JP2005204491A - 電気車の制御装置及び車両の制御装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
車輪の空転量を最小限に抑制できる電気車の制御装置を実現する。
【解決手段】
本発明の電気車の制御装置は、クリープ速度指令に対する推定接線力の傾きが予め定めた正の閾値より大きい場合または電動機のトルクが外部から制御装置に与えられる駆動力指令より大きい場合には、電動機のトルクと駆動力指令が一致するようにクリープ速度指令を制御し、傾きが予め定めた負の閾値より小さい場合には、クリープ速度指令を減少させ、それ以外の場合は、前記推定粘着力が最大となるクリープ速度指令を含む予め定められた幅でクリープ速度指令を操作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軌道を走行する電気車及び車両の制御装置と該制御装置を搭載した電気車及び車両に関する。

鉄道車輌では、鉄の車輪とレールの粘着によって駆動力を得るが、特に雨天時などにより粘着係数が低下した場合は、車輪が空転する場合がある。車輪が空転すると駆動力が大幅に低下するため、車輪の空転を抑制しながら、なるべく大きな駆動力を得る必要がある。

これに対し、空転を抑制する方法として、特許文献１がある。特許文献１では、電動機の回転速度の微分値が判定値よりも大きくなったことにより空転を検知し、トルクを減少させることにより、車輪の空転を抑制している。

特開２００２−３４５１０８号公報

特許文献１に記載の装置では、車輪の空転量が増加した後にトルクを減少させるため、空転量が大きくなる問題がある。

本発明の目的は、車輪の空転量を最小限に抑制できる電気車の制御装置を実現することである。

本発明による電気車及び車両の制御装置は、クリープ速度指令と車両速度から求めた基準速度と、電動機の回転速度の差により電動機のトルクを制御し、クリープ速度指令に対する推定接線力の傾きに基づき、傾きが予め定められた正の閾値より大きい場合または電動機のトルクが外部から制御装置に与えられる駆動力指令より大きい場合には、電動機のトルクと駆動力指令が一致するようにクリープ速度指令を制御し、傾きが予め定められた負の閾値より小さい場合には、クリープ速度指令を減少させ、それ以外の場合には、前記推定粘着力が最大となるクリープ速度指令を含む予め定められた幅でクリープ速度指令を操作する。

本発明によれば、車輪の空転を効果的に抑制できる電気車及び車両の制御装置を実現できる。

以下本発明の詳細を図面を引用しながら説明する。

本発明の実施例を図１から図６を用いて説明する。

図１は本発明の実施例の構成を示す。図１において、１は架線、２は軌道、３は集電器、４及び７は車輪、５は受電リアクトル、６は電動機、８及び９は速度センサ、１００は電気車の制御装置である。なお、本実施例では電気車の制御装置及び電動機が１個の場合を示しているが、制御装置や電動機が複数個搭載された場合や、さらに複数の電気車が連結された構成であっても同様である。

架線１及び軌道２により供給される直流電力を、集電器３及び車輪４で受電し、受電リアクトル５を介して制御装置１００に供給する。制御装置１００では、直流電圧を可変周波数可変電圧の交流電圧に変換し、電動機６に加える。さらに、電動機６により、車輪７を駆動することにより、電気車の駆動を行う。また、速度センサ８は電動機６の回転速度ωｒを、速度センサ９は、車輪４の速度を検出し車両の速度を電動機６の回転速度に換算した車両速度ωｔを、それぞれ制御装置１００に対して出力する。

制御装置１００は、フィルタコンデンサ１０１、電力変換器であるインバータ１０２、粘着力推定部１０３、制御選択器１０４、切替器１０５、加算器１０６、減算器１０７、係数器１０８、ベクトル制御部１０９、ＰＷＭ制御部１１０、粘着時制御部２００、空転時制御部３００、及び探索時制御部４００で構成される。

フィルタコンデンサ１０１は、受電リアクトル５と共に受電フィルタを構成し、架線１と軌道２の間の電圧に含まれるノイズ成分を除去すると共にインバータ１０２で発生するノイズ電流が架線１や軌道２に流れることを抑制する。インバータ１０２では、ＰＷＭ制御部１１０の出力に従い、具備するＩＧＢＴなどの電力半導体スイッチング素子をオンオフすることにより、直流電圧を交流電圧に変換する。

次に切替器１０５は、制御選択器１０４の選択信号Ｓ１に基づき、粘着時制御部２００の出力である第１のクリープ速度指令ωcr１、空転時制御部３００の出力である第２のクリープ速度指令ωcr２、及び探索時制御部４００の出力である第３のクリープ速度指令ωcr３の中から１つを選択し、第４のクリープ速度指令ωcr４を出力する。加算器１０６では、第４のクリープ速度指令ωcr４と速度センサ９の出力である車両速度ωｔを加算し、基準速度ωrefを出力する。減算器１０７では、基準速度ωrefから速度センサ８の出力である回転速度ωｒを減算し、係数器１０８では減算器１０７の出力に制御ゲインＫｐを乗算して第２のトルク指令Ｔ２を出力する。

ベクトル制御部１０９では、第１のトルク指令Ｔ１を電動機６のトルクの上限として、第２のトルク指令Ｔ２と電動機６のトルクが一致するように電圧指令Ｖ* を操作する。ＰＷＭ制御部１１０では、電圧指令Ｖ* に基づきパルス幅変調（以下、ＰＷＭと略す。）を行う。粘着力推定部１０３では、電動機６の出力するトルクから電動機６及び車輪４を加速するために必要なトルクを減算し、車輪とレール間の粘着力を電動機軸換算した粘着トルクを推定している。具体的には、数式（１）に基づき、第２のトルク指令Ｔ２と回転速度ωｒから推定粘着トルクＴ＾を演算する。

なお、数式（１）でＴobは推定応答を決める時定数、Ｊｗは電動機６及び車輪４の電動機６の軸換算での慣性モーメント、ｓは微分演算子である。制御選択器１０４に関しては後述する。

粘着時制御部２００は、係数器２０１、減算器２０２、加算器２０３、及び制御器２０４で構成される。係数器２０１では、運転士の操作あるいは自動運転装置により制御装置に指令される第１のトルク指令Ｔ１に係数器１０８のゲインＫｐの逆数を乗算し、加算器２０３では、係数器２０１の出力と制御器２０４の出力と加算して第１のクリープ速度指令ωcr１を出力する。減算器２０２では、第１のトルク指令Ｔ１と第２のトルク指令Ｔ２の差を求め、制御器２０４へ出力する。制御器２０４は、第１のトルク指令Ｔ１と第２のトルク指令Ｔ２の差に基づき、比例積分制御を行う。

空転時制御部３００は、減少率設定器３０１、及び積分器３０２で構成される。減少率設定器３０１には、単位時間に第２のクリープ速度指令ωcr２を減少させる割合が設定され、これを積分器３０２に入力し、第２のクリープ速度指令ωcr２を減少させる。

探索時制御部４００は、増加率設定器４０１、減少率設定器４０２、切替器４０３、積分器４０４、及び最大粘着力探索部４０５で構成される。増加率設定器４０１には、単位時間に第３のクリープ速度指令ωcr３を増加させる割合が設定され、減少率設定器４０２には、単位時間に第３のクリープ速度指令ωcr３を減少させる割合が設定され、最大粘着力探索部４０５の出力に基づき切替器４０３が積分器４０４への入力を切り替えることにより、積分器４０４の出力である第３のクリープ速度指令ωcr３を増加あるいは減少させる。なお、最大粘着力探索器４０５については、後述する。

図２に車両の速度に相当する車両速度ωｔと回転速度ωｒの差であるクリープ速度ωcrに対する第２のトルク指令Ｔ２及び粘着トルクＴadmの関係を示す。粘着トルクＴadmは、車輪７と軌道２の間に働く粘着力、すなわち車両を駆動する力を電動機６の軸でのトルクに換算した値である。粘着トルクＴadm は、クリープ速度ωcrがゼロの場合は粘着トルクＴadmがゼロであり、クリープ速度ωcrが増加すると、はじめ、粘着トルクＴadmは増加し、臨界速度ωcrmaxで粘着トルクＴadmは最大粘着トルクＴmaxとなり、クリープ速度ωcrが臨界速度ωcrmaxを超えると粘着トルクＴadmは減少する。なお、最大粘着トルクＴmaxと臨界速度ωcrmaxは走行条件により変化する。

クリープ速度ωcrに対する粘着トルクＴadm の傾きにより、粘着状態、空転状態、及び探索状態に分けて制御を行う。粘着状態は傾きが正である場合、空転状態は傾きが負である状態、探索状態は傾きが０近傍である。

制御選択器１０４では、第１のトルク指令Ｔ１、第４のクリープ速度指令ωcr４、及び推定粘着トルクＴ＾から上記の３状態を検出し、制御切替器１０５が状態に応じて制御を切り替える。

はじめに、第４のクリープ速度指令ωcr４と実際のクリープ速度ωcrの関係を説明する。第２のトルク指令Ｔ２は、基準速度ωref と回転速度ωｒの差に比例して制御されるため、第４のクリープ速度指令ωcr４とクリープ速度ωcrの差に比例する。よって、図２の１点鎖線で示す特性である。第２のトルク指令Ｔ２は、粘着トルクＴadm と車輪７を加速するために必要なトルクの和が一致する。

また、車両重量に対応する電動機６の軸換算のイナーシャが車輪７のイナーシャより大きく、車両の加速に対応して車輪７を加速するために必要なトルクはほぼ無視できる。よって、図２で粘着トルクＴadm の特性と第２のトルク指令Ｔ２の特性との交点近傍で動作することになる。よって、第４のクリープ速度指令ωcr４が増加すると、実際のクリープ速度ωcrも増加する。

このため、第４のクリープ速度指令ωcr４に対する推定粘着トルクＴ＾の傾きが予め定められた正の閾値よりも大きい場合、または第２のトルク指令Ｔ２が第１のトルク指令Ｔ１以上である場合は粘着状態と判定し、傾きが予め定められた負の閾値よりも小さい場合は空転状態と判定し、傾きが正の閾値以下かつ負の閾値以上の場合は探索状態と判定する。この判定結果に基づき、制御選択器１０４は選択信号Ｓ１を出力する。

次に粘着状態での制御方法について説明する。車輪７と軌道２の粘着状態が良好で、最大粘着トルクＴmax が第１のトルク指令Ｔ１以上である場合は、粘着状態で制御を行う。粘着状態の場合、制御切替器１０５は、第１のクリープ速度指令ωcr１を選択して第４のクリープ速度指令として出力する。第１のクリープ速度指令ωcr１を出力する粘着時制御部２００では、第１のトルク指令Ｔ１と第２のトルク指令Ｔ２が一致するように制御が行われる。第２のトルク指令Ｔ２が第１のトルク指令Ｔ１より大きい場合は、減算器２０２の出力が負となり、制御器２０４の出力、第１のクリープ速度指令ωcr１、第４のクリープ速度指令ωcr４、及び基準速度ωref が減少し、第２のトルク指令Ｔ２が減少し、第１のトルク指令Ｔ１に近づく。

また、第２のトルク指令Ｔ２が第１のトルク指令Ｔ１より小さい場合にも同様に、第２のトルク指令Ｔ２は第１のトルク指令Ｔ１に近づく。よって、第１のトルク指令Ｔ１と第２のトルク指令Ｔ２は一致するように制御される。また、第１のトルク指令Ｔ１が急変した場合には、係数器２０１の出力により第２のトルク指令Ｔ２がフィードフォワードで制御されるため、高い応答性が実現できる。なお、このとき第４のクリープ速度指令ωcr４に対する推定粘着トルクＴ＾の傾きは正の閾値以上である。

この状態で、車輪７と軌道２の粘着状態が降雨等で悪化した場合を説明する。粘着トルクＴadmの特性は、図３に示すように特性Ａから特性Ｂへ変化する。特性Ｂでは、最大粘着トルクＴmaxが第１のトルク指令Ｔ１より小さいため、第２のトルク指令Ｔ２は最大粘着トルクＴmax近傍に制御される必要がある。

粘着トルクＴadm の特性が特性Ａから特性Ｂに変化すると、第２のトルク指令Ｔ２が粘着トルクＴadm より大きくなるため、車輪７の回転速度ωｒが増加し、クリープ速度ωcrは、特性Ｂと第２のトルク指令Ｔ２の特性の交点まで増加する。このとき、第２のトルク指令Ｔ２の特性がクリープ速度ωcrに対して負の傾きを持つため、クリープ速度ωcrの増加に合わせて電動機６のトルクが減少するため、クリープ速度ωcrが過大になることすなわち大きな空転を抑制できる。

特性Ｂと第２のトルク指令Ｔ２の特性の交点で運転している状態では、第２のトルク指令Ｔ２が第１のトルク指令Ｔ１より小さいため、第４のクリープ速度指令ωcr４が増加する。このとき、粘着トルクＴadm 及び推定粘着トルクＴ＾が減少するため、第４のクリープ速度指令ωcr４に対する推定粘着トルクＴ＾の傾きが負の値となるため、制御選択器１０４が空転状態を検知し、制御切替器１０５は、第２のクリープ速度指令ωcr２を選択して第４のクリープ速度指令ωcr４として出力する。制御切替器１０５が切り替わる際には、第２のクリープ速度指令ωcr２が直前の第４のクリープ速度指令ωcr４と一致するように積分器３０２が初期化される。

第２のクリープ速度指令ωcr２を出力する空転時制御部３００では、減少率設定器３０１の値により第４のクリープ速度指令ωcr４を減少させるため、クリープ速度ωcrは臨界速度ωcrmaxに近づく。この様子を図４に示す。

クリープ速度ωcrが臨界速度ωcrmax に近づくと、第４のクリープ速度指令ωcr４に対する推定粘着トルクＴ＾の傾きが増加して、０に近づく。これにより、制御選択器１０４が探索状態を検知して、制御切替器１０５は、第３のクリープ速度指令ωcr３を選択して第４のクリープ速度指令ωcr４として出力する。制御切替器１０５が切り替わる際には、第３のクリープ速度指令ωcr３が直前の第４のクリープ速度指令ωcr４と一致するように積分器４０４が初期化される。

第３のクリープ速度指令ωcr３を出力する探索時制御部４００では、クリープ速度ωcrが推定粘着トルクＴ＾が最大となる臨界速度ωcrmax に対応する第４のクリープ速度指令ωcr４の近傍で第４のクリープ速度指令ωcr４を変化させて、粘着トルクＴadm が最大となる動作点近傍になるように運転を行う。

最大粘着力探索部４０５の動作を図５を用いて説明する。最大粘着力探索部４０５は、増加状態と減少状態の２つの状態を持つ。増加状態では、切替器４０３が増加率設定器４０１の出力を積分器４０４に入力し、第３のクリープ速度指令ωcr３を増加させる。一方、減少状態では、減少率設定器４０２の出力を積分器４０４に入力し、第３のクリープ速度指令ωcr３を減少させる。

粘着状態から探索状態に遷移した場合の初期状態は増加状態であり、空転状態から遷移した場合の初期状態は減少状態である。増加状態で、第４のクリープ速度指令ωcr４が後述する臨界クリープ速度指令ωcr４max と予め設定された探索幅ωｗの和以上になると、減少状態に遷移する。また、減少状態で第４のクリープ速度指令ωcr４が臨界クリープ速度指令ωcr４maxと探索幅ωｗの差以下になると、増加状態に遷移する。

次に臨界クリープ速度指令ωcr４max の演算方法を説明する。粘着状態または空転状態から探索状態に遷移した場合、または増加状態と減少状態の間で遷移が発生した場合には、臨界クリープ速度ωcr４max を第４のクリープ速度指令ωcr４で初期化し、さらに最大推定粘着トルクＴadmmaxを推定粘着トルクＴadm で初期化する。その後、推定粘着トルクＴadmが最大推定粘着トルクＴadmmaxより大きい場合は、臨界クリープ速度ωcr４maxを第４のクリープ速度指令ωcr４で更新し、最大推定粘着トルクＴadmmaxを推定粘着トルクＴadmで更新する。これにより、最大推定粘着トルクＴadmmax に、当該状態での推定粘着トルクＴadmの最大値が格納され、臨界クリープ速度ωcr４maxには、そのときの第４のクリープ速度指令ωcr４が格納される。

次に探索状態での第４のクリープ速度指令ωcr４、推定粘着トルクＴ＾、臨界クリープ速度ωcr４max、及び最大推定粘着トルクＴadmmax の具体的な動作を図６を用いて説明する。空転状態から探索状態に遷移した場合、初期状態は減少状態であり、このときの第４のクリープ速度指令はωcr４(ｔ０)、推定粘着トルクはＴ＾(ｔ０)とすると、臨界クリープ速度ωcr４maxはω(ｔ０)で、最大推定粘着トルクＴadmmax はＴ＾(ｔ０)で初期化される。状態が減少状態であるため、減少率設定器４０２が選択され、第４のクリープ速度指令ωcr４は減少する。

このとき、推定粘着トルクＴ＾は増加していくため、臨界クリープ速度ωcr４max 、及び最大推定粘着トルクＴadmmaxは逐次更新されていく。第４のクリープ速度指令ωcr４が減少を続け、ωcr４(ｔ１)を超えると推定粘着トルクＴ＾はＴ＾(ｔ１)をピークに減少を始める。このとき、臨界クリープ速度ωcr４max及び最大推定粘着トルクＴadmmax は更新されなくなり、それぞれωcr４(ｔ１)及びＴ＾(ｔ１)に保持される。

第４のクリープ速度指令ωcr４がさらに減少を続け、ωcr４(ｔ１)より探索幅ωｗだけ小さいωcr４(ｔ２)に達するとωcr４＜＝ωcr４max−ωｗ の条件を満たすため、増加状態に遷移する。増加状態に遷移すると、第４のクリープ速度指令ωcr４は増加し、同様に動作により、第４のクリープ速度指令ωcr４がωcr４(ｔ１)より探索幅ωｗだけ大きいωcr４(ｔ３)で減少状態に再び遷移する。これを繰り返すことにより、第４のクリープ速度指令ωcr４は推定粘着トルクＴ＾が最大値になるωcr４(ｔ１)から±ωｗの範囲に制御される。

これにより、粘着状態が悪化した場合であっても、高い駆動力を実現できる。

また、第４のクリープ速度指令を変化させているため、第４のクリープ速度指令ωcr４に対する推定粘着トルクＴ＾の傾きを検知できるため、粘着状態の変化した場合も制御選択器１０４は適切に対応できる。

さらに、粘着状態が良好な状態に変化し、第２のトルク指令Ｔ２が第１のトルク指令Ｔ１よりも大きくなった場合は、制御選択器１０４は粘着状態に遷移し、第１のクリープ速度指令ωcr１が第４のクリープ速度指令ωcr４になり、第１のトルク指令Ｔ１と第２のトルク指令Ｔ２が一致するように制御される。また、粘着状態に遷移する時は、第１のクリープ速度指令ωcr１が直前の第４のクリープ指令ωcr４に一致するように制御器２０４が初期化される。

これにより、粘着状態が良好になった場合は、第１のトルク指令Ｔ１と電動機６の発生トルクが一致するように制御される。

以上説明したように、本発明による車両の制御装置は、駆動力指令に基づき指令トルクを演算する手段と、該指令トルクに基づき車両の車輪を駆動する電動機のトルクを制御する手段とを具備し、駆動する車輪の踏面の接線力を推定し推定粘着力を求める粘着力推定手段と、前記駆動力指令値を超えない範囲で前記推定粘着力が最大となるように基準速度を演算する基準速度演算手段と、該基準速度と前記電動機の回転速度を検出する回転速度の差に基づき指令トルクを求めるトルク指令演算手段とを備え、車輪の空転を効果的に抑制できる。

本実施例について、図７を用いて説明する。なお、図７では、図１と同じ構成要素には、同一の符号を付けてあるのでそれらの説明は省略する。

図７は、本発明を電気式ディーゼル機関車に適用した場合である。図７において、７０１は内燃機関であるディーゼルエンジン、７０２は発電機、７０３は整流器である。ディーゼルエンジン７０１を駆動源として、発電機７０２を駆動することにより発電を行い、発電機７０２が発生する電力を整流器７０３で整流することにより、直流に変換し、インバータ１０２に供給する。

図７に示す構成の本実施例は、インバータ１０２への直流電力の供給方法が実施例１と異なるだけであるので、車輪の空転が発生した場合、先に説明した実施例１と同様の制御を行うことによって、車輪の空転を効果的に抑制できる。

本実施例について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の制御装置が連結された複数の単位車両にそれぞれ搭載された場合を示す。なお、図１と同様の構成要素は、図１と同じ符号に、連結された車両の１両目は添え字ａを、２両目は添え字ｂを、３両目は添え字ｃを、４両目には添え字ｄをそれぞれ付して表記し、実施例１と重複する説明を省く。なお、以下の説明では４両の車両を連結した場合を説明するが、２両以上の車両を連結した場合も同様であることは説明するまでもない。また、各車両は実施例１に示したような電気車であっても良いし、実施例２に示したような電気式ディーゼル機関車であっても良い。

図８において、８０１は車両速度演算装置、８０２は端末装置、８０３は情報伝送ライン、８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄは各車両の端末装置である。なお、制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに直流電圧を供給する手段は実施例１や実施例２と同様であり、図８では記載を省略してある。ここで、情報伝送ラインは、同軸ケーブル等の電線や、光ファイバーのような光伝送手段の何れであってもよい。

各車両の速度センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからの信号が、各車両の制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに入力され、各制御装置が駆動する車両の車輪の回転速度ωra、ωrb、ωrc、ωrdは各車両の端末装置８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄから情報伝送ライン８０３を通じて、車両速度演算装置８０１が接続している端末装置８０２に伝送される。端末装置８０２は各車両の車輪の回転速度ωra、ωrb、ωrc、ωrdを車両速度演算装置８０１に送る。車両速度演算装置８０１では、後述する処理により車両速度ωｔを演算し、端末装置８０２、情報伝送ライン８０３、各車両の端末装置８０４を経て、各車両の制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに伝送される。各車両の制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄでは、伝送された車両速度ωｔに基づいて、電動機６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを制御する。なお、本実施例では、車両速度演算装置８０１が少なくとも車両の運転士が乗車し運転している車両に搭載されていれば良い。

次に図９を用いて、車両速度演算装置８０１の処理内容を説明する。図９において、９０１と９０３とは最小値演算部、９０２はローパスフィルタである。最小値演算部９０１では、各車両の車輪の回転速度ωra、ωrb、ωrc、ωrdが端末装置８０２から入力され、第１の最小値ωmin１ が出力される。ローパスフィルタ９０２では第１の最小値ωmin１の高周波成分を遮断して第２の最小値ωmin２を演算する。さらに、最小値演算部９０３では、第１の最小値ωmin１と第２の最小値ωmin２のうち小さい値を車両速度ωｔとして、端末装置８０２に出力する。

車両速度演算装置８０１の動作を説明する。各車輪が空転していない状態では、各車両の車輪の回転速度ωra、ωrb、ωrc、ωrdは同じか、ほぼ同じ値であり、実際の車両速度に同じか、ほぼ一致する。ここで、各車両の車輪は製造時の車輪径の公差を伴い、その値は例えば、車輪径８００ｍｍに対して±６ｍｍ以内の値であって±１％以内であるので、前記車両の回転速度も各車輪が空転していなくとも±１％以内の偏差がある。以下、本明細書では回転速度が、ほぼ同じ、ほぼ一致するとは、回転速度が±１％以内になっていることを意味する。

このとき、第１の最小値ωmin１は各車両の車輪の回転速度ωra、ωrb、ωrc、ωrdいずれかであるため、実際の車両速度に一致あるいは、ほぼ一致する。また、第１の最小値ωmin１に空転時のような急激な増加がないため、第２の最小値ωmin２も実際の車両速度に一致あるいは、ほぼ一致する。よって、第１の最小値ωmin１あるいは第２の最小値ωmin２のいずれかである車両速度ωｔも、実際の車両速度に一致あるいは、ほぼ一致する。

次に一部の車両に空転が発生した場合を説明する。この場合には、空転した車両の車輪の回転速度は、空転していない車両の車輪の回転速度よりも大きくなるので、最小値演算部９０１では空転していない車両の車輪の回転速度を、第１の最小値ωmin１ として出力する。この後は前述した空転していない状態と同様の動作によって、車両速度ωｔも実際の車両速度に一致あるいは、ほぼ一致する。

次に全ての車両に空転が発生した場合には、最小値演算部９０１が出力する第１の最小値ωmin１ も空転した車輪の回転速度であるため、実際の車両速度よりも大きくなる。この場合には第１の最小値ωmin１ が車輪が空転していない通常よりも急激に増加する。一方、第２の最小値ωmin２はローパスフィルタの働きにより急激な増加が抑制されるため、実際の車両速度に近い値となり、また、第１の最小値ωmin１ より小さい値となるので、第２の最小値ωmin２ が車両速度ωｔとして出力されるため、車両速度ωｔも実際の車両速度にほぼ一致する。さらに、車輪の空転が、各車両の制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの作用により抑制されると、第１の最小値ωmin１ が実際の車両速度に再び一致する。このときは、第１の最小値ωmin１が第２の最小値ωmin２より小さくなるため、車両速度ωｔは第１の最小値ωmin１ に一致し、実際の車両速度にも一致あるいは、ほぼ一致する。

このように、本実施例によれば、各制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに対して、車両速度が検知するための速度センサ９を別に設けることなく、車輪の空転を効果的に抑制できる。

また、本実施例では独立した車両速度演算装置８０１を設けているが、各制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄそれぞれに車両速度演算装置を設け、情報伝送ライン８０３を用いて相互に回転速度情報を伝送し合うことにより、車両速度ωｔを求める構成であってもよい。この場合にも、車両速度を検知するための速度センサ９を設けることなく、車輪の空転を効果的に抑制できる電気車の制御装置を実現できる。さらに、車両速度演算装置を複数備えるため、故障に対する冗長性が高まり、信頼性を高くできる。

また、本実施例では制御装置に入力される車輪の速度センサの信号に基づき車両速度を演算しているが、図１０に示すように、情報伝送ライン８０３に端末装置１００２を介して、駆動力を発生しない車輪に取り付けられた速度センサ１００１を接続し、車両速度を各制御装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに伝送する構成であってもよい。この場合、速度センサ１００１は駆動力を発生しないため空転することがなく、車両速度を検出することが可能であり、車輪の空転を効果的に抑制できる電気車の制御装置を実現できる。また、速度センサ１００１は、車両速度を必要とする機器、例えば自動列車停止装置などと共有することも可能である。

以上説明したように、本実施例では複数の車両それぞれに制御装置を搭載し、各車両の制御装置と情報伝送手段を介して接続されていて、各車両の制御装置が出力する回転速度を入力して車両速度を演算する手段を何れかの車両に具備し、前記各車両の制御装置が、推定粘着力が最大となる値を含む範囲でクリープ速度指令値を増減させ、該クリープ速度指令と前記車両速度の和により基準速度を演算して、車輪の空転を効果的に抑制する。

実施例１の構成図。 実施例１の動作の説明図。 粘着状態が悪化した際の実施例１の第１の動作を説明する図。 粘着状態が悪化した際の実施例１の第２の動作を説明する図。 最大粘着力探索部４０５の状態遷移を説明する図。 粘着状態が悪化した際の実施例１の第３の動作を説明する図。 実施例２の構成図。 実施例３の構成図。 実施例３の車両速度演算装置の構成図。 実施例３の車両速度演算装置の別の構成図。

符号の説明

２…軌道、４、７…車輪、６…電動機、８、９…速度センサ、１００…制御装置、１０３…粘着力推定部、１０４…制御選択器、１０７…減算器、２００…粘着時制御部、３００…空転時制御部、４００…探索時制御部、７０１…ディーゼルエンジン、７０２…発電機、７０３…整流器、８０１…車両速度演算装置、８０２、８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄ…端末装置、８０３…情報伝送ライン、９０１、９０３…最小値演算部、９０２…ローパスフィルタ、ωcr４…第４のクリープ速度指令、ωｔ…車両速度、ωｒ…回転速度、ωref …基準速度、ωmin１…第１の最小値、ωmin２…第２の最小値、Ｔ２…第２のトルク指令。

Claims (10)

1. 駆動力指令に基づき電気車の車輪を駆動する電動機を制御する電気車の制御装置において、
   該電気車の制御装置が、
   前記車輪の踏面の接線力を推定し推定粘着力を求める粘着力推定部と、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記電気車の速度である車両速度を検出する車両速度検出部と、
   クリープ速度指令と前記車両速度から基準速度を演算する基準速度演算部と、
   前記クリープ速度指令に対する前記推定粘着力の傾きを演算する傾き演算部と、
   該傾きに基づき前記クリープ速度指令を演算するクリープ速度指令演算部と、
   前記基準速度と前記回転速度の差に基づき指令トルクを求めるトルク指令演算部とを具備し、
   該指令トルクに基づき前記電動機のトルクを制御することを特徴とする電気車の制御装置。
2. 請求項１に記載の電気車の制御装置において、
   前記クリープ速度指令演算部は、前記傾きが予め定められた正の閾値より大きい場合または前記指令トルクが前記駆動力指令より大きい場合には、前記駆動力指令と電動機の発生する駆動力とが一致するようにクリープ速度指令を出力し、
   前記傾きが予め定められた負の閾値より小さい場合には、クリープ速度指令を減少させ、
   前記傾きが前記正の閾値より小さくかつ負の閾値より大きい場合、もしくは前記指令トルクが前記駆動指令より小さい場合には、前記推定粘着力が最大となるクリープ速度指令を含む予め定められた幅でクリープ速度指令を操作することを特徴とする電気車の制御装置。
3. 駆動力指令に基づき指令トルクを演算する手段と、該指令トルクに基づき車両の車輪を駆動する電動機のトルクを制御する手段とを具備する車両の制御装置において、
   該車両の制御装置が、
   前記駆動する車輪の踏面の接線力を推定し推定粘着力を演算する粘着力推定部と、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記駆動力指令の値を超えない範囲で前記推定粘着力を最大にする基準速度を演算する基準速度演算部と、
   該基準速度と前記電動機の回転速度との偏差に基づいて指令トルクを演算するトルク指令演算部とを具備することを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項３に記載の車両の制御装置において、該車両の車両速度を検出または演算で求める車両速度検出部を備え、前記推定粘着力が最大となる値を含む範囲でクリープ速度指令値を増減させ、該クリープ速度指令値と前記車両速度検出部が検出または演算で求めた車両速度との和によって基準速度を演算することを特徴とする車両の制御装置。
5. 軌道を走行する車輪を駆動する電動機と、該電動機を所定の速度で駆動する制御装置とを備えた車両において、
   前記制御装置が、
   直流電圧を入力して可変周波数可変電圧の交流電圧に変換して前記電動機を駆動する電力変換器と、
   駆動力指令に基づき指令トルクを演算する手段と、
   該指令トルクに基づき車両の車輪を駆動する電動機のトルクを制御する手段とを具備し、
   前記駆動する車輪の踏面の接線力を推定し推定粘着力を演算する粘着力推定部と、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記駆動力指令の値を超えない範囲で前記推定粘着力を最大にする基準速度を演算する基準速度演算部と、
   該基準速度と前記電動機の回転速度との偏差に基づいて指令トルクを演算するトルク指令演算部とを備えることを特徴とする車両。
6. 請求項５に記載の車両において、前記車両が、前記制御装置を搭載した複数台の単位車両を連結しており、該複数台の単位車両に搭載した前記制御装置が互いに情報伝送手段を介して接続され、各単位車両に搭載した制御装置が出力する回転速度を入力して車両速度を演算し出力する車両速度演算装置を何れかの単位車両が具備し、前記各単位車両に搭載した制御装置は、前記推定粘着力が最大となる値を含む範囲でクリープ速度指令値を増減させ、該クリープ速度指令と前記車両速度の和により基準速度を演算することを特徴とする車両。
7. 請求項５に記載の車両において、前記電動機は架線から集電機を介して供給される電力を、前記電力変換器によって可変周波数可変電圧の交流電圧に変換して駆動されることを特徴とする車両の制御装置。
8. 請求項６に記載の車両において、前記電動機は架線から集電機を介して供給される電力を、前記電力変換器によって可変周波数可変電圧の交流電圧に変換して駆動されることを特徴とする車両の制御装置。
9. 請求項５に記載の車両において、前記電動機は内燃機関を駆動源とする発電機により供給される電力を電力変換器によって変換して駆動することを特徴とする車両の制御装置。
10. 請求項６に記載の車両において、前記電動機は内燃機関を駆動源とする発電機により供給される電力を電力変換器によって変換して駆動することを特徴とする車両の制御装置。
    
    

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