JP2019201459A - 電動機制御方法及び電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再粘着制御において電動機の発生トルクを引き下げる速度を適応的に変更する手法を提案すること。【解決手段】空転滑走検知部６２０は、第１の加速度α１を用いて空転滑走の発生を検知する。引き下げ速度決定部６４０は、第２の加速度α２を参照加速度として用いてトルク指令値の引き下げ速度を決定する。再粘着制御部６８０は、空転滑走の発生が検知された場合に、引き下げ速度決定部６４０によって決定された引き下げ速度に従ってトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行う。第１の加速度α１と、第２の加速度α２とは、同じ軸速度Ｖから検出される加速度であるが、平滑化時間幅Ｔａ１，Ｔａ２が異なる。【選択図】図６

Description

本発明は、動輪の空転又は滑走の発生を検知し、当該動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法等に関する。

電動機で動輪を駆動して走行する車両として電気車や電気自動車等が知られているが、以下、その代表例として電車（動力車）について説明する。電車は車輪・レール間の接線力（粘着力ともいう。）によって加減速がなされる。電動機の発生トルクにより生じる駆動力が、車輪とレールとに働く粘着力以下であれば粘着走行がなされるが、粘着力を超えた場合には空転又は滑走（以下、「空転滑走」という。）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制御、すなわち再粘着制御が行われる（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００２−４４８０４号公報 特開２０１１−１７２４７２号公報

しかしながら、従来の再粘着制御の技術開発の主な目的は、空転滑走の検知手法や、再粘着時の反動による乗り心地の悪化抑制、再度の空転滑走が発生する可能性の低減、元のトルクに復帰させるまでの所要時間の短縮化であり、トルクを引き下げるか否かの判定やトルクを引き下げた後の制御が技術開発の主要目的となる場合が殆どであった。そのため、電動機の発生トルクを引き下げる際の制御、すなわち引き下げ速度は予め設定された固定値とするという考え方が通例であった。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、再粘着制御において電動機の発生トルクを引き下げる速度を適応的に変更する手法を提案するものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、
動輪の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に、前記動輪を駆動する電動機のトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行って前記動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法であって、
前記動輪の加速度を参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定する引き下げ速度決定ステップ（例えば、図６の引き下げ速度決定部６４０に対応）と、
前記空転滑走の発生が検知された場合に、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うトルク引き下げ制御ステップ（例えば、図６の再粘着制御部６８０に対応）と、
を含む電動機制御方法である。

また、他の発明として、
動輪の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に、前記動輪を駆動する電動機のトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行って前記動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置であって、
前記動輪の加速度を参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定する引き下げ速度決定部（例えば、図６の引き下げ速度決定部６４０に対応）と、
前記空転滑走の発生が検知された場合に、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うトルク引き下げ制御部（図６の再粘着制御部６８０に対応）と、
を備えた電動機制御装置を構成することとしてもよい。

この第１の発明等によれば、空転滑走の検知対象である動輪の加速度を参照速度として用いて、空転滑走を検知したときにトルク指令値を引き下げる際の引き下げ速度が決定される。すなわち、電動機の発生トルクを引き下げる速度を、空転滑走の検知対象となっている動輪の加速度に基づいて可変に決定することができる。空転滑走が生じた場合の動輪の加速度は、車輪レール間に働く周方向の接線力が変化することによって変化する。その加速度に基づいて引き下げ速度を変化させることで、電動機の発生トルクを引き下げる速度を適応的に変更することが可能となる。

また、第２の発明は、第１の発明において、
検出された前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第１の平滑化処理とを行って第１の加速度を検出する第１の加速度検出ステップ（例えば、図６の第１の加速度検出部６１２に対応）と、
検出された前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第１の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第２の平滑化処理とを行って第２の加速度を検出する第２の加速度検出ステップ（例えば、図６の第２の加速度検出部６１４に対応）と、
前記第１の加速度を用いて空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知する空転滑走発生検知ステップ（例えば、図６の空転滑走検知部６２０に対応）と、
を含み、
前記引き下げ速度決定ステップは、前記第２の加速度を前記参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定するステップであり、
前記トルク引き下げ制御ステップは、前記空転滑走発生検知ステップの検知に応じて、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うステップである、
電動機制御方法である。

この第２の発明において、微分演算と第１の平滑化処理とは、処理順序を同順又は逆順に行ってもよいし、或いは同時に行うこととしてもよい。同時に行う場合は、例えば、微分演算に用いる動輪の速度のサンプリング間隔を広げるといった方法を採用することができる。微分演算と第２の平滑化処理とについても同様である。

第２の発明によれば、検出された動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理とを行って加速度を検出するが、平滑化する時間幅が広い第１の平滑化処理と、狭い第２の平滑化処理とによって２種類の加速度が検出される（求められる）。そして、第１の平滑化処理を用いて検出された第１の加速度を用いて空転滑走の発生が検知され、第２の平滑化処理を用いて検出された第２の加速度を参照加速度として用いてトルク指令値の引き下げ速度が決定される。

平滑化する時間幅を広げればノイズ成分の確実な除去を期待できるが、時間遅れが大きくなる。一方、平滑化時間幅を狭めれば時間遅れが小さくなるが、ノイズ成分を除去しきれずに検出後の加速度には、電動機による動輪の周方向の回転に係る主信号成分以外の成分が残ってしまう可能性が高くなる。

第２の発明によれば、空転滑走の発生の検知には、平滑化する時間幅が広い第１の平滑化処理を用いて検出された第１の加速度が利用される。空転滑走の発生を検知した場合には、すぐに電動機のトルク引き下げ制御が行われるため、空転滑走の発生検知は、多少の時間遅れを犠牲にしても確実なノイズ成分の除去を行うべきだからである。一方、空転滑走の発生が検知された後のトルク指令値の引き下げ速度の決定には、平滑化する時間幅が狭い第２の平滑化処理を用いて検出された第２の加速度が利用される。平滑化時間幅が広いと、平滑化処理を行った後の信号は、動輪の事象・状況からの応答遅れが大きくなる。そこで、平滑化時間幅の狭い第２の加速度を利用してトルク指令値の引き下げ速度を決定することで、できるだけ動輪に生じている即時の事象・状況に即した適応的なトルク引き下げ速度を決定することが可能となる。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記引き下げ速度決定ステップは、所与の最低引き下げ速度と所与の最大引き下げ速度との間に定められる前記参照加速度に基づく所与の広義単調増加の増加関数に従って、前記トルク指令値の引き下げ速度を決定するステップである（例えば、図６の関数設定部６４３に対応）、
電動機制御方法である。

この第３の発明によれば、基本的に、参照加速度が大きいほど、トルク指令値の引き下げ速度を大きな速度として決定することができる。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、列車走行速度（例えば、基準速度Ｖｍ）に基づいて設定するステップ（例えば、図６の最小値最大値設定部６４１に対応）、
を更に含む電動機制御方法である。

この第４の発明によれば、参照加速度が大きいほどトルク指令値の引き下げ速度が大きな速度として決定されるが、最低引き下げ速度、及び／又は、最大引き下げ速度は、列車走行速度に基づいて設定することができる。

また、第５の発明は、第３又は第４の発明において、
前記動輪の車輪周引張力を検出する引張力検出ステップ（例えば、図５のベクトル演算制御装置９０や再粘着制御装置６０に対応）と、
前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、前記車輪周引張力に基づいて設定するステップ（例えば、図６の最小値最大値設定部６４１に対応）と、
を更に含む電動機制御方法である。

この第５の発明によれば、参照加速度が大きいほどトルク指令値の引き下げ速度が大きな速度として決定されるが、最低引き下げ速度、及び／又は、最大引き下げ速度は、空転滑走検知の対象となっている動輪の車輪周引張力に基づいて設定することができる。

また、第６の発明は、第３〜第５の何れかの発明において、
前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出ステップ（例えば、図５のベクトル演算制御装置９０や再粘着制御装置６０が行うステップ）と、
前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、前記接線力係数相当値に基づいて設定するステップ（例えば、図６の最小値最大値設定部６４１が行うステップ）と、
を更に含む電動機制御方法である。

この第６の発明によれば、参照加速度が大きいほどトルク指令値の引き下げ速度が大きな速度として決定されるが、最低引き下げ速度、及び／又は、最大引き下げ速度は、空転滑走検知の対象となっている動輪の接線力係数相当値に基づいて設定することができる。ここで、接線力係数相当値とは、接線力係数そのものであってもよいことは勿論のこと、接線力や粘着力、電動機の電流値（例えば、トルク電流）等、接線力係数の変動と同様の変動を示す値（接線力係数とほぼリニアリティがある値）であって、接線力係数と等価又は略等価に扱える値であってもよいことを意味する。

再粘着制御を説明するための図。 引き下げ速度の決定手法を説明するための図。 引き下げ速度を決定するための関数の変形例を示す図。 引き下げ速度を決定するための関数の変形例を示す図。 本実施形態を適用した実施例である電車の主回路の回路ブロックを示す図。 図５の再粘着制御装置のブロック図。 空転滑走検知部の変形例を示す図。

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。尚、以下では、本発明を電気車の一種である電車に適用した場合を説明するが、電動機で動輪を駆動して走行する車両であれば、他の電気車である電気機関車や、電気自動車にも適用することが可能である。

また、以下では説明の簡明化のために適宜「電動機トルク」を増減させるとして説明するが、より正確には「トルク分電流」、ひいては「トルク指令値」である「トルク分電流指令」を増減させる意味である。また、空転又は滑走のことを包括して「空転滑走」と称し、主に空転に関する説明をするが、回生ブレーキ時の滑走に対しても本実施形態を同様に適用することが可能である。

［再粘着制御の全体概要］
図１は、再粘着制御を説明するための図であり、空転滑走が発生していない一定加速中の状態から空転滑走が発生し、再粘着制御を行って再粘着するまでの一連の各信号波形を示している。横軸を時間ｔとして、上から順に、制御対象の動軸の軸速度Ｖ及び基準速度Ｖｍを示すグラフ、制御対象軸の加速度αを示すグラフ、電動機トルクτ_ｅを示すグラフ、空転滑走検知信号のグラフ、回復検知信号のグラフを示す。空転滑走が発生していない状態では、軸速度Ｖは基準速度Ｖｍにほぼ一致し、電動機トルクτ_ｅはほぼ一定に保たれている。空転滑走が発生すると、軸速度Ｖが上昇し始め、基準速度Ｖｍとの差分である速度差Ｖｄが増加する。そして、時刻ｔ１において、速度差Ｖｄが予め定められた空転滑走検知閾値Ｖｓに達すると、空転滑走の発生が検知される。ここで、空転滑走検知信号がＯＮとなる。

すると、再粘着制御が発動されて、電動機トルクτ_ｅの引き下げ（より正確にはトルク指令値の引き下げによるトルク分電流の引き下げによって生じる電動機トルクτ_ｅの引き下げである。）が開始される。電動機トルクτ_ｅの引き下げは、後述する引き下げ速度決定演算によって決定された引き下げ速度Ｗｔで継続的に行われる。即ち、トルクτ_ｅの引き下げ量を増加させていく。電動機トルクτ_ｅが引き下げられると、加速度αの増加が次第に抑えられ、減少に転ずる。この間、軸速度Ｖは上がり続けるが、加速度αがゼロとなる時刻ｔ２では、軸速度Ｖの増加もゼロとなる。この加速度αがゼロとなったことを、空転滑走からもとの粘着走行への回復開始として検知する（回復検知）。ここで、空転滑走検知信号がＯＦＦになるとともに、回復検知信号がＯＮとなる。なお、回復検知とする加速度αをゼロとして説明したが、説明の簡明化のためにゼロとしたものであって、所定の回復検知閾値（例えばゼロではなく、“＋１”や“−１”）以下に達した場合に回復開始として検知することとしてよい。

回復検知がなされると、電動機トルクτ_ｅの引き下げを停止して、引き下げ量を保持する。すると、マイナスとなっていた加速度αの減少が次第に抑えられ、やがて増加に転じる。また、基準速度Ｖｍからの乖離幅が大きくなっていた軸速度Ｖが低下し始める。そして、速度差Ｖｄが予め定められた再粘着検知閾値Ｖｒ以下になると、再粘着したとして検知（再粘着検知）し、復帰動作用の制御が開始される。すなわち、保持していた電動機トルクτ_ｅの引き下げ量を減少させてトルクを復帰させる制御が開始される。そして、電動機トルクτ_ｅが所定の目標トルク値（例えば、再粘着制御の開始時点（時刻ｔ１）における値）まで復帰した時刻ｔ４において、再粘着制御の終了となる。この再粘着検知後の電動機トルクτ_ｅは、予め定められた復帰時間Ｔｔをかけて復帰するように制御される。

尚、ここでは、空転滑走検知及び再粘着検知の監視対象を軸速度Ｖ（ひいては速度差Ｖｄ）としたが加速度αも監視対象に加えて併用することとしてもよい。また、回復検知の監視対象を加速度αとしたが、軸速度Ｖ（ひいては速度差Ｖｄ）も監視対象に加えて併用し、加速度αがゼロとなる、或いは、速度差Ｖｄが空転滑走検知閾値Ｖｓ以下の所定の閾値以下となったことを回復開始と見なして検知してもよい。

［引き下げ速度決定演算］
次に、引き下げ速度決定演算の原理について説明する。図２は、引き下げ速度決定演算の概要を説明するための図である。引き下げ速度は、所与の最小引き下げ速度Ｘと所与の最大引き下げ速度Ｙとの間に定められる参照加速度に基づく所与の広義単調増加の増加関数に従って決定される。図２において、横軸は参照加速度、縦軸はトルク指令値の引き下げ速度（以下適宜「引き下げ速度」と省略して呼称する）である。

参照加速度とは、空転滑走の検知対象軸である動輪の加速度αであって空転滑走検知がなされた時の加速度である。引き下げ速度の決定において、参照加速度は３つの範囲に区分することができる。低加速度範囲ＲＬと、中加速度範囲ＲＭと、高加速度範囲ＲＨとの３つである。低加速度範囲ＲＬと高加速度範囲ＲＨとは、範囲として設定してもしなくてもよい。換言すると全範囲を範囲ＲＭとしてもよいし、範囲ＲＭに加えて低加速度範囲ＲＬ或いは高加速度範囲ＲＨのどちらかを加えて区分してもよい。

参照加速度が低加速度範囲ＲＬ内であれば引き下げ速度は最小引き下げ速度Ｘとされ、参照加速度が高加速度範囲ＲＨ内であれば引き下げ速度は最大引き下げ速度Ｙとされる。参照加速度が中加速度範囲ＲＭ内の場合に、最小引き下げ速度Ｘと最大引き下げ速度Ｙとの間に定められる増加関数に従って、参照加速度に基づいて引き下げ速度が決定される。

本実施形態では、参照加速度がゼロ〜想定最大加速度αｂまでを、低加速度範囲ＲＬと、中加速度範囲ＲＭと、高加速度範囲ＲＨとの３つの固定範囲に区分することとするが、これらの範囲を可変に設定することとしてもよい。
例えば、最大引き下げ速度Ｙと最小引き下げ速度Ｘとの速度差が大きくなるほど中加速度範囲ＲＭを広くし、低加速度範囲ＲＬおよび高加速度範囲ＲＨのどちらか一方又は両方を狭くするように設定することとしてもよい。

最小引き下げ速度Ｘおよび最大引き下げ速度Ｙは、何れも、空転滑走検知がなされた時の、１）基準速度Ｖｍ、２）当該動輪に係る車輪周引張力、３）当該動輪に係る接線力係数相当値、を変数とした関数により設定される。最小引き下げ速度Ｘは、関数ｆ_Ｘにより決定され、関数ｆ_Ｘは基準速度Ｖｍが大きくなるに従って漸次大きな値を算出し、車輪周引張力が大きくなるに従って漸次大きな値を算出し、接線力係数相当値が大きくなるに従って漸次大きな値を算出する関数である。ここで「漸次」とは、段階的でも線形的でもよい意味である。最大引き下げ速度Ｙは、関数ｆ_Ｙにより決定され、関数ｆ_Ｙも同様に、基準速度Ｖｍが大きくなるに従って漸次大きな値を算出し、車輪周引張力が大きくなるに従って漸次大きな値を算出し、接線力係数相当値が大きくなるに従って漸次大きな値を算出する関数である。但し、関数ｆ_Ｙは関数ｆ_Ｘよりも大きな値を算出するように定義される。

関数ｆ_Ｘおよび関数ｆ_Ｙは、１）基準速度Ｖｍ、２）当該動輪に係る車輪周引張力、３）当該動輪に係る接線力係数相当値、の３つを変数とする場合に限らず、これらのうちの１つ又は２つを変数として用いた関数としてもよいし、これら３つ以外を更に加味して最小引き下げ速度Ｘおよび最大引き下げ速度Ｙを決定する関数としてもよい。

ここで、車輪周引張力Ｆ［Ｎ］は、次の式（１）により算出することができる。
Ｆ＝（Ｇ／Ｒ）×τ_ｅ ・・・（１）
ここで、Ｇは歯車比、Ｒは車輪半径［ｍ］、τ_ｅは電動機トルク［Ｎｍ］である。

また、接線力係数μは、次の式（２）により算出することができる。
μ＝（Ｆ−ｍ×α）／Ｗ_０ ・・・（２）
ここで、Ｆは車輪周引張力［Ｎ］、ｍは回転慣性質量［ｋｇ］、αは車輪周加速度［ｍ／ｓ^２］、Ｗ_０は静止輪重［Ｎ］である。
歯車比Ｇ、車輪半径Ｒ、回転慣性質量ｍ、静止輪重Ｗ_０は既知であるため、電動機１０のベクトル制御を行う際に電動機トルクτ_ｅの算出とともに、車輪周引張力Ｆならびに接線力係数μを算出することができる。

また、接線力係数相当値とは、接線力係数μそのものであってもよいことは勿論のこと、接線力や粘着力、電動機の電流値（例えば、トルク電流）等、接線力係数μの変動と同様の変動を示す値（接線力係数とほぼリニアリティがある値）であって、接線力係数μと等価又は略等価に扱える値であってもよいことを意味する。

さて、図２において、参照加速度が中加速度範囲ＲＭ内の場合に引き下げ速度を決定する増加関数を直線形状のグラフとして示したが、図３や図４のような他の広義単調増加の増加関数としてもよい。すなわち、図３のように、参照加速度が大きくなるほど段階的に引き下げ速度が大きくなるように決定する関数としてもよいし、図４のように、高次関数としてもよい。何れにおいても、参照加速度が大きくなるに従って漸次大きな値となる関数であって、広義単調増加の増加関数と言える。また、広義単調増加であるため、低加速度範囲ＲＬおよび高加速度範囲ＲＨを含めた参照加速度の全範囲を表している関数とも言える。

［実施例］
図５は、電車の主回路の回路ブロックのうち、本実施形態を実現する一実施例に関する構成を概略的に示した図であり、１つの駆動軸について示している。すなわち、電動機の制御は個別制御（いわゆる１Ｃ１Ｍ）として以下説明するが、本発明の適用可能な形態がこれに限られるものではない。例えば、動輪２軸を一括して制御する１Ｃ２Ｍに適用することも可能である。図５によれば、本実施例に関わる電車の主回路としては、電動機１０と、パルスジェネレータ２０と、インバータ３０と、電流センサ４０と、電動機制御装置５０とが有る。

電動機１０は、インバータ３０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３相誘導電動機で実現される。パルスジェネレータ２０は、駆動軸の回転を検出する回転検出器であり、検出信号であるＰＧ信号を再粘着制御装置６０及びベクトル演算制御装置９０に出力する。尚、パルスジェネレータの代わりに速度発電機等の他の回転検出器を用いてもよい。電流センサ４０は、電動機１０の入力端に設けられ、電動機１０に流入するＵ相及びＶ相の電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。インバータ３０には、例えばパンタグラフおよびコンバータを介して、或いは、バッテリーから直流電力が供給される。そして、ベクトル演算制御装置９０から入力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれの電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に基づいて出力電圧を調整し、電動機１０に交流電力を給電する。

電動機制御装置５０は、電動機１０をベクトル制御する。この電動機制御装置５０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電動機１０の制御装置の一部として実装されたり、或いはインバータ３０を含めて一体的にインバータ装置として構成される。また、電動機制御装置５０は、再粘着制御装置６０と、ベクトル演算制御装置９０とを備えている。

再粘着制御装置６０は、パルスジェネレータ２０のＰＧ信号から駆動軸の軸速度Ｖを検出し、更に微分演算することで加速度αを検出する。そして、基準速度Ｖｍを用いて、検出した軸速度Ｖおよび加速度αを監視対象として空転滑走の検知や回復検知、再粘着検知を行い、空転滑走した動輪を再粘着させる制御を行う。この再粘着制御においては、電動機１０の発生トルクを制御して動輪を再粘着させるためのトルク引き下げ指令信号を生成してベクトル演算制御装置９０に出力する。ここで、基準速度Ｖｍは電車の走行速度であり、例えば運転台から得られる速度としてもよいし、Ｔ車の従輪の軸速度としてもよい。また、車両内の各軸の軸速度のうち、力行時であれば最小値、ブレーキ時であれば最大値等として決定してもよい。

ベクトル演算制御装置９０は、電流センサ４０により検出されたＩｖ，Ｉｕをｄ−ｑ軸座標変換することで得られるｄ軸成分である励磁電流成分Ｉｄ及びｑ軸成分であるトルク電流成分（電動機トルク分電流）Ｉｑや、パルスジェネレータ２０により検出されたＰＧ信号から得られる軸速度Ｖ、不図示の電流指令生成装置から入力される電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊、再粘着制御装置６０から入力されるトルク引き下げ指令信号等に基づいて、インバータ３０に対する電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を生成する。具体的には、トルク引き下げ指令信号が入力されない間は、電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊等に基づく通常の演算処理を行って電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出し、トルク引き下げ指令信号が入力されると、該信号に応じた分だけ電動機１０の発生トルクを引き下げるように電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出する。ここで、電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊等に基づき電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出する演算処理は公知の演算処理であるため、詳細な説明は省略する。

図６は、再粘着制御装置６０の構成を示すブロック図である。再粘着制御装置６０は、速度検出部６０１と、加算器６０３と、第１の加速度検出部６１２と、第２の加速度検出部６１４と、空転滑走検知部６２０と、引き下げ速度決定部６４０と、回復検知部６６０と、再粘着検知部６７０と、再粘着制御部６８０とを有して構成される。

速度検出部６０１は、ＰＧ信号をもとに駆動軸の回転の検出間隔又は単位時間当たりの検出回数を時間軸方向に平滑化する回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する。具体的には、一定時間パルス数計数方式や平均パルス幅計数方式等により速度を検出する。平滑化時間幅Ｔｓは例えば２５ｍｓとする等、高周波の振動成分であるノイズ成分の除去に一定の効果が得られる値に定められる。

第１の加速度検出部６１２および第２の加速度検出部６１４は、それぞれ速度検出部６０１が検出した軸速度Ｖを微分演算する微分演算部と、更に時間軸方向に平滑化する平滑化部とを有して加速度を検出するが、平滑化する時間幅が異なる。具体的には、第１の加速度検出部６１２の平滑化時間幅Ｔａ１よりも、第２の加速度検出部６１４の平滑化時間幅Ｔａ２の方が狭い時間幅に定められている。なお、速度検出部６０１が検出した軸速度Ｖを先に微分演算するのではなく、平滑化部が先に時間軸方向に平滑化した後に、微分演算部が微分演算してもよい。また、随時検出される速度のサンプリング間隔を変更して微分演算する方法を採るならば、微分演算と平滑化処理とを同時に行うことができるため、第１の加速度検出部６１２および第２の加速度検出部６１４は、この方法を採用してもよい。この場合には、平滑化時間幅はサンプリング間隔に相当することとなる。

平滑化する時間幅を広げればノイズ成分の除去の確実性を高めることができるが、時間遅れが大きくなる。一方、平滑化時間幅を狭めれば時間遅れが小さくなるが、ノイズ成分を除去しきれずに検出後の加速度には、電動機による動輪の周方向の回転に係る主信号成分以外の成分が残ってしまう可能性が高くなる。

第１の加速度検出部６１２は、空転滑走検知部６２０が空転滑走の検知に利用する第１の加速度α１を検出する。空転滑走を検知した場合にはすぐにトルクの引き下げ制御が開始されるため、多少の時間遅れを犠牲にしても確実なノイズ成分の除去を行うべきであり、空転滑走の検知には確実性が要求される。そのため、第１の加速度検出部６１２の平滑化時間幅Ｔａ１は、比較的広い時間幅、具体的には第２の加速度検出部６１４の平滑化時間幅Ｔａ２よりも長い時間幅が定められている。

一方、第２の加速度検出部６１４は、引き下げ速度決定部６４０が引き下げ速度を決定する際に利用する第２の加速度α２を検出する。第２の加速度検出部６１４の平滑化時間幅Ｔａ２は、比較的狭い時間幅、具体的には第１の加速度検出部６１２の平滑化時間幅Ｔａ１よりも短い時間幅が定められている。平滑化時間幅が広いと、平滑化処理を行った後の信号は、動輪の事象・状況からの応答遅れが大きくなる。そこで、第２の加速度検出部６１４が平滑化時間幅の狭い平滑化処理を行って第２の加速度を検出し、この第２の加速度を利用して引き下げ速度決定部６４０がトルク指令値の引き下げ速度を決定することで、できるだけ駆動軸（動輪）に生じている即時の事象・状況に即した適応的なトルク引き下げ速度を決定することが可能となる。

加算器６０３は、速度検出部６０１により検出された軸速度Ｖから基準速度Ｖｍを減算して速度差Ｖｄを出力する。
空転滑走検知部６２０は、第１の加速度検出部６１２により検出された第１の加速度α１を空転滑走したとみなす所定の加速度閾値以上か否かを比較判定する比較器６２１と、速度差Ｖｄを空転滑走したとみなす所定の速度差閾値以上か否かを比較判定する比較器６２３，６２５と、論理積部６２７と、論理和部６２９とを有し、第１の加速度α１及び速度差Ｖｄを用いて空転滑走の発生を検知して検知信号を再粘着制御部６８０および引き下げ速度決定部６４０に出力する。尚、比較器６２５の速度差閾値は、比較器６２３の速度差閾値よりも大きく定められており、比較器６２１，６２３による閾値判定が働かない場合の安全のために設けられている。従って、比較器６２１による判定のみで空転滑走検知の閾値判定が十分であると判断される場合等においては、比較器６２３，６２５、論理積部６２７、論理和部６２９を不要としてもよい。また、比較器６２３、論理積部６２７を残し、比較器６２５、論理和部６２９を不要としてもよい。

引き下げ速度決定部６４０は、引き下げ速度の最小値である最低引き下げ速度、および、最大値である最大引き下げ速度を設定する最小値最大値設定部６４１と、最低引き下げ速度と最大引き下げ速度との間の広義単調増加の増加関数を設定する関数設定部６４３とを有し、空転滑走検知部６２０により空転滑走が検知されたときの第２の加速度α２を参照加速度として用いてトルク指令値の引き下げ速度を決定し、決定した引き下げ速度を再粘着制御部６８０に出力する。最小値最大値設定部６４１が設定する最小値および最大値は、予め設定した固定値としてもよいし、空転滑走が検知された時の、１）基準速度Ｖｍ、２）当該動輪に係る車輪周引張力、３）当該動輪に係る接線力係数相当値、のうちの少なくとも１つを変数とする上述した関数ｆ_Ｘ、関数ｆ_Ｙ（図２参照）により算出・設定されることとしてもよい。

車輪周引張力および接線力係数相当値は、ベクトル演算制御装置９０（図５参照）が算出し、再粘着制御装置６０の引き下げ速度決定部６４０に入力されることとすると好適であるが、再粘着制御装置６０が算出することとしてもよい。

関数設定部６４３が設定する関数は、広義単調増加の増加関数であれば何れの関数を採用することもできる（図２〜４参照）。空転滑走が生じた場合の駆動軸の加速度は、空転滑走の程度によって変化するため、その加速度に基づいて引き下げ速度を変化させることで、電動機１０の発生トルクを引き下げる速度を適応的に変更することが可能となる。

回復検知部６６０は、軸速度Ｖおよび速度差Ｖｄに基づいて、空転滑走からもとの粘着走行への回復を検知する。回復検知において加速度を利用する場合には、軸速度Ｖの微分演算および時間軸方向への平滑化処理を行って加速度を検出して利用するか、或いは、第２の加速度検出部６１４で検出された第２の加速度を利用することができる。回復を検知した場合には、回復検知部６６０は、回復検知信号を再粘着制御部６８０に出力する。

再粘着検知部６７０は、軸速度Ｖおよび速度差Ｖｄに基づいて再粘着がなされたことを検知する。再粘着の検知において加速度を利用する場合には、軸速度Ｖの微分演算および時間軸方向への平滑化処理を行って加速度を検出して利用するか、或いは、第２の加速度検出部６１４で検出された第２の加速度を利用することができる。再粘着を検知した場合には、再粘着検知部６７０は、再粘着検知信号を再粘着制御部６８０に出力する。

再粘着制御部６８０は、図１を参照して説明した通り、電動機１０の発生トルクを低減させて再粘着を実現するためのトルク引き下げ指令信号を生成してベクトル演算制御装置９０に出力する一連の再粘着制御を行う。具体的には、空転滑走検知部６２０から空転滑走検知信号が入力された場合に、引き下げ速度決定部６４０から入力される引き下げ速度に従ってトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行う。また、再粘着制御部６８０は、回復検知部６６０から回復検知信号が入力された場合にトルク引き下げ制御を終了し、再粘着検知部６７０から再粘着検知信号が入力されるまでトルク引き下げ量を保持する。そして、再粘着検知信号が入力された後、徐々にトルク指令値を復帰させる制御を行う。

以上の通り、本実施形態によれば、空転滑走の検知対象である動輪の加速度を参照速度として用いて、空転滑走を検知したときにトルク指令値を引き下げる際の引き下げ速度を適応的に決定することができる。すなわち、電動機の発生トルクを引き下げる速度を、空転滑走の検知対象となっている動輪の加速度に基づいて可変に決定することができる。空転滑走が生じた場合の動輪の加速度は、空転滑走の程度によって変化するため、その加速度に基づいて引き下げ速度を変化させることで、電動機の発生トルクを引き下げる速度を適応的に変更することができる。

また、引き下げ速度の決定には、平滑化する時間幅が狭い第２の平滑化処理を用いて検出された第２の加速度が利用される。平滑化時間幅が広いと、平滑化処理を行った後の信号は、動輪の事象・状況からの応答遅れが大きくなる。そこで、平滑化時間幅の狭い第２の加速度を利用してトルク指令値の引き下げ速度を決定することで、できるだけ動輪に生じている即時の事象・状況に即した適応的なトルク引き下げ速度を決定することが可能となる。

［変形例］
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明が適用可能な実施形態は上述した実施形態に限られるわけではない。例えば、電気車のみならず電気自動車に適用することも可能である。また、空転について詳述したが、同様の制御は滑走についても適用可能である。

また、上述した実施形態では、図６を参照しつつ、引き下げ速度決定部６４０は、空転滑走検知部６２０からの空転滑走の検知信号を入力したときに引き下げ速度を決定して再粘着制御装置６０に出力することとして説明した。これを次のようにしてもよい。すなわち、引き下げ速度決定部６４０は、引き下げ速度を随時決定して再粘着制御装置６０に出力することとする。そして、再粘着制御装置６０が、空転滑走検知部６２０から空転滑走の検知信号を入力したときに、引き下げ速度決定部６４０から入力された引き下げ速度に従って、トルク指令値を引き下げる制御を行う。

また、上述した実施形態では、空転滑走検知部６２０は第１の加速度α１を用いて空転滑走を検知することとして説明したが、更に第２の加速度α２をも用いて空転滑走を検知することとしてもよい。具体的には、図７に示すように、図６に示した空転滑走検知部６２０の構成に対して、比較器６２２と論理積部６２６とを追加した空転滑走検知部６２０ｂを構成する。比較器６２２は、第２の加速度α２を空転滑走したとみなす所定の加速度閾値以上か否かを比較判定し、論理積部６２６は、比較器６２１，６２２の比較結果の論理積を論理積部６２７に出力することとする。

１０ 電動機
５０ 電動機制御装置
６０ 再粘着制御装置
６０１ 速度検出部
６１２ 第１の加速度検出部
６１４ 第２の加速度検出部
６２０ 空転滑走検知部
６４０ 引き下げ速度決定部
６４１ 最小値最大値設定部
６４３ 関数設定部
６６０ 回復検知部
６７０ 再粘着検知部
６８０ 再粘着制御部

Claims (7)

1. 動輪の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に、前記動輪を駆動する電動機のトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行って前記動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法であって、
   前記動輪の加速度を参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定する引き下げ速度決定ステップと、
   前記空転滑走の発生が検知された場合に、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うトルク引き下げ制御ステップと、
   を含む電動機制御方法。
2. 検出された前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第１の平滑化処理とを行って第１の加速度を検出する第１の加速度検出ステップと、
   検出された前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第１の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第２の平滑化処理とを行って第２の加速度を検出する第２の加速度検出ステップと、
   前記第１の加速度を用いて空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知する空転滑走発生検知ステップと、
   を含み、
   前記引き下げ速度決定ステップは、前記第２の加速度を前記参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定するステップであり、
   前記トルク引き下げ制御ステップは、前記空転滑走発生検知ステップの検知に応じて、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うステップである、
   請求項１に記載の電動機制御方法。
3. 前記引き下げ速度決定ステップは、所与の最低引き下げ速度と所与の最大引き下げ速度との間に定められる前記参照加速度に基づく所与の広義単調増加の増加関数に従って、前記トルク指令値の引き下げ速度を決定するステップである、
   請求項１又は２に記載の電動機制御方法。
4. 前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、列車走行速度に基づいて設定するステップ、
   を更に含む請求項３に記載の電動機制御方法。
5. 前記動輪の車輪周引張力を検出する引張力検出ステップと、
   前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、前記車輪周引張力に基づいて設定するステップと、
   を更に含む請求項３又は４に記載の電動機制御方法。
6. 前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出ステップと、
   前記最低引き下げ速度、及び／又は、前記最大引き下げ速度を、前記接線力係数相当値に基づいて設定するステップと、
   を更に含む請求項３〜５の何れか一項に記載の電動機制御方法。
7. 動輪の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に、前記動輪を駆動する電動機のトルク指令値を引き下げるトルク引き下げ制御を行って前記動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置であって、
   前記動輪の加速度を参照加速度として用いて前記トルク指令値の引き下げ速度を決定する引き下げ速度決定部と、
   前記空転滑走の発生が検知された場合に、前記決定された引き下げ速度に従って前記トルク指令値を引き下げる前記トルク引き下げ制御を行うトルク引き下げ制御部と、
   を備えた電動機制御装置。

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