JPS6271405A

JPS6271405A - 電気車駆動制御方法

Info

Publication number: JPS6271405A
Application number: JP60209425A
Authority: JP
Inventors: Juichi Yagi; 八木　重一; Junichi Shigeura; 淳一重浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-04-02
Also published as: FR2587666A1; FR2587666B1; ES2000812A6; AU6019486A; US4709194A; AU584722B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄道車両の車輪と軌道面の粘着力を高め、最
大加速力、最大減速力を発揮せしめる電気機関車、電車
等の電気車の高粘着駆動制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、第４図〜第６図を参照しながら従来の電気型駆動
制御手段を説明する。

第４図において、（１）は軌道、（２）は軌道（１）の
上を転がり運転をする車輪である。（Ｐ）は車輪（２）
の中心点、　（Ｖｇ）は軌道（１）と接触する車輪（２
）の表面転がり速度、　（Ｖｐ）は車輪（２）の中心点
（Ｐ）　トａａ（１）　（７）相対速！、（Ｗ）　ハ軌
ｍ１ｆｆｉ（１）　ニ垂直下方向に作用する車輪（２）
の重力、（Ｆ）は軌道（１）と車輪（２）の間に発生す
る粘着力である。

次に第５図において、縦軸は第４図における粘着力（Ｆ
）と車輪（２）ノ重力（Ｗ）！：（７）比（Ｆ／Ｗ）　
（即チ粘若係数）Ｌ）を示し、一方横軸は、第４図にお
ける車輪（２）の表面転がり速度（Ｖｓ）と車輪（２）
の中心点（Ｐ）に対する軌道（１）との相対速度（Ｖｐ
）との差即ち（Ｖｓ−Ｖｐ）と、前記相対速度（Ｖｐ）
との比（（Ｖｓ−Ｖｐ）／Ｖｐ）　（即ち滑り率τ）を
示す、なお、粘着係数（ＩＬ）及び滑り率（τ）をそれ
ぞれ原点（０）からの長さに比例して表わしている０曲
線（ａ）は上記粘着係数（井）と滑り率（τ）との関係
を表わしている。

次に第６図において、（１）は軌道、　（２ａ）、（２
ｂ）。

（２ｃ）、（２ｄ）はそれぞれ車輪である。（１１）は
ｊｌｙ、輪（２ａ）の回転速度（Ｖｓ　＋　）を検出す
る回転速度検知器、（２２）は車輪（２ｂ）の回転速度
（ＶＳ　２　）を検出する回転速度検知器、（３３）は
車輪（２Ｃ）の回転速度（Ｖｓ　３　）を検出する回転
速度検知器、（４４）は車輪（２ｄ）の回転速度（Ｖｓ
　ａ　）を検出する回転速度検知器である。（５）は′
電気車の車体（７）と軌道（１）の相対速度（Ｖｐ）を
検出する相対速度検知器であって、一般的にはレーダー
が使用される。（６）は相対速度検知器（５）から入力
される相対速度（Ｖｐ）と、各車輪（２ａ）、（２ｂ）
、（２ｃ）、（２ｄ）　（７）各回転速度検知器（１１
）、（２２）、（３３）、（４４）から入力される各回
転速度（ＶＳＩ）、（ＶＳ２）、（ＶＳ３）、（ＶＳ４
）との関係（（Ｖｓ−Ｖｐ）／Ｖｐ＝τ）を計算し、第
５図に示されている曲線（ａ）によって、曲線（ａ）上
の粘着係数（牌）のうち最大粘着係数（ル自ａＸ）を得
るために、各車輪（２ａ）　、　（２ｂ）　、　（２ｃ
）　、　（２ｄ）の各回転速度（Ｖｓ　＋　）　＋　（
Ｖｓ　２　）　、　（Ｖｓ　３　）　＋　（Ｖｓ　ｓ　
）を制御スル、電気車の推進力とブレーキ力の制御装置
である。

従来の電気車の駆動制御手段は上記のように構成され、
第６図に示すように、電気車の車体（７）と軌道（１）
の相対速度（Ｖｐ）を検出して測定する相対速度検知器
（５）としては、電波又は光の反射によるドツプラー効
果を応用したレーダ一式検知器が使用されており、要求
される測定精度を満足させるために、数拾ギガヘルツ周
波数帯の電波又は光を使用している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の電気車の駆動制御手段では、車体（
７）と軌道（１）との相対速度の検出に電波又は光を反
射させる方式のレーダ一式検知器を使用しており、しか
も、その電波又は光の周波数帯が極めて限定されている
ため、相対速度（Ｖｐ）を測定するａ器が非常に高価な
ものとなり、この機器の製作及び保守を行なうことので
きる専門メーカも、ごく限られてしまうという問題点が
あった。　しかも、電波を使用する場合には、他の周辺
通信システムとの誘導障害の発生の問題があり、−力先
を用いた光学式の場合には、レンズ等の光学系の汚れ、
ランプの寿命等の問題があり、また、電波又は光学式の
いずれの場合にも反射波（又は反射光）による検知方式
が採られているため、軌道（１）の表面が非常に平らな
場合とか積雪や水溜り、鉄橋通過時の枕木間の空間等が
ある場合には、測定精度が低下したり、あるいは測定不
能になったりするという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、電波や光学式速度検知器を使用せず各車輪の各軸
に取付けられた回転速度検出器のみによって第５図に示
すような曲線（ａ）上の最大粘着係数（Ｊｉａａｘ）を
得ることができる、経済的で、周辺通信システムへの誘
導障害がなく、しかも特殊条件下でも測定精度を低下さ
せないで、電気車の微空転又は微滑走制御が可能な電気
車駆動制御方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る電気型駆動制御方法は、同一車体内の１
輌又は複数の軸を間欠的に又は連続的に回転力を緩めて
軌道面と再粘着せしめ、再粘着指令の時間間隔とその間
の相対速度の変化量の比率から次の再粘着指令までの１
Ｆ一体の速度変化を推定し、それを基準にして同一車体
内の動力伝達軸を微空転又は微滑走制御し、その時点で
の走行条件に適合した、車輪と軌道間の最大の粘着力を
得るようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、付随車を連結している動力車の車
体内の車輪のうち、連結器に最も近い車輪の軸重が最も
大きいため、この軸屯に比例してこの車輪の摩擦力も大
きくなり、他の車輪よりも滑り難くなることから、最も
滑り難い位置にあるこの車輪を利用してｉｉｊ体と軌道
との相対速度を該車輪に取付けられた回転速度検知器で
測定すれば正確な電気車の駆動制御が可能となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。まず、第１図（Ａ）に示すように、動力車（７）が
付随用（７１）を牽引して前方向（矢印方向）に移動す
る場合を考える。この動力車（７）が移動前の静止して
いる時には、第１図（Ｂ）に示すように、動力伝達軸で
ある各車輪（２ａ）、　（２ｂ）　、　（２ｃ）、　（
２ｄ）と軌道（１）の面との接触部には、同一の軸重（
Ｗ＋）　、　（Ｗｚ）、、（Ｗｚ）、（Ｗａ）カソレソ
レ垂直下方向ニ作用している。

ところが、車両が矢印方向に移動する牽引中には、連結
器（９）に生じる牽引力（Ｈ）と、軌道（１）の面と連
結器（９）との距離（ｈ）の積（ＨＸ　ｈ）のモーメン
トを生じる。このモーメントの反作用として、各車輪（
２ａ）　、　（２ｂ）　、　（２ｃ）　、　（２ｄ）に
は第１図（Ｃ）に示すように、それぞれ（Ｕｌ）、（０
２）、（［３）、（０４）の軸重移動を生じ、同図の如
く距離を（１＋）、　（ｈ）　。

（＋３）、（１４）を定メルト、（Ｕｌ　Ｘ　１１）、
（Ｕ２　Ｘ　１２）。

（０３Ｘ　１３）、（０４Ｘ　Ｉａ）　（７）　モ／’
　ｙ　）　カ前記％　−メント（ＨＸ　ｈ）と釣り合う
ことになる。即ち、ＨＸｈ　＝　ＵＩＸ　１１＋Ｕ２Ｘ
　１２＋Ｕ３Ｘ　１３＋Ｕ４Ｘ　ｌａ”・（１）となる
。

その結果、牽引力（Ｈ）がゼロの時の各車輪の軸重ハソ
ｈソＪ’Ｌ（Ｗ＋）、（Ｗｚ）、（Ｗｚ）、（＋１４）
であるから、牽引中の実際の各車輪に生じる各軸重は第
１図（Ｄ）に示すように、（Ｗｕ＋）、ＣＷｕ２）、（
Ｗｕ３）、（Ｗｕｎ）となる。

ここで、一〇ｌ　　＝Ｗ＋”’０１　　　　　　　　・・・（２
）１１１１＋２　　＝　Ｗｚ−Ｔｏ　　　　　　　・＝
（３）Ｗｕ３＝　　１１１１３−０３　　　　　　　−
（４）’ｄｕ４＝　Ｗ４−Ｕａ　　　　　・・・（５）
である。

これから分かる様に、一般的には付随車（７１）と連結
されている連結器（８）に最も近い車輪（即ちこの実施
例の場合は車輪（２ｄ））の軸重に比例して該車輪（２
ｄ）のＰｉｌ！擦力も増大するため、他の車輪（この実
施例の場合は車輪（２ａ）〜（２ｃ））と比較すると最
も滑り難くなる。この滑り難い位置にある車輪を利用し
て、電波又は光学式の速度検知器の代りに、車体（７）
と軌道（１）の相対速度を検知しながら、全軸微空転又
は微滑走制御を行なうようにしている。

次に、この原理を応用した電気車駆動制御方法について
説明すると、第２図に示すように、速度検出は動力伝達
軸である各車輪（２ａ）〜（２ｄ）に取付けられた回転
速度検知器（１１）、（２２）、（３３）、（４４）の
みによっている。なお、第２図、第３図（Ｂ）中の（Ｔ
Ｉ）、（Ｔ２）、（Ｔ３）、（Ｔｉ）は、それぞれ各車
輪（２ａ）〜（２ｄ）の回転力を表している。即ち、常
に各車輪（２ａ）　〜（２ｄ）と軌道面（１）の粘着係
数（ＪＬ）が同一なら第１図（Ａ）に示すように、牽引
中に一番軸重の大きくなる車輪（２ｄ）が一番滑り難い
ことになるが、実際には、軌道面（１）の状ぶはレール
の継目、分岐点、レール表面の付着物、道床の状態等に
よって異なる。そのため、より確実に車体（７）と軌道
（１）の相対速度（Ｖｐ）を検知するためには、この車
輪（２ｄ）の回転力（Ｔｉ）を若干減少させてほぼ確実
に粘着させ、この車輪（２ｄ）の回転速度を基準にして
、他の車輪（２ａ）〜（２ｃ）を最大の粘着係数（Ｊｊ
−ｓａｘ）が得られるように微空転又は微滑走制御する
。しかし、車輪（２ｄ）の回転力（〒４）を緩めたまま
で運転すると、牽引力（Ｈ）がその分だけ常時低下する
ことになるので、第３図（Ａ）（Ｂ）に示すように、あ
る時間間隔で間欠的に緩めるように工夫する。第３図（
Ａ）　（Ｂ）により具体的に説明すると次のようになる
。なお、第３図（Ａ）は時間（ｔ）（横軸）と相対速度
（Ｖｐ）　（縦軸）との関係を、第３図（Ｂ）は時間（
ｔ）（横軸）と回転力（Ｔ）　（！軸）との関係をそれ
ぞれ表したグラフである。第３図（Ａ）　（Ｂ）中、（
Ｔ讐＋）、（Ｔ豐？）、（７ｗ３）、（Ｔｉ＋４）、（
Ｔｉｒ５）はそれぞれ時間間隔（ｔｌ）、　（ｔ２）、
’（ｔ：り、（ｔ４）、（ｔ５）での回転力緩め量を示
し、（を豐＋）、（１豐２）　、（ｔｖｓ）　、（ｔｗ
ａ）、（ｔｖｓ）はそれぞれ緩め時間を示している。

電気車の車体（７）が静止状態から動き始めて最初の時
間（１＋）（例えば１０秒間）の間は、車輪（２ｄ）の
回転力（Ｔｉ）を緩めて（例えば平均回転力（Ｔｉ）の
９０％）おき、この間の平均加速度（α１）は、（ｘ　
＋　＝Ｖｓ　１　／ｌｌを制御袋２２　（８）　（：ｔ
Ｓ２　図Ｊｊ照）　ニ１１　ミ込まれたマイクロプロセ
ッサ−で計算し、かつ記憶させた後、車輪（２ｄ）も微
空転を生じるように回転力を増大させる。そして時間（
ｔｌ）後の車体（７）と軌道（１）の相対速度を（Ｖａ
　＋　）とする。その後、時間（ｔ２）の間、車体（７
）と軌道（１）の相対速度（Ｖｐ）はこの加速度（α１
）で時間と共に増加して行くものと見做してマイクロプ
ロセッサ−で計算される（ｖ４１＋α、１）　（１は時
間）の速度を基準にしながら名−ト輪（２ａ）〜（２ｄ
）を、最大粘着力が得られるよに豪空転制御を行なう。

そして時間（ｔｌ）が経過する直前の時間（ｔｌ−ｔｗ
２）に再び車輪（２ｄ）の回転力（Ｔ４）を緩め、この
車輪だけほぼ完全に再粘着させる。その時の相対速度（
Ｖ４２）をマイクロプロセッサ−に記憶させ、時間（ｔ
ｌ）の間のこの平均加速度（α２）はαｚ＝（Ｖａ＞−
Ｖａｔ）／１２を計算し、次の時間（ｔ３）の間はこの
平均加速度（α２）で重体（７）と軌道（１）の相対速
度（Ｖｐ）が増加して行くものと見做しくＶ４２＋α２
ｔ）の速度を基準にしながら各車輪（２ａ）〜（２ｄ）
を、最大粘着力が得られるように微空転制御行なう、こ
の時の車輪（２ｄ）の回転力（Ｔ４）を緩める時間は（
ｔｗｚ））だけである、このように時間（ｈ）、（ｔ４
）、（ｂ）・・・と、次々に基準速度の修正を行ないが
ら最大の粘着力（Ｆ）が得られるように各軸の空転又は
微滑走制御を行なう。

第３図（Ａ）において線図０１〜Ｃ５は車輪（２ｄ）を
時間間隔（ｔｌ）〜（ｔｓ）で（Ａｗｅ）〜（Ａｉｄｓ
）の短時間再粘着させながら実測した速度変化を示し、
線図Ａｌ〜Ａ４は、次の修正が行なわれるまでの間の推
定計算速度を示している。（Ｖ４　：ｌ　）　、　（Ｖ
４４　）　、　（Ｖａ　５）はそれぞれ時間（ｈ）、（
ｔ４）、（ｔｓ）経過後の相対速度を示している。

なお、Ｌ記実流側では、４軸の電気車の各軸が独立制御
される場合について述べたが、車輪（２ａ）、　（２ｂ
）及び車輪（２ｃ）、　（２ｄ）がそれぞれ群制御され
る場合は、群を一つの軸と見做して上記と同様の微空転
又は微滑走制御を行なうことも可能である。又、６軸、
８軸の電気用についても同様の制御を行なうことができ
る。

厳密には各車輪の摩耗差によって車輪径差を生じるので
、各車輪径の比率は惰行中、微空転の無い時にマイクロ
プロセッサ−に記憶させておき。

それを制御補正に用いる。

また、第３図（Ａ）　（Ｂ）に示す回転力緩め量（Ｔｗ
）、緩め時間間隔（ｔ）、緩め時間（ｔｗ）は、その時
の軌道条件、走行条件によってあらかじめ決められたパ
ターン又は任意に変えることができるようにしておくこ
とが必要である。

ところで、丑記説明では回転力を間欠的に緩める場合に
ついてのべたが、連続的に緩めるようにしても同様の効
果が得られる。

したがって、この発明は上記構成をとったことにより、
電波や光による特殊な速度検出器を必要とせず、各車軸
に取付けられた回転速度検出器だけで制御が可能となる
ので、経済的で保守も容易である。

また、電波や光による検出器のように軌道面の状態に検
出精度が左右されないので、適用範囲が大きい。

さらに電波を使用しないので、周辺の通信システムに障
害を誘発することもない。

〔発明の効果〕この発明は以上説明したとおり、各車輪の各軸に取付け
られた回転速度検出器のみによって最大粘着力を得るこ
とができるから、車両の発進が効率的に行なえ、電波や
光等を用いた特殊な速度検出器を必要としない効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の一実施例の原理を示
す説明図、第２図はこの発明の一実施例を示す電気車の
側面図、第３図（Ａ）（Ｂ）はこの発明の一実施例を示
すグラフ、第４図は従来の電気車駆動制御手段の説明の
ための車輪の側面図、第５図は同じくグラフ、第６図は
従来の電気車駆動制御手段を示す電気車の側面図である
。（１）・・・軌道面、（２ａ）〜（２ｄ）・・・各車輪、（７）・・・重体、（Ｖｐ）・・・相対速度、（Ｔ）・・・回転力、（Ｆ）・・・粘着力、（ｔｌ）〜（ｔｓ）・・・時間間隔。なお、各図中同一符号は同−又は相九部分を示す。代　　理　　人　　　大　　岩　　増　　雄手続補正書
（自発）］、：ＪＺ件の表示　　　特願昭　１ａ−ｉａｆμ矛　
号２、発明の名称電気車駆動制御方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者　志　岐
　守　哉４、代理人住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄。、デン＼６、補正の内容明細書第８頁第２行ないし７行の「ここで、Ｗｕ＋　＝　Ｗ＋　−Ｕ＋　　　　　　−（２）讐υ２
＝ｌ１２−Ｕ２　　　　　　・・・（３）Ｗ１ノ３　　
　”　　Ｗ３　−　０３　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・　（４）Ｗｕ４＝　’ｄａ　−０４・・・（
５）である。」という記載を下記のとおり補正する。「ここで、Ｗｕ＋　＝臀１＋Ｕ１　　　　　・・・（２）讐Ｕ２　
　　”　　Ｌ’　　＋　　Ｕ２　　　　　　　　　　　
　　　　・φ俸　（３）讐Ｕ３　＝Ｗ３　＋　［３°°
・（４）Ｗυ４　＝　Ｗａ　＋　０４　　　　　　°−
（５）である、」以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

同一車体内の１軸又は複数の軸を間欠的に又は連続的に
回転力を緩めて軌道面と再粘着せしめ、再粘着指令の時
間間隔とその間の相対速度の変化量の比率から次の再粘
着指令までの車体の速度変化を推定し、それを基準にし
て同一車体内の動力伝達軸を微空転又は微滑走制御し、
その時点での走行条件に適合した、車輪と軌道間の最大
の粘着力を得ることを特徴とする電気車駆動制御方法。