CN101472777B - 电车的制动控制装置 - Google Patents

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Abstract

在电车的制动控制装置中，抑制制动力过多或者制动力不足的状态。电制动力指令控制部(15)生成对各电动机的电制动力指令(14)，比较模式生成部(5)生成用于在电制动的最终速度时使电制动力减少到0、且切换到机械制动力的降低用电制动力比较模式(9)，同时生成使该降低用电制动力比较模式(9)向电动机频率增加一侧仅偏移规定频率的降低预告信号用电制动力比较模式(100)，比较部(7)将电制动力指令(14)和降低用电制动力比较模式(9)之中较小一方的信号作为电制动力模式(11)并输出到电动机控制部(31)，比较部(8)将在降低预告信号用电制动力比较模式(10)成为电制动力指令(14)以下的时刻所输出的信号作为降低预告信号(4)并输出到机械制动控制装置(2)。

Description

电车的制动控制装置
技术领域
本发明涉及一种电车的制动控制装置，特别涉及一种电车上的、在电制动和包括空气制动的机械制动之间的编组控制技术。 
背景技术
近些年，在将电动机作为动力的铁路车辆(下面称为[电车])中，作为使电车的速度降低的制动方法，多数采用同时使用电制动的制动系统。在同时使用电制动的情况下，在车辆停止前，一边降低电制动，且同时加大机械制动，从而必须进行从电制动切换到机械制动的编组控制。 
一般来说，主变换装置进行电制动的控制，机械制动控制装置进行机械制动的控制，但是在编组控制中，机械制动控制装置监视电制动力，同时加大机械制动，以使电制动力和机械制动力的总制动力保持恒定。这时，当机械制动的响应发生延迟时，由于因机械制动力的上升发生延迟而使得总制动力不能保持恒定，所以减速度不能保持一定，而发生使乘坐感觉不舒服的问题。 
作为这种问题的一种解决方法，文献中揭示了一种控制方法，该控制方法在比电制动的降低速度稍高的速度下，将用于预告开始降低电制动的降低预告信号从主变换装置向机械制动控制装置输出(例如，下述专利文献1)。 
在该专利文献1所揭示的方法中，机械制动装置通过监视该降低预告信号以提前得到加大机械制动的指令，通过这样使机械制动力的加大与电制动的降低同步。即，在以往的方法中，当到达比降低电制动的速度稍高的速度时，输出降低预告信号，然后在到达降低电制动的速度时，开始降低电制动。 
专利文献1：日本专利特开平8-164857号公报 
然而，在输出降低预告信号的以往方法中，如上所述，因为在到达比电制动的降低速度稍高的速度时，输出降低预告信号，然后在到达电制动的降低速度时，进行开始降低电制动的控制，所以存在如下问题。 
首先，存在着降低电制动时刻与输出降低预告信号的时刻的时间差不能保 持恒定的情况，成为了产生制动力过多或者制动力不足的状态的原因。 
另外，在将电制动的降低开始速度设为不可变的情况下，如果从电制动切换到空气制动的时刻提前，则使用电制动的量减少，使用机械制动的量增大。由于电制动将来自电动机的电能进行再生，因此使用量越增大，越能够节能/降低成本。再者，由于越是减少机械制动的使用量，越能减小制动块的磨损，所以能够减少维修成本。即，在以往方法中，由于减少使用电制动的量，同时也增大机械制动的使用量，所以存在着使节能效果减小、而且使成本增大的问题。 
另一方面，即使在将电制动的降低开始速度设为可变的情况下，当决定减速度的减速率的主控制器的位置发生变化时，降低电制动的时刻和输出降低预告信号的时刻之间的时间差也不能保持恒定，进入空气制动的时刻要么太早，要么就太迟，成为产生制动力过多或者制动力不足的状态的原因，因而存在着引起车轮不必要的磨损和乘坐感觉不舒服的问题。 
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种电车的制动控制装置，该电车的制动控制装置通过输出与电制动的降低开始速度相应的降低预告信号，从而能够抑制制动力过多或者制动力不足的状态，提高节能效果，抑制成本提高。 
另外，本发明的目的还在于提供一种电车的制动控制装置，该电车的制动控制装置即使在使主控制器的位置发生变化的情况下，也能够抑制制动力过多或者制动力不足的状态，提高节能效果，抑制成本提高。 
发明内容
为了解决上述问题以达到目的，本发明的电车的制动控制装置具有如下特征，即电车的制动控制装置包括：输出用于控制驱动电车的1台或多台电动机的电动机控制信号的电动机控制部；生成作为表示上述各电动机所产生的实际的电制动力的信号的实际电制动力信号、和用于在一定时间之前通知降低电制动的降低预告信号的电制动控制部；以及根据从上述电制动控制部输出的实际电制动力信号以及降低预告信号、对由电制动力和机械制动力而形成的综合制动力进行控制的机械制动控制装置，在该电车的制动控制装置中，上述电制动控制部包括：生成对上述各电动机的电制动力指令的电制动力指令控制部；生成：用于在电制动达到最终速度时使电制动力减少至0、且切换到机械制动力 的作为指令值模式的降低用电制动力比较模式、和使该降低用电制动力比较模式向电动机频率增加一侧仅偏移规定频率的降低预告信号用电制动力比较模式的比较模式生成部；比较上述电制动力指令和上述降低用电制动力比较模式的大小、并将这些信号中较小的信号作为电制动力模式向上述电动机控制部输出的第1比较部；以及比较上述电制动力指令和上述降低预告信号用电制动力比较模式的大小、并将该降低预告信号用电制动力比较模式在成为该电制动力指令以下的时刻所输出的信号作为上述降低预告信号向上述机械制动控制装置输出的第2比较部。 
根据本发明的电车的制动控制装置，由于在电制动控制部中具有：电制动力指令控制部、比较模式生成部、第1比较部、以及第2比较部，在这些各部分中，电制动力指令控制部生成对各电动机的电制动力指令；比较模式生成部生成：用于在电制动达到最终速度时使电制动力减少至0、且切换到机械制动力的降低用电制动力比较模式，同时生成使降低用电制动力比较模式向电动机频率增加一侧仅偏移规定频率的降低预告信号用电制动力比较模式；第1比较部将电制动力指令和降低用电制动力比较模式之中较小的信号作为电制动力模式向电动机控制部输出；第2比较部将降低预告信号用电制动力比较模式在成为电制动力指令以下的时刻所输出的信号作为降低预告信号向机械制动控制装置输出，所以具有的效果是，能够输出与电制动的降低开始速度相对应的降低预告信号，不产生制动力过多或者制动力不足的状态，可以提高节能效果，抑制成本增大。 
附图说明
图1是本发明较佳的实施形态有关的电车的制动控制装置的简要构成的示意图。 
图2是在主变换装置内所具备的电制动控制部的控制系统的构成的示意图。 
图3是在主变换装置内所具备的比较模式生成部的控制系统的构成的示意图。 
图4是在比较模式生成部内所具备的电制动降低表的简要特性的示意图。 
图5是在比较模式生成部内所具备的引入表的简要特性的示意图。 
图6是根据主控制率而变动的引入电制动力的概念的示意图。 
图7是用于说明以往技术中的降低预告信号的概念的说明图。 
图8是用于说明本实施形态有关的降低预告信号的概念的说明图。 
标号说明 
1 主变换装置 
2 机械制动控制装置 
3 实际电制动力信号 
4 降低预告信号 
5 比较模式生成部 
6 实际电制动力运算部 
7、8 比较部 
9 降低用电制动力比较模式 
10 降低预告信号用电制动力比较模式 
11 电制动力模式 
12 电制动降低表 
13 引入表 
14 电制动力指令 
15 电制动力指令控制部 
16 降低速度可变型降低预告信号生成部 
17 引入电制动力 
18 减法器 
31 电动机控制部 
32 电动机组 
33 机械制动 
34 电制动控制部 
S1、S2 信号线 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明较佳的实施有关的电车的制动控制装置进行详细地说明。本发明不受下面的实施形态限定。 
(制动控制装置的构成) 
图1是本发明较佳实施形态有关的包括电车的制动控制装置的制动控制系统的简要构成的示意图。在该图所示的制动控制系统中，由对构成电动机组32的1个以上的电动机(321…32n)进行控制的主变换装置1、以及对包括空气制动等的机械制动33进行控制的机械制动控制装置2构成，同时主变换装置1具有：直接对电动机(321…32n)进行控制的电动机控制部31、以及通过电动机控制部31向电动机(321…32n)提供制动信号(电制动信号)的电制动控制部34，该电制动控制部34和机械制动控制装置2之间通过信号线S1、S2连接。另外，本实施形态有关的制动控制装置由：电动机控制部31、电制动控制部34以及机械制动控制装置2构成。
(制动控制装置的整体功能) 
在图1中，主变换装置1的电动机控制部31通过PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)控制等，输出规定电压、规定频率的交流电压，对构成电动机组32的各电动机(321…32n)的旋转进行控制。电制动控制部34生成：作为表示实际的电制动力的信号的实际电制动力信号3、以及用于在一定时间之前通知降低电制动的情况的降低预告信号4，并向机械制动控制装置2输出。机械制动控制装置2根据通过信号线S1输入的实际电制动力信号3、以及通过信号线S2输入的降低预告信号4，决定空气制动力等的机械制动力并输出机械制动力信号37。 
(制动控制装置的整体工作) 
在图1中，具有电动机控制部31以及电制动控制部34的主变换装置1，在使电制动工作时，使各电动机进行再生，以得到规定的电制动力，并且将各电动机作为发电机使其工作，以将规定的功率返回架空线，或者用消耗装置(未图示)进行消耗。另外，主变换装置1输出上述实际电制动力信号3以及降低预告信号4。另一方面，机械制动控制装置2虽然对总制动力和机械制动力进行控制，但是这时，根据从主变换装置1的电制动控制部34所输出的实际电制动力信号3，计算为了保持所需要的总制动力而需要的不足的制动力，同时进行控制，以利用机械制动力来补足该不足的制动力。另外，已知机械制动控制装置2根据从主变换装置1的电制动控制部34所输出的降低预告信号4、在经过规定时间之后将电制动降低的情况，并进行加大机械制动力的控制，但是这时，进行控制，以保持由电制动力和机械制动力所形成的总制动力为恒定，使减速度不会发生变化。 
(电制动控制部的构成) 
图2是以主变换装置1内所具有的电制动控制部34的构成为中心的示意图。如该图所示，主变换装置1内所构成的电制动控制部34具有：实际电制动力运算部6、电制动力指令控制部15以及降低速度可变型降低预告信号生成部16，同时电制动力指令控制部15具有：比较模式生成部5、以及比较部7、8。 
(电制动控制部的工作) 
在图2中，电制动力指令控制部15生成电制动力指令14并输出到作为第1比较部的比较部7。比较模式生成部5生成降低用电制动力比较模式9并输出到比较部7，同时生成降低预告信号用电制动力比较模式10并输出到作为第2比较部的比较部8。实际电制动力运算部6生成上述实际电制动力信号3并输出到机械制动控制装置2。 
比较部7比较所输入的电制动力指令14和降低用电制动力比较模式9，再将这些信号之中较小的信号生成作为电制动力模式11并输出到电动机控制部31中。另外，根据该电制动力模式11来控制给与电动机组32的各电动机的电制动力。 
比较部8比较所输入的电制动力指令14和降低预告信号用电制动力比较模式10，再生成降低预告信号用电制动力比较模式10成为电制动力指令14以下时所输出的降低预告信号4并输出到机械制动控制装置2。 
另外，为了进行使电制动力跟踪电制动力模式11的控制，实际电制动力运算部6计算实际电制动力信号3并输出到机械制动控制装置2。 
(比较模式生成部5的控制系统的构成) 
图3是在降低速度可变型降低预告信号生成部16内所构成的比较模式生成部5的构成的示意图。另外，图4是比较模式生成部5内所具备的电制动降低表12的简要特性的示意图，图5是比较模式生成部5内所具备的引入表13的简要特性的示意图。如图3所示，主变换装置1内所构成的比较模式生成部5具有：作为第1参照表的电制动降低表12、作为第2参照表的引入表13、以及用于从电制动降低表12的输出中减去引入表13的输出的减法器18，同时根据这些输出，生成降低用电制动力比较模式9、以及降低预告信号用电制动力比较模式10。 
(比较模式生成部5的工作) 
接着，参照图3～图5来说明比较模式生成部5的工作。 
首先，说明比较模式生成部5中所具备的电制动降低表12。该电制动降低表12如图4所示，横轴表示电动机频率(FM[Hz])，纵轴表示电制动力(T[Nm])， 而且这两者之间存在着下式的关系。 
T＝a×FM+b  …(1) 
在上述式(1)中，a是表示直线斜率的常数，b是表示与纵轴的交点的常数(截距)。另外，实际上，如果电动机频率在某一定值以下，则不会生成电制动力，且将这时的频率作为C[Hz]表示在图4中。 
在图4中，比较模式生成部5将电动机频率FM设置为输入变量，同时使用上述式(1)的特性曲线来生成与该电动机频率的大小相对应的值，将该生成值作为降低用电制动力比较模式9并输出到比较部7。另外，该输出也输出到减法器18。另外，在图4的控制系统中，是将对电制动降低表12的输入信号作为电动机频率，但是也可以是表示电动机的旋转速度的速度信号。 
然后，说明比较模式生成部5中所具有的引入表13。该引入表13为图5所示的直线。在图5中，横轴是表示主控制器位置的信息的主控制率，纵轴表示引入电制动力[Nm]。 
这里，所谓的主控制率是将作为主令控制器的主控制器的位置设置为在0～1之间进行线性分配后得到的数字。例如，在制动最小位置(或者滑行位置)时用“0”来表示，在制动最大位置时用“1”来表示。 
在电车中，铁路车辆的减速度由主控制率来决定。现在，如果假定最大减速度为α[km/h/s]，则当主控制器在制动最大位置时，减速度为α×1＝α，当主控制器在制动为50％的位置时，减速度为α×0.5＝0.5α，当主控制器在制动为0％的位置时，减速度为α×0＝0。 
返回图3，主控制器的位置信息作为主控制率输入到引入表13。比较模式生成部5使用引入表13而将与输入的主控制率对应的输出值(电制动力的变化量)作为引入电制动力17，并输出到减法器18。减法器18将降低用电制动力比较模式9和引入电制动力17的输出差信号作为降低预告信号用电制动力比较模式10，并输出到比较部8。 
接着，参照图4～图6，说明在降低电制动的一定时间之前、用于输出与主控制率对应的降低预告信号4的引入表13的计算要领。另外，图6是根据主控制率而变动的引入电制动力的概念的示意图。 
现在，当将最大减速度设置为α时，考虑在实际降低电制动的时间的一定时间之前(t秒之前)输出降低预告信号4的情况。 
首先，将最大减速度α[km/h/s]换算为电动机频率FM[Hz]，而且换算成每隔 t[s]的频率变化量ΔFM。这时，如果将从电动机速度到电动机频率的换算比设为K，则由于该换算比K具有[K]＝[Hz]/[km/h/s]＝[Hz·h·s/km]的维度，所以频率变化量ΔFM具有如下式所示的维度。 
[ΔFM]＝[K×α/t] 
＝[Hz·h·s/km]×[km/h/s]/[s] 
＝[Hz/s]                      …(2) 
这里，如果用“β”来置换“K×α”，则每隔t[s]的频率变化量Δβ可以用Δβ＝β/t＝(K×α)/t来表示。 
另外，如图4所示，降低用电制动力比较模式9的斜率为“a”。因此，当主控制率为1时，如果降低用电制动力比较模式9和降低预告信号用电制动力比较模式10之差(制动力之差)、即比较部8的输出(参照图2)为“a×(β/t)”，则在t秒钟前能够输出降低预告信号4。 
该关系在主控制率为0～1之间线性地变动。在图6中，直线P是主控制率γ＝0时的降低用电制动力(与图4的特性曲线相当)。同样地，直线Q表示主控制率γ＝γ0(0＜γ＜1)时的降低用电制动力，直线R表示主控制率γ＝1时的降低用电制动力。即，当主控制率＝γ时，如果将降低用电制动力比较模式9和降低预告信号用电制动力比较模式10之差、即比较部8的输出设置为“(a×β/t)×γ”，则在t秒钟前就能够输出降低预告信号4。 
为了输出上述那样的降低预告信号4，只要准备规定对主控制率γ的“a×β/t”关系的参照表即可，因此而设置的表是图5所示的引入表。图5所示的直线的斜率为a×(β/t)，当主控制率γ＝1时，将“a×(β/t)”的值作为引入电制动力17输出到减法器18。另外，当主控制率γ＝γ0时，将“a×(β/t)×γ0”的值作为引入电制动力17输出到减法器18。 
图7是以往技术有关的降低预告信号(上述专利文献1中的电制动力失效预告信号)的概念的说明图，图8是本实施形态有关的降低预告信号的概念的说明图。 
在图7中，直线L是相当于图4所示的加大用制动力的波形，另外，与横轴(电动机频率轴)平行且向着纵轴延伸的直线d1以及直线d2表示从电制动力指令控制部15输出的电制动力指令。即，用包括直线L和直线d1的部分的粗实线所表示的波形M1表示电制动力指令14较大时的电制动力模式11，用包括直线L和直线d2的部分的点划线所表示的波形M2表示电制动力指令14较小时的电制动力模 式11。如图7所示，在电制动控制的最终速度时，直到某速度(直线L和直线d1、d2的各交点)为止保持电制动力为恒定值，然后进行如线性地将其下降到0[Nm]的控制，同时在降低电制动力前的某一速度(C0)的时刻，进行输出降低预告信号的处理。 
另外，在图8中，直线L相当于从电制动力降低表12所输出的降低用电制动力比较模式9的输出，直线L′相当于从减法器18所输出的降低预告信号用电制动力比较模式10的输出。另外。减法器18的输出，是从降低用电制动力比较模式9的输出减去作为引入表13的输出的“a×(β/t)”(主控制率γ＝1的情况)，虽然直线L′向着直线L的下方移动，但是这种情况相当于以“β/t”向右移动。 
这里，在以往技术中，如上所述，由于在达到比电制动的降低速度稍高的速度时输出降低预告信号，所以降低预告信号的输出时刻不是恒定的(q0≠q1)，从而成为制动力过多，或者制动力不足的状态的原因。 
另一方面，在本实施形态中，如图8所示，降低预告信号的输出时刻不取决于电制动力指令的大小，而能够在理论上保持恒定的时刻。另外，在主控制率变化的情况下，如上所述，由于对输入减法器8的引入电制动力的大小进行调整，所以能够不取决于主控制率而在恒定的时刻输出降低预告信号。 
如上述说明所述，本实施形态有关的电车的制动控制装置中，因为电制动力指令控制部15生成对各电动机的电制动力指令14，比较模式生成部5生成用于在电制动的最终速度时使电制动力减少到0、并且切换到机械制动力的降低用电制动力比较模式9，同时生成使降低用电制动力比较模式9向电动机频率增加的一侧仅偏移规定频率的降低预告信号用电制动力比较模式10，比较部7将电制动力指令14和降低用电制动力比较模式9之中较小一方的信号作为电制动力模式11并输出到电动机控制部31，比较部8将在降低预告信号用电制动力比较模式10成为电制动力指令14以下的时刻所输出的信号作为降低预告信号4并输出到机械制动控制装置2，所以能够使降低电制动的时刻与输出降低预告信号的时刻之间的时间差保持大致恒定，能够抑制制动力过多、或者制动力不足的状态。 
另外，本实施形态有关的电车的制动控制装置中，因为根据作为电车的主令控制器的主控制器的选择位置，算出使降低用电制动力比较模式9向电动机频率增加的一侧偏移时的频率偏移量，所以能够不取决于主控制率而在恒定的时刻输出降低预告信号，即使在使主控制器的位置变化的情况下，也能够避免 制动力过多或者制动力不足的状态。 
工业上的实用性 
如上所述，本发明有关的电车的制动控制装置，能够不产生制动力过多或者制动力不足的状态，提高节能效果，抑制成本提高，作为这样的发明是有用的。 

Claims (3)

1.一种电车的制动控制装置，包括：输出用于控制驱动电车的1台或多台电动机的电动机控制信号的电动机控制部；生成作为表示各所述电动机所产生的实际的电制动力的信号的实际电制动力信号、以及用于在事前通知降低电制动的降低预告信号的电制动控制部；以及根据从所述电制动控制部输出的实际电制动力信号以及降低预告信号、对由电制动力和机械制动力而形成的综合制动力进行控制的机械制动控制装置，其特征在于，
所述电制动控制部包括；
生成对各所述电动机的电制动力指令的电制动力指令控制部；
比较模式生成部，该比较模式生成部生成：用于在电制动达到最终速度时使电制动力减少至0、且切换到机械制动力的作为指令值模式的降低用电制动力比较模式、以及使该降低用电制动力比较模式向电动机频率增加一侧偏移而得到的降低预告信号用电制动力比较模式；
比较所述电制动力指令和所述降低用电制动力比较模式的大小、并将这些信号中较小的信号作为电制动力模式向所述电动机控制部输出的第1比较部；以及
比较所述电制动力指令和所述降低预告信号用电制动力比较模式的大小、并将该降低预告信号用电制动力比较模式在成为该电制动力指令以下的时刻所输出的信号作为所述降低预告信号向所述机械制动控制装置输出的第2比较部。
2.如权利要求1所述的电车的制动控制装置，其特征在于，
根据作为电车的主令控制器的主控制器的选择位置，算出对所述降低用电制动力比较模式的频率的偏移量。
3.如权利要求1所述的电车的制动控制装置，其特征在于，
所述比较模式生成部具有：
用于算出与所述电动机的运转频率相对应的、该电动机的电制动力的电制动降低表；以及
用于算出对所述降低用电制动力比较模式的规定频率的偏移量、作为与主控制器的选择位置相对应的电制动力的变化量的引入表，
将从所述电制动降低表的输出中减去所述引入表的输出后得到的信号作为所述降低预告信号用电制动力比较模式，输出到所述第2比较部。
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