專利名稱：混合機車的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括作為驅動力源的發動機和電動機的混合機車的控制裝置，該電動機用作發電機。
此外，當電池已經消耗時，如果在非減速驅動狀態中目標電荷狀態保持在較高的水平，則由于可充電的水平降低，導致不需要在機車正減速時的電池的可充電的容量。這就導致了效率較差的能量再生。
此外，需要提供在具有怠速-止動功能的混合機車中的電池消耗，這種怠速-止動功能是在機車臨時停車時能夠自動地停止發動機以及在滿足預定的條件時能夠以電動機重新啟動發動機。這是由于當電池消耗時，由于電池的內阻的增加導致電壓降低，因此電動機不能保證足夠的輸出以啟動發動機。
因此，本發明的目的是根據正消耗著的電池的實際的可充電容量通過控制充電的電池狀態避免對電池過充電。
本發明的進一步目的是維持電池的可充電容量并在減速的過程中增加能量再生的效率。
本發明的進一步目的是確保穩定地重新啟動機車并避免在怠速-止動運行之后重新啟動發動機時電動機的輸出不足。
為了實現上述目的，本發明提供一種混合機車的控制裝置，該機車具有作為運行機車的動力源的發動機(1)和馬達/發電機(2)，以及該控制裝置包括作為馬達/發電機(2)的動力源的高壓電池(11)和用于機載電力負載的具有低于高壓電池(11)的電壓的低壓電池(14)、控制馬達/發電機(2)的變換器(12)、檢測高壓電池(11)的狀態的傳感器(18，19)以及微處理器(16)。
對微處理器進行編程以基于高壓電池(11)的狀態計算高壓電池(11)的電荷狀態(SOC)、基于高壓電池(11)的狀態計算高壓電池(11)的消耗程度、控制馬達/發電機(2)所產生的電流以使高壓電池(11)的SOC與目標SOC一致；以及根據高壓電池(11)的消耗程度改變目標SCO。
本發明的詳細描述以及其他特征和優點將在下文闡述并在附圖
中示出。
附圖2所示為根據本發明混合機車的控制裝置的示意圖。
附圖3所示為根據本發明控制單元所執行的主控制程序的流程圖。
附圖4所示為描述在附圖3中的用于計算電荷狀態的閾值SOCa和目標電荷狀態tSOC的子程序的流程圖。
附圖5所示為描述在附圖4中所示的子程序的流程圖。
附圖6所示為描述根據本發明的控制單元所執行的充電/放電控制程序的流程圖。
附圖7所示為描述根據本發明的控制單元所執行的怠速-止動程序的流程圖。
機車具有怠速-止動功能，例如當該機車臨時停車時自動停止該發動機1。當發動機1啟動時馬達/發電機2發動發動機1。例如，在怠速-止動運行之后滿足重新啟動發動機的條件下馬達/發電機2重新啟動發動機1。相反，在減速的過程中驅動馬達/發電機2作為發電機以回收運行的機車的慣性能。此外，馬達/發電機2對電池進行充電并給其它的電力負載輸送電流。
參考附圖2，應用本發明的混合機車的電源系統包括高壓電池11、變換器12、接線盒13、低壓電池14和直流/直流變換器15。高壓電池11作為充電12、電電源，且額定為42[V]。更準確地說，高壓電池11是一種鉛酸電池(一種具有氧化鉛的鉛柵電極(在充電和放電的過程中其組分變化)和稀硫酸電解液的鉛蓄電池)。
參考附圖2，根據本發明的混合機車的控制裝置包括控制單元(C/U)16、第一電流傳感器17、第二電流傳感器18、電壓傳感器19、檢測發動機1的轉速Ne的轉速傳感器31、按鍵開關32、啟動開關33、檢測機車的速度VSP的機車速度傳感器34、檢測油門踏板的釋放和壓下的怠速開關35以及檢測剎車踏板的釋放的剎車開關36，該第一電流傳感器17檢測由馬達/發電機2所產生的并由變換器12轉換的產生電流IMG，該第二電流傳感器18檢測到高壓電池11的充電電流(或放電電流)IH，該電壓傳感器19檢測高壓電池11的端電壓VH。
當驅動馬達/發電機2作為發電機時，通過變換器12將由馬達/發電機2所產生的三相電流轉換為直流電流并通過接線盒13輸送到高壓電池11。另一方面，在電流放電時當馬達/發電機2作為馬達運行時，通過變換器12和接線盒13將來自高壓電池11的電功率轉換為三相電流并輸送到馬達/發電機2。
作為安裝在機車上的電力負載(包括發動機輔助負載)的電源的低壓電池14是一種額定電壓為14[V]的標準鉛酸電池。在從馬達/發電機2中所產生的一部分電流經過變換器12和接線盒13之后，通過直流直流變換器/15將它存儲在低壓電池14中。
控制單元(C/U)16包括定時器和微處理器，該微處理器具有中央處理單元(CPU)、隨機存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)和輸入/輸出接口(I/O接口)(未示)。控制單元16通過變換器12控制馬達/發電機2。此外，控制單元16控制發動機1。控制單元16執行怠速-止動控制和基于來自上述的傳感器的信號控制電池的充電/放電控制。
控制單元16設定高壓電池11的目標電荷狀態tSOC和高壓電池11的電荷狀態的閾值SOCa。在此閾值SOCa是一種在確定是否允許怠速-止動運行時所使用的閾值。僅當充電的實際狀態大于閾值SOCa時允許該怠速-止動運行。
下文基于附圖3至7中的流程圖描述由控制單元16所執行的控制。
參考附圖3，描述根據本發明由控制單元16所執行的主控制程序。
當將發動機按鍵(下文稱為按鍵)置于接通位置時，首先在步驟S1中，控制單元16確定啟動開關是處于接通位置還是關閉位置。當啟動開關處于接通位置時，程序繼續到步驟S2，在該步驟中計算目標電荷狀態tSOC和電荷狀態的閾值SOCa。
然后在步驟S3中，它確定按鍵是否處于接通或關閉位置。當按鍵處于關閉位置時，在步驟S4中定時器復位。當按鍵處于接通位置時，在步驟S7和S8中分別執行由在附圖6中的流程圖所示的電池充電/放電控制程序和在附圖7中的流程圖所示的怠速-止動控制程序，直到按鍵處于關閉位置。
在步驟S4之后，程序繼續進行到步驟S5。在步驟S5中，標志F1設置為零。當控制單元16確定是否允許怠速-止動運行時使用標志F1。當該標志的值為零時即F1＝0時，允許怠速-止動運行，而當該標志的值為1時即F1＝1時，禁止怠速-止動運行。在步驟S6中，終止主程序，將在接線盒13中的主繼電器21放置在切斷位置并打開高壓電池11的端子。
參考在附圖4中所示的流程圖，描述在步驟S2中的計算目標電荷狀態tSOC和電荷狀態的閾值SOCa的子程序。首先，在步驟S11，確定在按鍵已經放置在關閉位置時已經復位的定時器的值是否大于或等于預定的定時器值。這就是說，在本步驟中，確定自按鍵已經放置在關閉位置上之后是否已經經過了預定的時間例如三小時。
當定時器值小于預定的定時器值時，該程序返回。在另一方面，當定時器值大于或等于預定的定時器值。該程序繼續到步驟S12，在該步驟中測量高壓電池11的開路電壓OCV。因此，通過將主繼電器放置在切斷位置之后等待超過預定的時間，可以測量在高壓電池11處于平衡狀態之后的開路電壓OCV。
在測量了開路電壓OCV之后，在步驟S13中，控制單元16將主繼電器放置在接通位置并應用馬達/發電機2啟動發動機1。然后在步驟S4中，測量在發動機啟動時高壓電池11的端電壓VH。在步驟S15中計算高壓電池11的內電阻R。
基于在平衡狀態下的高壓電池11的開路電壓OCV和在啟動發動機的大電流放電過程中的端電壓VH計算內電阻R。這就允許以簡單的方式計算內電阻R而不受電介質極化的影響。
基于開路電壓OCV和端電壓VH由公式(1)可以計算內電阻R。
R＝(OCV-VH)/IH (1)當大電流放電時，來自高壓電池11的放電電流IH大致固定，而與電池消耗的程度無關。以上述的方式計算的電池的內電阻的特點在于它根據消耗程度變化。
在步驟S16中，基于從公式(1)中所計算的內電阻R設定目標電荷狀態tSOC和電荷狀態的閾值SOCa。
參考附圖5，描述在步驟S16中所執行的子程序。在步驟S21中，當確定內電阻R小于第一預定電阻R1時，程序進行到步驟S22。在另一方面，當確定內電阻R大于或等于第一預定電阻R1時，程序進行到步驟S23。例如，第一預定電阻R1設定為在電池沒有消耗的初始狀態下(即嶄新的電池)高壓電池的內電阻的大約125％。
本發明適合于在當機車沒有減速時的較低的目標電荷狀態tSOCl和在機車處于減速時較高的目標電荷狀態tSOCh之間切換目標電荷狀態tSOC。
在步驟S22至S23中，根據內電阻R設定在非減速驅動狀態下所使用的較低的目標電荷狀態tSOCl和在減速驅動狀態下所使用的較高的目標電荷狀態tSOCh。較低的目標電荷狀態tSOCl設定得小于較高的目標電荷狀態tSOCh以便在機車開始減速時在電池中有可充電的容量。這就是說，設定tSOCl＜tSOCh。這樣在機車減速時增加了能量再生效率。
在步驟S22中，分別將較低的目標電荷狀態tSOCl和較高的目標電荷狀態tSOCh設定為tSOCli和tSOChi。tSOCli和tSOChi都是預設值，適合于高壓電池的初始狀態。
例如設定tSOCli的值為80％。當在該電荷狀態下所檢測的偏差為±e時，例如±5％，將tSOChi的值設定為100-e，例如95％。考慮該電荷狀態SOC的所檢測的偏差(或估計偏差)確定與滿充電水平相對應的tSOChi的值以避免過充電。
在步驟S23中，根據在高壓電池11中的消耗，將較低的目標電荷狀態tSOCl降低第一預定值，例如5％。這就是說，將tSOCl設定為降低的值tSOCli-α，例如75％。
此外，當電池消耗了時，tSOCh可以設定為比tSOChi低第二預定值γ(例如5％)的值以避免過充電。此外，根據高壓電池11的消耗程度還可以分別將tSOCl和tSOCh設定為較低的值。
在目標電荷狀態改變之后，根據高壓電池11的消耗程度確定電荷狀態的閾值SOCa。
在步驟S21中，當確定內電阻R為比第一預定電阻R1更小時，程序從步驟S22進行到步驟S24。在步驟S22中，電荷狀態的閾值SOCa設定為預定的電荷狀態SOCai，該預定的電荷狀態SOCai是一種適合于高壓電池的初始狀態的閾值。除了高壓電池11的輸出特性和電容量以外，還要考慮發動機部件的機械摩擦和慣性質量設定預定的電荷狀態SOCai。
在另一方面，當內電阻R大于或等于第一預定的電阻R1時，程序從步驟S23進行到步驟S25。在步驟S25中，電荷狀態的閾值SOCa設定為比SOCai大第三預定值β(例如5％)的值(SOCai+β)。這樣，當在怠速-止動運行之后在機車重新啟動時，可以避免馬達/發電機2的輸出不足并可以確保穩定地重新啟動機車。
當內電阻R大于或等于第一預定電阻R1時，在進一步的步驟S26中，確定內電阻R是否大于或等于第二預定電阻R2。在此R2大于R1。例如，將第二預定電阻設定為大約在初始狀態中的高壓電池的內阻的大約150％。當內電阻R小于第二預定電阻R2時，該程序返回。
當內電阻R大于或等于第二預定電阻R2時，該程序進行到步驟S27。在步驟S27中在將標志F1的值設定為1之后，該程序返回。當按鍵處于關閉位置時標志F1設定為零。然而，在此后重新啟動發動機之后，當確定電池的內電阻R大于或等于第二預定電阻R2時將標志F1的值設定為1。當將標志F1設定為值1時，禁止怠速-止動運行。
參考在附圖6中的流程圖，下文描述高壓電池11的充電/放電控制程序。首先，在步驟S31中，計算高壓電池11的實際的電荷狀態SOC。控制單元16計算電荷狀態SOC，例如通過對第二電流傳感器18所檢測的充電和放電電流IH進行時間積分來計算。
然后，步驟S32中，基于怠速開關信號、發動機速度Ne和機車速度VSP確定當前機車是否正處于減速。當Ne大于或等于預定發動機速度時，VSP大于或等于預定的機車速度，怠速開關處于接通位置(油門踏板釋放)，確定機車處于減速狀態。因此程序進行到步驟S33。在步驟S33中，將目標電荷狀態tSOC設定為較高的目標電荷狀態tSOCh(例如95％)以再生足夠的能量。在另一方面，當機車沒有減速時，程序進行到步驟S34，將目標電荷狀態tSOC設定為較低的目標電荷狀態tSOCl(例如75％)以留下容量以便允許足夠的能量再生。
在步驟S35中，將目標電荷狀態tSOC(即tSOCh和tSOCl)與實際的電荷狀態SOC進行比較。通過將基于比例積分控制的增益K乘以差(tSOC-SOC)來計算電荷狀態的反饋控制量。將這種反饋控制量轉換為到高壓電池11的目標充電電流tlc。
在步驟S36中，以下述的方式估計在機車上所安裝的電力負載的充電電流le。從馬達/發電機2的所產生的電流IMG中減去到高壓電池11的充電電流IH以計算到低壓電池14中的充電電流。到低壓電池14中的充電電流是一種電負載電流Ie(le＝IMG-IH)。
在步驟S37中，將目標充電電流tlc和電負載電流Ie相加以計算馬達/發電機2的目標產生電流tlg。(即，tlg＝tlc+le)。在步驟S38中，確定高壓電池11是否處于自放電狀態。當該電池自放電時，該程序進行到步驟S39中。在步驟S39中，將目標產生電流tlg設定為大約1～2[A]的預定電流，然后該程序進行到步驟S40。馬達/發電機2產生無效電流以防止在自放電的過程高壓電池消耗。在另一方面，當高壓電池沒有自放電時，該程序直接進行到步驟S40。
在步驟S40中，控制輸送到馬達/發電機2的目標扭矩以使實際的馬達產生電流等于目標產生電流tlg。
在機車沒有減速時，上述的充電/放電控制允許根據電池的消耗程度將目標電荷狀態tSOC設置為較低的值。(即，tSOC＝tSOCl＝tSOCli-α)。因此，能夠確保在減速過程中電池的可充電容量，即使電池的消耗程度較高。因此，在這種方式下，應用相對較簡單的程序能夠有效地再生在減速過程中所消耗的能量。
參考在附圖7中的流程圖，下文描述怠速-止動控制程序。
首先，在步驟S51中，確定標志F1的值是否為1。當標志F1的值為1時，電池消耗程度較高。在這種情況下必需禁止怠速-止動運行以避免啟動發動機所需的電動機的輸出不足。因此，該程序返回。
在步驟S51中，當標志F1的值不為1時，即F1＝0，該程序進行到步驟S52，確定是否滿足怠速-止動條件。怠速-止動的條件定義為機車臨時地停車而發動機怠速運行。具體地說，怠速-止動的條件為剎車開關處于接通位置，怠速開關處于接通位置，發動機轉速Ne處于怠速旋轉速度附近，以及機車速度為零。
當滿足怠速-止動條件時，該程序進行到步驟S53，讀取實際的電荷狀態SOC和電荷狀態的閾值SOCa。
在步驟S54中，比較實際的電荷狀態SOC和電荷狀態的閾值SOCa。當電荷狀態SOC小于閾值SOCa時禁止怠速-止動運行。當高壓電池已經消耗了時，重新啟動發動機所需的電荷狀態SOC變得更高。在這種情況下，在步驟S25中，閾值SOCa已經設定為大于在初始狀態SOCai中的閾值的值(SOCai+β)。這樣，根據高壓電池11的消耗程度禁止怠速-止動運行。
在另一方面，當電荷狀態SOC大于或等于閾值SOCa，由于電荷狀態足夠重新啟動發動機，所以允許怠速-止動。在這種情況下，該程序進行到步驟S55，控制單元16指令發動機1停止。
在怠速-止動運行之后，在步驟S56中，確定是否滿足發動機重新啟動條件。發動機重新啟動條件例如有怠速開關處于關閉位置(壓下油門踏板)并且剎車開關處于關閉位置。當滿足發動機重新啟動條件時，該程序進行到步驟S57，由馬達/發電機2重新啟動發動機1。
在本實施例中，根據內阻在兩個值之間切換高壓電池11的目標電荷狀態tSOC和高壓電池11的電荷狀態的閾值SOCa。然而，通過參考映射圖可以更詳細地設定目標電荷狀態tSOC和電荷狀態的閾值SOCa。
在此以引用參考的方式將日本專利申請P2000-78462(2000年3月21日申請)的整個內容結合在本申請中。
雖然上文參考本發明的一定的實施例已經描述了本發明，但是本發明并不限于上文所描述的實施例。對于本領域熟練人員來說，根據上文的教導可以對上文所描述的實施例進行修改和變化。本發明的范圍以下面的權利要求確定。
權利要求
1.一種用于連接到公共電話交換網絡的語音處理系統，包括多個客戶計算機，其含有語音處理程序；多個平臺，每個所述的平臺含有多個語音處理資源，所述資源位于一個或多個電路板上；一個或多個計算機電話服務器，每個服務器含有多個處理器，用于連接所述客戶計算機和所述平臺，以確定正在處理的特定電話呼叫需要什么資源組；容納在所述處理器中的多個功能部件，包括主功能部件和相應的備用功能部件，用于執行所述呼叫所請求的各種功能，在相應的主功能部件停止工作之前，每個所述的備用功能部件保持影射狀態，以便于取代相應的主功能部件；所述服務器中運行的輪詢軟件，用于從所述平臺查詢處理所述特定電話呼叫所需資源組的可用性信息；以及在所述服務器中運行的分配軟件，根據來自所述輪詢軟件的所述可用性信息，分配來自相同或不同平臺的所述資源組；其中，所述呼叫期間，當所述服務器上的新功能部件開始工作以執行所述呼叫所需要的功能時，運行服務器上的所述輪詢軟件以輪詢所需資源的可用性信息。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述輪詢軟件從所述多個平臺中的每一個輪詢所有所需資源的可用性。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，當尋找到包含所述呼叫所需要的所有資源的平臺時，所述輪詢軟件停止輪詢。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述輪詢軟件以如下順序輪詢平臺輪詢第一個平臺尋找所有所需資源的可用性，然后輪詢第二個平臺尋找所述第一個平臺中沒有的其余資源的可用性，如此等等，直到找到所有所需資源。
5.根據權利要求4所述的系統，其中至少有兩個服務器，每個所述主功能部件及其相應的備用部件容納于不同的服務器中。
6.根據權利要求1所述的系統，其中至少有兩個服務器，每個所述主功能部件及其相應的備用部件容納于不同的服務器中。
7.根據權利要求5所述的系統，其中，每個所述的服務器僅容納所述主功能部件，或僅容納所述備用功能部件。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，每個所述的服務器僅容納所述主功能部件，或僅容納所述備用功能部件。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述服務器和平臺使用S.300協議進行通信。
10.根據權利要求1所述的系統，其中，每個所述平臺與其它所述平臺互相連接。
11.根據權利要求1所述的系統，其中，平臺通過ATM交換結構進行連接，所述ATM交換結構實現平臺之間實時媒體流的交換。
12.根據權利要求1所述的系統，其中，所述新的功能部件是主功能部件或備用功能部件。
13.一種在呼叫處理系統中處理電話呼叫的方法，該方法包含下述步驟在多個含有多個呼叫處理資源的平臺和運行呼叫處理程序的多個客戶計算機之間連接一個或多個計算機電話服務器，所述服務器包含多個功能部件，包括主功能部件和相應的備用功能部件，用于執行所述呼叫所請求的各個功能，在相應的主功能部件停止工作之前，每個所述備用功能部件保持影射狀態；收到特定呼叫后，從所述呼叫處理程序向所述服務器發送指令，該指令關于處理所述呼叫需要什么資源組和處理所述呼叫需要什么功能部件組工作；收到所述指令后，在容納有所述所需功能部件的所述服務器上運行輪詢軟件，以從所述平臺中輪詢所述平臺中所述資源組的可用性信息；以及根據所述輪詢軟件輪詢出的所述可用性信息，分配來自相同或不同平臺的所述資源組；其中，在所述呼叫期間，當新的功能部件開始工作時，容納所述新功能部件的服務器中的所述輪詢軟件開始運行，以輪詢所述可用性信息。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，執行所述輪詢步驟以從所述多個平臺中的每一個中輪詢所有所需資源的可用性信息。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，尋找到一個含有處理所述呼叫所需的所有資源的平臺時，所述輪詢步驟停止。
16.根據權利要求13所述的方法，其中，所述輪詢步驟包含以下步驟輪詢所述多個平臺中的第一個平臺尋找所有所需資源的可用性信息，然后輪詢所述多個平臺中的第二個平臺尋找第一個平臺中所沒有的其余資源的可用性信息，如此等等，直到找到所有所需資源。
17.根據權利要求13所述的方法，其中，通過以優先方案運行所述服務器上的分配軟件來執行所述分配步驟。
18.根據權利要求13所述的方法，其中，當所述服務器上的備用部件需要取代其主部件開始工作時，一個所述服務器上的所述輪詢軟件開始運行。
19.根據權利要求13所述的方法，其中，所述呼叫期間，當由于請求了新的服務而請求所述服務器中的主功能部件開始工作時，一個所述服務器上的所述輪詢軟件開始運行。
20.根據權利要求13所述的方法，其中，所述新功能部件是主功能部件，或者是備用功能部件。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，所述新功能部件是所述呼叫期間主功能部件停止工作時開始工作的備用功能部件。
22.根據權利要求20所述的方法，其中，在所述呼叫期間，當請求了新的服務時，所述新功能部件開始工作。
全文摘要
一種混合機車具有作為動力源的內燃機和電動機。該電動機用作對高壓電池進行充電。根據電池的消耗可以進行高壓電池的充電/放電控制和怠速－止動控制。為此，檢測內電阻R作為在高壓電池中的消耗程度。當內電阻R小于預定的電阻R1時，高壓電池的電荷狀態(SOC)的閾值SOCa(在其上設定允許的怠速－止動運行)符合初始狀態，在該初始狀態中高壓電池沒有被消耗。在另一方面，當內電阻R大于或等于預定值R1時，將閾值tSOCa改變到更高的值。此外，響應電池的消耗程度改變高壓電池的目標SOC。為了在減速的過程中再生足夠的慣性能量，將當機車沒有減速時的高壓電池的目標SOC設定為比在機車正減速時的目標電荷狀態更低的值。
文檔編號B60K6/48GK1441732SQ01800603
公開日2003年9月10日 申請日期2001年3月16日 優先權日2000年3月21日
發明者久保麻巳, 后藤健一 申請人:日產自動車株式會社