(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流架線電圧から給電される電力変換器により交流電動機を駆動すると共に、運転台からのブレーキ指令に応じて前記電力変換器を制御し前記交流電動機による電気ブレーキを作用させ、不足分を機械ブレーキで補足する電気車のブレーキ制御装置において、
前記ブレーキ指令に応じて電気ブレーキ力指令を演算すると共に、機械ブレーキ指令を生成するブレーキ装置と、
このブレーキ装置からの電気ブレーキ力指令と前記ブレーキ指令とに基づき、電気ブレーキ力を演算し、前記電力変換器を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記電気ブレーキ力を演算し、前記電力変換器を制御する制御演算部と、
前記ブレーキ指令と前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧センサの出力とに基づき、ブレーキ起動時に前記電気ブレーキ力を補完する仮想ブレーキ力を演算する仮想ブレーキ力演算部と、
前記制御演算部の演算出力と前記仮想ブレーキ力演算部の演算出力とを加算する加算器を含み、
前記加算器の出力により前記ブレーキ装置からの機械ブレーキ指令を変化させるようにしたことを特徴とする電気車のブレーキ制御装置。
【請求項２】
前記電圧センサは、前記電力変換器の直流側に設けられたフィルタ回路のフィルタコンデンサ電圧を検出することを特徴とする請求項１記載の電気車のブレーキ制御装置。
【請求項３】
直流架線電圧から給電される電力変換器により交流電動機を駆動すると共に、運転台からのブレーキ指令に応じて前記電力変換器を制御し前記交流電動機による回生ブレーキを作用させ、不足分を機械ブレーキで補足する電気車のブレーキ制御方法において、
ブレーキ起動時に前記ブレーキ指令と前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧センサの出力とに基づき、前記回生ブレーキ力を補完する仮想ブレーキ力を演算し、
この仮想ブレーキ力の変化に伴って上記機械ブレーキ指令を変化させると共に、
前記電圧センサの出力の変化率が所定の設定値以上になった場合、前記仮想ブレーキ力をゼロとするようにした
ことを特徴とする電気車のブレーキ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機による電気ブレーキと、空気ブレーキなど機械ブレーキとを併用して用いる電気車のブレーキ制御装置及びブレーキ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機による電気ブレーキと、空気ブレーキなど機械ブレーキとを併用して用いる電気車では、ブレーキ時において、電気ブレーキを優先し、車両全体のブレーキ力に対して電気ブレーキ力で不足したブレーキ力を機械ブレーキにて補足するブレーキシステムが一般的に用いられている。ところが、電動機による電気ブレーキと、空気ブレーキなど機械ブレーキではそれぞれブレーキ指令に対しての応答速度が異なるため、特にブレーキ起動時において、乗り心地を損なわないようにするために、仮想的に電気ブレーキ力を出力し、機械ブレーキの動作を抑制し、過大なブレーキ力にならないようにして、スムーズにブレーキ起動するようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５３４０７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の電気車のブレーキ制御装置では、ブレーキ起動時に出力している仮想ブレーキ力は、実際の電気ブレーキ力、つまり回生ブレーキ力に応じて出力されていないため、回生負荷がない場合において、ブレーキ起動から、実際のブレーキがかかり始めるまで無駄時間が発生し、電気車にて運転士がブレーキ操作をしているにも関わらず、車両としてブレーキがかからない空走時間が発生する問題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ブレーキ起動時において、回生負荷が少ない場合には、仮想ブレーキ力の大きさを変化させるようにし、回生負荷が少ない状況でも、運転台からのブレーキ力指令に対して応答遅れの少ない電気車のブレーキ制御装置及びブレーキ制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、直流架線電圧から給電される電力変換器により交流電動機を駆動すると共に、運転台からのブレーキ指令に応じて前記電力変換器を制御し前記交流電動機による電気ブレーキを作用させ、不足分を機械ブレーキで補足する電気車のブレーキ制御装置において、前記ブレーキ指令に応じて電気ブレーキ力指令を演算すると共に、機械ブレーキ指令を生成するブレーキ装置と、このブレーキ装置からの電気ブレーキ力指令と前記ブレーキ指令とに基づき、電気ブレーキ力を演算し、前記電力変換器を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記電気ブレーキ力を演算し、前記電力変換器を制御する制御演算部と、前記ブレーキ指令と前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧センサの出力とに基づき、ブレーキ起動時に前記電気ブレーキ力を補完する仮想ブレーキ力を演算する仮想ブレーキ力演算部と、前記制御演算部の演算出力と前記仮想ブレーキ力演算部の演算出力とを加算する加算器を含み、前記加算器の出力により前記ブレーキ装置からの機械ブレーキ指令を変化させるようにしたものである。
【０００７】
また、この発明は、直流架線電圧から給電される電力変換器により交流電動機を駆動すると共に、運転台からのブレーキ指令に応じて前記電力変換器を制御し前記交流電動機による回生ブレーキを作用させ、不足分を機械ブレーキで補足する電気車のブレーキ制御方法において、ブレーキ起動時に前記ブレーキ指令と前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧センサの出力とに基づき、前記回生ブレーキ力を補完する仮想ブレーキ力を演算し、
この仮想ブレーキ力の変化に伴って上記機械ブレーキ指令を変化させると共に、前記電圧センサの出力の変化率が所定の設定値以上になった場合、前記仮想ブレーキ力をゼロとするようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、電気ブレーキと、機械ブレーキとを併用して用いる電気車に対し、ブレーキ起動時において、回生負荷が少ない状況でも、運転台からのブレーキ力指令に対して応答遅れが少ないブレーキ制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電気車のブレーキ制御装置と交流電動機との関係を示す構成図である。図１において、架線１から集電器２およびフィルタ回路３を介して、直流電圧が電力変換器であるインバータ５に入力される。フィルタ回路３において、３ａはリアクトル、３ｂはフィルタコンデンサを示しており、７はアース電位を示している。
インバータ５とフィルタ回路３の間には、電圧センサ４が設置されており、電圧センサ４はインバータの直流側の電圧、即ちフィルタコンデンサ電圧を検出し、制御回路８に出力する。インバータ５は制御回路８からの信号に従い、直流電力から交流電力、または交流電力から直流電力に変換し、交流電圧を誘導電動機等の交流電動機６に供給する。
ここで、インバータ５は、半導体素子などで構成され、例えばPWM（Pulse Width  Modulation）制御方式により制御される電力変換器を用いればよい。これらの電力変換器はPWM制御によりパルス電圧を出力し、直流電圧を所望の電圧振幅と周波数を持った交流電圧に変換する。
制御回路８では、制御論理部８ａにおいて、運転台などからのブレーキ指令BCと、ブレーキ装置９からの電気ブレーキ力指令BLに応じてインバータ５をPWM制御するように、インバータ５を構成する半導体素子に対してスイッチング信号を出力する。
また、制御論理部８ａでは、例えば電動機電流（図示せず）などから、交流電動機６の実際の発生トルクに相当するブレーキ力を演算、もしくはブレーキトルクセンサ（図示せず）などから電動機のブレーキ力を検出し、第１のブレーキ力BT0を加算器８ｃに出力する。
また、制御回路８内の仮想ブレーキ力演算部８ｂでは、ブレーキ指令BCと、電圧センサ４から入力されたフィルタコンデンサ電圧から、電気ブレーキ力を補完する仮想ブレーキ力を発生するためのブレーキ力ダミー信号BTDを生成し、加算器８ｃに出力する。加算器８ｃは、第１のブレーキ力BT0と、ブレーキ力ダミー信号BTDを加算し、第２のブレーキ力BTとしてブレーキ装置９に出力する。
ブレーキ装置９は、ブレーキ指令から、変換部９ａにて予め設定されたテーブル等により電気ブレーキ力指令BLを演算し、制御回路８と減算器９ｂに出力する。減算器９ｂは、電気ブレーキ力指令BLから、第２のブレーキ力BTを減算し、その結果を機械ブレーキ指令として出力する。
【００１０】
次に、図２〜図４を参照して図１の電気車のブレーキ制御装置の動作について説明する。
発明の効果をより明確にするために、まず最初にブレーキ時において、回生負荷があり、電気ブレーキが十分に機能する場合について図２を参照して説明する。
制御回路８では、制御論理部８ａにおいて、運転台からのブレーキ指令BC（図２ｂ）と、ブレーキ装置９からの電気ブレーキ力指令BL(図２ｃ)に応じて電気ブレーキが動作するようにインバータ５を制御する。さらに電動機の実際の発生トルクに相当するブレーキ力を第１のブレーキ力BT0(図２ｄ)として出力する。なお、制御回路８では、インバータを動作させるための準備動作などのため、ブレーキ指令BCを受けてから実際に電気ブレーキが動作するまでに遅れ時間が発生し（区間Ａ）、さらに乗り心地を損ねないように電気ブレーキをスムーズに立ち上げるためにジャークを持たせている（区間Ｂ）。
回生負荷が十分にある場合は、フィルタコンデンサ電圧（図２ａ）は上昇せず、電気ブレーキ力は指令どおりに立ち上がるため、電動機のブレーキ力BT0は、図２ｄに示すように立ち上がる。さらに、ブレーキ投入時における電気ブレーキと機械ブレーキのオーバーラップを避けるために、図２ｅに示すように、仮想ブレーキ力であるブレーキ力ダミー信号BTDを出力する。その結果、加算器８ｃにて、電動機のブレーキ力BT0とブレーキ力ダミー信号BTDを加算し、図２ｆに示すように、第２のブレーキ力BTをブレーキ装置に出力する。なお、ここではブレーキ力ダミー信号BTDをステップ的に与えているが、ランプ関数などを用いてもよい。
一方、ブレーキ装置９では、ブレーキ指令BCが投入された時、電気ブレーキの動作遅れの間は第２のブレーキ力BTはゼロのままであることから、電気ブレーキ力指令BLに対して第２のブレーキ力BTが不足していることを減算器９ｂにて演算し、その補足分を機械ブレーキ力指令として出力する。一般的に機械ブレーキとして、空気ブレーキが用いられ、その特性上応答遅れがあるので、実際のブレーキ力は図２ｇのように増加する。
ブレーキ起動時において、前記に示す動作の結果、車両のブレーキ力は図２ｈに示すように変化し、乗り心地を損なわず、スムーズなブレーキ起動が実現できる。
【００１１】
次に、ブレーキ時において、回生負荷がない場合について図３を参照して説明する。
回生負荷がない場合は、図３ａに示すように、電気ブレーキを立ち上げるとフィルタコンデンサ電圧が増加する。制御回路８では、フィルタコンデンサ電圧が増加し続けると、インバータ５を構成する半導体素子を破損する恐れがあるために、フィルタコンデンサ電圧が設定値以上になった場合に、電気ブレーキ力を制限する。その結果、図２と同様のブレーキ指令BCがある場合でも、図３ｄに示すように、電気ブレーキ力に相当する第一のブレーキ力BT0はフィルタコンデンサ電圧が設定値以上になった時点でゼロまで絞り込まれる。このような場合において、仮想ブレーキ力演算部８ｂにてブレーキ力ダミー信号BTDを図２と同様に出力すると、電気ブレーキ力が絞り込まれるため、図３ｈに示すように、Ｃ点で車両の減速度が低下する。そして、ブレーキ力ダミー信号BTDがゼロとなるＤ点で、電気ブレーキ力に相当する第１のブレーキ力BT0がゼロとなっているために、第２のブレーキ力BTもゼロとなるので、電気ブレーキ指令BLに対して第２のブレーキ力BTが不足していることとなり、その不足分を補足するために、Ｄ点より機械ブレーキが立ち上がる。先述したように、機械ブレーキは、その特性上応答遅れがあるので、図３ｇのように変化するため（区間Ｅ）、車両のブレーキ力、即ち減速度は図３ｈの実線に示すようになり、図３ｈの破線部に相当する部分が事実上のブレーキ抜けの状態になり、運転士がブレーキ扱いをしているにも関わらず、ブレーキがかからない状態になる問題がある。
【００１２】
そこで、回生負荷がない状態でも、図３に示したような問題を解決するために、電圧センサ４によりフィルタコンデンサ電圧を検出して、それに応じてブレーキ力ダミー信号BTDを演算するようにしている。その場合の動作を図４を参照して説明する。
回生負荷がない場合は、図３と同様に、電気ブレーキを立ち上げるとフィルタコンデンサ電圧が増加する。仮想ブレーキ力演算部８ｂでは図５に示すようにフィルタコンデンサ電圧EFCを監視し、ブレーキ指令BCが入力された後、例えばフィルタコンデンサ電圧を演算し、前記電圧の変化率が設定値を上回った場合は変化率演算器８ｂ１、比較器８ｂ２により回生負荷がないと判断（比較器出力ＣがＨ）し、ワンショット信号生成器８ｂ３を介してブレーキ力ダミー信号BTDを図４ｅに示すようにゼロとする。その結果、第２のブレーキ力BTは図４ｆに示すように変化するため、ブレーキ装置では、Ｆ点にて電気ブレーキ指令BLに対して第２のブレーキ力BTが不足していると判断し、その不足分を補足するために、Ｆ点より機械ブレーキを立ち上げる。
その結果、車両のブレーキ力、即ち減速度は図４ｈに示すようになり、図３で見られたような減速度が不足し、ブレーキ抜けの状態が解消され、車両としては運転士の扱いどおりの減速度が得られるようになる。
【００１３】
以上のようにこの実施の形態１によれば、ブレーキ起動時において、回生負荷が少ない場合には、仮想ブレーキ力の大きさを変化させるようにし、回生負荷が少ない状況でも、運転台からのブレーキ力指令に対して応答遅れの少ない電気車のブレーキ制御装置及びブレーキ制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１における電気車の制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１におけるブレーキ時の第１の動作を説明する各部波形図である。
【図３】図１におけるブレーキ時の第２の動作を説明する各部波形図である。
【図４】図１におけるブレーキ時の第３の動作を説明する各部波形図である。
【図５】図１における仮想ブレーキ力演算部の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  架線、２  集電器、３  フィルタ回路、３a フィルタリアクトル、３b フィルタコンデンサ、４  電圧センサ、５  インバータ、６  交流電動機、７  アース電位、８  制御回路、８ａ  制御論理部、８ｂ  仮想ブレーキ力演算部、８ｃ  加算器、９  ブレーキ装置、９ａ  変換部、９ｂ  減算器
【図１】
0004598064.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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