JP7071822B2 - Electric vehicle control device and electric vehicle control system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電気車制御装置および電気車制御システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to an electric vehicle control device and an electric vehicle control system.
鉄道車両では、レールに対する車輪の粘着力が低下すると、車輪が空転滑走する場合がある。車輪の空転滑走は、例えば、車輪に連結された電動機の回転速度の変化量に基づいて検出できる。この空転滑走が検出されると、電動機のトルク電流が一定時間低減される。その結果、粘着力が回復して空転状態または滑走状態が解消される。 In railroad vehicles, the wheels may slip when the adhesive force of the wheels to the rails decreases. Wheel slipping can be detected, for example, based on the amount of change in the rotational speed of the motor connected to the wheel. When this slipping is detected, the torque current of the motor is reduced for a certain period of time. As a result, the adhesive strength is restored and the idling state or the sliding state is eliminated.
車輪の空転滑走に関し、上述した従来の対処方法では、電動機の回転速度の異変が生じたときに電動機のトルク電流を一律に増減している。そのため、車輪の空転滑走を検知することはできるものの、空転滑走それ自体の発生を抑制する対策が不十分である。
そこで、本発明の実施形態は、車輪の空転滑走の抑制化を図ることが可能な電気車制御装置、および電気車制御システムを提供することを目的とする。
With respect to the idling and sliding of the wheels, in the above-mentioned conventional coping method, the torque current of the motor is uniformly increased or decreased when the rotation speed of the motor changes. Therefore, although it is possible to detect the slipping of the wheels, the measures for suppressing the slipping of the wheels themselves are insufficient.
Therefore, it is an object of the present invention to provide an electric vehicle control device and an electric vehicle control system capable of suppressing idling and sliding of wheels.
一実施形態によれば、電気車制御装置は、レールを走行する電気車の車輪に空転滑走が生じたときに、車輪を駆動する電動機のトルク電流を低減させた後再び増加させる再粘着制御を行う。この電気車制御装置は、回転速度を検出する速度検出部と、変化量が、再粘着制御の途中で再びしきい値を超えると、しきい値を超えた時点におけるレールに対する車輪の粘着度合いを示す粘着係数を算出し、算出結果に基づいてトルク電流を調整する調整部と、調整部で調整された実トルク電流に基づいて電動機を駆動する駆動部と、を備える。 According to one embodiment, the electric vehicle control device provides re-adhesion control to reduce and then increase the torque current of the motor driving the wheels when the wheels of the electric vehicle traveling on the rail slip. conduct. This electric vehicle control device has a speed detection unit that detects the rotation speed, and when the amount of change exceeds the threshold value again in the middle of re-adhesion control, the degree of adhesion of the wheel to the rail at the time when the threshold value is exceeded is determined. It includes an adjusting unit that calculates the indicated adhesion coefficient and adjusts the torque current based on the calculation result, and a driving unit that drives the electric motor based on the actual torque current adjusted by the adjusting unit.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is not limited to the present invention.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電気車制御装置の簡略的な構成を示すブロック図である。図1に示す電気車制御装置1は、例えば、電動機101を駆動するVVVF(Variable Voltage Variable Frequency)インバータの中に組み込むことができる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a simplified configuration of the electric vehicle control device according to the first embodiment. The electric
電動機101は、レール121上を走行する電気車の車輪111に連結されている。なお、図1では、一台の電動機101が電気車制御装置1に連結されているが、複数台の電動機101が連結されていてもよい。
The
図1に示す電気車制御装置1は、速度検出部11と、調整部12と、駆動部13と、記憶部14と、フィルタ15と、を備える。
The electric
速度検出部11は、電動機101の回転速度を検出する。本実施形態では、速度センサ(不図示)が電動機101に設置されている。速度検出部11は、この速度センサから出力された速度信号に基づいて電動機101の回転速度を検出する。
The
調整部12は、速度検出部11で検出された電動機101の回転速度の変化量を算出する。この変化量は、車輪111の空転を検知する場合に加速度に相当し、滑走を検知する場合に減速度に相当する。調整部12は、この変化量に基づいて、電動機101のトルク電流を調整する。
The adjusting
駆動部13は、調整部12で調整されたトルク電流に基づいて電動機101を駆動する。駆動部13は、例えば、PWM(Pulse With Modulation)制御を用いて直流電力を交流電力に変換するインバータ回路等を有する。
The
記憶部14は、調整部12の算出データ等の種々のデータを記憶する。フィルタ15は、調整部12と記憶部14との間に設けられている。フィルタ15は、例えば変化率リミッタまたは所定の時定数が設定されたフィルタ回路等で構成され、調整部12から出力された算出データに含まれたノイズ成分を除去する。
The
以下、図2および図3を参照して、本実施形態に係る電気車制御装置1の動作について説明する。図2は、本実施形態に係る電気車制御装置1の動作手順を示すフローチャートである。また、図3は、速度信号とトルク電流の変化を示す図である。
Hereinafter, the operation of the electric
調整部12は、速度検出部11で検出された速度信号PG(図3参照)に基づいて電動機101の回転速度の変化量を算出するたびに、その変化量がしきい値を超えたか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11において、調整部12は、車輪111の空転を検知する場合には加速度を上記変化量として算出する。一方、車輪111の滑走を検知する場合には、調整部12は減速度を上記変化量として算出する。
Each time the adjusting
変化量がしきい値を超えた時点t1(図3参照)で、調整部12は、車輪111の空転または滑走が発生していると判定し、トルク電流を低減させる(ステップS12)。その後、所定の低減時間tdが経過すると(ステップS13)、調整部12は、再びトルク電流を増加させる(ステップS14)。
At the time point t1 (see FIG. 3) when the amount of change exceeds the threshold value, the adjusting
上記のような再粘着制御を行っている途中で、変化量が再びしきい値を超えると(ステップS15)、調整部12は、その時点t2(図3参照)における粘着係数を算出する(ステップS16)。ここで、粘着係数について説明する。
If the amount of change exceeds the threshold value again during the re-adhesion control as described above (step S15), the adjusting
粘着係数は、レール121に対する車輪111の粘着度合いを示すものである。本実施形態では、調整部12は、変化量が最初にしきい値を超えた時点t1におけるトルク電流値Iq1と変化量が再びしきい値を超えた時点t2におけるトルク電流値Iq2との割合(Iq1/Iq2)を粘着係数として算出する。この粘着係数は、車輪111の粘着限界に相当する。
The adhesion coefficient indicates the degree of adhesion of the
粘着係数が調整部12により算出されるたびに、粘着係数はフィルタ15を介して記憶部14に連続的に記憶される(ステップS17)。本実施形態では、フィルタ15によってノイズ成分が除去されるので、粘着係数データを高精度に記憶部14に記憶することができる。
Each time the adhesive coefficient is calculated by the adjusting
その後、調整部12は、記憶部14のデータを学習して、実トルク電流を調整する(ステップS18)。例えば、空転滑走が発生しやすい雨天時等の場合、調整部12は、上記しきい値を晴天時よりも低い値に設定する。また、ステップS18では、調整部12は、記憶部14に記憶された粘着係数に応じて、図3に示す低減時間tdまたはトルク電流の増加率(傾き)kを変化させてもよい。さらに、調整部12は、速度に応じて、しきい値、低減時間およびトルク電流の増加率を変化させてもよい。粘着力は、速度が高いほど悪化する傾向を示すため、速度に応じた係数を掛けて補正を行うことにより、より空転滑走を抑制することが可能となる。
After that, the adjusting
以上説明した本実施形態によれば、電動機101の回転状態の異変が再び起こったときに調整部12が粘着係数を算出することによって、車輪111の粘着限界を把握することができる。また、この粘着係数に基づいて電動機101の実トルク電流が調整される。これにより、車輪111の実際の粘着特性に応じて当該車輪111を駆動する電動機101の駆動条件が調整される。よって、車輪111の空転滑走の抑制化を図ることができる。
According to the present embodiment described above, the adhesion limit of the
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る電気車制御装置の簡略的な構成を示すブロック図である。図4では、上述した第1実施形態に係る電気車制御装置1と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る電気車制御装置2は、速度検出部11ではなくクリープ量算出部21を備えている点で、図1に示す電気車制御装置1と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a simplified configuration of the electric vehicle control device according to the second embodiment. In FIG. 4, the same components as those of the electric
クリープ量算出部21で算出されるクリープ量は、レール121上を走行する電気車の車両速度と、電気車の車輪に連結された電動機101の回転速度との速度差である。上記車両速度は、複数の車輪111のうち、速度の基準となる車輪の回転軸の軸速度に相当する。クリープ量は、換言すると、レール121上における車輪111のすべり量である。
The creep amount calculated by the creep
以下、図5および図6を参照して、本実施形態に係る電気車制御装置2の動作について説明する。図5は、本実施形態に係る電気車制御装置2の動作手順を示すフローチャートである。また、図6は、クリープ量およびトルク電流の変化を示す図である。
Hereinafter, the operation of the electric
クリープ量算出部21が、クリープ量を算出するたびに、調整部12は、そのクリープ量が許容値を超えたか否かを判定する(ステップS21)。車輪111の空転または滑走が発生すると、図6に示すように、その車輪111に連結された電動機101の回転速度Vcと、車両速度Vrefとの差、すなわちクリープ量Crが大きくなる。
Every time the creep
そこで、クリープ量Crが許容値を超えた時点t3で、調整部12は、車輪111の空転または滑走が発生していると判定し、トルク電流を低減させる(ステップS22)。
Therefore, at the time t3 when the creep amount Cr exceeds the allowable value, the adjusting
続いて、調整部12は、上記時点t3における粘着係数を算出する(ステップS23)。本実施形態では、調整部12は、車両速度Vrefに対応する基準トルク電流Iqref(図6参照)と、低減後のトルク電流Iq3(図6参照)との差を粘着係数として算出する。
Subsequently, the adjusting
粘着係数が調整部12により算出されるたびに、第1実施形態と同様に、粘着係数はフィルタ15を介して記憶部14に連続的に記憶される(ステップS24)。その後、調整部12は、記憶部14のデータを学習して、実トルク電流を調整する(ステップS25)。例えば、空転滑走が発生しやすい雨天時等の場合、調整部12は、クリープ量Crが晴天時よりも低くなるようにトルク電流を調整する。さらに、調整部12は、速度に応じて、クリープ量を変化させてもよい。粘着力は、速度が高いほど悪化する傾向を示すため、速度に応じた係数を掛けて補正を行うことにより、より空転滑走を抑制することが可能となる。
Each time the adhesive coefficient is calculated by the adjusting
以上説明した本実施形態によれば、クリープ量Crの異変時に調整部12が粘着係数を算出することによって、車輪111の粘着限界を把握することができる。また、この粘着係数に基づいて電動機101の実トルク電流が調整される。そのため、第1実施形態と同様に、車輪111の空転滑走の抑制化を図ることができる。
According to the present embodiment described above, the adhesion limit of the
なお、本実施形態では、第1実施形態で説明したトルク電流制御を併用してもよい。すなわち、調整部12は、電動機101の回転速度の変化量の異変時およびクリープ量Crの異変時における粘着係数を算出し、その粘着係数に基づいて実トルク電流を調整してもよい。この場合、空転滑走をより一層抑制することができる。
In this embodiment, the torque current control described in the first embodiment may be used in combination. That is, the adjusting
(第3実施形態)
図7は、第3実施形態に係る電気車制御システムの簡略的な構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電気車制御システム3は、複数の電気車制御装置30と、複数の制御端末40a~40nと、を備える。
(Third Embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a simplified configuration of the electric vehicle control system according to the third embodiment. The electric
各電気車制御装置30は、第1実施形態で説明した電気車制御装置1または第2実施形態で説明した電気車制御装置2に相当する。各電気車制御装置30は、複数の制御端末40a~40nと個々に通信可能である。また、制御端末40a~40n同士も通信可能である。電気車制御装置30および制御端末40a~40nは、レール121上で連結された複数の電気車にそれぞれ1台ずつ設置される。本実施形態では、制御端末40aが先頭車両に設置されている。
Each electric
制御端末40aは、図7に示すように、収集部41および分配部42を有する。収集部41はトルク電流を収集する。このトルク電流は、粘着係数に基づいて各電気車制御装置30の調整部12で最適化されたものである。換言すると、収集部41に収集されたトルク電流は、車両単位で最適化されたものである。
As shown in FIG. 7, the
分配部42は、収集部41に収集されたトルク電流および電気車の車両位置に基づいて、複数の電気車制御装置30へのトルク電流の配分を決定する。
The
なお、本実施形態では、収集部41および分配部42は、先頭車両に設置された制御端末40aに設けられているが、これらは制御端末40aの代わりに制御端末40b、40nに設けられていてもよい。
In the present embodiment, the collecting
以下、図8を参照して、本実施形態に係る電気車制御システム3の動作について説明する。図8は、本実施形態に係る電気車制御システム3の動作手順を示すフローチャートである。
Hereinafter, the operation of the electric
まず、制御端末40aの収集部41が、トルク電流を収集する(ステップS31)。ステップS31では、制御端末40b、40nに接続された電気車制御装置30のトルク電流データは、各制御端末を介して制御端末40aに収集される。収集されたトルク電流データは、分配部42に入力される。
First, the collecting
次に、分配部42は、トルク電流の配分を決定する(ステップS32)。一般的に先頭車両の粘着力は、他の車両の粘着力よりも低い傾向にある。すなわち、先頭車両では空転滑走が起こりやすい。そこで、分配部42は、例えば、先頭車両のトルク電流が他の車両のトルク電流よりも低くなるように配分を決定する。
Next, the
なお、ステップS32では、分配部42は、トルク電流データの収集やトルク電流の配分の繰り返しによって、トルク電流をどの程度低減すると車両編成全体で最大の粘着力を得られるか、その重み付けを学習することが望ましい。例えば、分配部42は、最大の粘着力が得られるようにするために、予め設定された基準となるトルク電流に係数(重み付け)を変えることによって、空転滑走が起こりにくい最適なトルク電流の配分を見出してもよい。
In step S32, the
さらに、ステップS32では、分配部42は、先頭車両だけでなく残りの車両についてもどのようなトルク電流の配分にすれば最大の粘着力が得られるか学習することが望ましい。この場合も、分配部42は、車両ごとに上記係数を変えることによって、最適なトルク電流の配分を見出す。
Further, in step S32, it is desirable that the
その後、分配部42は、各電気車制御装置30へ配分に応じたトルク電流を通知する(ステップS33)。このとき、制御端末40b、40nに接続された電気車制御装置30に対し、トルク電流は、各制御端末を介して通知される。各電気車制御装置30は、通知されたトルク電流に基づいて電動機101を駆動する。
After that, the
以上説明した本実施形態によれば、分配部42によって、トルク電流の配分が、各車両の粘着特性に応じて決定される。そのため、車両編成全体として空転滑走の抑制化を図ることが可能となる。
According to the present embodiment described above, the
以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.
1、2、30 電気車制御装置、3 電気車制御システム、11 速度検出部、12 調整部、13 駆動部、14 記憶部、15 フィルタ、21 クリープ量算出部、40a~40n 制御端末、41 収集部、42 分配部、101 電動機、111車輪、121 レール 1, 2, 30 Electric vehicle control device, 3 Electric vehicle control system, 11 Speed detection unit, 12 Adjustment unit, 13 Drive unit, 14 Storage unit, 15 Filter, 21 Creep amount calculation unit, 40a-40n control terminal, 41 Collection Section, 42 distribution section, 101 motor, 111 wheels, 121 rails
Claims (10)
前記電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度の変化量が、前記再粘着制御の途中で再びしきい値を超えると、前記しきい値を超えた時点における前記レールに対する前記車輪の粘着度合いを示す粘着係数を算出し、算出結果に基づいて前記トルク電流を調整する調整部と、
前記調整部で調整された実トルク電流に基づいて前記電動機を駆動する駆動部と、
を備える電気車制御装置。 An electric vehicle control device that performs re-adhesion control to reduce the torque current of the motor that drives the wheels and then increase it again when the wheels of the electric vehicle traveling on the rail slip.
A speed detection unit that detects the rotation speed of the motor,
When the amount of change in the rotation speed exceeds the threshold value again in the middle of the re-adhesion control, an adhesion coefficient indicating the degree of adhesion of the wheel to the rail at the time when the threshold value is exceeded is calculated, and the calculation result is obtained. The adjustment unit that adjusts the torque current based on
A drive unit that drives the motor based on the actual torque current adjusted by the adjustment unit, and
An electric vehicle control device equipped with.
前記クリープ量を算出するクリープ量算出部と、
前記クリープ量が許容値を超えると、前記許容値を超えた時点における前記レールに対する前記車輪の粘着度合いを示す粘着係数を算出し、算出結果に基づいて前記電動機のトルク電流を調整する調整部と、
前記調整部で調整された実トルク電流に基づいて前記電動機を駆動する駆動部と、
を備える電気車制御装置。 An electric vehicle control device that controls an electric vehicle based on a creep amount, which is a difference between the vehicle speed of the electric vehicle traveling on a rail and the rotation speed of an electric motor connected to the wheels of the electric vehicle.
The creep amount calculation unit that calculates the creep amount, and
When the creep amount exceeds the permissible value, an adhesive coefficient indicating the degree of adhesion of the wheel to the rail at the time when the permissible value is exceeded is calculated, and an adjusting unit that adjusts the torque current of the electric motor based on the calculation result. ,
A drive unit that drives the motor based on the actual torque current adjusted by the adjustment unit, and
An electric vehicle control device equipped with.
前記複数の電気車制御装置と個々に通信可能な複数の制御端末と、を備え、
前記複数の制御端末の一つが、
前記複数の電気車制御装置から前記トルク電流を収集する収集部と、
前記収集部で収集された前記トルク電流に基づいて、車両ごとに前記トルク電流の配分を決定する分配部と、
を有する電気車制御システム。 The plurality of electric vehicle control devices according to any one of claims 1 to 7 , which are installed in a plurality of electric vehicles connected by rails.
The plurality of control terminals capable of individually communicating with the plurality of electric vehicle control devices are provided.
One of the plurality of control terminals
A collecting unit that collects the torque current from the plurality of electric vehicle control devices,
A distribution unit that determines the distribution of the torque current for each vehicle based on the torque current collected by the collection unit.
Electric vehicle control system with.
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