JPH10215505A - 電気車の再粘着制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】粘着係数が広範囲に変化しても、空転・滑走検
出時の車輪・レール間の粘着係数を常に精度良く推定
し、制御パラメータの調整を必要としない粘着力の有効
利用が可能な電気車の再粘着制御方法を提供することに
ある。 【解決手段】車両の設定性能に対応した電流指令値（ま
たはトルク指令値）を指令している時に空転または滑走
を検出した場合に空転または滑走検出後、主電動機電流
の電流指令値を低減して空転軸を再粘着に向かわせる過
程で、空転軸の軸加速度がゼロになった時点における電
流指令値あるいは電流の観測値を接線力の推定値に対応
した電流指令値と見なし、この推定した接線力の推定値
に対応した電流指令値より僅かに下回る電流指令値まで
主電動機電流の電流指令値を低減するなどの制御方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電気車の主電動機
を駆動制御する電気車制御装置の再粘着制御方法で、特
に粘着力の有効利用を図った電気車の再粘着制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電気車は車輪・レール間の接線力（粘着
力ともいう）によって加減速を行っているが、この接線
力は、一般にすべり速度に対して図10に破線で示すよう
な特性を有している。この接線力の最大値を軸重（車軸
１軸当たりのレールに加わる垂直荷重）で割ったものを
粘着係数、それ以外の接線力を軸重で割ったものを含め
て接線力係数という。図示の如く、接線力の最大値を超
えないトルクを主電動機で発生している場合は、空転・
滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の破線で示す
微小なすべり速度で電気車は走行する。もし最大値より
大きいトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力
が低下するのでますますすべり速度が増大する空転・滑
走状態になるが、車輪及びレールが乾燥状態では主電動
機で発生するトルクは接線力の最大値を超えないように
車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しな
い。

【０００３】しかし、実線で示す如く、レール面が雨等
によって湿潤状態にある場合は、粘着係数が低下して接
線力の最大値が車両の設定性能に対応した主電動機の発
生トルクより小さくなる。この場合、すべり速度が増大
し空転状態になり、そのまま放置するとこれに対応して
接線力が低下し、車両の加速に必要な加速力がますます
低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電
動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必
要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させ
る場合、小さなすべり速度に抑制しつつ、主電動機の発
生トルクが極力接線力の最大値近傍の値になるように制
御することが、電気車の加減速性能を高める上で必要で
ある。

【０００４】このような再粘着制御の実現を目的とした
方法として、主電動機の回転周波数（回転速度）を検出
し、これからその時間変化率、すなわち加速度を求めて
空転・滑走を検出するとともに、空転・滑走検出時の主
電動機軸の軸加速度に対応した時定数で主電動機の電流
パターンを低減して再粘着を図り、空転軸が再粘着に向
かい始めるとそのときの軸加速度に対応した時定数でト
ルクを復帰させる方法がある。

【０００５】また別の方法として、空転発生時に動軸加
速度からそのときの主電動機トルクに対応した粘着係数
からの低下分を推定することによって粘着係数を推定
し、再粘着後に推定した粘着係数に対応したトルクを主
電動機で発生するようにした再粘着制御方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、トルクの低減・増大の時定数を空転検出時お
よび再粘着に向かうときの状況に応じて設定しているの
で、実際の粘着係数の変化にある程度は対応してトルク
制御ができることから粘着力の有効利用が図れる場合が
ある。しかし粘着係数に対応した接線力を推定している
訳ではないので、粘着係数がどのように変化した場合で
も正しく適応して制御できる保証はなく、電気車の投入
線区、気象条件等によって粘着係数が広範囲に変化した
場合には制御パラメータの再設定をしないとすべり速度
が大きくなって、粘着力の有効利用が図れない場合が発
生する。また後者の方法の場合、動軸の軸加速度と動軸
の慣性モーメントの積から粘着係数の低下分を推定して
いるので、動輪の車輪径が小さくなった場合に動輪周上
でみた動軸まわりの慣性モーメントが変わるので、これ
に対応して粘着係数の推定誤差が発生するという問題点
がある。

【０００７】本発明は上述した点に鑑みて創案されたも
ので、その目的とするところは、これらの欠点を解決す
ることにあり、粘着係数が広範囲に変化しても、空転・
滑走検出時の車輪・レール間の粘着係数を常に精度良く
推定し、制御パラメータの調整を必要としない粘着力の
有効利用が可能な電気車の再粘着制御方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 １）請求項１において、車両の設定性能に対応した電流
指令値（またはトルク指令値）を指令している時に空転
または滑走を検出した場合に空転または滑走検出後、主
電動機電流の電流指令値（あるいはトルク指令値）を低
減して空転軸を再粘着に向かわせる過程で、空転軸の軸
加速度がゼロになった時点すなわち空転軸の空転速度が
減少に転ずる時点における電流指令値（あるいはトルク
指令値）あるいは電流の観測値を接線力の推定値に対応
した電流指令値（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ１と見
なし（第一の接線力推定方法）、この第一の接線力推定
方法によって推定した接線力の推定値に対応した電流指
令値（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ１より僅かにδＩ
ｐａだけ下回るＩｐａ１−δＩｐａまで主電動機電流の
電流指令値（あるいはトルク指令値）を低減し、電流指
令値（あるいはトルク指令値）がＩｐａ１−δＩｐａに
達した後はこのＩｐａ１−δＩｐａを指令し続けて、軸
加速度がマイナス側からプラス側に転じて（滑走の場合
はプラス側からマイナス側に転じて）再粘着した時点か
ら任意に定めうる期間Ｔｏの間、第一の接線力推定方法
によって推定した接線力の推定値に対応した電流指令値
（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ１を指令し続け、その
後電流指令値（あるいはトルク指令）を車両の設定性能
に対応した電流指令値（あるいはトルク指令）へ向けて
増大させる方法を備えることによってなされる。

【０００９】２）請求項２においては、車両の設定性能
に対応した電流指令値（またはトルク指令値）を指令し
ている時に空転または滑走を検出した場合に、空転また
は滑走検出後主電動機電流の電流指令値（あるいはトル
ク指令値）を低減して空転軸を再粘着に向かわせる過程
で、前記第一の接線力推定方法によって、空転軸の軸加
速度がゼロになった時点における電流指令値（あるいは
トルク指令値）あるいは電流の観測値を接線力の推定値
に対応した電流指令値（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ
１と見なし、このＩｐａ１より僅かにδＩｐａだけ下回
るＩｐａ１−δＩｐａまで主電動機の電流指令値（ある
いはトルク指令値）を低減し、電流指令値（あるいはト
ルク指令値）がＩｐａ１−δＩｐａに達した後はこのＩ
ｐａ１−δＩｐａを指令し続け、Ｉｐａ１−δＩｐａに
達した直後の任意に定めうる期間中における平均軸加速
度αａｖｍを求め、その後Ｉｐａ１−δＩｐａを指令中
における空転軸の軸加速度の最小値αｍｉｎとから、Ｉ
ｐａ１＋〔（αｍｉｎ／αａｖｍ）−１〕・δＩｐａに
よって求めた修正電流指令値（あるいはトルク指令値）
を接線力の最大値（すなわち粘着係数に対応した接線
力）の推定値に対応した電流指令値（あるいはトルク指
令値）Ｉｐａ２と見なし（第二の接線力推定方法）、軸
加速度がマイナス側からプラス側に転じて（滑走の場合
はプラス側からマイナス側に転じて）再粘着した時点か
ら任意に定めうる期間Ｔｏの間、第二の接線力推定方法
によって求めた接線力の最大値に対応した電流指令値
（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ２を指令し続け、その
後電流指令値（あるいはトルク指令値）を車両の設定性
能に対応した電流指令値（あるいはトルク指令値）に向
けて増大させる方法を備えるようにしたものである。

【００１０】３）請求項３においては、第一の接線力推
定方法によって推定した接線力の推定値に対応した電流
指令値 (あるいはトルク指令値) Ｉｐａ１あるいは第二
の接線力推定方法によって推定した接線力の推定値に対
応した電流指令値 (あるいはトルク指令値) Ｉｐａ２
を、軸加速度がマイナス側からプラス側に転じて（滑走
の場合はプラス側からマイナス側に転じて）再粘着した
時点から任意に定めうる期間Ｔｏの間指令し続けた後、
電流指令値（あるいはトルク指令値）をある増加率で増
大させて行き、電流指令値（あるいはトルク指令値）を
増加させ始めた時点以降、時々刻々の電流指令値（ある
いはトルク指令値）あるいは主電動機電流の観測値と軸
加速度を保持しておき、この電流指令値（あるいはトル
ク指令値）増大過程で電流指令値（あるいはトルク指令
値）の増加率に対応した増加率で軸加速度の増加が観測
された時点で再空転の検出を行うことを第二の空転検出
方法とし、第二の空転検出方法によって再空転を検出し
た時点より遡って最初に軸加速度の増加が始まったとき
の電流指令値（あるいはトルク指令値）あるいは主電動
機電流の観測値Ｉｐ(t) を接線力の推定値に対応した電
流指令値（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ３とし（第三
の接線力推定方法）、第三の推定方法によって推定した
接線力の推定値に対応した電流指令値（あるいはトルク
指令値）Ｉｐａ３より僅かにδＩｐａだけ下回るＩｐａ
３−δＩｐａを目標値として主電動機への電流指令値
（あるいはトルク指令値）を低減し、軸加速度がゼロに
なった時点における電流指令値（あるいはトルク指令
値）をＩｐａ３ｄとしてＩｐａ３ｄ−δＩｐａに電流
（あるいはトルク）低減の目標値を修正し、電流が電流
指令値（あるいはトルク指令値）の目標値Ｉｐａ３ｄ−
δＩｐａに達した直後の任意に定めうる期間中における
平均軸加速度αａｖｍ１を求め、その後Ｉｐａ３ｄ−δ
Ｉｐａを指令中における空転軸の軸加速度の最小値αｍ
ｉｎ１とから、Ｉｐａ３ｄ＋〔（αｍｉｎ１／αａｖｍ
１）−１〕・δＩｐａによって求めた修正電流指令値
（あるいはトルク指令値）を接線力の推定値に対応した
電流指令値（あるいはトルク指令値）Ｉｐａ４とし（第
四の接線力推定方法）、空転が収まって再粘着した時点
で、第三と第四の接線力推定方法で推定した接線力の推
定値に対応した電流指令値（あるいはトルク指令値）Ｉ
ｐａ３とＩｐａ４のうちの小さいほうの電流指令値（あ
るいはトルク指令値）を前記期間Ｔｏの間指令するよう
にし、その期間が過ぎた後、ある増加率で車両の設定性
能に対応した電流指令値（あるいはトルク指令値）に向
けて電流指令値（あるいはトルク指令値）を増大させる
方法を備えるようにしたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電気車の再粘
着制御方法について、図示の実施例を用いて詳細に説明
する。図１は本発明の請求項１に記載の実施例を示すブ
ロック図、図２は本発明の請求項１に記載の実施例の動
作説明図、図３は図１の実施例による電流指令値に対応
したトルクあるいはトルク指令値の変化と車輪・レール
間の接線力の変化状況の説明図である。なお以下におい
ては空転の場合についてのみ説明する。滑走の場合は、
軸速度、軸加速度の変化が空転の場合と逆になるだけで
その他基本的には変わらないので省略する。図１〜３に
おいて、図示しない主幹制御器からの運転指令ａが主電
動機電流指令系（あるいはトルク指令系：以下において
は電流指令系で代表させる）ｂに入力され、車両の設定
性能に対応した電流指令値（あるいはトルク指令値：以
下においては電流指令値で代表させる）を車両の設定性
能に対応した電流指令値発生部１１で発生し、電流指令
値目標値設定部８に出力する。これにともなって、車両
の設定性能に対応した電流指令値（あるいはトルク指令
値）、すなわち接線力の推定値に対応した電流指令値よ
り小さい電流指令値δＩｐａを電流指令値目標値設定部
７（δＩｐａ設定部）で設定している。

【００１２】一方、図示しない動軸あるいは主電動機軸
に取り付けられた速度センサからの軸速度パルスｃが軸
速度演算部１８に入力されて軸速度が演算され、演算さ
れた軸速度は軸加速度演算部１９に入力されて、軸加速
度が演算される。軸加速度は次いで空転・滑走検知部１
に入力される。車輪・レール間の粘着係数がレール乾燥
時のように十分大きい場合には、軸加速度が空転・滑走
検出のしきい値に達しないので、空転・滑走検知部１の
出力である空転・滑走検知信号は出力されず、電流指令
値低減指令発生部３では電流指令値低減信号を発生しな
いので、電流指令値発生部４において、電流指令値目標
値設定部８で設定している車両の設定性能に対応した電
流指令値を主電動機電流制御部２に指令し続けている
（図２の時刻ｔｏ以前の状態）。

【００１３】次いで、降雨等によって粘着係数が小さく
なって車輪・レール間の接線力が主電動機で発生してい
るトルクよりも小さくなると（図２の時刻ｔｏ）、空転
が発生して動軸が加速されて軸加速度がしきい値を超え
るようになる（図２の時刻ｔ１）。この時点で図１の空
転・滑走検出部１で空転を検出し、空転・滑走検知信号
を出力する。電流指令値低減指令発生部３では、空転・
滑走検知信号が入力されると、電流指令値低減信号を発
生するので、電流指令値発生部４では電流指令値をある
減少速度で減少させる。これによって空転軸の空転速度
が減少し始める。したがって、軸加速度も減少し、やが
ては軸加速度ゼロ点を通過してマイナス軸加速度にな
る。そこで、軸加速度演算部１９からの軸加速度が入力
されている軸加速度ゼロ検出部５では、空転・滑走検知
信号が出力されたことを条件として、入力されている軸
加速度を調べて軸加速度がゼロとなった時点（図２の時
刻ｔ１１）で、軸加速度ゼロ検出信号を接線力推定部
（Ａ）６に対して出力する。

【００１４】接線力推定部（Ａ）６では、軸加速度ゼロ
検出信号を受信した時点の主電動機電流指令系から入力
される電流指令値をその時の接線力の推定値と見なし、
これを接線力の第一の推定値に対応した電流指令値Ｉｐ
ａ１として出力する。そして、空転軸を確実に再粘着さ
せるために、δＩｐａ設定部７で設定した前述のδＩｐ
ａを減算したＩｐａ１−δＩｐａを電流指令値低減の目
標値として電流指令値目標値設定部８で設定する。この
δＩｐａは空転軸を確実に再粘着させることができる範
囲内で極力小さな値として、いたずらに電流指令値の低
減量が大きくなることを回避する。

【００１５】電流指令値発生部４では、この目標値Ｉｐ
ａ１−δＩｐａに電流指令値が達すると（図２の時刻ｔ
２）、電流指令値をこの目標値Ｉｐａ１−δＩｐａに維
持し続ける。これによって空転軸が再粘着する。この時
に軸加速度がマイナス側から再びゼロを通過してプラス
側に転ずる。そこで、再粘着検出部９では軸加速度演算
部１９からの軸加速度を入力して、軸加速度がマイナス
側からゼロを通過した時点（図２の時刻ｔ３）で、空転
・滑走検知信号及び軸加速度ゼロ検出信号が出力された
ことを条件として、再粘着検知信号を電流指令値目標値
設定部８に対して出力する。電流指令値目標値設定部８
ではこの再粘着検知信号を受信すると、先に接線力推定
部（Ａ）６が出力した接線力の推定値に対応した電流指
令値Ｉｐａ１を目標値として設定するので、電流指令値
発生部４では第一の推定値に対応した電流指令値Ｉｐａ
１に向かって電流指令値を、主電動機電流制御系の制御
擾乱や台車のピッチング運動を誘発しない範囲内の極力
大きな増大速度で増大させる。

【００１６】そして、上記Ｉｐａ１に電流指令値が達し
た時点（図２の時刻ｔ31) で、電流指令値上限値到達信
号を時間Ｔｏ計数部１０に対して出力するとともに、電
流指令値をＩｐａ１に維持する。そして一定期間Ｔｏ経
過すると（図２の時刻ｔ４）、時間Ｔｏ計数部１０は時
間Ｔｏ経過信号を電流指令値目標値設定部８に対して出
力する。これによって電流指令値目標値設定部８は、そ
の時の車両の設定性能に対応した電流指令値を設定する
ので、電流指令値発生部４ではこの目標値に向かって、
乗り心地を害しないような増大速度で電流指令値を増大
させて制御を終了する。上記の期間Ｔｏの長さは任意に
定めうる一定値である。Ｔｏはあまり長くするとその間
に粘着係数が変化して、上記のＩｐａ１を指令したので
は実際値との間に乖離を生じてしまい、またあまり短く
し過ぎると空転・再粘着が頻繁に繰り返されて再粘着さ
せるための電流指令値の低減による影響（δＩｐａの影
響）が大きくなり、電気車の加速に使用される接線力の
損失が増大するので、これらの点を考慮して設定すれば
よい。

【００１７】図３に示すように、空転検出性能が良好で
空転速度が小さいうちに空転を検出できる場合には、軸
加速度が最初にゼロになった時点（図２の時刻ｔ11) で
の電流指令値Ｉｐａ１は、粘着係数に対応した接線力に
非常に近い値である。そのため、以上のような制御を行
うことによって、再粘着の過程ではＩｐａ１より僅かに
δＩｐａだけ小さいトルクを指令し、再粘着後は粘着係
数に対応した接線力に非常に近い値であるＩｐａ１を指
令することになり、粘着係数がどのように変化してもそ
のときの粘着係数に近い接線力に維持することができる
ので、粘着力の有効利用が図れることになる。

【００１８】図４は本発明の請求項２に記載の実施例を
示すブロック図、図５は本発明の請求項２の実施例の動
作図、図６は図４の実施例による電流指令値に対応した
トルクあるいはトルク指令値の変化と車輪・レール間の
接線力の変化状況の説明図である。図４の実施例が図１
の請求項１の実施例と異なるところは、主電動機電流指
令系の電流指令値発生部４から電流指令値下限値到達信
号が追加され、また平均軸加速度演算部１２、軸加速度
最小値検出部１３、接線力推定部（Ｂ）１４とそれらの
出力である平均軸加速度αａｖｍ、最小軸加速度αｍｉ
ｎ、接線力の第二の推定値に対応した電流指令値（また
はトルク指令値）Ｉｐａ２の信号が追加されていること
である。

【００１９】図４において、図１の場合と同じく、車両
の設定性能に対応した電流指令値を指令して電気車が走
行している時に粘着係数が急に低下して空転が始まり
（図５の時刻ｔｏ）、その後軸加速度が空転検知のしき
い値以上になって空転を検出すると（図５の時刻ｔ
１）、この時点で空転・滑走検出部１で空転・滑走検知
信号を出力し、主電動機電流指令系では、空転・滑走検
知信号が入力されると、電流指令値をある減少速度で減
少させ、空転・滑走検知信号が出力されたことを条件と
して、軸加速度ゼロ検出部５では入力されている軸加速
度を調べて軸加速度がゼロとなった時点（図５の時刻ｔ
１１）で、軸加速度ゼロ検出信号を接線力推定部（Ａ）
６に対して出力する。

【００２０】接線力推定部（Ａ）６では、軸加速度ゼロ
検出信号を受信した時点の主電動機電流指令系から入力
される電流指令値をその時の接線力の推定値と見なし、
これを接線力の推定値に対応した電流指令値Ｉｐａ１と
して出力する。そして、空転軸を確実に再粘着させるた
めに、δＩｐａ設定部７で設定したδＩｐａを減算した
Ｉｐａ１−δＩｐａを電流指令値低減の目標値として主
電動機電流指令系に出力する。このδＩｐａは空転軸を
確実に再粘着させることができる範囲内で極力小さな値
として、いたずらに電流指令値の低減量が大きくなるこ
とを回避する。主電動機電流指令系では、この目標値Ｉ
ｐａ１−δＩｐａに電流指令値が到達するまで、電流指
令値を低減する。以上のところまでの制御は図１と同じ
である。

【００２１】図４において、電流指令値がＩｐａ１−δ
Ｉｐａにまで減少した時点（図５の時刻ｔ２）で、電流
指令値発生部４において電流指令値下限値到達信号が平
均軸加速度演算部１２に対して出力される。そして電流
指令値がＩｐａ１−δＩｐａに維持される。平均軸加速
度演算部１２では、電流指令値下限値到達信号を受信す
ると、任意に定めうる一定の期間中（図５の時刻ｔ２か
らｔ２１までの期間)に入力された軸加速度をもとにそ
の平均値である平均軸加速度信号αａｖｍを演算する。
その後電流指令値がＩｐａ１−δＩｐａに維持され続け
て空転軸が再粘着するときに軸加速度がマイナス側から
再びゼロを通過してプラス側に転ずるが、この時点 (図
５の時刻ｔ３ｔ）までの間に、軸加速度最小値検出部１
３において最小軸加速度αｍｉｎを検出する（図５の時
刻ｔ２２において軸加速度が最小になる) 。そして平均
軸加速度αａｖｍと最小軸加速度αｍｉｎとから、接線
力推定部（Ｂ）１４において、接線力の第二の推定値に
対応した電流指令値Ｉｐａ２を(1) 式によって演算す
る。

【００２２】 Ｉｐａ２＝Ｉｐａ１＋〔（αｍｉｎ／αａｖｍ）−１〕・δＩｐａ ・・（１）

【００２３】図６に示してあるように、Ｉｐａ１−δＩ
ｐａを指令して空転軸が再粘着に向かっている過程です
べり速度が減少してくると車輪・レール間の接線力が増
大してくる。そして、軸加速度が最小値αｍｉｎになっ
たとき (図５の時刻ｔ22) 、αｍｉｎはそのときの車輪
・レール間の粘着係数に対応した接線力と電流指令値Ｉ
ｐａ１−δＩｐａに対応した接線力との差に相当する軸
加速度になっている。したがって、（１）式から求めら
れるＩｐａ２は、そのときの粘着係数に対応した電流指
令値になっている。ここで、空転軸の粘着係数を従来技
術のように軸加速度を用いて（２）式に従って推定する
場合、（３）式からもわかるように、動輪の車輪径が車
輪の削正等によって小さくなると推定値の誤差が発生す
る。なお（２）、（３）式で、Ｆｔは主電動機が発生す
る動輪周上引張力、Ｍｊは動輪周上でみた動軸・駆動系
の慣性質量、Ｊは動軸まわりの慣性モーメント、ｒは動
輪の半径、αは動軸加速度、Ｆｍは接線力である。

【００２４】 Ｆｍ ＝ Ｆｔ − Ｍｊ・α ・・・・（２） Ｍｊ ＝ Ｊ／（ｒ・ｒ） ・・・・（３）

【００２５】これに対して、（１）式によって粘着係数
に対応した電流指令値を求める場合、(αｍｉｎ／αａ
ｖｍ) を演算することによって慣性質量が変わる影響が
除去されるので、動輪径が小さくなっても精度良く粘着
係数を推定できることになる。再び図４において、接線
力推定部（Ｂ）１４で推定した接線力の第二の推定値に
対応した電流指令値Ｉｐａ２が電流指令値目標値設定部
８に対して出力され、またその後再粘着検出部９で再粘
着検出信号が出力されると（図５の時刻ｔ３）、接線力
の第二の推定値に対応した電流指令値Ｉｐａ２を電流指
令値目標値設定部８で設定するので、電流指令値発生部
４ではＩｐａ２に向かって電流指令値を増大させる。そ
して、上記Ｉｐａ２に電流指令値が達した時点（図５の
時刻ｔ２２）で電流指令値上限到達信号が時間Ｔｏ計数
部１０に対して出力されるので、図１の場合同様に、一
定期間ＴｏだけＩｐａ２を指令し続け、Ｔｏが経過する
と（図５の時刻ｔ４）、そのときの車両の設定性能に対
応した電流指令値に向かって電流指令値を増大させて制
御を終了する。

【００２６】図６に示すように、空転検出感度が低くて
空転速度が大きくなって（したがって接線力がかなり低
下してから）空転検出して、図３に示す場合よりもトル
ク低減量が大きくなった場合でも、（２）式によって再
粘着直前の粘着係数に対応した接線力を精度良く推定で
きるので、再粘着時にそのときの粘着係数にほぼ対応し
た電流指令値を指令し、粘着力の有効利用可能な再粘着
制御方法を提供できることになる。

【００２７】図７は本発明の請求項３に記載の実施例を
示すブロック図、図８は本発明の請求項３に記載の実施
例の動作説明図、図９は図７の実施例による電流指令値
に対応したトルクあるいはトルク指令値の変化と車輪・
レール間の接線力の変化状況の説明図である。図７の請
求項３に記載の実施例が図４の請求項２の実施例と異な
るところは、空転・滑走検出部（Ｄ）１６、接線力推定
部（Ｅ）１５、接線力推定部（Ｆ）１７および、これら
の出力である再空転・滑走検知信号、接線力の第三の推
定値に対応した電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐ
ａ３、接線力の第四の推定値に対応した電流指令値（ま
たはトルク指令値）Ｉｐａ４、軸加速度ゼロ検出時の電
流指令値Ｉｐａ３ｄが追加されていることである。

【００２８】図７において、再粘着検出部９からの再粘
着検知信号を主電動機電流指令系において受信すると、
この時点（図８の時刻ｔ３）から前記の期間Ｔｏの間、
電流指令値発生部４において、請求項１に記載の実施例
で推定した第一の接線力の推定値に対応した電流指令値
Ｉｐａ１と請求項２に記載の実施例で推定した第二の接
線力の推定値に対応した電流指令値Ｉｐａ２のいずれか
が継続して指令される。そして期間Ｔｏ経過した時点
（図８の時刻ｔ４）から、電流指令値をそのときの車両
速度から得られる車両の設定性能に対応した電流指令値
を目標値として、例えばΔＩｐなる増加率で増大させ
る。このとき、時々刻々の動軸加速度α（ｔ）と電流指
令値または主電動機電流の観測値Ｉｐ（ｔ）が空転・滑
走検知部（Ｄ）１６および接線力推定部（Ｅ）１５にお
いて記憶される。電流指令値が増大して主電動機の発生
トルクが増大しても、動軸が粘着状態にあるときは、す
べり速度は殆ど変化せず、軸加速度は車両の加速度に一
致して推移する。

【００２９】すなわち、図８の時刻ｔ３〜ｔ４間の平均
軸加速度αａｖにほぼ等しい値で推移する。その後、ト
ルクの増大によって粘着状態から空転状態に移行する
と、電流指令値の増加率ΔＩｐに対応した軸加速度の増
大が制御周期毎に連続して観測されるようになる。そこ
で、図７の空転・滑走検知部（Ｄ）１６において、この
軸加速度の増大が連続して観測されるようになった時点
（図８の時刻ｔ４１）で再空転を検出し、再空転・滑走
検知信号を出力する。このように電流指令値の増大過程
において軸加速度の増大によって空転を検出するように
すると、微小な空転速度のうちに空転を検出することが
できる。

【００３０】次にこの再空転・滑走検知信号が出力され
ると、接線力推定部（Ｅ）１５ではこの時点より過去に
遡って軸加速度の記憶値α（ｔ）を順次調べて、最初に
上記の増加率ΔＩｐに対応した軸加速度の増加が発生し
た時点における電流指令値または主電動機電流の観測値
の記憶値Ｉｐ（ｔ）を、空転発生時の接線力の第三の推
定値に対応した電流指令値Ｉｐａ３として出力する。な
お上記の方法で電流指令値を増大させていっても再空転
を検知せず、車両の設定性能に対応した電流指令値に達
した場合には、その時点で再粘着制御は終了する。

【００３１】接線力の第三の推定値に対応した電流指令
値Ｉｐａ３が出力されると、Ｉｐａ３からδＩｐａ設定
部６の設定値δＩｐａだけ減算したＩｐａ３−δＩｐａ
を電流指令値目標値設定部８において設定するので、電
流指令値発生部４ではＩｐａ３−δＩｐａを目標値とし
て、電流指令値を低減させる。そして、接線力推定部
（Ｆ）１７において軸加速度ゼロ検出部５からの軸加速
度ゼロ検出信号を受信した時点（図８の時刻ｔ５１）に
おける電流指令値Ｉｐａ３ｄを出力する。Ｉｐａ３ｄが
出力されると、電流指令値目標値設定部８ではδＩｐａ
設定部の設定値δＩｐａだけ減算したＩｐａ３ｄ−δＩ
ｐａに電流低減の目標値を修正するので、電流指令値発
生部４では電流指令値を上記修正目標値Ｉｐａ３ｄ−δ
Ｉｐａにまで低減し続ける。そして、電流指令値がＩｐ
ａ３ｄ−δＩｐａまで減少した時点（図８の時刻ｔ６
１）で、請求項２に記載の実施例と同じく電流指令値発
生部４において電流指令値下限値到達信号が平均軸加速
度演算部１２に対して出力される。そして電流指令値が
Ｉｐａ３ｄ−δＩｐａに維持される。

【００３２】平均軸加速度演算部１２では、電流指令値
下限値到達信号を受信すると、任意に定めうる一定の期
間中（図８の時刻ｔ６からｔ６１までの期間) に入力さ
れた軸加速度をもとにその平均値である平均軸加速度信
号αａｖｍ１を演算する。その後電流指令値がＩｐａ３
ｄ−δＩｐａに維持され続けて空転軸が再粘着するとき
に軸加速度がマイナス側から再びゼロを通過してプラス
側に転ずるが、この時点 (図８の時刻ｔ７）までの間
に、軸加速度最小値検出部１３において最小軸加速度α
ｍｉｎ１を検出する（図８の時刻ｔ６２において軸加速
度が最小になる)。そして、平均軸加速度αａｖｍ１と
最小軸加速度αｍｉｎ１とから、接線力推定部（Ｆ）１
７において、接線力の第四の推定値に対応した電流指令
値Ｉｐａ４を、（４）式によって演算し、主電動機電流
指令系に対して出力する。

【００３３】 Ｉｐａ４＝Ｉｐａ３ｄ＋〔（αｍｉｎ１／αａｖｍ１）−１〕・（δＩｐａ） ・・・・（４）

【００３４】再空転軸が再粘着して軸加速度がマイナス
側から再びゼロを通過すると再粘着検出部９で再粘着検
知信号が出力される（図８の時刻ｔ７）。この時点で電
流指令値目標値設定部８では、接線力の第三の推定値に
対応した電流指令値Ｉｐａ３と接線力の第四の推定値に
対応した電流指令値Ｉｐａ４のうちの小さい方の電流指
令値を目標値として設定するので、この目標値に向かっ
て電流指令値発生部４において電流指令値を増大させ
る。そして、上記の小さい方の電流指令値に電流指令値
が達した時点（図８の時刻ｔ７１) から、一定期間Ｔｏ
だけ小さい方の電流指令値を指令し続ける。Ｔｏが経過
すると図８の時刻ｔ４の時点同様に、電流指令値をその
ときの車両速度から得られる車両の設定性能に対応した
電流指令値を目標値として、例えばΔＩｐなる増加率で
増大させる。車両の設定性能に対応した電流指令値まで
電流を増大させても、図７の空転・滑走検知部Ｄ１６が
再空転を検出しなければ、そこで再粘着制御は終了す
る。もし再空転を検出すれば、図８の時刻ｔ４以降の動
作を繰り返す。

【００３５】以上のように接線力の第三の推定値に対応
した電流指令値Ｉｐａ３と接線力の第四の推定値に対応
した電流指令値Ｉｐａ４のうちの小さい方の電流指令値
を目標値として選択するのは、Ｉｐａ３のみを指令する
ようにすると、再空転検出時の実際の接線力に対応した
電流指令値が、電流指令値を増大させる前に期間Ｔｏだ
け指令していた電流指令値Ｉｐａ３より小さい場合に
（再空転検出時に再空転開始時の接線力の推定値に対応
した電流指令値を求めてもＩｐａ３以下にはならないの
で）、空転が徐々に拡大する事態となる可能性があるの
でこれを防止するためである。上記のようにＩｐａ３と
Ｉｐａ４の小さい方を指令することによって、列車速度
の上昇に伴って粘着係数が低下するという降雨時等に一
般的に観測される状態にも、空転が徐々に拡大すること
なく常時推定粘着係数に対応した電流指令値を指令して
車両を加速させることができる。

【００３６】図９に請求項３に記載の実施例によって電
流指令値を制御した場合のトルクあるいはトルク指令値
の変化（太い実線で示す）と、車輪・レール間の接線力
の変化状況を示すが、先にも述べたように、電流指令値
の増大過程において電流指令値の増大量に対応した軸加
速度の増大によって再空転を検出するので、微小な空転
速度のうちに空転を検出することができ、したがって、
より粘着力の有効利用が可能となる。

【００３７】以上の本発明の再粘着制御方法を要約する
と、以下のとおりである。 （１）請求項１に記載の実施例では、車両の設定性能に
対応した電流指令値を指令しているときに空転・滑走を
検出した場合で空転・滑走検出感度が高くて小さい空転
速度のうちに空転・滑走を検出できる場合には、電流指
令値を低減しつつ動軸加速度がゼロになるときの電流指
令値を空転・滑走検出時の接線力の推定値Ｉｐａ１と見
なし、電流指令値をＩｐａ１−δＩｐａまで低減して再
粘着に向かわせ、再粘着後速やかにＩｐａ１をある一定
期間指令し続け、一定期間経過後、そのときの車両の設
定性能に対応した電流指令値に向けてある増加率で電流
指令値を増大する制御を行う。

【００３８】（２）請求項２に記載の実施例では、車両
の設定性能に対応した電流指令値を指令しているときに
空転・滑走を検出した場合で空転・滑走検出感度が低く
て大きい空転速度のうちに空転・滑走を検出した場合に
は、電流指令値を低減しつつ動軸加速度がゼロになると
きの電流指令値を空転・滑走検出時の接線力の推定値Ｉ
ｐａ１と見なし、電流指令値をＩｐａ１−δＩｐａまで
低減して再粘着に向かわせ、再粘着直前の接線力すなわ
ち粘着係数に対応した接線力の推定値に対応した電流指
令値Ｉｐａ２をある一定期間指令し続け、一定期間経過
後、そのときの車両の設定性能に対応した電流指令値に
向けてある増加率で電流指令値を増大する制御を行う。

【００３９】（３）一方、請求項３に記載の実施例で
は、そのときの設定性能に対応した電流指令値に向けて
ある増加率で電流指令値を増大している過程で空転・滑
走を検出した場合 (すなわち再空転・滑走を検出した場
合) は、動軸の軸加速度が電流指令値の増加率に対応し
た増加率で増大し続けるようになる最初の時点における
電流指令値を、再空転・滑走開始時の接線力の推定値に
対応した電流指令値Ｉｐａ３と見なし、電流指令値をＩ
ｐａ３−δＩｐａを目標値として低減し、途中で軸加速
度がゼロになった時点でそのときの電流指令値Ｉｐａ３
ｄを用いて電流指令値低減の目標値をＩｐａ３ｄ−δＩ
ｐａに修正し、電流指令値をＩｐａ３ｄ−δＩｐａまで
低減して再粘着させるようにし、再粘着直前における接
線力（すなわち粘着係数に対応した接線力）に対応した
電流指令値Ｉｐａ４と上記Ｉｐａ３の小さい方の電流指
令値を再粘着後ある一定期間指令し続け、一定期間経過
後、そのときの車両の設定性能に対応した電流指令値に
向けてある増加率で電流指令値を増大する制御を行う。

【００４０】以上の実施例においては、空転・滑走検出
時の接線力の推定値に対応する電流指令値と見なすＩｐ
ａ１〜Ｉｐａ４として、そのときの電流指令値を用いた
が、これをその時の電流の観測値を用いるようにしても
よい。また、以上の実施例では、動軸の軸加速度として
は、軸速度の観測値をもとに演算して求められる軸加速
度を用いたが、誘導電動機を主電動機として用いたイン
バータ車両のように、主電動機の電圧・電流から動軸速
度を推定することができる場合には、この推定軸速度を
もとに演算した軸加速度を用いるようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
常に空転・滑走発生時の粘着係数を実質的に推定し、こ
の推定値を用いて再粘着させるための電流（あるいはト
ルク）低減量を極力抑制するようにし、再粘着時に速や
かに推定粘着係数に対応した電流（あるいはトルク）を
発生させるようにしているので、粘着係数が広範囲に変
化した場合でも、制御パラメータを再調整することな
く、車輪・レール間の接線力をそのときの粘着係数に近
い値に維持することができ、粘着力の有効利用の可能な
再粘着制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に記載の実施例のブロック図
である。

【図２】本発明の請求項１に記載の実施例の動作説明図
である。

【図３】本発明の請求項１に記載の実施例による電流指
令値に対応したトルクあるいはトルク指令値の変化と車
輪・レール間の接線力の変化状況の説明図である。

【図４】本発明の請求項２に記載の実施例のブロック図
である。

【図５】本発明の請求項２に記載の実施例の動作説明図
である。

【図６】本発明の請求項２に記載の実施例による電流指
令値に対応したトルクあるいはトルク指令値の変化と車
輪・レール間の接線力の変化状況の説明図である。

【図７】本発明の請求項３に記載の実施例のブロック図
である。

【図８】本発明の請求項３に記載の実施例の動作を説明
する図である。

【図９】本発明の請求項３に記載の実施例による電流指
令値に対応したトルクあるいはトルク指令値の変化と車
輪・レール間の接線力の変化状況の説明図である。

【図１０】すべり速度に対する車輪・レール間の接線力
特性の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 空転・滑走検知部 ２ 主電動機電流制御部 ３ 電流指令値低減指令発生部 ４ 電流指令値発生部 ５ 軸加速度ゼロ検出部 ６ 接線力推定部（Ａ） ７ δＩｐａ設定部 ８ 電流指令値目標値設定部 ９ 再粘着検出部 １０ 時間Ｔｏ計数部 １１ 車両の設定性能に対応した電流指令値発生部 １２ 平均軸加速度演算部 １３ 軸加速度最小値検出部 １４ 接線力推定部（Ｂ） １５ 接線力推定部（Ｅ） １６ 空転・滑走検知部（Ｄ） １７ 接線力推定部（Ｆ） １８ 軸速度演算部 １９ 軸加速度演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気車の各動軸あるいは主電動機軸の軸
   速度と軸速度の時間微分値である軸加速度を計測または
   推定し、前記軸加速度の観測値（または推定値）が第一
   のしきい値を超えたことによって空転（あるいは滑走）
   を検出し、空転（あるいは滑走）を検出した後、主電動
   機電流の指令値すなわち電流指令値（またはトルク指令
   値）Ｉｐを低減して空転（あるいは滑走）状態にある動
   軸の主電動機電流を減少させて再粘着に向かわせる電気
   車制御装置において、前記動軸の空転を空転・滑走検知
   部１にて検出した後、主電動機電流制御部２への電流指
   令値（またはトルク指令値）Ｉｐを電流指令値低減指令
   発生部３からの指令を受けて電流指令値発生部４にて低
   減し、軸加速度がゼロになるときを軸加速度ゼロ検出部
   ５で検出し、前記電流指令値（またはトルク指令値）Ｉ
   ｐあるいは主電動機電流の前記観測値を接線力推定部
   （Ａ）６において前記動軸の空転（あるいは滑走）開始
   時の車輪・レール間の接線力の第一の推定値に対応した
   電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ１と見なし、
   前記接線力の第一の推定値に対応した電流指令値（また
   はトルク指令値）Ｉｐａ１より少ない電流指令値δＩｐ
   ａを電流指令値目標設定部（δＩｐａ設定部）７にて設
   定し、この値だけ下回る電流指令値（またはトルク指令
   値）Ｉｐａ１−δＩｐａを電流指令値目標値設定部８で
   低減の目標値としてこの目標値に向かって電流指令値
   （またはトルク指令値）を低減し、前記空転（または滑
   走）軸を再粘着に向かわせるとともに、前記空転（また
   は滑走）軸の軸加速度がマイナス側からプラス側に転じ
   て（あるいは滑走の場合はプラス側からマイナス側に転
   じて）再粘着したか否かを再粘着検出部９にて検出し、
   再粘着するときから、前記接線力の第一の推定値に対応
   した電流指令値Ｉｐａ１を、時間Ｔｏ計数部１０におい
   て任意に定めうる時間Ｔｏを計数するまで電流指令値発
   生部４において継続して指令し、前記時間Ｔｏ経過後か
   ら、車両の設定性能に対応した電流指令値発生部１１の
   値を目標値として電流指令値発生部４で電流指令値（ま
   たはトルク指令値）を任意に定めうる増大率で増大させ
   るよう制御することを特徴とする電気車の再粘着制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記動軸の空転を空転・滑走検知部１に
   て検出した後、前記主電動機電流制御部２への電流指令
   値（またはトルク指令値）Ｉｐを電流指令値低減指令発
   生部３からの指令を受けて電流指令値発生部４にて低減
   し、軸加速度がゼロになるときを軸加速度ゼロ検出部５
   で検出し、前記電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐ
   あるいは主電動機電流の前記観測値を接線力推定部
   （Ａ）６において前記動軸の空転（あるいは滑走）開始
   時の車輪・レール間の接線力の第一の推定値に対応した
   電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ１と見なし、
   前記接線力の第一の推定値に対応した電流指令値（また
   はトルク指令値）Ｉｐａ１より少ない電流指令値δＩｐ
   ａをδＩｐａ設定部７にて設定し、この値だけ下回る電
   流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ１−δＩｐａを
   電流指令値目標値設定部８で低減の目標値としてこの目
   標値に向かって電流指令値（またはトルク指令値）を低
   減していき、前記Ｉｐａ１−δＩｐａに電流指令値（ま
   たはトルク指令値）が到達した直後から、任意に定めう
   る一定の期間中における前記空転軸の軸加速度の平均値
   αａｖｍを平均軸加速度演算部１２で演算し、前記電流
   指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ１−δＩｐａを指
   令中における前記空転軸の軸加速度が最小値すなわちマ
   イナスの値でその絶対値が最大のαｍｉｎとなったこと
   を軸加速度最小値検出部１３で検出し、前記αｍｉｎと
   前記電流指令値Ｉｐａ１と前記δＩｐａとからＩｐａ１
   ＋〔（αｍｉｎ／αａｖｍ）−１〕・δＩｐａによって
   接線力の第二の推定値に対応した電流指令値（またはト
   ルク指令値）Ｉｐａ２を接線力推定部（Ｂ）１４におい
   て演算し、前記空転軸の軸加速度がマイナス側からプラ
   ス側に転じて（あるいは滑走の場合はプラス側からマイ
   ナス側に転じて）再粘着したか否かを再粘着検出部９に
   て検出し、再粘着するときから、前記接線力の第二の推
   定値に対応した電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐ
   ａ２を時間Ｔｏ計数部１０において任意に定めうる時間
   Ｔｏを計数するまで電流指令値発生部４で継続して指令
   し、前記時間Ｔｏ経過後から、車両の設定性能に対応し
   た電流指令値発生部１１の値を目標値として電流指令値
   発生部４で電流指令値（またはトルク指令値）を任意に
   定めうる増大率で増大させることを特徴とする電気車の
   再粘着制御方法。
3. 【請求項３】 前記動軸の空転を空転・滑走検知部１に
   て検出した後、前記空転軸が再粘着するときに、請求項
   １に記載の前記接線力の第一の推定値に対応した電流指
   令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ１、または請求項２
   に記載の前記接線力の第二の推定値に対応した電流指令
   値（またはトルク指令値）Ｉｐａ２を時間Ｔｏ計数部１
   ０において前記任意に定めうる時間Ｔｏを計数するまで
   電流指令値発生部４において継続して指令し続けた後に
   電流指令値（またはトルク指令値）を任意に定めうる電
   流指令値（またはトルク指令値）の単位時間当たりの増
   加率ΔＩｐに従って増大させ、前記電流指令値（または
   トルク指令値）を増大させ始めた時点からの時々刻々の
   電流指令値（またはトルク指令値）または主電動機電流
   の観測値Ｉｐ（ｔ）と前記動軸の軸加速度α（ｔ）を接
   線力推定部（Ｅ）１５において記憶しておき、空転・滑
   走検出部（Ｄ）１６において前記再粘着軸の軸加速度が
   前記電流指令値の増加率ΔＩｐに対応した増加率で増大
   し始めることを検出することによって再空転（あるいは
   再滑走）を検知し、前記動軸の再空転（あるいは再滑
   走）検出をした時点から遡って接線力推定部（Ｅ）１５
   において前記軸加速度の記憶値α（ｔ）を順次調べて最
   初に前記増加率ΔＩｐに対応した軸加速度の増加が発生
   した時点における電流指令値（あるいはトルク指令値）
   あるいは主電動機電流の前記観測値の記憶値Ｉｐ（ｔ）
   を接線力の第三の推定値に対応した電流指令値（あるい
   はトルク指令値）Ｉｐａ３とし、前記接線力の第三の推
   定値に対応した電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐ
   ａ３からδＩｐａ設定部７で設定した前記δＩｐａ下回
   る電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ３−δＩｐ
   ａを電流指令値（またはトルク指令値）の目標値として
   この目標値に向かって電流指令値（またはトルク指令
   値）Ｉｐを低減し、軸加速度がゼロになるときを軸加速
   度ゼロ検出部５で検出し、この時点における電流指令値
   （あるいはトルク指令値）をＩｐａ３ｄとしてＩｐａ３
   ｄ−δＩｐａに電流（あるいはトルク）低減の目標値を
   電流指令値目標値設定部８において修正し、平均軸加速
   度演算部１２において前記の修正した電流（あるいはト
   ルク）低減の目標値Ｉｐａ３ｄ−δＩｐａに前記主電動
   機電流制御部２への電流指令値（またはトルク指令値）
   が到達した直後から任意に定めうる期間中における前記
   空転軸の軸加速度の平均値αａｖｍ１を演算し、軸加速
   度最小値検出部１３において前記の修正した電流（また
   はトルク）低減の目標値Ｉｐａ３ｄ−δＩｐａを継続し
   て指令中における前記空転軸の軸加速度が最小値すなわ
   ちマイナスの値でその絶対値が最大のαｍｉｎ１となっ
   たことを検出した時点において、前記αｍｉｎ１と前記
   Ｉｐａ３ｄと前記δＩｐａとからＩｐａ３ｄ＋〔（αｍ
   ｉｎ１／αａｖｍ１）−１〕・δＩｐａによって接線力
   の第四の推定値に対応した電流指令値（またはトルク指
   令値）Ｉｐａ４を接線力推定部（Ｆ）１７において演算
   し、前記空転軸の軸加速度がマイナス側からプラス側に
   転じて（あるいは滑走の場合はプラス側からマイナス側
   に転じて）再粘着したか否かを再粘着検出部９にて検出
   し、再粘着するときから、前記接線力の第三の推定値に
   対応した電流指令値（またはトルク指令値）Ｉｐａ３と
   前記接線力の第四の推定値に対応した電流指令値（また
   はトルク指令値）Ｉｐａ４のうちの小さい方の推定値に
   対応した電流指令値（またはトルク指令値）を電流指令
   値目標値設定部８で設定して前記任意に定めうる時間Ｔ
   ｏを時間Ｔｏ計数部１０で計数するまで継続して指令
   し、前記時間Ｔｏ経過後から、車両の設定性能に対応し
   た電流指令値発生部１１で設定した電流指令値（または
   トルク指令値）を目標値として電流指令値発生部４にお
   いて電流指令値（またはトルク指令値）を任意に定めう
   る増大率で増大させることを特徴とする電気車の再粘着
   制御方法。