JPH053604A - 電気車制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電空協調ブレーキ機能を有する電気車制御装
置において、ブレーキ立ち上がり時と電気ブレーキ失効
時に滑らかな空気ブレーキとの合成が可能なようにす
る。 【構成】 制御装置とブレーキ装置との間に新たに電気
制動電流の立ち上がり時と失効時に、電気制動作用側の
装置において判別可能な電気制動力変化の予測信号によ
る電空切り換え促進信号と称するディジタル信号を設け
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】電空協調ブレーキを実施している
電気車において、電気制動の作用開始時点及び終了時点
での、電気制動と空気制動との合成制動の変動を、可能
な限り少なくし、滑らかな制動力を得るために、電空切
り換えを促進するためのディジタル信号を、電気制動作
用側の装置から空気制動制御装置に出力することにより
可能とした技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３に一例を示す通り、従来技術の電気
制動作用側装置１（以下制御装置と称する）と、空気ブ
レーキ制御装置２（以下ブレーキ装置と称する）との信
号の授受に関するものは、電気制動側の制御において、
電気ブレーキ力指令信号（アナログ）、等価回生ブ
レーキ力信号（アナログ）、電気制動立ち上がり検知
信号（電流値判別ディジタル信号）、の３種類の信号か
ら成り、これらの信号を用いて電空協調のブレーキ制御
を行っている。なお、図面上においては簡略化のため
に、電気制動を電制と略記し、空気制動を空制と略記し
ている。

【０００３】上記の信号のうちはブレーキ装置２から
直接制御装置１に出力する信号であって、ととは制
御装置１からブレーキ装置２への出力信号である。

【０００４】通常、運転士がブレーキハンドル角度で示
したブレーキ力指令は、ブレーキ装置２において上記
の電気ブレーキ力指令信号に変換されて制御装置１に与
えられる。の信号で必要な制動力をアナログ信号で受
信した制御装置１では、指示されたブレーキ力指令に合
致するようように電気制動力を発生する。この場合、主
電動機や制御装置１の各種制約条件や、あるいは回生制
動を実施するものでは架線電圧の状況により、指令され
た制動力を 100％担うことが出来ない場合もある。こう
した場合には、不足制動力分を空気制動力で補う。この
不足分をブレーキ装置２で判断するため、制御装置１よ
り上記の等価回生ブレーキ力信号によって、有効電気
制動力をアナログ信号で出力する。つまり、制御装置１
側で発生している有効電気制動力の瞬時値を出力してい
る。

【０００５】また、上記の電気制動立ち上がり検知信
号は、電気制動力が一定分だけ立ち上がったことを確認
するために、制御装置１から出力するディジタル信号で
あって、通例ブレーキ装置側ではこの信号を受信してい
る間には、上述の制動力を確保するための電気制動力と
空気制動力との双方の加算演算を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】制御上の電車の制動中
の乗り心地に与える影響の大きい問題は、電気制動の立
ち上がりと、逆に電気制動の失効時とにおいて、過渡的
に合成制動力に凹凸が発生する現象である。

【０００７】すなわち、電気制動の立ち上がり時点で
は、先に立ち上がっている空気制動力が、遅れて立ち上
がってくる電気制動力による上記の等価回生ブレーキ
力信号により絞られる。しかし、通常空気制動は空気の
配管経路や機械系装置の動作遅れのため、電気制動より
も動作が遅れることが多く、電気制動開始時にオーバー
ブレーキとなる可能性が高い。

【０００８】一方、電気制動失効時においても同様に、
空気系の遅れのため合成制動力が切り換わり点で弱まる
現象が発生する。

【０００９】これらの問題のため、従来の制御において
は、この立ち上がり及び失効時の切り換えを円滑にする
ために、次のような制御上の考慮を払っている。 〔立ち上がり時の制御〕 電気制動力の発生パターン
をできるだけ緩慢にして、空気制動力の追従を期待す
る。（図４参照） 立ち上がり時のみ上述の等価回生
ブレーキ力信号を意図的に過大出力させ、空気の絞り込
みを早める。（図５参照） 〔失効時の制御〕 電気制動力の発生パターンを、失
効前からできるだけ緩慢に絞り、空気制動力の追従を期
待する。（図６参照） 失効前から、上述の等価回生
ブレーキ力信号を意図的に過少に出力させて、空気制動
力の立ち上がりを早める。（図７参照）

【００１０】以上のような制御上の配慮を行ってはいる
が、各方式とも次のような問題点を有している。 発
生パターンを緩慢にすることにより、有効電気制動力を
制限していることになり、ブレーキシュー等の磨耗増及
び回生電力量の減少等につながる。 等価回生ブレー
キ力信号のレベルを意図的に制御するため、状況により
フェイルセーフ性に劣ることがある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の問題点の解決のた
め、制御装置１とブレーキ装置２との間に新たに電気制
動電流の立ち上がり時と失効時に、電気制動作用側の装
置において判別可能な電気制動力変化の予測信号による
電空切り換え促進信号と称するディジタル信号を設ける
ことを特徴とする。

【作用】

【００１２】制御装置側においては、電気制動立ち上が
り時及び失効時の制御モードを内部的に演算し把握して
いるので、上記の等価回生制動力の発生又は失効する以
前に制御モードの変化が生じることは予想可能である。

【００１３】従って、等価回生制動力の変化する以前
に、制御装置１からブレーキ装置２へディジタル信号を
出力することによって、空気制動側では従来よりも早い
時点で次の動作モードを予測できるため、過渡時の応答
性が向上する。

【実施例】

【００１４】以下、本発明の電気車制御方式の動作につ
いて、回生制動付きインバータ電車の電空協調システム
の実施例につき説明する。図１は本発明による制御装置
１とブレーキ装置２との信号の授受に関する構成図であ
る。図３に示した従来の構成の他に、制御装置１からブ
レーキ装置２に向かう電空切り換え促進信号が追加され
ている。

【００１５】電空切り換え促進信号が、制御装置側の制
御モードのどの時点でどのように出力制御するかを詳細
に説明する。図２は電空切り換え促進信号の出力状況を
示す波形図である。

【００１６】〔立ち上がり時の制御〕電気制動の立ち上
がり時は、制御装置１側において電気制動指令パターン
により電気制動は立ち上がる。電気制動力は当然この電
気ブレーキ力指令パターンが立ち上がることにより発生
する訳であるが、通常このパターンは、ブレーキ指令入
りと同時に、もしくは主回路構成用断流器をその都度投
入するものであれば、その断流器の投入確認信号入りの
時点から立ち上がる。

【００１７】実制動力の発生は、パターン立ち上がり
後、主回路時定数や制御遅れ等により更に遅れ、また空
気制動側が有効電気制動力と判断できる等価回生ブレー
キ出力のレベルに達するまでには更に遅れる。

【００１８】こうした点を考慮し、立ち上がり時の制御
装置１からブレーキ装置２への電空切り換え促進信号の
出力は、ブレーキ指令入り後電気制動指令パターンを発
生する時点で出力することが考えられる。ブレーキ装置
２ではこの信号を受信し、空気ブレーキ圧力を直ちに絞
り始める。その結果、有効電気制動力が発生した時点で
の両ブレーキの良好な協調が確保できる。なお、フェイ
ルセーフ性を確保するために、上記信号の出力から一定
時間経過後に、先に述べた電気制動立ち上がり確認信号
を出力していることを、制御装置１及びブレーキ装置２
において確認することが必要である。

【００１９】〔失効時の制御〕車両の減速に伴って車両
の有する運動エネルギーが減少し、最終的には種々の損
失や効率上から電気制動を終了し、全面的に空気制動に
以降する制御を行う。

【００２０】電気制動力を定常的に制御し得るもので
は、失効前に徐々に電気制動力を絞って、空気制動への
滑らかな移行を考慮しているが、先にも述べたように空
気側の遅れにより一旦合成制動力が弱まることがある。
こうした点からパターンを絞りつつ、主回路構成用断流
器が解放する以前において、本発明のディジタル信号に
よる電空切り換え促進信号を無出力にすることにより、
空気制動の立ち上がりを促進することができる。

【００２１】制御装置１で発生する電気制動力に対する
指令値は、ブレーキ装置２から通常アナログ出力で指令
される。制御装置１側では電気ブレーキ指令値から指定
電流パターンを求め、すべり周波数を設定し、モータ回
転周波数を見ながら、インバータ周波数とそれに対応し
た発生電圧を得るよう動作する。

【００２２】この立ち上がりの過程で、電流パターンを
ジャークコントロール要素により徐々に大きくしていく
が、この電流パターン立ち上がり時に、本発明のディジ
タル信号による電空切り換え促進信号をブレーキ装置２
に出力し、空気制動を絞る。

【００２３】一方、失効時は通常、インバータの発生電
圧をモータ回転数に対応させながら徐々に小さくしてい
き、下限速度に達すると電圧を一定の傾斜で急激に絞り
込むと共に、断流器を解放する。電圧の絞り込み開始時
点はモータ周波数により判断できるため、その周波数よ
りも若干高めの速度域において本発明のディジタル信号
による電空切り換え促進信号を無出力にすることによ
り、空気制動の立ち上がりを促進することが可能であ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の実施により、従来の等価回生ブ
レーキ力信号のみで電空協調ブレーキの制御を実施して
いた方式に比べて、 (1) 空気系の動作遅れを単一のディジタル信号により補
償することができる。 (2) 立ち上がり時と失効時との両方共に同一の信号で対
応できる。 (3) 等価回生ブレーキ力信号に意図的な出力レベル変更
をする手段を適用することが不要となる。 (4) 空気系の動作が適用車種により均一でないのを、唯
一の制御信号で広範囲に補償可能である。 等の特徴によって、従来方式に優る電空協調ブレーキ方
式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の電気車制御方式における電空協
調ブレーキを実施するための制御装置とブレーキ装置と
の信号の授受に関する構成図である。

【図２】図２は本発明の電気車制御方式における電空協
調ブレーキを実施するための電空切り換え促進信号の出
力状況を示す波形図である。

【図３】図３は従来技術の電気車制御方式における電空
協調ブレーキを実施するための制御装置とブレーキ装置
との信号の授受に関する構成図である。

【図４】図４は従来技術の電気車制御方式における電空
協調ブレーキを改善するための電気制動力立ち上がり時
の空気制動力の波形図の一例である。

【図５】図５は従来技術の電気車制御方式における電空
協調ブレーキを改善するための電気制動力立ち上がり時
の空気制動力の波形図の別の例である。

【図６】図６は従来技術の電気車制御方式における電空
協調ブレーキを改善するための電気制動力失効時の空気
制動力の波形図の一例である。

【図７】図７は従来技術の電気車制御方式における電空
協調ブレーキを改善するための電気制動力失効時の空気
制動力の波形図の別の例である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ ブレーキ装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電空協調ブレーキ制御を実施する電気車
   において、電気制動電流の立ち上がり時と失効時に、電
   気制動作用側の装置において判別可能な電気制動力変化
   の予測信号による電空切り換え促進信号を、電気制動力
   作用側装置と空気制動装置との間にディジタル信号とし
   て設けたことを特徴とする電気車制御方式。