TW200846214A - Breake controlling device for electric car - Google Patents

Description

200846214 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種電車之煞車控制装置，尤其有關— 種电車中的電力煞車與包含有空氣煞車的機械煞車之間的 混合（blending)控制技術者。 【先前技術】 近年來，於將電動機作為動力的鐵路車輛（以下 /屯車」）中’作為使電車的速度降低之制動手段，係; 採用併用電力煞車的煞車系統。在併用電力煞車的情开》 L必須要有在車輛停止前一邊執行電力煞車的減弱，二 =強機械煞車’藉此從電力煞車切換至機械煞車之混合 般而口雖然電力煞車的控制係由主變換裝置來勃 :二機械煞車的控制係由機械煞車控制装置來執行= -合控制中’機械煞車控制裝置係監視電力煞車力量 將機械煞車予以增強，俾使電力煞車力量與機械敏 庫遲=整Γ煞車力量成為固定。此時，當機械煞車的反 ’由於機械煞車力量的增強緩慢而導致整體敦車 二=法成為m定，因此會產生減速度㈣定，而' 舒適感變差之問題。 水丄 =這種問題的解決手段之已存在於文獻中（例 速二二：υ，該文獻揭示有以比電力煞車的減弱 :稍回的速度’將用以預告電力煞車的減弱開 U號從主變換裝置輸出至機械煞車控制裝置的控制技 319328 6 200846214 術。 :視==專利文獻1所揭示的技術中，機械煞車裝置係監 •械II車=^"號並提早機械煞車的增強指令，藉此使機 強配合電力煞車力量的減弱。亦即，在該 速产系在到達比減弱電力煞車的速度還猶高的 心的：Γ減弱預告信號’之後，在到達減弱電力 …、車的速度之時間點開始電力煞車的減弱。 • r專利文獻1:曰本特開平8-164857號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 然：’在用以輸出減弱預告信號的習知技術中，如同 之時門==到達比電力煞車的減弱速度還稍高的速度 弱速度之時間點開始電力敦鱼的心“ ^电刀…、單的減 問題點。 $力…、車的減弱之控制，故有下述的 止广：ί I有用以減弱電力煞車的時機與用以輸出減弱預 時間差無法成為固定的情形，而成為產生 …、里過夕或煞車力量不足的狀態之原因。 此外，在未將電力煞車的減弱開始速度設為可 二=以從電力煞車切換至空氣煞車的時機提早 电力煞車的1會減少，而使用機械 由於電力煞車係將來自馬達的電能量予以再生，^力口旦 ==越省能源鄭成本。此外，由於越減少； 械”、、車的使用量會越減少煞車瓦（brakesh〇e)的磨耗，故 7 319328 200846214 減少維，成本。亦即’在習知技術中，由於減少使用電力 :…、車的里’並且增大機械煞車的使用量，故有省能源效果 ··變小’且成本增大的問題點。 ^另方面，即使在將電力煞車的減弱開始速度設為可 支的I·月形下’在用以決定減慢速度的減速率之主控制器 (maStercontrolier)的位置變化時，用以減弱電力煞車的 $機與用以輸出減弱預告信號的時機之時間差不會成為固 •疋f用加入空氣煞車的時機過快或過慢，而成為產生煞 車力量過大或煞車力量不足的狀態不 必要的磨耗或乘坐舒適感變差的問題點。i生車輪不 f發明乃有鑑於上述問題而研創者，其目的在於提供 ▲種藉由輸出與電力煞車的減弱開始速度對應之減弱預告 L旎，而抑止成為煞車力量過大或煞車力量不足的狀熊， ^高省能源效果及控制成本的增大的電車之煞車控制裝 瞻料，本發明之另—目的在於提供即使於使主控 的^置變化之情形下，亦得抑止成為煞車力量過大或煞: 力里不足的狀恶，並提高省能源效果及控制成本的辦 電車之煞車控制裝置。 ㈢、 (解決課題的手段） 裝置述課題及達成目的，本發明電車之煞車控制 、、本〃備有·馬達控制部，輸出用以控制驅動電車之一 個或後數個馬達之馬達控制信號；電力煞車控制部，產生 用以表不IT述各馬達所產生的實際電力煞車力量之信號的 8 319328 200846214 貫際電力煞車力晉传％ 敏車及用以在固料間前通知電力 咸弱預告信號，♦以及機械煞車控制裝置，根據 月J t 力煞車控制部所輪 弱預主作,，h 翰出的貝際電力煞車力量信號及減 夕〆σ 5儿“工制由電力煞車力量與機械煞車力量所成 之總合性教車六旦· + 干7里所成 …、車力里，在該電車之煞車控制裝置中，前述電 針對前述各馬達之電指令控制部，產生 產咮用LV认恭 罨力…、車力置扣令；比較模式產生部， ;$力煞車的終速時—面使電力煞車力 〇 —面切換至機械教鱼 战乂至 車力量比幸 ϋ 指令值模式的減弱用電力煞 式，以及用以將該減弱用電力煞車力量比較 极式私位預定頻率至$拿 季乂 用電力敦車六旦 增加之側之減弱預告信號 車力旦比較模式；第一比較部’比較前述電力煞 並將、Hi與前述減弱用電力煞車力量比較模式的大小， 至前：:二中:交小的信號作為電力煞車力量模式而輸出 力量部’以及第二比較部，比較前述電力煞車 與W述減弱預告信號用電力煞車力量比較模式 為該電電力煞車力量比較模式在成 減弱預曰令以下之時機所輸出的信號作為前述 貝口仏旒而輸出至前述機械煞車控制裝置。 (發明的效果） ，據本發日㈣電車之煞桂織置，由於 ==力煞“量指令控制部、比較模式產： 乂邛以及第一比較部，且於這些各部中，電力 …1指令控制料產生針對各馬達之電力煞車力量指 319328 9 200846214 二 =㈣生部係用以產生於電力煞車的終速時使電 .用m Γ 2減^至卜面切換至機械煞車力量之減弱 比上 比較模式，並產生將減弱用電力煞車力量 二=:位預定頻率至馬達頻率的增加之側的減弱預告 力量指令與減弱用電力4;量==將電力煞車 為電力敦車力力里比㈣式中較小的信號作 、、皁力里杈式而輪出至馬達控制部，第二比較部係 將在減弱預告信號用電力敏# 口 ’、 八、 电刀“、、車力里比較模式成為電力煞車 里才”以下之時刻所輸出的信號作 控制裝置，故可㈣電力煞車 本增大之效果。 门效果’以及抑制成 【實施方式】 以下，根據附圖詳細說明本發明較佳 =控制裝置。並且，本發明並非限定於下述實：車 € "、、車控制裝置的構成） 〜 ^圖係為顯示包含本發明較佳實施形態的電車之煞 I 1、置的煞車控制系統的概略構成 的煞車控制系統中，係構成有：用以㈣堪在/ 1圖所不 的-個以上的馬達（32ι至籌成^達群32 以控制包含空氣斂車箄之嬙只纷由 、乂置1、以及用 置2.甘曰車寺之機械煞車33的機械煞車控制襄 主變換裝置“系具備有用以直接控制馬達⑶ Ο的馬達控制部31、以及用以透過馬達控制部31而 319328 10 200846214 將制動信號（電力煞車信號）施加至馬達（321至32 電力煞車控制部34 ;且該電力煞車控制部34鱼機械 控制部2之間係透過信號線S1、S2而連接。並且找 ，形態的煞車控制裝置係由馬達控制部31、電力煞車^ 部34以及機械煞車控制裝置2所構成。 工 (煞車控制裝置的整體功能）

於第！圖中，主變換裝置！的馬達 ™ ⑽e 鬚hM()dulatic)n:脈波寬 Γ;=壓及預定頻率的交流電*，以控制構 、各馬達⑺〗至3211)的旋轉。電力煞車控制部 產生表示實際的電力煞車力量的信號之實際電力敎車力I =二W固料間前通知電力煞車減弱之減弱= 2戒4’並輸出至機械煞轄聽置2。機械煞車控制裝 係根據經由信號線S1所輸入的實際電力教車力: 所輸入的減弱預告信號4,來決。 37了車力置專之機械煞車力量，並輸出機械煞車力量信號 (煞車控制裝置的整體動作） ;第1圖中，具備有馬達控制部31及電力敏車_ 部-之主變換裝置]係於使電力煞車作動時令各 =得狀的電力煞車力量，並且使各馬達作為 =而將預定電力送回至架線，或者使預定電力在消= 的實ί = = =耗。此外，主變換裝置1係輪出前述 、不电力…、車力1信號3及減弱預告信號4。另一方面， 319328 11 200846214 機械煞車控制裝置2雖是控制敕 量’但此時係根據從主變換妒S舁機械煞車力 所輸出的#電“|^ 1的電力煞車控制部34 整體敏車力… 號3來運算用以保持所需的 正體煞車力1時所需要的不足 而幻 以機械煞車力量來彌補該 =㈣進：控制俾 所輸㈣f/ 1的電力煞車控制部34

減弱，且進行用二:::Γ力煞車會於預定時間後 係將電力教車力量的控制，此時之控制 佯持成固:、里/、機械煞車力量所產生的整體煞車力量 保持成固疋，且不使減速度產生變化。 (電力煞車控制部的構成） 34的-二糸以主變換裝置1内所具備的電力煞車控制部 、構成為中心而顯示之圖。如第i圖所示，構成於主變 旦广^ 1内的電力煞車控制部34係具備有實際電力煞車力 里運异》M、電力煞車力量指令控制部15及減弱速度可變 型減弱預告信號產生部16’並且，電力煞車力量指令控制 部15係具備有比較模式產生部5及比較部7、8。 (電力煞車控制部的動作） 於第2圖中，電力煞車力量指令控制部15係產生電 力+煞車力量指令14並輸出至第—比較部之比較部7。比較 模式產生部5係產生減弱用電力煞車力量比較模式9並輪 出至比車乂邻7，並且產生減弱預告信號用電力煞車力量比 較杈式10且輸出至作為第二比較部之比較部8。實際電力 煞車力量運算部6係產生前述的實際電力煞車力量信號3 12 319328 200846214 並輸出至機械煞車控制裝置2。 比較部7係比較所輸入的電力煞車力量指令與減 弱用電力煞車力量比較模式9，並將這些信號中較小的信 號作為電力煞車力量模式U來產生，且輸出至馬達控制部 31。另外，施加至馬達群32的各馬達之電力煞車力量係根 據該電力煞車力量模式11而予以控制。 比較部8係比較所輸入的電力煞車力量指令14與減 弱預告信號用電力煞車力量比較模式1〇，並產生在減弱預 告信號用電力煞車力量比較模式1〇成為電力煞車力量指 7 14以下之時機所輸出的減弱預告信號4且輸出至機械敦 車控制裝置2。 此外，實際電力煞車力量運算部6為了進行使電力敏 車力量，電力煞車力量模式n的控制，係運算實際電:、 煞車力量信號3並輸出至機械煞車控制裝置2。 (比較模式產生部5的控制系統之構成） 第3圖係顯示於減弱速度可變型減弱預告信號產生部 W内構成的比較模式產生部5的構成圖。此外，第4圖係 顯不於比較模式產生部5内所具備的電力煞車減弱表12 =略特性圖，第5圖係顯示比較模式產生部5内所呈備 的¥入表13的概略特性圖。如第3圖所^於主變換裝置 1内構成的比較模式產生部5係具備有第一參照表之電力 煞車減弱表12、第二參昭表& ^ 紛虫丄 …、、、表之導入表】3、以及用以從電力 】2的輸出將導八表13的輸出予以減法運算的 Η异益18’亚且根據這些輸出來產生減弱用電力煞車 319328 13 200846214 力虿比較模式9及減弱預告j古辨用+ 1()。 5虎用電力煞車力量比較模式 (比較模式產生部5的動作） 接者，參照第3圖至第$岡私批 弟5圖針對比較模式產生部5的 動作來加以說明。 首先，針對於比較模式產4邱 、座生°卩5所具備的電力教車竑 弱表12來加以說明。如第 ^、、早減 η φ贫拉红" 所不’該電力煞車減弱表 抽係表不馬達頻率（™〔Hz〕），縱轴係表 示電力煞車力量（丁〔Kim〕），认；土 )於兩者之間係具有下式的 關係。 T= axFM+ b …第（1 )式 如上述第⑴式’a為表示直線的傾斜之常數， 表示與縱軸的交點之常數（截段，intercept)。實際上’ 當馬達頻率變成某固定值以下時，即不會產生電力:、車力 量，而將此時的頻率以C〔Hz〕之形態顯示於第4圖。 於第4圖中，比較模式產生部5係將馬達頻率故當 作輸入變數，使用於上述第⑴式的特性曲線來產生對： 該，達頻率大小的值，並將該產生值作為減㈣電力煞= 力量比較模式9而輸出至比較部7。此外，該輪出亦輪出 :減法運算器18。另外’在第4圖的控制系統中，係將對 電力煞車減弱表12的輸入信號作為馬達頻率，但亦可為表 示馬達旋轉速度之速度信號。 & 接著，針對於比較模式產生部5所具備的導入表U 來加以說明。該導入表13係如第5圖所示成為直線。於第 319328 14 200846214 $圖中，檢軸為用以表示主控制器位置（master contr〇iier position)的資訊之主控制器位置（齢⑽公）率，縱車由表示導入 電力煞車力量〔Nm〕。 抑在此，所谓主控制器位置率係指將主幹控制器之主控 制器的位置於〇至！間以線性分配的數字來表示者。例如， ^煞，最小位置（或者惰力行進位置，⑶astingpGsiti〇n) 4以〇」來表示’在煞車最大位置時以Γι」來表示。 於電車中’鐵路車輛的減速度係藉由主控制器位置率 來決定。現在’假設最大減速度為a〔km/h/s〕，者主 控制器為煞車最大位置時，減速度變為αχΐ=α， !器為煞車物的位置時，減速度變為一二， -主控制器為煞車的0%的位置時，減速度變為αχ〇 = 〇。 2弟3圖’主控制器的位置資訊係作為主控制器位

置率而輸入至導入表13 H 比車乂杈式產生部5係將與使用導 ,^ 1入的主控制斋位置率對應之輸出值（電力敎車 變化/)作為導入電力煞車力…輸出至減^ I二運算器18係將減弱用電力煞車力量比較模 铲用+六 煞車力置1 7的輪出差信號作為減弱預告信 5虎用電f煞車力量比較模式Η)而輸出至比較部8。 車之4圖至第6圖來說明用以在減弱電力煞 對應主控制器位置㈣減弱預告信號4 :二”入表13的計算要領。另外，“圖係顯示對 W 卞而义動的¥入電力煞車力量的概念圖。 思將取大減速度設為α時，於電力煞車實際減弱 319328 15 200846214 的時間之固定時間前（t秒前）輸出減弱預告信號4之情 形。 首先，將最大減速度a〔km/h/s〕換算成馬達頻率 FM〔 Hz〕’且換算成每t〔 s〕的頻率變化量△ FM。此時， 將從馬達速度換算成馬達頻率的換算比設為κ，由於該換 异比 Κ 具有〔Κ〕=〔 Hz〕/〔 km/ h/ s〕=〔 Hzxhxs/ km〕的次元（dimension )，故頻率變化量△ fm成為具有 如下式所示的次元。 〔△ FM〕=〔 Kx a /t〕 =〔Hzxhxs/km〕χ〔 km/h/s〕/〔 s〕 =〔Hz/s〕 …第（2)式 在此，當以「点」來置換r Κχ α」時，每t〔 s〕的頻 率、交化里係以冷/t= (Κχα) /{來表示。 此外，如第4圖所示，減弱用電力煞車力量比較模式 9的傾斜為「a」。因此，當主控制器位置率為工時，只要 ⑩減弱用電力煞車力量比較模式9與減弱預告信號用電力煞 車力量比較模式10的差（煞車力量的差，亦即比較部8 ，出（參照第2圖））為「ax("t)」，則能於"少 鈿輸出減弱預告信號4。 該關係為主控制器位置率在0至j之間線性地變動。 =第6圖巾’直線p係主控制器位置率時的減弱用 電力煞車力量（相當於第4圖的特性曲線）。同樣地，直 線Q係顯示主控制器位置率r = r〇(〇<r<i)時的減 弱用电力煞車力罝’直線R係顯示主控制器位置率r 1 319328 16 200846214 時的減弱用電力煞車力量。亦即，當主控制器位置率=7 :時，若將減弱用電力煞車力量比較模式9與減弱預告信號 J用電力煞車力里比較模式1 〇的差（亦即比較部g的輸出） 設為「（ax点/t) X7」，則變成能於t秒前輪出減弱預 告信號4。 ' 為了輸出上述的減弱預告信號4，只要準備用以規定 「ax 点/t」相對於主控制器位置率^的關係之參照表即 ⑩可，為此而設置的參照表為第5圖所示的導入表。第5圖 所示的直線傾斜係ax (沒/t)，當主控制器位置率r =1 牯’ 「ax ( /5 /t )」的值係作為導入電力煞車旦 1出至減法運算器μ。此外，當主控制器位置率r = r〇 4， aX (万/ 〇 x T 〇」的值係作為導入電力煞車力量17 而輸出至減法運算器18。 第7圖係用以說明習知技術的減弱預告信號（上述專 利文獻1中的電力煞車力量失效預告信號）的概念之圖 •不，第8圖係用以說明本實施形態的減弱預告信號的概念 T第7圖中’直線L係相當於第4圖所示的增強用煞 車力里的波形’此外，與橫軸（馬達頻率軸）平行地朝縱 軸L伸的直線d】及直線d2絲示從電力煞車力量指令# 制部b所輸出的電力煞車力量指令。亦即，以包含直線^ 的部分之粗實線所示的波形吣，係顯示電力教 董指令14較大時的電力煞車力量模式11，而以包: 直線L與直線~的部分之—點鏈線所示的波形俜顯 319328 17 200846214 二！=、車力量指令14較小時的電力煞車力量模式u。 7®所不’於電力煞車控制的終速時， * (直線L與直線d〗、d2的t六駐、—、，/ 迷度 的各又點）之珂係將電力煞車力量 2持在固疋值’之後則進行線性降低至q〔Nm 並在即將減弱電力教車六旦乂 —甘土 控制’ u… 里刚之某速度（C〇)的時間點谁 仃減弱預告信號輸出的處理。 進 士此外，於第8圖中，直線乙係 :弱表12所輸出的減弱用電力煞車力量比較模式 出直線^係相當於從減法運瞀哭】R於、、、、珣 信號用電力敏車力旦μ ^ 輸出的減弱預告 器18的輸出輪式1〇叫 出減去屬於導入表13的 W式9的輸 器位置率7=1時）* aX(^/t)」（主控制 T 守）’直線L，雖朝直狳τ iATr + i 惟此移動係㈣於朝右方向軸「"t」方向移動， 於習知技術中，由」於在成為比電力 ==速度“的速度之時間點：力 故減弱預告信號的輪出時機不、。H 產生煞車力量過大或 (q〇^q】），而成為 另-方面，：！置不足的狀態之原因。 第8圖所示，在本實 告信號的輸出時機未依存於電力：:：二減弱預 可理論性地維持固定的時機。另[^里“的大小，而 化的情形下，如同上述，由於 、、，位置率變 電力煞車力量的大 m 減法運算器18的導入 率，而能以固定的:：二周整，故不會依存於主控制器位置 疋的訏機輪出減弱預告信號。 319328 18 200846214 如同上述說明，在本實施形態的電車之煞車控制裝置 中’由於電力煞車力量指令控制部15係產生針對各馬達之 電力煞車力量指令14,比較模式產生部5係產生用以於電 力煞車的終速時使電力煞車力量—面減少至^—面切換至 機械煞車力量之減弱用電力煞車力量比較模式9並產生將 ^弱用電力煞車力量比㈣式9移位駄料至馬達頻率 的增加側的減弱預告信號用電力煞車力量比較模式1〇，比 較部7係將電力煞車力量指| 14與減弱用電力教車力量 式9中較小的信號作為電力煞車力量模^而輸出 鱼控制部3卜比較部8係將在減弱預告信號用電力教 車比較模式1G成為電力煞車力量指令U以下之時機 所輸出的信號作為減弱預主 …，故能將心;車控制 預告信號之時機的時間差設為大，並; 量過大或煞車力量不^的狀[ 1了抑止煞車力 根據:二Lt實施形態的電車之煞車控制裂置中，由於 出用以將減弱用電力煞車力量比較模式二 時的頻率移位量，故能不依存於主控制= 率，而能於固定的時機輪 利时位置 制器的位置變化的情即使於主控 力量不足的狀態下，亦可避免煞車力量過大或煞車 (產業上的可利用性） 同上迷，本發明的電車之煞車控制裝置對於作為不 319328 19 200846214 會產生煞車力量過大或煞車力量不足的狀態、 能源效果並抑制成本增加之發明而言非常有用。μ 【圖式簡單說明】 =1 ®係為顯衫發料佳實施形㈣ 制裝置的概略構成圖。 <“、、旱控 第2圖係為顯示於主變換裝置内所 制部的控㈣H成圖。 叾力煞車控 第3圖係為顯示於主變換裝置内所 生部的控制系統之構成圖。 鬏杨式產 2圖係為顯示於比較模式產生部内所具備的電力教 車減弱表的概略特性圖。 的概二=為顯示於比較模式產生部内所具備的導入表 =6圖係為顯示對應主控制器位置率所變動的導入電 力…、車力量的概念圖。 圖 第7圖係為用以說明習知技術的減弱 預告信號的概念 第8圖係、為用以說明本實施形態的減弱預告信號的概 5圖° 【主要元件符號說明】 主變換装置 \ '機械煞車控制装置 | 實際電力煞車力量信號 k 減弱預告信號 20 319328 200846214 5 比較模式產生部 :6 實際電力煞車力量運算部 7^8 比較部 9 減弱用電力煞車力量比較模式 10 減弱預告信號用電力煞車力量比較模式 11 電力煞車力量模式 12 電力煞車減弱表 13 導入表 14 電力煞車力量指令 15 電力煞車力量指令控制部 16 減弱速度可變型減弱預告信號產生部 17 導入電力煞車力量 18 減法運算器 31 馬達控制部 32 馬達群 • 321至32n馬達 33 機械煞車 34 電力煞車控制部 37 機械煞車力量信號 SI、S2 信號線 21 319328

Claims (1)

1. 200846214 、申请專利範圍： 出：電：之煞車控制裝置，具備有：馬達控制部，輸 nn 2 或龍個馬達之馬達控制 =，：力煞車控制部’產生用以表示前述各馬達所 產生的貫際電力教車六旦 〇_ …、皁力里之信號的實際電力煞車力量 =在固定時間前通知電力煞車減弱之減弱預 二及機械煞車控制裝置 、 所輸出的實際電力煞車力量信號及減弱預告'二 唬來控制由電力煞車力量鱼 、σ 性煞車力量； /、機械…、車力1所成之總合 其特徵在前述電力煞車控制部係具備有： 電力…、車力里指令控制部，產生 之電力煞車力量指令； 以这各馬達 -面產生部，產生用以於電力煞車的終速時 量之指令值模式的減弱用電力 量比械;;、車力 量比的增加側之減弱預告信號用電力煞車力 第-比較部，比較前述電力煞車力 減弱用電力煞車力量比較模式 /、則述 中較小的信號作為電㈣這些信號 達控制部；以及里核式而輸出至前述馬 第二比較部，比較前述電力煞車力量指令與前述 319328 22 200846214 2. 減弱預告信號用電力煞車力量比較模式的大小，並將 該減弱預告信號用電力煞車力量比較模式在成為該電 力煞車力量指令以下之時機所輸出的信號作為前述減 弱預告信號而輸出至前述機械煞車控制裝置。 如申請專利範圍第i項之電車之煞車控制裝置，苴中， 針對前述減弱用電力煞車力量比較模式之預定頻率份 的移位量係根據屬於電車的主幹控制器之主㈣㈣ 選擇位置而算出。 :申請專利範圍第1項之電車之煞車控制裝置，其中， 月！ J述比較模式產生部係具備有·· 第-參照表，為用以將與前述馬達的運轉頻率對 之該馬達的電力煞車力量予以計算出之參照表；以 力二3表’用以將相對於前述減弱用電力煞車 力里比較拉式之預定頻率份的移位 前述主控制哭的禋挥办恶w®以作為與 量；並ί 對應之電力煞車力量的變化 :從：述第一參照表的輸出減去前述第二參照表 、雨之L號作為前述減弱預告信號用電力二 比較模式而輸出至前述第二比較部。 …、置 319328 23