用于在軌道車輛中控制啟動過程的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制電驅(qū)動的車輛的啟動過程的方法，其中確定需要用于防止車輛回退的保持力矩。
【背景技術(shù)】
[0002]電驅(qū)動的車輛的電動馬達、尤其交流馬達通常經(jīng)由變流器來饋電。變流器從輸入電壓中產(chǎn)生輸出電壓，所述輸出電壓以具有可設(shè)定的脈沖持續(xù)時間和/或可設(shè)定的脈沖高度的脈沖的形式輸出給車輛的電動馬達。優(yōu)選地，該輸出電壓是具有可變頻率的電壓幅度的三相系統(tǒng)。
[0003]交流馬達的馬達轉(zhuǎn)速(在預(yù)設(shè)的負載特征曲線中)與供電裝置的頻率和電壓相關(guān)。馬達轉(zhuǎn)速尤其隨著輸出電壓的頻率提高而增加。因此，馬達轉(zhuǎn)速能夠通過調(diào)節(jié)由變流器產(chǎn)生的輸出電壓的頻率和電壓來控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種方法，借助所述方法實現(xiàn)電驅(qū)動的車輛的不損傷機器的啟動過程。
[0005]該目的通過開始提出類型的方法來實現(xiàn)，其中根據(jù)本發(fā)明，只要所確定的馬達轉(zhuǎn)速小于預(yù)設(shè)的第一極限轉(zhuǎn)速，由車輛的控制單元將牽引力矩限制到與保持力矩相關(guān)的極限力矩上，并且當馬達轉(zhuǎn)速大于第一極限轉(zhuǎn)速時，才由控制單元將牽引力矩提高超過極限力矩。
[0006]本發(fā)明基于如下思想:在車輛的啟動過程中會造成變流器的、尤其是變流器的半導(dǎo)體器件的強的熱負荷，所述熱負荷會縮短變流器的壽命。
[0007]此外，本發(fā)明基于如下:在由變流器產(chǎn)生的輸出電壓的頻率低進而也在馬達轉(zhuǎn)速低的情況下，如在車輛的啟動過程中所發(fā)生的那樣，變流器的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通相是相對長的。因此，當馬達轉(zhuǎn)速低時，半導(dǎo)體器件能夠在導(dǎo)通相中相對長地加熱并且達到高的溫度。半導(dǎo)體器件的在其導(dǎo)通相期間最大達到的溫度能夠與在相應(yīng)的馬達轉(zhuǎn)速中所設(shè)定的牽引力矩相關(guān)。隨著牽引力矩的增加，上述溫度能夠增加。
[0008]在由變流器產(chǎn)生的輸出電壓的頻率更高進而也在馬達轉(zhuǎn)速更高的情況下，半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通相更短，由此半導(dǎo)體器件在導(dǎo)通相中更短地加熱。由此可行的是:半導(dǎo)體器件的在其導(dǎo)通相期間最大達到的溫度在馬達轉(zhuǎn)速較高的情況下(也在所設(shè)定的牽引力矩較高的情況下)與在馬達轉(zhuǎn)速低的情況下相比具有更低的數(shù)值。
[0009]能夠?qū)⒂绍囕v的一個或多個電動馬達產(chǎn)生的驅(qū)動力矩的如下部分理解為牽引力矩，所述部分總體作用于車輛的輪上并且能夠有助于將牽引力傳遞到路段面上。
[0010]車輛尤其能夠包括唯一的車廂。但是也能夠包括多個彼此聯(lián)接的車廂。車輛的至少一個車廂具有電驅(qū)動器，其中電驅(qū)動器包括至少一個經(jīng)由變流器饋電的電動馬達。
[0011]車輛例如能夠為軌道車輛或機動車輛。如果車輛為機動車輛，那么車輛例如能夠包括電驅(qū)動的貨車或客車以及一個或多個懸掛在貨車或客車上的、沒有自身的驅(qū)動器的車廂。如果車輛為軌道車輛，那么車輛能夠包括一個或多個被驅(qū)動的車廂和一個或多個沒有自身的驅(qū)動器的車廂。
[0012]車輛配設(shè)有電驅(qū)動器，所述電驅(qū)動器具有一個或多個電動馬達。這些電動馬達由一個或多個變流器饋電，其中每個電動馬達都能夠由一個變流器饋電或者由一個變流器對多個電動馬達饋電。
[0013]保持力矩能夠是可由電動馬達最小程度施加的牽引力矩，以便防止車輛例如在路段上坡上回退。通常能夠?qū)⑴c由駕駛員或控制自動化裝置確定的行駛方向相反的滾動視作為回退。
[0014]能夠?qū)⑷缦聲r間點限定為啟動過程的開始，在所述時間點在車輛停住之后提高牽引力矩或者降低制動力矩一一這以首先出現(xiàn)的為準。
[0015]制動力矩能夠是由一個或多個制動設(shè)施產(chǎn)生的力矩，所述力矩全部作用于車輛的輪或輪軸。制動力矩例如能夠具有如下目的:將車輛尤其在路段上坡或路段下坡處保持在靜止狀態(tài)下。制動設(shè)施能夠包括一個或多個制動器、尤其對于車輛的每個輪或輪軸具有一個制動器。特別地，如果車輛為軌道車輛，那么車輛能夠具有其他的制動器，所述其他的制動器能夠直接在車輛和路段面之間產(chǎn)生制動力。在使用這些其他的制動器時，制動力矩能夠是由制動設(shè)施產(chǎn)生的力矩和由其他的制動器產(chǎn)生的力矩的和，所述制動力矩作用于車輛的輪或輪軸上。
[0016]在啟動過程開始之前，牽引力矩適當?shù)貫榱?，由此能夠避免電動馬達和/或變流器不必要地加熱。此外，制動力矩在啟動過程開始之前有意義地至少與保持力矩一樣大，以便防止車輛回退。
[0017]能夠?qū)⒖刂茊卧斫鉃榕渲糜糜诳刂茽恳氐脑O(shè)備?？刂茊卧绕淠軌虬ㄗ詣拥臓恳{(diào)節(jié)裝置。此外，控制單元能夠配置用于控制一個或多個制動設(shè)施、尤其用于使用和/或釋放一個或多個制動器。
[0018]極限力矩能夠是牽引力矩的如下值，牽引力矩由控制單元限制到所述值上，其中該值尤其能夠與所確定的保持力矩相關(guān)。適當?shù)?，極限力矩高于保持力矩，由此車輛能夠離開靜止狀態(tài)沿著行駛方向加速，在此尤其沒有回退。
[0019]有利的，重復(fù)地、尤其在固定的時間間隔中確定馬達轉(zhuǎn)速。為了確定馬達轉(zhuǎn)速例如能夠使用馬達轉(zhuǎn)速傳感器。車輛的速度能夠與馬達轉(zhuǎn)速成比例，就此而言能夠附加地或替選地測量速度，其中速度測量在下文中為了簡單起見也被理解為馬達轉(zhuǎn)速的確定。
[0020 ]極限轉(zhuǎn)速能夠是由結(jié)構(gòu)類型所決定的轉(zhuǎn)速值。極限轉(zhuǎn)速尤其能夠與變流器的結(jié)構(gòu)類型相關(guān)。此外，極限轉(zhuǎn)速能夠與極限力矩相關(guān)。極限力矩越大，極限轉(zhuǎn)速尤其就能夠越大。
[0021]在啟動過程中在變流器的半導(dǎo)體器件導(dǎo)通相期間半導(dǎo)體器件所達到的溫度越高，半導(dǎo)體器件的壽命就會越低。有利地，因此牽引力矩由控制單元控制成，使得在變流器的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通相期間半導(dǎo)體器件的最大達到的溫度保持低于固定的溫度值。
[0022]該方法特征例如可通過如下方式實現(xiàn):將半導(dǎo)體器件的根據(jù)多個參數(shù)計算的溫度以尤其多維的表格的形式存儲在控制單元中。對于參數(shù)中的每一個，其中所計算的溫度與所述參數(shù)相關(guān)，在表格中能夠分別存在一組可能的參數(shù)值。
[0023]所計算的溫度能夠與下述相關(guān):保持力矩、牽引力矩、制動力矩、馬達轉(zhuǎn)速和/或變流器的結(jié)構(gòu)類型相關(guān)的參數(shù)。
[0024]在固定的時間間隔中，能夠借助于表格的已知的和/或確定的參數(shù)值提取所計算的半導(dǎo)體器件的溫度。所計算的溫度能夠與固定的溫度值比較。隨后，能夠由控制單元降低或提高極限力矩。
[0025]半導(dǎo)體器件的溫度例如能與半導(dǎo)體器件與鍵合線的接觸面處的溫度相關(guān)。鍵合線能夠配置用于:將半導(dǎo)體器件與一個或多個構(gòu)件導(dǎo)電連接、尤其與能夠包圍半導(dǎo)體器件的芯片殼體的端子導(dǎo)電連接。優(yōu)選地，鍵合線熔焊或釬焊到半導(dǎo)體器件上。
[0026]半導(dǎo)體器件和鍵合線能夠具有不同的材料。鍵合線例如能夠基本上由鋁構(gòu)成。半導(dǎo)體器件優(yōu)選基本上由硅制成。
[0027]半導(dǎo)體器件和鍵合線的不同的、由此材料相關(guān)的熱膨脹系數(shù)能夠在半導(dǎo)體器件的特定數(shù)量的開關(guān)循環(huán)之后引起鍵合線的接觸面處的裂紋進而引起變流器失效。在開關(guān)循環(huán)之后造成變流器失效的開關(guān)循環(huán)的數(shù)量能夠與下述相關(guān):鍵合線的材料、半導(dǎo)體器件的材料、鍵合線的幾何形狀、半導(dǎo)體器件的幾何形狀和/或變流器的運行參數(shù)。
[0028]半導(dǎo)體器件尤其能夠是具有絕緣柵極的雙極晶體管(insulated-gate bipolartransistor)。
[0029]在本發(fā)明的一個有利的實施方式中，極限力矩小于下述兩者中的最大者:保持力矩的1.3倍和最大可由控制單元設(shè)定的牽引值的0.3倍。在該數(shù)值中，即使在陡的路段上坡或在山坡上啟動的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)不損傷變流器的啟動。
[0030]此外，極限力矩優(yōu)選大于下述兩者中的最大者:保持力矩的1.2倍和最大可由控制單元設(shè)定的牽引值的0.2倍。由此實現(xiàn):極限力矩不過低并且盡管不損傷變流器但還是實現(xiàn)順利的啟動。
[0031]通過借助于最大值函數(shù)確定極限力矩的方式能夠?qū)崿F(xiàn):極限力矩在保持力矩的數(shù)值小的情況下由控制單元設(shè)定到固定預(yù)設(shè)的數(shù)值上。此外能夠?qū)崿F(xiàn):極限力矩在保持力矩的數(shù)值大的情況下由控制單元設(shè)定到與保持力矩相關(guān)的、尤其大于保持力矩的數(shù)值上。由此能夠有利地實現(xiàn)在不損傷變流器和順暢的啟動之間的有利的折衷。
[0032]在一個發(fā)明變型形式中，能夠?qū)⒕哂袪恳氐淖畲笾岛妥钚≈档牧貛Т鎯υ诳刂茊卧?。?yōu)選地，只要所確定的馬達轉(zhuǎn)速小于預(yù)設(shè)的第一極限轉(zhuǎn)速，那么牽引力矩僅可以在該力矩帶之內(nèi)設(shè)定。以這種方式能夠避免:牽引力矩因外部干預(yù)而設(shè)定到損害變流器的數(shù)值上。牽引力矩在此例如能夠由駕駛員或由外部的控制設(shè)備來設(shè)定。
[0033]力矩帶的最大值尤其能夠是下述兩者中的最大者:保持力矩的1.3倍和最大可由控制單元設(shè)定的牽引力矩的0.3倍。力矩帶的最小值尤其能夠是下述兩者中的最大者:保持力矩的1.2倍和最大可由控制單元設(shè)定的牽引力矩的0.2倍。
[0034]如果將這種力矩帶存儲在控制單元中，那么在缺乏外部干預(yù)的情況下，例如缺少例如通過駕駛員或通過外部的控制設(shè)備引起的外部干預(yù)的情況下，只要所確定的馬達轉(zhuǎn)速小于第一極限轉(zhuǎn)速，那么牽引力矩能夠由控制單元恒定地保持在預(yù)設(shè)的數(shù)值上。預(yù)設(shè)的數(shù)值尤其能夠是最大值和最小值的平均值。
[0035]有利地，一旦牽引力矩至少與最小力矩一樣大，那么牽引力矩就由控制單元保持在最小力矩之上，優(yōu)選保持在最小力矩和極限力矩之間。由此能夠?qū)崿F(xiàn):縮短車輛在具有低馬達轉(zhuǎn)速的狀態(tài)中的