JPH0736641B2

JPH0736641B2 - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JPH0736641B2
Application number: JP63071866A
Authority: JP
Inventors: 忍保川; 朝紀渡邉
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPH01248907A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は電気車の空転または滑走を速やかに検知して
車輪を再粘着せしめるとともに、そのときどきに得られ
る車輪とレール間の粘着力に極力近いトルクを主電動機
で発生させるようにして、高加減速性能の実現とフラッ
トの発生防止を図ることを目的とした電気車の制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来の電気車の制御装置を示す制御系のブロッ
ク図である。図において、11,12,…,1nは車軸（図示せ
ず）または主電動機軸（図示せず）に取り付けられた速
度発電機（図示せず）から送られる速度信号、Ｓα₁〜
Ｓαｎは速度信号11〜1nから速度の時間微分値すなわち
加速度または減速度を演算する加速度演算器、Ｐは電気
車が力行中であることを表わす力行情報、Ｂは電気車が
ブレーキ中であることを表すブレーキ情報、Ｓα₀は力
行情報Ｐまたはブレーキ情報Ｂを用いて電気車が力行中
かブレーキ中であるかに応じて基準加速度（ブレーキ中
の場合は基準減速度）を発生する基準加速度発生器、MA
Xは軸速度11〜1nの中の最大速度Vmaxを検出する最大速
度発生器、MINは軸速度11〜1nの中の最小速度Vminを検
出する最小速度発生器、GVsは基準速度発生器、SV₁〜SV
nは速度差演算回路、SV₀は基準速度差設定器、COMα₁〜
COMα_n，COMV₁〜COMV_nは比較器、OR1,OR2はオアゲー
ト、21〜2nは加速度情報、31〜3nは軸加速度超過信号、
41〜4nは速度差信号、51〜5nは速度差超過信号、Slaα
は加速度差超過による空転検知信号、SlaΔＶは速度差
超過による空転検知信号、６は基準速度差信号、７は基
準加速度信号、Vsは基準速度信号、Tcは加速度差超過に
よる空転検出信号Slaαと速度差超過による空転検知信
号SlaΔＶによって主電動機（図示せず）の出力電圧及
び電流の制御によって電気車の発生トルクを制御する主
電動機トルク制御器である。

上記のように構成された従来の電気車の制御装置の動作
を次に述べる。

電気車が力行中に空転が発生した場合、そのまま放置し
ておくと空転が発散してレールと車輪間の粘着係数が著
しく低下し、所要の加速力が得られなくなるので、空転
を検知してトルクを低下させ、再粘着させるあるいは微
小な空転の範囲に維持させる再粘着制御を行うことが必
要となる。そのため、加速度演算器Ｓα₁〜Ｓαｎによ
って加速度を常時演算しており、この加速度と基準加速
度発生器Ｓα₀において発生させた基準加速度信号７と
の比較を比較器COMα₁〜COMαｎにおてい行い、加速度
が基準値７を超過すると軸加速度超過信号31〜3nを発生
させる。そして軸加速度超過信号31〜3nのいずれかが発
生した場合この信号をオアゲートOR1を経由して主電動
機トルク制御器Tcへ送りトルクの低減による再粘着制御
を行う。このほかに速度差による空転検知を併用する場
合については基準速度発生器GVsにおいて力行情報Ｐが
「１」であることから最小速度発生器MINで発生した最
小速度Vminを基準速度Vsとして出力するので、この基準
速度Vsと各軸速度11〜1nとの差速度を速度差演算回路SV
₁〜SV_nで検出し、基準速度差信号６と比較器COMV₁〜COM
V_nで比較し、基準速度差信号６を超過した場合その信号
（51〜5nのいずれか）をオアゲートOR2を経由して速度
差超過による空転検知信号SlaΔＶとして主電動機トル
ク制御器Tcへ送信し、この信号によっても主電動機トル
ク低減の制御を行う。また、この場合基準速度Vsによっ
てもTcにおいてトルク制御を行い再粘着制御を行う。

このように加速度と場合によっては速度差とを検知する
ことによって主電動機のトルク制御を行い、空転を発生
した軸を再粘着せしめるための制御を従来行っている。
この加速度の設定値は、一般的に平坦線上における電気
車の加速度や最大性能が3.0km/h/sと設計されている場
合、勾配区間における加速度の増大や軸速度検出誤り等
を考慮して、設計値の２〜３倍である６〜9km/h/s程度
に設定されている。このため加速度検知による再粘着制
御のみによる場合、設定値に至らない空転が持続する
と、大きな空転を発生し、レール車輪間の粘着係数を著
しく低下させてしまい、所定の加速度が得られず、列車
の運行面で支障をきたす場合が生ずるほか、場合によっ
ては大きなフラットを発生させ、騒音振動面で悪影響を
与えることがある。また速度差検出による再粘着制御を
併用する場合であっても、全軸空転が発生すると空転の
検出がやはり大きく遅れて上記と同様の現象が発生して
しまい、有効な再粘着制御手段となり得ないのが現状で
ある。

またブレーキの場合にはブレーキ情報Ｂが「１」となる
ことにより、最大速度発生器MAXが出力する最大速度Vma
xを基準速度発生器GVsが基準速度Vsとして発生する点が
力行の場合と異なるが、その他の動作は同じであり、し
たがって力行の場合同様の現象を生じ、有効な再粘着制
御が得られない。

この発明は上記のような問題点を解決するために、列車
の絶対速度を検出し、全軸空転や滑走が生じた場合で
も、検出した絶対速度を用いて基準速度を発生しその時
々のレール車輪間の粘着係数に近いトルクを主電動機で
発生するように制御し、利用粘着力の向上を図り、もっ
て加減速性能を向上させるとともに、車輪のフラット発
生のない車両走行を実現する電気車の制御装置を提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は、複数の車軸の
軸速度を速度発電機によってそれぞれ検出し、さらにこ
れらの速度を時間微分して加速度あるいは減速度を検出
し、上記複数の軸速度と加速度を用いて空転または滑走
を検出して主電動機の発生トルルを絞る制御を行う電気
車の制御装置において、上記加速度もしくは減速度と基準加速度もしくは基準減
速度との比較、加速度もしくは減速度の時間微分のジャ
ークと基準ジャークとの比較、または軸速度の最大値も
しくは最小値を基準速度して、軸速度と基準速度の差よ
り求めた速度差と基準速度差との比較により、各車軸の
空転や滑走を検知する手段と、上記速度発電機とは別の車体の前後方向加速度センサ
と、この前後方向加速度センサ出力を時間積分することによ
って速度を検出する手段と、上記加速度センサ出力の時間積分によって検出した速度
が電気車の走行速度より偏移するのを防止するため、前
記空転や滑走を検知する手段が全軸とも空転または滑走
を検知している場合を除いて、非空転または非滑走軸の
前記速度発電機によって検出した軸速度のいずれかを用
いて、上記加速度センサ出力の時間積分によって検出し
た速度を較正する手段と、前記空転や滑走を検知する手段が全軸とも空転または滑
走を検出した時点以降いずれかの車軸において空転また
は滑走を検出しなくなるまでの間、全軸とも空転または
滑走を検出する直前に検出した速度をもとに、上記加速
度センサ出力の時間積分によって検出した速度を較正し
て求めた速度を基準速度として、軸速度の最大値又は最
小値のかわりに用いる手段とを備え、全軸とも空転や滑走を検知した場合でも、基準速度を得
て空転や滑走の状況に応じた主電動機のトルク制御を可
能にした。

〔作用〕

この発明においては、加速度センサを用いて列車の前後
方向加速度を検出し、これを時間積分することによって
列車の絶対速度を常時検出しておき、全軸空転や滑走が
発生していない場合は、空転または滑走の発生していな
い軸速度を用いて絶対速度の較正を行い、絶対速度の検
出精度が悪化するのを防止しながら、全軸空転または滑
走が発生した場合には、全軸空転または滑走が発生した
時点以降の基準速度として用いて、絶対速度に対する速
度差を僅少に保つあるいは再粘着させるように主電動機
の発生トルクを制御するので、その時々のレール車輪間
の粘着係数に近いトルクの発生が可能となり、私用粘着
力が向上する。また車輪路面上のフラットの発生を防止
する。

〔実施例〕

以下車軸数ｎを４とした場合の一実施例を第１図、第２
図にもとづいて説明する。本発明方法を実施する装置の
一例を示す第１図において、V₁〜V₄は、車軸に直結され
た速度発電機または車軸と機械的に歯車装置を介して結
合されている主電動機軸に取り付けられた速度発電機
（いずれも図示せず）から得られた軸速度情報である。
これらV₁〜V₄はそれぞれ加速度演算器Ｓα₁〜Ｓα₄に入
力され、加速度信号α₁〜α₄を発生する。ジャーク値演
算器Ｓγ₁〜Ｓγ₄はこれら加速度信号α₁〜α₄を時間微
分してジャーク信号γ₁〜γ₄を発生する。Ｓγ₀は基準
ジャーク値設定器、γ₀はジャークの基準値、COMγ₁〜C
OMγ₄は比較器、Slγ₁ｄ〜Slγ₄ｄは比較器COMγ₁〜COM
γ₄においてジャーク信号γ₁〜γ₄がジャークの基準値
γ₀より超過したと検知された場合にΔＴγより十分短
い時間だけ「１」にセットされるジャート値超過信号で
ある。MTDγ₁〜MTDγ₄はジャーク値超過信号Slγ₁ｄ〜S
lγ₄ｄがΔＴγより十分短い時間だけ「１」にセットさ
れた場合にその出力であるジャーク値超過による空転滑
走検知信号Slγ₁〜Slγ₄を時間ΔＴγだけ「１」にする
ジャークによる空転滑走検出信号保持回路である。MR₁
〜MR₄は、軸速度情報（以下軸速度と称する）V₁〜V₄を
時間ΔTdlv,2×ΔTdlv,…,m×ΔTdlvだけ遅延させた遅
延軸速度信号Vd₁₁〜Vd₁m，Vd₂₁〜Vd₂m，Vd₃₁〜Vd₃m，Vd
₄₁〜Vd₄mを発生する遅延軸速度信号発生器、EST1〜EST4
は遅延軸速度信号Vd₁₁〜Vd₁m，Vd₂₁〜Vd₂m，Vd₃₁〜Vd
₃m，Vd₄₁〜Vd₄mを用いて各軸の速度を推定し、推定速度
V₁est〜V₄estを出力する軸速度推定器である。SV₁e〜SV
₄e，SV₁〜SV₄は速度差演算器、ΔV₁e〜ΔV₄eは速度差演
算器SV₁e〜SV₄eで演算した軸速度V₁〜V₄と推定速度V₁es
t〜V₄estの差速度信号、ΔV₁〜ΔV₄は速度差演算器SV₁
〜SV₄で演算した軸速度V₁〜V₄と基準速度Vsの差速度信
号、ΔV₀は基準差速度設定器SV₀で発生する基準差速度
信号である。COMV₁e〜COMV₄eは差速度比較器、SlΔVe₁d
〜SlΔVe₄dは差速度信号ΔV₁e〜ΔV₄eが基準差速度ΔV₀
より大きい場合に差速度比較器COMV₁e〜COMV₄eがΔTvよ
り十分短い時間だけ「１」にセットされる推定速度差超
過信号である。MTDe₁〜MTDe₄は、推定速度差信号ΔV₁e
〜ΔV₄eが「１」になるとその出力である推定差速度超
過信号SlΔVe₁〜SlΔVe₄を時間ΔTvだけ「１」にセット
する推定差速度超過信号保持回路、CMHV1〜CMHV4は軸速
度V₁〜V₄と基準速度Vsとの差速度であるΔV₁〜ΔV₄が基
準差速度ΔV₀を超過している場合にその出力である差速
度超過信号SlΔV₁〜SlΔV₄を「１」にセットする速度差
比較信号保持回路である。ANDSl11,ANDSl12,ANDSl13,〜
ANDSl41,ANDSl42,ANDSl43はアンドゲート、NOTSl11,NOT
Sl12,NOTSl13,〜NOTSl41,NOTSl42,NOTSl43,は否定回
路、ORSl10〜ORSl40はオアゲート、FFSl1〜FFSl4はフリ
ップフロップ回路、TDS1〜TDS4は第１軸〜第４軸空転滑
走検知信号Slip1〜Slip4を時間ΔTslだけ遅延する遅延
回路、Slipld〜Slip4dはアンドゲートANDSl11〜ANDSl41
の出力、SLTd1〜SLTd4は遅延回路TDS1〜TDS4の出力、Sl
ΔV1〜SlΔV4は否定回路NOTSL12〜NOTSL42の出力、SlΔ
Ve₁〜SlΔVe₄は否定回路NOTSL11〜NOTSL41の出力、SP1N
OT〜SP4NOTは否定回路NOTSL13〜NOTSL43の出力、SAND12
〜SAND42はアンドゲートANDSL12〜ANDSL42の出力、SGFB
1〜SGFB4はオアゲートORSL10〜ORSL40の出力、Slip1〜S
lip4はフリップフロップ回路FFSL1〜FFSL4の出力で第１
〜第４軸空転滑走検知信号、SlipaはアンドゲートANDAL
出力で全軸空転滑走検知信号、Slipadyは遅延回路TDSA
の出力、Slipadは全軸空転滑走検知遅延信号である。MA
Xは、軸速度V₁〜V₄の中でSlip1〜Slipが「０」であるす
なわち空転滑走の発生していない軸速度の中で最大のも
のを最大速度Vmaxとして出力する最大速度発生器（全軸
に空転滑走が発生している場合にはV₁〜V₄の中の最大値
を出力する）,MINはSlip1〜Slip4が「０」である軸速度
の中で最小のものを最小速度Vminとして出力する最小速
度発生器である。またMAX,MINにおいて第１〜第４軸の
いずれにも空転滑走が発生していない場合にVmax,Vmin
に対応した軸の番号をAmax,Aminとして出力する。ｄα
は車体の前後方向加速度信号α₀を出力する加速度セン
サ、AMPは増幅器、LPFはローパスフィルタ、CA/Dはアナ
ログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジ
タル変換器、α_Zはディジルタ信号に変換された加速度
信号である。NIは加速度信号α_Zを数値積分して速度に
変換し、Amax,Aminに対応した軸に空転または滑走が発
生していない場合には、数値積分して得た速度をAmax,A
minに対応した速度Vmax,Vminによって時間間隔ΔTcl毎
に較正を行い、絶対速度の最大値Vzmax,最小値Vzminを
発生する数値積分器である。GVsは、全軸に空転滑走が
発生していない、すなわちSlipadが「０」である場合、
力行中は最小速度Vminを、ブレーキ中は最大速度Vmax
を、また全軸に空転滑走が発生している場合は、絶対速
度の最大値Vzmax,最小値Vzminを基準速度Vsとして発生
する基準速度発生器である。Tcは、基準速度Vs,軸速度V
₁〜V₄と第１〜第４軸空転滑走検知信号Slip1〜Slip4を
用いて、主電動機発生トルクを制御する主電動機トルク
制御器である。

次に時刻ｔにおける力行加速時の各軸速度，各軸のジャ
ーク値，基準速度の推移を示す第２図にもとづいて、第
１図の装置の動作をまず説明する。第２図において各軸
とも空転していない時の軸速度は、第１軸V₁が最も高
く、以下、第２軸V₂、第３軸V₃の順で、第４軸V₄が最も
低いものとする。

時刻t_1aまではどの軸にも空転が発生していないので、
比較器COMγ₁〜COMγ₄の出力は常に「０」、従ってジャ
ークによる空転滑走検知信号保持回路MTDγ₁〜MTDγ₄の
出力Slγ₁〜Slγ₄も常に「０」である。また例えば第１
軸についてみると、時間ΔTdlv,2×ΔTdlv,…,m×ΔTdl
vだけ遅延させた軸速度信号Vd₁₁，Vd₁₂，…Vd₁mを置換
速度信号発生器MR₁によって発生し、これらの信号Vd₁₁
〜Vd₁mを用いて、軸速度推定器EST1において、 V₁est＝f₁×Vd₁₁＋f₂×Vd₁₂＋…＋fm×Vd₁m…（１）（f₁,f₂，…,fmは定数,mは適切に選定された整数）によって軸速度を推定し、推定速度V₁estとして出力し
ている。推定速度V₁estは、時間ΔTdlv〜ｍ×ΔTdlvだ
け過去の速度vd₁₁〜Vd₁mの変化傾向を（１）式によって
抽出して推定しているので、空転が発生していない場
合、速度差演算器SV₁eにおける軸速度V₁との差速度演算
結果ΔV₁eは、差速度設定器SV₀の出力ΔV₀より小さい。
そのため比較器COMV₁eの出力SlΔVe₁dは常に「０」、従
って出力信号SlΔVe₁dをΔTv秒間保持する信号保持回路
MTDeの出力SlΔVe₁も常に「０」である。SlΔVe₁とSlγ
₁のいずれもが「０」であることから、アンドゲートAND
SL11の出力Slipldは「０」，信号SlΔVe₁の否定回路NOT
SL11の出力SlΔVeは「１」となり、第１軸空転滑走検知
信号Slip1の初期値は「０」であるので、否定回路NOTSL
13の出力SGFB1が「１」となり、アンドゲートANDSL13,
オアゲートORSL10を経てフリップフロップ回路FFSL1の
下側の入力SGFB1が「１」となる。そのためフリップフ
ロップ回路FFSL1の出力である第１軸空転滑走検知信号S
lip1は「０」の状態である。一方、軸速度V₁〜V₄は最大
速度発生器MAXへ入力され、全軸に空転が発生していな
いので、第１軸の速度V₁が最大速度Vmaxとして出力され
ている。また最小速度発生器MINにおいては、第４軸速
度V₄が最小速度Vminとして出力されている。そして基準
速度発生器GVsでは、力行加速時であるのでＰが
「１」、Ｂが「０」、また全軸空転滑走検知信号Slipa
が後述の動作により「０」、従ってSlipadが「０」であ
ることから、入力信号の最大速度Vminを基準速度Vsとし
て出力する。従って第４軸速度V₄が基準速度Vsとして採
択されている。この基準速度Vsと第１軸速度V₁の差速度
ΔV₁が速度差演算器SV₁で演算されるが、基準差速度設
定器SV₀の出力ΔV₀より小さいため、第１軸の速度差比
較・信号保持回路CMHV₁の出力SlΔV₁は常に「０」、信
号SlΔV₁の否定回路NOTSL12の出力であるSlΔV₁は
「１」となる。一方第１軸空転滑走検知信号Slip1をΔT
sl秒だけ遅延させる遅延回路TDS1の出力SLTd1は「０」
であるので、アンドゲートANDSL22の出力SAND12も
「０」となる。しかし上記の如く、信号SlΔVe₁が
「１」となっているので、オアゲートORSL10の出力SGFB
1は「１」の状態となっている。第２軸〜第４軸につい
ても、ブロック図中に詳細は図示していないが、第１軸
の場合と全く同じ動作によって、空転滑走検知信号Slip
2〜Slip4はいずれも「０」の状態である。空転滑走検知
信号Slip1〜Slip4が「０」であることから、アンドゲー
トANDALの出力である全軸空転滑走検知信号Slipaは
「０」、また全軸空転滑走検知信号SlipaをΔT₀秒だけ
遅延させる遅延回路TDSAの出力とSlipaとのオアゲートO
RSLAの出力であるSlipadは「０」の状態である。基準速
度発生器GVsではSlipad信号が「０」であることから、
前述の如く最小速度Vminとして第４軸速度V₄を基準速度
Vsとして出力している。

以上が全軸に空転が発生していない時刻t₁a以前におけ
る装置の動作状態を表している。時刻t₁aになると、第
１軸に空転が発生し、第１軸のジャーク値γ₁がジャー
クの基準値γ₀より大きくなるが、これを比較器COMγ₁
で検知し、その出力Slγ₁dを時間ΔＴγより十分短い時
間だけ「１」にする。Slγ₁dが一時的に「１」になった
ことを受けてジャークによる空転滑走検知信号保持回路
MTDγ₁はその出力Slγ₁を時間ΔＴγだけ「１」にす
る。次いで時刻t_1bにおいて、第１軸の速度差演算器SV₁
eによって演算される第１軸速度V₁と第１軸速度推定器E
ST1の出力速度V₁estとの差速度ΔV₁eが、速度差設定器S
V₀の出力である基準差速度ΔV₀を超過したことを、比較
器COMV₁eで検知し、その出力信号SlΔVe₁dを時間ΔTvよ
り十分短い時間だけ「１」にする。そしてこれを受けて
第１軸の推定差速度超過信号保持回路MTDe₁が時間ΔTv
だけその出力SlΔVe₁を「１」にする。SlΔVe₁が「１」
になったことと、先に時刻t_1aにおいてSlγ₁が「１」に
なっていることから、アンドゲートANDSL11の出力Slip1
dが「１」となる。またSlΔVe₁が「１」となると、否定
回路NOTSL11の出力SlΔVe₁が「０」になり、アンドゲー
トANDSL12の出力SAND12は「０」のままげあるので、オ
アゲートORSL10の出力SGFB1は「０」となる。そのため
フリップフロップ回路FFSL1の出力Slip1は「１」となり
第１軸に空転が発生したことを検知する。第１軸空転滑
走検知信号Slip1が「１」になると、遅延回路TDS1の出
力SLTd1が時間ΔTsl後に、すなわち時刻t_1b＋ΔTslにお
いて「１」になる。一方もう一つの第１軸速度差演算器
SV₁において軸速度V₁と基準速度Vsとの差速度ΔV₁を演
算し、この差速度ΔV₁が第１軸の空転により基準差速度
ΔV₀を超過していると速度差比較・信号保持回路CMHV1
が出力SlΔV₁を「１」にし、ΔV₁がΔV₀を超過している
間その状態を保つ。そのため否定回路NOTSL12の出力Sl
ΔV₁は「０」のままであり、従ってアンドゲートANDSL1
2の出力SAND12は「０」であり、オアゲートORSL10の出
力SGFB1は「０」のままとなる。また時刻t_1b＋ΔTvにお
いて推定差速度超過信号保持回路MTDe₁の出力SlΔVe₁が
「０」となり、否定回路NOTSL11の出力SlΔVe₁が「１」
となるが、Slip1が「１」であるため否定回路NOTSL13の
出力SP1NOTが「０」であることから、アンドゲートANDS
L13の出力が「０」となり、オアゲートORSL10の出力が
「０」のままであるのでSlip1の状態は「１」のままで
ある。第１軸空転滑走検知信号Slip1が「０」になるの
は時刻t_1b＋ΔTslより後の時刻t_1Cにおいてである。す
なわちこの時刻t_1Cにおいて軸速度V₁と基準速度Vsとの
差速度ΔV₁が基準差速度ΔV₀より小さくなるので、第１
軸速度差比較・信号保持回路CMHV₁の出力SlΔV₁が
「０」となり、否定回路NOTSL12の出力SlΔV₁が「１」
となって、既にSLTd1が「１」になっていることから、
アンドゲートANDSL12の出力SAND12が「１」、従ってオ
アゲートORSL10の出力SGFB1が「１」となりフリップフ
ロップ回路FFSL1の下側が「１」となるので、FFSL1の出
力である第１軸空転滑走検知信号Slip1は「０」とな
る。Slip1が「０」となった後時間がΔTsl経過すると、
遅延回路TDS1の出力SLTd1が「０」になるので、アンド
ゲートANDSL12の出力SAND12が「０」となり、第１軸に
ついては空転発生前の状態に戻る。

また時刻t_1bで第１軸の空転をSlip1が「１」となったこ
とで検知すると、最大速度発生器MAX,最小速度発生器MI
Nでは、最大速度Vmax,最小速度Vminを出力する時に第１
軸速度V₁を出力すべき候補の対象外とする。従って最大
速度発生器MAXでは、最大速度Vmaxとしてそれまでの第
１軸速度V₁から２番目に大きい第２軸速度V₂を出力す
る。一方最小速度発生器MINでは、第４軸速度V₄の方が
小さいのでそれまでと同じV₄を最小速度Vminとして出力
することになり、それまでと最小速度Vminは変らない。
従って基準速度発生器GVsはそれまでと同じ第４軸速度V
₄を基準速度Vsとして出力することになる。一方数値積
分器NIでは、全軸に空転が発生していない時の最大速度
であった第１軸の空転滑走検知信号Slipが「１」となっ
たことから、第１軸速度V₁で較正しながら発生していた
絶対速度の最大値Vzmaxに対する較正動作を停止し、こ
のときの最大速度Vzmax₁と加速度αｚを用いて数値積分
した速度を、このときからSlip1が「０」となるまでの
間、絶対速度の最大値Vzmaxとして出力する。絶対速度
の最小値Vzminは、第４軸の空転が発生していないこと
から、最小速度発生器MINの出力Vminを用いて適宜較正
を行いながら絶対速度の最小値Vzminを出力しつづけて
いる。

次で時刻t_2aで第２軸の空転をジャーク値により、時刻t
_2bで速度差による空転を検知し、第２軸空転滑走検知信
号Slip2が「１」となるが、その過程は前記第１軸の場
合と全く同じである。また時刻t_2cにおいて第２軸速度V
₂と基準速度Vsとの差速度ΔV₂が基準差速度ΔV₀より小
さくなり、やはり第１軸の場合と全く同様に第２軸空転
滑走検知信号Slip2が「０」となる。

時刻t_2bで第２軸空転滑走検知信号Slip2が「１」となる
と、第１軸の場合と同様の論理により、最大速度発生器
MAXで３番目に大きい第３軸速度V₃を最大速度Vmaxとし
て、また最小速度発生器MINで第４軸速度V₄をそれまで
同様最小速度Vminとして出力するので、基準速度発生器
GVsではそれまでと同じ第４軸速度V₄を基準速度Vsとし
て出力する。

さらに時刻t_4aでジャーク値により、また時刻t_4bで速度
差により第１軸の場合と全く同じ様に空転を検知し、第
４軸空転滑走検知信号Slip4が「１」となる。この時刻t
_4bで、最小速度発生器MINではSlip4が「１」となったこ
とから最小速度Vminを第３軸速度V₃に切換えるので、基
準速度Vsは第３軸速度V₃になる。また数値積分器NIで
は、最小の軸速度を発生していた第４軸が空転したの
で、絶対速度の最小値Vzminの軸速度V₄の較正を中止
し、その時の絶対速度の最小値Vzmin4と加速度αｚを用
いて数値積分した速度を、このときからSlip4が「０」
となるまでの間、絶対速度の最大値Vzminとして出力す
る。

ついで時刻t_3aで第３軸についてジャーク値により、ま
た時刻t_3bで速度差により空転を検知し、時刻t_3bで第３
軸空転滑走検知信号Slip3が「１」となる。この時点でS
lip1からSlip4までの全部の空転滑走検知信号が「１」
となることから、アンドゲートANDALの出力である全軸
空転滑走検知信号Slipaが「１」となり、全軸空転が発
生したことを検知する。全軸空転滑走検知信号Slipa
と、その信号の遅延回路TDSAにより時間ΔT₀だけ遅延し
た信号SlipadyのオアゲートORSLAの出力Slipadは「１」
となるので、基準速度発生器GVsでは、絶対速度の最小
値Vzminを基準速度Vsして出力する。Slip1〜Slip4の全
部が「１」になったことから、最大速度発生器MAXから
はVzmaxは出力されず、最小速度発生器MINからもVzmin
は出力されない。

時刻t_2cになると第２軸速度V₂と基準速度Vsとの差速度
ΔV₂が基準差速度ΔV₀以下となるので、先に第１軸につ
いて述べたのと全く同じ論理によって、第２軸空転滑走
検知信号Slip2が「０」となる。そのためアンドゲートA
NDAL出力のSlipaは「０」となる。しかし遅延回路TDSA
によって時間ΔT₀だけその出力を「１」に保持している
ので、オアゲートORSLAの出力Slipadも時間ΔT₀だけ
「１」の状態を維持している。従って基準速度発生器GV
sでは時刻t_2c＋ΔT₀まで絶対速度の最小値Vzminを基準
速度Vsとして出力しつづける。時刻t_2c＋ΔT₀になると
遅延回路TDSAの出力信号Slipadyが「０」となるので、S
lipadも「０」となる。また時刻t_2cにおていSlip2が
「０」となっていることから、最大速度発生器MAXは第
２軸速度V₂を最大速度Vmaxとして、最小速度発生器MIN
は第２軸速度V₂を最小速度Vminとして出力しているの
で、時刻t_2c＋ΔT₀でSlipadyが「０」となったことを受
けて、基準速度発生器GVsは、第２軸速度V₂を基準速度V
sとして出力する。また時刻t_1cで第１軸空転滑走検知信
号Slip1が「０」となり、最大速度発生器MAXにおいて第
１軸速度V₁を最大速度Vmaxとして出力する。また数値積
分器NIではSlip1が「０」になったことから、中断して
いた絶対速度の最大値Vzmaxの較正を再び始める。時刻t
_4cになると第４軸速度V₄と基準速度Vsとの差速度ΔV₄が
基準差速度ΔV₀以下となるので、第４軸空転滑走検知信
号Slip4が「０」となり、最小速度発生器MINの出力であ
る最小速度Vzminは第２軸速度V₂から第４軸速度V₄に変
わるので、基準速度発生器GVsはV₄を基準速度Vsとして
出力する。ま数値積分器NIは、Slip4が「０」となった
ことから、それまで中断していた絶対速度の最小値Vzmi
nの較正を再開する。

さらに時刻t_3cになると第３軸空転滑走検知信号Slip3が
「０」となり、全軸が再粘着するが、第４軸速度V₄の方
が第３軸速度V₃より低いので、そのまま第４軸速度V₄が
基準速度Vsとして出力される。

以上は空転していないときの軸速度の大小関係がV₁＞V₂
＞V₃＞V₄の場合について説明したが、これ以外の場合に
も上記と同様の論理によって、全軸空転が発生していな
い場合には、空転の発生していない軸速度の中で最小の
軸速度を常に基準速度Vsとして出力し、また全軸に空転
が発生した場合には加速度センサから検出した絶対速度
の最小値Vzminを基準速度Vsとして出力する。

またブレーキの場合にはブレーキ情報Ｂが「１」となる
ことにより、最大速度発生器MAXが発生する最大速度Vma
xまたは絶対速度の最大値Vzmaxを用いて、全軸滑走が発
生していない場合には、滑走の発生していない軸速度の
中で最大の軸速度を常に基準速度Vsとして出力し、また
全軸に滑走が発生した場合には絶対速度の最大値Vzmax
を基準速度Vsとして出力するように動作する。

なお主電動機トルク制御器Tcは、上記の如くにして発生
した基準速度Vsと各軸速度V₁〜V₄を用いて、各軸の空転
滑走状態に応じて主電動機トルクの制御を行う。

〔効果〕

上記の如く、各軸の空転滑走の初期に発生するジャーク
を検出することによる空転滑走検知を速度差検知と併用
するようにしているので、基準差速度ΔV₀を従来より小
さくでき、従ってより速く空転滑走を検知することが可
能となることと、全軸に空転滑走が発生した場合でも加
速度センサで検出した絶対速度から基準速度を発生する
ことができることから、迅速かつ適性なトルク制御を行
って、その時々のレール車輪間の粘着係数に近いトルク
を発生させることができるので、従来のように大きな空
転滑走を発生して車輪レール間の粘着係数を大幅に低下
させることがなく利用粘着力の向上が図れるほか、車輪
踏面にフラットを発生させることがなくなり、走行騒音
の低下が望める。

特にこのようにして発生した基準速度を用いて誘導電動
機駆動システムにおける可変電圧可変周波数インバータ
の周波数制御を行うと、全軸空転や滑走が発生した場合
でも誘導電動機の速度・トルク特性に従って、それぞれ
のレールと車輪間の粘着係数に近いトルクを各誘導電動
機が発生することになるので、微小空転や滑走の範囲に
収斂させることができ、利用粘着力の向上、車輪踏面上
のフラット発生防止に非常に有効に作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための制御装置の一実施
例のブロック図，第２図は第１図の装置の作動説明用の
時刻ｔに対する力行加速中の速度V₁〜V₄，ジャーク値γ
₁〜γ₄，基準速度Vsの状態遷移図である。第３図は従来
の電気車の制御装置を示す制御系のブロック図である。第１図において、 V₁〜V₄：軸速度,Sα₁〜Ｓα₄：加速度演算器，α₁〜
α₄：加速度信号,Sγ₁〜Ｓγ₄：ジャーク値演算器，γ₁
〜γ₄：ジャーク信号,Sγ₀：基準ジャーク値設定器，γ
₀：ジャークの基準値,COMγ₁〜COMγ₄：比較器,Slγ₁ｄ
〜Slγ₄d:ジャーク値超過信号,MTDγ₁〜MTDγ₄：ジャー
クによる空転滑走検知信号保持回路，MR₁〜MR₄：遅延軸
速度信号発生器，EST₁〜EST₄：速度推定器，Vd₁₁〜V
d_1m，Vd₂₁〜Vd_2m，Vd₃₁〜Vd_3m，Vd₄₁〜Vd_4m：遅延軸速
度信号，SV_1e〜SV_4e，SV₁〜SV₄：速度差演算器，ΔV_1e
〜ΔV_4e，ΔV₁〜ΔV₄：差速度信号，ΔV₀：基準差速
度，COMV_1e〜COMV_4e：差速度比較器，MTD_e1〜MTD_e4：推
定差速度超過信号保持回路,SlΔV_e1d〜SlΔV_e4d：推定
速度超過信号,SlΔV_e1〜SlΔV_e4：推定差速度超過信
号，CMHV₁〜CMHV₄：速度差比較・信号保持回路,SlΔV₁
〜SlΔV₄：差速度超過信号，ANDSl₁₁〜ANDSl₁₃，ANDSl
₂₁〜ANDSl₂₃，ANDSl₃₁〜ANDSl₃₃，ANDSl₄₁〜ANDSl₄₃：
アンドゲート，NOTSl₁₁〜NOTSl₁₃，NOTSl₂₁〜NOTSl₂₃，
NOTSl₃₁〜NOTSl₃₃，NOTSl₄₁〜NOTSl₄₃：否定回路，ORSl
₁₀〜ORSl₄₀：オアゲート，FFSl₁〜FFSl₄：フリップフロ
ップ回路,TDS1〜TDS4,TDSA:遅延回路,Slip1〜Slip4:空
転滑走検知信号,Slip1d〜Slip4d:アンドゲートANDSl₁₁
〜ANDSl₄₁の出力信号，SLTd₁〜SLTd₄：遅延回路TDS1〜T
DS4の出力信号,SlΔV₁〜SlΔV₄：否定回路 NOTSl₁₂〜N
OTSl₄₂の出力信号,SlΔV_e1〜SlΔV_e4：否定回路 NOTSl
₁₁〜NOTSl₄₁の出力信号,SP1NOT〜SP4NOT:否定回路NOTSl
₁₃〜NOTSl₄₃の出力信号,SAND12〜SAND42:アンドゲートA
NDSl₁₂〜ANDSl₄₂の出力信号,SGFB1〜SGFB4:オアゲートO
RSl₁₀〜ORSl₄₀の出力信号,Slipa:全軸空転滑走検知信
号,Slipady:遅延回路TDSAの出力信号,Slipad:全軸空転
滑走検知遅延信号,MAX:最大速度発生器,Vmax:最大速度,
MIN:最小速度発生器,Vmin:最小速度,Amax:最大速度Vmax
に対応した軸番号情報,Amin:最小速度Vminに対応した軸
番号情報,dα：加速度センサ，α₀：加速度信号,LPF:ロ
ーパスフィルタ,CA/D:アナログ／ディジタル変換器，α
z:ディジタル加速度信号,NI:数値積分器,Vzmax:絶対速
度の最大値,Vzmin:絶対速度の最小値,GVs:基準速度発生
器,Vs:基準速度,Tc:主電動機トルク制御器,P:力行情報,
B:ブレーキ情報第３図において、Ｓα₁〜Ｓα_n：加速度演算器,Sα₀：基準加速度発生器,
COMα₁〜COMα_n，COMV₁〜COMV_n：比較器，（11）〜（1
n）：軸速度,MAX:最大速度発生器,Vmax:最大速度,MIM:
最小速度発生器,Vmin:最小速度,GVs:基準速度発生器，S
V₁〜SV_n：速度差演算回路，SV₀：基準速度差設定器,OR
1,OR2:オアゲート，（21）〜（2n）：加速度情報，（3
1）〜（3n）：軸加速度超過信号，（41）〜（4n）：速
度差信号，（51）〜（5n）：速度差超過信号,Slaα：加
速度差超過による空転検知信号,SlaΔV:速度差超過によ
る空転検知信号，（６）：基準速度差信号，（７）：基
準加速度信号,Vs:基準速度,Tc:主電動機トルク制御器,
P:力行情報,B:ブレーキ情報

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の車軸の軸速度を速度発電機によって
それぞれ検出し、さらにこれらの速度を時間微分して加
速度あるいは減速度を検出し、上記複数の軸速度と加速
度を用いて空転または滑走を検出して主電動機の発生ト
ルクを絞る制御を行う電気車の制御装置において、上記加速度もしくは減速度と基準加速度もしくは基準減
速度との比較、加速度もしくは減速度の時間微分のジャ
ークと基準ジャークとの比較、または軸速度の最大値も
しくは最小値を基準速度として、軸速度と基準速度の差
より求めた速度差と基準速度差との比較により、各車軸
の空転や滑走を検知する手段と、上記速度発電機とは別の車体の前後方向加速度センサ
と、この前後方向加速度センサ出力を時間積分することによ
って速度を検出する手段と、上記加速度センサ出力の時間積分によって検出した速度
が電気車の走行速度より偏移するのを防止するため、前
記空転や滑走を検知する手段が全軸とも空転または滑走
を検知している場合を除いて、非空転または非滑走軸の
前記速度発電機によって検出した軸速度のいずれかを用
いて、上記加速度センサ出力の時間積分によって検出し
た速度を較正する手段と、前記空転や滑走を検知する手段が全軸とも空転または滑
走を検出した時点以降いずれかの車軸において空転また
は滑走を検出しなくなるまでの間、全軸とも空転または
滑走を検出する直前に検出した速度をもとに、上記加速
度センサ出力の時間積分によって検出した速度を較正し
て求めた速度を基準速度として、軸速度の最大値又は最
小値のかわりに用いる手段とを備え、全軸とも空転や滑走を検知した場合でも、基準速度を得
て空転や滑走の状況に応じた主電動機のトルク制御を可
能にしたことを特徴とする電気車の制御装置。