JPH06141403A

JPH06141403A - 車両制御装置及び電気車制御装置

Info

Publication number: JPH06141403A
Application number: JP28416192A
Authority: JP
Inventors: Satoru Horie; 堀江　　哲; Takayuki Matsui; 孝行松井; Yoshihiro Miyaji; 佳浩宮路; Kazuya Suzuki; 一也鈴木
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2796475B2; EP0594130A1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、車両特に電車の空転の発生を
最小限にして、加速性能を犠牲にすることのない制御装
置を提供することにある。【構成】空転検知信号があったときの電動機電流および
その時の車速を、速度毎に記憶し、電車の速度に対して
記憶した電流を指令として電動機を制御するようにし、
かつ、この記憶内容を所定の条件で回復する手段を設け
る。【効果】粘着限界を越えない適切なトルクで電車を加減
速することができ、空転，滑走の発生回数を低減して良
好な乗り心地が得られる。また、天候の回復に伴う粘着
係数の回復に対しても、粘着限界の回復を自動的に行わ
せているので、電車の加速性能を損なうことを防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動輪と動輪踏面との間の
粘着によって走行する車両の制御装置に係り、特に、動
輪の空転を防止する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両の空転を防止する装置として
特開平1−243803 号公報に記載のように、常に車輪とレ
ール間の粘着係数を算定して空転を検知した時点の粘着
係数により算出された電流によって、再粘着後の電流指
令とすることが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、空転が発生すると、一義的に電流指令をその
時点の粘着係数に対応する大きさに下げるので、粘着係
数の最も小さい値に電流指令が収束する。そのため、十
分な加速性能が得られない問題がある。

【０００４】また、電動機の慣性モーメント，加速度，
発生トルク，軸重から粘着係数を算出するため、空転発
生時の慣性モーメントの変化により誤差を持ち、さらに
演算が複雑であるという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、車両の空転の発生を最小
限にして、加速性能を犠牲にすること無く乗り心地の良
い制御ができる車両制御装置を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、簡単な構成で、車両
の空転の発生を最小限にする車両制御装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、車両の動輪
を駆動する駆動手段と、この駆動手段が発生するトルク
を制御するトルク制御手段とを備えた車両制御装置にお
いて、この車両の走行速度帯若しくはこの相当値毎に前
記トルク制御手段に与えるトルク指令若しくはこれに相
当する指令を設け、このトルク指令若しくはこれに相当
する指令を前記速度帯若しくはこの相当値毎に調整する
手段を備えることにより達成される。

【０００８】また、上記他の目的は、電気車駆動用電動
機と、この電動機を制御する電動機制御手段とを備えた
電気車制御装置において、前記電気車の動輪の空転を検
出する手段と、この空転を検出した時点の電動機電流を
電流指令として前記電動機制御手段に与える手段とを備
えることにより達成される。

【０００９】

【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば以下の作用により前記目的が達成される。

【００１０】車輪とレール間のトルク伝達に関する状態
量としては踏面状態を表す粘着係数があり、ここでは粘
着係数に着目する。粘着係数は天候，レールの踏面状
態，曲線及び勾配区間などの線路条件の他、車両速度に
より変化する。そこで、本発明では車両速度帯毎にトル
ク指令を発生する手段を設け、このトルク指令を調整す
るよう構成した。その結果、車輪とレール間のトルク伝
達限界より小さなトルクとなるようにすることができ、
粘着係数が車輪の周速に応じて変化する場合及び粘着係
数が天候等の変化に伴い変化した場合でも、空転の発生
を最小限にしてトルク伝達限界付近のトルクで車両を駆
動することができる。

【００１１】また、電気車が空転した時点の電流を以降
の速度指令とするように構成したので、複雑な計算をす
ることなく、駆動トルクを粘着限界に設定することがで
きる。

【００１２】

【実施例】車輪と踏面間の粘着によって走行する車両に
おいては、空転及び滑走現象は宿命的な問題であり、特
に、鉄道用電気車では、高密度化，車両軽量化が進み、
所定の加減速性能を得るための再粘着制御，空転滑走防
止（粘着）制御が重要となってきた。この問題点を解決
する本発明の一実施例を説明する。

【００１３】図１は本発明による電気車力行時の再粘
着，空転防止（粘着）制御装置を表わす制御ブロック図
である。各部の詳細は、順を追って後述する。

【００１４】架線からパンタグラフ１を介して受電した
直流はＰＷＭインバータ２に供給され、ＰＷＭインバー
タ２は直流電圧を３相の交流電圧に変換し、この交流に
よって電気車駆動用交流電動機（誘導電動機３（同期電
動機でも可））を駆動する。パルスジェネレータ５によ
り検出された誘導電動機３の回転数は、速度演算器７に
入力されロータ周波数ｆｒに変換され、インバータ制御
装置８，電流指令発生器１１及び空転検知器１４に出力
される。

【００１５】また、電流検出器４により検出された３相
交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、電流演算器６に入力され
電動機電流Ｉｍに変換され、インバータ制御装置８及び
粘着制御器９に入力される。

【００１６】電流指令発生器１１はノッチ指令１２，応
荷重指令１３及びロータ周波数ｆｒに基づいて、レール
と車輪踏面間が粘着している状態（非空転時）における
電流指令Ｉｍｐ（誘導電動機３の特性も加味している）
を作成し、比較器２４に出力する。

【００１７】空転の発生回数を減少させる機能を有する
粘着制御器９は、空転検知器１４からの空転検知信号，
回復指令器１５からの回復指令信号，電動機電流Ｉｍ及
びロータ周波数ｆｒに基づいて、空転の再発生を防止す
るに最適な電流指令Ｉｍｍ＊を発生し、比較器２４に出
力する。この粘着制御器９の詳細は後述する。

【００１８】比較器２４は電流指令発生器１１と粘着制
御器９との出力のうち小さい方を選択して、これをＰＷ
Ｍインバータ２が誘導電動機３に対して与える出力電流
指令Ｉｍ＊としてインバータ制御装置８に出力する。

【００１９】インバータ制御装置８は電流指令Ｉｍ＊，
電動機電流Ｉｍ，ロータ周波数ｆｒ及びすべり周波数ｆ
ｓ＊に基づいて、ＰＷＭインバータ２の出力電圧の大き
さを制御する変調率指令Ｖｃ＊とインバータ出力周波数
指令ｆｉ＊＊を演算してPWMインバータ２に出力する。

【００２０】このようなＰＷＭインバータ２を制御する
ブロック図を図２に示した。

【００２１】インバータ制御装置８は加算器８０１，８
０３，８０４、調節器８０２及び変調率演算器８０５か
ら構成される。

【００２２】電流指令Ｉｍ＊と電流検出信号Ｉｍは加算
器８０１に入力されて、これらの偏差を演算して電流調
節器８０２に出力する。電流調節器８０２はこの偏差を
無くすようにすべり周波数を補正する信号を加算器８０
３に出力する。

【００２３】一方、インバータ制御装置８に入力された
すべり周波数指令ｆｓ＊（後述の再粘着制御器から出力
される）とロータ周波数ｆｒは加算器８０４で加算され
てインバータ出力周波数ｆｉ＊となり、加算器８０３に
入力される。

【００２４】加算器８０３は電流調節器８０２の出力と
インバータ出力周波数ｆｉ＊とを加算してインバータ出
力周波数ｆｉ＊＊を変調率演算器８０５に出力する。変
調率演算器８０５はインバータ出力周波数ｆｉ＊＊に応
じて出力電圧の大きさを制御する変調率指令Ｖｃ＊を演
算してＰＷＭインバータ２に出力する。

【００２５】また、スイッチ８１０は、空転が検知され
ると開くように構成されており、空転時に電流制御系の
動作を殺す機能を持つ。

【００２６】ＰＷＭインバータ２はインバータ出力周波
数ｆｉ＊＊及び変調率指令Ｖｃ＊に基づいて可変電圧可
変周波数の交流を出力する。

【００２７】また、このようなＰＷＭインバータ２を制
御するインバータ制御装置８の他の実施例を図６に示し
た。

【００２８】インバータ制御装置８は、後述の図７に示
した再粘着制御装置２１からの電流指令Ｉｍ＊＊，電流
検出信号Ｉｍ及びロータ周波数ｆｒを入力し、加算器８
０６で電流の偏差を演算して電流調節器８０７に出力す
る。電流調節器８０７はこの偏差を無くすようなすべり
周波数指令ｆｓ＊を作成し、加算器８０８に出力する。
加算器８０８では、このすべり周波数指令ｆｓ＊とロー
タ周波数ｆｒとが加算されてインバータ出力周波数ｆｉ
＊を得る。インバータ出力周波数ｆｉ＊はPWMインバー
タ２に出力されると共に、変調率演算器８０９に出力さ
れる。変調率演算器８０９ではインバータ出力周波数ｆ
ｉ＊に比例したインバータ出力電圧Ｖc*を演算してＰＷ
Ｍインバータ２に出力する。

【００２９】次に、空転検知，再粘着制御について図
３，図４及び図７を用いて説明する。空転を検知する手
段としては、様々な手段が提案されているが、空転が検
知されさえすれば本発明においてはいずれを使用しても
差し支えない。ここでは、代表的な空転検知手段及び再
粘着制御手段を上記したインバータ制御装置８及びイン
バータ制御装置に適用した実施例を説明する。

【００３０】図３は、ロータ周波数ｆｒの微分値が所定
値以上になったことで空転を検知し、再粘着を図る制御
ブロック図である。

【００３１】空転検知器２２はロータ周波数ｆｒの変化
率を演算する微分器２２１と比較器２２２で構成され、
比較器２２２は微分器２２１の出力であるロータ周波数
ｆｒの変化率が電車の通常加速度を加味した所定値以上
の場合に空転と判断して空転検知信号を再粘着制御器２
１に出力する。

【００３２】また、図４に電車の非駆動輪の速度との差
に基づいて空転を検出する構成を示す。

【００３３】空転検知器２３は非駆動輪の速度を駆動輪
に等価な速度に換算する車輪径換算器２３１と加算器２
３２と比較器２３３で構成される。加算器２３２は駆動
輪のロータ速度ｆｒと車輪径換算器２３１の出力の偏差
を演算して比較器２３３に出力する。比較器２３３は入
力される偏差と基準値とを比較して空転、滑走検知信号
を演算して再粘着制御器に出力する。

【００３４】再粘着制御器２１の動作を図５を用いて簡
単に説明する。

【００３５】再粘着制御器２１は通常は固定周波数のす
べり周波数指令ｆｓ＊を出力しており、空転検知信号を
時刻ｔ１で受けると予め設定された比率に応じて図２に
示したすべり周波数ｆｓ＊を低減し、駆動輪の再粘着を
図る。時刻ｔ２で空転検知信号がなくなり再粘着が検知
されると、先に絞ったすべり周波数を予め設定された比
率に応じて空転検知前の大きさに回復させる。

【００３６】図２において、空転が検知されると、電流
調節器８０２の出力がスイッチ810によって切られるの
で、結果的にインバータに与えるすべり周波数指令が絞
られることとなる。

【００３７】さらに、図６及び図７を用いて、他のイン
バータ制御装置８における空転再粘着制御の実施例を説
明する。

【００３８】この場合は、すべり周波数指令を絞るので
はなく、電動機電流指令を絞るように構成してある。

【００３９】すなわち、図７において非空転時には電流
指令Ｉｍ＊はその値のままインバータ制御装置８に出力
されるが、空転を検知すると、係数発生器２２によっ
て、係数Ｋが所定の値まで急激に絞られ、掛け算器２３
にて、電流指令Ｉｍ＊と乗算され電流指令Ｉｍ＊＊が作
られ、図６に示したインバータ制御装置８に入力され
る。

【００４０】空転検知信号が有から無に変化すると、係
数発生器２２は所定の割合で係数Ｋを増加させ、この増
加と共に、掛け算器２３の出力である電流指令Ｉｍ＊＊
ももとの電流指令Ｉｍ＊に戻される。

【００４１】ここに示した空転検知器１４は、図３並び
に図４に示したもの以外の空転検知器を用いても同様の
動作が得られる。また、図６及び図７に示した構成にす
ることにより、図１に示したブロック図に多少の変更が
あることは言うまでもない。ところで、このような回復
制御では一時的空転、例えば、レールに油が付着してい
る場合など、に対しては回復したときにはレール面の状
態も回復し再粘着が図れるのであるが、天候が変化して
雨が降った場合においては粘着係数は下がる一方である
ので回復途上で空転が発生し、空転再粘着をくり返し、
電気車としての所望の加速度が得られなくなる。

【００４２】そこで、本発明では、この回復時に再度空
転が発生し、空転検知信号が検知されると、その時点の
インバータ出力電流（電動機電流）を取り込みメモリに
記憶し、以降この記憶された電流を電流指令として電動
機のトルク制御を行う。このようにすることにより、空
転が一時的なものか否かを見分けることができ、無用な
トルクの低下を防止する。

【００４３】さらに、空転検知したときの速度を記憶
し、回復制御時に再空転が発生した時点のインバータ出
力電流（電動機電流）を記憶した速度（帯）における電
流指令として記憶する。このように構成することによ
り、速度帯毎にその速度における粘着（空転しない）限
界の電流指令（トルク指令）が学習されていくので、結
果的に、速度帯毎に空転防止（粘着）制御が実行される
ことになる。従って、所定粘着係数が得られる速度帯に
おいては元々の電流指令（トルク指令）が出力され、得
られない速度帯においては粘着（空転しない）限界の電
流指令が出力されるので、空転を防止しつつ電車の加速
性能の低下を抑えることができる。

【００４４】上記した本発明の空転防止制御の考え方を
図１４の実施例を用いて以下説明する。

【００４５】空転を検出した時点（回復時における空転
若しくは１回目の空転）の電動機速度とトルクを知るこ
とによって、その時の速度に対するレールと車輪踏面間
の粘着係数を知ることができる。

【００４６】電動機のトルクは電動機電流にほぼ比例す
ることから、電動機電流Ｉｍを用いることにより発生ト
ルクが分かる。

【００４７】粘着係数μは、空転時の電動機電流Ｉｍと
通常時の非空転時の電動機電流Ｉmpとの比により次式で
表される。μ₀は通常時の非空転時の期待粘着係数であ
る。 μ＝μ₀＊Ｉｍ／Ｉｍｐ …(１）本発明では、空転を検出した時点のレールと車輪踏面間
の粘着係数μに従って、以降は空転を検出した時点の速
度においては、そのμを越えない大きさのトルクを出力
することによって、空転の発生を防止するようにしてい
る。

【００４８】そこで、踏面状態演算器９０は、空転時の
粘着係数μと通常時の非空転時の期待粘着係数μ₀との
比に相当する空転時の電動機電流Ｉｍと通常時の非空転
時の電動機電流Ｉｍｐとの比ｘを、空転を検出した時点
の速度に対して記憶するようにしている。空転を検出し
た時点の車両速度は、空転検知信号とロータ周波数ｆｒ
から得られる。

【００４９】ロータ周波数ｆｒに対して、記憶している
ｘを乗算器１０に出力する。乗算器１０では、電流指令
Ｉｍ＊を次式により演算する。

【００５０】Ｉｍ＊＝Ｉｍｐ＊×＊Ａ …(２）Ａ≦１ …(３）ここに、Ａは空転を検出した時点のレールと車輪踏面間
の粘着係数μを越えない大きさのトルクを出力するため
の係数である。

【００５１】この電流指令Ｉｍ＊を用いれば、さらにそ
の速度帯における粘着係数が低下しなければ空転は発生
しない。以上が空転防止制御の考え方であるが、現実的
には踏面状態演算器９０を用いずに、図１の実施例に示
した粘着制御器９のように空転を検知したときの電動機
電流Ｉｍを速度帯毎に記憶し、以降、この電流値を電流
指令Ｉｍｍ＊とする。図１，図８及び図９を参照して本
発明の動作を説明する。

【００５２】図８において（ａ）は電流指令Ｉｍｐ、
（ｂ）はすべり周波数指令ｆｓ＊、（ｃ）は電動機電流
（あるいはインバータ出力電流）、（ｄ）はロータ周波
数ｆｒ、（ｅ）は空転検知信号である。なお、理解しや
すくするために、回復制御（すべり周波数ｆｓ＊戻し）
時に空転した時の電流を指令とするのではなく、現実的
ではないが、最初の空転時の電流を指令とする場合を示
した。

【００５３】空転が発生すると、ロータ周波数ｆｒは
（ｄ）のように急変する。この変化を前述した空転検知
器が検知して、空転検知信号を出力する。

【００５４】この空転検知信号によりロータ周波数ｆｒ
と電動機電流を粘着制御器９に取り込む。また、再粘着
制御器２１の動作により、（ｂ）に示すようにすべり周
波数ｆｓ＊を急激に低下させ、駆動輪の再粘着を図る。

【００５５】再粘着後は再粘着制御器の動作により、す
べり周波数ｆｓ＊が徐々に回復し、これに伴い電動機電
流も取り込んだ電流値まで増加する。その結果、電流指
令は、速度帯に対して（ａ）に示す破線のように与えら
れる。

【００５６】このようにして、粘着制御器９のメモリに
は、図９に示すような速度帯に対する電流指令が記憶さ
れる。以降、この速度帯毎の電流指令に従って電動機制
御される。

【００５７】速度帯及びは、Ｉｍ２，Ｉｍ５よりさ
らに低い電流値Ｉｍ３，Ｉｍ５が記憶されているが、同
一速度帯にてＩｍ２，Ｉｍ５で走行していたところ再度
空転が発生しその時点の電動機電流を記憶したためであ
る。

【００５８】図１１に本発明の空転再粘着，空転防止
（粘着）制御のフローチャートを示した。

【００５９】ステップ１０１０は速度と電流の検出値を
デジタル量に変換処理する。ステップ１０２０は力行と
回生ブレーキ運転の判定を行い、力行運転時には、空転
検知のための演算の処理を行う。回生ブレーキ運転時に
は、後述するが、ステップ１１１０の速度帯に対する電
流比の最小値を読みだして、これを回生電流指令とす
る。

【００６０】ステップ１０３０で空転でないことが判定
され、再粘着制御中でない場合、ステップ１０５０で速
度帯にある電流指令値（ステップ１１１８で記憶され
た）と電流指令発生器１１で作られた電流指令のうち小
さい方が電流指令として選択される。そして、ステップ
１０６０，１０７０及び１０８０で所定のインバータ制
御処理が実行される。

【００６１】さて、ステップ１０３０で空転が検知され
ると、ステップ１１１２でＦＬＡＤが１か否か判定さ
れ、この場合１ではないのでステップ１１０５に進む。
ここで、ＦＬＳＤ＝１のフラグをセットした後、ステッ
プ１１０６にてすべり周波数を減少させて再粘着制御を
実行する。

【００６２】このループを繰り返しているうちに再粘着
され、ステップ１０３０からステップ１０４０に進む
と、ＦＬＳＤは１であるので、ステップ１１０１にてす
べり周波数を戻す作業が実行される。ステップ１１０２
で電動機電流値が指令よりも小さいことを判定される
と、ステップ１１０４にてＦＬＡＤ＝１がセットされ、
このループ（１０４０，１１０１，１１０４）が繰り返
される。

【００６３】さて、この回復制御中に再び空転が検知さ
れると、ステップ１１１２を介してステップ１１１４に
進む。このステップ１１１４から１１１８にて、前述の
速度帯毎の電流指令を作成する。再び再粘着制御を実行
した後、ステップ１１０２にて先の電流指令値まで電動
機電流が上昇したことを確認してＦＬＳＤ，ＦＬＡＤを
０にする（ステップ１１０３）。

【００６４】なお、本発明をより実用的な観点からマイ
クロコンピュータ，メモリを用いて構成すると、粘着制
御器９は記憶する速度を所定の大きさに分割して、分割
した速度帯に対して空転時の電動機電流Ｉｍを記憶する
のが良い。

【００６５】この速度帯の大きさは、細かくするほど実
際のレールと車輪踏面間の粘着状態を詳細に検知するこ
とになり、電車の加速度をその時のμに応じて限度一杯
に利用できる。その反面、状態を検知するためには空転
させなければならないので、分割数に比例して必然的に
空転回数も増加し、加速度が低下してしまう。

【００６６】従って、電車の加速度を損なわない程度に
して、空転回数をできるだけ少なくするように速度帯を
分割するのが良い。例えば、最高速度が１００km／ｈ電
気車であれば速度帯を４分割して２０km／ｈにすること
が望ましい。

【００６７】また、速度帯は、等間隔である必要はなく
電車の路線特性に合わせて設定することができる。

【００６８】ところで、上記のように電流指令を減少さ
せたままにしておくと粘着状態が回復したとき所望のト
ルクが得られなくなるので、本発明では減少した電流指
令を回復させる手段を設けている。この回復は、再粘着
制御器２１のように速やかに回復するものではなく以下
に説明する条件に応じて緩やかに回復させる。

【００６９】この動作について説明する。レールと車輪
踏面間の粘着状態は、カーブや勾配等によっても変化
し、空転を検出した時点のレールと車輪踏面間の粘着係
数μの大きさを、いつまでも保持すると、走行区間内の
粘着係数μの最低値に収束し、電車の加速度が得られな
くなる場合がある。また、雨が止み，レールと車輪踏面
間の粘着係数μが回復すると、それに応じて記憶した電
流指令Ｉｍｍ＊（粘着係数μあるいは空転時の電動機電
流Ｉｍと通常時の非空転時の電動機電流Ｉｍｐとの比
ｘ）を回復させることにより、電車の加速度を空転して
いない通常時の大きさに回復することができる。

【００７０】そこで、本発明では、回復指令信号発生器
１５から粘着制御器９の記憶内容を所定の大きさに回復
させる信号を与えるようにしている。回復指令信号発生
器１５は、回復が早過ぎると空転の発生頻度が高くな
り、遅過ぎると加速度が得られなくなるため本発明の重
要な機能の一つである。

【００７１】以下、図１０を参照して説明する。

【００７２】図１０において、（ａ）は電車の停止駅、
（ｂ）は電車の速度、（ｃ）は空転検知信号、（ｄ）〜
（ｇ）は本発明に関する回復指令信号である。

【００７３】（ｄ）は非空転時に所定の比率で時間に対
して回復させる信号であり、（ｅ）は電車が駅に停止し
た時に所定の割合で回復させる信号であり、（ｆ）は電
車の折り返し運転時に所定の割合で回復させる信号であ
り、（ｇ）は運転指令のノッチオフ時に所定の割合で回
復させる信号である。以下、説明する。

【００７４】（ｄ）非空転時の回復走行区間の路線条件の違いによる差および天候の回復な
どによる粘着係数の増加に対応させるもので、力行期間
中の時間に対して、数Ａ／秒の割合（例えば、定格電流
２００Ａ／モータでは５Ａ／秒）で、速度帯に無関係に
全メモリの記憶値を一律に増加して回復する。

【００７５】（ｅ）電車が駅に停止している時の回復例えば、非空転時の期待粘着係数に対して５０％程度に
電流指令が低下している場合に、その後空転を起こさな
いで順調に回復するとしたとき、５〜１０駅間で全回復
するように回復の割合を設定する。この駅間の数は電車
の路線条件から設定する。

【００７６】（ｆ）折り返し運転時の回復勾配，曲線などの路線条件の違いに対応させるもので、
速度帯に対する全メモリの記憶値を９０〜１００％まで
一気に回復させるものである。従って、折り返し運転で
は、再度、速度帯に対して、踏面状態に応じた電流指令
を学習し直すようにしている。

【００７７】（ｇ）ノッチオフ時の回復長距離近郊型の電車では、惰行運転時間が長く、この間
に粘着状態が変化している場合も考えられる。このよう
な場合にノッチオフ時に数１０％回復させることによっ
て再力行時の加速力低下を解消する。

【００７８】本実施例では、回復指令信号として（ｄ）
〜（ｇ）を電車の路線状態に応じて組み合わせて用いる
ようにしている。

【００７９】図１２に本実施例を適用しない場合と適用
した場合の力行運転時の加速特性の実測値を示した。路
面条件は、駅発車直後１０0／00 の登り勾配，散水。車
両条件は、４両が電動車（１インバータ４個モータ制
御），４両が付随車の８両編成（４Ｍ，４Ｔ）で、１ユ
ニットをカット（満車を想定し３Ｍ，５Ｔ）して試験し
た。

【００８０】（ａ）は本発明を適用しない場合、（ｂ）
は本発明を適用した場合である。この両者の比較より、
本発明を適用した（ｂ）では、電流指令がこの走行区間
の前において、踏面状態に適した大きさを速度帯毎に記
憶しているので、速度の増加に伴って変化し、空転の発
生回数を低減することができる。

【００８１】その結果、電動機に供給する電流の時間平
均の大きさも増加し、同一の区間を走行した場合でも、
加速時間を短縮することができる。

【００８２】以上は、力行時における空転再粘着・空転
防止（粘着）制御について説明したが、回生運転時の滑
走再粘着制御についても説明する。

【００８３】図１３に回生ブレーキ運転時の制御構成を
示した。

【００８４】誘導電動機３が発生した回生電力は、ＰＷ
Ｍインバータ２によって直流に返還されてパンタグラフ
１を介して架線に戻される。

【００８５】また、電流検出器４により検出された３相
交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、電流演算器６により電動
機電流Ｉｍに変換されて出力される。電流指令発生器１
７はブレーキ力指令１６とロータ周波数ｆｒに基づいて
演算されたブレーキ電流指令Ｉｍｂ１を比較器１８に出
力する。電流指令発生器１９は応荷重指令１３に基づく
ブレーキ電流指令Ｉｍｂ２を出力する。比較器２０は粘
着制御器９に記憶している力行運転中に検知したレール
と車輪踏面間の最小の粘着係数を示す電動機電流である
値を電流指令Ｉｍｍ＊ｍｉｎを出力する。

【００８６】比較器１８はブレーキ電流指令Ｉｍｂ１，
ブレーキ電流指令Ｉｍｂ及び電流指令Ｉｍｍ＊ｍｉｎを
比較して最小の値をブレーキ電流指令Ｉｍ＊として可変
電圧可変周波数の制御器８に出力する。

【００８７】可変電圧可変周波数の制御器８は電流指令
Ｉｍ＊と電動機電流Ｉｍとロータ周波数ｆｒに基づい
て、ＰＷＭインバータ２の出力電圧の大きさを制御する
変調率指令Ｖｃと周波数指令ｆｉを演算してＰＷＭイン
バータ２に出力する。

【００８８】回生ブレーキ運転時においても、力行運転
時と同様に滑走を検知して、この時の車輪とレール間の
トルク伝達限界をインバータの出力あるいは入力から演
算して、滑走を検知した時の速度に対応させて記憶する
ようにして、インバータの出力を、速度に応じてこの記
憶された車輪とレール間のトルク伝達限界より小さなト
ルクとなるように制御することで、滑走回数を低減する
ことができる。

【００８９】しかしながら、ブレーキ力は電気ブレーキ
力と空気ブレーキ力の和で与えられる（電空併用）た
め、力行時のように車輪とレール間のトルク伝達限界を
正しく検知することが難しい。また、再粘着と滑走を繰
り返すと空気ブレーキと電気ブレーキの時間遅れによっ
て、前後振動が発生して乗り心地が悪くなる場合があ
る。

【００９０】そこで、本発明では空気ブレーキと電気ブ
レーキのブレーキ力のやり取りの回数を低減するため
に、回生運転時には力行運転時に車輪とレール間のトル
ク伝達限界をインバータの出力あるいは入力から演算し
て求めた大きさの最小値を比較器２０で求めて適用する
ようにしている。

【００９１】また、ブレーキ力指令１６は粘着限界に対
して大きい場合と小さい場合があり、本実施例では比較
器１８において、粘着限界より小さい場合には電流指令
演算器１７の出力Ｉｍｂ１をブレーキ電流指令Ｉｍ＊と
するようにしている。逆に、ブレーキ力指令１６は粘着
限界に対して大きい場合には力行運転時に検知した粘着
限界の最小値に相当するブレーキ電流指令Ｉｍｂ２をブ
レーキ電流指令Ｉｍ＊として出力するようにしている。

【００９２】その結果、回生運転時に発生する滑走回数
を低減して乗り心地を改善することができる。なお、ブ
レーキ力指令に対する電気ブレーキ力の不足分は非駆動
軸の空気ブレーキ力で補われるので、電車としてのブレ
ーキ力は満足される。

【００９３】以上本発明の最適な一実施例を説明した。
次に図示しないが他の実施例を説明する。

【００９４】図１に示した第１実施例の速度を、従輪に
取り付けた速度検出器の出力を演算する速度演算器から
得られる速度としても構わない。第１実施例の駆動輪の
速度は空転発生時に、電動機の速度が電気車の速度と不
一致となり、速度に対する粘着係数の関係に誤差を生じ
るが、従輪の速度を電流指令演算器６と粘着制御器９に
入力するようにすると、従輪速度と電気車の速度と一致
するので改善することができる。

【００９５】なお、以上の実施例では電流指令をトルク
を制御する操作量として説明したが、例えば、交流電動
機のベクトル制御のようにトルクを制御する操作量がト
ルク指令あるいはトルク電流指令であるものにおいて
は、これらトルク指令，トルク電流指令に対して本発明
を適用して同様の効果があり、これらも、本発明の範囲
である。

【００９６】また、以上の実施例は、インバータを用い
て説明したが、直流機を駆動するチョッパ制御装置，交
流を入力して直流機を駆動する位相制御装置，交流を入
力してコンバータで変換してさらにインバータで誘導電
動機を駆動する装置，エンジンを駆動源とする自動車，
ディーゼル機関車等にも用いることができるのはいうま
でもない。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、空転検知時の車両が出
力しているトルクを、以降のトルク指令とすることによ
って、粘着限界を越えない適切なトルクで車両を加速す
ることができ、空転の発生回数を低減して良好な乗り心
地が得られる。また、天候の回復等に伴う粘着係数の回
復に対しても、所定の条件において回復を自動的に行わ
せているので、車両の加速性能を損なうことを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御ブロック図。

【図２】インバータ制御装置の概略を示す制御ブロック
図。

【図３】空転再粘着制御装置の構成を示す制御ブロック
図。

【図４】他の空転再粘着制御装置の構成を示す制御ブロ
ック図。

【図５】再粘着制御装置の動作を説明する特性図。

【図６】インバータ制御装置の他の実施例の概略を示す
制御ブロック図。

【図７】図６に記載されたインバータ制御装置に適用す
る空転再粘着制御装置の構成を示す制御ブロック図。

【図８】本発明の動作原理を説明する特性図。

【図９】本発明の粘着制御器９の動作を示す特性図。

【図１０】本発明の回復手段の条件を説明するタイムチ
ャート図。

【図１１】本発明のフローチャート図。

【図１２】本発明の実施例の効果を説明する特性図。

【図１３】本発明の回生制御時の滑走再粘着制御を示す
ブロック図。

【図１４】本発明の考え方を説明する実施例を示す図。

【符号の説明】

２…ＰＷＭインバータ、３…誘導電動機、４…電流検出
器、５…速度検出器、８…インバータ制御装置、９…粘
着制御器、１１…電流指令演算器、１２…ノッチ指令、
１３…応荷重指令、１４…空転検知信号、１５…回復指
令信号、１６…ブレーキ力指令、１８…比較器、１９…
電流指令発生器、２０…比較器、２１…再粘着制御器、
２４…比較器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮路佳浩茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者鈴木一也東京都千代田区神田駿河台四丁目３番地日立テクノエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の動輪を駆動する駆動手段と、この駆
動手段が発生するトルクを制御するトルク制御手段とを
備えた車両制御装置において、この車両の走行速度帯若
しくはこの相当値毎に前記トルク制御手段に与えるトル
ク指令若しくはこれに相当する指令を設け、このトルク
指令若しくはこれに相当する指令を前記速度帯若しくは
この相当値毎に調整する手段を備えた車両制御装置。
【請求項２】電気車駆動用電動機と、この電動機を制御
する電動機制御手段とを備えた電気車制御装置におい
て、前記電気車の動輪の空転を検出する手段と、この空
転を検出した時点の電動機電流を電流指令として前記電
動機制御手段に与える手段とを備えた電気車制御装置。
【請求項３】電気車駆動用電動機と、この電動機を制御
する電動機制御手段とを備えた電気車制御装置におい
て、前記電気車の動輪の空転を検出する手段と、この空
転検出信号があったことに応動して再粘着，回復指令を
前記電動機制御装置に出力する手段と、この回復制御時
に再度空転を検出したとき、空転を検出した時点の電動
機電流を電流指令として前記電動機制御手段に与える手
段とを備えた電気車制御装置。
【請求項４】電気車駆動用電動機と、この電動機を制御
する電動機制御手段とを備えた電気車制御装置におい
て、前記電気車の速度帯若しくは相当値毎に前記電動機
制御装置に与える電流指令を発生する手段と、前記電気
車の動輪の空転を検出する手段と、この空転があったこ
とに応動して、この時の電気車の速度に対応した前記電
気車の速度帯若しくは相当値の電流指令を調整する手段
とを備えた電気車制御装置。
【請求項５】電気車駆動用誘導電動機と、この誘導電動
機に可変電圧可変周波数の交流を供給するインバータ
と、前記電動機電流の指令と前記電動機電流の偏差に基
づいてすべり周波数指令を発生する手段と、このすべり
周波数指令と前記誘導電動機の回転周波数とを加算して
インバータ周波数指令を得る手段とを備えた電気車制御
装置において、前記電気車の動輪の空転を検出する手段
と、この空転検出時点の前記電動機電流検出値を前記電
動機電流指令にする手段とを備えた電気車制御装置。
【請求項６】請求項５において、前記電動機電流指令を
前記電気車が力行中に所定の割合で回復させる手段を備
えた電気車制御装置。
【請求項７】請求項５において、前記電動機電流指令を
前記電気車が駅に停車したとき所定量回復させる手段を
備えた電気車制御装置。
【請求項８】請求項５において、前記電動機電流指令を
前記電気車が折り返し駅に停車したとき全量回復させる
手段を備えた電気車制御装置。
【請求項９】請求項５において、前記電動機電流指令を
前記電気車がノッチオフしたときに所定量回復させる手
段を備えた電気車制御装置。
【請求項１０】電気車駆動用誘導電動機と、この誘導電
動機に可変電圧可変周波数の交流を供給するインバータ
と、前記電動機電流の指令と前記電動機電流の偏差に基
づいてすべり周波数指令を発生する手段と、このすべり
周波数指令と前記誘導電動機の回転周波数とを加算して
インバータ周波数指令を得る手段と、前記電気車の動輪
の空転を検出する手段と、空転の検出があったとき前記
すべり周波数指令を減少させる手段と、このすべり周波
数指令を回復させる制御手段とを備えた電気車制御装置
において、前記すべり周波数指令を回復させる制御を行
っている期間中に空転が検出されたとき、この時点の電
気車の走行速度に対応した領域にこの時点の前記電動機
電流を記憶する手段と、この速度領域に記憶された電流
値をこの速度領域における前記電動機電流指令とする手
段を備えた電気車制御装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記電動機電流指
令を前記電気車が力行中に所定の割合で回復させる手段
を備えた電気車制御装置。
【請求項１２】請求項１０において、前記電動機電流指
令を前記電気車が駅に停車したとき所定量回復させる手
段を備えた電気車制御装置。
【請求項１３】請求項１０において、前記電動機電流指
令を前記電気車が折り返し駅に停車したとき全量回復さ
せる手段を備えた電気車制御装置。
【請求項１４】請求項１０において、前記電動機電流指
令を前記電気車がノッチオフしたときに所定量回復させ
る手段を備えた電気車制御装置。
【請求項１５】電気車駆動用誘導電動機と、この誘導電
動機に可変電圧可変周波数の交流を供給するインバータ
と、前記電動機電流の指令と前記電動機電流の偏差に基
づいてすべり周波数指令を発生する手段と、このすべり
周波数指令と前記誘導電動機の回転周波数とを加算して
インバータ周波数指令を得る手段と、前記電気車の動輪
の空転を検出する手段と、空転の検出があったとき前記
すべり周波数指令を減少させる手段と、このすべり周波
数指令を回復させる制御手段とを備えた電気車制御装置
において、前記すべり周波数指令を回復させる制御を行
っている期間中に空転が検出されたとき、この時点の電
気車の走行速度に対応した領域にこの時点の前記電動機
電流を記憶する手段と、この速度領域に記憶された電流
値をこの速度領域における前記電動機電流指令とする手
段と、この電気車が回生ブレーキ制御時、前記電動機電
流指令を前記記憶された電流値のうち最小の値を電流指
令とするようにした電気車制御装置。