KR20120048715A

KR20120048715A - 전기차의 제어 장치

Info

Publication number: KR20120048715A
Application number: KR1020127009729A
Authority: KR
Inventors: 마사타카 야부우치; 히데토시 기타나카; 게이지 나카츠
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2012-05-15
Also published as: KR20100005136A; EP2161157A1; JP4137995B1; JPWO2009001452A1; CN101678773A; CA2691006C; US8285430B2; KR101165554B1; ES2385096T3; EP2161157B1; WO2009001452A1; ATE551222T1; CA2691006A1; US20100179713A1; EP2161157A4

Abstract

특히 고속 주행시에 있어서 공전/활주 현상을 검지하여, 적절한 공전/활주 제어가 가능한 전기차의 제어 장치를 제공한다. 공전 제어부(1)에, 제1 점착도 지표 생성부와 제2 점착도 지표 생성부를 마련한다. 가속도가 순시적으로 변화하는 통상의 공전 상태에 대해서는 제1 점착도 지표 생성부가 생성하는 가속도 편차 및 속도 편차에 기초한 제1 점착도 지표에 의해 토크 제어를 행한다. 고속 주행시에 있어서 공전 상태에 대해서는 가속도 편차 및 속도 편차가 작으므로, 제1 점착도 지표에 제2 점착도 지표 생성부에 의해 생성된 1 이하의 게인을 곱셈한 제2 점착도 지표에 의해 토크 제어를 행한다.

Description

전기차의 제어 장치{CONTROLLER FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 차륜의 공전(空轉) 및 활주(滑走)를 억제하는 공전 활주 제어 기능을 구비한 전기차의 제어 장치에 관한 것이다.

전기차의 제어 장치로는 인버터를 사용하여 교류 전동기를 구동 제어하는 시스템이 이미 실용화되어 있다. 철도 차량의 가감속은 철제의 레일과 철제의 차륜 사이의 근소한 접촉 면적으로 서로 힘을 전달함으로써 성립되어 있는 것은 주지된 사실이고, 전기차의 제어 장치는 차륜이 공전하지 않도록 적절히 전동기의 토크를 제어할 필요가 있다. 즉, 토크가 지나치게 크면 차륜은 공전하여, 차륜과 레일 사이의 마찰 계수(이하, 점착(粘着) 계수라고도 함)가 저하하여 힘의 전달 효율이 저하하게 된다. 이 결과, 전기차의 가속이 악화되거나 차륜과 레일이 마모되는 문제가 생긴다. 반대로 토크가 지나치게 작으면 차륜은 공전하지는 않으나, 전기차의 가속이 악화되어, 열차 운행표대로 주행하는 것이 곤란하게 된다. 또, 회생 브레이크 시에 있어서도 동일한 것이 성립된다.

종래 전기차의 제어 장치는 상기와 같은 차륜의 공전 현상을 억제하기 위한 공전 제어계를 가지고 있다. 그 개략 구성은 차륜 속도의 변화율이나 복수의 차륜 사이의 속도 편차를 사용하여, 차륜의 공전 상태를 판단하고, 전동기의 토크를 조정하는 것이다. 그러나 레일과 차륜 사이에는 비나 눈, 모래나 기름 등의 물질이 개재하는 경우가 있으며, 또한 레일이나 차륜의 표면 상태, 온도, 주행 속도 등에 따라 점착 계수는 시시각각 크게 변화하는 등, 그 물리 현상이 복잡하여, 제어칙(制御則)을 정식화하는 것은 용이하지 않다. 이 때문에, 공전 제어계에는 여러 가지의 관점으로부터의 이론적 고찰이나 실제 차량의 주행 시험 데이터를 기초로 구성된 다수의 방식이 존재하고 있다(예들 들어 일본 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1: 일본 특개평 6-335106호 공보

그러나 상기 종래의 기술에는 이하에 나타내는 문제점이 있다. 재래선 등의 일반적인 철도에 있어서 공전 또는 활주 발생시 차륜의 속도 변화율은 비교적 크며, 또 복수의 차륜 사이의 속도 편차도 비교적 크기 때문에, 차륜의 속도 변화율 및 차륜 사이의 속도 편차를 기초로 공전/활주 현상을 파악하기 쉽다. 그러나 고속 철도에 있어서 고속 주행시(예들 들어 거의 200km/h 이상)에서는 공전/활주 발생시 차륜의 속도 변화율이 작으며, 또 복수의 차륜 사이의 속도 편차도 작다. 그렇기 때문에, 차륜의 속도 변화율 및 차륜 사이의 속도 편차를 기초로 공전/활주 현상을 파악하는 것이 곤란하여, 통상 주행에 의한 가속 상태인지, 또는 공전/활주가 발생하고 있는 상태인지의 구별을 하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 고속 주행시에 있어서 공전/활주 현상을 검지하여, 적절한 공전/활주 제어가 가능한 전기차의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 전기차의 제어 장치는, 복수대의 전동기와, 상기 복수대의 전동기의 회전 속도에 기초하여 공전 또는 활주를 억제하도록 토크 지령값을 생성하는 공전 활주 제어부를 구비한 전기차의 제어 장치로서, 상기 공전 활주 제어부는 상기 복수대의 전동기의 회전 속도로부터 제1 및 제2 기준 회전 속도를 연산하는 기준 회전 속도 연산부와; 상기 각 전동기에 각각 대응하여 마련되어, 상기 제1 기준 회전 속도 및 상기 각 전동기의 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 각 전동기의 회전 속도로부터 연산되는 가속도와 상기 제1 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도의 차인 가속도 편차와, 상기 각 전동기의 회전 속도와 상기 제1 기준 회전 속도의 차인 속도 편차에 기초하여, 상기 각 전동기에 연결된 차륜과 차륜 답면(踏面) 사이의 점착도 지표인 제1 점착도 지표를 생성하는 제1 점착도 지표 생성부와; 상기 제2 기준 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 제2 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도에 기초하여 생성된 게인과 상기 제1 점착도 지표값의 곱셈값을 제2 점착도 지표값으로서 생성하는 제2 점착도 지표 생성부와; 상기 제2 점착도 지표값에 기초하여, 상기 토크 지령값을 생성하는 토크 지령값 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 고속 주행시에 공전 또는 활주가 발생한 경우와 같이, 가속도 편차와 속도 편차가 작아져서, 제1 점착도 지표에 기초한 토크의 조정에 의한 공전 또는 활주 제어가 효과적이지 않을 때에도, 제2 점착도 지표 생성부가 생성하는 게인을 1보다 작은 소정의 값으로 설정함으로써 적절한 공전 또는 활주 제어를 행할 수 있다. 그 때문에, 비(非)구동축 등의 새로운 회전 속도 정보를 추가하는 일 없이, 차륜에 연결된 구동축의 회전 속도 정보만으로 공전/활주 현상을 파악하여, 속도가 실제값과 크게 달라지기 전에 공전/활주 상태를 검지하여 적절한 공전/활주 제어를 행할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 실시 형태에 관련된 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 있어서 공전 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 축에 연결된 차륜(5A)이 공전한 경우, 속도 편차 DFM, 가속도 편차 DFT, 및 점착도 지표 ADL1의 동작 차트이다.
도 4는 각 축의 점착도 지표 ADL1 ~ 4, 최대값 선택 처리된 경우 점착도 지표 ADLO, 정상시의 토크 지령 TO*, 및 공전 제어에 의해 조정된 토크 지령 T*의 동작 차트이다.
도 5는 미소(微小)한 공전이 계속된 경우에 있어서 제1 점착도 지표 생성부(7A)의 동작 차트이다.
도 6은 제2 점착도 지표 생성부가 기능한 경우 FM1 ~ 4, FMmax, ADLO, S1, S2, ADL, TO*, 및 T*의 동작 차트이다.

이하에, 본 발명에 관련된 전기차의 제어 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 공전 제어에 대해 설명하고 있으나, 활주 제어의 경우도 동양(同樣)이다.

실시 형태

도 1은 본 실시 형태에 관련된 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 실시 형태에 있어서 공전 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.

우선 도 1을 참조하여 본 실시 형태에 관련된 전기차의 제어 장치의 구성에 대해 설명한다. 1은 공전 또는 활주 상태를 해소하도록 토크 제어를 행하는 제어부이고, 이하에서는 기재된 간략화를 위해 간단히 공전 제어부라 한다. 공전 제어부(1)에는 비공전시의 토크 지령값 TO*가 입력되고, 이 토크 지령값 TO*는 공전 상태를 가미하여 연산된 후에, 토크 지령값 T*를 출력한다. 2는 토크 연산부이고, T*를 입력으로 하여 게이트 제어 출력 G를 출력한다. 3은 전력 변환기이고, 토크 연산부(2)의 출력인 게이트 제어 출력 G에 기초하여 제어되고, 도시한 예에서는 복수의 전동기(4A ~ 4D)를 일괄 구동한다.

5A ~ 5D는 차륜이고, 6은 레일이다. 각 전동기(4A ~ 4D)는 각각 차륜(5A ~ 5D)의 축과 연결되어 있고, 차륜(5A ~ 5D)를 회전시킨다. 전기차는 차륜(5A ~ 5D)와 레일(6) 사이의 마찰력에 의해 차륜(5A ~ 5D)의 회전을 통하여 추진력을 얻는다. 또, FM1 ~ 4는 각 전동기(4A ~ 4D)에 각각 설치된 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 속도 신호이고, 각 전동기(4A ~ 4D)의 축의 회전 속도를 나타내고 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여 공전 제어부(1)의 구성에 대해 설명한다. 7A ~ 7 D는 각 차륜(5A ~ 5D)와 레일(6) 사이의 점착도 지표인 점착도 지표 ADL1 ~ ADL4를 각각 생성하는 제1 점착도 지표 생성부이다. 또, 8은 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)와는 별도로 마련된 제2 점착도 지표 생성부이다. 9는 회전 속도 FM1 ~ 4의 최대값 FMmax를 출력하는 최대값 연산기, 10은 회전 속도 FM1 ~ 4의 최소값 FMmin를 출력하는 최소값 연산기이다. 최대값 연산기(9) 및 최소값 연산기(10)는 기준 회전 속도 연산부(12)의 내부에 마련되어 있다. 기준 회전 속도 연산부(12)는 FMmin를 각각 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)에 출력함과 아울러, FMmax를 제2 점착도 지표 생성부(8)에 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는 기준 회전 속도 연산부(12)는 회전 속도 FM1 ~ 4로부터 최소값 FMmin 및 최대값 FMmax를 연산하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 회전 속도 FM1 ~ 4로부터 2개의 기준 회전 속도를 생성하는 것이면 된다.

제1 점착도 지표 생성부(7A)에는 FMmin과 회전 속도 FM1의 두 신호가 입력된다. 동양으로, 제1 점착도 지표 생성부(7B)에는 FMmin과 회전 속도 FM2의 두 신호가, 제1 점착도 지표 생성부(7C)에는 FMmin과 회전 속도 FM3의 두 신호가, 또한 제1 점착도 지표 생성부(7D)에는 FMmin과 회전 속도 FM4의 두 신호가 각각 입력된다. 제2 점착도 지표 생성부(8)에는 FMmax가 입력된다.

다음으로, 제1 점착도 지표 생성부(7A)에 대해 설명한다. 또한, 제1 점착도 지표 생성부(7B ~ 7D)에 대해서도 동양이다. 11은 미분기이고, 회전 속도 FM1을 입력으로 하여, FM1의 시간 변화율인 가속도 A1을 출력한다. 또, 13은 미분기이고, FMmin을 입력으로 하여, FMmin의 시간 변화율인 가속도 A2를 출력한다. 미분기(11)와 미분기(13)는 제1 가속도 연산부로서의 가속도 연산부(29)를 구성하고 있다. 14는 감산기이고, 가속도 A1과 가속도 A2로부터, A3=A2-A1을 출력한다. 15는 로패스 필터이고, A3을 입력으로 하여 가속도 편차 DFT를 출력한다. 또한, 미분기(11)의 연산 샘플링은 짧게, 미분기(13)의 연산 샘플링은 길게 설정한다. 감산기(14)와 로패스 필터(15)는 가속도 편차 처리부(30)를 구성하고 있다.

16은 감산기이고, 회전 속도 FM1과 FMmin의 차를 속도차 V1로서 출력한다. 17은 로패스 필터이고, 속도차 V1을 입력으로 하여 속도 편차 DFM을 출력한다. 감산기(16)와 로패스 필터(17)는 차속도 편차 처리부(31)를 구성하고 있다.

이상의 구성에 있어서는 가속도 A1은 전동기(4A)의 축인 제1 축의 회전 속도 FM1의 가속도이고, 순시(瞬時) 가속도이다. 한편, 가속도 A2는 차륜(5A ~ 5D) 중에서 가장 작은 회전 속도 FMmin의 가속도이고, 순시 변화가 거의 없는 기준 가속도이다. 상술한 바와 같이, 미분기(13)의 연산 샘플링을 길게 설정하고 있기 때문에, 가속도 A2에는 순시 변화가 거의 없고, 따라서 기준 가속도로서 사용할 수 있다. 이 가속도 A2를 기준 가속도로 하고, 순시값인 가속도 A1과의 차분인 A3에 대하여, 로패스 필터(15)에 의해 1차 지연 처리를 행한 것이, 가속도 편차 DFT로 되어 있다. 한편, 제1 축의 회전 속도 FM1과 FMmin의 차인 속도차 V1에 대하여, 로패스 필터(17)에 의해 1차 지연 처리를 행한 것이, 속도 편차 DFM으로 되어 있다.

18은 판별기이고, 가속도 편차 DFT와 속도 편차 DFM을 입력으로 하여, 이들의 입력값의 조합에 의해, 일의적으로 제1 축에 대한 점착도 지표 ADL1을 출력한다. 즉, 판별기(18)에서는 가속도 편차 DFT 및 속도 편차 DFM에 기초하여 점착도 상태를 판별하고, 예를 들어 가속도 편차 DFT와 속도 편차 DFM을 소정의 비율로 가중하는 등 하여, 점착 상태를 나타내는 점착도 지표 ADL1을 출력한다.

도 3은 제1 축에 연결된 차륜(5A)가 공전한 경우, 속도 편차 DFM, 가속도 편차 DFT, 및 점착도 지표 ADL1의 동작 차트이다. 가로축을 시간으로 하여, 회전 속도 FM1 ~ 4, 속도 편차 DFM, 가속도 편차 DFT, 및 점착도 지표 ADL1의 각 시간 변화가 나타나 있다. 시각 t1 ~ t4 사이에 있어서는 속도 편차 DFM 및 가속도 편차 DFT의 적어도 한쪽의 편차가 커져 있고, 그에 따라, 점착도 지표 ADL1이 1보다 작아져 있다. 특히, 시각 t2 ~ t3 사이에서의 ADL1로부터 알 수 있는 바와 같이, 속도 편차 DFM에 비해 가속도 편차 DFT의 영향이 지배적인 것을 알 수 있다. 또한, 점착도 지표가 1인 경우는 공전이 없는 상태라고 판별하고, 1로부터 내려감에 따라 공전이 한층 발생하고 있는 상태라고 판별한다.

제1 점착도 지표 생성부(7B ~ 7D)에 대해서도 동양의 처리를 행하여, 각각 점착도 지표 ADL2 ~ 4를 얻을 수 있다.

25는 ADL 처리부이고, 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)의 출력이 입력된다. 즉, 점착도 지표 ADL1 ~ 4는 ADL 처리부(25)에 입력되고, 예를 들어 최대값 선택 처리 또는 평균화 처리를 행한 후에, 점착도 지표 ADL0로서 출력된다. 여기에서, 최대값 선택 처리란, 점착도 지표 ADL1 ~ 4에 대하여 1로부터의 변화가 가장 큰 지표값을 선택하는 처리이고, 평균화 처리는 점착도 지표 ADL1 ~ 4의 평균값을 선택하는 처리이다.

26 및 27은 각각 곱셈기, 28은 1차 지연을 발생시키는 1차 지연부이다. 1차 지연부(28)에서 사용되는 시정수(時定數)를 τ로 한다. ADL 처리부(25)로부터 출력된 점착도 지표 ADL0은 후술하는 바와 같이 곱셈기(26)에 의해 게인과 곱셈되고, 계속하여 곱셈기(27; 토크 지령값 생성부)에 의해 운전 지령에 기초한 정상시의 토크 지령 TO*와 곱셈된 후에, 1차 지연부(28)에 입력되어 1차 지연 토크 지령 T*로서 공전 제어부(1)로부터 출력된다.

공전이 없는 상태에서는 점착도 지표 ADL0은 1이지만, 공전 상태에서는 가속도 편차 DFT와 속도 편차 DFM의 값의 조합에 의해 1 이하의 값으로 되기 때문에, TO*>T*로 되어서 (TO*-T*)만큼 토크가 낮아진다. 또한, 낮아짐(lowering) 또는 복귀(recovering)의 시정수는 1차 지연부(28)에 있어서 시정수 τ에 의해 조절된다.

도 4는 각 축의 점착도 지표 ADL1 ~ 4, 최대값 선택 처리를 한 경우 점착도 지표 ADLO, 정상시의 토크 지령 TO*, 및 공전 제어에 의해 조정된 토크 지령 T*의 동작 차트이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 토크 지령 T*는 점착도 지표 ADLO의 변화에 따라 세밀하게 출력되고 있다.

이상의 동작에서는 가속도 편차 DFT가 공전 제어의 응답성에 있어서 지배적으로 되어, 기준 가속도의 응답 속도 또는 분해능(分解能)을 세밀하게 하여 가속도 편차가 수속(收束)하도록 설정할 수 있기 때문에, 속도 편차 DFM와 가속도 편차 DFT에 의해, 고속으로 또한 세밀하게 점착 제어를 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 점착도 지표 ADL1 ~ 4를 기초로, ADL 처리부(25)에 의해 하나의 점착도 지표 ADLO를 출력하고, 이 점착도 지표 ADLO에 따른 토크 지령 T*를 출력하고 있다. 즉, 토크 지령 T*에 의해, 4대의 전동기(4A ~ 4D)의 토크를 일괄 제어하고 있다. 별도의 형태로는 ADL 처리부(25)를 사용하지 않고, 각 점착도 지표 ADL1 ~ 4에 따른 4개의 토크 지령을 출력하고, 이 4개의 토크 지령에 의해 4대의 전동기(4A ~ 4D)의 토크를 개별적으로 제어할 수도 있다.

다음으로, 제2 점착도 지표 생성부(8)에 대해 설명한다. 19는 최대값 연산기(9)로부터 출력된 FMmax를 입력으로 하여, 가속도 S1을 출력하는 미분기이다. 20은 로패스 필터이고, 가속도 S1을 입력으로 하여, 가속도 S2를 출력한다. 미분기(19)와 로패스 필터(20)는 제2 가속도 연산부로서의 가속도 저응답화 처리부(32)를 구성하고 있다. 즉, 미분기(19)의 연산 간격을 크게 하거나 로패스 필터(20)의 응답을 늦게 함으로써, 가속도 저응답화 처리부(32)의 출력인 가속도 S2가, 미소 또는 순시의 가속도 변화에 대해 즉시 변화하지 않도록 한다. 특히, 가속도 저응답화 처리부(32)에서 연산되는 가속도의 응답 속도를, 가속도 연산부(29)에서 연산되는 가속도의 응답 속도보다도 늦게 되도록 한다.

21은 컴퍼레이터이고, 가속도 S2와 가속도 검지 레벨 SSET의 대소를 비교하여, 가속도 S2의 쪽이 가속도 검지 레벨 SSET보다도 크다고 판단되면, 그 출력 S3은 “H” 레벨(하이 레벨)로 되고, 한편 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET 이하라고 판단되면, 그 출력 S3은 “L” 레벨(로 레벨)로 된다. “H” 레벨의 출력 신호로는 예를 들어 1을, “L” 레벨의 출력 신호로는 예를 들어 0을 사용할 수 있다. 또한, 가속도 검지 레벨 SSET는 전기차에 따라 설정되는 소정의 값이고, 또, 가변(可變)으로 설정할 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 컴퍼레이터(21)는 공전 검지부(33)로서의 기능을 갖는다.

22, 23은 인버터이고, 각각 입력을 반전시켜서 출력한다. 24는 OFF(오프) 딜레이이다. 컴퍼레이터(21)의 출력 S3은 인버터(22)에 입력되고, 인버터(22)는 S4를 출력한다. 인버터(22)의 출력인 S4는 곱셈기(26)에 입력됨과 아울러, 인버터(23)에 입력된다.

예들 들어 S3이 “H” 레벨인 경우, S4는 “L” 레벨이고, 곱셈기(26)에는 “L” 레벨의 값인 S4가 입력되어, S4의 값(이하, 게인이라 함.)과 점착도 지표 ADLO이 곱셈된다. 곱셈기(26)에 의한 곱셈에 사용되는 “L” 레벨의 값은 예를 들어 0이지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 1 이하의 임의 값으로 되도록 구성할 수도 있다. 이와 같이, 게인을 예를 들어 1 이하의 값으로 할 수 있다. 또한, 게인을 1 이하의 값으로 설정하는 경우에는 S4가 “L” 레벨일 때의 값과 S4가 “H” 레벨일 때의 값을 가산한 것이 1로 되도록 설정한다. S4가 O인 경우에는 곱셈기(26)의 출력인 점착도 지표 ADL은 0으로 되고, 따라서, 곱셈기(27)의 출력도 0으로 된다. 즉, 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET보다도 큰 경우에는 토크 지령 T*로서 0을 출력하는것에 의해, 공전을 제어하도록 하고 있다.

한편, 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET 이하인 경우에는 S3이 “L” 레벨, S4는 “H” 레벨이고, 이 때 게인은 예를 들어 1이다. 따라서, 곱셈기(26)의 출력인 점착도 지표 ADL은 ADLO으로 되고, 토크 지령 T*는 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)의 출력에 의해 정해져 있다. 이와 같이, 인버터(22, 23)는 공전 검지부(33)의 출력을 기초로, 게인 생성부(34)를 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 게인의 값은 가속도 S2와 가속도 검지 레벨 SSET의 대소 관계에 따라 전환되도록 설정되어 있다. 이것과는 별도의 형태로서 게인의 값이 가속도 S2와, 예들 들어 2개의 가속도 검지 레벨의 대소 관계에 따라 전환되도록 구성할 수도 있다. 이 2개의 가속도 검지 레벨을, 제1 가속도 검지 레벨과, 제1 가속도 검지 레벨보다도 작은 제2 가속도 검지 레벨로 했을 때에, S2가, 제1 가속도 검지 레벨 이상, 제2 가속도 검지 레벨 이상이고 또한 제1 가속도 검지 레벨 미만, 제2 가속도 검지 레벨 미만의 3개 범위에 대하여, 이 순서로 게인의 값이 커지도록 설정할 수 있다.

S4는 인버터(23)에도 입력되고, 인버터(23)의 출력은 오프 딜레이(24)에 입력된다. 또, 오프 딜레이(24)의 출력 S5는 1차 지연부(28)에 입력된다. 이 때, 오프 딜레이(24)의 출력 S5가 일단, 예를 들어 “H” 레벨이 되면, 일정 기간이 “H”레벨 상태가 유지되고, 따라서 “H” 레벨의 신호가 1차 지연부(28)에 계속해서 출력된다. S5가 “H” 레벨인 기간 중은 1차 지연부(28)의 시정수 τ는 소정의 값으로 전환 설정된다. 이와 같이, 오프 딜레이(24)는 시정수 설정부(35)로서 기능하고 있다.

가속도 검지 레벨 SSET를 통상의 가속도에 비해 약간 큰 값으로 해도, 통상의 공전이 없는 상태, 또는 가속도가 순시적으로 변화하는 통상의 공전 상태에서는 컴퍼레이터(21)의 출력인 S3은 “L” 레벨 그대로이다. 이는 가속도 저응답화 처리부(32)에 의해 가속도 변화의 응답이 늦으므로, FMmax의 가속도가 가속도 검지 레벨 SSET를 넘어도, S2는 가속도 검지 레벨 SSET 이하의 상태가 유지되기 때문이다. S3이 “L” 레벨 그대로이기 때문에, S4는 “H” 레벨, S5는 “L” 레벨 그대로이고, 점착도 지표 ADL은 점착도 지표 ADLO와 같고, 1차 지연부(28)의 시정수 τ의 전환 설정도 발생하지 않는다. 따라서, 제2 점착도 지표 생성부(8)에 의한 제어 상태의 변화는 일절 발생하지 않는다. 이와 같이, 가속도가 순시적으로 변화하는 통상의 공전 상태는 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)에 의해 고속으로 그리고 세밀하게 최적의 점착 제어가 이루어진다.

통상 가속도로부터의 가속도 변화가 작고, 속도 상승이 늦은 공전 현상의 경우에는 상기와 반대로, 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)에서는 속도 편차 DFM 및 가속도 편차 DFT가 작기 때문에, 공전 현상을 억제할 정도의 제어는 이루어지지 않는다. 한편, 이와 같은 공전 현상이 계속된 경우, 제2 점착도 지표 생성부(8)에서는 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET 이상에 이르고, S4는 “L” 레벨, 즉 예를 들어 0으로 되어, 점착도 지표 ADL은 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)의 연산 결과에 관계없이 0으로 된다. 또, 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET 이상에 이르면, 가속도 저응답화 처리부(32)의 응답 지연에 의해, 순시적으로 가속도 검지 레벨 SSET 이하로는 되지 않으며, 잠시동안 이 상태가 계속된다. 1차 지연부(28)는 S5가 “H” 레벨로 됨으로써, 시정수 τ를 전환한다. 그리고, 오프 딜레이(24)로 결정되는 일정 기간, 토크 지령 T*는 0을 목표값으로 하여 전환된 시정수로 낮아진다. 그 후, 가속도 S2가 가속도 검지 레벨 SSET 이하로 되면, 토크 지령 T*는 점착도 지표 ADLO에 기초한 정상시의 토크 지령으로 돌아온다.

도 5는 미소한 공전이 계속된 경우에 있어서 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)의 동작 차트이다. 가로축을 시간으로 하여, 제2 점착도 지표 생성부(8)가 기능하지 않는 경우 FM1 ~ 4, FMmin, A1, A2, A3, DFT, DFM, ADLO의 동작을 나타내고 있다. FM1 ~ 4에 기재되어 있는 점선은 실제 속도이고, FM1 ~ 4에서는 계속적인 미소 공전에 의해 실제 속도로부터의 편차가 증대하고 있고, 공전이 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 또, 가속도 편차 DFT는 작고, 점착도 지표 ADLO의 1로부터의 변화도 근소하여, 공전을 억제할 정도의 제어가 이루어지지 않는 것을 알 수 있다.

도 6은 제2 점착도 지표 생성부(8)가 기능한 경우 FM1 ~ 4, FMmax, ADLO, S1, S2, ADL, TO*, 및 T*의 동작 차트이다. FM1 ~ 4에서는 계속적인 미소 공전에 의해 실제 속도로부터의 편차가 시간과 함께 점차로 증가하고는 있으나, 다시 감소로 바뀌어 있고, 제2 점착도 지표 생성부(8)의 제어에 의해 공전이 억제되는 형태를 나타내고 있다. S1은 로패스 필터(20)에 의해 1차 지연이 행해지고 있기 때문에, S2는 시각 t2 ~ t5 사이에서, 가속도 검지 레벨 SSET를 넘어 ADL의 값이 0으로 되어 있다. 또, T*에 있어서, 시각 t2로부터 t3에 이르는 범위에서, 값이 거의 1로부터 0으로 감소하고 있으나, 이 변화율은 1차 지연부(28)의 시정수 τ의 설정에 의해 정해진다.

이상에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면 가속도 편차 DFT 및 속도 편차 DFM가 모두 작고, 제1 점착도 지표 생성부(7A ~ 7D)에 의한 제어에서는 공전의 억제가 곤란한 경우라도, 제2 점착도 지표 생성부(8)에 의해 공전을 억제할 수 있다. 그 때문에, 비(非)구동축 등의 새로운 축 속도 정보를 추가하는 일 없이, 구동축의 속도 정보만으로 공전 현상을 파악하여, 속도가 실제값과 크게 달라지기 전에 공전 상태를 검지하여 적절한 공전 제어가 가능하게 된다. 본 실시 형태에 의하면, 특히 고속 주행시 등에 있어서 공전의 검출과 그 억제가 가능하게 된다.

이상의 실시 형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례이고, 공지된 기술 등과 조합하는 것도 가능하고, 또 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 변경하여 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 본 발명에 의한 공전 제어의 적용 분야는 전기차의 제어 장치에 한정되지 않으며, 예를 들어 전기 자동차 등의 관련 분야로의 적용도 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 관련된 전기차의 제어 장치는 고속 철도 등에 있어서 고속 주행시에서의 공전/활주 발생의 억제에 유용하다.

1 공전 제어부
2 토크 연산부
3 전력 변환기
4A ~ 4D 전동기
5A ~ 5D 차륜
6 레일
7A ~ 7D 제1 점착도 지표 생성부
8 제2 점착도 지표 생성부
9 최대값 연산기
10 최소값 연산기
11, 13, 19 미분기
12 기준 회전 속도 연산부
14, 16 감산기
15, 17, 20 로패스 필터(LPF)
18 판별기
21 컴퍼레이터
22, 23 인버터
24 오프 딜레이(0FF-delay)
25 ADL 처리부
26 곱셈기
27 곱셈기(토크 지령값 생성부)
28 1차 지연부
29 가속도 연산부
30 가속도 편차 처리부
31 차속도(差速度) 편차 처리부
32 가속도 저응답화 처리부
33 공전 검지부
34 게인 생성부
35 시정수 설정부

Claims

복수대의 전동기와, 상기 복수대의 전동기의 회전 속도에 기초하여 공전 또는 활주를 억제하도록 토크 지령값을 생성하는 공전 활주 제어부를 구비한 전기차의 제어 장치로서,
상기 공전 활주 제어부는,
상기 복수대의 전동기의 회전 속도로부터 제1 및 제2 기준 회전 속도를 연산하는 기준 회전 속도 연산부와,
상기 제1 기준 회전 속도 및 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도로부터 연산되는 가속도와 상기 제1 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도의 차이인 가속도 편차와, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도와 상기 제1 기준 회전 속도의 차이인 속도 편차에 기초하여, 상기 복수대의 전동기 각각에 연결된 차륜과 차륜 답면(踏面) 사이의 점착도 지표인 제1 점착도 지표를 생성하는 제1 점착도 지표 생성부와,
상기 제2 기준 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 제2 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도를 미리 결정된 임계치와 비교하여, 당해 비교 결과에 기초하여 생성된 게인과 상기 제1 점착도 지표값으로부터 생성된 값을 제2 점착도 지표값으로서 생성하는 제2 점착도 지표 생성부와,
상기 제2 점착도 지표값에 따라 조정한 상기 토크 지령값을 생성하는 토크 지령값 생성부를 구비하고,
상기 제1 점착도 지표 생성부는, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도로부터 가속도를 연산함과 아울러 상기 제1 기준 회전 속도로부터 가속도를 연산하는 제1 가속도 연산부를 구비하고,
상기 제2 점착도 지표 생성부는 상기 제2 기준 회전 속도로부터 가속도를 연산하는 제2 가속도 연산부를 구비하고,
상기 제2 가속도 연산부에서 연산되는 가속도의 응답 속도를 상기 제1 가속도 연산부에서 연산되는 가속도의 응답 속도보다 늦게 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
복수대의 전동기와, 상기 복수대의 전동기의 회전 속도에 기초하여 공전 또는 활주를 억제하도록 토크 지령값을 생성하는 공전 활주 제어부를 갖춘 전기차의 제어 장치로서,
상기 공전 활주 제어부는,
상기 복수대의 전동기의 회전 속도로부터 제1 및 제2 기준 회전 속도를 연산하는 기준 회전 속도 연산부와,
상기 복수대의 전동기 각각에 각자 대응하여 마련되며, 상기 제1 기준 회전 속도 및 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도로부터 연산되는 가속도와 상기 제1 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도의 차이인 가속도 편차와, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도와 상기 제1 기준 회전 속도의 차이인 속도 편차에 기초하여, 상기 복수대의 전동기 각각에 연결된 차륜과 차륜 답면 사이의 점착도 지표인 제1 점착도 지표를 생성하는 복수의 제1 점착도 지표 생성부와,
상기 제2 기준 회전 속도를 입력으로 하여, 상기 제2 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도를 미리 결정된 임계치와 비교하여, 당해 비교 결과에 기초하여 생성된 게인과 상기 제1 점착도 지표값의 곱셈값을 제2 점착도 지표값으로서 생성하는 제2 점착도 지표 생성부와,
상기 제2 점착도 지표값에 따라 조정한 상기 토크 지령값을 생성하는 토크 지령값 생성부를 구비하고,
상기 제1 점착도 지표 생성부는, 상기 복수대의 전동기 각각의 회전 속도로부터 가속도를 연산함과 아울러 상기 제1 기준 회전 속도로부터 가속도를 연산하는 제1 가속도 연산부를 구비하고,
상기 제2 점착도 지표 생성부는 상기 제2 기준 회전 속도로부터 가속도를 연산하는 제2 가속도 연산부를 구비하고,
상기 제2 가속도 연산부에서 연산되는 가속도의 응답 속도를 상기 제1 가속도 연산부에서 연산되는 가속도의 응답 속도보다 늦게 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 공전 활주 제어부는,
상기 복수의 제1 점착도 지표 생성부가 각각 생성하는 상기 복수의 제1 점착도 지표로부터 단일 점착도 지표를 연산하고, 이 단일 점착도 지표를 제1 점착도 지표로 하여, 상기 제2 점착도 지표 생성부로 출력하는 점착도 지표 처리부를 추가로 구비하고,
상기 제2 점착도 지표 생성부에서 생성되는 상기 게인과 상기 단일 점착도 지표의 곱셈값인 제2 점착도 지표값에 따라 상기 복수대의 전동기의 토크를 일괄 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 점착도 지표 생성부는 상기 제2 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도가, 소정의 설정값보다 큰지의 여부에 따라, 상기 게인의 값을 전환함과 아울러, 상기 가속도가 상기 소정의 설정값보다도 큰 경우에, 상기 게인의 값을 보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 점착도 지표 생성부는 상기 제2 기준 회전 속도로부터 연산되는 가속도가, 제1 설정값과, 이 제1 설정값보다도 작은 제2 설정값을 경계로, 상기 게인의 값이 전환됨과 아울러, 상기 제1 설정값 이상, 상기 제2 설정값 이상이고 또한 상기 제1 설정값 미만, 및 상기 제2 설정값 미만인 3개 범위에 대해, 이 순서로 상기 게인의 값이 커지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 토크 지령값 생성부는 상기 제2 점착도 지표값에 기초하여 생성된 상기 토크 지령값을 1차 지연시켜서 출력시키는 1차 지연부를 구비하고,
상기 제2 점착도 지표 생성부는 상기 게인의 값에 따라, 상기 1차 지연부의 시정수를 설정하는 오프 딜레이(off-delay)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.