(57)【要約】  特に、高速走行時における空転／滑走現象を検知し、適切な空転／滑走制御が可能な電気車の制御装置を提供する。空転制御部１に、第１の粘着度指標生成部と、第２の粘着度指標生成部とを設ける。加速度が瞬時に変化するような通常の空転状態に対しては、第１の粘着度指標生成部が生成する、加速度偏差および速度偏差に基づいた第１の粘着度指標によりトルク制御を行う。高速走行時における空転状態に対しては、加速度偏差および速度偏差が小さいので、第１の粘着度指標に第２の粘着度指標生成部にて生成された１以下のゲインを乗算した第２の粘着度指標によりトルク制御を行う。
2009001452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の電動機と、前記複数台の電動機の回転速度に基づき空転または滑空を抑制するようにトルク指令値を生成する空転滑空制御部と、を備えた電気車の制御装置であって、
前記空転滑走制御部は、
前記複数台の電動機の回転速度から第１および第２の基準回転速度を演算する基準回転速度演算部と、
前記各電動機にそれぞれ対応して設けられ、前記第１の基準回転速度および前記各電動機の回転速度を入力として、前記各電動機の回転速度から演算される加速度と前記第１の基準回転速度から演算される加速度との差である加速度偏差と、前記各電動機の回転速度と前記第１の基準回転速度との差である速度偏差とに基づいて、前記各電動機に連結された車輪と車輪踏面との間の粘着度の指標である第１の粘着度指標を生成する第１の粘着度指標生成部と、
前記第２の基準回転速度を入力とし、前記第２の基準回転速度から演算される加速度に基づいて生成されたゲインと前記第１の粘着度指標値との乗算値を第２の粘着度指標値として生成する第２の粘着度指標生成部と、
前記第２の粘着度指標値に基づいて、前記トルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、
を備えることを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
前記空転滑走制御部は、前記複数の第１の粘着度指標生成部がそれぞれ生成する前記複数の第１の粘着度指標から単一の粘着度指標を演算し、この単一の粘着度指標を第１の粘着度指標として、前記第２の粘着度指標生成部へ出力する粘着度指標処理部を、さらに備え、
前記第２の粘着度指標生成部にて生成される前記ゲインと前記単一の粘着度指標との乗算値である第２の粘着度指標値に基づいて、前記複数台の電動機のトルクを一括制御することを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項３】
前記第１の粘着度指標生成部は、前記各電動機の回転速度から加速度を演算するとともに前記第１の基準回転速度から加速度を演算する第１の加速度演算部を備え、
前記第２の粘着度指標生成部は、前記第２の基準回転速度から加速度を演算する第２の加速度演算部を備え、
前記第２の加速度演算部で演算される加速度の応答速度を、前記第１の加速度演算部で演算される加速度の応答速度よりも遅くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の制御装置。
【請求項４】
前記第２の粘着度指標生成部においては、前記第２の基準回転数から演算される加速度が、所定の設定値より大きいか否かにより、前記ゲインの値を切り替えるとともに、前記加速度が前記所定の設定値よりも大きい場合に、前記ゲインの値をより小さく設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の制御装置。
【請求項５】
前記第２の粘着度指標生成部においては、前記第２の基準回転数から演算される加速度が、第１の設定値と、この第１の設定値よりも小さい第２の設定値とを境に、前記ゲインの値が切り替わるとともに、第１の設定値以上、第２の設定値以上かつ第１の設定値未満、第２の設定値未満の３つの範囲に対して、この順に前記ゲインの値が大きくなるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の制御装置。
【請求項６】
前記トルク指令値生成部は、前記第２の粘着度指標値に基づいて生成された前記トルク指令値を１次遅れさせて出力させる１次遅れ部を備え、
前記第２の粘着度指標生成部は、前記ゲインの値に応じて、前記１次遅れ部の時定数を設定するオフディレイを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の制御装置に関し、特に、車輪の空転および滑走を抑制する空転滑走制御機能を備えた電気車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車の制御装置としては、インバータを使用して交流電動機を駆動制御するシステムが既に実用化されている。鉄道車両の加減速は、鉄製のレールと鉄製の車輪との間の僅かな接触面積で相互に力を伝達することで成り立っていることは周知であり、電気車の制御装置は、車輪が空転しないように適切に電動機のトルクを制御する必要がある。すなわち、トルクが大きすぎると車輪は空転し、車輪とレール間の摩擦係数（以下、粘着係数ともいう。）が低下し、力の伝達効率が低下することになる。この結果、電気車の加速が悪くなったり、車輪とレールが磨耗したりする問題が生じる。逆にトルクが小さすぎると車輪は空転しないものの、電気車の加速が悪くなり、ダイヤどおりに走行することが困難となる。また、回生ブレーキ時においても同様のことが成り立つ。【０００３】
従来、電気車の制御装置は、上記のような車輪の空転現象を抑制するための空転制御系を有している。その概略構成は、車輪速度の変化率や複数の車輪間の速度偏差を利用して、車輪の空転状態を判断し、電動機のトルクを調整するものである。しかしながら、レールと車輪間には雨や雪、砂や油等の物質が介在することがあり、さらにレールや車輪の表面状態、温度、走行速度等により粘着係数は時々刻々大きく変化するなど、その物理現象は複雑であり、制御則を定式化することは容易ではない。このため、空転制御系には、種々の観点からの理論的考察や実車での走行試験データをもとに構成された多数の方式が存在している(たとえば、特許文献１参照）。【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３５１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術には以下に示すような問題点がある。在来線等の一般的な鉄道における空転または滑走発生時の車輪の速度変化率は比較的大きく、また複数の車輪間の速度偏差も比較的大きいので、車輪の速度変化率および車輪間の速度偏差をもとに、空転／滑走現象を把握しやすい。しかしながら、高速鉄道における高速走行時（例えば、おおよそ２００ｋｍ／ｈ以上）では、空転／滑走発生時の車輪の速度変化率が小さく、また複数の車輪間の速度偏差も小さい。そのため、車輪の速度変化率および車輪間の速度偏差をもとに、空転／滑走現象を把握することが困難であり、通常走行による加速状態なのか、または空転／滑走が発生している状態なのかの区別をすることが困難である、という問題点がある。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特に、高速走行時における空転／滑走現象を検知し、適切な空転／滑走制御が可能な電気車の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気車の制御装置は、複数台の電動機と、前記複数台の電動機の回転速度に基づき空転または滑空を抑制するようにトルク指令値を生成する空転滑空制御部と、を備えた電気車の制御装置であって、前記空転滑走制御部は、前記複数台の電動機の回転速度から第１および第２の基準回転速度を演算する基準回転速度演算部と、前記各電動機にそれぞれ対応して設けられ、前記第１の基準回転速度および前記各電動機の回転速度を入力として、前記各電動機の回転速度から演算される加速度と前記第１の基準回転速度から演算される加速度との差である加速度偏差と、前記各電動機の回転速度と前記第１の基準回転速度との差である速度偏差とに基づいて、前記各電動機に連結された車輪と車輪踏面との間の粘着度の指標である第１の粘着度指標を生成する第１の粘着度指標生成部と、前記第２の基準回転速度を入力とし、前記第２の基準回転速度から演算される加速度に基づいて生成されたゲインと前記第１の粘着度指標値との乗算値を第２の粘着度指標値として生成する第２の粘着度指標生成部と、前記第２の粘着度指標値に基づいて、前記トルク指令値を生成するトルク指令値生成部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高速走行時に空転または滑走が発生した場合のように、加速度偏差と速度偏差が小さくなり、第１の粘着度指標に基づいたトルクの調整による空転または滑走制御が効果的でないときにも、第２の粘着度指標生成部が生成するゲインを１より小さい所定の値に設定することで、適切な空転または滑走制御を行うことができる。そのため、非駆動軸等の新たな回転速度情報を追加することなく、車輪に連結された駆動軸の回転速度情報のみで空転／滑走現象を把握し、速度が実際値と大きく異なる前に空転／滑走状態を検知し、適切な空転／滑走制御を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態にかかる電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態における空転制御部の構成を示す図である。
【図３】図３は、第１軸に連結された車輪５Ａが空転した場合の、速度偏差ＤＦＭ、加速度偏差ＤＦＴ、および粘着度指標ＡＤＬ１の動作チャートである。
【図４】図４は、各軸の粘着度指標ＡＤＬ１〜４、最大値処理をされた場合の粘着度指標ＡＤＬ０、定常時のトルク指令Ｔ０＊、および空転制御により調整されたトルク指令Ｔ＊の動作チャートである。
【図５】図５は、微小な空転が継続した場合における第１の粘着度指標演算部７Ａの動作チャートである。
【図６】図６は、第２の粘着度指標演算部が機能した場合のＦＭ１〜４、ＦＭｍａｘ、ＡＤＬ０、Ｓ１、Ｓ２、ＡＤＬ、Ｔ０＊、およびＴ＊の動作チャートである。
【符号の説明】
【００１０】
１  空転制御部
２  トルク演算部
３  電力変換器
４Ａ〜４Ｄ  電動機
５Ａ〜５Ｄ  車輪
６  レール
７Ａ〜７Ｄ  第１の粘着度指標生成部
８  第２の粘着度指標生成部
９  最大値演算器
１０  最小値演算器
１１、１３、１９  微分器
１２  基準回転速度演算部
１４、１６  減算器
１５、１７、２０  ローパスフィルタ
１８  判別器
２１  コンパレータ
２２、２３  インバータ
２４  ＯＦＦディレイ
２５  ＡＤＬ処理部
２６、２７  乗算器
２８  １次遅れ部
２９  加速度演算部
３０  加速度偏差処理部
３１  差速度偏差処理部
３２  加速度低応答化処理部
３３  空転検知部
３４  ゲイン生成部
３５  時定数設定部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる電気車の制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、空転制御について説明しているが、滑走制御の場合も同様である。【００１２】
実施の形態
図１は、本実施の形態にかかる電気車の制御装置の構成を示す図である。図２は、本実施の形態における空転制御部の構成を示す図である。【００１３】
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる電気車の制御装置の構成について説明する。１は、空転または滑走状態を解消するようにトルク制御を行う制御部であり、以下では記載の簡略化のため、単に空転制御部という。空転制御部１には、非空転時のトルク指令値Ｔ０＊が入力され、このトルク指令値Ｔ０＊は空転状態を加味して演算された後に、トルク指令値Ｔ＊を出力する。２はトルク演算部であり、Ｔ＊を入力として、ゲート制御出力Ｇを出力する。３は電力変換器であり、トルク演算部２の出力であるゲート制御出力Ｇに基づいて制御され、図示例では、複数の電動機４Ａ〜４Ｄを一括駆動する。【００１４】
５Ａ〜５Ｄは車輪であり、６はレールである。各電動機４Ａ〜４Ｄは、それぞれ車輪５Ａ〜５Ｄの軸と連結されており、車輪５Ａ〜５Ｄを回転させる。電気車は、車輪５Ａ〜５Ｄとレール６との間の摩擦力により、車輪５Ａ〜５Ｄの回転を通じて推進力を得る。また、ＦＭ１〜４は、各電動機４Ａ〜４Ｄにそれぞれ設置されたセンサ（図示せず）にて検出された速度信号であり、各電動機４Ａ〜４Ｄの軸の回転速度を表している。【００１５】
次に、図２を参照して、空転制御部１の構成について説明する。７Ａ〜７Ｄは、各車輪５Ａ〜５Ｄとレール６との間の粘着度の指標である粘着度指標ＡＤＬ１〜ＡＤＬ４をそれぞれ生成する第１の粘着度指標生成部である。また、８は、第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄとは別に設けられた第２の粘着度指標生成部である。９は、回転速度ＦＭ１〜４の最大値ＦＭｍａｘを出力する最大値演算器、１０は、回転速度ＦＭ１〜４の最小値ＦＭｍｉｎを出力する最小値演算器である。最大値演算器９および最小値演算器１０は、基準回転速度演算部１２の内部に設けられている。基準回転速度演算部１２は、ＦＭｍｉｎをそれぞれ第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄに出力するとともに、ＦＭｍａｘを第２の粘着度指標生成部８に出力する。なお、本実施の形態では、基準回転速度演算部１２は、回転速度ＦＭ１〜４から最小値ＦＭｍｉｎおよび最大値ＦＭｍａｘを演算しているが、これに限定されず、回転速度ＦＭ１〜４から２つの基準回転速度を生成するものであればよい。【００１６】
第１の粘着度指標生成部７Ａには、ＦＭｍｉｎと回転速度ＦＭ１との２信号が入力される。同様に、第１の粘着度指標生成部７ＢにはＦＭｍｉｎと回転速度ＦＭ２との２信号が、第１の粘着度指標生成部７ＣにはＦＭｍｉｎと回転速度ＦＭ３との２信号が、さらに、第１の粘着度指標生成部７ＤにはＦＭｍｉｎと回転速度ＦＭ４との２信号が、それぞれ、入力される。第２の粘着度指標生成部８には、ＦＭｍａｘが入力される。【００１７】
次に、第１の粘着度指標生成部７Ａについて説明する。なお、第１の粘着度指標生成部７Ｂ〜７Ｄについても同様である。１１は微分器であり、回転速度ＦＭ１を入力とし、ＦＭ１の時間変化率である加速度Ａ１を出力する。また、１３は微分器であり、ＦＭｍｉｎを入力とし、ＦＭｍｉｎの時間変化率である加速度Ａ２を出力する。微分器１１と微分器１３とは、第１の加速度演算部としての加速度演算部２９を構成している。１４は減算器であり、加速度Ａ１と加速度Ａ２から、Ａ３＝Ａ２−Ａ１を出力する。１５はローパスフィルタであり、Ａ３を入力として加速度偏差ＤＦＴを出力する。なお、微分器１１の演算サンプリングは短く、微分器１３の演算サンプリングは長く設定する。減算器１４とローパスフィルタ１５とは、加速度偏差処理部３０を構成している。【００１８】
１６は減算器であり、回転速度ＦＭ１とＦＭｍｉｎとの差を速度差Ｖ１として出力する。１７はローパスフィルタであり、速度差Ｖ１を入力として速度偏差ＤＦＭを出力する。減算器１６とローパスフィルタ１７とは、差速度偏差処理部３１を構成している。【００１９】
以上の構成においては、加速度Ａ１は、電動機４Ａの軸である第１軸の回転速度ＦＭ１の加速度であり、瞬時加速度である。一方、加速度Ａ２は、車輪５Ａ〜５Ｄの中で最も小さい回転速度ＦＭｍｉｎの加速度であり、瞬時変化のほとんどない基準加速度である。上述のように、微分器１３の演算サンプリングを長く設定しているので、加速度Ａ２には瞬時変化がほとんどなく、したがって、基準加速度として用いることができる。この加速度Ａ２を基準加速度とし、瞬時値である加速度Ａ１との差分であるＡ３に対して、ローパスフィルタ１５にて１次遅れ処理を施したものが、加速度偏差ＤＦＴとなっている。一方、第１軸の回転速度ＦＭ１とＦＭｍｉｎとの差である速度差Ｖ１に対して、ローパスフィルタ１７にて１次遅れ処理を施したものが、速度偏差ＤＦＭとなっている。【００２０】
１８は判別器であり、加速度偏差ＤＦＴと速度偏差ＤＦＭとを入力とし、これらの入力値の組合せにより、一義的に、第１軸に対する粘着度指標ＡＤＬ１を出力する。すなわち、判別器１８では、加速度偏差ＤＦＴおよび速度偏差ＤＦＭに基づいて、粘着度状態を判別し、例えば、加速度偏差ＤＦＴと速度偏差ＤＦＭとを所定の割合で重み付けするなどして、粘着状態を示す粘着度指標ＡＤＬ１を出力する。【００２１】
図３は、第１軸に連結された車輪５Ａが空転した場合の、速度偏差ＤＦＭ、加速度偏差ＤＦＴ、および粘着度指標ＡＤＬ１の動作チャートである。横軸を時間として、回転速度ＦＭ１〜４、速度偏差ＤＦＭ、加速度偏差ＤＦＴ、および粘着度指標ＡＤＬ１の各時間変化が示されている。時刻ｔ１〜ｔ４間においては、速度偏差ＤＦＭおよび加速度偏差ＤＦＴの少なくとも一方の偏差が大きくなっており、それに応じて、粘着度指標ＡＤＬ１が１より小さくなっている。特に、時刻ｔ２〜ｔ３間でのＡＤＬ１からわかるように、速度偏差ＤＦＭと比べて加速度偏差ＤＦＴの影響が支配的であることがわかる。なお、粘着度指標が１の場合は空転のない状態であると判別し、１より下がるにつれてより空転が発生している状態であると判別する。【００２２】
第１の粘着度指標生成部７Ｂ〜７Ｄについても同様の処理を行い、それぞれ粘着度指標ＡＤＬ２〜４を得ることができる。【００２３】
２５は、ＡＤＬ処理部であり、第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄの出力が入力される。すなわち、粘着度指標ＡＤＬ１〜４は、ＡＤＬ処理部２５に入力され、例えば、最大値選択処理または平均化処理を行った後に、粘着度指標ＡＤＬ０として出力される。ここで、最大値選択処理とは、粘着度指標ＡＤＬ１〜４に対して、１からの変化が最も大きな指標値を選択する処理であり、平均化処理は粘着度指標ＡＤＬ１〜４の平均値を選択する処理である。【００２４】
２６および２７は、それぞれ乗算器、２８は、１次遅れを生じさせる１次遅れ部である。１次遅れ部２８にて用いられる時定数をτとする。ＡＤＬ処理部２５から出力された粘着度指標ＡＤＬ０は、後述するように乗算器２６にてゲインと乗算され、続いて乗算器２７にて運転指令に基づく定常時のトルク指令Ｔ０＊と乗算された後に、１次遅れ部２８に入力され、１次遅れしてトルク指令Ｔ＊として空転制御部１から出力される。【００２５】
空転がない状態では粘着度指標ＡＤＬ０は１であるが、空転状態では加速度偏差ＤＦＴと速度偏差ＤＦＭの値の組合せによって１以下の値となるため、Ｔ０＊＞Ｔ＊となって、（Ｔ０＊−Ｔ＊）だけトルクが絞りこまれる。なお、絞り込みまたは復帰の時定数は１次遅れ部２８における時定数τにより調節される。【００２６】
図４は、各軸の粘着度指標ＡＤＬ１〜４、最大値選択処理をされた場合の粘着度指標ＡＤＬ０、定常時のトルク指令Ｔ０＊、および空転制御により調整されたトルク指令Ｔ＊の動作チャートである。図４に示すように、トルク指令Ｔ＊は、粘着度指標ＡＤＬ０の変化に応じて、細かく出力されている。【００２７】
以上の動作では、加速度偏差ＤＦＴが空転制御の応答性において支配的となり、基準加速度の応答速度または分解能を細かくして加速度偏差が収束していくように設定できるため、速度偏差ＤＦＭと加速度偏差ＤＦＴとにより、高速かつ精細に粘着制御をすることができる。【００２８】
なお、本実施の形態では、粘着度指標ＡＤＬ１〜４をもとに、ＡＤＬ処理部２５にて１つの粘着度指標ＡＤＬ０を出力し、この粘着度指標ＡＤＬ０に応じたトルク指令Ｔ＊を出力している。すなわち、トルク指令Ｔ＊により、４台の電動機４Ａ〜４Ｄのトルクを一括制御している。別の形態としては、ＡＤＬ処理部２５を用いずに、各粘着度指標ＡＤＬ１〜４に応じた４つのトルク指令を出力し、この４つのトルク指令により４台の電動機４Ａ〜４Ｄのトルクを個別に制御することもできる。【００２９】
次に、第２の粘着度指標生成部８について説明する。１９は、最大値演算器９から出力されたＦＭｍａｘを入力とし、加速度Ｓ１を出力する微分器である。２０は、ローパスフィルタであり、加速度Ｓ１を入力として、加速度Ｓ２を出力する。微分器１９とローパスフィルタ２０とは、第２の加速度演算部としての加速度低応答化処理部３２を構成している。すなわち、微分器１９の演算間隔を大きくしたり、ローパスフィルタ２０の応答を遅くすることにより、加速度低応答化処理部３２の出力である加速度Ｓ２が、微小または瞬時の加速度変化に対して直ちに変化しないようにする。特に、加速度低応答化処理部３２で演算される加速度の応答速度を、加速度演算部２９で演算される加速度の応答速度よりも遅くなるようにする。【００３０】
２１はコンパレータであり、加速度Ｓ２と加速度検知レベルＳＳＥＴとの大小を比較し、加速度Ｓ２の方が加速度検知レベルＳＳＥＴよりも大きいと判断されると、その出力Ｓ３は“Ｈ”レベル（ハイレベル）となり、一方、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴ以下であると判断されると、その出力Ｓ３は“Ｌ”レベル（ローレベル）となる。“Ｈ”レベルの出力信号としては、例えば１を、“Ｌ”レベルの出力信号としては、例えば０を使用することができる。なお、加速度検知レベルＳＳＥＴは、電気車に応じて設定される所定の値であり、また、可変に設定することもできる。後述するように、コンパレータ２１は、空転検知部３３としての機能を有する。【００３１】
２２、２３はインバータであり、それぞれ、入力を反転させて出力する。２４はＯＦＦ（オフ）ディレイである。コンパレータ２１の出力Ｓ３はインバータ２２に入力され、インバータ２２はＳ４を出力する。インバータ２２の出力であるＳ４は、乗算器２６に入力されるとともに、インバータ２３に入力される。【００３２】
例えば、Ｓ３が“Ｈ”レベルの場合、Ｓ４は“Ｌ”レベルであり、乗算器２６には“Ｌ”レベルの値であるＳ４が入力され、Ｓ４の値（以下、ゲインという。）と粘着度指標ＡＤＬ０とが乗算される。乗算器２６にて乗算に使用される“Ｌ”レベルの値は、例えば０であるが、これに限定されず、例えば１以下の任意の値となるように構成することもできる。このように、ゲインを例えば１以下の値とすることができる。なお、ゲインを１以下の値に設定する場合には、Ｓ４が“Ｌ”レベルのときの値と、Ｓ４が“Ｈ”レベルのときの値を加算したものが１になるように設定する。Ｓ４が０である場合には、乗算器２６の出力である粘着度指標ＡＤＬは０となり、したがって、乗算器２７の出力も０となる。つまり、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴよりも大きい場合には、トルク指令Ｔ＊として０を出力することにより、空転を制御するようにしている。【００３３】
一方、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴ以下の場合には、Ｓ３が“Ｌ”レベル、Ｓ４は“Ｈ”レベルであり、このときゲインは例えば１である。したがって、乗算器２６の出力である粘着度指標ＡＤＬはＡＤＬ０となり、トルク指令Ｔ＊は第１の粘着度指令生成部７Ａ〜７Ｄの出力によって決まっている。このように、インバータ２２と２３とは、空転検知部３３の出力をもとに、ゲイン生成部３４を構成している。なお、本実施の形態では、ゲインの値は、加速度Ｓ２と加速度検知レベルＳＳＥＴとの大小関係に応じて、切り替わるように設定されている。これとは別の形態として、ゲインの値が、加速度Ｓ２と、例えば、２つの加速度検知レベルとの大小関係に応じて切り替わるように構成することもできる。この２つの加速度検知レベルを、第１の加速度検知レベルと、第１の加速度検知レベルよりも小さい第２の加速度検知レベルとしたときに、Ｓ２が、第１の加速度検知レベル以上、第２の加速度検知レベル以上かつ第１の加速度検知レベル未満、第２の加速度検知レベル未満の３つの範囲に対して、この順にゲインの値が大きくなるように設定することができる。【００３４】
Ｓ４は、インバータ２３にも入力され、インバータ２３の出力はＯＦＦディレイ２４に入力される。また、ＯＦＦディレイ２４の出力Ｓ５は、１次遅れ部２８に入力される。このとき、ＯＦＦディレイ２４の出力Ｓ５が、一旦、例えば“Ｈ”レベルになると、一定期間この“Ｈ”レベルの状態が保持され、したがって“Ｈ”レベルの信号が１次遅れ部２８に出力され続ける。Ｓ５が“Ｈ”レベルの期間中は、１次遅れ部２８の時定数τは所定の値に切り替え設定される。このように、ＯＦＦディレイ２４は、時定数設定部３５として機能している。【００３５】
加速度検知レベルＳＳＥＴを、通常の加速度に比べてわずかに大きい値としても、通常の空転のない状態、または加速度が瞬時に変化するような通常の空転状態では、コンパレータ２１の出力であるＳ３は“Ｌ”レベルのままである。これは、加速度低応答化処理部３２により、加速度変化の応答が遅れるので、ＦＭｍａｘの加速度が加速度検知レベルＳＳＥＴを超えても、Ｓ２は加速度検知レベルＳＳＥＴ以下の状態が保持されるからである。Ｓ３が“Ｌ”レベルのままであるため、Ｓ４は“Ｈ”レベル、Ｓ５は“Ｌ”レベルのままであり、粘着度指標ＡＤＬは粘着度指標ＡＤＬ０に等しく、１次遅れ部２８の時定数τの切り替え設定も生じない。したがって、第２の粘着度指標生成部８による制御状態の変化は一切生じない。このように、加速度が瞬時に変化するような通常の空転状態は、第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄによって高速かつ精細に最適な粘着制御がなされる。【００３６】
通常加速度からの加速度変化が小さく、速度上昇が遅い空転現象の場合には、上記と反対に、第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄでは、速度偏差ＤＦＭおよび加速度偏差ＤＦＴが小さいため、空転現象を抑制するほどの制御はなされない。一方、このような空転現象が継続した場合、第２の粘着度指標生成部８では、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴ以上に達し、Ｓ４は“Ｌ”レベル、すなわち、例えば０となり、粘着度指標ＡＤＬは第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄの演算結果にかかわらず、０となる。また、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴ以上に達すると、加速度低応答化処理部３２の応答遅れにより、瞬時には加速度検知レベルＳＳＥＴ以下にはならず、しばらくこの状態が継続される。１次遅れ部２８は、Ｓ５が“Ｈ”レベルとなることにより、時定数τを切り替える。そして、ＯＦＦディレイ２４で決定される一定期間、トルク指令Ｔ＊は、０を目標値として切り替えられた時定数で絞り込まれる。その後、加速度Ｓ２が加速度検知レベルＳＳＥＴ以下になれば、トルク指令Ｔ＊は、粘着度指標ＡＤＬ０に基づく定常時のトルク指令に戻る。【００３７】
図５は、微小な空転が継続した場合における第１の粘着度指標演算部７Ａの動作チャートである。横軸を時間として、第２の粘着度指標演算部８が機能しない場合のＦＭ１〜４、ＦＭｍｉｎ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、ＤＦＴ、ＤＦＭ、ＡＤＬ０の動作を示している。ＦＭ１〜４に記載されている点線は真の速度であり、ＦＭ１〜４では、継続的な微小空転により真の速度からの偏差が増大しており、空転が発生していることを示している。また、加速度偏差ＤＦＴは小さく、粘着度指標ＡＤＬ０の１からの変化もわずかであり、空転を抑制するほどの制御がなされないことがわかる。【００３８】
図６は、第２の粘着度指標演算部８が機能した場合のＦＭ１〜４、ＦＭｍａｘ、ＡＤＬ０、Ｓ１、Ｓ２、ＡＤＬ、Ｔ０＊、およびＴ＊の動作チャートである。ＦＭ１〜４では、継続的な微小空転により真の速度からの偏差が時間とともにしだいに増加してはいるものの、再び減少に転じており、第２の粘着度指標演算部８の制御により空転が抑制される様子を示している。Ｓ１はローパスフィルタ２０により１次遅れが施されているため、Ｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ５間で、加速度検知レベルＳＳＥＴを超え、ＡＤＬの値が０になっている。また、Ｔ＊において、時刻ｔ２からｔ３に至る範囲で、値がほぼ１から０に減少しているが、この変化率は１次遅れ部２８の時定数τの設定により決まる。【００３９】
以上に示したとおり、本実施の形態によれば、加速度偏差ＤＦＴおよび速度偏差ＤＦＭがともに小さく、第１の粘着度指標生成部７Ａ〜７Ｄによる制御では空転の抑制が困難な場合でも、第２の粘着度指標生成部８により、空転を抑制することができる。そのため、非駆動軸等の新たな軸速度情報を追加することなく、駆動軸の速度情報のみで空転現象を把握し、速度が実際値と大きく異なる前に空転状態を検知し、適切な空転制御が可能となる。本実施の形態によれば、特に、高速走行時等における空転の検出とその抑制が可能となる。【００４０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、公知の技術等と組み合わせることも可能であるし、また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。【００４１】
さらに、本発明による空転制御の適用分野は、電気車の制御装置に限定されず、例えば、電気自動車等の関連分野への適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる電気車の制御装置は、高速鉄道等における高速走行時での空転／滑空発生の抑制に有用である。
【図１】
2009001452.tif 000003
【図２】
2009001452.tif 000004
【図３】
2009001452.tif 000005
【図４】
2009001452.tif 000006
【図５】
2009001452.tif 000007
【図６】
2009001452.tif 000008
【国際調査報告】
2009001452.tif 000009
2009001452.tif 000010
2009001452.tif 000011
2009001452.tif 000012