(57)【要約】  電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する方法は、第１の制御器において、車輪及び第１の制御器に結合されたモータにより電気牽引車両の少なくとも１つの車輪に印加されるべき第１のトルク量を表す第１の信号値と、電気牽引車両の基準速度を表す第２の信号値とを受け取るステップを含む。第１及び第２の信号値は、第１の制御器と通信する第２の制御器により発生される。本方法はまた、第１の制御器において、少なくとも１つの車輪の速度を表す第３の信号値を受け取るステップと、第１の制御器において、第１、第２及び第３の信号値を用いてトルク出力信号を決定するステップと、当該トルク出力信号を第１の制御器からモータへ送るステップとを含む。
2008515372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する方法であって、
第１の制御器において、前記車輪及び前記第１の制御器に結合されたモータにより前記電気牽引車両の少なくとも１つの車輪に印加されるべき第１のトルク量を表す第１の信号値と、前記電気牽引車両の基準速度を表す第２の信号値とを受け取るステップであって、前記第１及び第２の信号値が前記第１の制御器と通信する第２の制御器により発生される、前記受け取るステップと、
前記第１の制御器において、前記少なくとも１つの車輪の速度を表す第３の信号値を受け取るステップと、
前記第１の制御器において、第１、第２及び第３の信号値を用いて、トルク出力信号を決定するステップと、
前記トルク出力信号を前記第１の制御器から前記モータへ送るステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記第１の制御器において、前記少なくとも１つの車輪に印加されるべき第２のトルク量を表す第４の信号値を前記第２及び第３の信号を用いて決定するステップを更に備え、
トルク出力信号を決定する前記ステップが、前記第１の信号値と前記第４の信号値とのうちの１つを前記トルク出力信号として選択するステップを備える
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電気牽引車両が、モータリング・モード及び回生モードを備え、且つ前記モータリング・モードと前記回生モードとのうちの１つで動作するよう構成されている請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記電気牽引車両が、前記モータリング・モードで動作するよう構成されており、
前記基準速度が、前記電気牽引車両の実際の速度より大きい
請求項３記載の方法。
【請求項５】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、前記基準速度が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する上限を与えるように、前記第１の信号値と前記第４の信号値とのうちの１つを前記トルク出力信号として選択するステップを備える請求項４記載の方法。
【請求項６】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より小さい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より大きい場合、前記第４の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと
を備える請求項４記載の方法。
【請求項７】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、
前記第１の信号値が前記第４の信号値より小さい信号値と当第４の信号値に等しい信号値とのうちの１つである場合、前記第１の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと、
前記第１の信号値が前記第４の信号値より大きい場合、前記第４の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと
を備える請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記電気牽引車両が、前記回生モードで動作するよう構成されており、
前記基準速度が、前記電気牽引車両の実際の速度より小さい
請求項３記載の方法。
【請求項９】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、前記基準速度が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する下限を与えるように、前記第１の信号値と前記第４の信号値とのうちの１つを前記トルク出力信号として選択するステップを備える請求項８記載の方法。
【請求項１０】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より大きい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より小さい場合、前記第４の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと
を備える請求項８記載の方法。
【請求項１１】
トルク出力信号を決定する前記ステップが、
前記第１の信号値が前記第４の信号値より大きい信号値と当該第４の信号値に等しい信号値とのうちの１つである場合、前記第１の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと、
前記第１の信号値が前記第４の信号値より小さい場合、前記第４の信号値を前記トルク出力信号として選択するステップと
を備える請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記モータが、ＡＣ電気モータから構成され、
前記第１の制御器が、ＡＣ／ＡＣインバータを備える
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する方法であって、
第１のトルク値及び基準速度値を決定するよう車両システム制御器を構成するステップと、
電気モータに結合され且つ前記車両システム制御器と通信するモータ駆動制御器を、前記基準速度値と前記電気モータに結合された少なくとも１つの車輪の速度とを用いて第２のとトルク値を決定するよう構成するステップと、
前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する限界を与えるように、前記第１のトルク値と前記第２のトルク値とのうちの１つを表すトルク出力信号を送るよう前記モータ駆動制御器を構成するステップと
を備える方法。
【請求項１４】
前記電気牽引車両が、モータリング・モード及び回生モードを備え、且つ前記モータリング・モードと前記回生モードとのうちの１つで動作するよう構成されている請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記電気牽引車両が、前記モータリング・モードで動作するよう構成されており、
前記基準速度値が、前記電気牽引車両の実際の速度より大きい
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する上限を与えるように、前記第１のトルク値と前記第２のトルク値とのうちの１つを表すことになるトルク出力信号を選択するステップを更に備える請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より小さい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度値より大きい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと
を更に備える請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より小さいトルク値と当該第２のトルク値に等しいトルク値とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと、
前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より大きい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと
を更に備える請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記電気牽引車両が、前記回生モードで動作するよう構成されており、
前記基準速度値が、前記電気牽引車両の実際の速度より小さい
請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する下限を与えるように、前記第１のトルク値と前記第２のトルク値とのうちの１つを表すことになるトルク出力信号を選択するステップを更に備える請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より大きい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと、
前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より小さい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと
を更に備える請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より大きいトルク値と当該第２のトルク値に等しいトルク値とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと、
前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より小さい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するステップと
を更に備える請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
前記モータが、ＡＣ電気モータから構成され、
前記第１の制御器が、ＡＣ／ＡＣインバータを備える
請求項１３記載の方法。
【請求項２４】
第１のトルク値及び基準速度値を決定するよう構成された車両制御器と、
電気モータに結合され且つ前記の車両システム制御器と通信するモータ駆動制御器と、を備え、
前記モータ駆動制御器が、前記基準速度値と前記電気モータに結合された少なくとも１つの車輪の速度とを用いて第２のトルク値を決定し、且つ前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する限界を与えるように前記第１のトルク値及び前記第２のトルク値のうちの１つを表すトルク出力信号を送信するよう構成されている、電気牽引車両。
【請求項２５】
前記電気牽引車両が、モータリング・モード及び回生モードのうちの１つで動作するよう構成されている請求項２４記載の電気牽引車両。
【請求項２６】
前記電気牽引車両が、前記モータリング・モードで動作するよう構成されており、
前記基準速度値が、前記電気牽引車両の実際の速度より大きい
請求項２５記載の電気牽引車両。
【請求項２７】
前記モータ駆動制御器が更に、前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する上限を与えるように前記第１のトルク値及び前記第２のトルク値のうちの１つを表すことになるトルク出力信号を選択するよう構成されている請求項２６記載の電気牽引車両。
【請求項２８】
前記モータ駆動制御器が更に、前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度より小さい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択し、且つ前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度値より大きい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するよう構成されている請求項２６記載の電気牽引車両。
【請求項２９】
前記モータ駆動制御器が更に、前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より小さいトルク値と当該第２のトルク値に等しいトルク値とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択し、且つ前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より大きい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するよう構成されている請求項２６記載の電気牽引車両。
【請求項３０】
前記電気牽引車両が、前記回生モードで動作されるよう構成されており、
前記基準速度値が、前記電気牽引車両の実際の速度より小さい
請求項２５記載の電気牽引車両。
【請求項３１】
前記基準速度値が前記少なくとも１つの車輪の速度に関する下限を与えるように、前記第１のトルク値及び前記第２のトルク値のうちの１つを表すことになるトルク出力信号を選択することを更に備える請求項３０記載の電気牽引車両。
【請求項３２】
前記モータ駆動制御器が更に、前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度値より大きい速度と当該基準速度に等しい速度とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択し、且つ前記少なくとも１つの車輪の速度が前記基準速度値より小さい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するよう構成されている請求項３０記載の電気牽引車両。
【請求項３３】
前記モータ駆動制御器が更に、前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より大きいトルク値と当該第２のトルク値に等しいトルク値とのうちの１つである場合、前記第１のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択し、且つ前記第１のトルク値が前記第２のトルク値より小さい場合、前記第２のトルク値を表すことになるトルク出力信号を選択するよう構成されている請求項３０記載の電気牽引車両。
【請求項３４】
前記モータが、ＡＣ電気モータから構成され、
前記第１の制御器が、ＡＣ／ＡＣインバータを備える
請求項２４記載の電気牽引車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連特許出願の相互参照］
本出願は、２００４年９月２７日に出願され、発明の名称が「電気自動車における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するシステム（Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｗｈｅｅｌ  Ｓｌｉｐ  ａｎｄ  Ｗｈｅｅｌ  Ｌｏｃｋｉｎｇ  ｉｎ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）」である米国仮特許出願Ｎｏ．６０／６１３，２９３の利益を主張し、当該仮特許出願の内容は、本明細書に援用されている。
【０００２】
［分野］
本発明は、一般的に、電気自動車の分野に関し、より詳細には、電気自動車における車輪スリップ及び車輪ロッキング（ホイール・ロック）を低減するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気牽引車両は、車両の推進力の全部又は一部を与えるため電気を或る形式で又は別の形式で用いる車両である。この電気は、様々な源（ソース）、例えば、電気エネルギを生成するため化学変換に依拠する蓄積型エネルギ装置（バッテリ）、蓄積された電荷に依拠する蓄積型エネルギ装置（キャパシタ）、機械的に蓄積されたエネルギに依拠する蓄積型エネルギ装置（例えば、フライホイール、蓄圧器）、及びエネルギ変換製品のようなものから生じる。典型的な従来の電気牽引車両においては、ディーゼル・エンジンのような原動機（プライム・ムーバ）が、電流を１又はそれより多い走行用電動機に供給する発電機又はオルタネータ（交流発電機）を駆動するため用いられる。走行用電動機は、典型的には、車両上の輪軸に結合される。このタイプの電気的牽引を利用する典型的な車両は、鉄道機関車である。一部の従来の電気牽引車両においては、蓄積されたエネルギを用いて、主電力を与え、当該主電力は、電流を１又は複数の走行用電動機に与える。このタイプの電気的牽引を利用する典型的な車両は、ゴルフ・カート又はバッテリ給電型電気自動車である。一部の従来の電気牽引車両においては、例えば、蓄積型エネルギ装置と、発電機に結合された内燃機関とのような、２以上のエネルギ源を有することが望ましい。２以上のエネルギ源を有することにより、設計での幾らかの最適化が、より効率的パワー生成を可能にし、従って、牽引のためのより効率的なシステムを開発するためパワーを異なる源から用いることが可能になる。これらのタイプの車両は、一般的に、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）と呼ばれる。直列又は並列ＨＥＶシステム設計は、通常遭遇されるものである。
【０００４】
電気牽引車両の典型的な電気牽引システムにおいては、電子車両制御器を用いて、走行用電動機のトルク出力を制御する。この車両制御器はまた、車輪スリップ又は車輪ロッキングを低減又は防止するよう構成されている。車輪スリップは、モータリング中に、モータからのトルク出力量がモータに結合された車輪と接触している表面に印加されることができる力より大きい力を生成するとき生じ、従って、電気牽引車両の速度に対して車輪の速度を増大させる。車輪ロッキングは、回生ブレーキング中に、モータからのトルク出力量がモータに結合された車輪に接触している表面に印加されることができる力より大きい力を生成するとき生じ、従って、電気牽引車両の速度に対して車輪の速度を減少させる。電気牽引車両の典型的な電気牽引システムにおいては、電子車両制御器は、各モータに結合された各車輪の速度をモニタリングすることにより車輪スピン又は車輪ロッキングを防止し、そしてモータに結合された車輪の速度を用いて特定のモータについてのトルク基準値を調整しようと試み、それによりモータからのトルク出力量がモータに結合された車輪と接触している表面に印加されることができる力より大きい力を生成させない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両制御器において車輪速度フィードバック信号を処理することは、当該車両制御器で必要とされる全体処理量を増大させ、そして様々な車輪速度フィードバック信号及びトルク基準値を送って処理することに関連した時間遅延を招く。著しい遅延が、フィードバック信号を獲得し、トルク基準値の変化を処理し、そして調整されたトルク基準値を送るプロセス中に生じる場合、車両は、不安定になる。従って、車輪スリップ又は車輪ロッキングを低減するため車両制御器よりむしろモータ駆動制御器を用い、且つ車両制御器により与えられるトルク基準値を調整すること無しに車輪スリップ又は車輪ロッキングを制御する、電気自動車における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するシステム及び方法に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一例示的実施形態に従って、電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する方法は、第１の制御器において、車輪及び第１の制御器に結合されたモータにより前記電気牽引車両の少なくとも１つの車輪に印加されるべき第１のトルク量を表す第１の信号値と、電気牽引車両の基準速度を表す第２の信号値とを受け取るステップを含む。第１及び第２の信号値は、第１の制御器と通信する第２の制御器により発生される。本方法は、第１の制御器において、少なくとも１つの車輪の速度を表す第３の信号値を受け取るステップと、第１の制御器において、第１、第２及び第３の信号値を用いてトルク出力信号を決定するステップと、トルク出力信号を第１の制御器からモータへ送るステップとを含む。
【０００７】
別の例示的実施形態に従って、電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する方法は、第１のトルク値及び基準速度値を決定するよう車両システム制御器を構成するステップと、電気モータに結合され且つ車両システム制御器と通信するモータ駆動制御器を基準速度値と電気モータに結合された少なくとも１つの車輪の速度とを用いて第２のとトルク値を決定するよう構成するステップと、基準速度値が少なくとも１つの車輪の速度に関する限界を与えるように第１のトルク値と第２のトルク値とのうちの１つを表すトルク出力信号を送るようモータ駆動制御器を構成するステップとを含む。
【０００８】
別の例示的実施形態に従って、電気自動車と使用の電気牽引システムは、第１のトルク値及び基準速度値を決定するよう構成された車両制御器と、電気モータに結合され且つ車両システム制御器と通信するモータ駆動制御器とを含む。当該モータ駆動制御器は、基準速度値と電気モータに結合された少なくとも１つの車輪の速度とを用いて第２のトルク値を決定し、且つ基準速度値が少なくとも１つの車輪の速度に関する限界を与えるように第１のトルク値及び第２のトルク値のうちの１つを表すトルク出力信号を送信するよう構成されている。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明らかになるであろう。しかしながら、その詳細な説明及び特定の例は、例示としてのみ与えられ、限定として与えられているわけではないことを理解すべきである。本発明の範囲内の多くの変更及び変化が、本発明の趣旨から逸脱することなしに行われることができ、本発明は、そのような変更を含むものである。
【００１０】
例示的実施形態が、以降に添付図面を参照して説明され、そこにおいては、類似の参照番号は、類似の構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
例示的実施形態を詳細に示す図面に向かう前に、本発明は、以下の記載で説明された又は図面に示された詳細又は方法に限定されるないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、又は様々な方法で実施され又は実行されることが可能である。また、本明細書で用いられる言い回し及び用語は、説明の目的のためのみであり限定とみなすべきでないことを理解すべきである。
【００１２】
一般的に、電気自動車における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するシステム及び方法は、「モータリング・モード」及び「回生モード」の両方で動作するよう構成された電気自動車と使用され得る。「モータリング」は、一般的に、１又はそれより多い電気モータを車両を推進させるためのモータとして動作させることによる電気牽引車両の順方向推進力又は後ろ方向推進力のことを言う。「回生」は、一般的に、電気エネルギを発生するため各モータに結合された車輪の回転から機械的エネルギを受け取るよう各電気モータを発電機として動作させることにより、電気牽引車両の速度を遅くする即ち減速するための電気モータの使用のことを言う。
【００１３】
電気自動車における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するシステム及び方法は、電気モータに結合され、トルク基準及び速度基準を車両制御器から受け取るモータ駆動制御器を利用する。電気牽引車両がモータリング・モードで動作している場合、車両制御器は、電気牽引車両の実際の速度より大きい速度基準を送り、そして電気牽引車両が回生モードで動作している場合、車両制御器は、電気牽引車両の実際の速度より小さい速度基準を送る。モータ駆動制御器はまた、モータに結合された車輪に関する車輪速度フィードバック信号を受け取る。
【００１４】
モータ駆動制御器は、速度基準及び車輪速度フィードバック信号を用いて、第２のトルク基準を決定し、そして車両制御器からのトルク基準と第２のトルク基準とのいずれかをモータへのトルク出力信号として選択する。電気牽引車両がモータリング・モードで動作している（即ち、車輪がスリップし始める）とき車輪速度フィードバック信号が速度基準を超えて増大する場合、又は車両が回生モードにある（即ち、車輪がロックし始める）とき車輪速度フィードバック信号が速度基準より下に低減する場合、モータ駆動制御器は、第２のトルク基準を用いて、車輪の速度を速度基準に制限する。さもなければ、モータ駆動制御器は、車両制御器からのトルク基準を用いる。このようにして、車両制御器よりむしろモータ駆動制御器は、車両制御器がトルク基準を調整することを要求されないように、車輪スリップ及び車輪ロッキングを制御するための必要な処理を実施する。車輪速度フィードバックを受け取って、車輪スリップ及び車輪ロッキングを制御するため車両制御器よりむしろモータ駆動制御器を用いることは、車輪速度フィードバックを送って処理することに関連した時間遅延を低減し、安定性を増大し、そして電気牽引車両の牽引を改善する。
【００１５】
図１は、一例示的実施形態に従った電気牽引車両１０の概略図である。電気牽引車両は、車両の推進パワーの全て又は一部を与えるため電気を或る形式又は別の形式で用いる車両である。この電気は、様々な源（ソース）、例えば、化学変換に依拠する蓄積型エネルギ装置（バッテリ）、蓄積された電荷装置（キャパシタ）、機械的に蓄積されたエネルギに依拠する蓄積型エネルギ装置（例えば、フライホイール、蓄圧器）、及びエネルギ変換製品のようなものから生じることができる。ハイブリッド電気自動車は、２以上のエネルギ源を用い、例えば、１つは前述の電気エネルギ蓄積装置で、別のエネルギ源としては内燃機関のようなものを用いる電気牽引車両である。２以上のエネルギ源を有することにより、設計における幾らかの最適化は、より効率的なパワー生成を可能にし、従って、人は、牽引のためのより効率的システムを開発するため異なる源からのパワーを用いることができる。電気牽引車両１０を用いて、一般的に電気自動車を、及び／又はとりわけハイブリッド電気自動車を実現することができる。電気牽引車両１０は、消防車、軍用車両、除雪車、廃棄物処理車両、コンクリート・ミキサ車のような多数の異なる車両タイプを実現することができる。
【００１６】
図示の実施形態において、電気牽引車両１０は、エンジン１２、発電機１４、複数の電気モータ１６、電力変換器１８、エネルギ蓄積装置２０、エネルギ散逸装置２２、車両制御器２４及び複数のモータ駆動制御器２６を含む。発電機１４、電力変換器１８、エネルギ散逸装置２２及びモータ駆動制御器２６は、ＡＣ又はＤＣパワー・バスのようなパワー・バス２８により相互接続されている。例示的ＡＣパワー・バスを利用する例示的電気牽引車両は、米国特許Ｎｏ．６，７５７，５９７に記載されており、その米国特許の内容は、本明細書に援用されている。電気牽引車両１０は、一般的に、車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するよう構成されている。
【００１７】
エンジン１２は、機械的パワーを発電機１４に与えるよう構成されたディーゼル・エンジンのような内燃機関であることが好ましい。発電機１４は、エンジン１２に結合され、そしてＡＣ又はＤＣ電力をパワー・バス２８に与えるよう構成されている。一例示的実施形態に従って、発電機１４は、電気牽引車両１０のための４６０から４８０ボルト三相ＡＣ６０Ｈｚの電力を生成する同期発電機である。しかしながら、異なる大きさの発電機又はオルタネータがより高い又はより低い電力を発生する目的のために原動機に結合されることができることを意図されている。例えば、単相システムを利用することができ、又は７２０ボルトを発生するシステムを用いることができ、或いは、通常ヨーロッパの国々にある５０Ｈｚのような６０Ｈｚ以外の周波数で動作するシステムを用いることができる。
【００１８】
電気モータ１６は、適切な大きさの電気牽引モータであり、それは、ＡＣ又はＤＣの電気モータであり得る。一例示的実施形態に従って、電気モータは、ＡＣ三相誘導電気モータである。電気モータ１６は、単純なキャスト・モータ、マシン取り付けステータ、封止型ボール・ベアリング、及びブラシレス内部スイッチ又は摺動接触デバイスを有し、それによりロータは、各電気モータ１６の唯一の可動部分であることが好ましい。電気モータ１６は、機械的エネルギ出力を車輪又は車軸に与えるため、電力をパワー・バス２８からモータ駆動制御器２６を介して受け取るよう構成されている。電気モータ１６はまた、電力をパワー・バス２８上に発生するため、回生ブレーキング中に機械的エネルギを車輪又は車軸から受け取るよう構成されている。
【００１９】
電力変換器１８は、エネルギ蓄積装置２０に結合され、そして発電機１４により発生された電力、又は回生ブレーキング中に電気モータ１６により発生された電力をエネルギ蓄積装置２０により要求されるエネルギ・モードに変換するよう構成されている。例えば、一例示的実施形態に従って、電力変換器１８は、発電機１４により発生されたＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、そしてそのように変換された電力をエネルギ蓄積装置２０に転送するよう構成されている。電力変換器１８はまた、エネルギ蓄積装置２０に蓄積されたエネルギを発電機１４のエネルギ・モードへ戻すよう変換して、パワー・バス２８を介して発電機１４により発生された電力を増強又は補足し得る。エネルギ蓄積装置２０は、電気キャパシタ、電気化学キャパシタ、又は「ウルトラキャパシタ」、蓄電池、フライホイール、又は蓄圧器であり得る。
【００２０】
エネルギ散逸装置２２は、典型的には、電力がエネルギ蓄積装置２０の容量を超えた場合に電気モータ１６が回生ブレーキング中に発生した電力を熱として放散する抵抗要素である。エネルギ散逸装置２２の一例は、抵抗性コイルであり、当該抵抗性コイルは、更にファンや適切な流体により冷却され得る。エネルギ散逸装置２２の別の例は、水を加熱して蒸気を生成するため車両で発生された過剰の熱を利用する蒸気発生器である。
【００２１】
車両制御器２４は、データ・バス・ネットワーク３０のような相互接続を用いて、エンジン１２、発電機１４、電力変換器１８、エネルギ散逸装置２２及びモータ駆動制御器２６と通信できるよう結合される。車両制御器２４は、一般的に、エンジン１２、発電機１４、複数の電気モータ１６、電力変換器１８、エネルギ蓄積装置２０、エネルギ散逸装置２２及び複数のモータ駆動制御器２６の動作を制御するよう構成されている。より詳細には、車両制御器２４は、速度基準及びトルク基準を複数のモータ駆動制御器２６のそれぞれに与えるよう構成されている。車両制御器２４は、電気牽引車両１０の動作に必要とされる速度及びパワーについてのデータ入力を受け取る。各電気モータ１６のトルク出力は、車両制御器２４により確立された回転速度及びパワー要件に基づいて調整され、そしてデータ・バス・ネットワーク３０を介して各モータ駆動制御器２６に送られる。
【００２２】
モータ駆動制御器２６は、モータ駆動制御器２６と通信し、そして各電気モータ１６に結合される。一例示的実施形態に従って、モータ駆動制御器は、内蔵のモータ制御機能を有するＡＣ／ＡＣインバータである。各モータ駆動制御器２６は、一般的に、各電気モータ１６のそれぞれの動作を制御するよう構成されている。例えば、モータ駆動制御器２６は、車両制御器２４により与えられるトルク基準に基づいてトルク出力信号を電気モータ１６に与え、それにより電気牽引車両１０が「モータリング・モード」又は「回生モード」のいずれかで動作するよう構成されている。「モータリング・モード」では、モータ駆動制御器２６は、正のトルク出力信号を各電気モータ１６に与え、それにより各電気モータ１６は、機械的トルク出力を車輪又は車軸に与えるため電力をパワー・バス２８からモータ駆動制御器を介して受け取る。回生モードでは、モータ駆動制御器２６は、負のトルク出力信号を各電気モータ１６に与え、それにより各電気モータ１６は、電力をパワー・バス２８上に発生するため機械的エネルギを車輪又は車軸から回生ブレーキング中に受け取る又は受け取ることになる。
【００２３】
モータ駆動制御器２６はまた、電気牽引車両１０における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減する又は除去するため各電気モータ１６のトルク出力を制御するよう構成されている。モータ駆動制御器２６は、各電気モータ１６のトルク出力を、車両制御器２４により与えられるトルク基準及び速度基準に基づいて制御し、それにより車両制御器は、車輪スリップ及び車輪ロッキングを制御するためトルク基準を調整することを要求されない。
【００２４】
図２は、一例示的実施形態に従って、図１に示される車両制御器２４及びモータ駆動制御器２６を概略的に示す。図示の実施形態において、車両制御器２４は、トルク基準機能部４０及び速度基準機能部４２を含む。トルク基準機能部４０は、アクセラレータ位置信号４８のような運転者入力を受け取り、そしてトルク基準値を決定するよう構成されている。トルク基準機能部４０は、パワー制限機能及び／又はトルク・ランプ機能、並びにトルク基準値についての動作制約を定義する他の機能を含む。トルク基準機能部４０は、アクセラレータ位置及び様々な他の入力を処理し、そしてトルク基準値を含むトルク基準信号５０を出力する。
【００２５】
一例示的実施形態に従って、トルク基準機能部４０は、電気牽引車両１０がモータリング・モードで動作している（例えば、車両制御器２４が加速入力を受け取る）場合、正のトルク基準値を発生し、そして電気牽引車両１０が回生モードで動作している（例えば、車両制御器２４が減速又はブレーキング入力を受け取る）場合、負のトルク基準値を発生する。負及び正の値を用いる以外の多数の異なる規則のいずれかを用いて、トルク基準値の大きさ及び方向を指示することができることを理解すべきである。
【００２６】
速度基準機能部４２は、電気牽引車両１０の速度を表す車両速度信号５２を受け取り、そして電気牽引車両１０がモータリング・モード又は回生モードのいずれで動作しているかに依存する車両速度信号に基づいて速度基準値を決定するよう構成されている。一例示的実施形態に従って、電気牽引車両１０がモータリング・モードで動作している場合、速度基準機能部４２は、車両速度信号５２より大きい「超過速度」基準値を決定するよう構成されており、そして電気牽引車両１０が回生モードで動作している場合、速度基準機能部４２は、車両速度信号５２より小さい「不足速度」基準値を決定するよう構成されている。速度基準機能部４２は、車両速度信号５２を処理し、そして超過速度基準又は不足速度基準値のいずれかを含む速度基準信号５４を出力する。
【００２７】
モータ駆動制御器２６は、速度調整器４４及びトルク出力制御機能部４６を含み、そしてトルク基準信号５０、速度基準信号５４及び車輪速度フィードバック信号５８を用いてトルク出力信号５６を決定するよう構成されている。速度調整器４４は、速度基準信号５４及び車輪速度フィードバック信号５８を受け取り、そして第２のトルク基準値を含む第２のトルク基準信号６０を出力するよう構成されている。トルク出力制御機能部４６は、トルク基準信号５０及び第２のトルク基準信号６０を受け取り、そしてこれらの信号の１つをトルク出力信号５６として選択するよう構成されている。
【００２８】
一例示的実施形態に従って、トルク出力制御機能部４６は、トルク基準信号５０又は第２のトルク基準信号６０のいずれかを、電気牽引車両１０がモータリング・モードで動作している場合どちらの信号がより低いトルク基準値を含むかに応じて選択し、そしてトルク基準信号５０又は第２のトルク基準信号６０のいずれかを、電気牽引車両１０が回生モードで動作している場合どちらの信号がより大きいトルク基準値を含むかに応じて選択する。この実施形態においては、トルク基準値は、あり得る最低の負の値からあり得る最高の正の値までの順序で増大していると考えられ、それにより、トルク出力制御機能部４６によるより大きい大きさを指示する負のトルク値はより小さい大きさを指示する負のトルク値より小さいとみなされる。しかしながら、他の規則を用いて、トルク値の大きさ及び方向を指示し得て、そしてトルク出力制御機能部４６による高い方のトルク基準値又は低い方のトルク基準値のいずれかを選択することは、それに対応して、最小値、最大値、最小絶対値、又は最大絶対値等を選択するよう調整され得る。
【００２９】
速度調整器４４は、速度基準信号５４に含まれる速度基準値が車両駆動制御器により制御される電気モータに結合された車輪の速度に対して制限を与えるように第２のトルク基準値を決定する。電気牽引車両がモータリング・モードで動作している場合、速度基準信号５４に含まれる超過速度基準値は、車両駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度に対して上限を与える。速度調整器４４は、車輪速度フィードバック信号５８が車両駆動制御器２６により制御される電気モータに結合された車輪の速度が超過速度基準値に等しいか又はそれより小さい（例えば、車両速度が２０ｍｐｈで、超過速度基準値が２３ｍｐｈである）ことを指示する限り、速度調整器がトルク基準信号５０におけるトルク基準値に等しいか又はそれより大きい第２のトルク基準値を含む第２のトルク基準信号６０を出力するように構成されている。トルク出力制御機能部４６は、トルク基準信号５０が第２のトルク基準信号６０より低いか又はそれに等しいトルク基準値を含むので、トルク基準信号５０をトルク出力信号５６として選択する。車輪速度フィードバック信号５８が車両駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度が超過速度基準を超え始めたことを指示する（例えば、車両速度が２４ｍｐｈで、そして超過速度基準値が潜在的な車輪滑りを指示する２３ｍｐｈである）場合、速度調整器は、トルク基準信号５０のトルク基準値より小さい第２のトルク基準値を含む第２のトルク基準信号６０を出力する。トルク出力制御機能部４６は、第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より低いトルク基準値を含むので、第２のトルク基準信号６０をトルク出力信号５６として選択し、そして車両駆動制御器により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度を超過速度基準値に制限する。この形態を用いて、車両駆動制御器２６は、車輪スリップが生じるまでトルク基準値を車両制御器２４から用いる。車輪スリップが生じたとき、車両駆動制御器は、車両制御器２４からのトルク基準値を変更することをしないで、スリップしている車輪の速度を超過速度基準値に制限する。
【００３０】
電気牽引車両が回生モードで動作している場合、速度基準信号５４に含まれる不足速度基準値は、車両駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度に対して下限を与える。速度調整器４４は、車輪速度フィードバック信号５８が車両駆動制御器２６により制御される電気モータに結合された車輪の速度が不足速度基準値おり大きいか又はそれに等しい（例えば、車輪の速度が２３ｍｐｈで、不足速度基準値が２０ｍｐｈである）ことを指示する限り、速度調整器４４がトルク基準信号５０のトルク基準値に等しいか又はそれより小さい第２のトルク基準値を含む第２のトルク基準信号６０を出力するように構成されている。トルク出力制御機能部４６は、トルク基準信号５０が第２のトルク基準信号６０より大きいか又は等しいトルク基準値を含むので、トルク基準信号５０をトルク出力信号５６として選択する。車輪速度フィードバック信号５８が車両駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度が不足速度基準値より下に落ち始めた（例えば、車輪の速度が１９ｍｐｈで、不足速度基準値が潜在的な車輪ロッキングを指示する２０ｍｐｈである）ことを指示する場合、速度調整器は、トルク基準信号５０のトルク基準値より大きい第２のトルク基準値を含む第２のトルク基準信号６０を出力する。トルク出力制御機能部４６は、第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より大きいトルク基準値を含むので第２のトルク基準信号６０をトルク出力信号５６として出力し、そして車両駆動制御器により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度を不足速度基準値に制限する。この形態を用いて、車両駆動制御器２６は、車輪ロッキングが生じるまでトルク基準値を車両制御器２４から用いる。車輪ロッキングが生じたとき、車両駆動制御器は、車両制御器２４からのトルク基準値を変更することをしないで、ロッキングを生じている車輪の速度を不足速度基準値に制限する。
【００３１】
図３は、一例示的実施形態に従って電気牽引車両における車輪スリップ又は車輪ロッキングを低減する方法１００を示すフロー・チャートである。方法１００は、例えば、図１に示される電気牽引車両１０、及び図２に示される車両制御器２４及びモータ駆動制御器２６を用いて実行される。方法１００は、ステップ１０２で始まる。ステップ１０２において、電気牽引車両１０がモータリング・モードで動作している場合、方法１００は、ステップ１０４に続き、一方電気牽引車両１０が回生モードで動作している場合、方法１００は、ステップ１１６に続く。ステップ１０４において、トルク基準信号５０、及び超過速度基準値を含む速度基準信号５４が、車輪速度フィードバック信号５８と共にモータ駆動制御器２６により受け取られる。ステップ１０６において、モータ駆動制御器２６は、速度基準信号５４及び車輪速度フィードバック信号５８を用いて第２のトルク基準信号６０を決定する。ステップ１０８において、第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より大きいか又はそれに等しいトルク基準値を含む場合、車両制御器２４からのトルク基準信号５０が、ステップ１１０においてトルク出力信号５６として用いられる。第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より小さいトルク基準信号値を含む場合、第２のトルク基準信号６０が、ステップ１１２においてトルク出力信号として用いられ、それにより速度基準信号５４に含まれる速度基準値が、モータ駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度に上限を与える。ステップ１１４において、トルク出力信号５６は、モータ駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に送られる。
【００３２】
ステップ１１６において、トルク基準信号５０、及び不足速度基準値を含む速度基準信号５４が、車輪速度フィードバック信号５８と共にモータ駆動制御器２６により受け取られる。ステップ１１８において、モータ駆動制御器２６は、速度基準信号５４及び車輪速度フィードバック信号５８を用いて第２のトルク基準信号６０を決定する。ステップ１２０において、第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より小さいか又はそれに等しいトルク基準値を含む場合、車両制御器２４からのトルク基準信号５０は、ステップ１２２においてトルク出力信号５６として用いられる。第２のトルク基準信号６０がトルク基準信号５０より大きいトルク基準信号値を含む場合、第２のトルク基準信号６０が、ステップ１２４においてトルク出力信号として用いられ、それにより速度基準信号５４に含まれる不足速度基準値は、モータ駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に結合された車輪の速度に下限を与える。ステップ１２６において、トルク出力信号５６は、モータ駆動制御器２６により制御される電気モータ１６に送られる。
【００３３】
実施形態の前述の記載は、例証及び説明の目的のため提示されたものである。それは、網羅的であることを意図してなく、また開示された正確な形式に限定することを意図してなく、変更及び変形が、上記の教示に照らして可能であり、また本発明の実施から得られることができるものである。例えば、異なる制御機能が、追加のトルク基準信号、トルク基準信号に関する異なる方向又は極性規則、トルク基準信号に関する異なる最小、最大、又は最大絶対値及び最小絶対値規則等に基づいてトルク出力信号を選択するため用いられ得る。本実施形態は、本発明の原理と、当業者が本発明を様々な実施形態で及び意図される特定の使用に適合されるような様々な変更でもって利用することを可能にするためのその実際的適用とを説明するため、選定されて記載された。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物により定義されるべきであることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、一例示的実施形態に従った電気牽引車両の概略図である。
【図２】図２は、一例示的実施形態に従った図１の車両制御器及びモータ駆動制御器を示す概略図である。
【図３】図３は、一例示的実施形態に従った電気牽引車両における車輪スリップ及び車輪ロッキングを低減するプロセスを示すフロー・チャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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