專利名稱：電氣車的控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為電氣車運(yùn)轉(zhuǎn)支援系統(tǒng)，并涉及電氣車的加速控制裝置。
在牽引的無(wú)動(dòng)力車輛(貨車或客車)的數(shù)目或重量變化的電氣車(如電氣鐵路車輛)中，電氣車加速時(shí)的進(jìn)級(jí)全靠司機(jī)的本領(lǐng)。即在牽引裝有重載荷的貨車時(shí)如過(guò)快進(jìn)級(jí)，會(huì)引起空轉(zhuǎn)，反之如進(jìn)級(jí)慢，則加速變慢，而成為打亂列車運(yùn)行時(shí)刻表的一個(gè)原因。又在單機(jī)或輕負(fù)荷的情況下使電氣車加速時(shí)如進(jìn)級(jí)快則電氣車的加速很急，例如在貨車連接時(shí)非常危險(xiǎn)。這樣的問(wèn)題特別在電氣機(jī)車牽引裝載量每天都不同的貨車時(shí)容易發(fā)生。
可是，在電氣車中拖車(無(wú)動(dòng)力車)相對(duì)于電氣機(jī)車的比例是固定的。此時(shí)負(fù)荷的變動(dòng)是在全無(wú)乘客時(shí)的負(fù)荷到滿員時(shí)的負(fù)荷之間進(jìn)行變動(dòng)的，而此變動(dòng)幅度與電氣機(jī)車牽引的負(fù)荷的變動(dòng)幅度(例如從單機(jī)到連接有貨車100輛)相比是非常小的，并通過(guò)根據(jù)用設(shè)在電車的臺(tái)車等上的負(fù)荷(乘客重量)檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)荷來(lái)修正牽引力的負(fù)荷檢測(cè)裝置來(lái)進(jìn)行修正，并可得到相對(duì)于上述變動(dòng)幅度內(nèi)的負(fù)荷來(lái)說(shuō)大致恒定的加速度。但是，如果令其為例如只增加拖車形式的編組時(shí)，其負(fù)荷將大大逸出上述變動(dòng)幅度，由于已經(jīng)超出用負(fù)荷檢測(cè)裝置進(jìn)行修正的修正范圍，故不能得到預(yù)定的加速度。因而在電氣車中為了作恒定加速度控制，不進(jìn)行反饋電動(dòng)機(jī)電流的控制而和電氣機(jī)車一樣把等級(jí)設(shè)置為30級(jí)，司機(jī)如依靠自身的本領(lǐng)進(jìn)行電流(牽引力)控制，則即使僅僅增加拖車也能很好地適應(yīng)。但是此時(shí)，也如上所述由于進(jìn)行加速運(yùn)轉(zhuǎn)(動(dòng)力運(yùn)行Powering)全靠司機(jī)的本領(lǐng)，故會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn)題。
就列車的加速控制來(lái)說(shuō)，已知有下列技術(shù)。
在特公昭48-21442號(hào)公報(bào)(公知例1)及特開(kāi)昭55-123559號(hào)公報(bào)(公知例2)中記載有柴油機(jī)車的加速控制的方法。
在公知例1中所記載的技術(shù)為在對(duì)柴油機(jī)車進(jìn)行動(dòng)力運(yùn)行控制時(shí)，通過(guò)極限等級(jí)設(shè)定電路設(shè)定存在于與負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷阻力和粘著極限之間的等極(notch)，并根據(jù)動(dòng)力運(yùn)行指令把等級(jí)按時(shí)限進(jìn)級(jí)到該級(jí)上為止。又在公知例2中記載的技術(shù)為在記載于上述公知例1中的柴油機(jī)車的時(shí)限進(jìn)級(jí)裝置中將加速度反饋，并變更進(jìn)級(jí)時(shí)限。
但是前者由于是在定時(shí)器產(chǎn)生的時(shí)限內(nèi)進(jìn)行進(jìn)級(jí)，故在重負(fù)荷時(shí)加速度顯著變慢，在行車時(shí)間表逐漸變密的現(xiàn)狀下對(duì)列車運(yùn)行管理來(lái)講不夠理想。又在后者中由于根據(jù)加速度變更進(jìn)級(jí)時(shí)限，故在重負(fù)荷時(shí)可能引起空轉(zhuǎn)。
又，作為記載電氣機(jī)車的動(dòng)力運(yùn)行控制技術(shù)的文件有特開(kāi)昭55-127807號(hào)公報(bào)(公知例3)。記載于其中的技術(shù)為在主控制器上設(shè)置自動(dòng)進(jìn)級(jí)位置，根據(jù)手柄的角度成比例地使相當(dāng)于主電路電流指令值的主電路電流模型發(fā)生變化。但此技術(shù)也由于通過(guò)主控制器的位置自由地進(jìn)行設(shè)定，其結(jié)果是不得不使動(dòng)力運(yùn)行全依賴司機(jī)的本領(lǐng)。
上述的已有技術(shù)由于完全沒(méi)有就變化的負(fù)荷進(jìn)行考慮，故在公知例1、2中發(fā)生加速延遲、和空轉(zhuǎn)的問(wèn)題。在公知例3中為恒電流控制(由于是電阻進(jìn)級(jí)，故可以產(chǎn)生級(jí)，但大致為恒電流式控制)，并未對(duì)負(fù)荷或速度進(jìn)行考慮。特別是在電氣機(jī)車牽引大負(fù)荷的場(chǎng)合電氣機(jī)車輸出最大輸出，且在不進(jìn)行空轉(zhuǎn)的極限處進(jìn)行走行。因而如公知例3那樣，如從起動(dòng)時(shí)起以恒電流走行，則在起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大輸出而空轉(zhuǎn)，又在速度增大時(shí)也會(huì)超出粘著極限而空轉(zhuǎn)。因而存在的問(wèn)題是必需通過(guò)司機(jī)來(lái)防止空轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供在進(jìn)行電氣車的動(dòng)力運(yùn)行控制時(shí)能減輕司機(jī)的負(fù)擔(dān)的運(yùn)轉(zhuǎn)支援系統(tǒng)。
又，另一目的是提供一種具備對(duì)電氣車牽引的哪種負(fù)荷都能得到大致相同的加速度、而且空轉(zhuǎn)少的自動(dòng)加速裝置的電氣車。
又，再一目的是提供能自動(dòng)地檢測(cè)電氣車本身現(xiàn)在將要牽引的負(fù)荷的裝置。
又，另一目的是提供不發(fā)生空轉(zhuǎn)且能保證適當(dāng)加速的模型運(yùn)算器。
為了達(dá)到上述目的，在按等級(jí)選擇對(duì)應(yīng)于主控制器的級(jí)的速度-牽引力特性來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣車的電氣車控制裝置中具備設(shè)定相對(duì)于此電氣車的速度(含有可將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電動(dòng)機(jī)電流及電動(dòng)機(jī)電壓等換算為速度的相當(dāng)值)的牽引力裝置，根據(jù)此設(shè)定裝置的輸出控制電氣車的電動(dòng)機(jī)的裝置和對(duì)對(duì)應(yīng)于上述級(jí)的速度-牽引力特性的輸出和牽引力設(shè)定裝置的輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。
為了達(dá)到上述目的，提供的裝置具備檢測(cè)走行中的電氣車的速度及主電動(dòng)機(jī)電流的裝置，及輸入此檢測(cè)值而對(duì)此電氣車牽引的負(fù)荷條件進(jìn)行運(yùn)算的裝置。
設(shè)定相對(duì)于電氣車的速度的牽引力的裝置可相對(duì)于電氣車要牽引的速度而設(shè)定牽引力。即只要使之輸出大于牽引負(fù)荷和走行阻力的牽引力，電氣車就會(huì)加速。而且此牽引力為對(duì)應(yīng)于速度的函數(shù)，例如在似乎會(huì)引起空轉(zhuǎn)的速度范圍內(nèi)設(shè)定成使?fàn)恳档?。因而，在?dòng)力運(yùn)行時(shí)司機(jī)可不要親自操縱手柄。又在希望司機(jī)以手動(dòng)方式運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，通過(guò)操作轉(zhuǎn)換裝置，就可使用現(xiàn)有的手動(dòng)等級(jí)。
又，電氣車牽引的負(fù)荷可通過(guò)了解加速走行中的電氣車的速度及主電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行運(yùn)算，且通過(guò)將此運(yùn)算結(jié)果輸入到牽引力設(shè)定裝置而作為自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。


圖1為表示本發(fā)明的一實(shí)施例的方塊圖;
圖2為通過(guò)等級(jí)(notch)而選擇的速度-牽引力特性圖;
圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的速度-牽引力模型(pattern)的圖;
圖4為表示轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部的圖;
圖5為表示本發(fā)明的一實(shí)施例的負(fù)荷條件設(shè)定器的圖;
圖6為表示作成根據(jù)本發(fā)明的速度-牽引力模型的方法的流程圖;
圖7為選擇根據(jù)本發(fā)明的負(fù)荷條件的流程圖;
圖8為本發(fā)明的一實(shí)施例的自動(dòng)載重檢測(cè)的方塊圖;
圖9為表示備有本發(fā)明的電氣車操縱臺(tái)的圖;
圖10為表示本發(fā)明的主控制器的圖;
圖11為表示本發(fā)明的牽引力-制動(dòng)力指示器的圖。
一般，電氣機(jī)車的駕駛是比較難的，其理由是在使電氣機(jī)車加速時(shí)，負(fù)荷隨連接的無(wú)動(dòng)力的客車或貨車的組成數(shù)目而變化很大，必需改變高達(dá)30級(jí)或無(wú)級(jí)的進(jìn)級(jí)方法。此進(jìn)級(jí)(ノツチ進(jìn)段)全靠司機(jī)的本事，即司機(jī)恁經(jīng)驗(yàn)掌握客車和貨車的重量，一面觀察與電氣機(jī)車的牽引力直接有關(guān)的電動(dòng)機(jī)電流，一面選擇等級(jí)并極細(xì)心地進(jìn)行駕駛。如斯，因電氣機(jī)車的駕駛很難，故曾經(jīng)并非誰(shuí)都能駕駛。
又，有的電氣車中備有檢測(cè)負(fù)荷并根據(jù)此負(fù)荷修正牽引力的裝置。
這是由于對(duì)電氣車的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷范圍有所限制而實(shí)現(xiàn)的。但是，在因編組變化等而增加拖車(即不裝電動(dòng)機(jī)的車輛)時(shí)，有時(shí)修正已不起效果，得不到預(yù)定的加速度。
本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題。
下面參照?qǐng)D1至圖11對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1表示用n個(gè)逆變器對(duì)n個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的電氣機(jī)車的控制方塊圖。
(1)在以手動(dòng)方式對(duì)電氣機(jī)車進(jìn)行加速的場(chǎng)合司機(jī)將手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6倒向手動(dòng)(M)一側(cè)，并操作主控制器1。主控制器1輸出的等級(jí)指令1a與手柄的位置有關(guān)，此輸出被輸入到牽引力特性部4a-4n。在牽引力特性部4a-4n中輸出的速度-牽引力特性與等級(jí)指令相對(duì)應(yīng)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6加給轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n。在轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n中對(duì)用來(lái)輸出所加的牽引力的轉(zhuǎn)差頻率FS進(jìn)行運(yùn)算，并與速度指令(轉(zhuǎn)子頻率FR)進(jìn)行加法運(yùn)算，以輸出逆變器頻率F(在后面將說(shuō)明)。逆變器頻率F輸入到調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部9a-9n，輸出與逆變器頻率F相對(duì)應(yīng)的調(diào)制系數(shù)VM。
逆變器頻率F及調(diào)制系數(shù)VM加給逆變器10a-10n，輸出三相交流電并驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)8a-8n。又，F(xiàn)C為濾波電容器，CT為檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流用的電流傳感器。作為電流傳感器CT的輸出的電動(dòng)機(jī)電流IM輸入到轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n，用作對(duì)轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行運(yùn)算時(shí)的條件。
圖2為表示存儲(chǔ)在按等級(jí)進(jìn)行選擇的速度-牽引力特性部4a-4n的內(nèi)部中的速度-牽引力特性的一例的圖。
選擇的速度-牽引力特性(在此處從1N至30N)對(duì)應(yīng)于主控制器1的手柄的等級(jí)位置。司機(jī)邊看操縱臺(tái)上的電流計(jì)或速度計(jì)，邊根據(jù)電氣機(jī)車的速度上升情況選擇有30級(jí)的等級(jí)，和進(jìn)級(jí)并進(jìn)行加速控制。
(2)在對(duì)電氣機(jī)車進(jìn)行自動(dòng)加速的場(chǎng)合司機(jī)將圖1的手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6倒向自動(dòng)(A)一側(cè)，由負(fù)荷條件設(shè)定器13設(shè)定在本次運(yùn)轉(zhuǎn)中欲輸出的牽引力(后述)，并操作主控制器1。如使主控制器1對(duì)準(zhǔn)沒(méi)有圖示的自動(dòng)加速起動(dòng)方式，則電氣機(jī)車即開(kāi)始加速。
從負(fù)荷條件設(shè)定器13(后述)輸出的負(fù)荷條件信號(hào)131被輸入到運(yùn)轉(zhuǎn)信息裝置3，并存儲(chǔ)負(fù)荷條件。接著司機(jī)操作主控制器1，如對(duì)準(zhǔn)自動(dòng)加速起動(dòng)方式，則起動(dòng)信號(hào)1b將輸入到運(yùn)轉(zhuǎn)信息裝置3，且運(yùn)轉(zhuǎn)信息裝置3輸出與存儲(chǔ)著的負(fù)荷條件相對(duì)應(yīng)的自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)指令3a。此自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)指令3a被輸入到牽引力模型運(yùn)算部5a-5n。
在此牽引力模型運(yùn)算部5a-5n中由于對(duì)適合于負(fù)荷條件的牽引力指令進(jìn)行的運(yùn)算很仔細(xì)，故較好，但現(xiàn)在對(duì)作為簡(jiǎn)化了的，預(yù)先將與負(fù)荷條件相對(duì)應(yīng)的相對(duì)于速度的牽引力指令作為模型進(jìn)行存儲(chǔ)的場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明。
在圖3(a)中表示此速度-牽引力特性模型的一例。在此處作為一個(gè)例子表示有A-E五級(jí)的速度-牽引力模型。模型A為電氣機(jī)車單車的場(chǎng)合，B為牽引輕負(fù)荷的場(chǎng)合，C為牽引中負(fù)荷的場(chǎng)合，D為牽引重負(fù)荷的場(chǎng)合。又E為電氣機(jī)車的最大輸出模型，用于重負(fù)荷的坡度起動(dòng)。
在此處僅僅是五級(jí)模型，但也可增加級(jí)數(shù)。在負(fù)荷條件取得很細(xì)的場(chǎng)合，可在模型運(yùn)算部5a-5n內(nèi)部作成與負(fù)荷條件相對(duì)應(yīng)的速度-牽引力模型并進(jìn)行存儲(chǔ)。又這些模型實(shí)際上是在牽引重量中考慮了車輛的走行阻力后的模型。即作成在輸入的負(fù)荷條件上使之增加約5%的模型。
在此處，設(shè)選擇上述模型中的B模型。從速度傳感器2a-2n來(lái)的速度信號(hào)FR已輸入在此模型運(yùn)算部5a-5n上。
與模型B的速度信號(hào)FR相對(duì)應(yīng)的牽引力指令經(jīng)倒向自動(dòng)(A)側(cè)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6加給轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n。
可是，如看圖3(a)的速度-牽引力模型，則在速度低的范圍中上升很慢而不是急劇地達(dá)到所要的牽引力。這是由于在電氣機(jī)車連接有多個(gè)貨車而開(kāi)出時(shí)作成在連接部分充分延伸以前避免急劇的加速。
又，從此模型的虛線部分看其左側(cè)成為稍稍向右下降的特性一事，是考慮了期望粘著系數(shù)相對(duì)于速度而下降的，可按實(shí)際情況決定。特別是在電氣機(jī)車牽引重負(fù)荷的貨車的場(chǎng)合，由于車輪和軌道的粘著是在極限處運(yùn)轉(zhuǎn)，故如沒(méi)有使?fàn)恳﹄S著速度的上升而降低，則會(huì)空轉(zhuǎn)。虛線部分右側(cè)的A′-E′部分是稱為電動(dòng)機(jī)特性范圍的范圍，是考慮電氣機(jī)車的最大輸出力E′而進(jìn)行分配的。即E′為臨界特性，E′以下的模型A′-D′可以自由地確定，也可以和圖不同而使全部特性的最高速度一致。
圖3(b)為適應(yīng)實(shí)際情況的速度-牽引力模型。圖中A-B和圖3相同。E-E′的模型為電氣機(jī)車的最大輸出，不能期待更高的輸出。如和圖3(a)進(jìn)行比較，則A-C的模型不同。就A-C而言，除起動(dòng)時(shí)外，使?fàn)恳愣ǖ脑蚴菫榱耸辜铀俣群愣?。特別是在旅客列車的場(chǎng)合如考慮到乘坐舒服則最好使加速度恒定。
圖中X-X′是電車牽引重負(fù)荷且為雨天時(shí)的粘著極限，重負(fù)荷模型D設(shè)定得比X-X′稍低一些。又E的模型如上所述為電氣車的最大輸出。一般認(rèn)為在晴天時(shí)在平坦的線路上是不致空轉(zhuǎn)的，而在牽引重負(fù)荷且上坡起動(dòng)等時(shí)有必要在撒砂之后作動(dòng)力運(yùn)行。E′為電動(dòng)機(jī)特性范圍并成為與速度成反比減小的模型。
圖1的牽引力模型運(yùn)算部5a-5n的輸出被輸入到轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n。
在此處用圖4就轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n進(jìn)行說(shuō)明。
從牽引力特性部4a-4n或牽引力模型運(yùn)算部5a-5n所輸出的牽引力指令被輸入到牽引力-電動(dòng)機(jī)電流模型72中，變成電流指令I(lǐng)MP而輸出。取此電流指令I(lǐng)MP和作為電流檢測(cè)器CT的輸出的電動(dòng)機(jī)電流IM之間的差值△IM而輸入到轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算電路71。輸出與此差值△IM相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率FS，將其和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)數(shù)FR進(jìn)行加法運(yùn)算而得到逆變器頻率F(加速時(shí))。如上所述，從逆變器頻率F求出調(diào)制系數(shù)VM，兩者都輸入到逆變器10a-10n，并驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)8a-8n。
下面就負(fù)荷條件設(shè)定器13進(jìn)行說(shuō)明。
所謂負(fù)荷條件，就是指例如假設(shè)在電氣機(jī)車上連接50輛1000噸的貨車，則能以某種程度的加速度牽引此貨車的牽引力。換句話說(shuō)是指電氣機(jī)車所期待的牽引力或希望電氣機(jī)車輸出的牽引力。因而如在比負(fù)荷更大的條件下進(jìn)行設(shè)定則當(dāng)然會(huì)增大加速度。由于通常就是設(shè)定負(fù)荷本身的大小(例如1000噸)，故即使將負(fù)荷條件視為電氣機(jī)車必須牽引的負(fù)荷大小，也無(wú)妨礙。
圖5為按鈕開(kāi)關(guān)式的負(fù)荷條件設(shè)定器13。開(kāi)關(guān)作成單機(jī)13a，輕負(fù)荷13b，中負(fù)荷13c，重負(fù)荷13d，坡度起動(dòng)13e共5級(jí)。此按鈕與圖3的A-E相對(duì)應(yīng)。此場(chǎng)合的坡度起動(dòng)13e為重負(fù)荷時(shí)的坡度起動(dòng)，當(dāng)以單機(jī)作坡度起動(dòng)時(shí)可以使?fàn)恳Ω咭患?jí)而設(shè)定輕負(fù)荷13b。
又，也可以作成坡度起動(dòng)按鈕不能單獨(dú)使用，在其和負(fù)荷按鈕13a-13d中的任一按鈕成為“與”條件時(shí)可設(shè)定成在該負(fù)荷下的坡度起動(dòng)。如以圖3中進(jìn)行說(shuō)明，則如B和坡度起動(dòng)成“與”條件即使用C的曲線，如為D和坡度起動(dòng)成“與”條件則使用E的曲線。
由于司機(jī)可通過(guò)在運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)親手交接的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻表知道運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)劃和負(fù)荷情況，故可根據(jù)此信息按下操縱臺(tái)上的按鈕開(kāi)關(guān)13，進(jìn)行設(shè)定。
又不用按鈕而用旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)也可以進(jìn)行同樣的操作。
在上述兩種方法的場(chǎng)合，通常用電阻等并加上電位差而送到下一級(jí)，但由于下一級(jí)以后的方塊中大部分由數(shù)字電路構(gòu)成，故用編碼的方法較方便。又，用數(shù)字化的方法可以減少引線的根數(shù)。例如在三根引線接到上述按鈕開(kāi)關(guān)或旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，設(shè)3根引線分別為a、b、c，并可按下表進(jìn)行編碼。
表引線abc單機(jī)011輕負(fù)荷010
中負(fù)荷110重負(fù)荷111坡度起動(dòng)101上表的符號(hào)1表示引線與電源相連接。如用3根引線，即最大可對(duì)應(yīng)于8種負(fù)荷條件。
下面就用鍵盤(pán)或IC(集成電路)卡進(jìn)行設(shè)定的場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明。
也可以通過(guò)鍵盤(pán)把司機(jī)在即將出車前所得到的負(fù)荷條件進(jìn)行設(shè)定，或通過(guò)在出車時(shí)交來(lái)的、預(yù)先輸入有負(fù)荷條件的IC卡進(jìn)行設(shè)定。
在這些場(chǎng)合，條件多數(shù)不符合上述的5級(jí)的情況。
在這樣的場(chǎng)合可考慮下述方法即例如運(yùn)算設(shè)定的負(fù)荷條件為單機(jī)(圖3的A曲線)時(shí)的幾倍，并預(yù)先作成適應(yīng)于該倍數(shù)的模型的方法，或以高于所設(shè)定的條件選擇最接近的負(fù)荷條件的方法等。此流程在圖6、圖7中表示。首先從圖6進(jìn)行說(shuō)明。
在步驟101中通過(guò)鍵盤(pán)或IC卡輸入本次運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷條件(相當(dāng)于圖1的負(fù)荷條件設(shè)定器13)。接著以在單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)荷條件A(電氣機(jī)車本身的重量)來(lái)除前面所輸入的負(fù)荷條件W(步驟102)。據(jù)此，已知道在本次運(yùn)轉(zhuǎn)中將加有單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的幾倍的負(fù)荷，并可以知道如輸出哪一級(jí)的牽引力就能以預(yù)定的加速度發(fā)生作用。即可以使圖3的A曲線向上方平行移動(dòng)與前面的倍數(shù)相對(duì)應(yīng)的值(有時(shí)亦可為其倍數(shù)本身)(見(jiàn)步驟103)。此時(shí)，牽引力模型運(yùn)算部5a-5n內(nèi)的模型不一定如圖3那樣保持多個(gè)，只需僅僅存儲(chǔ)最小的負(fù)荷條件的模型A。又，此流程圖的裝置可以裝在牽引力模型運(yùn)算部5a-5n之內(nèi)。
下面就圖7進(jìn)行說(shuō)明，在步驟201中通過(guò)鍵盤(pán)或IC卡輸入負(fù)荷條件W。在步驟202中將輸入的負(fù)荷條件W和坡度起動(dòng)時(shí)的負(fù)荷條件E(選擇圖3的E曲線時(shí)的負(fù)荷條件)的大小進(jìn)行比較，在滿足負(fù)荷條件W≥負(fù)荷條件E的場(chǎng)合，在步驟206中選擇圖3的E曲線，以下在步驟203-205中作同樣的比較，并確定在滿足條件時(shí)選擇的曲線。又在到最后還不滿足時(shí)，則選擇作為單機(jī)時(shí)的模型的圖3的曲線A。這些也設(shè)在圖1的牽引力模型運(yùn)算部5a-5n內(nèi)。
下面就電氣機(jī)車本身自動(dòng)地確定負(fù)荷條件的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
迄今所述的負(fù)荷條件的設(shè)定方式都是從外部輸入電氣機(jī)車牽引的負(fù)荷條件。如能不經(jīng)人手進(jìn)行，則更為方便。
下面用圖8進(jìn)行說(shuō)明。圖8為表示負(fù)荷運(yùn)算的一例的方塊圖。
在電氣機(jī)車的負(fù)荷條件(列車重量)W，加速度α，牽引力TE之間成立下式的關(guān)系即，TE＝KWα+TR……(1)在此處K為常數(shù)，TR為走行阻力。
又走行阻力TR為列車速度v的函數(shù)，牽引力TE可以主電動(dòng)機(jī)電流IM和速度v的函數(shù)表示。又因加速度α為速度v的對(duì)時(shí)間微分，故(1)式可表示如下。
f2(IM，v)＝KW (dv)/(dt) +f1(v) (2)使(2)式變形，如作成負(fù)荷條件(列車重量)W的公式，則得｛f2(IM，v)-f1(v)｝/dv/dt· 1/(K) ＝W……(3)從此(3)式可以理解的是，如知道列車速度v和主電動(dòng)機(jī)電流IM，則可以算出當(dāng)時(shí)負(fù)荷條件W。下面參照?qǐng)D8來(lái)說(shuō)明怎樣算出負(fù)荷條件W。
輸入列車速度v，在走行阻力運(yùn)算部301中計(jì)算走行阻力TR。又輸入主電動(dòng)機(jī)電流IM，在牽引力運(yùn)算部302中計(jì)算牽引力TE。在減法器303中取兩者之差，而輸入到除法器304。另一方面用微分器305對(duì)速度v進(jìn)行時(shí)間微分，并將其輸入到除法器304上。在乘法器306中將該輸出乘上1/K倍的結(jié)果即為負(fù)荷條件W。通過(guò)將此負(fù)荷條件W經(jīng)圖1的運(yùn)轉(zhuǎn)信息裝置3輸入到牽引力模型運(yùn)算部5a-5n，如上述那樣，如選擇最佳的速度-牽引力模型，則電氣機(jī)車在哪一種負(fù)荷條件下也能以大致恒定的加速度進(jìn)行起動(dòng)。
下面就列車速度v，主電動(dòng)機(jī)電流IM的測(cè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。如看上述的(3)式，則由于加速度是在分母上，故必須在處于加速狀態(tài)時(shí)進(jìn)行測(cè)定。作為測(cè)定方法的第1方法，首先以超低速拉長(zhǎng)車輛間的連接部分之后以單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合的牽引力進(jìn)行牽引。此時(shí)如速度測(cè)定器(測(cè)速發(fā)電機(jī)，脈沖發(fā)生器，編碼器等眾所周知的裝置)的輸出不上升，則輸出下一個(gè)輕負(fù)荷時(shí)的牽引力。如速度繼續(xù)上升，則因產(chǎn)生有加速度，而可測(cè)定此時(shí)的列車速度和主電動(dòng)機(jī)電流IM(在多個(gè)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，為換算成一個(gè)電動(dòng)機(jī)的值，或總電流值，但是此時(shí)在圖8的牽引力運(yùn)算步驟302中換算成相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)一個(gè)的值)。但是在此方法中需要測(cè)定時(shí)間。因此，第2方法為在拉長(zhǎng)連接部分之后輸出的牽引力為牽引該電氣機(jī)車頻繁牽引的負(fù)荷條件的一半的負(fù)荷條件的牽引力。例如，如是頻繁地牽引1000噸的貨車，則在以預(yù)定的加速度(不是在測(cè)定走行，而是在通常走行時(shí)希望即使在哪一種負(fù)荷條件下都幾乎以恒定的加速度作動(dòng)力運(yùn)行，就是指此時(shí)的加速度)進(jìn)行牽引時(shí)所必需的牽引力下進(jìn)行測(cè)定走行。很多場(chǎng)合下的電氣機(jī)車不發(fā)生空轉(zhuǎn)，而以比通常動(dòng)力運(yùn)行時(shí)小的加速度進(jìn)行動(dòng)力運(yùn)行。如測(cè)定出此時(shí)的速度v及主電動(dòng)機(jī)電流IM即能計(jì)算負(fù)荷條件W。此處，在牽引的貨車的重量(負(fù)荷條件)相當(dāng)小的場(chǎng)合，例如在上述的例子中不足500噸時(shí)，電氣機(jī)車的牽引力變得過(guò)于大。此時(shí)加速度檢測(cè)器進(jìn)行動(dòng)作而使速度減小。且下一次的測(cè)定走行將以更小的牽引力作運(yùn)力運(yùn)行并測(cè)定列車速度v和主電動(dòng)機(jī)電流IM。
如上所述，求出列車速度v，主電動(dòng)機(jī)電流IM，并以圖8的構(gòu)成來(lái)計(jì)算負(fù)荷條件W。此時(shí)為了能以更高的精度求出負(fù)荷條件W，有必要提高走行阻力運(yùn)算部30的精度。
例如，通過(guò)此列車預(yù)定運(yùn)行的線路信息(曲線阻力或坡度阻力等)和檢測(cè)現(xiàn)在在哪一位置上運(yùn)行的列車位置檢測(cè)裝置來(lái)認(rèn)識(shí)現(xiàn)在走在哪種狀態(tài)的線路上，再通過(guò)以添加由曲線或坡度所產(chǎn)生的走行阻力后的值為走行阻力TR，就可以高精度地求出負(fù)荷條件W。
如在圖1的負(fù)荷條件設(shè)定器13上裝上上述那樣的自動(dòng)負(fù)荷檢測(cè)裝置，司機(jī)只要使之設(shè)定在起動(dòng)方式上，電氣機(jī)車就能自動(dòng)地作運(yùn)力運(yùn)行。
又，通過(guò)和上述的負(fù)荷條件設(shè)定開(kāi)關(guān)組合起來(lái)，就能更正司機(jī)引起的誤輸入。
下面用圖9及圖10表示實(shí)際上使其作運(yùn)力運(yùn)行的操作。
在司機(jī)希望手動(dòng)加速時(shí)使主控制器手柄40(參見(jiàn)圖10)從“斷”的位置倒向動(dòng)力運(yùn)行P側(cè)。司機(jī)邊觀察牽引力計(jì)44，邊使有30級(jí)的主控制器手柄40以小等級(jí)一點(diǎn)一點(diǎn)地進(jìn)級(jí)下去以免產(chǎn)生緊急加速和空轉(zhuǎn)。
在此處就牽引力計(jì)44作簡(jiǎn)單說(shuō)明。
在使用現(xiàn)有的直流電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)車中由于牽引力已為主電動(dòng)機(jī)電流的函數(shù)，司機(jī)可通過(guò)觀察主電動(dòng)機(jī)電流表使電氣機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)?？墒?，在將由逆就器驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)用于主電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)車中由于牽引力不一定是主電動(dòng)機(jī)電流的函數(shù)，故僅僅看主電動(dòng)機(jī)電流來(lái)駕駛是有困難的。因此需要一種能直接讀出牽引力的牽引力計(jì)。
在圖11中表示有牽引力計(jì)44的外觀。圖為裝有6個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)車時(shí)的牽引力計(jì)44。上段表示牽引力，下段表示再生制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力。牽引力(制動(dòng)力)的水平以柱形圖形表示，并由發(fā)光二極管或液晶顯示等指示器構(gòu)成。牽引力是用轉(zhuǎn)差頻率運(yùn)算部7a-7n內(nèi)的轉(zhuǎn)差頻率FS簡(jiǎn)單地表示的。
下面說(shuō)明司機(jī)希望自動(dòng)加速的場(chǎng)合。司機(jī)將負(fù)荷條件設(shè)定開(kāi)關(guān)42放在與現(xiàn)在的負(fù)荷條件相當(dāng)?shù)哪Ｊ缴?。并通過(guò)使主控制器手柄40移動(dòng)到自動(dòng)的位置，可使列車自動(dòng)加速。且如已達(dá)到所希望的速度，則通過(guò)使主控制器手柄40放在“斷開(kāi)”位置，而成為慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。
作為設(shè)定負(fù)荷條件的方法有通過(guò)鍵盤(pán)46進(jìn)行輸入的方法，和通過(guò)將IC卡插入IC卡插入口45進(jìn)行輸入的方法。在操縱臺(tái)上備有這些輸入方法時(shí)有必要設(shè)置預(yù)先規(guī)定輸入方法的優(yōu)先順序而取消其他方法的手段。
又在前面的實(shí)施例中是令主控制器手柄40倒向自動(dòng)側(cè)時(shí)即開(kāi)始自動(dòng)加速，而也有僅在從“斷開(kāi)”位置改為自動(dòng)位置時(shí)(從包括機(jī)車的停止?fàn)顟B(tài)的慣性狀態(tài)投入自動(dòng)位置時(shí))開(kāi)始自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)的方法等，可以與運(yùn)轉(zhuǎn)的處理方式合并起來(lái)設(shè)定各種方式。
又，手動(dòng)和自動(dòng)的轉(zhuǎn)換可以例如通過(guò)設(shè)置手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)43進(jìn)行。此時(shí)自動(dòng)加速開(kāi)始指令僅僅是將主控制器手柄40倒向P側(cè)(哪一級(jí)都可以)，而不需要設(shè)自動(dòng)位置。
又，圖9的41為制動(dòng)閥手柄，通過(guò)調(diào)整此手柄，可使電氣機(jī)車減速。又在圖9中動(dòng)力運(yùn)行手柄和制動(dòng)手柄是分開(kāi)的，而如圖10那樣在主控制器手柄40上也可設(shè)制動(dòng)部分B。
以上表示以一輛電氣機(jī)車牽引貨車或以單機(jī)運(yùn)行的場(chǎng)合，而特別是在陡坡上牽引很多貨車時(shí)牽引力不足。此時(shí)是將兩輛或兩輛以上的電氣機(jī)車連接起來(lái)進(jìn)行貨車牽引。
此時(shí)，控制系統(tǒng)的指令線可用引線。又如將電氣機(jī)車多重連接起來(lái)，則可得到與單獨(dú)一臺(tái)電氣機(jī)車相比幾乎成倍的牽引力。因而在同樣的負(fù)荷條件將電氣機(jī)車多重連接起來(lái)，則加速度將大于預(yù)定的加速度。因而在多重連接時(shí)通過(guò)設(shè)定使?fàn)恳Υ笾陆档偷揭话氲哪Ｊ蕉玫筋A(yù)定的加速度。
例如，參照?qǐng)D3、圖5，在從貨車總重量判斷出本次運(yùn)轉(zhuǎn)為中負(fù)荷時(shí)，司機(jī)按中負(fù)荷選擇開(kāi)關(guān)13c(在旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合則應(yīng)對(duì)準(zhǔn)其刻度)。如為多重連接運(yùn)轉(zhuǎn)，則按下未圖示的多重連接開(kāi)關(guān)，即設(shè)定完畢。此時(shí)速度-牽引力模型成為A附近的模型。在三重連接時(shí)由于以大致三分之一來(lái)解決，故可以同樣的構(gòu)成來(lái)實(shí)現(xiàn)。
又，在以上的實(shí)施例中是就用逆變器的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制進(jìn)行說(shuō)明的，而不言而喻，即使是用斬波裝置的直流電動(dòng)機(jī)控制也能同樣實(shí)現(xiàn)。
又，在上述實(shí)施例中就電氣機(jī)車進(jìn)行了說(shuō)明，而就電車來(lái)說(shuō)在增加拖車的場(chǎng)合也能簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)用。
根據(jù)本發(fā)明在電氣車起動(dòng)前通過(guò)司機(jī)對(duì)負(fù)荷條件作初期設(shè)定就可進(jìn)行動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)。又在司機(jī)希望手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用一個(gè)開(kāi)關(guān)就能轉(zhuǎn)換為手動(dòng)方式。
因而，由于以往被認(rèn)為非常困難的動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)就變得簡(jiǎn)單，故可以減輕司機(jī)的負(fù)擔(dān)。又在操作場(chǎng)或站內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)也可用手動(dòng)自由自在地進(jìn)行。
又，即使不一個(gè)一個(gè)地設(shè)定負(fù)荷條件，但只要通過(guò)設(shè)定在自動(dòng)加速側(cè)，電氣車就能自然而然的設(shè)定負(fù)荷條件，故處理變得更簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種電氣車的控制裝置，上述電氣車備有選擇對(duì)應(yīng)于主控制器的等級(jí)(not ch)的電氣車的速度-牽引力特性并控制電動(dòng)機(jī)的裝置，其特征在于具備設(shè)定相對(duì)于此電氣車的速度或速度相當(dāng)值的牽引力的裝置，根據(jù)此設(shè)定裝置的輸出控制上述電氣車的電動(dòng)機(jī)的裝置，及對(duì)上述與等級(jí)相對(duì)應(yīng)的速度-牽引力特性的輸出和上述牽引力設(shè)定裝置的輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于上述牽引力設(shè)定裝置備有輸入上述電氣車牽引的負(fù)荷條件的裝置及從該負(fù)荷條件發(fā)生相對(duì)于上述電氣車的速度或速度相當(dāng)值的牽引力的指令的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于上述負(fù)荷條件輸入裝置為相對(duì)于多個(gè)負(fù)荷條件選擇此負(fù)荷條件中的任一個(gè)負(fù)荷條件的選擇裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于上述負(fù)荷條件輸入裝置為鍵盤(pán)。
5.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于上述負(fù)荷條件輸入裝置為在上述電氣車的運(yùn)轉(zhuǎn)前通過(guò)預(yù)先輸入有負(fù)荷條件的存儲(chǔ)裝置進(jìn)行輸入的。
6.如權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于上述存儲(chǔ)裝置為由集成電路作成的卡片式存儲(chǔ)裝置。
7.如權(quán)利要求2、3、4或5所述的控制裝置，其特征在于上述負(fù)荷條件輸入裝置裝在上述電氣車的駕駛室內(nèi)。
8.一種電氣車的控制裝置，其特征在于具備檢測(cè)走行中的電氣車速度及主電動(dòng)機(jī)電流的裝置，輸入此檢測(cè)值并運(yùn)算該電氣車牽引的負(fù)荷條件的裝置，從此運(yùn)算結(jié)果發(fā)生相對(duì)于上述電氣車的速度或速度相當(dāng)值的牽引力指令的裝置，及根據(jù)此牽引力指令驅(qū)動(dòng)上述電氣車的控制裝置。
9.一種電氣車用負(fù)荷條件測(cè)定裝置，其特征在于具備檢測(cè)走行中的電氣車的速度及主電動(dòng)機(jī)電流的裝置和輸出此檢測(cè)值并運(yùn)算此電氣車牽引的負(fù)荷條件的裝置。
10.一種電氣車的負(fù)荷條件測(cè)定方法，其特征在于使電氣車走行，檢測(cè)此時(shí)的上述電氣車的速度及主電動(dòng)機(jī)電流，從此檢測(cè)值求得此電氣車牽引的負(fù)荷條件。
11.如權(quán)利要求10所述的測(cè)定方法，其特征在于在上述電氣車未走行時(shí)使其預(yù)定的牽引力增大。
12.如權(quán)利要求10所述的測(cè)定方法，其特征在于在使上述電氣車走行時(shí)，在此電氣車的加速度成為大于預(yù)定值的場(chǎng)合，使其預(yù)定的牽引力減小。
13.一種模型運(yùn)算器，對(duì)信號(hào)的輸入輸出的關(guān)系進(jìn)行模型運(yùn)算，其特征在于以作為該電氣車所期待的牽引力的負(fù)荷條件為參數(shù)對(duì)相對(duì)于電氣車的速度或速度相當(dāng)值的電車牽引力指令進(jìn)行運(yùn)算。
14.如權(quán)利要求13所述的模型運(yùn)算器，其特征在于上述模型運(yùn)算器為預(yù)先存儲(chǔ)有與相對(duì)于上述電氣車的速度或速度相當(dāng)值的電氣車指令之間的關(guān)系的存儲(chǔ)裝置。
15.一種模型運(yùn)算器，對(duì)信號(hào)的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行模型運(yùn)算，其特征在于具備以作為電氣車期待的牽引力的一個(gè)負(fù)荷條件為參數(shù)對(duì)相對(duì)于電氣車的速度或速度相當(dāng)值的電氣車的牽引力指令進(jìn)行運(yùn)算的裝置，運(yùn)算此一個(gè)負(fù)荷條件和設(shè)定的負(fù)荷條件之比的裝置，根據(jù)此比值對(duì)上述電氣車的牽引力指令進(jìn)行修正的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的模型運(yùn)算器，其特征在于具備以作為電氣車期待的牽引力的一個(gè)負(fù)荷條件為參數(shù)，存儲(chǔ)相對(duì)于電氣車的速度或速度或速度相當(dāng)值的電氣車的牽引力指令的裝置，運(yùn)算此一個(gè)負(fù)荷條件和設(shè)定的負(fù)荷條件之比的裝置，及根據(jù)此比值對(duì)上述電氣車的牽引力指令進(jìn)行修正的裝置。
17.一種電氣車的控制裝置，其特征在于具備檢測(cè)電氣車的速度或速度相當(dāng)值的裝置，發(fā)生隨此檢測(cè)值而變化的牽引力模型的裝置，根據(jù)此模型發(fā)生裝置的輸出控制上述電氣車的主電動(dòng)機(jī)的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的控制裝置，其特征在于上述牽引力模型為在低速范圍中與上述速度或速度相當(dāng)值成正比的牽引力模型。
19.如權(quán)利要求17所述的控制裝置，其特征在于上述牽引力模型為在電動(dòng)機(jī)特性范圍以下的特征范圍中，具有隨上述速度或速度相當(dāng)值的增加而減少的范圍的模型。
20.如權(quán)利要求17所述的控制裝置，其特征在于上述牽引力模型響應(yīng)負(fù)荷條件而具備多個(gè)模型。
全文摘要
在牽引貨車或客車數(shù)或重量變動(dòng)大的無(wú)動(dòng)力車的電氣車上作動(dòng)力運(yùn)行時(shí)的進(jìn)級(jí)非常困難，全靠司機(jī)的本領(lǐng)。為了支援動(dòng)力運(yùn)行設(shè)有具備以貨量和客車重量為參數(shù)的速度一牽引力模型的自動(dòng)加速控制部和已有型式的手動(dòng)加速部，在手動(dòng)加速時(shí)使自動(dòng)—手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放在手動(dòng)側(cè)而進(jìn)級(jí)，在自動(dòng)加速時(shí)司機(jī)選擇上述參數(shù)，通過(guò)僅僅發(fā)出動(dòng)力運(yùn)行指令而加速。據(jù)此，復(fù)雜的動(dòng)力運(yùn)行變得很簡(jiǎn)單，又在必要的場(chǎng)合也能很簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換為手動(dòng)。
文檔編號(hào)B60L3/10GK1043906SQ8910951
公開(kāi)日1990年7月18日 申請(qǐng)日期1989年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月23日
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