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【発明の名称】 電気車の制御装置
【発明者】 【氏名】山田 博之
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地 株式会社日立カーエンジニアリング内

【氏名】安原 隆
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
【要約】 【課題】車両ストール時、電動機電流を増大させることなく、電動機の出力を増大させることにより、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図ることができる電気車の制御装置を提供することにある。

【解決手段】制御手段３４は、電動機１５の電流をトルク電流と励磁電流に分離して、すべり周波数指令値に応じて、電動機をベクトル制御する。ストール判定手段１７が、電気車のストール状態を判定すると、制御手段１５は、すべり補正係数演算手段２１によって求められたすべり補正係数により、すべり周波数を補正した上で、電動機１５を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】電動機の電流をトルク電流と励磁電流に分離して、すべり周波数指令値に応じて、電動機をベクトル制御する制御手段と、この制御手段によって制御される電動機の回転数を検出する回転検出手段を有し、上記制御手段は、アクセル開度に応じて、電動機を駆動制御する電気車の制御装置において、電気車のストール状態を判定するストール判定手段と、すべり補正係数を演算するすべり補正係数演算手段とを備え、上記制御手段は、上記ストール判定手段によってストール状態と判定された時、上記すべり補正係数演算手段によって求められたすべり補正係数により、すべり周波数を補正した上で、上記電動機を制御することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記ストール判定手段は、上記回転検出手段によって検出された電動機回転数が所定値より小さく、アクセル検出手段によって検出されたアクセル開度が所定開度より大きいか若しくはこのアクセル開度に応じて求められる目標トルク指令値が所定値より大きい場合に、電気車のストール状態を判定することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記制御手段は、上記ストール判定手段によってストール状態と判定された後、所定時間が経過すると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項４】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記制御手段は、上記回転検出手段によって検出された電動機回転数が所定値より大きい状態が所定時間以上継続した場合、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項５】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記制御手段は、アクセル開度が所定値以下になるか、このアクセル開度に応じて求められる目標トルク指令値が所定値以下になると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項６】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記制御手段は、前後進選択手段によってニュートラルが選択されると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項７】請求項１記載の電気車の制御装置において、上記制御手段は、ブレーキが踏み込まれると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項８】電動機の電流をトルク電流と励磁電流に分離して、すべり周波数指令値に応じて、電動機をベクトル制御する制御手段と、この制御手段によって制御される電動機の回転数を検出する回転検出手段を有し、上記制御手段は、アクセル開度に応じて、電動機を駆動制御する電気車の制御装置において、上記制御手段は、ストール状態判定時に、上記電動機に供給する交流電力の周波数を増加制御することを特徴とする電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機により電気車を駆動する電気車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電気車の制御装置としては、例えば、特開平１０−３０９０９１号公報に記載されているように、交流電流を電流座標変換してトルク分電流と励磁分電流に分離検出し、このトルク分電流をもとにすべり周波数を求め、このすべり周波数をトルク分電流の大きさ又は出力電圧の大きさに従い演算するすべり周波数補正率により補正し、力行・回生それぞれの状態における電動機制御の精度を向上させるものが知られている。
【０００３】また、例えば、特開平６−２１７５８６号公報に記載されているように、誘導電動機をＶ／Ｆ（電圧／周波数）一定制御を行う際に、すべり周波数一定制御を行う際の最大すべり周波数の制限値を、あらかじめ基準となる基準すべり周波数設定値とすべり周波数補正手段によって演算した補正値をもとに最大すべり周波数の制限値を補正し誘導電動機の温度変化に起因する２次抵抗変化分による出力変動を補償するするものが知られている。
【０００４】さらに、例えば、特開平５−８３９７６号公報に記載されているように、低速運転域では電動機をベクトル制御で制御し、高速運転域ではすべり周波数制御によって制御するというように運転条件によって制御方法を切り換えることによって、高速運転域でインバータ電圧利用率をあげて１パルス制御を行うといったような、ベクトル制御が成立しにくい条件下での電動機の制御精度を確保するものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平１０−３０９０９１号公報，特開平６−２１７５８６号公報，特開平５−８３９７６号公報に記載されたものにおいては、車両が段差を乗り越える必要があるような運転状況、すなわち電動機がロックしていたり、極低速の状態，すなわち、車両ストール時における電動機の出力トルクの制御については何ら考慮されていないものである。
【０００６】車両ストール状態を回避するために、電動機に流す電流を大きくして、電動機の出力トルクを増大する方法も考えられるが、電動機電流を大きくすると、バッテリーの消耗の問題や、コントローラやインバータの発熱が大きくなると言う問題がある。
【０００７】本発明の目的は、車両ストール時、すなわち電動機がロック状態もしくは極低速で動作している状況において、電動機電流を増大させることなく、電動機の出力、すなわち発生トルクを増大させることにより、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図ることができる電気車の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動機の電流をトルク電流と励磁電流に分離して、すべり周波数指令値に応じて、電動機をベクトル制御する制御手段と、この制御手段によって制御される電動機の回転数を検出する回転検出手段を有し、上記制御手段は、アクセル開度に応じて、電動機を駆動制御する電気車の制御装置において、電気車のストール状態を判定するストール判定手段と、すべり補正係数を演算するすべり補正係数演算手段とを備え、上記制御手段は、上記ストール判定手段によってストール状態と判定された時、上記すべり補正係数演算手段によって求められたすべり補正係数により、すべり周波数を補正した上で、上記電動機を制御するようにしたものである。かかる構成により、車両ストール時には、電動機電流を増大させることなく、すべり周波数を補正することにより、電動機の出力を増大させて、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図り得るものとなる。
【０００９】（２）上記（１）において、好ましくは、上記ストール判定手段は、上記回転検出手段によって検出された電動機回転数が所定値より小さく、アクセル検出手段によって検出されたアクセル開度が所定開度より大きいか若しくはこのアクセル開度に応じて求められる目標トルク指令値が所定値より大きい場合に、電気車のストール状態を判定するようにしたものである。
【００１０】（３）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段は、上記ストール判定手段によってストール状態と判定された後、所定時間が経過すると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰するようにしたものである。
【００１１】（４）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段は、上記回転検出手段によって検出された電動機回転数が所定値より大きい状態が所定時間以上継続した場合、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰するようにしたものである。
【００１２】（５）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段は、アクセル開度が所定値以下になるか、このアクセル開度に応じて求められる目標トルク指令値が所定値以下になると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰するようにしたものである。
【００１３】（６）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段は、前後進選択手段によってニュートラルが選択されると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰するようにしたものである。
【００１４】（７）上記（１）において、好ましくは、上記制御手段は、ブレーキが踏み込まれると、すべり周波数を補正前のすべり周波数に復帰するようにしたものである。
【００１５】（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、電動機の電流をトルク電流と励磁電流に分離して、すべり周波数指令値に応じて、電動機をベクトル制御する制御手段と、この制御手段によって制御される電動機の回転数を検出する回転検出手段を有し、上記制御手段は、アクセル開度に応じて、電動機を駆動制御する電気車の制御装置において、上記制御手段は、ストール状態判定時に、上記電動機に供給する交流電力の周波数を増加制御するようにしたものである。かかる構成により、車両ストール時には、電動機電流を増大させることなく、すべり周波数を補正することにより、電動機の出力を増大させて、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図り得るものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態よる電気車の制御装置の構成及び動作について説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態による電気車の制御装置の全体構成について説明する。電気車としては、電動フォークリフトや電気自動車が用いられる。図１は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置の全体構成を示すシステムブロック図である。
【００１７】制御装置３４には、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２，前後進選択手段３からの出力信号が入力する。アクセル検出手段１は、アクセルペダルの踏込み量（アクセルペダルの開度）を検出して、踏込み量（開度）の信号を制御装置３４に出力する。ブレーキ検出手段２は、ブレーキペダルが踏込まれているか否かを検出して、踏込み状態の信号を制御装置３４に出力する。前後進選択手段３は、前進若しくは後進が選択されているか、それとも、ニュートラルが選択されているかを検出し、前後進の選択状態を制御装置３４に出力する。アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２，前後進選択手段３は、運転者の意志を電気的な信号に変換する手段として備えられている。制御手段３４は、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２，前後進選択手段３からの信号に基づいて、電動機１５を制御する。
【００１８】電動機１５は、誘導電動機であり、車両の駆動力を発生する。制御装置３４は、電力変換手段１４に制御信号を供給する。電力変換手段１４は、電源１３の電力を電動機１５に印加できる交流電力へと変換し、電動機１５に電力が印加され、電動機１５が駆動力を発生して、電気車が走行駆動される。
【００１９】回転検出手段１６は、電動機１５の回転速度を検出して、電気的な回転信号Ｎrに変換して、制御手段３４に出力する。回転検出信号Ｎrは、制御手段３４の内部の電動機回転演算手段１８に伝達される。電動機回転演算手段１８は、回転検出信号Ｎrから電動機回転数信号Ｎmを演算して、目標トルク演算手段４，ストール判定手段１７，周波数換算手段２０に出力する。
【００２０】制御装置３４の目標トルク演算手段４には、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２，前後進選択手段３，電動機回転数信号Ｎmの信号が、入力する。目標トルク演算手段４は、運転者の意志に沿った目標トルク指令値τmを演算する。トルク電流指令演算手段５は、目標トルク演算手段４によって演算された目標トルク指令値τmと、二次磁束値演算手段９によって演算された二次磁束値φ2に基づいて、トルク電流指令値Ｉtを算出する。また、磁束指令演算手段６は、入力した目標トルク指令値τmに基づいて、この目標トルクに応じた磁束指令値φを演算する。磁束制御手段７は、入力した磁束指令値φに基づいて、磁束指令値φに対する電動機１５の磁束を演算し、二次磁束値φ2を演算する。励磁インダクタンス演算手段３１は、この二次磁束値φ２の結果より、励磁インダクタンス値Ｌmを演算する。励磁電流演算手段８は、入力した二次磁束値φ2と励磁インダクタンス値Ｌmの値に基づいて、励磁電流指令値Ｉmを演算する。すべり演算手段１９は、入力したトルク電流指令値Ｉtと二次磁束値φ2に基づいて、電動機１５の駆動制御に必要なすべり周波数の演算を行い、すべり周波数指令値２３を出力する。
【００２１】一方、ストール判定手段１７は、入力した目標トルク指令値τm及び電動機回転数信号Ｎmに基づいて、車両がストール，例えば、運転者が車両が通常乗り越えられない段差を乗り越えようとする操作を行っているかどうかの車両走行状態を判断する。車両ストール状態は、例えば、目標トルク指令値τmが所定の値以上でありながら、電動機回転数信号Ｎmが所定の値よりも小さい（零若しくは極低回転）である場合に、ストール状態であると判定する。ストール判定手段１７は、ストール状態であると判定すると、パワーアップフラグPUFをすべり補正係数演算手段２１に出力する。すべり補正係数演算手段２１は、パワーアップフラグPUFの結果を元に、すべり補正係数Ｋsの値を補正し、すべり演算手段１９に出力する。すべり演算手段１９は、すべり補正係数Ｋsの値に基づき、補正されたすべり周波数指令値ωsを出力する。一方、周波数変換手段２０は、入力した電動機回転数信号Ｎmを、周波数に変換して、同期周波数ω0を出力する。同期周波数ω0とすべり周波数指令値ωsは加算され、一次周波数指令値ω1としてなる。一次周波数指令値ω1は、電動機１５の駆動を行う周波数の指令となり、電流位相演算手段１０，座標変換手段１１，ＰＷＭ生成手段１２にそれぞれに入力する。
【００２２】電流位相演算手段１０は、トルク電流指令値Ｉt，励磁電流指令値Ｉm、一次周波数指令値ω1に基づいて、電動機１５に通電する電流の指令値及び電流の位相を演算し、結果を座標変換手段１１に出力する。座標変換演算手段１１は、電流の指令値及び位相の値に基づき、いわゆるベクトル制御の座標変換を行い、ＰＷＭ生成手段１２に出力する。ＰＷＭ生成手段１２は、電力変換手段１４を駆動するための、いわゆるパルス列である駆動信号を生成し、電力変換手段１４を駆動する。これにより、電源１３の電力が電動機１５に印加できる交流電力へと変換され、電動機１５に電力が印加され、電動機１５が駆動力を発生して、電気車が走行駆動される。
【００２３】以上のように構成とすることにより、ストール判定手段１７が、車両がストールしている状態、例えば車両が通常の性能では乗り越しができないような段差に差し掛かって、運転者がアクセルを一杯に踏み込んで乗り越しを図ろうとしているような状態を、目標トルク指令値τm及び電動機回転数信号Ｎmの情報を元に判断検知すると、電動機１５に印加しているすべり周波数の指令値ω１を、すべり補正係数演算手段２１で演算するすべり補正係数Ｋsに基づいて、すべり演算手段１９により補正し、電動機１５の出力トルクを増大させて、車両の段差乗り越しを可能とするような動作を実現することができる。なお、すべり補正係数Ｋsにより電動機１５の出力トルクが増大できる原理については、図２を用いて、後述する。すべり周波数を補正することにより、電動機電流を増大させなくても、電動機の出力、すなわち発生トルクを増大させることができ、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図ることができる。
【００２４】次に、図２を用いて、本発明の一実施形態における電気車の制御装置に用いる誘導電動機のすべり−トルク特性について説明する。図２は、本発明の一実施形態における電気車の制御装置に用いる誘導電動機のすべり−トルク特性図である。
【００２５】電動機１５には、交流で駆動するいわゆる誘導電動機を用い、誘導電動機を高応答かつ安定に駆動制御するための制御方法としては、一般的にベクトル制御が用いられている。ベクトル制御は、基本的には、電動機１５に印加する交流電圧，交流電流，交流の周波数を制御するものである。
【００２６】ベクトル制御においては、電動機１５に印加する電圧、電流をベクトル成分に置換することにより制御する。ここで、誘導電動機を駆動するには、すべり周波数の設定が必要であり、すべり周波数指令値ωsは、以下の式（１）によって、ωｓ＝（ｒ２／Ｌm）・（Ｉｔ／Ｉｍ） …（１）
と求めることができる。ここで、ｒ２：電動機２次抵抗値，Ｌm：励磁インダクタンス値Ｌm，Ｉｔ：トルク電流指令値Ｉt，Ｉｍ：励磁電流指令値Ｉmである。この式（１）により、電動機に印加するすべり周波数ωｓを決定する。
【００２７】誘導電動機の発生するトルクτｍは、以下の式（２）により、 τｍ＝ｍ・ｐ・（Ｌm2／Ｌm＋Ｌ２）・Ｉｍ・Ｉｔ …（２）
と表すことができる。ここで、ｍ：相数，ｐ：極対数，Ｌ２：２次漏れインダクタンスである。
【００２８】このようにして、あらかじめ電動機の定数を用意しておき、トルク電流指令値Ｉt及び励磁電流指令値Ｉm、すべり周波数ωｓを決定することによって、電動機発生トルクτｍの制御が可能となる。
【００２９】実際の制御演算においては、電動機発生トルクは、電動機１５が発生すべきトルクである目標トルク指令値τmとして指令として与えられるものであるため、その目標トルク指令値τmよりトルク電流指令値Ｉt、励磁電流指令値Ｉm等を求めて制御を実現する必要がある。ここで、磁束指令値φ，トルク電流指令値Ｉt，励磁電流指令値Ｉmは、それぞれ、以下の式（３），（４），（５）で、φ＝ｆ（τｍ、Ｖｍ） …（３）
Ｉｔ＝τｍ／φ …（４）
Ｉｍ＝φ／Ｌm …（５）
与えられる。ここで、Ｖｍ：電動機電圧である。この式（３）〜式（５）により、トルク電流指令値Ｉtと励磁電流指令値Ｉmを求めることができる。この時、磁束指令値φは、電動機１５が発生すべきトルクや電動機の電圧によってあらかじめ決めておくことができる値であるため、目標トルク指令値τmまたは電動機電圧Ｖｍに基づく値としてあらかじめ準備しておく。
【００３０】式（１）に、式（５）を代入することにより、すべり周波数指令値ωsは、以下の式（６）により、ωｓ＝ｒ２・Ｉｔ／φ …（６）
として求めることができる。
【００３１】このすべり周波数指令値ωsより、電動機１５に印加する周波数指令値ω1は、以下の式（７）により、ω１＝ωｓ＋ω０ …（７）
電動機回転数信号Ｎmの周波数変換値である同期周波数（すべりが含まれていない周波数）にすべり周波数指令値ωsを加算することによって求めることができる。ここで、ω０：同期周波数である。
【００３２】これらの演算結果を元に、電動機１５への印加電流の位相は、以下の式（８）により、電流位相角δ、δ＝ｔａＮ-1（Ｉｔ／Ｉｍ） …（８）
により求めることができる。
【００３３】これらの一連の計算により、電動機１５のトルクを目標トルク指令値τmに沿ってベクトル制御により制御することができる。ここで、すべり周波数指令値ωsは、式（６）に示されるような演算によって求めることができるが、この演算結果は基本的に電動機二次抵抗値ｒ２，トルク電流指令値Ｉt、磁束指令値φによって求められるものであるが、演算処理上では係数によって補正することにより、式（９）に示すように、ωｓ＝ｒ２・Ｉｔ・Ｋｓ／φ …（９）
として、すべり周波数ωｓの演算結果を変化させることが可能である。ここで、Ｋｓ：すべり補正係数Ｋsである。
【００３４】以上のようにして、すべり周波数指令値ωsの演算に、式（６）の代わりに、式（９）を用いることにより、すべり周波数指令値ωsの値を自由に変化させることが可能である。このことによって、電動機１５に印加する電圧及び電流は、トルク電流指令値Ｉt、励磁電流指令値Ｉm、磁束指令値φ等のパラメータを変えないですべり周波数指令値ωsを単独で変化させることになり、電動機１５に印加する電圧及び電流は変化させないまま、すべり周波数指令値ωsだけを増減変化せしめるように動作を行うことが可能となる。また、このすべり補正係数Ｋsは、先に述べたストール判定手段１７からのパワーアップフラグPUFに基づいて、すべり補正係数演算手段２１によって求めることにより、すべり補正係数Ｋsは、すべり演算手段１９に伝達される。すべり演算手段１９は、その内部において、式（９）に基づき演算を行うものである。また、式（９）におけるすべり補正係数Ｋsがない場合であっても、電動機二次抵抗値ｒ２の値を変化させることによってもすべり周波数の演算値を変化させることもできる。
【００３５】次に、誘導電動機は、印加電圧、電流及び周波数をもとに制御を行うが、そのすべりに対するトルクの特性は、図２に示すようになっている。図２において、横軸は同期周波数を示し、縦軸はトルクを示している。
【００３６】電動機１５に印加する周波数が、電動機１５の回転速度である電動機回転数信号Ｎmの周波数と等しい場合には、すべりが存在しない状態であるため、この時は周波数ω０で駆動されていることになり、電動機１５が発生するトルクはゼロである。ここから、すべり周波数指令値ωsを、図中のωｓＡまで増加させた場合、電動機１５はトルクを発生し、トルクはＰ点のトルクτＡを発生する。このままさらにすべり周波数指令値ωsを図中のωｓＢまで増加させると、さらにトルクは上昇し、電動機１５の発生トルクは、図中Ｑ点のトルクτＢまで増大する。さらにすべり周波数指令値ωsを増大させた場合、電動機１５の設計及び基本特性で決まる停動点を超えてることとなり、電動機１５はいわゆる脱調現象となり、逆にトルクが低下していく特性になる。
【００３７】この電動機１５のすべり−トルク特性は誘導電動機である電動機１５の個々の特性により左右されるものでもあり、また電動機電圧や電流によっても変化するものである。
【００３８】ここで先に述べたように、すべり周波数指令値ωsをすべり周波数補正係数Ｋsによって補正するように動作させた場合、電動機電圧や電流を変化させずに、すべり周波数指令値ωsを増減させることができるので、その場合には図３に示す特性と同様のすべり−トルク特性を示すことになる。
【００３９】通常、誘導電動機は、停動点付近まですべりを発生させて運転した場合、電動機回転中の負荷変動外乱や速度変動の影響により出力トルクが不安定になる可能性があるため、出力トルクの安定性等を考慮した上で最大のすべり周波数は、図中のωｓＡまでに設定して制御することが一般的である。
【００４０】それに対して、本実施形態では、電動機１５の回転速度が極低速や電動機１５がロック状態である場合には、外乱や速度変動の影響が非常に少なくなる。この時に、すべり周波数指令値ωsをωｓＢまで増加させることにより、通常の制御においては出力トルクがτＡまでしか発生しない電動機１５をトルクτＢまで発生させて駆動することが可能となる。このことを利用し、ストール判定手段１７の判定に基づき、すべり周波数ωの値をすべり補正係数Ｋsによって増加補正することによって、すべり周波数指令値ωsを図中のωｓＡからωｓＢまで増加させる。その結果、電動機１５の出力トルクを、図中のτＡからτＢまで増加させることができ、車両の段差乗り越え等の状況で電気車に大きい駆動力を発生させ、通常では乗り越し不可能な段差を乗り越しすることができる等の動作ができる様になり、電気車の性能向上に貢献することが可能となる。
【００４１】また、この時、電動機１５に印加する電圧及び電流は先に述べたように増加すること無く出力トルクの増大が可能なため、電動機１５や電力変換手段１４を不必要に大きいものにする必要が無いものである。
【００４２】次に、図３〜図６を用いて、本実施形態による電気車の制御装置による制御方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置のストール判定手段１７による判定内容を示すフローチャートであり、図４は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置のすべり補正係数演算手段２１による演算内容を示すフローチャートであり、図５及び図６は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置による制御時のタイミングチャートである。
【００４３】アクセル検出手段１が踏み込まれて電気車が走行しようとした時に、電気車が段差などを乗り越そうとして乗り越しができない様な状態になったときには、アクセル検出手段１により求められる目標トルク指令値τmがあるしきい値のＡＣ１以上であっても、電動機１５が回転せず電動機回転数信号Ｎmはゼロを維持した状態となる。この時には電動機電流は目標トルク指令値τmに従ってベクトル制御により演算された電流が流れ、すべり周波数指令値ωsについても目標トルク指令値τmに従った値であるωｓＡの値が出力されている状態となる。
【００４４】そこで、図３のステップｓ１０において、ストール判定手段１７は、目標トルク指令値τmがしきい値ＡＣ１以上かどうかを判定する。しきい値ＡＣ１以上でない場合は、電動機１５は大きな出力トルクを必要としない状況であるので、ステップｓ１５に進み、ストール判定手段１７内のストール判定カウンタをクリアし、パワーアップフラグPUFをリセットして、ストール判定手段１７の処理を終了する。
【００４５】例えば、図５（Ａ）の時刻ｔ１に示すように、目標トルク指令値τｍがしきい値ＡＣ１以上である場合には、ステップｓ２０に進み、ストール判定手段１７は、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ１より上回るか下回るかを判定する。
【００４６】ステップｓ２０において、ストール判定手段１７は、電動機回転数信号ＮmがＮｍ１を下回る場合にはステップｓ２５に進み、ステップｓ２５において、ストール判定手段１７は、目標トルク指令値τmがしきい値ＡＣ１以上かつ電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ１以下の状態が、規定時間ｔｃ経過したかどうかを判定する。この判定は、ストール判定手段１７の内部に備えられたストール判定カウンタによるカウント計数値によって判定する。すなわち、目標トルク指令値τmがあるしきい値ＡＣ１以下で、かつ電動機回転数信号Ｎmがあるしきい値Ｎｍ１以下のときは、車両ストール状態となっているので、ストール判定手段１７にて判断検出し、このストール状態の継続時間をストール判定カウンタによりカウントする。
【００４７】ステップｓ２５において、規定時間ｔｃが経過していない場合には、まだストール状態確定ではないので、ステップｓ３０に進み、ストール判定手段１７は、ストール判定カウンタを加算して、パワーアップフラグPUFをリセットしておき、規定時間ｔｃの計数を継続する。
【００４８】一方、図５（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２において、ステップｓｃにて規定時間ｔｃが経過したと判断された場合、すなわち，カウントＣ１分継続した場合には、ストール判定手段１７は、ストール状態確定として、ステップｓ３０に進み、図５（Ｅ）の時刻ｔ２におけるストール状態確定のＸ点にて、パワーアップフラグPUFをセットして、ストール時の電動機１５の出力トルクアップ動作を行うようにする。
【００４９】次に、図４を用いて、パワーアップフラグPUFをセット時の処理について説明する。
【００５０】ステップｓ１１０において、すべり補正係数演算手段２１は、ストール判定手段１７から伝達されるパワーアップフラグPUFがセットされているか否かを判定する。パワーアップフラグがセットされている場合には、ステップｓ１２０に進み、セットされていない場合には、ステップｓ１５０に進む。
【００５１】セットされている場合には、ステップｓ１２０において、すべり補正係数演算手段２１は、すべり補正係数Ｋsが、規定のすべり補正係数の上限値ＫsＢより大きいかどうかを判定する。
【００５２】ステップｓ１２０において、すべり補正係数ＫsのＫｓがすべり補正係数の上限値ＫｓＢに達していない場合は、ステップｓ１３０において、すべり補正係数演算手段２１は、すべり補正係数Ｋsにある任意の値を加算することによりすべり補正係数Ｋsの値を増加せしめる。なお、すべり補正係数Ｋsの増加方法は、任意の値の加算による方法でもよいし、ある任意のパターンまたは関数による演算で求めても良いものである。
【００５３】以上のようにして、パワーアップフラグPUFがセットされている場合には、図５（Ｆ）の時刻ｔ２以降において示すように、すべり補正係数Ｋsの値が規定任意のすべり補正係数の上限値Ｋｓｂに向かって漸次増加していき、やがて規定任意のすべり補正係数の上限値Ｋｓｂの値に保たれるようになる。この規定任意のすべり補正係数の上限値Ｋｓｂの値は電動機１５の設計及び特性より決まる停動点のすべりまでの範囲で任意に決定すれば良いものである。
【００５４】図５（Ｆ）に示すように、すべり補正係数ＫsがＫｓＡからＫｓＢまで増加し、それに伴って、図５（Ｇ）に示すように、すべり周波数指令値ωsがωｓＡからωｓＢまで増加する。この動作により、誘導電動機である電動機１５の発生トルクτｍは、図５（Ｈ）に示すように、τＡからτＢまで増加する動作となる。この時、電動機電流は、目標トルク指令値τmが変化しないため、すべり周波数指令値ωsが変化する前後でも目標トルク指令値τmによって決定している値を維持したままである。
【００５５】ステップｓ１２０の判定で、すべり補正係数Ｋsが上限値Ｋｓｂより大きいか等しい場合には、すでにすべり補正係数Ｋsが上限値に達していることを示しているので、ステップｓ１４０において、すべり補正係数演算手段２１は、すべり補正係数Ｋsにすべり補正係数の上限値ＫｓＢの値を代入して、すべり補正係数演算手段２１の処理を終了する。従って、図５（Ｆ）に示すように、すべり補正係数は、上限値ＫsＢに保持される。
【００５６】これらの動作により、電動機１５の発生トルクが増大して電気車の駆動力が増加し、車両は段差等を乗り越えすることが可能となる。車両が段差を乗り越えすると、電動機１５が回転し始めるため、電動機回転数信号Ｎmがゼロから増加する。
【００５７】再び、図３に戻り、ステップｓ２０において、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ１よりも上回っている場合には、ステップｓ４０に進む。
【００５８】ステップｓ４０において、このステップに進む以前にストール判定による出力トルクアップがなされている可能性があるため、ストール判定手段１７は、パワーアップフラグPUFがセットされているかどうかを判定する。
【００５９】ここでパワーアップフラグPUFがセットされていない場合には、以前にストール確定とはならなかったことであるので、ステップｓ５０に進み、ストール判定手段１７は、ストール判定カウンタ及びパワーアップフラグPUFをクリアリセットして、ストール判定手段１７の処理を終了する。
【００６０】一方、ステップｓ４０において、パワーアップフラグPUFがセットされていた場合には、以前にストール状態が確定してパワーアップフラグPUFがセットされていた状態であるので、ステップｓ４５に進み、ストール判定手段１７は、電動機回転数信号Ｎmが、今度は出力トルクアップ解除の条件であるしきい値Ｎｍ２を上回るか下回るかを判定する。
【００６１】ステップｓ４５において、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ２を上回っていた場合には、電動機１５が普通に回転している状態でストールではない状態であると判断できるため、ステップｓ５０に進み、ストール判定手段１７は、ストール判定カウンタ及びパワーアップフラグPUFをクリアリセットしてストール判定手段１７の処理を終了する。
【００６２】また、ステップｓ４５において、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ２を下回っている状態である場合には、ストール状態確定により電動機１５の出力トルクがアップされているにも関わらず電動機１５が回転していない、もしくは極低速でしか回転していないということであるので、その状態の時間を計測判定すべくステップｓ５５に進む。
【００６３】ステップｓ５５において、ストール判定手段１７は、ストール判定カウンタの計数値をもとに規定時間ｔｄが経過したかどうかを判定し、規定時間ｔｄが経過している場合にはストール判定による電動機１５の出力トルクアップ状態が連続して継続している状態で、かつ電動機１５が回転できない状態が継続していると見なしステップｓ６５に進んで、ストール判定カウンタ及びパワーアップフラグPUFをクリアリセットする。
【００６４】一方、ステップｓ５５において、規定時間ｔｄが経過していない場合は、ステップｓ６５に進み、ストール判定手段１７は、ストール判定カウンタを加算する。
【００６５】以上のようにして、図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３において、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ２まで達した場合、ストール判定手段１７は、電気車が段差を乗り越えして、ストール状態は解除されたと判断し、Ｙ点において、図５（Ｄ）に示すように、ストール判定カウンタをリセットし、パワーアップフラグをリセットする。
【００６６】次に、パワーアップフラグPUFがリセットされた場合の動作について説明する。
【００６７】図４のステップｓ１１０の判定で、パワーアップフラグPUFがセットされていなかった場合には、ストール状態によるパワーアップが解除されていることを示しているので、ステップｓ１５０に進む。
【００６８】ステップｓ１５０において、すべり補正係数演算手段２１は、すべり補正係数Ｋsが、規定任意のすべり補正係数の下限値ＫｓＡよりも大きいかどうかを判定する。すべり補正係数ＫsのＫｓが規定任意のすべり補正係数の下限値ＫｓＡよりも小さいか等しい場合にはステップｓ１７０に進み、すべり補正係数ＫsのＫｓの値を規定任意のすべり補正係数の下限値ＫｓＡの値として処理を終了する。これによりすべり補正係数ＫsのＫｓの値が通常の制御を行うための規定のすべり補正係数の値へと復帰する。
【００６９】一方、ステップｓ１５０において、すべり補正係数ＫsのＫｓが規定任意のすべり補正係数の下限値ＫｓＡよりも大きい場合には、すべり補正係数ＫsのＫｓを漸減する必要があるため、ステップｓ１６０に進み、すべり補正係数ＫsのＫｓにある任意の値を減算し、すべり補正係数ＫsのＫｓの値を減少せしめる動作を行う。このすべり補正係数ＫsのＫｓの減少方法は、任意の値の減少による方法でもよいし、ある任意のパターンまたは関数による演算で求めても良いものである。
【００７０】以上のようにして、図５の時刻ｔ３において、パワーアップフラグPUFがリセットされた場合には、図５（Ｆ）に示すように、すべり補正係数Ｋsは、規定任意のすべり補正係数の下限値ＫｓＡに向かって漸次減少していき、通常の制御によるすべり周波数指令値ωsの演算に復帰できる。
【００７１】図５（Ｆ）に示すように、すべり補正係数Ｋsが漸次減少すると、図５（Ｇ）に示すように、すべり周波数指令値ωsがωｓＢからωｓＡに戻り、図５（Ｈ）に示すように、電動機１５の出力トルクτｍはτＢからτＡに復帰する動作となる。
【００７２】このような一連の処理によって、電気車がストールしているかどうか、ストール判定により電動機１５の出力トルクアップを行ってストール状態を脱出できたか、出力トルクアップしてもストール状態を脱出できない状態が規定時間経過しているかどうかの判別を行うことができ、その状況に応じた電動機１５の出力トルクの制御を的確に行うことができる。
【００７３】以上のようにして、電気車が段差乗り越え等の動作を行う必要が合った場合に一時的に電動機１５の出力トルクを増加させるように動作し、電気車の段差乗り越え動作等を容易とすることが可能となり、電気車の性能を向上でき、また、使い勝手を向上することができる。
【００７４】また、通常の登坂動作などの動作の場合には、電動機回転数信号Ｎmの値により車両がストール状態なのか登坂状態であるのかを区別することが可能となり、不必要に電動機１５の発生トルクを増加させることがないので、通常動作においてはすべり周波数指令値τmの値の上限がωｓＡとなり、電動機１５を安定に駆動できることになる。
【００７５】また、この一連の電動機１５の出力トルク増加の動作においても、電動機１５に通電する電流が増加することが無いため、電動機１５及び電力変換手段１４については段差乗り越え等のトルクを考慮する必要のないレベルで容量や大きさを決定することができ、電動機１５や電力変換手段１４を不必要に大きくする必要が無いものである。
【００７６】なお、以上の説明において、ストール判定手段１７は、入力した目標トルク指令値τmと電動機回転数信号Ｎmに基づいて、車両ストール状態を検出するようにしている。すなわち、例えば、目標トルク指令値τmが所定の値以上でありながら、電動機回転数信号Ｎmが所定の値よりも小さい（零若しくは極低回転）場合に、車両ストール状態であると判定している。しかしながら、ストール判定手段１７は、他の車両状態によって、車両ストールを判定することもできる。例えば、ストール判定手段１７に、アクセル検出手段１の信号を入力することにより、ストール判定手段１７は、アクセル開度が大きく（アクセルペダルが踏み込まれている状態）、しかも、電動機回転数信号Ｎmが所定の値よりも小さい（零若しくは極低回転）場合に、車両ストール状態であると判定することができる。
【００７７】次に、図６を用いて、段差乗り越え不可時動作について説明する。アクセル検出手段１が踏み込まれて電気車が走行しようとした場合に、電気車が段差などを乗り越そうとして乗り越しができない様な状態である場合には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、アクセル検出手段１により求められる目標トルク指令値τmがあるしきい値のＡＣ１以上であっても、電動機１５が回転しないので電動機回転数信号Ｎmはゼロを維持した状態となる。
【００７８】この時には、電動機電流は、図６（Ｃ）に示すように、目標トルク指令値τmに従った電流が流れ、図６（Ｇ）に示すように、すべり周波数指令値ωsについても目標トルク指令値τmに従った値であるωｓＡの値が出力されている状態となる。
【００７９】この目標トルク指令値τmがあるしきい値ＡＣ１以下で、かつ電動機回転数信号Ｎmがあるしきい値Ｎｍ１以下である状態を車両ストールであると判断してストール判定手段１７にて検知し、この状態の継続時間をストール判定カウンタによりカウントする。図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２において、このストール状態がある任意の時間ｔｃ、すなわちカウントＣ１分継続した場合には、ストール判定手段１７よりストール確定のＸ点にて、図６（Ｅ）に示すように、パワーアップフラグPUFを発生する。
【００８０】すべり補正係数演算手段２１は、このパワーアップフラグPUFを受けて、図６（Ｆ）に示すように、すべり補正係数Ｋsを暫時増加させる。すべり補正係数Ｋsの変化方法はある任意の関数計算に沿ってもよいし、あらかじめ用意していたパターンに沿って変化させても良いものである。
【００８１】この動作により、すべり補正係数ＫsがＫｓＡからＫｓＢまで増加し、それに伴って、図６（Ｇ）に示すように、すべり周波数指令値ωsがωｓＡからωｓＢまで増加する。この動作により、先に述べたように誘導電動機である電動機１５の発生トルクτｍは、図６（Ｈ）に示すように、図中のτＡからτＢまで増加する。この時に電動機電流は目標トルク指令値τmによって決められる値を維持したままである。これらの動作により、電動機１５の出力トルクが増加し電気車の駆動力が増加することとなる。
【００８２】しかし、電動機１５の出力トルクがτＢまで増加しても乗り越しができないような段差に差し掛かっていたった場合には、当然ながら車両は段差を乗り越しすることができず、車両ストールしたままの状態となり、電動機回転数信号Ｎmはしきい値Ｎｍ１を下回った状態が継続することとなる。ストール判定カウンタは時間ｔc経過後、すなわちカウントＣ１経過後も継続してカウントを行う様に動作しており、図６（Ｄ）に示すように、時間カウントの計数値がやがてしきい値Ｃ２に達する。
【００８３】カウント時間がＣ２に達した場合、ストール判定手段１７では車両が乗り越し不能なレベルの段差に差し掛かっていて電動機１５の出力トルクアップを行っても乗り越しができないでいるものと判断し、電動機回転数信号Ｎmがしきい値Ｎｍ２に達しない条件であっても、図６（Ｅ）に示すように、時刻ｔ４において、パワーアップフラグPUFをリセットし、また、図６（Ｄ）に示すように、ストール判定カウンタをリセットする。これにより、すべり補正係数演算手段２１は、図６（Ｆ）に示すように、すべり補正係数Ｋsを漸減し、すべり補正係数ＫsがＫｓＢからＫｓＡに復帰する動作を行う。すべり補正係数Ｋsの復帰は、ある任意の関数計算に基づいても良いし、あらかじめ容易したパターンに沿って求めても良い。
【００８４】このすべり補正係数Ｋsの変化により、図６（Ｇ）に示すように、すべり周波数指令値ωsはωｓＢからωｓＡに戻り、図６（Ｈ）に示すように、電動機１５の出力トルクτｍはτＢからτＡに復帰する動作となる。
【００８５】なお、以上の説明において、時間カウントの計数値がしきい値Ｃ２となった場合、すなわち、出力トルクアップが所定時間継続した場合に、補正係数を元の状態に戻し、出力トルクを元に戻している。しかしながら、例えば、運転者がアクセルペダルを戻した場合により、運転者の意志により、段差乗り越えを断念した場合も、ストール判定手段１７は、アクセル検出手段１の信号を用いて、アクセル開度を判定し、補正係数を元の状態に戻し、出力トルクを元に戻すようにする。このとき、アクセル検出手段１によりアクセル開度を検出する方法の他に、アクセル開度が小さくなることによって、目標トルク指令値τmがあるしきい値より小さくなったことを検出しても、運転者の意志により、段差乗り越えを断念したとして、補正係数を元の状態に戻し、出力トルクを元に戻すようにすることもできる。
【００８６】また、ストール判定手段１７は、前後進検出手段３の出力信号により、操作レバー（変速レバー）が前進や後進に選択されていない場合、例えば、ニュートラルが選択されている場合も、段差乗り越えを断念したとして、補正係数を元の状態に戻し、出力トルクを元に戻すようにすることもできる。
【００８７】さらに、ストール判定手段１７は、ブレーキ検出手段２の出力信号により、ブレーペダルが踏み込まれている場合も、段差乗り越えを断念したとして、補正係数を元の状態に戻し、出力トルクを元に戻すようにすることもできる。
【００８８】以上説明したように、本実施形態においては、このような動作とすることにより、電気車が段差乗り越え等の動作を行う必要が合った場合に、一時的に電動機１５の出力トルクを増加させることができるが、それでも乗り越し不可能な段差等であった場合には運転者がそのまま段差乗り越しの為の運転操作を継続していた場合、ある任意のカウント時間Ｃ２を持って段差乗り越し不能であると判断して出力トルクτｍを元に戻す動作を行えるようになり、不必要に電動機１５及び電力変換手段１４に負担をかけないように動作させることができる。
【００８９】次に、図７を用いて、本実施形態による電気車の制御装置を搭載した電気車の構成について説明する。図７は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置を搭載した電気車のブロック構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。電気車の車体１００は、４つの車輪１１０，１１２，１１４，１１６によって支持されている。この電気車は、前輪駆動であるため、前方の車軸１５４には、電動機１５が直結して取り付けられている。電動機１５は、制御装置３４によって駆動トルクが制御される。制御装置３４の動力源としては、電源１３が備えられ、この電源１３から電力が制御装置３４を介して、電動機１５に供給され、電動機１５が駆動されて、車輪１１０，１１４が回転する。ハンドル１５０の回転は、ステアリングギア１５２及びタイロッド，ナックルアーム等からなる伝達機構を介して、２つの車輪１１０，１１４に伝達され、車輪の角度が変えられる。
【００９０】
【発明の効果】本発明によれば、車両ストール時、電動機電流を増大させることなく、電動機の出力を増大させることにより、車両ストール状態を回避して、車両性能の向上を図ることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地
【出願日】 平成１３年９月１８日（２００１．９．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００７７８１６
【弁理士】
【氏名又は名称】春日 讓
【公開番号】 特開２００３−９２８０３（Ｐ２００３−９２８０３Ａ）
【公開日】 平成１５年３月２８日（２００３．３．２８）
【出願番号】 特願２００１−２８３１７１（Ｐ２００１−２８３１７１）