JPH10155201A

JPH10155201A - 車両用電力変換器の制御装置

Info

Publication number: JPH10155201A
Application number: JP9274947A
Authority: JP
Inventors: Masahito Suzuki; 鈴木　　優人; Takeshi Ando; 安藤　　武; Tokunosuke Tanamachi; 棚町　　徳之助; Takashi Yasuda; 安田　　高司; Kiyoshi Nakada; 仲田　　清; Eiichi Toyoda; 豊田　　瑛一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1998-06-09
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3538665B2

Abstract

(57)【要約】【課題】制御装置の小形、低コスト化を図ると共に、
再粘着制御によるトルクの減少を防止し、所定の加速性
能を得て制御性能を向上させることにある。【解決手段】車両の運転状態を決定する１台の車両制
御手段１と、該手段１の指令に応じて電力変換器６ａ、
６ｂを制御する複数台の変換器制御手段２ａ、２ｂと、
両手段１，２ａ、２ｂを接続するシリアル通信手段１０
からなり、車両制御手段は、何れかのユニットで発生し
た空転や滑走を受信し、他のユニットの変換器制御手段
に対して指令データを送信し、他の全ての誘導電動機の
トルクを同時に低減させる。また、車両制御手段は、空
転や滑走が発生した該当変換器制御手段から空転や滑走
データを受信した場合、当該変換器制御手段には電流指
令値を直ちに低減させ、他の変換器制御手段には電流指
令値を所定時間遅らせて低減させる指令データを送信
し、他の誘導電動機のトルクを低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用インバー
タ、コンバータ及び車上電源装置等の車両用電力変換器
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータやコンバータ等の車両用電力
変換器の制御装置として、従来は１台の制御装置により
１ユニット（例えば、１インバータ／１モータ構成）の
主回路を制御することが基本構成となっている。ところ
で、１編成の車両には変換器制御に必要な電流、電圧信
号の他に、マスコンからのノッチ指令、応荷重指令、ブ
レーキ力指令及び主回路の断流器信号等の車両の運転状
態を決定するために必要な信号（以下、運転情報と呼
ぶ。）が多数あり、制御装置にはこれらの運転情報が各
々電線を介して入力されている。このため、車両１編成
で複数台の制御装置を用いる場合、全ての制御装置は独
立しているので、それぞれ独立した制御装置に上記運転
情報を並列に入力する必要があった。また、従来技術と
して、特開平４−２４８３０１号公報には、可変電圧可
変周波数インバータと誘導電動機を１対１に組み合わせ
てユニット化（以下、駆動制御ユニットと呼ぶ。）し、
この複数の駆動制御ユニットを１台の統括制御装置で制
御するシステムが開示されている。このシステムにおい
て空転及び滑走が発生した場合、統括制御装置は、予め
定められた特定の駆動制御ユニットのトルク指令値を低
下させ、他の駆動制御ユニットに対してトルク指令値を
低下させた駆動制御ユニットの速度信号を使用するよう
に指令する。これにより、トルク指令値を低下させた駆
動制御ユニットの空転及び滑走を抑制し、このユニット
の速度信号を使用することにより、実走行速度を確実に
得ることが可能となり、再粘着性能の向上が期待できる
としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の制御
装置を複数台用いる車両では、実装面やコスト面で制御
装置ばかりでなく、配線量の占める割合が大きくなって
いた。また、制御に関しては、制御装置が独立している
ため、何れかのユニットに属するモータが空転しても、
他のユニットの制御装置は空転を検知することができ
ず、再粘着制御の性能が低下する、という問題があっ
た。更に、何らかの事故により、１つのユニットを切り
離すような場合には、このために不足するトルクの補正
を運転手のノッチ操作により行わざるを得なかったの
で、操作上煩わしさがあった。また、上記公報記載の従
来技術は、特別な検出手段を用いずに実走行速度を検出
し、これによりインバータ周波数の発散を抑制すること
を目的としているため、インバータ周波数の発散を抑制
できるものの、空転及び滑走自体を防止するものではな
い。このため、空転及び滑走が発生したユニットについ
ては、従来と同様にトルク指令の減少及び復元といった
再粘着制御が必要である。ここで、一般的な再粘着制御
を図２０に示す。すなわち、空転及び滑走が発生し、図
示のように電動機速度Ｆｒが急変した場合、電動機速度
Ｆｒが急変している期間（ｔ０〜ｔ１：空滑信号が
“１”の期間）では電流パターンＩｐを絞り、再粘着し
た時点（ｔ１）から所定時間保持（ｔ１〜ｔ２）した後
に元の値までゆっくりと戻す（ｔ２〜ｔ３）。したがっ
て、１回の空転及び滑走で斜線部に示すトルクの減少が
発生する。この一連の再粘着制御には数秒の時間を要す
るため、空転及び滑走が頻繁に発生する場合、車両の加
速性能は著しく低下するといった問題がある。また、こ
の再粘着制御によりトルク変動が発生するため、乗り心
地が悪くなるといった問題もある。

【０００４】本発明の課題は、車両用電力変換器の制御
装置の小形、低コスト化を図ると共に、再粘着制御によ
るトルクの減少を防止し、所定の加速性能を得て制御性
能を向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、車両用電力
変換器の制御装置を１台の車両制御手段と複数台の変換
器制御手段に分離し、かつ、１台の車両制御手段と複数
台の変換器制御手段を端末間で相互に送受信可能なシリ
アル通信手段を介して接続することにより、解決され
る。ここで、車両制御手段は、応荷重指令、ブレーキ力
指令、ノッチ指令及び主回路の断流器信号等の運転上必
要とする運転情報を取り込み、車両の運転状態を決定
し、各変換器制御手段に送信する。各変換器制御手段
は、運転状態に応じてインバータやコンバータ等の電力
変換器を制御する。また、車両制御手段は、何れかのユ
ニットで発生した空転や滑走を受信し、他のユニットを
制御する変換器制御手段に対して電流指令値を低減させ
る指令データを送信し、他の全ての誘導電動機のトルク
を同時に低減させる。また、車両制御手段は、空転又は
滑走が発生した該当変換器制御手段から空転又は滑走デ
ータを受信した場合、当該変換器制御手段には電流指令
値を直ちに低減させ、他の変換器制御手段には電流指令
値を所定時間遅らせて低減させる指令データを送信し、
他の誘導電動機のトルクを低減させる。この場合、当該
変換器制御手段より進行方向に対して後方の変換器制御
手段のみ所定時間遅らせて電流指令値を低減させる。ま
た、前記所定時間は、空転の発生した車輪より後方の車
輪が空転発生時から空転発生箇所に到達するまでの時間
より短い時間とする。また、車両制御手段は、空転又は
滑走が発生した該当変換器制御手段から空転又は滑走デ
ータを受信した場合、当該変換器制御手段には電流指令
値を直ちに低減させ、当該変換器制御手段より進行方向
に対して前方の変換器制御手段には電流指令値を増加さ
せる指令データを送信し、前方の誘導電動機のトルクを
増加させる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態による車
両用電力変換器の制御装置を示す。なお、本実施形態で
は２台のインバータ装置を駆動する場合について説明す
る。本実施形態において、車両制御手段１は、マイコン
１１、アナログインタフェース１２、デジタル入力イン
タフェース１３、デジタル出力インタフェース１４、プ
ログラムメモリ１５、作業メモリ１６、ネットワークイ
ンタフェース１７からなり、アナログ入力インタフェー
ス１２にブレーキ受量器３から出力される応荷重指令３
１とブレーキ力指令３２を入力し、デジタル入力インタ
フェース１３にマスコン４から出力されるノッチ指令４
１及び断流器５の接点信号５１を入力する。一方、デジ
タル出力インタフェース１４から出力される駆動信号５
２は断流器５に入力する。マイコン１１は、アナログイ
ンタフェース１２及びデジタル入力インタフェース１３
からアナログ信号及びデジタル信号を取り込み、プログ
ラムメモリ１５に格納された処理手順に従って作業メモ
リ１６を用いて後述する処理を行い、車両の運転状態を
決定する。ここで決定した運転状態をネットワークイン
タフェース１７を介してシリアル伝送路１０に出力す
る。次に、２台の変換器制御手段２ａ，２ｂは、マイコ
ン２１ａ，２１ｂ、アナログインタフェース２５ａ，２
５ｂ、ネットワークインタフェース２７ａ，２７ｂ、プ
ログラムメモリ２２ａ，２２ｂ、作業メモリ２３ａ，２
３ｂ、パルスインタフェース２４ａ，２４ｂ、ロジック
回路２６ａ，２６ｂ、インバータ装置６ａ，６ｂ、誘導
電動機７ａ，７ｂ、パルス発生器８ａ，８ｂからなり、
マイコン２１ａ，２１ｂはネットワークインタフェース
２７ａ，２７ｂを介してシリアル伝送路１０から運転状
態に関する指令を取り込み、プログラムメモリ２２ａ，
２２ｂに格納された処理手順に従ってそれぞれ作業メモ
リ２３ａ，２３ｂを用いて後述する処理を行う。マイコ
ン２１ａ，２１ｂは、最終的にロジック回路２６ａ，２
６ｂを介してＰＷＭパルス信号２６１ａ，２６１ｂを出
力し、インバータ装置６ａ，６ｂを駆動する。これによ
り、３相誘導電動機７ａ，７ｂの速度が制御される。３
相誘導電動機７ａ，７ｂの速度は、パルス発生器８ａ，
８ｂで速度に比例したパルス列８１ａ，８１ｂに変換
し、パルスインターフェース２４ａ，２４ｂを介してマ
イコン２１ａ，２１ｂに入力する。また、電流検出器９
ｕａ，９ｖａ，９ｗａ及び９ｕｂ，９ｖｂ，９ｗｂで検
出した電動機電流９１ａ，９２ａ，９３ａ及び９１ｂ，
９２ｂ，９３ｂとインバータ装置６ａ，６ｂの直流電源
電圧６１ａ，６１ｂはアナログ入力インタフェース２５
ａ，２５ｂを介してマイコン２１ａ、２１ｂに入力す
る。

【０００７】以下、車両制御手段１の機能及び処理につ
いて、図２〜図９を用いて説明する。図２は、車両制御
手段１の機能ブロック図を示す。図示のように、応加重
指令３１、ブレーキ力指令３２を切り替え手段１ａに入
力し、ノッチ信号４１ａ〜４１ｅをノッチ判定手段１ｂ
に入力する。ノッチ判定手段１ｂは、ノッチ信号４１ａ
〜４１ｅに基づいて力行又はブレーキ状態を”１”又
は”０”で示すＰＢ信号４１１を出力し、これに従っ
て、切り替え手段１ａは応加重指令３１又はブレーキ力
指令３２の何れか一方をトルク指令値３１２として出力
する。減算手段１ｊは、トルク指令値３１２から異常処
理手段１ｅが出力するトルク補正値３１４を減算した最
終的なトルク指令値３１３を算出し、出力メモリ１ｆに
格納する。また、ノッチ判定手段１ｂは、ノッチ信号４
１ａ〜４１ｅを図３（ａ）に示す２バイトのノッチ情報
４１２に変換して出力する。一方、断流器５の接点信号
５１は、断流器制御手段１ｃに入力され、これに基づい
て断流器制御手段１ｃは、断流器５のオン、オフ状態
を”１”又は”０”で示すＬＢ信号５１１を出力する。
シーケンス処理手段１ｄは、ノッチ情報４１２とＬＢ信
号５１１に基づいてインバータ装置２ａ，２ｂのスター
トタイミングを判定する。この結果、図３（ｂ）に示す
ように、ノッチ情報４１２の最上位ビットにスタートフ
ラグ（”１”でインバータスタート）を付加したノッチ
情報５１２を出力し、出力メモリ１ｆに格納する。

【０００８】ここで、出力メモリ１ｆの構成を図４に示
す。図中＋０〜＋６番地は全ての変換器に共通な情報を
格納する領域、＋８〜＋１４番地は変換器制御手段２ａ
固有の情報を格納する領域、＋１６〜＋２２番地は変換
器制御手段２ｂ固有の情報を格納する領域である。な
お、＋２４番地以降は変換器制御手段を増設した場合の
予備領域である。この構成において、＋０，＋８，＋１
６番地には送信元である車両制御手段１のアドレス（本
実施形態では＄００００）を送信時にセットする。ただ
し、送信する必要がない場合はこの番地のデータを＄Ｆ
ＦＦＦとする。また、＋２，＋１０，＋１８番地には受
信先である変換器制御手段２ａ，２ｂに共通のアドレス
（本実施形態では＄００００）及び個別のアドレス（本
実施形態では＄０００１，＄０００２）を常にセットす
る。

【０００９】さて、切り替え手段１ａから出力されたト
ルク指令値３１２とシーケンス処理手段１ｄから出力さ
れたノッチ情報５１２は、通常全ての変換器制御手段に
共通の情報として図示＋４及び＋６番地に格納されると
共に、シーケンス処理手段１ｄにより＋０番地に車両制
御手段１のアドレス＄００００がセットされる。ネット
ワーク制御手段１ｈは、＋０番地のデータが＄００００
となったことにより、送信要求が発生したと判断し、ネ
ットワーク１０上に＋０〜＋６番地のデータを出力す
る。一方、ネットワーク制御手段１ｈは、シーケンス処
理手段１ｄからの送信要求により出力メモリ１ｆに格納
されているデータを、ネットワーク１０上に出力すると
共に、ネットワーク１０を介して変換器制御手段２ａ，
２ｂから送信されたデータを取り込み、入力メモリ１ｇ
に格納する。なお、変換器制御手段２ａ，２ｂからの送
信データには後述する異常データと、速度、電圧値、電
流値等の一定周期で出力される定期データがあるが、定
期データについてはここでは詳細な説明を省略する。

【００１０】ここで、入力メモリ１ｇの構成を図５に示
す。図中＋０〜＋６番地は変換器制御手段２ａからのデ
ータ、＋８〜＋１４番地は変換器制御手段２ｂからのデ
ータである。なお、＋１６番地以降は変換器制御手段を
増設した場合の予備領域である。この構成において、＋
０，＋８番地には送信元である変換器制御手段２ａ，２
ｂのそれぞれのアドレス＄０００１，＄０００２が格納
され、＋２，＋１０番地には受信先である車両制御手段
１のアドレス＄００００が格納され、＋４，＋１２番地
には変換器制御手段２ａ，２ｂからのデータである異常
情報が格納される。なお、＋６，＋１４番地は予備領域
である。

【００１１】さて、変換器制御手段２ａ，２ｂからの異
常情報としては、図６に示すように、空転又は滑走、過
電圧、過電流、ＰＷＭパルス異常等がある。異常処理手
段１ｅは、入力メモリ１ｇから異常情報５２３を読み出
し、これらの情報を基に適当なトルク補正値３１４を出
力して異常を発生した変換器制御手段或いは正常な変換
器制御手段の出力を制限するか、または、シーケンス処
理手段１ｄから出力されるノッチ情報５１２のスタート
フラグリセット信号５２２（”１”のときスタートフラ
グリセット）を出力し、異常を発生した変換器制御手段
或いは全ての変換器制御手段を停止させる。例えば、誘
導電動機７ａが空転（又は、滑走）した場合、車両制御
手段１が変換器制御手段２ｂに対してトルク指令値を低
減する指令を送信し、変換器制御手段２ｂが同時にトル
クを減少させる。このため粘着制御性能が向上する。

【００１２】以上説明した車両制御手段１の機能を実現
するマイコン１１の処理手順を図７のフローチャートに
示す。まず、ノッチ信号４１ａ〜４１ｅを取り込み（手
順１００）、力行であると判定した場合（手順１０１）
は、応荷重指令３１をトルク指令値３１２として出力メ
モリ１ｆに格納する（手順１０２）。一方、手順１０１
において力行でないと判定され、ブレーキであると判定
した場合（手順１０３）は、ブレーキ力指令３２をトル
ク指令値３１２として出力メモリ１ｆに格納する（手順
１０４）。なお、手順１０１、手順１０３において力
行、ブレーキの何れでもないと判定した場合は惰行或い
は停止状態のため、以下の処理をバイパスし、定期デー
タを受信して（手順１１１）終了する。次に、異常情報
の有無をチェックし（手順１０５）、異常がある場合は
異常処理を実行する（手順１０６）。

【００１３】異常処理ルーチンを図８に示す。図８で
は、図６に示す各変換器制御手段からの異常情報を参照
して以下の処理を実行する。パルス異常の有無（手順１
０６１）、過電流の有無（手順１０６２）及び過電圧の
有無（手順１０６３）をチェックし、何れか一つでも異
常の有る場合は該当する変換器制御手段を停止するため
のリセット信号５２２を出力する（手順１０６４）。手
順１０６１〜１０６３において異常がない場合は、空転
或いは滑走であるかを判定し（手順１０６５）、空転或
いは滑走の場合はトルク補正値３１４を出力する（手順
１０６６）。手順１０６５において空転或いは滑走でな
い場合は手順１０６６をバイパスして異常処理を終了す
る。

【００１４】手順１０５において異常がない場合は、手
順１０６の異常処理をバイパスし、断流器駆動信号５２
を出力した後に（手順１０７）、断流器の接点信号５１
を取り込み（手順１０８）、断流器の投入完了をチェッ
クする（手順１０９）。断流器の投入が完了したと判定
した場合は、変換器制御手段２ａ，２ｂに対して図９に
示す指令データ２００を送信する（手順１１０）。ま
た、手順１０９において断流器が投入されていないと判
定した場合は、以下の処理をバイパスし、定期データを
受信して（手順１１１）終了する。以上の一連の処理を
所定の周期で繰り返す。なお、指令データ２００は、図
９に示すように、出力メモリ１ｆの内容の１ブロック分
の構成であり、送信元（車両制御手段１）アドレス２０
１、受信先（変換器制御手段２ａ、２ｂ）アドレス２０
２、トルク指令値２０３及びノッチ情報２０４からな
る。

【００１５】次に、変換器制御手段２ａ，２ｂの機能及
び処理を図１０〜図１４を用いて説明する。ただし、変
換器制御手段２ａ，２ｂは同一のため、ここでは変換器
制御手段２ａについてのみ説明する。図１０は、変換器
制御手段２ａの機能ブロック図を示す。図示のように、
ネットワーク制御手段２ａ−１は、ネットワーク１０を
介して変換器制御手段２ａに対する指令データ２００
（図９）を取り込み、入力メモリ２ａ−２に格納する。
この内容は、図１１に示すように、＋０番地が送信元ア
ドレス（本実施形態では車両制御手段１：＄０００
０）、＋２番地が受信先アドレス（変換器制御手段２
ａ：＄０００１）、＋４番地がトルク指令値、＋６番地
がノッチ情報である。運転状態判定手段２ａ−３は、入
力メモリ２ａ−２のノッチ情報２２１を参照して起動信
号２３１（”１”で起動、”０”で停止）と、力行／ブ
レーキ、前進／後進等の運転状態指令２３２を出力す
る。電流パターン演算手段２ａ−４は、運転状態指令２
３２と入力メモリ２ａ−２のトルク指令値２２２及びア
ナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と略称す
る。）２ａ−５でデジタル値に変換した直流電源電圧２
５１を用いて力行又はブレーキ時の電流パターン２４１
を出力する。滑り周波数演算手段２ａ−９は、電流パタ
ーン２４１とＡ／Ｄ変換器２ａ−６〜２ａ−８でデジタ
ル値に変換したＵ相電動機電流２６１、Ｖ相電動機電流
２７１、Ｗ相電動機電流２８１を用いて電流パターン２
４１に応じた電動機電流を得るための滑り周波数２９１
を出力する。速度演算手段２ａ−１０は、図１に示すパ
ルス発生器８ａから出力されるパルス列８１ａを（１）
式に代入して電動機速度２１０１を算出する。Ｆｒ＝Ｎｐ／３０（１）ここで、Ｎｐ：電動機の回転数に対応するパルス数（３
０パルス／１回転の場合）Ｆｒ：電動機速度（Ｈｚ）周波数演算手段２ａ−１１は、滑り周波数２９１と電動
機速度２１０１を（２）式に代入して周波数指令値２１
１１を算出する。Ｆｉ＝Ｆｓ＋Ｆｒ（２）ここで、Ｆｉ：周波数指令値（Ｈｚ）Ｆｓ：滑り周波数（Ｈｚ）変調率演算手段２ａ−１２は、電流パターン２４１と周
波数指令値２１１１より電圧指令値２１２１を出力す
る。ＰＷＭ演算手段２ａ−１３は、前記周波数指令値２
１１１と電圧指令値２１２１に応じて、図１に示すイン
バータ装置６ａを駆動するためのＰＷＭパルス信号２６
１ａを出力する。異常検知手段２ａ−１５は、デジタル
値に変換した直流電源電圧２５１に対する過電圧の検
知、３相の電動機電流２６１、２７１、２８１に対する
過電流の検知、電動機速度２１０１による空転又は滑走
の検知及びＰＷＭパルス信号の異常を検知し、異常フラ
グ２１５１を出力（”０”で正常，”１”で異常）する
と共に、出力メモリ２ａ−１６に異常情報（図６）を格
納する。出力メモリ２ａ−１６の内容は、図１２に示す
ように、＋０番地が変換器制御手段２ａのアドレス（＄
０００１）、＋２番地が車両制御手段１のアドレス（＄
００００）、＋４番地が異常情報、＋６番地が予備であ
る。起動制御手段２ａ−１７は、運転状態判定手段２ａ
−３から出力される起動信号２３１が”１”であり、異
常検知手段２ａ−１５から出力される異常フラグ２１５
１が”０”のとき、ＰＷＭ演算手段２ａ−１３に対して
ＰＷＭパルス信号の出力を許可するゲートスタート信号
２１７１を出力する。ネットワーク制御手段２ａ−１
は、出力メモリ２ａ−１６の＋０番地に変換器制御手段
２ａのアドレスが格納されたことにより、図１３に示す
ように、送信元アドレス３０１、受信先アドレス３０
２、異常情報３０３及び予備３０４からなる異常データ
３００をネットワーク１０に出力する。

【００１６】以上説明した変換器制御手段２ａの機能を
実現するマイコン２１ａの処理を図１４のフローチャー
トにより説明する。異常検知手段２ａ−１５により異常
の有無を確認し（手順１２０）、空転／滑走による異常
である場合は（手順１２１）、電流パターンを絞り、再
粘着制御を実行する（手順１２２）。一方、過電圧、過
電流又はＰＷＭパルス信号による異常である場合は、電
流パターンを”０”とすると共に（手順１２３）、ＰＷ
Ｍパルス信号２６１ａを停止する（手順１２４）。更
に、出力メモリ２ａ−１６の＋２，＋４番地に車両制御
手段１のアドレス（＄００００）及びこれらの異常情報
を格納し（手順１２５）、＋０番地に変換器制御手段２
ａのアドレス（＄０００１）を格納する（手順１２
６）。これにより、ネットワーク制御手段２ａ−１は異
常データ３００をネットワーク１０に出力し（手順１２
７）、処理を終了する。

【００１７】しかし、手順１２０において異常が無く、
車両制御手段１からの指令データ２００を受信し、入力
メモリ２ａ−２に格納した場合は（手順１２８）、ま
ず、ノッチ情報を取り込む（手順１２９）。このノッチ
情報を基に起動（図３（ｂ）のスタートフラグが”
１”）と判定した場合（手順１３０）は、運転状態を判
定する（手順１３１）。運転状態が力行であると判定し
た場合は、トルク指令値２２２と直流電源電圧２５１に
応じた力行時の電流パターン２４１とこれに基づいたＰ
ＷＭパルス信号２６１ａを発生する（手順１３３）。ま
た、手順１３１において力行でないと判定し、ブレーキ
であると判定した場合は（手順１３２）、トルク指令値
２２２と直流電源電圧２５１に応じたブレーキ時の電流
パターン２４１とこれに基づいたＰＷＭパルス信号２６
１ａを発生する（手順１３４）。手順１３２においてブ
レーキでないと判定した場合は、電流パターン２４１
を”０”とする（手順１３５）と共に、ＰＷＭパルス信
号２６１ａの出力を停止する（手順１３６）。一方、手
順１２８において指令データ２００が無い場合又は手順
１３０において起動でないと判定した場合（図３（ｂ）
のスタートフラグが”０”）は、その時点の運転状態を
判定し（手順１３７）、既に力行の処理を実行中の場合
は手順１３３において引き続き、力行の処理を行う。ま
た、手順１３７において力行中でないと判定し、ブレー
キの処理を実行中と判定した場合（手順１３８）は、手
順１３４において引き続き、ブレーキの処理を実行す
る。手順１３７、手順１３８において、力行、ブレーキ
の何れも実行中でないと判定した場合は、手順１３５と
手順１３６の処理を実行し、最後に定期データを送信し
て（手順１３９）終了する。以上の一連の処理を所定の
周期で繰り返す。

【００１８】ここで、例えば、誘導電動機７ａが空転
（又は、滑走）した場合、出力メモリ２ａ−１６に空転
（又は、滑走）データが格納され、ネットワーク制御手
段２ａ−１によってネットワーク１０に出力されるの
で、車両制御手段１では、この空転（又は、滑走）デー
タを入力メモリ１ｅ（図２）に格納し、異常処理１ｅし
てトルク指令値を空転量（又は、滑走量）に応じたトル
ク補正値に補正し、出力メモリ１ｆに格納すると共に、
ネットワーク制御手段１ｈから変換器制御手段２ｂに対
してトルク指令値を低減する指令をネットワーク１０に
出力する。変換器制御手段２ｂではこの指令を受け、処
理フロー（図１４）の手順１２０、手順１２８、手順１
２９、手順１３０、手順１３７、手順１３３にしたがっ
て誘導電動機７ｂのトルクを減少させる。誘導電動機７
ｂが空転（又は、滑走）した場合も同様である。このよ
うに、２台の誘導電動機のうち１台が空転／滑走した場
合、他の誘導電動機のトルクを同時に低減させるため、
粘着制御性能が向上する。なお、本実施形態では、１台
の制御装置によって２台のインバータ装置を制御し、２
台の誘導電動機を駆動する場合について説明したが、１
台の制御装置によって２台以上の複数台のインバータ装
置を制御し、２台以上の複数台の誘導電動機を駆動する
ことができることは云うまでもない。

【００１９】本実施形態によれば、複数台のインバータ
装置を１台の車両制御手段によって制御するので、シス
テム全体の小形化が可能になると共に、実装面で配線量
の占める割合を低減し、低コスト化が図られる。また、
複数台の誘導電動機のうち１台が空転／滑走した場合、
１台の車両制御手段によって他の誘導電動機のトルクを
同時に低減する。このため粘着制御性能が向上する。

【００２０】次に、本実施形態において、空転及び滑走
が発生した場合の動作について、以下に説明する。本説
明では、図１５に示すように、変換器制御手段２ａ、イ
ンバータ装置６ａ及び誘導電動機７ａが車両の進行方向
に対して前方に設置されているものと仮定する。基本的
な考え方としては、車両が図１５の矢印方向に進行する
として、車輪Ａが空転した場合、車輪Ａの空転はその地
点（以下、空転地点とする。）の踏面状態が悪い状態に
あるためであり、続いてこの空転地点を通過する車輪Ｂ
も空転することが予想（予測）される。そこで、本実施
形態では、車輪Ｂの空転が予測される空転地点に車輪Ｂ
が到達するまでに、変換器制御手段２ｂの出力トルクを
低減し、車輪Ｂの空転を防止することを特徴とし、結果
的に加速性能を向上させることにある。ここで、事前に
変換器制御手段２ｂの出力トルクを低減する方法として
は、車輪Ａが空転した時点から電流指令値を直ちに低減
する方法、空転地点に達する直前に電流指令値を低減す
る方法、或いは、空転地点に達する直前に空転持続時間
に比例して電流指令値を低減する方法等の様々な方法が
考えられるが、本実施形態では、空転地点に達する直前
に空転持続時間に比例して電流指令値を低減する方法に
より、空転地点に達する前後所定時間出力トルクすなわ
ち電流指令値を低減する方法を例に説明する。なお、こ
こでは前記所定時間を１秒とするが、これは一例であ
り、任意に設定可能である。まず、図示車輪Ａ（誘導電
動機７ａで駆動）が空転した場合、変換器制御手段２ａ
は図１４に示す処理において再粘着制御（手順１２２）
を実行し、更に手順１２５、１２６、１２７にて異常情
報を車両制御手段１に対して送信する。車両制御手段１
は、この異常情報を受信し、図７の手順１０６において
異常処理を実行する。異常処理は、図８のフローチャー
トに示すように、手順１０６１〜手順１０６６の処理を
行う。

【００２１】さて、本実施形態における空転の場合は、
前記手順１０６６において図１６及び以下の説明に示す
トルク補正演算を実行する。すなわち、まず、変換器制
御手段２ａ、２ｂから送信される定期データの速度情報
を基に車両速度ｖを求め（手順１０６６１）、次に、車
輪Ａと車輪Ｂの間隔Ｌを（３）式に代入して車輪Ｂが空
転地点に達するまでの時間Ｔを算出し、この時間Ｔにな
る前に補正を開始するとして、その補正開始時間Ｔ１、
及びこの時間Ｔの後に補正を終了するとして、補正終了
時間Ｔ２を求める（手順１０６６２）。例えば、車両速
度３０ｋｍ／ｈ、車輪間隔Ｌが２０ｍとすると、時間Ｔ
は２．４ｓとなり、この時間２．４ｓの前後に１秒間補
正を行うとすると、Ｔ１＝１．４ｓ、Ｔ２＝３．４ｓと
なる。Ｔ＝Ｌ／ｖ（３）最後に、変換器制御手段２ｂの電流指令値Ｉｐの補正量
ΔＩｐを（４）式に示すように空滑信号の持続時間Δｔ
に比例する値として算出し（手順１０６６３）、所定の
メモリに格納する（手順１０６６４）。この結果は図７
の手順１１０において、図１７に示す電流指令値Ｉｐ’
になるように制御される。 ΔＩｐ＝ｋ・ΔｔＩｐ’＝Ｉｐ−ΔＩｐ（４）ここで、ｋ：比例定数図１７において、（ａ）は空滑信号であり、車輪Ａが空
転地点で空転したことを表す。（ｂ）は変換器制御手段
２ａから指令する出力電流であり、空転発生時に出力電
流は減少し、その後徐々に増加する。（ｃ）は変換器制
御手段２ｂの電流指令値であり、時間Ｔは（３）式によ
り求めた車輪Ｂが空転地点に達するまでの時間、時間Ｔ
１及びＴ２はそれぞれ補正開始時間（車輪Ｂが空転地点
に達する前の時間）及び補正終了時間（車輪Ｂが空転地
点に達した後の時間）を表す。例えば、図１８に示すよ
うに、車輪Ａの空滑信号の持続時間をΔｔとしたとき、
車輪Ｂに対する変換器制御手段２ｂの電流指令値１．０
（＝Ｉｐ）の補正量はΔＩｐとなり、補正量ΔＩｐは補
正開始時間１ｓ（Ｔの１秒前＝Ｔ１に相当）と補正終了
時間１ｓ（Ｔの１秒後＝Ｔ２に相当）の間継続し、変換
器制御手段２ｂの電流指令値Ｉｐは細線（本発明による
トルク減少分として図示）によって示す電流パターンを
とる。因に、図２０に示す従来例では太線（斜線部は従
来の再粘着制御によるトルク減少分として図示）によっ
て示す電流パターン（絞り時間０．５ｓ、保持時間０．
２ｓ、戻し時間５ｓ）をとる。図１８において、ΔＩｐ
が２０％の場合、従来の再粘着制御に比べて空転１回当
たりのトルクの減少を約１／７に低減できる。

【００２２】次に、図１５に示す車輪Ｂ（誘導電動機７
ｂで駆動）が空転した場合について、図１９を用いて説
明する。車輪Ｂが空転した場合、変換器制御手段２ｂ
は、変換器制御手段２ａと同様に図１８の斜線部で示す
粘着制御を実行するため、図１９（ｂ）のように出力電
流すなわちトルクが減少する。そこで、車両制御手段１
は、変換器制御手段２ａに対して、図１９（ｃ）のよう
に再粘着制御を実行している時間Ｔｓの間、電流指令値
Ｉｐを補正分ΔＩｐだけ増加させ、Ｉｐ’となるように
補正する。これにより車両全体としての加速性能を保持
することができる。ここで、電流指令値Ｉｐの補正分Δ
Ｉｐは基本的には変換器制御手段２ｂで減少するトルク
に見合ったものとすることが望ましいが、誘導電動機に
流せる電流の許容値を考慮した値に制限する必要があ
る。このため、本実施形態では、（５）式に示すよう
に、補正後の電流指令値Ｉｐ’が電流指令値の最大値Ｉ
ｐｍａｘ以下となるように制御する。 ΔＩｐ＝ｋ・ΔｔＩｐ’＝Ｉｐ＋ΔＩｐただし、Ｉｐ’＞Ｉｐｍａｘの場合Ｉｐ’＝Ｉｐｍａｘ（５）ここで、ｋ：比例定数

【００２３】以上の説明から明らかなように、本実施形
態では、空転及び滑走の発生頻度を低減できると共に、
空転及び滑走が発生した場合でも車両全体としてのトル
クの減少を最小限にすることができるため、所定の加速
性能を得ることができる。また、これにより、空転及び
滑走の発生しやすい線路条件下における乗り心地の低下
も防止することができる。

【００２４】なお、本実施形態では、シリアル通信手段
をバス形とする構成について説明したが、本発明は、車
両制御手段１をホストとするスター形の構成としてもよ
いことは明白である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
車両制御手段を複数の変換器制御手段に対して１台設置
すれば、複数台のインバータ装置を制御し、複数台の電
動機を駆動することができるため、システム全体の小形
化が可能になると共に、実装面で配線量の占める割合を
低減し、低コスト化が図られる。また、複数台の誘導電
動機のうち１台が空転及び滑走した場合、１台の車両制
御手段によって他の誘導電動機のトルクを同時に低減で
きるため、粘着制御性能を向上させることができる。ま
た、空転及び滑走の発生頻度を低減できると共に、空転
及び滑走が発生した場合でも車両全体としてのトルクの
減少を最小限にすることができるため、所定の加速性能
を得ることができる。また、これにより、空転及び滑走
の発生しやすい線路条件下における乗り心地の低下を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による車両用電力変換器の
制御装置

【図２】本発明の車両制御手段の機能ブロック図

【図３】本発明のノッチ情報の構成を示す図

【図４】本発明の車両制御手段における出力メモリの構
成を示す図

【図５】本発明の車両制御手段における入力メモリの構
成を示す図

【図６】本発明の異常情報の構成を示す図

【図７】本発明の車両制御手段の処理フローチャート

【図８】本発明の車両制御手段の異常処理フローチャー
ト

【図９】本発明の指令データの構成を示す図

【図１０】本発明の変換器制御手段の機能ブロック図

【図１１】本発明の変換器制御手段における入力メモリ
の構成を示す図

【図１２】本発明の変換器制御手段における出力メモリ
の構成を示す図

【図１３】本発明の異常情報の構成を示す図

【図１４】本発明の変換器制御手段の処理フローチャー
ト

【図１５】本発明を説明するための車両の構成図

【図１６】本発明のトルク補正演算のフローチャート

【図１７】本発明の再粘着制御を説明する図

【図１８】本発明の再粘着制御を具体的に説明する図

【図１９】本発明の再粘着制御を説明する図

【図２０】従来の再粘着制御を説明する図

【符号の説明】

１…車両制御手段２ａ、２ｂ…変換器制
御手段６ａ、６ｂ…インバータ装置７ａ、７ｂ…誘導電動
機８ａ、８ｂ…パルス発生器１１、２１ａ、２１ｂ
…マイコン１２、２５ａ、２５ｂ…アナログインタフェース１３、１４…デジタルインタフェース１７、２７ａ、２７ｂ…ネットワークインタフェース１５、２２ａ、２２ｂ…プログラムメモリ１６、２３ａ、２３ｂ…作業メモリ２４ａ、２４ｂ…パルスインタフェース２６ａ、２６ｂ…ロジック回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安田高司茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者仲田清茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者豊田瑛一茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】応荷重指令、ブレーキ力指令、ノッチ指
令及び主回路の断流器信号等の運転上必要とする運転情
報を得て車両の運転状態を決定する車両制御手段と、決
定した運転状態に応じて電力変換器を制御する変換器制
御手段を備え、１台の前記車両制御手段に対して複数台
の前記変換器制御手段を接続すると共に、前記複数台の
変換器制御手段に対して出力トルク指令値を個別に設定
することを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記車両制御手段
は、前記複数台の変換器制御手段に対して電力変換器の
起動、停止を個別に設定することを特徴とする車両用電
力変換器の制御装置。
【請求項３】請求項１において、前記複数台の変換器
制御手段によって駆動される複数台の電動機の一台に空
転又は滑走が発生した場合、前記車両制御手段は、該当
変換器制御手段から空転又は滑走データを受信すると共
に、他の全ての変換器制御手段に電流指令値を低減させ
る指令データを送信し、他の全ての誘導電動機のトルク
を同時に低減させることを特徴とする車両用電力変換器
の制御装置。
【請求項４】請求項１において、前記複数台の変換器
制御手段によって駆動される複数台の電動機に空転又は
滑走が発生した場合、前記車両制御手段は、該当変換器
制御手段から空転又は滑走データを受信すると共に、当
該変換器制御手段には電流指令値を直ちに低減させ、他
の変換器制御手段には電流指令値を所定時間遅らせて低
減させる指令データを送信し、他の誘導電動機のトルク
を低減させることを特徴とする車両用電力変換器の制御
装置。
【請求項５】請求項４において、当該変換器制御手段
より進行方向に対して後方の変換器制御手段のみ所定時
間遅らせて電流指令値を低減させることを特徴とする車
両用電力変換器の制御装置。
【請求項６】請求項５において、前記所定時間は、空
転の発生した車輪より後方の車輪が空転発生時から空転
発生箇所に到達するまでの時間より短い時間であること
を特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項７】請求項１において、前記複数台の変換器
制御手段によって駆動される複数台の電動機に空転又は
滑走が発生した場合、前記車両制御手段は、該当変換器
制御手段から空転又は滑走データを受信すると共に、当
該変換器制御手段には電流指令値を直ちに低減させ、当
該変換器制御手段より進行方向に対して前方の変換器制
御手段には電流指令値を増加させる指令データを送信
し、前方の誘導電動機のトルクを増加させることを特徴
とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれかにおい
て、前記車両制御手段と前記各変換器制御手段は相互に
通信可能なシリアル通信手段により接続することを特徴
とする車両用電力変換器の制御装置。