一种混合动力调车机车牵引力控制方法与流程

1.本发明涉及调车机车牵引力控制方法，尤其是一种混合动力调车机车牵引力控制方法。


背景技术：

2.调车机车主要用于列车编组、解体、转线及车辆取送等调车作业，机车在调车作业下频繁启停，对机车的启动牵引力要求较高，功率要求较低。目前，内燃调车机车以及内电混合动力调车机车，动力输出控制均为多级位恒功、限制牵引力方式。该种控制方式存在如下缺点：低级位牵引力不足，不能启动列车；高级位牵引力足够，功率过大，列车速度过高。当列车启动阻力较大时必须提高级位手柄才能克服阻力启动，启动后阻力减小，为防止列车速度过快需要降低级位手柄；频繁的列车启停，要求司机频繁操作级位手柄。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种混合动力调车机车牵引力控制方法，在调车作业中降低了司机操作司机控制器手柄的频率。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混合动力调车机车牵引力控制方法，当机车进入牵引工况时，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、机车速度计算目标牵引力；整车控制单元将目标牵引力通过网络发送给牵引逆变器控制单元，牵引逆变器控制单元的牵引逆变器按照目标牵引力产生变频变压三相交流电驱动牵引电机，实现机车牵引力的输出。
5.优选的，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、当前机车速度计算目标牵引力具体为：
6.1)整车控制单元根据采集的发电机组状态、动力电池状态计算可用总功率及实际总功率；
7.可用总功率＝动力电池可用功率+发电机组可用功率；
8.实际总功率＝动力电池实际功率+发电机组实际功率；
9.2)整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位计算目标轮周功率；
10.3)整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前的机车速度计算目标牵引力。
11.优选的，整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前机车速度计算目标牵引力具体为：
12.1)整车控制单元根据目标轮周功率及当前的机车速度计算出初始的目标牵引力；
13.2)当实际总功率大于可用总功率时，动力电池或发电机组过载，需要降低目标牵引力；降低目标牵引力按照预定的步长变化。
14.3)当实际总功率小于可用总功率时，整个机车欠载，需要提高目标牵引力；提高目标牵引力按照预定的步长变化。
15.当目标牵引力大于机车允许的最大牵引力时，则将目标牵引力等于机车允许的最大牵引力；当机车处于初始速度牵引时，在不同司机控制器手柄级位时机车的目标牵引力均等于机车允许的最大牵引力；当机车速度提高后，目标轮周功率不变则目标牵引力随机车速度增大而变小。
16.柴油发电机组产生能量与动力电池内部存储能量在中间直流单元汇合后提供给牵引逆变器及辅助逆变器；牵引逆变器输出三相交流电驱动牵引电机完成机车牵引力输出；辅助逆变器驱动辅助负载保持机车辅助系统的正常运行
17.本发明的有益效果是：当机车进入牵引工况时，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、机车速度计算目标牵引力；整车控制单元将目标牵引力通过网络发送给牵引逆变器控制单元。当机车处于初始速度牵引时，在不同司机控制器手柄级位时机车的目标牵引力均等于机车允许的最大牵引力；当机车速度提高后，目标轮周功率不变则目标牵引力随机车速度增大而变小。采用本发明提出的牵引力控制方法，可以在司机控制器低级位条件下完成列车的启动，在调车作业中降低了司机操作司机控制器手柄的频率。
附图说明
18.下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
19.图1为现有的一调车机车牵引力与速度曲线关系图；
20.图2为本发明的实施例一的机车牵引力与速度关系曲线图；
21.图3为本发明的实施例二的机车牵引力与速度关系曲线图；
22.图4是本发明的混合动力调车机车牵引力控制原理框图。
具体实施方式
23.现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
24.如图1所示为现有的一调车机车牵引力与速度曲线关系图，图1中由低到高5条向下弯曲的曲线为机车级位手柄一、二、三、四、五位在不同速度下的牵引力曲线。图1中一条向上的折线是牵引3500吨货物，在6
‰
坡道上运行列车的阻力曲线。如机车按照图1所示牵引力曲线进行控制，列车启动时必须将司机控制器手柄级位提高到第四档及以上才能克服阻力启动列车。如启动后继续保持高级位，列车速度将稳定在高级位牵引力曲线与阻力曲线的交点所对应的速度。如该值比列车目标速度高，列车启动后需要降低司机控制器手柄级位。如果目标速度不在图中牵引力曲线与阻力曲线的交点所对应的速度上，则司机需要反复在目标速度前后的交点所对应的级位上反复调整。
25.本发明的实施例一，司机控制器可以是有级位司机控制器，司机控制器输出开关量编码，整车控制单元采集该开关量，确定当前司机控制器级位。如机车采用图2所示的一种机车牵引力与速度关系曲线图进行控制。列车牵引与图1 中所采用的相同负载。与图1相比，区别点在于不同级位机车低速区段的最大牵引力相同均为机车允许的最大牵引力值。在司机控制器保持在最低级位的情况下，机车牵引力已经大于列车阻力，列车可以启动，列车启动后机车速度增加，列车最终速度将保持在最低牵引曲线与阻力曲线的交点处。同样
的，如果目标速度不在图2中牵引力曲线与阻力曲线的交点所对应的速度，司机仍需调整司机控制器手柄。
26.本发明的实施例二，司机控制器可以是连续级位司机控制器，司机控制器输出一个连续的模拟量，整车控制单元采集该模拟量，根据该模拟量，确定当前司机控制器级位。图3是采用的连续级位司机控制器所对应的一种机车牵引力与速度关系曲线图。该图3中阴影部分理论上均是机车牵引力可以控制的区域。采用该图3所示曲线描述的方式进行机车牵引力控制后，可以在司机控制器处于最低级位的情况下启动列车，同时根据目标速度控制司机控制器停留在适当区域，如阻力无明显变化，不再需要调整司机控制器级位，减少司机操作。
27.混合动力机车能量传递方式如图4所示，图4中实线代表能量传递，虚线代表信息传递。柴油发电机组产生能量与动力电池内部存储能量在中间直流单元汇合后提供给牵引逆变器及辅助逆变器。牵引逆变器输出三相交流电驱动牵引电机完成机车牵引力输出。辅助逆变器驱动辅助负载保持机车辅助系统的正常运行。整车控制单元监视或控制司机控制器及其他所有单元。
28.本发明的优选的实施方式，一种混合动力调车机车牵引力控制方法，当机车进入牵引工况时，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、机车速度计算目标牵引力；整车控制单元将目标牵引力通过网络发送给牵引逆变器控制单元，牵引逆变器控制单元的牵引逆变器按照目标牵引力产生变频变压三相交流电驱动牵引电机，实现机车牵引力的输出。
29.进一步地，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、当前机车速度计算目标牵引力具体为：
30.1)整车控制单元根据采集的发电机组状态、动力电池状态计算可用总功率及实际总功率；
31.可用总功率＝动力电池可用功率+发电机组可用功率；
32.实际总功率＝动力电池实际功率+发电机组实际功率；
33.2)整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位计算目标轮周功率；
34.3)整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前的机车速度计算目标牵引力。
35.进一步地，整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前机车速度计算目标牵引力具体为：
36.1)整车控制单元根据目标轮周功率及当前的机车速度计算出初始的目标牵引力；
37.2)当实际总功率大于可用总功率时，动力电池或发电机组过载，需要降低目标牵引力；降低目标牵引力按照预定的步长变化，如优选的按照预定的步长 25kn/s变化。
38.3)当实际总功率小于可用总功率时，整个机车欠载，需要提高目标牵引力；提高目标牵引力按照预定的步长变化，如优选的按照预定的步长10kn/s变化。
39.当目标牵引力大于机车允许的最大牵引力时，则将目标牵引力等于机车允许的最大牵引力；当机车处于初始速度牵引时，在不同司机控制器手柄级位时机车的目标牵引力均等于机车允许的最大牵引力；当机车速度提高后，目标轮周功率不变则目标牵引力随机车速度增大而变小。
40.采用本发明提出的牵引力控制方法，可以在司机控制器低级位条件下完成列车的启动，在调车作业中降低了司机操作司机控制器手柄的频率。
41.上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：当机车进入牵引工况时，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、机车速度计算目标牵引力；整车控制单元将目标牵引力通过网络发送给牵引逆变器控制单元，牵引逆变器控制单元的牵引逆变器按照目标牵引力产生变频变压三相交流电驱动牵引电机，实现机车牵引力的输出。2.根据权利要求1所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、当前机车速度计算目标牵引力具体为：1)整车控制单元根据采集的发电机组状态、动力电池状态计算可用总功率及实际总功率；可用总功率＝动力电池可用功率+发电机组可用功率；实际总功率＝动力电池实际功率+发电机组实际功率；2)整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位计算目标轮周功率；3)整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前的机车速度计算目标牵引力。3.根据权利要求2所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：整车控制单元根据实际总功率、可用总功率、目标轮周功率、当前机车速度计算目标牵引力具体为：1)整车控制单元根据目标轮周功率及当前的机车速度计算出初始的目标牵引力；2)当实际总功率大于可用总功率时，动力电池或发电机组过载，需要降低目标牵引力；3)当实际总功率小于可用总功率时，整个机车欠载，需要提高目标牵引力。4.根据权利要求3所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：降低目标牵引力按照预定的步长变化。5.根据权利要求3所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：提高目标牵引力按照预定的步长变化。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：当目标牵引力大于机车允许的最大牵引力时，则将目标牵引力等于机车允许的最大牵引力；当机车处于初始速度牵引时，在不同司机控制器手柄级位时机车的目标牵引力均等于机车允许的最大牵引力；当机车速度提高后，目标轮周功率不变则目标牵引力随机车速度增大而变小。7.根据权利要求6所述的一种混合动力调车机车牵引力控制方法，其特征在于：柴油发电机组产生能量与动力电池内部存储能量在中间直流单元汇合后提供给牵引逆变器及辅助逆变器；牵引逆变器输出三相交流电驱动牵引电机完成机车牵引力输出；辅助逆变器驱动辅助负载保持机车辅助系统的正常运行。

技术总结
本发明一种混合动力调车机车牵引力控制方法，当机车进入牵引工况时，整车控制单元根据采集的司机控制器手柄级位、动力电池状态、发电机组状态、机车速度计算目标牵引力；整车控制单元将目标牵引力通过网络发送给牵引逆变器控制单元，牵引逆变器控制单元的牵引逆变器按照目标牵引力产生变频变压三相交流电驱动牵引电机，实现机车牵引力的输出。当目标牵引力大于机车允许的最大牵引力时，则将目标牵引力等于机车允许的最大牵引力。采用本发明提出的牵引力控制方法，可以在司机控制器低级位条件下完成列车的启动，在调车作业中降低了司机操作司机控制器手柄的频率。机操作司机控制器手柄的频率。机操作司机控制器手柄的频率。


技术研发人员：庞立民 黄敬云 王雄海 陈卫 陈诚
受保护的技术使用者：中车戚墅堰机车有限公司
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2023/4/5