專利名稱：鐵道車輛的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵道車輛的驅(qū)動裝置，特別是涉及一種設(shè)置發(fā)電單元 和電力積蓄單元，并利用這兩個單元產(chǎn)生的電力，驅(qū)動鐵道車輛的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于鐵的車輪在軌道面上滾動，從而鐵道車輛行駛，所以特征是行駛 阻力比汽車更小。特別在最近的電氣化鐵道車輛中，進行通過在制動時把 主電動機作為發(fā)電機工作，取得制動力，并且把在制動時由主電動機產(chǎn)生 的電能返回架設(shè)電線，作為其他車輛的牽引能量再利用的再生制動控制。 具有該再生制動的電氣化鐵道車輛與不具有再生制動的電氣化鐵道車輛 相比，用約一半的耗能就能行駛，可以說是有效地利用行駛阻力小的鐵道 車輛的節(jié)能手法。
而輸送密度小的地方路線等，通過不用架設(shè)電線、不用架設(shè)變電站等 基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)燃機車(柴油機車)，以低成本實現(xiàn)極細致的乘客服務(wù)。可 是，內(nèi)燃機車由于沒有架設(shè)電線等對其他車輛傳遞能量的單元，所以不進 行電氣化鐵道車輛那樣的再生能量的再利用。因此，為了用內(nèi)燃機車實現(xiàn) 節(jié)能，考慮必須依賴低燃料費引擎的開發(fā)。
作為關(guān)于這樣的內(nèi)燃機車推進節(jié)能的一個方法，提出組合引擎和蓄電 裝置的混合內(nèi)燃機車?；旌蟽?nèi)燃機車通過設(shè)置蓄電裝置，能用蓄電裝置把 在制動時產(chǎn)生的再生能量吸收，把該吸收的再生能量在牽引時作為必要的 能量的一部分再利用，從而能實現(xiàn)節(jié)能。
對于混合內(nèi)燃機車，例如在專利文獻1的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中進行 了描述。
圖9表示專利文獻1的混合內(nèi)燃機車系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。具有把由 引擎1驅(qū)動的發(fā)電機2產(chǎn)生的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力的轉(zhuǎn)換裝置3;把 直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的逆變裝置4;具有充電和放電直流電力功能的蓄電裝置8;以及驅(qū)動鐵道車輛的電動機5，在把轉(zhuǎn)換裝置3產(chǎn)生的直流
電力和蓄電裝置8產(chǎn)生的直流電力提供給逆變裝置4時，由控制裝置39 把蓄電裝置8中積蓄的蓄電能量設(shè)定為對車輛速度的蓄電管理基準模式， 按照基于該模式的蓄電量和蓄電裝置8的實際蓄電量的差量，控制轉(zhuǎn)換裝 置產(chǎn)生的直流電力。
專利文獻1:特開2004-282859號公報
混合內(nèi)燃機車是用蓄電裝置回收制動時的再生能量，通過再利用它， 取得節(jié)能效果的方式。特別是，在引擎的旋轉(zhuǎn)軸與車輪的旋轉(zhuǎn)機械地斷開 的"串聯(lián)式混合方式"中，具有與車輛速度無關(guān)地決定引擎的轉(zhuǎn)速的特征。 在該串聯(lián)式混合方式的設(shè)備結(jié)構(gòu)中，在不要基于引擎的發(fā)電的時候，能進 行停止引擎的怠速停止(idlestop)。通過該怠速停止，混合內(nèi)燃機車能進 一步擴大燃料消耗量降低的優(yōu)點。此外，在以往的內(nèi)燃機車中，由專用的 馬達對引擎提供起動扭矩，起動引擎。因此，為了避免頻繁停止/起動引擎， 在車站停車中，通常也進行引擎的怠速運轉(zhuǎn)，成為車站內(nèi)的噪聲的原因。
對于該串聯(lián)式混合方式的混合內(nèi)燃機車，當然在停車中也能進行怠速 停止，完全停止引擎，所以能降低車站內(nèi)的引擎噪聲。
可是，在圖9所示的專利文獻1的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，在關(guān)于發(fā) 明的實施方式的說明中，公開了按照行駛條件，"停止"引擎/轉(zhuǎn)換器的動 作?？墒牵瑢τ谝?轉(zhuǎn)換器的動作停止，不明確關(guān)于停止哪個動作。此外， 沒公開其具體的停止控制的方法。
對于基于串聯(lián)式混合方式的混合內(nèi)燃機車，在不用引擎發(fā)電的狀況 下，能停止引擎?？墒?，在考慮實際的鐵道車輛的駕駛時，考慮從引擎停 止狀態(tài)再牽引時，引擎的發(fā)電開始會延遲。由于在無法取得該引擎的發(fā)電 電力的期間必須用蓄電裝置負擔牽引電力的全部，所以蓄電裝置的負擔增 大，有可能產(chǎn)生過大的放電電力引起的蓄電裝置的故障等。
艮P，為了在混合內(nèi)燃機車中進行怠速停止控制，解決以下技術(shù)課題是 很重要的，
(1) 根據(jù)駕駛狀態(tài)和車輛行駛狀態(tài)，適當判斷能怠速停止的狀況。
(2) 考慮從引擎開始指令到實際取得發(fā)電電力的響應性的牽引性能 的研究。據(jù)此，認為能開始實現(xiàn)怠速停止控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在由引擎驅(qū)動的發(fā)電設(shè)備組合電力積蓄 單元，用逆變裝置把由這兩者供給的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，在驅(qū)動馬 達的串聯(lián)式混合方式的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，適當判斷能引擎停止的狀 況，考慮引擎發(fā)電的響應性，實現(xiàn)能確保穩(wěn)定的牽引性能的怠速停止控制 方式，能降低燃料消耗量和降低引擎噪聲的、環(huán)保的鐵道車輛的驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的鐵道車輛的驅(qū)動裝置的特征在于，包括具有把由引擎驅(qū)動 的發(fā)電單元產(chǎn)生的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力的逆變單元的直流電力產(chǎn)生 單元；把直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的逆變單元；由逆變單元驅(qū)動的電動機； 具有對直流電力進行充電和放電的功能的電力積蓄單元；控制這些各單元 的控制單元；檢測發(fā)電單元的轉(zhuǎn)速的單元；檢測電動機的轉(zhuǎn)速的單元；檢 測電力積蓄單元的蓄電量的單元；檢測由直流電力產(chǎn)生單元轉(zhuǎn)換的直流電 力的單元，
控制單元按照電動機的速度和電力積蓄單元的蓄電電力量，控制引擎 的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，能提供一種在由引擎驅(qū)動的發(fā)電設(shè)備組合電力積蓄單 元，用逆變裝置把由這兩者供給的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，在驅(qū)動馬達 的串聯(lián)式混合方式的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，適當判斷能引擎停止的狀 況，考慮引擎發(fā)電的響應性，實現(xiàn)能確保穩(wěn)定的牽引性能的怠速停止控制 方式，能降低燃料消耗量和降低引擎噪聲的、環(huán)保的鐵道車輛的驅(qū)動裝置。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的電車的控制裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。 圖2是表示實現(xiàn)本發(fā)明實施例2的怠速停止控制的結(jié)構(gòu)的圖。 圖3是表示實現(xiàn)本發(fā)明實施例3的怠速停止控制的控制條件的一個例 子的示意圖。
圖4是實現(xiàn)本發(fā)明實施例4的牽引電力控制的控制框圖。
圖5是表示本發(fā)明實施例5的牽引電力控制的動作的一個例子的示意
5圖。
圖6是實現(xiàn)本發(fā)明實施例6的引擎起動停止控制的控制框圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例7的引擎起動停止控制的控制方式的一個例 子的示意圖。
圖8是表示本發(fā)明實施例8的引擎起動停止控制的動作的一個例子的 示意圖。
圖9是表示以往的混合內(nèi)燃機車的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。 圖中l(wèi)一引擎，2—感應發(fā)電機，3—轉(zhuǎn)換裝置，4一逆變裝置，5— 電動機，6—減速機，7—輪軸，8—蓄電裝置，9一系統(tǒng)總合控制部，10— 服務(wù)電源用逆變裝置，ll一變壓器，12—截止器，13—速度傳感器，14一 速度檢測器，15—濾波電容器，16—電流傳感器，17—電阻器，18—電壓 傳感器，19—引擎控制裝置，20—PWM控制器(矢量控制計算器)，21 一恒電力控制器(電流指令發(fā)生器)，22—電流檢測器，23—能量管理控 制部，24—引擎發(fā)電輸出控制部，25—勵磁電流指令生成部，26_扭矩電 流指令生成部，27—扭矩電流限制值生成部，28—低位選擇器，29—選擇 器，30—變化率限制器，31—引擎輸出特性，32—引擎輸出特性選擇部， 33—引擎輸出控制部，34—發(fā)電機輸出特性，35—發(fā)電機輸出特性選擇部， 36—選擇器，37—變化率限制器，38—發(fā)電機扭矩控制選擇部，39—控制 裝置。
具體實施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。 實施例1
圖是表示本發(fā)明實施例1的電車的控制裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。 引擎1按照系統(tǒng)總合控制部9的指令Se，輸出軸扭矩。 發(fā)電機2把引擎1的軸扭矩作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為三相交流電力并輸 出。轉(zhuǎn)換裝置3把從發(fā)電機2輸出的三相交流電力作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為 直流電力并輸出。這里，轉(zhuǎn)換裝置3進行電壓控制，從而變?yōu)榛趤碜韵?統(tǒng)總合控制部9的指令Sc的直流電壓。
逆變裝置4把從轉(zhuǎn)換裝置3輸出的直流電力作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為三相交流電力并輸出。電動機5把逆變裝置4輸出的三相交流電力作為輸入，
把它轉(zhuǎn)換為軸扭矩并輸出。這里，逆變裝置4為了把電動機5的輸出扭矩 變?yōu)榛趤碜韵到y(tǒng)總合控制部9的指令Si的扭矩，參照后面描述的轉(zhuǎn)速信 號Fr一iiw，可變控制逆變裝置4的輸出電壓和交流電流頻率。
減速器6由轉(zhuǎn)速的減速，把電動機5的軸扭矩輸出放大并輸出，驅(qū)動 輪軸7，對電車進行加減速。
系統(tǒng)總合控制部9把蓄電裝置8的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl作為輸入，對引 擎1輸出運轉(zhuǎn)指令Se，對轉(zhuǎn)換裝置3輸出運轉(zhuǎn)指令Sc，對逆變裝置4輸 出運轉(zhuǎn)指令Si，對截止器12a、 12b、 12c、 12d輸出動作指令Sb，輸出對 在蓄電裝置8內(nèi)配置的充放電控制裝置的動作指令Sp2，控制這些設(shè)備的 綜合的動作狀態(tài)以使二次電池蓄電量在固定范圍內(nèi)。此外，根據(jù)由速度傳 感器13a、 13b和速度計算部14a、 14b取得的速度信息、從蓄電裝置8取 得的內(nèi)部狀態(tài)信號，能單獨或綜合地控制引擎1、轉(zhuǎn)換裝置3、逆變裝置4、 蓄電裝置8、截止器12。
服務(wù)電源用逆變裝置10把轉(zhuǎn)換裝置3和逆變裝置4之間的直流電力 作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為三相交流電力并輸出。并且，由服務(wù)電源用變壓器 11調(diào)整為提供給電車的照明或空調(diào)機等的服務(wù)電源電壓，提供給各服務(wù)設(shè) 備。
截止器12a在轉(zhuǎn)換裝置3和逆變裝置4之間的直流電力部，配置在轉(zhuǎn) 換裝置3的輸入端子的附近。引擎1和轉(zhuǎn)換裝置3由于故障等，不工作時， 根據(jù)來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sb，開放截止器12a，截止向轉(zhuǎn)換 裝置3的電力供給，確保設(shè)備的安全性。同樣，轉(zhuǎn)換裝置3和逆變裝置4 之間的直流電力部的電壓變得過大時，根據(jù)來自系統(tǒng)總合控制部9的動作 指令Sb，開放截止器12a，截止向轉(zhuǎn)換裝置3的電力供給，防止轉(zhuǎn)換裝置 3的故障。
截止器12b配置在轉(zhuǎn)換裝置3、逆變裝置4之間的直流電力部和服務(wù) 電源用逆變裝置IO之間。當直流電力部的電壓超過服務(wù)電源用逆變裝置 IO的輸入允許電壓時，通過來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sb，開放 截止器12b，截止從轉(zhuǎn)換裝置3、逆變裝置4對服務(wù)電源用逆變裝置10供 給的電力，防止服務(wù)電源用逆變裝置10的故障。截止器12c配置在轉(zhuǎn)換裝置3、逆變裝置4之間的直流電力部和蓄電
裝置8的輸入輸出端子之間。當蓄電裝置8的蓄電允許量超過時，或者當 直流電力部的輸入輸出電流超過蓄電裝置8的輸入輸出允許電流值時，根 據(jù)來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sb，開放截止器12c，截止從轉(zhuǎn)換裝 置3和逆變裝置4之間的直流電力部提供給蓄電裝置8的電力，防止蓄電 裝置8的故障。
截止器12d在轉(zhuǎn)換裝置3和逆變裝置4之間的直流電力部，配置在逆 變裝置4的輸入端子附近。逆變裝置4由于故障等，不工作時，根據(jù)來自 系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sb，開放截止器12d，截止向逆變裝置4的 電力供給，防止誤動作。同樣，當從轉(zhuǎn)換裝置3、蓄電裝置8向逆變裝置 4的電力供給變得過大時，根據(jù)來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sb，開 放截止器12d，截止向逆變裝置4的電力供給，防止故障。
速度傳感器13a檢測發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速，在速度計算器14a轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速 信號Fr—cnv。
速度傳感器13b檢測電動機5的轉(zhuǎn)速，在速度計算器14b轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速 信號Fr一inv。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)以下的動作。
由引擎l的軸輸出驅(qū)動發(fā)電機2，由轉(zhuǎn)換裝置3把發(fā)電機2產(chǎn)生的三 相交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力。該直流電力由逆變裝置4轉(zhuǎn)換為三相交流電 力，驅(qū)動電動機5。電動機5的軸輸出由減速器6進行減速，使輪軸7旋 轉(zhuǎn)，取得車輛的驅(qū)動力。此外，在轉(zhuǎn)換裝置3和逆變裝置4之間的直流電 力部連接蓄電裝置8，能對直流電力的過多或不足部分在蓄電裝置8進行 充放電。g卩，本發(fā)明的鐵道車輛的驅(qū)動裝置是串聯(lián)式/混合方式的設(shè)備結(jié)構(gòu)。
此外，通過具有系統(tǒng)總合控制部9，根據(jù)由速度傳感器13a、 13b和速 度計算部14a、 14b取得的速度信息、從蓄電裝置8取得的內(nèi)部狀態(tài)信號， 能單獨或綜合地控制引擎l、轉(zhuǎn)換裝置3、逆變裝置4、蓄電裝置8、截止 器12。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部 14a取得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr_Ciw、由速度傳感器13b和速度計算部14b 取得的電動機5的轉(zhuǎn)速Fr一iiw、從蓄電裝置9取得的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl，
8判定引擎1的發(fā)電電力是否需要，根據(jù)對引擎1的運轉(zhuǎn)指令Se、對轉(zhuǎn)換裝
置3的運轉(zhuǎn)指令Sc，控制發(fā)電狀態(tài)，并且，在不要引擎l的發(fā)電電力的時 候，判定可否停止引擎，根據(jù)對引擎l的運轉(zhuǎn)指令Se，能提供使引擎停止 的指令。g卩，能實現(xiàn)怠速停止控制，能實現(xiàn)燃料消耗量的降低、引擎工作 聲音的降低。
此外，通過怠速停止控制，在未取得基于引擎l的發(fā)電電力時，系統(tǒng) 總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13b和速度計算部14b取得的電動機5的 轉(zhuǎn)速Fr—iiw和從蓄電裝置8取得的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl;能進行以下控制， 即，輸出對逆變裝置4的運轉(zhuǎn)指令Si，按照蓄電裝置8的最大輸出界限， 限制由逆變裝置4驅(qū)動的電動機5的輸出。g卩，當由怠速停止未取得引擎 1的發(fā)電電力時，只用蓄電裝置8的放電電力就能實現(xiàn)穩(wěn)定的加速。
并且，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部14a取 得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr一crw、由速度傳感器13b和速度計算部14b取得的 電動機5的轉(zhuǎn)速Fr—inv、從蓄電裝置9取得的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl，判定引 擎l的起動、停止的是否需要，對轉(zhuǎn)換裝置3輸出運轉(zhuǎn)指令Sc，用發(fā)電機 2的扭矩控制引擎1的起動、停止。即，由發(fā)電機2的扭矩迅速地控制引 擎1的起動、停止，能縮短怠速停止控制時的引擎發(fā)電開始時間，只用蓄 電裝置8的放電電力就能縮短加速時間，能把車輛的加速性能的下降變?yōu)?最小限度。
實施例2
圖2是表示實現(xiàn)本發(fā)明實施例2的怠速停止控制的結(jié)構(gòu)的圖。 引擎1根據(jù)引擎控制部19的燃料噴射量指令F一eng，輸出軸扭矩。發(fā) 電機2把引擎1的軸扭矩作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為三相交流電力并輸出。轉(zhuǎn) 換裝置3把從發(fā)電機2輸出的三相交流電力作為輸入，把它轉(zhuǎn)換為直流電 力并輸出。這里，轉(zhuǎn)換裝置3為了變?yōu)榛趤碜韵到y(tǒng)總合控制部9的指令 Sc的直流電壓，通過PWM控制器(矢量控制計算器)20輸出的選通信 號Vp，進行電壓控制。
系統(tǒng)總合控制部9把蓄電裝置8的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl作為輸入，對引 擎控制裝置19輸出運轉(zhuǎn)指令Se，對恒電力控制器(電流指令發(fā)生器)21 輸出運轉(zhuǎn)指令Sc，對不圖示的逆變裝置4輸出運轉(zhuǎn)指令Si，對不圖示的截止器12a、 12b、 12c、 12d輸出動作指令Sb，輸出對在蓄電裝置8內(nèi)配置 的充放電控制裝置的動作指令Sp2，控制這些設(shè)備的綜合的動作狀態(tài)以使 蓄電裝置8的蓄電量在固定范圍內(nèi)。
速度傳感器13a檢測發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速，在速度計算器14a轉(zhuǎn)換為發(fā)電 機轉(zhuǎn)子頻率Fr—cnv。
濾波電容器15對于由轉(zhuǎn)換裝置3轉(zhuǎn)換的直流電力，特別是對以高頻 變動的電壓成分進行平滑化，使直流部的電壓穩(wěn)定。電流傳感器16檢測 從轉(zhuǎn)換裝置3通過濾波電容器15在直流部流入或者從直流部流出的電流。
電阻器17把向直流部流入或者從直流部流出的電流分流，電壓傳感 器18根據(jù)電阻器17的兩端電壓與流過電阻器17的電流值成比例的原理， 檢測直流部的電位差。
引擎控制裝置19輸入來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Se和來自速 度檢測器14的轉(zhuǎn)速信號Fr一gen，輸出調(diào)整引擎1的輸出的燃料噴射量指 令F—eng。
恒電力控制器21把來自系統(tǒng)總合控制部9的動作指令Sc、來自速度 檢測器14a的轉(zhuǎn)速信號F—cnv、來自電流傳感器16的直流部電流檢測值 Icrw、來自電壓傳感器18的直流部電壓檢測值Vcnv作為輸入，輸出決定 后面描述的PWM控制器20的電壓控制量的電壓指令Vc一crw。
PWM控制器20把來自恒電壓控制器21的電壓指令Vc—cnv、來自速 度計算部14b的Frjrw作為輸入，輸出通過構(gòu)成轉(zhuǎn)換裝置3的不圖示的開 關(guān)元件的開(ON) /關(guān)(OFF)，驅(qū)動PWM控制的開關(guān)元件選通信號Vp。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)以下的動作。
本發(fā)明實施例2的鐵道車輛的驅(qū)動裝置具有系統(tǒng)總合控制部9，根據(jù) 由速度傳感器13a和速度計算部14a取得的速度信息、由不圖示的速度傳 感器13b和速度計算部14b取得的速度信息、從蓄電裝置S取得的內(nèi)部狀 態(tài)信號，能單獨或綜合地控制引擎l、轉(zhuǎn)換裝置3。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部 14a取得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr一cnv、由不圖示的速度傳感器13b和速度計 算部14b取得的電動機5的轉(zhuǎn)速Fr—iiw、從蓄電裝置8取得的內(nèi)部狀態(tài)信 號Spl，判定引擎l的發(fā)電電力是否需要，根據(jù)對引擎l的運轉(zhuǎn)指令Se、
10對轉(zhuǎn)換裝置3的運轉(zhuǎn)指令SC，控制發(fā)電狀態(tài)，在不要引擎1的發(fā)電電力的
時候，判定可否停止引擎，根據(jù)對引擎1的運轉(zhuǎn)指令Se，能提供使引擎停
止的指令。即，能實現(xiàn)怠速停止控制，能實現(xiàn)燃料消耗量的降低、引擎工 作聲音的降低。 -
實施例3
圖3是表示實現(xiàn)本發(fā)明實施例3的怠速停止控制的控制條件的一個例 子的示意圖。
這里，作為怠速停止控制條件的一個例子，說明用"(1)控制圖"和 "(2)控制矩陣"決定條件的方式。
"(1)控制圖"是橫軸(X軸)為車輛的行駛速度Vcar，縱軸(Y軸) 是所述蓄電裝置8的蓄電量SOC的平面。從這兩者的關(guān)系判斷蓄電裝置8 的蓄電狀態(tài)的好否。這里，圖中的軌跡K表示車輛從停止狀態(tài)加速(牽引) 到速度70km/h，慣性行駛后，減速(制動)直到停車時的一般的車輛速度 Vcar和蓄電量SOC的關(guān)系。該軌跡K表示
(a) 加速時由于把蓄電裝置8的蓄電能量轉(zhuǎn)換為車輛的運動能量， 所以隨著車輛速度Vcar上升，蓄電裝置8的蓄電量SOC漸漸減少；
(b) 慣性行駛時由于行駛阻力，車輛速度Vcar漸漸下降，但是由 于引擎發(fā)電電力，蓄電量SOC漸漸增加；
(c) 減速時由于車輛的運動能量轉(zhuǎn)換為蓄電裝置8的蓄電能量， 所以隨著車輛速度Vcar下降，蓄電裝置8的蓄電量SOC漸漸增加。表示
(再生制動)的狀態(tài)。
另外，在牽引時轉(zhuǎn)換為運動能量的蓄電裝置8的蓄電能量和在制動時 從運動能量轉(zhuǎn)換的蓄電裝置8的蓄電能量通常不相等。這是因為在車輛的 行駛時，由傾斜阻力、曲線阻力、車輛阻力(機械阻力、空氣阻力)引起 的能量損失或者由設(shè)備的動作引起的能量損失一定存在。在本發(fā)明的實施 例3的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，通過用引擎發(fā)電電力補償這些能量損失， 車輛能繼續(xù)行駛。以下表示其原理。
位于軌跡K的下側(cè)的曲線L表示沒有所述的損失或者少時，在車輛 加速時，把蓄電裝置8的蓄電能量轉(zhuǎn)換為車輛的運動能量的樣子。同樣， 位于軌跡K的上側(cè)的曲線M表示沒有所述的損失或者少時，在車輛減速
ii時，把車輛的運動能量轉(zhuǎn)換為蓄電裝置8的蓄電能量的樣子。此外，直線
N表示蓄電裝置8的放電界限(SOC_min)，直線O表示蓄電裝置8的充 電界限(SOC一max)。
設(shè)置由這些曲線L、曲線M、直線N、直線O劃分的區(qū)域A、區(qū)域B、 區(qū)域C、區(qū)域D。這里，區(qū)域A、區(qū)域B是由曲線L、曲線M包圍的區(qū)域， 是理想的蓄電量范圍。在本發(fā)明實施例3的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，判斷 該時刻的車輛速度Vcar和蓄電裝置8的蓄電量SOC的關(guān)系相當于哪個區(qū) 域，同時反映車輛的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過切換引擎運轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制為不根據(jù)能 量損失的大小，蓄電裝置8的蓄電量SOC在理想的區(qū)域A、區(qū)域B中的 蓄電狀態(tài)。
可是，如上所述，在控制蓄電裝置8的蓄電量SOC時，不要基于引 擎的發(fā)電的狀態(tài)一定存在。這主要是蓄電量變成比較高的狀況，相當于(1) 控制圖的區(qū)域D?？墒?，即使蓄電量SOC位于區(qū)域D內(nèi)，運轉(zhuǎn)狀態(tài)是牽 引的時候，也需要基于引擎的發(fā)電援助。此外，在減速(制動)時，從節(jié) 能的觀點出發(fā)，為了把再生能量最大限度充電，中止基于引擎的發(fā)電。并 且，在停止時，蓄電量SOC比較高(區(qū)域A)時，只用蓄電裝置8的蓄 電能量對車輛的輔助設(shè)備類(服務(wù)設(shè)備)供給電力就可以，沒必要基于引 擎的發(fā)電。
這樣，在不要基于引擎的發(fā)電的時候， 一般把引擎變?yōu)榈∷龠\轉(zhuǎn)?？?是，本發(fā)明的鐵道車輛的驅(qū)動裝置是引擎和驅(qū)動系統(tǒng)(車輪)沒有機械連 接的串聯(lián)式混合方式，所以即使在行駛中不要基于引擎的發(fā)電時，也能停 止引擎的運轉(zhuǎn)(怠速停止)。
"(2)控制矩陣"表示對于車輛的運轉(zhuǎn)指令NTC ((l)停車、(2)慣 性行駛、(3)牽引(加速)、(4)制動(減速)、(5)恒速行駛、(6)抑速 行駛)、和(1)控制圖的區(qū)域(區(qū)域A、區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域D)，能怠 速停止的狀態(tài)的控制條件的一個例子。在該控制矩陣中，能怠速停止的狀 態(tài)用"〇"表示，無法怠速停止的狀態(tài)用"X"表示，沒有設(shè)定(車輛的 運轉(zhuǎn)狀態(tài)和(1)控制圖的組合不存在)的狀態(tài)用"-"表示。
在蓄電裝置8的蓄電量最有富裕的區(qū)域D中，在"(2)慣性行駛、(4) 制動"時，怠速停止。另外，在"(3)牽引(加速)"和加速模式具有的運轉(zhuǎn)是必要的，所以無法怠速停止。此 外，"(6)抑速行駛"時引擎成為負荷運轉(zhuǎn)(引擎制動)動作。
此外，在包含停車的低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的區(qū)域A中，在"(l)停車、(2) 慣性行駛、(4)制動(減速)"時，怠速停止。在"(3)牽引(加速)"時 引擎的發(fā)電運轉(zhuǎn)是必要的，所以無法怠速停止。
而在確保固定量的蓄電裝置8的蓄電量S0C的區(qū)域B中，在"(4) 制動、(6)抑速行駛"時怠速停止。在"(2)慣性行駛、(3)牽引(加速)" 時引擎的發(fā)電運轉(zhuǎn)是必要的，所以無法怠速停止。
以上不要基于引擎的發(fā)電時，實現(xiàn)停止引擎的怠速停止。
根據(jù)該控制方式，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr一cnv、來 自運轉(zhuǎn)臺的運轉(zhuǎn)指令NTC、從蓄電裝置8取得的蓄電量SOC，參照"(l) 控制圖"和"(2)控制矩陣"，判定引擎1的發(fā)電電力的是否需要，在不 要引擎l的發(fā)電電力的時候，判定可否停止引擎，能提供使引擎l停止的 指令。即，能實現(xiàn)怠速停止，能實現(xiàn)燃料消耗量的降低、引擎工作聲音的 降低。
實施例4
圖4是實現(xiàn)本發(fā)明實施例4的牽引電力控制的控制框圖。 系統(tǒng)總合控制部9由能量管理控制部23和引擎發(fā)電輸出控制部24構(gòu)成。
能量管理控制部23根據(jù)在速度計算器14b計算的電動機轉(zhuǎn)子頻率 Fr一iiw、由不圖示的蓄電裝置8計算的蓄電量SOC、來自不圖示的運轉(zhuǎn)臺 的運轉(zhuǎn)指令，判定該時刻引擎發(fā)電的有無，輸出引擎發(fā)電中斷信號No一gen。
另外，能量管理控制部23根據(jù)在速度計算器14b計算的電動機轉(zhuǎn)子 頻率Frjnv、由不圖示的蓄電裝置8計算的蓄電量SOC的信息，計算在 該時刻必要的發(fā)電電力P一gen，雖然在引擎發(fā)電輸出控制部24進行輸入， 但是由于是在本圖所示的牽引電力控制中不使用的信號，所以省略說明。
這里，牽引電力控制是在逆變裝置4實現(xiàn)的功能，由勵磁電流指令生 成部25、扭矩電流指令生成部26、扭矩電流限制值生成部27、低位選擇 器28、選擇器29、變化率限制器30實現(xiàn)該功能。
勵磁電流指令生成部25把由速度計算器14b計算的電動機轉(zhuǎn)子頻率
13Fr一inv、和來自不圖示的運轉(zhuǎn)臺的運轉(zhuǎn)指令NTC作為輸入，參照對于電動 機轉(zhuǎn)子頻率Frjiw的勵磁電流指令特性曲線，輸出勵磁電流指令I(lǐng)dp一irw。
扭矩電流指令生成部26把由速度計算器14b計算的電動機轉(zhuǎn)子頻率 Fr一inv、和來自不圖示的運轉(zhuǎn)臺的運轉(zhuǎn)指令NTC作為輸入，參照對于電動 機轉(zhuǎn)子頻率Fr—hw的扭矩電流指令特性曲線，輸出扭矩電流指令I(lǐng)qp—inv。
這里，勵磁電流指令生成部25、扭矩電流指令生成部26是由矢量控 制進行驅(qū)動控制的逆變裝置一般具有的功能，由逆變裝置驅(qū)動的電動機的 輸出扭矩與扭矩電流指令生成部26輸出的扭矩電流指令I(lǐng)qp—hw成比例地 跟蹤控制。此外，在勵磁電流指令生成部25、扭矩電流指令生成部26的 圖示中，分別以1種作為代表表示轉(zhuǎn)子頻率Fr的特性曲線。假定勵磁電 流指令生成部25、扭矩電流指令生成部26的對于轉(zhuǎn)子頻率Fr的特性曲線 具有多個，由運轉(zhuǎn)指令NTC進行其選擇。
扭矩電流限制值生成部27把由速度計算器14b計算的電動機轉(zhuǎn)子頻 率Fr—irw作為輸入，參照對于電動機轉(zhuǎn)子頻率Fr—inv的扭矩電流限制值特 性曲線，輸出扭矩電流限制值Lmt一iqp。
這里，按照不圖示的蓄電裝置8的最大輸出性能P—btr[W]，決定扭矩 電流限制值生成部27的扭矩電流限制值特性曲線。以下，表示不圖示的 電動機5為三相感應電動機時的扭矩電流限制值Lmt一iqp的計算方法的一 個例子。
使用不圖示的逆變裝置4的設(shè)備損失S—irw、不圖示的電動機5的設(shè) 備損失匸—mtr、極對數(shù)Pear、勵磁電感L、不圖示的減速器6的設(shè)備效率 5一gear、以及由速度計算器14b計算出的電動機轉(zhuǎn)子頻率Fr一hw[Hz]，用 以下數(shù)學式表示扭矩電流限制值Lmt一iqp[A]。
丄加f 一f砂=~=-=-7=-=- :-
低位選擇器28選擇扭矩電流指令生成部26輸出的扭矩電流指令 Iqp一hw、和扭矩電流限制值生成部27輸出的扭矩電流限制值Lmt一iqp中小的值，輸出帶限制的扭矩電流限制值Lqp一inv一lmt。
選擇器29a把扭矩電流指令生成部26輸出的扭矩電流指令lqp—inv、 低位選擇器28輸出的帶限制的扭矩電流限制值Lqp—irw—lmt、和能量管理 控制部23輸出的引擎發(fā)電中斷信號No—gen作為輸入，在引擎發(fā)電中斷信 號No—gen為"0 (Low)"時，選擇扭矩電流指令lqp—inv，在引擎發(fā)電中 斷信號No—gen為"1 (High)"時，選擇帶限制的扭矩電流限制值 Lqp—inv—lmt，作為其結(jié)果，輸出扭矩電流指令lqp—inv—0。
選擇器29b把勵磁電流指令生成部25輸出的勵磁電流指令I(lǐng)dp—irw、 和運轉(zhuǎn)指令NTC作為輸入，在運轉(zhuǎn)指令NTC為"牽引"指令以外時，選 擇零輸出，在運轉(zhuǎn)指令NTC為"牽引"指令時，選擇勵磁電流指令I(lǐng)dp—iiw， 作為其結(jié)果，輸出勵磁電流指令I(lǐng)dpjnv—a。
選擇器29c把選擇器29a輸出的扭矩電流指令lqp—inv—0、和運轉(zhuǎn)指令 NTC作為輸入，在運轉(zhuǎn)指令NTC為"牽引"指令以外時，選擇零輸出， 在運轉(zhuǎn)指令NTC為"牽引"指令時，選擇扭矩電流指令I(lǐng)qpjnv一0，作為 其結(jié)果，作為扭矩電流指令lqp—inv一a進行輸出。
變化率限制器30a把選擇器29b輸出的勵磁電流指令I(lǐng)dp_hw—a作為 輸入，限制勵磁電流指令I(lǐng)dp一inv一a的時間的變化率，輸出向PWM控制 部20輸入的最終的勵磁電流指令I(lǐng)dpOjnv。
變化率限制器30b選擇器29c輸出的扭矩電流指令lqp—inv一a作為輸 入，限制扭矩電流指令lqp—inv_a的時間的變化率，輸出向PWM控制部 20輸入的最終的扭矩電流指令I(lǐng)qpO一inv。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)以下的動作。
具有系統(tǒng)總合控制部9，根據(jù)由速度傳感器13b和速度計算部14b取 得的速度信息、和從蓄電裝置8取得的內(nèi)部狀態(tài)信號，能控制逆變裝置4。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于怠速停止控制，在未取得基于引擎1的發(fā)電電力時， 系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13b和速度計算部14b取得的電動機 5的轉(zhuǎn)速Frjnv、和從蓄電裝置8取得的蓄電量SOC，能進行以下控制， 即，輸出向逆變裝置4的扭矩電流指令I(lǐng)qp0—inv，按照蓄電裝置9的最大 輸出界限，限制由逆變裝置4驅(qū)動的電動機5的輸出。即，由于怠速停止， 在未取得引擎l的發(fā)電電力時，只用蓄電裝置8的放電電力，就能實現(xiàn)穩(wěn)定的加速。實施例5圖5是表示本發(fā)明實施例5的牽引電力控制的動作的一個例子的示意圖。在圖5中，(a)是示意地表示在怠速停止時，沒必要限制牽引電力時 的對于車輛速度的引擎1和蓄電裝置8負擔的牽引電力的比例的圖。而(b) 是示意地表示在怠速停止時，限制牽引電力時的對于車輛速度的引擎1和 蓄電裝置8負擔的牽引電力的比例的圖。橫軸(X軸)表示車輛速度V， 縱軸(Y軸)表示由引擎1或蓄電裝置8擔負的牽引電力。在(a)中，從速度V0到速度V1是不進行基于引擎1的發(fā)電的怠速 停止狀態(tài)。這時，蓄電裝置8的放電電力P一bat一l負擔牽引電力的全部。 在車輛速度變?yōu)閂I的時刻，通過開始基于引擎1的發(fā)電，用基于引擎1 的發(fā)電電力P一engl負擔牽引電力的全部。這時，在速度V1，由于蓄電裝 置8的放電電力P_bat_l和基于引擎1的發(fā)電電力P—engl相等，所以在速 度V1之前的速度區(qū)域，只用蓄電裝置8負擔必要的牽引電力。從車輛速 度VI到速度V2，用蓄電裝置8的放電電力P—bat一2補充基于引擎1的發(fā) 電電力P一engl，取得必要的牽引電力。在車輛速度比速度V2更高的速度 區(qū)域中，對于必要的牽引電力，由于基于引擎l的發(fā)電電力P—engl過剩， 所以該差量作為蓄電電力P_bat_3向蓄電裝置8蓄電。這樣，(a)表示只用蓄電裝置8就能負擔怠速停止的速度從速度V0 到速度V1的速度區(qū)域中必要的牽引電力的情形。而(b)表示無法充分取 得蓄電裝置8的輸出性能的狀況下，進行牽引時的狀況。這里，作為無法 充分取得蓄電裝置8的輸出性能的情形，除了蓄電裝置8自身的輸出性能 小的情形，還考慮在寒冷地區(qū)因為蓄電裝置8的保溫不充分所以充放電特 性下降的狀況、以及因為蓄電量少所以放電特性下降的狀況。在(b)中，從速度V0到速度V1是不進行基于引擎1的發(fā)電的怠速 停止狀態(tài)。這時，在速度V0到速度Vl'中，蓄電裝置8的放電電力P一bat一l 負擔牽引電力的全部?？墒牵撍俣萔O的蓄電裝置8的放電電力P一bat一l 是蓄電裝置8的放電性能的最大界限，所以無法進行比P一bat—1更大的放 電。因此，在V1，到速度V1中，牽引電力限制在P—bat—1，無法負擔必要的牽引電力的全部。這時，從蓄電裝置8要放出比P—bat—1更大的電力時， 如果超過蓄電裝置8的放電性能的最大界限，蓄電裝置8的輸出電力就下 降。蓄電裝置8的輸出電壓極度下降時， 一般為了保護蓄電裝置8，設(shè)置 禁止放電的保護功能，所以變得無法繼續(xù)車輛的牽引。在本發(fā)明中，在不 進行基于引擎l的發(fā)電的狀況下，通過把逆變裝置4的牽引電力、蓄電裝 置8的放電電力抑制在比最大界限更小，使其不超過蓄電裝置8的放電性 能的最大界限，從而能繼續(xù)穩(wěn)定的牽引動作。然后，在車輛速度變?yōu)閂I的時刻，通過開始基于引擎1的發(fā)電，用 基于引擎1的發(fā)電電力P一eng—1負擔牽引電力的全部。開始基于引擎1的 發(fā)電之后，由于通過基于引擎l的發(fā)電電力P一eng—1、和蓄電裝置8的放 電電力P—bat_2，取得必要的牽引電力，所以沒必要把逆變裝置4的牽引 電力、蓄電裝置8的放電電力抑制在比最大界限更小。在從車輛速度VI 到V2中，用蓄電裝置8的放電電力P一bat—2補充基于引擎1的發(fā)電電力 P一eng一l ，取得必要的牽引電力。在車輛速度比速度V2更高的速度區(qū)域中， 對于必要的牽引電力，由于基于引擎l的發(fā)電電力P—eng—l過乘lj，所以把 該差量作為充電電力P—bat_3向蓄電裝置8蓄電。根據(jù)該控制方式，由怠速停止控制進行以下控制，即，在未取得基于 引擎l的發(fā)電電力時，按照蓄電裝置9的最大輸出界限，限制由逆變裝置 4驅(qū)動的電動機5的輸出。即，由于怠速停止，在未取得引擎l的發(fā)電電 力時，只用蓄電裝置8的放電電力，就能實現(xiàn)穩(wěn)定的加速。實施例6圖6是實現(xiàn)本發(fā)明實施例6的引擎起動停止控制的控制框圖。 系統(tǒng)總合控制部9由能量管理控制部23和引擎發(fā)電輸出控制部24構(gòu)成。' 能量管理控制部23根據(jù)由速度檢測器14a計算出的發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率 Fr—cnv、和由不圖示的蓄電裝置8計算的蓄電量SOC的信息，計算在該時 刻必要的發(fā)電電力P—gen。引擎發(fā)電輸出控制部24對于由能量管理控制部23計算出的發(fā)電電 力，選擇適合于預先設(shè)定的引擎刻痕(notch)的刻痕段。引擎控制裝置19由引擎輸出特性模式發(fā)生器31、引擎輸出特性選擇17部32、和引擎輸出控制部33構(gòu)成。引擎輸出特性模式發(fā)生器31把發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率(引擎轉(zhuǎn)速)Fr_Crw 作為輸入，關(guān)聯(lián)輸出與其對應的輸出值。引擎輸出特性模式發(fā)生器31按照必要的輸出模式數(shù)，預先準備多個。 這里，作為本發(fā)明實施例6的鐵道車輛的驅(qū)動裝置的例子，特別是為了簡 便進行關(guān)于引擎起動停止控制的說明，只摘要表示實現(xiàn)引擎的怠速運轉(zhuǎn)的 引擎輸出特性模式31a、和把引擎變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)的引擎輸出特性模式31b 的2種模式。引擎輸出特性模式31a是實現(xiàn)怠速運轉(zhuǎn)的引擎輸出模式，設(shè)定在以怠 速轉(zhuǎn)速引擎輸出與引擎的機械阻力平衡的目標點，其引擎輸出特性是如 果引擎的轉(zhuǎn)速比目標轉(zhuǎn)速更大，就減少引擎輸出，如果引擎的轉(zhuǎn)速比目標 轉(zhuǎn)速更小，就增加引擎輸出。引擎輸出特性模式31b是把引擎變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)的引擎輸出特性模式， 不根據(jù)引擎的轉(zhuǎn)速，引擎輸出為0。在選擇該引擎特性模式時，后面描述 的引擎輸出控制部的輸出即燃料噴射量F—eng變?yōu)?。引擎輸出特性選擇部32按照引擎發(fā)電輸出控制部24輸出的引擎發(fā)電 指令Se，選擇并輸出引擎輸出特性31的引擎輸出指令模式31a、 31b。這 里，引擎輸出特性的引擎輸出指令模式31a、 31b作為本發(fā)明的鐵道車輛 的驅(qū)動裝置的一個實施方式，特別是為了簡便進行關(guān)于引擎起動停止控制 的說明，只摘要表示2種模式，不限制引擎輸出特性25的引擎輸出模式 的數(shù)量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)以下的動作。具有系統(tǒng)總合控制部9，根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部14a取 得的速度信息、和從蓄電裝置8取得的內(nèi)部狀態(tài)信號，能單獨或綜合地控 制引擎l、轉(zhuǎn)換裝置3。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部 14a取得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr—cnv、和從蓄電裝置9取得的蓄電量SOC， 判定是否需要引擎的起動、停止，對轉(zhuǎn)換裝置3輸出扭矩電流指令值 IqpO_cnv，由發(fā)電機2的扭矩控制引擎的起動和停止。即，通過由發(fā)電機 2的扭矩迅速控制引擎1的起動和停止，縮短怠速停止控制時的引擎發(fā)電開始時間，縮短只用蓄電裝置8的放電加速的時間，能把車輛的加速性能 的下降變?yōu)樽钚∠薅取?實施例7圖7是表示本發(fā)明實施例7的引擎起動停止控制的控制方式的一個例子的示意圖。這里，圖7是表示引擎起動停止控制的各標志位控制信號的工作和引擎轉(zhuǎn)速的關(guān)系的時序圖。引擎動作標志Flg一eng一opr是系統(tǒng)總合控制部9對引擎控制裝置19提 供的引擎運轉(zhuǎn)指令信號，在該信號是"l (High)"時，引擎l至少進行怠 速運轉(zhuǎn)。引擎自立標志Flg一eng一rev是表示達到用引擎控制裝置19能控制的轉(zhuǎn) 速區(qū)域的信號，在引擎l的轉(zhuǎn)速為固定值以上時，變?yōu)?1 (High)"。引擎確定標志Fig—eng一up是表示引擎1的怠速運轉(zhuǎn)確定的信號，在判 定為引擎l的轉(zhuǎn)速持續(xù)固定時間以上的怠速速度時，變?yōu)?1 (High)"。引擎控制標志Fig—eng一ctl是使引擎起動控制、停止控制工作的指令信 號。在圖7中，區(qū)別為Flg一eng一ctl為高位時是起動控制，為低位時是停止 控制。轉(zhuǎn)換器勵磁電流指令I(lǐng)dp一cnv表示用于進行向引擎的驅(qū)動控制的轉(zhuǎn)換 器的勵磁電流指令值的運動。轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp—ciw表示用于進行向引擎1的驅(qū)動控制的轉(zhuǎn) 換器的扭矩電流指令值的運動。引擎轉(zhuǎn)速(發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率)Fr一cnv表示對引擎1進行引擎起動控制、 停止控制時的引擎1的轉(zhuǎn)速的運動。以下，按照時間說明引擎起動控制、停止控制的動作。 (引擎起動控制)在時間tO，引擎l是停止狀態(tài)，各指令信號全部為O。在時間tl，引擎動作標志Flg—eng—opr變?yōu)?1 (High)"。同時，引擎 控制標志Fig—eng—ctl為"1 (High)[高位]"，開始引擎起動控制。首先， 轉(zhuǎn)換器勵磁電流指令I(lǐng)dp—crw上升，準備引擎1的驅(qū)動扭矩控制。在時間t2，轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp—ciw上升。據(jù)此，使引擎l的轉(zhuǎn)速加速。在時間t3，引擎轉(zhuǎn)速Fr—cnv達到速度Fr—1。由于在引擎1的轉(zhuǎn)速是 Fr一l以上時，能用引擎控制裝置19進行控制，所以引擎自立標志 Fig—eng—rev為"1 (High)"。此外，轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp—cnv在速度 Fr—1以上漸漸被限制，控制轉(zhuǎn)速Fr—cnv使其在怠速轉(zhuǎn)速Fr一a上收斂。在時間t4，確認引擎1的轉(zhuǎn)速在怠速轉(zhuǎn)送Fr—a保持一定期間，引擎 確定標志Flg_eng_up變?yōu)?1 (High)"的同時，引擎控制標志返回"0 (Low)"。據(jù)此，轉(zhuǎn)換器勵磁電流指令I(lǐng)dp_cnV下降到0，引擎起動控制結(jié)束o(引擎停止控制)在時間t5，引擎動作標志Flgjng—叩r成為"0 (Low)"。同時，引擎 控制標志Fig—eng_Ctl為"1 (High)[低位]"，開始引擎停止控制。首先， 轉(zhuǎn)換器勵磁電流指令I(lǐng)dp一cnv上升，準備引擎1的驅(qū)動扭矩控制。在時間t6，轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp一cnv上升。這時，由于使引擎1 的轉(zhuǎn)速減速，所以轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令lqp-crw設(shè)定為產(chǎn)生制動扭矩。在 圖7中，起動控制時的轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp—cnv為正值，停止控制時，把它設(shè)為負值，使引擎1的轉(zhuǎn)速減速。在時間t7，引擎轉(zhuǎn)速Fr一cnv達到速度Fr一0。在該時刻，引擎確定標 志Fig—eng—up為"0 (Low)"。此外，轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp—cnv在速 度Fr—0以下漸漸被限制，進行引擎1在速度0變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)的準備。在時間t8，引擎轉(zhuǎn)速Fr—cnv達到速度Fr—a。在該時刻，引擎自立標 志Fig—eng—rev為"0 (Low)"。速度Fr—a是能用速度計算部14a判別的引 擎轉(zhuǎn)速Fr—cnv的最低值，在該速度以下，無法進行發(fā)電機5的扭矩控制。 因此，在引擎轉(zhuǎn)速Fr—ciw達到速度Fr一a的時刻，截止轉(zhuǎn)換器扭矩電流指 令I(lǐng)qp—cnv o另外，在時間t8，在截止轉(zhuǎn)換器扭矩電流指令I(lǐng)qp一ciw時，引擎轉(zhuǎn)速 Fr—cnv是極接近O的速度，但是未完全停止。即，本控制假定用引擎的旋 轉(zhuǎn)阻力進行引擎的最終停止。目的是為了防止引擎停止控制繼續(xù)，直到引 擎1的旋轉(zhuǎn)軸反旋轉(zhuǎn)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部2014a取得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr—ciw、和從蓄電裝置8取得的蓄電量SOC， 判定是否需要引擎的起動、停止，對轉(zhuǎn)換裝置3輸出扭矩電流指令I(lǐng)qp^rw， 用發(fā)電機2的扭矩控制引擎的起動和停止。S卩，通過由發(fā)電機2的扭矩迅 速控制引擎1的起動和停止，縮短怠速停止控制時的引擎發(fā)電開始時間， 縮短只用蓄電裝置8的放電加速的時間，能把車輛的加速性能的下降變?yōu)?最小限度。 實施例8圖8是表示本發(fā)明的一個實施方式的引擎起動停止控制的動作的一個 例子的示意圖。在圖8中，(a)是把橫軸(x軸)作為經(jīng)過時間，橫軸(y軸)作為 引擎轉(zhuǎn)速Fr—cnv，示意地表示從引擎1的怠速狀態(tài)進行怠速停止時，不進 行引擎停止控制時的對于時間的引擎轉(zhuǎn)速Fr—ciw的關(guān)系的圖。另一方面， (b)是把橫軸(x軸)作為經(jīng)過時間，橫軸(y軸)作為引擎轉(zhuǎn)速Fr—cnv， 示意地表示從引擎1的怠速狀態(tài)進行怠速停止時，進行引擎停止控制時的 對于時間的弓I擎轉(zhuǎn)速Fr_Crw的關(guān)系的圖。在(a)中，在期間(1)進行怠速運轉(zhuǎn)。在時刻t3，中止怠速運轉(zhuǎn)， 在期間(2)中，引擎l的轉(zhuǎn)速漸漸減少，在時刻t6完全停止。現(xiàn)在，考 慮在期間(3)，運轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)移到"牽引"，有必要立刻重新開始引擎發(fā)電 的情形。期間(3)是引擎的再起動處理期間，在它結(jié)束之前，引擎1有 必要維持停止狀態(tài)。從該處理結(jié)束的時刻t7，開始引擎起動控制，在期間 (4)，確定怠速運轉(zhuǎn)之后，在時刻t9，開始引擎1的發(fā)電運轉(zhuǎn)，在期間(5)， 能取得引擎l的發(fā)電電力。假定在時刻t4運轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)移到"牽引"，開始 車輛的加速時，在時刻t4 t9，由于不取得引擎l的發(fā)電電力，所以只用蓄 電裝置8負擔牽引電力。在(b)中，在期間(1)引擎l進行怠速運轉(zhuǎn)。在時刻t3，中止怠速 運轉(zhuǎn)，在期間(2)，引擎l的轉(zhuǎn)速漸漸減少，在時刻t4完全停止。即，引 擎的停止所需要的期間在(a)中為需要從t3 t6，而在(b)中，由于進行 引擎停止控制，可知能縮短為從t3 t4?，F(xiàn)在，考慮在期間(2)，運轉(zhuǎn)指令 轉(zhuǎn)移到"牽引"，有必要立刻重新開始引擎發(fā)電的情形。期間(3)是引擎 的再起動處理期間，在它結(jié)束之前，引擎1有必要維持停止狀態(tài)。從該處21理結(jié)束的時刻t5，開始引擎起動控制，在期間(4)，確定怠速運轉(zhuǎn)之后， 在時刻t7，開始引擎l的發(fā)電運轉(zhuǎn)，在期間(5)，能取得引擎l的發(fā)電電
力。假定在時刻t4運轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)移到"牽引"，開始車輛的加速時，在時刻 t4 t7，由于不取得引擎l的發(fā)電電力，所以只用蓄電裝置8負擔牽引電力。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總合控制部9根據(jù)由速度傳感器13a和速度計算部 14a取得的發(fā)電機2的轉(zhuǎn)速Fr—crw、和從蓄電裝置9取得的蓄電量SOC， 判定是否需要引擎1的起動、停止，對轉(zhuǎn)換裝置3輸出扭矩電流指令 Iqp—ciw，由發(fā)電機2的扭矩控制引擎的起動和停止。g口，通過由發(fā)電機2 的扭矩迅速控制引擎的起動和停止，縮短怠速停止控制時的引擎發(fā)電開始 時間，縮短只用蓄電裝置8的放電電力加速的時間，能把車輛的加速性能 的下降變?yōu)樽钚∠薅取?br> 權(quán)利要求
1.一種鐵道車輛的驅(qū)動裝置，其特征在于，包括具有把由引擎驅(qū)動的發(fā)電單元產(chǎn)生的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力的轉(zhuǎn)換單元的直流電力產(chǎn)生單元；把所述直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的逆變單元；由所述逆變單元驅(qū)動的電動機；具有對所述直流電力進行充電和放電的功能的電力積蓄單元；控制這些各單元的控制單元；檢測所述發(fā)電單元的轉(zhuǎn)速的單元；檢測所述電動機的轉(zhuǎn)速的單元；檢測所述電力積蓄單元的蓄電電力量的單元；檢測由所述直流電力產(chǎn)生單元轉(zhuǎn)換的直流電力的單元，所述控制單元按照所述電動機的轉(zhuǎn)速和所述電力積蓄單元的蓄電電力量，控制所述引擎的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鐵道車輛的驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述控制單元按照所述引擎的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，調(diào)整由所述逆變單元對所述電動機的輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鐵道車輛的驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述控制單元通過調(diào)整由所述轉(zhuǎn)換單元對所述發(fā)電單元的驅(qū)動扭矩，控制所述引擎的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵道車輛的驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述控制單元通過調(diào)整由所述轉(zhuǎn)換單元對所述發(fā)電單元的驅(qū)動扭矩，控制所述引擎的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在串聯(lián)式混合方式的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中，適當判斷能引擎停止的狀況，另外考慮引擎發(fā)電的響應性，實現(xiàn)能確保穩(wěn)定的牽引性能的怠速停止控制方式，能降低燃料消耗量和降低引擎噪聲的、環(huán)保的鐵道車輛的驅(qū)動裝置。鐵道車輛的驅(qū)動裝置的系統(tǒng)總合控制部根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、電動機的轉(zhuǎn)速、和從蓄電裝置取得的內(nèi)部狀態(tài)信號，判定是否需要引擎的發(fā)電電力，根據(jù)向引擎的運轉(zhuǎn)指令、向轉(zhuǎn)換裝置的運轉(zhuǎn)指令，控制發(fā)電狀態(tài)，在不要引擎的發(fā)電電力時，判定可否停止引擎，能由對引擎的運轉(zhuǎn)指令，提供使引擎停止的指令。
文檔編號B60W10/26GK101516701SQ20078003126
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者豐田瑛一, 古田良介, 大村哲朗, 宮內(nèi)努, 島宗亮平, 島田基巳, 野元浩, 金子貴志 申請人:株式會社日立制作所;東日本旅客鐵道株式會社