CN107264297A - 电车控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式所涉及的电车控制装置具备存储部与滑动控制部。作为用于根据车体、车轴中的一个或者两个的动作判断电车的车轮相对于铁道用轨道的滑动的阈值，存储部存储作为初始值的第一阈值和用于比第一阈值更早判断滑动的第二阈值，并且，存储作为将阈值从第一阈值切换到第二阈值的条件的规定转矩降低量以及规定频率值。滑动控制部在使用第一阈值判断出车轮正在滑动的情况下，降低驱动车轮的旋转机的转矩电流，当规定转矩降低量以上的转矩降低的频率达到规定频率值以上时，将阈值从第一阈值切换到第二阈值。

Description

电车控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及电车控制装置。

背景技术

从以往开始，在铁道系统中，由于电车(铁道用电车)的车轮与轨道之间的摩擦系数小，存在雨天轨道湿润、急转弯、急加速、急减速等导致车轮空转、滑行的情况。在此，空转是指加速时车轮的空转。另外，滑行是指减速时车轮在停止或者准备停止的状态下打滑。以下将空转与滑行总称为“滑动”。

作为解决车轮滑动的对策，例如存在以下方法：在通过速度传感器等检测滑动时，缩小转矩电流以减小传向车轮的力，使车轮与轨道再黏着。在此，黏着是指车轮以规定以下的滑动率在轨道上行驶时的车轮与轨道之间的摩擦状态。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1安冈育雄、其他五人、《感应电动机个别驱动方式电气机车的再黏着控制相关实验考察》、电力学会论文志D(产业应用部门志)2008年1月号、Vol.128、No.1、2008

发明内容

发明所要解决的技术问题

在以往的方法中，例如根据车体与车轴的动作(速度、加速度等)的差来判断是否发生了车轮的滑动，但是用于判断滑动的阈值单一。然而，在阈值单一的情况下，例如当限制(缩小)阈值时，转矩电流的减少量变小，因此乘坐舒适度高，但是由于轨道的接缝等导致错误检测滑动，从而增加了进行不必要的减速的可能性。另一方面，当放宽(加大)阈值时，虽然错误检测滑动的可能性减少，但是转矩电流的减少量变大，因此乘坐舒适度下降。这样，在以往的方法中，乘坐舒适度与错误检测产生权衡关系，有待改善。

用于解决技术问题的方案

本发明的实施方式所涉及的电车控制装置具备存储部与滑动控制部。作为用于根据车体、车轴中的一个或者两个的动作判断电车的车轮相对于铁道用轨道的滑动的阈值，存储部存储作为初始值的第一阈值和用于比所述第一阈值更早判断滑动的第二阈值，并且，存储作为将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值的条件的规定转矩降低量以及规定频率值。滑动控制部在使用所述第一阈值判断出所述车轮正在滑动的情况下，降低驱动所述车轮的旋转机的转矩电流，当所述规定转矩降低量以上的转矩降低的频率达到所述规定频率值以上时，将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的铁道车辆的一例的示意图。

图2是示出第一实施方式所涉及的电车控制装置的功能结构等的一例的图。

图3是示出第一实施方式所涉及的滑动控制部的功能结构等的一例的图。

图4是示出第一实施方式所涉及的电车控制装置的动作的一例的图表。

图5是示出第三实施方式所涉及的滑动控制部的功能结构等的一例的图。

图6是示出第四实施方式所涉及的滑动控制部的功能结构等的一例的图。

图7是示出比较例所涉及的滑动控制部的功能结构等的一例的图。

图8是示出比较例所涉及的电车控制装置的动作的一例的图表。

附图标记说明

1：车辆

2：车轮

3：电机

4：逆变器

5：电车控制装置

31：旋转检测器

41：电流检测部

51：加速度指令器

52：电流图案产生部

53：电流运算部

54：速度检测部

55：滑动控制部

56：存储部

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，参照图1至图4，对第一实施方式进行说明。图1是示出第一实施方式所涉及的铁道车辆的一例的示意图。图2是示出第一实施方式所涉及的电车控制装置的功能结构等的一例的图。如图1所示，铁道车辆1具备：四对车轮2、四个电机3(旋转机的一例)、逆变器4以及电车控制装置5。另外，四个电机3与电车控制装置5通过电机速度传输线6连接。另外，逆变器4与电车控制装置5通过电压指令传输线7连接。另外，逆变器4与四个电机3通过电压施加线8连接。

车轮2与电机3分别安装在设置于车辆1的台车框架上。另外，车轮2借助车轴以及齿轮接合到相对应的电机3的电机轴。车轮2由相对应的电机3驱动。车轮2载置于铁道的轨道(未图示)。电机3是驱动车轮2的行驶用电机，例如是三相感应电动机。

逆变器4是输出交流电力(以三相交流电力为一例)的装置。逆变器4例如是可变控制输出交流电力的实效电压以及周波数的、所谓的VVVF(Variable Voltage VariableFrequency：变压变频)逆变器。逆变器4通过输出上述交流电力，驱动四个电机3。此外，也可以分别相对于四个电机3逐一设置逆变器4。

如图2所示，车辆1除了图1中示出的结构以外，还具备旋转检测器31与电流检测部41。另外，电车控制装置5具备：加速度指令器51、电流图案产生部52、电流运算部53、速度检测部54、滑动控制部55以及存储部56。

加速度指令器51例如根据驾驶员使用设置在电车驾驶台的主控器进行的驾驶操作，输出加速度指令值。电流图案产生部52根据从加速度指令器51输入的加速度指令值产生用于驱动电机3的电流图案。

电流运算部53运算应向电机3供给的转矩电流，以使电流检测部41的检测值、即转矩电流与从电流图案产生部52产生的电流图案相匹配。

逆变器4为了得到电流运算部53运算出的转矩电流，对从架线(未图示)取得的电力进行电力变换，并向电机3供给三相交流输出。逆变器4例如是PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)逆变器。电流检测部41检测从逆变器4供给到电机3的三相交流输出的转矩电流。

旋转检测器31用于检测电机3的旋转速度，例如是PG(Pulse Generator：脉冲发生器)传感器。

速度检测部54从旋转检测器31检测出的旋转速度中检测车轮2的旋转速度。速度检测部54也能够通过微分运算从旋转检测器31输出的旋转速度取得车轮2的旋转加速度。

接下来，一并参照图3，对滑动控制部55的功能进行说明。图3是示出第一实施方式所涉及的滑动控制部55的功能结构等的一例的图。在此，对下面将要用到的差速度、相对加速度、轴加速度这三个术语进行说明。

差速度是指电机3的旋转轴的轴速度(以下简称为“轴速度”)与车体速度之间的差分。轴速度能够通过来自旋转检测器31的信号(以下简称为“PG信号”)进行运算。另外，车体速度例如在电力转动的情况下，能够作为从四个(四个轴)PG信号中最小的PG信号得到的速度进行运算。这是因为，在电力转动的情况下，在四个车轮2中正在空转的车轮2的PG信号变大，因此认为与最小的PG信号相对应的车轮2的空转程度最小。另外，例如在制动(刹车)的情况下，能够作为从四个(四个轴)PG信号中最大的PG信号得到的速度进行运算。这是因为，在制动的情况下，四个车轮2中正在滑行的车轮2的PG信号变小，因此认为与最大的PG信号相对应的车轮2的滑行程度最小。

相对加速度是指轴加速度与车体加速度之间的差分。轴加速度能够通过对轴速度进行微分求得。车体加速度能够通过对车体速度进行微分求得。另外，以下的增益是指运算中使用的系数。

在此，作为用于根据车体、车轴中的一个或者两个的动作判断电车(车辆1)的车轮2相对于铁道用轨道的滑动的阈值，存储部56(图2)存储作为初始值的第一阈值和用于比第一阈值更早判断滑动的第二阈值，并且，存储与它们相对应的增益。此外，存储部56例如由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等构成。

如图3所示，作为第一阈值与第二阈值的例子，首先有差速度第一阈值与差速度第二阈值。与它们相对应的增益为差速度第一增益与差速度第二增益。

另外，作为第一阈值与第二阈值的其他例子，有相对加速度第一阈值与相对加速度第二阈值。与它们相对应的增益为相对加速度第一增益与相对加速度第二增益。

进一步，作为第一阈值与第二阈值的其他例子，有轴加速度第一阈值与轴加速度第二阈值。与它们相对应的增益为轴加速度第一增益与轴加速度第二增益。

另外，存储部56进一步存储作为将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值的条件的规定转矩降低量(例如“Y[N](牛顿)”)以及规定频率值(例如“X秒钟Z次”)。X、Y、Z的值例如可以根据实验和统计等，由设计者适当确定并设定。另外，也可以通过人工智能技术的机械学习确定X、Y、Z的值。

滑动控制部55例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)构成，在使用第一阈值判断出车轮2正在滑动的情况下，降低驱动车轮2的电机3的转矩电流，当规定转矩降低量(Y[N])以上的转矩降低的频率达到规定频率值(X秒钟Z次)以上时，将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值(“H”)。具体如下。

如图3所示，重置指示部516接收到车辆1的启动信号(GST)后，向切换指示部517指示各阈值(差速度的阈值、相对加速度的阈值、轴加速度的阈值)的重置(RST)。切换指示部517收到该指示，指示开关501～506切换到初始值侧(图3的“0”侧)。之后，车辆1开始行驶。

第一滑动程度运算部507运算与差速度相应的滑动程度(以下称为“第一滑动程度”)。具体而言，第一滑动程度运算部507在差速度小于差速度第一阈值时设为“第一滑动程度Y1＝0”，在差速度大于等于差速度第一阈值时设为“第一滑动程度Y1＝差速度×差速度第一增益”。

另外，第二滑动程度运算部508运算与相对加速度相应的滑动程度(以下称为“第二滑动程度”)。具体而言，第二滑动程度运算部508在相对加速度小于相对加速度第一阈值时设为“第二滑动程度Y2＝0”，在相对加速度大于等于相对加速度第一阈值时设为“第二滑动程度Y2＝相对加速度×相对加速度第一增益”。

另外，第三滑动程度运算部509运算与轴加速度相应的滑动程度(以下称为“第三滑动程度”)。具体而言，第三滑动程度运算部509在轴加速度小于轴加速度第一阈值时设为“第三滑动程度Y3＝0”，在轴加速度大于等于轴加速度第一阈值时设为“第三滑动程度Y3＝轴加速度×轴加速度第一增益”。

第一滑动程度加法器510将第一滑动程度Y1与第二滑动程度Y2相加。进一步，第二滑动程度加法器511将其相加之和与第三滑动程度Y3相加，设为滑动程度Y。减少量运算部512根据滑动程度Y与转矩图案(转矩电流图案)输出转矩的减少量ADH。

减少量发送部513向判断部515发送减少量ADH。减少量阈值发送部514向判断部515发送减少为Y[N]时的转矩图案。判断部515根据减少量ADH与减少为Y[N]时的转矩图案，判断是否存在Y[N]以上的减少，并在肯定时将该内容传达至切换指示部517。切换指示部517判断是否在X秒钟进行了Z次Y[N]以上的减少，并在肯定时指示开关501～506切换到非初始值侧(图3的“1”侧)。

在该切换之后，第一滑动程度运算部507使用差速度第二阈值、差速度第二增益进行运算，以取代差速度第一阈值、差速度第一增益。另外，第二滑动程度运算部508使用相对加速度第二阈值、相对加速度第二增益进行运算，以取代相对加速度第一阈值、相对加速度第一增益。另外，第三滑动程度运算部509使用轴加速度第二阈值、轴加速度第二增益进行运算，以取代轴加速度第一阈值、轴加速度第一增益。

例如，在雨天的情况下，轨道为湿润状态，摩擦系数变得更小，因此满足X秒钟进行Z次Y[N]以上的减少这一条件，从第一阈值切换到第二阈值。由此，能够降低滑动的错误检测的可能性，并且转矩电流的减少量小，因此能够提高乘坐舒适度。能够降低滑动的错误检测的可能性是因为，虽然在使用第一阈值的情况下偶尔也存在错误检测的可能性，但是这种错误检测导致无法满足X秒钟进行Z次Y[N]以上的减少这一条件。另外，参照图4，对能够提高乘坐舒适度这一效果进行说明。

图4是示出第一实施方式所涉及的电车控制装置5的动作的一例的图表。在该图表中，波形L1表示转矩电流的电流值，波形L2表示参考电流的电流值，波形L3表示车辆1的速度。此外，在时刻T1，车辆1开始行驶，在时刻T2，满足X秒钟进行Z次Y[N]以上的减少这一条件，从第一阈值切换到第二阈值。

从波形L1、L2可知，由于时刻T1～T2的时间带的转矩电流的减少量大，在波形L3中示出的车辆1的速度的变化比较大，因此车辆1的振动大，乘坐舒适度低。另一方面，从波形L1、L2可知，由于时刻T2之后的时间带的转矩电流的减少量小，在波形L3中示出的车辆1的速度的变化比较小，因此车辆1的振动小，乘坐舒适度高。这样，在雨天时等能够尽早切换到乘坐舒适度高的控制。

(比较例)

在此，参照图7、图8，对比较例(以往技术例)进行说明。图7是示出比较例所涉及的滑动控制部的功能结构等的一例的图。如图7所示，在比较例的滑动控制部中，差速度阈值、相对加速度阈值、轴加速度阈值分别只设置了各一个。此外，第一滑动程度运算部907、第二滑动程度运算部908、第三滑动程度运算部909、第一滑动程度加法器910、第二滑动程度加法器911、减少量运算部912与图3中示出的第一滑动程度运算部507、第二滑动程度运算部508、第三滑动程度运算部509、第一滑动程度加法器510、第二滑动程度加法器511、减少量运算部512相同，因此省略说明。

图8是示出比较例所涉及的电车控制装置的动作的一例的图表。在该图表中，波形L11表示转矩电流的电流值，波形L12表示参考电流的电流值，波形L13表示车辆的速度。此外，在时刻T11，车辆开始行驶。

从波形L11、L12可知，由于在时刻T11之后的时间带中转矩电流的减少量依然大，波形L13中示出的车辆的速度的变化比较大，因此车辆的振动大，乘坐舒适度低。

(第二实施方式)

接下来，对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，电车中的多个车辆1均各自设置有滑动控制部55，在一个滑动控制部55将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值的情况下，其他的滑动控制部55也将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值。

由此，即使多个车辆1各自间存在滑动判断精度的偏差，也能够通过使其稳定从而实施乘坐舒适度高的控制。

(第三实施方式)

接下来，参照图5，对第三实施方式进行说明。在第三实施方式中，由于轨道与车轮2之间的黏着特性根据电机3的负荷的大小(依存于车辆1的重量)而变化，因此根据电机3的负荷的大小变更(调整)各阈值和各增益。

图5是示出第三实施方式所涉及的滑动控制部55的功能结构等的一例的图。与图3相同的结构赋予相同标记，并省略说明。与图3相比的不同之处在于，在图5中设置有运算部521～524。

运算部521根据电机3的负荷的大小，确定应该与各阈值和各增益相乘的倍率。电机3的负荷越大，倍率越低。能够事先通过实验等确定好具体的倍率。而且，运算部522～524进行输入的各阈值和各增益乘以从运算部521接收的倍率的处理。由此，施加到电机3的负荷越大，滑动控制部55能够将用于判断滑动的各阈值和各增益变更得越小，施加到电机3的负荷越小，滑动控制部55能够将用于判断滑动的各阈值和各增益变更得越大。也就是，能够实现考虑到根据电机3的负荷的大小变化的轨道与车轮2之间的黏着特性的控制。

(第四实施方式)

接下来，参照图6，对第四实施方式进行说明。在第四实施方式中，由于轨道与车轮2之间的黏着特性根据轨道的温度发生变化，因此根据轨道的温度变更(调整)各阈值和各增益。

图6是示出第四实施方式所涉及的滑动控制部55的功能结构等的一例的图。与图3相同的结构赋予相同标记，并省略说明。与图3相比的不同之处在于，在图6中设置有运算部531～534。

运算部531根据轨道的温度，确定应该与各阈值和各增益相乘的倍率。轨道的温度越高，倍率越低。能够事先通过实验等确定好具体的倍率。而且，运算部532～534进行输入的各阈值和各增益乘以从运算部531接收的倍率的处理。由此，轨道的温度越高，滑动控制部55能够将用于判断滑动的各阈值和各增益变更得越小，轨道的温度越低，滑动控制部55能够将用于判断滑动的各阈值和各增益变更得越大。也就是，能够实现考虑到根据轨道的温度变化的轨道与车轮2之间的黏着特性的控制。

(第五实施方式)

接下来，对第五实施方式进行说明。在第五实施方式中，在取得了雨天信息的情况下，滑动控制部55将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值。滑动控制部55例如通过电力通信电路从外部装置取得雨天信息。另外，也可以由电车的驾驶员通过输入装置(未图示)输入雨天信息，滑动控制部55由此取得雨天信息。另外，也可以设置为滑动控制部55在车辆1的雨刷动作时，自动取得雨天信息，进一步，也可以设置为使用雨滴传感器取得雨天信息。

由此，即使是在满足“X秒钟进行了Z次Y[N]以上的减少”这一条件之前，也能够将用于判断滑动的阈值从第一阈值切换到第二阈值，能够尽早实施乘坐舒适度高的控制。

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、组合、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的发明和其等同的保护范围内。

例如，在电车控制装置5的各结构中，软件、硬件均能够实现的结构也可以通过任意一个实现。另外，各阈值和各增益也可以不设定为两个阶段，而设定为三个阶段以上。

Claims (5)

1.一种电车控制装置，其特征在于，具备：

存储部，作为用于根据车体、车轴中的一个或者两个的动作判断电车的车轮相对于铁道用轨道的滑动的阈值，存储作为初始值的第一阈值和用于比所述第一阈值更早判断滑动的第二阈值，并且，存储作为将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值的条件的规定转矩降低量以及规定频率值；以及

滑动控制部，在使用所述第一阈值判断出所述车轮正在滑动的情况下，降低驱动所述车轮的旋转机的转矩电流，当所述规定转矩降低量以上的转矩降低的频率达到所述规定频率值以上时，将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值。

2.根据权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，

所述电车中的多个车辆各自设置有所述滑动控制部，

在一个所述滑动控制部将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值的情况下，其他的所述滑动控制部也将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值。

3.根据权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，

施加到所述旋转机的负荷越大，所述滑动控制部将所述第一阈值、所述第二阈值变更为越小的值。

4.根据权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，

所述轨道的温度越高，所述滑动控制部将所述第一阈值、所述第二阈值变更为越小的值。

5.根据权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，

在取得了雨天信息的情况下，所述滑动控制部将所述阈值从所述第一阈值切换到所述第二阈值。