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【発明の名称】 電気車制御装置
【発明者】 【氏名】浅野 裕美子

【氏名】小尾 秀夫
【要約】 【課題】気象条件、路線条件による、機械的粘着低下時においても、過度な空転・滑走の発生を抑制し、駆動トルクの低下を抑えることができる電気車制御装置を得る。

【解決手段】各電動機Ｍ1・・・Ｍnのトルクを検出するトルク検出器８1・・・８nを備え、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnとトルク検出信号Ｔ01・・・Ｔ0nとから空転または滑走時のトルク実績値に相当するトルク抑制値Ｔｆを求め、トルク制御系７ａは、トルク指令パターンを、トルク抑制値Ｔｆを上限とする範囲で修正したパターンにより、電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行う。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電動機の駆動トルクを制御するトルク制御系、および上記電動機で駆動される車輪の空転または滑走を検知する空転・滑走検知手段を備え、上記トルク制御系は、上記空転・滑走検知信号が出力されていないときは運転指令からのトルク指令パターンにより、上記空転・滑走検知信号が出力されているときは再粘着させるための再粘着制御パターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御するようにした電気車制御装置において、上記電動機のトルク（またはトルク相当量で、ここではこれら概念を含めてトルクと称する）を検出するトルク検出手段を備え、上記空転・滑走検知信号と上記トルク検出値とから空転または滑走時のトルク実績値に相当するトルク抑制値を求め、上記トルク制御系は、上記トルク指令パターンを、上記トルク抑制値を基に修正したパターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】 トルク制御系は、トルク指令パターンを、トルク抑制値を上限とする範囲で修正したパターンにより、電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の電気車制御装置。
【請求項３】 零から最大値までの立上げ特性が、修正前のトルク指令パターンと修正後のパターンとで同一の時定数となるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
【請求項４】 修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンと同一の勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたことを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
【請求項５】 修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンの勾配より大きい勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたことを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
【請求項６】 トルク抑制値を記憶する手段を備え、新たに空転または滑走が発生する毎に、上記記憶したトルク抑制値を新たな値に書き換えるようにしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項７】 電気車の電源投入後からのトルク実績値の累積データを基に通算代表値を演算する手段を備え、上記トルク実績値の通算代表値をトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項８】 トルク抑制値と予め設定したトルク抑制限界値とを比較する手段を備え、上記トルク抑制値が上記トルク抑制限界値未満の時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項９】 所定の時間当たりの空転または滑走の発生回数をカウントする手段を備え、上記カウント値が所定の値を超えた時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１０】 空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１１】 空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１２】 空転・滑走検知信号の、立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値と立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値との中間値をトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１３】 空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着制御パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１４】 空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着後の復帰パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１５】 単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段およびトルク検出手段を上記複数の電動機毎に設けて上記電動機毎にトルク実績値を求め、いずれかの電動機で得られたトルク実績値のｎ倍を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１６】 単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時に上記トルク検出手段から得られたトルク実績値を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の電気車制御装置。
【請求項１７】 単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時にトルク指令値ＴｑＰと上記トルク検出手段からのトルク実績値ＴｑＯとを求め、ＴｑＰ−（ＴｑＰ−ＴｑＯ）×ｎ＝ＴｑＦを上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の空転・滑走の抑制制御を行う、電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＶＶＶＦ、即ち、可変電圧可変周波数インバータにより、駆動軸に接続された誘導電動機を回転、トルク制御する電気車の制御装置が実用化されている。その概要については、既知であるので、ここでは省略する。
【０００３】図１３は、例えば特公平５−５９６４２号公報に示された従来の電気車制御装置における、空転・滑走制御方法を示すブロック図であり、図において、Ｍ1・・・Ｍnは、同一の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ装置１にて制御される誘導電動機（以下、モータという）、ＦＭ1・・・ＦＭnは、各モータＭ1・・・Ｍnの電動機回転周波数（以下、モータ周波数という）である。
【０００４】２は、電動機回転周波数検知回路であり、各モータＭ1・・・Ｍnのモータ周波数ＦＭ1・・・ＦＭnから、制御用周波数ＦＭを演算し、ＶＶＶＦインバータ装置１の周波数を制御するとともに、基準レベル発生回路３に与えている。
【０００５】基準レベル発生回路３は、上述の制御用周波数ＦＭより、基準レベル信号Ｋを算出し、空転または滑走検知のための基準レベルとして、比較器４1・・・４nに出力している。
【０００６】５1・・・５nは、それぞれモータＭ1・・・Ｍnの空転・滑走検知回路である。例えば、モータＭ1の空転・滑走検知回路５1は、モータＭ1の回転周波数ＦＭ1の時間変化率Ｔ1を微分器５1aによって検出して、比較器４1へ入力し、基準レベル発生回路３から入力された、基準レベル信号Ｋと比較する。この比較器４1による比較の結果、微分器５1aによって検出されたモータＭ1の回転周波数ＦＭ1の時間変化率Ｔ1が基準レベル信号Ｋを超えたことにより、当該モータＭ1の駆動する、駆動軸の空転または滑走を検知する。
【０００７】なお、モータＭ1以外の他の各モータＭ2・・・Ｍnの空転・滑走検知回路５2・・・５nについても、上述のモータＭ1の空転・滑走検知回路と同一構成であって、それぞれ微分器５1a・・・５na、及び比較器４1・・・４nを備え、同様に動作する。
【０００８】６は、再粘着制御系であり、空転・滑走検知回路５1・・・５nは、空転・滑走検知時には、再粘着制御系６に対して、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnを出力する。
【０００９】再粘着制御系６は、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnの入力に従い、再粘着制御を実施するためのトルク制限信号Ｔｓｌｓｋを、トルク制御系７に出力する。
【００１０】トルク制御系７は、図示しない、運転台等からのトルク指令、もしくは、加速度指令に従い、モータＭ1・・・Ｍnが所定のトルクを発生するよう、トルク制御を実施しており、再粘着制御系６からの出力信号Ｔｓｌｓｋがあった場合には、その信号に従って、現在の指令されたトルク値に対して、制限を実施し、空転・滑走現象を収束させ、再粘着させるよう、トルク制御を実施する。
【００１１】次に、動作について説明する。空転または滑走が発生した場合、空転または滑走を生じている駆動軸のモータのモータ周波数ＦＭｍの微分値を、微分器５ｍａによって検出すると、０より十分大（空転の場合）、他の駆動軸のモータのモータ周波数の微分値よりも十分大（空転の場合）であるか、または、０よりも十分小（滑走の場合）、他の駆動軸のモータのモータ周波数の微分値よりも十分小（滑走の場合）となる。
【００１２】この従来例における、空転・滑走検知回路５ｍにおいては、空転または滑走検知のための基準レベル信号Ｋは、制御対象の全モータＭ1・・・Ｍnのモータ周波数ＦＭ1・・・ＦＭnから算出したＦＭを用いて、算出されている。一方、車両条件、路線条件、運転条件、あるいは、気象条件等により、電気車の加減速度が変化した場合には、全てのモータＭ1・・・Ｍnが共通して加減速されるので、それらから算出される基準レベル信号Ｋも変動している。
【００１３】よって、この基準レベルＫと、微分器５ｍａの出力を、比較器４ｍにおいて比較することにより、空転または滑走を検知している。
【００１４】空転または滑走を検知した場合には、当該駆動軸の粘着状態を回復させるため、空転または滑走軸の駆動トルクを低減させる必要がある。さらに、粘着状態が回復した後には、車両として、必要な駆動力を確保するため、低下させた空転または滑走軸の駆動トルクを元に戻す必要がある。これらは、再粘着制御系６からの出力信号Ｔｓｌｓｋに従い、トルク制御系７で実施される。
【００１５】再粘着制御系６は、空転・滑走検知回路５1・・・５nの出力信号Ｓ1・・・Ｓnに従い、空転または滑走を検知している駆動軸が発生するべきトルクに相当する数値を算出し、そのトルクを低減するべく、トルク制御系７にトルク制限信号Ｔｓｌｓｋを出力する。トルク制限信号Ｔｓｌｓｋは、トルクの急激な変化に対する、乗心地の悪化を防ぎつつ、かつ空転または滑走状態を急速に収束できるような、緩和パターンをもって出力される。
【００１６】さらに、再粘着制御系６は、空転・滑走検知回路５1・・・５nの出力信号Ｓ1・・・Ｓnの消失をもって、粘着状態が回復されたと判断し、空転または滑走を検知していた駆動軸が発生するべきトルクを回復するべく、トルク制御系７にトルク制限信号Ｔｓｌｓｋを出力する。トルク制限信号Ｔｓｌｓｋは、トルクの急激な変化に対する、乗心地の悪化を防ぐような緩和パターンをもって出力される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気車制御装置においては、以上のように構成されているので、特に気象条件、路線条件により、機械的粘着の低下が顕著な場合においては、空転・滑走現象が続いて発生し、再粘着制御による、駆動トルクの抑制が頻発してしまう、という問題点があった。
【００１８】この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、気象条件、路線条件による、機械的粘着低下時においても、過度な空転・滑走の発生を抑制し、駆動トルクの低下をおさえるとともに、再粘着制御による、乗心地への影響を排除し、電気車の運行に対する影響をおさえることが可能となる、電気車制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電気車制御装置は、電動機の駆動トルクを制御するトルク制御系、および上記電動機で駆動される車輪の空転または滑走を検知する空転・滑走検知手段を備え、上記トルク制御系は、上記空転・滑走検知信号が出力されていないときは運転指令からのトルク指令パターンにより、上記空転・滑走検知信号が出力されているときは再粘着させるための再粘着制御パターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御するようにした電気車制御装置において、上記電動機のトルク（またはトルク相当量で、ここではこれら概念を含めてトルクと称する）を検出するトルク検出手段を備え、上記空転・滑走検知信号と上記トルク検出値とから空転または滑走時のトルク実績値に相当するトルク抑制値を求め、上記トルク制御系は、上記トルク指令パターンを、上記トルク抑制値を基に修正したパターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたものである。
【００２０】また、この発明に係る電気車制御装置は、そのトルク制御系は、トルク指令パターンを、トルク抑制値を上限とする範囲で修正したパターンにより、電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたものである。
【００２１】また、この発明に係る電気車制御装置は、その零から最大値までの立上げ特性が、修正前のトルク指令パターンと修正後のパターンとで同一の時定数となるようにしたものである。
【００２２】また、この発明に係る電気車制御装置は、その修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンと同一の勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたものである。
【００２３】また、この発明に係る電気車制御装置は、その修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンの勾配より大きい勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたものである。
【００２４】また、この発明に係る電気車制御装置は、そのトルク抑制値を記憶する手段を備え、新たに空転または滑走が発生する毎に、上記記憶したトルク抑制値を新たな値に書き換えるようにしたものである。
【００２５】また、この発明に係る電気車制御装置は、その電気車の電源投入後からのトルク実績値の累積データを基に通算代表値を演算する手段を備え、上記トルク実績値の通算代表値をトルク抑制値としたものである。
【００２６】また、この発明に係る電気車制御装置は、そのトルク抑制値と予め設定したトルク抑制限界値とを比較する手段を備え、上記トルク抑制値が上記トルク抑制限界値未満の時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたものである。
【００２７】また、この発明に係る電気車制御装置は、その所定の時間当たりの空転または滑走の発生回数をカウントする手段を備え、上記カウント値が所定の値を超えた時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたものである。
【００２８】また、この発明に係る電気車制御装置は、その空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたものである。
【００２９】また、この発明に係る電気車制御装置は、その空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたものである。
【００３０】また、この発明に係る電気車制御装置は、その空転・滑走検知信号の、立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値と立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値との中間値をトルク抑制値としたものである。
【００３１】また、この発明に係る電気車制御装置は、その空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着制御パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたものである。
【００３２】また、この発明に係る電気車制御装置は、その空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着後の復帰パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたものである。
【００３３】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段およびトルク検出手段を上記複数の電動機毎に設けて上記電動機毎にトルク実績値を求め、いずれかの電動機で得られたトルク実績値のｎ倍を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたものである。
【００３４】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時に上記トルク検出手段から得られたトルク実績値を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたものである。
【００３５】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時にトルク指令値ＴｑＰと上記トルク検出手段からのトルク実績値ＴｑＯとを求め、ＴｑＰ−（ＴｑＰ−ＴｑＯ）×ｎ＝ＴｑＦを上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における電気車制御装置を示すブロック図である。ここでも、従来と同様、１台のトルク制御系でｎ台の誘導電動機を回転駆動する。図において、Ｍ1・・・Ｍnは、同一の可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ装置１にて制御される誘導電動機（以下、モータという）、ＦＭ1・・・ＦＭnは、各モータＭ1・・・Ｍnの電動機回転周波数（以下、モータ周波数という）である。５1・・・５nは、それぞれモータＭ1・・・Ｍnの空転・滑走検知回路である。８1・・・８nは電動機Ｍ1・・・Ｍnの発生トルクを検出しトルク検出信号Ｔ01・・・Ｔ0nを出力するトルク検出手段としてのトルク検出器、６ａは空転・滑走検知回路５1・・・５nからの空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnとトルク検出器８1・・・８nからのトルク検出信号Ｔ01・・・Ｔ0nとに基づき、再粘着制御パターンであるトルク制限信号Ｔｓｌｓｋおよび本願発明の主題である空転・滑走抑制制御のためのトルク抑制値Ｔｆを作成する再粘着制御系である。
【００３７】７ａはトルク制御系で、図示しない運転台等からのトルク指令パターンにより、また、空転・滑走が発生して再粘着制御系６ａからトルク制限信号Ｔｓｌｓｋが出力されたときは再粘着のためその信号により、更に、再粘着制御系６ａからトルク抑制値Ｔｆが出力されたときはトルク指令パターンをそのトルク抑制値Ｔｆを基に修正したパターンにより、ＶＶＶＦインバータ装置１を制御し各電動機Ｍ1・・・Ｍnの駆動トルクを制御する。
【００３８】以下、動作について説明する。先ず、空転・滑走の現象について説明する。空転・滑走は、車輪踏面における、運動摩擦（粘着）力を、その駆動軸の駆動力が上回ったときに発生する。この車輪とレールとの粘着は、車輪とレールの材質、表面状態に大きく左右され、通常、下式の粘着係数μという指標で表現される。
μ＝（空転・滑走を起し出す駆動力）／（駆動軸の軸重）
これは、式から明らかなように、駆動軸の軸重に影響されずに、粘着状態を、車輪とレールの条件のみで、表現したものである。
【００３９】この粘着係数μは、雨天等の湿潤状態において低下することはよく知られているが、それに付加して、路線条件、特に、曲線やポイントの多少や、それに従い布設される塗油器による油の影響、また、車輪の踏面形状などによっても（低下方向に）大きな影響を受ける。これらのパラメータは、例えば、同一路線を走る、同一車両の、同一天候の下では、ほぼ同程度となるため、天候等の条件を判別することにより、データ蓄積可能となる。図示しない、運転台等からのトルク指令パターンに基づくトルク（駆動力）は、レール面が正常な乾燥状態においては、上記機械的条件から決定される粘着係数μ0に相当するトルク（駆動力）を大きく下回った値であり、問題とはならない。即ち、空転や滑走は発生しない。
【００４０】しかしながら、雨天等、上記した阻害要因により、トルク指令パターンに基づくトルク（駆動力）が機械的粘着係数μ0に相当するトルク（駆動力）を上回る場合が発生する。逆にいえば、それだけ、機械的粘着係数が低下してしまっているということである。この場合には、必ず、空転、または滑走現象が発生することになり、空転・滑走検知回路５1・・・５nは、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnを出力し、再粘着制御系６ａは、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnの出力により、トルク制限信号Ｔｓｌｓｋをトルク制御系７ａへ出力し、トルク制御系７ａは、空転・滑走状態から、再粘着させるため、空転・滑走発生軸の駆動トルクを機械的粘着係数μ0に相当する値より下回った数値に制限し、再粘着制御を実施する。
【００４１】ここで、再粘着制御系６ａは、空転・滑走検知回路５1・・・５nからの、空転・滑走検知信号Ｓ1・・・Ｓnとともに、トルク検出器８1・・・８nからの出力信号Ｔ01・・・Ｔ0nを入力し、機械的粘着係数μ0に相当するトルク値（トルク実績値）を算出し、トルク抑制値Ｔｆとして、トルク制御系７ａに出力する。
【００４２】図２は、再粘着制御系６ａにおける、トルク抑制値Ｔｆの算出の方法を示したタイミングチャートである。ここでは空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク検出値（機械的粘着係数μ0に相当する駆動力となる）＝トルク実績値Ｔｑをトルク抑制値Ｔｆとして採用している。なお、駆動軸の軸重は、列車の重さが変わらない限り一定となるため定数となる。即ち、図２では、電動機Ｍ1とＭnとを例に挙げ、空転・滑走検知信号Ｓ1、Ｓnおよびトルク検出信号Ｔ01、Ｔ0nを示しており、電動機Ｍ1が空転を発生したタイミング（時刻ｔ1）におけるトルク検出器８1からのトルク検出信号の値Ｔ01ａ＝トルク実績値Ｔｑｓａを記憶してトルク抑制値Ｔｆとする。
【００４３】図２の例では、電動機Ｍ1は時刻ｔ2で空転解消（再粘着）しているが、時刻ｔ3で、今度は電動機Ｍnで空転を発生している。従って、トルク抑制値Ｔｆは、それまでに記憶されていた値Ｔｑｓａに替わって、時刻ｔ3のタイミングにおけるトルク検出器８nからのトルク検出信号の値Ｔ0nｂ＝トルク実績値Ｔｑｓｂに書き換えられる。このように、空転・滑走検知信号の立上りのタイミングにおけるトルク検出信号であるトルク実績値Ｔｑｓをトルク抑制値Ｔｆとし、空転または滑走を検知する毎にその値を更新する。なお、この継続更新の処理は、車両が同一路線を走行しているときに有効とし、路線が変わったとき、または列車の重さが変わったときは、一旦、リセットするものとする。
【００４４】トルク制御系７ａは、再粘着後、再粘着制御系６ａからトルク抑制値Ｔｆが出力されていると、本来のトルク指令パターンに替わり、同パターンをトルク抑制値Ｔｆに基づいて修正したパターンによるトルク制御動作を行う。このパターンの修正要領および粘着係数の利用率の面からの従来方式との比較について図３により説明する。
【００４５】図３は、空転、再粘着を繰り返す中で、結果として利用し得た粘着係数の時間変化を、従来の場合と比較して模式的に示したものである。図において、Ｐ１は、図示しない運転台等からのトルク指令パターンにより制御した場合の利用粘着特性、太線で示すＰ２は本発明の空転・滑走抑制制御を採用した場合の利用粘着特性を示す。特性Ｐ１の立上り部分を点線で延長して示す特性Ｐ０は、元のトルク指令パターンに相当する。即ち、本発明の空転・滑走抑制制御は、上記特性Ｐ０を、トルク抑制値Ｔｆを上限値とし、かつ、制御パターンにおける零から最大値までの立上げ特性が、修正前のトルク指令パターンＰ０と修正後のパターンとで同一の時定数となるように、修正したパターンによりトルク制御を行う。このように、時定数を一致させることにより、当初想定したいわゆるソフトスタートが実現し、所望の乗心地が損なわれることがない。
【００４６】図３において、従来の利用粘着特性Ｐ１は、当初、トルク指令パターンＰ０に沿って立ち上がるが、トルク抑制値Ｔｆに相当する機械的粘着限界係数に達すると（時刻ｔ1）空転を発生するので、トルクを減じた再粘着制御となる。再粘着（時刻ｔ2）後は、再び元の指令パターンＰ０を繰り返すことになるので、時刻ｔ3で再び空転を発生し、トルクを減じる。以上の動作を繰り返すため、図からも判るように、従来の利用粘着特性Ｐ１は平均してかなり低い値となる。これに対し、本発明による利用粘着特性Ｐ２は、元のトルク指令パターンＰ０をトルク抑制値Ｔｆを上限値としたものに修正したパターンに基づき制御するものであるので、図に示すように、空転発生の回数が減少し、従って、再粘着モードの時間帯が減少し、利用粘着の平均値が向上する。
【００４７】図４は、図３と同様、利用粘着特性Ｐ３を示すものであるが、トルク制御パターンの修正要領が図３の場合と異なる。即ち、トルク抑制値Ｔｆを上限値とする点は同一であるが、零からの立ち上がりの勾配を、元のトルク指令パターンＰ０のそれと同一としている。これによって、発車直後の加速特性を修正前パターンの場合と同一とすることができる。この場合も、従来の場合と比較し、空転発生の回数が減少し、利用粘着の平均値が向上するという効果が得られる。
【００４８】図５は、トルク制御パターンの修正要領の更に変形例を示す。即ち、ここでは、トルク抑制値Ｔｆを上限値とする一方、零からの立上りの勾配を、元のトルク指令パターンＰ０のそれより大きくしている。本発明の空転・滑走抑制制御は、トルク指令パターンを、実際に発生した空転または滑走時のトルク実績値に相当するトルク抑制値Ｔｆを上限とするパターンに下降修正するものであるので、元のパターンからすると、トルクの低下が避けられない。図５に示す修正要領は、零からの立上りの勾配を元のパターンのそれより大きく設定することにより、上記した修正によるトルクの低下を幾分緩和し、走行性能への影響を軽減する効果がある。
【００４９】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形態２の要部を説明するもので、トルク抑制値Ｔｆの作成要領を示すものである。即ち、この形態例では、空転・滑走検知信号Ｓの立下りのタイミングにおけるトルク検出値（Ｔ01ａ、Ｔ0nｂ）であるトルク実績値Ｔｑｅａ、Ｔｑｅｂをトルク抑制値Ｔｆとしている。記憶したトルク実績値Ｔｑｅを空転・滑走検知信号Ｓの立下りのタイミング（時刻ｔ2、ｔ4）で書き換え更新していく点は、実施の形態１の図２の場合と同様である。
【００５０】上記で求められたトルク実績値Ｔｑｅは、再粘着状態が得られたときの粘性係数に相当するものであるので、この値を採用したトルク抑制値Ｔｆを上限とする修正パターンに基づき、空転・滑走抑制制御を行うことにより、空転・滑走の再発の可能性が極めて低くなる。
【００５１】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形態３の要部を説明するブロック図で、トルク抑制値Ｔｆとするトルク実績値Ｔｑの演算要領を示すものである。図において、９ａは図２で説明した、空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｓを演算更新するＴｑｓ演算器、９ｂは図６で説明した、空転・滑走検知信号Ｓの立下りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｅを演算更新するＴｑｅ演算器である。そして、１０は両トルク実績値ＴｑｓとＴｑｅとの平均値ＴｑＡを演算する平均値演算器である。このように、空転発生時のトルク実績値Ｔｑｓと再粘着時のトルク実績値Ｔｑｅとの平均値ＴｑＡをトルク抑制値Ｔｆとし、この値を上限とする修正パターンに基づき空転・滑走抑制制御を行うことにより、トルクの低下量が比較的少なく、しかも空転・滑走の頻度を抑えた運転特性が得られる。
【００５２】なお、図７では、算出平均値、即ち（Ｔｑｓ＋Ｔｑｅ）／２＝ＴｑＡとしたが、例えば、空転・滑走現象を、路線状態や気象条件等のパラーメータを含めて統計的に把握し、この結果に基づきＴｑｓとＴｑｅとの中間の適当な内分した値を求め、その中間値をトルク抑制値Ｔｆに採用することにより、修正後のトルク修正と空転・滑走頻度との両者に優れた運転特性を追求するようにしてもよい。
【００５３】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形態４の要部を説明するブロック図で、トルク抑制値Ｔｆとするトルク実績値Ｔｑの演算要領を示すものである。図において、１１は、空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｓ（ｉ）を発生毎に入力し、車両の電源投入後からの通算平均値ＴｑｓＭを演算する平均値演算器である。
【００５４】これらは、通常、ＲＡＭ等の揮発性メモリを使って下式により演算される。
累積値＝１回前までの累積値＋今回のトルク実績値Ｔｑｓ平均値＝累積値／（空転または滑走の検知回数）
【００５５】トルク抑制値Ｔｆとして以上の累積平均値を採用して空転・滑走抑制制御を行うことにより、特異な検出値（Ｔｑｓ）が出力されても、これに直接影響される可能性がほとんどなくなり、安定した運転特性が得られる。
【００５６】なお、図８では、トルク実績値Ｔｑｓを対象としたが、図６や図７で説明したトルク実績値Ｔｑｅ、ＴｑＡを対象としてもよい。また、累積値の単純平均値ではなく、累積データの中央値などを通算代表値として抽出し、これをトルク抑制値Ｔｆとして採用するようにしてもよい。
【００５７】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形態５の要部を説明するブロック図で、トルク抑制値Ｔｆとするトルク実績値Ｔｑの出力要領を示すものである。図において、９は図２で説明した、空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｓを演算更新するＴｑｓ演算器、１２は所定の時間当たりの空転または滑走の発生回数をカウントするカウンタで、所定の時間、例えば、１日毎にカウンタ値をリセットする。１３はカウンタ１２からの出力Ｓｔｉｍｅと予め定められたカウント値Ｓｔｓｅｔ（例えば、４〜５回）とを比較し、Ｓｔｉｍｅ＞Ｓｔｓｅｔとなったとき、スイッチ１４を導通させる比較器である。
【００５８】レールの一カ所にだけ油が付着している等の、極く局部的、かつ一時的で再現性のない条件により、空転または滑走が発生した場合、その結果によってその後のトルク制御を抑制すると、不要な抑制となる可能性がある。図９の構成を採用した場合、一定の回数以上の空転または滑走が検知されて初めてトルク抑制値Ｔｆが出力され、このトルク抑制値Ｔｆを上限とするトルクパターンによる空転・滑走抑制制御が行われるので、上述したようなレアーケースの空転・滑走検知に基づく不要な抑制制御が実行される可能性が軽減されるという効果がある。
【００５９】なお、図９ではトルク実績値Ｔｑｓを対象としたが、図６や図７で説明したトルク実績値Ｔｑｅ、ＴｑＡを対象としてもよい。
【００６０】実施の形態６．図１０はこの発明の実施の形態６の要部を説明するブロック図で、トルク抑制値Ｔｆとするトルク実績値Ｔｑの出力要領を示すものである。図において、９は空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｓを演算更新するＴｑｓ演算器、１５はＴｑｓ演算器９からのトルク実績値Ｔｑｓと予め定められたＴｑｓｓｅｔ（例えば、トルク指令最高値の５０〜４０％）とを比較し、Ｔｑｓ＜Ｔｑｓｓｅｔのときスイッチ１４を導通させる比較器である。
【００６１】図１０の構成を採用した場合、空転・滑走検知時、機械的粘着限界μ0が極端に低下しているときのみトルク抑制値Ｔｆが出力され、このトルク抑制値Ｔｆを上限とするトルクパターンによる空転・滑走抑制制御が行われるので、この抑制制御の実行を最少限に留め、不要な抑制制御が実行される可能性が軽減されるという効果がある。
【００６２】なお、図１０ではトルク実績値Ｔｑｓを対象としたが、図６や図７で説明したトルク実績値Ｔｑｅ、ＴｑＡを対象としてもよい。
【００６３】実施の形態７．図１１はこの発明の実施の形態７の要部を説明するもので、先の形態例で求めたトルク抑制値Ｔｆを再粘着制御パターンに活用するものである。即ち、図１１において、時刻ｔ1で空転が発生して再粘着制御が開始されるが、その再粘着制御パターンにおける目標値を、それ迄にＴｑｅ演算器に記憶されている、空転・滑走検知信号Ｓの立下りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｅであるトルク抑制値Ｔｆとしている。
【００６４】以上の構成を採用することにより、再粘着制御パターンとして予め設定された数値よりも、より現状の機械的粘着限界μ0に近い値となるため、トルクの制限不足で空転・滑走を抑制できなかったり、逆に、トルクの制限過大で駆動力全体を大幅に低下させるなどの不具合が未然に防止され、最適な再粘着制御が実現される。
【００６５】実施の形態８．図１２はこの発明の実施の形態８の要部を説明するもので、先の形態例で求めたトルク抑制値Ｔｆを再粘着後の復帰パターンに活用するものである。即ち、図１２において、時刻ｔ2で再粘着した後の復帰パターンにおける目標値を、それ迄にＴｑｓ演算器に記憶されている、空転・滑走検知信号Ｓの立上りのタイミングにおけるトルク実績値Ｔｑｓであるトルク抑制値Ｔｆとしている。
【００６６】以上の構成を採用することにより、復帰パターンとして予め設定された数値よりも、より現状の機械的粘着限界μ0に近い値となるため、トルクの復帰過大で空転・滑走現象を再発させたり、逆にトルクの復帰不足で駆動力全体を低下させるなどの不具合が未然に防止され、最適な再粘着制御が実現される。
【００６７】実施の形態９．なお、以上の各形態例では、トルク検出器８を設け、各電動機Ｍの発生トルクを検出し、この検出値からトルク抑制値Ｔｆを設定するようにしたが、必ずしも、トルク値そのものである必要はなく、トルク値と一対一に対応する、例えば、電動機Ｍの電流値や、演算により求めた粘着係数μをトルク相当量として、前述したトルク検出値と同等に扱う構成としても、この発明は同等の効果を奏する。
【００６８】また、以上では詳細な説明は省略したが、例えば図１に示すように、１台のトルク制御系７ａで複数（ｎ）台の電動機Ｍ1〜Ｍnを制御する場合、トルク検出器８によりいずれかの電動機Ｍで得られたトルク実績値Ｔｑのｎ倍を電動機ｎ台分のトルク抑制値Ｔｆとする。これにより、直接、空転・滑走を生じていない車輪を駆動する電動機Ｍも、トルク抑制値Ｔｆを上限とするトルクパターンで制御されるので、空転・滑走抑制効果は確実に達成される。
【００６９】同じく、複数（ｎ）台の電動機Ｍ1〜Ｍnを制御する場合であっても、トルク検出器８をトルク制御系７ａとして一括して設けて、トルク検出器８の必要台数を節減することも考えられる。この場合、一の方法として、いずれかの電動機Ｍの空転または滑走検知時における、上記一括設置のトルク検出器８からのトルク実績値Ｔｑをそのままトルク抑制値Ｔｆとしてもよい。空転・滑走現象はほとんどの場合、１軸から発生するため、トルク実績値Ｔｑをそのままトルク抑制値Ｔｆとすると、複数台の電動機の全体で考えると、最も抑制量が少なくなる。しかしながら、この方法では、空転を実際に発生した電動機Ｍから見ると、当該電動機自体のトルク実績値Ｔｑより大きいトルクで制御され得ることになり、ケースによっては、この当該電動機での空転再発の可能性が残る。
【００７０】トルク検出器８を一括して設ける場合の他の方法として、いずれかの電動機Ｍの空転または滑走時にトルク指令値ＴｑＰとトルク検出器８からのトルク実績値ＴｑＯとを求め、ＴｑＰ−（ＴｑＰ−ＴｑＯ）×ｎ＝ＴｑＦを電動機ｎ台分のトルク抑制値Ｔｆとする方法がある。この場合、各電動機Ｍの動作特性がほぼ均等で、しかも、空転・滑走現象による電動機Ｍ相互間の影響がほとんどないものとすると、トルク検出器８を各電動機Ｍ毎に設けた場合とほぼ同様のトルク抑制制御が実現し、空転・滑走抑制効果が十分達成される。
【００７１】更に、上記各形態例では、トルク指令パターンを、トルク抑制値Ｔｆを上限値として修正したパターンで抑制制御を行うようにしたが、必ずしも、トルク抑制値Ｔｆ自体を上限値にせず、例えば、トルク抑制値Ｔｆのα（αは１．０前後の値）倍の値を上限値とするなど、トルク抑制値Ｔｆを基に修正パターンを作成する条件下で、種々の修正方式を採用してもよい。
【００７２】また、上記各形態例では、電動機の駆動源として、ＶＶＶＦインバータ装置を使用した場合について説明したが、コンバータや整流装置と組み合わせた、いわゆるコンバーターインバータ装置等を使用しても、この発明は同等の効果を奏することは明らかである。
【００７３】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る電気車制御装置は、電動機の駆動トルクを制御するトルク制御系、および上記電動機で駆動される車輪の空転または滑走を検知する空転・滑走検知手段を備え、上記トルク制御系は、上記空転・滑走検知信号が出力されていないときは運転指令からのトルク指令パターンにより、上記空転・滑走検知信号が出力されているときは再粘着させるための再粘着制御パターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御するようにした電気車制御装置において、上記電動機のトルク（またはトルク相当量で、ここではこれら概念を含めてトルクと称する）を検出するトルク検出手段を備え、上記空転・滑走検知信号と上記トルク検出値とから空転または滑走時のトルク実績値に相当するトルク抑制値を求め、上記トルク制御系は、上記トルク指令パターンを、上記トルク抑制値を基に修正したパターンにより、上記電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたので、空転・滑走の再発が抑制され、駆動トルクの低下が軽減する。
【００７４】また、この発明に係る電気車制御装置のトルク制御系は、トルク指令パターンを、トルク抑制値を上限とする範囲で修正したパターンにより、電動機の駆動トルクを制御する空転・滑走抑制制御を行うようにしたので、空転・滑走の再発が確実に抑制される。
【００７５】また、この発明に係る電気車制御装置は、零から最大値までの立上げ特性が、修正前のトルク指令パターンと修正後のパターンとで同一の時定数となるようにしたので、所望のソフトスタートが実現し、乗心地が損なわれることがない。
【００７６】また、この発明に係る電気車制御装置は、修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンと同一の勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたので、所望の加速性能が得られる。
【００７７】また、この発明に係る電気車制御装置は、修正後のパターンは、修正前のトルク指令パターンの勾配より大きい勾配で零から立上り、最大値がトルク抑制値で規制されたものとしたので、トルク指令値を低下させることによる、走行性能への影響が軽減される。
【００７８】また、この発明に係る電気車制御装置は、トルク抑制値を記憶する手段を備え、新たに空転または滑走が発生する毎に、上記記憶したトルク抑制値を新たな値に書き換えるようにしたので、最新データに基づく空転・滑走抑制制御が実現する。
【００７９】また、この発明に係る電気車制御装置は、電気車の電源投入後からのトルク実績値の累積データを基に通算代表値を演算する手段を備え、上記トルク実績値の通算代表値をトルク抑制値としたので、特異なトルク検出値が出力されても、これに直接影響される可能性がほとんどなくなり、安定した運転特性が得られる。
【００８０】また、この発明に係る電気車制御装置は、トルク抑制値と予め設定したトルク抑制限界値とを比較する手段を備え、上記トルク抑制値が上記トルク抑制限界値未満の時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたので、抑制制御の実行を最少限に留め、不要な抑制制御が実行される可能性が軽減される。
【００８１】また、この発明に係る電気車制御装置は、所定の時間当たりの空転または滑走の発生回数をカウントする手段を備え、上記カウント値が所定の値を超えた時のみ空転・滑走抑制制御を行うようにしたので、特異な条件下の空転・滑走検知に基づく不要な抑制制御が実行される可能性が軽減される。
【００８２】また、この発明に係る電気車制御装置は、空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたので、空転・滑走の再発が効果的に抑制される。
【００８３】また、この発明に係る電気車制御装置は、空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値としたので、空転・滑走の再発が確実に抑制される。
【００８４】また、この発明に係る電気車制御装置は、空転・滑走検知信号の、立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値と立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値との中間値をトルク抑制値としたので、トルクの低下量が比較的少なく、しかも、空転・滑走の頻度を抑えた運転特性が得られる。
【００８５】また、この発明に係る電気車制御装置は、空転・滑走検知信号の立ち下がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着制御パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたので、トルクの制限不足で空転・滑走を抑制できなかったり、逆に、トルクの制限過大で駆動力全体を大幅に低下させるなどの不具合が未然に防止され、最適な再粘着制御が実現される。
【００８６】また、この発明に係る電気車制御装置は、空転・滑走検知信号の立ち上がりのタイミングにおけるトルク検出値をトルク抑制値として記憶する手段を備え、再粘着後の復帰パターンにおける目標値を上記記憶されたトルク抑制値としたので、トルクの復帰過大で空転・滑走現象を再発させたり、逆にトルクの復帰不足で駆動力全体を低下させるなどの不具合が未然に防止され、最適な再粘着制御が実現される。
【００８７】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段およびトルク検出手段を上記複数の電動機毎に設けて上記電動機毎にトルク実績値を求め、いずれかの電動機で得られたトルク実績値のｎ倍を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたので、空転・滑走抑制効果は確実に達成される。
【００８８】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時に上記トルク検出手段から得られたトルク実績値を上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたので、単一トルク制御系当りの抑制量を最小とすることができるうえ、トルク検出手段の必要数を節減することができる。
【００８９】また、この発明に係る電気車制御装置は、単一のトルク制御系により複数（ｎ）の電動機を制御する場合、空転・滑走検知手段は上記複数の電動機毎に設け、トルク検出手段は上記トルク制御系として一括して設け、いずれかの電動機の空転または滑走時にトルク指令値ＴｑＰと上記トルク検出手段からのトルク実績値ＴｑＯとを求め、ＴｑＰ−（ＴｑＰ−ＴｑＯ）×ｎ＝ＴｑＦを上記電動機ｎ台分のトルク抑制値としたので、トルク検出手段の必要数を節減することができ、しかも、十分な空転・滑走抑制効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）８月８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−６９５０６
【公開日】 平成１１年（１９９９）３月９日
【出願番号】 特願平９−２１４９７６