JP2002335602A - 電気車の制御方法および装置 - Google Patents

電気車の制御方法および装置

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JP2002335602A JP2001139499A JP2001139499A JP2002335602A JP 2002335602 A JP2002335602 A JP 2002335602A JP 2001139499 A JP2001139499 A JP 2001139499A JP 2001139499 A JP2001139499 A JP 2001139499A JP 2002335602 A JP2002335602 A JP 2002335602A
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来DC電動機駆動であった電気車が、メイン
テナンスフリーの観点からDC電源を用いたAC電動機
駆動に移行しつつある。本発明の目的は、運転者がDC
電動機駆動電気車と違和感がない運転ができること、あ
るいは運転者にとって使い勝手がよい制御が設定選択で
きる制御装置及び制御方法を提供することにある。 【解決手段】電気車の制御装置の制御手段(4)に目標
速度演算手段(20)、目標トルク演算手段(21)、
走行状態判別手段(22)を備え、目標トルク演算手段
からの目標トルク(31)及び目標速度演算手段からの
目標速度(30)のそれぞれの出力を走行状態判別手段
からのモードシグナル(mdf、32)の信号を元に切換
手段1(23)及び切換手段2(25)により切換選択
し駆動指令(12)を出力する。電動機8は駆動指令に
応じ目標速度または目標トルクが電源(17)からの電
力を電力変換手段(10)により変換供給されて駆動制
御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機により
電気車を駆動する電気車の制御に係り、特にバッテリを
用いた交流電動機駆動による電気車、例えばフォークリ
フトなどの制御方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として、特開平6−1440
4号公報(以下第1の先行技術という)がある。この公
報の記載は、制御回路の外部に切り換え選択スイッチを
設け、車両を駆動する電動機の制御方法を電動機の発生
トルクを制御するいわゆるトルク制御モードと、電動機
の回転速度を制御する速度制御モードのいずれかに選択
可能とし、必要に応じていずれかの動作モードを運転者
が切り換え選択し電気車の稼働状況に合わせて制御を行
う方法が開示されている。切り換えスイッチは手動で
「T」あるいは「N」に切り換えることの説明がなされ
ている。
【0003】また、特開平7−336808号公報(以
下第2の先行技術という)がある。この記載は、永久磁
石型同期電動機を駆動用電動機として用いている。走行
用モータの負荷がある程度安定していればコギングトル
ク等は速度変動として現れるので、速度フィードバック
制御によってトルク変動によるドライブフィーリングの
悪化を防止している。そして、同期電動機のコギングト
ルクによる車両微速域のフィーリング悪化を抑制するた
めに、微低速域では電動機を速度制御、微低速域でない
場合にはトルク制御を行うように制御を切り換える方法
について開示されている。
【0004】また、特開平11−89015号公報(以
下第3の先行技術という)がある。この記載は、産業用
車両の走行駆動装置としてアクセル操作により車両の目
標速度を決定、すなわち電動機の回転速度を決定して電
動機の速度制御を行い、産業用車両特有の進行方向切り
換え選択指示による制動、いわゆるスイッチバック制動
を行った際に目標速度を固定して急制動を行い産業用車
両としての急速な車両切り返し動作を行うという方法に
ついて開示されている。
【0005】また、特開平8−9508号公報(以下第
4の先行技術という)がある。この記載は、判別された
運転モードに応じて電力変換器を制御するものである。
その際、切り換え前後の運転モードの組み合わせよっ
て、走行モータの出力トルクが急激に変化しないように
電力変換器を制御することについて述べている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記第1の先行技術で
は、力行状態における電動機の速度制御またはトルク制
御を、外部の選択手段により選択することによって切り
換える構成となっており、電気車の稼働状況に応じて電
気車の運転者が頻繁に制御モードを選択切り換えする必
要がある。また、回生制動時における電動機の制御方法
については配慮されていない。また、前記第2の先行技
術では、いわゆる公道を走行する自動車に適したもので
はあるが、産業用車両、例えばフォークリフトトラック
のようにアクセル開度に対して一定速度で走行できるこ
とが望ましい車両については適切ではないと考えられ
る。
【0007】また前記第3の先行技術では、フォークリ
フトトラック等の制御において、アクセル指示により、
電動機を速度制御を行うものの、産業用車両特有の進行
方向切り換え選択指示による制動、いわゆるスイッチバ
ック制動を行った際にはある規定の減速力特性にて車両
を減速し、制動後はまた通常の速度制御に復帰する動作
を行うが、この制動中における運転者のアクセル指示に
よる制動力の調節については配慮されていない。また、
前記第4の先行技術では、運転モード切り換え時におけ
るトルク出力変動の抑制をおこなうことにあり、運転モ
ードに応じて駆動回路を制御する記載であります。
【0008】しかしながら、前記いずれの先行技術にお
いても、車両が坂道等で退行(ずり下がり動作)をした
場合の電動機制御の方法については、考慮されていな
い。
【0009】本発明の目的は、車両の走行条件及び運転
者の操作に応じて走行状態を自動的に判別し、走行状態
に応じて適切な電動機駆動制御方法を選択実行できるよ
うにし、運転者がフィーリングや使い勝手がよい電気車
の制御装置および制御方法を選択制御できることにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記課題は以下の手段に
よって解決することができる。
【0011】直流電源と、電気車を駆動する交流駆動電
動機と、前記直流電源により前記駆動電動機を駆動する
ための電力変換器と、前記電気車のアクセル開度検出手
段と、ブレーキ検出手段、前後進選択手段と、前記駆動
電動機の回転検出手段とを備えた電気車の制御におい
て、前記アクセル開度検出信号と前記ブレーキ検出信号
と前記前後進選択信号および前記回転検出手段からの信
号などの走行状態信号に基づいてあらかじめ複数の制御
モードを定め、前記電気車の走行時にその走行状態を判
定し、前記あらかじめ定められた複数の制御モードの中
から該当する制御モードを選択し、選択された制御モー
ドにおける所定回転速度制御の目標速度および所定トル
ク制御の目標トルクを演算し、前記運転状態に応じて選
択された制御モードにおいて前記目標値のうちの一つを
選択し、前記駆動電動機の制御をおこなうこと、により
解決することができる。
【0012】また、前記電気車の走行状態が前後進回生
制動状態あるときは、前記駆動電動機に対し前記目標値
によるトルク制御が選択されること、また、前記電気車
の走行状態が前後進力行状態あるいは前後進アンチロー
ル回生制動状態にあるとき、前記駆動電動機に対し前記
所定の目標値により所定回転速度制御が選択されるこ
と、また、前記電気車の走行状態が前後進力行状態ある
いは前後進アンチロール回生制動状態にあるとき、前記
駆動電動機に対し前記所定の目標値により所定トルク制
御が選択されること、前記所定回転速度制御は前記目標
速度と前記駆動電動機の回転速度との偏差により制動力
を制限制御すること、前記所定トルク制御は回転速度に
基づく出力トルクパターンについてアクセル開度により
演算されるトルク制限値により前記トルクを制限するこ
と、前記走行状態が坂道退行と判別したときは前記駆動
電動機を運転者の選択により前記所定のトルク制御ある
いは運転者の選択により前記所定回転速度制御をおこな
うこと、に解決することができる。
【0013】また、直流電源と、電気車を駆動する交流
駆動電動機と、前記直流電源により前記駆動電動機を駆
動するための電力変換器と、前記電気車のアクセル開度
検出手段と、ブレーキ検出手段、前後進選択手段と、前
記駆動電動機の回転検出手段とを備えた電気車の制御装
置において、前記アクセル開度検出信号と前記ブレーキ
検出信号と前記前後進選択信号および前記回転検出手段
からの信号に基づいて前記駆動電動機の目標速度を演算
する目標速度演算装置と、前記駆動電動機の目標トルク
を演算する目標トルク演算装置と、前記電気車の複数の
走行状態を判別する走行状態判別手段と、前記走行状態
判別手段により判別された走行状態に対応した制御モー
ドにおいて目標速度演算装置からの目標値あるいは前記
目標トルク演算装置からの目標値のいずれかを選択する
選択切換手段、とを備え前記駆動電動機の制御を行う制
御装置により解決することができる。
【0014】また、前記駆動電動機の制御として目標速
度演算装置からの目標値による所定回転速度制御が選択
されたとき、駆動電動機の速度帰還による速度制御演算
手段を介して伝達される指令信号により制御をおこなう
駆動電動機制御手段、を備えたこと、また、前記選択切
換手段は、目標速度演算装置からの目標値を速度制御演
算手段への目標値とするかどうかの切換手段と、速度制
御演算手段の出力側において前記速度制御演算手段の出
力信号を電動機制御手段への指令信号とするか目標トル
ク演算手段の出力信号を電動機制御手段への指令信号と
するかの切換選択手段、とを備えた制御装置により解決
することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電気車の制御
装置及び制御方法の実施例を、図を用いて説明する。
【0016】図1は本発明の、電気車の制御装置及び制
御方法の基本構成を示す図である。電気車の制御装置に
は運転者の操作意志を電気的な信号に変換するアクセル
検出手段1,ブレーキ検出手段2、前後進選択手段3が
備えられ、それらの信号は制御手段4に入力される。制
御手段4には駆動電動機に対する指令を演算する指令演
算手段5,電動機制御手段6、電動機回転演算手段7が
内包されている。駆動電動機8には回転検出手段9が備
えられており、駆動電動機8の回転数を電気的な信号の
回転数信号26に変換して制御手段4内の電動機回転演
算手段7に伝達する。
【0017】次に、制御手段4とこれを含む制御駆動全
体について簡単に説明する。電動機回転演算手段7で
は、伝達された回転信号26に基づき電動機回転速度1
1を演算し、指令演算手段5、電動機制御手段6に伝達
される。制御手段4の内部の指令演算手段5では、アク
セル検出手段1,ブレーキ検出手段2,前後進選択手段
3、電動機回転速度11の信号に基づき、駆動電動機8
が発生すべき目標駆動力としての駆動トルクτoutを演
算し、電動機制御手段6に駆動指令信号12として伝達
する。
【0018】電動機制御手段6では、駆動指令12の信
号をもとに、電力変換手段10を駆動するための駆動信
号13を生成する。電力変換手段10では、駆動信号1
3の信号をもとに駆動手段14を用いて半導体素子15
を駆動し、バッテリ電源17の電力を交流電力に変換し
て駆動電動機8に伝達し、駆動電動機8が車両を駆動す
る駆動力を発生する。駆動電動機8に供給される電流は
電流検出手段16により検出され、電動機制御手段6に
帰還する構成である。
【0019】このような構成にすることにより、駆動電
動機8の回転速度及び回転方向、運転者の運転操作の状
況を検出して、制御手段4により運転操作や車両の走行
状態を判断し、その結果に応じた駆動電動機8の駆動制
御を実行することが可能となる。また、前後進選択手段
3は前進または後進を選択するものであるが、いわゆる
シフトポジションのパーキングやニュートラルの選択が
含まれているものを用いても良い。
【0020】図2は本発明に関する電気車の制御装置及
び制御方法のうち、指令演算手段5の全体構成を示す図
である。指令演算手段5は制御手段4に内包されてお
り、指令演算手段5にはアクセル検出手段1、ブレーキ
検出手段2、前後進選択手段3の信号が入力され、回転
信号26の信号より電動機回転演算手段7にて演算され
る電動機回転速度11の信号も指令演算手段5に入力さ
れている。
【0021】指令演算手段5には、アクセル開度演算手
段18にて運転者のアクセル操作に応じたアクセルの開
度を演算し、アクセル開度信号27(ACO)を出力す
る。ブレーキ開度演算手段19では、運転者の操作によ
るブレーキ踏み込み量に応じたブレーキ開度信号28
(BRS)を演算する。演算したアクセル開度信号27
及びブレーキ開度信号28は、前後進選択信号29と電
動機回転速度11とともに目標速度演算手段20,目標
トルク演算手段21,走行状態判別手段22、のそれぞ
れに入力される。
【0022】目標速度演算手段20では、運転者の操作
によるアクセル開度信号27に基づいて車両の走行速
度、すなわち駆動電動機8が到達すべき目標回転速度信
号30(Nref)を演算する。目標トルク演算手段21
では、運転者の操作によるアクセル開度信号27に基づ
き駆動電動機8が発生すべきトルク、すなわち、目標ト
ルク31(τref)を演算する。目標速度演算手段20
及び目標トルク演算手段21のいずれの演算処理におい
ても、ブレーキ開度信号28を参照して演算するので、
信号30として表した目標速度信号Nref、または信号
31として表した目標トルクτrefは、その補正がおこ
なわれた目標値である。
【0023】ブレーキ開度信号28(BRS)と目標速
度との関係は、BRSが大きいときはNrefあるいはτr
efとも小さくなるように補正される。またBRSが比較
的小さいような場合は、前記Nref、あるいはτrefは大
きくなるように補正される。そのときの補正の量や補正
の仕方については、予め定めておいて、それにしたがっ
て、補正を行うようにすればよい。
【0024】走行状態判別手段22では、先に述べた検
出信号、すなわち、アクセル開度信号27、ブレーキ開
度信号28、前後進選択信号29および電動機回転速度
信号11に基づいて、車両がどのように走行すべきか、
あるいはどのような状態で走行しているかどうかなどの
判断をおこなう。そして、その判断結果に基づいて駆動
電動機8の制御モード信号、すなわち、図示したモード
シグナル信号32(mdf)が出力される。
【0025】モードシグナル信号32(mdf)は、先
に説明した目標速度演算手段20と目標トルク演算手段
21にもそれぞれ入力する。
【0026】目標速度演算手段20および目標トルク演
算手段21では、モードシグナル信号32(mdf)が
示す走行モードに応じた適切な目標速度指令30または
目標トルク31を、目標速度演算手段20または目標ト
ルク演算手段21のそれぞれの内部で選択切り換えをす
るように動作する。これは一律に目標速度指令30とい
っても走行モードに応じ、通常の力行時とその他のモー
ドでは目標速度が異なること、また目標トルク31にお
いては目標トルクが力行、回生のモードで異なること、
アクセル、ブレーキ等、異なる信号から生成されるこ
と、などに対応できるようにするためである。
【0027】先に演算された目標速度信号30(Nre
f)および目標トルク信号31(τref)は、まず23の
切換手段1(SL1)にそれぞれ入力する。切換手段1
のSL1では、同時に入力されるモードシグナル32の
mdfの信号に基づき切換手段1の内部の伝達経路を、図
中の切換経路A側にするか、切換経路B側にするかの選
択切換処理を行う。モードシグナル32のmdfが切換A
を選択するように指示されていた場合、すなわち、速度
制御が選択されている場合は、切換手段1では伝達経路
の切換経路Aを投入し、切換経路B側を開放とする。
【0028】この場合の動作では、目標速度30のNre
fと、目標トルク31のτref、の複数の入力のうち、目
標速度Nrefの経路側が選択されることとなり、目標速
度Nref30が切換手段1の出力として採用されるか
ら、Nrefが切換手段1の出力となる。モードシグナル
32のmdfが切換経路Bを選択するように指示されてい
た場合、切換手段1(SL1)では伝達経路の切換経路
Aを開放し、切換経路B側を投入する。この場合の動作
では、目標速度Nrefと目標トルクτrefの入力信号のう
ち、目標トルクτrefが選択されることになる。したが
って、目標トルクτrefが切換手段1の出力となる。
【0029】目標速度Nref30が切換手段A23の出
力となった場合、目標速度Nref30は速度制御演算手
段24に伝達される。速度制御演算手段24には駆動電
動機8の実回転速度11も入力され、速度制御演算手段
24内部でいわゆる速度帰還制御を行い、駆動電動機8
を所望の回転速度に制御し、速度帰還制御における演算
結果を25の切換手段2(SL2)に伝達する。この速
度制御演算手段24には、いわゆる通常の比例、積分、
微分補償制御を組み合わせた方式を用いても良いし、他
の制御方法を用いても良い。目標トルクτrefが切換手
段1の出力となった場合、目標トルク信号31τrefは
そのまま切換手段2に伝達される。
【0030】切換手段2(SL2)では、目標トルクτ
ref31および速度制御演算手段24の、複数の出力を
入力し、同時に入力するモードシグナル32(mdf)の
信号に基づいて、切換手段1と同様に伝達経路について
切換経路Aまたは切換経路Bの何れの経路を接続するか
の切換を行う。モードシグナルmdfが切換経路Aを選択
するように指示していた場合は、速度制御演算手段24
での演算結果が選択出力され、駆動指令τout12とし
て採用される。モードシグナルmdf32が切換Bを選択
するように指示していた場合は、目標トルクτref31
が選択され、駆動指令τout12として採用される。
【0031】このような構成とすることにより、アクセ
ル検出手段1、ブレーキ検出手段2,前後進検出手段
3、電動機回転速度11のそれぞれの信号に基づいて車
両がどのように走行しているか、あるいはどのように走
行すべきか、力行なのか、回生なのかを走行状態判別手
段22によって判別が可能であり、その判定結果を用い
て駆動電動機8を速度制御とするか、トルク制御とする
かの選択切換を行えるようにできる。またこの選択切換
は走行状態に応じて予め定められた制御を選択すること
と、選択された制御モードによっては運転者の好みによ
り設定切換が可能である。
【0032】図3は本発明の電気車の制御において、電
気車の走行状態に応じてあらかじめ定められた制御モー
ドおよび前記切換手段の選択経路を決める走行状態判別
手段22の判定内容を示す図である。
【0033】走行状態判別手段22には、先に述べたよ
うにアクセル検出手段1、ブレーキ検出手段2、前後進
選択手段3,電動機回転速度11が入力されている。こ
れらの信号状態の組み合わせにより、図3に示すような
車両状態の区分けと駆動電動機8の制御モードを予め定
めておく。そして、それぞれのモードに応じた制御を行
うようにする。
【0034】例えばモード2では、アクセル検出手段2
がON、つまり踏み込まれている状態で、ブレーキはO
FFなので踏まれていない状態である。そして前後進選
択手段3が前進に選択されている場合であって、モータ
回転方向が正転、つまり電動機回転速度11が正の値を
示している。すなわち、このときは普通に前進している
状態であると判断できる。したがって、車両の走行状態
は、前進力行運転と判断でき、駆動電動機8の制御モー
ドは速度制御、あるいはトルク制御のいずれかを選択し
て動作するようにする。図3では原則として速度制御が
選択される。括弧内は、場合によって選択されることを
表わしている。
【0035】この場合、速度制御またはトルク制御のい
ずれかの制御方法を選択できるのは、速度制御を用いた
場合はアクセル検出手段1の運転者の操作に応じ一定の
定速度で車両を走行させることができるため、例えばフ
ォークリフトトラックなど積載負荷や走行状況によらず
一定速度で走行したい場合には好適であるためである。
また、トルク制御を用いた場合には、例えばバッテリ式
のフォークリフトトラックななどの場合でもエンジン式
フォークリフトトラックと同様の運転操作フィーリング
が得られるため、エンジン式フォークリフトトラックか
らの乗り換え時等にも運転者に対して違和感を与えるこ
とはない。
【0036】このように運転者の好みや使用状況に応じ
た駆動電動機8の制御方法をあらかじめ用意しておい
て、駆動電動機8に対して該当する制御モードになった
場合には、駆動電動機8を適切な制御で動作させること
が可能となる。図3では速度制御を主にしたのでトルク
制御は括弧で示している。すなわち、切換手段1および
2は切換経路Aが選択されることになる。
【0037】次にモード5の場合について述べる。アク
セル検出手段1と前後進選択手段3の選択指示およびブ
レーキOFFであって、踏まれていない状態であること
は、モード2と同じである。しかし、駆動電動機8が逆
転、すなわち電動機回転速度11が負の値であることを
示している。しかし、この場合は運転者の意志によって
車両の進行方向に対し前後進選択手段3が逆方向に選択
されていて、車両に回生制動をかける操作がなされた状
態であると判断できる。このため、この時の車両状態は
後進回生で、駆動電動機8の制御モードはトルク制御と
なるように制御を実行する。切換手段1と2は、切換経
路Bが選択される。
【0038】次にモード6ではアクセル検出手段1がオ
フ状態、すなわち踏み込まれていない状態である。そし
て、駆動電動機8はいずれかの方向に回転している状態
でブレーキ検出手段2がオン、つまりブレーキが踏み込
まれている状況である。車両状態としてはブレーキ回生
となり、駆動電動機8の制御モードはトルク制御となる
ように動作する。ここで回生制動時にトルク制御を行う
のは、制動力は駆動電動機8の回転速度を制御するので
はなく、駆動電動機8によって制動力を得るための発生
トルクを制御することが車両の制動力制御になるため、
トルク制御を行うのが適切である。このときも、切換手
段1と2は経路Bが選択される。
【0039】次にモード9ではアクセル検出手段1がオ
フ、ブレーキ検出手段2がオフ、前後進選択手段3が前
進に選択されている状態である。そして、駆動電動機8
の回転方向が逆転という条件となっている。この場合に
は車両が何らかの外力、例えば坂道上で運転者の意志で
進もうとする方向(この場合は前後進選択手段3の前進
方向選択)に対して、車両が逆方向に動いている状態な
ので、電気車は坂道をずり下がっている状態であると判
断できる。この場合には坂道のずり下がりを抑制すべ
く、車両状態は後進アンチロール回生、駆動電動機8の
制御モードは速度制御あるいはトルク制御のいずれかを
選択して制御を行い、車両のずり下がりを抑制するよう
に制御を行う。
【0040】ここで制御モードが速度制御かトルク制御
のいずれかであるのは、車両を一定速度で坂道を降坂さ
せたい場合には速度制御のほうが車両ずり下がり時の車
速を一定にすることが容易である。したがって、このよ
うな要求の場合には速度制御を用いるのが望ましい。ま
た、トルク制御を採用した場合には坂道の傾斜によらず
制動力が一定となるため、運転者には機械ブレーキを掛
けているようになるから、フィーリングが自然である。
しかし、これらは運転者の好みや車両の稼働条件などに
応じて選択指示するのが望ましいために、いずれかを選
択できるようにしている。このように、走行状態判別手
段22の内部の判断によって、車両の走行状況に応じた
適切な制御方法を用いて、運転者の好みを考慮して、駆
動電動機8を駆動制御することが可能となる。図3の例
では、予め11の制御モードに分けた場合の例であっ
て、これよりも多い場合もあり、少ない場合もある。
【0041】図4は前記本発明による電気車の、走行状
態判別手段22の内容を説明するためのフローチャート
を示している。まず処理4aにてアクセル検出手段1が
踏み込み状態であるかどうかを判別し踏み込み状態であ
る場合には処理4bに進む。処理4bで前後進選択手段
3の選択方向を確認し、前進方向に選択されている場合
には処理4c、前進が選択されていない場合には処理4
dに進む。処理4cでは駆動電動機8の回転方向を判定
し、正転である場合には処理4fに進んで車両状態が前
進力行であると判断する。処理4cにおいて駆動電動機
8が逆転である場合には前後進選択手段3での選択方向
と車両の進行方向が逆であるため、この場合には処理4
eにて後進回生であると判断する。
【0042】処理4bにて進行方向選択が前進でなかっ
た場合には後進SWがONかどうかを、処理4dで再び
前後進選択手段がどちらに選択されているかを判定し、
後進に選択されている場合には処理4g、そうでない場
合には処理4jに進む。処理4jに進んだ場合には前後
進選択手段3が前進、後進いずれにも選択されていない
ということなので、この場合には駆動電動機8に駆動力
を発生させず、車両状態は惰行となる。ここで惰行運転
とは、惰行運転に入る前の制御モードを継続することで
ある。
【0043】処理4dで後進に選択されていた場合、処
理4gで電動機8の回転方向を判別する。駆動電動機8
の回転方向が逆転である場合には前後進選択手段3の選
択方向と電動機8の回転方向が一致しているので、処理
4hに進み車両状態を後進力行と判定する。また、処理
4gにおいて駆動電動機8の回転方向が逆転でなかった
場合には前後進選択手段3の選択方向と電動機8の回転
方向が逆であるため、この場合には処理4iで前進回生
であると判定する。
【0044】処理4aにおいてアクセル検出手段1が踏
み込まれていないと判断される場合には、処理4kに進
む。処理4kではブレーキ検出手段2が踏み込まれてい
るかどうかを判別し、踏み込まれている(ON)と判断
した場合は処理4l、踏み込まれていないと判断した場
合には処理4nにそれぞれ分岐する。処理4lでは駆動
電動機8の回転方向を判定し、駆動電動機8が正転であ
る場合には走行中でブレーキ検出手段2が踏み込まれて
いるということなので、処理4mにて車両状態を前進ブ
レーキ回生であると判断する。
【0045】処理4lで駆動電動機8の回転方向が正転
でない場合には処理4oに進む。処理4oでは駆動電動
機8が回転しているか停止しているかを判断し、停止し
ている場合には、車両がブレーキを踏み込まれた状態で
停止している状況なので、処理4rに進み車両状態を停
止とする。処理4oで電動機8が停止していなければ、
駆動電動機8は逆転している状態なので、車両としては
後進中であって、かつブレーキが掛けられている状態と
みなし、処理4sに進み車両状態を後進ブレーキ回生状
態と判断する。
【0046】処理4kにおいてブレーキ検出手段2が踏
み込み状態でない場合にはアクセル検出手段1もブレー
キ検出手段2も操作されていない状態である。この時は
処理4nに進み、駆動電動機8が停止しているかどうか
を判定する。処理4nで電動機8が静止していない場合
には、運転者は運転操作をしていないが車両は前進か後
進どちらかに動いている状態であると考えられるため、
処理4gに進んでアンチロール判定、いわゆる坂道退行
判定を行う(処理4gについては図5により後で述べ
る)。
【0047】処理4nで電動機8が静止していると判断
された場合は、運転者が車両を操作する意志がなく、車
両も静止している状態であると判断でき、処理4pに進
んで車両状態を停止と判断する。このような処理によっ
てアクセル検出手段1,ブレーキ検出手段2,前後進選
択手段3,電動機8の電動機回転速度11の条件をそれ
ぞれ判定することにより車両の状態を適切に判断するこ
とができる。
【0048】図5は本発明における電気車の走行状態判
別手段22のアンチロール判定内容を示すフローチャー
トで、図4の処理4gについての詳細処理フローを示し
ている。図4の処理、4gのアンチロール判定の処理
は、アクセル検出手段1がオフ状態でブレーキ検出手段
2もオフ状態、さらに駆動電動機8が停止状態でない場
合に実行される判定処理である。
【0049】まず処理5aにおいて駆動電動機8の回転
方向を判定する。回転方向が正転である場合には処理5
bに進む。そうでない場合、つまり逆転の場合には処理
5dに進む。処理5bに進んだ場合、処理5bでは前後
進選択手段3の選択指示方向を検出し、前進に選択され
ている場合には車両が前進方向に進行していて前後進選
択手段3の選択指示方向も前進である。このため、この
場合の処理は処理5cにて車両状態を、前進アクセルオ
フ回生状態と判断する。
【0050】一方、処理5bで前後進選択手段3の選択
指示が後進だった場合には処理5jに進む。処理5jで
はさらに前後進選択手段3の選択指示方向を確認し、前
後進選択手段3の指示方向が後進である場合には、車両
が前進していて駆動電動機8の回転方向が正転なので、
この場合は処理5kに進み車両状態を前進アンチロール
回生と判定する。これは車両が坂道から降坂している状
況である。前後進選択手段3の指示方向が後進でなかっ
た場合には前後進選択手段3が前進にも後進にも選択さ
れていないということになるので前後進選択手段3は中
立、すなわちニュートラルであると判断でき、この場合
には処理5lに進んで車両状態は惰行運転状態であると
判断する。
【0051】処理5aにて電動機8が逆転していた場
合、処理5dに進む。処理5dで前後進選択手段3の選
択指示方向を確認し、後進が選択されている場合には処
理5fに進んで後進アクセルオフ回生状態と判断する。
一方、処理5dにて前進が選択されている場合には処理
5gに進む。処理5gで再度前後進選択手段3の選択指
示方向を再度確認し、前進方向に選択されていれば、処
理5hに進んで車両状態を後進アンチロール回生、処理
5gにおいて、前進に選択されていなかった場合には、
前後進選択手段3は中立なので処理5iに進み、車両状
態を惰行と判断する。
【0052】このように駆動電動機8の回転方向と前後
進選択手段3の選択指示方向との比較判定により、車両
の走行状態を判断し、駆動電動機8の適切な制御モード
に切り換えをし、運転を行うことができる。
【0053】図6は本発明の電気車の、制御装置及び制
御方法における切換手段の選択方法を示すフローチャー
トを示している。前記図4及び図5にて説明した車両状
態の判別結果をもとに、まず処理6aで車両状態が前進
力行かどうかを判別する。車両状態が前進力行であれば
処理6bに進み電動機8の制御を速度制御(またはトル
ク制御)にすべく切換手段A23と切換手段B25を、
切換経路A(または切換経路B)に切り換える。この場
合切換経路Aに切り換えると速度制御となり、切換経路
Bに切り換えるとトルク制御となるように動作する。切
換経路Aまたは切換経路Bのいずれにするかは、運転者
の好みや車両の稼働状況に応じてあらかじめ走行状態検
出手段22の処理で出力するモードシグナルmdf32の
出力で決定しておけばよい。
【0054】処理6aにて車両状態が前進力行でない場
合、処理6cに進み後進力行かどうかを判別する。後進
力行である場合には処理6dに進み駆動電動機8の制御
を速度制御(またはトルク制御いずれか)にすべく切換
手段1の23と切換手段2の25を切換経路A(また
は、切換経路B)に切り換える。これは前進力行の処理
6bと同様の処理である。車両状態が後進力行でない場
合には処理6eに進む。処理6eで車両状態が前進回生
かどうか判別する。前進回生の場合は処理6fにて駆動
電動機8の制御をトルク制御にすべく切換手段1の23
と切換手段2の25を切換経路B側に切り換える。これ
により車両及び電動機8は目標トルク31に従って制御
されるようになる。
【0055】処理6eで車両状態が前進回生でないと判
断された場合には処理6gに進む。処理6gにて車両状
態が後進回生である場合にも駆動電動機8の制御をトル
ク制御にすべく切換手段1の23と切換手段2の25を
切換経路Bに切り換える。処理6gにおいて車両状態が
後進回生でないと判断された場合には処理6iに進む。
処理6iにおいて車両状態がブレーキ回生か、またはア
クセルオフ回生かどうかを判別し、車両状態がブレーキ
回生またはアクセルオフ回生に該当した場合、処理6j
に進みこの場合にも駆動電動機8の制御をトルク制御に
すべく切換手段1の23と切換手段2の25を切換経路
Bに切り換える。処理6iにて走行状態がブレーキ回生
またはアクセル回生いずれにも該当しない場合には処理
6kに進み車両状態が惰行か停止かを判別する。
【0056】処理6kにて車両状態が惰行か停止いずれ
かに該当する場合には、駆動電動機8自体が動作してい
ないので駆動電動機8の制御状態は速度制御、トルク制
御いずれであっても駆動電動機8の駆動には何ら影響が
ない。よって特に切換手段1の23と切換手段2の25
を切り換える必要がない。この場合には切換手段1の2
3と切換手段2の25は車両状態が惰行または停止とな
った場合の、前の車両状態での選択状態に保持したまま
とするようにする。処理6kにて車両状態が惰行でも停
止でもない場合には処理6mに進む。処理6mにて車両
状態がアンチロール回生かどうかを判別し、車両状態が
アンチロール回生である場合には処理6nに進む。アン
チロール回生でない場合には処理6oに進む。
【0057】処理6nに進んだ場合には、車両状態がア
ンチロール回生なので駆動電動機8の制御を速度制御ま
たはトルク制御にすべく切換手段1の23と切換手段2
の25を切換経路Bに切り換える。処理6oに進んだ場
合には車両状態がいずれの条件にも合致しない通常あり
得ないモードであるため、この場合は切換手段A23及
び切換手段B25をやはり保持状態とする。このような
処理により、車両の走行状態に応じて電動機8の制御方
法を適切に切り換えることができるようになり、電気車
にとってより良い電動機8の制御を実行することが可能
となる。
【0058】図7は本発明の電気車の制御における、動
作を示すタイムチャートである。電気車が走行するため
に前後進選択手段3が前進に選択され(図7(b))、
アクセル検出手段1が踏み込まれた場合(図7の
(a))、この時は駆動電動機8の回転速度(d)が停
止の状態からスタートするので、車両状態は前進力行と
判断される。切換手段1の23と切換手段2の25は切
換経路Aの方に切り換えられる。この動作により目標速
度演算手段20の出力の目標速度30(図7の(c))
が駆動電動機8の制御に選択されて、駆動電動機8は速
度制御が行われる。このとき目標速度(a)と実回転速
度(d)の偏差は(e)で表わされる。
【0059】そしてこの場合は速度制御モードであるか
ら、目標トルク信号はゼロであり、速度制御における電
力変換器への駆動指令信号12(τout)は同図(g)
に示す信号となる。モードシグナルmdf32は、した
がって切換経路Aを選択することになる。このため、ア
クセル検出手段1の踏み込み量(a)がそのまま目標速
度30の値(c)となり、図7の(c)、+Nrの値と
なる。この速度制御により駆動電動機8の電動機回転速
度11との速度偏差補償が電動機8の発生出力となって
電動機8は目標速度30の指示する回転速度+Nrに到
達するように加速する。
【0060】この時に目標トルク31は選択されなかっ
たので、目標トルク31は無出力状態である。加速後運
転者がアクセル検出手段1を踏み込んだまま、図7の中
の(P)点に示す点で、前後進選択手段3を後進に選択
切り換えた場合、電気車特有である駆動電動機8の回生
制動力を利用した電気制動であるスイッチバック制動を
行う走行状態となる。この時は走行状態の判定により車
両状態を前進回生と判断するので、切換手段1の23と
切換手段2の25は切換経路Bに切り換えられる。この
ことにより、駆動指令τoutは目標トルク31が選択さ
れ、駆動電動機8はトルク制御によって制御されて回生
制動力を発生し、電気車の制動を行う。この時に速度偏
差補償は無出力状態となる。車両が制動されると、やが
て電動機8の回転速度はゼロ近傍まで達する。
【0061】この状態になった場合には、次に、車両は
後進方向に進むことになるので、図7中の(Q)点にお
いて車両状態を後進力行と判断する。この時点で切換手
段1の23と切換手段2のB25は切換経路Aに切り換
えられる。この動作により駆動電動機8は再び速度制御
に切り替わり、今度は目標速度30が−Nr(図7の
(c))に向かって駆動電動機8の回転速度が速度制御
されるようになる。このような動作により力行または回
生それぞれの車両状態に応じ、速度制御またはトルク制
御を時々刻々と切り換えることができるので、車両の走
行状態に応じ適切な駆動電動機8の制御を行うことがで
きる特徴がある。
【0062】図8は、本発明の電気車における速度制御
時の、駆動電動機8の駆動特性を示す図である。駆動電
動機8を目標速度30の指令に従って速度制御している
場合には、アクセル検出手段1の踏み込み量に応じて駆
動電動機8の回転速度がN1,N2からNnまで無段階
に制御される。速度制御中、例えば回転速度N1で回転
している場合には車両の走行抵抗や負荷が変動した場合
でも駆動電動機8の最大トルクの範囲で自動的に発生ト
ルクが変化し、駆動電動機8の回転速度はN1に維持さ
れるように動作して、車両は一定速度で走行することが
可能となる。また、車両の走行抵抗Rsは図中で示すよ
うに電動機8の回転速度に対してほぼ一定の傾斜で、比
例的推移を示す特性である。
【0063】この走行抵抗Rsは走行勾配によって変化
するものであり、図8中の走行抵抗Rsは平坦路走行相
当の抵抗を表した概念図である。この走行抵抗Rsの特
性曲線は目標速度30の特性(図8中のN1、N2・・
・Nnで示す垂直の直線特性)に対して走行抵抗曲線R
sが交差する特性であるため、走行抵抗Rsによらず目
標速度30を決めて駆動電動機8を速度制御すれば、車
両の走行速度は安定に一定走行で走行することができる
こととなる。すなわち、目標速度30がNnであった場
合、走行抵抗Rsの曲線との交点は平衡点Sとなり、そ
の時の必要駆動力が自動的に調整されて車両は速度Nn
で走行できるように動作するのである。
【0064】図9は本発明の電気車の制御におけるトル
ク制御時の駆動電動機8の駆動特性を示す図である。
【0065】駆動電動機8をトルク制御した場合には、
アクセル検出手段1の踏み込み量に応じて駆動電動機8
の発生トルクが図中のT1、T2からTnまで無段階に
変化する。このため回生制動などの、アクセル検出手段
1の踏み込み量に応じて車両の制動力を変化させたい場
合には、トルク制御を用いることにより制動力である駆
動電動機8の発生トルクが変化するので、制動力の調節
が容易となる。この場合には車両の走行抵抗Rsの特性
曲線に対しトルク特性が並行に近い特性となり、アクセ
ル検出手段1が微少開度、例えば図9中の特性Tnのよ
うな小さいトルク特性であってもトルク特性と走行抵抗
Rsが平衡点Pで交差してしまい、一定速度での走行が
難しくなる。このために車両をアクセル検出手段1の指
示によって一定速度で走行させたい場合には図8で述べ
た速度制御を用いることが望ましい。
【0066】このように駆動電動機8を速度制御または
トルク制御のいずれかの、車両状態に応じた制御を用い
ることによって電気車を運転者が運転しやすいように動
作させることができる。
【0067】図10は本発明の電気車の制御装置及び制
御方法における目標トルク演算手段21(図2の21)
の実施例を示す図である。駆動電動機回転速度11とア
クセル開度27の信号をもとに、電動機回転速度11の
値からブロック10aにて基本となるトルクパターンを
発生する。このパターンは駆動電動機8が電動機回転速
度11に対して発生可能な最大のトルクをあらかじめ設
定しておいて、電動機回転速度11に応じて演算抽出す
るものである。決まったパターンのテーブルやマップを
準備しても良いし、関数式による演算で求めても良い。
【0068】アクセル開度27からはブロック10cに
てアクセル開度27に応じたリミッタ値を計算する。ト
ルクパターンとリミッタ値はブロック10bに伝達さ
れ、ブロック10bにてトルクパターンの値をリミッタ
値でリミットする処理を行う。ブロック10cで生成す
るリミッタ値は、電動機回転速度11によっても補正す
るようにする。これは電動機の回転数によって電動機が
出力できるトルクが変化するため(一般的に電動機の回
転数が上昇するほど出力トルクは低下する)、ある任意
の電動機回転数の時の最大のトルクが、アクセル開度1
00%に対応するようなリミッタ値とすることが望まし
いためである。
【0069】この処理により駆動電動機8の電動機回転
速度11に応じた最大の発生可能トルクをアクセル開度
27に応じたリミッタ値で制限する動作となり、アクセ
ル開度27に応じた目標トルク31を得ることができ
る。その後、切換手段1の23と切換手段2の25のそ
れぞれの切換手段について、切換経路Bの経路を通じて
駆動指令τout12が生成される。このようにして駆動
電動機8の発生トルクをアクセル開度27及び電動機回
転速度11に従って制御することができる。
【0070】また、この目標トルク31の発生方法は図
10で述べた方法を用いても良いし、電動機回転速度1
1に応じた最大トルクのパターン値をアクセル開度27
の開度100%に対する比率で補償演算する方法で求め
ても良い。
【0071】図11は本発明の電気車の制御における目
標速度演算手段20(図2の20)の実施例を示してい
る。目標速度演算手段20にはブロック11a、ブロッ
ク11b、ブロック11cの処理を内包しており、アク
セル開度27の信号をもとにブロック11aにてアクセ
ル開度27に応じた目標速度Nref30を演算する。こ
の目標速度Nref30はアクセル開度27の値が100
%、すなわちアクセル全開時に車両が最高速度で走行す
るべき値に設定することが妥当である。アクセル開度2
7からは同時にアクセル開度27に応じたリミッタ値も
計算する。
【0072】なお、ブロック11cで生成するリミッタ
値は、電動機回転速度11によっても補正するようにす
る。これは電動機の回転数によって電動機が出力できる
トルクが変化するため(一般的に電動機の回転数が上昇
するほど出力トルクは低下する)、ある任意の電動機回
転数時の最大のトルクがアクセル開度100%に対応す
るようなリミッタ値とすることが望ましいためである。
【0073】目標速度Nref30は、切換手段1の23
の、切換経路Aの経路を通じて速度制御演算手段24に
伝達され、電動機回転速度11との偏差を元に速度偏差
補償を演算しブロック11cへ伝達する。この速度制御
演算はいわゆる通常の比例、積分、微分制御を組み合わ
せたものでも良い。ブロック11cにはリミッタ値も入
力し、ブロック11cにおいて速度補償の値をリミッタ
値で制限する処理を行う。制限した結果を、切換手段2
の25の切換経路Bを通じて出力し、駆動指令τout1
2を生成する。
【0074】このような構成にすることにより、通常の
速度帰還方式によって速度制御演算を行っているとき
に、回生制動を行う場合には、前後進選択手段3の選択
指示方向を電動機8の回転方向と逆に選択するために、
目標速度31は前後進選択手段3の切換前の目標速度3
1に対し符号が逆となる状態となり、目標速度31と電
動機回転速度11の正負の符号が逆となって速度制御演
算手段の速度偏差補償の値が極大となり、アクセル開度
27で制動力を調節できなくなるが、図11に示す構成
でによれば電動機8の発生トルクをアクセル開度27に
応じて調節することが可能となり、回生制動等の動作に
おいて速度制御を用いている場合でも、アクセル開度2
7に応じた制動力の調節を行うことが可能となる。
【0075】
【発明の効果】本発明によれば交流電動機による駆動方
式であっても従来の直流電動機駆動電気車と同じような
フィーリングで電気車を運転することができるととも
に、運転者による速度制御あるいはトルク制御モードの
選択制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の、基本構成を示す図であ
る。
【図2】 図1における本発明の、指令演算手段につい
ての詳細を示す図である。
【図3】 図2における本発明の、走行状態判別手段に
よる制御モードの判断例を説明するための図である。
【図4】 図3の走行状態判別手段における処理内容を
説明するためのフローチャートである。
【図5】 図4のアンチロール処理の詳細処理を説明す
る為のフローチャート図である。
【図6】 本発明の電気車の、走行状態判別手段による
切換手段の選択方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図7】 本発明の電気車の動作例を示すタイムチャー
トである。
【図8】 本発明の電気車における速度制御時の駆動電
動機の駆動特性例を示す図である。
【図9】 本発明の電気車におけるトルク制御時の駆動
電動機の駆動特性例を示す図である。
【図10】 本発明の電気車における目標トルク演算手
段(図2の21)の実施例を示す図である。
【図11】 本発明の電気車における目標速度演算手段
20(図2の20)の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…アクセル検出手段、2…ブレーキ検出手段、3…前
後進選択手段、4…制御手段手段、5…指令演算手段、
6…電動機制御手段、7…電動機回転演算手段、8…電
動機、9…回転検出手段、10…電力変換器(手段)、
11…電動機回転速度、12(τout)…駆動指令、1
7…電源、18…アクセル開度演算手段、19…ブレー
キ開度演算手段、20…目標速度演算手段、21…目標
トルク演算手段、22…走行状態判別手段、23…切換
手段A、24…速度制御演算手段、25…切換手段B、
27…アクセル開度、28…ブレーキ開度、30(Nre
f)…目標速度、31(τref)…目標トルク、32(m
df)…モードシグナル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 琢磨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 神長 実 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Fターム(参考) 5H115 PA01 PC06 PG05 PI16 PI29 PU08 PV09 QE02 QE04 QE05 QE06 QE08 QE10 QE13 QI04 QN03 QN06 QN09 QN22 QN23 QN24 QN27 RB21 TO01 TO21 TO23 TO30 5H550 AA16 BB10 CC04 DD10 EE01 FF01 FF02 FF03 FF04 FF07 FF08 FF10 GG03 GG05 GG08 HA06 HB07 JJ03 JJ17 JJ22 JJ23 JJ24 JJ30 KK01 LL01 LL22 LL31

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電力を交流電力に変換して電気車の駆
    動用交流駆動電動機に供給制御する電気車の制御方法に
    おいて、前記電気車のアクセル開度とブレーキ踏み込み
    量と前記電気車の前後進および前記駆動用交流電動機の
    回転速度を含む前記電気車の走行状態に対応する複数の
    制御モードを予め設定し、前記電気車の走行時の走行状
    態を判定し、判定された走行状態に対応する制御モード
    を前記複数の制御モードの中から選択し、前記選択され
    た制御モードにおける所定回転速度制御の速度の目標値
    および所定トルク制御のトルクの目標値を演算し、前記
    選択された制御モードにおいて前記目標値のいずれか一
    方を選択し、前記選択された目標値に基づいて前記駆動
    用電動機を制御することを特徴とする電気車の制御方
    法。
  2. 【請求項2】前記請求項1記載において、前記電気車の
    走行状態が前後進回生制動状態あるときは、前記駆動電
    動機に対し前記目標値によるトルク制御が選択されるこ
    とを特徴とする電気車の制御方法。
  3. 【請求項3】前記請求項1の記載において、前記電気車
    の走行状態が前後進力行状態あるいは前後進アンチロー
    ル回生制動状態にあるとき、前記駆動電動機に対し前記
    所定の目標値により所定回転速度制御が選択されること
    を特徴とする電気車の制御方法。
  4. 【請求項4】前記請求項1の記載において、前記電気車
    の走行状態が前後進力行状態あるいは前後進アンチロー
    ル回生制動状態にあるとき、前記駆動電動機に対し前記
    所定の目標値により所定トルク制御が選択されることを
    特徴とする電気車の制御方法。
  5. 【請求項5】前記請求項3の記載において、前記所定回
    転速度制御は前記目標速度と前記駆動電動機の回転速度
    との偏差により制動力を制限制御することを特徴とする
    電気車の制御方法。
  6. 【請求項6】前記請求項4の記載において、前記所定ト
    ルク制御は回転速度に基づく出力トルクパターンについ
    てアクセル開度により演算されるトルク制限値により前
    記トルクを制限することを特徴とする電気車の制御方
    法。
  7. 【請求項7】前記請求項1記載において、前記走行状態
    が坂道退行と判別したときは前記駆動電動機を運転者の
    選択により前記所定のトルク制御をおこなうことを特徴
    とする電気車の制御方法。
  8. 【請求項8】前記請求項7記載において、前記走行状態
    が坂道退行と判別したときは前記駆動電動機を運転者の
    選択により前記所定回転速度制御をおこなうことを特徴
    とする電気車の制御方法。
  9. 【請求項9】直流電源と、電気車を駆動する交流駆動電
    動機と、前記直流電源により前記駆動電動機を駆動する
    ための電力変換器と、前記電気車のアクセル開度検出手
    段と、ブレーキ検出手段、前後進選択手段と、前記駆動
    電動機の回転検出手段とを備えた電気車の制御装置にお
    いて、前記アクセル開度検出信号と前記ブレーキ検出信
    号と前記前後進選択信号および前記回転検出手段からの
    信号に基づいて前記駆動電動機の目標速度を演算する目
    標速度演算装置と、前記駆動電動機の目標トルクを演算
    する目標トルク演算装置と、前記電気車の複数の走行状
    態を判別する走行状態判別手段と、前記走行状態判別手
    段により判別された走行状態に対応した制御モードにお
    いて目標速度演算装置からの目標値あるいは前記目標ト
    ルク演算装置からの目標値のいずれかを選択する選択切
    換手段、とを備え前記駆動電動機の制御をおこなうこと
    を特徴とする電気車の制御装置。
  10. 【請求項10】前記請求項9記載において、前記駆動電
    動機の制御として目標速度演算装置からの目標値による
    所定回転速度制御が選択されたとき、駆動電動機の速度
    帰還による速度制御演算手段を介して伝達される指令信
    号により制御をおこなう駆動電動機制御手段、を備えた
    ことを特徴とする電気車の制御装置。
  11. 【請求項11】前記請求項9記載において前記選択切換
    手段は、目標速度演算装置からの目標値を速度制御演算
    手段への目標値とするかどうかの切換手段と、速度制御
    演算手段の出力側において前記速度制御演算手段の出力
    信号を電動機制御手段への指令信号とするか目標トルク
    演算手段の出力信号を電動機制御手段への指令信号とす
    るかの切換選択手段、とを備えたことを特徴とする電気
    車の制御装置。
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