電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛的制作方法
【專利摘要】電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛（1），包括至少一個(gè)被布置在車輛底盤范圍內(nèi)的集電器（2、3、4、5）和在所述集電器（2、3、4、5）與接線盒（11）之間的電線路（9、10），其中在所述電線路（9、10）的分布中分別布置有電流測量裝置（6、7），所述電流測量裝置確定在線路（6、7）中流動(dòng)的電流（i1、i2）并且將與電流強(qiáng)度（i1、i2）相應(yīng)的信號(hào)傳送到分析裝置（8）。
【專利說明】電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]短途交通軌道車輛、特別是地鐵很經(jīng)常地通過被布置在車輛底盤附近的集電器得到電能，所述集電器借助有彈性的滑塊從被布置在鐵軌旁邊的匯流排(“3.軌道”)接收能量。在具有在車輛底盤范圍內(nèi)的集電器的這些軌道車輛中，很經(jīng)常地設(shè)置有多個(gè)這種集電器，因?yàn)橐环矫嬗纱朔峙潆姽β什⑶腋鱾€(gè)集電器分別必然傳輸較少的功率，另一方面由于一般有中斷的匯流排而需要設(shè)置多個(gè)電流消耗位置，以便可以橋接這些空隙，使得車輛在整個(gè)路段上被供電。如果一個(gè)集電器缺失(例如破裂或以其它方式被損壞)，那么由此也可以繼續(xù)運(yùn)行車輛。在此電能通過剩余的集電器被輸送。該運(yùn)行狀態(tài)對于電氣裝置、特別是集電器到母線的線路是不利的，因?yàn)樗鲭姎庋b置遭受持久地提高的負(fù)荷。該運(yùn)行狀態(tài)對于駕駛?cè)藛T不是輕而易舉地可以看出的，因?yàn)樾旭偺匦杂纱瞬桓淖儾⑶夷壳皼]有用于該缺陷的報(bào)警裝置。另外的、特別是存在于地鐵中的問題是地鐵網(wǎng)通常利用直流電來運(yùn)行。該直流電借助電子整流器由一般的能量供應(yīng)網(wǎng)產(chǎn)生，其中這些整流器一般是不能反饋的。如果在這樣的地鐵路段上運(yùn)行現(xiàn)代的能反饋的車輛，那么只有當(dāng)能夠消耗反饋的能量的耗電器同時(shí)是激活的時(shí)候才可以得到優(yōu)點(diǎn)。多余的、通過制動(dòng)過程所產(chǎn)生的電能必然在以下的情況下在制動(dòng)電阻中被轉(zhuǎn)化為熱量，即該電能不被在相同時(shí)刻加速的車輛所需。這種低效率導(dǎo)致另外的缺點(diǎn)、如隧道的過度加熱和對車廂或車站的提高的冷卻需求。減少這些缺點(diǎn)部分地成功，其中行駛運(yùn)行的總體控制可以將此考慮進(jìn)來。例如在此可以延遲一車輛的開動(dòng)直至另外的車輛制動(dòng)以便這樣地減少總能量需求。然而，不可能在行駛運(yùn)行中查明各個(gè)車輛的精確的功率值，必要時(shí)驅(qū)動(dòng)變流器可以向車輛控制器報(bào)告其當(dāng)前功率值。然而，這對于整個(gè)行駛運(yùn)行的優(yōu)化是不夠的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明一種電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛，該軌道車輛的總的能量消耗或能量產(chǎn)生在行駛運(yùn)行中是可確定的并且該軌道車輛提供集電器失效報(bào)警。
[0004]該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛來解決。有利的構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的基本思想描述一種電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛，該軌道車輛包括至少一個(gè)被布置在車輛底盤范圍內(nèi)的集電器和在集電器與接線盒之間的電線路，其中在電線路的分布中布置有電流測量裝置，該電流測量裝置確定在線路中流動(dòng)的電流并且將與電流強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)傳送到分析裝置。
[0006]由此可以實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)，即在軌道車輛的運(yùn)行期間可以連續(xù)地確定軌道車輛的當(dāng)前電流以及因此功率消耗或功率輸出。在此特別有利的是，電功率通過在一個(gè)或多個(gè)饋入位置處的測量實(shí)現(xiàn)，由此可以實(shí)現(xiàn)比通過在驅(qū)動(dòng)變流器處通常存在的電流測量顯著更高的檢測精確度。通過在饋入位置處的檢測，也可以檢測輔助驅(qū)動(dòng)(例如空調(diào)或壓縮空氣壓縮機(jī))和車輛照明的功率消耗。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，電流測量裝置被布置到集電器和接線盒(或接線點(diǎn))之間的電線路中，該電流測量裝置探測在該線路中流動(dòng)的電流。為此，一方面可以使用常見的、適用于軌道車輛的電流轉(zhuǎn)換器，另一方面對于直流電壓運(yùn)行的鐵路(例如地鐵)需要直流電壓轉(zhuǎn)換器。將該電流測量裝置設(shè)置在該位置處是重要的，以便可以確定該軌道車輛的總的能量消耗或能量輸出。這樣保證，軌道車輛車載的其它的耗電器被包含到測量中。
[0008]本發(fā)明的一種實(shí)施方式規(guī)定，給每個(gè)集電器分別分配一個(gè)電流測量裝置，該電流測量裝置確定流經(jīng)相應(yīng)集電器的電流。
[0009]本發(fā)明的另一種實(shí)施方式規(guī)定，分別給在車輛縱向側(cè)上相對的集電器配備共同的線路并且利用電流測量裝置確定在該共同的線路中流動(dòng)的電流。由此可以實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)，即可以實(shí)現(xiàn)器件的節(jié)省。這特別是在將集電器布置在轉(zhuǎn)向架處的情況下是有利的，因?yàn)檫@樣只需要在可移動(dòng)的轉(zhuǎn)向架和電線路的在車體處固定安裝的部分之間的靈活的線路連接。
[0010]由一個(gè)或多個(gè)電流測量裝置所檢測的電流被引導(dǎo)到分析裝置，其中與所檢測的電流強(qiáng)度成比例的信號(hào)被傳送到該分析裝置。在此一般需要的電勢分離和足夠的隔離通過適合于鐵路的電流測量裝置(電流轉(zhuǎn)換器)的設(shè)計(jì)來保障。分析裝置由被傳送到該分析裝置的電流測量值以及鐵路能量供應(yīng)的當(dāng)前的電壓值來確定軌道車輛的瞬時(shí)電功率消耗或車輛的反饋的制動(dòng)電能。
[0011]在本發(fā)明的另外的改進(jìn)方案中設(shè)置有車輛控制器，該車輛控制器實(shí)行上級的控制任務(wù)。該車輛控制器被結(jié)合到運(yùn)行控制系統(tǒng)中，該運(yùn)行控制系統(tǒng)控制整個(gè)鐵路運(yùn)行并且該運(yùn)行控制系統(tǒng)將各個(gè)車輛的當(dāng)前的位置、行駛狀態(tài)(速度、加速度、裝載等等)、能量消耗或能量輸出作為用于在遵循行駛計(jì)劃的情況下能量最優(yōu)地控制行駛運(yùn)行的輸入?yún)⒘?。例如一輛列車從停車站的駛出在另外的車輛馬上就要駛?cè)胪＼囌疽郧皶r(shí)可以在短時(shí)間內(nèi)被延遲，使得停車的車輛的制動(dòng)電能可以被用于加速開動(dòng)的車輛。
[0012]由此可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)鐵路網(wǎng)的峰值能量消耗的顯著減少，由此可以更小并且因此成本更低地確定相應(yīng)的供電裝置(變壓器、整流器)的尺寸。
[0013]本發(fā)明的另一種有利的特性在于集電器失效的簡單的可識(shí)別性。軌道車輛的總能量需求也可以在集電器損壞(斷裂)的情況下由一個(gè)或多個(gè)剩余的集電器來傳輸。然而，在此出現(xiàn)該集電器和電線路的較大的升溫，這減少這些器件的壽命。因此集電器的失效的識(shí)別是重要的。同樣，集電器的有缺陷地或不想要地被執(zhí)行的下沉(從匯流排分離)可能導(dǎo)致剩余的集電器的過負(fù)荷。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了識(shí)別該運(yùn)行狀態(tài)可以在集電器處設(shè)置終端開關(guān)，所述終端開關(guān)檢測集電器的位置(接觸或下沉)。然而，這樣的終端開關(guān)遭受環(huán)境條件并且需要特定的維護(hù)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛配備有集電器失效識(shí)別，該集電器失效識(shí)別可以無需可移動(dòng)的、維護(hù)密集的并且承受磨損的器件而識(shí)別集電器的失效。對此，分析裝置配備有比較裝置，該比較裝置比較在到集電器的各個(gè)線路中流動(dòng)的電流。如果在此出現(xiàn)差別，該差別在確定的(較長的)時(shí)間段上存在，并且其中到確定的集電器的電流具有值零，那么分析裝置探測到該集電器的失效。該確定的、較長的時(shí)間段(典型地幾秒)是重要的，以便避免錯(cuò)誤輸出，因?yàn)樵趨R流排的過渡位置處出現(xiàn)電流輸送的短時(shí)間的中斷并且該情況應(yīng)該不導(dǎo)致錯(cuò)誤的警告。
[0015]特別值得推薦的是，向車輛控制器報(bào)告所識(shí)別的集電器失效，因?yàn)樵撥囕v控制器可以由此避免確定的運(yùn)行狀態(tài)，所述運(yùn)行狀態(tài)可能對于剩余的集電器是有害的。特別是在此可以避免滿載的軌道車輛的最大加速。
[0016]隨著使用本發(fā)明一方面實(shí)現(xiàn)簡單并且可靠地識(shí)別一個(gè)(或多個(gè))集電器的失效，使得車輛可以保持在使用中直至合適的修理時(shí)間點(diǎn)并且卻不超出電和熱運(yùn)行極限。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛由于實(shí)時(shí)地提供精確的功率值能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路網(wǎng)的能量消耗優(yōu)化的運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示例性地示出電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛、能量供應(yīng)。
[0018]圖2示例性地示出鐵路網(wǎng)、功率消耗。
[0019]圖3示例性地示出借助電流測量的集電器失效識(shí)別。

【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示例性地并且示意性地示出電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛的能量供應(yīng)的框圖。軌道車輛I具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，其中每個(gè)轉(zhuǎn)向架在兩側(cè)各布置有一個(gè)集電器2、3、4、5。到第一轉(zhuǎn)向架的集電器2、3的電線路在第一轉(zhuǎn)向架的范圍內(nèi)相互連接并且電線路9從該連接點(diǎn)通向接線盒11。該接線盒11包括母線，在該母線處所有的引線被聯(lián)合并且由該母線給耗電器供電。到第二轉(zhuǎn)向架的集電器4、5的線路同樣在第二轉(zhuǎn)向架的范圍內(nèi)相互連接并且電線路10從該連接點(diǎn)通向接線盒11。在線路9、10的分布中分別布置有電流測量裝置6、7，該電流測量裝置確定在線路6、7中流動(dòng)的電流并且將與該電流成比例的信號(hào)傳送到分析裝置8。該分析裝置8與車輛控制器12處于連接中并且將由電流測量裝置6、7所測量的電流值或相應(yīng)的電功率傳送給該車輛控制器。
[0021]圖2示例性地并且示意性地示出鐵路網(wǎng)的饋電段的功率消耗的分布。示出了電功率P關(guān)于時(shí)間t的時(shí)間分布。第一功率分布Pl是在運(yùn)行根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軌道車輛的情況下的分布。分布Pl示出高的、如例如在多個(gè)車輛同時(shí)開動(dòng)的情況下出現(xiàn)的消耗峰值。第二功率分布P2示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛而優(yōu)化的功率消耗。由于所有位于饋電段中的車輛的加速和制動(dòng)過程之間的由此實(shí)現(xiàn)的協(xié)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)明顯更小的峰值負(fù)載。
[0022]圖3示例性地并且示意性地示出借助電流測量的集電器失效識(shí)別。示出了電流強(qiáng)度I關(guān)于時(shí)間t的分布。電氣設(shè)備對應(yīng)于在圖1中所示出的軌道車輛I?？傠娏鲝?qiáng)度I對應(yīng)于電流il和i2的和，其中il是到第一轉(zhuǎn)向架的線路中的電流并且i2是到第二轉(zhuǎn)向架的電流。在此，為了簡化，電流il和i2被假定為分別相同大。在所考慮的時(shí)間段中的所示出的示例性的分布中，電流消耗首先下降地、隨后恒定地并且此后(由于制動(dòng)過程)以負(fù)的符號(hào)(反饋到電網(wǎng)中)恒定地延伸。此后跟隨著沒有電流消耗的時(shí)間段(在停車站停留)。在隨后的加速階段期間，在時(shí)間點(diǎn)ta實(shí)現(xiàn)第二轉(zhuǎn)向架的集電器的失效，因此電流強(qiáng)度i2立刻下降到值零并且在該值零上保持不變。因此在時(shí)間點(diǎn)ta第一轉(zhuǎn)向架的集電器承擔(dān)總的電功率，由此電流il加倍。軌道車輛I可以執(zhí)行隨后的行駛周期，然而以第一轉(zhuǎn)向架的集電器的強(qiáng)的負(fù)荷執(zhí)行。第二轉(zhuǎn)向架的電流i2到值零的突然下降和特別是在該值零上的保持不變用于探測該集電器的失效。
[0023] 附圖標(biāo)記列表
1軌道車輛
2第一轉(zhuǎn)向架右側(cè)的集電器
3第一轉(zhuǎn)向架左側(cè)的集電器
4第二轉(zhuǎn)向架右側(cè)的集電器
5第二轉(zhuǎn)向架左側(cè)的集電器
6第一轉(zhuǎn)向架的電流測量裝置
7第二轉(zhuǎn)向架的電流測量裝置
8分析裝置
9第一轉(zhuǎn)向架的電線路
10第二轉(zhuǎn)向架的電線路
11接線盒
12車輛控制器 P電功率
t時(shí)間
Pi饋電段的功率分布
P2優(yōu)化的饋電段的功率分布
I電流強(qiáng)度
il第一轉(zhuǎn)向架的電流強(qiáng)度
?2第二轉(zhuǎn)向架的電流強(qiáng)度
ta失效時(shí)間點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(1)，包括至少一個(gè)被布置在車輛底盤范圍內(nèi)的集電器(2、3、4、5)和在所述集電器(2、3、4、5)與接線盒(11)之間的電線路(9、10)，其特征在于，在所述電線路(9、10)的分布中分別布置有電流測量裝置(6、7)，所述電流測量裝置確定在線路(6、7)中流動(dòng)的電流(i1、i2)并且將與電流強(qiáng)度(i1、i2)相應(yīng)的信號(hào)傳送到分析裝置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(1)，其特征在于，所述分析裝置(8)在超出確定的電流強(qiáng)度(il、?2)的情況下將表明所述超出的報(bào)警信號(hào)傳送到車輛控制器(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(1)，其特征在于，所述分析裝置(8)將與被所述電流測量裝置(6、7)確定的電流(il、?2)成比例的信號(hào)連續(xù)地傳送到車輛控制器(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3之一所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(I)，其特征在于，所述車輛控制器(12)將傳送到所述車輛控制器的、與所述電流(il、i2)成比例的信號(hào)用于計(jì)劃行駛運(yùn)行、特別是用于確定加速和制動(dòng)階段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(I)，其特征在于，所述車輛控制器(12)包括到中央運(yùn)行控制器的數(shù)據(jù)連接并且通過所述數(shù)據(jù)連接將所述軌道車輛(I)的當(dāng)前功率消耗傳送到所述中央運(yùn)行控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(I)，其特征在于，所述車輛控制器(12)通過所述到中央運(yùn)行控制器的數(shù)據(jù)連接獲得用于控制所述軌道車輛(I)的驅(qū)動(dòng)的預(yù)先規(guī)定、特別是被傳送的最大加速和延遲值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛(1)，其特征在于，所述電流測量裝置(6、7)被實(shí)施為直流轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】H02J4/00GK104379388SQ201380035246
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】E.賈科布森, A.斯普倫格納格, H.斯泰寧格, J.薩默爾 申請人:奧地利西門子公司