JP4083697B2 - Electric vehicle control device and electric vehicle control method - Google Patents

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Description

本発明は電気車の制御装置に関し、より具体的には軸重変動(軸重移動ともいう。)を考慮した電動機のトルク制御に関する。   The present invention relates to a control device for an electric vehicle, and more specifically, to torque control of an electric motor in consideration of variation in axial load (also referred to as axial load movement).

電気車として電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が接線力以下の範囲であれば粘着走行がなされるが、接線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。   As electric cars, trains, electric cars, and the like are known. Hereinafter, trains (powered vehicles) will be described as typical examples. The train is accelerated and decelerated by the tangential force between the wheels and rails (also called adhesive force). If the generated torque of the electric motor is in the range of tangential force or less, adhesion running is performed, but if the tangential force is exceeded, idling or gliding (hereinafter referred to as “idling gliding”) occurs.

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1参照)。   In the case of idling, the control for reducing the generated torque of the electric motor to return to the sticking running, that is, the re-sticking control is performed (for example, refer to Patent Document 1).

従って、有効な粘着性能を維持し空転滑走を生じさせないトルク制御、或いは空転滑走後の速やか且つ最適な再粘着トルク制御が要求される。但し、粘着性能の維持のためには接線力を求める必要がある。接線力係数を推定する技術として、例えば特許文献2の技術が知られている。
特開2002−44804号公報 特開平11−252716号公報
Therefore, torque control that maintains effective adhesion performance and does not cause idling or rapid and optimum re-adhesion torque control after idling is required. However, in order to maintain the adhesion performance, it is necessary to obtain a tangential force. As a technique for estimating the tangential force coefficient, for example, the technique of Patent Document 2 is known.
JP 2002-44804 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-252716

ところで、接線力係数は以下の式により求められる。

Figure 0004083697
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/sec2]、Wは軸重[N]である。 By the way, the tangential force coefficient is obtained by the following equation.
Figure 0004083697
Here, F is the wheel circumferential tensile force [N], m is the rotational inertial mass [kg], α is the wheel circumferential acceleration [m / sec 2 ], and W is the axial load [N].

軸重Wは静止輪重W0[N]と軸重変動ΔW[N]との和で求められる。軸重変動ΔWとは、電車の駆動時や制動時等に車体や台車に働く回転モーメントによって生じる軸重の変化である。従来では、この軸重変動ΔWを、例えば以下の簡易式で算出していた。

Figure 0004083697
ここで、正負の符号は進行方向と歯車回転方向との相対関係に応じて選択され、Fは当該軸の引張力[N]、hはレール面と牽引リンク間距離[m]、lは台車内軸間距離[m]、Hはレール面と連結器間距離[m]、Lは前後台車牽引リンク間距離[m]である。 The axle load W is obtained as the sum of the stationary wheel load W 0 [N] and the axle load fluctuation ΔW [N]. The axle load variation ΔW is a change in axle load caused by a rotational moment acting on the vehicle body or the carriage when driving or braking the train. Conventionally, this axial load variation ΔW has been calculated by, for example, the following simplified formula.
Figure 0004083697
Here, the positive and negative signs are selected according to the relative relationship between the traveling direction and the gear rotation direction, F is the tensile force [N] of the shaft, h is the distance between the rail surface and the traction link [m], and l is the table. The distance between the inner shafts [m], H is the distance between the rail surface and the coupler [m], and L is the distance between the front and rear truck tow links [m].

上述の通り、軸重変動は電車の駆動/制動等に応じてリアルタイムに変化する。しかしながら、従来用いていた(2)式の各諸元は固定値であるため、求められる軸重変動も固定値となっていた。即ち、従来の電動機トルク制御は、リアルタイムに変化する軸重変動を動的に考慮していなかった。   As described above, the axle load variation changes in real time according to the driving / braking of the train. However, since each item of the formula (2) used in the past is a fixed value, the obtained axial load variation is also a fixed value. That is, the conventional motor torque control has not dynamically considered the axial load variation that changes in real time.

本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、リアルタイムに変化する軸重変動を動的に考慮して、より適切な電動機トルク制御を実現することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to realize more appropriate motor torque control by dynamically considering a change in axle load that changes in real time.

以上の課題を解決するための第1の発明は、
軸バネに加わる力を検出する力検出手段(例えば、図6の軸バネ変位検出器40)と、
前記力検出手段により検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから軸重を算出する軸重算出手段(例えば、図6の軸重演算器53)とを備え、
前記軸重算出手段により算出された軸重に基づいた電動機のトルク制御を行うことを特徴とする電気車の制御装置である。
The first invention for solving the above problems is:
Force detecting means for detecting the force applied to the shaft spring (for example, the shaft spring displacement detector 40 in FIG. 6) ;
Axial weight calculating means (for example, an axial weight calculator 53 in FIG. 6) for calculating the axial weight from the force detected by the force detecting means and the motor torque and the stationary wheel weight ;
An electric vehicle control apparatus that performs torque control of an electric motor based on the axle weight calculated by the axle weight calculating means .

また、第5の発明は、軸バネに加わる力を検出し、その検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから軸重を算出する軸重算出ステップ(例えば、図6の軸重演算器53)を含み、前記軸重算出ステップにより算出された軸重に基づいた電動機のトルク制御を行うことを特徴とする電気車の制御方法である。 Further, the fifth aspect of the present invention detects a force applied to the shaft spring, and calculates a shaft weight from the detected force, motor torque, and stationary wheel weight (for example, a shaft weight calculation in FIG. 6). 53), and controls the electric motor torque based on the axle load calculated in the axle load calculating step .

この第1又は第5の発明によれば、軸バネの力を検出し、その検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから算出された軸重に基づいた動的な電動機のトルク制御が行われる。電気車の駆動時や制動時等に働くモーメントは、車輪にかかる軸重の変化として現れるが、この軸重の変化は軸バネに加わる力として現れる。従って、軸バネに加わる力を動的に検出し、検出された力に基づくことで、リアルタイムに変化する軸重変動を動的に考慮した電動機トルク制御を実現し得る。 According to the first or fifth invention, to detect a force in the axial spring, and the detected force and the motor torque, the torque control of dynamic motors based on axle load calculated from the static wheel load Is done. The moment acting when driving or braking the electric vehicle appears as a change in the axial load applied to the wheel, and this change in the axial load appears as a force applied to the shaft spring. Therefore, by dynamically detecting the force applied to the shaft spring and based on the detected force, it is possible to realize motor torque control that dynamically considers the axial load variation that changes in real time.

また、第2の発明は、第1の発明の電気車の制御装置において、
前記軸重算出手段により算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出手段(例えば、図6のμ演算器54)を更に備え、前記接線力係数算出手段により算出された接線力係数を制御基準値の1つとして電動機のトルク制御を行う電気車の制御装置である。
The second invention is a control device for an electric vehicle according to the first invention,
Tangential force coefficient calculating means for calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculation means (e.g., mu operator 54 in FIG. 6) further comprises a, calculated by the tangential force coefficient calculation means An electric vehicle control device that performs torque control of an electric motor using a tangential force coefficient as one of control reference values.

また、第6の発明は、第5の発明の電気車の制御方法であって、
前記軸重算出ステップにより算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出ステップ(例えば、図6のμ演算器54)を含み、前記接線力係数算出ステップにより算出された接線力係数を制御基準値の1つとして電動機のトルク制御を行う電気車の制御装置である。
The sixth invention is a method of controlling an electric vehicle according to the fifth invention,
Tangential force coefficient calculating step of calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculating step (e.g., mu operator 54 in FIG. 6) comprises a tangent calculated by the tangential force coefficient calculating step It is an electric vehicle control device that performs torque control of an electric motor using a force coefficient as one of control reference values.

この第2又は第6の発明によれば、接線力係数を制御基準値の1つとして電動機のトルク制御が行われる。その接線力係数は、検出される軸バネに加わる力及び電動機トルクと、静止輪重とから算出される軸重を用いて動的に算出される。このため、リアルタイムに変化する軸重変動を動的に考慮した電動機トルク制御を実現し得る。   According to the second or sixth invention, the torque control of the electric motor is performed using the tangential force coefficient as one of the control reference values. The tangential force coefficient is dynamically calculated using a shaft weight calculated from the detected force applied to the shaft spring, the motor torque, and the stationary wheel weight. For this reason, the motor torque control which dynamically considers the axial load variation that changes in real time can be realized.

また、第3の発明は、第1の発明の電気車の制御装置において、
前記軸重算出手段により算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出手段(例えば、図6のμ演算器54)と、
駆動輪の空転滑走を検出する空転滑走検出手段(例えば、図6の空転滑走検出装置52)と、
前記空転滑走検出手段による空転滑走の検出開始時の前記算出された接線力係数を保持する保持手段(例えば、図6の保持回路55)と、
を更に備え、前記保持手段により保持された接線力係数及び前記力検出手段により検出されている現在の力を用いて再粘着時の電動機のトルク制御を行う電気車の制御装置である。
The third invention is the electric vehicle control device of the first invention, wherein
The tangential force coefficient calculating means for calculating a tangential force coefficient with axle load calculated (e.g., mu operator 54 in FIG. 6) by the axle load calculating means,
Idle running detection means (for example, idle running detection device 52 in FIG. 6) for detecting idle running of the drive wheel;
Holding means for holding the calculated tangential force coefficient at the start of detection of idling by the idling sliding detection means (for example, holding circuit 55 in FIG. 6);
And a control device for an electric vehicle that performs torque control of the motor during re-adhesion using the tangential force coefficient held by the holding means and the current force detected by the force detection means.

また、第7の発明は、第5の発明の電気車の制御方法であって、
前記軸重算出ステップにより算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出ステップ(例えば、図6のμ演算器54)と、
駆動輪の空転滑走開始時の前記接線力係数を保持する保持ステップ(例えば、図6の保持回路55)と、
を含み、前記保持ステップにより保持された接線力係数及び前記軸重算出ステップにより算出されている現在の軸重を用いて再粘着時の電動機のトルク制御を行う電気車の制御方法である。
The seventh invention is a method of controlling an electric vehicle according to the fifth invention,
The tangential force coefficient calculating step (e.g., mu operator 54 in FIG. 6) for calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculation step,
A holding step (for example, holding circuit 55 in FIG. 6) for holding the tangential force coefficient at the start of idling of the driving wheel;
Hints is a control method of an electric vehicle that performs torque control of the motor at the time of re-adhesive using current axle load which is calculated by the tangential force coefficient is held and the axle load calculating step by the holding step.

この第3又は第7の発明によれば、検出される現在の軸バネに加わる力及び電動機トルクと、静止輪重とから軸重が算出され、算出された軸重を用いて接線力係数が動的に算出される。一方、空転滑走が生じた場合、その開始時の接線力係数が保持される。そして、保持していた接線力係数と、再粘着制御する際の現在軸バネに加わっている力とを用いて再粘着制御が行われる。空転滑走開始時の接線力係数は電気車の車輪・レール間の粘着特性を示す値である。このため、適切な再粘着トルク制御を実現し得る。   According to the third or seventh invention, the axial load is calculated from the detected force and the motor torque applied to the current shaft spring and the stationary wheel load, and the tangential force coefficient is calculated using the calculated load. Calculated dynamically. On the other hand, when idling occurs, the tangential force coefficient at the start is maintained. Then, the re-adhesion control is performed using the retained tangential force coefficient and the force applied to the current shaft spring during the re-adhesion control. The tangential force coefficient at the start of idling is a value indicating the adhesion characteristics between the wheels and rails of the electric vehicle. For this reason, appropriate re-adhesion torque control can be realized.

第4の発明は、第1の発明の電気車の制御装置において、
前記電気車は駆動軸を複数具備し、
前記力検出手段及び前記軸重算出手段が前記各駆動軸それぞれについて設けられ
前記各軸重算出手段により算出される軸重を用いて前記各駆動軸の駆動トルク配分を求め、求めた駆動トルク配分に従って前記各駆動軸それぞれを駆動する各電動機のトルク制御を行う電気車の制御装置である。
A fourth aspect of the invention is the electric vehicle control device according to the first aspect of the invention.
The electric vehicle includes a plurality of drive shafts,
The force detection means and the axle load calculation means are provided for each of the drive shafts,
The calculated driving torque distribution of the drive shafts using the axle load calculated by the axle load calculating means, the obtained in accordance with a drive torque distribution of the electric vehicle that performs torque control of the electric motor that drives each of the drive shafts It is a control device.

第8の発明は、第5の発明の電気車の制御方法であって、
前記電気車は駆動軸を複数具備する電気車であり、
前記各駆動軸それぞれについて前記軸重算出ステップを行って算出される各軸重を用いて前記各駆動軸の駆動トルク配分を求め、求めた駆動トルク配分に従って前記各駆動軸それぞれを駆動する各電動機のトルク制御を行う電気車の制御方法である。
The eighth invention is a method for controlling an electric vehicle of the fifth invention, comprising:
The electric vehicle is an electric vehicle having a plurality of drive shafts,
Each electric motor that drives each of the drive shafts according to the obtained drive torque distribution by obtaining a drive torque distribution of each of the drive shafts using each axle weight calculated by performing the axle load calculating step for each of the drive shafts. It is the control method of the electric vehicle which performs torque control of.

電気車の進行方向と各駆動軸の配置位置との関係(前方/後方)や、各駆動軸を駆動する電動機歯車の回転方向(駆動軸を押さえ付ける方向に働くかどうか)などに起因して、各駆動軸の軸重変動は同じではなく、また動的に変化している。この第4又は第8の発明によれば、各駆動軸の軸バネに加わる力が検出され、その検出された各駆動軸の軸バネに加わる力に応じたトルク配分でトルク制御が行われる。従って、複数の駆動軸全体において、適切なトルク配分による電動機制御を実現し得る。なお、一の電力源をもとに各電動機がそれぞれの駆動軸を駆動する制御を行う場合には、全体の使用可能電力量が限られているため、この第4又は第8の発明はより好適に作用する。   Due to the relationship between the traveling direction of the electric vehicle and the arrangement position of each drive shaft (front / rear), the rotation direction of the motor gear that drives each drive shaft (whether it works in the direction of pressing the drive shaft), etc. The shaft load variation of each drive shaft is not the same and dynamically changes. According to the fourth or eighth aspect of the invention, the force applied to the shaft spring of each drive shaft is detected, and torque control is performed with torque distribution according to the detected force applied to the shaft spring of each drive shaft. Therefore, motor control by appropriate torque distribution can be realized across the plurality of drive shafts. Note that when the electric motors perform control to drive the respective drive shafts based on one electric power source, the total usable electric energy is limited, so the fourth or eighth invention is more suitable. It works suitably.

軸バネに加わる力を動的に検出し、その検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから算出された軸重に基づくことで、リアルタイムに変化する軸重変動を動的に考慮した電動機トルク制御を実現し得る。 The force applied to the shaft spring dynamically detected, and the detected force and the motor torque, that based on axle load calculated from a stationary wheel load and dynamically considering axle load fluctuation that changes in real time Electric motor torque control can be realized.

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
尚、以下では、本発明を電車に適用した場合を説明するが、本発明の適用がこれに限定されるものではない。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the following, the case where the present invention is applied to a train will be described, but the application of the present invention is not limited to this.

[原理]
先ず、本実施形態の原理を説明する。
電車等の電気車では、駆動/ブレーキ時において台車や車体に回転モーメントが働くことで各軸に軸重変動が生じるが、この軸重変動は軸バネに加わる力として現れる。この軸バネに加わる力は軸バネの変位として現れるため、本実施形態では、軸バネに加わる力の検出の一例として、軸バネの変位検出として説明する。そして、本実施形態では、軸バネ変位を検出し、検出した軸バネ変位を用いて接線力係数μを算出する。そして、算出した接線力係数μに基づいて電動機のトルク制御を行う。
[principle]
First, the principle of this embodiment will be described.
In an electric vehicle such as a train, a rotational moment is applied to the bogie and the vehicle body during driving / braking, causing variations in the axial load on each axis. This variation in axial load appears as a force applied to the shaft spring. Since the force applied to the shaft spring appears as a displacement of the shaft spring, this embodiment will be described as a displacement detection of the shaft spring as an example of the detection of the force applied to the shaft spring. In this embodiment, the axial spring displacement is detected, and the tangential force coefficient μ is calculated using the detected axial spring displacement. Then, torque control of the electric motor is performed based on the calculated tangential force coefficient μ.

軸バネは、図1に示すように、車軸1の両端部において、車軸1を支持する軸箱2と車両を支える台車枠4との間に設けられている。本実施形態では、この軸バネ3の長さ、即ち台車枠4に接している軸バネ3の上端部から軸箱2の上面に接している下端部までの距離を、例えば距離センサを用いて測定し、測定した長さと軸バネ3の基準長さとを比較することで軸バネ3の変位を検出(算出)する。尚、軸バネ変位の他の検出方法として、ロードセルを介して軸バネの下端部を軸箱に当接させ、このロードセルの測定値を軸バネ変位に換算する方法や、軸バネにひずみゲージを貼付し、このひずみゲージの測定値を軸バネ変位に換算する方法等であっても良い。
そして、軸重変動ΔWは、軸バネ変位を用いて次のように求められる。
As shown in FIG. 1, the shaft spring is provided between the axle box 2 that supports the axle 1 and the carriage frame 4 that supports the vehicle at both ends of the axle 1. In the present embodiment, the length of the shaft spring 3, that is, the distance from the upper end portion of the shaft spring 3 in contact with the carriage frame 4 to the lower end portion in contact with the upper surface of the axle box 2 is measured using, for example, a distance sensor. The displacement of the shaft spring 3 is detected (calculated) by measuring and comparing the measured length with the reference length of the shaft spring 3. As another method for detecting the axial spring displacement, the lower end portion of the shaft spring is brought into contact with the shaft box through the load cell, and the measured value of the load cell is converted into the shaft spring displacement, or a strain gauge is applied to the shaft spring. For example, a method of pasting and converting the measured value of the strain gauge into the axial spring displacement may be used.
The axial load variation ΔW is obtained as follows using the axial spring displacement.

(A)つりかけ式台車
つりかけ式台車の電車の場合、軸重変動ΔWは以下の式で求められる。

Figure 0004083697
ここで、Dは車輪の直径[m]、aは電動機のノーズと支え軸受間の距離[m]、Kbは軸バネ係数[N/mm]、XR、XLは、進行方向に向かって車軸の右側、左側に設けられている軸バネの変位[mm]、Fは引張力[N]である。但し、軸バネ変位XR、XLは、軸バネが縮む方向を正(+)とし、伸びる方向を負(−)とする。 (A) Hanging-type carriage In the case of a hanging-type carriage, the axle load variation ΔW is obtained by the following expression.
Figure 0004083697
Here, D is the wheel diameter [m], a is the distance between the motor nose and the support bearing [m], Kb is the axial spring coefficient [N / mm], and XR and XL are the axles in the direction of travel. Displacement [mm] and F of tensile force [N] of the shaft spring provided on the right side and the left side. However, in the axial spring displacements XR and XL, the direction in which the axial spring contracts is positive (+), and the direction in which the axial spring is extended is negative (-).

式(3)において、第1項は引張力(車輪周引張力)が直接車軸に作用する力を表し、第2項は軸バネを介して車軸に作用する力を表しており、何れも、下向き(即ち、車軸を押さえ付ける向き)に力が働く場合を正(+)とし、上向きに力が働く場合を負(−)としている。   In Equation (3), the first term represents the force that the tensile force (wheel tensile force) acts directly on the axle, and the second term represents the force that acts on the axle via the shaft spring. The case where force is applied downward (that is, the direction in which the axle is pressed) is positive (+), and the case where force is applied upward is negative (-).

また、第1項の正負(+/−)の符号は、進行方向に対する車軸と電動機との位置関係に応じて選択される。具体的には、電動機が進行方向に向かって車軸の後方に有る場合には、引張力Fが上向き方向に働くので負(−)となり、電動機が進行方向に向かって車軸の前方に有る場合には、引張力が下向きに働くので正(+)となる。   Further, the sign of positive / negative (+/−) in the first term is selected according to the positional relationship between the axle and the electric motor with respect to the traveling direction. Specifically, when the electric motor is located behind the axle in the direction of travel, the tensile force F acts in the upward direction, so it is negative (−), and when the motor is located in front of the axle in the direction of travel. Becomes positive (+) because the tensile force works downward.

式(3)の各諸元の内、車輪の直径D、電動機のノーズと支え軸受間の距離a及びバネ係数Kbは、電車の仕様によって決まる固定値であり、軸バネ変位XR、XL及び引張力Fは、電車の走行に従って変化する値である。軸バネ変位XR、XLは、上述のように検出値として得ることができ、また、引張力Fは以下の式で求められる。

Figure 0004083697
ここで、Gは大歯車と小歯車の歯車比、rは車輪の半径[m]、τeは電動機の発生トルク[Nm]である。 Among the specifications of the formula (3), the wheel diameter D, the distance a between the motor nose and the support bearing, and the spring coefficient Kb are fixed values determined by the specifications of the train, and the axial spring displacements XR, XL and tension The force F is a value that changes as the train travels. The axial spring displacements XR and XL can be obtained as detected values as described above, and the tensile force F is obtained by the following equation.
Figure 0004083697
Here, G is the gear ratio between the large gear and the small gear, r is the wheel radius [m], and τe is the generated torque [Nm] of the motor.

式(4)の各諸元の内、歯車比G及び車輪半径rは、電車の仕様によって決まる固定値である。また、発生トルクτeは、電車の走行に従って変化する値であり、以下の式で求められる。

Figure 0004083697
ここで、Mは相互インダクタンス[H]、L2は二次インダクタンス[H]、Id*は磁束分電流指令値[A]、Iqは電動機トルク分電流[A]である。 Of each item of the equation (4), the gear ratio G and the wheel radius r are fixed values determined by the specifications of the train. Further, the generated torque τe is a value that changes as the train travels, and is obtained by the following equation.
Figure 0004083697
Here, M is a mutual inductance [H], L2 is a secondary inductance [H], Id * is a magnetic flux current command value [A], and Iq is a motor torque current [A].

式(5)の各諸元の内、相互インダクタンスM及び二次インダクタンスL2は、電動機の仕様によって決まる固定値であり、磁束分電流指令値Id*及び電動機トルク分電流Iqは、電車の走行に応じて変化する値である。電動機トルク分電流Iqは測定値として得ることができる。 Among the various items of the equation (5), the mutual inductance M and the secondary inductance L2 are fixed values determined by the specifications of the motor, and the magnetic flux component current command value Id * and the motor torque component current Iq are used for running the train. It is a value that changes accordingly. The electric motor torque component current Iq can be obtained as a measured value.

このように、つりかけ式台車の場合、式(2)〜式(5)より、測定した現在の軸バネ変位XR、XL、電動機トルク分電流Iq、磁束分電流指令値Id*及び電車の各諸元から現在の軸重変動ΔWを求めることができる。 Thus, in the case of a hanging type carriage, the measured current shaft spring displacements XR, XL, electric motor torque component current Iq, magnetic flux component current command value Id * and each of the trains are obtained from the equations (2) to (5). The current axle load variation ΔW can be obtained from the specifications.

(B)台車装架式
台車装架式の電車の場合、軸重変動ΔWは以下の式で求められる。

Figure 0004083697
ここで、Fwは歯車に伝わる力[N]である。 (B) Bogie Mount Type In the case of a bogie mount type train, the axle load variation ΔW is obtained by the following equation.
Figure 0004083697
Here, Fw is a force [N] transmitted to the gear.

式(6)において、第1項は軸バネを介して車軸に作用する力を表し、第2項は引張力が直接車軸に作用する力を表しており、何れも、下向きに力が働く場合を正(+)としている。また、第1項の正負(+/−)の符号は、車軸を駆動する電動機歯車の回転方向に応じて選択される。   In Equation (6), the first term represents the force acting on the axle via the shaft spring, and the second term represents the force acting on the axle directly by the tensile force, both of which are applied downward Is positive (+). Further, the sign of positive / negative (+/−) in the first term is selected according to the rotation direction of the motor gear that drives the axle.

歯車に伝わる力Fwは、電車の走行に伴って値が変化するものであり、以下の式で求められる。

Figure 0004083697
ここで、rbは大歯車のピッチ円半径[m]、Fは車輪周引張力[N]である。 The force Fw transmitted to the gear changes as the train travels, and is obtained by the following equation.
Figure 0004083697
Here, rb is the pitch circle radius [m] of the large gear, and F is the wheel circumferential tensile force [N].

式(7)の各諸元の内、ピッチ円半径rbは電車の仕様によって決まる固定値である。また、車輪周引張力Fは、電車の走行に伴って変化する値であり、上述した式(4)で求められる。   Of each item of equation (7), the pitch circle radius rb is a fixed value determined by the specification of the train. Further, the wheel circumferential tension force F is a value that changes as the train travels, and is obtained by the above-described equation (4).

このように、台車装架式の場合、式(4)〜式(7)より、測定した現在の軸バネ変位XR、XL、電動機トルク分電流Iq、磁束分電流指令値Id*及び電車の各諸元から現在の軸重変動ΔWが求められる。 As described above, in the case of the bogie mounting type, from the formulas (4) to (7), the measured current shaft spring displacements XR and XL, the electric motor torque component current Iq, the magnetic flux component current command value Id *, and each of the trains The current axle load variation ΔW is obtained from the specifications.

つまり、つりかけ式台車、台車装架式の何れの場合であっても、検出された現在の軸バネ変位XR、XL及び電動機トルク分電流Iqに基づいて、現在の軸重変動ΔWが求められる。そして、軸重変動ΔWに基づき、式(1)より接線力係数μが求められる。   In other words, the current axle load variation ΔW is obtained based on the detected current shaft spring displacements XR and XL and the motor torque component current Iq in both cases of the hanging type carriage and the carriage mounting type. . Then, based on the axial load variation ΔW, the tangential force coefficient μ is obtained from Equation (1).

以上のように、検出した現在の軸バネ変位XR、XLから現在の軸重変動ΔWが求められ、更に、走行に伴って変化する現在の接線力係数μがリアルタイムに求められる。   As described above, the current axial load variation ΔW is determined from the detected current shaft spring displacements XR and XL, and the current tangential force coefficient μ that changes as the vehicle travels is determined in real time.

[試験結果]
次に、上述した原理に基づく1つの試験結果を開示し、検出した軸バネに加わる力(現在の軸バネ変位より演算・算出)に基づく接線力係数μを用いた電動機トルク制御の有効性を説明する。
[Test results]
Next, one test result based on the above-described principle is disclosed, and the effectiveness of the motor torque control using the tangential force coefficient μ based on the detected force (calculation / calculation from the current shaft spring displacement) applied to the shaft spring is demonstrated. explain.

図2は、新幹線電車を約330[km/h]で高速試験走行させた場合の空転検知前後の試験結果を示す図である。同図では、横軸を共通な時間軸として、1軸、2軸それぞれを駆動する電動機の速度(電動機速度)V1、V2と、1軸について測定した軸バネ変位XR1、XL1と、2軸について測定した軸バネ変位XR2、XL2と、を示している。   FIG. 2 is a diagram showing test results before and after detecting slipping when the Shinkansen train is run at a high speed test at about 330 [km / h]. In the figure, with the horizontal axis as a common time axis, the motor speeds (motor speeds) V1 and V2 for driving the first and second axes, the axial spring displacements XR1 and XL1 measured for the first axis, and the two axes The measured axial spring displacements XR2 and XL2 are shown.

次いで、これらの軸バネ変位XR2、XL2、XR2、XL2から、1軸、2軸のそれぞれについて、引張力F1、F2、軸重変動ΔW1、ΔW2を算出した。尚、新幹線電車は台車装架式の電車であるので、式(4)〜式(7)を用いて算出した。その算出結果を図3に示す。   Next, tensile forces F1 and F2 and axial load fluctuations ΔW1 and ΔW2 were calculated for each of the uniaxial and biaxial axes from these axial spring displacements XR2, XL2, XR2, and XL2. Since the Shinkansen train is a bogie-mounted train, calculation was performed using equations (4) to (7). The calculation result is shown in FIG.

同図では、横軸を共通な時間軸として、電動機速度V1、V2と、1軸、2軸それぞれについて算出した引張力F1、F2と、この引張力F1、F2から1軸、2軸それぞれについて算出した軸重変動ΔW1、ΔW2と、を示している。   In the figure, with the horizontal axis as a common time axis, the motor speeds V1 and V2 and the tensile forces F1 and F2 calculated for the 1 axis and 2 axes, respectively, and the 1 axis and 2 axes from the tension forces F1 and F2, respectively. The calculated axle load fluctuations ΔW1 and ΔW2 are shown.

そして、これらの算出した引張力F1、F2、軸重変動ΔW1、ΔW2から、式(1)に従って、1軸、2軸それぞれについての接線力係数、即ち軸重変動を考慮した接線力係数μを算出した。また、式(1)において、W=W0、とした場合の接線力係数、即ち軸重変動を考慮しない接線力係数μ´を算出した。その算出結果を図4に示す。 Then, from these calculated tensile forces F1 and F2 and axial load fluctuations ΔW1 and ΔW2, the tangential force coefficient μ for each of the uniaxial and biaxial axes, that is, the tangential force coefficient μ in consideration of the axial load fluctuations is calculated according to the equation (1). Calculated. Further, in Equation (1), a tangential force coefficient in the case of W = W 0 , that is, a tangential force coefficient μ ′ that does not take into account fluctuations in axial load was calculated. The calculation result is shown in FIG.

同図は、横軸を共通な時間軸として、電動機速度V1、V2と、1軸について算出した軸重変動を考慮した接線力係数μ1、軸重変動を考慮しない接線力係数μ1´と、2軸について算出した、軸重変動を考慮した接線力係数μ2、軸重変動を考慮しない接線力係数μ2´と、を示している。   In the figure, the horizontal axis is a common time axis, the motor speeds V1 and V2, the tangential force coefficient μ1 considering the fluctuation of the axial load calculated for one axis, the tangential force coefficient μ1 ′ not considering the axial load fluctuation, and 2 The tangential force coefficient μ2 calculated with respect to the shaft load and the tangential force coefficient μ2 ′ not considering the shaft load variation are shown.

更に、1軸、2軸それぞれについて、軸重変動を考慮した接線力係数μ1、μ2と、軸重変動を考慮しない接線力係数μ1´、μ2´と、の差分Δμ1(=μ1´−μ1)、Δμ2(=μ2´−μ2)を算出した。その算出結果を図5に示す。   Further, for each of the first and second axes, the difference Δμ1 (= μ1′−μ1) between the tangential force coefficients μ1 and μ2 considering the axial load variation and the tangential force coefficients μ1 ′ and μ2 ′ not considering the axial load variation. , Δμ2 (= μ2′−μ2) was calculated. The calculation result is shown in FIG.

同図では、横軸を共通な時間軸として、電動機速度V1、V2と、1軸について算出した軸重変動を考慮した接線力係数μ1と軸重変動を考慮しない接線力係数μ1´との差分Δμ1と、2軸について算出した軸重変動を考慮したμ2と軸重変動を考慮しない接線力係数μ2´との差分Δμ2と、を示している。   In the figure, with the horizontal axis as a common time axis, the difference between the motor speeds V1 and V2 and the tangential force coefficient μ1 considering the axial load variation calculated for one axis and the tangential force coefficient μ1 ′ not considering the axial load variation. The difference Δμ2 between Δμ1, μ2 in consideration of the axial load variation calculated for the two axes, and the tangential force coefficient μ2 ′ not considering the axial load variation is shown.

同図に示すように、接線力係数の差分Δμ1、Δμ2、即ち軸重変動を考慮した場合としない場合とでは、接線力係数μには最大で約0.35%弱の差が生じていることがわかる。また、空転滑走の開始時点から検知時点の間においては、接線力係数の差分Δμ1、Δμ2の変化が大きくなり、空転滑走時にはかなり大きな軸重変動が生じていることがわかる。   As shown in the figure, the difference between the tangential force coefficients Δμ1 and Δμ2, that is, the case where the axial load variation is not taken into consideration and the case where there is a difference of about 0.35% or less at the maximum are generated in the tangential force coefficient μ. I understand that. In addition, the difference between the tangential force coefficient Δμ1 and Δμ2 increases between the start of the idling and the detection time, and it can be seen that a considerably large axial load variation occurs during the idling.

接線力係数μ1、μ2は、図4に示したように、約3.0%を中心に変動している。つまり、接線力係数の差分Δμ1、Δμ2はこの接線力係数μ1、μ2の約1割を占める。従って、このバネ軸変位に基づく接線力係数μを用いてこの接線力係数の差分Δμを改善するように電動機のトルク制御を行うことは、特に再粘着制御において有効であるといえる。   As shown in FIG. 4, the tangential force coefficients μ1 and μ2 fluctuate around 3.0%. That is, the difference Δμ1 and Δμ2 between the tangential force coefficients occupy about 10% of the tangential force coefficients μ1 and μ2. Therefore, it can be said that performing the torque control of the electric motor so as to improve the difference Δμ of the tangential force coefficient using the tangential force coefficient μ based on the spring shaft displacement is particularly effective in the re-adhesion control.

以下、軸バネ変位XR、XLに基づく接線力係数μを用いたトルク制御の具体的な3つの実施例を順に説明する。   Hereinafter, three specific examples of torque control using the tangential force coefficient μ based on the axial spring displacements XR and XL will be described in order.

[第1実施例]
図6は、第1実施例における電車の主回路構成の概略を示すブロック図であり、一の駆動軸についての構成要素を示している。同図に示すように、第1実施例では、電車の主回路は、電動機10と、インバータ20と、電流センサ30と、軸バネ変位検出器40と、電動機制御装置50−1と、を備えて構成される。
[First embodiment]
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of the main circuit configuration of the train in the first embodiment, and shows the components for one drive shaft. As shown in the figure, in the first embodiment, the main circuit of the train includes an electric motor 10, an inverter 20, a current sensor 30, an axial spring displacement detector 40, and an electric motor control device 50-1. Configured.

電動機10は、例えば上述したつりかけ式や台車装架式によって、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3相誘導電動機で実現される。   The electric motor 10 is a main electric motor (main motor) that rotates the axle by being supplied with electric power from the inverter 20, for example, by the above-described hanging type or bogie mounting type, and is realized by, for example, a three-phase induction motor. .

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、ベクトル制御演算装置61から入力されるU相、V相、W相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づいて出力電圧を調整し、電動機10に印加する。 The inverter 20 is supplied with overhead power via a pantograph and a converter. The inverter 20 adjusts the output voltage based on the U-phase, V-phase, and W-phase voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * input from the vector control arithmetic unit 61 and applies them to the electric motor 10.

電流センサ30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、V相の電流値Iu、Ivを検出する。   The current sensor 30 is provided at the input end of the electric motor 10 and detects U-phase and V-phase current values Iu and Iv flowing into the electric motor 10.

軸バネ変位検出器40は、車軸の両端部に設けられている各軸バネの変位XR、XLを常時検出する。検出した軸バネ変位XR、XLは軸重演算器53に出力される。   The shaft spring displacement detector 40 always detects the displacements XR and XL of the shaft springs provided at both ends of the axle. The detected shaft spring displacements XR and XL are output to the shaft load calculator 53.

電動機制御装置50−1は、電動機10をベクトル制御するものであり、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20を含めて一体的にインバータ装置として構成されたりする。また、電動機制御装置50−1は、座標変換器51と、空転滑走検出装置52と、軸重演算器53と、μ演算器54と、保持回路55と、復帰トルク演算器56と、ベクトル制御演算装置61と、を備えている。   The electric motor control device 50-1 performs vector control of the electric motor 10, and is realized by a computer or the like including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. Alternatively, the inverter 20 may be integrally configured as an inverter device. Further, the motor control device 50-1 includes a coordinate converter 51, an idling / sliding detection device 52, a shaft load calculator 53, a μ calculator 54, a holding circuit 55, a return torque calculator 56, and vector control. And an arithmetic device 61.

座標変換器51は、電流センサ30によって検出された電流値Iu、Ivをd−q座標変換し、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(電動機トルク分電流)Iqとに変換する。変換された電流成分Id、Iqは、空転滑走検出装置52及び軸重演算器53に出力される。尚、電流値Iu、Ivから電流成分Id、Iqへの変換式としては、例えば次式が知られている。

Figure 0004083697
ここで、θはU相電流と二次鎖交磁束との成す角である。 The coordinate converter 51 performs d-q coordinate conversion on the current values Iu and Iv detected by the current sensor 30, and an excitation current component Id that is a d-axis component and a torque current component that is a q-axis component (motor torque component current). ) Convert to Iq. The converted current components Id and Iq are output to the idling / sliding detection device 52 and the axle load calculator 53. As a conversion formula from the current values Iu and Iv to the current components Id and Iq, for example, the following formula is known.
Figure 0004083697
Here, θ is an angle formed by the U-phase current and the secondary flux linkage.

空転滑走検出装置52は、座標変換器51から入力された電流成分Id、Iqに基づいて、電動機10が空転或いは滑走しているか否か(詳細には、電動機10に駆動される車輪が空転或いは滑走しているか否か)を検出し、空転或いは滑走を検出した場合には空転滑走検出信号を出力する。   The idling / sliding detecting device 52 determines whether or not the electric motor 10 is idling or sliding based on the current components Id and Iq input from the coordinate converter 51 (specifically, the wheels driven by the electric motor 10 are idling or Whether or not sliding is detected, and when idling or sliding is detected, an idling / sliding detection signal is output.

軸重演算器53は、軸バネ変位検出器40によって検出された軸バネ変位XR、XLと、座標変換器51から入力されたトルク電流成分Iqと、に基づいて、常時、軸重Wを算出する。算出した軸重Wは、μ演算器54及び復帰トルク演算器56に出力される。   The axial load calculator 53 always calculates the axial load W based on the axial spring displacements XR and XL detected by the axial spring displacement detector 40 and the torque current component Iq input from the coordinate converter 51. To do. The calculated axle load W is output to the μ calculator 54 and the return torque calculator 56.

具体的には、「つりかけ式台車」である場合には、不図示の電流指令値演算装置から入力される電流指令値Id*と、座標変換器51から入力されたトルク電流成分Iqとに基づき、式(5)に従って発生トルクτeを算出する。次いで、算出した発生トルクτeに基づき、式(4)に従って引張力Fを算出し、この算出した引張力Fと、軸バネ変位検出器40によって検出されたバネ変位XR、XLとに基づき、式(3)に従って軸重変動ΔWを算出する。そして、算出した軸重変動ΔWに静止輪重W0を加算して、現在の軸バネ変位XR、XLに応じた現在の軸重Wを算出する。 Specifically, in the case of the “hanging type carriage”, the current command value Id * input from a current command value calculation device (not shown ) and the torque current component Iq input from the coordinate converter 51 are used. Based on the equation (5), the generated torque τe is calculated. Next, based on the calculated generated torque τe, the tensile force F is calculated according to the equation (4). Based on the calculated tensile force F and the spring displacements XR and XL detected by the shaft spring displacement detector 40, the equation Axial load variation ΔW is calculated according to (3). Then, the current wheel load W according to the current shaft spring displacements XR and XL is calculated by adding the stationary wheel load W 0 to the calculated shaft load fluctuation ΔW.

また、「台車装架式」である場合には、電流指令値Id*と座標変換器51から入力されたトルク電流成分Iqとに基づき、式(5)に従って発生トルクτeを算出する。次いで、算出した発生トルクτeに基づき、式(4)に従って引張力Fを算出し、この算出した引張力Fと、軸バネ変位検出器40によって検出されたバネ変位XR、XLとに基づき、式(6)、式(7)に従って軸重変動ΔWを算出する。そして、算出した軸重変動ΔWに静止輪重W0を加算して、現在の軸バネ変位XR、XLに応じた現在の軸重Wを算出する。 In the case of the “trolley mounting type”, the generated torque τe is calculated according to the equation (5) based on the current command value Id * and the torque current component Iq input from the coordinate converter 51. Next, based on the calculated generated torque τe, the tensile force F is calculated according to the equation (4). Based on the calculated tensile force F and the spring displacements XR and XL detected by the shaft spring displacement detector 40, the equation (6) Axial load variation ΔW is calculated according to equation (7). Then, the current wheel load W according to the current shaft spring displacements XR and XL is calculated by adding the stationary wheel load W 0 to the calculated shaft load fluctuation ΔW.

μ演算器54は、軸重演算器53から入力される軸重Wに基づき、式(1)に従って、常時、接線力係数μを算出する。算出した接線力係数μは、保持回路55及び復帰トルク演算部56に出力される。   The μ calculator 54 always calculates the tangential force coefficient μ according to the equation (1) based on the axial load W input from the axial load calculator 53. The calculated tangential force coefficient μ is output to the holding circuit 55 and the return torque calculator 56.

保持回路55は、空転滑走検出装置52から空転滑走検出信号が入力された場合に、その時点でμ演算器54から入力されている接線力係数μを保持する。即ち、空転滑走が検出された時点での接線力係数μを保持する。保持している接線力係数μは復帰トルク演算器56に出力される。   When the idling / sliding detection signal is input from the idling / sliding detection device 52, the holding circuit 55 retains the tangential force coefficient μ input from the μ calculator 54 at that time. That is, the tangential force coefficient μ at the time point when the idling is detected is held. The retained tangential force coefficient μ is output to the return torque calculator 56.

復帰トルク演算器56は、軸重演算器53から入力される軸重Wと、保持回路55から入力される接線力係数μとに基づいて、復帰トルク指令信号を生成する。生成した復帰トルク指令信号はベクトル制御演算装置61に出力される。   The return torque calculator 56 generates a return torque command signal based on the axle load W input from the axle load calculator 53 and the tangential force coefficient μ input from the holding circuit 55. The generated return torque command signal is output to the vector control arithmetic unit 61.

具体的には、軸重演算器53から入力される軸重Wと、保持回路55から入力される接線力係数μとに基づき、式(1)を満たす引張力Fを算出する。次いで、算出した引張力Fに基づき、式(4)を満たす発生トルクτeを算出し、この算出した発生トルクτeに基づき、式(5)を満たすトルク電流成分Iqを算出する。   Specifically, the tensile force F satisfying the equation (1) is calculated based on the axial load W input from the axial load calculator 53 and the tangential force coefficient μ input from the holding circuit 55. Next, based on the calculated tensile force F, a generated torque τe that satisfies the equation (4) is calculated, and a torque current component Iq that satisfies the equation (5) is calculated based on the calculated generated torque τe.

即ち、ここで算出されるトルク電流成分Iqは、現在の軸重Wで粘着走行し得る限界のトルク電流成分Iqに相当する。従って、復帰トルク演算器56は、算出したトルク電流成分Iqより若干小さい値を、復帰トルク指令信号としてベクトル制御演算装置61に出力する。   That is, the torque current component Iq calculated here corresponds to the limit torque current component Iq that can be adhered and traveled with the current axle load W. Therefore, the return torque calculator 56 outputs a value slightly smaller than the calculated torque current component Iq to the vector control calculator 61 as a return torque command signal.

ベクトル制御演算装置61は、空転滑走検出装置52から入力される空転滑走検出信号と、復帰トルク演算器56から入力される復帰トルク指令信号と、不図示の電流指令演算装置から入力される電流指令値Id*、Iq*と、に基づいて、インバータ20に対する電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を算出する。算出した電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*は、インバータ20に出力される。 The vector control arithmetic unit 61 includes an idling / sliding detection signal input from the idling / sliding detector 52, a return torque command signal input from the return torque calculator 56, and a current command input from a current command calculator not shown. Based on the values Id * and Iq * , voltage command values Vu * , Vv * and Vw * for the inverter 20 are calculated. The calculated voltage command values Vu * , Vv * , Vw * are output to the inverter 20.

具体的には、空転滑走検出装置から空転滑走検出信号が入力されない間は、電流指令値Id*、Iq*に基づいて電圧指令値を算出する。そして、空転滑走指令信号が入力された場合、即ち空転滑走の発生時には、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*を生成した後、復帰トルク指令信号に基づく発生トルクに引き上げる(復帰させる)ように電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を生成する再粘着制御を行う。 Specifically, the voltage command value is calculated on the basis of the current command values Id * and Iq * while the idling detection signal is not input from the idling detection device. When an idling command signal is input, that is, when idling occurs, voltage command values Vu * , Vv * , Vw * are generated so as to reduce the torque generated by the electric motor 10, and then based on the return torque command signal. Re-adhesion control for generating voltage command values Vu * , Vv * and Vw * is performed so as to raise (return) the generated torque.

このように、電動機制御装置50−1は、常時、軸バネ変位検出器40によって検出される現在の軸バネ変位XR、XLに基づいて現在の接線力係数μを算出し、この算出した現在の接線力係数μに基づいて空転滑走検出時の再粘着制御を行っている。即ち、リアルタイムに変動する軸重変動を動的に考慮した電動機10のトルク制御を行っている。   In this way, the motor control device 50-1 always calculates the current tangential force coefficient μ based on the current shaft spring displacements XR and XL detected by the shaft spring displacement detector 40, and this calculated current Based on the tangential force coefficient μ, re-adhesion control is performed when slipping is detected. That is, the torque control of the electric motor 10 is performed in consideration of the axial load fluctuation that fluctuates in real time.

[第2実施例]
図7は、第2実施例における電車の主回路構成の概略を示すブロック図である。尚、第2実施例において、第1実施例と同一の構成要素については同符合を付し、詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram showing an outline of the main circuit configuration of the train in the second embodiment. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

同図によれば、第2実施例では、電動機制御装置50−2は、座標変換器51と、軸重演算器53と、μ演算器54と、トルク指令信号補正装置57と、ベクトル制御演算装置62と、を備えている。   According to the figure, in the second embodiment, the motor control device 50-2 includes a coordinate converter 51, a shaft load calculator 53, a μ calculator 54, a torque command signal correction device 57, and a vector control calculation. And a device 62.

トルク指令信号補正装置57は、μ演算器54から入力される接線力係数μに基づいて、不図示の電流指令値演算装置から入力されるトルク分電流指令値Iq*を補正し、補正トルク指令信号として出力する。 Based on the tangential force coefficient μ input from the μ calculator 54, the torque command signal correction device 57 corrects the torque current command value Iq * input from a current command value calculation device (not shown), thereby correcting the corrected torque command. Output as a signal.

具体的には、μ演算器54から入力される接線力係数μに対応する最大トルク指令信号とトルク分電流指令値Iq*とを比較する。そして、トルク分電流指令値Iq*が最大トルク指令信号以下であれば、このトルク分電流指令値Iq*をそのまま補正トルク信号として出力し、トルク分電流指令値Iq*が最大トルク指令信号を超える場合には、この最大トルク指令信号を補正トルク指令信号として出力する。 Specifically, the maximum torque command signal corresponding to the tangential force coefficient μ input from the μ calculator 54 is compared with the torque component current command value Iq * . If the torque component current command value Iq * is equal to or less than the maximum torque command signal, the torque component current command value Iq * is directly output as a correction torque signal, and the torque component current command value Iq * exceeds the maximum torque command signal. In this case, the maximum torque command signal is output as a corrected torque command signal.

ここで、「最大トルク指令信号」は、接線力係数μと対応付けられており、対応する接線力係数μにおいて空転滑走が生じないトルク指令信号の最大値である。この最大トルク指令信号は、例えば接線力係数μと対応付けたデータテーブルや、接線力係数μを変数とする関数式として予め用意されている。   Here, the “maximum torque command signal” is associated with the tangential force coefficient μ, and is the maximum value of the torque command signal that does not cause idling in the corresponding tangential force coefficient μ. This maximum torque command signal is prepared in advance as, for example, a data table associated with the tangential force coefficient μ or a function expression having the tangential force coefficient μ as a variable.

ベクトル制御演算装置62は、トルク指令信号補正装置57から入力される補正トルク指令信号及び入力される磁束分電流指令値Id*に基づいて、インバータ20に対する電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を算出する。算出した電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*、はインバータ20に出力される。 The vector control arithmetic unit 62, based on the corrected torque command signal input from the torque command signal correction device 57 and the input magnetic flux component current command value Id * , the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * for the inverter 20 . Is calculated. The calculated voltage command values Vu * , Vv * , Vw * are output to the inverter 20.

このように、電動機制御装置50−2は、常時、軸バネ変位検出器40によって検出される現在の軸バネ変位XR、XLに基づいて現在の接線力係数μを算出し、この算出した現在の接線力係数μに基づいて空転滑走を生じさせないようなトルク制御を行っている。即ち、リアルタイムに変動する軸重変動を動的に考慮した電動機10のトルク制御を行っている。   As described above, the motor control device 50-2 always calculates the current tangential force coefficient μ based on the current shaft spring displacements XR and XL detected by the shaft spring displacement detector 40, and calculates the current Torque control is performed so as not to cause idling based on the tangential force coefficient μ. That is, the torque control of the electric motor 10 is performed in consideration of the axial load fluctuation that fluctuates in real time.

[第3実施例]
図8は、第3実施例における電車の主回路構成の概略を示すブロック図である。尚、第3実施例において、上述した第1及び第2実施例と同一の構成要素については同符合を付し、詳細な説明を省略する。第3実施例では、1つの電動機制御装置が2つの駆動軸(寄り詳細には、各軸を駆動するそれぞれの電動機)を制御する点で第1、第2実施例と異なる。
[Third embodiment]
FIG. 8 is a block diagram showing an outline of the main circuit configuration of the train in the third embodiment. In the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The third embodiment is different from the first and second embodiments in that one motor control device controls two drive shafts (more specifically, each motor that drives each shaft).

同図によれば、第3実施例では、電車の主回路は、1軸用インバータ20aと、2軸用インバータ20bと、軸バネ変位検出器40a、40bと、電動機制御装置50−3と、を備えて構成される。   According to the figure, in the third embodiment, the main circuit of the train is a single-axis inverter 20a, a two-axis inverter 20b, shaft spring displacement detectors 40a and 40b, an electric motor controller 50-3, It is configured with.

1軸用インバータ20a、2軸用インバータ20bは、それぞれ、1軸用ベクトル制御演算装置63a、2軸用ベクトル制御演算装置63bから入力される電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に従って、不図示の1軸、2軸それぞれを駆動する1軸用電動機、2軸用電動機に電力を印加する。 The one-axis inverter 20a and the two-axis inverter 20b are not connected in accordance with the voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * input from the one-axis vector control arithmetic device 63a and the two-axis vector control arithmetic device 63b, respectively. Electric power is applied to the 1-axis motor and 2-axis motor that drive the 1-axis and 2-axis shown in the figure.

軸バネ変位検出器40a、40bは、それぞれ、1軸についての軸バネ変位XR1、XL1、2軸についての軸バネ変位XR2、XL2を検出する。検出した軸バネ変位XR1、XL1は軸重演算器53aに出力され、軸バネ変位XR2、XL2は、軸重演算器53bに出力される。   The shaft spring displacement detectors 40a and 40b respectively detect shaft spring displacements XR1, XL1 and 2 and shaft spring displacements XR2 and XL2 about one axis. The detected shaft spring displacements XR1 and XL1 are output to the axle load calculator 53a, and the shaft spring displacements XR2 and XL2 are output to the axle load calculator 53b.

電動機制御装置50−3は、1軸用電動機及び2軸用電動機をベクトル制御するものであり、座標変換器51a、51bと、軸重演算器53a、53bと、μ演算器54a、54bと、トルク配分演算装置58と、1軸用ベクトル制御演算装置63と、2軸用ベクトル制御演算装置63bと、を備えている。   The motor control device 50-3 performs vector control of the single-axis motor and the two-axis motor, and includes coordinate converters 51a and 51b, axle load calculators 53a and 53b, μ calculators 54a and 54b, A torque distribution calculation device 58, a one-axis vector control calculation device 63, and a two-axis vector control calculation device 63b are provided.

座標変換器51a、51bは、それぞれ、不図示の電流センサによって検出される、1軸用インバータ20aから1軸用電動機に印加される電流値Iu1、Iv1、2軸用インバータ20bから2軸用電動機に印加される電流値Iu2、Iv2を、d軸、q軸の電流成分Id1、Iq1、Id2、Iq2に変換する。変換された電流成分Id1、Iq1は軸重演算器53aに出力され、電流成分Id2、Iq2は軸重演算部53bに出力される。   The coordinate converters 51a and 51b are respectively detected by current sensors (not shown) and applied to the single-axis motor from the single-axis inverter 20a, the current values Iu1, Iv1, and the dual-axis inverter 20b to the dual-axis motor. Are converted into current components Id1, Iq1, Id2, and Iq2 of d-axis and q-axis. The converted current components Id1 and Iq1 are output to the axle load calculator 53a, and the current components Id2 and Iq2 are output to the axle load calculator 53b.

軸重演算器53a、53bは、それぞれ、軸バネ変位検出器40aから入力された軸バネ変位XR1、XL1、軸バネ変位検出器40bから入力されたXR2、XL2に基づいて、1軸、2軸についての軸重W1、W2を算出する。算出された軸重W1はμ演算器54aに出力され、軸重W2はμ演算器54bに出力される。   The axle load calculators 53a and 53b are respectively uniaxial and biaxial based on the axial spring displacements XR1 and XL1 input from the axial spring displacement detector 40a and XR2 and XL2 input from the axial spring displacement detector 40b. The axial weights W1 and W2 are calculated. The calculated shaft weight W1 is output to the μ calculator 54a, and the shaft weight W2 is output to the μ calculator 54b.

μ演算器54a、54bは、それぞれ、軸重演算器53a、53bから入力される軸重W1、W2に基づいて、1軸についての接線力係数μ1、2軸についての接線力係数μ2を算出する。算出した接線力係数μ1、μ2は、トルク配分演算装置58に出力される。   The μ calculators 54a and 54b respectively calculate the tangential force coefficient μ1 for one axis and the tangential force coefficient μ2 for the axis based on the shaft weights W1 and W2 input from the axle load calculators 53a and 53b, respectively. . The calculated tangential force coefficients μ 1 and μ 2 are output to the torque distribution calculation device 58.

トルク配分演算装置58は、μ演算器54a、54bから入力される接線力係数μ1、μ2と、不図示の電流指令値演算装置から入力される2軸一括トルク指令信号Iq*に基づいて、1軸に対する1軸トルク指令信号、2軸に対する2軸トルク指令信号を生成する。具体的には、例えば入力される接線力係数μ1、μ2に応じた比率で1軸用電動機、2軸用電動機にトルクを発生させるように、1軸トルク指令信号、2軸トルク信号を生成する。また、電流指令値演算装置から2軸一括磁束指令信号Id*を入力し、先に生成した1軸トルク指令信号、2軸トルク指令信号を考慮して、1軸に対する1軸磁束指令信号、2軸に対する2軸磁束指令信号を生成する。生成された1軸トルク指令信号及び1軸磁束指令信号は1軸用ベクトル制御演算装置63aに出力され、2軸トルク指令信号及び2軸磁束指令信号は2軸用ベクトル制御演算装置63bに出力される。 The torque distribution calculation device 58 is based on the tangential force coefficients μ1 and μ2 input from the μ calculators 54a and 54b and the two-axis collective torque command signal Iq * input from a current command value calculation device (not shown). A uniaxial torque command signal for the two axes and a biaxial torque command signal for the two axes are generated. Specifically, for example, the uniaxial torque command signal and the biaxial torque signal are generated so as to cause the uniaxial motor and the biaxial motor to generate torque at a ratio corresponding to the input tangential force coefficients μ1 and μ2. . In addition, a two-axis collective magnetic flux command signal Id * is input from the current command value calculation device, and a one-axis magnetic flux command signal for one axis, two in consideration of the previously generated one-axis torque command signal and two-axis torque command signal. A biaxial magnetic flux command signal for the axis is generated. The generated one-axis torque command signal and one-axis magnetic flux command signal are output to the one-axis vector control arithmetic device 63a, and the two-axis torque command signal and two-axis magnetic flux command signal are output to the two-axis vector control arithmetic device 63b. The

1軸用ベクトル制御演算装置63aは、トルク配分演算装置58から入力される1軸トルク指令信号及び1軸トルク指令信号に基づいて、1軸用インバータ20aに対する電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を生成する。生成された電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*は1軸用インバータ20aに出力される。 The single-axis vector control arithmetic unit 63a is configured to output voltage command values Vu * , Vv * , Vw for the single-axis inverter 20a based on the single-axis torque command signal and the single-axis torque command signal input from the torque distribution calculation unit 58. * Is generated. The generated voltage command signals Vu * , Vv * , Vw * are output to the single-axis inverter 20a.

2軸用ベクトル制御演算装置63bは、トルク配分演算装置58から入力される2軸トルク指令信号及び2軸磁束指令信号に基づいて、2軸用インバータ20bに対する電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を生成する。生成された電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*は2軸用インバータ20bに出力される。 Based on the biaxial torque command signal and the biaxial magnetic flux command signal input from the torque distribution computing device 58, the biaxial vector control arithmetic device 63b is connected to voltage command values Vu * , Vv * , Vw for the biaxial inverter 20b. * Is generated. The generated voltage command signals Vu * , Vv * , Vw * are output to the two-axis inverter 20b.

このように、電動機制御装置50−3は、常時、軸バネ変位検出器40によって検出される現在の軸バネ変位XR、XLに基づいて現在の接線力係数μを算出し、この算出した現在の接線力係数μに基づいて各軸のトルク配分を制御している。即ち、リアルタイムに変動する軸重変動を動的に考慮した電動機のトルク制御を行っている。また、この第3実施例の電動機制御装置50−3が一の動力源を用いて1軸用電動機及び2軸用電動機を駆動する場合には、合計の電力量が限られているため、接線力係数μ1、μ2に応じた各電動機のトルク制御は極めて有効である。   In this way, the motor control device 50-3 always calculates the current tangential force coefficient μ based on the current shaft spring displacements XR and XL detected by the shaft spring displacement detector 40, and this calculated current The torque distribution of each axis is controlled based on the tangential force coefficient μ. That is, the torque control of the electric motor is performed in consideration of the axial load fluctuation that fluctuates in real time. In addition, when the motor control device 50-3 of the third embodiment drives a single-shaft motor and a two-shaft motor using a single power source, the total amount of power is limited. The torque control of each electric motor according to the force coefficients μ1 and μ2 is extremely effective.

[変形例]
尚、本発明の適用は、上述した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適宜変更可能である。
[Modification]
The application of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

(A)軸バネの数
上述した各実施例では、各車軸に左右両端部に1つづつの軸バネが設けられた台車の場合について図示・説明したが、それぞれに複数の軸バネが設けられた場合にも同様に適用可能である。この場合、式(3)又は式(6)において、バネ係数Kbを、これら複数の軸バネを仮想的に1つの軸バネとみなした場合のバネ係数とするとともに、代表する1つの軸バネの変位を測定し、測定した変位を軸バネ変位XR、XLとして接線力係数μを求めれば良い。
(A) Number of Axle Springs In each of the above-described embodiments, the case where the axle is provided with one axle spring at each of the left and right ends of each axle has been illustrated and described, but a plurality of axle springs are provided respectively. The same applies to the case. In this case, in the formula (3) or the formula (6), the spring coefficient Kb is a spring coefficient in the case where the plurality of shaft springs are virtually regarded as one shaft spring, and a representative one of the shaft springs. The displacement may be measured, and the tangential force coefficient μ may be obtained using the measured displacements as the axial spring displacements XR and XL.

(B)インバータから電動機への給電
また、上述した各実施例では、インバータ20は、それぞれ、一の軸に対して印加することとしたが、二以上の軸(電動機)に一括して印加することとしても良い。
(B) Power supply from the inverter to the motor In addition, in each of the above-described embodiments, the inverter 20 is applied to one shaft, but is applied to two or more shafts (motors) in a lump. It's also good.

(C)適用する電気車
また、上述した実施形態では、本発明を電車に適用した場合を説明したが、他の電気車、例えば電気自動車にも適用可能である。この場合、サスペンションが軸バネに相当し、このサスペンションの変位を検出することで接線力係数μを検出する。
(C) Electric vehicle to be applied In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a train has been described. However, the present invention is also applicable to other electric vehicles such as an electric vehicle. In this case, the suspension corresponds to an axial spring, and the tangential force coefficient μ is detected by detecting the displacement of the suspension.

[付言]
電動機による引張力の他に輪軸に作用するモーメントとして、軸バネを通じた車体及び台車のモーメントがあるとして実施形態を説明したが、台車と輪軸とを接続する部材としては、軸バネの他に軸ダンパがあるため、より精確な制御を行うためには、この軸ダンパを通じたモーメントをも考慮する必要がある。しかし、軸バネは変位に比例した力を発生するのに対して、軸ダンパは変位速度に比例した力を発生する。そのため、実際に軸ダンパが機能する(実際に輪軸に作用する)のは、大きな振動(例えば、レールの継ぎ目からの大きな振動)が発生したな場合と考えられる。従って、通常走行においてトルク制御に用いる軸重変動は、軸バネの変位のみを基にすることで十分であると考えられる。
[Appendix]
The embodiment has been described on the assumption that there is a moment of the vehicle body and the carriage through the shaft spring as a moment acting on the wheel shaft in addition to the tensile force by the electric motor. However, as a member for connecting the carriage and the wheel shaft, a shaft other than the shaft spring can be used. Since there is a damper, in order to perform more precise control, it is necessary to consider the moment through this shaft damper. However, the shaft spring generates a force proportional to the displacement, whereas the shaft damper generates a force proportional to the displacement speed. Therefore, it is considered that the shaft damper actually functions (actually acts on the wheel shaft) when a large vibration (for example, a large vibration from a rail joint) occurs. Therefore, it is considered that the fluctuation of the axial load used for torque control in normal traveling is sufficient based on only the displacement of the axial spring.

軸バネの変位の検出を説明するための図。The figure for demonstrating the detection of the displacement of an axial spring. 測定した軸バネ変位XR、XLを示す図。The figure which shows the measured axial spring displacement XR, XL. 図2から算出した引張力F、軸重変動ΔWを示す図。The figure which shows the tensile force F computed from FIG. 2, and axial load fluctuation | variation (DELTA) W. 図3から算出した接線力係数μを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a tangential force coefficient μ calculated from FIG. 3. 図4接線力係数の差分Δμを示す図。4 is a diagram showing the difference Δμ of the tangential force coefficient. 第1実施例における電車の主回路構成図。The main circuit block diagram of the train in 1st Example. 第2実施例における電車の主回路構成図。The main circuit block diagram of the train in 2nd Example. 第3実施例における電車の主回路構成図。The main circuit block diagram of the train in 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 電動機
20 インバータ
30 電流センサ
40 軸バネ変位検出器
50−1、50−2、50−3 電動機制御装置
51(51a、51b) 座標変換器
52 空転滑走検出装置
53(53a、53b) 軸重演算器
54(54a、54b) μ演算器
55 保持回路
56 復帰トルク演算器
57 トルク指令信号補正装置
58 トルク配分演算装置
61、62、63a、63b ベクトル制御演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric motor 20 Inverter 30 Current sensor 40 Axle spring displacement detector 50-1, 50-2, 50-3 Electric motor control device 51 (51a, 51b) Coordinate converter 52 Idling sliding detection device 53 (53a, 53b) Axle load calculation 54 (54a, 54b) μ calculator 55 holding circuit 56 return torque calculator 57 torque command signal correction device 58 torque distribution calculation device 61, 62, 63a, 63b vector control calculation device

Claims (8)

軸バネに加わる力を検出する力検出手段と、
前記力検出手段により検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから軸重を算出する軸重算出手段とを備え、
前記軸重算出手段により算出された軸重に基づいた電動機のトルク制御を行うことを特徴とする電気車の制御装置。
Force detecting means for detecting the force applied to the shaft spring ;
A shaft weight calculating means for calculating a shaft weight from the force and motor torque detected by the force detecting means and a stationary wheel weight ;
An electric vehicle control apparatus that performs torque control of an electric motor based on the axle weight calculated by the axle weight calculating means .
前記軸重算出手段により算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出手段を更に備え、前記接線力係数算出手段により算出された接線力係数を制御基準値の1つとして電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気車の制御装置。 The apparatus further comprises tangential force coefficient calculating means for calculating a tangential force coefficient using the axial weight calculated by the axial weight calculating means, and the tangential force coefficient calculated by the tangential force coefficient calculating means is used as one of control reference values. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein torque control of the electric motor is performed. 前記軸重算出手段により算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出手段と、
駆動輪の空転又は滑走(以下「空転滑走」)を検出する空転滑走検出手段と、
前記空転滑走検出手段による空転滑走の検出開始時の前記接線力係数算出手段により算出された接線力係数を保持する保持手段と、
を更に備え、前記保持手段により保持された接線力係数及び前記力検出手段により検出されている現在の力を用いて再粘着時の電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気車の制御装置。
The tangential force coefficient calculating means for calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculating means,
An idling / sliding detecting means for detecting idling or sliding of the driving wheel (hereinafter referred to as “idling / sliding”);
Holding means for holding the tangential force coefficient calculated by the tangential force coefficient calculating means at the start of detection of idling by the idling sliding detection means;
The motor torque control at the time of re-adhesion is performed using a tangential force coefficient held by the holding means and a current force detected by the force detection means. Electric car control device.
前記電気車は駆動軸を複数具備し、
前記力検出手段及び前記軸重算出手段が前記各駆動軸それぞれについて設けられ
前記各軸重算出手段により算出される軸重を用いて前記各駆動軸の駆動トルク配分を求め、求めた駆動トルク配分に従って前記各駆動軸それぞれを駆動する各電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電気車の制御装置。
The electric vehicle includes a plurality of drive shafts,
The force detection means and the axle load calculation means are provided for each of the drive shafts,
Characterized in that the determined drive torque distribution of the drive shaft, torque control of the electric motor that drives each of the drive shafts in accordance with a drive torque distribution was determined using the axle load calculated by the respective axle load calculation means The control apparatus for an electric vehicle according to claim 1.
軸バネに加わる力を検出し、その検出された力及び電動機トルクと、静止輪重とから軸重を算出する軸重算出ステップを含み、
前記軸重算出ステップにより算出された軸重に基づいた電動機のトルク制御を行うことを特徴とする電気車の制御方法。
A shaft weight calculating step of detecting a force applied to the shaft spring and calculating a shaft weight from the detected force and motor torque and a stationary wheel weight;
A method for controlling an electric vehicle, comprising: controlling torque of an electric motor based on the axle weight calculated in the axle weight calculating step .
前記軸重算出ステップにより算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出ステップを含み、前記接線力係数算出ステップにより算出された接線力係数を制御基準値の1つとして電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の電気車の制御方法。 Includes a tangential force coefficient calculating step of calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculation step, the motor tangential force coefficient calculated by the tangential force coefficient calculating step as one of the control reference value 6. The method for controlling an electric vehicle according to claim 5, wherein torque control is performed. 前記軸重算出ステップにより算出された軸重を用いて接線力係数を算出する接線力係数算出ステップと、
駆動輪の空転滑走開始時の前記接線力係数を保持する保持ステップと、
を含み、前記保持ステップにより保持された接線力係数及び前記軸重算出ステップにより算出されている現在の軸重を用いて再粘着時の電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の電気車の制御方法。
The tangential force coefficient calculating step of calculating a tangential force coefficient with axle load calculated by the axle load calculation step,
Holding step for holding the tangential force coefficient at the start of idling of the driving wheel;
Hints, to claim 5, characterized in that the torque control of the electric motor at the time of re-adhesive using current axle load which is calculated by the tangential force coefficient and the axle load calculating step held by the holding step The electric vehicle control method described.
前記電気車は駆動軸を複数具備する電気車であり、
前記各駆動軸それぞれについて前記軸重算出ステップを行って算出される各軸重を用いて前記各駆動軸の駆動トルク配分を求め、求めた駆動トルク配分に従って前記各駆動軸それぞれを駆動する各電動機のトルク制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の電気車の制御方法。
The electric vehicle is an electric vehicle having a plurality of drive shafts,
Each electric motor that drives each of the drive shafts according to the obtained drive torque distribution by obtaining a drive torque distribution of each of the drive shafts using each axle weight calculated by performing the axle load calculating step for each of the drive shafts. 6. The method for controlling an electric vehicle according to claim 5, wherein torque control is performed.
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