JP4583159B2

JP4583159B2 - 電動車ブレーキ受量器

Info

Publication number: JP4583159B2
Application number: JP2004367045A
Authority: JP
Inventors: 忍保川
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006168654A

Description

本発明は、電気車の良好な乗り心地を維持しつつ、粘着力・回生ブレーキエネルギーの有効利用、ブレーキシュー摩耗量の低減を図った滑走再粘着制御を実現する電動車ブレーキ受量器に関するものである。

電気車は車輪・レール間の接線力(粘着力ともいう)によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図７に破線で示すような特性を有している。この接線力を軸重(車軸1軸当たりのレールに加わる垂直荷重)で割ったものを接線力係数、接線力係数の最大値を粘着係数という。
図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機で発生している場合は、空転・滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。もし最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するのでますますすべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクは接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。

しかし、実線で示すように、レール面が雨などによって湿潤状態にある場合は粘着係数が低下して、接線力の最大値が車両の設定性能に対応した主電動機の発生トルクより小さくなる。この場合、すべり速度が増大して空転・滑走状態になり、そのまま放置するとこれに対応して接線力が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に維持しつつ、主電動機の発生トルクが極力接線力の最大値近傍の値になるように制御することが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。

このような再粘着制御の実現を目的とした方法として、主電動機の回転速度を主電動機に印加される電圧・電流から推定し、この推定速度情報と主電動機発生トルクの演算値を入力情報として、最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式が、提案されている(非特許文献１参照)。そしてこの制御方式によって、良好な乗り心地を保ちつつ、主電動機の発生トルクを極力接線力の最大値近傍に維持することができつつある(非特許文献２参照)。
なおブレーキ時には、電力回生ブレーキ(以下単に回生ブレーキと称する)を用いる電気車が多いが、この場合電気ブレーキ力は回生エネルギーを吸収してくれる負荷車両の在線状態によって絶えず変動するので、図４に示すように、電動車ブレーキ受量器BCU(以下、単にブレーキ受量器という)において電気ブレーキ力と空気ブレーキ力とでブレーキ指令に対応したブレーキ力になるように制御している(図８に常用最大ブレーキ特性の例を示すように、一般に高速度域において空気ブレーキ力を補足する特性を用いることが多いので、この特性をブレーキ受量器で持っている)。すなわち、その時の速度に応じて、ブレーキ受量器BCUでは、ブレーキ指令に対応したブレーキ力を発生するために、電気ブレーキで発生すべき電気ブレーキ力と補足すべき空気ブレーキ力を演算して、電気車制御装置INVに対して、ブレーキ指令とともに、電気ブレーキで発生すべき電気ブレーキ力を回生ブレーキ力指令として指令する。電気車制御装置INVでは、電気ブレーキ力発生系で回生ブレーキ指令どおりの電気ブレーキ力を発生すべく、図示しない電気車推進装置を制御する。そして、再粘着制御系において滑走検知しない場合は、実際に発生している電気ブレーキ力を、切替器のa接点を介して回生ブレーキフィードバック信号RBとしてブレーキ受量器に出力する。ブレーキ受量器では、また回生ブレーキ有効信号CR(ブレーキ受量器BCUに入力される回生ブレーキフィードバック信号RBが正しい値を示していることを意味する)この回生ブレーキフィードバック信号RBをもとに、補足すべき空気ブレーキ力を修正して、空気ブレーキ指令として図示しない電動車(以下M車という)の空気ブレーキ発生装置に対して出力する。なお、この制御過程中に、再粘着制御系において滑走を検知した場合は、切替器のb接点を介して再粘着制御に伴う電気ブレーキ力を回生ブレーキフィードバック信号としてブレーキ受量器に出力する。
以上のような制御系の構成で、例えば上記の最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式を用いると、電気ブレーキ力をもとに滑走検知時の車輪・レール間の接線力対応トルクを高精度で推定できるので、図８中の曲線Aに示すように粘着係数がそれ程低下しない場合(冬期の降雨・降雪時を除くとほぼこの場合に該当する)には、図９に示した滑走再粘着制御時の電空協調制御状態の例に見るように、電気ブレーキ力の短時間における高速制御によって確実に再粘着させるとともに、再粘着させるために必要な電気ブレーキ力の最小値が、各滑走検知時において電制失効する可能性のある電気ブレーキ力のレベルを下回ることなく、この間電気ブレーキ力の高速制御により空気ブレーキ力の変動を抑制できるので、全体のブレーキ力が変動することのない良好な乗り心地を実現できている。また、電気ブレーキ力を用いて車輪・レール間の接線力を推定しながら再粘着制御を行っているので、空気ブレーキ力を含めたトータルの粘着力の有効利用ができている。

このように、通常の降雨時のような粘着係数の低下時については、上記の制御によって途中で電気ブレーキが失効することなく、良好な電空協調制御が実現できている。ところが、冬期の外気温が非常に低い状態における降雨やみぞれが降っているようなときには、粘着係数が非常に低下することがしばしば経験される。
図８中の曲線Bは、このような場合の粘着係数特性の例を示したものである。このように粘着係数が大きく低下している状態で、高速度から常用最大ブレーキを作用させる運転操作が行われた場合、指令ブレーキ力中補足空気ブレーキ力が分担する割合が電気ブレーキ力が分担する割合よりも大きいので、現状のブレーキ制御系の構成では、いくら上記のような再粘着制御方式を用いても、途中で電制失効してしまう事象が発生する可能性がある。

図１０にそのような制御状態の例を示す。図１０において、ブレーキが指令されると電気ブレーキが速やかに立ち上がるとともに、空気ブレーキも徐々に増大してくる。そのため、電気ブレーキ力の変動が殆どなくても、例えば図１０の時刻t0において、空気ブレーキ力の増大によって、滑走検知する現象が発生する。そうすると、再粘着させるためのトルクの引き下げが発生するだけではなく、再粘着後において指令するトルクも検知前に比べてすこし減少するようになる。電気ブレーキ力が減少すると、その減少分を補うように空気ブレーキ力が増大する。そのため、図１０の時刻t0からt3のように滑走検知・再粘着制御を繰り返している過程で、徐々に電気ブレーキ力が減少する。このような制御状態を繰り返しているときに、十分減速できて電気ブレーキ力の分担割合が増大して、これに対応して空気ブレーキ力が減少する状態にならなければ、最後には図示の時刻t4におけるように、電気ブレーキ力が完全になくなってしまう(電制失効)状態となる。電制失効すると、その後は応答速度の遅い空気ブレーキ力のみによる滑走再粘着制御に移行することになり、電気ブレーキ力の制御によるよりもブレーキ力の変動量が大きくなることによって乗り心地が悪くなり、また粘着力の有効利用も図れないことになる。さらに、場合によっては車輪踏面にフラットを作って騒音・振動が増大する要因ともなる可能性がある。また、一旦電制失効すると、それ以降は再び電気ブレーキが立ち上がることがないので、回生ブレーキエネルギーが使われることがなくなる。そのため、回生ブレーキエネルギーの有効利用ができなくなり、さらに空気ブレーキの使用により、ブレーキシューの摩耗量の増大を招き、保守費の増大にもつながることになる。
電気車の運転士は、通常は停止ブレーキを作用させるときは、もっと弱いブレーキの操作を行うので、上記のような事象は頻繁に発生する訳ではないが、粘着係数が大きく低下した状態でやむを得ず常用最大ブレーキを高速度から作用させなければならないことが発生することは十分に想定される。ブレーキ操作時の良好な乗り心地の維持、粘着力・回生ブレーキエネルギーの有効利用、ブレーキシュー摩耗量低減のためには、このような事象の発生を極力抑制することが望まれる。
門脇悟志、大石潔、宮下一郎、保川忍著：「外乱オブザーバと速度センサレスベクトル制御による電気車(2M1C)の空転再粘着制御の一方式」、電気学会論文誌D、平成13年11月号、pp1192-1198 畑正、廣瀬寛、門脇悟志、大石潔、飯田哲史、高木正志、佐野孝、保川忍著：「速度センサレスベクトル制御・外乱オブザーバによる空転再粘着制御の実車両への適用とその評価-205系5000番代電車における実例-」、平成15年電気学会産業応用部門大会論文集、ppIII-93〜98

解決しようとする問題点は、粘着係数が大きく低下しているときに、高速度から常用最大ブレーキの運転操作が行われたときに、滑走検知を繰り返していく過程で最後に電制失効してしまい、それ以降空気ブレーキのみによる再粘着制御に移行して、乗り心地の悪化を招くほか、粘着力・回生ブレーキエネルギーの有効利用、ブレーキシュー摩耗量の低減が図れなくなることである。

本発明は上述した点に鑑み創案されたもので、その目的とするところは、この課題を解消するため、電気車制御装置INVにおいて滑走を検知した場合、電気車制御装置INVにおいて発生した滑走検知信号slipをブレーキ受量器BCUに入力し、ブレーキ受量器BCUにおいてこの入力された滑走検知信号slipがオンになった場合に、予め設定した期間Tsacの間だけ、電気ブレーキ力F_eが低下して滑走検知信号slipがオンになった時点の空気ブレーキ力指令値Fair_slipより空気ブレーキ力指令Fair_comを増大させることが必要であっても、滑走検知信号slipがオンになった時点の空気ブレーキ力指令値Fair_slip以上に増大させないようにして、電気ブレーキ力F_eのみの制御によって確実に再粘着させるとともに、滑走検知・再粘着を繰り返すことで電気ブレーキ力F_eが徐々に低下してくる状態になることを抑制するようにするか、電気車制御装置INVにおいて発生した滑走検知信号slipをブレーキ受量器BCUに入力することなく、電気車制御装置INVからブレーキ受量器BCUに入力された回生ブレーキフィードバック信号RBを用いて、ブレーキ受量器BCUにおいて滑走の発生を認識して、予め設定した期間Tsacの間だけ、ブレーキ受量器BCUにおいて滑走の発生を認識した時点の空気ブレーキ力指令Fair_slipより空気ブレーキ力指令Fair_comを増大させることが必要であっても、滑走の発生を認識した時点の空気ブレーキ力指令値Fair_slip以上に増大させないようにして、電気ブレーキ力F_eのみの制御によって確実に再粘着させるとともに、滑走検知・再粘着を繰り返すことで電気ブレーキ力F_eが徐々に低下してくる状態になることを抑制するようにして、滑走再粘着制御を繰り返すことが原因で電制失効に至る事態を抑制することで、良好な乗り心地を維持しつつ、粘着力・回生ブレーキ力の有効利用、ブレーキシュー摩耗量の低減を図ることが可能な再粘着制御を実現できるM車ブレーキ受量器BCUを提供することにある。

その目的を達成するための手段は、
１）請求項１において、
オブザーバなどの手法を用いて電気ブレーキ力F_eをもとに滑走を検知したときの車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上で見たトルクを推定し、前記推定トルクをもとに滑走を検知した場合に滑走している動輪を再粘着させるに必要なトルク指令値の最小値および再粘着後に指令する前記推定トルクに対応したトルク指令値を演算してトルク制御を行うようにした再粘着制御機能を有する電気車制御装置INVから滑走検知信号slipをブレーキ受量器BCUに入力するようにして、電気車制御装置INVが滑走検知したときに、ブレーキ受量器BCUにおいて、滑走検知時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slipを記憶保持し、この時点以降予め設定した期間中は空気ブレーキ力指令Fair_comを滑走検知時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip以上に増大させないようにしたことを特徴とするブレーキ受量器である。
２）請求項２において、
オブザーバなどの手法を用いて電気ブレーキ力をもとに滑走を検知したときの車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上で見たトルクを推定し、前記推定トルクをもとに滑走を検知した場合に滑走している動輪を再粘着させるに必要なトルク指令値の最小値および再粘着後に指令する前記推定トルクに対応したトルク指令値を演算してトルク制御を行うようにした再粘着制御機能を有する電気車制御装置INVからブレーキ受量器BCUに入力される回生ブレーキフィードバック信号RBの変化状況から滑走の発生を認識して、滑走を認識した時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip_zzを記憶保持し、この時点以降予め設定した期間中は空気ブレーキ力指令値Fair_slip_zzを滑走を認識した時点における空気ブレーキ指令値Fair_slip_zz以上に増大させないようにしたことを特徴とするブレーキ受量器である。

本発明のブレーキ受量器では、電気車制御装置で滑走検知した場合に、電気車制御装置から入力される滑走検知信号によって直接的に滑走の発生を検知するか、あるいは滑走検知信号を入力することなく電気車制御装置から入力される回生フィードバック信号を用いて間接的に滑走の発生を認識して、滑走検知あるいは認識時点から予め定めた期間だけ、滑走検知あるいは認識時点の空気ブレーキ指令値以上には空気ブレーキ指令値を増大させないようにして、滑走検知あるいは認識時点における補足空気ブレーキ力以上に空気ブレーキ力が補足されないようにした状態で、粘着係数が大きく低下した場合でも電制失効することなく、電気ブレーキ力のみの高速制御によって確実に再粘着させることができるようになり、予め定めた期間経過する以前に再び滑走検知あるいは認識した場合は、再び滑走検知あるいは認識した時点から再度上記の制御動作を行うので、前記の場合同様電制失効することなく電気ブレーキ力のみの高速制御によって確実に再粘着させることができるようにすることができることから、良好な乗り心地を維持しつつ粘着力・回生ブレーキエネルギーの有効利用とブレーキシュー摩耗量の低減を図ることができる。

粘着係数が大きく低下している状態において、高速度から常用最大ブレーキを指令する運転操作が行われた場合でも、電制失効することなく電気ブレーキ力の高速制御によって確実に再粘着させることができる制御機能を有する電気車制御装置からブレーキ受量器に滑走検知信号を入力して、あるいは電気車制御装置からブレーキ受量器に入力される回生ブレーキフィードバック信号の変化状況から、ブレーキ受量器において滑走を認識して、滑走検知あるいは認識時点において作用している空気ブレーキ力以上にさらなる空気ブレーキ力の補足が行われないようにすることで実現している。

図１は本発明の請求項１に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を示す図、図２は本発明の請求項２に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を示す図、図３は本発明の請求項２に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を説明するために用いる図、図４は従来の電動車ブレーキ受量器の構成を示す図、図５は請求項１が想定している電動車ブレーキ受量器の構成を示す図、図６は請求項２が想定している電動車ブレーキ受量器の構成を示す図、図７は接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図、図８は常用最大ブレーキの速度・ブレーキ力特性の例、図９は粘着係数の低下がそれほど大きくない場合の外乱オブザーバによる接線力推定再粘着制御を用いた電空協調制御状態の例、図１０は粘着係数が大きく低下した場合で常用最大ブレーキを高速から指令したときの滑走再粘着制御状態の例(現状のブレーキシステムの場合)である。

図５において、公知のM車のブレーキ受量器BCUでは、図８に例示したような常用ブレーキの速度・ブレーキ力特性を持っていて、運転士のブレーキ指令に対応して車両で発生すべき回生ブレーキによる電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を演算して、電気ブレーキ力は電気車制御装置INVに回生ブレーキ指令B_comとして出力され、空気ブレーキ力は空気ブレーキ力指令Fair_comとして図示しないM車の空気ブレーキ発生装置に対して出力される。電気車制御装置INVでは、電気ブレーキ発生系においてブレーキ受量器BCUから受信した回生ブレーキ力指令B_comどおりの電気ブレーキ力F_eを発生すべく、図示しない電気車推進装置を制御する。そして、ブレーキシステム全体として、電気ブレーキ力F_eと空気ブレーキ力Fairを合計したものが運転士のブレーキ指令に対応したブレーキ力になるように制御する。
そして、図１に示すように、時刻ゼロでブレーキ指令がなされると、速やかに電気ブレーキ力F_eが立ち上がるとともに、空気ブレーキ力Fairが増大してくる。そのため、時刻t0より少し前の時点で滑走が始まり、時刻t0で滑走検知が行われる。そうすると、この時点における車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上で見たトルクを推定し、この推定トルクをもとに滑走している動輪を再粘着させるに必要なトルク指令値の最小値τmin0と、再粘着後に指令するトルク指令値τad0を演算する。この場合、τmin0は電気ブレーキが失効する可能性のある電気ブレーキ力のレベルより大きいので、トルク指令値の最小値τmin0までトルクを絞って再粘着させ、次いでトルク指令値τad0を指令し、回生ブレーキフィードバック信号RBとして、τmin0次いでτad0に対応した実際に発生している電気ブレーキ力F_eを、図５に示すようにブレーキ受量器BCUに送信する。また、同じく図５に示すようにブレーキ受量器BCUに電気車制御装置INVから滑走検知信号slipが送信されるので、図１において電気車制御装置INVが時刻t0において滑走検知すると、ブレーキ受量器BCUでは、その時点で滑走が発生したことを認識できるので、時刻t0以降Tsacの間、時刻t0における空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z11以上に空気ブレーキ力指令を増大させないようにする(図５に示すように、滑走検知信号slipがブレーキ受量器BCUの空気ブレーキ力増大抑制機能に入力され、空気ブレーキ力指令の増大抑制が行われる)。図１の場合、このように空気ブレーキ力の増大をTsacの間抑制して確実に再粘着できるように制御しているが、それでも途中の時刻t1において再び滑走検知して、トルク指令値の最小値τmin1までトルクを絞って再粘着させ、次いでトルク指令値τad1を指令し、また時刻t1以降Tsacの間再び時刻t1における空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z12以上に空気ブレーキ力指令Fair_comを増大させないようにする。このようにブレーキ受量器BCUにおいて滑走検知時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z11あるいはFair_slip_z12など以上に空気ブレーキ力指令Fair_comが増大するのを抑制することによって、時刻t2においてTsacの期間が経過して、空気ブレーキ力指令Fair_comの増大抑制が解除されても、その間車両速度の低下によって粘着係数が増大してくるため、再粘着後電気ブレーキ力F_eを増大させても、すぐに滑走が発生することはなくなる。図１の場合、電気ブレーキ力F_eがかなり大きくなった時刻t3まで、滑走が発生しない。この間(t2以降)電気ブレーキ力F_eの増大に伴って空気ブレーキ力指令Fair_comが減少し、空気ブレーキ力Fairの分担割合が減少してくる。このため、たとえ時刻t3において滑走検知しても、電気ブレーキ力F_eが失効することなく、電気ブレーキ力F_eの高速制御によって確実に再粘着制御ができるようになる。

このように、粘着係数が低い状態で高速度から常用最大ブレーキが指令されても、電制失効することなく電気ブレーキ力F_eのみの制御で確実に再粘着させることができるので、常に回生ブレーキエネルギーを有効利用できることになり、またその分空気ブレーキの利用割合が減少するので、ブレーキシューの摩耗量を低減できることになり、メンテナンスコストの低減につながる。また空気ブレーキ力Fairのみの制御による滑走再粘着制御状態にならないので、乗り心地の悪化を招くことはなく、さらに滑走速度が小さくできることから車輪踏面にフラットを作る可能性もなくすことができる。

またこのように、滑走検知あるいは認識した時点から予め定めた期間、空気ブレーキ力指令Fair_comの増大を抑制することによって、滑走の検知あるいは認識の前後における空気ブレーキ力Fairをほぼ不変とできるため、空気ブレーキ力Fairを含めたトータルのブレーキ力をもとに車輪・レール間の接線力の推定を行わなくても、電気ブレーキ力F_eのみの高速制御による再粘着制御が行われるため、再粘着制御中のブレーキ力変動が僅かであり、良好な乗り心地を維持しつつ、粘着力の有効利用ができることになる。

図６は請求項２が想定している電動車ブレーキ受量器BCUの構成を示す図であるが、図５とは違って、電気車制御装置INVからブレーキ受量器BCUに滑走検知信号slipを入力することなく、ブレーキ受量器BCUにおいて、電気車制御装置INVから入力された回生ブレーキフィードバック信号RBの変化状況から滑走検知を認識するようにしている。
図６において、公知のM車のブレーキ受量器BCUでは、図８に例示したような常用最大ブレーキなどの速度・ブレーキ力特性を持っていて、運転士のブレーキ指令に対応して車両で発生すべき回生ブレーキによる電気ブレーキ力F_eと空気ブレーキ力Fairを演算して、電気ブレーキ力F_eは電気車制御装置INVに回生ブレーキ指令B_comとして出力され、空気ブレーキ力Fairは空気ブレーキ力指令Fair_comとして図示しないM車の空気ブレーキ発生装置に対して出力し(図６に示すように、速度・ブレーキ力特性をもとに空気ブレーキ力Fairを演算してこれを、空気ブレーキ力増大抑制機能に対して、空気ブレーキ力指令_A、Fair_com_Aとして出力する。空気ブレーキ力増大抑制機能では滑走認識信号slip_recの状態を参照しながら、入力されてきた空気ブレーキ力指令_A、Fair_com_Aの増大を抑制する必要がある場合、すなわち、滑走認識信号slip_recがオンになった場合には、増大を抑制して、空気ブレーキ力指令Fair_comとして出力するのである)、電気車制御装置INVでは、電気ブレーキ発生系においてブレーキ受量器BCUから受信した回生ブレーキ指令B_comどおりの電気ブレーキ力F_eを発生すべく、図示しない電気車推進装置を制御して、ブレーキシステム全体として、電気ブレーキ力F_eと空気ブレーキ力Fairを合計したものが運転士のブレーキ指令に対応したブレーキ力になるように制御することは、図５の場合と同じである。
請求項１の場合と異なる点は、ブレーキ受量器BCUにおける滑走発生の認識方法である。
図２に示すように、時刻ゼロでブレーキ指令がなされると、速やかに電気ブレーキ力F_eが立ち上がるとともに、空気ブレーキ力Fairが増大してくる。そのため、時刻t0より少し前の時点で滑走が始まり、時刻t0で電気車制御装置INVにおいて滑走検知が行われる。そうすると、この時点における車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上で見たトルクを推定し、この推定トルクをもとに滑走している動輪を再粘着させるに必要なトルク指令値の最小値τmin0と、再粘着後に指令するトルク指令値τad0を演算する。この場合、τmin0は電気ブレーキが失効する可能性のある電気ブレーキ力のレベルより大きいので、トルク指令値の最小値τmin0までトルクを絞って再粘着させ、次いでトルク指令値τad0を指令し、回生ブレーキフィードバック信号RBとして、τmin0次いでτad0に対応した実際に発生している電気ブレーキ力F_eを、ブレーキ受量器BCUに送信する。

図６に示すように、電気車制御装置INVからブレーキ受量器BCUに入力された回生ブレーキフィードバック信号RBが、ブレーキ受量器BCUの滑走検知機能に入力される。ブレーキ受量器BCUの滑走検知機能においては、図３に示す方法によって滑走の発生を、回生ブレーキフィードバック信号RBの変化状況から認識する。
すなわち、図３(a)に示すように、電気車制御装置INVが滑走検知すると、オブザーバなどの手法を用いて電気ブレーキ力F_eをもとに滑走を検知したときの車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上で見たトルクを推定し、前記推定トルクをもとに滑走を検知した場合に滑走している動輪を再粘着させるに必要なトルク指令値の最小値および再粘着後に指令する前記推定トルクに対応したトルク指令値を演算してトルク制御を行う。このときの再粘着させるためのトルクの引き下げ量は小さく、しかも短時間トルクを引き下げた後、時刻t1aには再粘着後に指令するトルクに復帰するトルク制御が行われる。そしてトルク引き下げ開始の時刻t1から再粘着後に指令するトルクに復帰終了する時刻t1aまでの時間はせいぜい0.3(秒)程度と短い。このように滑走検知に伴う再粘着制御のためのトルク制御は、上記のような特徴を持って行われるので、時刻t1aより若干遅れた時刻t2において再粘着制御に伴うトルク変化であることを確認したとき、すなわち滑走認識期間T_slipが経過した時点で、ブレーキ受量器BCUにおいて回生ブレーキフィードバック信号RBの変化状況から、滑走が発生したことを認識できる。因みに、当該車両で発生していた回生ブレーキエネルギーを今まで吸収してくれていた当該車両近傍の力行車両が急に力行状態ではなくなったことが原因で回生失効状態になるときの電気車制御装置INVにおける電気ブレーキ力F_eの変化状況は、例えば図３(b)に示すようであり、トルクの絞込み量が非常に大きく(図３(b)の場合は電気ブレーキ力F_eがゼロになるまで絞り込んではいないが、実際にはゼロになってしまう例が圧倒的に多い)、絞り込んだ後(上記滑走検知時のようには)再びトルクが上昇してくることはないので、滑走検知に伴うトルク変化と回生失効との識別は容易にできる。

上記の方法によって、図２の時刻t0における電気車制御装置INVにおける滑走検知からT_slipなる時間経過した時点(時刻t0a)においてブレーキ受量器BCUが滑走の発生を認識すると、以降Tsacの間、時刻t0aにおける空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z21以上に空気ブレーキ力指令を増大させないようにする。なおこの場合、時刻t0からt0aの期間T_slipの間空気ブレーキ力指令Fair_comが増大することになるが、期間T_slipは短いので、この間の増大量は僅少であり、殆ど無視できる。図２の場合、このように空気ブレーキ力Fairの増大を時刻t0a からTsacの間抑制して確実に再粘着できるように制御しているが、それでも途中の時刻t1において再び滑走検知して、トルク指令値の最小値τmin1までトルクを絞って再粘着させ、次いでトルク指令値τad1を指令し、また時刻t1a以降Tsacの間再び時刻t1aにおける空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z22以上に空気ブレーキ力指令Fair_comを増大させないようにする。

このようにブレーキ受量器BCUにおいて滑走検知時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip_z21あるいはFair_slip_z22以上に空気ブレーキ力指令Fair_comが増大するのを抑制することによって、時刻t2においてTsacの期間が経過して、空気ブレーキ力指令Fair_comの増大抑制が解除されても、その間車両速度の低下によって粘着係数が増大してくるため、再粘着後電気ブレーキ力F_eを増大させても、すぐに滑走が発生することはなくなる。図２の場合、電気ブレーキ力F_eがかなり大きくなった時刻t3まで、滑走が発生しない。この間(t2以降)電気ブレーキ力F_eの増大に伴って空気ブレーキ力指令Fair_comが減少し、空気ブレーキ力Fairの分担割合が減少してくる。このため、たとえ時刻t3において滑走検知しても、電気ブレーキ力F_eが失効することなく、電気ブレーキ力F_eの高速制御によって確実に再粘着制御ができるようになる。

またこのように、滑走検知した時点から予め定めた期間、空気ブレーキ力指令Fair_comの増大を抑制することによって、滑走の認識の前後における空気ブレーキ力Fairをほぼ不変とできるため、空気ブレーキ力Fairを含めたトータルのブレーキ力をもとに車輪・レール間の接線力の推定を行わなくても、電気ブレーキ力F_eのみの高速制御による再粘着制御が行われるため、再粘着制御中のブレーキ力変動が僅かであり、良好な乗り心地を維持しつつ、粘着力の有効利用ができることになる。

本発明で用いている、滑走検知時点から予め定めた期間ブレーキ受量器BCUにおいて空気ブレーキ力指令Fair_comの増大を抑制することによって、その期間だけ空気ブレーキ力Fairがそれ以上補足されるのを抑制して、その間に電気ブレーキ力F_eのみの制御によって再粘着させる方法は、外乱オブザーバによる接線力推定を用いた電気車の再粘着制御に限定することなく、外乱オブザーバによる接線力推定を用いない他の鉄道車両用の推進装置にも適用できる。

本発明の請求項１に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を示す図である。本発明の請求項２に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を示す図である。本発明の請求項２に記載の一実施例を用いて制御した滑走再粘着制御状態の例を説明するために用いる図である。従来の電動車ブレーキ受量器の構成を示す図である。請求項１が想定している電動車ブレーキ受量器の構成を示す図である。請求項２が想定している電動車ブレーキ受量器の構成を示す図である。接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。常用最大ブレーキの速度・ブレーキ力特性の例である。粘着係数の低下がそれほど大きくない場合の外乱オブザーバによる接線力推定再粘着制御を用いた電空協調制御状態の例である。粘着係数が大きく低下した場合で常用最大ブレーキを高速から指令したときの滑走再粘着制御状態の例(現状のブレーキシステムの場合)である。

符号の説明

BCU 電動車ブレーキ受量器
INV 電気車制御装置
BR 回生ブレーキフィードバック信号
CR 回生ブレーキ有効信号
F_e 電気ブレーキ力
Fair 空気ブレーキ力
Fair_com 空気ブレーキ指令
Fair_com_A 空気ブレーキ指令_A
slip 滑走検知信号
slip_rec
滑走認識信号
Fair_slip 滑走検知信号slipがオンになったときの空気ブレーキ力指令値
Fair_slip_zz ブレーキ受量器が滑走の発生を認識した時点の空気ブレーキ力指令値全体の総称
Fair_slip_z11 ブレーキ受量器が滑走の発生を検知した時点の空気ブレーキ力指令値(その1)
Fair_slip_z12 ブレーキ受量器が滑走の発生を検知した時点の空気ブレーキ力指令値(その2)
Fair_slip_z21 ブレーキ受量器が滑走の発生を認識した時点の空気ブレーキ力指令値(その1)
Fair_slip_z12 ブレーキ受量器が滑走の発生を認識した時点の空気ブレーキ力指令値(その2)

Claims

電車などの電気車を駆動するインバータ制御装置INVから滑走検知信号slipを入力し、前記滑走検知信号slipがオンになった時点から予め定めた時間Tsacだけ、前記滑走検知信号slipがオンになった時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip以上には空気ブレーキ力指令値Fairを増大しないようにしたことを特徴とする電動車ブレーキ受量器。
電車などの電気車を駆動するインバータ制御装置INVより入力した回生ブレーキフィードバック信号RBをもとに、前記インバータ制御装置INVが滑走検知したことを認識し、前記インバータ制御装置INVが滑走検知した時点から予め定めた時間Tsacだけ、前記インバータ制御装置INVが滑走検知した時点における空気ブレーキ力指令値Fair_slip以上には空気ブレーキ力指令値Fairを増大しないようにしたことを特徴とする電動車ブレーキ受量器。