JP6738751B2 - 電動機制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を制御する電動機制御方法等に関する。

電動機で動輪を駆動して走行する車両として鉄道車両である電気車の他、電気自動車、燃料電池自動車等が知られているが、以下、その代表例として電気車について説明する。電気車は車輪・レール間の接線力（粘着力とも呼ばれる。）によって加減速がなされる。電動機の発生トルク（以下単に「トルク」という。）により生じる駆動力が、車輪とレールとに働く粘着力以下であれば粘着走行がなされるが、粘着力を超えた場合には空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）が生じる。空転滑走の発生が検知された場合には、トルクを引き下げ、引き下げた状態を保持した後に元のトルクに復帰させる再粘着制御が行われる。

その再粘着制御において、空転滑走した軸が再粘着する際に、再粘着による接線力の回復によって車両が前後に変動して乗り心地が悪化する場合がある。

再粘着制御の技術とは異なる技術であるが、車輪のすべりを許容して接線力を獲得する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１には、すべりを許容している空転中の車輪とレール間の粘着条件が好転し、空転している車輪が急激に自然再粘着する場合がある（［００１０］段落参照）ため、再粘着が検知された場合には、１Ｃ２Ｍ（１インバータ２モータ）方式の制御対象２軸のトルクを引き下げる技術が開示されている（［００１６］段落、図１参照）。

特開２００９−１００６０３号公報

本発明の主たる課題は、上述した通り、再粘着制御において、空転滑走した軸が再粘着する際に、再粘着による接線力の回復によって生じ得る乗り心地の悪化を抑制することである。

この主たる課題に対して、特許文献１の技術を適用する方策が考えられる。しかしながら、まず問題となるのが、再粘着制御の技術とは異なる特許文献１の技術をいつどのようにして適用すべきかである。そもそも特許文献１の技術が想定している正常な走行状態は、すべりを許容している状態であるからである。また、制御対象となっている全軸のトルクを引き下げ、その後に全軸のトルクを復帰させることは、却って乗り心地が悪化する心配がある。

本発明は、上述した背景に基づいて考案されたものである。

第１の発明は、
第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクを引き下げ、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たした場合に当該トルクの復帰制御を開始して復帰させる前記第１軸の再粘着制御が行われている際に、第２軸を駆動する電動機を制御する電動機制御方法（例えば、図２の副次引き下げ制御処理）であって、
前記第１軸の再粘着制御において前記再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる、
電動機制御方法である。

また、他の発明として、
第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の空転又は滑走（以下「空転滑走」という。）の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクを引き下げ、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たした場合に当該トルクの復帰制御を開始して復帰させる前記第１軸の再粘着制御が行われている際に、第２軸を駆動する電動機を制御する制御装置（例えば、図５の制御装置３０−１、図６の第２軸に係る制御装置３２、図７の統括制御装置３００）であって、
前記第１軸の再粘着制御において前記再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる第２軸引き下げ手段（例えば、図５の副次指令生成部６０−１、図６の第２軸に係る副次指令生成部６２、図７の統括副次指令生成部３６０）、
を備えた制御装置を構成することとしてもよい。

さらには、この制御装置が、前記第１軸の再粘着制御を行う、こととしてもよい。

この第１の発明等によれば、第１軸に空転滑走が発生して再粘着制御を行って第１軸が再粘着する際に、第２軸のトルクが引き下げられるため、第１軸の再粘着制御はそのまま続行することができる。その一方で、第１軸の再粘着により回復する接線力が、再粘着制御を行っていない第２軸のトルクの引き下げ分と相殺される。結果、第１軸が再粘着する前後における第１軸および第２軸の合計引張力の変化が低減され、乗り心地の悪化が抑制され得る。

また、第２の発明は、
前記第１軸の再粘着制御が前記第１軸の空転に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の前記第１軸に係る加速度のマイナス値に基づいて、滑走に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の前記第１軸に係る減速度のマイナス値または加速度のプラス値に基づいて、前記第２軸に係るトルクの引き下げ量を変更する、
第１の発明の電動機制御方法である。

この第２の発明によれば、第２軸のトルクの引き下げ量を可変にできる。具体的には、第１軸の空転に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の第１軸に係る加速度のマイナス値に基づいて第２軸のトルクの引き下げ量を決定し、第１軸の滑走に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の第１軸に係る減速度のマイナス値または加速度のプラス値に基づいて第２軸のトルクの引き下げ量を決定することで、乗り心地の悪化を一層抑制し得る。

また、第３の発明は、
前記第１軸の再粘着制御が前記第１軸の空転に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の前記第１軸に係る加速度のマイナス値に基づいて、滑走に対する再粘着制御の場合には、当該再粘着制御中の前記第１軸に係る減速度のマイナス値又は加速度のプラス値に基づいて、前記第２軸に係るトルクの引き下げ速度を変更する、
第１又は第２の発明の電動機制御方法である。

この第３の発明によれば、第２軸のトルクの引き下げ速度を可変にできる。具体的には、空転滑走中の接線力と再粘着時の引張力（ブレーキ力）の差が大きいほど、さらに、その時間変化が大きいほど、車両には瞬間的に強い前後動が生じ得ると言える。そのため、回復する接線力の大きさが大きいと見込まれるほど、素早く第２軸のトルクを引き下げることで、乗り心地の悪化を効果的に抑制できる可能性を高めることができる。

第４の発明は、
第１軸の機械ブレーキの制御として、前記第１軸の滑走の発生を検知した場合に前記第１軸のブレーキ力を低減させ、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たした場合に当該ブレーキ力を増加させる再粘着制御が行われている際に、第２軸を駆動する電動機を制御する電動機制御方法（例えば図１０の副次引き下げ制御処理）であって、
前記第１軸の再粘着制御において前記再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる、
電動機制御方法である。

また、他の発明として、
第１軸の機械ブレーキの制御として、前記第１軸の滑走の発生を検知した場合に前記第１軸のブレーキ力を低減させ、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たした場合に当該ブレーキ力を増加させる再粘着制御を行っている際に、第２軸を駆動する電動機を制御する制御装置（例えば、図８の機械ブレーキ制御装置３６−１、図９の制御装置３２−２）であって、
前記第１軸の再粘着制御において前記再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる第２軸引き下げ手段（例えば、図８の副次指令生成部６６−１、図９の副次指令生成部６２−２）、
を備えた制御装置を構成することとしてもよい。

さらには、この発明の制御装置が、前記第１軸の再粘着制御を行う、こととしてもよい。

第４の発明等によれば、第１軸のブレーキが機械ブレーキであった場合に、第１の発明と同様の作用効果を発揮することができる。

また、第５の発明として、
前記第１軸の再粘着制御中の前記第１軸に係る減速度のマイナス値または加速度のプラス値に基づいて、前記第２軸に係るトルクの引き下げ量を変更する、
第４の発明の電動機制御方法を構成することとしてもよい。

また、第６の発明として、
前記第１軸の再粘着制御の前記第１軸に係る減速度のマイナス値又は加速度のプラス値に基づいて、前記第２軸に係るトルクの引き下げ速度を変更する、
第４又は第５の発明の電動機制御方法を構成することとしてもよい。

この第５，第６の発明によれば、第２，第３の発明と同様の作用効果を発揮することができる。

再粘着制御の流れを説明するための図。 再粘着制御処理と副次引き下げ制御処理の流れを説明するための図。 副次引き下げ量の係数を説明するための図。 副次引き下げ速度の係数を説明するための図。 第１実施例の回路ブロック図。 第２実施例の回路ブロック図。 第３実施例の回路ブロック図。 図５に対応する変形例における回路ブロック図。 図６に対応する変形例における回路ブロック図。 変形例における再粘着制御処理と副次引き下げ制御処理の流れを説明するための図。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下では、本発明を電気車に適用した場合を説明するが、電動機で動輪を駆動して走行する車両（電動車両）であれば、電気自動車や燃料電池自動車にも適用することが可能である。

まず、再粘着制御について図１を参照して説明する。図１は、空転に係る再粘着制御を説明するための図であり、空転が発生していない一定加速中の状態から空転が発生し、再粘着制御を行って再粘着するまでの一連の各信号波形の概略を示している。横軸を時刻ｔとして、上から順に、制御対象の動軸（動輪とも言える）の回転に係る速度Ｖ及び基準速度Ｖｍを示すグラフ、速度Ｖから検出される制御対象軸の加速度αを示すグラフ、制御対象軸に係るトルクである電動機トルク（以下適宜、単に「トルク」と省略する）τ_ｅを示すグラフを示す。空転が発生していない力行状態では、速度Ｖは基準速度Ｖｍにほぼ一致し、加速度αは正の略一定値を保ち、トルクτ_ｅはほぼ一定に保たれている。空転が発生すると、速度Ｖが上昇し始め、基準速度Ｖｍとの差分である速度差ΔＶが増加する。そして、時刻ｔ１において、速度差ΔＶが予め定められた空転滑走検知閾値Ｖｔに達すると、空転の発生が検知される。空転発生の検知は、加速度αに基づいて検知することも可能である。加速度αが、粘着走行では取り得ない正の加速度として予め定められた空転滑走検知閾値αｔに達すると、空転の発生が検知される。また、速度差ΔＶに基づく判定と、加速度αに基づく判定とのＯＲ条件、或いは、ＡＮＤ条件として空転の発生を検知することもできる。

空転の発生が検知されると、再粘着制御が発動されて、トルクτ_ｅの引き下げ（制御の側面からより正確に述べると、電動機に対するトルク分電流の引き下げ）が開始される。トルクτ_ｅの引き下げは、予め定められた引き下げ速度Ｗｔで継続的に行われる。即ち、トルクτ_ｅの引き下げ量を増加させていく。トルクτ_ｅが引き下げられると、加速度αの増加が次第に抑えられ、減少に転ずる。この間、速度Ｖは上がり続けるが、加速度αがゼロとなる時刻ｔ２では、速度Ｖの増加もゼロとなる。この加速度αがゼロとなったことを、空転からもとの粘着走行への回復開始として検知する（回復検知）。なお、本実施形態における、ここでの回復検知は、物理的に実際に回復したと断定できる検知では無く、制御上、回復開始とみなす検知である。従って、回復検知とする加速度αをゼロとして説明したが、説明の簡明化のためにゼロとしたものであって、所定の回復検知閾値（例えばゼロではなく、“＋１”や“−１”）に達した場合に回復開始として検知することとしてよい。勿論、物理的に実際に回復したと判断できる時点（或いはこの時点に極めて近い時点）を検知するために、引張力が接線力以下となる列車加速度相当値未満となるまで引き下げたときを、回復開始として検知してもよい。

回復検知がなされると、トルクτ_ｅの引き下げを停止して、引き下げ量を保持する。すると、マイナスとなっていた加速度αの減少スピードが次第に抑えられ、やがて増加に転じる。また、基準速度Ｖｍからの乖離幅が大きくなっていた速度Ｖが低下し始める。そして、速度差ΔＶが予め定められた再粘着検知閾値Ｖｒ以下になると、再粘着したとして再粘着検知がなされ（時刻ｔ３）、復帰動作用の制御が開始される。すなわち、保持していたトルクτ_ｅの引き下げ量を減少させてトルクτ_ｅを復帰させる制御が開始される。そして、トルクτ_ｅが所定の目標トルク値（例えば、再粘着制御の開始時点（時刻ｔ１）における値）まで復帰した時刻ｔ４において、再粘着制御の終了となる。

また、再粘着の検知は、加速度αに基づいて検知することも可能である。例えば、回復検知後のトルクτ_ｅの引き下げ量が保持されている間（時刻ｔ２以降）に加速度αの増減傾向が逆転したことをもって再粘着が検知したと判定してもよい。また、速度差ΔＶに基づく判定と、加速度αに基づく判定とのＯＲ条件、或いは、ＡＮＤ条件として再粘着を検知することもできる。速度Ｖや速度差ΔＶ、加速度αは再粘着検知用状態値の一例である。また、再粘着検知閾値Ｖｒや、加速度αの増減傾向の逆転は、再粘着検知用閾値条件の一例である。

なお、図１を参照して空転の場合を説明したが、滑走の場合も同様である。滑走の場合は、ブレーキ動作中であるため速度Ｖが徐々に低下状態にあるところ、滑走の発生によって速度Ｖが基準速度Ｖｍよりも低くなり、速度差ΔＶが滑走検知閾値に達すると、滑走の発生が検知される。図１の速度Ｖのグラフを上下反転させたようなグラフとなる。

また、加速度αもまた、図１の加速度αのグラフを加速度ゼロで折り返すように上下反転させたようなグラフとなる。すなわち、滑走が発生していない状態では加速度αは負の略一定値を保っているところ、滑走の発生によって加速度αが急低下する。そして、加速度αが滑走検知閾値に達すると、滑走の発生が検知される。

トルクτ_ｅのグラフは図１と同様である。滑走の発生が検知されるとトルクτ_ｅが引き下げられ、トルクτ_ｅの引き下げによって加速度αの増減傾向が反転し、加速度αがゼロ（或いはゼロ近傍の値）となったことで粘着走行への回復開始として検知する（回復検知）。回復検知がなされると、トルクτ_ｅの引き下げを停止して引き下げ量を保持する。すると、プラスとなっていた加速度αの増加スピードが次第に抑えられ、やがて増減傾向の更なる反転が生じて減少に転じる。また、基準速度Ｖｍからの乖離幅が大きくなっていた速度Ｖが増加し始める。その後、速度差ΔＶが再粘着検知閾値Ｖｒ以下となると再粘着検知がなされ、保持していたトルクτ_ｅの引き下げ量を減少させてトルクτ_ｅを復帰させる制御が開始される。

空転滑走した軸に対する再粘着制御は上述の通りであり、いわば従来通りの制御を適用することができる。本実施形態の特徴の１つは、再粘着制御の対象となっている空転滑走軸ではない健全軸に係るトルクを、空転滑走軸の再粘着制御において再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、空転滑走軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に一時的に引き下げる制御にある。この引き下げ処理のことを「副次引き下げ制御処理」と呼び、以下具体的に説明する。

図２は、副次引き下げ制御処理の流れを説明するための図であり、図１を参照して説明した再粘着制御の処理の流れとの関係を示している。
まず、ある軸に空転滑走の発生が検知されると（ステップＡ２）、再粘着制御が開始される。このとき、運転状態が力行状態なのかブレーキ状態なのか、或いは、加速中か減速中か、或いは、基準速度Ｖｍよりも速度Ｖが高いか低いか、等に基づいて空転と滑走の何れが発生して再粘着制御が開始されたかが認知される（ステップＢ２）。

次いで、空転滑走軸に係るトルクの引き下げが開始され（ステップＡ４）、回復検知がなされると（ステップＡ６）、副次引き下げ制御処理側では、空転滑走軸の加速度αの監視が開始される（ステップＢ６）。具体的には、空転に対する再粘着制御であれば加速度αの最小値を随時更新記憶することとし、滑走に対する再粘着制御であれば加速度αの最大値を随時更新記憶する。この加速度αの監視は、図１に示す時刻ｔ２〜ｔ３間の加速度αの極値を取得することに相当する。時刻ｔ２〜ｔ３間の加速度αの極値は、空転に対する再粘着制御であればマイナス値となり、滑走に対する再粘着制御であればプラス値となる。但し、滑走に対する再粘着制御において加速度αではなく減速度βを用いるのであれば、時刻ｔ２〜ｔ３間の減速度βの極値はマイナス値となる。
空転滑走軸の加速度αの監視は、回復検知の前から、空転滑走軸の空転滑走の発生が検知されことで開始することとしてもよい。

次いで、副次引き下げ制御処理においては、空転滑走軸が再粘着直前の状態に至ったかを検知する（ステップＢ８）。具体的には、再粘着検知の条件を緩やかにした条件、例えば再粘着検知条件の閾値の１．０５倍や１．１倍等、再粘着検知条件とする閾値より大きな値の閾値条件であって、再粘着検知用閾値条件を満たす場合には原則、再粘着直前検知用閾値条件を満たすような閾値条件を定める。そして、空転滑走軸に係る速度Ｖや速度差ΔＶ、加速度αなどを判定対象として再粘着検知と同様の手法で再粘着直前の状態かを検知する。

そして、空転滑走軸が再粘着直前の状態に至ったと検知された場合には副次引き下げの実行是非を判定して副次引き下げを実行する（ステップＢ１２〜Ｂ１４）。また、何らかの要因により再粘着直前の状態に至ったことが検知されなかった場合であっても（ステップＢ１２：ＮＯ）、再粘着制御での再粘着検知（ステップＡ１０）がなされた場合には（ステップＢ１０：ＹＥＳ）、副次引き下げの実行是非の判定および副次引き下げの実行を行う（ステップＢ１２〜Ｂ１４）。

副次引き下げの実行是非の判定は、ステップＢ６で監視していた空転滑走軸の加速度αの大きさに基づく。具体的には、空転に対する再粘着制御であれば加速度αの最小値の大きさ、滑走に対する再粘着制御であれば加速度αの最大値の大きさが、所定の最小閾値以下であれば、副次引き下げを行わないこととする（ステップＢ１２：ＮＯ）。

副次引き下げを行う場合、次の数式に従って第２軸に係るトルクを引き下げる。
（空転時）
副次引き下げ量τ_Ｃ＝係数Ｋ_Ｃ×標準引き下げ量τ_Ｋ ・・・（１）
副次引き下げ速度Ｗ_Ｓ＝係数Ｋ_Ｓ×標準引き下げ速度Ｗ_Ｋ ・・・（２）
（滑走時）
副次引き下げ量τ_Ｃ＝係数Ｋ_Ｃ×標準引き下げ量τ_Ｌ ・・・（３）
副次引き下げ速度Ｗ_Ｓ＝係数Ｋ_Ｓ×標準引き下げ速度Ｗ_Ｌ ・・・（４）

空転時の標準引き下げ量τ_Ｋおよび標準引き下げ速度Ｗ_Ｋ、滑走時の標準引き下げ量τ_Ｌおよび標準引き下げ速度Ｗ_Ｌは、予め定められた所定値である。空転滑走していない健全軸に係るトルクを副次的に引き下げることから、標準引き下げ量τ_Ｋや標準引き下げ速度Ｗ_Ｌは、再粘着制御における空転滑走軸のトルク引き下げ量や引き下げ速度に比べて小さいことは勿論である。

副次引き下げ量の係数Ｋ_ｃは、図３に示すように、ステップＢ６で監視していた空転滑走軸の加速度αの大きさに応じて決定される。図３は、横軸にステップＢ６で監視していた空転滑走軸の加速度αの大きさをとり、その加速度αの大きさに応じた係数Ｋ_ｃの値を示すグラフである。加速度αの大きさが所定の最小閾値以下の場合には係数Ｋ_ｃの値は０（ゼロ）となり、加速度αの大きさが所定の最大閾値以上の場合には係数Ｋ_ｃの値は１以上の上限値となる。

すなわち、再粘着制御が空転に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのマイナス値に基づいて、滑走に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのプラス値（減速度βとするならばマイナス値）に基づいて、健全軸に係るトルクの引き下げ量を変更することとなる。

再粘着時においては、空転滑走中の接線力と再粘着時の引張力（ブレーキ力）の差が大きいほど、さらに、その時間変化が大きいほど、車両には瞬間的に強い前後動が生じ得ると言える。そのため、回復する接線力の大きさが大きいと見込まれるほど、素早く健全軸のトルクを引き下げることで、乗り心地の悪化を効果的に抑制できる可能性が高まる。そこで、空転に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのマイナス値に基づいて健全軸のトルクの引き下げ量を決定し、滑走に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのプラス値に基づいて健全軸のトルクの引き下げ量を決定することで、乗り心地の悪化を抑制させ得る方向に制御する。

また、副次引き下げ速度の係数Ｋ_Ｓは、図４に示すように、ステップＢ６で監視していた空転滑走軸の加速度αの大きさに応じて決定される。図４は、横軸にステップＢ６で監視していた空転滑走軸の加速度αの大きさをとり、その加速度αの大きさに応じた係数Ｋ_Ｓの値を示すグラフである。加速度αの大きさが所定の最小閾値以下の場合には係数Ｋ_Ｓの値は０（ゼロ）となり、加速度αの大きさが所定の最大閾値以上の場合には係数Ｋ_Ｓの値は１以上の上限値となる。

すなわち、再粘着制御が空転に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのマイナス値に基づいて、滑走に対する再粘着制御の場合には、空転滑走軸に係る加速度αのプラス値（減速度βとするならばマイナス値）に基づいて、健全軸に係るトルクの引き下げ速度を変更することとなる。

空転滑走中の接線力と再粘着時の引張力（ブレーキ力）の差が大きいほど、さらに、その時間変化が大きいほど、再粘着時に車両には瞬間的に強い前後動が生じ得ると言える。そのため、回復する接線力の大きさが大きいと見込まれること、すなわち空転滑走軸の加速度αの大きさが大きいほど、素早く健全軸のトルクを引き下げることで、乗り心地の悪化を効果的に抑制できる可能性を高めることができる。

図２に戻る。副次引き下げ量の係数Ｋ_ｃおよび副次引き下げ速度の係数Ｋ_Ｓが決まることで、副次引き下げ量τ_Ｃおよび副次引き下げ速度Ｗ_Ｓが決まる。そこで、この決まった副次引き下げ量τ_Ｃおよび副次引き下げ速度Ｗ_Ｓに従って健全軸に係るトルクを一時的に引き下げる（ステップＢ１４）。制御の側面から正確に述べると、健全軸を駆動する電動機に対するトルク分電流を、副次引き下げ速度Ｗ_Ｓで副次引き下げ量τ_Ｃ分だけ引き下げる制御を行うこととなる。制御の内部処理としては、トルク分電流の引き下げ指令（副次引き下げ指令）を生成し、この引き下げ指令値分、電動機のベクトル演算制御のトルク指令値を減算することとなる。
副次引き下げを行う時間は、例えば１〜３秒間といった所定時間とすることができる。

一方、空転滑走軸については、再粘着が検知されて後（ステップＡ１０）、トルクの復帰制御が開始されて（ステップＡ１２）、所定の目標トルク値に復帰されることで再粘着制御が終了となる。

以上のようにして、空転滑走が発生して再粘着制御を行って空転滑走軸が再粘着する際に、健全軸のトルクが引き下げられる。空転滑走軸の再粘着制御はそのまま続行されるため、空転滑走軸の再粘着により接線力が回復するが、その回復する接線力は、再粘着制御を行っていない健全軸のトルクの引き下げ分と相殺される。結果、空転滑走軸が再粘着する前後における空転滑走軸および健全軸の合計引張力の変化が低減され、乗り心地の悪化が抑制されることとなる。また、空転滑走軸に対する再粘着制御（特に、再粘着時の引張力の変化）を起因とした、健全軸の誘発的な空転滑走の発生を防止し得る効果も期待できる。

次に、本実施形態を適用した電動機制御装置の３つの実施例について説明する。

［第１実施例］
図５は、本実施形態を適用した第１実施例の回路ブロック図であり、電気車の主回路のうち、本実施形態に関わる回路ブロックを概略的に示した図である。電動機の制御は個別制御（いわゆる１Ｃ１Ｍ）である。また、第１軸および第２軸の２つの軸（電動機が駆動する駆動軸）を対象に説明するが、３以上の軸を本実施形態の対象としてもよいことは勿論である。以下、図５を参照して第１軸に係る主回路のみを説明するが、第２軸も同様の構成である。

第１軸に係る主回路は、電動機１０−１と、パルスジェネレータ１５−１と、電流センサ１７−１と、インバータ２０−１と、制御装置３０−１とを備えて構成される。
電動機１０−１は、インバータ２０−１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であり、例えば三相誘導電動機で実現される。パルスジェネレータ１５−１は、電動機１０−１によって駆動される動軸（第１軸）の回転を検出する回転検出器であり、検出信号であるＰＧ信号を速度・加速度検出部４０−１に出力する。

電流センサ１７−１は、電動機１０−１の入力端に設けられ、電動機１０−１に流入するＵ相及びＶ相の電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。インバータ２０−１には、パンタグラフや主変圧器、或いはコンバータを介して架線からの電力が供給される。インバータ２０−１は、ベクトル演算制御装置９０−１から入力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれの電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に基づいて出力電圧を調整し、電動機１０−１に給電する。

制御装置３０−１は、電動機１０−１をベクトル制御する電動機制御装置である。この制御装置３０−１は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種メモリから構成されるコンピュータや各種の電子回路等によって実現され、例えば制御ボードとして実装されたり、或いはインバータ２０−１を含めて一体的にインバータ装置として構成される。インバータ２０−１と一体的に構成される場合には、インバータ２０−１および制御装置３０−１が電動機制御装置となる。

制御装置３０−１は、速度・加速度検出部４０−１と、再粘着制御装置５０−１と、副次指令生成部６０−１と、ベクトル演算制御装置９０−１とを備え、電動機１０−１をベクトル制御するための電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊の生成や上述した再粘着制御並びに副次引き下げ制御処理を行う。

具体的には、ベクトル演算制御装置９０−１は、電流センサ１４−１により検出された電動機１０−１に流入する電流から、ｄ軸成分である励磁電流成分Ｉｄ及びｑ軸成分であるトルク電流成分（トルク分電流）Ｉｑを求める。そして、求めた励磁電流成分Ｉｄ及びトルク電流成分（トルク分電流）Ｉｑの他、パルスジェネレータ１５−１により検出されたＰＧ信号、速度・加速度検出部４０−１により検出された速度Ｖ及び加速度α、不図示の電流指令生成装置から入力される電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊、再粘着制御装置５０−１から入力されるトルク引き下げ指令信号、第２軸の制御装置から入力される副次引き下げ指令（トルク引き下げ指令）信号等に基づいて、インバータ２０−１に対する電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を生成する。

速度・加速度検出部４０−１は、公知の演算処理／信号処理等によりＰＧ信号から自軸（第１軸）の速度Ｖおよび加速度αを検出する。検出した速度Ｖおよび加速度αは再粘着制御装置５０−１および副次指令生成部６０−１に出力される。

再粘着制御装置５０−１は、図１および図２を参照して説明した再粘着制御処理を実行する。具体的には、所与の基準速度Ｖｍ、速度・加速度検出部４０−１で検出された速度Ｖおよび加速度αに基づいて、空転滑走の検知や回復検知、再粘着検知等の各種の検知を行って空転滑走した自軸（第１軸）を再粘着させる制御を行う。この再粘着制御においては、電動機１０−１の発生トルクを制御して動輪を再粘着させるためのトルク引き下げ指令信号を生成してベクトル演算制御装置９０−１に出力する。ここで、基準速度Ｖｍは電気車の走行速度（例えば運転台から得られる速度）に応じた電動機駆動軸の回転速度としてもよいし、Ｔ車の従輪の速度や、車両内の各軸の速度のうち、力行時であれば最小値、ブレーキ時であれば最大値等として決定してもよい。

また、再粘着制御装置５０−１は、空転滑走検知、回復検知、再粘着検知のそれぞれの検知結果を副次指令生成部６０−１に出力する。

副次指令生成部６０−１は、図２を参照して説明した副次引き下げ制御処理を実行する。具体的には、所与の基準速度Ｖｍ、速度・加速度検出部４０−１で検出された速度Ｖおよび加速度α、並びに、再粘着制御装置５０−１による各種検知結果（空転滑走検知、回復検知、再粘着検知）に基づいて、第２軸に係るトルクを副次的に引き下げるための副次引き下げ指令を生成・出力する。

以上の第１実施例の制御装置３０（３０−１，・・・）によれば、空転滑走の発生が検知された場合には、トルクの引き下げが行われた後、再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たした場合に当該トルクの復帰制御を開始して復帰させる再粘着制御が行われることとなる。

そして、自軸に対する再粘着制御を行っている過程で、再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、自軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合には、他軸に係るトルクを一時的に引き下げるための副次引き下げ指令を生成して他軸に出力する。

逆に、他軸における再粘着制御の過程で、自軸に係るトルクを一時的に引き下げるための副次引き下げ指令が生成されると、自軸に入力されることとなる。

この結果、何れかの軸で再粘着制御が行われた場合には、当該軸が再粘着する際に他軸のトルクが一時的に引き下げられるため、再粘着前後における各軸の合計引張力の変化が低減されて、乗り心地の悪化が抑制されることとなる。

［第２実施例］
次に、図６を参照して第２実施例について説明する。
図６は、本実施形態を適用した第２実施例の回路ブロック図である。第１実施例との違いは、副次指令生成部６２−１である。第１実施例の副次指令生成部６０−１は、自軸の情報に基づいて他軸のトルクを副次的に引き下げるための副次引き下げ指令を生成して他軸に出力した。第２実施例の副次指令生成部６２−１は、他軸の情報に基づいて自軸のトルクを副次的に引き下げるための副次引き下げ指令を生成して、自軸のベクトル演算制御装置９０−１に出力する。

そのため、速度・加速度検出部４０−１が検出した情報および再粘着制御装置５０−１による検知結果の情報は、自軸の情報として他軸に出力され、同様の他軸の情報が他軸から入力されることとなる。

［第３実施例］
次に、図７を参照して第３実施例について説明する。
図７は、本実施形態を適用した第３実施例の回路ブロック図である。第３実施例は、各軸の制御装置を統括して制御する上位装置として、統括制御装置３００がある場合の実施例である。統括制御装置３００は、各軸の再粘着制御および副次引き下げ制御を一括して実行する装置であり、統括再粘着制御部３５０および統括副次指令生成部３６０を有して構成される。また、図示していないが、各軸の速度Ｖおよび加速度αを検出する検出部も有して構成される。

統括再粘着制御部３５０は、図１および図２を参照して説明した再粘着制御を各軸について実行する制御部であり、各軸のＰＧ信号を入力して各軸の空転滑走の発生を検知するとともに、各軸のトルク引き下げ・復帰制御を行い、トルク引き下げ指令信号を生成して各軸の制御装置３３（３３−１，・・・）に出力する。

統括副次指令生成部３６０は、図２を参照して説明した副次引き下げ制御を各軸について実行する制御部である。ある軸について統括再粘着制御部３５０が再粘着制御を実行する場合、当該軸の再粘着検知の際（再粘着検知用閾値条件を満たした場合、或いは、再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合）に、他軸に係るトルクを一時的に引き下げる副次引き下げ指令信号を生成して、他軸の制御装置３３（３３−１，・・・）に出力する。

［変形例］
以上、本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれらに限られるわけではない。
例えば、電気車への適用について説明したが、電動機で動輪を駆動して走行する車両（電動車両）であれば、電気自動車や燃料電池自動車に本発明を適用できることは勿論である。

また、制御対象の軸数を「２」として図示及び説明したが、「３」以上であってもよい。その場合、ある１軸が空転滑走軸となった場合、残りの健全軸が副次引き下げ制御処理の対象となる。

また、上述した実施形態では、ＰＧ信号をもとに速度及び加速度を検出することとして説明した。しかし、速度センサレスベクトル制御の技術を適用して、パルスジェネレータ等の速度センサを不要として速度及び加速度を検出することとしてもよい。具体的には、速度・加速度検出部４０−１は、電動機１０−１に供給される電動機電流・電圧から回転速度を推定することで、軸速度Ｖを検出（推定）し、更に加速度αを検出（推定）することとしてもよい。

また、図２のステップＢ１２において副次引き下げを実行するか否かを判定することとしたが、このステップを省略することとしてもよい。係数Ｋ_Ｃや係数Ｋ_Ｓが０（ゼロ）となることで、実質的に副次引き下げを実行しないこととすることができるからである。

また、上述した実施形態では、再粘着制御の対象軸は電動機で駆動されており、電動機の制御によって再粘着制御を実施することとして説明した。例えば、第１軸の滑走が検知されて第１軸の再粘着制御を行う場合には、第１軸を駆動する電動機の制御（いわゆる電制ブレーキの制御）によって再粘着制御を行うこととして説明した。しかし、第１軸のブレーキは、いわゆる機械ブレーキであってもよい。

図面を参照して説明する。
図８，９は、第１軸のブレーキを機械ブレーキとし、図５，６における第１軸の制御装置３０−１，３２−１を機械ブレーキ制御装置３６−１，３７−１とすることで、第１軸が滑走した際に機械ブレーキによる再粘着制御を行う仕組みを組み込んだ回路ブロック図である。図８は、図５に対応し、第２軸については図５の第２軸（ひいては図５の第１軸）に係る制御装置３０から副次指令生成部６０を除いた構成となっている。また、図９は、図６に対応し、第２軸については図６の第２軸（ひいては図６の第１軸）に係る制御装置３２と同様の構成となっている。

また、図８，９においては、機械ブレーキを空気ブレーキとして図示しているが、油圧ブレーキであっても同様である。また、空気ブレーキの一例として、空気圧によりブレーキシリンダ圧（以下「ＢＣ圧」という）を昇圧させることでブレーキ力を得る方式として説明する。

図８，９の機械ブレーキ制御装置３６−１，３７−１は、所与のブレーキ指令に従って機械ブレーキを制御する制御装置であり、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の各種メモリから構成されるコンピュータや各種の電子回路等によって実現され、例えば制御ボードとして実装される装置である。機械ブレーキ制御装置３６−１，３７−１は、速度・減速度検出部４６−１と、再粘着制御部５６−１を含む給排気制御部７６−１とを備える。

速度・減速度検出部４６−１は、図５，６の速度・加速度検出部４０−１と同様である。
再粘着制御部５６−１は、第１軸の滑走に対する再粘着制御を行う機能部であり、機械ブレーキに対する公知の再粘着制御技術を適用することができる。例えば、所与の基準速度Ｖｍ、速度・減速度検出部４６−１で検出された速度Ｖおよび減速度βに基づいて、滑走検知や回復検知、再粘着検知等の各種の検知を行って滑走した自軸（第１軸）を再粘着させる制御を行う。再粘着制御においては、ブレーキ力を低減させるための指令信号（より具体的にはＢＣ圧を低減させる指令信号）を生成して、ＢＣ圧の給排気制御に用いる。

また、図８の機械ブレーキ制御装置３６−１は、副次指令生成部６６−１を備えており、再粘着制御部５６−１が、滑走検知、回復検知、再粘着検知のそれぞれの検知結果を副次指令生成部６６−１に出力する。

給排気制御部７６−１は、機械ブレーキであるブレーキ装置８０の電磁弁８２をＯＮ／ＯＦＦ（開閉）することで、空気タンク８１からブレーキシリンダ８３への空気圧力の供給（給気）や、ブレーキシリンダ８３内の空気圧力の排出（排気）を制御する。電磁弁８２には、ブレーキシリンダ８３の空気圧力の供給／抑止に係る抑止電磁弁と、ブレーキシリンダ８３内の空気圧力の吐出に係る吐出電磁弁とがある。

給排気制御部７６−１による制御内容を簡単に説明すると、運転台等の外部から入力される「ブレーキ指令」によってブレーキの作動を指示されると、給気制御を開始する。すなわち、ブレーキ力を増加させる。次いで、再粘着制御部５６−１によって滑走が検知されて低減指令が生成されると、給気を停止させるとともに、排気制御を開始する。すなわち、ブレーキ力を低下させる。続いて、低減指令が回復検知がなされた旨の指令信号に変化すると、排気制御を停止させて、ブレーキシリンダ８３内の空気圧力（ＢＣ圧）を一定に保つ。すなわち、ブレーキ力を保持する。

その後、再粘着制御部５６−１が再粘着を検知することで、低減指令が解除されると、給気制御を再開してブレーキ力を増加させる。

また、図８における副次指令生成部６６−１は、図５の副次指令生成部６０−１と同様の機能を有しており、第２軸に係るトルクを副次的に引き下げるための副次引き下げ指令を生成・出力する。第２軸は電動機で駆動され、図５の第１軸に係る制御装置３０−１と同様の構成の制御装置３０−２によって制御される。

また、図９においては、図６と同様に、速度・減速度検出部４６−１（図６の速度・加速度検出部４０−１に相当）が検出した情報および再粘着制御部５６−１（図６の再粘着制御装置に相当）による検知結果の情報は、第１軸の情報として他軸（この場合、第２軸）に出力される。そして、第２軸においては、図６の第１軸に係る制御装置３２−１と同様の構成の制御装置３２−２によって、副次指令が副次指令生成部６２−２（図６の副次指令生成部６２−１に相当）により生成されて、第２軸の電動機が制御される。

本変形例における再粘着制御処理と副次引き下げ制御処理との流れを、図１０に示す。
図１０のステップＥ２〜Ｅ１２が図２のステップＡ２〜Ａ１２に、図１０のステップＦ２〜Ｆ１４が図２のステップＢ２〜Ｂ１４に対応する。処理の流れは、図２と同様である。

１０（１０−１） 電動機
３０（３０−１） 制御装置
４０（４０−１） 速度・加速度検出部
５０（５０−１） 再粘着制御装置
６０（６０−１） 副次指令生成部
９０（９０−１） ベクトル演算制御装置
３７−１ 機械ブレーキ制御装置

Claims (6)

1. 第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の空転の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクの引き下げを開始し、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たしたことで当該第１軸に係るトルクの復帰制御を開始するまでの所定期間の間に、第２軸を駆動する電動機の制御として当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる制御を開始する電動機制御方法であって、
   前記再粘着検知用閾値条件を満たして前記第１軸に係るトルクの復帰制御を開始する場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る加速度のマイナス値に基づいて可変に決定して、当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる、
   電動機制御方法。
2. 前記引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る加速度の最大マイナス値に基づいて決定する、
   請求項１に記載の電動機制御方法。
3. 第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の滑走の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクの引き下げを開始し、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たしたことで当該第１軸に係るトルクの復帰制御を開始するまでの所定期間の間に、第２軸を駆動する電動機の制御として当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる制御を開始する電動機制御方法であって、
   前記再粘着検知用閾値条件を満たして前記第１軸に係るトルクの復帰制御を開始する場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る減速度のマイナス値又は加速度のプラス値に基づいて可変に決定して、当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる、
   電動機制御方法。
4. 前記引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る減速度の最大マイナス値又は加速度の最大プラス値に基づいて決定する、
   請求項３に記載の電動機制御方法。
5. 第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の空転の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクの引き下げを開始し、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たしたことで当該第１軸に係るトルクの復帰制御を開始するまでの所定期間の間に、第２軸を駆動する電動機の制御として当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる制御を開始する制御装置であって、
   前記再粘着検知用閾値条件を満たして前記第１軸に係るトルクの復帰制御を開始する場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る加速度のマイナス値に基づいて可変に決定して、当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる第２軸引き下げ手段、
   を備えた制御装置。
6. 第１軸を駆動する電動機の制御として、前記第１軸の滑走の発生を検知した場合に前記第１軸に係るトルクの引き下げを開始し、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着したと判定するための閾値条件として定められた再粘着検知用閾値条件を満たしたことで当該第１軸に係るトルクの復帰制御を開始するまでの所定期間の間に、第２軸を駆動する電動機の制御として当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる制御を開始する制御装置であって、
   前記再粘着検知用閾値条件を満たして前記第１軸に係るトルクの復帰制御を開始する場合、或いは、前記第１軸の再粘着検知用状態値が再粘着直前と判定するための閾値条件として定められた再粘着直前検知用閾値条件を満たした場合に、前記第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる引き下げ速度を、前記所定期間中の前記第１軸に係る減速度のマイナス値又は加速度のプラス値に基づいて可変に決定して、当該第２軸に係るトルクを一時的に引き下げる第２軸引き下げ手段、
   を備えた制御装置。

Images