CN101691116A - 内燃动车的加速度牵引控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃动车的牵引控制方法，特别是一种内燃动车的加速度牵引控制方法，其包括输出牵引手柄的加速度档位信号、输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号、输出车载中央微机的柴油机转速档位控制信号、输出车载中央微机的发电机励磁电流、输出车载中央微机的反馈功率档位信号、输出牵引控制单元的功率档位比对、交—直—交电流转换七个步骤；其中，在上述各个步骤里采用安全保护控制和总线技术传输信号。与传统内燃动车的输出功率牵引控制方法相比，由于司机可以直接控制列车速度变化，极大降低了司机在复杂路况下控速行驶的操作难度，实现了定加速度提速和定速巡航的功能。司机扳动牵引手柄换档，列车便能以牵引手柄确定的加速度运行。

Description

内燃动车的加速度牵引控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃动车的牵引控制方法，特别是一种内燃动车的加速度牵引控制方法，尤其适用于交流电传动式内燃动车的牵引控制***。

技术背景

传统内燃动车的牵引控制方法有两种：一种是采用柴油机转速控制，另一种是采用柴油机力矩控制。在第一种方法中，司机实际控制的是柴油机的转速；在第二种方法中，司机实际控制的是柴油机的输出力矩。当列车要提高车速时，司机要扳动手柄来增大柴油机的转速或是输出力矩，这时车速虽然会向上增加，但是极难使车速准确的固定在某一个速度值上；当列车要降低车速时，司机又要扳动手柄来减小柴油机的转速或是输出力矩，此时车速虽然会减小，但是也极难使车速准确的定在某一个速度值上。尤其是在一些坡道较多的列车线路上，司机总是要忙于扳动手柄来调整车速。上坡时司机扳动牵引手柄晚了，柴油机若不能及时提供足够的牵引力，列车可能会开不上坡；下坡时扳动手柄晚了，柴油机若不能及时降低牵引力，列车可能会出现超速。在上述两种传统控制方法中，司机实际并非是在直接控制列车速度的变化，而是在控制柴油机输出功率的变化，这使得司机驾驶列车按规定速度稳定行驶的难度大为增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的内燃动车的牵引控制方法，其克服了传统的牵引控制方法因依靠控制柴油机输出功率间接控制列车行驶速度而造成的在复杂路况下控速行车困难的问题。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：提供一种内燃动车的牵引控制方法，其包括输出牵引手柄的加速度档位信号、输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号、输出车载中央微机的柴油机转速档位控制信号、输出车载中央微机的发电机励磁电流、输出车载中央微机的反馈功率档位信号、输出牵引控制单元的功率档位比对、交-直-交电流转换七个步骤。其中，在上述各个步骤里采用安全保护控制，并采用总线技术传输信号。

本控制方法基于交流电传动式内燃动车的牵引***。交流电传动式内燃动车的牵引***包括柴油机总成、牵引发电机总成、牵引逆变器总成、牵引电动机总成、车载中央微机、牵引手柄。所述柴油机总成进一步包括柴油机和若干传感器。所述牵引发电机总成进一步包括发电机和整流器。所述牵引逆变器总成进一步包括牵引逆变器和牵引控制单元。

优选的是，所述牵引手柄具有十六个档位，每一个档位对应一个加速度档位信号。所述输出牵引手柄的加速度档位信号步骤使用四个指令信号编码，排列组合出十六个加速度档位信号。所述牵引手柄的加速度档位信号通过牵引手柄输入到牵引控制单元。每一个加速度档位信号对应一个固定的加速度等级，0档代表不输出牵引功率，1档代表匀速，2-15档代表不同等级加速度。每个加速度等级对应的加速度具体数值不绝对固定，与列车载重和路况有关。

优选的是，所述牵引逆变器总成的所需功率具有十六个档位，每一个档位对应一个牵引逆变器总成的所需功率信号。所述输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号步骤使用四个指令信号编码，排列组合出十六个牵引逆变器总成的所需功率的档位信号。所述牵引逆变器的所需功率的档位信号由牵引控制单元输入到车载中央微机。所述牵引逆变器总成的所需功率档位由路况、车重和加速度等因素决定，根据牵引逆变器总成输出功率和车载中央微机的反馈功率档位信号计算出来。

优选的是，所述输出车载中央微机的柴油机转速档位控制信号为控制柴油机转速档位的脉冲宽度调制方波信号，此信号由车载中央微机输入到柴油机总成。脉冲宽度调制方波信号具有十六种脉宽占空比，每一个脉宽占空比调制方波的宽度直接对应一个固定的柴油机转速档位，间接对应一个固定的牵引发电机总成输出电压；脉冲宽度调制方波信号脉宽占空比越大，柴油机转速档位越高，柴油机转速越快。

优选的是，所述车载中央微机的发电机励磁电流输入到发电机励磁绕组。车载中央微机根据柴油机转速和发电机负载对发电机的励磁电流进行直流斩波控制，从而实现对发电机输出电压的控制。

优选的是，所述车载中央微机的反馈功率具有十六个档位，每一个档位对应一个车载中央微机的反馈功率档位信号。所述输出车载中央微机的反馈功率档位信号步骤使用四个指令信号编码，排列组合出十六个车载中央微机的反馈功率档位信号。所述车载中央微机的反馈功率档位信号由车载中央微机输入到牵引控制单元。每一个反馈功率档位信号代表柴油机速度调整稳定后，柴油机的实际转速及输出功率所对应的档位。车载中央微机的反馈功率档位信号根据柴油机的转速和输出功率计算产生。

优选的是，所述输出牵引控制单元的功率档位比对步骤运用两种档位信号，分别为牵引逆变器总成的所需功率档位信号和车载中央微机的反馈功率档位信号。比对输出的逻辑运算规则如下：若牵引逆变器总成的所需功率档位≤车载中央微机的反馈功率档位，代表发电机能够提供出牵引逆变器所需的功率。此时，牵引控制单元按原指令，输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号。若牵引逆变器总成的所需功率档位＝车载中央微机的反馈功率档位+1时，代表牵引逆变器的所需功率比发电机实际能够提供的功率大一档。由于柴油机承受过载能力差，此时牵引控制单元不再继续向上提升牵引逆变器总成的所需功率档位。若牵引逆变器总成的所需功率档位≥车载中央微机的反馈功率档位+2时，发电机实际能够提供的功率远远不能满足牵引逆变器的需要。此时牵引控制单元要逐渐降低牵引逆变器的所需功率档位，直至重新形成平衡。

优选的是，所述交-直-交电流转换步骤包括交流电变直流电和直流电变交流电两部分。发电机经过车载中央微机调压后，其输出的交流电被整流器转换为直流电。直流电传输至牵引逆变器后，牵引逆变器又将直流电转换为交流电，用于驱动牵引电动机。在直流电转换至交流电的过程中，牵引逆变器总成内的牵引控制单元将控制牵引逆变器，使牵引逆变器输出电压、频率可调的交流电。

优选的是，所述安全保护控制包括倒车时速限制、档位回差值设定、柴油机超负荷保护和柴油机故障保护。其中，所述倒车时速限制是指列车在倒车时，牵引控制单元会限定倒车最高时速，不论牵引手柄推到2-15中任何一个加速度档位，只要车速传感器监测列车达到最高倒车时速，列车便开始以该速度恒速运行，不再提速。所述回差值设定是指车载中央微机和牵引控制单元对档位定义时，相邻两个档位之间要设定出一个回差值，以防止档位在一个点形成上下两档的摆动震荡。所述柴油机超负荷保护是指若车载中央微机监测到柴油机超负荷后，车载中央微机将向牵引控制单元输出降功信号，牵引逆变器的所需功率会降低至正常时需求的一半，直至柴油机总成的传感器输出参数恢复正常。柴油机故障保护是指若车载中央微机监测到柴油机总成故障后，车载中央微机将向牵引控制单元输出故障信号，牵引逆变器将逐渐减小所需功率档位至0，直到柴油机总成的传感器输出参数恢复正常。

优选的是，内燃动车的各节动车之间使用总线技术传输信号，以实现各节动车的牵引动作能够协调统一。其中，各个车载中央微机之间选用Longworks BUS总线技术联接，各个牵引控制单元之间选用CAN BUS总线技术联接。

本发明的内燃动车的加速度牵引控制方法与传统的内燃动车的输出功率牵引控制方法相比，由于司机可以直接控制列车速度变化，极大降低了列车司机在复杂路况下控速行驶的操作难度，实现了定加速度提速和定速巡航的功能。司机扳动牵引手柄升档，列车便以牵引手柄确定的加速度运行。司机把手柄推到1档以上的档位，不论路况的行驶阻力如何变化，只要柴油机功率许可，列车定加速行驶；当车速达到了司机需要的速度，司机把手柄回到1档，列车保持匀速行驶，不论路况的行驶阻力如何变化，只要柴油机功率许可，列车依然可以保持匀速运行；当需要降速时，司机把牵引手柄降到0档，列车牵引***停止输出牵引功率，然后可采用空气制动或电制动进行降速或停车。

附图说明

为了使本发明更便于理解，现在结合附图描述本发明的最佳实施例。

图1为本发明的内燃动车的加速度牵引控制方法的最佳实施例的流程图。

图2为图1所示实施例的牵引手柄的加速度档位信号的参数图。

图3为图1所示实施例的牵引逆变器总成的所需功率档位信号的参数图。

图4为图1所示实施例的柴油机转速档位控制信号及车载中央微机的反馈功率档位信号的参数图。

具体实施方式

下面举例说明图示最佳实施例的工作过程。列车司机扳动牵引手柄至某一档位，使牵引手柄发出牵引手柄的加速度档位信号到牵引控制单元，牵引逆变器总成开始输出功率驱动列车运行。在拖车车轮轴端处安装有一个四输出通道式光电车速传感器，将车速信号不断输入列车的牵引控制***。牵引控制单元根据分析车速传感器传来的车速信号、车载中央微机反馈来的柴油机实际转速及输出功率档位信号和牵引手柄的加速度档位信号，计算出牵引逆变器总成的所需功率档位，并发送牵引逆变器总成的所需功率档位信号至车载中央微机。由于列车为定加速度提速，牵引逆变器总成的所需功率将随车速的不断升高而增加，所以牵引逆变器总成的所需功率档位亦会不断升高。车载中央微机接到牵引逆变器总成的所需功率档位后，开始输出柴油机转速档位控制信号，即脉冲宽度调制方波信号；并向牵引发电机总成发出发电机励磁电流。所述脉冲宽度调制方波信号为主动输出，因为车载中央微机直接决定柴油机的转速、发电机输出的交流电压和整流器输出的直流电压；所述发电机励磁电流为被动输出，此输出信号由外界负载决定，当外界的负载加大时会引起直流电压下降，此时车载中央微机会增大励磁电流来使直流电压回升到要维持的值，柴油机为了维持转速不变，自动增加循环供油量。反之亦然。在每个档位下，只要牵引逆变器所需的总功率不超过柴油机该档位转速下的最大限制功率，柴油机的喷油量就自行调整；当柴油机在该档位转速下不能通过增大喷油量来满足牵引逆变器所需功率时，则车载中央微机发出脉冲宽度调制方波信号命令柴油机调高一个转速档位。牵引发电机总成输出的直流电进入牵引逆变器总成后被转换为电压和频率可调的交流电，用以驱动牵引电动机。输出柴油机转速档位控制信号后，柴油机开始调整转速档位，发电机开始调整励磁电流。车载中央微机根据柴油机的实际转速及输出功率，计算出一个对应的反馈功率档位，并将反馈功率档位信号输入牵引控制单元。牵引控制单元根据牵引逆变器总成的所需功率档位信号和车载中央微机的反馈功率档位信号进行比对输出，实现牵引控制***的闭环控制。比对输出的逻辑运算规则如下：若牵引逆变器总成的所需功率档位≤车载中央微机的反馈功率档位，表明发电机能够提供牵引逆变器所需的功率。此时，牵引控制单元按原指令，输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号。若牵引逆变器总成的所需功率档位＝车载中央微机的反馈功率档位+1时，表明牵引逆变器的所需功率比发电机实际能够提供的功率大一档。由于柴油机承受过载能力差，此时牵引控制单元不再继续向上提升牵引逆变器总成的所需功率档位。若牵引逆变器总成的所需功率档位≥车载中央微机的反馈功率档位+2时，发电机实际能够提供的功率远远不能满足牵引逆变器的需要。此时牵引控制单元要逐渐降低牵引逆变器的所需功率档位，直至重新形成平衡。在倒车时，牵引控制单元会限止列车的最高倒车时速。不论牵引手柄推到2-15中任何一个加速度档位，只要车速传感器监测列车达到最高倒车时速，列车便开始以该速度恒速运行。车载中央微机和牵引控制单元对档位定义时，相邻两个档位之间要设定出一个回差值，以防止档位在一个点形成上下两档的摆动震荡。柴油机总成上的传感器将柴油机转速信号、冷却液温度信号、机油压力信号、冷却液液位信号和进气歧管温度信号传入车载中央微机。若车载中央微机监测到柴油机超负荷后，车载中央微机将向牵引控制单元输出柴油机降功信号，牵引逆变器的所需功率会降低至正常时需求的一半，直至柴油机总成的传感器输出参数恢复正常。若车载中央微机监测到柴油机总成故障后，车载中央微机将向牵引控制单元输出故障信号，牵引逆变器将逐渐减小所需功率档位至0，直到柴油机总成的传感器输出参数恢复正常。内燃动车的各节动车之间使用总线技术传输信号，以实现各节动车的牵引动作能够协调统一。其中，各个车载中央微机之间选用Longworks BUS总线技术联接，各个牵引控制单元之间选用CAN BUS总线技术联接。

以上结合本发明的优选实施例做了详细描述，但这并非对本发明的限制，凡是依据本发明方案的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围之内。

Claims (11)

1.一种内燃动车的牵引控制方法，包括如下步骤：

A、输出牵引手柄的加速度档位信号；

B、输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号；

C、输出车载中央微机的柴油机转速档位控制信号；

D、输出车载中央微机的发电机励磁电流；

E、输出车载中央微机的反馈功率档位信号；

F、牵引控制单元的功率档位比对；

G、交-直-交电流转换；

其中，在上述各个步骤里采用安全保护控制，并采用总线技术传输信号。

2.如权利要求1所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤A中，牵引手柄具有十六个档位，每一个档位对应一个加速度档位信号；

所述输出牵引手柄的加速度档位信号使用四个指令信号编码，排列组合出十六个加速度档位信号；

通过牵引手柄将牵引手柄的加速度档位信号输入到牵引控制单元；

每一个加速度档位信号对应一个固定的加速度等级，0档代表不输出牵引功率，1档代表匀速，2-15档代表不同等级加速度；

每个加速度等级对应的加速度具体数值不绝对固定，与列车载重和路况有关。

3.如权利要求1或2所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤B中，牵引逆变器总成的所需功率具有十六个档位，每一个档位对应一个牵引逆变器总成的所需功率信号；

所述输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号使用四个指令信号编码，排列组合出十六个牵引逆变器总成的所需功率的档位信号；

通过牵引控制单元将牵引逆变器总成的所需功率档位信号输入到车载中央微机；

牵引逆变器总成的所需功率档位由路况、车重和加速度等因素决定，依据牵引逆变器总成输出功率和车载中央微机的反馈功率档位信号计算出来。

4.如权利要求1-3中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤C中，输出车载中央微机的柴油机转速档位控制信号为控制柴油机转速档位的脉冲宽度调制方波信号；

脉冲宽度调制方波信号具有十六种脉宽占空比，每一个脉宽占空比调制方波的宽度直接对应一个固定的柴油机转速档位，间接对应一个固定的牵引发电机总成输出电压；

脉冲宽度调制方波信号脉宽占空比越大，柴油机转速档位越高，柴油机转速越快；

所述柴油机转速档位控制信号由车载中央微机输入到柴油机总成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤D中，车载中央微机的发电机励磁电流输入到发电机励磁绕组；

车载中央微机根据柴油机转速和发电机负载对发电机的励磁电流进行直流斩波控制，从而实现对发电机输出电压的控制。

6.如权利要求1-5中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤E中，所述车载中央微机的反馈功率具有十六个档位，每一个档位对应一个车载中央微机的反馈功率档位信号；

所述输出车载中央微机的反馈功率档位信号使用四个指令信号编码，排列组合出十六个车载中央微机的反馈功率档位信号；

通过车载中央微机将车载中央微机的反馈功率档位信号输入到牵引控制单元；

每一个反馈功率档位信号代表了柴油机速度调整稳定后，柴油机的实际转速及输出功率所对应的档位；

车载中央微机的反馈功率档位信号根据柴油机的转速和输出功率计算产生。

7.如权利要求1-6中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤F中，所述输出牵引控制单元的功率档位比对运用两种档位信号，分别为牵引逆变器总成的所需功率档位信号和车载中央微机的反馈功率档位信号；

比对输出的逻辑运算规则如下：1)若牵引逆变器总成的所需功率档位≤车载中央微机的反馈功率档位，牵引控制单元按原指令，输出牵引逆变器总成的所需功率档位信号；2)若牵引逆变器总成的所需功率档位＝车载中央微机的反馈功率档位+1时，牵引控制单元不再继续向上提升牵引逆变器总成的所需功率档位；3)若牵引逆变器总成的所需功率档位≥车载中央微机的反馈功率档位+2时，牵引控制单元逐渐降低牵引逆变器的所需功率档位，直至重新形成平衡。

8.如权利要求1-7中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

在步骤G中，所述交-直-交电流转换包括交流电变直流电和直流电变交流电两部分；

发电机经过车载中央微机的控制调压后，其输出的交流电被整流器转换为直流电；

直流电传输至牵引逆变器后，牵引逆变器又将直流电转换为交流电，用于驱动牵引电动机；

在直流电转换至交流电的过程中，牵引逆变器总成内的牵引控制单元将控制牵引逆变器，使牵引逆变器输出电压、频率可调的交流电。

9.如权利要求1-8中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：

所述安全保护控制包括倒车时速限制、档位回差值设定、柴油机超负荷保护和柴油机故障保护，其中所述倒车时速限制是指列车在倒车时，牵引控制单元会限定倒车最高时速，不论牵引手柄推到2-15中任何一个加速度档位，只要车速传感器监测列车达到最高倒车时速，列车便开始以该速度恒速运行；所述回差值设定是指车载中央微机和牵引控制单元对档位定义时，相邻两个档位之间要设定出一个回差值，以防止档位在一个点形成上下两档的摆动震荡；其中所述柴油机超负荷保护是指若车载中央微机监测到柴油机超负荷后，车载中央微机向牵引控制单元输出降功信号，牵引逆变器的所需功率会降低至正常时需求的一半，直至柴油机总成的传感器输出参数恢复正常；其中所述柴油机故障保护是指若车载中央微机监测到柴油机总成故障后，车载中央微机将向牵引控制单元输出故障信号，牵引逆变器将逐渐减小所需功率档位至0，直到柴油机总成的传感器输出参数恢复正常。

10.如权利要求1至9中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：各个车载中央微机之间选用Longworks BUS总线技术联接；各个牵引控制单元之间选用CAN BUS总线技术联接。

11.如权利要求1至10中任一项所述的内燃动车的牵引控制方法，其特征在于：适用于交流电传动式内燃动车的牵引控制***。

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