(57)【要約】      （修正有）【課題】滑走時に、トータルのブレーキ力を弱める時間を最小限に抑えつつ、フラットの発生を防止する。【解決手段】電気車制御装置３は、ブレーキ力指令に基づく電気ブレーキ力を発生するように主電動機４のトルクを制御するトルク制御部と、滑走の発生時に、電気車１０が停止するよりも先に車輪８の回転が停止しそうであるか否かを判定する判定部と、判定部により電気車１０が停止するよりも先に車輪８の回転が停止しそうでないと判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号τｅとして出力し、判定部により電気車１０が停止するよりも先に車輪８の回転が停止すると判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力より大きな値を示す信号を電制フィードバック信号τｅとして出力する電制フィードバック信号出力部と、を備える。【選択図】図１
2015171162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ブレーキ及び機械ブレーキを併用可能であり、ブレーキ力指令と電制フィードバック信号との差を機械ブレーキ力指令とする電気車を制御する電気車制御装置であって、
ブレーキ力指令に基づく電気ブレーキ力を発生するように主電動機のトルクを制御するトルク制御部と、
滑走の発生時に、前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうでないと判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号として出力し、前記判定部により前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであると判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力より大きな値を示す信号を前記電制フィードバック信号として出力する電制フィードバック信号出力部と、
を備える電気車制御装置。
【請求項２】
前記判定部は、滑走の発生時に、前記主電動機の制御に用いる速度が閾値以下になり、且つ、該速度の変化率が閾値より負の方向に大きくなった場合に、前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであると判定する、請求項１に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ブレーキ及び機械ブレーキを併用可能な電気車を制御する電気車制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レール上を走行する電気車は、車輪・レール間の粘着力（接線力）によって加減速を行うが、この粘着力の最大値を超えた値で駆動・制動を行うと、車輪の空転・滑走が発生してしまう。特に、雨天時などでレール面が濡れていると、粘着力の最大値が低下するため、空転・滑走が発生し易くなる。
【０００３】
電気車のブレーキは、駆動用の主電動機のトルクを用いた電気ブレーキと、車輪踏面又は車輪に直結されたブレーキディスクの摩擦力を用いた機械ブレーキと併用する場合が多い。なお、機械ブレーキは空気圧シリンダを用いて動作させる空気ブレーキが大半である。
【０００４】
電気ブレーキは電力回生が可能であり、機械ブレーキに比べてメンテナンス性が優れることから、出来る限り電気ブレーキを多く使うのが望ましい。そこで、電気車は一般的に運転台の主幹制御装置２からのブレーキ力指令に従い電気ブレーキ力を発生することを基本にする。そして、電気ブレーキが動作不能の場合や電気ブレーキ力のみではブレーキ力が不足する場合に、機械ブレーキを動作させる。つまり、ブレーキ力指令τｏと電気ブレーキ力を示す電制フィードバック信号τｅとの差を機械ブレーキ力指令τｍとする。
【０００５】
ブレーキ時に車輪の周速度が車体の速度よりも遅くなることを滑走という。ブレーキ時に滑走が発生すると、電気車制御装置は電気ブレーキ力を弱めて、滑走を抑制して再粘着するような制御を行う。電気ブレーキ力を弱めると、トータルのブレーキ力を一定とするために機械ブレーキ力は増大するが、電気ブレーキに対して機械ブレーキの応答は遅いため、機械ブレーキ力が増大する前に再粘着ができれば滑走は解消する。
【０００６】
しかしながら、機械ブレーキ力が増大するまでに再粘着できないと、機械ブレーキ力の増大により滑走が更に大きくなってしまう。
【０００７】
そこで、滑走時に再粘着制御のために電気ブレーキ力を引き下げても、電制フィードバック信号τｅを一定時間内引き下げないようにすることで、機械ブレーキ力指令τｍが大きくなることを防ぐ手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２６１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の方法では、トータルのブレーキ力を弱めることにより滑走を防ぐことを実現している。しかしながら、トータルのブレーキ力を弱めることになるため、電気ブレーキ力の引き下げが不適切に大きい場合などにおいては、ブレーキ力が必要以上に弱まり制動距離の増大などの問題が発生する。ブレーキ力が大きくて車輪が滑走した方が、滑走させないようにブレーキ力を弱めた場合に比べて制動距離が短くなる場合もある。そのため、ブレーキ力を弱めることが良いとは一概にいえない。
【００１０】
一方で、滑走発生時に、車体が停止するよりも先に車輪の回転が停止すると、車輪がロックした状態であり、車輪踏面に損傷（フラット）が発生する場合がある。フラットが発生すると、振動・騒音の原因となり、車輪の旋削が必要となる。そのため、車輪がロックしない範囲であればブレーキ時の滑走はさほど問題とはならないものの、車輪がロックしてフラットが発生することは防止しなくてはならない。
【００１１】
以下に、図４を参照して、従来の電気車においてフラットが発生する状況を説明する。図４（ａ）は車体の速度及び車輪の周速度の時間変化を示しており、図４（ｂ）は電気ブレーキ力の時間変化を示しており、図４（ｃ）は機械ブレーキ力の時間変化を示している。
【００１２】
ｔ０では、電気車はブレーキ力指令τｏに基づく電気ブレーキ力を発生させている。ｔ１で車輪の周速度が車体の速度よりも遅くなると、電気車は滑走の発生を検出し、ｔ２で電気ブレーキ力を弱める。その後、滑走が解消しなければ、ｔ３，ｔ４で更に電気ブレーキ力を弱める。電気ブレーキ力を弱めると電制フィードバック信号τｅが小さくなるので、その分機械ブレーキ力指令τｍは大きくなり、その結果機械ブレーキ力が増大する。そして、再粘着せず、車体の速度がゼロになるよりも前にｔ５で車輪の周速度がゼロになり車輪の回転が停止してしまうと、フラットが発生する。
【００１３】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、滑走時に、電制フィードバック信号の値を実際の電気ブレーキ力と必要以上に変えることなく、フラットの発生を防止することが可能な電気車制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置は、電気ブレーキ及び機械ブレーキを併用可能であり、ブレーキ力指令と電制フィードバック信号との差を機械ブレーキ力指令とする電気車を制御する電気車制御装置であって、ブレーキ力指令に基づく電気ブレーキ力を発生するように主電動機のトルクを制御するトルク制御部と、滑走の発生時に、前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうでないと判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号として出力し、前記判定部により前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであると判定された場合には、実際に発生している電気ブレーキ力より大きな値を示す信号を前記電制フィードバック信号として出力する電制フィードバック信号出力部と、を備える。
【００１５】
さらに、本発明に係る電気車制御装置において、前記判定部は、滑走の発生時に、前記主電動機の制御に用いる速度が閾値以下になり、且つ、該速度の変化率が閾値より負の方向に大きくなった場合に、前記電気車が停止するよりも先に前記電気車の車輪の回転が停止しそうであると判定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、滑走時に、トータルのブレーキ力を弱める時間を最小限に抑えつつ、フラットの発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気車制御装置を備える電気車の構成例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電気車制御装置の滑走発生時における制御例を説明する図である。
【図４】従来の電気車においてフラットが発生する状況を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る電気車制御装置の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気車制御装置を備える電気車の構成例を示す図である。図１に示す例では、電気車１０は、主幹制御器２と、電気車制御装置３と、主電動機４と、ブレーキ受量器５と、機械ブレーキ制御装置６と、機械ブレーキ装置７と、車輪８とを備える。電気車１０は、車体１を減速・停止させるために、電気ブレーキ及び機械ブレーキを併用可能である。
【００２０】
電気車制御装置３は、主電動機４の回転数情報を用いて主電動機４のトルクを制御して、加速力及び電気ブレーキ力を発生させる。電気車制御装置３は、ブレーキ受量器５からブレーキ力指令τｏを受け取ると、ブレーキ力指令τｏに基づく電気ブレーキ力を発生するように主電動機４のトルクを制御し、電制フィードバック信号τｅをブレーキ受量器５に出力する。
【００２１】
図２は、電気車制御装置３の構成例を示すブロック図である。図２に示す例では、電気車制御装置３は、滑走検出部３１と、トルク制御部３２と、判定部３３と、電制フィードバック信号出力部３４とを備える。
【００２２】
滑走検出部３１は、例えば主電動機４の回転速度情報を取得し、回転速度の変化率から滑走の発生を検出する。主電動機４の回転速度は、例えば速度センサにより直接検出してもよいし、あるいは主電動機４の電流及び電圧から推定してもよい。そして、滑走検出部３１は滑走の発生を検出すると、トルク制御部３２及び判定部３３に通知する。
【００２３】
トルク制御部３２は、架線から入力される架線電圧をインバータにより三相交流電力に変換し、主電動機４に出力する。インバータは一般的には、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）制御により、三相交流電力の電圧及び周波数を変化させる。また、ブレーキ受量器５からブレーキ力指令τｏが入力されると、トルク制御部３２はブレーキ力指令τｏに基づく電気ブレーキ力を発生するように主電動機４のトルクを制御する。また、トルク制御部３２は、滑走検出部３１から滑走が発生したことを通知されると、電気ブレーキ力を弱め、再粘着を試みる。そして、主電動機４で発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号出力部３４に出力する。
【００２４】
判定部３３は、滑走検出部３１から滑走が発生したことを通知されると、電気車１０が停止するよりも先に電気車１０の車輪８の回転が停止しそうである（停止しかけている）か否かを判定する。例えば、主電動機４の制御に用いる速度（例えば主電動機４の回転速度）の変化率が閾値より負の方向に大きくなった場合や、主電動機４の制御に用いる速度が閾値以下になり、且つ該速度の変化率が閾値より負の方向に大きくなった場合に、電気車１０の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうであると判定する。電気車１０が停止するよりも先に車輪８の回転が停止しそうでない場合とは、滑走が解消して車体１の速度と車輪８の周速度が一致する場合である。一方、電気車１０が停止するよりも先に車輪８の回転が停止しそうである場合とは、滑走が解消しない場合であり、先に車輪８の回転が停止するとフラットが発生する。
【００２５】
電制フィードバック信号出力部３４は、判定部３３により、電気車１０よりも先に車輪８の回転が停止しそうでないと判定された場合には、トルク制御部３２から入力される電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号τｅとしてブレーキ受量器５に出力する。一方、判定部３３により、電気車１０の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうであると判定された場合には、フラットを防止するために、主電動機４で実際に発生している電気ブレーキ力よりも大きな値を示す信号を電制フィードバック信号τｅとしてブレーキ受量器５に出力する。
【００２６】
ブレーキ受量器５は、運転台の主幹制御器２又は自動列車運転装置（ATO：Automatic Train Operation）から入力されるブレーキ力指令τｏを、電気車制御装置３に出力する。また、ブレーキ受量器５は、ブレーキ力指令τｏと、電気車制御装置３から入力される電制フィードバック信号τｅとの差を機械ブレーキ力指令τｍとして機械ブレーキ制御装置６に出力する。すわなち、次式（１）が成立する。
【００２７】
τｍ＝τｏ −τｅ                                                    （１）
【００２８】
ブレーキ力指令τｏ通りの電気ブレーキ力を発生させることができない場合でも、式（１）により電気ブレーキ力及び機械ブレーキ力のトータルのブレーキ力をブレーキ力指令τｏと同一の値に維持できるため、確実なブレーキをかけることができる。
【００２９】
機械ブレーキ制御装置６は、ブレーキ受量器５から入力される機械ブレーキ力指令τｍに基づき、車輪８の踏面の摩擦力又は車輪８と同一回転するディスクの摩擦力を用いた機械ブレーキ装置７のブレーキ力を発生させる。機械ブレーキとしては空気ブレーキが用いられることが多いが、その他の油圧ブレーキや電気駆動式機械ブレーキなどを用いてもよい。
【００３０】
なお、本実施形態ではブレーキ受量器５を独立した装置としているが、機械ブレーキ制御装置６が内部にブレーキ受量器５の機能を有する構成であってもよい。
【００３１】
図３は、電気車制御装置３の滑走時における制御を説明する図である。図３（ａ）は車体の速度及び車輪の周速度の時間変化を示しており、図３（ｂ）は電気ブレーキ力の時間変化を示しており、図３（ｃ）は機械ブレーキ力の時間変化を示している。
【００３２】
ｔ０では、電気車制御装置３がブレーキ受量器５からブレーキ力指令τｏを受け取り、ブレーキ力指令τｏに基づく電気ブレーキ力を発生させている。
【００３３】
ｔ１で車輪８の周速度が車体１の速度よりも遅くなると、電気車制御装置３は滑走の発生を検出する。
【００３４】
電気車制御装置３は滑走の発生を検出すると、滑走を抑制するようにｔ２で電気ブレーキ力を弱める。その後、滑走が解消しなければ、更に電気ブレーキ力を弱める。図３に示す例では、ｔ３，ｔ４で更に電気ブレーキ力を弱めている。電気車制御装置３は、実際に発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号τｅとして出力する。電気ブレーキ力を弱めると電制フィードバック信号τｅが小さくなるので、式（１）により機械ブレーキ力指令τｍは増大する。
【００３５】
電気ブレーキに対して機械ブレーキの応答が遅いため、電気ブレーキ力を弱めた場合、機械ブレーキ力が増大する前に再粘着ができれば滑走は解消する。しかし、滑走が解消せず、電気車１０が停止する（車体１の速度がゼロとなる）前に車輪８の回転が停止する（車輪８の周速度がゼロとなる）と、フラットが発生してしまう。そこで、電気車制御装置３は電気車１０の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうであるか否かを判定する。
【００３６】
電気車制御装置３は、電気車１０の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうであると判定した場合には、電制フィードバック信号τｅを実際に発生している電気ブレーキ力よりも大きな値を示す信号とする。電制フィードバック信号τｅを大きな値とすると、式（１）により機械ブレーキ力指令τｍが小さくなり、機械ブレーキ力は低下する。そのため、電気ブレーキ力及び機械ブレーキ力のトータルのブレーキ力は弱まり、車輪８の回転が停止してフラットが発生することを防止することができる。
【００３７】
図３に示す例では、ｔ５で電気車１０の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうであると判定し、ブレーキ力指令τｏを電制フィードバック信号τｅとしてブレーキ受量器５に出力する。なお、ｔ５における電制フィードバック信号τｅは実際に発生している電気ブレーキ力よりも大きな値を示す信号であればよいので、ブレーキ力指令τｏよりも小さい値であってもよい。また、ｔ２，ｔ３，ｔ４で電気ブレーキ力を弱めて再粘着を試みているが、この回数に特に制限はない。
【００３８】
電気車制御装置３は、ｔ５で実際の電気ブレーキ力よりも大きな値を示す電制フィードバック信号τｅを出力した後、車輪８の回転速度が設定値より上回ったタイミング、又は一定時間経過後に、ｔ６で電制フィードバック信号τｅを実際の電気ブレーキ力を示す信号に戻す。その結果、必要以上にトータルのブレーキ力を弱めることを回避することができる。図３に示す例では、電制フィードバック信号τｅの値を実際の電気ブレーキ力よりも大きな値としてトータルのブレーキ力を弱める時間はｔ５からｔ６の間のみである。
【００３９】
上述したように、本発明に係る電気車制御装置３は、滑走の発生時に、電気車の停止よりも先に電気車の車輪８の回転が停止しそうであるか否かを判定する。そして、電気車の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうでない場合には、実際に発生している電気ブレーキ力を示す信号を電制フィードバック信号τｅとして出力し、電気車の停止よりも先に車輪８の回転が停止しそうである場合には、実際に発生している電気ブレーキ力より大きな値を示す信号を電制フィードバック信号τｅとして出力する。
【００４０】
このような構成により、滑走が発生していない場合や、滑走が発生しても解消した場合には、電気ブレーキ力及び機械ブレーキ力のトータルのブレーキ力をブレーキ力指令τｏと同一の値に維持できるため、確実なブレーキをかけることができる。また、滑走が発生して解消しない場合には、トータルのブレーキ力を弱める時間を最小限に抑えつつ、フラットの発生を防止することができる。
【００４１】
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、電気ブレーキ及び機械ブレーキを併用可能な電気車に有用であり、車輪踏面のフラット発生を抑制できるため、振動・騒音及び車輪旋削の回数を削減でき、乗り心地向上及び省メンテナンスに貢献できる。
【符号の説明】
【００４３】
１    車体
２    主幹制御器
３    電気車制御装置
４    主電動機
５    ブレーキ受量器
６    ブレーキ制御装置
７    機械ブレーキ装置
８    車輪
１０  電気車
３１  滑走検出部
３２  トルク制御部
３３  判定部
３４  電制フィードバック信号出力部
【図１】
2015171162.tif 000003
【図２】
2015171162.tif 000004
【図３】
2015171162.tif 000005
【図４】
2015171162.tif 000006