(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動軸の空転滑走検知用状態値を所与の閾値と比較して空転滑走の発生を検知する検知処理を行い、当該検知処理で検知された動軸のトルク分電流を引き下げる制御を行う電動機制御方法であって、
複数の動軸それぞれについて前記検知処理を行い、何れかの動軸で空転滑走が発生したことを検知する第１の検知処理ステップと、
前記第１の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知された場合に、前記複数の動軸のうち、当該検知された動軸（以下この動軸を「第１の動軸」という）以外の動軸（以下この動軸を「第２の動軸」という）それぞれについて、前記閾値を一時的に低減させて空転滑走の発生の検知を低減前よりも敏感にした前記検知処理を行う第２の検知処理ステップと、
を含む電動機制御方法。
【請求項２】
前記第２の検知処理ステップは、前記第１の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知されたときから所定期間の間、前記第２の動軸それぞれについて前記閾値を低減させて前記検知処理を行うステップである、
請求項１に記載の電動機制御方法。
【請求項３】
前記第１の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知された場合、第１の引き下げ制御方法で前記第１の動軸に係るトルク分電流を引き下げる第１の引き下げ制御ステップと、
前記第１の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知され、且つ、前記第２の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知された場合、当該検知された第２の動軸について、第１の引き下げ制御方法とは異なる第２の引き下げ制御方法でトルク分電流を引き下げる第２の引き下げ制御ステップと、
を更に含む請求項１又は２に記載の電動機制御方法。
【請求項４】
前記第２の引き下げ制御ステップは、（１）前記第１の引き下げ制御方法による引き下げ量よりも少ない引き下げ量、（２）前記第１の引き下げ制御方法による引き下げ速度よりも速い引き下げ速度、（３）前記第１の引き下げ制御方法による引き下げ時保持時間よりも短い保持時間、（４）前記第１の引き下げ制御方法による引き下げ後復帰時間よりも短い復帰時間、のうちの少なくとも１つを含む前記第２の引き下げ制御方法でトルク分電流を引き下げることを含む、
請求項３に記載の電動機制御方法。
【請求項５】
動軸の空転滑走検知用状態値を所与の閾値と比較して空転滑走の発生を検知する検知処理を行い、当該検知処理で検知された動軸のトルク分電流を引き下げる制御を行う電動機制御装置であって、
複数の動軸それぞれについて前記検知処理を行い、何れかの動軸で空転滑走が発生したことを検知する第１の検知処理手段と、
前記第１の検知処理ステップで空転滑走の発生が検知された場合に、前記複数の動軸のうち、当該検知された第１の動軸以外の第２の動軸それぞれについて、前記閾値を一時的に低減させて空転滑走の発生の検知を低減前よりも敏感にした前記検知処理を行う第２の検知処理手段と、
を備えた電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機で動輪を駆動して走行する車両として電気車や、内燃機関で発電した電力で電動機を駆動して走行する電気式機関車（例えば電気式ディーゼル機関車）の他、電気自動車等が知られているが、以下、その代表例として電車（動力車）について説明する。電車は車輪・レール間の接線力（粘着力ともいう。）によって加減速がなされる。電動機の発生トルクにより生じる駆動力が、車輪とレールとに働く粘着力以下であれば粘着走行がなされるが、粘着力を超えた場合には空転又は滑走（以下、「空転滑走」という。）が生じる。空転滑走が生じた場合には、電動機の発生トルクを引き下げて粘着走行に復帰させる制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある軸で空転滑走が生じた場合、電動機トルク（より正確にはトルク分電流）の一時的な引き下げを行うが、その際に電動機トルクの変動等によって台車ピッチングや軸重移動が生じ、空転滑走していない他軸で空転滑走が誘発される可能性がある。この対策として、空転滑走の発生を検知した場合、検知した軸のトルクを引き下げるとともに、検知しなかった他軸のトルクも引き下げる方策が考えられるが、電車全体の牽引力の点で問題がある。
【０００５】
すなわち、空転滑走の発生が検知された軸と、検知されていない他軸の両方の電動機トルクを引き下げる場合、電車全体の牽引力が一斉に低下してしまう。この結果、登坂力の低下や最大牽引力の向上限界が問題となり、電車がガクガクと変動することによる乗り心地への影響等も問題となる。
【０００６】
また、空転滑走の発生を検知した場合には電動機トルクを大きく引き下げる。そのため、曲線やレール継ぎ目、各軸車輪径差の影響による誤検知を防止するためにも、空転滑走を検知するための閾値は、確実に空転滑走が発生したと判断できる閾値とするのが通常である。その結果、空転滑走を検知した時点で、他軸で空転滑走が誘発されつつある状態にある場合もある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、空転滑走した軸とは異なる軸における空転滑走の誘発を適切に抑制させるための新たな方策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の形態は、動軸の空転滑走検知用状態値を所与の閾値と比較して空転滑走を検知する検知処理を行い、空転滑走が発生した動軸のトルク分電流を引き下げる制御を行う電動機制御方法であって、
第１の動軸（例えば図２の第２軸に係る空転滑走検知部）について前記検知処理を行う第１の検知処理ステップ（例えば図２の第２軸〜第４軸）と、
第２の動軸（例えば図２の第１軸）について前記検知処理を行う第２の検知処理ステップ（例えば図２の第１軸に係る空転滑走検知部７０−１）と、
を含み、更に、
前記第１の検知処理ステップで検知がなされた場合に、前記第２の検知処理ステップの検知処理を、前記閾値を一時的に低減させた検知処理として行わせる閾値低減処理ステップ（例えば図２の第１軸に係る制御パラメータ値設定部５０−１）、
を含む電動機制御方法（例えば図８の再粘着制御処理）である。
【０００９】
また、別の形態として、動軸の空転滑走検知用状態値を所与の閾値と比較して空転滑走を検知する検知処理を行い、空転滑走が発生した動軸のトルク分電流を引き下げる制御を行う電動機制御装置（例えば図２の制御装置３０−１）であって、
第１の動軸について前記検知処理を行う第１の検知処理手段と、
第２の動軸について前記検知処理を行う第２の検知処理手段と、
前記第１の検知処理手段で検知がなされた場合に、前記第２の検知処理手段での検知処理を、前記閾値を一時的に低減させた検知処理として行わせる閾値低減処理手段と、
を備えた電動機制御装置を構成することとしてもよい。
【００１０】
この第１の形態等によれば、動軸の空転滑走検知用状態値が閾値に達したことを検知する検知処理を各動軸について行う。そして、第１の動軸について検知がなされた場合、第２の動軸の検知処理が、閾値を一時的に低減させた検知処理として実行される。例えば、第１の動軸で空転滑走が発生した時点で、第２の動軸でも空転滑走が誘発されつつある状態にある場合もある。このとき、第２の動軸の検知処理は、閾値が一時的に低減された検知処理として行われる。この結果、第２の動軸での空転滑走の誘発が起こりつつある状態をより早期に捉え、トルク分電流の引き下げ制御を行うことで、第２の動軸での空転滑走の誘発を効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
また、第２の形態は、第１の形態の電動機制御方法であって、前記第１の動軸と前記第２の動軸との位置関係に応じて、前記閾値低減ステップでの前記閾値の低減量（例えば図４の係数Ｋ）を変更する低減量変更ステップ（例えば図５、図８のステップＳ６）を更に含む電動機制御方法である。
【００１２】
この第２の形態によれば、空転滑走の発生等が検知された第１の動軸と、その時点では未だ検知されていない第２の動軸との位置関係に応じて、第２の動軸の前記検知処理に係る閾値の低減量が変更される。第１の動軸に係るトルク分電流の低減によって台車ピッチングや軸重移動等が生じるが、その影響は第１の動軸と第２の動軸との位置関係によって異なる。従って、第１の動軸と第２の動軸との位置関係に応じて、閾値の低減量を適切に変更することが可能となる。
【００１３】
より具体的には、第３の形態として、
前記低減量変更ステップが、前記第１の動軸と前記第２の動軸とが同一車両内である場合に、（１）同一台車内であるときには当該台車内の位置関係（例えば図５の第１軸と第２軸の関係）、（２）異なる台車であるときには当該台車の位置関係（例えば図５の第１軸と第３軸の関係）、に応じて前記閾値の低減量を変更する、
ように電動機制御方法を構成することとしてもよい。
【００１４】
更に、第４の形態として、
前記低減量変更ステップが、更に、前記第１の動軸と前記第２の動軸とが異なる車両である場合に、当該車両の位置関係（例えば図１０）に応じて前記閾値の低減量を変更する、
ように電動機制御方法を構成することとしてもよい。
【００１５】
また、第５の形態は、第１〜第４の何れかの形態の電動機制御方法であって、
前記第２の検知処理ステップにおいて前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減された検知処理を行って検知がなされた場合、前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減されていない検知処理で検知された際の引き下げ制御方法とは異なる引き下げ制御方法で前記第２の動軸に係るトルク分電流を引き下げる引き下げ制御ステップ（例えば図８のステップＳ１２）を更に含む、
電動機制御方法である。
【００１６】
この第５の形態によれば、第１の動軸において空転滑走の発生等が検知された場合には第２の動軸の検知処理は閾値が低減された検知処理として実行されるが、その閾値が低減された検知処理の実行中に検知がなされた場合には、低減していない検知処理で検知がなされた場合の引き下げ制御方法とは異なる引き下げ制御方法で第２の動軸に係るトルク分電流が引き下げられる。閾値の低減中に第２の動軸の空転滑走の発生等が検知されたということは、第２の動軸で空転滑走の誘発が起こりつつあることを意味する。よって、空転滑走が実際に発生した場合とは異なる引き下げ制御方法で第２の動軸に係るトルク分電流を引き下げる。
【００１７】
例えば、第６の形態として、
前記引き下げ制御ステップが、（１）前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減されていない検知処理で検知された際の引き下げ量よりも少ない引き下げ量、（２）前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減されていない検知処理で検知された際の引き下げ速度よりも速い引き下げ速度、（３）前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減されていない検知処理で検知された際の引き下げ時保持時間よりも短い保持時間、（４）前記閾値低減処理ステップにより前記閾値が低減されていない検知処理で検知された際の引き下げ後復帰時間よりも短い復帰時間、のうちの少なくとも１つを含む引き下げ制御方法で前記第２の動軸に係るトルク分電流を引き下げることを含む、
ように電動機制御方法を構成することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】再粘着制御を説明するための図。
【図２】第１実施例の回路ブロック図。
【図３】空転滑走検知部のロジック構成を説明するための図。
【図４】制御パラメータ値設定部のロジック構成を説明するための図。
【図５】Ｋ算出部が記憶している係数テーブルの構成を示す図。
【図６】力行時係数テーブルの具体的な数値例を示す図。
【図７】引き下げ制御値を説明するための図。
【図８】再粘着制御処理の全体の流れを示す図。
【図９】走行シミュレーション結果を示す図。
【図１０】係数テーブルの別の例を説明するための図。
【図１１】制御パラメータ値の切替の変形例を説明するための図。
【図１２】第２実施例の回路ブロック図。
【図１３】第３実施例の回路ブロック図。
【図１４】再粘着制御装置の回路ブロックの変形例を説明するための図。
【図１５】空転滑走検知部のロジック構成の変形例を説明するための図。
【図１６】空転滑走検知部のロジック構成の変形例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下では、本発明を電車に適用した場合を説明するが、電動機で動輪を駆動して走行する車両であれば、電車以外の電気車や、内燃機関で発電した電力で電動機を駆動して走行する電気式機関車等に適用することも可能であるし、電気自動車に適用することとしてもよい。また、以下では説明の簡明化のために「電動機トルク」を増減させるとして説明するが、より正確には「トルク分電流」を増減させる意味であり、「電動機トルク」と「トルク分電流」を同義として説明する。
【００２０】
また、「再粘着制御」とは、狭義には空転滑走の発生の検知後に行われるトルク分電流の引き下げ及び復帰（引き下げ量の低減。トルク分電流の保持やトルク分電流の復帰も含む。）に係る制御（以下「トルク引き下げ・復帰制御」という。）のみを指すが、本実施形態においては広義の「再粘着制御」とし、空転滑走の発生の検知と、検知した後のトルク引き下げ・復帰制御との２つを含むものとする。
【００２１】
先ず、本実施形態の再粘着制御について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の再粘着制御を説明するための図であり、ある制御対象の動軸に関して、空転滑走が発生していない一定加速中の状態から空転滑走が発生し、トルク引き下げ・復帰制御を行って再粘着するまでの一連の各信号波形を示している。横軸を時間ｔとして、上から順に、制御対象の動軸の軸回転の速度Ｖ及び基準速度Ｖｍを示すグラフ、加速度αを示すグラフ、電動機トルクτｅを示すグラフである。空転滑走が発生していない状態では、速度Ｖは基準速度Ｖｍにほぼ一致し、電動機トルクτｅはほぼ一定に保たれている。空転滑走が発生すると、軸速度Ｖが上昇し始め、基準速度Ｖｍとの差分である速度差ΔＶが増加する。そして、時刻ｔ１０において速度差ΔＶが予め定められた空転滑走検知閾値Ｖｓに達すると、空転滑走が発生したとして検知される。
【００２２】
すると、トルク引き下げ・復帰制御が発動されて、電動機トルクτｅの引き下げ（より正確にはトルク分電流の引き下げ）が開始される。電動機トルクτｅの引き下げは、予め定められた引き下げ速度Ｗｔで、所定の引き下げ量Ｑｔを引き下げるまで継続的に行われる。即ち、電動機トルクτｅの引き下げ量を増加させていく。電動機トルクτｅが引き下げられると、加速度αの増加が次第に抑えられ、減少に転ずる。この間、速度Ｖは上がり続けるが、加速度αがゼロとなる時刻ｔ２０では、速度Ｖの増加もゼロとなる。図１においては、引き下げ量Ｑｔまで引き下げた時点が時刻ｔ２０となっている。なお、電動機トルクτｅの引き下げを終了する条件は、引き下げ量Ｑｔ分の引き下げの他、回復検知を条件としてもよい。具体的には、加速度αが所定の回復検知閾値（例えばゼロや“＋１”、“−１”など）以下となったことを、空転滑走からもとの粘着走行への回復開始として捉えて検知する（回復検知）。
【００２３】
引き下げ量Ｑｔ分の電動機トルクτｅの引き下げがなされた後、所定の保持時間Ｔｈの間、引き下げ量を保持する。すると、マイナスとなっていた加速度αの減少が次第に抑えられ、やがて増加に転じる。また、基準速度Ｖｍからの乖離幅が大きくなっていた速度Ｖが低下し始める。そして、保持時間Ｔｈの経過の後、復帰時間Ｔｔをかけてトルクを復帰させる復帰動作用の制御が開始される。なお、保持時間Ｔｈの経過の後に復帰動作を行うのではなく、速度差ΔＶが予め定められた再粘着検知閾値以下になった場合に復帰動作を開始することとしてもよい。
【００２４】
トルク復帰動作によって、保持していた電動機トルクτｅの引き下げ量を減少させてトルクが復帰され、所定の目標トルク値（例えば、トルク引き下げ・復帰制御の開始時点（時刻ｔ１０）における値）まで復帰した時刻ｔ４０において、トルク引き下げ・復帰制御の終了となる。このトルク復帰動作は、復帰時間Ｔｔをかけて復帰するように制御される。
【００２５】
尚、ここでは、空転滑走検知の監視対象の状態値（空転滑走検知用状態値）を速度Ｖ（ひいては速度差ΔＶ）として説明したが、以下実施例では加速度αも空転滑走検知用状態値に加えて併用することとする。勿論、加速度αの微分値（ジャーク）を空転滑走検知用状態値とする、或いは併用する、こととしてもよい。
【００２６】
以上の再粘着制御は、各動軸それぞれについて行われるが、そのうちの一の動軸（第１の動軸）について空転滑走の発生が検知されて電動機トルクτｅのトルク引き下げ・復帰制御が行われた場合、他の動軸（第２の動軸）に関しては、再粘着制御に係る制御パラメータの値（以下「制御パラメータ値」という。）が変更される。但し、制御パラメータ値の変更は一時的である。具体的には、ある動軸について空転滑走の発生が検知されたときを開始時点とし、予め定められた時間Ｔｐの経過時点を終了時点とする期間の間、制御パラメータ値を変更する。この期間を、以下では「制御パラメータ値変更期間Ｐｐ」という。また、制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間の制御パラメータ値のことを「制御パラメータ臨時値」といい、制御パラメータ値の一時的な変更がなされる前のもとの制御パラメータ値のことを「制御パラメータ標準値」という。
【００２７】
本実施形態において、変更対象となる制御パラメータ値は、空転滑走を検知するための速度Ｖ及び加速度αの閾値に係る制御パラメータ値（以下「空転滑走検知閾値」という。）と、空転滑走を検知した後のトルク引き下げ・復帰制御に係る制御パラメータ値（以下「引き下げ制御値」という。）とがある。引き下げ制御値には、引き下げ速度Ｗｔ、引き下げ量Ｑｔ、保持時間Ｔｈ、復帰時間Ｔｔがある。勿論、トルク復帰の復帰速度など、他のパラメータを含めてもよい。
【００２８】
また、制御パラメータ値を具体的にどのように変更するかについては、詳細に後述するが、本実施形態では概ね次のように変更する。空転滑走検知閾値は低減させる。ある一の動軸について空転滑走の発生が検知された場合、他の動軸には誘発の可能性／蓋然性がある。そのため、誘発の可能性／蓋然性のある他の動軸に係る空転滑走検知閾値を低減させて、空転滑走の発生検知を敏感にさせる。これにより、他の動軸での空転滑走の誘発が起こりつつある状態をより早期に捉え、効果的に誘発を抑制する。
【００２９】
また、空転滑走検知閾値の低減量は、空転滑走の発生が検知された一の動軸と、空転滑走検知閾値を低減させる他の動軸との位置関係に応じて変更する。一の動軸に係るトルク分電流の低減によって台車ピッチングや軸重移動等が生じるが、その影響は一の動軸と他の動軸との位置関係によって異なるからである。
【００３０】
また、引き下げ制御値である引き下げ量Ｑｔ、保持時間Ｔｈ、復帰時間Ｔｔについてはそれぞれ低減させ、引き下げ速度Ｗｔについては増加させる。制御パラメータ値変更期間Ｐｐ内で空転滑走の発生が検知されたとしても、その検知は、空転滑走の誘発が起こりつつある状態を検知したに過ぎない。従って、引き下げ量Ｑｔ、保持時間Ｔｈ、復帰時間Ｔｔについては、制御パラメータ標準値に比べて小さい値とし、引き下げ速度Ｗｔについては大きい値として、誘発の予兆に対して素早く対応する。
【００３１】
以下、本実施形態を適用した３つの実施例について説明する。
【００３２】
＜第１実施例＞
図２は、本実施形態を適用した第１実施例の回路ブロック図であり、電車の主回路のうち、再粘着制御に関わる回路ブロックを概略的に示した図である。電動機の制御は個別制御（いわゆる１Ｃ１Ｍ）である。以下、図２を参照して第１軸に係る主回路のみを説明するが、第２〜第４軸も同様の構成である。第１軸に係る主回路は、電動機１０−１と、パルスジェネレータ１５−１と、インバータ２０−１と、制御装置３０−１とを備えて構成される。
【００３３】
電動機１０−１は、インバータ２０−１から電力が供給されることで車軸を回転駆動する主電動機（メインモータ）であり、例えば三相誘導電動機で実現される。パルスジェネレータ１５−１は、電動機１０−１によって駆動される動軸（第１軸。ここでは「自軸」である。）の回転を検出する回転検出器であり、検出信号であるＰＧ信号を速度・加速度検出部６０−１に出力する。
【００３４】
インバータ２０−１には、コンバータや主変圧器等を介して架線からの電力が供給されている。インバータ２０−１は、制御装置３０−１から入力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれの電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従って出力電圧を調整し、電動機１０−１に給電する。
【００３５】
制御装置３０−１は、電動機１０−１をベクトル制御する電動機制御装置である。この制御装置３０−１は、ＣＰＵや各種メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）から構成されるコンピュータや各種の電子回路等によって実現され、例えば制御ボードとして実装されたり、或いはインバータ２０−１を含めて一体的にインバータ装置として構成される。インバータ２０−１と一体的に構成される場合には、インバータ２０−１及び制御装置３０−１が電動機制御装置となる。制御装置３０−１は、再粘着制御装置４０−１及びベクトル演算制御装置９０−１を備え、電動機１０−１をベクトル制御するための電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の生成や上述した再粘着制御を行う。
【００３６】
具体的には、ベクトル演算制御装置９０−１は、不図示の電流センサにより検出された電動機１０−１に流入する電流から、ｄ軸成分である励磁電流成分Ｉｄ及びｑ軸成分であるトルク電流成分（トルク分電流）Ｉｑを求める。そして、求めた励磁電流成分Ｉｄ及びトルク電流成分（トルク分電流）Ｉｑの他、パルスジェネレータ１５−１により検出されたＰＧ信号、速度・加速度検出部６０−１により検出された速度Ｖ及び加速度α、不図示の電流指令生成装置から入力される電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、再粘着制御装置４０−１から入力されるトルク引き下げ指令信号等に基づいて、インバータ２０−１に対する電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。
【００３７】
再粘着制御装置４０−１は、制御パラメータ値設定部５０−１と、速度・加速度検出部６０−１と、空転滑走検知部７０−１と、トルク引き下げ指令制御部８０−１とを備えており、図１を参照して説明した再粘着制御処理を実行する。
【００３８】
速度・加速度検出部６０−１は、公知の演算処理／信号処理等によりＰＧ信号から自軸の速度Ｖ及び加速度αを検出する。検出した速度Ｖ及び加速度αは空転滑走検知部７０−１に出力される。
【００３９】
空転滑走検知部７０−１は、速度・加速度検出部６０−１で検出された速度Ｖ及び加速度αと、所与の基準速度Ｖｍと、加速度閾値Ｓαと、速度第１閾値ＳＶ１と、速度第２閾値ＳＶ２とを用いて、自軸（第１軸）に空転滑走が発生したか否かの検知処理を行う。空転滑走検知閾値である加速度閾値Ｓαと速度第１閾値ＳＶ１と速度第２閾値ＳＶ２とは、制御パラメータ値設定部５０−１によって設定される。空転滑走の発生検知の原理を、図１を用いて簡単に説明したが、空転滑走検知部７０−１が行う空転滑走の発生判定（検知処理）はより複雑であるため、図３を参照して説明する。
【００４０】
図３は、空転滑走検知部７０−１の具体的なロジック構成を示す図である。
空転滑走検知部７０−１は、加算器７１と、比較器７２〜７４と、論理積回路７５と、論理和回路７６とを有する。これらの各回路は電子回路として構成されていてもよいし、デジタル演算上の機能ブロックとして構成されていてもよい。後者の場合には、コンピュータプログラムとして構成されるため、空転滑走検知部７０−１はプログラムを実行可能なプロセッサーを有して構成される。
【００４１】
加算器７１は、速度・加速度検出部６０−１で検出された速度Ｖから基準速度Ｖｍを減算することで速度差ΔＶを算出する。比較器７２は、速度・加速度検出部６０−１で検出された加速度αを加速度閾値Ｓαと比較する。比較器７３は速度差ΔＶを速度第１閾値ＳＶ１と比較し、比較器７４は速度差ΔＶを速度第２閾値ＳＶ２と比較する。何れの比較器７２〜７４も、被比較値が閾値以上の場合にＨ信号、未満の場合にＬ信号を出力する。論理積回路７５は、比較器７２と比較器７３の比較結果の論理積を演算し、論理和回路７６に出力する。論理和回路７６は、論理積回路７５の出力と比較器７４の比較結果の論理和を、空転滑走検知部７０−１の検知結果として出力する。
【００４２】
従って、加速度αが加速度閾値Ｓα以上であり、且つ、速度差ΔＶが速度第１閾値ＳＶ１以上の場合には、空転滑走が発生している旨の検知信号が出力される。また、速度差ΔＶが速度第２閾値ＳＶ２以上の場合にも、空転滑走が発生している旨の検知信号が出力される。これは、速度差ΔＶがいくら大きくなっても、加速度αが加速度閾値Ｓα未満であるが故に空転滑走の発生が検知されない事態を防止するために、速度差ΔＶが速度第２閾値ＳＶ２以上となった場合には、空転滑走が発生していると判断するものである。故に、速度第２閾値ＳＶ２は、速度第１閾値ＳＶ１より大きな値に設定される。
これらの速度Ｖ、速度差ΔＶ、加速度αは、空転滑走検知用状態値の一例である。
【００４３】
空転滑走検知部７０−１の検知信号は、トルク引き下げ指令制御部８０−１に出力されるとともに、第１軸の検知情報（第１軸情報）として他軸にも出力される。
なお、基準速度Ｖｍの取得先を図示していないが、基準速度Ｖｍは、運転台から取得した列車速度を基準速度としてもよいし、同一車両の各軸のうちの最低速度を基準速度としてもよいし、所定の従軸の速度を基準速度としてもよい。
【００４４】
トルク引き下げ指令制御部８０−１は、空転滑走検知部７０−１から自軸の空転滑走が発生した旨の検知信号を入力した場合に、制御パラメータ値設定部５０−１で設定される引き下げ制御値に従ってトルク引き下げ指令信号を生成する。
【００４５】
具体的には、図１に示して説明した通り、空転滑走検知部７０−１から自軸の空転滑走が発生した旨の検知信号を入力すると、現在の電動機トルクτｅを記憶して、引き下げ速度Ｗｔで、引き下げ量Ｑｔ分の電動機トルク（トルク分電流）の引き下げを行わせるための指令信号を生成する。引き下げ量Ｑｔ分の電動機トルクの引き下げがなされた後は、保持時間Ｔｈの間、電動機トルクτｅを保持させ、その後、先に記憶した電動機トルクに向けて、復帰時間Ｔｔをかけて徐々にトルクを引き上げるように、トルクの引き下げ量を低減させる指令信号を生成し、ベクトル演算制御装置９０−１に出力する。
【００４６】
制御パラメータ値設定部５０−１は、他軸において空転滑走の発生が検知されておらず、制御パラメータ値変更期間Ｐｐ内でもない場合には、制御パラメータ値を制御パラメータ標準値とし、他軸において空転滑走の発生が検知され、制御パラメータ値変更期間Ｐｐ内である場合には、制御パラメータ値を制御パラメータ臨時値に設定変更する。
上述した通り、制御パラメータ値には空転滑走検知閾値と引き下げ制御値とがあり、空転滑走検知閾値には加速度閾値Ｓα、速度第１閾値ＳＶ１、及び速度第２閾値ＳＶ２が、引き下げ制御値には引き下げ速度Ｗｔ、引き下げ量Ｑｔ、保持時間Ｔｈ、及び復帰時間Ｔｔがある。
【００４７】
図４は、制御パラメータ値設定部５０−１の具体的なロジック構成を示す図である。
制御パラメータ値設定部５０−１は、Ｋ算出部５１と、タイマー切替器５３，５４と、乗算器５５とを有する。これらの各回路は電子回路として構成されていてもよいし、デジタル演算上の機能ブロックとして構成されていてもよい。後者の場合には、コンピュータプログラムとして構成されるため、制御パラメータ値設定部５０−１はプログラムを実行可能なプロセッサーを有して構成される。
【００４８】
先ず、空転滑走検知閾値である加速度閾値Ｓα、速度第１閾値ＳＶ１、及び速度第２閾値ＳＶ２の設定について説明する。
制御パラメータ値設定部５０−１は、加速度閾値Ｓα、速度第１閾値ＳＶ１、及び速度第２閾値ＳＶ２それぞれの標準値である加速度標準閾値ＳαＳ、速度第１標準閾値ＳＶ１Ｓ、及び速度第２標準閾値ＳＶ２Ｓを予め記憶しておき、これら標準閾値に乗算器５５が係数Ｋ（０＜Ｋ≦１）を乗算することで、加速度閾値Ｓα、速度第１閾値ＳＶ１、及び速度第２閾値ＳＶ２を算出・設定する。設定した各閾値は、空転滑走検知部７０−１に出力される。従って、制御パラメータ値設定部５０−１は、空転滑走検知部７０−１による空転滑走の検知用の各閾値を一時的に低減させる閾値低減処理手段と言える。
【００４９】
係数Ｋは、他軸において空転滑走の発生が検知されていない場合にはＫ＝１とされ、検知された場合には、検知されてから時間Ｔｐが経過するまでの制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間、Ｋ算出部５１で算出された値とされる。この切り替えは、タイマー切替器５３が行う。
【００５０】
Ｋ算出部５１は、他軸から入力される他軸情報に基づいて、他軸において空転滑走の発生が検知されたか否かを判定し、検知された軸がある場合にはその空転滑走軸と、自軸との位置関係に基づいて係数Ｋを決定する。
【００５１】
図５は、Ｋ算出部５１が記憶している係数テーブルの構成を説明するための図である。係数テーブルには、力行時（空転時）に適用する力行時用係数テーブル５１１と、制動時（滑走時）に適用する制動時用係数テーブル５１２とがあり、現在の走行状態が力行時か制動時かに応じて選択的に適用される。力行時か制動時かの判定は、例えば速度・加速度検出部６０−１から速度Ｖや加速度αを入力して判定することとしてもよいし、運転台から操作信号を取得して判定することとしてもよい。
【００５２】
図５に示すように、Ｋ算出部５１は、現在の走行状態が力行時か制動時かに応じて係数テーブルを選択した上で、空転滑走の発生が検知された軸（検知軸）と自軸との関係から係数Ｋを求めて決定する。
【００５３】
力行時用係数テーブル５１１に定められる各係数の具体的な数値例を図６に示す。図６（ａ）が各軸の位置関係を示す図であり、図６（ｂ）が具体的な数値例である。実際の数値は実車実験等によって定められるが、数値の傾向としては図６（ｂ）に示す通りである。すなわち、検知軸と自軸とが同一の台車の場合、検知軸が前方（例えば第１軸）で自軸が後方（例えば第２軸）のケースでは、検知軸が後方（例えば第２軸）で自軸が前方（例えば第１軸）のケースに比べて係数Ｋが小さい値に設定される（第３軸、第４軸の関係においても同様）。また、検知軸と自軸とが異なる台車の場合も同様に、検知軸が前方（例えば第１軸や第２軸）で自軸が後方（例えば第３軸や第４軸）のケースでは、検知軸が後方（例えば第３軸や第４軸）で自軸が前方（例えば第１軸や第２軸）のケースに比べて係数Ｋが小さい値に設定される。
【００５４】
また、制動時用係数テーブル５１２に定められる係数Ｋの傾向は、力行時用係数テーブル５１１の場合の逆となる。すなわち、検知軸と自軸とが同一の台車の場合、検知軸が前方で自軸が後方のケースでは、検知軸が後方で自軸が前方のケースに比べて係数Ｋが大きい値に設定される。また、検知軸と自軸とが異なる台車の場合も同様に、検知軸が前方で自軸が後方のケースでは、検知軸が後方で自軸が前方のケースに比べて係数Ｋが大きい値に設定される。但し、係数Ｋは１以下である。
【００５５】
図４に戻り、制御パラメータ値設定部５０−１は、制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間、引き下げ制御値も変更する。具体的には、他軸において空転滑走の発生が検知されていない場合には、制御パラメータ標準値を選択し、空転滑走の発生が検知されて以降の制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間は制御パラメータ臨時値を選択してトルク引き下げ指令制御部８０−１に出力する。図７は、引き下げ制御値に係る制御パラメータ標準値と制御パラメータ臨時値とを示す図である。
【００５６】
次に、再粘着制御装置４０−１が実行する再粘着制御処理の全体の流れについて図８を参照して説明する。
先ず、再粘着制御装置４０−１は、他軸からの検知情報である他軸情報に基づいて、他軸において空転滑走の発生が検知されたか否かを判断する（ステップＳ２）。検知された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御パラメータ値設定部５０−１のタイマー切替器５３，５４に、制御パラメータ値変更期間Ｐｐを計時させるためにタイマーをスタートさせる（ステップＳ４）。
【００５７】
そして、Ｋ算出部５１が、空転滑走の発生が検知された検知軸と自軸との位置関係に基づいて係数Ｋを算出・決定し、タイマー切替器５３，５４による切替選択によって、制御パラメータ値を制御パラメータ臨時値に変更する（ステップＳ６）。再粘着制御装置４０−１は、自軸の空転滑走の発生判定を、この制御パラメータ臨時値に含まれる空転滑走検知閾値を用いて行い（ステップＳ８）、自軸の空転滑走を検知した場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御パラメータ臨時値に含まれる引き下げ制御値に基づいてトルク引き下げ・復帰制御を行う（ステップＳ１２）。これらステップＳ８〜Ｓ１２の処理を、タイマー切替器５３，５４がタイマーオフとなるまでの間、すなわち制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間実行する。
【００５８】
タイマー切替器５３，５４がタイマーオフとなり（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御パラメータ値変更期間Ｐｐが経過した場合、タイマー切替器５３，５４による切替選択を、もとの制御パラメータ標準値に戻し（ステップＳ１６）、再粘着制御装置４０−１は処理をステップＳ２に移行する。
【００５９】
一方、ステップＳ２において、他軸において空転滑走の発生が検知されていなければ（ステップＳ２：ＮＯ）、再粘着制御装置４０−１は自軸において空転滑走が発生していないかを判定する（ステップＳ２０）。この判定は、制御パラメータ標準値に含まれる空転滑走検知閾値を用いて行う。空転滑走が発生したことを検知した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、再粘着制御装置４０−１は、検知した旨を示す情報を他軸に出力する（ステップＳ２４）。そして、制御パラメータ標準値に含まれる引き下げ制御値に基づいてトルク引き下げ・復帰制御を行う（ステップＳ２６）。
【００６０】
次に、１Ｃ１Ｍ制御下で動輪２軸を備える台車モデルでの走行シミュレーションを行った結果を図９に示す。図９は、進行方向前方の軸を第１軸、後方を第２軸とし、ｔ＝２秒付近及び３．２秒付近で第１軸に空転を生じさせた場合の第１軸及び第２軸それぞれの電動機トルク及び速度の変化の様子を示す図である。破線が第１軸、実線が第２軸である。
【００６１】
ｔ＝２．２秒付近及び３．３秒付近で第１軸の空転が検知され、トルク引き下げ・復帰制御が開始されている。一方、第２軸では、第１軸の空転につられるように、ｔ＝２．８秒付近から速度差が生じ始め、ｔ＝３．１秒付近で空転が検知されている。ｔ＝３．１秒付近での第２軸の速度変化と、ｔ＝２．２秒付近での第１軸の速度変化とを比べれば分かるように、空転滑走検知閾値は低減されたことで第２軸では早期に空転が検知されている。また、第２軸のトルク引き下げ量や保持時間等も、第１軸のそれと比較して低減されている。
【００６２】
第１軸の空転検知によって第２軸の各種の制御パラメータ値が変更されたが、ｔ＝３．１秒付近の第２軸の速度の変化を見て分かる通り、第２軸は空転が誘発されつつある初期状態においてトルクが引き下げられたために、早期に再粘着している。すなわち、誘発を効果的に抑制し、牽引力の維持・向上を図ることができたと言える。
【００６３】
以上の通り、第１実施例によれば、他軸において空転滑走の発生が検知された場合、自軸の空転滑走検知閾値である加速度閾値Ｓα、速度第１閾値ＳＶ１、及び速度第２閾値ＳＶ２が制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間、一時的に低減される。他軸で空転滑走の発生が検知された場合には、自軸でも空転滑走が誘発されつつある状態にある場合もある。従って、自軸の空転滑走検知閾値を一時的に低減させることで、自軸での空転滑走の誘発が起こりつつある状態をより早期に捉え、早期にトルク分電流の引き下げ制御を行うことで、自軸での空転滑走の誘発を効果的に抑制することが可能となる。
【００６４】
また、空転滑走の発生が検知された他軸と、その時点では未だ検知されていない自軸との位置関係に応じて、空転滑走検知閾値の低減量が変更される。他軸で空転滑走の発生が検知されてトルク分電流が低減されると、台車ピッチングや軸重移動等が生じるため、自軸に対するその影響を、他軸と自軸との位置関係に応じて適切に推し量り、閾値の低減量を適切に変更することが可能となる。
【００６５】
また、他軸において空転滑走の発生が検知されて、自軸の空転滑走検知閾値が低減された状態下（制御パラメータ値変更期間Ｐｐ中）で自軸にも空転滑走の発生が検知された場合には、トルク引き下げ・復帰制御に係る引き下げ制御値を低減させてトルク引き下げ・復帰制御を行う。空転滑走検知閾値を低減させた状態で空転滑走の発生を検知したということは、いわば空転滑走の誘発が起こりつつある状態を検知したに過ぎない。そこで、制御パラメータ値変更期間Ｐｐの間は、トルク引き下げ・復帰制御に係る引き下げ量Ｑｔ、保持時間Ｔｈ、復帰時間Ｔｔを低減させ、引き下げ速度Ｗｔを上昇させることで、通常時の引き下げ制御方法とは異なる引き下げ制御方法でトルク分電流の引き下げ制御を行うのである。
【００６６】
なお、第１実施例において説明した再粘着制御に係る制御パラメータ値は一例であり、他の制御パラメータ値を含めることとしてもよい。また、変更対象とする制御パラメータ値を、第１実施例において説明した一部の制御パラメータ値（例えば空転滑走検知閾値について加速度閾値Ｓαと速度第１閾値ＳＶ１、引き下げ制御値については引き下げ量Ｑｔと保持時間ｈ）を変更対象としてもよい。
【００６７】
また、第１実施例では、空転滑走の発生が検知された検知軸と自軸との関係が同一車両内であることを想定して係数Ｋの決定方法を説明したが、別車両である場合にも同様に適用可能である。例えば、検知軸と自軸とが同一車両内である場合には、図５の係数テーブルに従って係数Ｋを決定することとし、別車両である場合には、図１０の係数テーブルに従って係数Ｋを決定する。図１０においては、第１車両〜第３車両の３両編成としているが、４両以上であってもよい。また、検知軸の車両と自軸の車両とが２両以上離れている場合には係数Ｋを変化させない（Ｋ＝１のまま）としてもよい。
【００６８】
また、検知軸と自軸との位置関係それぞれに対応する制御パラメータ臨時値を予め定めておき、それを利用することとしてもよい。具体的には、他軸において空転滑走の発生が検知されていない場合には図１１（ａ）の制御パラメータ標準値を用いて再粘着制御を実行する。そして、他軸において空転滑走の発生が検知された場合には、図１０（ｂ）に示すように検知軸と自軸との位置関係それぞれに対応して予め定めた制御パラメータ臨時値の中から、検知軸と自軸との位置関係に応じた制御パラメータ臨時値を選択して再粘着制御を実行する。
【００６９】
また、第１実施例を１台のインバータが１台の電動機を駆動制御する１Ｃ１Ｍ方式として説明したが、１台のインバータが複数台の電動機を駆動制御する１Ｃ２Ｍ方式等にも本発明を適用することができる。その場合には、空転滑走の発生が検知された検知軸と自軸とが同じインバータで制御しているか否かに応じて制御パラメータ値の変更量を変えればよい。ただし、変更する制御パラメータ値は最終的には実験段階や設計段階で定まることであり、基本的な発明思想としては上述した第１実施例と同様である。
【００７０】
＜第２実施例＞
図１２は、第２実施例の回路ブロック図である。第１実施例との違いは、各軸同士で出力／入力する情報が空転滑走の検知情報ではなく、速度・加速度検出部が出力する速度Ｖ及び加速度αの情報となり、各軸それぞれで他軸の空転滑走の発生を検知するようにしたことである。従って、再粘着制御装置４０−１は、他軸情報に基づいて他軸における空転滑走の発生を検知する空転滑走検知部４５−１を新たに有している。
【００７１】
＜第３実施例＞
図１３は、第３実施例の回路ブロック図である。第３実施例は、各軸の制御装置を統括して制御する上位装置として、統括制御装置がある場合の実施例である。統括制御装置３００は、電動車或いは編成を一括して管理・制御する装置であり、統括再粘着制御部７００を有して構成される。
【００７２】
統括再粘着制御部７００は、各軸のＰＧ信号を入力して各軸の空転滑走の発生を検知するとともに、各軸のトルク引き下げ・復帰制御を行い、トルク引き下げ指令信号を生成して各軸の制御装置３０（３０−１，３０−２，・・・）に出力する。
また、統括再粘着制御部７００は、各軸それぞれについて図２の制御パラメータ値設定部、空転滑走検知部及びトルク引き下げ指令制御部に相当する回路ブロックを有し、各軸について図８の再粘着制御処理と同様の処理を並行して実行することで、各軸の再粘着制御を一括して行う。
【００７３】
［変形例］
以上、本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれらに限られるわけではない。
例えば、電気車への適用について説明したが、内燃機関で発電した電力で電動機を駆動して走行する電気式機関車等に適用できることは勿論である。
また、１車両が有する軸数を「４」として図示及び説明したが、「６」や「８」としてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、ＰＧ信号をもとに速度及び加速度を検出することとして説明した。しかし、速度センサレスベクトル制御の技術を適用して、パルスジェネレータ等の速度センサを不要として速度及び加速度を検出することとしてもよい。具体的には、速度・加速度検出部６０は、電動機１０に供給される電動機電流・電圧から回転速度を推定することで、軸速度Ｖを検出（推定）し、更に加速度αを検出（推定）することとしてもよい。
【００７５】
（再粘着制御装置の回路ブロックの変形例）
上述した実施形態では、再粘着制御に係る制御パラメータ値を、制御パラメータ標準値と制御パラメータ臨時値とのどちらにするか切り替えることとして説明した。しかし、空転滑走検知部及びトルク引き下げ指令制御部を２系統（２組）用意し、一方を制御パラメータ標準値に設定し、他方を制御パラメータ臨時値に設定して、２系統（２組）を切り替える回路構成としてもよい。上述した第１実施例を、この回路構成に変更した変形例を図１４に示す。
【００７６】
図１４において、第１軸に係る主回路は、制御パラメータ標準値が設定された空転滑走検知部７０Ａ−１及びトルク引き下げ指令制御部８０Ａ−１を有する標準系統Ａ−１と、制御パラメータ臨時値が設定された空転滑走検知部７０Ｂ−１及びトルク引き下げ指令制御部８０Ｂ−１を有する臨時系統Ｂ−１と、切替部６５−１とを備える。切替部６５−１は、他軸情報に基づいて標準系統Ａ−１と臨時系統Ｂ−１とを切り替える。従って、他軸情報が入力されていない場合には制御パラメータ標準値に従った空転滑走検知及びトルク引き下げ・復帰制御が行われ、他軸情報が入力された場合には制御パラメータ臨時値に従った空転滑走検知及びトルク引き下げ・復帰制御が行われる。
第１実施例に適用した場合を説明したが、勿論、第２実施例、第３実施例についても同様に適用可能である。
【００７７】
（空転滑走検知用状態値）
上述した実施形態では、空転滑走検知用状態値として速度Ｖ及び加速度αを利用することとして説明したが、更にジャークＪを利用することとしてもよい。
図１５は、ジャークを利用した場合の空転滑走検知部のロジック構成の一例を示す図である。図３のロジック構成に対して、比較器７０１を追加し、論理積回路７５を論理積回路７０２に、論理和回路７６を論理和回路７０３に置き換えた構成である。
ジャークＪは、速度・加速度検出部６０−１が、検出した加速度αを更に微分することで求める。比較器７０１は、速度・加速度検出部６０−１により検出されたジャークＪをジャーク閾値ＳＪと比較する。そして、ジャークＪがジャーク閾値ＳＪ以上の場合にＨ信号、未満の場合にＬ信号を出力する。論理積回路７０２は、比較器７０１，７２，７３の比較結果の論理積を演算して論理和回路７０３に出力する。
【００７８】
（空転滑走検知）
上述した実施形態では、空転滑走の判定を唯一の判定として説明した。しかし、確実に空転滑走した状態にあると判定する前の、予備的（予兆的）な状態を判定し、多段階に空転滑走の状態を検知することとしてもよい。例えば、空転滑走検知部のロジック構成を図１６に示すように構成してもよい。図１６のロジック構成は、図１５のロジック構成に加えて、比較器７０１と比較器７２の比較結果の論理和を演算して１次検知結果として出力する論理和回路７０４を追加した構成である。図１６のロジック構成によれば、自軸ジャークＪ或いは自軸加速度αが所定の閾値以上となったことを１次検知し、１次検知結果として出力する。この１次検知結果を、上述した第１軸〜第４軸の軸情報として用いる。すなわち、例えば、図２において、第２軸〜第４軸の何れかで１次検知がなされた場合には、制御パラメータ値を制御パラメータ臨時値に変更するのである。こうすることで、他軸が空転滑走の予備的（予兆的）な状態になった場合には、自軸の再粘着制御が敏感な制御になり、空転滑走の誘発が一層抑制され得る。尚、第２実施例、第３実施例に同様に適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
１０−１    電動機
２０−１    インバータ
３０−１    制御装置
４０−１    再粘着制御装置
５０−１    制御パラメータ値設定部
７０−１    空転滑走検知部
８０−１    トルク引き下げ指令制御部
９０−１    ベクトル演算制御装置
【図１】
0005443294.tif 000002
【図２】
0005443294.tif 000003
【図３】
0005443294.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005443294.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005443294.tif 000008
【図８】
0005443294.tif 000009
【図９】
0005443294.tif 000010
【図１０】
0005443294.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005443294.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005443294.tif 000016
【図１６】
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