JP2013102613A - Electric vehicle control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気車の良好な乗り心地を維持しつつ粘着力の有効利用を図った再粘着制御を実現する電気車制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric vehicle control apparatus that realizes re-adhesion control that effectively uses adhesive force while maintaining good riding comfort of an electric vehicle.
電気車は車輪・レール間の接線力(粘着力ともいう)によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図6のすべり速度・接線力係数特性の例を示す特性を有している。この接線力を軸重(車輪1軸当たりのレールに加わる垂直荷重)で割ったものを接線力係数といい、接線力係数の最大値を粘着係数という。図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機あるいはブレーキ時に主電動機トルクに併せて主電動機に機械的に結合された動軸(以下単に動軸と称する)の空気ブレーキ力とで発生している場合は、空転・滑走を発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。 An electric vehicle performs acceleration / deceleration by a tangential force (also referred to as adhesive force) between wheels and rails. This tangential force generally shows an example of the slip speed / tangential force coefficient characteristic of FIG. 6 with respect to the slip speed. It has characteristics. The tangential force divided by the axial load (vertical load applied to the rail per wheel axis) is called the tangential force coefficient, and the maximum value of the tangential force coefficient is called the adhesion coefficient. As shown in the figure, the torque that does not exceed the maximum value of the tangential force is the main motor or the air brake force of a dynamic shaft (hereinafter simply referred to as a dynamic shaft) mechanically coupled to the main motor in conjunction with the main motor torque during braking. If it occurs, the car will not run idle and run, and the electric car will travel in the adhesion area with a small sliding speed to the left of the maximum tangential force.
最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するのでますますすべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクあるいはブレーキ時には動軸の空気ブレーキ力と主電動機トルクの合算値は接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。しかし、実線で示すように、レール面が雨などによって湿潤状態にある場合は、粘着係数が低下して接線力の最大値が車両の設定性能に対応したトルクより小さくなる。 If a torque larger than the maximum value is generated, the sliding speed increases and the tangential force decreases, so the slipping speed increases and the slipping / sliding state increases.However, when the wheels and rails are dry, the torque or brake generated by the main motor Occasionally, the vehicle performance is set so that the combined value of the air brake force of the dynamic shaft and the main motor torque does not exceed the maximum value of the tangential force, so no idling or sliding occurs. However, as indicated by the solid line, when the rail surface is wet due to rain or the like, the adhesion coefficient decreases and the maximum value of the tangential force becomes smaller than the torque corresponding to the set performance of the vehicle.
この場合、すべり速度が増大し空転・滑走状態となり、そのまま放置するとこれに対応して接線力係数が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に抑制しつつ、主電動機の発生トルクあるいは動軸の空気ブレーキ力と主電動機発生トルクとの合算値を極力接線力の最大値近傍の値になるように制御することが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。 In this case, the slip speed increases and the vehicle is idling / sliding.If left as it is, the tangential force coefficient decreases correspondingly, and the acceleration / deceleration force required for acceleration / deceleration of the vehicle further decreases. It is necessary to detect idling / sliding and reduce the torque generated by the main motor to re-adhere. When re-adhesion is carried out by controlling the torque in this way, the maximum value of the tangential force is maximized as much as possible while suppressing the sliding speed to a small value and the sum of the torque generated by the main motor or the air brake force of the dynamic shaft and the main motor generated torque. It is necessary to increase the acceleration / deceleration performance of the electric vehicle to control the value to be in the vicinity.
図7を用いて一般的な電気車制御装置の構成を説明する。図7は、4台の主電動機4を1台の電気車制御装置3で駆動する場合であるが、各主電動機4に対して個別の電気車制御装置3を用いる場合もある。しかしながら、基本的な制御の考え方はどちらも同一であるためその説明を省略する。
The configuration of a general electric vehicle control device will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a case where four main motors 4 are driven by one electric
主幹制御器2は、運転士の操作に基づき加減速するための元トルク指令値Tref0を出力する。
電気車制御装置3内の再粘着制御器31は、通常は元トルク指令値Tref0をそのままトルク指令値Trefとして出力するが、空転・滑走を検知した際は、再粘着させるために、元トルク指令値Tref0より小さい値をトルク指令値Trefとして出力する。
電気車制御装置3内のベクトル制御器32は、トルク指令値Trefに対応する電圧指令Vを生成する。
電気車制御装置3内の電力変換回路33は、電圧指令Vに対応する電圧を主電動機4に印加する。
電気車制御装置3内の角速度推定器34は、電力変換回路33の出力電圧・電流等から主電動機角速度Wmを推定する。なお、角速度推定器34の代わりに主電動機4に角速度検出器を設け、主電動機角速度を測定する場合もある。
The master controller 2 outputs the original torque command value Tref0 for acceleration / deceleration based on the operation of the driver.
The re-adhesion controller 31 in the electric
The
The
An
次に、図8を用いて、再粘着制御器31の動作について説明する。また、滑走時は軸加速度がマイナスになるが、その絶対値をとりブレーキトルク指令値をプラスの値で扱えば、空転時と同じように扱えるので、以下においては、特に断らない限り、空転の場合を例にとって説明する。 Next, the operation of the re-adhesion controller 31 will be described with reference to FIG. In addition, the axis acceleration is negative during sliding, but if the absolute value is taken and the brake torque command value is handled as a positive value, it can be handled in the same way as during idling. A case will be described as an example.
トルク指令値Trefがそのときの粘着係数に対応したトルクよりも大きくなると、空転が発生して(t=t0)、図8(b)に示すように、車体速度Vtよりも車輪周速度Vwが急激に増加する。そして、空転を検知し(t=t1)、トルク指令値TrefをTref0からTref_limに引き下げると、車輪周速度Vwが減少して車体速度Vtに一致する(t=t2)。このとき、空転している動輪は再粘着したため、トルク指令値Trefをある値まで短時間(t=t3〜t4)のうちに増大させる。トルク指令値Trefをしばらく一定とした後(t=t4〜t5)、徐々にTref0まで増大させる(t=t6)。以降、t=t1〜t6の動作を繰り返す。 When the torque command value Tref becomes larger than the torque corresponding to the adhesion coefficient at that time, idling occurs (t = t0), and as shown in FIG. 8 (b), the wheel peripheral speed Vw becomes higher than the vehicle body speed Vt. Increases rapidly. When idling is detected (t = t1) and the torque command value Tref is lowered from Tref0 to Tref_lim, the wheel circumferential speed Vw decreases and matches the vehicle body speed Vt (t = t2). At this time, since the idling wheel is re-adhered, the torque command value Tref is increased to a certain value within a short time (t = t3 to t4). After the torque command value Tref is kept constant for a while (t = t4 to t5), it is gradually increased to Tref0 (t = t6). Thereafter, the operation from t = t1 to t6 is repeated.
ここで、トルク指令値Trefの引き下げ量(ΔT=Tref0−Tref_lim)および引き下げ時間(t2−t1)は、空転している動輪を確実に再粘着させることができる値のトルクとする必要がある。 Here, the amount of reduction (ΔT = Tref0−Tref_lim) and the reduction time (t2−t1) of the torque command value Tref need to be set to a torque value that can reliably re-adhere the idle wheel.
特許文献1では外乱オブザーバ等を用いた接線力係数推定器によって車輪・レール間の接線力を推定し、空転または滑走を検出したときに、前記接線力係数推定値に対応したトルクよりも小さいトルクを指令して空転または滑走状態から再粘着状態に戻した後に、前記接線力係数推定値に対応したトルクを指令するようにした制御器が記載されている。
なお、外乱オブザーバによる接線力推定の方法は、例えば、非特許文献1に記載されている。
In
In addition, the method of tangential force estimation by a disturbance observer is described in Non-Patent
なお、空転・滑走の検知方法は主電動機の角加速度から検知する方法や、複数の主電動機の回転速度差から検知する手法等がある。(例えば、非特許文献2) The idling / sliding detection method includes a method of detecting from the angular acceleration of the main motor, a method of detecting from the rotational speed difference of a plurality of main motors, and the like. (For example, Non-Patent Document 2)
従来、トルク指令値Trefの引き下げ量ΔTおよび引き下げ時間をどの程度にすれば動輪を確実に再粘着できるかの把握が困難であった。
引き下げ量が小さすぎたり引き下げ時間が短すぎたりすると動輪の再粘着ができない一方で、引き下げ量が大きすぎたり引き下げ時間が長すぎたりすると加速性や乗り心地の悪化を招く。そのため、試行錯誤的に引き下げ量や引き下げ時間を変化させて調整する必要があり、大変な時間と労力が必要であった。
Conventionally, it has been difficult to grasp how much the reduction amount ΔT and the reduction time of the torque command value Tref can be re-adhered to the driving wheel.
If the pull-down amount is too small or the pull-down time is too short, the driving wheel cannot be re-adhered. On the other hand, if the pull-down amount is too large or the pull-down time is too long, the acceleration performance and ride comfort are deteriorated. For this reason, it is necessary to make adjustments by changing the amount of reduction and the time for reduction on a trial and error basis, requiring a great deal of time and effort.
特許文献1に記載の手法の場合、接線力係数推定器に対応したトルクよりも小さいトルクになるように引き下げることにより確実に再粘着できるものの、どの程度引き下げるのが適切か、また引き下げ時間をどの程度にすれば適切か把握するのが困難である。そのため、同様に試行錯誤的な調整する必要があり、大変な時間と労力が必要である。
In the case of the method described in
そこで、本発明の目的は、試行錯誤的な調整を行う必要なく、再粘着を確実に実現できる適切なトルク引き下げ量の決定が可能な電気車制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric vehicle control device capable of determining an appropriate torque reduction amount that can reliably realize re-adhesion without performing trial and error adjustment.
本発明は、電気車両の主電動機を制御する電気車制御装置において、車輪の空転・滑走を検知する空転滑走検知器と、前記車輪とレールの間の速度差の変化率であるすべり加速度の指令値であるすべり加速度指令に基づいた再粘着トルクを出力する再粘着トルク演算器と、空転・滑走を検知したときには、前記再粘着トルクを出力するトルク指令値演算器と、を有し、前記すべり加速度を制御することを特徴とするものである。 The present invention relates to an idling / sliding detector for detecting idling / sliding of a wheel and a slip acceleration command which is a rate of change of a speed difference between the wheel and the rail in an electric vehicle control device for controlling a main motor of an electric vehicle. A re-adhesion torque calculator that outputs a re-adhesion torque based on a slip acceleration command that is a value, and a torque command value calculator that outputs the re-adhesion torque when slipping / sliding is detected. It is characterized by controlling acceleration.
本発明では、主電動機角速度と、トルク指令値もしくは演算値と、から車輪の接線力係数を推定する接線力係数推定器をさらに有し、前記再粘着トルク演算器は、前記接線力係数に基づいた再粘着トルクを出力し、前記すべり加速度を前記すべり加速度指令に一致させるように制御することが好ましい。 The present invention further includes a tangential force coefficient estimator that estimates a tangential force coefficient of a wheel from a main motor angular velocity and a torque command value or a calculated value, and the re-adhesion torque calculator is based on the tangential force coefficient. It is preferable that the re-adhesion torque is output and the slip acceleration is controlled so as to coincide with the slip acceleration command.
本発明では、前記再粘着トルク演算器は、空転・滑走を検知した時点での接線力係数に基づいた再粘着トルクを出力することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the re-adhesion torque calculator outputs a re-adhesion torque based on a tangential force coefficient at the time of detecting idling / sliding.
本発明では、前記再粘着トルク演算器は、前記電気車両の車体加速度に基づいた再粘着トルクを出力することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the re-adhesion torque calculator outputs a re-adhesion torque based on a vehicle body acceleration of the electric vehicle.
本発明では、車体の加速度を推定し、車体加速度推定値を出力する車体加速度推定器をさらに有し、前記再粘着トルク演算器は、前記車体加速度推定値に基づいた再粘着トルクを出力し、前記すべり加速度を前記すべり加速度指令に一致させるように制御することが好ましい。 The present invention further includes a vehicle body acceleration estimator that estimates vehicle body acceleration and outputs a vehicle body acceleration estimated value, and the re-adhesion torque calculator outputs a re-adhesion torque based on the vehicle body acceleration estimated value, It is preferable to control the sliding acceleration so as to coincide with the sliding acceleration command.
本発明では、前記車体加速度推定値は、主電動機角速度から変換された車輪周加速度を遅延させて得られることが好ましい。 In the present invention, the vehicle body acceleration estimated value is preferably obtained by delaying the wheel circumferential acceleration converted from the main motor angular velocity.
本発明によれば、試行錯誤的な調整をしなくても、再粘着を確実に実現できる適切なトルク引き下げ量の決定が可能である。 According to the present invention, it is possible to determine an appropriate torque reduction amount that can reliably realize re-adhesion without trial and error adjustment.
以下、図面を参照して、本発明の電気車制御装置の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of an electric vehicle control device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の電気車制御装置の再粘着制御器の第1実施形態を示すブロック図である。電気車制御装置の再粘着制御以外の構成要素は、上述した従来例と同様であるため、その説明を省略する。
第1実施形態にかかる再粘着制御器31aは、空転・滑走検出器311と、再粘着トルク演算器312と、トルク指令演算器313と、を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a re-adhesion controller of an electric vehicle control device of the present invention. Since components other than the re-adhesion control of the electric vehicle control device are the same as those in the conventional example described above, the description thereof is omitted.
The
空転・滑走検出器311には、主電動機角速度推定器(図示せず)が検出した主電動機角速度Wmが入力される。空転・滑走検出器311は、主電動機角速度Wmが所定の閾値を超えると、空転・滑走の発生を検知し、空転検知信号slipを出力する。また、空転・滑走検知器311は、主電動機角速度Wmが所定の閾値以下になると、空転検知信号slipの出力を停止する。
なお、空転・滑走検知器311は、非特許文献1のように他の手法を用いて空転・滑走を検知しても構わない。
The idling / sliding
Note that the idling / sliding
再粘着トルク演算器312には、すべり加速度指令αsrefが入力される。再粘着トルク演算器312は、すべり加速度指令αsrefに基づいて、再粘着トルクTref_limを算出する。
すべり加速度指令αsrefとは、希望するすべり加速度αsのことであり、すべり加速度αsは、すべり速度Vsの微分値、すなわち、図8(b)に示す車輪周速度Vwの傾きである。
The
The slip acceleration command αsref is a desired slip acceleration αs, and the slip acceleration αs is a differential value of the slip speed Vs, that is, the inclination of the wheel peripheral speed Vw shown in FIG.
トルク指令演算器313には、元トルク指令値Tref0と、空転検知信号slipと、再粘着トルクTref_limとが入力される。トルク指令演算器313は、通常は、入力された元トルク指令値Tref0をそのままトルク指令値Trefとして出力するが、空転検知信号slipが入力されると、再粘着トルクTref_limをトルク指令値Trefとして一定時間(例えば、空転検知信号slipが入力されている間)出力する。
The
本発明の第1実施形態にかかる再粘着制御器31aによれば、すべり加速度指令αsrefに基づいて、再粘着トルクTref_limを決定し、すべり加速度αsを制御するため、試行錯誤的な調整を行う必要なく、再粘着を確実に実現することができる。
According to the
図2は、本発明の電気車制御装置の再粘着制御器の第2実施形態を示すブロック図である。
第2実施形態にかかる再粘着制御器31bは、空転・滑走検出器311と、再粘着トルク演算器312と、トルク指令演算器313と、に加えて、接線力推定器314を有する。第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成要素には、同様の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the re-adhesion controller of the electric vehicle control device of the present invention.
The re-adhesion controller 31 b according to the second embodiment includes a
接線力推定器314には、主電動機角速度Wmおよびトルク指令値Trefが入力される。接線力推定器314は、主電動機角速度Wmおよびトルク指令値Trefから、外乱オブザーバ等を用いて、車輪・レール間の接線力を主電動機側からみたものである負荷トルクTestを推定し、出力する。
なお、接線力推定器314による負荷トルクTestの推定方法は、従来技術と同様であるので、その説明を省略する。
また、接線力推定器314は、トルク指令値Trefを用いる代わりに、電流検出器を用いた主電動機トルクの演算値を用いることもできる。
The
Note that the method for estimating the load torque Test by the
In addition, the
再粘着トルク演算器312には、負荷トルクTestと、すべり加速度指令αsref[m/s2]と、車体加速度検出器(図示せず)により検出された車体加速度αt[m/s2]が入力される。再粘着トルク演算器312は、(1)式により再粘着トルクTref_lim[N・m]を算出する。
The
ここで、Rgは歯車比(主電動機の回転数/車輪の回転数)、rw[m]は車輪径、J[kg・m]は主電動機からみた主電動機・歯車装置・車軸・車輪の等価慣性モーメントである。
(1)式は、すべり加速度指令αsrefによって、空転を抑えるために必要なトルクの引き下げ量を任意に決定し、すべり加速度αsを制御可能なことを示している。
Where Rg is the gear ratio (the number of rotations of the main motor / the number of rotations of the wheels), rw [m] is the wheel diameter, and J [kg · m] is the equivalent of the main motor / gear device / axle / wheel as viewed from the main motor. It is moment of inertia.
Equation (1) shows that the amount of torque reduction required to suppress idling can be arbitrarily determined by the slip acceleration command αsref, and the slip acceleration αs can be controlled.
本発明の第2実施形態にかかる再粘着制御器31bによれば、すべり加速度指令αsrefを用いた(1)式により、再粘着トルクTref_limを決定し、すべり加速度αsを制御するため、試行錯誤的な調整を行う必要なく、再粘着を確実に実現することができる。
さらに、外乱オブザーバ等を用いて、負荷トルクTestを推定することにより、レール面が乾燥状態にあるか、あるいは、雨などによって湿潤状態にあるかによって異なる接線力に対応でき、より正確な再粘着トルクを算出することができる。
According to the re-adhesion controller 31b according to the second embodiment of the present invention, the re-adhesion torque Tref_lim is determined by the equation (1) using the slip acceleration command αsref, and the slip acceleration αs is controlled. Re-adhesion can be realized reliably without the need for making any adjustments.
Furthermore, by estimating the load torque Test using a disturbance observer etc., it is possible to cope with different tangential forces depending on whether the rail surface is dry or wet due to rain, etc., and more accurate re-adhesion Torque can be calculated.
図3は、本発明の電気車制御装置の再粘着制御器の第3実施形態を示すブロック図である。
第3実施形態にかかる再粘着制御器31cは、再粘着トルク演算器312に空転検知信号slipが入力されている点以外、第2実施形態にかかる再粘着制御器31bと同様であるため、同様の構成要素には、同様の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the re-adhesion controller of the electric vehicle control device of the present invention.
The
再粘着トルク演算器312は、空転検知信号slipが入力された時点に入力された負荷トルクTestを保持して、再粘着トルクTref_limとして出力する。
上述した第2実施形態では、再粘着トルク演算器312は、負荷トルクTestの瞬時値を用いて、すなわち、リアルタイムに再粘着トルクTref_limを演算していた。しかしながら、接線力推定器314が出力する負荷トルクTestは、電気車の歯車・駆動装置等や台車の振動により微小に変化しており、このように微小に変化している負荷トルクTestを用いると、再粘着トルクTref_limが不安定になるおそれがある。
The
In the second embodiment described above, the
本発明の第3実施形態にかかる再粘着制御器31cによれば、空転検知信号slipが入力された時点に入力された負荷トルクTestを用いて、再粘着トルクTref_limを求めることにより、Tref_limが不安定になるという問題を回避することができる。
According to the
図4は、本発明の電気車制御装置の再粘着制御器の第4実施形態を示すブロック図である。
第4実施形態にかかる再粘着制御器31dは、空転・滑走検出器311と、再粘着トルク演算器312と、トルク指令演算器313と、接線力推定器314と、に加えて、車体加速度推定器315を有する。第4実施形態において、第1〜第3実施形態と同様の構成要素には、同様の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the re-adhesion controller of the electric vehicle control device of the present invention.
The
車体加速度推定器315には、主電動機角速度Wmおよび空転検知信号slipが入力される。車体加速度推定器315は、後述するように車体加速度推定値αt_estを求め、出力する。
なお、車体加速度推定器315を用いる代わりに、上述した第2、第3実施形態のように、車体の前後加速度を検出する車体加速度検出器を用いてもよいが、実際の電気車において車体の前後加速度を検出することは困難であるため、車体加速度推定器315を用いることが好ましい。
The vehicle
Instead of using the vehicle
車体加速度推定値αt_estを求めるにあたり、図8(c)の再粘着制御時の車輪周加速度αwと車体加速度αtに着目すると、次のような特徴がみられる。 In obtaining the vehicle body acceleration estimated value αt_est, the following characteristics can be seen by paying attention to the wheel circumferential acceleration αw and the vehicle body acceleration αt during the re-adhesion control in FIG.
第一の特徴として、空転開始前の状態(t<t0)では車輪周加速度αwと車体加速度αtはほぼ一致していることがあげられる。それゆえ、車輪周加速度αwを車体加速度αtとみなすことが可能である。 The first feature is that the wheel circumferential acceleration αw and the vehicle body acceleration αt substantially coincide with each other in a state before starting idling (t <t0). Therefore, it is possible to regard the wheel circumferential acceleration αw as the vehicle body acceleration αt.
第二の特徴として、空転が発生しても(t0≦t)車体加速度αtはほとんど変化せず一定であることがあげられる。これは、適切に再粘着制御を行うことができれば、接線力の低下はほとんどないためである。また、電気車は通常複数の電気車制御装置によって駆動されることから、一つの電気車制御装置のトルクが引下げられても車体前後加速度への影響は少ないためである。 The second feature is that the vehicle body acceleration αt hardly changes even when idling occurs (t0 ≦ t). This is because if the re-adhesion control can be performed appropriately, the tangential force hardly decreases. Moreover, since an electric vehicle is normally driven by a plurality of electric vehicle control devices, even if the torque of one electric vehicle control device is reduced, the influence on the longitudinal acceleration of the vehicle body is small.
これら二つの特徴から、空転開始前の車輪周加速度αwを車体加速度推定値αt_estとして用いることができる。そこで、車体加速度推定器315は、図5に示す構成とすることができる。すなわち、車体加速度推定器315は、比例器3151と、微分器3152と、遅延フィルタ3153と、を有する。
From these two characteristics, the wheel circumferential acceleration αw before the start of idling can be used as the vehicle body acceleration estimated value αt_est. Therefore, the vehicle
主電動機角速度Wmは、比例器3151によりrw/Rgを積算され車輪周速度Vwに変換される。車輪周速度Vwは、微分器3152により車輪周加速度αwに変換される。遅延フィルタ3153は、空転検知信号slipが入力されると、この車輪周加速度αwを遅延させ車体加速度推定値αt_estを出力する。
なお、遅延フィルタ3153による遅延時間は、空転が開始してから空転を検知するまでに要する時間より長く設定することにより、車体加速度推定値αt_estを空転時の車体加速度αtと一致させることができる。また、空転検知信号slipが入力されると、遅延フィルタ3153の出力が保持されることにより、空転・滑走の影響を防ぐことが可能である。
The main motor angular velocity Wm is integrated by rw / Rg by a
Note that the vehicle body acceleration estimated value αt_est can be made to coincide with the vehicle body acceleration αt at the time of idling by setting the delay time by the
再び、図4を参照すると、再粘着トルク演算器312には、空転検知信号slipと、車体加速度推定値αt_estと、負荷トルクTestと、すべり加速度指令αsref[m/s2]と、が入力される。再粘着トルク演算器312は、(2)式により再粘着トルクTref_lim[N・m]を算出する。
Referring to FIG. 4 again, the
(2)式のように主電動機のトルクを発生すれば、すべり加速度αsをすべり加速度指令αsrefに一致させることができる。以下、この点に関して説明する。 If the torque of the main motor is generated as in equation (2), the slip acceleration αs can be matched with the slip acceleration command αsref. Hereinafter, this point will be described.
ニュートン力学の運動方程式から、回転体の運動は、
慣性モーメント×角加速度=トルク(回転させようとする力)
という関係になる。これを電気車の主電動機から車輪までの回転部を、一つの回転体として置き換えると、主電動機角速度Wm、主電動機4の発生トルクTm、車輪とレール間の摩擦力を主電動機側からみたものをTとすると、
From the equation of motion of Newtonian mechanics, the motion of the rotating body is
Moment of inertia x angular acceleration = torque (force to rotate)
It becomes the relationship. When the rotating part from the main motor to the wheel of the electric car is replaced with one rotating body, the main motor angular velocity Wm, the generated torque Tm of the main motor 4, and the friction force between the wheel and the rail are viewed from the main motor side. Let T be T
上述したとおり、負荷トルクTは、接線力推定器314を用いてTestとして推定可能であり、車体加速度αtは車体加速度推定器315によって車体加速度推定値αt_estとして推定可能である。そこで(6)式のTをTestに、αtをαt_estに置き換えて変形すると、
As described above, the load torque T can be estimated as Test using the
そのため、(2)式の構成によりTref_limを決定し、トルク指令演算器・ベクトル制御器・電力変換回路を経由して主電動機の発生トルクTmがTref_limと一致することにより、すべり加速度αsをすべり加速度指令αsrefに一致させることができる。
ここで、すべり加速度指令αsrefを負の値とすることにより、すべり速度Vsを減少させることができるため、確実に再粘着させることが可能である。また、空転・滑走を検知した際のすべり速度Vsを見積もることにより、どの程度の時間で再粘着できるか予測可能であり、トルク指令演算器315がトルクを引き下げる時間を適切に設計できる。
Therefore, Tref_lim is determined by the configuration of equation (2), and the slip acceleration αs is determined as the slip acceleration αs by the torque Tm generated by the main motor matches Tref_lim via the torque command calculator, vector controller, and power conversion circuit. It can be matched with the command αsref.
Here, by setting the slip acceleration command αsref to a negative value, the slip speed Vs can be reduced, so that it is possible to reliably re-adhere. In addition, by estimating the slip speed Vs at the time of detecting idling / sliding, it is possible to predict how much time can be re-adhered, and the time for the
本発明の第4実施形態にかかる再粘着制御器31dによれば、すべり加速度指令αsrefを用いた(2)式により、再粘着トルクTref_limを決定し、すべり加速度αsを制御するため、試行錯誤的な調整を行う必要なく、再粘着を確実に実現することができる。
また、車体加速度推定値αt_estを用いることにより、実際の電気車の車体の前後加速度を検出する必要がないため、車体加速度検出器のような追加の装置を設けることなく、再粘着トルクを算出することができる。
According to the
In addition, by using the vehicle body acceleration estimated value αt_est, it is not necessary to detect the longitudinal acceleration of the actual electric vehicle body, so the re-adhesion torque is calculated without providing an additional device such as a vehicle body acceleration detector. be able to.
本発明は電気車の良好な乗り心地を維持しつつ粘着力の有効利用を図った再粘着制御の実現に有効である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective for realizing re-adhesion control that makes effective use of adhesive force while maintaining good riding comfort of electric vehicles.
1 車両
2 主幹制御器
3 電気車制御装置
31 再粘着制御器
311 空転・滑走検知器
312 再粘着トルク演算器
313 トルク指令演算器
314 接線力推定器
315 車体加速度推定器
3151 比例器
3152 微分器
3153 遅延フィルタ
32 ベクトル制御器
33 電力変換回路
34 角速度推定器
4 誘導電動機
5 歯車装置
6 車輪
7 レール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
車輪の空転・滑走を検知する空転滑走検知器と、
前記車輪とレールの間の速度差の変化率であるすべり加速度の指令値であるすべり加速度指令に基づいた再粘着トルクを出力する再粘着トルク演算器と、
空転・滑走を検知したときには、前記再粘着トルクを出力するトルク指令値演算器と、
を有し、
前記すべり加速度を制御することを特徴とする電気車制御装置。 In an electric vehicle control device that controls a main motor of an electric vehicle,
An idling / sliding detector for detecting idling / sliding of wheels,
A re-adhesion torque calculator that outputs a re-adhesion torque based on a slip acceleration command that is a command value of a slip acceleration that is a rate of change of a speed difference between the wheel and the rail;
A torque command value calculator that outputs the re-adhesion torque when idle / sliding is detected;
Have
An electric vehicle control device that controls the sliding acceleration.
前記再粘着トルク演算器は、前記接線力係数に基づいた再粘着トルクを出力し、前記すべり加速度を前記すべり加速度指令に一致させるように制御することを特徴とする請求項1に記載の電気車制御装置。 A tangential force coefficient estimator for estimating the tangential force coefficient of the wheel from the main motor angular speed and the torque command value or the calculated value;
2. The electric vehicle according to claim 1, wherein the re-adhesion torque calculator outputs a re-adhesion torque based on the tangential force coefficient and controls the slip acceleration to coincide with the slip acceleration command. Control device.
前記再粘着トルク演算器は、前記車体加速度推定値に基づいた再粘着トルクを出力し、前記すべり加速度を前記すべり加速度指令に一致させるように制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気車制御装置。 A vehicle body acceleration estimator that estimates the vehicle body acceleration and outputs a vehicle body acceleration estimated value;
4. The re-adhesion torque calculator outputs a re-adhesion torque based on the estimated vehicle body acceleration value, and controls the slip acceleration to match the slip acceleration command. An electric vehicle control device according to claim 1.
6. The electric vehicle control device according to claim 5, wherein the vehicle body acceleration estimated value is obtained by delaying wheel circumferential acceleration converted from the main motor angular velocity.
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