(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用で交流モータの推進力および制動力を制御し、かつ、停止まで電気ブレーキを使用し、停止中は機械ブレーキを使用する車両用インバータ制御装置であり、かつ、電気ブレーキのみで所定の制動力が得られる場合には、ブレーキ力指令の機械ブレーキ装置への伝達を阻止する機能を有する車両用インバータ制御装置において、車両速度もしくは車両速度に相当する交流モータの回転速度を検知する速度検知部を設け、該速度検出部の出力する速度信号を入力して車両速度が所定の速度以下になったことを検出する電気ブレーキの打ち切り速度検出部と、前記速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部とを設け、ブレーキ力指令に応じて予測される基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、該偏差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマが、前記電気ブレーキの打切り速度検出部の出力を受け、所定の時限を持って機械ブレーキ装置へのブレーキ力指令の伝達阻止状態を解除するものであることを特徴とする車両用インバータ制御装置。
【請求項２】
車両用で交流モータの推進力および制動力を制御し、かつ、停止まで電気ブレーキを使用し、停止中は機械ブレーキを使用する車両用インバータ制御装置であり、かつ、電気ブレーキのみで所定の制動力が得られる場合には、ブレーキ力指令の機械ブレーキ装置への伝達を阻止する機能を有する車両用インバータ制御装置において、車両速度もしくは車両速度に相当する交流モータの回転速度を検知する速度検知部を設け、該速度検出部の出力する速度信号を入力して車両速度が所定の速度以下になったことを検出する電気ブレーキの打切り速度検出部と、前記速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部とを設け、ブレーキ力指令に応じて予測される基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、該偏差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマが、前記電気ブレーキの打切り速度検出部の出力を受け、所定の時限を持って機械ブレーキ装置へのブレーキ力指令の伝達阻止状態を解除するものであり、さらに、減速度演算の単位時間後縁のブレーキ力指令のサンプル値と前記減速度演算の単位時間内に複数回サンプリングして得られる平均値との比率を演算するブレーキ力指令変化検知部を設け、該ブレーキ力指令変化検知部出力を補正量として、前記誤差演算部の出力である偏差に乗じる減速度補正部を設け、この補正した偏差量を前記時限装置の作動時間とするようにしたことを特徴とする車両用インバータ制御装置。
【請求項３】
交流モータがリニアモータで、かつ、回転機構の速度変換部を持たない速度センサを装備する磁気浮上車両に装備して、停止まで電気ブレーキを使い、停止中は機械ブレーキを使用する磁気浮上車両用インバータ制御装置であって、車両速度を検知する速度検知部を設け、該速度検出部の出力する速度信号を入力して車両速度が所定の速度以下になったことを検出する電気ブレーキの打ち切り速度検出部と、前記速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部とを設け、ブレーキ力指令に応じて予測される基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、該偏差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマは、前記電気ブレーキの打切り速度検出部の出力を受け、所定の時限を持って機械ブレーキ装置へのブレーキ力指令の伝達阻止状態を解除するものであり、さらに、減速度演算の単位時間後縁のブレーキ力指令のサンプル値と前記減速度演算の単位時間内に複数回サンプリングして得られる平均値との比率を演算するブレーキ力指令変化検知部を設け、該ブレーキ力指令変化検知部出力を補正量として、前記誤差演算部の出力である偏差に乗じる減速度補正部を設け、この補正した偏差量を前記時限装置の作動時間とするようにしたことを特徴とするリニアモータ駆動の車両用インバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両等、旅客および貨物を輸送する目的の車両に装備される推進および制動用の交流モータを制御する車両用インバータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鉄道車両では、従来から回生ブレーキや発電ブレーキと称するモータが制動力を負担する電気ブレーキ方式が用いられている。
しかし、電気ブレーキ方式は車両速度が１０ｋｍ／ｈ前後で打切り、停止までの極低速域は機械ブレーキ方式に切替えていた。
直流モータの制御方式では、極低速で確実な制動力を得ることが困難であったためであるが、交流モータをインバータ制御装置で駆動する方式になったこと、および、制動力を含む交流モータのトルク制御の精度向上、空転や滑走に対する制御特性の改良によって極低速まで電気的に確実な制動力を得ることが可能になった。
【０００３】
従来の電気ブレーキの打切り方法を図３に示す。
図６は車両が停止するまで一定のブレーキ力を与える状態を示す。
電気ブレーキと機械ブレーキの切替え区間では、所定の速度で電気ブレーキ力がゼロになるような低減パターンを設ける。一定ブレーキ力をすべて電気ブレーキで賄っていた状態から、電気ブレーキの低減分を補うように、機械ブレーキの立ち上げとブレーキ力の調整を行う。機械ブレーキ力の調整は、通常、機械ブレーキ制御装置が行う。
【０００４】
電気ブレーキの打切りは、図６に示す低減パターンに沿って電気ブレーキ力がゼロになる速度を見計らって制御を停止させていた。
車両の停止後は機械ブレーキ力を高めにして、停止中の安全を図るのが従来の方法である。
したがって、図７に示すように、従来の制御装置では、検知した車両速度を入力して電気ブレーキ打切り信号を出力する打切り速度ｆｂｏｆｆ検知部２１を設け、かつ、打切り速度めがけて電気ブレーキ力指令を低減する低減パターン発生部２２と電気ブレーキ力指令と前記パターンとの低位優先をとる低位優先選択部２３を有する構成であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では次に示すような課題があった。
車両の制動中に電気ブレーキから機械ブレーキにブレーキ方式を切替えるときの第１の問題点は乗り心地である。
前述の電気ブレーキ力指令の低減パターンは電気ブレーキと機械ブレーキの切替えを滑らかに切替えるための手段である。しかし制動中にブレーキ力指令を可変して、停止位置の調整や滑らかな乗り心地で停止させることがしばしば行われる。このとき、電気ブレーキ方式と機械ブレーキ方式の応答特性の差により乗り心地が損なわれることがあった。
【０００６】
ブレーキ方式を切替える第２の問題点は、機械ブレーキの摩耗による特性の変化と、保守作業の負担である。ブレーキシューの摩耗は作動指令が出てから制動力が作用するまでの時間を変化させる。これが電気ブレーキとの整合性を乱し、乗り心地を阻害する要因にもなる。乗り心地を維持するためには、頻繁にブレーキシューを交換することが必要になる。
【０００７】
また、停止まで電気ブレーキを作用させる方式では、速度の検知精度が問題になる。速度がほぼゼロの状態で機械ブレーキを作用させれば問題はないが、検知速度に誤差があって機械ブレーキを立ち上げたときに急停止するようなことがあると、著しく乗り心地が悪化する。
検知速度の誤差要因は、例えば、速度センサが回転速度を周波数と電圧振幅に変換する発電機タイプの場合は、回転速度が低いほど電圧振幅が低下し、この電圧が速度演算部の電圧検知感度以下になった時点で、速度があるにもかかわらずゼロ速度を検知する。これが最小検知速度の誤差である。
【０００８】
１回転当たりのパルス数を常に一定の波高値で出力できる速度センサにおいても、最小検知速度の値を下げるには、パルスのカウント時間を長くしなければならず、検知した値が車両の実速度より時間的に遅れる要因もある。これが遅れ誤差である。
【０００９】
最小検知速度から停止までの時間を予測して機械ブレーキを作用させる方法もあるが、例えば登り勾配区間など、平坦区間に比べて減速度が大きくなるような外的条件が加わると、機械ブレーキが作用する前に車両が後退し、かつ、速度が出た状態で急停止する状態もあり得る。保安上も後退は防止しなければならない。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決し、車両が停止するまで電気ブレーキを作用させ、車両が停止した後、機械ブレーキを作動させることで、電気ブレーキと機械ブレーキの切替えによる乗り心地の悪化やブレーキシューの摩耗を抑えることができる車両用インバータ制御装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
１）請求項１において、
車両用で交流モータの推進力および制動力を制御し、かつ、停止まで電気ブレーキを使用し、停止中は機械ブレーキを使用する車両用インバータ制御装置であって、
車両速度もしくは車両速度に相当する交流モータの回転速度を検知する速度検知部を設け、この速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部を設け、ブレーキ力指令に対応する予め予測した基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、誤差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマは、前記速度信号を入力とする電気ブレーキの打切りタイミングの電気ブレーキ信号から機械ブレーキの作動指令を出力するタイミングを遅らせるようにするもので、減速度が所定の値と異なる場合は、誤差の大きさに応じて電気ブレーキの打切りタイミングから機械ブレーキ装置に与える作動指令の遅れ時間を可変するようにしたことを特徴とする車両用インバータ制御装置である。
【００１１】
２）請求項２において、
車両用で交流モータの推進力および制動力を制御し、かつ、停止まで電気ブレーキを使用し、停止中は機械ブレーキを使用する車両用インバータ制御装置であって、
車両速度もしくは車両速度に相当する交流モータの回転速度を検知する速度検知部を設け、この速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部を設け、ブレーキ力指令に対応する予め予測した基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、誤差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマは、前記速度信号を入力とする電気ブレーキの打切りタイミングの電気ブレーキ信号から機械ブレーキの作動指令を出力するタイミングを遅らせるようにするもので、減速度を求める単位時間内に複数のブレーキ力指令のサンプリングとその平均値を求め、かつ、この平均値と最終のブレーキ力指令のサンプル値との比率を求めるブレーキ力指令変化検知部を設け、単位時間間隔の速度変化分から求めた減速度にこの比率を乗じる減速度補正部を設け、この補正した減速度を以って電気ブレーキの打切りタイミングから機械ブレーキ装置に与える作動指令の遅れ時間を可変するようにしたことを特徴とする車両用インバータ制御装置である。
【００１２】
３）請求項３において、
交流モータがリニアモータで、かつ、回転機構の速度変換部を持たない速度センサを装備する磁気浮上車両に装備して、停止まで電気ブレーキを使い、停止中は機械ブレーキを使用する磁気浮上車両用インバータ制御装置であって、
車両速度を検知する速度検知部を設け、この車両速度信号から単位時間当たりの速度変化分（減速度）を求める減速度検知部を設け、ブレーキ力指令に対応する予め予測した基準減速度と実際の減速度との偏差（誤差）を求める誤差演算部を設け、誤差の大きさに応じて作動時間を可変できる時限装置（タイマ）を設け、このタイマは電気ブレーキの打切りタイミングから機械ブレーキの作動指令を出力するタイミングを遅らせるようにするもので、減速度を求める単位時間内に複数のブレーキ力指令のサンプリングとその平均値を求め、かつ、この平均値と最終のブレーキ力指令のサンプル値との比率を求めるブレーキ力指令変化検知部を設け、単位時間間隔の速度変化分から求めた減速度にこの比率を乗じる減速度補正部を設け、この補正した減速度を以って電気ブレーキの打切りタイミングから機械ブレーキ装置に与える作動指令の遅れ時間を可変するようにしたことを特徴とする車両用インバータ制御装置である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
電気ブレーキを打切る際のインバータ制御装置の動作は、所定の方法で所定の時間内に電気ブレーキ力を低減した後、インバータ動作を停止する。電気ブレーキを低減中も車両は減速し、ちょうど車両速度がゼロになる時刻に機械ブレーキが作用するのが理想的である。この領域を設けることは、厳密にはブレーキ力を可変することになるが、従来よりジャーク制御と称して、滑らかに停止させるための手法である。
【００１４】
最小検知速度を考慮して、予め定めた電気ブレーキ打切り速度を車両速度が通過した時点で電気ブレーキを打切る動作に入ったとして、車両速度がゼロになるまでの時間は打切り直前の減速度に比例する。したがって打切り速度を検知した時刻からタイマで設定された時限で機械ブレーキを作動させる。
【００１５】
勾配条件が加わると、同一ブレーキ力指令に対しても減速度が変化するため、検知した減速度が平坦区間で想定する基準減速度より大きい場合は、前記タイマの動作時限を短く、また、想定した減速度より小さい場合は、前記タイマの動作時限を長くする。この時限は電気ブレーキ打切り速度から車両が停止するまでの予測時間に相当する。
【００１６】
勾配条件とは別に、車両を滑らかに、かつ、定位置に停止させようとすると、停止直前にブレーキ力指令を頻繁に変更することがある。速度信号から減速度を演算する場合、図４に示すように、減速度にも平均化の誤差が含まれる。この減速度に含まれる誤差を修正するために、減速度の演算用の単位時間より細密にブレーキ力指令の値をサンプリングし、この平均値とサンプリングの最終値との比を補正量として減速度に乗じる。補正した減速度を以って、前記タイマの動作時間を設定するが、時間の長短の作用方法は上記と同様とする。
以上のような本発明の車両用インバータ制御装置の具体例について以下に説明する。
【００１７】
図１は本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック図、図２は本発明の請求項２及び３記載の一実施例を示すブロック図である。
図１において、１は電気ブレーキ打切り速度の検知部、２は単位時間辺りの速度の変化分から車両の減速度を求める減速度検知部、３はブレーキ力指令に対する減速度の予測値と実際の減速度との誤差から、電気ブレーキ打切り開始から車両速度がゼロになるまでの時間の推定値を出力する誤差演算部、４は時限設定を可変できるタイマ、５は機械ブレーキの作動タイミングを操作するスイッチ、８は交流モータの速度を検知する速度検知部である。
【００１８】
速度が高い間は、電気ブレーキ打切り速度検知部１の出力である電気ブレーキ信号はオンである。車両速度が電気ブレーキ打切り速度を通過すると、電気ブレーキ信号がオフになる。タイマ４は電気ブレーキ信号のオフを受けて、誤差演算部３の出力で設定される時限後に、機械ブレーキ力指令をオンにする信号を出力する。
【００１９】
誤差演算部３は、ブレーキ力指令と減速度検知部２で演算した減速度を入力し、電気ブレーキの打切りタイミングから機械ブレーキの作動タイミングの遅延時間の設定値を出力する。
図３に入出力特性の一例を示す。
図３において、横軸はブレーキ力指令、実線は予め設定した基準減速度特性から設定される遅延時間である。基準減速度特性は乗車率等、車体質量の変化分は調整してあるものとする。勾配等の外的条件の変化に対応する実減速度は、破線または一点鎖線で示しているように基準減速度から偏位する。この偏位量が減速度の誤差分であり、時限の補正量に比例する。
縦軸を減速度偏位に取ると、遅延時間と偏位の大小関係が逆転するため、図３においては縦軸の矢印を互い違いにして表してある。
【００２０】
図４に減速度と補正すべき時限の作用状態を示す。登り勾配で減速度が大きいときは、基準時間Δｔより短い時間Δｔ−ａで機械ブレーキ力指令を出力する様子を示す。
【００２１】
目標位置に停止させる際に、運転操作で減速度を加減することは往々にしてある。電気ブレーキの打切り速度直前でブレーキ力指令が変更されると、図５に示すように、減速度を演算するための単位時間内で減速度が変化する。
ここでいう減速度演算のための単位時間は、発明が解決しようとする課題で触れたパルスのカウント時間の整数（≧１）倍の時間とする。
検知する減速度の精度を上げるには、図５に示す単位時間を大きくするが、これによりブレーキ力指令の変更の影響を受ける頻度が増す。
図５の場合は、ブレーキ力指令の変更前の理論的減速度Ａと変更後の理論的減速度Ｂとが単位時間内で混在し、演算の結果はＡでもＢでもない減速度Ｘ（減速度Ａ＞減速度Ｘ＞減速度Ｂ）となる。
減速度Ｘを得た時点で電気ブレーキの打切り動作に入ると、適正なタイミングで機械ブレーキをかけることができない。
【００２２】
図２の実施例は、減速度演算のための単位時間内の減速度変化に対応することを考慮したものであり、図１の実施例に対してブレーキ力指令変化検知部６と減速度補正部７を設けている。
減速度の演算のための単位時間が大きくなる要因には、速度検知のためのパルスのカウント時間が長いこともある。速度センサの速度対出力（パルス）周波数の変換比が小さかったり、速度センサ自体でディジタル量に変換した値を出力するものについては、その更新周期が長かったりする場合には、図２の実施例が有効である。
【００２３】
現在実用化されている速度センサはほとんど回転機構を持ち、この回転速度を出力周波数に変換するものである。しかし、リニアモータで推進・制動する磁気浮上式車両の速度センサは、軌道と車体との相対速度を回転数に変換する機構が無いため、前記、速度対出力周波数の変換比を大きくすることが容易でない。
すなわち、図２の実施例は磁気浮上式車両のインバータ制御装置においては極めて有効である。
【００２４】
ブレーキ力指令変化検知部６は、図５のブレーキ力指令の図中に黒丸で示すごとくに、単位時間内で細密に値をサンプリングする機能を持ち、単位時間の終了と同期してその平均値と最終サンプル値との比の値を出力する。
このとき、減速度は減速度Ｘが得られる。この減速度Ｘに前記ブレーキ力指令変化検知部６の出力である比の値を補正演算部７で乗じると、減速度Ｘは減速度Ｂに補正できる。減速度Ｂは電気ブレーキの打切り動作の開始直前の値であるため、図１でも説明したタイマ４は車両速度がほぼゼロになるタイミングで機械ブレーキ力指令を作用させることができる。減速度Ａ＜減速度Ｂの関係になっても、ブレーキ力指令変化検知部６の動作を変える必要が無いことは容易に推定できると考える。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車両の停止まで電気ブレーキを作用させても乗り心地を損なわれず、また、電気ブレーキ打切り直前のブレーキ力の変更に対しても乗り心地を損うことがなく、更に従来、運転士が行っていたブレーキ制御を自動運転にして、きめ細かくブレーキ力を動かすようなシステムにおいても同様の乗り心地改善効果が得られ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の請求項２及び３記載の一実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一部である誤差演算部の特性例である。
【図４】減速度の変化と機械ブレーキの作動タイミングの可変状態の説明図である。
【図５】減速度の変化と減速度の検知誤差の説明図である。
【図６】従来の電気ブレーキと機械ブレーキの用い方の例である。
【図７】従来のインバータ制御装置のブレーキ制御に関するブロック図である。
【符号の説明】
１      電気ブレーキ打切り速度の検知部
２      減速度検知部
３      誤差演算部
４      タイマ
５      スイッチ
６      ブレーキ力指令変化検知部
７      減速度補正部
８      速度検知部
２１      打切り速度ｆｂｏｆｆ検知部
２２      低減パターン生成部
２３      低位優先部
【図１】
0003915952.tif 000002
【図２】
0003915952.tif 000003
【図３】
0003915952.tif 000004
【図４】
0003915952.tif 000005
【図５】
0003915952.tif 000006
【図６】
0003915952.tif 000007
【図７】
0003915952.tif 000008