JP4176144B1 - 電気車用制御装置 - Google Patents

Abstract

電気車としての加速度または減速度に加速度偏差または減速度偏差では検知できないような小さな加速度変化または減速度変化がある場合でも、確実に、空転状態や滑走状態を検知して適切なトルク制御が行える電気車用制御装置を得ることを目的として、複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度の中で最大速度（減速動作時では最小速度）である自軸速度における加速度Ｓ２に生ずる加速度変化を検知する第１の閾値α１を車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準に設定し、加速度Ｓ２が第１の閾値α１を超えた場合には、コンパレータ回路出力Ｓ３を“０”レベルにして加速度偏差等に基づき絞り込んだ目標トルク指令値の生成系を切り離し、遅れ時間発生回路出力Ｓ４が指示する処理期間において、１次遅れ回路１４が低減処理を施した目標トルク指令値ＴＰを出力できるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気車の車輪を駆動する誘導電動機をインバータ制御する電気車用制御装置に関し、特に、力行動作時の空転やブレーキ動作時の滑走に対する制御機能を備えた電気車用制御装置に関するものである。

電気車用制御装置では、力行動作時の加速を円滑に行うために、車輪が空転しないように適切に誘導電動機のトルクを制御できることが求められている。例えば、特許文献１では、動輪車軸４軸を駆動する４台の誘導電動機を１台のインバータで駆動する電気車用制御装置において、力行動作時の空転を制御する構成例が開示されている。

すなわち、この従来の電気車用制御装置では、４台の誘導電動機の回転数をそれぞれ検出する４台のパルスジェネレータの各検出信号から対応する各車軸の速度を求める。そして、４つの車軸速度の中から最大軸速度と最小軸速度とを選択して両者間の速度偏差ΔＶを求める。並行して、４つの車軸速度の中から選択した最小軸速度を基準速度Ｖ０と定めてその基準速度Ｖ０から基準加速度α０を求め、また、４つの車軸速度のそれぞれから各軸の加速度α１〜α４を求める。

このようにして求めた、速度偏差ΔＶ、基準速度Ｖ０、基準加速度α０、各軸加速度α１〜α４に基づき、各車軸に対応した車輪が空転状態にあるか否かを判断する。１軸空転発生時の例で言えば、空転は、速度偏差ΔＶが設定値を超えるか、各軸加速度α１〜α４のいずれかが空転検知レベルである基準加速度α０を超えることで検知される。空転状態と判断した場合は、インバータから誘導電動機に与える電流指令値を、一時的に本来の値（目標値）から減少させる絞り込み動作を行う。これによって、電気車の空転時に異常な振動現象が発生するのを防止している。

特開平１１−８９００５号公報（段落［０００２］〜段落［０００６］、図１９）

しかしながら、軸加速度と基準加速度との偏差に基づき空転を検知する上記した従来の空転制御では、加速度が大きく変化した場合、例えば規定の加速度が４．０ｋｍ／ｈ／ｓである場合に、空転によって３．０ｋｍ／ｈ／ｓ→５．０ｋｍ／ｈ／ｓの加速度の変化が起こった場合のように、規定の加速度とほぼ同程度の大きな加速度の変化が起こった場合は、その加速度の変化（偏差）を正しく検知できるので、空転検知機能が正しく動作して電流指令値を一時的に絞り込む動作を行うことができるが、同じ規定の加速度４．０ｋｍ／ｈ／ｓにおいて、加速度の変化が、例えば、３．９ｋｍ／ｈ／ｓ→４．１ｋｍ／ｈ／ｓであるように、規定の加速度に対して空転によって生じた加速度の変化（偏差）が小さい場合には、その加速度の変化を正しく検知できなくなることがあった。

空転によって生じた加速度変化の正常な検知が行えない状況では、速度制御が正常に行えなくなって、電気車が振動したり、或いは、保安装置が作動したり、更には、緊急ブレーキが作動したりすることが起こるので、電気車の安定した運行が困難になる。なお、以上のことは、ブレーキ動作時（減速動作時）の滑走制御においても同様である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電気車としての加速度または減速度に加速度偏差または減速度偏差では検知できないような小さな加速度変化または減速度変化がある場合でも、確実に、空転状態や滑走状態を検知して適切なトルク制御が行える電気車用制御装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度に基づき、動輪の空転状態を抑制するように、前記複数台の電動機への目標トルク指令値を生成する制御部を備えた電気車用制御装置であって、前記制御部は、前記複数台の電動機それぞれの回転速度である自軸速度および前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最小速度である基準速度を用いて、各自軸速度と基準速度間の速度偏差および加速度偏差を求め、求めた速度偏差および加速度偏差がそれぞれに定めた閾値を超える程度に応じて前記動輪の空転状態の程度を判定する第１の判定部と、外部から与えられる指示トルク指令値を前記第１の判定部の判定結果に基づき低減する絞り込み処理を行う絞り込み処理部と、車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準にそれを上回る第１の閾値を設定し、前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最大速度である自軸速度における加速度が前記第１の閾値を超えるか否かを判定する第２の判定部と、前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超えない」であるとき、前記絞り込み処理部が処理したトルク指令値を目標トルク指令値として出力し、前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超える」であるとき、前記絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力する出力処理部と、を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度の中で最大速度である自軸速度における加速度に生ずる加速度変化を検知する第１の閾値を車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準に設定し、前記加速度が第１の閾値を超えた場合には、絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力するので、車両使用条件で定まる電気車としての加速度で推移している状況下において、加速度偏差では検知できないような小さな加速度変化がある場合でも、確実に、空転状態を検知して適切なトルク制御が行えるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる電気車用制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、電気車用制御装置の全体構成を説明すると、基本的に、制御下に属する複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の誘導電動機が並列に接続される電力変換部と、前記複数台の誘導電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台のパルスジェネレータ（ＰＧ）の各検出信号（ＰＧ信号）に基づき、力行動作時の空転状態やブレーキ動作時の滑走状態を判断してそれを解消する目標トルク指令ＴＰを出力する制御部と、前記制御部が出力する目標トルク指令ＴＰから前記電力変換部のスイッチング回路に与える駆動信号を演算する演算部とで構成される。複数台の誘導電動機は、それぞれ、前記スイッチング回路の出力端に並列に接続されている。

図１は、この発明の一実施の形態による電気車用制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、以下に示す一実施の形態では、この発明の理解を容易にするため、要部である制御部が力行動作時（加速動作時）の空転制御を行う場合について説明するが、ブレーキ動作時（減速動作時）の滑走制御の場合も同様に適用できるものである。

図１において、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎは、制御下に属する複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の誘導電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台のパルスジェネレータ（ＰＧ）の各検出信号である。つまり、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎは、それぞれ、対応する誘導電動機の回転速度、つまり対応する動輪軸の回転速度を示す速度信号である。

周波数検知回路１は、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎと１対１の関係で複数個設けられているが、図１では、その中の１つが示されている。図１では、周波数検知回路１には、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎのうちの１つ（ＰＧ信号Ｐ１）が入力されるとしている。最小周波数検知回路２および最大周波数検知回路３には、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎの全てが並列に入力される。

周波数検知回路１は、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎの中の対応する１つのＰＧ信号（図１ではＰＧ信号Ｐ１）の周波数を検出して、それを対応する加速度検知回路４および差速度検知回路５に出力する。要するに、図１では、明示してないが、加速度検知回路４および差速度検知回路５も、周波数検知回路１と同様に、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎと１対１の関係で複数個設けられているが、図１では、その中の１つが示されている。

最小周波数検知回路２は、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎの中から最小周波数を検出して、それを複数の加速度検知回路４および差速度検知回路５に並列に出力する。一方、最大周波数検知回路３は、複数のＰＧ信号Ｐ１〜Ｐｎの中から最大周波数を検出して、それを微分器６に出力する。

複数の加速度検知回路４は、それぞれ、最小周波数検知回路２にて検知された最小周波数を有する動輪軸の回転速度に微分処理を施して加速度（これを便宜上「基準加速度」と記す）を求め、並行して対応する１つの周波数検知回路１にて検知された１つの動輪軸の回転速度（これを便宜上「自軸速度」と記す）Ｓ１に微分処理を施して加速度（これを便宜上「自軸加速度」と記す）を求める。

そして、複数の加速度検知回路４は、それぞれ、基準加速度と自軸加速度との加速度偏差を算出し、その算出した加速度偏差と所定の閾値との大小比較を行い、加速度偏差が所定の閾値を超えない場合は加速度正常を空転検知器７に通知し、加速度偏差が所定の閾値を超える場合に加速度異常を、超えた値を付加して空転検知器７に通知する。

複数の差速度検知回路５は、それぞれ、最小周波数検知回路２にて検知された最小周波数を有する動輪軸の回転速度と、対応する１つの周波数検知回路１にて検知された自軸速度との差を求め、その速度差と所定の閾値との大小比較を行い、速度差が所定の閾値を超えない場合は速度差正常を空転検知器７に通知し、速度差が所定の閾値を超える場合に速度差異常を、超えた値を付加して空転検知器７に通知する。

空転検知器７は、複数の加速度検知回路４から対応する動輪軸毎の加速度の「正常」「異常」の通知Ａ１が入力し、複数の差速度検知回路５から対応する動輪軸毎の差速度の「正常」「異常」の通知Ｂ１が入力するので、それらに基づき、全ての動輪軸に対する空転検知の程度を決定する。例えば、空転していない場合は、値「１」とし、空転している場合は、値「１」以下から値「０」までの所定値を、複数の加速度検知回路４および差速度検知回路５の各出力が示す「異常」の程度に応じて決定する。全ての動輪軸に対して決定した空転検知の程度を示す空転検知信号Ｃ１は、乗算器８の一方の入力となる。

微分器６は、最大周波数検知回路３にて検知された最大周波数を有する動輪軸の回転速度を微分して加速度（これを便宜上「最大加速度」と記す）Ｓ２を求め、それを１次遅れ回路９に出力する。

１次遅れ回路９は、微分器６が出力する最大加速度信号Ｓ２からノイズ成分を除去するフィルタである。１次遅れ回路９は、ノイズ成分を除去した最大加速度信号Ｓ２’に所定の時定数分の遅延を与えてコンパレータ回路１０の一方の入力端に出力する。

絶対加速度設定回路１１は、外部から入力される車両使用条件に応じた絶対加速度を設定する回路である。絶対加速度設定回路１１は、その設定した絶対加速度を基準値としてその上下に定めた２つの閾値（第１の閾値である最大加速度閾値α１、第２の閾値である最小加速度閾値α２）をコンパレータ回路１０の他方の入力端に出力する。つまり、２つの閾値（最大加速度閾値α１と最小加速度閾値α２）は、車両使用条件に応じて設定する絶対加速度に応じて変化する。

コンパレータ回路１０は、１次遅延回路９から入力する最大加速度信号Ｓ２’が、絶対加速度設定回路１１からの最大加速度閾値α１を超えると、出力をセットレベル（図１の例では論理値“０”のレベルとしている）にし、その後、絶対加速度設定回路１１からの最小加速度閾値α２を下回ると、出力をリセットレベル（図１の例では論理値“１”のレベルとしている）に復帰させるヒステリシス機能を有している。

つまり、絶対加速度設定回路１１およびコンパレータ回路１０の全体で、電気車としては規定の加速度で運転している状況下において、加速度偏差では従来検知が困難な小さな加速度変化（緩やかな加速度変化）を検知する。コンパレータ回路１０の出力Ｓ３は、乗算器８の他方の入力となるとともに、遅れ時間発生回路１２に入力される。

乗算器８は、空転検知器７が出力する空転検知信号Ｃ１とコンパレータ回路１０の出力Ｓ３とを乗算し、その乗算結果を乗算器１３の一方の入力端に与える。したがって、乗算器１３の一方の入力端には、コンパレータ回路１０の出力Ｓ３の論理値がリセットレベル（“１”レベル）である場合は、空転検知器７が出力する空転検知信号Ｃ１がそのまま入力されるが、コンパレータ回路１０の出力Ｓ３の論理値がセットレベル（“０”レベル）である場合は、コンパレータ回路１０の出力Ｓ３の論理値がセットレベルである期間内、値「０」が入力される。

乗算器１３の他方の入力端には、外部から、各指令や速度に対応した指示トルク指令ＴＰ”が入力される。乗算器１３は、乗算器８からの入力が値「０」である期間内は、値「０」を一次遅れ回路１４に出力するが、コンパレータ回路１０の出力Ｓ３の論理値がリセットレベル（“１”レベル）である場合に、外部から入力する指示トルク指令ＴＰ”を、乗算器８から入力する空転検知信号Ｃ１が示す空転の程度に応じて低減等した指示トルク指令ＴＰ’に変換して一次遅れ回路１４に出力する。

遅れ時間発生回路１２は、コンパレータ回路１０が、出力レベルを変化させずリセットレベルを維持している場合は、そのリセットレベルに対応した第１のレベル信号を出力するが、コンパレータ回路１０が、出力レベルをリセットレベルからセットレベルに変化させると、その後、コンパレータ回路１０が出力レベルをリセットレベルに復旧しても、その出力レベルをセットレベルに変化させたタイミングから一定時間は、そのセットレベルに対応した第２のレベル信号を出力し、一定時間経過後にその復旧させたリセットレベルに対応した第１のレベル信号を出力する。遅れ時間発生回路１２の出力Ｓ４は、一次遅れ回路１４に制御信号として入力される。

一次遅れ回路１４は、遅れ時間発生回路１２の出力レベルが第１のレベルを維持して変化しない場合は、乗算器１３にて低減等された指示トルク指令ＴＰ’を、そのまま目標トルク指令ＴＰとして出力する。

一方、一次遅れ回路１４は、遅れ時間発生回路１２の出力レベルが第１のレベルから第２のレベルに変化すると、乗算器１３にて低減等された指示トルク指令ＴＰ’とは無関係に、直前に送出した目標トルク指令値ＴＰに大きな低減処理を加えることを、遅れ時間発生回路１２の出力レベルがその第２のレベルを維持している期間内継続して行い、そのように大きく絞り込んだ目標トルク指令ＴＰを出力し、遅れ時間発生回路１２の出力レベルが元の第１のレベルに復旧すると、上記の絞り込み処理を解除して、乗算器１３にて低減等された指示トルク指令ＴＰ’をそのまま目標トルク指令ＴＰとして出力する動作に戻ることを行う。

一次遅れ回路１４が上記のように出力する目標トルク指令ＴＰは、図示しない演算部に入力され、電力変換部にて全ての誘導電動機への供給電流が低減等されることで、全ての動輪軸への出力トルクが制御される。

ここで、請求項との対応関係を示すと、複数の周波数検知回路１、最小周波数検知回路２、複数の加速度検知回路４、複数の差速度検知回路５および空転検知器７は、全体として第１の判定部を構成している。絶対加速度設定回路１１およびコンパレータ回路１０は、全体として第２の判定部を構成している。乗算器８は、処理切替部を構成している。乗算器１３は、絞り込み処理部を構成している。１次遅れ回路１４は、出力処理部を構成している。遅れ時間発生回路１２は、処理管理部を構成している。

以上の構成において、複数の周波数検知回路１、最小周波数検知回路２、複数の加速度検知回路４、複数の差速度検知回路５、空転検知器７、乗算器１３、および１次遅れ回路１４の各部によって、加速度偏差および速度偏差に基づいて、力行動作時において電気車としての加速度に大きな加速度変化が生じた場合の空転制御が行われる。

そして、力行動作時において電気車としての加速度に小さな加速度変化が生じた場合の空転制御がこの実施の形態による空転制御であり、それは、最大周波数検知回路３、微分器６、１次遅れ回路９、絶対加速度設定回路１１、コンパレータ回路１０、乗算器８、遅れ時間発生回路１２および１次遅れ回路１４の各部によって実現される。

次に、図１を参照しつつ図２に沿って、この実施の形態による空転制御動作について説明する。なお、図２は、空転制御動作を説明するタイムチャート図である。図２では、理解を容易にするため、１軸空転発生時での各部の動作が示されている。

図２のＳ１（自軸速度）では、複数の動輪軸のいずれか１つ（今の例では、最大周波数動輪軸）にて検知された回転速度（自軸速度）がほぼ一定の規定加速度で右肩上がりに上昇している過程の時刻Ｔ０において、空転による小さな加速度変化が起こった場合に、この実施の形態による空転制御動作が起動され、当該加速度変化が時刻Ｔ１まで増大し、そこから減少に転じ、時刻Ｔ２にて消滅する様子が示されている。時刻Ｔ０〜時刻Ｔ３の期間が、この実施の形態による空転制御動作の動作期間である。

最大周波数検知回路３では、規定加速度で駆動されている複数の動輪軸の中で最大周波数の動輪軸を検知し、その最大周波数を微分器６に逐一出力する。その過程で、時刻Ｔ０における空転発生に起因する小さな周波数変化も最大周波数検知回路３にて検知され、微分器６にて加速度Ｓ２が求められ、１次遅れ回路９を通ってコンパレータ回路１０に入力される。

図２のＳ２（微分器出力）では、最大周波数検知回路３が検知した「空転を起こした動輪軸」の加速度Ｓ２の変化状況と、絶対加速度設定回路１１がコンパレータ回路１０に設定する最大加速度閾値α１および最小加速度閾値α２との関係が示されている。

図２のＳ３（コンパレータ出力）に示すように、コンパレータ回路１０は、出力レベルを、空転検知信号Ｃ１に基づく空転制御を行う状態（以降、「通常状態」と記す）である時刻Ｔ０までは、論理値“１”のリセットレベルにしている。したがって、乗算器８は、空転検知器７からの空転検知信号Ｃ１をそのまま乗算器１３に与えるので、乗算器１３では、外部から入力される指示トルク指令ＴＰ”に空転検知信号Ｃ１による絞り込み等の処理を施した指示トルク指令ＴＰ’を１次遅れ回路１４に出力する。

また、図２のＳ４（遅れ時間発生回路出力）に示すように、遅れ時間発生回路１２は、出力レベルを、通常状態である時刻Ｔ０までは、前記した第１のレベルである高レベル（以降、「“Ｈ”レベル」と記す）にしている。これによって、１次遅れ回路１４の出力Ｓ５には、図２のＳ５（目標トルク指令ＴＰ）に示すように、時刻Ｔ０までは、空転検知信号Ｃ１の値に応じた絞り込み等の処理が施された目標トルク指令ＴＰ’が目標トルク指令ＴＰとして送出される。

この状況において、図２のＳ１（自軸速度）に示すように、時刻Ｔ０にてある動輪軸で空転が起こり、その検知された最大周波数動輪軸での加速度Ｓ２が最大加速度閾値α１を超えると、コンパレータ回路１０は、ほぼ同じ時刻Ｔ０のタイミングで出力レベルを、論理値“０”のセットレベルにする。

コンパレータ回路１０の出力レベルＳ３が、空転が発生したのとほぼ同じ時刻Ｔ０のタイミングで論理値“０”のセットレベルになると、乗算器８，１３の出力は、空転検知信号Ｃ１の値と無関係に値「０」になる。そして、遅れ時間発生回路１２は、図２のＳ４（遅れ時間発生回路出力）に示すように、出力レベルを、前記した第２のレベルである低レベル（以降、「“Ｌ”レベル」と記す）にし、それを一定時間ＴＬの経過まで維持する動作を開始する。

これによって、１次遅れ回路１４では、一定時間ＴＬの開始端側において、直前に送出した目標トルク指令ＴＰを徐々に減少する絞り込み動作が行われ、遅れ時間発生回路１２の出力Ｓ４が時刻Ｔ３に至る一定時間ＴＬの間“Ｌ”レベルに保持されているので、目標トルク指令ＴＰは、所定の最低値として、例えば値「０」に到達する。図２のＳ５（目標トルク指令ＴＰ）に示す例では、時刻Ｔ１において目標トルク指令ＴＰ＝０になる。

このような目標トルク指令ＴＰの絞り込み処理によって、図２のＳ１（自軸速度）に示すように、時刻Ｔ０にて空転が発生した最大周波数動輪軸では、時刻Ｔ１にて速度変化の増大が止まり、減少に転ずるので、時刻Ｔ１にて検知された加速度Ｓ２が最小加速度閾値α２を下回ることになり、コンパレータ回路１０では、出力レベルを論理値“１”のリセットレベルに戻す動作を行う。これによって、乗算器８，１３の出力は、値「０」ではなく空転検知信号Ｃ１の値に応じたものになり、１次遅れ回路１４に入力する。

しかし、遅れ時間発生回路１２が出力レベルを“Ｌ”レベルに継続すべき一定時間ＴＬは、コンパレータ回路１０が出力レベルを論理値“０”のセットレベルにしていた時間幅よりも大きいので、遅れ時間発生回路１２は、コンパレータ回路１０が出力レベルをリセットレベルに戻しても、出力レベルをそのまま“Ｌ”レベルに維持する。

これによって、１次遅れ回路１４は、乗算器１３の出力値と無関係に、値「０」の目標トルク指令ＴＰを継続して出力するので、図２のＳ１（自軸速度）に示すように、時刻Ｔ０にて空転が発生した最大周波数動輪軸では、時刻Ｔ２において、規定加速度に生じた小さな加速度変化が消滅することになる。つまり、空転が解除され、消滅することになる。

図２のＳ２では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までに検知された加速度Ｓ２の変化状態も示されている。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までに検知された加速度Ｓ２は、最大加速度閾値α１および最小加速度閾値α２以下の値であるので、コンパレータ回路１０は、反応しない。

次いで、遅れ時間発生回路１２が一定時間ＴＬ経過後の時刻Ｔ３において出力レベルを“Ｈ”レベルに立ち上げると、１次遅れ回路１４では、図２のＳ５に示すように、一定時間ＴＬの終了端側において、値「０」に絞り込んだ目標トルク指令ＴＰを、１次遅れ時素の時間内において、乗算器１３が出力する指示トルク指令ＴＰ’が示す所定値に向けて徐々に増加させ、最終的にその所定値に戻す動作を開始する。図２では、時刻Ｔ４において所定値に戻る様子が示されている。

このように、最大周波数検知回路３が検知した最大周波数動輪軸での小さな加速度変化に対する最大加速度閾値α１を設け、そのような小さな加速度変化でも検知できるようにしたので、電気車として規定の加速度で推移している場合に空転が生じたが、それによる加速度変化が小さく、加速度偏差による空転検知がし難い状況でも、確実にその空転を検知して目標トルク指令を絞り込むことができるので、空転を消滅させる適切なトルク制御が迅速に行えるようになり、電気車の制御性能の向上が図れる。

ここで、図１に示したように、最大周波数動輪軸での小さな加速度変化に対する最大加速度閾値α１は、絶対加速度設定回路１１にて設定するが、その設定値は、様々な車両使用条件を考慮して変更できるので、常に、最大加速度閾値α１を最適な空転検知レベルに設定することができる。なお、最小加速度閾値α２は、コンパレータ回路１０をリセットするために設けたものであり、制御上、適切な値に設定される。

考慮すべき車両使用条件としては、例えば、次の（１）〜（３）のような場合である。（１）以上説明したこの実施の形態による電気車用制御装置をそれぞれ搭載する複数車両の編成において考慮すべき車両使用条件は、いずれかの電気車用制御装置が故障した場合である。この場合は、編成として出し得る最大加速度が変化するので、車両モニタ装置などによって電気車用制御装置の故障状況を確認し、編成として実際に出し得る最大加速度を絶対加速度設定回路１１に設定する。これによって、コンパレータ回路１０には、絶対加速度設定回路１１から、全ての電気車用制御装置が健全である場合から変更した空転検知レベルである最大加速度閾値α１とそれに付随する最小加速度閾値α２が設定される。

（２）以上説明したこの実施の形態による電気車用制御装置をそれぞれ搭載する複数車両の編成において、考慮すべき車両使用条件は、運用上の扱いとして特定の運転モードを採用する場合である。この場合に編成として出し得る最大加速度は、通常の運転モードでの編成として出し得る最大加速度から変更したものになる。絶対加速度設定回路１１に特定の運転モードでの編成として出し得る最大加速度を設定する。これによって、コンパレータ回路１０には、絶対加速度設定回路１１から、通常の運転モードでの編成として出し得る最大加速度から特殊な運転モード用に変更した空転検知レベルである最大加速度閾値α１とそれに付随する最小加速度閾値α２が設定される。

（３）通常、空転の発生頻度は、季節の時期に関係して変わる傾向がある。例えば、６月頃の雨期や、秋頃の落ち葉の季節では、他の季節と比較して空転の発生が多くなることが一般的である。そこで、以上説明したこの実施の形態による電気車用制御装置をそれぞれ搭載する複数車両の編成において考慮すべき車両使用条件は、車両モニタ等が備えるカレンダ機能によって所定の季節を認識した場合である。この場合は、その認識した季節に応じて編成として出し得る最大加速度を絶対加速度設定回路１１に設定する。これによって、コンパレータ回路１０には、絶対加速度設定回路１１からその認識した季節用に変更した空転検知レベルである最大加速度閾値α１とそれに付随する最小加速度閾値α２が設定される。

以上、力行動作時の空転制御について説明したが、その内容は、減速動作時であるブレーキ動作時の滑走制御にも同様に適用できるものである。すなわち、減速動作時では、減速度となるので、図２に示した自軸速度Ｓ１の特性線は、右肩下がりの傾きとなり、滑走が生ずると、速度は、電気車としての減速度よりも更に減少する方向に変化する。
要するに、滑走制御時では、空転制御時で用いる「最大速度」と「最小速度」の関係を反対に読み替えて適用すればよい。
したがって、減速動作時では、図１に示した構成において、最小周波数検知回路２と最大周波数検知回路３とを交換して、最大周波数検知回路３の出力を加速度検知回路４及び差速度検知回路５に与え、最小周波数検知回路２の出力を微分器６に与え、コンパレータ１０に最大減速度閾値α１と最小減速度閾値α２とを与えれば、滑走制御も同様に実施することができる。
実際の電気車用制御装置では、このように、力行動作時と減速動作時とで、最小周波数検知回路２と最大周波数検知回路３の接続先を、上記のように切り替えるようになっている。そして、車両使用条件を考慮して設定する上記した（１）〜（３）においては、減速動作時用として、「最大減速度」を定めている。

以上のように、この発明にかかる電気車用制御装置は、車両使用条件で定まる電気車としての加速度または減速度で推移している状況下において、加速度偏差または減速度偏差では検知できないような小さな加速度変化または減速度変化がある場合でも、確実に、空転状態や滑走状態を消滅制御して電気車の制御性能を向上するのに有用である。

この発明の一実施の形態による電気車用制御装置の要部構成を示すブロック図である。 空転制御動作を説明するタイムチャート図である。

符号の説明

１ 周波数検知回路
２ 最小周波数検知回路
３ 最大周波数検知回路
４ 加速度検知回路
５ 差速度検知回路
６ 微分器
７ 空転検知器
８ 乗算器
９ １次遅れ回路
１０ コンパレータ回路
１１ 絶対加速度設定回路
１２ 遅れ時間発生回路
１３ 乗算器
１４ １次遅れ回路

Claims (11)

1. 複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度に基づき、動輪の空転状態を抑制するように、前記複数台の電動機への目標トルク指令値を生成する制御部を備えた電気車用制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数台の電動機それぞれの回転速度である自軸速度および前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最小速度である基準速度を用いて、各自軸速度と基準速度間の速度偏差および加速度偏差を求め、求めた速度偏差および加速度偏差がそれぞれに定めた閾値を超える程度に応じて前記動輪の空転状態の程度を判定する第１の判定部と、
   外部から与えられる指示トルク指令値を前記第１の判定部の判定結果に基づき低減する絞り込み処理を行う絞り込み処理部と、
   車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準にそれを上回る第１の閾値を設定し、前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最大速度である自軸速度における加速度が前記第１の閾値を超えるか否かを判定する第２の判定部と、
   前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超えない」であるとき、前記絞り込み処理部が処理したトルク指令値を目標トルク指令値として出力し、前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超える」であるとき、前記絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力する出力処理部と、
   を備えていることを特徴とする電気車用制御装置。
2. 複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度に基づき、動輪の滑走状態を抑制するように、前記複数台の電動機への目標トルク指令値を生成する制御部を備えた電気車用制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数台の電動機それぞれの回転速度である自軸速度および前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最大速度である基準速度を用いて、各自軸速度と基準速度間の速度偏差および減速度偏差を求め、求めた速度偏差および減速度偏差がそれぞれに定めた閾値を超える程度に応じて前記動輪の滑走状態の程度を判定する第１の判定部と、
   外部から与えられる指示トルク指令値を前記第１の判定部の判定結果に基づき低減する絞り込み処理を行う絞り込み処理部と、
   車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準にそれを上回る第１の閾値を設定し、前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最小速度である自軸速度における減速度が前記第１の閾値を超えるか否かを判定する第２の判定部と、
   前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超えない」であるとき、前記絞り込み処理部が処理したトルク指令値を目標トルク指令値として出力し、前記第２の判定部の判定結果が「第１の閾値を超える」であるとき、前記絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力する出力処理部と、
   を備えていることを特徴とする電気車用制御装置。
3. 前記第２の判定部は、さらに、前記絶対加速度を基準にそれを下回る第２の閾値が設定され、前記加速度または前記減速度が前記第１の閾値を超えたとき「第１の閾値を超える」の判定を行い、その後、前記第２の閾値を下回るまでの期間内「第１の閾値を超える」の判定状態を維持し、前記加速度または前記減速度が前記第２の閾値を下回った後は、「第１の閾値を超えない」の判定状態に戻るように構成され、
   前記制御部は、さらに、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定状態を維持している判定期間内は、前記第１の判定部の判定結果を前記絞り込み処理部に与えないようにする処理切替部と、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超えない」の判定状態であるときは、前記出力処理部に対して前記絞り込み処理部の処理結果を取り込む指示を発行し、前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定をしたとき、前記出力処理部に対して前記低減処理の開始指示を発行する処理管理部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用制御装置。
4. 前記車両使用条件は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、いずれかの電気車用制御装置が故障した場合であり、
   前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、車両モニタ装置などによって電気車用制御装置の故障状況を確認し、編成として実際に出し得る最大加速度または最大減速度である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置。
5. 前記車両使用条件は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、特定の運転モードを採用する場合であり、
   前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、特定の運転モードでの編成として出し得る最大加速度または最大減速度である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置。
6. 前記車両使用条件は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、車両モニタ装置等が備えるカレンダ機能によって認識した所定の季節であり、
   前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、その認識した季節に応じて編成として出し得る最大加速度または最大減速度である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車用制御装置。
7. 複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度に基づき、動輪の空転状態を抑制するように、前記複数台の電動機への目標トルク指令値を生成する制御部を備えた電気車用制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数台の電動機それぞれの回転速度である自軸速度および前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最小速度である基準速度を用いて、各自軸速度と基準速度間の速度偏差および加速度偏差を求め、求めた速度偏差および加速度偏差がそれぞれに定めた閾値を超える程度に応じて前記動輪の空転状態の程度を判定する第１の判定部と、
   外部から与えられる指示トルク指令値を前記第１の判定部の判定結果に基づき低減する絞り込み処理を行う絞り込み処理部と、
   車両使用条件に応じて定めた絶対加速度を基準にそれを上回る第１の閾値および下回る第２の閾値を設定し、前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最大速度である自軸速度における加速度が前記第１の閾値を超えたときに「第１の閾値を超える」の判定を行い、その後、前記第２の閾値を下回るまでの期間内「第１の閾値を超える」の判定状態を維持し、前記加速度が前記第２の閾値を下回った後は、「第１の閾値を超えない」の判定状態に戻るように構成される第２の判定部と、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定状態を維持している判定期間内は、前記第１の判定部の判定結果を前記絞り込み処理部に与えないようにする処理切替部と、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超えない」の判定状態であるときは、前記絞り込み処理部の処理結果を取り込む指示を発行し、前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定をしたとき、処理開始指示を発行するとともに、その処理期間として前記判定期間よりも大きい期間を与える処理管理部と、
   前記取り込む指示に応答して前記絞り込み処理部が処理したトルク指令値を目標トルク指令値として出力し、前記処理開始指示に応答して、指定された前記処理期間において、その開始端側にて、直前に送出した目標トルク指令値を所定の最低値に向かって緩やかに低減する処理を行い、その終了端側にて、前記所定の最低値から、前記絞り込み処理部から入力するトルク指令値に向かって緩やかに増大させる処理を開始することで、前記絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力する出力処理部と、
   を備えていることを特徴とする電気車用制御装置。
8. 複数個の動輪軸をそれぞれ駆動する複数台の電動機の回転速度に基づき、動輪の滑走状態を抑制するように、前記複数台の電動機への目標トルク指令値を生成する 制御部を備えた電気車用制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数台の電動機それぞれの回転速度である自軸速度および前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最大速度である基準速度を用いて、各自軸速度と基準速度間の速度偏差および減速度偏差を求め、求めた速度偏差および減速度偏差がそれぞれに定めた閾値を超える程度に応じて前記動輪の滑走状態の程度を判定する第１の判定部と、
   外部から与えられる指示トルク指令値を前記第１の判定部の判定結果に基づき低減する絞り込み処理を行う絞り込み処理部と、
   車両使用条件に応じて定めた絶対減速度を基準にそれを上回る第１の閾値および下回る第２の閾値を設定し、前記複数台の電動機それぞれの回転速度の中で最小速度である自軸速度における減速度が前記第１の閾値を超えたときに「第１の閾値を超える」の判定を行い、その後、前記第２の閾値を下回るまでの期間内「第１の閾値を超える」の判定状態を維持し、前記減速度が前記第２の閾値を下回った後は、「第１の閾値を超えない」の判定状態に戻るように構成される第２の判定部と、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定状態を維持している判定期間内は、前記第１の判定部の判定結果を前記絞り込み処理部に与えないようにする処理切替部と、
   前記第２の判定部が「第１の閾値を超えない」の判定状態であるときは、前記絞り込み処理部の処理結果を取り込む指示を発行し、前記第２の判定部が「第１の閾値を超える」の判定をしたとき、処理開始指示を発行するとともに、その処理期間として前記判定期間よりも大きい期間を与える処理管理部と、
   前記取り込む指示に応答して前記絞り込み処理部が処理したトルク指令値を目標トルク指令値として出力し、前記処理開始指示に応答して、指定された前記処理期間において、その開始端側にて、直前に送出した目標トルク指令値を所定の最低値に向かって緩やかに低減する処理を行い、その終了端側にて、前記所定の最低値から、前記絞り込み処理部から入力するトルク指令値に向かって緩やかに増大させる処理を開始することで、前記絞り込み処理部の処理結果と無関係に低減処理を施した目標トルク指令値を出力する出力処理部と、
   を備えていることを特徴とする電気車用制御装置。
9. 前記車両使用条件は、請求項７または８に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、いずれかの電気車用制御装置が故障した場合であり、
   前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、車両モニタ装置などによって電気車用制御装置の故障状況を確認し、編成として実際に出し得る最大加速度または最大減速度である、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の電気車用制御装置。
10. 前記車両使用条件は、請求項７または８に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、特定の運転モードを採用する場合であり、
    前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、特定の運転モードでの編成として出し得る最大加速度または最大減速度である、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載の電気車用制御装置。
11. 前記車両使用条件は、請求項７または８に記載の電気車用制御装置を搭載する複数車両の編成において、車両モニタ装置等が備えるカレンダ機能によって認識した所定の季節であり、
    前記車両使用条件に応じて定めた絶対加速度は、その認識した季節に応じて編成として出し得る最大加速度または最大減速度である、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載の電気車用制御装置。

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