DE112015006217B4

DE112015006217B4 - Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE112015006217B4
Application number: DE112015006217.3T
Authority: DE
Inventors: Kota Teramoto; Yoshinori Yamashita; Sho KATO
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: WO2016135858A1; JPWO2016135858A1; JP6214814B2; DE112015006217T5

Abstract

Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen (1) aufweist, die jeweils einen Synchronmotor (2) unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben, wobei die Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung Folgendes aufweist:einen Startselektor (9, 10) zum Auswählen, auf Basis von Information über eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (17) erhalten wird, welche Starteinheit (6, 7) die Leistungswandlungseinrichtungen (1) startet,wobei jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) die Starteinheiten (6, 7) aufweist,wobei die Leistungswandlungseinrichtungen jeweils einen Betrieb mit den Starteinheiten (6, 7) startet, die einen identischen Prozess auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit starten.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen aufweist, die einen Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben.
Hintergrund
Eine sensorlose Steuerung für einen Synchronmotor ist eine Technik zum Steuern eines Synchronmotors durch Schätzen der Drehzahl des Rotors oder der Magnetpolposition des Rotors und dann Liefern eines Stroms von einer Leistungswandlungseinrichtung zum Synchronmotor mit der Phase, die der Magnetpolposition entspricht, um den Synchronmotor mit einem gewünschten Drehmoment und mit einer gewünschten Drehzahl zu steuern, ohne einen Positionssensor oder einen Geschwindigkeitssensor zu verwenden.
Wenn eine derartige sensorlose Steuerung bei einer Leistungswandlungseinrichtung angewendet wird, kann die Drehzahl des Rotors oder die Magnetpolposition des Rotors nur detektiert werden, wenn die Leistungswandlungseinrichtung in Betrieb ist und die Drehzahl oder die Magnetpolposition unbekannt sind, wenn die Leistungswandlungseinrichtung gestoppt ist.
In einem Elektrofahrzeug, das mit einer derartigen Leistungswandlungseinrichtung, die den Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreibt, ausgestattet ist, kann es Fälle geben, bei denen sich das Elektrofahrzeug immer noch bewegt, selbst wenn die Leistungswandlungseinrichtung gestoppt ist. Ein Fall des Verlangsamens auf einer Aufwärtsneigung, ein Fall des Beschleunigens auf einer Abwärtsneigung und ein Fall des Fahrens mit Trägheit aufgrund der Trägheitsenergie des Elektrofahrzeugs, d.h. eines Zustands, der Ausrollen genannt wird, sind Beispiele dafür. In diesen Betriebszuständen kann die Drehzahl des Rotors oder die Magnetpolposition des Rotors nicht bestimmt werden, da sich die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs selbst auch verändert.
Um den Betrieb einer Leistungswandlungseinrichtung unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung zu starten, wenn die Leistungswandlungseinrichtung gestoppt ist, ist es daher notwendig, einen anfänglichen Wert zum Detektieren der Drehzahl des Rotors oder der Magnetpolposition des Rotors unmittelbar einzustellen.
Hier offenbart die untenstehende Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Schätzen einer anfänglichen Magnetpolposition unter Verwendung einer magnetischen Sättigung, wenn die Drehung des Rotors gestoppt wird. Zusätzlich dazu offenbart die untenstehende Patentliteratur 2 ein Verfahren zum Schätzen einer anfänglichen Geschwindigkeit und einer anfänglichen Magnetpolposition unter Verwendung einer induzierten Spannung, die in einer Spule erzeugt wird, wenn sich der Rotor dreht.
Wenn eine sensorlose Steuerung für einen Synchronmotor bei der Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung angewendet wird, ist es notwendig, die Drehzahl oder die Magnetpolposition genau zu detektieren, und daher werden häufig mehrere Schätzungsverfahren in Kombination verwendet. Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 3 eine Technik zum Steuern des Synchronmotors auf Basis eines Betriebsbefehlswerts, wobei die anfängliche Geschwindigkeit und die anfängliche Magnetpolposition als anfängliche Werte verwendet werden.
Gemäß Patentliteratur 4 wird bei Erfüllung von drei vorgegebenen Bedingungen, daß 1) ein Geradeausfahrbefehl ausgegeben worden ist, 2) eine Ist-Motordrehzahl (Nml, Nmr) kleiner ist als eine Soll-Motordrehzahl (Mn) und 3) ein Motorsteuersignal, das erzeugt wird, um die Ist-Motordrehzahl näher an die Soll-Motordrehzahl zu bringen, einen vorgegebenen Obergrenzenausgangswert (Dmax) erreicht hat, wird ein Abwärts-Motorrotations-Korrekturprozeß wiederholt ausgeführt, um die Soll-Motordrehzahl progressiv zu reduzieren oder um den Obergrenzenausgangswert des Motorsteuersignals zu reduzieren, bis die jeweiligen Ist-Drehzahlen der linken und rechten Motoren im wesentlichen miteinander übereinstimmen.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 4 271 397 B2
Patentliteratur 2: JP 5 318 286 B2
Patentliteratur 3: JP 5 291 184 B2
Patentliteratur 4: DE 102 49 639 A1

Kurzdarstellung
Technisches Problem
Im Fall eines Elektrofahrzeugs, das mehrere Leistungswandlungseinrichtungen aufweist, sind die Drehzahlen der Rotoren der Synchronmotoren jedoch auch nicht immer die gleichen, da die Durchmesser der Räder, mit denen entsprechende Synchronmotoren mechanisch verbunden sind, im Elektrofahrzeug nicht immer die gleichen sind. Eine herkömmliche sensorlose Steuertechnik, die bei einem derartigen Zustand verwendet wird, bewirkt eine Variation im Betrieb der Leistungswandlungseinrichtungen. Wenn zum Beispiel jede Leistungswandlungseinrichtung einen Wiederleistungsversorgungsbetriebsbefehl oder einen Bremsbefehl im Ausrollzustand empfängt, gibt es in dem Sinne Probleme, dass der Fahrkomfort aufgrund der Tatsache verschlechtert ist, dass für jedes Fahrzeug in einem Zug eine Abweichung beim Timing der Beschleunigung stattfindet oder eine Abweichung beim Timing der Verlangsamung stattfindet und somit ein Ziehharmonikaeffekt vorhanden ist, bei dem sich die Fahrzeuge wiederholt einander annähern und voneinander trennen.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des Vorgenannten erstellt worden und es ist eine Aufgabe, eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Verbesserung des Fahrkomforts zu erzielen, indem der Ziehharmonikaeffekt verhindert wird, der mit einer Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung assoziiert ist, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen, die einen Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben, aufweist.
Lösung zum Problem
Um die vorgenannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen aufweist, die jeweils einen Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben. Die Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung weist einen Startselektor zum Auswählen, auf Basis von Information über eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erhalten wird, auf, welches Steuersystem die Leistungswandlungseinrichtungen startet. Jede der Leistungswandlungseinrichtungen startet einen Betrieb mit einem identischen Steuersystem auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung weist den Effekt des Erzielens einer Verbesserung des Fahrkomforts auf, indem eine Situation verhindert wird, bei der die Elektrofahrzeuge einen Ziehharmonikaeffekt erfahren, der mit einer Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung assoziiert ist, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen, die einen Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben, aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt ein Diagramm der Konfiguration eines Gesamtsystems, das eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsfluss, der durch eine Signalauswahleinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, veranschaulicht.
4 zeigt ein Diagramm der Konfiguration eines Gesamtsystems, das eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweist.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Einstellungskonzept eines zweiten Bestimmungswerts erläutert.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Gesamtsystems, das eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Zunächst, in 1, sind Fahrzeuge 40 (Wagen Nr. 1: 40₁, Wagen Nr. 2: 40₂, ..., Wagen Nr. N: 40_N), die einen Zug 50 bilden, mit Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N), die den Zug 50 antreiben, und den Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N), die jeweils die Motoren 2 drehend antreiben, ausgestattet. Die Motoren 2 sind Synchronmotoren, die unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung angetrieben werden.
Zusätzlich dazu, in 1, sind ein Betriebsunterstützungssystem 22 und eine Zuginformationsverwaltungseinrichtung (Zuginformationsmanagementsystem; engl.: Train Information Management System) 26 veranschaulicht, die ein System sind, das den Betrieb des Zugs 50 unterstützt. Die Hauptkonfiguration des Betriebsunterstützungssystems 22 aufweist eine Steuerungsstartbetriebseinheit 13, eine Zugsicherheitseinrichtung 14, einen Griff 15, eine Kilometrierungsverwaltungseinrichtung 16, einen Tachogenerator 17, der ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ist, und eine Betriebsunterstützungseinrichtung 23.
Unter den Komponenten von 1 besteht die Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform aus den Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N), die die Motoren 2, die am Zug 50 befestigt sind, unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben. In 1 ist ein Fall veranschaulicht, bei dem alle der veranschaulichten Fahrzeuge jeweils mit der Leistungswandlungseinrichtung 1 und dem Motor 2 ausgestattet sind; dies impliziert jedoch nicht, dass es niemals ein Fahrzeug gibt, bei dem weder die Leistungswandlungseinrichtung 1 noch der Motor 2 befestigt ist. Zusätzlich dazu sind in 1 die Steuerungsstartbetriebseinheit 13, die Zugsicherheitseinrichtung 14, der Griff 15, die Kilometrierungsverwaltungseinrichtung 16, der Tachogenerator 17, die Betriebsunterstützungseinrichtung 23 und die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 außerhalb des Zugs 50 veranschaulicht, aber sie sind dazu konfiguriert, an einem beliebigen der Fahrzeuge 40 (40₁, 40₂, ..., 40_N), die den Zug 50 bilden, befestigt zu werden. Insbesondere ist der Tachogenerator 17 in vielen Fällen so installiert, dass er die Drehzahl einer Radwelle eines Fahrzeugs misst, an der weder die Leistungswandlungseinrichtung 1 noch der Motor 2 wie oben beschrieben befestigt sind.
Zusätzlich dazu sind die Leistungswandlungseinrichtungen 1, wie in 2 veranschaulicht, jeweils dazu konfiguriert, eine Leistungswandlungseinheit 3, die von einer Oberleitung 51 über einen Stromabnehmer 52 gelieferte Gleichstromleistung oder Wechselstromleistung annimmt und Wechselstromleistung zum Antreiben zum Motor 2 liefert; eine Verarbeitungseinheit 4, die ein Schaltsignal SW zum Ansteuern einer (nicht veranschaulichten) Schalteinrichtung erzeugt, die die Leistungswandlungseinheit 3 bildet; und eine Speichereinheit 5 , die einen durch die Verarbeitungseinheit 4 erzeugten anfänglichen Wert speichert, zu enthalten.
Eine Stromdetektionseinheit 11 ist zwischen der Leistungswandlungseinheit 3 und dem Motor 2 bereitgestellt. Die Stromdetektionseinheit 11 ist ein Stromsensor zum Detektieren des Stroms, der zwischen der Leistungswandlungseinheit 3 und dem Motor 2 fließt, und des Stroms, der von der Leistungswandlungseinheit 3 zum Motor 2 geliefert wird. Ein Detektionswert von der Stromdetektionseinheit 11 wird in eine erste Starteinheit 6, eine zweite Starteinheit 7 und eine Motorsteuereinheit 8 eingegeben, die später beschrieben werden. Im veranschaulichten Beispiel, unter den Leitungen der U-, V- und W-Phasen, sind Sensoren auf den Leitungen der U-Phase und der W-Phase angeordnet; die Sensoren können jedoch auf den Leitungen der U-Phase und der V-Phase angeordnet sein oder können auf den Leitungen der V-Phase und der W-Phase angeordnet sein. Der Strom der Phase, auf der der Sensor nicht angeordnet ist, kann durch eine Berechnung aus der Gleichgewichtsbedingung der Phasenströme erhalten werden. Zusätzlich dazu können die Sensoren auf den Leitungen aller drei Phasen anstatt beliebiger zwei Phasen angeordnet sein. Wenn die Sensoren auf den Leitungen aller drei Phasen angeordnet sind, können alle Phasenströme detektiert werden, und daher ist eine Berechnungsverarbeitung nicht notwendig.
Zusätzlich dazu ist die Leistungswandlungseinheit 3 mit einem Spannungsdetektor 3a zum Detektieren der Spannung einer Zwischenverbindungseinheit oder einer Filterkondensatorspannung ausgestattet. Eine durch den Spannungsdetektor 3a detektierte Spannung EFC (nachfolgend als „Zwischenverbindungsspannung“ bezeichnet), obwohl dies in 1 nicht veranschaulicht ist, wird in die erste Starteinheit 6, die zweite Starteinheit 7 und die Motorsteuereinheit 8, die später beschrieben sind, eingegeben und wird für eine Modulationsratenberechnung verwendet.
Die Verarbeitungseinheit 4 ist dazu konfiguriert, die folgenden funktionellen Komponenten zu enthalten: die erste Starteinheit 6, die eine Verarbeitung zum Schätzen einer anfänglichen Magnetpolposition θ01 unter Verwendung einer magnetischen Sättigung durchführt; die zweite Starteinheit 7, die eine Verarbeitung zum Schätzen einer anfänglichen Geschwindigkeit ω02 und einer anfänglichen Magnetpolposition θ02 unter Verwendung einer induzierten Spannung durchführt; die Motorsteuereinheit 8, die eine Verarbeitung zum Antreiben des Motors 2 mit einem Drehmomentsteuerbefehl, der unter Verwendung einer anfänglichen Geschwindigkeit und einer anfänglichen Magnetpolposition als anfängliche Werte erzeugt wird, durchführt; eine Signalauswahleinheit 9, die ein Auswahlsignal SF zum Auswählen des Schaltsignals SW, das durch eine beliebige der ersten Starteinheit 6, der zweiten Starteinheit 7 und der Motorsteuereinheit 8 erzeugt wird, auf Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit 14D und eines Betriebsbefehls, wie etwa eines Leistungsversorgungsbetriebsbefehls 11D und eines Bremsbefehls 12D, erzeugt; und einen Signalschalter 10, der tatsächlich eine beliebige der Ausgaben der ersten Starteinheit 6, der zweiten Starteinheit 7 und der Motorsteuereinheit 8 gemäß dem durch die Signalauswahleinheit 9 ausgegebenen Auswahlsignal SF auswählt. Die Signalauswahleinheit 9 und der Signalschalter 10 bilden einen Startselektor.
Der Signalschalter 10 ist mit Kontakten 10a, 10b, 10c, 10d und 10e ausgestattet. Der Kontakt 10a ist ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Schaltsignals SW zur Leistungswandlungseinheit 3. Zusätzlich dazu ist der Kontakt 10b mit dem Ausgang der ersten Starteinheit 6 verbunden und gleichermaßen ist der Kontakt 10c mit dem Ausgang der zweiten Starteinheit 7 verbunden und der Kontakt 10d ist mit dem Ausgang der Motorsteuereinheit 8 verbunden. Zusätzlich dazu ist nichts mit dem Kontakt 10e verbunden. Wenn das Auswahlsignal SF von der Signalauswahleinheit 9 in den auf diese Weise verbundenen Signalschalter 10 eingegeben wird, wird der folgende Vorgang durchgeführt.
Zunächst, wenn das Auswahlsignal SF, das die erste Starteinheit 6 auswählt, in den Signalschalter 10 eingegeben wird, wird ein Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10d verbunden. Infolgedessen wird das durch die erste Starteinheit 6 ausgegebene Schaltsignal SW über den Kontakt 10a an der Leistungswandlungseinheit 3 appliziert.
Wenn das Auswahlsignal SF, das die zweite Starteinheit 7 auswählt, in den Signalschalter 10 eingegeben wird, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10c verbunden. Infolgedessen wird das durch die zweite Starteinheit 7 ausgegebene Schaltsignal SW über den Kontakt 10a an der Leistungswandlungseinheit 3 appliziert.
Wenn das Auswahlsignal SF, das die Motorsteuereinheit 8 auswählt, in den Signalschalter 10 eingegeben wird, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10b verbunden. Infolgedessen wird das durch die Motorsteuereinheit 8 ausgegebene Schaltsignal SW über den Kontakt 10a an der Leistungswandlungseinheit 3 appliziert.
Das Auswahlsignal SF ist weiterhin von Bedeutung, selbst wenn das Auswahlsignal SF weder die erste Starteinheit 6, die zweite Starteinheit 7 noch die Motorsteuereinheit 8 auswählt. Spezifisch bezeichnet ein derartiges Signal ein Alle-Gates-Aus-Signal, d.h. ein Schaltsignal, das keine der Schalteinrichtungen betätigt. Wenn das Auswahlsignal SF das Alle-Gates-Aus-Signal ist, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10e verbunden. Infolgedessen wird der Kontakt 10a mit keinem der Ausgänge der ersten Starteinheit 6, der zweiten Starteinheit 7 und der Motorsteuereinheit 8 verbunden und selbst, wenn die erste Starteinheit 6, die zweite Starteinheit 7 oder die Motorsteuereinheit 8 arbeitet, wird das Schaltsignal nicht an der Leistungswandlungseinheit 3 appliziert.
Die Verarbeitungseinheit 4 ist im Sinne von Hardware zum Beinhalten eines Mikrocomputers oder eines Prozessors konfiguriert, der logisch als eine Hardwareschaltung konfiguriert ist, wie etwa ein Digitalsignalprozessor (DSP) oder ein FPGA. Wenn die Verarbeitungseinheit 4 den Mikrocomputer aufweist, kann eine Berechnungsverarbeitung in der ersten Starteinheit 6, der zweiten Starteinheit 7 und der Motorsteuereinheit 8 durch den Mikrocomputer, der ein in der Speichereinheit 5 gespeichertes Programm ausführt, umgesetzt werden. Mehrere Prozessoren und mehrere Speicher können zusammenarbeiten, um die oben genannte Funktion auszuführen. Zusätzlich dazu, wenn ein Prozessor, in dem der DSP und/oder das FPGA logisch als eine Hardwareschaltung konfiguriert ist, enthalten ist, kann eine Verarbeitung durch ein Steuersystem in der ersten Starteinheit 6, der zweiten Starteinheit 7 und der Motorsteuereinheit 8 durch den Prozessor umgesetzt werden. In einem derartigen Fall kann der Berechnungsverarbeitungsteil durch Software im Mikrocomputer verarbeitet werden. Die Speichereinheit 5 speichert das Programm und speichert auch die durch die erste Starteinheit 6 geschätzte anfängliche Magnetpolposition θ01 und die anfängliche Geschwindigkeit ω02 und die anfängliche Magnetpolposition θ02, die durch die zweite Starteinheit 7 geschätzt werden. Zusätzlich dazu speichert die Speichereinheit 5 Konstanten einer elektrischen Schaltung der Motoren 2 und Parameter, die zur Steuerung benötigt werden.
Als nächstes wird die Verarbeitung beschrieben, die durch die erste Starteinheit 6, die zweite Starteinheit 7 und die Motorsteuereinheit 8 ausgeführt wird.
(In Bezug auf die erste Starteinheit 6)
Die erste Starteinheit 6 ist eine Funktionseinheit, die das Steuersystem, das die Verarbeitung zum Schätzen der anfänglichen Magnetpolposition θ01 unter Verwendung einer magnetischen Sättigung wie oben beschrieben durchführt, aufweist, und das in der oben beschriebenen Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren wird in der gegenwärtigen Ausführungsform verwendet. Einzelheiten der Verarbeitung sind ausführlich in Patentliteratur 1 offenbart; daher wird hier eine ausführliche Beschreibung ausgelassen. Alle oder ein Teil der Beschreibungen in Patentliteratur 1 werden hierin aufgenommen und sie bilden einen Teil der gegenwärtigen Beschreibung.
(In Bezug auf die zweite Starteinheit 7)
Die zweite Starteinheit 7 ist eine Funktionseinheit, die das Steuersystem, das die Verarbeitung zum Schätzen der anfänglichen Geschwindigkeit ω02 und der anfänglichen Magnetpolposition θ02 unter Verwendung der induzierten Spannung wie oben beschrieben durchführt, aufweist, und das in der oben beschriebenen Patentliteratur 2 offenbarte Verfahren wird in der gegenwärtigen Ausführungsform verwendet. Einzelheiten der Verarbeitung sind ausführlich in Patentliteratur 2 offenbart; daher wird hier eine ausführliche Beschreibung ausgelassen. Alle oder ein Teil der Beschreibungen in Patentliteratur 2 werden hierin aufgenommen und sie bilden einen Teil der gegenwärtigen Beschreibung.
(In Bezug auf die Motorsteuereinheit 8)
Die Motorsteuereinheit 8 ist eine Funktionseinheit, die das Steuersystem, das entweder die durch die erste Starteinheit 6 geschätzte anfängliche Magnetpolposition θ01 oder die anfängliche Geschwindigkeit ω02 und die anfängliche Magnetpolposition θ02, die durch die zweite Starteinheit 7 geschätzt werden, als einen anfänglichen Wert verwendet und die Verarbeitung zum Antreiben des Motors 2 mit dem unter Verwendung des anfänglichen Werts erzeugten Drehmomentsteuerbefehl durchführt, aufweist, und das in der oben beschriebenen Patentliteratur 3 offenbarte Verfahren wird in der gegenwärtigen Ausführungsform verwendet. Die Verarbeitung zum Betreiben der Motorsteuereinheit 8 nach dem Start der ersten Starteinheit 6 ist ein Fall, bei dem der Motor 2 gestoppt ist und angesehen wird, gestoppt zu sein, und es möglich ist, eine Verarbeitung, bei der die anfängliche Geschwindigkeit auf Null eingestellt ist, durchzuführen. Einzelheiten der Verarbeitung sind ausführlich in Patentliteratur 3 offenbart; daher wird hier eine ausführliche Beschreibung ausgelassen. Alle oder ein Teil der Beschreibungen in Patentliteratur 3 werden hierin aufgenommen und sie bilden einen Teil der gegenwärtigen Beschreibung.
Als nächstes nimmt die Beschreibung wiederum Bezug auf 1. Die Funktion und Rolle jeder der Komponenten, aus denen das Betriebsunterstützungssystem 22 besteht, und der Fluss verschiedener Arten von Information über die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 wird beschrieben.
Zunächst wird die Steuerungsstartbetriebseinheit 13 verwendet, wenn ein Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit gestartet wird. Ein Besatzungsmitglied betätigt die Steuerungsstartbetriebseinheit 13, wodurch ein Steuerungsstartbefehl 1D, der den Start des Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit angibt, ausgegeben werden kann.
Die Zugsicherheitseinrichtung 14 kann Geschwindigkeitsbegrenzungsinformation 2D, die eine ATC-Geschwindigkeitsbegrenzung von einer (nicht veranschaulichten) automatischen Zugsteuerungseinrichtung (ATC-Einrichtung) angibt, empfangen. Der Griff 15 kann Griffbetriebsinformation 3D ausgeben, wenn ein Beschleunigungs- oder Bremsvorgang durch ein Besatzungsmitglied durchgeführt wird. Die ATC-Einrichtung wird beispielhaft als die Zugsicherheitseinrichtung 14 angezeigt; sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und es ist möglich, eine Betriebssicherheitseinrichtung, wie etwa eine automatische Zugbeeinflussung (ATS), zu verwenden.
Die Kilometrierungsverwaltungseinrichtung 16 kann die Kilometrierung des Zugs verwalten und kann Kilometrierungsinformation 4D ausgeben, die verwendet wird, wenn zum Beispiel ein geplanter Betrieb gemäß einer Fahrtbezugszeit zwischen Bahnhöfen durchgeführt wird.
Der Tachogenerator 17 ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und kann eine detektierte Geschwindigkeit als ein Geschwindigkeitssignal 5D ausgeben. Hinsichtlich des Tachogenerators 17 unterscheiden sich die Werte für jede Achse oder jedes Fahrzeug aufgrund von Unterschieden beim Raddurchmesser voneinander. Aus diesem Grund wird bevorzugt, den Durchschnitt der vom Tachogenerator 17 erhaltenen Werte als das Geschwindigkeitssignal 5D zu verwalten; einen vom Tachogenerator 17 erhaltenen Wert, der an einer Achse mit dem kleinsten Raddurchmesser bereitgestellt wird, als das Geschwindigkeitssignal 5D zu verwalten; oder durch ein Empfangen von nur dem Geschwindigkeitssignal 5D des Leitfahrzeugs zu verwalten. Auf diese Weise weist das durch die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 verwaltete Geschwindigkeitssignal 5D einen eindeutigen Wert auf und eine Variation kann beim Betrieb der Leistungswandlungseinrichtungen 1 vermieden werden. Zusätzlich dazu ist der Tachogenerator 17 so installiert, dass er die Drehzahl der Radwelle des Fahrzeugs misst, an der weder die Leistungswandlungseinrichtung 1 noch der Motor 2 wie oben beschrieben befestigt sind. Eine mit dem Motor 2 ausgestattete Radwelle beschleunigt oder verlangsamt das Fahrzeug, indem sie die Drehkraft des Motors 2 über das Rad zur Schiene überträgt; das Rad kann jedoch zum Beispiel leicht leerlaufen/gleiten (rutschen/schlittern), wenn die Schiene an einem regnerischen Tag nass ist. Wenn ein derartiges Leerlaufen/Gleiten auftritt, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht korrekt detektiert werden. Daher wird bevorzugt, nur das Geschwindigkeitssignal 5D einer Radwelle, die nicht mit dem Motor 2 ausgestattet ist, zu empfangen und zu verwalten.
Die Betriebsunterstützungseinrichtung 23 ist dazu konfiguriert, eine Fahrtverwaltungseinheit 25 und eine Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit 24 aufzuweisen. Die Betriebsunterstützungseinrichtung 23 ist normalerweise am Leitfahrzeug oder dergleichen befestigt; sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Die Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit 24 speichert im Voraus Geschwindigkeitsregulierungsinformation 17D für einen Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt und dergleichen. Die in der Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit 24 gespeicherten Information ist nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise kann eine geschätzte Ankunftszeit für jede Kilometrierung im Voraus unter Verwendung einer Zuggeschwindigkeit, einer verbleibenden Strecke basierend auf der zurückgelegten Strecke, eines Streckengradienten und dergleichen berechnet werden und dann kann die geschätzte Ankunftszeit in der Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit 24 gespeichert werden, bevor ein Betrieb gestartet wird, und für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit verwendet werden.
Wenn der Steuerungsstartbefehl 1D empfangen wird, stellt die Fahrtverwaltungseinheit 25 die zum Durchführen eines Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit benötigte Zielgeschwindigkeit gemäß der Geschwindigkeitsregulierungsinformation 17D oder der Geschwindigkeitsbegrenzungsinformation 2D ein. Die Zielgeschwindigkeit wird durch einen Wert angegeben, der durch Subtrahieren von ungefähr 3 km/h von der Geschwindigkeitsbegrenzungsinformation 2D oder der Geschwindigkeitsregulierungsinformation 17D erhalten wird; er ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Steuerung des Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit wird umgesetzt, indem eine Raste so angepasst wird, dass die Zuggeschwindigkeit der Zielgeschwindigkeit wie oben beschrieben folgt. Da Information über diese Raste in der Fahrtverwaltungseinheit 25 als Rasteninformation aufgezeichnet werden, die eine Fahrt mit einer konstanten Geschwindigkeit für die Kilometrierung ermöglicht, wird eine Raste, die der Kilometrierungsinformation entspricht, von der Fahrtstrecke und dergleichen abgeleitet, und die Betriebsgeschwindigkeit wird fein angepasst, indem die Raste von der Folgegeschwindigkeit, die die mittige Raste ist, herauf- oder herabgesetzt wird, so dass die Zuggeschwindigkeit der Zielgeschwindigkeit folgt, wodurch ein Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit umgesetzt wird. Hier wird die Geschwindigkeitsregulierungsinformation 17D aus der Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit 24 gelesen und verwendet; dies ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Geschwindigkeitsregulierungsinformation 17D und die Kilometrierungsinformation können zum Beispiel in einem tragbaren Speichermedium oder dergleichen im Voraus aufgezeichnet, vor dem Zugbetrieb übergeben und extern mit der Betriebsunterstützungseinrichtung 23 verbunden werden.
Um die gegenwärtige Zuggeschwindigkeit näher an die Zielgeschwindigkeit auf Basis des Geschwindigkeitssignals 5D zu bringen, kann die Fahrtverwaltungseinheit 25 einen Leistungsversorgungsbetriebsbefehl 6D oder einen Bremsbefehl 7D ausgeben. Wenn sich eine Fahrzeuggeschwindigkeit 9D einer Zielgeschwindigkeit 10D nähert, kann die Fahrtverwaltungseinheit 25 einen Befehl 8D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit ausgeben und zum Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit umschalten. Wenn die Fahrtverwaltungseinheit 25 die Griffbetriebsinformation 3D während des Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit empfängt, kann die Fahrtverwaltungseinheit 25 die Ausgabe des Befehls 8D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit stoppen und zum manuellen Betrieb umschalten. Wenn die Fahrtverwaltungseinheit 25 den Steuerungsstartbefehl 1D nach dem Umschalten zum manuellen Betrieb empfängt, kann die Fahrtverwaltungseinheit 25 den Befehl 8D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit ausgeben und wieder zum Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit umschalten.
Die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 kann zusammenfassend Information, die von der Fahrtverwaltungseinheit 25 übertragen wird, verwalten. In 1 ist nur eine Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 veranschaulicht; sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Indem die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 an jedem Fahrzeug befestigt wird und sie mit einer zwischen den Fahrzeugen gelegten Übertragungsleitung verbunden werden, kann Teilinformation, wie etwa der Leistungsversorgungsbetriebsbefehl 11 D, der Bremsbefehl 12D, ein Befehl 13D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit 14D und eine Zielgeschwindigkeit 15D von der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 des Leitfahrzeugs zu den Zuginformationsverwaltungseinrichtungen 26, die zum Beispiel an Fahrzeugen außer dem Leitfahrzeug befestigt sind, übermittelt werden. Die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 jedes Fahrzeugs überträgt Information wie etwa den Leistungsversorgungsbetriebsbefehl 11 D, den Bremsbefehl 12D, den Befehl 13D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit 14D und die Zielgeschwindigkeit 15D zur entsprechenden Leistungswandlungseinrichtung 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N). Eine derartige Übertragungsform ist nur ein Beispiel und andere Übertragungsformen können angenommen werden. Ohne die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 jedes Fahrzeugs zu verwenden, kann die Information zum Beispiel von der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 des Leitfahrzeugs direkt zu den Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) der Fahrzeuge übertragen werden.
Wenn der Zug beschleunigt wird, steuern die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1 _N) die Drehungen der Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) auf Basis der Zielgeschwindigkeit 15D, der Fahrzeuggeschwindigkeit 14D und des Leistungsversorgungsbetriebsbefehls 11D, die von der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 übertragen werden.
Wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit 14D der Zielgeschwindigkeit 15D nähert, steuern die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) die Drehungen der Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) auf Basis des Befehls 13D für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit, um zum Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit umzuschalten. Zusätzlich dazu werden, wenn sich der Zug verlangsamt, die Drehungen der Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) auf Basis des Bremsbefehls 12D gesteuert, und eine (nicht veranschaulichte) Bremseinrichtung wird auch gesteuert.
Als nächstes wird der Betrieb der Signalauswahleinheit 9 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsfluss veranschaulicht, der durch die Signalauswahleinheit 9 durchgeführt wird und sich abhängig vom Betriebsbefehl und von der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. In 3 aufweist der Betriebsbefehl den Befehl für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit, den Leistungsversorgungsbetriebsbefehl und den Bremsbefehl. Nachfolgend werden die drei Befehle, d.h. der Befehl für einen Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit, der Leistungsversorgungsbetriebsbefehl und der Bremsbefehl, zusammengefasst als ein Betriebsbefehl bezeichnet.
Zunächst, in Schritt S101, wird bestimmt, ob ein Betriebsbefehl vorhanden ist oder nicht. Hier, wenn ein Betriebsbefehl eingegeben worden ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S102 über, und wenn ein Betriebsbefehl nicht eingegeben worden ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S111 über. Bei Schritt S102 wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einem ersten Bestimmungswert ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der erste Bestimmungswert ist, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10d verbunden und die Verarbeitung geht zu Schritt S103 über und die erste Starteinheit 6 wird betätigt. Bei Schritt S104 wird bestimmt, ob die durch die erste Starteinheit 6 durchgeführte Verarbeitung beendet ist. Wenn die durch die erste Starteinheit 6 durchgeführte Verarbeitung beendet ist, d.h. wenn die Verarbeitung zum Schätzen der anfänglichen Magnetpolposition θ01 beendet ist, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10b verbunden und die Verarbeitung geht zu Schritt S107 über.
Die Beschreibung bezieht sich wiederum auf Schritt S102, bei dem, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich dem ersten Bestimmungswert ist, der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10c verbunden wird und die Verarbeitung zu Schritt S105 übergeht, bei dem die zweite Starteinheit 7 betätigt wird. Bei Schritt S106 wird bestimmt, ob die durch die zweite Starteinheit 7 durchgeführte Verarbeitung beendet ist. Wenn die durch die zweite Starteinheit 7 durchgeführte Verarbeitung beendet ist, d.h. wenn die Verarbeitung zum Schätzen der anfänglichen Geschwindigkeit ω02 und der anfänglichen Magnetpolposition θ02 beendet ist, wird der Selektorschalter des Signalschalters 10 mit dem Kontakt 10b verbunden und die Verarbeitung geht zu Schritt S107 über.
Bei Schritt 107 wird die Motorsteuereinheit 8 betätigt und bei Schritt S108 wird bestimmt, ob ein Betriebsbefehl vorhanden ist. Wenn ein Betriebsbefehl vorhanden ist, d.h. wenn der Betriebsbefehl eingegeben worden ist, werden der Vorgang in Schritt S107 und die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S108 wiederholt. Umgekehrt, wenn kein Betriebsbefehl vorhanden ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S109 über, wo bestimmt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einem zweiten Bestimmungswert ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich dem zweiten Bestimmungswert ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S107 zurück. Danach werden der Vorgang in Schritt S107 und die Bestimmungsverarbeitung sowohl in Schritt S108 als auch in Schritt S109 ausgeführt. Der zweite Bestimmungswert ist größer als der erste Bestimmungswert.
Zusätzlich dazu, in Schritt S109, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der zweite Bestimmungswert ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S110 über und alle Gates werden ausgeschaltet, d.h. die Schaltsteuerung für die Leistungswandlungseinheit 3 wird gestoppt, und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S101 zurück. Danach wird die Verarbeitung von Schritt S101 aus wiederholt.
Die Beschreibung bezieht sich wiederum auf die Verarbeitung in Schritt S111, wo bestimmt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich dem zweiten Bestimmungswert ist. Wenn sie größer oder gleich dem zweiten Bestimmungswert ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S105 über und die zweite Starteinheit 7 wird betätigt. Danach werden die Verarbeitung in Schritt S106 und die anschließenden Schritte ausgeführt.
Zusätzlich dazu, in Schritt S111, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der zweite Bestimmungswert ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S112 über, ein Alle-Gates-Aus-Vorgang, der die Schaltsteuerung für die Leistungswandlungseinheit 3 stoppt, wird durchgeführt und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S101 zurück. Danach wird die Verarbeitung von Schritt S101 aus wiederholt.
Hier wird eine ergänzende Beschreibung der obigen Verarbeitung gegeben. Bei Schritt S102 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem ersten Bestimmungswert verglichen, wobei der erste Bestimmungswert die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, bei der es möglich ist, zu bestimmen, dass die Motoren 2 aufgehört haben, sich zu drehen. Wenn es möglich ist, zu bestimmen, dass die Motoren 2 aufgehört haben, sich zu drehen, ist eine Verarbeitung, die eine magnetische Sättigung verwendet, möglich und die Motorsteuereinheit 8 kann gestartet werden, nachdem die erste Starteinheit 6 gestartet wird. Zusätzlich dazu, wenn es unter Verwendung des ersten Bestimmungswerts möglich ist, zu bestimmen, dass die Motoren 2 nicht aufgehört haben, sich zu drehen, kann die Motorsteuereinheit 8 gestartet werden, nachdem die zweite Starteinheit 7 gestartet wird. Mit diesen Steuerungen kann das Bestimmen, ob eine sensorlose Steuerung gestartet werden soll, über die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) hinweg vereinheitlicht werden. Infolgedessen, da das Timing der Drehmomentausgabe von den Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) synchronisiert werden kann, kann daher ein Ziehharmonikaeffekt zwischen den Fahrzeugen verhindert werden und somit kann der Fahrkomfort im Elektrofahrzeug verbessert werden.
Zusätzlich dazu, bei Schritt S111 und Schritt S109, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem zweiten Bestimmungswert verglichen, wobei der zweite Bestimmungswert eine Fahrzeuggeschwindigkeit ist, bei der es möglich ist, zu bestimmen, ob sich die Motoren 2 mit einer hohen Drehzahl drehen. Hier wird ein Fall in Betracht gezogen, bei dem die Motoren 2 Permanentmagnet-Motoren sind und sich die Motoren 2 mit einer hohen Drehzahl drehen. Bei einer derartigen Situation wird angenommen, dass die induzierte Spannung von jedem der Motoren 2, die durch die Drehung des Permanentmagneten erzeugt wird, (spezifisch die Spannung über Anschlüsse von jedem der Motoren 2) die Filterkondensatorspannung überschreitet. In einem derartigen Fall, wenn die Leistungswandlungseinheit 3 keinen Betrieb in einem Alle-Gates-Aus-Zustand durchführt und die induzierte Spannung von jedem der Motoren 2 die Filterkondensatorspannung überschreitet, wird jeder der Motoren 2 ein Generator und liefert Elektrizität über eine (nicht veranschaulichte) Diode in der Leistungswandlungseinheit 3 zur Oberleitung 51. Daher ist es bei einem derartigen Drehungsbereich mit hohen Drehzahlen notwendig, eine Steuerung durchzuführen, so dass die induzierte Spannung von jedem der Motoren 2 nicht die Filterkondensatorspannung überschreitet, indem die Leistungswandlungseinheit 3 betrieben und eine Feldschwächungssteuerung durchgeführt wird. Zusätzlich dazu, da es notwendig ist, die wie oben beschriebene Steuerung sogar in einem Zustand durchzuführen, bei dem das Fahrzeug mit Trägheit aufgrund von nur dessen Trägheitsenergie (als Ausrollen bezeichnet) in einem Zustand, bei dem der Betriebsbefehl nicht eingegeben wird, fährt, wird die Steuerung in der vorliegenden Erfindung als eine Ausrollsteuerung bezeichnet. Der Drehmomentbefehl während der Ausrollsteuerung ist Null. Dies impliziert nicht, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Ausrollsteuerung benötigt wird, selbst während einer derartigen Ausrollsteuerung für jede der Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) aufgrund des wie oben beschriebenen Effekts des Raddurchmesserunterschieds variiert.
Die Beschreibung bezieht sich wiederum auf 3 der vorliegenden Erfindung. Die Verarbeitung bei Schritt S111 und Schritt S109 bestimmt, ob die oben beschriebene Ausrollsteuerung durchgeführt werden soll, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem zweiten Bestimmungswert verglichen wird. Mit einer derartigen Konfiguration starten die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) die Ausrollsteuerung gleichzeitig und somit kann eine Variation im Betrieb unter den Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) eliminiert werden und jegliche Zunahme in der induzierten Spannung von jedem der Motoren 2 kann unterdrückt werden.
Des Weiteren, selbst wenn ein Wiederleistungsversorgungsbetriebsbefehl oder ein Bremsbefehl bei einem derartigen Ausrollzustand eingegeben wird, kann das Timing der Drehmomentausgabe von den Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) synchronisiert werden; daher kann der Ziehharmonikaeffekt zwischen den Fahrzeugen verhindert werden und somit kann der Fahrkomfort im Elektrofahrzeug verbessert werden.
Hier wird eine ergänzende Beschreibung des oben genannten Timings der Drehmomentausgabe gegeben. Wie in 3 veranschaulicht ist, während einer sensorlosen Steuerung des Synchronmotors, um die Leistungswandlungseinrichtungen 1 von einem Zustand, wo die Leistungswandlungseinrichtungen 1 gestoppt sind (Alle-Gates-Aus-Zustand, der dem Schritt S112 und Schritt S110 in 3 entspricht), zu betreiben, und jede Einrichtung zu einem Zustand einer sensorlosen Steuerung des Motors zu wechseln (dies entspricht S107 in 3), ist es notwendig, die Verarbeitung wie in 3 veranschaulicht auszuführen. Hier, während des Ausrollens, bei dem ein Betrieb der Leistungswandlungseinrichtungen 1 gestoppt ist, befindet sie sich in einem Zustand des Wartens in einer Schleife, die zur Verarbeitung bei Schritt S101 über Schritt S111 und Schritt S112 zurückkehrt, und die Ausrollsteuerung, bei der die Leistungswandlungseinrichtungen 1 betrieben werden, befindet sich in einem Zustand des Steuerns des Motors in einer Schleife, die zu Schritt S107 über Schritt S108 und Schritt S109 zurückkehrt. Zusätzlich dazu ist ein Zustand des Steuerns des Motors auf Basis des Betriebsbefehls eine Schleife, die zu Schritt S107 über die Verarbeitung bei Schritt S108 zurückkehrt. Hier, wenn der Wiederleistungsversorgungsbetriebsbefehl oder der Bremsbefehl in den Ausrollzustand wie oben beschrieben eingegeben wird, um zum Zustand des Steuerns des Motors auf Basis des Betriebsbefehls zu wechseln, wird eine andere Verarbeitung für den Wechsel „während des Ausrollens, bei dem ein Betrieb der Leistungswandlungseinrichtungen 1 gestoppt ist“ im Vergleich zur „Ausrollsteuerung, bei der die Leistungswandlungseinrichtungen 1 betrieben werden“ benötigt und das Timing der Drehmomentausgabe von jedem der Motoren 2 ist unterschiedlich. Die vorliegende Erfindung löst ein derartiges Problem und sie ist dazu konfiguriert, zu bestimmen, ob die Ausrollsteuerung durchgeführt werden soll, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem zweiten Bestimmungswert verglichen wird, wodurch die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) die Ausrollsteuerung gleichzeitig starten, die Variation im Betrieb unter den Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) eliminiert werden kann und das Timing der Drehmomentausgabe von den Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) synchronisiert werden kann.
Zusätzlich dazu, für eine Variation im Betrieb, die durch den Raddurchmesserunterschied wie oben beschrieben bewirkt wird, kann auch Verringern der Variation im Betrieb, die durch den Raddurchmesserunterschied bewirkt wird, durch positives Verwalten des Raddurchmesserunterschieds in Betracht gezogen werden. Um jedoch die Variation im Betrieb in einer sensorlosen Steuerung für den Synchronmotor, wie im Problem der vorliegenden Erfindung beschrieben, über die Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) hinweg zu vereinheitlichen, da es notwendig ist, den Raddurchmesser der Räder des Elektrofahrzeugs, mit denen die Motoren 2 mechanisch verbunden sind, mit einer Toleranz, die kleiner oder gleich mehreren Millimetern ist, zu verwalten, können sich die Unterhaltungskosten des Elektrofahrzeugs erhöhen. Dies ist ein einzigartiges Problem bei Elektrofahrzeugen, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen, die jeweils den Synchronmotor unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben, aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist außerdem offensichtlich effektiv hinsichtlich eines derartigen Unterhaltungskostenproblems.
Zweite Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Gesamtsystems, das eine Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweist, und 5 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Leistungswandlungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration der Leistungswandlungseinrichtungen 1 gemäß der in den 1 und 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform unterscheidet sich von den Leistungswandlungseinrichtungen 1 in der zweiten Ausführungsform wie folgt: die Signalauswahleinheit 9 ist nicht enthalten; die Zwischenverbindungsspannung EFC, die eine durch den Spannungsdetektor 3a detektierte Detektionsspannung ist, wird in die Verarbeitungseinheit 4 und auch außerhalb der Leistungswandlungseinrichtung 1 eingegeben (spezifischer wird sie in die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 eingegeben, wie in 5 veranschaulicht); obwohl dies nicht veranschaulicht ist, wird der zweite Bestimmungswert gemäß der Zwischenverbindungsspannung EFC variiert; und die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 aufweist eine Berechnungseinheit 26a. Andere Konfigurationen sind die gleichen oder sind äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform; daher werden die gleichen oder äquivalente Komponenten durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und redundante Beschreibungen ausgelassen.
Die Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass die in 4 veranschaulichte Berechnungseinheit 26a die durch die Signalauswahleinheit 9 durchgeführte Verarbeitung in jeder der Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) in der ersten Ausführungsform ausführt.
Zusätzlich dazu, wie in 4 und 5 veranschaulicht, werden die durch die jeweiligen Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) detektierten Zwischenverbindungsspannungen EFC in die Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 eingegeben. Da jede der Zwischenverbindungsspannungen EFC durch den in einer entsprechenden der Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) bereitgestellten Spannungsdetektor 3a detektiert wird, besitzen die Zwischenverbindungsspannungen EFC aufgrund der Toleranz der Spannungsdetektoren 3a nicht notwendigerweise den gleichen Wert. Daher werden die Zwischenverbindungsspannungen EFC bei der zweiten Ausführungsform in der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 zusammengefasst und gesammelt, ein Durchschnittswert EFCmean oder ein Minimalwert EFCmin der Zwischenverbindungsspannungen EFC wird durch die Berechnungseinheit 26a der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 berechnet und ein vereinheitlichter Wert wird für den gesamten Zugverband verwendet. Bei der zweiten Ausführungsform wird das durch die Signalauswahleinheit 9 in 2 erzeugte Auswahlsignal SF einer Übertragungsleitung zugeführt und zu jeder der Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) übertragen. Eine derartige Konfiguration bewirkt, dass die Verarbeitung, die durch jede der Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) ausgeführt wird, verringert wird, und kann zu einer Kostenreduzierung der Leistungswandlungseinrichtungen 1 beitragen. In 4 wird Information über die Zwischenverbindungsspannungen EFC und das Auswahlsignal SF über die Übertragungsleitung der Zuginformationsverwaltungseinrichtung 26 übertragen; die Übertragung kann jedoch unter Verwendung anderer Übertragungsleitungen umgesetzt werden und die durch die Signalauswahleinheit 9 durchgeführte Verarbeitung ist auch nicht auf die, die durch die Berechnungseinheit 26a ausgeführt wird, eingeschränkt.
Als nächstes wird ein durch den Signalschalter 10 durchgeführter Signalumschaltungsbetrieb in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird der Signalumschaltungsbetrieb auch gemäß dem Flussdiagramm in 3 ausgeführt. Bei der Verarbeitung in der zweiten Ausführungsform wird der zweite Bestimmungswert, der verwendet wird, wenn das Flussdiagramm in 3 ausgeführt wird, gemäß der Zwischenverbindungsspannung EFC geändert. Die in der folgenden Beschreibung verwendete Zwischenverbindungsspannung EFC ist der Durchschnittswert EFCmean oder der Minimalwert EFCmin der durch die jeweiligen Leistungswandlungseinrichtungen 1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) detektierten Zwischenverbindungsspannungen EFC. Nachfolgend wird dieser Punkt beschrieben.
Zunächst kann der zweite Bestimmungswert als die folgende Gleichung formuliert werden.
$\begin{array}{l} Zweiter Bestimmungswert = Zwischenverbindungsspannung EFC \times \\ Proportionalit \ddot{a} tsfaktor K - Steuerspielraum G \end{array}$
Der in der obigen Gleichung (1) angegebene Proportionalitätsfaktor K ist ein Wert, der aufgrund der Proportionalitätsbeziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Spannung über die Anschlüsse des Motors 2, der mit der Achse mit dem minimalen Raddurchmesser (nachfolgend zur Einfachheit halber als „Minimal-Raddurchmesser-Motorspannung“ bezeichnet) verbunden ist, eindeutig bestimmt wird, und er kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
$\begin{array}{l} Proportionalit \ddot{a} tsfaktor K = Fahrzeuggeschwindigkeit V / Minimal - Raddurchmesser - \\ Motorspannung \end{array}$
Der in der obigen Gleichung (1) angegebene Steuerspielraum G ist ein Designwert zum Vornehmen von Anpassungen, so dass der zweite Bestimmungswert ein Wert wird, der kleiner als der Wert ist, der durch die Zwischenverbindungsspannung EFC × den Proportionalitätsfaktor K bestimmt wird. Ein Zweck des Bereitstellens des Steuerspielraums G besteht darin, zu vermeiden, eine Zwischenverbindungsspannung EFC aufzuweisen, die kleiner als die Spannung über die Anschlüsse von jedem der Motoren 2 aufgrund der Schwankung im Proportionalitätsfaktor K oder einer starken Schwankung in der Zwischenverbindungsspannung EFC ist.
6 ist ein Diagramm, das das Einstellungskonzept des zweiten Bestimmungswerts erläutert. In 6 gibt die Horizontalachse die Fahrzeuggeschwindigkeit an und die Vertikalachse gibt die Beziehung zwischen der Zwischenverbindungsspannung und der Spannung über die Anschlüsse von jedem der Motoren 2 an. Zusätzlich dazu repräsentiert eine Gerade Ka die Spannung über die Anschlüsse eines Motors a und eine Gerade Kb repräsentiert die Spannung über die Anschlüsse eines Motors b. Hier bezeichnet der Motor a einen Motor, der mit einer Achse mit einem Raddurchmesser a verbunden ist, und der Motor b bezeichnet einen Motor, der mit einer Achse mit einem Raddurchmesser b verbunden ist. Hier gibt es eine Beziehung, wo Raddurchmesser a < Raddurchmesser b ist, und es wird angenommen, dass der Raddurchmesser a der minimale Raddurchmesser im Zugverband ist. Das heißt, der Motor a ist ein Motor, der mit einer Achse verbunden ist, die den minimalen Raddurchmesser im Zugverband aufweist, und der Motor b bezeichnet einen der Motoren, die mit einer Achse verbunden sind, die nicht den minimalen Raddurchmesser aufweist.
In 6 nimmt die Spannung über die Anschlüsse des Motors zu, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, und die Spannung über die Anschlüsse des Motors a, der den minimalen Raddurchmesser aufweist, nimmt für die gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit am meisten zu. Daher kann gesehen werden, dass der zweite Bestimmungswert nur auf Basis der Minimal-Raddurchmesser-Motorspannung variabel gemacht werden muss. Daher wird veranlasst, dass der in 6 veranschaulichte zweite Bestimmungswert in Abhängigkeit von der Zwischenverbindungsspannung auf Basis der Geraden Ka variabel ist, was die Minimal-Raddurchmesser-Motorspannung ist.
Des Weiteren, da der Gleichstromspannungswert einer Zwischenverbindung in hohem Maße schwanken kann, wenn er zum Beispiel in üblichen elektrischen Eisenbahnen verwendet wird, wie in der obigen Gleichung (1) angegeben wird, wenn der Steuerspielraum G so angepasst wird, dass ein zweiter Bestimmungswert ein niedrigerer Wert als der Gleichstromspannungswert der Zwischenverbindung × einer Proportionalitätskonstante ist, während diese Bedingungen in Betracht gezogen werden, ist es möglich, eine Situation verlässlich zu vermeiden, bei der die Zwischenverbindungsspannung EFC kleiner als die Spannung über die Anschlüsse des Motors ist, d.h. eine Situation, bei der die Motoren 2 in einen Regenerierungszustand gebracht werden; daher können die durch die Motoren 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) erzeugten Drehmomente zuverlässig ausgeglichen werden und somit kann der Ziehharmonikaeffekt zwischen den Fahrzeugen verhindert werden und eine Verbesserung im Fahrkomfort im Elektrofahrzeug kann erzielt werden.
Der Proportionalitätsfaktor K kann in Abhängigkeit von den Temperaturen der Magneten in jedem der Motoren 2 ein wenig schwanken. Dementsprechend, wenn der Effekt der Temperaturen der Magneten in jedem der Motoren 2 groß ist, kann jeder der Motoren 2 mit einem Temperatursensor ausgestattet sein und der Proportionalitätsfaktor K kann in Abhängigkeit von der Detektionsinformation über den Temperatursensor variabel gemacht werden. Zusätzlich dazu kann die Magnettemperatur aus den Strömen, die durch die Motoren 2 fließen, geschätzt werden und der Proportionalitätsfaktor K kann in Abhängigkeit vom Schätzungsergebnis variabel gemacht werden oder der Steuerspielraum G kann angepasst werden, während diese Einflüsse berücksichtigt werden.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen beschreiben Beispiele des Inhalts der vorliegenden Erfindung und können mit anderen bekannten Techniken kombiniert werden. Des Weiteren kann ein Teil von jeder der Konfigurationen ausgelassen oder modifiziert werden, ohne von der Quintessenz der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
1 (1₁, 1₂, ..., 1_N) Leistungswandlungseinrichtung, 2 (2₁, 2₂, ..., 2_N) Motor, 3 Leistungswandlungseinheit, 3a Spannungsdetektor, 4 Verarbeitungseinheit, 5 Speichereinheit, 6 erste Starteinheit, 7 zweite Starteinheit, 8 Motorsteuereinheit, 9 Signalauswahleinheit (Startselektor), 10 Signalschalter (Startselektor), 11 Stromdetektionseinheit, 13 Steuerungsstartbetriebseinheit, 14 Zugsicherheitseinrichtung, 15 Griff, 16 Kilometrierungsverwaltungseinrichtung, 17 Tachogenerator, 22 Betriebsunterstützungssystem, 23 Betriebsunterstützungseinrichtung, 24 Geschwindigkeitsregulierungsabschnitt-Speichereinheit, 25 Fahrtverwaltungseinheit, 26 Zuginformationsverwaltungseinrichtung, 26a Berechnungseinheit, 40 Fahrzeug, 50 Zug, 51 Oberleitung, 52 Stromkollektor.

Claims

Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung, die mehrere Leistungswandlungseinrichtungen (1) aufweist, die jeweils einen Synchronmotor (2) unter Verwendung einer sensorlosen Steuerung antreiben, wobei die Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung Folgendes aufweist: einen Startselektor (9, 10) zum Auswählen, auf Basis von Information über eine Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (17) erhalten wird, welche Starteinheit (6, 7) die Leistungswandlungseinrichtungen (1) startet, wobei jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) die Starteinheiten (6, 7) aufweist, wobei die Leistungswandlungseinrichtungen jeweils einen Betrieb mit den Starteinheiten (6, 7) startet, die einen identischen Prozess auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit starten.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erster Bestimmungswert zum Bestimmen einer Größe der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird, und jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) die Starteinheiten (6, 7) einer entsprechenden der Leistungswandlungseinrichtungen (1) gemäß einer Bestimmung des Vorhandenseins oder einer Bestimmung des Nichtvorhandenseins eines Betriebsbefehls und einer Größenbeziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem ersten Bestimmungswert umschaltet.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei ein zweiter Bestimmungswert zum Bestimmen einer Größe der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird, der zweite Bestimmungswert größer als der erste Bestimmungswert ist und jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) eine Schaltsteuerung für eine Leistungswandlungseinheit (3) gemäß einer Bestimmung einer Größenbeziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem zweiten Bestimmungswert stoppt.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Starteinheiten (6, 7) Folgendes aufweist: eine erste Starteinheit (6) zum Durchführen einer Verarbeitung zum Schätzen einer anfänglichen Magnetpolposition unter Verwendung einer magnetischen Sättigung, und eine zweite Starteinheit (7) zum Durchführen einer Verarbeitung zum Schätzen einer anfänglichen Geschwindigkeit und einer anfänglichen Magnetpolposition unter Verwendung einer induzierten Spannung, und wobei jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) eine Motorsteuereinheit (8) zum Durchführen einer Verarbeitung zum Antreiben des Synchronmotors (2) mit einem Drehmomentsteuerbefehl, der unter Verwendung von einer von der anfänglichen Magnetpolposition, die von der ersten Starteinheit (6) geschätzten ist, und der anfänglichen Geschwindigkeit und der anfänglichen Magnetpolposition, die durch die zweite Starteinheit (7) geschätzt werden, als ein anfänglicher Wert erzeugt wird.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei, in einem Fall, bei dem der Betriebsbefehl eingegeben wird, jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) die erste Starteinheit (6) betreibt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der erste Bestimmungswert ist, und die zweite Starteinheit (7) betreibt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich dem ersten Bestimmungswert ist.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei, in einem Fall, bei dem der Betriebsbefehl nicht eingegeben wird, jede der Leistungswandlungseinrichtungen (1) die zweite Starteinheit (7) betreibt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich dem zweiten Bestimmungswert ist, und die Schaltsteuerung für die Leistungswandlungseinheit (3) stoppt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der erste Bestimmungswert ist.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Bestimmungswert in Abhängigkeit von einer Zwischenverbindungsspannung (EFC) von jeder der Leistungswandlungseinrichtungen (1) angepasst wird.
Elektrofahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Bestimmungswert in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Magneten in dem Synchronmotor (2) angepasst wird.