JP2013123311A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪とレールとの接線力（粘着力、摩擦力）がより高い状態でモータを駆動できる電気車制御装置を得る。
【解決手段】電気車制御装置は、モータトルク指令値取得部と、すべり速度算出部２と、第一の補正部４２ｃ、４３と、第二の補正部４１、４２ｂ、４２ｃ、４３と、を備える。モータトルク指令値取得部は、車輪を駆動するモータの回転速度と操作入力に基づく入力指令値とに応じたモータトルク指令値を取得する。すべり速度算出部２は、車輪の回転速度と車両速度とに基づいて車輪のレールに対するすべり速度を算出する。第一の補正部４２ｃ、４３は、取得されたモータトルク指令値を、算出されたすべり速度に応じて補正する。第二の補正部４１、４２ｂ、４２ｃ、４３は、取得されたモータトルク指令値を、モータのトルクの時間変化およびすべり速度の時間変化に応じて、すべり速度に対応したトルクの最大値に近付くよう補正する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。

従来、レールに対する車輪の空転を検知してモータのトルクを制御する電気車制御装置が知られている。

安岡 育雄、外５名、「誘導電動機個別駆動方式電気機関車の再粘着制御に関する実験的考察」、電気学会論文誌Ｄ、平成２０年１月号、Vol.128、 No.1、 2008

この種の電気車制御装置では、車輪とレールとの接線力（粘着力、摩擦力）がより高い状態でモータを駆動できるのが望ましい。

本発明の実施形態にかかる電気車制御装置は、モータトルク指令値取得部と、すべり速度算出部と、第一の補正部と、第二の補正部と、を備える。モータトルク指令値取得部は、車輪を駆動するモータの回転速度と操作入力に基づく入力指令値とに応じたモータトルク指令値を取得する。すべり速度算出部は、車輪の回転速度と車両速度とに基づいて車輪のレールに対するすべり速度を算出する。第一の補正部は、取得されたモータトルク指令値を、算出されたすべり速度に応じて補正する。第二の補正部は、取得されたモータトルク指令値を、モータのトルクの時間変化およびすべり速度の時間変化に応じて、すべり速度に対応したトルクの最大値に近付くよう補正する。

図１は、実施形態にかかる電気車制御装置を含むシステムの一例が示されたブロック図である。 図２は、レールに対する車輪のすべり率とレールと車輪との粘着係数との関係の一例が示された図である。 図３は、実施形態にかかる電気車制御装置のすべり速度に対するトルク（指令値）の補正パターンならびにすべり速度とトルク（接線力）との特性の一例が示された図である。 図４は、第１実施形態にかかる電気車制御装置の概略構成の一例が示されたブロック図である。 図５は、第２実施形態にかかる電気車制御装置の概略構成の一例が示されたブロック図である。 図６は、第３実施形態にかかる電気車制御装置の概略構成の一例が示されたブロック図である。

以下の例示的な複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される。

＜第１実施形態＞
図１に示される本実施形態にかかる電気車制御装置１は、鉄道車両の車輪（図示されず）を駆動するモータ２０（一例としては、三相誘導電動機）を制御する。

発明者らの実験結果等から、車輪のレールに対するすべり率λと、車輪とレールとの間の粘着係数μとの間には、一例としては、図２に示されるような関係があることがわかっている。この図２から、粘着係数μが最大（極大、ピーク）となるすべり率λがあることが理解できる。すなわち、すべり率λが０と極大値（図２の例ではλ≒０．０５）との間（粘着領域）では、すべり率λが増大するにつれて粘着係数μは増大する。一方、すべり率λが極大値より大きい状態（空転領域）では、すべり率λが増大するにつれて粘着係数μは減少する。

発明者らは、図２のような特性に着目し、モータ２０のトルクＴｍ（制御トルク、モータトルク指令値Ｔｃｆ）を適宜に変化させることでより接線力（粘着力、摩擦力）の高い状態を得る新しい制御手法、すなわち、接線力が極大値により近いすべり速度Ｖｓ（すべり率）の状態が得られるように、モータ２０のトルクＴｍを制御する制御手法、を想起するに至った。その概要について、図３を参照して説明する。図３の横軸はすべり速度Ｖｓ、縦軸はトルクＴｍ，Ｔｔである。図３には、車両が走行している状況におけるすべり速度Ｖｓと接線力に基づくトルクＴｔ（接線力に車輪の半径を乗じた値）との関係Ｃｒ（すべり速度−接線力特性、以降、特性Ｃｒと記す）、ならびに電気車制御装置１がトルクＴｍの制御に用いる関数Ｆｖｔの一例が、示されている。関数Ｆｖｔは、検出された（算出された）すべり速度Ｖｓと、該すべり速度Ｖｓに応じて電気車制御装置１が出力するモータトルク指令値Ｔｃｆに基づくトルクＴｍと、の関係を示している。関数Ｆｖｔは、本実施形態では、一例として、すべり速度Ｖｓが増大するにつれてトルクＴｍ（モータトルク指令値Ｔｃｆ）が減少する単調減少関数（本実施形態では、一例として一次関数）として設定されている。

ここで、本実施形態では、一例として、電気車制御装置１は、基本的には、関数Ｆｖｔに基づき、検出（算出）されたすべり速度Ｖｓに応じてトルクＴｍ（モータトルク指令値Ｔｃｆ）を制御する（変化させる）。この場合、時間の経過とともに、すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍは、関数Ｆｖｔと特性Ｃｒとの交点Ｐ（動作点）の状態になる。具体的には、例えば、電気車制御装置１が、関数Ｆｖｔの一つである図３の関数Ｆｖｔ１を用いてトルクＴｍを制御している状態では、時間の経過とともに、すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍは、関数Ｆｖｔ１と特性Ｃｒとの交点Ｐ１の状態になる。図３上では、すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍ（動作点）が、関数Ｆｖｔ１上を移動して、交点Ｐ１に到達する。

さらに、本実施形態では、一例として、電気車制御装置１は、制御に用いる関数Ｆｖｔを変化させる（変更する）ことができる。関数Ｆｖｔが一例として上述された関数Ｆｖｔ１とは異なる関数Ｆｖｔ（図３の例では、Ｆｖｔ２〜Ｆｖｔ５）に変化した場合も、すべり速度Ｖｓおよびモータ２０のトルクＴｍは、関数Ｆｖｔ１の場合と同様に推移する。具体的には、例えば、電気車制御装置１が、関数Ｆｖｔ５を用いてモータ２０のトルクＴｍを制御している状態では、時間の経過とともに、すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍは、関数Ｆｖｔ５と特性Ｃｒとの交点Ｐ５（動作点）の状態になる。この場合も、図３上では、すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍ（動作点）が、関数Ｆｖｔ５上を移動して、交点Ｐ５に到達する。なお、図３には、複数の関数Ｆｖｔ１〜Ｆｖｔ５が例示されている。電気車制御装置１は、例えば、図３に示された複数の関数Ｆｖｔ１〜Ｆｖｔ５のうちいずれか一つを選択して制御に用いることができる。ただし、図３に示された複数の関数Ｆｖｔは、あくまで一例であって、電気車制御装置１は、これら以外の関数Ｆｖｔを制御に用いることもできるし、より多くの関数Ｆｖｔから一つを選択して制御に用いることもできるし、関数Ｆｖｔを連続的に変化させることもできる。また、本実施形態では、一例として、関数Ｆｖｔは、すべり速度Ｖｓに対するトルクＴｍの傾き（ゲイン、すべり速度Ｖｓに対するトルクＴｍの変化率）が一定のまま変化させる。すなわち、電気車制御装置１では、図３中で、関数Ｆｖｔが平行移動される。

そして、本実施形態では、一例として、電気車制御装置１は、動作点がトルクＴｔの極大値（最大値）に近い状態になるよう、すなわち、図３で特性Ｃｒと関数Ｆｖｔとの交点Ｐが特性Ｃｒの極大値に近い位置（図３の例では、点Ｐ３）になるように、関数Ｆｖｔを変化させる（変更する）。ここで、図３を参照すれば、粘着領域にある場合には、関数Ｆｖｔを、すべり速度Ｖｓに対するトルクＴｍがより大きい関数Ｆｖｔ、すなわち、図３でより右側（上側、右上側）に位置された関数Ｆｖｔに変化させれば（例えば、Ｆｖｔ１→Ｆｖｔ２、Ｆｖｔ２→Ｆｖｔ３等）、特性Ｃｒの極大値に近い交点Ｐに対応した状態が得られることがわかる。また、逆に、空転領域にある場合には、関数Ｆｖｔを、すべり速度Ｖｓに対するトルクＴｍがより小さい関数Ｆｖｔ、すなわち、図３でより左側（下側、左下側）に位置された関数Ｆｖｔに変化させれば（例えば、Ｆｖｔ５→Ｆｖｔ４、Ｆｖｔ４→Ｆｖｔ３等）、特性Ｃｒの極大値に近い交点Ｐに対応した状態が得られることがわかる。しかしながら、特性Ｃｒは種々の条件（例えば、レールの状態や、車輪の状態、気象条件等）で異なるため、電気車制御装置１は、走行状況に合致した特性Ｃｒを予め取得し難く、ひいては、トルクＴｔの極大値が得られる関数Ｆｖｔも予め取得し難い。

そこで、本実施形態では、一例として、電気車制御装置１は、トルクＴｍ（モータトルク指令値Ｔｃｆ）の制御に用いる関数Ｆｖｔを変化させることで、動作点（すべり速度ＶｓおよびトルクＴｍ，Ｔｔの状態）、すなわち、図３における関数Ｆｖｔと特性Ｃｒとの交点Ｐ（図３の例ではＰ１〜Ｐ５）を変化させ、この変化に応じたパラメータの変化（時間変化）に基づいて、トルクＴｍを制御する。

（パターン１）
具体的には、例えば、電気車制御装置１が関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが増加し、かつすべり速度Ｖｓも増加した場合は、例えば、図３のＰ１→Ｐ２や、Ｐ２→Ｐ３に相当し、粘着領域にあると推定できる。この場合は、関数Ｆｖｔを図３のより右側（上側、右上側）に位置するように変化させることで、交点Ｐをピーク（交点Ｐ３）に近付けることができる。

（パターン２）
また、電気車制御装置１が関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍは増加したものの、すべり速度Ｖｓが減少した場合は、例えば、図３のＰ５→Ｐ４や、Ｐ４→Ｐ３に相当し、空転領域にあると推定できる。この場合は、関数Ｆｖｔを図３のより左側（下側、左下側）に位置するように変化させることで、交点Ｐをピーク（交点Ｐ３）に近付けることができる。

（パターン３）
また、電気車制御装置１が関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが減少し、かつすべり速度Ｖｓも減少した場合は、例えば、図３のＰ３→Ｐ２や、Ｐ２→Ｐ１に相当し、粘着領域にあると推定できる。この場合は、関数Ｆｖｔを図３のより右側（上側、右上側）に位置するように変化させることで、交点Ｐをピーク（交点Ｐ３）に近付けることができる。

（パターン４）
また、電気車制御装置１が関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍは減少したものの、すべり速度Ｖｓが増加した場合は、例えば、図３のＰ３→Ｐ４や、Ｐ４→Ｐ５に相当し、空転領域にあると推定できる。この場合は、関数Ｆｖｔを図３のより左側（下側、左下側）に位置するように変化させることで、交点Ｐをピーク（交点Ｐ３）に近付けることができる。

動作点（交点Ｐ）の変化の上述した各パターンは、トルクＴｍに対応した（トルクＴｍの変化に応じて変化する）第一パラメータの時間変化と、すべり速度Ｖｓに対応した（すべり速度Ｖｓの変化に応じて変化する）第二パラメータの時間変化と、によって、検出、識別、あるいは判別することができる。よって、本実施形態にかかる電気車制御装置１は、一例として、まず、最初のタイミング（変更タイミング）でモータトルク指令値Ｔｃｆを変更することで関数Ｆｖｔを変化させ（変更し）、これにより、動作点（交点Ｐ）を変化させる（ステップ１）。次のタイミング（変更タイミング）で、電気車制御装置１は、動作点（交点Ｐ）の変化によって生じた第一パラメータおよび第二パラメータの時間変化の上記四つのパターンに応じてモータトルク指令値Ｔｃｆを変更することで、関数Ｆｖｔを変化させる（ステップ２）。以降の変更タイミングでは、ステップ２が反復的に実行される。変更タイミングの時間間隔は、第一の補正部および第二の補正部がトルクＴｍ（モータトルク指令値Ｔｃｆ）を補正するタイミング（補正タイミング）の時間間隔より長く設定される。なお、本実施形態では、一例として、変更タイミングならびに補正タイミングともに、一定の時間間隔に設定されるが、これには限定されない。

上述した制御を実行する本実施形態にかかる電気車制御装置１は、一例として、図１に示されるように、すべり速度算出部２、モータトルク指令値取得部３、および補正部４を備える。また、インバータ制御回路５は、補正部４の出力としてのモータトルク指令値Ｔｃｆに基づいてインバータ１０を制御し、ひいてはモータ２０を制御する。また、インバータ１０は、交流電力（一例としては三相交流）を出力する電力変換装置であって、一例としては、出力交流電力の実効電圧ならびに周波数を可変制御する所謂ＶＶＶＦインバータである。インバータ制御回路５は、インバータ１０に含まれる複数の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）等）の動作（オンオフ）を制御する。

また、電気車制御装置１の、少なくとも、すべり速度算出部２、モータトルク指令値取得部３、および補正部４の各部は、一例としては、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit、図示されず）がプログラム（ソフトウエア、アプリケーション）にしたがって動作することによって、実現される。プログラムや当該プログラムで用いられるデータ等は、コンピュータのＨＤＤ（hard disk drive）等の記憶部（図示されず）に記憶される（インストールされる）。

図１，４に示されるように、すべり速度算出部２は、車輪速度Ｖｗから車両速度Ｖｖを減算することで、すべり速度Ｖｓを算出する。すべり速度Ｖｓは、車輪とレールとの接触部分における速度である。車輪速度Ｖｗは、一例として、モータ２０によって駆動される車輪（動輪、駆動輪）の回転速度から算出することができる。また、車両速度Ｖｖは、一例として、モータ２０によって駆動されていない車輪（従輪、非駆動輪）の回転速度から算出することができる。また、電気機関車など、モータ２０によって駆動されていない車輪を有さず、モータ２０によって駆動される車輪を複数有する場合には、モータ２０によって駆動される複数の車輪のうち最も回転速度が低い車輪、あるいは２番目に回転速度が低い車輪の回転速度から、車両速度Ｖｖを算出する（代用する）ことができる。車輪の回転速度は、例えば、速度発電機（タコジェネレータ）によって検出することができるし、モータ２０の回転速度からギヤ比を用いて算出（換算）することもできる。

図１，４に示されるように、モータトルク指令値取得部３は、入力指令値Ｃｎとモータ２０の回転速度Ｖｍとに応じたモータトルク指令値Ｔｃを取得する。入力指令値Ｃｎは、例えばマスターコントローラ（マスコン）等の入力操作部６の操作者（運転士等）の操作入力に基づく値である。入力指令値Ｃｎは、一例としては、ノッチの位置（段）を示す値である。モータトルク指令値Ｔｃは、図４に例示されるような予め設定された回転速度Ｖｍとモータトルク指令値Ｔｃとの関係Ｒ（関数、テーブル等）に基づいて、回転速度Ｖｍに応じた値として決定される。なお、関係Ｒは、例えば、入力指令値Ｃｎ毎に複数設定されており、モータトルク指令値取得部３は、入力指令値Ｃｎに対応した関係Ｒに基づいて、回転速度Ｖｍに応じたモータトルク指令値Ｔｃを取得する。なお、モータトルク指令値Ｔｃは、補正部４で補正される前の値である。

補正部４は、すべり速度算出部２で算出されたすべり速度Ｖｓに応じて、モータトルク指令値取得部３で取得されたモータトルク指令値Ｔｃを補正し、補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆを出力する。すなわち、補正部４は、すべり速度Ｖｓに応じて、モータトルク指令値Ｔｃを、モータトルク指令値Ｔｃｆに補正する。

補正部４は、本実施形態では、一例として、図４に示されるように、すべり速度補正値算出部４１と、トルク補正値算出部４２と、加算部４３と、を備える。

トルク補正値算出部４２は、フィルタ部４２ａと、加算部４２ｂと、乗算部４２ｃと、を備える。フィルタ部４２ａは、例えばローパスフィルタであり、すべり速度Ｖｓの短周期の変動成分（高周波成分）を除去する。このフィルタ部４２ａによって、高周波成分による影響を減らすことができる。加算部４２ｂ（減算部）では、すべり速度Ｖｓからすべり速度補正値ΔＶｓを減算する。乗算部４２ｃは、加算部４２ｂの出力結果に、係数Ｇ（ゲイン）を乗算する。よって、本実施形態では、一例として、トルク補正値算出部４２で、次の式（１）で示されるトルク補正値ΔＴｃ（補正量）が算出される。
（数１）
ΔＴｃ＝Ｇ・（Ｖｓ−ΔＶｓ） ・・・（１）

加算部４３は、モータトルク指令値Ｔｃからトルク補正値ΔＴｃを減算して、モータトルク指令値Ｔｃｆを算出する。すなわち、本実施形態では、一例として、補正部４では、各補正タイミングで、次の式（２）で示されるモータトルク指令値Ｔｃｆが算出される。
（数２）
Ｔｃｆ＝Ｔｃ−ΔＴｃ
＝Ｔｃ−｛Ｇ・（Ｖｓ−ΔＶｓ）｝
＝−Ｇ・Ｖｓ＋Ｇ・ΔＶｓ＋Ｔｃ
＝Ｆｖｔ（Ｖｓ） ・・・（２）
なお、式（２）に示された関数Ｆｖｔ（Ｖｓ）はモータトルク指令値Ｔｃｆであり、図３に示された関数Ｆｖｔはモータ２０のトルクＴｍであるので、これらは次元（ディメンジョン）が異なるが、すべり速度Ｖｓに対する特性（変化）は同様である。

本実施形態では、上記式（２）において、（−Ｇ・Ｖｓ）の項の補正、すなわち、すべり速度Ｖｓに応じた補正、より詳しくは、すべり速度Ｖｓが大きいほどモータトルク指令値Ｔｃｆを小さくする補正を、第一の補正部が行う。本実施形態では、一例として、第一の補正部は、補正部４のうち、乗算部４２ｃおよび加算部４３を含む。この第一の補正部によって、図３の関数Ｆｖｔ上での動作点の移動が実現される。

また、本実施形態では、上記式（２）において、（＋Ｇ・ΔＶｓ）の項の補正を、第二の補正部が行う。本実施形態では、一例として、第二の補正部は、補正部４のうち、すべり速度補正値算出部４１および加算部４２ｂを含む。また、この第二の補正部によって、図３の関数Ｆｖｔの変更が実現される。

すべり速度補正値算出部４１は、本実施形態では、一例として、すべり速度補正値ΔＶｓ（新たなすべり速度補正値ΔＶｓ）を、モータトルク指令値Ｔｃｆおよびすべり速度補正値ΔＶｓに基づいて算出する。本実施形態では、モータトルク指令値Ｔｃｆは第一パラメータの一例であり、すべり速度補正値ΔＶｓは第二パラメータの一例である。すべり速度補正値算出部４１は、変化率算出部４１ａ，４１ｂ（微分部）と、乗算部４１ｃと、符号検出部４１ｄと、切替部４１ｅと、積算部４１ｆと、を有する。変化率算出部４１ａは、第一パラメータ（本実施形態では、一例としてモータトルク指令値Ｔｃｆ）の時間変化率（時間変化）を算出する。また、変化率算出部４１ｂは、第二パラメータ（本実施形態では、一例としてすべり速度補正値ΔＶｓ）の時間変化率（時間変化）を算出する。なお、変化率算出部４１ａ，４１ｂでの時間変化率（時間変化）の演算には、過去のタイミングでの値が用いられる。よって、電気車制御装置１には、図示されない記憶部（ＲＡＭ：random access memory、ＨＤＤ：hard disk drive等）が設けられ、当該記憶部に、各パラメータの過去のタイミングでの値が記憶されている。また、変化率は、一例としては、現在より所定時間前から現在までの第一期間における値の平均値（第一平均値）または積算値（第一積算値）と、第一期間より前の第二期間における値の平均値（第二平均値）または積算値（第二積算値）との時間差分として算出される。積算値が用いられる場合、第一期間と第二期間の長さは同じである。このように、比較的長い期間における値（平均値あるいは積算値）を用いることで、値の短周期の変動成分（高周波成分）によって悪影響が生じるのを抑制しやすい。そして、乗算部４１ｃは、変化率算出部４１ａ，４１ｂで算出された第一パラメータおよび第二パラメータの時間変化率を乗算する。符号検出部４１ｄは、乗算部４１ｃの出力結果としての数値の符号を検出する。

ここで、符号検出部４１ｄでの出力結果としての符号について説明する。本実施形態での第一パラメータとしてのモータトルク指令値Ｔｃｆは、トルクＴｍの増減に応じて増減する。また、本実施形態での第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓは、すべり速度Ｖｓの増減に応じて増減する。なお、第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓが増加すると、図３中で関数Ｆｖｔは右側（上側、右上側）に移動し、すべり速度補正値ΔＶｓが減少すると、図３中で関数Ｆｖｔは左側（下側、左下側）に移動する。

したがって、上述したパターン１の場合、すなわち、関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが増加し、かつすべり速度Ｖｓも増加する場合は、第一パラメータとしてのモータトルク指令値Ｔｃｆの時間変化率の符号は（＋）、第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓの時間変化率の符号は（＋）となり、この場合の符号検出部４１ｄの検出結果は、＋となる。

また、上述したパターン２の場合、すなわち、関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが増加し、かつすべり速度Ｖｓが減少する場合は、第一パラメータとしてのモータトルク指令値Ｔｃｆの時間変化率の符号は（＋）、第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓの時間変化率の符号は（−）となり、この場合の符号検出部４１ｄの検出結果は、（−）となる。

また、上述したパターン３の場合、すなわち、関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが減少し、かつすべり速度Ｖｓも減少する場合は、第一パラメータとしてのモータトルク指令値Ｔｃｆの時間変化率の符号は（−）、第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓの時間変化率の符号は（−）となり、この場合の符号検出部４１ｄの検出結果は、（＋）となる。

また、上述したパターン４の場合、すなわち、関数Ｆｖｔを変化させた際に、トルクＴｍが減少し、かつすべり速度Ｖｓが増加する場合は、第一パラメータとしてのモータトルク指令値Ｔｃｆの時間変化率の符号は（−）、第二パラメータとしてのすべり速度補正値ΔＶｓの時間変化率の符号は（＋）となり、この場合の符号検出部４１ｄの検出結果は、（−）となる。

上述したように、パターン１およびパターン３の場合は、粘着領域であり、パターン２およびパターン４の場合は、空転領域である。そして、符号検出部４１ｄにおける検出結果としての符号は、上述したように、粘着領域であるパターン１およびパターン３の場合は、（＋）であり、空転領域であるパターン２およびパターン４の場合は、（−）である。このように、符号検出部４１ｄでの符号の検出結果（に対応した出力）によって、粘着領域にあるか、空転領域にあるかを検出（判別、識別）することができる。すなわち、本実施形態では、一例として、変化率算出部４１ａ，４１ｂや、乗算部４１ｃ、符号検出部４１ｄ等によって、粘着領域にあるか空転領域にあるかを判別する領域判別部が構成されていると言うことができる。

切替部４１ｅは、符号検出部４１ｄでの検出結果が（＋）である場合、すなわち、粘着領域であるパターン１およびパターン３の場合には、すべり速度補正値ΔＶｓの増分（＋ｄ）を出力し、符号検出部４１ｄでの検出結果が（−）である場合、すなわち、空転領域であるパターン２およびパターン４の場合には、すべり速度補正値ΔＶｓの増分（−ｄ）を出力する。

積算部４１ｆ（積分部）は、切替部４１ｅの切り替えに応じて出力された増分（＋ｄまたは−ｄ）を、その前の変更タイミングまでの増分（＋ｄまたは−ｄ）の積算値（直前の変更タイミングでのすべり速度補正値ΔＶｓの値）に加算する。上述した記憶部には、その前のタイミングまでの増分（＋ｄまたは−ｄ）の積算値（直前の変更タイミングでのすべり速度補正値ΔＶｓの値）が記憶されている。

上述した構成では、粘着領域であるパターン１およびパターン３の場合は、すべり速度補正値ΔＶｓが（＋ｄ）増大する。よって、本実施形態では、第二の補正部の演算によって、図３中で、関数Ｆｖｔを右側（上側、右上側）へ移動させることができ、ひいては、第一の補正部の演算によって、特性Ｃｒの極大値に近い関数Ｆｖｔと特性Ｃｒとの交点Ｐ（動作点）に対応した動作状態、すなわち、接線力が極大値により近いすべり速度Ｖｓ（すべり率）の状態を得ることができる。

一方、上述した構成では、空転領域であるパターン２およびパターン４の場合には、すべり速度補正値ΔＶｓが（＋ｄ）減少する（（−ｄ）増大する）。よって、本実施形態では、第二の補正部の演算によって、図３中で、関数Ｆｖｔを左側（下側、左下側）へ移動させることができ、ひいては、第一の補正部の演算によって、特性Ｃｒの極大値に近い関数Ｆｖｔと特性Ｃｒとの交点Ｐ（動作点）に対応した動作状態、すなわち、接線力が極大値により近いすべり速度Ｖｓ（すべり率）の状態を得ることができる。なお、増分（＋ｄまたは−ｄ）の大きさ（絶対値、｜ｄ｜）は、本実施形態では、一例として、一定値であり、適宜に設定される。

本実施形態では、一例として、第二の補正部は、すべり速度補正値ΔＶｓを増分（＋ｄまたは−ｄ、変更量）の分だけ変化させている（変更している）。これに伴って、トルク補正値ΔＴｃは、増分（＋Ｇ・ｄまたは−Ｇ・ｄ）の分だけ変化している。すなわち、第二の補正部は、トルク補正値ΔＴｃ（補正量）を増分（＋Ｇ・ｄまたは−Ｇ・ｄ、変更量）の分だけ変化させている（変更している）と言うことができる。

また、すべり速度補正値算出部４１は、補正部４での第一の補正部および第二の補正部による補正タイミング（例えば、１ｍｓ間隔）に比べて長い時間間隔の変更タイミング（例えば、１ｓ間隔）ですべり速度補正値ΔＶｓを変化させる（変更する）。そして、補正部４では、次の変更タイミングですべり速度補正値ΔＶｓが算出されるまでの間は、前の変更タイミングでのすべり速度補正値ΔＶｓの値が保持され（維持され）、補正にかかる演算に用いられる。よって、電気車制御装置１には、図示されない記憶部（ＲＡＭ：random access memory、ＨＤＤ：hard disk drive等）が設けられ、当該記憶部に、前の変更タイミングでのすべり速度補正値ΔＶｓの値が記憶されている。

以上説明したように、本実施形態にかかる電気車制御装置１は、一例として、第一の補正部（乗算部４２ｃ、および加算部４３）と、第二の補正部（すべり速度補正値算出部４１、加算部４２ｂ、乗算部４２ｃ、および加算部４３）と、を有して、モータトルク指令値取得部３で取得されたモータトルク指令値Ｔｃを補正して、補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆを得る補正部４、を備えた。第一の補正部は、取得されたモータトルク指令値Ｔｃを、算出されたすべり速度Ｖｓに応じて補正する。第二の補正部は、取得されたモータトルク指令値Ｔｃを、モータ２０のトルクＴｍの時間変化およびすべり速度Ｖｓの時間変化に応じて、すべり速度Ｖｓに対応したトルクＴｔの最大値に近付くよう補正する。よって、本実施形態によれば、一例としては、より高い粘着係数μが得られるすべり率λ（すべり速度Ｖｓ）の状態でモータ２０が駆動されやすい。よって、一例としては、車両をより高い駆動力で駆動することができる。

また、本実施形態では、一例として、第二の補正部は、すべり速度Ｖｓが大きくなるほどトルクＴｔが大きくなる状態（すなわち、粘着領域）では、モータトルク指令値Ｔｃｆを増大させ、すべり速度Ｖｓが大きくなるほどトルクＴｔが小さくなる状態（すなわち、空転領域）では、モータトルク指令値Ｔｃｆを減少させる。よって、本実施形態によれば、一例としては、車輪の粘着および空転の状況に応じてモータトルク指令値Ｔｃｆの増大および減少を切り替えることができる。よって、一例としては、より迅速にあるいはより確実に、より高い粘着係数μが得られるすべり率λ（すべり速度Ｖｓ）の状態が得られやすい。

また、本実施形態では、一例として、第二の補正部は、モータトルク指令値Ｔｃを補正する時間間隔より長い時間間隔でモータトルク指令値Ｔｃの補正量としてのトルク補正値ΔＴｃを変更するとともに、補正する各タイミングでモータトルク指令値Ｔｃの補正量としてのトルク補正値ΔＴｃを前回変更したタイミングに比べて一定量（｜Ｇ・ｄ｜）増加または減少させる。よって、本実施形態によれば、一例としては、モータトルク指令値Ｔｃの補正（補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆの取得）にかかる演算が、より容易にあるいはより迅速に実行されやすい。

また、本実施形態では、一例として、第二の補正部は、トルクＴｍの変化に対応して変化する第一パラメータ（本実施形態では、一例としてモータトルク指令値Ｔｃｆ）の時間変化率の符号と、すべり速度Ｖｓの変化に対応して変化する第二パラメータ（本実施形態では、一例としてすべり速度補正値ΔＶｓ）の時間変化率の符号と、に応じてモータトルク指令値Ｔｃを補正する。よって、本実施形態によれば、一例としては、粘着領域および空転領域に応じたモータトルク指令値Ｔｃの補正量としてのトルク補正値ΔＴｃの増加あるいは減少を決定する演算、ひいては、モータトルク指令値Ｔｃの補正（補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆの取得）にかかる演算が、より容易にあるいはより迅速に実行されやすい。

また、本実施形態では、一例として、第二パラメータはすべり速度補正値ΔＶｓである。よって、本実施形態によれば、一例としては、不要な変動成分が比較的少ないすべり速度補正値ΔＶｓによって、モータトルク指令値Ｔｃの補正（補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆの取得）にかかる演算、ひいては、モータトルク指令値Ｔｃの補正（補正されたモータトルク指令値Ｔｃｆの取得）にかかる演算が、より精度良くあるいはより迅速に実行されやすい。

＜第２実施形態＞
図５に示される本実施形態にかかる補正部４Ａ（すべり速度補正値算出部４１Ａ）は、第一パラメータとしてすべり速度Ｖｓを用いる点が、上記第１実施形態にかかる補正部４（すべり速度補正値算出部４１）と相違している。この点を除き、第２実施形態にかかる補正部４Ａは、上記第１実施形態にかかる補正部４と同じである。補正部４Ａは、第１実施形態にかかる電気車制御装置１の補正部４に替えることができる。本実施形態では、すべり速度補正値算出部４１Ａ、加算部４２ｂ、乗算部４２ｃ、および加算部４３が、第二補正部の一例である。

すなわち、本実施形態では、変化率算出部４１ｂは、すべり速度Ｖｓの時間変化率を算出する。また、変化率算出部４１ｂの前段には、フィルタ部４１ｇが設けられている。フィルタ部４１ｇは、例えばローパスフィルタであり、すべり速度Ｖｓの短周期の変動成分（高周波成分）を除去する。このフィルタ部４１ｇによって、高周波成分による影響を減らすことができる。

上述したように、すべり速度Ｖｓの時間変化率は、すべり速度補正値ΔＶｓの増減に伴って増減する。よって、本実施形態にかかる補正部４Ａも、上記第１実施形態にかかる補正部４と同様に動作し、同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
図６に示される本実施形態にかかる補正部４Ｂ（すべり速度補正値算出部４１Ｂ）は、符号検出部４１ｄ、切替部４１ｅ、および積算部４１ｆに替えて、乗算部４１ｈおよびフィルタ部４１ｉを有する点が、上記第２実施形態にかかる補正部４Ａ（すべり速度補正値算出部４１Ａ）と相違している。この点を除き、第３実施形態にかかる補正部４Ｂは、上記第２実施形態にかかる補正部４Ａと同じである。補正部４Ｂは、第１実施形態にかかる電気車制御装置１の補正部４に替えることができる。本実施形態では、すべり速度補正値算出部４１Ｂ、加算部４２ｂ、乗算部４２ｃ、および加算部４３が、第二の補正部の一例である。

すなわち、本実施形態では、乗算部４１ｃで第一パラメータの時間変化率（時間変化）および第二パラメータの時間変化率（時間変化）が乗算された値に、乗算部４１ｈでさらに係数ｋが乗算され、さらに、フィルタ部４１ｉで高周波成分が除去されることで、すべり速度補正値ΔＶｓが算出されている。図３において関数Ｆｖｔを移動させた場合の第一パラメータの時間変化率は、関数Ｆｖｔの移動前および移動後の二つの交点Ｐ（動作点）間のすべり速度Ｖｓの差分に対応して増減する。また、図３において関数Ｆｖｔを移動させた場合の第二パラメータの時間変化率は、関数Ｆｖｔの移動前および移動後の二つの交点Ｐ間のトルクＴｔ，Ｔｍの差分に対応して増減する。ここで、図３に示されるように、特性Ｃｒでは、すべり速度Ｖｓに対するトルクＴｔ，Ｔｍの変化率は、すべり速度Ｖｓが極大値から離れるほど大きい。よって、乗算部４１ｃで第一パラメータの時間変化率と第二パラメータの時間変化率とが乗算された値の大きさ（絶対値）は、交点Ｐが極大値から離れるほど大きく、交点Ｐが極大値に近いほど小さくなる。また、乗算部４１ｃで第一パラメータの時間変化率と第二パラメータの時間変化率とが乗算された値の符号は、上記第１および第２実施形態と同様であって、上記パターン１およびパターン３の場合（粘着領域）は（＋）となり、パターン２およびパターン４（空転領域）の場合は（−）となる。したがって、本実施形態のように、乗算部４１ｃで第一パラメータの時間変化率と第二パラメータの時間変化率とが乗算された値に、乗算部４１ｈで適宜な大きさの係数ｋが乗算されることで、極大値（交点Ｐ３）から遠い交点Ｐ（動作点）であるほど、関数Ｆｖｔの移動量がより大きくなるすべり速度補正値ΔＶｓを得ることができる。このように、本実施形態では、一例として、第二の補正部による演算中の変更タイミングにおける前の変更タイミングに対するすべり速度補正値ΔＶｓの変更量（δＶｓとする）、ひいては、第二の補正部によるトルク補正値ΔＴｃの変更量（δＶｓ・Ｇ）を、各変更タイミングで変化させることができる。なお、関数Ｆｖｔの移動の方向は、粘着領域では右側（上側、右上側）、空転領域では左側（下側、左下側）である点は、上記第１および第２実施形態と同じである。なお、変更量δＶｓとして、第二パラメータの時間変化率に対する第一パラメータの時間変化率に対応した他の値を用いることができるし、ゲインも適宜に設定することができる。

以上の本実施形態によれば、一例として、第二の補正部は、モータトルク指令値Ｔｃを補正する時間間隔より長い時間間隔でモータトルク指令値Ｔｃの補正量としてのトルク補正値ΔＴｃの変更量（δＶｓ・Ｇ）を変更するとともに、変更する各タイミングでの変更量（δＶｓ・Ｇ）を、すべり速度Ｖｓの時間変化に対するモータ２０のトルクＴｍの時間変化が大きいほど大きくする。よって、本実施形態によれば、一例としては、より迅速にあるいはより精度良く、トルクＴｔの極大値に近いすべり速度Ｖｓに対応したトルクＴｍが得られやすくなる。また、本実施形態によれば、一例としては、図３において、関数Ｆｖｔが極大値を跨いで移動するような状態、すなわち、粘着領域と空転領域の間を交互に行き来するような状態となるのが抑制されやすい。

また、本実施形態では、一例として、第二の補正部は、トルクＴｍの変化に対応して変化する第一パラメータ（本実施形態では、一例としてモータトルク指令値Ｔｃｆ）の時間変化率の値と、すべり速度Ｖｓの変化に対応して変化する第二パラメータ（本実施形態では、一例としてすべり速度Ｖｓ）の時間変化率の値と、に応じてモータトルク指令値Ｔｃを補正する。よって、モータトルク指令値Ｔｃの補正量としてのトルク補正値ΔＴｃの変更量（δＶｓ・Ｇ）を変更する演算が、ひいては、モータトルク指令値Ｔｃを補正する演算が、より容易にあるいはより迅速に実行されやすい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第一パラメータは、モータのトルクＴｍの変化に対応して変化する物理量であればよく、上記実施形態で用いられたモータトルク指令値Ｔｃｆ以外の物理量とすることができる。一例としては、図１に示されるように、電流センサ２１で測定した電流値Ｉｒ、ひいてはこの電流値Ｉｒに基づいて算出されたトルクＴｒを、第一パラメータとすることができる。また、第二パラメータは、すべり速度の変化に対応して変化する物理量であればよく、第二パラメータを、上記実施形態で用いられたすべり速度補正値ΔＶｓやすべり速度Ｖｓ以外の物理量とすることができる。また、例えば、モータの回転速度（回転数）を用いて車輪速度を算出し、複数のモータの回転速度を用いて車両速度の代用速度を算出し、それらの差分からすべり速度を算出することができる。また、第一パラメータや第二パラメータ以外のパラメータや、補正部等の各構成要素の構成、各構成要素における演算等も、請求の範囲に記載された発明の技術的特徴および技術的思想と同等の範囲で適宜に変更することができる。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では、第一パラメータの時間変化率と第二パラメータの時間変化率とを乗算した値の符号によって、粘着領域と空転領域とを区別したが、これには限定されず、第一パラメータの時間変化率の符号と、第二パラメータの時間変化率の符号との組み合わせによって、上記パターン１〜４に対応した制御が実行されてもよい。

１…電気車制御装置、２…すべり速度算出部、３…モータトルク指令値取得部、４，４Ａ，４Ｂ…補正部、２０…モータ、４１，４１Ａ，４１Ｂ…すべり速度補正値算出部（第二の補正部）、４２ｂ…加算部（第二の補正部）、４２ｃ…乗算部（第一の補正部、第二の補正部）、４３…加算部（第一の補正部、第二の補正部）、Ｃｎ…入力指令値、Ｔｃ，Ｔｃｆ…モータトルク指令値、Ｔｍ，Ｔｔ…トルク、Ｖｍ…（モータの）回転速度、Ｖｓ…すべり速度、Ｖｖ…車両速度、Ｖｗ…車輪速度（車輪の）回転速度、ΔＴｃ…補正量。

Claims (6)

1. 車輪を駆動するモータの回転速度と操作入力に基づく入力指令値とに応じたモータトルク指令値を取得するモータトルク指令値取得部と、
   車輪の回転速度と車両速度とに基づいて車輪のレールに対するすべり速度を算出するすべり速度算出部と、
   前記取得されたモータトルク指令値を、前記算出されたすべり速度に応じて補正する第一の補正部と、
   前記取得されたモータトルク指令値を、前記モータのトルクの時間変化および前記すべり速度の時間変化に応じて、前記すべり速度に対応した前記トルクの最大値に近付くよう補正する第二の補正部と、
   を備えた電気車制御装置。
2. 前記第二の補正部は、前記すべり速度が大きくなるほど前記トルクが大きくなる状態では、前記モータトルク指令値を増大させ、前記すべり速度が大きくなるほど前記トルクが小さくなる状態では、前記モータトルク指令値を減少させる、請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 前記第二の補正部は、前記モータトルク指令値を補正する時間間隔より長い時間間隔で前記モータトルク指令値の補正量を変更するとともに、変更する各タイミングで前記モータトルク指令値の補正量を前回変更したタイミングに比べて一定量増加または減少させる、請求項２に記載の電気車制御装置。
4. 前記第二の補正部は、前記トルクの変化に対応して変化する第一パラメータの時間変化率の符号と、前記すべり速度の変化に対応して変化する第二パラメータの時間変化率の符号と、に応じて前記モータトルク指令値を補正する、請求項２または３に記載の電気車制御装置。
5. 前記第二の補正部は、前記モータトルク指令値を補正する時間間隔より長い時間間隔で前記モータトルク指令値の補正量を変更するとともに、変更する各タイミングでの前記補正量の変更量を前記すべり速度の時間変化に対する前記モータのトルクの時間変化が大きいほどより大きく増加または減少させる、請求項２に記載の電気車制御装置。
6. 前記第二の補正部は、前記トルクの変化に対応して変化する第一パラメータの時間変化率の値と、前記すべり速度の変化に対応して変化する第二パラメータの時間変化率の値と、に応じて前記モータトルク指令値を補正する、請求項２または５に記載の電気車制御装置。

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