铁路车辆用驱动系统及搭载有该铁路车辆用驱动系统的铁路车辆的制作方法

铁路车辆用驱动系统及搭载有该铁路车辆用驱动系统的铁路车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种铁路车辆用驱动系统。在铁路车辆用驱动系统中，具备：冷却水预热时间计算部，其根据由外部气温检测机构、冷却水温检测机构获得的外部气温、冷却水温信息，从存储于信息存储机构的冷却水预热曲线之中选择最佳的曲线，来推定使冷却水预热至规定值的必要最小限度的时间；冷却水预热开始位置计算部，其根据同样地存储于信息存储机构的发动机运转开始位置信息来确定预热的开始位置；当前行驶位置计算部，其将由行驶位置检测机构检测出的地点通过信息与存储于信息存储机构的路线信息进行对照而确定当前行驶位置，进而根据基于行驶速度检测机构的修正来计算出当前行驶位置，其中，使当前行驶位置通过车辆的预热开始位置而开始冷却水预热。
【专利说明】铁路车辆用驱动系统及搭载有该铁路车辆用驱动系统的铁 路车辆

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发动机发电驱动方式的铁路车辆的驱动系统，尤其是涉及一种发 动机起动时的冷却水预热、暖机运转的技术。

【背景技术】
[0002] 为了驱动铁路车辆而动力源是不可欠缺的，车辆的运行中使基于动力源而产生用 于驱动车辆的动力且使车轮旋转的驱动系统健全地动作很是重要。
[0003] 作为铁路车辆，通常有如下的两种。
[0004] (1)在电气化路线等行驶的情况下，从地面侧的发电设备通过架线等供电设备而 接受电力的供给来驱动车辆的电动车。
[0005] (2)在非电气化路线行驶的情况等，在车辆上搭载发动机等而借助自力来行驶的 内燃机车辆。
[0006] 电动车在地面侧具有发电设备等动力源的电气化路线等行驶的情况下，将由架线 等供电设备来供电的电力向车辆内引入，通过电力转换器等来驱动电动机而在车轮与轨道 之间产生牵引力，从而来驱动车辆（Electric Multiple Unit)。
[0007] 另一方面，内燃机车辆在地面侧不具有发电设备等动力源的非电气化路线等行驶 的情况下，将车辆上的发动机作为动力源，基于由发动机来驱动发电机而产生的电力，使用 电力转换器等来驱动电动机而在车轮与轨道之间产生牵引力从而驱动车辆（电动式内燃 机车辆，Diesel Electric MultipleUnit)。或者，在以发动机作为动力源的车辆中，也有发 动机的轴输出由变速机等控制而直接驱动车轮，在车轮与轨道之间产生牵引力从而驱动车 辆的方式（机械式内燃机车辆，Diesel Electric Unit)。
[0008] 通常而言，在电气化区间中利用电动车来进行运行、在非电气化区间中利用内燃 机车辆来运行是普遍的情况。也有在电气化区间的运用中充当内燃机车辆的例子，但在具 备地面发电设备的电气化区间另行消耗燃料来使内燃机车辆行驶的做法从设备的有效利 用方面来看不能说是有效的。但是，在旅客服务的观点中，也考虑期望不进行电气化区间和 非电气化区间的区别地利用通用的编组列车来直通运转。作为将用于直通电气化区间和非 电气化区间的设备配备于一列车的结构，例如具有日本特开2010-88145号公报所示的"铁 路车辆的驱动系统"。
[0009] 但是，在内燃机车辆中无论电动式还是机械式，通常而言皆搭载有柴油发动机。在 寒冷时起动柴油发动机的情况下，以提高发动机的点火性和滑动部件的保护等为目的，有 时需要对冷却水进行事先加热的预热（预加热）或者暖机运转。尤其是，在体积较大的大 输出对应发动机中，发动机起动时的冷却水预热条件、暖机运转条件通常已被详细地确定。 [0010] 在冬季中，为了维持发动机的点火性，作为利用电加热器对发动机进行保温的结 构，例如记述为专利文献1的内燃机车辆的控制方式。
[0011] 图7表示作为专利文献1中的图3所示的内燃机车辆的控制方式中的速度控制系 统图。附图标记106是发动机控制用主控制器，附图标记107为转矩转换用控制器，附图标 记108为集中控制装置，附图标记109为分散型控制装置，附图标记110为速度发电机，附 图标记111为光纤线缆，附图标记112为发动机传感器，附图标记113为主回路控制用ST， 附图标记114为马达控制器，附图标记115为动力线缆，附图标记116为主电动机，附图标 记117为主回路控制器。根据该结构，动力线缆115与整个列车交接，因此在发动机处安装 电加热器，从动力线缆115接受电力，从而能够根据需要而对发动机进行保温，并且无需重 新铺设电力线缆。停车中的列车通过使外部电源与内燃机车辆列车的动力线缆连接，不会 使发动机冻结而能够使其预热，从而无需为了保温而在夜间使发动机持续运转。
[0012] 【在先技术文献】
[0013] 【专利文献】
[0014] 【专利文献1】：日本特开平8 - 198102号公报"内燃机车辆的控制方法"
[0015] 【发明概要】
[0016] 【发明要解决的课题】
[0017] 如上所述，在寒冷时起动大输出对应发动机的情况下，通常而言冷却水预热条件、 暖机运转条件已被详细地既定。
[0018] 冷却水预热通常利用安装在发动机的冷却系统的专用的加热器来进行。另外，发 动机的暖机运转通常为在利用冷却水预热使冷却水到达了规定温度之后以不进行外部输 出的方式来怠速运转的方法。
[0019] 在内燃机车辆的情况下，在完成冷却水预热、暖机运转的基础上需要进入当日的 运用。因此，以足够应对运用开始时间的方式在车辆基地内实施冷却水预热、暖机运转。尤 其是在寒冷地区，由于冷却水预热、暖机运转需要时间，因此，在当日的运用结束之后而进 入次日的运用之前大多持续进行暖机运转且防止冷却水的降低。如此，冷却水预热、暖机运 转需要考虑到其地区的气温、冷却水的温度而倒算在进入下一运用之前的时间来开始。
[0020] 然而，在所述的直通电气化区间和非电气化区间的列车的情况下，可认为在借助 来自架线的供电在电气化区间行驶之后，借助发动机动力在非电气化区间行驶。在这种情 况下，可考虑在从车辆基地出库的时刻下完成冷却水预热、暖机运转，之后，在电气化区间 行驶中以怠速运转来维持冷却水温度，在进入了非电气化区间的时刻下切换为基于发动机 动力的运用的方式。但是，在该方式中，在电气化区间行驶中，由于发动机持续不产生动力 的怠速运转，因此与对由冷却水放热的能量进行补偿相比，不仅消耗多余的燃料，还存在发 动机噪音成为问题的可能性。
[0021] 另外，虽然也考虑到在从车辆基地出库的时刻下完成冷却水预热，之后，在电气化 区间行驶中利用冷却水预热用的加热器来维持冷却水温度的方法，但是同样地由于在电气 化区间行驶中消耗多余的能量，因此从节能的观点来看难以说是期望的方式。


【发明内容】

[0022] 本发明的目的在于，提供一种在直通如电气化区间等那样不利用发动机输出而驱 动车辆的区间和如非电气化区间等那样利用发动机输出来驱动车辆的区间的铁路车辆中， 能够降低用于使进入非电气化区间时的冷却水温度上升至必要的温度而利用的能量的消 耗量的、节能的铁路车辆用驱动系统。
[0023] 【用于解决课题的方式】
[0024] 在本发明中提供一种铁路车辆用驱动系统，具备：发动机；发动机冷却机构，其对 发动机进行冷却；冷却水加热机构，其对在发动机的冷却机构中流通的冷却水进行加热； 冷却水温度检测机构，其对在发动机的冷却机构中流通的冷却水温度进行检测；电力转换 机构，其将来自地面侧的供电设备、或者搭载于车辆的蓄电机构、或者由发动机驱动的发电 机的电力作为电源而向车辆驱动用的电动机供给交流电力，该铁路车辆从不利用发动机的 输出而驱动车辆的区间向利用发动机的输出来驱动车辆的区间行驶，其中，铁路车辆用驱 动系统具备：行驶位置检测机构，其对铁路车辆的行驶位置信息进行检测；控制机构，其指 令基于冷却水加热机构的加热开始；信息存储机构，其对应每条路线而存储发动机开始外 部输出的地点信息或者时刻信息，铁路车辆在不利用发动机的输出而驱动车辆的区间行驶 时，控制机构开始基于冷却水加热机构的加热，以在发动机开始外部输出的地点处，使冷却 水温度成为发动机能够进行外部输出运转的温度的方式，与冷却水温度相应地对开始基于 冷却水加热机构的加热的地点或者时刻进行变更。
[0025] 【发明效果】
[0026] 本发明的效果在于，能够提供一种在发动机开始外部输出的地点处在铁路车辆行 进时能够使冷却水的温度上升至必要的温度且能够降低该冷却水的预热所利用的能量消 耗的、铁路车辆用驱动系统。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1是表示本发明的铁路车辆用驱动系统中的一实施方式的基本结构的图。
[0028] 图2是表示本发明的一实施方式中的驱动系统和信息控制装置的仪器结构的图。
[0029] 图3是表示本发明的一实施方式中的冷却水预热曲线的一例的图。
[0030] 图4是表示本发明的一实施方式中的确定冷却水预热开始位置的运转曲线的一 例的图。
[0031] 图5是表示本发明的一实施方式中的计算冷却水预热指令的顺序的控制框图。
[0032] 图6是表示作为本发明的第二实施方式的冷却水温上升加速功能的动作的图。
[0033] 图7是专利文献1的图3所示的内燃机车辆的控制方式中的速度控制系统图。
[0034] 图8是表示本发明的另一实施方式中的驱动系统和信息控制装置的仪器结构的 图。
[0035] 图9是表示本发明的另一实施方式中的冷却水预热曲线的一例的图。
[0036] 附图标记说明
[0037] 1…车辆、2…车间连结器、3…集电机构、4…台车、5…轮轴、6…驱动系统、7…信 息控制装置、11···外部气温检测机构、12···控制机构、13···信息存储机构、14···信息传递机 构、15···发动机冷却机构、16···冷却水预热机构、17···发动机发电机构、18···电力线间机构、 19…主电动机、20…行驶速度检测机构、21…冷却水温检测机构、22…行驶位置检测机构、 31…冷却水预热时间计算部、32···冷却水预热开始位置计算部、33…当前行驶位置计算部、 34…冷却水预热指令计算部、35···比较器、36··· "与"电路

【具体实施方式】
[0038] 以下，利用附图对于本发明的实施方式进行说明。
[0039] 【实施例1】
[0040] 图1是表示本发明的铁路车辆用驱动系统中的一实施方式的基本结构的图。
[0041] 车辆la、lb、lc、Id是构成编组列车的车辆或者其一部分。车辆la和车辆lb由车 间连结器2a连结。同样地，车辆lb和车辆lc由车间连结器2b连结，车辆lc和车辆Id由 车间连结器2c连结。
[0042] 车辆la经由台车4a而利用轮轴5、5b且经由台车4b而利用轮轴5c、5d支承在未 图示的轨道面上。车辆lb经由台车4c而利用轮轴5e、5f且经由台车4d而利用轮轴5g、5h 支承在未图示的轨道面上。车辆lc经由台车4e而利用轮轴5i、5j且经由台车4f而利用 轮轴5k、51支承在未图示的轨道面上。车辆1 d经由台车4g而利用轮轴5m、5n且经由台车 4h而利用轮轴5o、5p而支承在未图示的轨道面上。
[0043] 在车辆la上搭载有信息控制装置7、外部气温检测机构11、行驶位置检测机构22、 行驶速度检测机构20。另外，信息控制装置7经由信息传递机构14而与搭载于车辆lb且 后述的驱动系统6a和搭载于车辆lc且后述的驱动系统6b连接。从信息控制装置7经由信 息传递机构14向驱动系统6a至少发送冷却水预热指令Cmd_prht_a、发动机发电控制指令 Cmd_egen_a，信息控制装置7从驱动系统6a至少接收水温检测值Tcool_a。同样，从信息控 制装置7经由信息传递机构14向驱动系统6b至少发送冷却水预热指令Cmd_prht_b、发动 机发电控制指令Cmd_egen_b，信息控制装置7从驱动系统6b至少接收水温检测值Tcool_ b。进而，信息控制装置7从外部气温检测机构11被输入车辆la的周围外部气温Tair，从 行驶位置检测机构22被输入车辆la的地点通过信息Chk_position，从行驶速度检测机构 20被输入车辆la的行驶速度信息Vtrain_a。
[0044] 在车辆lb搭载有驱动系统6a。如上所述，驱动系统6a经由信息传递机构14而与 搭载于车辆la的信息控制装置7连接。
[0045] 在车辆lc搭载有驱动系统6b。如上所述，驱动系统6b经由信息传递机构14而与 搭载于车辆la的信息控制装置7连接。
[0046] 不过，在本实施例中，在由车辆la、lb、lc、Id构成的四辆编组列车中，示出了在车 辆la搭载信息控制装置7、外部气温检测机构11、行驶位置检测机构22、行驶速度检测机构 20、在车辆lb搭载驱动系统6a且在车辆lc搭载驱动系统6b的结构。上述内容并非对构 成编组列车的车辆数、搭载于各车辆的仪器的内容进行限定。
[0047] 例如，车辆la除搭载有信息控制装置7、外部气温检测机构11、行驶位置检测机构 22、行驶速度检测机构20以外，也考虑搭载驱动系统6。在这种情况下，驱动系统6与信息 控制装置7也经由信息传递机构14连接。另外，搭载于车辆la的信息控制装置7、外部气 温检测机构11、行驶位置检测机构22、行驶速度检测机构20无需集中搭载在一个车辆上， 也考虑分开搭载在车辆lb、lc上。在这种情况下，驱动系统6a、6b与分开配置于车辆lb、lc 的信息控制装置7分别经由信息传递机构14而在各车辆内连接。
[0048] 另外，作为行驶位置检测机构22,能够利用在ATS (Automatic Train Stop，自动列 车停止装置）、ATC(Automatic Train Control，自动列车控制装置）、ETCS(European Train Control System,欧州统一列车控制系统）等那样的安全控制系统中使用的、地面?车上间 信息传送系统的车上侧信息接收机构，由此获取地点通过信息并采用由行驶速度检测机构 20获得的车辆速度，对车辆行驶位置进行修正。另外，作为获得地点通过信息的行驶位置 检测机构22的另一实现机构，也考虑利用GPS (Global Positioning System,全球定位系 统）定期性地获取车辆的行驶地点，并采用存储于信息控制装置7的路线信息、由行驶速度 检测机构20获得的车辆速度来对车辆行驶位置进行修正的方法。
[0049] 根据以上的结构，信息控制装置7对照由行驶位置检测机构22检测出的地点通过 信息Chk_p 〇siti〇n以及在设于信息控制装置内的信息存储机构13中存储的路线信息，确 定与地点通过信息Chk_position对应的地点，进而加上由行驶速度检测机构20检测出的 行驶速度Vtrain的时间积分值，从而能够确定当前行驶位置P_current。
[0050] 另外，信息控制装置7根据由外部气温检测机构11检测出的周围外部气温Tair、 由驱动系统6a、6b检测且经由信息传递机构14而传递的发动机冷却水的水温检测值 Tcool_a、Tcool_b，来确定驱动系统6a、6b各自的发动机冷却水被冷却水预热机构加热而 到达规定的温度的冷却水预热所需时间T_prht_a、T_prht_a。另外，在所述的路线信息存 储机构13中预先记录有应完成冷却水预热的地点，从而确定能够确保所述的冷却水预热 所需时间的、冷却水预热开始位置P_prht_a、P_prht_b。在当前行驶位置P_current到达 了冷却水预热开始位置？_?1"111:_3、P_prht_b的时刻下，信息控制装置7向驱动系统6a、6b 输出冷却水预热指令Cmd_prht_a、Cmd_prht_b。接受该指令，驱动系统6a、6b使未图示的 冷却水预热机构16a、16b动作。在此，冷却水预热机构16a、16b例如由冷却水预热用的加 热器来实现。
[0051] 即，根据本发明，在柴油发动机发电驱动方式的铁路车辆用驱动系统中，基于外部 气温、冷却水温信息来推定使冷却水预热至规定值所需的时间，进而根据路线信息来确定 预热的开始位置，通过使车辆通过开始位置来开始冷却水预热，由此，能够提供一种在直至 应完成冷却水预热的规定的地点（也就是说，开始发动机的外部输出的地点）之前能够以 节能的方式来完成冷却水预热的、铁路车辆用驱动系统。
[0052] 图2是表示本发明的一实施方式中的驱动系统和信息控制装置的仪器结构的图。
[0053] 驱动系统6由发动机冷却机构15、冷却水预热机构16、发动机发电机构17、电力转 换机构18、主电动机19、冷却水温检测机构21构成。
[0054] 信息控制装置7由信息控制机构12、信息存储机构13构成。另外，信息控制机构 12从外部气温检测机构11被输入周围外部气温Tair，从行驶位置检测机构22被输入地点 通过信息Chk_position，从行驶速度检测机构20被输入行驶速度Vtrain。另外，信息控制 机构12分别经由信息传递机构14而向冷却水预热机构16发送冷却水预热指令Cmd_prht、 向发动机发电机构17发送发动机发电控制指令Cmd_egen。另外，信息控制机构12经由信 息传递机构14而从冷却水温检测机构21接收水温检测值Tcool。
[0055] 根据以上的结构，信息控制机构12对照由行驶位置检测机构22检测出的地点 通过信息Chk_p 〇siti〇n和存储于信息存储机构13的路线信息，对与地点通过信息Chk_ position对应的地点进行确定，进而加上由行驶速度检测机构20检测出的行驶速度 Vtrain的时间积分值，从而能够确定当前行驶位置P_current。
[0056] 另外，信息控制机构12根据由外部气温检测机构11检测出的周围外部气温Tair、 由驱动系统6a、6b检测且经由信息传递机构14而传递来的发动机冷却水的水温检测值 Tcool，来确定驱动系统6的发动机冷却水被冷却水预热机构加热而到达规定的温度的冷 却水预热所需时间T_prht。另外，在所述的信息存储机构13中预先记录有应完成冷却水预 热的地点（或者，应完成冷却水预热的时刻），从而确定能够确保所述的冷却水预热所需时 间的冷却水预热开始位置P_prht。在当前行驶位置P_current到达了冷却水预热开始位置 P_prht的时刻下，信息控制装置7向驱动系统6输出冷却水预热指令cmd_prht。接受该指 令，驱动系统6使冷却水预热机构16动作。
[0057] S卩，根据本实施例，在柴油发动机发电驱动方式的铁路车辆用驱动系统中，基于外 部气温、冷却水温信息来推定使冷却水预热至规定值所需的时间，进而根据路线信息来确 定预热的开始位置，使车辆通过开始位置而开始冷却水预热，由此，能够提供一种在直至应 完成冷却水预热的规定的地点之前能够以节能的方式来可靠地完成冷却水预热的、铁路车 辆用驱动系统。
[0058] 本发明的课题在于，抑制利用通用的编组列车在如电气化区间等那样不利用发动 机输出而驱动车辆的区间以及如非电气化区间等那样利用发动机输出来驱动车辆的区间 中直通运转时的发动机冷却水的温度管理所需的能量。为此，即使在如图2所示在电气化 区间中作为电动车动作而在非电气化区间中作为利用了发动机发电机构17、电力转换机构 18、主电动机19的电动式内燃机车辆动作的实施方式以外，也能够适用本发明。
[0059] 也就是说，在非电气化区间中，也可以适用于不是电动式内燃机车辆而作为机械 式内燃机车辆来动作的铁路车辆。另外，在电气化区间中，也可以适用于不是从地面侧的发 电设备接受电力的供给的电动车而是在电动车内搭载有蓄电池等蓄电机构且从该蓄电机 构接受电力供给的电动车来动作的铁路车辆。
[0060] 图3是表示本发明的一实施方式中的冷却水预热曲线的一例的图。
[0061 ] 图表的横轴表示时间的经过（Time),纵轴表示冷却水温（Temperature of Coolant)。图表中所示的三条曲线T_curve_l、T_curve_2、T_curve_3分别为表示外部气温 (Tair)为Tal、Ta2、Ta3时，通过冷却水预热而使冷却水温度（Tcool)随着时间的经过且从 TwO上升为Tws的状况的冷却水预热曲线。Tws是允许发动机的通常运转（外部输出运转） 的冷却水温。在此，各冷却水预热曲线设为1&1<1&2<1&3(<1?8)的条件。即，在冷却 水温度比外部气温度高的情况下，外部气温度与冷却水温度的温度差越小而向外部气体的 放热越少，因此冷却水温到达Tws的时间较短。
[0062] 这些冷却水预热曲线假定在设定好外部气温条件的基础上，采用发动机冷却机构 15的实际设备而实际测定，但也能够通过算式模型构筑发动机冷却机构15的冷却水循环 系统并利用以外部气温条件为参数的模拟来计算出。
[0063] 在此，以冷却水温（Tcool)为Twl时为例，对根据冷却水温预测曲线来确定冷却水 预热的开始时序的顺序进行说明。
[0064] 三条曲线 T_curve_l、T_curve_2、T_cu;rve_3 和冷却水温 Tcool = Twl 的交点分别 为t_ll、t_21、t_31。也就是说，从冷却水温Twl的状态到达冷却水温Tws所需的冷却水预 热时间t_prht基于外部气温（Tair)而如下所述。在此，时间t_0为发动机完成冷却水预 热而开始通常运转的时刻（Start of power operation)。
[0065]【数式1】
[0066] t_prht_l = t_0_t_ll (Tair = Tal 时）
[0067] t_prht_2 = t_0_t_21 (Tair = Ta2 时）
[0068] t_prht_3 = t_0_t_31 (Tair = Ta3 时）
[0069] 发动机由于冷却水温到达Tws因此能够开始通常运转（伴随有外部输出的运转）。 在冷却水温Twl时，到达冷却水温Tws的冷却水预热时间t_prht可以由数式1来表现，因 此，为了在通常运转开始时刻t_0下以冷却水温作为Tws来开始通常运转，只要比t_0早t_ prht地开始冷却水预热即可。
[0070] 在此，图3中示出了与三个外部气温Tal、Ta2、Ta3对应的三条冷却水预热曲 线T_curve_l、T_curve_2、T_curve_3。这是用于简便说明本发明的方式的一例。冷却 水预热曲线以至少比外部气温的测定精度大的间隔设定多个。例如，在外部气温的测定 精度为〇. 1 °C时，只要冷却水温预热曲线如Tal [ °C ]、Ta2 ( = Tal+0. 1 [ °C ])、Ta3 (= Ta2+0. l[d°C ])......那样以〇. 1°C刻度进行设定，即可在其测定精度的范围内最高 精度地求出与外部气温的变动对应的冷却水预热时间。另外，冷却水预热曲线假定以外部 气温、相对于经过时间的冷却水温作为三维表格来设定，但也可以作为以外部气温、经过时 间为参数的2变量函数来进行定义。
[0071] 不过，通常运转开始时刻t_0因行驶的路线、上行/下行的行驶方向、列车行车时 间表而不同，因此与上述各个条件对应的时刻数据庞大且复杂。进而，这些时刻数据在每次 列车行车时间表的更改时不进行更新、进而在列车行车时间表产生延迟时，时刻数据自身 未发挥作用，而需要利用手动操作来开始冷却水预热等的临时操作。
[0072] 对此，在本实施例中，提出了如下方式：将发动机完成冷却水预热而开始通常运转 的时序（Start of power operation)不以时刻而以地点（里程）来进行定义，将从该位置 起冷却水预热时间t_prht所通过的地点（里程）作为冷却水预热开始位置，实际行驶位置 到达冷却水预热开始位置时开始冷却水预热。但是，本发明并不限于以发动机完成冷却水 预热而开始通常运转的时序地点（里程）进行定义，也包含利用时刻来定义发动机的通常 运转的情况。
[0073] 冷却水预热开始位置根据冷却水预热时间t_prht、路线信息（运转曲线）来确定。 运转曲线对里程与速度的关系进行定义，基于此而求出里程与行驶位置的关系。即，通过参 照从通常运转开始点起时间t_prht所通过的位置，从而能够确定冷却水预热开始位置。
[0074] 图4是表示本发明的一实施方式中的确定冷却水预热开始位置的运转曲线的一 例的图。
[0075] 运转曲线是指在铁路中为了计划列车的有效运转，随着行驶位置的变化而持续性 地计算经过时间和速度并曲线化的曲线。通常而言，除了线路?设备的状况、车辆性能以外， 还考虑驾驶员的驾驶操作性而制成。该运转曲线的信息存储在例如信息存储机构13中。
[0076] 在图4中，横轴表示行驶位置（里程），左端表示车站A的位置，右端表示车站B的 位置。在此，车站B设为冷却水预热开始位置。相对于横轴的行驶位置而在图4中描绘出 了两条曲线。一条是相对于行驶位置的"速度曲线"（Velocity curve，细曲线），与左侧的 纵轴对应。另一条是相对于行驶位置的"经过时间曲线"（Elapsed time curve,粗曲线）， 与右侧的纵轴对应。
[0077] 利用该运转曲线，与冷却水预热时间t_prht对应的冷却水预热开始位置能够如 下所述来确定。在外部气温（Tair) ST_al，所需的冷却水预热时间（t_prht)如上所述根 据图3所示的冷却水预热曲线而能够确定为t_prft_l。在冷却水预热时间为t_prht_l时， 通过参照运转曲线的"经过时间曲线"，能够将所对应的冷却水预热开始位置确定为d_ll。 同样地，在冷却水预热时间为t_prht_l时，冷却水预热开始位置能够确定为d_21，在冷却 水预热时间为t_prht_l时，冷却水预热开始位置能够确定为d_31。
[0078] 图5是表示本发明的一实施方式中的计算冷却水预热指令的顺序的控制框图。
[0079] 当前行驶位置计算部33将地点通过信息Chk_position、行驶速度Vtrain、路线信 息表Tbl_route作为输入，输出当前行驶位置P_current。
[0080] 将由行驶位置检测机构22检测出的地点通过信息Chk_position以及在设于信 息控制装置内的信息存储机构13中存储的路线信息表Tbl_route进行对照，确定与地点 通过信息Chk_p 〇siti〇n对应的地点，进而加上由行驶速度检测机构20检测出的行驶速度 Vtrain的时间积分值，从而计算出当前行驶位置P_current。
[0081] 冷却水预热时间计算部31将冷却水温度Tcool、周围外部气温Tair、冷却水预热 曲线表Tbl_prhtcurve作为输入，输出冷却水预热时间t_prht。
[0082] 根据由外部气温检测机构11检测出的周围外部气温Tair以及由冷却水温检测机 构21检测出且经由信息传递机构14而传递来的发动机冷却水的水温检测值Tcool，参照在 信息存储机构13中存储的冷却水预热曲线表Tbl_route，由此计算出驱动系统6的发动机 冷却水被冷却水预热机构16加热而到达规定的温度的冷却水预热时间t_prht。
[0083] 冷却水预热开始位置计算部32将冷却水预热时间t_prht、冷却水预热完成地点 表Tbl_engp 〇Wer、相对于行驶位置的"经过时间曲线"表Tbl_elptime作为输入，输出冷却 水预热开始位置P_prht。
[0084] 预先记录有应完成冷却水预热的地点的表Tbl_engpower以及相对于行驶位置的 "经过时间曲线"表Tbl_elptime配置于路线信息存储机构13中。
[0085] 如上所述，以冷却水预热完成地点为基点，关于冷却水预热时间t_prht而参照 "经过时间曲线"，由此能够计算出冷却水预热开始位置P_prht。
[0086] 冷却水预热指令计算部34将当前行驶位置P_current、冷却水预热开始位置P_ prht、冷却水预热有效特征Ebl_prht作为输入，输出冷却水预热指令Cmd_prht。
[0087] 比较器35将当前行驶位置P_current和冷却水预热开始位置P_Prht进行比较， 在当前行驶位置P_current到达了冷却水预热开始位置P_Prht的时刻下，计算出冷却水预 热要求Req_prht。"与"电路36对冷却水预热要求Req_prht和运转台51等所具备的借助 开关操作而选择冷却水预热的动作的冷却水预热有效特征Fbl_prht的逻辑积进行运算而 生成冷却水预热指令Cmd_prht。冷却水预热指令Cmd_prht经由信息传递机构14而向冷却 水预热机构16输入，从而开始冷却水预热。
[0088] S卩，根据本发明，在柴油发动机发电驱动方式的铁路车辆用驱动系统中，基于外部 气温、冷却水温信息来推定使冷却水预热至规定值所需的时间，进而根据路线信息来确定 预热的开始位置，使车辆通过开始位置来开始冷却水预热，由此能够提供一种在直至应完 成冷却水预热的规定的地点之前能够以节能的方式来完成冷却水预热的、铁路车辆用驱动 系统。
[0089] 【实施例2】
[0090] 图6是表示作为本发明的第二实施方式的冷却水温上升加速功能的动作的图。
[0091] 在实施例1中，以周围外部气温Tair和冷却水温Tcool为参数并参照冷却水预热 曲线来计算出冷却水预热时间t_prht，进而以冷却水预热时间t_prht为参数，参照蓄积于 信息存储机构13的冷却水预热完成地点表Tbl_engp〇wer、相对于行驶位置的"经过时间曲 线"表Tbl_elptime，输出了冷却水预热开始位置P_prht。即，通过在比发动机的通常运转 开始时刻t_0提前冷却水预热时间t_prht时开始冷却水预热，或是在列车的行驶位置通过 了冷却水预热开始位置P_prht时开始冷却水预热，冷却水温Tcool能够在发动机的通常运 转开始时刻t_0下达到允许发动机的通常运转（外部输出运转）的通常运转冷却水温Tws。 [0092] 但是，作为用于计算冷却水预热时间t_prht的参数之一的周围外部气温Tair也 假定为由于天气的剧变等而在开始了冷却水预热之后大幅变化。尤其是，当开始了冷却水 预热之后周围外部气温Tair大幅降低时，产生与冷却水温Tcool之间的温度差，相对于经 过时间的冷却水温Tcool的上升低于预定的冷却水预热曲线。即，在发动机的通常运转开 始时刻t_0下，冷却水温Tcool无法到达通常运转冷却水温Tws，可认为是产生了列车的运 行延迟等问题。
[0093] 为了避免这样的状况，在本发明的铁路车辆用驱动系统中，并不仅是之前说明的 基于冷却水预热机构的冷却水温的加热方式，还具备利用发动机的供暖运转来增补冷却水 温的上升的冷却水温上升加速功能。
[0094] 图3是表示在该冷却水温上升加速功能动作时冷却水温Tcool上升的状况的时间 图。横轴表示经过时间（Time),纵轴表示冷却水温（Tcool)。另外，在纵轴中一并示出发动 机、冷却水预热系统的动作状况。
[0095] 当前，在时刻t_0之前，使冷却水温Tcool按照由虚线的曲线所示的冷却水预热曲 线T_ CUrVe_l上升至通常运转冷却水温Tws，因此在时刻t_ll开始冷却水温预热，由此，由 实线的曲线所示的实际冷却水温以比冷却水预热曲线T_ CUrVe_l稍微高出的方式开始上 升。实际冷却水温比冷却水预热曲线T_CUrVe_l稍微高出的原因在于，为了在时刻t_0使 冷却水温Tcool可靠地到达至通常运转冷却水温Tws，作为富余时间而考虑假定的外部气 温等变动要素，从而设定冷却水预热曲线。
[0096] 之后，在到达时刻tb的时刻下实际冷却水温Tcoo 1低于冷却水预热曲线T_ curve_l。这是示出了如上所述由于天气的剧变等周围外部气温Tair大幅降低而导致无法 进行假定的冷却水预热的状态。在这样的状态下，在发动机的通常运转开始时刻t_0下，冷 却水温Tcool无法达到通常运转冷却水温Tws。因此，在冷却水预热曲线T_cur Ve_l与实际 冷却水温Tcool的差量达到了预先设定的供暖预热开始水温差Λ Tc〇〇l_0的时刻（图6中 为tc)下，开始发动机的暖机运转（怠速运转）。在基于冷却水预热机构的冷却水加热和基 于发动机暖机运转的冷却水加热效果的作用下，冷却水温的上升得到加速。
[0097] 在此，对于发动机的暖机运转而言，以发动机保全为目的，通常以在冷却水温上升 至规定值Yid之前不开始的方式来确定处理方式。因而，基于供暖运转的冷却水温上升加 速功能在冷却水温达到了 Tid的时刻下开始。能够开始供暖运转的冷却水温规格值Tid可 认为比能够开始通常运转的冷却水温Tws小。例如，在面向700kW级的铁路的发动机的规 格例中，Tid比Tws小15°C。因此，即便基于供暖运转的冷却水温上升加速功能在冷却水温 达到了 Tid的时刻下开始，也可至少获得从Tid到Tws的水温上升加速效果。
[0098] 接着，对基于发动机供暖运转的冷却水加热的结束时序的确定方法进行说明。
[0099] 如上所述，基于发动机供暖运转的冷却水加热由于周围外部气温的降低而成为必 要。在此，在降低后的周围外部气温中，可考虑按照新的冷却水预热曲线对冷却水进行加 热。在图6中由降低后的周围外部气温确定的冷却水预热曲线作为T_curve_X而由单点划 线表示。即，在周围外部气温降低的情况下，仅借助冷却水预热机构，无法按照与该外部气 温对应的冷却水预热曲线T_curve_X在时刻t_0下加热至通常运转水温Tws。基于发动机 供暖运转的冷却水加热功能的目的在于，将冷却水温补充性地加热至、按照该冷却水预热 曲线T_curve_X仅通过冷却水预热机构就能够加热冷却水的状态。
[0100] 因此，求得实际冷却水温Tcool和重新与当前的周围外部气温（降低后的周围外 部气温）对应而求得的冷却水预热曲线T_curve_x的差量，在其到达了预先设定的供暖预 热开始水温差ATC〇〇l_l的时刻（图6中为td)下，结束发动机的供暖运转。
[0101] 在结束了发动机的供暖运转之后，仅利用冷却水预热机构将实际冷却水温Tcool 在时刻t_0之前加热为通常运转冷却水温Tws。
[0102] 如以上说明那样，由于具备冷却水温上升加速功能，由此即便在作为使冷却水预 热时间变动的要素的周围外部气温发生了变化的情况下，也能够利用基于发动机的供暖运 转的温度上升效果，在规定时刻之前完成冷却水预热。
[0103] 即，根据本实施例，在柴油发动机发电驱动方式的铁路车辆用驱动系统中，基于外 部气温、冷却水温信息来推定使冷却水预热至规定值所需的时间，进而根据路线信息来确 定预热的开始位置，使车辆通过开始位置来开始冷却水预热，由此能够提供一种在直至应 完成冷却水预热的规定的地点之前能够以节能的方式可靠地完成冷却水预热的、铁路车辆 用驱动系统。
[0104]【实施例3】
[0105] 在实施例1中，作为冷却水预热机构16而示出了对基于冷却水预热用的加热器的 预热开始位置（或者时刻）进行控制的例子，但也可考虑在冷却水预热用的加热器发生故 障时等利用供暖运转对冷却水的温度进行预热。在本实施例中，对作为冷却水预热机构16 而利用发动机的供暖运转的例子进行说明。作为冷却水预热机构16而利用了发动机的供 暖运转的情况也能够通过与实施例1同样的控制来实施。在这种情况下，将图3所示的冷 却水温Tcool的上升时间图替换为基于供暖运转的时间图，从而推定出冷却水温度上升至 Tws所需的时间即可。
[0106] 另外，也可以通过在冷却水温度从低温成为规定温度之前利用加热器进行预热、 在从规定温度到允许发动机的外部输出运转的温度之前利用发动机的供暖运转进行预热 这样的方式来切换冷却水的预热方法。在这种情况下，也将图3所示的冷却水温Tcool的上 升时间图替换为基于加热器和供暖运转的组合的时间图，从而推定冷却水温度上升至Tws 所需的时间即可。
[0107] 【实施例4】
[0108] 在实施例1中，对于采用冷却水温检测机构21和外部气温检测机构11这两者的 检测温度信息来确定冷却水预热机构16的预热开始位置（或者时刻）的实施方式进行了 说明，但在本实施例中，作为更加简单的实施方式，说明不采用外部气温检测机构11的实 施方式。
[0109] 以下，对于与本实施例的实施例1不同的部分进行说明。本实施例中的驱动系统 和信息控制装置的仪器结构在图8中表示。驱动系统6由发动机冷却机构15、冷却水预热 机构16、发动机发电机构17、电力转换机构18、主电动机19、冷却水温检测机构21构成。信 息控制装置7由信息控制机构12、信息存储机构13构成。
[0110] 另外，信息控制机构12从行驶位置检测机构22被输入地点通过信息Chk_ position,从行驶速度检测机构20被输入行驶速度Vtrain，从冷却水温检测机构21被输 入水温检测值Tcool。另外，信息控制机构12分别经由信息传递机构14向冷却水预热机 构16发送冷却水预热指令Cmd_prht，向发动机发电机构17发送发动机发电控制指令Cmd_ egen〇
[0111] 信息控制机构12根据由驱动系统6a、6b检测且经由信息传递机构14传递来的发 动机冷却水的水温检测值Tcool，来确定驱动系统6的发动机冷却水被冷却水预热机构加 热而达到规定的温度的冷却水预热所需时间T_prht。
[0112] 图9是表示本实施例中的冷却水预热曲线的一例的图。图表的横轴表示时间的经 过（Time),纵轴表示冷却水温（Temperature of Coolant)。该图表是表示由于冷却水预热 而使冷却水温（Tcool)随着时间的经过且从TwO上升为Tws的状况的冷却水预热曲线。
[0113] 也就是说，若冷却水温为比较高且接近Tws的温度，则预热所需的时间变短，因此 在靠近发动机开始外部输出的地点的地点处开始预热。另一方面，若冷却水温比较低且大 幅低于Tws的温度，则预热所需的时间变长，因此从离发动机开始外部输出的地点比较远 的地点开始预热。因而，随着冷却水温度变低，开始基于冷却水加热机构的预热的地点设定 为从发动机开始外部输出的地点远离。
[0114] 另外，也能够不通过"行驶位置"而是通过"时间"来管理预热的开始。在这种情 况下，若冷却水温比较高且接近Tws的温度，则预热所需的时间变短，因此以使预热开始时 刻和到达发动机开始外部输出的地点的到达预定时刻的间隔比较短的方式来确定预热开 始时刻，另一方面，若冷却水温比较低且大幅低于Tws的温度，则预热所需的时间变长，因 此以使预热开始时刻和到达发动机开始外部输出的地点的到达预定时刻的间隔比较长的 方式来确定预热开始时刻。也就是说，随着冷却水温度变低，以使开始基于冷却水预热机构 的预热的时刻和到达发动机开始外部输出的地点的到达预定时刻的间隔变长的方式来设 定预热开始时刻。
[0115] 在此，如图3所示，冷却水的温度上升速度以外部气温度的条件为起因进行变化， 因此，为了在发动机开始外部输出的地点处可靠地使冷却水温上升至规定温度，以形成图3 中的低温侧的曲线的方式来设定图9的曲线即可。
[0116] 在本实施例中，无法控制性反映图3所示那样的、与外部气温相应的多个冷却水 温Tcool的上升时间图，因此，为了在发动机开始外部输出的地点处可靠地使冷却水温上 升至规定温度，需要比实施例1更早地开始冷却水预热机构16的预热。如此在本实施例中， 可认为与实施例1相比节能效果降低，但由于不需要外部气温检测机构11，因此与实施例1 相比能够形成为低价的结构。
【权利要求】
1. 一种铁路车辆用驱动系统，其具备： 发动机； 发动机冷却机构，其对该发动机进行冷却； 冷却水加热机构，其对在所述发动机的冷却机构中流通的冷却水进行加热； 冷却水温度检测机构，其对在所述发动机的冷却机构中流通的冷却水温度进行检测； 以及 电力转换机构，其将来自地面侧的供电设备、或者搭载于车辆的蓄电机构、或者由所述 发动机驱动的发电机的电力作为电源而向车辆驱动用的电动机供给交流电力， 所述铁路车辆从不利用所述发动机的输出来驱动车辆的区间向利用所述发动机的输 出来驱动车辆的区间行驶，其特征在于， 所述铁路车辆用驱动系统具备： 行驶位置检测机构，其对所述铁路车辆的行驶位置信息进行检测； 控制机构，其指令基于所述冷却水加热机构的加热开始；以及 信息存储机构，其对应每条路线而存储所述发动机开始外部输出的地点信息或者时刻 信息， 所述铁路车辆在不利用所述发动机的输出来驱动车辆的区间行驶时，所述控制机构开 始基于冷却水加热机构的加热， 以在所述发动机开始外部输出的地点处、使所述冷却水温度成为所述发动机能够进行 外部输出运转的温度的方式，与所述冷却水温度相应地对开始基于所述冷却水加热机构的 加热的地点或者时刻进行变更。
2. 根据权利要求1所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 所述铁路车辆在不利用所述发动机的输出来驱动车辆的区间行驶时，所述控制机构以 随着所述冷却水温度变低而使开始基于所述冷却水加热机构的加热的地点从所述发动机 开始外部输出的地点远离的方式来设定加热开始地点。
3. 根据权利要求1所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 所述铁路车辆在不利用所述发动机的输出来驱动车辆的区间行驶时，所述控制机构以 随着所述冷却水温度变低而使开始基于所述冷却水加热机构的加热的时刻和到达所述发 动机开始外部输出的地点的到达预定时刻之间的间隔变长的方式来设定加热开始时刻。
4. 根据权利要求2或3所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 该铁路车辆用驱动系统还具备对车辆的周围外部气温进行测定的外部气温检测机构， 在所述信息存储机构中具备与多个周围外部气温相应的多个冷却水加热时的水温上 升曲线信息， 所述控制机构根据与由所述外部气温检测机构检测出的外部气温相应的水温上升曲 线信息，对开始基于所述冷却水加热机构的加热的地点或者开始基于所述冷却水加热机构 的加热的时刻进行设定。
5. 根据权利要求2或4所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 所述信息存储机构具备冷却水加热时的水温上升曲线信息， 所述控制机构根据所述水温上升曲线信息而生成使冷却水上升至规定温度所需的时 间，以所述发动机开始外部输出的地点信息为基准，来确定开始所述冷却水加热的地点。
6. 根据权利要求3或4所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 所述控制机构根据所述水温上升曲线信息而生成使冷却水上升至规定温度所需的时 间，从存储于所述信息存储机构的所述发动机开始外部输出的时刻信息中减去所述冷却水 预热上升时间，由此来确定开始基于所述冷却水加热机构的加热的时刻，从而在到达开始 该加热的时刻的时候开始基于所述冷却水加热机构的冷却水加热。
7. 根据权利要求5或6所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 所述信息存储机构具备铁路车辆相对于行驶位置的经过时间信息， 所述控制机构根据相对于所述行驶距离的经过时间信息，与所述冷却水上升至规定温 度所需的时间相应地追溯行驶位置，从而确定冷却水的加热开始地点或者加热开始时刻， 在所述行驶位置信息到达了所述冷却水加热开始地点的时候开始冷却水加热。
8. 根据权利要求4所述的铁路车辆用驱动系统，其特征在于， 在开始基于所述冷却水加热机构的冷却水的加热的时刻以后，在周围外部气温降低的 情况下，将降低的所述周围外部气温和冷却水温作为参数而从所述信息存储机构中选择第 二水温上升曲线，在该第二水温上升曲线与周围外部气温的差量比预先确定的第一阈值大 且冷却水温比预先确定的第二阈值大时，所述控制机构向所述发动机指令怠速运转。
9. 一种铁路车辆，其中， 该铁路车辆具备权利要求1至8中任一项所述的铁路车辆用驱动系统。
【文档编号】B60L11/18GK104121132SQ201410165540
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】岛田基巳, 稻荷田聪, 望月健人, 我妻浩二 申请人:株式会社日立制作所