(57)【要約】【課題】従来、車輪の空転（滑走）検知を交流電動機の加速度に基づいて行い、空転（滑走）検知レベルを、車両の最大加速度の１．５〜３．０倍に設定している。このため、空転（滑走）検知レベル未満の加速度領域で空転が発生した場合、それを検知することができないという課題がある。【解決手段】車輪を駆動する電動機などの加速度により車輪の空転または滑走状態を検出する鉄道車両の駆動制御装置において、ある一定期間前のトルク指令値と加速度、および現在のトルク指令値から、空転または滑走状態を検出するための加速度閾値レベルを決定する。【選択図】図１
2008148445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動する電動機などの加速度により車輪の空転または滑走状態を検出する鉄道車両の駆動制御装置において，
ある一定期間前のトルク指令値と加速度、および現在のトルク指令値から，空転または滑走状態を検出するための加速度閾値レベルを決定する手段を備えたことを特徴とする鉄道車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動制御装置に関し、特に車輪の空転および滑走の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に、鉄道車両の駆動装置の従来例を示す。これは１台のインバータで複数台（Ｎ台）の交流電動機を駆動するもので、多くの電気車に採用されている方式である。図２の例は、１台のインバータで４台の交流電動機を駆動するもので、特許文献１に記載されている。
図２において、１は駆動制御装置、１００はインバータ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄは交流電動機、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄは速度検出器である。インバータ１００は、駆動制御装置１から出力される出力電圧指令Vout*に基づいて動作し、４台の交流電動機２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを駆動する。交流電動機２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄの回転速度は、それぞれ速度検出器２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄにより検出され、それぞれ検出された速度v1、v2、v3、v4は駆動制御装置１に入力される。
そして、駆動制御装置１は、加速・ブレーキ指令、トルク指令τ*、磁束指令φ*、速度検出値v1、v2、v3、v4、および図示していない電流検出器により検出したインバータ出力電流などに基づき、出力電圧指令Vout*を決定し、４台の交流電動機の加減速制御、すなわち鉄道車両の加減速制御を行っている。
【０００３】
駆動制御装置１は、ベクトル制御部１０、加速度演算部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、加速度選択器２１、空転滑走制御部３０で構成される。
ベクトル制御部１０は、空転滑走制御部３０から出力されるトルク指令τ1*、磁束指令φ*、速度検出値v1、v2、v3、v4、および図示していない電流検出器により検出したインバータ出力電流などに基づき、出力電圧指令Vout*を決定し、インバータ１を駆動する。
鉄道車両の加減速時における車輪の空転および滑走は、交流電動機の加速度に基づき検知を行っている。交流電動機２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄの加速度α1、α2、α3、α4は、加速度演算部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより算出される。加速度の算出は、各交流電動機の速度検出値v1、v2、v3、v4の現在値と一定時間前の速度検出値との差に基づいて行っている。そして、加速度選択器２１は、力行・ブレーキ指令が「1」（力行指令）のとき、交流電動機の加速度α1、α2、α3、α4の中で一番大きい加速度を選択し、それを判定用加速度αsとして空転滑走制御部３０に出力する。また、力行・ブレーキ指令が「-1」（ブレーキ指令）のとき、交流電動機の加速度α1、α2、α3、α4の中で一番小さい加速度を選択し判定用加速度αsとして出力する。
【０００４】
空転滑走制御部３０は、空転検知部３１、滑走検知部３２、トルク指令処理部３３で構成される。
空転検知部３１は、力行・ブレーキ指令が「１」（力行指令）のとき、空転判定処理を行い、空転を検知した場合、トルク指令処理部３３に対し、空転検知信号fslip1を「1」として出力する。一方、空転の発生がない場合、空転検知信号fslip1を「0」として出力する。空転の判定は、判定用加速度αsと空転検知レベルαslip1を比較することにより行い、判定用加速度αsが空転検知レベルαslip1より大きい場合、空転と判定する。また、力行・ブレーキ指令が「0」（惰行時などのように力行・ブレーキ指令なし）または「-1」（ブレーキ指令）のとき、空転検知部３１は空転判定処理を行わず、空転検知信号fslip1を「0」として出力する。
【０００５】
滑走検知部３２は、力行・ブレーキ指令が「-1」（ブレーキ指令）のとき、滑走判定処理行い、滑走を検知した場合、トルク指令処理部３３に対し、滑走検知信号fslip2を「1」として出力する。一方、滑走の発生がない場合、滑走検知信号fslip2を「0」として出力する。滑走の判定は、判定用加速度αsと滑走検知レベル空転検知レベルαslip2を比較することで行い、判定用加速度αsが滑走検知レベルαslip2より小さい場合、滑走と判定する（ブレーキ時は減速しているため、判定用加速度αs2、滑走検知レベルαslip2はマイナスの値）。また、力行・ブレーキ指令が「0」または「1」のとき、滑走判定処理を行わず、滑走検知信号fslip2を「0」として出力する。
トルク指令処理部３３は、空転検知信号fslip1、滑走検知信号fslip2がともに「0」のとき、上位コントローラからのトルク指令τ*をそのままトルク指令τ1*として、ベクトル制御部１０に出力する。空転検知信号fslip1、滑走検知信号fslip2のどちらか一つでも「1」のとき、トルク指令τ*に絞り込み処理用データ（1.0から徐々に小さくなるデータ）を乗算し、その結果をトルク指令τ1*として出力する。
【０００６】
上述のように、交流電動機の加速度により空転および滑走の検知を行い、これらの発生時にトルクを絞り込むことで空転、滑走を抑制している。 
【特許文献１】特開平４−６９００３公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来は車輪の空転（滑走）検知を交流電動機の加速度に基づいて行っている。空転（滑走）検知レベルは、車両の最大加速度の１．５〜３．０倍に設定されるのが一般的である。このため、空転（滑走）検知レベル未満の加速度領域で空転が発生した場合、それを検知することができず、車両の加速を低下させるだけでなく、最悪な場合、車輪や軌道を損傷させる恐れがある。
また、交流電動機の制御方式として速度センサレス制御方式があり、この方式では交流電動機の速度を直接検出せず、インバータ電圧、電流などから速度を推定して制御を行っている。この速度センサレス制御方式により、複数台（Ｎ台）の交流電動機を運転した場合、推定する速度は、Ｎ台の交流電動機の平均速度となる。このため、１つの車輪に空転（滑走）が発生したとき、その車輪の加速度の変化はＮ台で平均化されるため、空転（滑走）を検知することが難しい。このように速度センサレス制御方式において、一部の車輪に空転（滑走）が発生し、それを検知できない場合、時間の経過と共に、各車輪間で速度差が大きくなり、最悪の場合、制御不能状態に至る恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上記問題点を解決する鉄道車両の駆動制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、車輪を駆動する電動機などの加速度により車輪の空転または滑走状態を検出する鉄道車両の駆動制御装置において、ある一定期間前のトルク指令値と加速度、および現在のトルク指令値から、空転または滑走状態を検出するための加速度閾値レベルを決定する手段を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、鉄道車両の駆動制御装置において、車輪の空転（滑走）検知レベルを一定期間前のトルク指令と加速度、および現在のトルク指令から現在の加速度を予測し、その予測値に基づき空転（滑走）検知レベルを決定している。この結果、車両の運転状態、軌道状態に応じた空転（滑走）検知レベルを設定でき、空転（滑走）の検知性能を向上させることができる。また、速度センサレス制御方式による運転において、一つの車輪のみに発生する空転（滑走）についても検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の要点は、鉄道車両の駆動制御装置において、車輪の空転（滑走）検知レベルを一定期間前のトルク指令と加速度、および現在のトルク指令から現在の加速度を予測し、その予測値に基づき空転（滑走）検知レベルを決定している点である。
【実施例１】
【００１２】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。これは図２の従来の空転滑走御部３０に代わる空転滑走制御部であり、図２の空転滑走御部３０内と同一部品には同一符号を付して、その説明を省略する。また空転滑走制御部以外の鉄道車両駆動装置の構成は、図２の従来例と同じである。
図１の空転滑走制御部４０は、遅延処理部４１ａ、４１ｂ、空転検知レベル演算部４２、滑走検知レベル演算器４３、空転検知部３１、滑走検知部３２、トルク指令処理部３３で構成される。
遅延処理部４１ａ、４１ｂは、それぞれ現在の判定用加速度αs、現在のトルク指令τ1*を一定時間遅延させて、空転検知レベル演算部４２と滑走検知レベル演算部４３に出力する。遅延処理部４１ａと遅延処理部４１ｂは、同じタイミングで動作する。
【００１３】
空転検知レベル演算部４２は、下記（１）式に基づき、一定期間前のトルク指令と加速度、および現在のトルク指令などから空転検知レベルαslip1を演算し、空転検知部３１に出力する。
2008148445.tif 000003
・・・・・・・・・（１）
【００１４】
ここで、空転検知ゲインは、空転検出の判定基準となる加速度（空転検知レベル）を決めるゲインであり、通常のあるべき加速度の１．５から３．０倍程度に決める。
即ち、（１）式では、車両の加速度は、トルク、車両の慣性および軌道の状況（線路と車輪の摩擦）で決まることに着目し、空転検知レベルを空転していないときの加速度を基準にトルク指令で比例換算して決めている。
また、滑走検知レベル演算部４３は、下記（２）式に基づき、一定期間前のトルク指令と加速度、および現在のトルク指令などから滑走検知レベルαslip2を演算し、滑走検知部３２に出力する。
2008148445.tif 000004
・・・・・・・・・（２）
【００１５】
（１）式は空転即ち車両の力行時（加速時）の検知レベルを求めているのに対し、（２）式は滑走即ち車両のブレーキ時（減速時）の検知レベルを求めている。従って加速度がマイナスになっている点が違うだけで、考え方は（１）式と同様である。
上述のように、車輪の空転検知レベルおよび滑走検知レベルを一定期間前のトルク指令と加速度、および現在のトルク指令に基づき決定することにより、車両の運転状態に応じた空転（滑走）検知レベルを設定でき、空転（滑走）の検知性能を向上させることができる。
尚、上記実施例には複数台の交流電動機それぞれに速度検出器を備えた場合の例を示したが、速度センサレス制御方式による運転において、一つの車輪のみに発生する空転（滑走）についても検知することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、鉄道車両用の駆動制御装置についての提案であるが、電気自動車などへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の空転・滑走制御部の実施例を示す制御ブロック図
【図２】従来の鉄道車両の駆動装置を示す回路ブロック図
【符号の説明】
【００１８】
１・・・駆動制御装置          １０・・・ベクトル制御部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・加速度演算部
２１・・・加速度選択器          ３０、４０・・・空転滑走制御部
３１・・・空転検知部          ３２・・・滑走検知部
３３・・・トルク指令処理部          ４１ａ、４１ｂ・・・遅延処理部
４２・・・空転検知レベル演算部          ４３・・・滑走検知レベル演算部
１００・・・インバータ
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ・・・交流電動機
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ・・・速度検出器
【図１】
2008148445.tif 000005
【図２】
2008148445.tif 000006