CN100406701C - 控制传动***的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制一个具有内燃机，尤其是柴油发动机和传动装置，主要用于轨道车辆的传动***的方法，其中内燃机的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率而受到控制。本发明还涉及实施此方法的装置。

Description

控制传动***的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种控制传动***的方法。本发明还涉及一种控制传动***的装置。本发明适合于-但是不局限于-在轨道车辆中应用。
背景技术
在现代柴油机驱动车辆中用于产生能量的柴油机可能产生的最大功率中的一个可观部分不是用于驱动车辆，而是用于其它附带工作。这些能量例如对于冷风机、空气压缩机、空调装置、舱内供电等运行是必需的。根据行驶状态、外部环境、使用条件等，这些能量由柴油发动机和相应能量转换所产生，随车辆的使用时间不断变化。
目前在具有柴油驱动装置的自行驶轨道车辆中应用传动装置，它可以承受所选用柴油发动机所给出的最大功率，或者柴油发动机的功率与传动装置所能承受的最大功率相匹配。在第一种情况下可能导致传动装置尺寸过大。第二种情况下可能导致应用过大尺寸的柴油发动机。
此外已知了具有柴油机电功率转换的轨道车辆，它们装备有与柴油发动机相连接的发电机。附带工作能力直接由发电机、或者通过发电机的辅助绕组产生。然而这种功率转换方式也有缺点，例如大的构件重量、有限的牵引力、高成本。
DE10048015A1公开了一种控制车辆的传动***的方法，在此方法中来自车辆控制装置的功率要求通过应用第一额定值被限定在相应工作点，使得牵引***的传动装置过载得以避免。为了保护传动装置，这里预先规定了一个联接矩最大值，额定联接矩受此最大值限制。此外附带工作的联接矩要求被如此考虑：它被相加到额定联接矩上。此额定联接矩被进一步处理，最终换算为额定节流阀位置，通过此节流阀位置最终控制发动机。代替转矩值，也可以选用其它与驱动单元的输出量有关的量，如转速和功率作为额定量值。
US 2001/0037793A1公开了一种控制车辆的传动***的方法，其中同样用转矩量构成额定值，它在处理结束时换算为对发动机的控制参数。
上述两种方法具有以下缺点：一方面必须设置一个相应的开销较大的传感器，以收集用于形成控制发动机的额定值所需的发动机输出量。此外，在这种方法过程中需要比较费力且费时的计算或换算。
最近DE19807057A1公开了一种控制车辆的传动***的方法，此方法只借助于转速喷射量特征曲线来限制汽车自动传动装置的转矩变换器的热负载，而不考虑附带工作，其中对发动机输出矩进行限制并从而限制了转矩变换器的输入矩。为了当行驶速度低于规定的阈值时限制发动机输出矩，选用一个转速喷射量特征曲线，它相对于最大允许喷射量限定所用的最大喷射量。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种方法及一种装置，此方法或装置用简单的设备就可对内燃机进行反应迅速的控制。
此外在柴油发动机和主动轴之间应采用一个传动装置，它在其大小和性能上满足所需要的牵引能力。
根据本发明，上述任务这样来完成：
用于控制车辆的传动***的方法，传动***具有一个通过控制装置来控制的内燃机，内燃机与牵引***的传动装置和附带操作***的附带设备相耦合，其中内燃机的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率被控制，来自车辆控制装置的功率要求通过利用第一额定值被限定在相应工作点，从而避免牵引***的传动装置的过载，其中内燃机的控制通过利用下列值而完成：一个由传动装置的设置所规定的内燃机燃料供应量的额定极值；以及一个由附带操作***所承受的机械功率求得的内燃机燃料供应量的第二额定值。
用于控制车辆的传动***的装置，它具有第一控制装置，该控制装置控制传动***的内燃机，内燃机与牵引***的传动装置和附带操作***的附带设备相耦合，其中第一控制装置被如此设计：使得内燃机的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率被控制，来自车辆控制装置的功率要求通过利用第一额定值被限定在相应工作点，从而避免牵引***的传动装置的过载，其中用于控制内燃机的第一控制装置被设计为利用下列值：一个由传动装置的设置所规定的内燃机燃料供应量的额定极值；以及一个由附带操作***所承受的机械功率确定的内燃机燃料供应量的第二额定值。
按照本发明，根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率控制内燃机的功率。本发明的装置具有实现上述控制所需的设备。这样一方面避免了内燃机或传动装置的尺寸过大，另一方面本发明具有以下优点：阻止了传动装置由于所用内燃机在某些情况下可能更大的最大功率而引起的过载。
根据本发明，来自车辆控制装置的功率需求通过利用第一个额定值S1如此限定在相应工作点，使得传动***的传动装置的过载得以避免。
根据本发明，利用一个由传动装置的设置所规定的内燃机燃料供应量的额定极值S1max实现内燃机的控制。这基于以下认识：多个驱动装置以规定在狭窄范围中的内燃机工作状态来工作。通常有以下情况：内燃机工作在一个范围内，在此范围中提供内燃机的最大转矩。在此情况下从规定的最大允许转矩出发(它可施加在传动装置的输入端，而不会长期损伤传动装置)，由已知的内燃机特征曲线直接求出此额定极值S1max。该值然后可以用于控制内燃机。
利用燃料供应量的解决方案具有以下优点：不需要高耗费的计算和求得内燃机的实际转速和传动***各个部件上的实际转矩。这样可以无需高耗费的计算，这种计算将导致与所需计算时间相对应的时延，而内燃机立即以控制内燃机所需的量来工作。
内燃机可以是任意一种常规的发动机。内燃机最好是柴油发动机。在此情况下燃料供应量就是用于柴油发动机的喷射量。
应用一个要求值S1A和额定极值S1max求出第一个额定值S1是有好处的。这里要求值S1A例如被一个上级车辆控制装置并由来自车辆控制装置的功率要求求出。要求值同样可以是燃料供应量的一个值。
最好将要求值S1A和额定极值S1max相互比较。接着根据比较结果设置第一个额定值S1。当要求值S1A小于额定极值S1max时，则将第一额定值S1设置为等于要求值S1A。相反，如果要求值S1A大于额定极值S1max，则将第一额定值S1设置为等于额定极值S1max。这样，可以具有优点的方式实现对传动装置上施加的转矩的限制及通过传动装置传递的功率的限制。
具有优点的是求出附带操作***所承受的机械功率，并由此产生用于控制内燃机的第二额定值S2。这样可以在控制时考虑到附带操作***所承受的功率，使得传动***不受附带操作***的功率要求的影响。
在这里最好第一额定值S1和第二额定值S2相加，并作为总额定值Sges传送到内燃机控制装置，此装置调节燃料供应量。
本发明所述方法的一个优选方案是，内燃机的最大和最小转速和/或内燃机的最大功率或最大转矩通过其控制装置受到控制并被遵守。
内燃机可以是任意一种常规的发动机。它最好是一台柴油发动机。在此情况下燃料供应量就是用于柴油发动机的喷射量。传动装置可以是任意一种传动装置。最好机械或液压的传动装置被用作传动装置。
本发明还涉及用于控制传动***，尤其是轨道车辆的传动***的装置，它具有第一控制装置，它控制传动***的内燃机，内燃机与传动***的传动装置并与附带操作***的附带设备相耦合。按照本发明，第一控制装置被如此设计，使得内燃机的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率而受到控制。
用此装置可以实现上述本发明方法的优点并实施前面所述的本发明方法。
用于控制内燃机的第一控制装置最好设计成利用一个由传动装置的设置所规定的内燃机燃料供应量的额定极值S1max。
此外第一控制装置最好还具有一个用来比较要求值S1A和额定极值S1max的比较器，它被如此设计，使得当要求值S1A小于额定极值S1max时，它将第一额定值S1设置为等于要求值S1A，而当要求值S1A大于额定极值S1max时，它将第一额定值S1设置为等于额定极值S1max。
本发明所述装置的一个特别具有优点的方案是，第一控制装置包括一个用于求得附带操作***所承受的机械功率的求值装置，它被设计成由求出的附带操作***所承受的机械功率来确定第二额定值S2。
具有优点的是第一控制装置被设计为将第一额定值S1和第二额定值S2相加为一个总额定值Sges，并将此总额定值Sges传递到内燃机的第二控制装置。
最好设置内燃机的第二控制装置，它被设计用来实现内燃机的最大和最小允许转速和/或内燃机的最大功率或最大转矩的控制和遵守。
本发明还涉及具有内燃机和控制内燃机的根据本发明的装置、主要用于轨道车辆的传动***，内燃机与传动***的传动装置并与附带操作***的附带设备相耦合。
附图说明
本发明其它具有优点的方案由从属权利要求及下面对附图所示优选实施例的相应说明给出。附图中：
图1是本发明所述装置的一个优选实施方式的示意图；
图2是本发明所述方法的一个优选实施方式的示意图。
具体实施方式
在自行驶轨道车辆中带有机械或液压的传动装置2的柴油发动机1被用作传动***，其中传动装置2用于在柴油机1和轨道车辆的主动轴之间传递能量。柴油发动机1同时通过相应的能量转换器或能量传送器为辅助设备3提供能量。例如用于车舱供电的电能借助于发电机产生，发电机由柴油发动机驱动。其它辅助设备，如冷气机、空气压缩机或空调机的运行直接由柴油发动机或通过传动装置由柴油发动机供给能量。
在此实施例中柴油发动机1的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率受第一控制装置1.1控制，其中来自车辆4的功率要求以要求值S1A的形式通过应用一个柴油发动机1的第二控制装置1.2上的相应的第一额定值S1而被限制在相应工作点内，使得在柴油发动机1和齿轮组之间的传动装置的过载被可靠地避免。为此根据本发明的装置具有一个用于额定极值S1max的存储器5，一个用于将额定极值S1max与来自车辆的要求值S1A进行比较的比较器，以及一个用于将柴油发动机的功率限制到额定值S1上的调节器1.3。这里额定极值S1max是用于喷射量的一个值，它事先由允许进入传动装置的最大转矩求得。
此外设置一个求值装置7，通过它收集由附带工作所承受的机械功率并由此形成额定值S2。这里求值装置7由其上所加电压和电流关系确定发电机所需功率，同时在工作中存在的机械耗能设备的功率被作为已知的恒定功率值或假设为恒定的功率值加以考虑。由此借助于事先求出的功率喷射量特征曲线求出额定值S2。
如图2所示，在第一个步骤7中要求值S1A与额定极值S1max进行比较。
接着，根据比较结果来设置第一额定值S1。如果要求值S1A小于额定极值S1max，则在步骤8中将第一额定值S1设置为等于要求值S1A。相反如果要求值S1A大于额定极值S1max，则在步骤9中将第一额定值S1设置为等于额定极值S1max。这样可以具有优点的方式实现对施加在传动装置上转矩的限制或对通过传动装置传递的功率的限制。
然后在步骤10中额定值S1和S2在相加器12中相加，并在步骤11中作为总额定值S1ges传送给柴发动油机的第二控制装置1.2。总额定值S1ges然后继续传送到调节器1.3，用于根据总额定值控制柴油发动机。
柴油发动机的最大和最小允许转速以及柴油发动机的最大功率或转矩通过它自身的控制装置，即第二控制装置1.2而被控制和遵守。第二控制装置在所示例子中是第一控制装置1.1的一个部件，而在本发明的其它方案中它也可以设计为独立的控制装置。

Claims (14)

1.用于控制车辆的传动***的方法，传动***具有一个通过控制装置来控制的内燃机(1)，内燃机与牵引***的传动装置(2)和附带操作***的附带设备相耦合，其中内燃机(1)的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率被控制，来自车辆控制装置的功率要求通过利用第一额定值(S1)被限定在相应工作点，从而避免牵引***的传动装置(2)的过载，其特征在于，内燃机(1)的控制通过利用下列值而完成：
-一个由传动装置(2)的设置所规定的内燃机(1)燃料供应量的额定极值(S1max)；以及
-一个由附带操作***所承受的机械功率求得的内燃机(1)燃料供应量的第二额定值(S2)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一额定值(S1)通过利用下列值而求得：
-一个要求值(S1A)，它由来自车辆控制装置(4)的功率要求而求得，以及
-额定极值(S1max)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，要求值(S1A)与额定极值(S1max)相互比较，并且
-如果要求值(S1A)小于额定极值(S1max)，则将第一额定值(S1)设置为等于要求值(S1A)，并且
-如果要求值(S1A)大于额定极值(S1max)，则将第一额定值(S1)设置为等于额定极值(S1max)。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一额定值(S1)和第二额定值(S2)被相加，并作为总额定值(Sges)传送给内燃机(1)的控制装置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，内燃机的最大和最小允许转速和/或内燃机的最大功率或最大转矩通过其控制装置受到控制并被遵守。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，机械或液压的传动装置被用作传动装置(2)。
7.用于控制车辆的传动***的装置，它具有第一控制装置(1.1)，该控制装置控制传动***的内燃机(1)，内燃机与牵引***的传动装置(2)和附带操作***的附带设备相耦合，其中第一控制装置(1.1)被如此设计：使得内燃机(1)的功率根据车辆所要求的牵引功率和附带工作功率被控制，来自车辆控制装置的功率要求通过利用第一额定值(S1)被限定在相应工作点，从而避免牵引***的传动装置(2)的过载，其特征在于，用于控制内燃机(1)的第一控制装置(1.1)被设计为利用下列值：
-一个由传动装置(2)的设置所规定的内燃机燃料供应量的额定极值(S1max)；以及
-一个由附带操作***所承受的机械功率确定的内燃机燃料供应量的第二额定值(S2)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，第一控制装置(1.1)利用下列值求出第一额定值(S1)：
-一个要求值(S1A)，它由来自车辆控制装置(4)的功率要求而求得，以及
-额定极值(S1max)。
9.如权利要8所述的装置，其特征在于，第一控制装置(1.1)具有一个用于比较要求值(S1A)和额定极值(S1max)的比较器(6)，该比较器被如此设计，使得
-如果要求值(S1A)小于额定极值(S1max)，将第一额定值(S1)设置为等于要求值(S1A)，且
-如果要求值(S1A)大于额定极值(S1max)，将第一额定值(S1)设置为等于额定极值(S1max)。
10.如权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，第一控制装置(1.1)包括一个用于求得附带操作***所承受的机械功率的求值装置(7)，它被设计为由所求得的附带操作***承受的机械功率确定第二额定值(S2)。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，第一控制装置(1.1)被设计为将第一额定值(S1)和第二额定值(S2)相加，得到一个总额定值(Sges)，并将总额定值(Sges)传送给第二控制装置。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，设置了内燃机的第二控制装置(1.2)，它被设计为控制并遵守内燃机的最大和最小允许转速和/或内燃机的最大功率或最大转矩。
13.具有内燃机(1)和一个如权利要求7至12中任一项所述的内燃机(1)控制装置的传动***，内燃机与牵引***的传动装置和附带操作***的附带设备相耦合。
14.如权利要求13所述的传动***，其特征在于，传动装置是机械或液压的传动装置(2)，和/或内燃机是柴油发动机(1)。
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