed command value “n *” corresponding to the notch signal “N” 22. 23 is generated. Next, the engine operating point adjustment unit 19, which will be described in detail later, is necessary from the engine operating point management unit 20 that stores the engine speed command value “n *” 23 and engine characteristics as a database function. Using the information of the engine speed “np” 27, the engine operating point “P (n)” 28, and the power consumption total value “ΣP” 26 from the power consumption calculating unit 38, the engine is driven at a desired operating point. Thus, the engine speed adjustment value “n **” 24 is output to the engine 2. The engine 2 performs constant rotation speed control using the engine rotation speed adjustment value “n **” 24 as a target value. Conversely, the actual engine speed “n” 25 is input from the engine 2 to the engine control unit 9.

ノッチ信号「N」22の上昇などによりエンジン回転数が上昇する場合に、エンジン動作点管理部20では、実エンジン回転数「n」25でのエンジン出力回転数変化率「dP(n)/dn」31、即ち、記憶しているエンジンの特性からエンジン出力P(n)の当該「n」25について微分して実エンジン回転数「n」25における変化率を計算してエンジン応答特性管理部21へ出力する。エンジン応答特性管理部21では、実エンジン回転数「n」25及びエンジン出力回転数変化率「dP(n)/dn」31の入力を受けて、当該実エンジン回転数「n」25でのエンジン時間応答特性を用いて、エンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32を計算し、当該エンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32をインバータ制御装置12へ伝達する。   When the engine speed increases due to an increase in the notch signal “N” 22 or the like, the engine operating point management unit 20 causes the engine output speed change rate “dP (n) / dn at the actual engine speed“ n ”25. 31, that is, the engine output P (n) is differentiated with respect to the “n” 25 from the stored engine characteristics, and the rate of change in the actual engine speed “n” 25 is calculated to calculate the engine response characteristic management unit 21. Output to. The engine response characteristic management unit 21 receives the input of the actual engine speed “n” 25 and the engine output speed change rate “dP (n) / dn” 31 and receives the engine at the actual engine speed “n” 25. The engine output time change rate “dP (n) / dt” 32 is calculated using the time response characteristic, and the engine output time change rate “dP (n) / dt” 32 is transmitted to the inverter control device 12.

エンジン動作点調整部19は、エンジン動作点管理部20からの、エンジン動作点上限値「Po(n)」29及びエンジン出力リミッタ値「Pm(n)」30と、消費電力計算部38からの消費電力合計値「ΣP」26の情報を用いて、エンジンの動作点が過負荷の上限を超えた場合に、インバータ制御装置12に対して、所望の動作点に戻すのに適切な負荷制限指令「ΔP」33を与える機能も有している。エンジン動作点調整部19は、また、エンジンの動作点がエンジン出力リミッタ値「Pm(n)」30に達した場合に、編成内の一部又は全てのインバータ装置、若しくは補助電源装置の特定負荷に対して、負荷遮断指令「K」34を伝達する機能も有している。   The engine operating point adjustment unit 19 receives the engine operating point upper limit value “Po (n)” 29 and the engine output limiter value “Pm (n)” 30 from the engine operating point management unit 20 and the power consumption calculation unit 38. Using the information of the power consumption total value “ΣP” 26, when the operating point of the engine exceeds the upper limit of the overload, the load control command suitable for returning to the desired operating point is given to the inverter control device 12. It also has a function of providing “ΔP” 33. The engine operating point adjustment unit 19 also specifies a specific load of a part or all of the inverter devices in the train or the auxiliary power supply device when the engine operating point reaches the engine output limiter value “Pm (n)” 30. In contrast, it also has a function of transmitting the load shedding command “K” 34.

次にコンバータ制御装置の動作について説明する。
コンバータ制御装置10は、運転台8からのノッチ信号「N」22、エンジン2からの実エンジン回転数「n」25、発電機電流検出器13からの発電機電流検出値「I」35及び直流電圧検出器14からの直流電圧検出値「Ecf」37に基づいて、コンバータ装置4の直流出力電圧を負荷状態によらず一定に制御するように、コンバータ装置駆動信号「PWMc」36によってコンバータ装置4を駆動する。
Next, the operation of the converter control device will be described.
Converter control device 10 has notch signal “N” 22 from cab 8, actual engine speed “n” 25 from engine 2, generator current detection value “I G ” 35 from generator current detector 13, and Based on the DC voltage detection value “Ecf” 37 from the DC voltage detector 14, the converter device is driven by the converter device drive signal “PWMc” 36 so that the DC output voltage of the converter device 4 is controlled regardless of the load state. 4 is driven.

図1は自励式の交流発電機3とコンバータ装置4の構成として記載しているが、励磁回路を有する巻線型同期発電機とダイオード整流器の場合でも対応可能である。この場合、直流電圧検出器14からの直流電圧検出値「Ecf」37に基づき、巻線型同期発電機の励磁電流を調整することで、コンバータ制御装置10と同等の直流電圧一定制御が同様に実現可能である。   Although FIG. 1 shows the configuration of the self-excited AC generator 3 and the converter device 4, the present invention can also be applied to a case of a winding synchronous generator having an excitation circuit and a diode rectifier. In this case, the DC voltage constant control equivalent to the converter control device 10 is similarly realized by adjusting the exciting current of the winding synchronous generator based on the DC voltage detection value “Ecf” 37 from the DC voltage detector 14. Is possible.

次に補助電源制御装置の動作について説明する。
補助電源制御装置11は、補助電源装置7に対して補助電源装置駆動信号「PWMa」42を出力し、補助電源装置7は、当該補助電源装置駆動信号「PWMa」42を受けて、その出力が一定電圧、一定周波数の交流電圧となるように駆動される。また、補助電源入力電流検出器17からの補助電源入力電流検出値「IAPS」41と、直流電圧検出器14からの直流電圧検出値「Ecf」37に基づいて、補助電源装置消費電力「PAPS」39を演算し、消費電力計算部38へ伝達する。また、エンジン2の動作点が出力リミッタ値「Pm(n)」30に達した場合に、エンジン制御部9から負荷遮断指令「K」34が補助電源制御装置11に伝達される。補助電源制御装置11では、当該指令Kを受けて、遮断が可能な特定負荷があれば、当該の負荷に対して遮断指令を出力し、エンジンの負荷軽減を実現する。
Next, the operation of the auxiliary power supply control device will be described.
The auxiliary power supply control device 11 outputs an auxiliary power supply device drive signal “PWMa” 42 to the auxiliary power supply device 7, and the auxiliary power supply device 7 receives the auxiliary power supply device drive signal “PWMa” 42, and its output is It is driven so as to be an AC voltage having a constant voltage and a constant frequency. Further, based on the auxiliary power input current detection value “I APS ” 41 from the auxiliary power input current detector 17 and the DC voltage detection value “Ecf” 37 from the DC voltage detector 14, the power consumption of the auxiliary power device “P APS “39” is calculated and transmitted to the power consumption calculator 38. Further, when the operating point of the engine 2 reaches the output limiter value “Pm (n)” 30, the load cutoff command “K” 34 is transmitted from the engine control unit 9 to the auxiliary power supply control device 11. If there is a specific load that can be cut off in response to the command K, the auxiliary power supply control device 11 outputs a cut-off command to the load to realize engine load reduction.

次にインバータ制御装置12の動作について説明する。
インバータ制御装置12においては、主電動機トルク指令生成部44は、運転台8からのノッチ信号「N」22と、主電動機6A,…6Nから得られる主電動機回転数検出値「fr」53から計算される車両速度から、対応する主電動機トルク指令値「T*」54を生成する。主電動機トルク指令生成部44から主電動機トルク指令値「T*」54を受ける主電動機トルク指令調整部45は、詳細については後述するが、エンジン出力が上昇する際には、主電動機トルク変化率計算部48からの主電動機トルク時間変化率「dT/dt」57によって、主電動機トルク指令値「T*」54を制御することで、主電動機トルク指令調整値「T**」55を生成し、エンジン動作点が過負荷状態となった際には、主電動機トルク絞り量計算部43からの主電動機トルク絞り量「ΔT」58によって、主電動機トルク指令値「T*」54を制御することで、主電動機トルク指令調整値「T**」55を生成する。
Next, the operation of the inverter control device 12 will be described.
In the inverter control device 12, the main motor torque command generation unit 44 calculates from the notch signal “N” 22 from the cab 8 and the main motor rotation speed detection value “fr” 53 obtained from the main motors 6 A,. A corresponding main motor torque command value “T *” 54 is generated from the vehicle speed. The main motor torque command adjustment unit 45 that receives the main motor torque command value “T *” 54 from the main motor torque command generation unit 44 will be described in detail later. When the engine output increases, the main motor torque change rate is increased. The main motor torque command adjustment value “T **” 55 is generated by controlling the main motor torque command value “T *” 54 based on the main motor torque time change rate “dT / dt” 57 from the calculation unit 48. When the engine operating point is overloaded, the main motor torque command value “T *” 54 is controlled by the main motor torque throttle amount “ΔT” 58 from the main motor torque throttle amount calculation unit 43. Thus, the main motor torque command adjustment value “T **” 55 is generated.

インバータベクトル制御演算部46は、前記した主電動機トルク指令調整値「T**」55に基づいてインバータ装置駆動信号「PWMi」51を生成し、当該駆動信号「PWMi」51によりインバータ装置5を駆動する。主電動機トルク計算部47では、主電動機電流検出器16から得られる主電動機電流検出値「I」52と、主電動機6A,…6Nから得られる主電動機回転数検出値「fr」53から主電動機トルク「T」56を計算し、主電動機トルク変化率計算部48ではエンジン制御部9から伝達されるエンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32と、主電動機トルク計算部47からの主電動機トルク「T」56から、主電動機トルク時間変化率「dT/dt」57を生成する。 The inverter vector control calculation unit 46 generates an inverter device drive signal “PWMi” 51 based on the main motor torque command adjustment value “T **” 55 described above, and drives the inverter device 5 based on the drive signal “PWMi” 51. To do. In the main motor torque calculation unit 47, the main motor current detection value “I M ” 52 obtained from the main motor current detector 16 and the main motor rotation speed detection value “fr” 53 obtained from the main motors 6A,. The motor torque “T” 56 is calculated. The main motor torque change rate calculation unit 48 calculates the engine output time change rate “dP (n) / dt” 32 transmitted from the engine control unit 9 and the main motor torque calculation unit 47. The main motor torque time change rate “dT / dt” 57 is generated from the main motor torque “T” 56.

主電動機トルク絞り量計算部43では、詳細については後述するが、エンジン動作点が過負荷状態となった際に、エンジン制御部9から伝達される負荷制限指令「ΔP」33と、電動機6A,…6Nから得られる主電動機回転数検出値「fr」53から、主電動機トルク絞り量「ΔT」58を生成する。   Although the details will be described later in the main motor torque throttle amount calculation unit 43, when the engine operating point becomes an overload state, a load limit command “ΔP” 33 transmitted from the engine control unit 9 and the motors 6A, 6A, ... A main motor torque throttle amount “ΔT” 58 is generated from the main motor rotation speed detection value “fr” 53 obtained from 6N.

エンジン動作点が出力リミッタに達した場合には、エンジン制御部9から伝達される負荷遮断指令「K」34を保護動作指令として伝送し、インバータベクトル制御演算部46でインバータ装置駆動信号「PWMi」51を即時遮断することで、エンジン2の速やかな負荷低減を実現し、エンジンストールを回避することが可能である。   When the engine operating point reaches the output limiter, the load cutoff command “K” 34 transmitted from the engine control unit 9 is transmitted as a protection operation command, and the inverter vector control calculation unit 46 transmits the inverter device drive signal “PWMi”. By immediately shutting off 51, it is possible to realize a rapid load reduction of the engine 2 and to avoid engine stall.

インバータ制御装置12の消費電力計算部49では、インバータ入力電流検出器15からのインバータ入力電流検出値「IINV」50と、直流電圧検出器14からの直流電圧検出値「Ecf」37とに基づいて、インバータ装置消費電力「PINV」40を演算し、消費電力計算部38へ伝達する。 The power consumption calculation unit 49 of the inverter control device 12 is based on the inverter input current detection value “I INV ” 50 from the inverter input current detector 15 and the DC voltage detection value “Ecf” 37 from the DC voltage detector 14. Then, the inverter device power consumption “P INV ” 40 is calculated and transmitted to the power consumption calculator 38.

消費電力計算部38では、エンジンによって駆動される発電機が電力を供給する、編成内の全てのインバータ装置(インバータ装置5で代表する)、全ての補助電源装置(補助電源装置装置7で代表する)、及びエンジン補機96のエンジン補機動力「PAUX」97の消費電力を足し合わせ、消費電力合計値「ΣP」26を演算し、エンジン制御部9へ伝達する。 In the power consumption calculation unit 38, all the inverter devices in the train (represented by the inverter device 5) and all the auxiliary power devices (represented by the auxiliary power device 7) to which the generator driven by the engine supplies power. ), And the power consumption of the engine accessory power “P AUX ” 97 of the engine accessory 96 are summed, and the total power consumption value “ΣP” 26 is calculated and transmitted to the engine control unit 9.

以上のように、本発明であるディーゼル動車駆動装置の制御システムによれば、所望のエンジン動作点を設定し、エンジン制御装置9とインバータ制御装置12との間で、エンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32、負荷低減指令「ΔP」33、負荷遮断指令「K」34、消費電力合計値「ΣP」26を相互に伝達することで、所望のエンジンの動作点を予め設定し、その動作点にエンジンが追従するようにインバータ装置を制御することが可能となる。また、エンジンの動作点について上限値及び出力リミッタを設定し、エンジンの動作点を監視しているので、急激な負荷上昇が発生したことによってエンジンの動作点がその上限値及び出力リミッタを超過した場合には、インバータ装置の負荷を制限又は遮断し、補助電源装置の特定負荷を遮断することで、エンジンストールを回避し、所望の動作点へ速やかに復帰させることが可能な列車制御システムを実現できる。   As described above, according to the control system for a diesel vehicle drive device of the present invention, a desired engine operating point is set, and the engine output time change rate “dP” is set between the engine control device 9 and the inverter control device 12. (N) / dt ”32, load reduction command“ ΔP ”33, load cutoff command“ K ”34, and power consumption total value“ ΣP ”26 are mutually transmitted to preset the desired engine operating point. The inverter device can be controlled so that the engine follows the operating point. Also, because the engine operating point is monitored by monitoring the engine operating point by setting the upper limit value and the output limiter for the engine operating point, the engine operating point exceeds the upper limit value and the output limiter due to a sudden load increase. In this case, the train control system can be realized by limiting or shutting down the load on the inverter device and shutting off the specific load on the auxiliary power supply device to avoid engine stall and quickly return to the desired operating point. it can.

図2は本発明によるディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるエンジン動作点管理部20の一構成例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the engine operating point management unit 20 in the control system for the diesel vehicle driving apparatus according to the present invention.

エンジン動作点管理部20においては、エンジン2の出力範囲内で所望のエンジン動作点「P(n)」28がエンジン出力Pとエンジン回転数nとの関係で設定されている。一例として、車両駆動用エンジンの中には、エンジン出力がエンジン回転数の累乗の関係となるよう動作点を設定するよう指定されたものも存在する。また、エンジン動作点管理部20には、エンジン応答が追いつかない急激な負荷上昇が発生した際に、エンジンストールを発生させないように、エンジン動作点上限値「Po(n)」29と、エンジン出力リミッタ「Pm(n)」30とが同様に設定されている。エンジン出力リミッタ「Pm(n)」30は、エンジンストール寸前の動作点(特性線)を示しており、エンジン動作点上限値「Po(n)」29はその手前の状態の動作点を示している。エンジン動作点「P(n)」28については、例えば燃費最小となる動作点とすれば燃料消費量の低減が可能であり、排気負荷が最小となる動作点とすれば環境性能を重視したエンジン制御が実現可能であり、設定に自由度を有することが特徴である。   In the engine operating point management unit 20, a desired engine operating point “P (n)” 28 is set in a relationship between the engine output P and the engine speed n within the output range of the engine 2. As an example, some vehicle driving engines are designated to set the operating point so that the engine output is a power of the engine speed. Further, the engine operating point management unit 20 includes an engine operating point upper limit value “Po (n)” 29 and an engine output so that an engine stall does not occur when a sudden load increase that cannot catch up with the engine response occurs. The limiter “Pm (n)” 30 is set similarly. The engine output limiter “Pm (n)” 30 indicates the operating point (characteristic line) just before the engine stall, and the engine operating point upper limit value “Po (n)” 29 indicates the operating point in the previous state. Yes. With regard to the engine operating point “P (n)” 28, for example, the fuel consumption can be reduced if the operating point at which the fuel consumption is minimized, and the environmental performance is emphasized if the operating point at which the exhaust load is minimized. Control is feasible and is characterized by having a degree of freedom in setting.

エンジン動作点管理部20では、実エンジン回転数「n」25を元に、対応するエンジン動作点出力「P(n)」28、エンジン動作点上限値「Po(n)」29、エンジン出力リミッタ「Pm(n)」30を出力すると同時に、実エンジン回転数「n」25におけるエンジン動作点の出力変化率「dP(n)/dn」31を計算する機能を有している。エンジン動作点管理部20は、また、消費電力合計値「ΣP」26に基づいて、エンジン動作点「P(n)」28の逆関数から必要エンジン回転数np(=P−1(ΣP)を計算する機能も有している。ここで、エンジン出力回転数変化率「dP/dn」31と実エンジン回転数「n」25の関係を別途設定することで、エンジン動作点の逐次微分計算を無くし、計算負荷低減を図ることも可能である。これらの動作点設定はテーブルで与える構成や、近似多項式で与える構成などが考えられるが、同等の入出力を提供するのであれば種類は問わない。 In the engine operating point management unit 20, based on the actual engine speed “n” 25, the corresponding engine operating point output “P (n)” 28, the engine operating point upper limit “Po (n)” 29, the engine output limiter At the same time as outputting “Pm (n)” 30, the engine operating point output change rate “dP (n) / dn” 31 at the actual engine speed “n” 25 is calculated. The engine operating point management unit 20 also calculates the required engine speed np (= P −1 (ΣP)) from the inverse function of the engine operating point “P (n)” 28 based on the total power consumption “ΣP” 26. It also has a function to calculate, by separately setting the relationship between the engine output speed change rate “dP / dn” 31 and the actual engine speed “n” 25, so that the successive differential calculation of the engine operating point can be performed. It is possible to reduce the calculation load, and these operating point settings may be given as a table or an approximate polynomial, but any type can be used as long as equivalent input / output is provided. .

また、エンジン動作点をエンジン出力Pとエンジン回転数nとの関係で設定するとしたが、エンジン出力と車両構成から一定の関係で導き出されるエンジン、インバータ装置、主電動機に関する諸量で表記することも可能である。   The engine operating point is set based on the relationship between the engine output P and the engine speed n. However, the engine operating point may be expressed in various quantities related to the engine, the inverter device, and the main motor derived from the engine output and the vehicle configuration. Is possible.

すなわち、本発明によると、例えば燃費最小となる動作点や、排気負荷が最小となる動作点など、目的に応じてエンジン動作点を設定でき、所望の動作点上でエンジンを制御できるディーゼル動車駆動装置の制御システムが構築可能である。   That is, according to the present invention, for example, a diesel vehicle drive that can set an engine operating point according to the purpose, such as an operating point that minimizes fuel consumption or an operating point that minimizes exhaust load, and can control the engine at a desired operating point. An apparatus control system can be constructed.

図3は本ディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるエンジン動作点調整部19での動作点調整の一例を示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing an example of operating point adjustment in the engine operating point adjustment unit 19 in the control system of the diesel vehicle driving apparatus.

エンジン動作点調整部19は、エンジン動作点管理部20に設定した、所望のエンジン動作点(目標エンジン動作点)「P(n)」28に対して、制御目標の領域がP(n)±δpとなるようエンジン動作点出力変動幅「δp」59を設定する。   The engine operating point adjustment unit 19 has a control target area P (n) ± with respect to a desired engine operating point (target engine operating point) “P (n)” 28 set in the engine operating point management unit 20. The engine operating point output fluctuation range “δp” 59 is set to be δp.

エンジン動作点調整部19では、消費電力計算部38からの消費電力合計値「ΣP」26と、エンジン動作点管理部20からのエンジン動作点「P(n)」28の動作点情報を比較し、エンジン動作点(消費電力合計値「ΣP」26に対応)がP(n)±δの範囲に収まっていない場合(消費電力合計値「ΣP」26と、変動幅「δp」59を考慮したエンジン動作点「P(n)」28との間に見合わない差異がある)には、エンジン回転数指令部18からのエンジン回転数指令値「n*」23を調整して、エンジン動作点が所望の動作点範囲内、即ち、P(n)±δpの範囲内となるようなエンジン回転数指令調整値「n**」24を生成し、エンジン2へ伝達する。なお、エンジン動作点回転数変動幅δn74は、エンジン動作点「P(n)」28に対して、エンジン回転数指令調整値「n**」24と実エンジン回転数「n」25との比較において、両者の間の偏差が許容される予め設定した設定値である。   The engine operating point adjustment unit 19 compares the operating point information of the total power consumption “ΣP” 26 from the power consumption calculating unit 38 and the engine operating point “P (n)” 28 from the engine operating point management unit 20. When the engine operating point (corresponding to the total power consumption value “ΣP” 26) is not within the range of P (n) ± δ (considering the total power consumption value “ΣP” 26 and the fluctuation range “δp” 59) The engine speed command value “n *” 23 from the engine speed command unit 18 is adjusted to obtain an engine operating point for the engine operating point “P (n)” 28. Is generated within the desired operating point range, that is, within the range of P (n) ± δp, and “n **” 24 is generated and transmitted to the engine 2. The engine operating point speed fluctuation range δn74 is a comparison between the engine operating speed command adjustment value “n **” 24 and the actual engine speed “n” 25 with respect to the engine operating point “P (n)” 28. In FIG. 2, a preset set value in which a deviation between the two is allowed.

エンジン動作点調整部19で考えられる動作モードは図3の(a)〜(d)に対応した下記の4通りである。
(a):所望のエンジン動作点の範囲内でエンジンが制御されている場合、現状のエンジン回転数指令調整値「n**」24を維持する。
(b):所望のエンジン動作点「P(n)」28よりも消費電力合計値「ΣP」26が小さいため、所望のエンジン動作点の範囲内(P(n)±δp)となるようにエンジン回転数指令調整値「n**」24を下げるよう制御する場合。
(c):所望のエンジン動作点「P(n)」28よりも消費電力合計値「ΣP」26が大きいため、所望のエンジン動作点の範囲内(P(n)±δp)となるようにエンジン回転数指令調整値「n**」24を上げるよう制御する場合。
(d):所望のエンジン動作点「P(n)」28よりも消費電力合計値「ΣP」26が大きく、かつ、エンジン最大出力を超えているので、所望のエンジン動作点の範囲内となるようインバータ装置12に負荷制限指令「ΔP」33を伝達し、所望のエンジン動作点の範囲内となるよう制御する場合。
The operation modes considered in the engine operating point adjustment unit 19 are the following four modes corresponding to (a) to (d) of FIG.
(A): When the engine is controlled within the range of the desired engine operating point, the current engine speed command adjustment value “n **” 24 is maintained.
(B): Since the total power consumption “ΣP” 26 is smaller than the desired engine operating point “P (n)” 28, it is within the range of the desired engine operating point (P (n) ± δp). When controlling to reduce the engine speed command adjustment value “n **” 24.
(C): Since the total power consumption “ΣP” 26 is larger than the desired engine operating point “P (n)” 28, it is within the range of the desired engine operating point (P (n) ± δp). When controlling to increase the engine speed command adjustment value “n **” 24.
(D): Since the total power consumption value “ΣP” 26 is larger than the desired engine operating point “P (n)” 28 and exceeds the engine maximum output, it is within the range of the desired engine operating point. In such a case, the load limit command “ΔP” 33 is transmitted to the inverter device 12 so as to be controlled within the range of the desired engine operating point.

すなわち、本ディーゼル動車駆動装置の制御システムによると、定常状態においてインバータ装置5や補助電源装置7に負荷変動が生じた場合や、エンジン回転数上昇中や上昇完了後に、所望のエンジン動作点と実際の動作点に差異が生じる場合でも、エンジン回転数指令調整値「n**」を調整することで、所望のエンジン動作点上での制御を可能とする制御システムが構築可能である。   That is, according to the control system of the diesel vehicle drive device, when the load fluctuation occurs in the inverter device 5 or the auxiliary power supply device 7 in the steady state, or during the increase of the engine speed or after the completion of the increase, the desired engine operating point and actual Even when there is a difference between the operating points, it is possible to construct a control system that enables control on a desired engine operating point by adjusting the engine speed command adjustment value “n **”.

図4は本ディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるエンジン動作点調整部19での、エンジン動作点を調整する際のフローチャートの一構成例を示した図である。エンジン動作点調整部19は、後述するように、入力部60、比較部61〜65、処理部66〜71及び出力部72,73を備えている。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a flowchart for adjusting the engine operating point in the engine operating point adjusting unit 19 in the control system of the diesel vehicle driving apparatus. The engine operating point adjustment unit 19 includes an input unit 60, comparison units 61 to 65, processing units 66 to 71, and output units 72 and 73, as will be described later.

まず、入力部60においては、実エンジン回転数をn、エンジン回転数指令をn*、消費電力合計値をΣP、必要エンジン回転数をnp(=P-1(ΣP);Pの逆関数で消費電力合計値がΣPであるときのエンジン回転数np)とする。また、図示していないが、エンジン動作点回転数変動幅をδnとし、エンジン動作点出力変動幅をδpとする。
比較部61では、運転台8からのノッチ信号「N」22に対応してエンジン回転数指令部生成部18で生成されたエンジン回転数指令値「n*」23が変化したかどうかを演算周期毎に判定する。
エンジン回転数指令値「n*」23が変化した場合には、処理部66にて、当該変化した指令値「n*」23がエンジン回転数指令調整値「n**」24とされ、当該エンジン回転数指令調整値「n**」24が出力部72からエンジン2に入力される。このように、ノッチ信号「N」22が変化すると、それに対応したエンジン回転数指令「n*」23が優先的にエンジン回転数指令調整値「n**」24に反映される。比較部61において、エンジン回転数指令「n*」23に変化がない場合は、次の比較部62へ移行する。
First, in the input unit 60, the actual engine speed is n, the engine speed command is n *, the total power consumption is ΣP, the required engine speed is np (= P −1 (ΣP); The engine speed np when the total power consumption is ΣP). Although not shown, the engine operating point rotational speed fluctuation range is assumed to be δn, and the engine operating point output fluctuation range is assumed to be δp.
The comparison unit 61 determines whether the engine speed command value “n *” 23 generated by the engine speed command unit generation unit 18 has changed in response to the notch signal “N” 22 from the cab 8. Judge every time.
When the engine speed command value “n *” 23 changes, the processing unit 66 sets the changed command value “n *” 23 as the engine speed command adjustment value “n **” 24. The engine speed command adjustment value “n **” 24 is input from the output unit 72 to the engine 2. As described above, when the notch signal “N” 22 changes, the engine speed command “n **” 23 corresponding thereto is preferentially reflected in the engine speed command adjustment value “n **” 24. If there is no change in the engine speed command “n *” 23 in the comparison unit 61, the process proceeds to the next comparison unit 62.

比較部62では、エンジン回転数指令調整値「n**」24と実エンジン回転数「n」25を比較して、両者の偏差が予め設定した設定値であるエンジン動作点回転数変動幅δn74(図3参照)より大きいか否かが判定される。両者の偏差がエンジン動作点回転数変動幅δn74よりも大きい(比較判断が「NO」)場合には、大きな指令調整値「n**」24に実エンジン回転数「n」25が追いついていない、即ち、エンジンが吹き上がっていない状態と判断し、処理部67にてエンジン回転数指令「n*」がエンジン回転数指令調整値「n**」とされて、出力部72からエンジン2へ直接渡す。
一方、両者の偏差がエンジン動作点回転数変動幅「δn」74よりも小さい場合には、エンジンの応答が完了した状態(エンジンが回転数指令調整値に従って吹き上がった)と判断して、次の比較部63へ移行する。
The comparison unit 62 compares the engine rotational speed command adjustment value “n **” 24 with the actual engine rotational speed “n” 25, and the engine operating point rotational speed fluctuation range δn74 in which the deviation between the two is a preset value. It is determined whether it is larger (see FIG. 3). When the deviation between the two is larger than the engine operating point speed fluctuation range δn74 (comparison determination is “NO”), the actual engine speed “n” 25 does not catch up with the large command adjustment value “n **” 24. That is, it is determined that the engine is not blown up, and the engine speed command “n *” is made the engine speed command adjustment value “n **” in the processing unit 67, and the output unit 72 sends the engine 2 to the engine 2. Pass directly.
On the other hand, when the deviation between the two is smaller than the engine operating point rotational speed fluctuation range “δn” 74, it is determined that the engine response is complete (the engine has blown up according to the rotational speed command adjustment value), and the next The comparison unit 63 is shifted to.

比較部63では、消費電力計算部38からの消費電力合計値「ΣP」26と、エンジン動作点管理部20からのエンジン動作点「P(n)」28とを比較して、両者の偏差が予め設定したエンジン動作点出力変動幅「δp」59(図3参照)よりも小さい場合には、エンジン動作点が所望の動作点変動範囲P(n)±δpに収まっていると判断できるので、処理部68にて現在のエンジン回転数指令調整値(前回値)「n**」24を維持し、出力部72からエンジン2へ渡される。
一方、両者の偏差がエンジン動作点出力変動幅「δp」59よりも大きい場合には、次の比較部64へ移行する。
The comparison unit 63 compares the power consumption total value “ΣP” 26 from the power consumption calculation unit 38 with the engine operating point “P (n)” 28 from the engine operating point management unit 20, and the deviation between the two is calculated. If it is smaller than the preset engine operating point output fluctuation range “δp” 59 (see FIG. 3), it can be determined that the engine operating point is within the desired operating point fluctuation range P (n) ± δp. The processing unit 68 maintains the current engine speed command adjustment value (previous value) “n **” 24 and passes it from the output unit 72 to the engine 2.
On the other hand, when the deviation between the two is larger than the engine operating point output fluctuation range “δp” 59, the process proceeds to the next comparison unit 64.

比較部64では、消費電力計算部38からの消費電力合計値「ΣP」26と、エンジン動作点管理部20からのエンジン動作点変動幅の下限値P(n)−δpとを比較して、消費電力合計値「ΣP」26の方が小さい場合には、実際のエンジン動作点が所望のエンジン動作点出力変動幅を下回っていると判断して、処理部69にて、消費電力合計値「ΣP」26に見合った必要エンジン回転数np=P−1(ΣP)をエンジン回転数指令調整値「n**」24として設定し、出力部72からエンジン2へ渡される。これにより、実エンジン回転数「n」25は低下し、エンジン動作点領域内で駆動されることとなる。
一方、比較部64において、消費電力合計値「ΣP」26が、エンジン動作点出力変動幅の下限値P(n)−δpよりも大きい場合、即ち、比較部63での判別結果と併せると、消費電力合計値「ΣP」26が、エンジン動作点出力変動幅の上限値P(n)−δpよりも大きい場合には、所望のエンジン動作点出力範囲内でエンジンを駆動するためには、エンジン回転数の上昇が必要となる。
The comparison unit 64 compares the total power consumption value “ΣP” 26 from the power consumption calculation unit 38 with the lower limit value P (n) −δp of the engine operating point fluctuation range from the engine operating point management unit 20. When the total power consumption value “ΣP” 26 is smaller, it is determined that the actual engine operating point is below the desired engine operating point output fluctuation range, and the processing unit 69 determines the total power consumption value “ The required engine speed np = P −1 (ΣP) corresponding to “ΣP” 26 is set as the engine speed command adjustment value “n **” 24 and is passed from the output unit 72 to the engine 2. As a result, the actual engine speed “n” 25 decreases and the engine is driven within the engine operating point region.
On the other hand, when the total power consumption value “ΣP” 26 is larger than the lower limit value P (n) −δp of the engine operating point output fluctuation range in the comparison unit 64, that is, together with the determination result in the comparison unit 63. When the total power consumption “ΣP” 26 is larger than the upper limit value P (n) −δp of the engine operating point output fluctuation range, the engine is driven within the desired engine operating point output range. Increase in rotation speed is required.

比較部65では、実エンジン回転数「n」25がエンジン最大回転数「nmax」75と等しいか判別する。
両者が等しくない場合は、エンジン回転数を上昇させることが可能であるので、処理部70にて、エンジン動作点管理部からの必要エンジン回転数「np=P-1(ΣP)」27を、エンジン回転数指令調整値「n**」として設定するが、ここで、必要エンジン回転数「np」27がエンジン最大回転数「nmax」75を超過しないよう、両者の最小値をエンジン回転数指令調整値「n**」24として設定し、出力部72からエンジン2へ渡される。
The comparison unit 65 determines whether the actual engine speed “n” 25 is equal to the engine maximum speed “nmax” 75.
If they are not equal, the engine speed can be increased. Therefore, in the processing unit 70, the required engine speed “np = P −1 (ΣP)” 27 from the engine operating point management unit is The engine speed command adjustment value “n **” is set. Here, the minimum engine speed command is set so that the required engine speed “np” 27 does not exceed the engine maximum speed “nmax” 75. The adjustment value “n **” 24 is set and passed from the output unit 72 to the engine 2.

一方、実エンジン回転数「n」25がエンジン最大回転数「nmax」75と等しくなっても、更に消費電力合計値「ΣP」26がエンジン最大回転数「nmax」75でのエンジン動作点出力変動幅の上限値P(n)+δpよりも大きい場合は、処理部71にて偏差分P=ΣP−P(nmax)を算出し、出力部73にてインバータ装置への負荷制限指令「ΔP」33として伝達してエンジン出力を減らすことで、エンジン動作点を所望のエンジン出力変動幅P(n)±δp内に調整する。
ここでは所望のエンジン動作点上でのエンジン制御を重視して処理部71を記載したがが、エンジン最大回転数「nmax」75でのエンジン動作点P(nmax)±δpとエンジン最大出力との間に出力の余裕がある場合は、所望のエンジン動作点は外れるが、エンジン最大出力まではインバータ装置の負荷を低減しないでエンジンを制御することも可能である。
On the other hand, even if the actual engine speed “n” 25 is equal to the engine maximum speed “nmax” 75, the total power consumption “ΣP” 26 further changes the engine operating point output at the engine maximum speed “nmax” 75. When the width is larger than the upper limit value P (n) + δp, the processing unit 71 calculates the deviation P = ΣP−P (nmax), and the output unit 73 loads the load limit command “ΔP” 33 to the inverter device. As a result, the engine operating point is adjusted to be within a desired engine output fluctuation range P (n) ± δp.
Here, the processing unit 71 is described with emphasis on engine control on a desired engine operating point, but the engine operating point P (nmax) ± δp at the maximum engine speed “nmax” 75 and the engine maximum output If there is an output margin between them, the desired engine operating point deviates, but it is possible to control the engine without reducing the load of the inverter device up to the maximum engine output.

図5は本ディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるエンジンに過負荷が発生した際のエンジンとインバータ装置の一制御例を示した図である。   FIG. 5 is a diagram showing a control example of the engine and the inverter device when an overload is generated in the engine in the control system of the diesel vehicle driving apparatus.

図5の左側(a)に示すように、時刻0での実エンジン回転数76をn、時刻0でのエンジン出力制限値78をPo(n)、インバータ制御装置12への時刻0での負荷制限量80をP、時刻0での消費電力合計値82をΣP、時刻0での必要エンジン回転数84をnpとする。また、時刻kでの実エンジン回転数77をn、時刻kでのエンジン出力制限値79をPo(n)、インバータ制御装置12への時刻kでの負荷制限量81をP、時刻kでの消費電力合計値83をΣPとする。 As shown in the left side (a) of FIG. 5, the actual engine speed 76 at time 0 is n 0 , the engine output limit value 78 at time 0 is Po (n 0 ), and the time 0 to the inverter control device 12 is set. , P 0 , total power consumption value 82 at time 0 is ΣP 0 , and required engine speed 84 at time 0 is np 0 . Further, the actual engine speed 77 at time k is n k , the engine output limit value 79 at time k is Po (n k ), the load limit amount 81 at time k to the inverter control device 12 is P k , time The total power consumption value 83 at k is ΣP k .

ここで、時刻0にて補助電源装置7の急激な負荷増加などによってエンジン出力が急増して、時刻0での消費電力合計値「ΣP」82が、時刻0でのエンジン出力制限値「Po(n)」78を超過した場合、エンジン動作点管理部20からの時刻0での必要エンジン回転数「np(=P-1(ΣP))」84をエンジン回転数指令調整値「n**」24として与え、所望の動作点上にて時刻0での消費電力合計値「ΣP」82を出力することが可能な動作点まで回転数上昇指令を出す。このままではエンジン回転数上昇完了までの間、所望のエンジン動作点から外れて制御されることとなるので、時刻0において、所望のエンジン動作点まで戻すのに必要な負荷制限指令を、
ΔP=ΣP−Po(n)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
によって演算し、インバータ装置12にて時刻0での負荷制限指令「ΔP」80を基に主電動機トルク指令値「T*」54を制限する。これによってエンジンは速やかに過負荷領域から所望の動作点上へと回復するが、その後は、エンジン回転数の上昇に伴い、エンジンが出力できる動作点上の出力が増加するので、時刻kにおいては、下記(2)式に従って、インバータ装置12への時刻kでの負荷制限指令「ΔP」81を徐々に小さくしていく。
ΔP=ΔPk−1−{P(n)−ΣPk−1}・・・・・・・・・・・・(2)
Here, the engine output rapidly increases due to a sudden load increase of the auxiliary power supply device 7 at time 0, and the total power consumption value “ΣP 0 ” 82 at time 0 becomes the engine output limit value “Po” at time 0. If (n 0 ) ”78 is exceeded, the necessary engine speed“ np 0 (= P −1 (ΣP 0 )) ”84 at time 0 from the engine operating point management unit 20 is changed to the engine speed command adjustment value“ n ** ”24, and a rotational speed increase command is issued to an operating point at which the total power consumption value“ ΣP 0 ”82 at time 0 can be output on the desired operating point. In this state, until the completion of the increase in the engine speed, control is performed out of the desired engine operating point. Therefore, at time 0, the load limit command necessary to return to the desired engine operating point is
ΔP 0 = ΣP 0 −Po (n 0 ) (1)
And the inverter motor 12 limits the main motor torque command value “T *” 54 based on the load limit command “ΔP 0 ” 80 at time 0. As a result, the engine quickly recovers from the overload region to the desired operating point, but thereafter, as the engine speed increases, the output on the operating point that can be output by the engine increases. In accordance with the following equation (2), the load limit command “ΔP k ” 81 at time k to the inverter device 12 is gradually reduced.
ΔP k = ΔP k−1 − {P (n k ) −ΣP k−1 } (2)

これによってエンジン出力に過負荷が生じた場合、インバータ装置5の負荷制限を行うことで、速やかにエンジン動作点上まで負荷制限を行い、所望のエンジン動作点へと復帰させた後は、所望のエンジン動作点に沿ってインバータ制御装置12の負荷制限を徐々に解除していく。時刻kでの負荷制限量「P」81が0になった時点で、一連のリミッタ動作は完了し、エンジン回転数指令調整値「n**」24を現在の実エンジン回転数「n」25の値に置き換え、エンジン回転数を保持する。 When an overload occurs in the engine output by this, the load limit of the inverter device 5 is performed to quickly limit the load up to the engine operating point, and after returning to the desired engine operating point, the desired output The load limitation of the inverter control device 12 is gradually released along the engine operating point. When the load limit “P k ” 81 at time k becomes 0, the series of limiter operations is completed, and the engine speed command adjustment value “n **” 24 is set to the current actual engine speed “n”. Replaced with a value of 25 to hold the engine speed.

上記のエンジン過負荷抑制に代えて、簡易なエンジン過負荷抑制制御として、式(1)を基にインバータ制御装置12に時刻0での負荷制限指令「P」80を伝送して負荷制限をした後、インバータ制御装置12において、エンジン応答時間を考慮して負荷制限量を一定の割合で小さくしていく制御方法などがある。この方法によると、エンジン回転数の上昇中は所望のエンジン動作点からは、ややずれることになるが、式(2)のような逐次計算が不要になるなど計算を簡略化できるメリットがある。 Instead of the above-described engine overload suppression, as a simple engine overload suppression control, a load limit command “P 0 ” 80 at time 0 is transmitted to the inverter control device 12 based on the equation (1) to limit the load. After that, there is a control method in which the inverter control device 12 reduces the load limiting amount at a constant rate in consideration of the engine response time. According to this method, while the engine speed is increasing, the desired engine operating point is slightly deviated, but there is an advantage that the calculation can be simplified such that the sequential calculation as shown in Equation (2) is not necessary.

補助電源装置7やインバータ装置5での負荷増加が大きく、エンジン動作点管理部20に予め設定したエンジン出力制限値「Po(n)」29を超過し、更にエンジン出力リミット「Pm(n)」30に達した場合には、過負荷によるエンジンストールの懸念がある。これを避けるため、エンジン動作点調整部19は、エンジン2により駆動される発電機3が電力を供給する、編成内の全て又は一部のインバータ装置5、若しくは補助電源装置7の特定負荷に対して負荷遮断指令「K」34を伝達し、これを受けたインバータ制御装置12又は補助電源制御装置11は即座に負荷遮断の保護動作を行う。
これによりエンジンストールを回避し、所定のリセット操作をすることで運転継続を可能にする。
The load increase in the auxiliary power supply device 7 and the inverter device 5 is large, the engine output limit value “Po (n)” 29 preset in the engine operating point management unit 20 is exceeded, and the engine output limit “Pm (n)”. When it reaches 30, there is a concern of engine stall due to overload. In order to avoid this, the engine operating point adjustment unit 19 supplies power to the specific load of all or a part of the inverter devices 5 in the train or the auxiliary power supply device 7 to which the generator 3 driven by the engine 2 supplies power. Then, the inverter controller 12 or the auxiliary power controller 11 that has received the load interrupt command “K” 34 immediately performs a load interrupt protection operation.
As a result, engine stall is avoided, and the operation can be continued by performing a predetermined reset operation.

一方、図5の右側(b)に示すように、エンジン本体が所望の動作点を有し、負荷状態を認識する機能を有し、外部に状態信号(ロードシグナル「S」85)を供給することができるエンジンである場合、ロードシグナル「S」85を用いて、同等の負荷抑制機能、負荷遮断機能を実現することができる。所望のエンジン動作点「P(n)」28に対応するロードシグナル1「S1」86、エンジン動作点上限値「Po(n)」29に対応するロードシグナル2「S2」87、エンジン出力リミッタ値「Pm(n)」30に対応するロードシグナル3「S3」88とすると、エンジン動作点調整部19にてロードシグナル1「S1」86、ロードシグナル2「S2」87、ロードシグナル3「S3」88の閾値を設定し、通常はエンジンから伝達されるロードシグナル「S」がロードシグナル1「S1」86となるようエンジン回転数調整値「n**」24を制御する。エンジンから伝達されるロードシグナル「S」がロードシグナル2「S2」87を超過した場合には、ロードシグナル1「S1」86から超過分のロードシグナル量から負荷制限指令「ΔP」33を生成し、また、エンジンから伝達されるロードシグナル「S」がロードシグナル3「S3」88を超過した場合には、負荷遮断指令「K」34を生成し、インバータ装置12へ伝達することで、前記のエンジン動作点管理部20を用いた制御と同等の機能を実現できる。   On the other hand, as shown on the right side (b) of FIG. 5, the engine body has a desired operating point, has a function of recognizing the load state, and supplies a state signal (load signal “S” 85) to the outside. In the case of an engine that can perform the same function, the load signal “S” 85 can be used to realize an equivalent load suppression function and load cutoff function. The load signal 1 “S1” 86 corresponding to the desired engine operating point “P (n)” 28, the load signal 2 “S2” 87 corresponding to the engine operating point upper limit “Po (n)” 29, and the engine output limiter value Assuming that the load signal 3 “S3” 88 corresponding to “Pm (n)” 30 is used, the engine operating point adjustment unit 19 loads the load signal 1 “S1” 86, the load signal 2 “S2” 87, and the load signal 3 “S3”. A threshold value of 88 is set, and the engine speed adjustment value “n **” 24 is controlled so that the load signal “S” transmitted from the engine becomes the load signal 1 “S1” 86 normally. When the load signal “S” transmitted from the engine exceeds the load signal 2 “S2” 87, a load limit command “ΔP” 33 is generated from the load signal amount of the excess from the load signal 1 “S1” 86. In addition, when the load signal “S” transmitted from the engine exceeds the load signal 3 “S3” 88, the load cutoff command “K” 34 is generated and transmitted to the inverter device 12. A function equivalent to the control using the engine operating point management unit 20 can be realized.

即ち、本ディーゼル動車駆動装置の制御システムによると、急激な負荷上昇が発生して、エンジンの動作点がエンジンの動作点上限値を超過した場合に、インバータ装置の負荷制限を行うことで、所望の動作点へ速やかに復帰させることが可能で、また、エンジンの動作点が出力リミッタを超過した場合に、全て又は一部のインバータ装置、若しくは補助電源装置の特定負荷を遮断することで、エンジンストールを回避することが可能な制御システムを実現できる。   That is, according to the control system for the diesel vehicle drive device, when a sudden load increase occurs and the engine operating point exceeds the engine operating point upper limit value, the load limit of the inverter device is limited, It is possible to quickly return to the operating point of the engine, and when the operating point of the engine exceeds the output limiter, the specific load of all or part of the inverter device or auxiliary power supply device is shut off, thereby A control system capable of avoiding a stall can be realized.

図6は本ディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるエンジン応答特性管理部21の一構成例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the engine response characteristic management unit 21 in the control system of the diesel vehicle driving apparatus.

エンジン応答特性管理部21には、エンジン固有の特性として、エンジン動作点管理部20に設定した所望のエンジン動作点「P(n)」28でエンジンを制御した際の、エンジン回転数と応答時間特性89を設定し、実エンジン回転数「n」25に対応するエンジン回転数変化率「dn/dt」90を計算する機能を有している。また、予めエンジンの応答時間特性89を微分して、エンジン回転数変化率「dn/dt」90とエンジン回転数の特性として設定しても良いし、全回転数領域にわたってエンジン回転数変化率「dn/dt」90が一定とみなせる場合は定数として与えることで簡略化も可能である。エンジン応答特性管理部21では、エンジン応答時間特性89から演算した、実エンジン回転数「n」25でのエンジン回転数変化率「dn/dt」90と、前記エンジン動作点管理部20からのエンジン出力回転数変化率「dP(n)/dn」31から、
{dP(n)/dn}×{dn/dt}=dP(n)/dt・・・・・・・・(3)
により、エンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32を計算し、インバータ制御装置12へ伝達する。
The engine response characteristic management unit 21 has an engine speed and response time when the engine is controlled at a desired engine operating point “P (n)” 28 set in the engine operating point management unit 20 as a characteristic unique to the engine. The characteristic 89 is set, and the engine speed change rate “dn / dt” 90 corresponding to the actual engine speed “n” 25 is calculated. Alternatively, the engine response time characteristic 89 may be differentiated in advance and set as the engine speed change rate “dn / dt” 90 and the engine speed characteristic, or the engine speed change rate “ In the case where “dn / dt” 90 can be regarded as constant, simplification is possible by giving it as a constant. The engine response characteristic management unit 21 calculates the engine speed change rate “dn / dt” 90 at the actual engine speed “n” 25 calculated from the engine response time characteristic 89 and the engine operating point management unit 20. From the output speed change rate “dP (n) / dn” 31,
{DP (n) / dn} × {dn / dt} = dP (n) / dt (3)
Thus, the engine output time change rate “dP (n) / dt” 32 is calculated and transmitted to the inverter control device 12.

本ディーゼル動車駆動装置の制御システムによると、所望のエンジン動作点に沿ってエンジン出力を上昇させ、更に前記エンジン動作点上でエンジンを制御した際の、エンジン応答特性から計算したエンジン出力時間変化率「dP(n)/dt」32を用いて、インバータ装置5の負荷上昇を制御するため、エンジンを所望の動作点上で制御し、かつ、エンジンの応答特性を犠牲にせず、エンジンとインバータ装置の協調制御を実現する制御システムを構築可能である。   According to the control system of the diesel vehicle drive system, the engine output time change rate calculated from the engine response characteristic when the engine output is increased along the desired engine operating point and the engine is controlled at the engine operating point. Since “dP (n) / dt” 32 is used to control the load increase of the inverter device 5, the engine is controlled at a desired operating point, and the engine response characteristics are not sacrificed. It is possible to construct a control system that realizes cooperative control.

図7は本ディーゼル動車駆動装置の制御システムにおけるインバータ制御装置12の内部構成図の一構成例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an internal configuration diagram of the inverter control device 12 in the control system of the diesel vehicle drive device.

まず、主電動機トルク変化率計算部48の構成方法について以下に示す。
エンジン出力Pは、Kを比例定数として以下のように記述できる。
P=Pt+Pa・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
Pt=K×M×F×V・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
ここで、P:エンジン出力、Pt:駆動装置負荷、Pa:補助電源装置負荷、F:引張力、V:車両速度、M:主電動機数である。
補助電源装置負荷Paを一定として(4)、(5)の両辺を時間tで微分すると、
dP/dt=dPt/dt
=K×M×d/dt(F×V)
=K×M×(V×dF/dt+F×dV/dt)
=K’×M×(V×dT/dt+T×dV/dt)・・・・・・(6)
よって、
dT/dt={1/(K’×M×V)}×dP/dt−(T/V)×dV/dt
・・・・・(7)
となる。ここでK’:比例定数、T:主電動機トルクである。
First, a configuration method of the main motor torque change rate calculation unit 48 will be described below.
The engine output P can be described as follows using K as a proportional constant.
P = Pt + Pa (4)
Pt = K × M × F × V (5)
Here, P: engine output, Pt: drive device load, Pa: auxiliary power device load, F: tensile force, V: vehicle speed, M: number of main motors.
When the auxiliary power supply load Pa is constant and both sides of (4) and (5) are differentiated by time t,
dP / dt = dPt / dt
= K x M x d / dt (F x V)
= K * M * (V * dF / dt + F * dV / dt)
= K ′ × M × (V × dT / dt + T × dV / dt) (6)
Therefore,
dT / dt = {1 / (K ′ × M × V)} × dP / dt− (T / V) × dV / dt
(7)
It becomes. Here, K ′: proportional constant, T: main motor torque.

(6)式において、特に車両が駅などから出発する際は、車速が0付近であるから第2項が支配的になり、ある速度でノッチを入れた場合の再力行の場合は、第1項が支配的になることを示している。
(7)式より、エンジン出力時間変化率「dP/dt」32と、主電動機トルク計算部47にて主電動機電流検出値「I」52から計算される主電動機トルク「T」56と、速度計算部91にて主電動機回転数検出値「fr」53から計算される車両速度「V」94と、前記車両速度の変化率(加速度)dV/dtから、主電動機トルク時間変化率「dT/dt」57が計算される。
In the equation (6), especially when the vehicle departs from a station or the like, the second term becomes dominant because the vehicle speed is near 0, and in the case of repowering when a notch is made at a certain speed, It shows that the term becomes dominant.
From the equation (7), the engine output time change rate “dP / dt” 32, the main motor torque “T” 56 calculated from the main motor current detection value “I M ” 52 by the main motor torque calculation unit 47, and From the vehicle speed “V” 94 calculated from the detected value “fr” 53 of the main motor by the speed calculator 91 and the change rate (acceleration) dV / dt of the vehicle speed, the main motor torque time change rate “dT”. / Dt "57 is calculated.

次に、主電動機トルク絞り量計算部43の構成方法について以下に示す。
主電動機トルク絞り量「T」58は以下のように記述できる。
P=C×T×V×M
であるから、
T=C’×P/V/M・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)
ここで、C、C’:比例定数、M:主電動機数、V:車両速度である。
負荷制限指令「P」33、車両速度「V」94から、(8)式に基づき主電動機トルク絞り量「T」58が計算される。
Next, a configuration method of the main motor torque reduction amount calculation unit 43 will be described below.
The main motor torque reduction amount “T” 58 can be described as follows.
P = C × T × V × M
Because
T = C ′ × P / V / M (8)
Here, C and C ′ are proportional constants, M is the number of main motors, and V is a vehicle speed.
Based on the load limit command “P” 33 and the vehicle speed “V” 94, the main motor torque throttle amount “T” 58 is calculated based on the equation (8).

図7において、主電動機トルク指令調整部45は、主電動機トルク立上げ制御部92と主電動機トルク制限部93とから構成される。前者の主電動機トルク立上げ制御部92は、主電動機トルク指令生成部44にて生成される主電動機トルク指令「T*」54を、前記主電動機トルク変化率計算部48で計算された主電動機トルク時間変化率「dT/dt」57を用いて制御し、主電動機トルク指令調整仮値「T***」95を一旦生成する。その後、後者の主電動機トルク制限部93が、主電動機トルク絞り量計算部43にて計算された主電動機トルク絞り量「T」58によって、主電動機トルク指令調整仮値「T***」95を制御し、主電動機トルク指令調整値「T**」55を生成する。エンジンが過負荷状態ではない場合は、主電動機トルク制限部93でのトルク絞りは行われず、主電動機トルク指令調整仮値「T***」95が、そのまま主電動機トルク指令調整値「T**」55として出力される。インバータベクトル制御演算部46では、主電動機トルク指令調整値「T**」55、主電動機電流検出値「I」52及び車両速度「V」94を基に、インバータ装置駆動信号「PWMi」51を生成し、インバータ装置5を駆動する。 In FIG. 7, the main motor torque command adjustment unit 45 includes a main motor torque startup control unit 92 and a main motor torque limiter 93. The former main motor torque start-up control unit 92 calculates the main motor torque command “T *” 54 generated by the main motor torque command generation unit 44 by the main motor torque change rate calculation unit 48. Control is performed using a torque time change rate “dT / dt” 57 to temporarily generate a main motor torque command adjustment provisional value “T ***” 95. Thereafter, the latter main motor torque limiter 93 determines the main motor torque command adjustment provisional value “T ***” 95 based on the main motor torque throttle amount “T” 58 calculated by the main motor torque throttle amount calculator 43. And the main motor torque command adjustment value “T **” 55 is generated. When the engine is not in an overload state, torque restriction is not performed in the main motor torque limiter 93, and the main motor torque command adjustment temporary value “T ***” 95 is directly used as the main motor torque command adjustment value “T *”. * "Is output as 55. In the inverter vector control calculation unit 46, based on the main motor torque command adjustment value “T **” 55, the main motor current detection value “I M ” 52, and the vehicle speed “V” 94, the inverter device drive signal “PWMi” 51 And the inverter device 5 is driven.

一方、エンジンの動作点が予め設定したエンジン出力リミッタ「Pm(n)」30を超過した場合、エンジン制御部9から負荷遮断指令「K」34が伝達される。インバータベクトル制御演算部46では、負荷遮断指令「K」34が伝達されると、インバータ装置駆動信号「PWMi」51を即座に停止し、負荷遮断を行うことで、過負荷によるエンジンストールを防止する保護システムを構築する。   On the other hand, when the engine operating point exceeds a preset engine output limiter “Pm (n)” 30, a load cutoff command “K” 34 is transmitted from the engine control unit 9. Inverter vector control calculation unit 46, when load cutoff command “K” 34 is transmitted, stops inverter device drive signal “PWMi” 51 immediately and performs load cutoff to prevent engine stall due to overload. Build a protection system.

なお、本図では主電動機トルクを制御量としてブロック図を記載したが、主電動機電流が制御量の場合も同様の考え方で制御システムが構築可能である。   In this figure, the block diagram is shown with the main motor torque as the controlled variable, but the control system can be constructed with the same concept even when the main motor current is the controlled variable.

本発明であるディーゼル動車駆動装置の制御システムによれば、エンジンの制御目標となるエンジンの動作点を予め設定し、その動作点にエンジンが追従するようにインバータ装置を制御し、急激な負荷上昇が発生して、エンジンの動作点が前記エンジンの動作点上限値を超過した場合に、インバータ装置の負荷制限を行うことで、所望の動作点へ速やかに復帰させることが可能で、また、エンジンの動作点が前記出力リミッタを超過した場合に、全てもしくは一部のインバータ装置、もしくは補助電源装置の特定負荷を遮断することで、エンジンストールを回避することが可能な列車制御システムを実現できる。   According to the control system for a diesel vehicle drive device according to the present invention, an engine operating point that is an engine control target is set in advance, and the inverter device is controlled so that the engine follows the operating point, thereby rapidly increasing the load. When the engine operating point exceeds the engine operating point upper limit value, it is possible to quickly return to the desired operating point by limiting the load of the inverter device. When the operating point exceeds the output limiter, a train control system capable of avoiding engine stall can be realized by shutting off a specific load of all or some of the inverter devices or the auxiliary power supply device.

1…車両 2…エンジン
3…交流発電機 4…コンバータ装置
5…インバータ装置 6A、6N…主電動機
7…補助電源装置 8…運転台
9…エンジン制御部 10…コンバータ制御装置
11…補助電源制御装置 12…インバータ制御装置
13…発電機電流検出器 14…直流電圧検出器
15…インバータ入力電流検出器 16…主電動機電流検出器
17…補助電源入力電流検出器 18…エンジン回転数指令生成部
19…エンジン動作点調整部 20…エンジン動作点管理部
21…エンジン応答特性管理部 22…ノッチ信号
23…エンジン回転数指令 24…エンジン回転数指令調整値
25…実エンジン回転数 26…消費電力合計値
27…必要エンジン回転数 28…エンジン動作点
29…エンジン動作点上限値 30…エンジン出力リミッタ値
31…エンジン出力回転数変化率 32…エンジン出力時間変化率
33…負荷制限指令 34…負荷遮断指令
35…発電機電流 36…コンバータ装置駆動信号
37…直流電圧検出値 38…消費電力計算部
39…補助電源装置消費電力 40…インバータ装置消費電力
41…補助電源入力電流検出値 42…補助電源装置駆動信号
43…主電動機トルク絞り量計算部 44…主電動機トルク指令生成部
45…主電動機トルク指令調整部 46…インバータベクトル制御演算部
47…主電動機トルク計算部 48…主電動機トルク変化率計算部
49…インバータ消費電力計算部 50…インバータ入力電流検出値
51…インバータ装置駆動信号 52…主電動機電流検出値
53…主電動機回転数検出値 54…主電動機トルク指令値
55…主電動機トルク指令調整値 56…主電動機トルク計算値
57…主電動機トルク時間変化率 58…主電動機トルク絞り量
59…エンジン動作点出力変動幅 60…入力部
61〜65…比較部 66〜71…処理部
72,73…出力部 74…エンジン動作点回転数変動幅
75…エンジン最大回転数 76…時刻0での実エンジン回転数
77…時刻kでの実エンジン回転数 78…時刻0でのエンジン出力制限値
79…時刻kでのエンジン出力制限値 80…時刻0での負荷制限指令
81…時刻kでの負荷制限指令 82…時刻0での消費電力合計値
83…時刻kでの消費電力合計値 84…時刻0での必要エンジン回転数
85…ロードシグナル 86…ロードシグナル1
87…ロードシグナル2 88…ロードシグナル3
89…エンジン応答時間特性 90…エンジン回転数変化率
91…速度計算部 92…主電動機トルク立上げ制御部
93…主電動機トルク制限部 94…車両速度
95…主電動機トルク指令調整仮値 96…エンジン補機
97…エンジン補機動力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle 2 ... Engine 3 ... Alternator 4 ... Converter apparatus 5 ... Inverter apparatus 6A, 6N ... Main motor 7 ... Auxiliary power supply apparatus 8 ... Driver's cab 9 ... Engine control part 10 ... Converter control apparatus 11 ... Auxiliary power supply control apparatus DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Inverter control apparatus 13 ... Generator current detector 14 ... DC voltage detector 15 ... Inverter input current detector 16 ... Main motor current detector 17 ... Auxiliary power supply input current detector 18 ... Engine speed command generation part 19 ... Engine operating point adjustment unit 20 ... Engine operating point management unit 21 ... Engine response characteristic management unit 22 ... Notch signal 23 ... Engine speed command 24 ... Engine speed command adjustment value 25 ... Real engine speed 26 ... Total power consumption 27 ... required engine speed 28 ... engine operating point 29 ... engine operating point upper limit 30 ... engine output limiter value 31 ... Engine output speed change rate 32 ... Engine output time change rate 33 ... Load limit command 34 ... Load cutoff command 35 ... Generator current 36 ... Converter device drive signal 37 ... DC voltage detection value 38 ... Power consumption calculator 39 ... Auxiliary power supply Device power consumption 40 ... Inverter power consumption 41 ... Auxiliary power supply input current detection value 42 ... Auxiliary power device drive signal 43 ... Main motor torque throttle amount calculation unit 44 ... Main motor torque command generation unit 45 ... Main motor torque command adjustment unit 46 ... Inverter vector control calculation unit 47 ... Main motor torque calculation unit 48 ... Main motor torque change rate calculation unit 49 ... Inverter power consumption calculation unit 50 ... Inverter input current detection value 51 ... Inverter device drive signal 52 ... Main motor current detection value 53 ... Main motor rotation speed detection value 54 ... Main motor torque command value 55 ... Main motor torque command adjustment value 56 ... Main motor torque calculation value 57 ... Main motor torque time change rate 58 ... Main motor torque throttle amount 59 ... Engine operating point output fluctuation range 60 ... Input units 61-65 ... Comparison units 66-71 ... Processing units 72, 73 ... Output unit 74: Engine operating point rotational speed fluctuation range 75: Engine maximum rotational speed 76 ... Actual engine rotational speed 77 at time 0 ... Actual engine rotational speed at time k 78 ... Engine output limit value 79 at time 0 ... Time Engine output limit value at k 80 ... Load limit command at time 0 81 ... Load limit command at time k 82 ... Total power consumption value at time 0 83 ... Total power consumption value at time k 84 ... At time 0 Required engine speed 85 ... Road signal 86 ... Road signal 1
87 ... Road signal 2 88 ... Road signal 3
89 ... Engine response time characteristic 90 ... Engine speed change rate 91 ... Speed calculation unit 92 ... Main motor torque startup control unit 93 ... Main motor torque limiter 94 ... Vehicle speed 95 ... Main motor torque command adjustment provisional value 96 ... Engine Auxiliary machine 97 ... Engine auxiliary machine power

Claims (12)

エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の出力する交流電力を直流電力へ変換するコンバータと、車両を推進させる主電動機と、前記直流電力を変換して生成した交流電力によって前記主電動機を駆動するインバータ装置と、を備えるディーゼル動車駆動装置において、
前記エンジンの制御目標となる目標エンジン動作点を予め設定し、実際のエンジン動作点である実エンジン動作点が前記目標エンジン動作点に追従するように前記インバータ装置を制御すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
By an engine, a generator driven by the engine, a converter for converting AC power output from the generator into DC power, a main motor for propelling a vehicle, and AC power generated by converting the DC power In a diesel vehicle drive device comprising an inverter device for driving the main motor,
A diesel engine characterized in that a target engine operating point as a control target of the engine is set in advance and the inverter device is controlled so that an actual engine operating point that is an actual engine operating point follows the target engine operating point. Control system for moving vehicle drive system
請求項1に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記目標エンジン動作点として設定された前記制御目標となるエンジン回転数指令値に基づいてエンジン回転数制御のための制御信号を出力するエンジン制御部と、前記主電動機のトルクを制御するため前記インバータ装置を制御するインバータ駆動信号を前記インバータ装置に出力するインバータ制御装置と、を備えており、
前記エンジン制御部は前記実エンジン動作点における動作点情報を前記インバータ制御装置に出力し、前記インバータ制御装置は、前記動作点情報に基づいて、前記実エンジン動作点が前記目標エンジン動作点に追従するように、前記インバータ装置を制御することを特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 1,
An engine control unit that outputs a control signal for engine speed control based on an engine speed command value that is the control target set as the target engine operating point, and the inverter for controlling the torque of the main motor An inverter control device that outputs an inverter drive signal for controlling the device to the inverter device, and
The engine control unit outputs operating point information at the actual engine operating point to the inverter control device, and the inverter control device follows the actual engine operating point to the target engine operating point based on the operating point information. Thus, a control system for a diesel vehicle drive device, wherein the inverter device is controlled.
請求項2に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジン制御部は、前記目標エンジン動作点を前記エンジン出力Pと前記エンジン回転数nの関係で設定するエンジン動作点管理部と、前記エンジンの応答特性を前記エンジン回転数nと応答時間tの関係で設定するとともに、前記エンジン回転数が変化する際に、前記エンジン動作点と前記エンジンの前記応答特性とに基づいて実際の前記エンジン回転数に対応したエンジン出力時間変化率dP/dtを計算し且つ前記インバータ制御装置に出力するエンジン応答特性管理部とを備えており、
前記インバータ制御装置は、前記エンジン出力時間変化率dP/dtを用いて前記主電動機のトルクを制御すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 2,
The engine control unit includes an engine operating point management unit that sets the target engine operating point based on the relationship between the engine output P and the engine speed n, and the engine response characteristics of the engine speed n and the response time t. When the engine speed changes, the engine output time change rate dP / dt corresponding to the actual engine speed is calculated based on the engine operating point and the response characteristics of the engine. And an engine response characteristic management unit that outputs to the inverter control device,
The inverter control device controls the torque of the main motor using the engine output time change rate dP / dt, and the control system for a diesel vehicle drive device.
請求項3に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジン動作点管理部は、前記目標エンジン動作点を前記エンジン出力Pと前記エンジン回転数nの関係からエンジン出力回転数変化率dP/dnとして設定し、
前記エンジン応答特性管理部は、前記エンジンの回転数変化率dn/dtを一定として設定し、実際の前記エンジン回転数に対応した前記エンジン出力時間変化率dP/dtを計算し且つ前記インバータ制御装置に伝達すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 3,
The engine operating point management unit sets the target engine operating point as an engine output rotational speed change rate dP / dn from the relationship between the engine output P and the engine rotational speed n,
The engine response characteristic management unit sets the engine speed change rate dn / dt as constant, calculates the engine output time change rate dP / dt corresponding to the actual engine speed, and the inverter control device The control system of the diesel vehicle drive device characterized by transmitting to.
請求項3又は4に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記インバータ制御装置は、前記エンジン制御部から出力される前記エンジン出力時間変化量dP/dtに基づいて、前記主電動機におけるトルクについて主電動機トルク時間変化率dT/dtを計算する主電動機トルク変化率計算部を備えており、
前記インバータ制御装置は、前記主電動機トルク時間変化率dT/dtに基づいて、前記インバータ装置の主電動機トルク指令値を制御することにより、前記エンジン動作点が前記目標エンジン動作点に追従するように前記インバータ装置を制御すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 3 or 4,
The inverter control device calculates a main motor torque change rate dT / dt for the torque in the main motor based on the engine output time change amount dP / dt output from the engine control unit. Equipped with a calculator,
The inverter control device controls the main motor torque command value of the inverter device based on the main motor torque time change rate dT / dt so that the engine operating point follows the target engine operating point. A control system for a diesel vehicle drive device, wherein the inverter device is controlled.
請求項2に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記制御システムには、前記エンジンにより駆動される前記発電機が電力を供給する全ての機器の消費電力を計算する消費電力計算部が備わっており、
前記エンジン制御部は、前記目標エンジン動作点を設定するエンジン動作点管理部と、前記実エンジン動作点を監視するとともに、前記消費電力計算部からの消費電力合計値ΣPと前記エンジン動作点管理部からの前記動作点情報P(n)とに基づいて、前記実エンジン動作点が前記目標動作点上となるように、前記エンジン回転数指令値を調整するエンジン動作点調整部とを備えていること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 2,
The control system includes a power consumption calculation unit that calculates the power consumption of all devices to which the generator driven by the engine supplies power,
The engine control unit is configured to monitor the actual engine operating point, an engine operating point management unit that sets the target engine operating point, and a power consumption total value ΣP from the power consumption calculating unit and the engine operating point management unit. An engine operating point adjustment unit that adjusts the engine speed command value so that the actual engine operating point is on the target operating point based on the operating point information P (n) from A control system for a diesel vehicle drive device.
請求項6に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジン制御装置は、運転台に設けられた主幹制御器から出力されるノッチ信号に応じて前記エンジン回転数指令値を生成するエンジン回転数指令生成部を備えていることを特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 6,
The diesel engine according to claim 1, wherein the engine control device includes an engine speed command generation unit that generates the engine speed command value in response to a notch signal output from a master controller provided in a cab. Drive system control system.
請求項6又は7に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジン動作点管理部は、前記消費電力計算部からの前記消費電力合計値ΣPと、前記エンジンの前記動作点情報P(n)との間に差異があることに応じて、前記エンジン動作点上で前記消費電力合計値ΣPに見合った必要エンジン回転数npを生成し、
前記エンジン動作点調整部は、前記必要エンジン回転数npを、前記エンジンに出力される前記エンジン回転数指令値とするエンジン回転数指令調整を行うことで、前記実エンジン動作点が前記目標エンジン動作点上となるように制御すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 6 or 7,
The engine operating point management unit is responsive to the difference between the power consumption total value ΣP from the power consumption calculating unit and the operating point information P (n) of the engine. The necessary engine speed np corresponding to the total power consumption value ΣP is generated above,
The engine operating point adjustment unit adjusts the engine speed command so that the required engine speed np is the engine speed command value output to the engine, so that the actual engine operating point becomes the target engine operation. A control system for a diesel vehicle drive device, characterized in that the control is performed so as to be on a point.
請求項2に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジン制御部は、前記エンジンが出力可能なエンジン動作点の上限値をエンジン動作点上限値として設定するエンジン動作点管理部と、前記実エンジン動作点を監視し、且つ急激な負荷上昇などに起因して前記実エンジン動作点が前記エンジン動作点上限値を超過することに応答して、前記発電機が電力を供給する全てもしくは一部の前記インバータ装置に負荷制限指令及びその制限量を伝達するエンジン動作点調整部とを備えており、
前記インバータ制御装置は、前記エンジン動作点調整部からの前記負荷制限指令及びその制限量の入力を受けて、速やかに前記主電動機のトルクを制御するための主電動機トルク指令値を必要量だけ調整して前記インバータ装置に出力することにより、前記実エンジン動作点を前記目標エンジン動作点上へと復帰させること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 2,
The engine control unit includes an engine operating point management unit that sets an upper limit value of an engine operating point that can be output by the engine as an engine operating point upper limit value, monitors the actual engine operating point, and rapidly increases a load. In response to the fact that the actual engine operating point exceeds the upper limit value of the engine operating point, the load limit command and its limit amount are transmitted to all or some of the inverter devices to which the generator supplies power. Engine operating point adjustment unit
The inverter control device receives the input of the load limit command and the limit amount from the engine operating point adjustment unit, and adjusts the main motor torque command value for quickly controlling the torque of the main motor by a necessary amount. Then, the actual engine operating point is returned to the target engine operating point by outputting to the inverter device.
請求項9に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジンが負荷状態を認識し外部に状態信号を供給可能である場合に、
前記エンジン動作点調整部は、前記状態信号の前記エンジン動作点上限値に相当する閾値を設定し、急激な負荷上昇が生じて前記状態信号が前記閾値に達することに応答して、前記インバータ制御装置における前記主電動機トルク指令の調整と前記エンジン動作点の前記目標エンジン動作点上への復帰とのため、前記エンジンにより駆動される前記発電機が電力を供給する全てもしくは一部の前記インバータ装置に前記負荷制限指令とその制限量を伝達すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 9,
When the engine recognizes the load state and can supply a state signal to the outside,
The engine operating point adjustment unit sets a threshold value corresponding to the engine operating point upper limit value of the state signal, and in response to a sudden load increase occurring and the state signal reaching the threshold value, the inverter control All or part of the inverter device for supplying electric power from the generator driven by the engine for adjusting the main motor torque command in the device and returning the engine operating point to the target engine operating point A control system for a diesel vehicle drive device, wherein the load limit command and its limit amount are transmitted to the vehicle.
請求項2に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記直流電力を変換して補機電力を供給する補助電源装置を備えており、
前記エンジン制御部は、前記エンジンのストール回避のための前記エンジン動作点のリミッタをエンジン出力リミッタとして設定するエンジン動作点管理部と、前記実エンジン動作点を監視し、且つ急激な負荷上昇などに起因して前記実エンジン動作点が前記エンジン出力リミッタに達することに応答して、前記発電機が電力を供給する全てもしくは一部の前記インバータ装置又は前記補助電源装置の特定負荷に対して、負荷遮断指令を伝達するエンジン動作点調整部とを備えており、
前記インバータ制御装置は、前記エンジン動作点調整部からの前記負荷遮断指令の入力を受けて、前記インバータ装置又は前記補助電源装置の前記特定負荷を速やかに負荷遮断すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 2,
An auxiliary power supply device that converts the DC power and supplies auxiliary power is provided,
The engine control unit is configured to set an engine operating point limiter for setting the engine operating point limiter for avoiding the stall of the engine as an engine output limiter, monitor the actual engine operating point, and suddenly increase the load. In response to the actual engine operating point reaching the engine output limiter, a load is applied to a specific load of all or part of the inverter device or the auxiliary power supply device to which the generator supplies power. An engine operating point adjustment unit that transmits a shutoff command,
The inverter control device receives the input of the load cutoff command from the engine operating point adjustment unit, and quickly shuts off the specific load of the inverter device or the auxiliary power supply device. Equipment control system.
請求項11に記載のディーゼル動車駆動装置の制御システムにおいて、
前記エンジンが負荷状態を認識し外部に状態信号を供給可能である場合に、
前記エンジン動作点調整部は、前記状態信号の前記エンジン出力リミッタに相当する閾値を設定し、急激な負荷上昇が生じて前記状態信号が前記閾値に達することに応答して、前記インバータ制御装置における前記インバータ装置又は前記補助電源装置の特定負荷の速やかな負荷遮断のため、前記エンジンにより駆動される前記発電機が電力を供給する全てもしくは一部の前記インバータ装置又は前記補助電源装置の特定負荷に対して負荷遮断指令を伝達すること
を特徴とするディーゼル動車駆動装置の制御システム。
In the control system of the diesel vehicle drive device according to claim 11,
When the engine recognizes the load state and can supply a state signal to the outside,
The engine operating point adjustment unit sets a threshold value corresponding to the engine output limiter of the state signal, and in response to a sudden load increase and the state signal reaching the threshold value, in the inverter control device In order to quickly shut off a specific load of the inverter device or the auxiliary power supply device, all or a part of the specific load of the inverter device or the auxiliary power supply device supplied with power by the generator driven by the engine A control system for a diesel vehicle drive device, characterized by transmitting a load shedding command to the vehicle.
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