JPH08214408A - 電気車の制御装置 - Google Patents
電気車の制御装置Info
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- JPH08214408A JPH08214408A JP7014589A JP1458995A JPH08214408A JP H08214408 A JPH08214408 A JP H08214408A JP 7014589 A JP7014589 A JP 7014589A JP 1458995 A JP1458995 A JP 1458995A JP H08214408 A JPH08214408 A JP H08214408A
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 粘着状態の如何に関わらず、加速性能の低
下，乗り心地の悪化を招かないようにする。 【構成】 力行時には４つの電動機２の回転速度Ｎ１〜
Ｎ４の最低速度，ブレーキ時にはＮ１〜Ｎ４のうちの最
高速度を基準速度Ｎｒｅｆとして、演算器４により求
め、各軸の回転速度と基準速度との差の時間変化率を演
算器１１で求める。そして、検知器５にて空転または滑
走状態が検知されたら、上記差が増加して行く区間内で
の上記時間変化率の最大値をホールド回路１２で求め、
その出力値により関数発生器１３をアクセスして電動機
電流またはトルク指令の低下率を読み出し、演算器８，
乗算器９および補正器１０等を介して最適な指令を得
る。
下，乗り心地の悪化を招かないようにする。 【構成】 力行時には４つの電動機２の回転速度Ｎ１〜
Ｎ４の最低速度，ブレーキ時にはＮ１〜Ｎ４のうちの最
高速度を基準速度Ｎｒｅｆとして、演算器４により求
め、各軸の回転速度と基準速度との差の時間変化率を演
算器１１で求める。そして、検知器５にて空転または滑
走状態が検知されたら、上記差が増加して行く区間内で
の上記時間変化率の最大値をホールド回路１２で求め、
その出力値により関数発生器１３をアクセスして電動機
電流またはトルク指令の低下率を読み出し、演算器８，
乗算器９および補正器１０等を介して最適な指令を得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電動機を電力変換装
置を介して駆動する電気車において、特に車輪の空転ま
たは滑走を抑制するための制御装置に関する。
置を介して駆動する電気車において、特に車輪の空転ま
たは滑走を抑制するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】誘導電動機をインバータで制御する電気
車の制御装置において、車輪の空転または滑走を抑制す
る制御装置として、例えば図６に示すようなものが知ら
れている。図６は、４台の誘導電動機を１つの単位とし
て駆動する場合を示す。ここでは、全ての電動機２にパ
ルスジェネレータ（ＰＧと略記する）３を取り付け、こ
のＰＧ３の出力信号から、回転速度演算器４を介して各
電動機２の回転速度Ｎ１〜Ｎ４を得ている。なお、回転
速度演算器４に、駆動している車輪の径のばらつきによ
って発生する各軸の回転速度の差異を、惰行中の回転速
度によって補正する車輪径補正機能を付加する場合もあ
る。回転速度Ｎ１〜Ｎ４および力行／ブレーキの運転情
報を、空転／滑走検知器５に入力する。
車の制御装置において、車輪の空転または滑走を抑制す
る制御装置として、例えば図６に示すようなものが知ら
れている。図６は、４台の誘導電動機を１つの単位とし
て駆動する場合を示す。ここでは、全ての電動機２にパ
ルスジェネレータ（ＰＧと略記する）３を取り付け、こ
のＰＧ３の出力信号から、回転速度演算器４を介して各
電動機２の回転速度Ｎ１〜Ｎ４を得ている。なお、回転
速度演算器４に、駆動している車輪の径のばらつきによ
って発生する各軸の回転速度の差異を、惰行中の回転速
度によって補正する車輪径補正機能を付加する場合もあ
る。回転速度Ｎ１〜Ｎ４および力行／ブレーキの運転情
報を、空転／滑走検知器５に入力する。
【０００３】空転／滑走検知器５では、普通、力行時に
は回転速度Ｎ１〜Ｎ４のうちの最低速度を、また、ブレ
ーキ時には回転速度Ｎ１〜Ｎ４のうちの最高速度を、そ
れぞれ基準速度Ｎｒｅｆとして選択し、 空転検知…… Ｎｉ−Ｎｒｅｆ＞Ａ が一定時間以上持続 （力行時） （Ａ：空転検知レベル１（定数）、ｉ＝１〜４） 滑走検知…… Ｎｒｅｆ−Ｎｉ＞Ｂ が一定時間以上持続 （ブレーキ時） （Ｂ：滑走検知レベル１（定数）、ｉ＝１〜４） を判定し、上記条件が成り立つとき、第ｉ軸が空転また
は滑走と判断する。
は回転速度Ｎ１〜Ｎ４のうちの最低速度を、また、ブレ
ーキ時には回転速度Ｎ１〜Ｎ４のうちの最高速度を、そ
れぞれ基準速度Ｎｒｅｆとして選択し、 空転検知…… Ｎｉ−Ｎｒｅｆ＞Ａ が一定時間以上持続 （力行時） （Ａ：空転検知レベル１（定数）、ｉ＝１〜４） 滑走検知…… Ｎｒｅｆ−Ｎｉ＞Ｂ が一定時間以上持続 （ブレーキ時） （Ｂ：滑走検知レベル１（定数）、ｉ＝１〜４） を判定し、上記条件が成り立つとき、第ｉ軸が空転また
は滑走と判断する。
【０００４】また、Ｎ１〜４の変化の傾きｄ（Ｎ１）／
ｄｔ〜ｄ（Ｎ４）／ｄｔを演算し、 空転検知…… ｄ（Ｎｉ）／ｄｔ＞Ｃ が一定時間以上持続 （Ｃ：空転検知レベル２（定数）、ｉ＝１〜４） 滑走検知…… −ｄ（Ｎｉ）／ｄｔ＞Ｄ が一定時間以上持続 （Ｄ：滑走検知レベル２（定数）、ｉ＝１〜４） を判定し、上記条件が成り立つときも、第ｉ軸が空転ま
たは滑走と判断する。
ｄｔ〜ｄ（Ｎ４）／ｄｔを演算し、 空転検知…… ｄ（Ｎｉ）／ｄｔ＞Ｃ が一定時間以上持続 （Ｃ：空転検知レベル２（定数）、ｉ＝１〜４） 滑走検知…… −ｄ（Ｎｉ）／ｄｔ＞Ｄ が一定時間以上持続 （Ｄ：滑走検知レベル２（定数）、ｉ＝１〜４） を判定し、上記条件が成り立つときも、第ｉ軸が空転ま
たは滑走と判断する。
【０００５】再粘着制御器６では、空転／滑走検知器５
からの空転／滑走検知信号より、空転または滑走した軸
を再粘着させるために、電動機電流指令を絞り込む電流
指令補正パターンを発生する。また、タイマ７では、空
転／滑走検知信号から空転または滑走が発生していない
期間を演算し、この時間が設定値以上になったら、係数
回復信号を出力する。電流係数演算器８では、空転／滑
走検知信号が発生した場合、空転または滑走前よりも一
定の設定割合だけ電流係数を低下させて出力する。ま
た、この電流係数演算器８では、タイマ７出力の係数回
復信号が入力されると、電流係数を１００％へ向かって
徐々に回復させることも行なう。
からの空転／滑走検知信号より、空転または滑走した軸
を再粘着させるために、電動機電流指令を絞り込む電流
指令補正パターンを発生する。また、タイマ７では、空
転／滑走検知信号から空転または滑走が発生していない
期間を演算し、この時間が設定値以上になったら、係数
回復信号を出力する。電流係数演算器８では、空転／滑
走検知信号が発生した場合、空転または滑走前よりも一
定の設定割合だけ電流係数を低下させて出力する。ま
た、この電流係数演算器８では、タイマ７出力の係数回
復信号が入力されると、電流係数を１００％へ向かって
徐々に回復させることも行なう。
【０００６】乗算器９では、電流係数演算器８からの出
力と電流指令Ｉｍｉ**とを乗算し、再粘着後の電流指令
を演算する。そして、電流指令補正器１０ではその乗算
結果と再粘着制御器６の出力とから、補正した指令Ｉｍ
ｉ* を出力する。この電流指令補正器１０の出力である
Ｉｍｉ* により、電力変換装置１では、少なくとも検知
した軸の電動機２の電流を絞るように制御され、再粘着
および再空転，再滑走の抑制が図られることになる。
力と電流指令Ｉｍｉ**とを乗算し、再粘着後の電流指令
を演算する。そして、電流指令補正器１０ではその乗算
結果と再粘着制御器６の出力とから、補正した指令Ｉｍ
ｉ* を出力する。この電流指令補正器１０の出力である
Ｉｍｉ* により、電力変換装置１では、少なくとも検知
した軸の電動機２の電流を絞るように制御され、再粘着
および再空転，再滑走の抑制が図られることになる。
【０００７】なお、図６では４つの電動機に対して個別
に電動機電流指令を与え、個別に制御する場合について
説明したが、いくつかの電動機を並列接続し、この電動
機群を１つの電動機電流指令で一括制御する場合もあ
る。この場合にも、空転または滑走を検知した軸を含む
電動機群の電動機電流指令を、上述と同様に絞り込む。
また、同図６では電動機電流を制御する場合について説
明したが、トルクを制御する場合も同様であり、この場
合は電流指令をトルク指令と置き換えるだけでそのまま
適用することができる。
に電動機電流指令を与え、個別に制御する場合について
説明したが、いくつかの電動機を並列接続し、この電動
機群を１つの電動機電流指令で一括制御する場合もあ
る。この場合にも、空転または滑走を検知した軸を含む
電動機群の電動機電流指令を、上述と同様に絞り込む。
また、同図６では電動機電流を制御する場合について説
明したが、トルクを制御する場合も同様であり、この場
合は電流指令をトルク指令と置き換えるだけでそのまま
適用することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】空転や滑走した軸の回
転速度の挙動は、車輪とレール間の粘着状態によって異
なるため、千差万別である。このため、再空転，再滑走
の抑制を上述のように指令を一定割合だけ低下させて行
なうようにすると、粘着状態が比較的良い条件では指令
を低下させ過ぎ、加速性能の低下を招く可能性がある。
また、粘着状態が悪い場合は、その粘着状態に相当した
値へ指令を低下させるまで、再空転または再滑走が発生
し、再粘着制御のためにトルクの増減を繰り返すので、
乗り心地が悪化するという問題がある。
転速度の挙動は、車輪とレール間の粘着状態によって異
なるため、千差万別である。このため、再空転，再滑走
の抑制を上述のように指令を一定割合だけ低下させて行
なうようにすると、粘着状態が比較的良い条件では指令
を低下させ過ぎ、加速性能の低下を招く可能性がある。
また、粘着状態が悪い場合は、その粘着状態に相当した
値へ指令を低下させるまで、再空転または再滑走が発生
し、再粘着制御のためにトルクの増減を繰り返すので、
乗り心地が悪化するという問題がある。
【０００９】また、粘着状態の悪化には、落ち葉を踏む
場合のような局所的な悪化と、雨天時のような連続的な
悪化とがある。局所的な場合には、そこを通過すれば粘
着状態が回復するので、加速性能の低下をできる限り小
さくするため、トルクまたは電動機電流指令の回復開始
を早くし、これを低下させている期間を比較的短くする
方が良い。一方、粘着状態の悪化が連続的な場合には、
再粘着制御を行なう回数の低減による乗り心地向上のた
め、トルクまたは電動機電流指令を低下させている期間
を比較的長くした方が良い。
場合のような局所的な悪化と、雨天時のような連続的な
悪化とがある。局所的な場合には、そこを通過すれば粘
着状態が回復するので、加速性能の低下をできる限り小
さくするため、トルクまたは電動機電流指令の回復開始
を早くし、これを低下させている期間を比較的短くする
方が良い。一方、粘着状態の悪化が連続的な場合には、
再粘着制御を行なう回数の低減による乗り心地向上のた
め、トルクまたは電動機電流指令を低下させている期間
を比較的長くした方が良い。
【００１０】しかるに、従来は一定時間空転または滑走
が発生しない場合は指令を回復するようにしているた
め、局所的な粘着状態の悪化の場合には指令を回復させ
る時点が遅れ、加速性能の低下を招く。また、粘着状態
の悪化が連続的な場合には指令を回復させる時点が早
く、再粘着制御を行なう回数が多くなって乗り心地が悪
くなるという問題が発生する。したがって、この発明は
局所的な粘着状態の悪化の場合にも加速性能の低下を招
かず、粘着状態の悪化が連続的な場合にも乗り心地を悪
化させないようにすることにある。
が発生しない場合は指令を回復するようにしているた
め、局所的な粘着状態の悪化の場合には指令を回復させ
る時点が遅れ、加速性能の低下を招く。また、粘着状態
の悪化が連続的な場合には指令を回復させる時点が早
く、再粘着制御を行なう回数が多くなって乗り心地が悪
くなるという問題が発生する。したがって、この発明は
局所的な粘着状態の悪化の場合にも加速性能の低下を招
かず、粘着状態の悪化が連続的な場合にも乗り心地を悪
化させないようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】ここで、この発明の原理
から説明する。なお、ここでは便宜上空転の場合につい
てのみ説明するが、滑走の場合も同様である。空転は電
動機の発生する力Ｆが車輪からレールに伝達される力Ｆ
ｓよりも大きくなった時に発生する現象で、車輪，ギヤ
ーおよび電動機の慣性モーメント合計値（車輪軸換算
値）をＩｗとすると、次の（１）式の運動方程式が成立
する。
から説明する。なお、ここでは便宜上空転の場合につい
てのみ説明するが、滑走の場合も同様である。空転は電
動機の発生する力Ｆが車輪からレールに伝達される力Ｆ
ｓよりも大きくなった時に発生する現象で、車輪，ギヤ
ーおよび電動機の慣性モーメント合計値（車輪軸換算
値）をＩｗとすると、次の（１）式の運動方程式が成立
する。
【００１２】 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Ｔ−Ｆｓ・ｒ …（１） ただし、上記（１）式の各符号の意味は下記の通りであ
る。 ωW ：空転軸の相対角速度（空転軸の角速度−粘着軸の
角速度） Ｔ ：電動機発生トルク（車輪軸換算：Ｔ＝Ｆ／ｒ） Ｆｓ：車輪からレールに伝達される力 ｒ ：車輪半径
る。 ωW ：空転軸の相対角速度（空転軸の角速度−粘着軸の
角速度） Ｔ ：電動機発生トルク（車輪軸換算：Ｔ＝Ｆ／ｒ） Ｆｓ：車輪からレールに伝達される力 ｒ ：車輪半径
【００１３】上記運動方程式（１）は、重力によって車
輪にかかる軸重Ｗｚなどを用いて、次の（１）’のよう
に変形できる。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Ｒｇ・Ｔｍ−μｓ・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（１）’ 各符号の意味は下記の通りである。 Ｔｍ：電動機発生トルク（電動機軸換算値） Ｒｇ：ギヤー比（Ｔ＝Ｒｇ・Ｔｍ） μｓ：接線力係数（Ｆｓ＝μｓ・ｇ・Ｗｚ） ｇ ：重力加速度 Ｗｚ：軸重
輪にかかる軸重Ｗｚなどを用いて、次の（１）’のよう
に変形できる。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Ｒｇ・Ｔｍ−μｓ・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（１）’ 各符号の意味は下記の通りである。 Ｔｍ：電動機発生トルク（電動機軸換算値） Ｒｇ：ギヤー比（Ｔ＝Ｒｇ・Ｔｍ） μｓ：接線力係数（Ｆｓ＝μｓ・ｇ・Ｗｚ） ｇ ：重力加速度 Ｗｚ：軸重
【００１４】空転発生前には、上記（１）’において、
（ｄωW ／ｄｔ）＝０が成立しているので、空転発生前
の電動機発生トルク（電動機軸換算）をＴｍｏ、利用し
ている接線力係数をμｓｏとすると、下記（２）式が成
立する。 Ｒｇ・Ｔｍｏ＝μｓｏ・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（２）
（ｄωW ／ｄｔ）＝０が成立しているので、空転発生前
の電動機発生トルク（電動機軸換算）をＴｍｏ、利用し
ている接線力係数をμｓｏとすると、下記（２）式が成
立する。 Ｒｇ・Ｔｍｏ＝μｓｏ・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（２）
【００１５】そして、線路の粘着条件が悪化して、接線
力係数がμｓｏがΔμｓだけ低下して（μｓｏ−Δμ
ｓ）になると、 Ｒｇ・Ｔｍ＞（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（３） の不等式（３）が成立するようになると、上記（１）’
において、（ｄωW ／ｄｔ）＞０が成立するので、車輪
が粘着軸より大きな角速度で回転し、空転が発生する。
力係数がμｓｏがΔμｓだけ低下して（μｓｏ−Δμ
ｓ）になると、 Ｒｇ・Ｔｍ＞（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（３） の不等式（３）が成立するようになると、上記（１）’
において、（ｄωW ／ｄｔ）＞０が成立するので、車輪
が粘着軸より大きな角速度で回転し、空転が発生する。
【００１６】ここで、再空転させない最大の電動機発生
トルク（電動機軸換算）をＴｍ’とし、接線力係数が再
粘着制御後も（μｓｏ−Δμｓ）へ低下したままである
とすると、先の（２）式と同様にして、次式（４）が成
立する。 Ｒｇ・Ｔｍ’＝（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（４）
トルク（電動機軸換算）をＴｍ’とし、接線力係数が再
粘着制御後も（μｓｏ−Δμｓ）へ低下したままである
とすると、先の（２）式と同様にして、次式（４）が成
立する。 Ｒｇ・Ｔｍ’＝（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（４）
【００１７】上記（４）式は、（２）式を用いて次式
（４）’のように変形できる。 Ｔｍ’＝（μｓｏ−Δμｓ）・Ｔｍｏ／μｓｏ ＝（１−Δμｓ／μｓｏ）・Ｔｍｏ …（４）’ この（４）’式より、（Δμｓ／μｓｏ）が分かれば、
再粘着制御後のトルクを空転発生前のトルクの（１−Δ
μｓ／μｓｏ）倍にすることにより、再空転しない最大
のトルクで運転できることが分かる。
（４）’のように変形できる。 Ｔｍ’＝（μｓｏ−Δμｓ）・Ｔｍｏ／μｓｏ ＝（１−Δμｓ／μｓｏ）・Ｔｍｏ …（４）’ この（４）’式より、（Δμｓ／μｓｏ）が分かれば、
再粘着制御後のトルクを空転発生前のトルクの（１−Δ
μｓ／μｓｏ）倍にすることにより、再空転しない最大
のトルクで運転できることが分かる。
【００１８】実際の空転では、図７に示すように、空転
が発展してωW が増加する程Δμｓが大きくなる傾向が
あるので、（４）’式に代入すべきΔμｓの値を正確に
演算することは難しい。ただし、空転発生後、再粘着制
御をする以前で電動機発生トルク（電動機軸換算）がＴ
ｍｏのままである場合は、（１）’式から次の（５）式
が成立する。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Ｒｇ・Ｔｍｏ−（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（５）
が発展してωW が増加する程Δμｓが大きくなる傾向が
あるので、（４）’式に代入すべきΔμｓの値を正確に
演算することは難しい。ただし、空転発生後、再粘着制
御をする以前で電動機発生トルク（電動機軸換算）がＴ
ｍｏのままである場合は、（１）’式から次の（５）式
が成立する。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Ｒｇ・Ｔｍｏ−（μｓｏ−Δμｓ）・ｇ・Ｗｚ・ｒ …（５）
【００１９】上記（５）式は、先の（２）式から次の
（５）’式のように変形できる。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Δμｓ・ｇ・Ｗｚ・ｒ ＝（Δμｓ／μｓｏ）・Ｒｇ・Ｔｍｏ …（５）’ （５）’式はさらに、次ののように変形できる。 （Δμｓ／μｓｏ）＝（Ｉｗ／（Ｒｇ・Ｔｍｏ））・（ｄωW ／ｄｔ） …（５）”
（５）’式のように変形できる。 Ｉｗ・（ｄωW ／ｄｔ）＝Δμｓ・ｇ・Ｗｚ・ｒ ＝（Δμｓ／μｓｏ）・Ｒｇ・Ｔｍｏ …（５）’ （５）’式はさらに、次ののように変形できる。 （Δμｓ／μｓｏ）＝（Ｉｗ／（Ｒｇ・Ｔｍｏ））・（ｄωW ／ｄｔ） …（５）”
【００２０】ここで、再粘着制御によるＴｍｏの低下の
影響をできるだけなくすため、空転が発生している期間
の（ｄωW ／ｄｔ）の最大値を求めると、上記（５）”
式の関係が成り立つので、その値から（Δμｓ／μｓ
ｏ）の値をほぼ推定することができる。なお、この推定
で、発生トルクＴｍｏは、車両の乗車率，前回の空転に
対する再粘着制御や再粘着後の電動機電流指令またはト
ルク指令の低下，その他の電動機電流またはトルクを操
作する制御によって変化するが、その変化を無視した推
定となっている。
影響をできるだけなくすため、空転が発生している期間
の（ｄωW ／ｄｔ）の最大値を求めると、上記（５）”
式の関係が成り立つので、その値から（Δμｓ／μｓ
ｏ）の値をほぼ推定することができる。なお、この推定
で、発生トルクＴｍｏは、車両の乗車率，前回の空転に
対する再粘着制御や再粘着後の電動機電流指令またはト
ルク指令の低下，その他の電動機電流またはトルクを操
作する制御によって変化するが、その変化を無視した推
定となっている。
【００２１】また、（５）”式を（４）’式に代入する
と、次の（６）式が得られる。 Ｔｍ’＝Ｔｍｏ−（Ｉｗ／Ｒｇ）・（ｄωW ／ｄｔ） …（６） そこで、再粘着制御によるＴｍｏの低下の影響をできる
だけなくすため、上記と同じく空転が発生している期間
の（ｄωW ／ｄｔ）の最大値を求めると、上記（６）式
の関係が成り立つので、その値から（Ｉｗ／Ｒｇ）・
（ｄωW ／ｄｔ）に相当するトルク低下量を推定するこ
とができる。
と、次の（６）式が得られる。 Ｔｍ’＝Ｔｍｏ−（Ｉｗ／Ｒｇ）・（ｄωW ／ｄｔ） …（６） そこで、再粘着制御によるＴｍｏの低下の影響をできる
だけなくすため、上記と同じく空転が発生している期間
の（ｄωW ／ｄｔ）の最大値を求めると、上記（６）式
の関係が成り立つので、その値から（Ｉｗ／Ｒｇ）・
（ｄωW ／ｄｔ）に相当するトルク低下量を推定するこ
とができる。
【００２２】前述のような課題を解決するため、この発
明では上記の如き原理に基づき、以下の（１）〜（５）
項のようにしている。 （１）力行時には、１つの単位で駆動している車軸また
は電動機の回転速度のうちの最低速度を、また、ブレー
キ時には、上記回転速度のうちの最高速度をそれぞれ基
準速度Ｎｒｅｆとして選択し、これを粘着軸の回転速度
と考える。そして、各軸の回転速度Ｎｉと基準速度Ｎｒ
ｅｆとの差の時間変化率ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔ、
またはｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔを演算し、空転また
は滑走しているときの時間変化率が正の区間を含む期間
における最大値を求め、これを接線力係数の低下割合
（Δμｓ／μｓｏ）を求めるための指標とする。一方、
上記時間変化率の最大値と（Δμｓ／μｓｏ）相当値と
の相関を予め関数として定めておき、先の（４）’式の
ように、この関数出力の割合だけ、空転または滑走が発
生した後の電動機電流指令またはトルク指令を低下させ
る。なお、空転時と滑走時とでは運転条件等が異なるた
め、力行時とブレーキ時とで（Δμｓ／μｓｏ）相当値
を出力する関数を別々に定めておくことができる。
明では上記の如き原理に基づき、以下の（１）〜（５）
項のようにしている。 （１）力行時には、１つの単位で駆動している車軸また
は電動機の回転速度のうちの最低速度を、また、ブレー
キ時には、上記回転速度のうちの最高速度をそれぞれ基
準速度Ｎｒｅｆとして選択し、これを粘着軸の回転速度
と考える。そして、各軸の回転速度Ｎｉと基準速度Ｎｒ
ｅｆとの差の時間変化率ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔ、
またはｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔを演算し、空転また
は滑走しているときの時間変化率が正の区間を含む期間
における最大値を求め、これを接線力係数の低下割合
（Δμｓ／μｓｏ）を求めるための指標とする。一方、
上記時間変化率の最大値と（Δμｓ／μｓｏ）相当値と
の相関を予め関数として定めておき、先の（４）’式の
ように、この関数出力の割合だけ、空転または滑走が発
生した後の電動機電流指令またはトルク指令を低下させ
る。なお、空転時と滑走時とでは運転条件等が異なるた
め、力行時とブレーキ時とで（Δμｓ／μｓｏ）相当値
を出力する関数を別々に定めておくことができる。
【００２３】（２）上記と同じく各軸の回転速度Ｎｉと
基準速度Ｎｒｅｆとの差の時間変化率の最大値を求め、
これを（６）式の（Ｉｗ／Ｒｇ）・（ｄωW ／ｄｔ）に
相当するトルク低下量を求めるための指標とする。その
ため、上記時間変化率の最大値とトルク低下量との相関
を予め関数として定めておき、先の（６）式の如く、そ
の関数出力の量だけ電動機電流指令またはトルク指令を
低下させる。なお、この場合も空転時と滑走時とでは運
転条件等が異なるため、力行時とブレーキ時とでトルク
低下量の関数を別々に定めておくことができる。
基準速度Ｎｒｅｆとの差の時間変化率の最大値を求め、
これを（６）式の（Ｉｗ／Ｒｇ）・（ｄωW ／ｄｔ）に
相当するトルク低下量を求めるための指標とする。その
ため、上記時間変化率の最大値とトルク低下量との相関
を予め関数として定めておき、先の（６）式の如く、そ
の関数出力の量だけ電動機電流指令またはトルク指令を
低下させる。なお、この場合も空転時と滑走時とでは運
転条件等が異なるため、力行時とブレーキ時とでトルク
低下量の関数を別々に定めておくことができる。
【００２４】（３）上記（１），（２）項における各軸
の回転速度Ｎｉと基準速度Ｎｒｅｆとの差の時間変化率
ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔ、またはｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎ
ｉ）／ｄｔの演算において、基準軸の時間変化率ｄ（Ｎ
ｒｅｆ）／ｄｔは、電気車の性能によって決まるほぼ一
定値と考えることができる。このことから、関数入力を
ｄ（Ｎｉ）／ｄｔまたはｄ（−Ｎｉ）／ｄｔの最大値と
するものである。
の回転速度Ｎｉと基準速度Ｎｒｅｆとの差の時間変化率
ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔ、またはｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎ
ｉ）／ｄｔの演算において、基準軸の時間変化率ｄ（Ｎ
ｒｅｆ）／ｄｔは、電気車の性能によって決まるほぼ一
定値と考えることができる。このことから、関数入力を
ｄ（Ｎｉ）／ｄｔまたはｄ（−Ｎｉ）／ｄｔの最大値と
するものである。
【００２５】（４）上記（１），（２）または（３）項
において、低下させた指令を回復させる条件として、空
転または滑走が発生していない期間を検出してこれが設
定期間を越えたら、低下させた指令の回復を開始する。
その際、設定期間を惰行から力行またはブレーキ状態へ
の移行後の回復回数の関数とする。 （５）上記（１），（２）または（３）項において、特
定の電動機群に対し、各軸ごとに演算した再粘着後の電
動機電流指令またはトルク指令の最小値を、その特定群
中の全軸の再粘着後の指令とする。
において、低下させた指令を回復させる条件として、空
転または滑走が発生していない期間を検出してこれが設
定期間を越えたら、低下させた指令の回復を開始する。
その際、設定期間を惰行から力行またはブレーキ状態へ
の移行後の回復回数の関数とする。 （５）上記（１），（２）または（３）項において、特
定の電動機群に対し、各軸ごとに演算した再粘着後の電
動機電流指令またはトルク指令の最小値を、その特定群
中の全軸の再粘着後の指令とする。
【００２６】
【作用】請求項１または２の発明の如く、空転または滑
走が発生した時の状況に応じて再粘着制御後の指令を決
定することにより、再空転または再滑走を起こさない最
大値付近での運転が可能となり、再空転または再滑走の
発生頻度を大幅に低下させることができる。これによ
り、加速または減速性能低下を極力小さくできるととも
に、再粘着制御の繰り返しによる乗り心地悪化を防ぐこ
とができる。
走が発生した時の状況に応じて再粘着制御後の指令を決
定することにより、再空転または再滑走を起こさない最
大値付近での運転が可能となり、再空転または再滑走の
発生頻度を大幅に低下させることができる。これによ
り、加速または減速性能低下を極力小さくできるととも
に、再粘着制御の繰り返しによる乗り心地悪化を防ぐこ
とができる。
【００２７】請求項１，２では、全軸が空転すると、Ｎ
ｉだけでなくＮｒｅｆの時間変化率も大きくなって、空
転時のｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔまたは滑走時のｄ
（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔが小さくなる。しかし、請求
項３ではＮｒｅｆに無関係なｄ（Ｎｉ）／ｄｔまたはｄ
（−Ｎｉ）／ｄｔの最大値を関数の入力値とするように
し、全軸空転が起こってもその影響を受けることなく、
指令を低下させることができる。
ｉだけでなくＮｒｅｆの時間変化率も大きくなって、空
転時のｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔまたは滑走時のｄ
（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔが小さくなる。しかし、請求
項３ではＮｒｅｆに無関係なｄ（Ｎｉ）／ｄｔまたはｄ
（−Ｎｉ）／ｄｔの最大値を関数の入力値とするように
し、全軸空転が起こってもその影響を受けることなく、
指令を低下させることができる。
【００２８】落ち葉による空転等の接線力係数の低下が
局所的な場合、請求項１〜３のように指令を低下させた
ままでは、加速性能の低下を招くことになる。そこで、
再空転が一定時間以上発生しない場合には、徐々に回復
させる。このとき、例えば指令の回復回数が１回の場合
は、局所的な接線力係数の低下と判断し、比較的早く回
復を開始し、２回目の回復以降は連続的に粘着状態が悪
化していると判断し、回復を開始する時点を遅らせるよ
うにする。これにより、局所的および連続的な接線力係
数低下の双方に順応した指令回復を可能とする。
局所的な場合、請求項１〜３のように指令を低下させた
ままでは、加速性能の低下を招くことになる。そこで、
再空転が一定時間以上発生しない場合には、徐々に回復
させる。このとき、例えば指令の回復回数が１回の場合
は、局所的な接線力係数の低下と判断し、比較的早く回
復を開始し、２回目の回復以降は連続的に粘着状態が悪
化していると判断し、回復を開始する時点を遅らせるよ
うにする。これにより、局所的および連続的な接線力係
数低下の双方に順応した指令回復を可能とする。
【００２９】車両では一般に、ブレーキ時に電動機の発
生する電気ブレーキ力が不足する場合、電動機で駆動し
ている車輪にも空気ブレーキによる力が働く場合があ
り、空気ブレーキは１両内の全車輪に同じ力で働くこと
が多い。この場合に、電気ブレーキ側で各軸個別に指令
を低下させて動かすと、空気ブレーキが同時に働いた場
合に、電動機トルクの大きな車輪に過大なブレーキ力が
掛かって、計画した最大の接線力係数を越えた動作にな
ってしまい、その軸だけが滑走を繰り返すことが考えら
れる。そこで、図５のように再粘着後の電流指令を制御
単位内の最小値に合わせ、電気ブレーキ側でも各軸で同
じトルクを出力させる。これにより、電気と空気の両方
のブレーキが印加される場合でも、両者の協調の不備に
よる余分な滑走の発生を抑制することができる。
生する電気ブレーキ力が不足する場合、電動機で駆動し
ている車輪にも空気ブレーキによる力が働く場合があ
り、空気ブレーキは１両内の全車輪に同じ力で働くこと
が多い。この場合に、電気ブレーキ側で各軸個別に指令
を低下させて動かすと、空気ブレーキが同時に働いた場
合に、電動機トルクの大きな車輪に過大なブレーキ力が
掛かって、計画した最大の接線力係数を越えた動作にな
ってしまい、その軸だけが滑走を繰り返すことが考えら
れる。そこで、図５のように再粘着後の電流指令を制御
単位内の最小値に合わせ、電気ブレーキ側でも各軸で同
じトルクを出力させる。これにより、電気と空気の両方
のブレーキが印加される場合でも、両者の協調の不備に
よる余分な滑走の発生を抑制することができる。
【００３０】
【実施例】図１はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。以下、個別に電動機電流指令を与えて制御する場
合の例について説明するが、いくつかの電動機を並列接
続し、この電動機群を１つの電動機電流指令で一括制御
する場合も適用可能なのは勿論である。すなわち、図１
に示すものは、図６に示す従来例に対し、時間変化率演
算器１１、最大値ホールド回路１２および関数発生器１
３を付加して構成される。
ある。以下、個別に電動機電流指令を与えて制御する場
合の例について説明するが、いくつかの電動機を並列接
続し、この電動機群を１つの電動機電流指令で一括制御
する場合も適用可能なのは勿論である。すなわち、図１
に示すものは、図６に示す従来例に対し、時間変化率演
算器１１、最大値ホールド回路１２および関数発生器１
３を付加して構成される。
【００３１】時間変化率演算器１１では、ＮｉとＮｒｅ
ｆから力行中はｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔを、また、
ブレーキ中はｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔをそれぞれ演
算する。最大値ホールド回路１２では、空転／滑走検知
信号から前回発生した空転（滑走）の再粘着後から、今
回発生した空転（滑走）の時間変化率ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅ
ｆ）／ｄｔ（ｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔ）が負となる
直前までの、その最大値を求めてホールドする。関数発
生器１３は、そのホールド結果を入力されて、指令の低
下割合Ｒｄを出力する。
ｆから力行中はｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅｆ）／ｄｔを、また、
ブレーキ中はｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔをそれぞれ演
算する。最大値ホールド回路１２では、空転／滑走検知
信号から前回発生した空転（滑走）の再粘着後から、今
回発生した空転（滑走）の時間変化率ｄ（Ｎｉ−Ｎｒｅ
ｆ）／ｄｔ（ｄ（Ｎｒｅｆ−Ｎｉ）／ｄｔ）が負となる
直前までの、その最大値を求めてホールドする。関数発
生器１３は、そのホールド結果を入力されて、指令の低
下割合Ｒｄを出力する。
【００３２】電流係数演算器８では、現時点までの電流
係数演算器８の出力と低下割合Ｒｄから（（現時点まで
の出力）−Ｒｄ）を演算する。したがって、図１の電流
係数演算器８は図６の電流係数演算器８とは演算内容が
異なっている。結果は、乗算器９においてＩｍｉ**と乗
算され、再粘着後の電動機電流指令となる。なお、その
他の点は図６の場合と同様なので、詳細は省略する。
係数演算器８の出力と低下割合Ｒｄから（（現時点まで
の出力）−Ｒｄ）を演算する。したがって、図１の電流
係数演算器８は図６の電流係数演算器８とは演算内容が
異なっている。結果は、乗算器９においてＩｍｉ**と乗
算され、再粘着後の電動機電流指令となる。なお、その
他の点は図６の場合と同様なので、詳細は省略する。
【００３３】図２はこの発明の他の実施例を示す構成図
である。これは、図１の電流係数演算器８と乗算器９の
代わりに、指令低下量演算器１４と減算器１５を設けて
構成される。すなわち、関数発生器１３は最大値ホール
ド回路１２の出力にもとづき、検知した１回の空転に対
する電流指令低下量を出力する。したがって、関数発生
器１３は図１のそれとは出力信号が異なっている。指令
低下量演算器１４では、この関数発生器１３の出力とそ
れまでの低下量とから、最終的な指令低下量を演算す
る。そして、減算器１５において、指令Ｉｍｉ**から最
終的な指令低下量を減算し、再粘着後の電動機電流指令
となる。なお、その他の点は図１の場合と同様である。
である。これは、図１の電流係数演算器８と乗算器９の
代わりに、指令低下量演算器１４と減算器１５を設けて
構成される。すなわち、関数発生器１３は最大値ホール
ド回路１２の出力にもとづき、検知した１回の空転に対
する電流指令低下量を出力する。したがって、関数発生
器１３は図１のそれとは出力信号が異なっている。指令
低下量演算器１４では、この関数発生器１３の出力とそ
れまでの低下量とから、最終的な指令低下量を演算す
る。そして、減算器１５において、指令Ｉｍｉ**から最
終的な指令低下量を減算し、再粘着後の電動機電流指令
となる。なお、その他の点は図１の場合と同様である。
【００３４】図３は図１の変形例を示す構成図である。
これは、図１の時間変化率演算器１１の入力を回転速度
Ｎｉのみとし、その演算を容易にしたものである。した
がって、時間変化率演算器１１は図１のそれとは演算内
容が異なることになる。その他の点は図１と同様なの
で、詳細は省略する。なお、この考え方は図２の場合に
ついても、同様にして適用することができるのは言うま
でもない。
これは、図１の時間変化率演算器１１の入力を回転速度
Ｎｉのみとし、その演算を容易にしたものである。した
がって、時間変化率演算器１１は図１のそれとは演算内
容が異なることになる。その他の点は図１と同様なの
で、詳細は省略する。なお、この考え方は図２の場合に
ついても、同様にして適用することができるのは言うま
でもない。
【００３５】図４はこの発明のさらに他の実施例を示す
構成図である。これは、図３に示すものに、カウンタ１
６と設定期間テーブル１７を追加して構成される。カウ
ンタ１６は、力行／ブレーキの運転情報と係数回復信号
から、惰行からの１つの力行期間またはブレーキ期間中
の指令の回復回数をカウントする。設定期間テーブル１
７では、空転発生がなく指令の回復開始を判定するため
の設定期間を、カウンタ１６の出力に応じて発生する。
タイマ７（図１〜図３に示すものとは機能が少し異なっ
ている）では、設定期間テーブル１７出力の期間以上に
空転または滑走が発生しない場合に、係数回復信号を発
生する。なお、この考え方は図１，図２の場合について
も、同様にして適用することができる。
構成図である。これは、図３に示すものに、カウンタ１
６と設定期間テーブル１７を追加して構成される。カウ
ンタ１６は、力行／ブレーキの運転情報と係数回復信号
から、惰行からの１つの力行期間またはブレーキ期間中
の指令の回復回数をカウントする。設定期間テーブル１
７では、空転発生がなく指令の回復開始を判定するため
の設定期間を、カウンタ１６の出力に応じて発生する。
タイマ７（図１〜図３に示すものとは機能が少し異なっ
ている）では、設定期間テーブル１７出力の期間以上に
空転または滑走が発生しない場合に、係数回復信号を発
生する。なお、この考え方は図１，図２の場合について
も、同様にして適用することができる。
【００３６】図５はこの発明の別の実施例を示す構成図
である。これは、図１に示すものに対し、最小値選択回
路１８を付加して構成される。すなわち、再粘着後の電
流指令を全軸の中の１番小さな値とすることにより、全
軸の再空転を抑制するとともに、空気ブレーキとの協調
を図ろうとするものである。なお、この考え方は図２〜
図４の場合についても、同様にして適用することができ
る。
である。これは、図１に示すものに対し、最小値選択回
路１８を付加して構成される。すなわち、再粘着後の電
流指令を全軸の中の１番小さな値とすることにより、全
軸の再空転を抑制するとともに、空気ブレーキとの協調
を図ろうとするものである。なお、この考え方は図２〜
図４の場合についても、同様にして適用することができ
る。
【００３７】
【発明の効果】この発明によれば、回転速度と基準速度
との差または回転速度の時間変化率の最大値に応じて指
令を低下させる、または空転または滑走回数に応じて指
令の回復時点を変更するようにしたので、空転または滑
走が連続発生して再粘着制御を繰り返すことがなくなる
だけでなく、加速または減速性能の低下を最小限に抑え
ることができるため、雨天時の空転，滑走の頻発による
電気車の運行遅れを小さくすることができる一方、乗り
心地を向上させることができる、などの利点が得られ
る。
との差または回転速度の時間変化率の最大値に応じて指
令を低下させる、または空転または滑走回数に応じて指
令の回復時点を変更するようにしたので、空転または滑
走が連続発生して再粘着制御を繰り返すことがなくなる
だけでなく、加速または減速性能の低下を最小限に抑え
ることができるため、雨天時の空転，滑走の頻発による
電気車の運行遅れを小さくすることができる一方、乗り
心地を向上させることができる、などの利点が得られ
る。
【図１】この発明の第１実施例を示す構成図である。
【図２】この発明の第２実施例を示す構成図である。
【図３】この発明の第３実施例を示す構成図である。
【図４】この発明の第４実施例を示す構成図である。
【図５】この発明の第５実施例を示す構成図である。
【図６】従来例を示す構成図である。
【図７】接線力特性を説明するための特性図である。
１…電力変換装置、２…誘導電動機（ＩＭ）、３…パル
スジェネレータ（ＰＧ）、４…回転速度演算器、５…空
転／滑走検知器、６…再粘着制御器、７…タイマ、８…
電流係数演算器、９…乗算器、１０…電流指令補正器、
１１…時間変化率演算器、１２…最大値ホールド回路、
１３…関数発生器、１４…指令低下演算器、１５…減算
器、１６…カウンタ、１７…設定期間テーブル、１８…
最小値選択回路。
スジェネレータ（ＰＧ）、４…回転速度演算器、５…空
転／滑走検知器、６…再粘着制御器、７…タイマ、８…
電流係数演算器、９…乗算器、１０…電流指令補正器、
１１…時間変化率演算器、１２…最大値ホールド回路、
１３…関数発生器、１４…指令低下演算器、１５…減算
器、１６…カウンタ、１７…設定期間テーブル、１８…
最小値選択回路。
Claims (5)
- 【請求項１】 電動機または車軸の回転速度を検知また
は推定する手段からの出力にもとづき電力変換装置を介
して電動機を制御する電気車の制御装置において、 力行時には１つの単位で駆動している電動機または車軸
の回転速度のうちの最低速度を、また、ブレーキ時には
前記回転速度のうちの最高速度をそれぞれ基準速度とし
て選択し、各軸の回転速度と前記基準速度との差の時間
変化率を演算するとともに、空転または滑走時に回転速
度と前記基準速度との差が増加する区間を少なくとも含
む所定期間における前記時間変化率の最大値を求め、こ
の最大値に応じて関数発生器の内容を読み出し、その関
数出力が示す割合だけ、空転または滑走の再粘着後の電
動機電流指令またはトルク指令を低下させることを特徴
とする電気車の制御装置。 - 【請求項２】 電動機または車軸の回転速度を検知また
は推定する手段からの出力にもとづき電力変換装置を介
して電動機を制御する電気車の制御装置において、 力行時には１つの単位で駆動している電動機または車軸
の回転速度のうちの最低速度を、また、ブレーキ時には
前記回転速度のうちの最高速度をそれぞれ基準速度とし
て選択し、各軸の回転速度と前記基準速度との差の時間
変化率を演算するとともに、空転または滑走時に回転速
度と前記基準速度との差が増加する区間を少なくとも含
む所定期間における前記時間変化率の最大値を求め、こ
の最大値に応じて関数発生器の内容を読み出し、その関
数出力が示す量だけ、空転または滑走の再粘着後の電動
機電流指令またはトルク指令を低下させることを特徴と
する電気車の制御装置。 - 【請求項３】 前記各軸の回転速度と前記基準速度との
差の時間変化率の代わりに、回転速度の時間変化率を用
いることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記
載の電気車の制御装置。 - 【請求項４】 前記低下させた指令を回復するに当た
り、空転または滑走が発生していない設定期間を、惰行
から力行またはブレーキ状態への移行後の指令の回復回
数の関数とし、この設定期間以上空転または滑走が発生
していない場合に、低下させた指令を回復することとを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電気車
の制御装置。 - 【請求項５】 再粘着後に指令する電動機電流指令また
はトルク指令の最小値を求め、この最小値によって１群
の電動機の全てを制御することを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の電気車の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01458995A JP3446849B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電気車の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01458995A JP3446849B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電気車の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08214408A true JPH08214408A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3446849B2 JP3446849B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=11865364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01458995A Expired - Fee Related JP3446849B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電気車の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446849B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU760385B2 (en) * | 2000-07-10 | 2003-05-15 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Driving control apparatus for electric industrial vehicle |
-
1995
- 1995-01-31 JP JP01458995A patent/JP3446849B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU760385B2 (en) * | 2000-07-10 | 2003-05-15 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Driving control apparatus for electric industrial vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3446849B2 (ja) | 2003-09-16 |
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