JP2010028982A - 電気車制御方法及び電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムに変化する軸重移動量を動的に考慮したトルク制御の実現。
【解決手段】トルク指令演算器２００から出力されるトルクパタン指令τ_ｅｎ ^＊は、動的軸重移動補償制御器７００による動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊と、再粘着制御器４００による再粘着指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊との分だけ引き下げられたインバータトルク指令τ_{ｅｎ_ｉｎ} ^＊として、ベクトル制御演算器３０に入力される。軸重移動演算器６００は、トルク指令演算器２００から出力されるトルクパタン指令τ_ｅｎ ^＊と、ベクトル制御装置３０に入力されるインバータトルク指令τ_{ｅｎ_ｉｎ} ^＊との差Δτ_ｅ ^＊から、各軸の軸重移動量ΔＷ_ｎの変動ΔＶ_ｎを算出する。そして、トルク指令演算器２００は、各軸の軸重を軸重変動ΔＶ_ｎで補正して、トルクパタン指令τ_ｅｎ ^＊を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気車制御方法及び電気車制御装置に関する。

電車や電気機関車等の電気車（動力車）は、車輪・レール間の引張力（粘着力ともいう）によって加減速を行う。引張力／軸重比が粘着係数以下の範囲であれば粘着走行がなされるが、粘着係数を超えた場合には空転又は滑走（空転滑走）が生じる。空転滑走が生じた場合には、電動機の発生トルクを引き下げて粘着走行に復帰させる「再粘着制御」が行われる。

粘着性能の維持のためには引張力（粘着力）Ｆを求める必要があるが、一般的には、軸重Ｗを一定とした引張力／軸重比μを用いている。引張力／軸重比μは、次式（１）で与えられる。
μ＝Ｆ／Ｗ ・・（１）

ここで軸重Ｗは、静止軸重Ｗ０に軸重移動量ΔＷを加算した値（＝Ｗ０＋ΔＷ）であるが、軸重移動量ΔＷは、例えば次の簡易式（２）で与えられる値が用いられている。

すなわち、式（２）の各諸元は車両に固有の固定値である。従って、引張力Ｆが規定値であれば軸重移動量ΔＷも固定値となる。そのため、軸重Ｗ、そして引張力／軸重比μも固定値となる。
特開２００５−２９５６５９号公報

しかしながら、軸重移動量Ｗは、電車の力行／制動の際の各軸の電動機トルクや引張力に応じて車体や台車に回転モーメント等が生じることでリアルタイムに変化する。従来のトルク制御では、このリアルタイムに変化する軸重移動量が動的に考慮されていなかった。空転滑走の発生限界は、電動車の走行性能限界ともいえるため、できるだけ空転滑走を発生させないように電動機のトルク制御を行うことが望まれる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リアルタイムに変化する軸重移動量を動的に考慮したトルク制御を実現することを目的としている。

上記課題を解決するための第１の発明は、
動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御方法であって、
各軸の引張力／軸重比の指令値、走行加速度、及び、軸重を含む前記動力車の車両固有定数を用いて、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を前記指令値通りとさせるためのトルク指令を演算するトルク指令演算ステップと、
空転滑走した軸を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによる検出がなされた場合に少なくとも空転滑走した軸の前記トルク指令を変更して前記トルク指令を更新する変更ステップと、
前記トルク指令に基づいて、対応する電動機を個別に駆動制御する駆動制御ステップと、
前記トルク指令演算ステップで演算されたトルク指令と前記駆動制御ステップで用いたトルク指令との差、各軸の加速度、及び、前記動力車の前記車両固有定数を用いて、当該トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出する変動量算出ステップと、
を含み、
前記トルク指令演算ステップでは、前記変動量算出ステップで算出された軸重移動の変動量で、対応する各軸の軸重を補正して各軸それぞれのトルク指令を演算する電気車制御方法である。

また、第６の発明は、
動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御装置であって、
各軸の引張力／軸重比の指令値、走行加速度、及び、軸重を含む前記動力車の車両固有定数を用いて、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を前記指令値通りとさせるためのトルク指令を演算するトルク指令演算部と、
空転滑走した軸を検出する検出部と、
前記検出部による検出がなされた場合に、少なくとも空転滑走した軸の前記トルク指令を変更して前記トルク指令を更新するトルク指令変更部と、
前記トルク指令に基づいて、対応する電動機を個別に駆動制御する駆動制御部と、
前記トルク指令演算部で演算されたトルク指令と前記駆動制御部で用いたトルク指令との差、各軸の加速度、及び、前記動力車の前記車両固有定数を用いて、当該トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出する変動量算出部と、
を備え、
前記トルク指令演算部は、前記変動量算出部で算出された軸重移動の変動量で、対応する各軸の軸重を補正して各軸それぞれのトルク指令を演算する電気車制御装置である。

この第１の発明等によれば、動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御として、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を指令値通りとさせるためのトルク指令が演算され、この演算された各軸のトルク指令に基づいて対応する電動機が個別に駆動制御される。そして、空転滑走した軸が検出された場合には、少なくとも空転滑走した軸のトルク指令が変更される。しかしながら、各軸それぞれのトルク指令は、演算されたトルク指令と、電動機の駆動制御に用いられたトルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸の軸重移動の変動量で軸重が補正されて演算されている。このため、空転滑走によりトルク指令が変更されたとしても、その変更によって生じる軸重移動の変動量がフィードバックされて、トルク指令の演算の基礎となっている軸重が補正される。これにより、各軸の軸重移動量の変動を動的に考慮した適切なトルク制御が実現される。

また、第２の発明として、第２の発明の電気車制御方法であって、
前記トルク指令演算ステップは、以下１）〜５）の運動量を表す各軸それぞれ個別の数式モデルでなる軸重移動量数式モデルに基づく所定の軸重移動補償トルク演算を行って、各軸それぞれのトルク指令を算出するステップである電気車制御方法を構成しても良い。
１）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分
２）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分
３）２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力
４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量
５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量

この第２の発明によれば、トルク指令の演算は、軸重移動に関わる１）〜５）の運動量を表す各軸個別の軸重移動量数式モデルに基づいてなされる。このため、軸重移動に関わる各種の運動量が考慮され、より正確な軸重移動量の補償トルク演算が実現される。

また、第３の発明として、第１の発明の電気車制御方法であって、
前記変動量算出ステップは、以下１）〜５）の運動量を表す各軸それぞれ個別の数式モデルでなる軸重移動量数式モデルに基づいて、前記トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出するステップである電気車制御方法を構成しても良い。
１）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分
２）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分
３）２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力
４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量
５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量

この第３の発明によれば、軸重移動の変動量は、軸重移動に関わる１）〜５）の運動量を表す各軸個別の軸重移動量数式モデルに基づいてなされる。このため、軸重移動に関わる各種の運動量が考慮され、より正確な軸重移動量の補償トルク演算が実現される。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の電気車制御方法であって、
前記変更ステップは、
空転滑走した軸のトルクを一時的に引き下げて再粘着させる制御を行う再粘着制御ステップと、
空転滑走した軸の空転滑走の程度を表す加速度、空転滑走速度又はこれらの相当値でなる空転滑走指標値を用いて空転滑走していない健全軸のトルク変更量を算出する算出ステップと、
前記健全軸のトルクを一時的に前記トルク変更量分変更して空転滑走の誘発を抑制する制御を行う誘発抑制制御ステップと、
を含む電気車制御方法を構成しても良い。

この第４の発明によれば、トルク指令の変更として、空転滑走した軸のトルクを引き下げて再粘着させる再粘着制御が行われるとともに、健全軸のトルクを、一時的に、空転滑走した軸の空転滑走指標値を用いて算出されたトルク変更量分変更する制御が行われる。つまり、空転滑走が発生した際の他の軸への空転滑走の誘発が抑制される。更には、この空転滑走の誘発抑制のためのトルク変更量は、空転滑走した軸の加速度や速度、これらの相当値である空転滑走指標値を用いて算出される。これにより、発生した空転滑走の程度に応じた適切な空転滑走の誘発抑制制御が実現される。

また、第５の発明として、第４の発明の電気車制御方法であって、
前記算出ステップは、前記空転滑走指標値と、動力車の各台車及び当該台車内の各軸の配置構成によって定まる空転滑走した軸と健全軸間の動的な軸重移動量を考慮した軸重移動係数とを用いて、健全軸の前記トルク変更量を算出するステップである電気車制御方法を構成しても良い。

この第５の発明によれば、トルク変更量は、空転滑走指標値と、動力車の各台車及び当該台車内の各軸の配置構成によって定まる空転滑走した軸と健全軸間の動的な軸重移動量を考慮した軸重移動係数とを用いて算出される。つまり、空転滑走の誘発抑制のための健全軸のトルク変更量は、空転滑走した軸との配置位置関係に応じて異なる。これにより、適切な空転滑走の誘発抑制制御が実現される。

本発明によれば、動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御として、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を指令値通りとさせるためのトルク指令が演算され、この演算された各軸のトルク指令に基づいて対応する電動機が個別に駆動制御される。そして、空転滑走した軸が検出された場合には、少なくとも空転滑走した軸のトルク指令が変更される。しかしながら、各軸それぞれのトルク指令は、演算されたトルク指令と、電動機の駆動制御に用いられたトルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸の軸重移動の変動量で軸重が補正されて演算されている。このため、空転滑走によりトルク指令が変更されたとしても、その変更によって生じる軸重移動の変動量がフィードバックされて、トルク指令の演算の基礎となっている軸重が補正される。これにより、各軸の軸重移動量の変動を動的に考慮した適切なトルク制御が実現される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下では、動輪２軸の台車を２台備える電車において各電動機を個別制御（いわゆる１Ｃ１Ｍ制御）する場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［原理］
電車や電気機関車等の電気車（動力車）は、車輪・レール間に働く引張力（粘着力ともいう）によって加減速を行う。引張力／軸重比が粘着係数以下の範囲であれば粘着走行がなされるが、粘着係数を超えた場合には空転滑走が発生する。空転滑走が発生した場合には、電動機のトルクを引き下げて粘着走行に復帰させる「再粘着制御」が行われる。以下では、引張力を、いわゆる粘着力である引張力Ｆ_ｌｎと、電動機の発生トルクが動力伝達機構を経て動輪踏面に伝えられる動輪周引張力Ｆ_ｍｎとに分ける。動輪周引張力Ｆ_ｍｎは、歯車比と車輪径とから算出され、引張力（粘着力）Ｆ_ｌｎは、動輪周引張力Ｆ_ｍｎから等価慣性質量と加速度の積を引いたものとなる。

つまり、引張力Ｆ_ｌｎは動輪周引張力Ｆ_ｍｎに依存し、車輪のすべり速度Ｖｓに対して次のような特性を有する。図１は、すべり速度Ｖｓに対する引張力Ｆ_ｌｎの特性を示す図である。なお、すべり速度Ｖｓは、車輪周速度と列車速度との差である。同図において、横軸がすべり速度Ｖｓであり、縦軸が引張力／軸重比μである。同図に示すように、すべり速度Ｖｓが充分小さい範囲（微小すべり領域）では、すべり速度Ｖｓにほぼ比例して引張力／軸重比μが増加し、引張力Ｆ_ｌｎは確実にレールに伝達されて粘着走行がなされる。この引張力／軸重比μの最大値を粘着係数μｓという。そして、この粘着係数μｓを超える巨視すべり領域では、空転滑走が発生し、すべり速度Ｖｓの増加に伴って引張力が小さくなる。この巨視すべり領域での引張力／軸重比μを接線力係数μという。

すなわち、引張力／軸重比μは、次式（３）で与えられる。
μ＝Ｆ_ｌｎ／（Ｗ_０＋ΔＷ） ・・（３）
ここで、Ｆ_ｌｎは引張力、Ｗ_０は静止軸重、ΔＷは軸重移動量である。軸重移動量ΔＷは、電車の走行に応じて変動する。本実施形態の電動機トルク制御は、この軸重移動量ΔＷの変動を考慮したものであり、具体的には、軸重移動量ΔＷの変動を動的に考慮した「静的軸重移動補償制御」と、軸重移動による空転滑走の誘発抑制のための「動的軸重移動補償制御」とを含んでいる。この２つの制御は独立して行われる。以下、これら２つの制御の原理を説明する。

（Ａ）静的軸重移動補償制御
先ず、静的軸重移動補償制御について説明する。上述のように、軸重移動量ΔＷは電車の走行に応じて変動する。静的軸重移動補償制御は、このリアルタイムに変動する軸重移動量ΔＷを動的に考慮して各軸の引張力を適切に配分することで、各軸の引張力／軸重比μを一定に保つものである。

図２は、車両に働くモーメントを説明するための図である。図中、右方向が車両の進行方向であり、各軸は進行方向前方から順に第１〜第４軸とする。また、同図では、力行時（加速時）における各運動の向きを矢印で示している。すなわち、力行時、第１軸〜第４軸それぞれには、車輪・レール間に引張力Ｆ_ｌ１〜Ｆ_ｌ４が働いている。また、車両全体には、車体重心回りの回転モーメントＶＭＲが働き、各台車には、引張力Ｆ_ｌ１〜Ｆ_ｌ４による台車枠重心回りの回転モーメントＢＭＲ１，ＢＭＲ２が働いている。また、各軸の軸重移動量の向きは、第１軸及び第２軸の軸重移動量ΔＷ_１，ΔＷ_２が上方向であり、第３軸及び第４軸の軸重移動量ΔＷ_３，ΔＷ_４が下方向であるとともに、第２軸の軸重移動量ΔＷ_２よりも第１軸の軸重移動量ΔＷ_１が大きく、第３軸の軸重移動量ΔＷ_３よりも第４軸の軸重移動量ΔＷ_４が大きい。なお、同図は力行時を示しており、制動時には各運動の向きは逆となる。

図２において、各軸に着目すると、次の５つの運動量が作用していると考えられる。すなわち、（１）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分、（２）電動機トルクによって歯車に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分、（３）（２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力、（４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量、（５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量、である。

（１）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分
電動機の回転力（トルク）による小歯車が大歯車を押す力は、車軸へ直接伝達される成分と、電動機が支持されている電動機支持部へ伝達される成分とに分かれて作用する。前者の力がこの（１）の力であり、後者の力が（２）の力となる。具体的には、第ｎ軸において小歯車が大歯車を押す力を「Ｆ_ｅｎ」とすると、大歯車の半径Ｒ、軸箱・ノーズ間距離ａに基づく所定比率の力が、各軸の（１）の力となる。

（２）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分
上述のように、電動機の回転力（トルク）による小歯車が大歯車を押す力のうち、電動機支持部へ伝達される成分が、この（２）の力である。例えば、吊り掛け式台車の場合、電動機支持部は台車枠のノーズ受け部になる。従って、各台車において前後の軸における小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅｎのうち、大歯車半径Ｒ、軸箱・ノーズ間距離ａ、台車の車軸間距離ｌに基づく所定比率の力が、各軸の２）の力となる。

（３）（２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力
（２）の台車枠重心回り方向の力によって台車枠の重心回り回転モーメントが生じるため、この回転モーメントにより作用する力が考えられる。各台車における前後の軸の小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅｎの和のうち、大歯車の半径Ｒ、軸箱・ノーズ間距離ａ、台車の車軸間距離ｌに基づく所定比率の力が、各軸の（３）の力となる。

（４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量
各台車において前後の軸の引張力により、台車枠重心回りの回転モーメントが働くため、この回転モーメントによる軸重移動が考えられる。各台車における前後の引張力Ｆ_ｌｎの和のうち、車輪径Ｄ、レール頭頂面から牽引装置までの高さ距離ｈ、台車内の車軸間距離Ｌに基づく所定比率の力が、各軸の（４）の力（軸重移動量）となる。

（５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量
全ての軸の引張力Ｆ_ｌｎの総和による車体重心回りの車両全体の回転モーメントが働くため、この回転モーメントによる軸重移動が考えられる。各軸の引張力Ｆ_ｌｎの和のうち、レール頭頂面から連結器までの高さ距離Ｈ、レール頭頂面から牽引装置までの高さ距離ｈ、台車中心間距離Ｌに基づく所定比率の力が、各軸の（５）の力（軸重移動量）となる。

そして、図２に示す車両モデルにおいて、力行時の第１軸〜第４軸それぞれの軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４は次式（４ａ）〜（４ｄ）に示す軸重移動量数式モデルで表される。

ここで、Ｒは大歯車半径、ａは軸箱・ノーズ間の距離、ｌは台車内の車軸間距離、Ｄは車輪径、ｈはレール頭頂面から牽引装置までの高さ距離、Ｈはレール頭頂面から連結器までの高さ距離、Ｌは台車中心間距離である。式（４ａ）〜（４ｄ）それぞれにおいて、第１項〜第５項が、それぞれ、上述の（１）〜（５）の力に相当する。

そして、式（４ａ）〜（４ｄ）を展開すると、次式（５ａ）〜（５ｄ）となる。

また、第ｎ軸の引張力Ｆ_ｌｎは、次式（６）で表される。

ここで、Ｆ_ｍｎは第ｎ軸の動輪周引張力、ｍは回転系等価慣性質量、α_ｎは第ｎ軸の車輪周加速度である。なお、静的軸重移動補償制御における各軸の車輪周加速度α_ｎは、車両の走行加速度の意味で用いるものである。このため、各軸の加速度それぞれを用いるのではなく、各軸の加速度のうちの最も低い加速度を走行加速度として用いてもよいし、運転台で把握している車両の走行加速度（例えば車両速度の微分値や、それぞれのノッチ段数に対応する予め定められた加速度）を用いてもよい。

また、第ｎ軸において、小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅｎと動輪周引張力Ｆ_ｍｎの間には、次式（７）に示す関係がある。

ここで、Ｄは車輪径、ｒは小歯車半径、Ｇは大歯車と小歯車の歯車比である。

また、第ｎ軸の引張力／軸重比μ_ｎは、次式（８）で表される。

そして、式（５ａ）〜（５ｄ）それぞれに式（６），（７）を代入すると、式（５ａ）〜（５ｄ）は動輪周引張力Ｆ_ｍｎについての式となる。更に、この式（５ａ）〜（５ｄ）それぞれを式（８）に代入すると、動輪周引張力Ｆ_ｍｎについての次式（９）が算出される。

ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは何れも定数行列であり、それぞれ、次式（１０ａ）〜（１０ｃ）で与えられる。Ｉは単位行列である。

また、動輪周引張力Ｆ_ｍｎ、加速度α、引張力／軸重比μ及び軸重Ｗは、何れも行列であり、それぞれ、次式（１１）〜（１４）で与えられる。

ここで、ａ，ｂ，ｃは定数であり、次式（１５ａ）〜（１５ｃ）で与えられる。

そして、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、それぞれ、次式（１６ａ）〜（１６ｄ）で与えられる。

ところで、電動機トルクτ_ｅと動輪周引張力Ｆ_ｍｎとの間には、次式（１７）に示す関係がある。

従って、この式（１７）に式（９）を代入すると、次式（１８）が算出される。

そして、この式（１８）において、引張力／軸重比μ_ｎを引張力／軸重比指令μ_ｎ ^＊に置き換えると、電動機トルクτ_ｅは、引張力／軸重比指令μ^＊を成立させるためのトルク指令τ_ｅ ^＊となる。

以上のように、式（５ａ）〜（５ｄ）で定義した各軸個別の軸重移動量数式モデルは、車両の走行／制動等に関わらずリアルタイムに変化する軸重移動量ΔＷを静的に考慮した数式モデルである。そして、この数式モデルによって導出される動輪周引張力Ｆ_ｍｎ及びトルク指令τ_ｅ ^＊に従ったトルク制御によれば、各軸の静的な軸重移動量ΔＷの変動が考慮され、各軸の引張力／軸重比μを同値とさせるトルク制御（静的軸重移動補償制御）が実現される。

ところで、この数式モデルを実際の電動機制御に適用した場合、例えば再粘着制御や空転滑走抑制制御といった他の制御によってトルク指令が引き下げられたりするため、式（１８）によって算出されるトルク指令τ_ｅ ^＊と、実際にインバータに与えられるトルク指令τ_{ｅ_ｉｎ} ^＊とが異なることがある。このため、本実施形態では、トルク指令τ_ｅ ^＊，τ_{ｅ_ｉｎ} ^＊の差Δτ_ｅ ^＊から軸重移動量ΔＷの変動（軸重変動）ΔＶを算出し、この軸重変動ΔＶをトルク指令τ_ｅ ^＊にフィードバックする。具体的には、式（１４）に示した行列Ｗを次式（１９）とすることで、各軸の軸重Ｗ_１〜Ｗ_４それぞれを軸重変動ΔＶ_１〜ΔＶ_４で補正する。

ここで、軸重変動ΔＶは次のように算出する。すなわち、式（１７）において、電動機トルクτ_ｅｎをトルク指令差Δτ_ｅ ^＊と置き換えた次式（２０）に従って、各軸の動輪周引張力Ｆ_ｍｎを算出する。

次いで、この動輪周引張力Ｆ_ｍｎから、式（６）に従って各軸の引張力Ｆ_ｌｎを算出するとともに、式（７）に従って小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅｎを算出する。そして、式（５ａ）〜（５ｄ）それぞれにおいて、軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４それぞれを軸重変動ΔＶ_１〜ΔＶ_４と置き換えた次式（２１ａ）〜（２１ｄ）に従って、算出した引張力Ｆ_ｌｎと小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅｎから、各軸の軸重変動ΔＶ_１〜ΔＶ_４を算出する。

（Ｂ）空転滑走抑制制御
次に、動的軸重移動補償制御について説明する。ある軸で空転滑走が発生すると、１Ｃ１Ｍ制御であったとしても、空転滑走が発生していない他の軸（以下、健全軸（粘着軸）という）に空転滑走が誘発されることが知られている。そこで、本実施形態では、空転滑走が発生した場合に、他の健全軸の電動機トルクを制御して空転滑走の誘発を抑制する「動的軸重移動補償制御」を行う。空転滑走の誘発は、空転滑走の発生によって各軸の軸重移動量が変動することに起因すると推測される。

図２において、粘着走行時にある軸で空転滑走が発生すると、その空転滑走した軸（空転滑走軸）の引張力が減少し、車両に働く回転モーメントＶＭＲ，ＢＭＲ１，ＢＭＲ２が変化することから、各軸の軸重移動量ΔＷが変動する。つまり、各軸の引張力／軸重比μが変動する。

具体的には、力行時に空転が発生した場合、空転軸の引張力が減少することによって、空転軸より進行方向前方側の健全軸の軸重移動量ΔＷが空転軸の空転に起因した分だけ増加し、空転軸より進行方向後方側の健全軸の軸重移動量ΔＷが空転軸の空転に起因した分だけ減少すると推測される。逆に、制動時に滑走が発生した場合、滑走軸の引張力が減少することによって、滑走軸より進行方向前方側の健全軸の軸重移動量ΔＷが滑走軸の滑走に起因した分だけ減少し、滑走軸より進行方向後方側の健全軸の軸重移動量ΔＷが滑走軸の滑走に起因した分だけ増加すると推測される。このとき、１Ｃ１Ｍ制御であるため健全軸の引張力は変動しない。

従って、軸重移動量ΔＷが減少した健全軸の引張力／軸重比μは増加することになり、この引張力／軸重比μが最大値（粘着係数μｓ）を超えると、当該軸に空転滑走が発生する（誘発される）こととなる。一方、軸重移動量ΔＷが増加した健全軸の引張力／軸重比μは減少することになり、更にトルクを増加する余裕があることになる。

以上の事象にもとづき、本実施形態では、空転滑走の発生時に、各軸の引張力／軸重比μを指令通りに保つ方向（変動を打ち消す方向）に、当該軸の電動機トルクτ_ｅを制御して引張力を変化させる。具体的には、空転滑走が発生した場合、上述の推測に基づいて、軸重移動量ΔＷが減少する健全軸については、電動機トルクτを低下させて引張力／軸重比μを一定に保つ方向に制御する。一方、軸重移動量ΔＷが増加する健全軸については、電動機トルクを増加させて引張力／軸重比μを一定に保つ方向に制御する。

図３は、本実施形態のトルク制御を説明するための図であり、第１軸に空転滑走が発生した場合を示している。同図では、横軸を時刻ｔとして、縦軸に各軸の電動機の発生トルクτ_ｅを示している。また、同図において、上側は第１軸の電動機トルクτ_ｅ１であり、下側は第２軸〜第４軸の電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４である。但し、第１軸〜第４軸は同一車両内の動軸であり、進行方向前方から順に第１軸〜第４軸となっている。また、正確には、第２軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４は異なるが、原理を説明するための概要図であるため、ここでは同値であるとする。

同図によれば、空転滑走が発生していない場合、各軸の周速度Ｖ_１〜Ｖ_４は基準速度（目標速度）Ｖｍにほぼ一致し、各軸に対して静的軸重移動補償制御のみが行われて電動機トルクτ_ｅ１〜τ_ｅ４は何れもほぼ一定に保たれている。そして、第１軸において空転が発生すると、第１軸に対する再粘着制御が開始されるとともに、他の健全軸である第２軸〜第４軸それぞれに対する動的軸重移動補償制御が開始される。このときも、各軸に対する静的軸重移動補償制御は引き続き行われている。ここで、空転滑走の発生は、周速度Ｖと基準速度Ｖｍとの速度差ΔＶが所定の閾値を超えた場合に検出される。

同図において、第１軸（空転軸）に対する再粘着制御は、第１軸の電動機トルクτ_ｅ１が、所定の引き下げ時間Ｔｄをかけて、所定の引き下げ量Δτ_ｅａだけ引き下げられる。そして、所定の保持時間Ｔｋの間、電動機トルクτ_ｅ１が保持される。その後、所定の復帰時間Ｔｒをかけて、電動機トルクτ_ｅ１が、再粘着制御が開始された時点の電動機トルクτ_ｅ１まで復帰される。この再粘着制御は公知の制御であり、再粘着制御におけるトルク変更パターン（すなわち、引き下げ量Δτ_ｅａや引き下げ時間Ｔｄ、保持時間Ｔｋ、復帰時間Ｔｒ）は固定パターンである。

また、第１軸（空転軸）における空転滑走の発生により、第２軸〜第４軸（健全軸）に対する静的軸重移動補償制御の結果、第２軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が変化する。なお、図中、静的軸重移動補償制御による電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４は点線で示されている。

上述のように、粘着走行時に、ある軸で空転滑走が発生すると、空転滑走軸の引張力が減少し、各軸の軸重移動量ΔＷが変動する。すなわち、力行時に空転が発生すると、空転軸の引張力が減少することで、空転軸を基準として進行方向前方側の各軸の軸重移動量ΔＷが増加し、逆に、進行方向後方側の各軸の軸重移動量ΔＷが減少する。制動時に滑走が発生すると、滑走軸の引張力が減少することで、滑走軸を基準として進行方向前方側の各軸の軸重移動量ΔＷが減少し、逆に、進行方向後方側の各軸の軸重移動量ΔＷが増加する。

従って、式（３）から、引張力／軸重比指令μ^＊が一定値とすると、軸重移動量ΔＷの変動に応じて電動機トルクτ_ｅが変化する。すなわち、軸重移動量ΔＷが増加すると電動機トルクτ_ｅは減少し、逆に、軸重移動量ΔＷが減少すると電動機トルクτ_ｅは増加する。同図では、第２軸〜第４軸は第１軸（空転軸）の進行方向後方側の軸であるので、第２軸〜第４軸それぞれの軸重移動量ΔＷは減少し、従って、電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４は減少する。

更に、第２軸〜第４軸（健全軸）それぞれに対する動的軸重移動補償制御として、各軸のトルク成分電流指令を変更することで電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が増減される。なお、図中、動的軸重移動補償制御による電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４は一点鎖線で示されている。

この電動機トルクτ_ｅの増減は、再粘着制御における電動機トルクτ_ｅの変更に同期して行われる。すなわち、第２軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が、再粘着制御における引き下げ時間Ｔｄと同じ変更時間Ｔｄをかけて、所定の変更量Δτ_ｅｂだけ変更される（同図では、引き下げられている）。そして、再粘着制御と同じ保持時間Ｔｋの間、電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が保持される。その後、電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４は、再粘着制御と同じ復帰時間Ｔｒをかけて、動的軸重移動補償制御が開始された時点の電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４に復帰される。なお、動的軸重移動補償制御の開始時点のみ再粘着制御の開始時点に合わせ、変更時間Ｔｄ、保持時間Ｔｋ、復帰時間Ｔｒを再粘着制御と異なる時間としても良い。

動的軸重移動補償制御における電動機トルクτ_ｅの変更量Δτ_ｅｂは、空転滑走が発生・検出された際の空転滑走軸の加速度αをもとに、式（２２）に従って算出される。
τ_ｅｂ＝ｋ×α ・・（２２）
ここで、ｋは、動的軸重移動補償制御の対象軸と空転滑走軸との配置位置関係に応じて定められる係数（軸重移動係数）である。具体的には、力行時の空転滑走（空転時であるため空転）であるか制動時の空転滑走（制動時であるため滑走）であるか、制御対象軸と空転滑走軸との配置構成（同一台車内であるか、どちらが進行方向前方／後方か）によって、係数ｋの大きさ及び正負が定められている。

図４は、係数ｋの設定例を示す図である。同図に示すように、第１軸〜第４軸それぞれに空転滑走が発生した場合について、動的軸重移動補償制御の対象となる健全軸（対象軸）それぞれの係数ｋが対応付けて定められている。係数ｋは、力行時の空転滑走（力行時であるため空転）の場合、対象軸が空転滑走軸に対して進行方向後方側に位置する場合には正値（すなわち、トルク引き下げ）であり、前方側に位置する場合には負値（すなわち、トルク引き上げ）である。

また、空転滑走軸と同じ台車の対象軸の係数ｋのほうが、異なる台車の対象軸の係数ｋよりもその値が大きく定められている。これは、空転滑走軸と同じ台車内の軸のほうが、異なる台車内の軸よりも、空転滑走による軸重移動量ΔＷの変動が大きいと考えられるためである。

また、係数ｋは、制動時の空転滑走（制動時であるため滑走）の場合、対象軸が空転滑走軸に対して進行方向後方側に位置する場合には負値（すなわち、トルク引き下げ）であり、前方側に位置する場合には正値（すなわち、トルク引き上げ）である。そして、係数ｋの値の大きさは、力行時の空転滑走の場合と同様である。

また、動的軸重移動補償制御における電動機トルクτ_ｅの変更量Δτ_ｅｂには上限Δτ_ｍａｘが定められており、次式（２３）を満たすように決定される。
｜Δτ_ｅｂ｜≦Δτ_ｍａｘ ・・（２３）
この変更上限Δτ_ｍａｘは、再粘着制御における電動機トルクτ_ｅの引き下げ量Δτ_ｅａをもとに定められ、具体的には引き下げ量Δτ_ｅａの１０％程度である。

従って、第１軸に空転が発生した場合、第２軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４の変動は、図３中実線で示すように、静的軸重移動補償制御による変動分と、動的軸重移動補償制御による変動分との和となる。軸重の変化が生じる前又は軸重変化が大きくなる前に粘着軸のトルクの引き下げを開始し、動的軸重の移動も考慮して制御する。

［構成］
図５は、本実施形態における電気車の主回路構成を示すブロック図である。同図によれば、主回路は、車両の第１〜第４軸それぞれについて、電動機１０と、速度センサ１２と、インバータ２０とを備えるとともに、各電動機１０を個別制御（１Ｃ１Ｍ制御）する電動機制御装置１とを備えている。

電動機制御装置１は、第１軸〜第４軸それぞれのベクトル制御演算器３０と、引張力／軸重比発生器１００と、トルク指令演算器２００と、空転滑走検出器３００と、再粘着制御器４００と、加速度演算器５００と、軸重移動演算器６００と、動的軸重移動補償制御器７００とを有する。電動機制御装置１は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるコンピュータ等によって実現され、例えば制御ボードとして別の制御装置と一体に構成されたり、或いはインバータ２０を含めて一体のインバータ装置として構成され得る。また、図示された構成と異なり、トルク指令演算器２００と、空転滑走検出器３００と、再粘着制御器４００と、加速度演算器５００と、動的軸重移動補償制御器７００とを、第１軸〜第４軸それぞれ毎に別途に設け、第１軸〜第４軸それぞれの制御系統を別々にすることにしても良い。

電動機１０は、インバータ２０から電力が供給されることで車軸を回転駆動する主電動機（メインモータ）であり、例えば三相誘導電動機で実現される。速度センサ１２は、電動機１０の回転速度（周速度）Ｖを検出する。インバータ２０には、パンタグラフ及びコンバータを介して架線の電力が供給される。そして、インバータ２０は、ベクトル制御演算器３０から入力されるＵ，Ｖ，Ｗ相それぞれの電圧指令Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に基づいて出力電圧を調整し、電動機１０に印加する。

ベクトル制御演算器３０は、電動機１０をベクトル制御する。すなわち、電動機１０に流入するＵ，Ｖ相の電流Ｉｕ，Ｉｖを、ｄ−ｑ軸座標変換によってｄ軸成分である励磁電流成分Ｉｄとｑ軸成分であるトルク電流成分Ｉｑとに変換し、トルク指令演算器２００から入力されるインバータトルク指令τ_{ｅｎ_ｉｎ} ^＊と、不図示の電流指令演算装置から入力される励磁成分指令に基づいて、インバータ２０に対する電圧指令Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出する。なお、ベクトル制御演算器３０に入力されるインバータトルク指令τ_{ｅｎ_ｉｎ} ^＊は、トルク指令演算器２００によるトルクパタン指令τ_ｅｎ ^＊から、再粘着制御器４００による再粘着指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊と、動的軸重移動補償制御器７００による動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊との分だけ引き下げられた値となっている。

引張力／軸重比発生器１００は、各軸の引張力／軸重比指令μ_１ ^＊〜μ_４ ^＊を決定する。具体的には、各軸について、予め定められたノッチ指令と引張力／軸重比指令μ^＊との対応関係に従って、速度センサ１２による当該軸の周速度Ｖｎ及びノッチ指令に対応する引張力／軸重比指令μ_ｎ ^＊を決定する。

図６に、ノッチ指令と引張力／軸重比指令μ^＊との関係の一例を示す。同図では、横軸を電動機１０の周速度Ｖ、縦軸を引張力／軸重比指令μ^＊として、ノッチ毎に、電動機の周速度Ｖと引張力／軸重比μ^＊との対応関係を定めている。なお、この対応関係は、全ての軸について同じとしても良いし、軸毎に異なっていても良い。

軸重移動演算器６００は、式（５ａ）〜（５ｄ）に示した軸重移動量数式モデルに基づいて、各軸の軸重変動ΔＶ_１〜ΔＶ_４を算出する軸重移動変動量算出演算を行う。具体的には、第１軸〜第４軸それぞれについて、トルク指令演算器２００から出力されるトルクパタン指令τ_ｅ１ ^＊〜τ_ｅ４ ^＊と、ベクトル制御演算器３０に入力されるインバータトルク指令τ_{ｅ１_ｉｎ} ^＊〜τ_{ｅ４_ｉｎ} ^＊とのトルク指令差Δτ_ｅ１ ^＊〜Δτ_ｅ４ ^＊を算出する。次いで、算出したトルク指令差Δτ_ｅ１〜Δτ_ｅ４から、式（２０）に従って、各軸の動輪周引張力Ｆ_ｍ１〜Ｆ_ｍ４を算出する。続いて、この動輪周引張力Ｆ_ｍ１〜Ｆ_ｍ４と、加速度演算器５００から出力される加速度α_１〜α_４とから、式（６）に従って、各軸の引張力Ｆ_ｌ１〜Ｆ_ｌ４を算出するとともに、動輪周引張力Ｆ_ｍ１〜Ｆ_ｍ４から、式（７）に従って、各軸の小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅ１〜Ｆ_ｅ４を算出する。そして、この引張力Ｆ_ｌ１〜Ｆ_ｌ４と、小歯車が大歯車を押す力Ｆ_ｅ１〜Ｆ_ｅ４とから、式（２１ａ）〜（２１ｄ）に従って、各軸の軸重変動ΔＶ_１〜ΔＶ_４を算出する。

トルク指令演算器２００は、各軸の電動機１０を制御するためのトルクパタン指令τｅ_１ ^＊〜τｅ_４ ^＊を算出する軸重移動補償トルク演算を行う。具体的には、引張力／軸重比発生器１００による引張力／軸重比指令μ_１ ^＊〜μ_４ ^＊と、加速度演算器５００による各電動機１０の加速度α_１〜α_４と、軸重移動演算器６００による各軸の軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４とから、式（１８）に従って、各軸のトルクパタン指令τ_ｅ１ ^＊〜τ_ｅ４ ^＊を算出する。

空転滑走検出器３００は、速度センサ１２によって検出された各電動機１０の周速度Ｖ_１〜Ｖ_４それぞれを基準速度Ｖｍと比較することで、各軸での空転滑走の発生を検出する。ここで、基準速度Ｖｍは電車の進行速度であり、例えば運転台から得られる走行速度としても良いし、各軸の周速度Ｖ_１〜Ｖ_４のうち、力行時であれば最小値、制動時であれば最大値としても良い。

再粘着制御器４００は、空転滑走検出器３００によって空転滑走の発生が検出されると、空転滑走が検出された軸（空転滑走軸）に対する再粘着制御を行う。すなわち、予め記憶された再粘着制御テーブル４１０を参照して、空転滑走軸に対する再粘着指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊を生成する。つまり、空転滑走軸に対する再粘着制御指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊として、その指令値を、引き下げ時間Ｔｄをかけて引き下げ量Δτ_ｅａに相当する値まで増加させ、その値を保持時間Ｔｋの間保持した後、復帰時間Ｔｒをかけてゼロまで減少させる。なお、空転滑走軸以外の健全軸に対する再粘着指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊はゼロであり、また、再粘着制御を行っていない場合には、全ての軸に対する再粘着指令τ_{ｅ_ｒｅ} ^＊はゼロである。

再粘着制御テーブル４１０は、再粘着制御における電動機トルクτ_ｅの制御パターンを定めたデータである。図７に、再粘着制御テーブル４１０のデータ構成の一例を示す。同図によれば、再粘着制御テーブル４１０は、電動機トルクτ_ｅの引き下げ量Δτ_ｅａと、引き下げ時間Ｔｄと、保持時間Ｔｋと、復帰時間Ｔｒとを格納している。

加速度演算器５００は、速度センサ１２によって検出された各電動機１０の周速度Ｖ_１〜Ｖ_４を微分演算して周加速度α_１〜α_４を算出する。

動的軸重移動補償制御器７００は、空転滑走検出器３００によって空転滑走の発生が検出されると、空転滑走軸以外の健全軸に対する動的軸重移動補償制御を行う。すなわち、空転滑走軸以外の軸を対象軸とし、図３を参照して説明したように、予め記憶された動的軸重移動補償制御テーブル７２０を参照して、対象軸それぞれに対する動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊を生成する。

先ず、対象軸それぞれについて、空転滑走軸との進行方向前後方向の位置関係を判断し、図４に一例を示した係数テーブル７１０を参照して、当該対象軸の係数ｋを決定する。
次いで、決定した係数ｋと、加速度演算器５００によって算出された空転滑走の検出時の空転滑走軸の加速度αとから、式（２２）に従って、当該対象軸の電動機トルクτ_ｅの変更量Δτ_ｅｂを決定する。このとき、式（２２）に従って算出される変更量Δτ_ｅｂが変更上限Δτ_ｍａｘを超えるならば、変更量Δτ_ｅｂをこの変更上限Δτ_ｍａｘに変更する。そして、対象軸それぞれに対する動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊として、その指令値を、変更時間Ｔｄをかけて変更量Δτ_ｅｂに相当する値まで増加或いは減少させ、その値を保持時間Ｔｋの間保持した後、復帰時間Ｔｋをかけてゼロまで減少或いは増加させる。

なお、対象軸以外の軸（すなわち、空転滑走軸）に対する動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊はゼロであり、また、動的軸重移動補償制御を行っていない場合には、全ての軸に対する動的軸重移動補償指令τ_{ｅ_ｄｅｔ} ^＊はゼロである。

動的軸重移動補償制御テーブル７２０は、動的軸重移動補償制御における電動機トルクτ_ｅの制御パターンを定めたデータである。図８に、動的軸重移動補償制御テーブル７２０のデータ構成の一例を示す。同図によれば、動的軸重移動補償制御テーブル７２０は、電動機トルクτ_ｅの変更時間Ｔｄと、保持時間Ｔｋと、復帰時間Ｔｋと、変更量Δτ_ｅｂの変更上限Δτ_ｍａｘとを格納している。

［実験結果］
図９〜図１４は、動輪２軸の台車を２台備える車両モデルのシミュレーション結果を示す図である。但し、各軸の電動機の制御は個別制御（１Ｃ１Ｍ制御）である。

図９〜図１１は、従来のトルク制御を行い（すなわち、本実施形態の静的軸重移動補償制御及び動的軸重移動補償制御を無効とし、再粘着制御のみを有効とした制御）、第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果である。図９〜図１１は、何れも横軸を共通の時刻ｔとして、上から順に、図９は第１軸〜第４軸ぞれぞれの周速度Ｖ１〜Ｖ４を示し、図１０は第１軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ１〜τ_ｅ４を示し、図１１は第１軸〜第４軸それぞれの軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４を示している。なお、第１軸の空転滑走は、第１軸の粘着係数μｓを２秒時点から低下させることで意図的に発生させた。

図９〜図１１に示すように、第１軸では、周速度Ｖ１と基準速度Ｖｍとの差が一定以上になった時点で空転滑走が検出され、再粘着制御が行われて電動機トルクτ_ｅ１が引き下げられている。しかし、粘着係数μｓを低下させているため、トルク成分電流指令τ_{ｅ１_ｒｅ} ^＊の引き下げを復帰させた後も空転滑走が再発し、再粘着制御が繰り返し実行されている様子がわかる。

また、第１軸に発生した空転滑走に誘発されて、第１軸〜第４軸それぞれの軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４が変動し、他の健全軸である第２軸〜第４軸にも空転滑走が発生している。この空転滑走の誘発は、第１軸での空転滑走に遅れて発生している。これは、ある軸で空転滑走が発生したことで、台車及び車両に働く回転モーメントが変化し、各軸の軸重移動量ΔＷが変動するからである。そして、空転滑走が誘発された第２軸〜第４軸それぞれについても、空転滑走の発生検出に合わせて再粘着制御が行われて電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が引き下げられている。

図１２〜図１４は、本実施形態のトルク制御を行い（すなわち、静的軸重移動補償制御、空転滑走抑制制御及び再粘着制御を有効とした制御）、第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果である。図１２〜図１４は、何れも横軸を共通の時刻ｔとして、上から順に、図１２は第１軸〜第４軸それぞれの周速度Ｖ_１〜Ｖ_４を示し、図１３は電動機トルクτ_ｅ１〜τ_ｅ４を示し、図１４は軸重移動量ΔＷ_１〜ΔＷ_４を示している。なお、第１軸の空転滑走は、図９〜図１１の場合と同様に発生させた。

図１２〜図１４に示すように、第１軸には、図９〜図１１と同様に、２秒時点から、空転滑走の発生・検出と、これに合わせた再粘着制御とが繰り返し行われている。また、第１軸の空転滑走の発生に合わせて、他の健全軸である第２軸〜第４軸それぞれに対して動的軸重移動補償制御が行われて電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４が変更されている。ここで、動的軸重移動補償制御による電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４それぞれの変更量は、再粘着制御による第１軸の電動機トルクτ_ｅ１の引き下げ量より小さい。また、力行時の空転に対する動的軸重移動補償制御であり、第２軸〜第４軸は何れも空転滑走軸である第１軸の進行方向後方側の軸であるため、電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４の変更量は負値となっている（すなわち、引き下げられている）。そして、この第２軸〜第４軸に対する動的軸重移動補償制御の結果、第２軸〜第４軸それぞれの電動機トルクτ_ｅ２〜τ_ｅ４はほぼ一定に保たれ、周速度Ｖ_２〜Ｖ_４はほぼ基準速度Ｖｍを保ち、空転が誘発されていない。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（Ａ）トルク変更量Δτ_ｅｂを算出する基準となる指標値
上述の実施形態では、動的軸重移動補償制御において、電動機トルクτ_ｅの変更量Δτ_ｅｂを、空転滑走軸の空転滑走の発生時の加速度αに基づいて決定することにしたが（式（２２）参照）、空転滑走の発生時の空転滑走軸の速度Ｖと基準速度Ｖｍとの速度差（空転滑走速度）ΔＶに基づいて決定することにしても良い。

また、空転滑走検出器３００による検出結果を用いてトルク変更量Δτ_ｅｂを決定することにしても良い。空転滑走検出器３００は、空転滑走軸の加速度αや空転滑走速度ΔＶを用いて空転滑走を検出している。このため、空転滑走検出器３００による検出結果は、空転滑走軸の加速度αや空転滑走速度ΔＶに相当するといえる。

更に、加速度αや空転滑走速度ΔＶに基づいて高速／中速／低速といった速度域を判定し、判定した速度域に応じて予め定められた値（式（２２）のαに相当）を用いてトルク変更量Δτ_ｅｂを算出することにしても良い。

（Ｂ）係数ｋ
また、上述の実施形態では、空転滑走軸以外の全ての軸を動的軸重移動補償制御の対象軸としたが、例えば空転滑走軸と同じ台車内の軸については対象としないといったように、健全軸の一部を対象軸としても良い。

（Ｄ）適用可能な車両
更に、上述の実施形態では、動輪２軸の台車を２台備える電動車に本発明を適用した場合の実施形態を説明したが、３台以上の台車を備える機関車等にも適用することが可能なのは勿論である。

すべり速度と引張力／軸重比との関係図。 車両に働くモーメントの説明図。 トルク制御の説明図。 係数ｋの設定例（係数テーブル）。 電車の主回路構成図。 ノッチ指令と引張力／軸重比指令との関係例。 再粘着制御テーブルのデータ構成例。 動的軸重移動補償制御テーブルのデータ構成例。 従来のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。 従来のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。 従来のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。 実施形態のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。 実施形態のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。 実施形態のトルク制御において第１軸に空転滑走を発生させた場合の実験結果。

符号の説明

１０ 電動機、１２ 速度センサ、２０ インバータ
１ 電動機制御装置
３０ ベクトル制御演算器
１００ 引張力／軸重比発生器、２００ トルク指令演算器
３００ 空転滑走検出器
４００ 再粘着制御器、４１０ 再粘着制御テーブル
５００ 加速度演算器、６００ 軸重移動演算器
７００ 動的軸重移動補償制御器
７１０ 係数テーブル、７２０ 動的軸重移動補償制御テーブル

Claims (6)

1. 動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御方法であって、
   各軸の引張力／軸重比の指令値、走行加速度、及び、軸重を含む前記動力車の車両固有定数を用いて、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を前記指令値通りとさせるためのトルク指令を演算するトルク指令演算ステップと、
   空転滑走した軸を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによる検出がなされた場合に少なくとも空転滑走した軸の前記トルク指令を変更して前記トルク指令を更新する変更ステップと、
   前記トルク指令に基づいて、対応する電動機を個別に駆動制御する駆動制御ステップと、
   前記トルク指令演算ステップで演算されたトルク指令と前記駆動制御ステップで用いたトルク指令との差、各軸の加速度、及び、前記動力車の前記車両固有定数を用いて、当該トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出する変動量算出ステップと、
   を含み、
   前記トルク指令演算ステップでは、前記変動量算出ステップで算出された軸重移動の変動量で、対応する各軸の軸重を補正して各軸それぞれのトルク指令を演算する電気車制御方法。
2. 前記トルク指令演算ステップは、以下１）〜５）の運動量を表す各軸それぞれ個別の数式モデルでなる軸重移動量数式モデルに基づく所定の軸重移動補償トルク演算を行って、各軸それぞれのトルク指令を算出するステップである請求項１に記載の電気車制御方法。
   １）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分
   ２）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分
   ３）２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力
   ４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量
   ５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量
3. 前記変動量算出ステップは、以下１）〜５）の運動量を表す各軸それぞれ個別の数式モデルでなる軸重移動量数式モデルに基づいて、前記トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出するステップである請求項１に記載の電気車制御方法。
   １）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の車軸伝達成分
   ２）電動機トルクによって歯車の間に伝わる力の反力のうちの電動機支持部への伝達成分
   ３）２）の力による台車枠重心回り回転モーメントにより作用する力
   ４）引張力による台車枠重心回り回転モーメントによる軸重移動量
   ５）全軸の引張力による車体重心回り回転モーメントによる軸重移動量
4. 前記変更ステップは、
   空転滑走した軸のトルクを一時的に引き下げて再粘着させる制御を行う再粘着制御ステップと、
   空転滑走した軸の空転滑走の程度を表す加速度、空転滑走速度又はこれらの相当値でなる空転滑走指標値を用いて空転滑走していない健全軸のトルク変更量を算出する算出ステップと、
   前記健全軸のトルクを一時的に前記トルク変更量分変更して空転滑走の誘発を抑制する制御を行う誘発抑制制御ステップと、
   を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の電気車制御方法。
5. 前記算出ステップは、前記空転滑走指標値と、動力車の各台車及び当該台車内の各軸の配置構成によって定まる空転滑走した軸と健全軸間の動的な軸重移動量を考慮した軸重移動係数とを用いて、健全軸の前記トルク変更量を算出するステップである請求項４に記載の電気車制御方法。
6. 動力車の各軸それぞれを駆動する電動機を個別にトルク制御する電気車制御装置であって、
   各軸の引張力／軸重比の指令値、走行加速度、及び、軸重を含む前記動力車の車両固有定数を用いて、軸重移動を考慮した各軸の引張力／軸重比を前記指令値通りとさせるためのトルク指令を演算するトルク指令演算部と、
   空転滑走した軸を検出する検出部と、
   前記検出部による検出がなされた場合に、少なくとも空転滑走した軸の前記トルク指令を変更して前記トルク指令を更新するトルク指令変更部と、
   前記トルク指令に基づいて、対応する電動機を個別に駆動制御する駆動制御部と、
   前記トルク指令演算部で演算されたトルク指令と前記駆動制御部で用いたトルク指令との差、各軸の加速度、及び、前記動力車の前記車両固有定数を用いて、当該トルク指令の差の分のトルク指令を与えた場合に生じる各軸それぞれの軸重移動の変動量を算出する変動量算出部と、
   を備え、
   前記トルク指令演算部は、前記変動量算出部で算出された軸重移動の変動量で、対応する各軸の軸重を補正して各軸それぞれのトルク指令を演算する電気車制御装置。

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