JPH07170616A

JPH07170616A - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JPH07170616A
Application number: JP5313494A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mizobuchi; 哲也溝渕; Tsutomu Ozawa; 勉小澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】滑走を抑えながら、常に充分に電気ブレーキ力
の有効利用が図れるようにした遅れ込めブレーキ制御方
式の電気車の制御装置を提供すること。【構成】大粘着係数設定回路７と、小粘着係数設定回路
８とを設け、データラッチ回路１０により制御される切
換回路９により、予め予想される粘着力に応じて大きい
粘着係数と小さい粘着係数とを切換え設定し、最大許容
電気ブレーキ力指令ＤＢm が計算されるようにしたも
の。【効果】列車に滑走の虞れがあるときは、最大許容電気
ブレーキ力の演算に使用する粘着係数が予め低く設定さ
れるので、粘着力が許す範囲で常に最大限の電気ブレー
キ力を発生させながら滑走を抑えることができ、電気ブ
レーキ力の有効利用が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動車と付随車により
列車編成された電気車における遅れ込め方式によるブレ
ーキ制御装置に係り、特に車両走行用の電動機として可
変電圧可変周波数インバータ制御による誘導電動機を用
いた場合に好適な電気車の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両走行用の電動機(主電動機)として、
ＶＶＶＦ(可変電圧可変周波数)インバータ制御による誘
導電動機を用いた電気車では、速度制御が滑らかに得ら
れるので、良好な粘着特性を容易に得ることができる。

【０００３】そこで、特に、このような誘導電動機を主
電動機として用いた電気車では、モータ車(電動車)Ｍ
に、トレーラ車(付随車)Ｔを連結して列車編成された、
いわゆるＭＴ混合編成の電気車の場合には、列車全体で
必要とするブレーキ力を、モータ車の主電動機による電
気ブレーキ(発電ブレーキ、回生ブレーキ)によるブレー
キ力になるべく多く依存し、トレーラ車での空気ブレー
キ(空気圧による摩擦ブレーキ)力への依存は最小限にと
どめるようにした、いわゆる遅れ込めブレーキ制御方式
の採用が一般的である。

【０００４】この遅れ込めブレーキ制御方式では、モー
タ車の動輪での粘着係数μ〔％〕の値を予め想定し、そ
れを設定しておき、この設定してある粘着係数からモー
タ車で得ることができる最大許容電気ブレーキ力を演算
し、そのとき列車で必要としているブレーキ力が、この
最大許容電気ブレーキ力以下の範囲では、トレーラ車の
ブレーキは使用せずに、モータ車での電気ブレーキだけ
で対応するようにした方式である。

【０００５】そして、このとき、何らかの理由によりモ
ータ車の電気ブレーキによるブレーキ力が低下したとき
には、ブレーキ力の不足分は、まずトレーラ車の空気ブ
レーキを作動させて補い、それでも足りないとき、始め
てモータ車の空気ブレーキを作動させるようにして、モ
ータ車の粘着限界を越えないように制御するのが一般的
である。

【０００６】一方、モータ車での空転・滑走時での再粘
着制御方式としては、例えば特開昭５９−１７５３０３
号公報に記載されているように、空転・滑走が検出され
たら主電動機の限流値(最大電流値)を徐々に下げ、これ
でも空転・滑走が収まらず、更に全軸空転・全軸滑走に
至ったときには、限流値を下げたままで一定値に保つ。
そして、全軸の再粘着が確認されたときから限流値を空
転・滑走が検出された時点での値以下に戻すことによ
り、更なる空転・滑走の再発を抑制するようになってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、滑走
の再発を抑制し、ブレーキ距離の増加を抑え、動輪での
フラット発生を防止するという点では、それなりに有効
ではあるが、モータ車での電気ブレーキ力を最大限まで
利用する点について充分に配慮がされているとは言え
ず、電気ブレーキ力の有効利用の点に問題があった。

【０００８】すなわち、従来技術における電気ブレーキ
時での主電動機の限流値の制御は、一般的には運転手の
ブレーキ操作による可変制御になっており、運転手が強
いブレーキ(大きなブレーキ力ノッチ位置)を指令したと
きには大きな限流値になり、弱いブレーキ(小さなブレ
ーキ力ノッチ位置)を指令したときには小さな限流値と
なる。

【０００９】ここで、強いブレーキが指令されている状
態で滑走が検知されたときには、上記したように、限流
値を一律に低下させるようになっているが、この結果、
この後で弱いブレーキが指令された場合には、限流値は
通常の値よりも低い値にされたままになっていることに
なり、ここでは、充分な粘着力が期待できる状態にある
にもかかわらず、得られる電気ブレーキ力としては、滑
走検知前でのブレーキ力よりも小さな値となってしま
い、折角の電気ブレーキ力が有効利用できないのであ
る。

【００１０】本発明の目的は、滑走を抑えながら、常に
充分に電気ブレーキ力の有効利用が図れるようにした電
気車の制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、大小２種の粘着係数を保持した粘着係数
設定手段と、これら２種の粘着係数の一方を選択する選
択手段とを設け、この選択手段により選択された粘着係
数を用いて最大許容電気ブレーキ力を発生するようにし
たものである。

【００１２】そして、このときの大小２種の粘着係数の
選択は、滑走が検出されたときに実行され、このときか
ら停車するまでは小さい方の粘着係数が選択されるよう
にしても良く、スイッチにより切換え操作されるように
しても良い。

【００１３】

【作用】選択手段は、列車に滑走の虞れがあるとき、最
大許容電気ブレーキ力の演算に使用する粘着係数を予め
低く設定するように働く。従って、滑走の虞れのないと
きには、粘着力が許す範囲で常に最大限の電気ブレーキ
力を発生させることができるので、電気ブレーキ力の有
効利用が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による電気車の制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。図１は本発明
の一実施例で、図において、１はブレーキ制御装置、２
はモータ車の制御装置、３は車両重量変換回路、４は掛
算回路、５は低位選択回路、６は電気ブレーキ力制御回
路、７は大粘着係数設定回路、８は小粘着係数設定回
路、９は切換回路、１０はデータラッチ回路、１１はオ
ア(論理和)回路、１２は比較回路である。

【００１５】ブレーキ制御装置１は、遅れ込め制御方式
によるブレーキ制御を実行するためのもので、ハンドル
操作ブレーキ弁などのブレーキ操作器から出力されるブ
レーキ操作信号に応じて、列車全体で必要とするブレー
キ力ＯＢの内、モータ車で発生すべき電気ブレーキ力を
指令する電気ブレーキ力指令ＤＢＣと、車両の荷重状態
を表わす応荷重指令Ｗとを発生し、これらの指令をモー
タ車の制御装置２に供給する働きをする。

【００１６】車両重量変換回路３は、ブレーキ制御装置
１から入力された、一般に空気バネの圧力などにより車
両の質量を検出し、質量の大小によって変化する応荷重
指令Ｗを車両重量信号Ｗ’に変換する働きをする。掛算
回路４は、両重量信号Ｗ’に粘着係数μを乗算すること
により最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm を作成する働
きをする。

【００１７】低位選択回路５は、ブレーキ制御装置１か
ら入力された電気ブレーキ力指令ＤＢＣと、掛算回路４
から入力された最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm の
内、低い値を示している方の指令だけを電気ブレーキ信
号ＤＢとして出力する働きをする。従って、この最大許
容電気ブレーキ力指令ＤＢm よりも大きな電気ブレーキ
力指令ＤＢＣがブレーキ制御装置１から入力されたとき
には、その電気ブレーキ力指令ＤＢＣは無視され、最大
許容電気ブレーキ力指令ＤＢm によるブレーキ力に対応
した電気ブレーキ信号ＤＢが電気ブレーキ力制御回路６
に入力されることになる。

【００１８】電気ブレーキ力制御回路６は、低位選択回
路５から供給された電気ブレーキ信号ＤＢに応じて、図
示してない主電動機駆動装置を制御し、電気ブレーキ信
号ＤＢに対応した電気ブレーキ力が主電動機から発生さ
れるようにする働きをする。

【００１９】従って、この電気ブレーキ力制御回路６
は、電気車がＶＶＶＦインバータ制御による誘導電動機
を用いた、いわゆるインバータ車であるときは、インバ
ータの制御に必要な限流値パターンとすべり周波数パタ
ーン、Ｖ／Ｆパターンなどを設定する装置で構成され、
電気車がチョッパ制御による直流電動機を用いた、いわ
ゆるチョッパ車であるときは、電機子電流パターン、又
は界磁電流パターンを設定する装置で構成されているこ
とになる。

【００２０】大粘着係数設定回路７は、大小２種の粘着
係数の内の大きな方の粘着係数を出力する働きをするも
ので、通常の運転状態のときにモータ車の動輪で期待で
きる比較的大きな、例えば１５％の粘着係数に対応し
て、０.１５という数値が設定保持されているものであ
る。なお、上記したように、この粘着係数μの単位は
〔％〕であるが、この実施例では、掛算回路４での乗算
のために、１５％の粘着係数μについては、０.１５と
して表記している。

【００２１】小粘着係数設定回路８は、大小２種の粘着
係数の内の小さな方の粘着係数を出力する働きをするも
ので、雨天など比較的悪条件のときでもモータ車の動輪
で期待できる比較的小さな、例えば１１％の粘着係数に
対応して、０.１１という数値が設定保持されているも
のである。なお、同じく、この粘着係数μの単位は
〔％〕であるが、この実施例では、掛算回路４での乗算
のために、１１％の粘着係数μについては、０.１１と
して表記している。

【００２２】切換回路９は、半導体素子を用いた電子ス
イッチ回路ＳＷなどで構成され、データラッチ回路１０
の出力に応じて切換動作を行ない、データラッチ回路１
０がセットされているときだけ、図示と反対に接点ａに
切換わり、小粘着係数設定回路８から出力されている
０.１１という比較的小さな値を粘着係数μとして乗算
回路４に供給するが、データラッチ回路１０がリセット
されているときには、図示のように、接点ｂ側に閉じて
いて、大粘着係数設定回路７から出力されている０.１
５という比較的大きな値を粘着係数μとして乗算回路４
に供給する働きをする。

【００２３】データラッチ回路１０は、例えばフリップ
・フロップ回路などの１ビットのラッチ回路で構成さ
れ、オア回路１１の出力によりセットされ、比較回路１
２の出力によりリセットされる。オア回路１１には、図
してない空転・滑走検知器から出力される空転・滑走検
知信号と、これも図してないモード切換スイッチから出
力されるモード設定信号とが入力され、これらの信号の
何れかでも入力されたら出力を発生し、データラッチ回
路１０をセットする働きをする。

【００２４】比較回路１２は、その非反転入力＋に、図
示してない速度検出器から列車の速度を表わす信号が供
給され、反転入力−には、列車の速度が所定の遅い速
度、例えば５Ｋｍ／ｈの速度に対応した信号が供給され
ており、これにより、列車の速度が５Ｋｍ／ｈ以下にな
ったとき出力を発生し、データラッチ回路１０をリセッ
トする働きをする。

【００２５】なお、モード切換スイッチは、電気車の運
転台、又はその近傍に設置してある手動で操作するスイ
ッチで構成されており、このスイッチは、雨天モードス
イッチ、空転・滑走防止モードスイッチの何れかとして
性格付けされているもので良い。また、電気車の運転席
の全面にある窓ガラスにはワイパが設置されているのが
普通であるが、このワイパを操作するスイッチと共通に
したり、これと連動したスイッチで構成してもよい。さ
らに、低加速モードスイッチが設けてあるときには、こ
れと共通、又は連動したスイッチとしても良い。

【００２６】次に、この図１の実施例の全体的な動作に
ついて、図２により説明する。この図２は、本発明の実
施例による電気車が、例えばＳ駅からＶ駅までの３区間
にわたって運転された場合での運転モードを示したもの
で、区間Ｐは力行運転区間、区間Ｂはブレーキ動作区間
を表わし、その他の区間は惰行区間を表わしている。

【００２７】まず、電気車は、Ｓ駅に停車しており、こ
こから、Ｔ駅、Ｕ駅、Ｖ駅を経由して、その先まで運行
されるものとする。ここで、電気車が停車した場合に
は、当然のこととして、その速度は５Ｋｍ／ｈ以下にな
るから、比較回路１２から信号が出力され、データラッ
チ回路１０はリセットされている。そして、この結果、
切換回路９は、接点ａに閉じたままになっている。

【００２８】そこで、いま、列車がＳ駅を出発し、Ｔ駅
に向かって力行中、地点Ｘで空転が発生したとする。そ
うすると、この時点で空転・滑走検知信号が発生され、
この結果、オア回路１１を介してデータラッチ回路１０
のセット入力に信号が与えられるので、データラッチ回
路１０がセットされる。

【００２９】従って、この地点Ｘで電気車に空転が発生
した時点以降、切換回路９は接点ａから接点ｂに切換
り、この結果、乗算回路４には、それまで大粘着係数設
定回路７から与えられていた０.１５という数値に代わ
って、小粘着係数設定回路８から与えられる０.１１と
いう数値が粘着係数μとして入力されるようになり、こ
れにより車両重量信号Ｗ’から最大許容電気ブレーキ力
指令ＤＢm が計算されて低位選択回路５に入力されるよ
うにされる。そして、この状態は、データラッチ回路１
０がリセットされるまで保持される。

【００３０】一方、電気車は、このまま所定の力行運転
と惰行運転により次のＴ駅に向かって走行してゆき、所
定の地点でブレーキ動作区間Ｂに入るが、このときに
は、最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm が粘着係数μ＝
０.１１の状態で演算されているため、どのように大き
なブレーキ操作がされたとしても、このときの粘着係数
μ＝０.１１に対応した電気ブレーキ力よりも大きな電
気ブレーキ力が働くことはない。

【００３１】従って、この実施例によれば、降雨などに
より、粘着力が低下しているときには、それを力行時で
の空転の検知により予想され、予め電気ブレーキ力の計
算に使用される粘着係数μの低下設定に反映されるか
ら、滑走の発生は確実に抑えられ、フラットの発生を確
実に抑えることができる。

【００３２】ここで、遅れ込め制御における電気ブレー
キ力と空気ブレーキ力の負担について、図３により説明
する。この図３は、運転士によるブレーキ操作に対応し
て発生されるブレーキ指令ＢＣと、これに対応した全ブ
レーキ力ＯＢの関係を示した特性図で、ＤＢはモータ車
での電気ブレーキ力、ＡＢはトレーラ車での空気ブレー
キ力を表わす。従ってＯＢ＝ＤＢ＋ＡＢとなる。

【００３３】また、ＤＢm₁₁は粘着係数μ＝０.１１に対
応した最大許容電気ブレーキ力指令で、ＤＢm₁₅は粘着
係数μ＝０.１５に対応した最大許容電気ブレーキ力指
令をそれぞれ表わす。従って、ブレーキ指令ＢＣが最大
許容電気ブレーキ力指令ＤＢm以下の範囲では、全ブレ
ーキ力ＯＢ＝電気ブレーキ力ＤＢとなる。

【００３４】そこで、いま、粘着係数μ＝０.１１の状
態で、最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm₁₁となってい
るとき、つまり、図２で、電気車がＳ駅からＴ駅に向か
って走行している状態で、ブレーキ動作区間Ｂに入った
後、最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm₁₁を越えたブレ
ーキ指令ＢＣが入力された場合には、全ブレーキ力ＯＢ
の内、電気ブレーキ力はＤＢ₁₁までとなり、残りのブレ
ーキ力は、遅れ込め制御により、トレーラ車での空気ブ
レーキ力ＡＢ₁₁が負担することになる。

【００３５】また、粘着係数μ＝０.１５で、最大許容
電気ブレーキ力指令ＤＢm₁₅になっているとき、つま
り、つまり、図２で、電気車がＳ駅からＴ駅に向かって
走行している状態で、地点Ｘでの空転検知がなかった場
合、ブレーキ動作区間Ｂに入った以後、最大許容電気ブ
レーキ力指令ＤＢm₁₅を越えたブレーキ指令ＢＣが入力
された場合には、全ブレーキ力ＯＢの内、電気ブレーキ
力の負担はＤＢ₁₅までとなり、残りのブレーキ力は、遅
れ込め制御により、トレーラ車での空気ブレーキ力ＡＢ
₁₅が負担することになる。

【００３６】図２に戻り、次に、電気車がＴ駅を出発し
てＵ駅に向かったとする。そして、今度は、ブレーキ動
作区間Ｂに入った後の地点Ｙに電気車が達した時点で滑
走が検知されたとする。そうすると、この地点Ｙに電気
車が達した時点でデータラッチ回路１０がセットされる
ので、電気車がブレーキ動作区間Ｂに入って地点Ｙに達
するまでは最大許容電気ブレーキ力指令はＤＢm₁₅にな
っているが、地点Ｙ以後は最大許容電気ブレーキ力指令
ＤＢm₁₁になる。

【００３７】従って、この実施例によれば、とにかく粘
着力の低下が検知されるまでは電気ブレーキ力の計算に
使用される粘着係数μが限度内の上限に設定され、粘着
力の低下が検知されたとき、始めて粘着係数μが低下さ
れることになり、この結果、常に、そのときに期待可能
な粘着力いっぱいまで電気ブレーキ力を働かせることが
できるようになるので、遅れ込めブレーキ制御におい
て、滑走を抑えながら電気ブレーキによるブレーキ力を
充分に有効に活用することができる。

【００３８】ところで、この実施例では、上記したよう
に、モード切換スイッチが設けてあり、これにより、手
動操作によりデータラッチ回路１０をセットして任意に
粘着係数μを低下設定することができるように構成され
ている。そこで、いま、電気車がＵ駅を出発した後、地
点Ｙに達した時点で、降雨などの天候変化、またはその
他の理由により、粘着力の低下が予想されたときには、
運転士が、このモード切換スイッチを操作することによ
り、以後、最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢmを低く設
定することができ、この結果、Ｖ駅に達する前のブレー
キ動作区間Ｂでは、電気ブレーキによるブレーキ力を、
最大許容電気ブレーキ力指令ＤＢm₁₁によるブレーキ力
に抑えておくことができる。

【００３９】従って、この実施例によれば、粘着力の低
下が予測されたときには、それに対応して予め電気ブレ
ーキによるブレーキ力の上限を抑えておくことができ、
この結果、滑走を抑えフラットが生じるのを確実に防止
することができる。

【００４０】なお、以上に説明した実施例では、大粘着
係数設定回路７と小粘着係数設定回路８に設定すべき大
小２種の粘着係数として、０.１５(１５％)と、０.１１
(１１％)がそれぞれ選定されているが、これは一例であ
り、必要な範囲で任意に選定可能なことは言うまでもな
い。

【００４１】通常、この粘着係数の期待値としては、直
流電動機を用いた電気車で抵抗制御の場合は１２.０〜
１４.０〔％〕、電機子チョッパ制御の場合には、１４.
０〜１６.０〔％〕、そして、電機子−界磁チョッパ制
御の場合と、誘導電動機を用いた電気車でインバータ制
御の場合には、何れも１６.０〜２０.０〔％〕と言われ
ている。

【００４２】そこで、大粘着係数設定回路７に設定すべ
き大粘着係数としては、上記した条件に応じて、上記し
た値から選定し、小粘着係数設定回路８に設定すべき小
粘着係数としては、降雨時などでの粘着係数の低下を考
慮して、小さい係数に設定すればよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、降雨時など、粘着力が
低下しているときでも、それを予測した粘着係数の設定
が与えられるから、遅れ込めブレーキ制御の特性を活か
しつつ、常に許容最大電気ブレーキ力の設定が可能にな
り、モータ車での電気ブレーキ力と、トレーラ車での空
気ブレーキ力との調和が適切に得られ、確実に滑走を抑
え、フラットの発生をなくすことができる。

【００４４】また、本発明によれば、列車に必要なブレ
ーキ力が許容最大電気ブレーキ力以下の範囲では、トレ
ーラ車での空気ブレーキ力もモータ車での電気ブレーキ
力で負担できるから、遅れ込めブレーキ制御方式の特長
を充分に発揮でき、電気ブレーキによるブレーキ力を充
分に有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気車の制御装置の一実施例を示
すブロック構成図である。

【図２】本発明の一実施例の動作を説明するための走行
特性図である。

【図３】本発明の一実施例によるブレーキ力の分担を説
明するための特性図である。

【符号の説明】

１ブレーキ制御装置２モータ車の制御装置３車両重量変換回路４掛算回路５低位選択回路６電気ブレーキ力制御回路７大粘着係数設定回路８小粘着係数設定回路９切換回路１０データラッチ回路１１オア(論理和)回路１２比較回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動車に付随車を連結した列車編成の電
気車で、必要とするブレーキ力が予め設定してある電動
車の動輪の粘着係数から演算される最大許容電気ブレー
キ力以下の範囲では、電動車での電気ブレーキによるブ
レーキ力を、付随車のブレーキによるブレーキ力に優先
して利用するブレーキ制御方式の電気車において、大小
２種の粘着係数が保持された粘着係数設定手段と、これ
ら２種の粘着係数の一方を選択する選択手段とを設け、
この選択手段により選択された粘着係数を用いて上記最
大許容電気ブレーキ力を発生するように構成したことを
特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記選択手段
が、上記電動車の空転及び滑走の少なくとも一方を検出
して空転滑走信号を発生する手段と、列車の速度が所定
値以下に低下したことを検出して停車信号を発生する手
段と、上記空転滑走信号によりセットされ、上記停車信
号によりリセットされるデータラッチ手段とを含み、こ
のデータラッチ手段がセットされているときには上記大
小２種の粘着係数の中の小さい方の粘着係数を選択し、
リセットされているときには上記大小２種の粘着係数の
中の大きい方の粘着係数を選択するように構成されてい
ることを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記選択手段
が、電気車の運転台の近傍に設置したモード切換スイッ
チを含み、このスイッチが操作されたときには、上記大
小２種の粘着係数の中の小さい方の粘着係数が選択され
るように構成されていることを特徴とする電気車の制御
装置。
【請求項４】請求項２の発明において、上記モード切
換スイッチが、雨天モードスイッチ、低加速モードスイ
ッチ、空転・滑走防止モードスイッチの何れかであるこ
とを特徴とする電気車の制御装置。