JP5746781B2 - Vehicle control apparatus and failure determination method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、車両用制御装置および故障判定方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a vehicle control device and a failure determination method.
車両内に搭載されている主変換装置は、高電圧配線を介して車両外のパンタグラフと接
続される。パンタグラフの電力は、高電圧配線を通して主変換装置に供給され、主変換装
置は供給された電力を車両が走行するための電力に変換する。車両の走行中、上記の高電
圧配線が何らかの原因によって、主変換装置の筐体に接触すると、その接触部分を介して
短絡が起こり、地絡事故が発生することになる。車両には、このような地絡事故を地絡故
障として検知する制御部を有する車両用制御装置が備えられている。車両用制御装置が地
絡故障を検知すると、パンタグラフと主変圧器を接続する遮断器を開放するように制御す
る。遮断器を開放することで、主変圧器に接続されている主変換装置もパンタグラフから
電気的に切り離され、地絡事故により主変換装置が故障することを防止していた。このよ
うな地絡事故発生に対する対策が取られている。
The main conversion device mounted in the vehicle is connected to a pantograph outside the vehicle via a high voltage wiring. The power of the pantograph is supplied to the main conversion device through the high-voltage wiring, and the main conversion device converts the supplied power into power for running the vehicle. When the high voltage wiring contacts the casing of the main converter for some reason while the vehicle is running, a short circuit occurs through the contact portion, and a ground fault occurs. The vehicle is provided with a vehicle control device having a control unit that detects such a ground fault as a ground fault. When the vehicle control device detects a ground fault, it controls to open the circuit breaker connecting the pantograph and the main transformer. By opening the circuit breaker, the main converter connected to the main transformer is also electrically disconnected from the pantograph, preventing the main converter from being damaged due to a ground fault. Measures are taken against the occurrence of such ground faults.
しかしながら、従来の車両用制御装置において、上記の開放動作または保護動作は地絡
事故を誤って検出した場合にも発生してしまう。このような誤検知による主変換装置の切
り離しが実行されると、車両走行のための走行力が低下し、車両の運行に支障が出るおそ
れがある。
However, in the conventional vehicle control device, the above opening operation or protection operation occurs even when a ground fault is erroneously detected. When the main converter is disconnected due to such erroneous detection, the driving force for driving the vehicle is reduced, which may hinder the operation of the vehicle.
本発明が解決しようとする課題は、地絡誤検知を検出することができる車両用制御装置
および故障判定方法を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle control device and a failure determination method capable of detecting a ground fault detection error.
実施形態の車両用制御装置は、遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた電力を、モータを駆動するための電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部に接続され、地絡によって流れる電流を検出するための電流検出部と、制御部と、を備え、この制御部は、電源が投入され、かつ前記接触器が開放されているときの、前記電流検出部に模擬電流を流さない第1の期間および模擬電流を流す第2の期間に、さらに車両の走行中に前記電流検出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたときに、前記電流検出部が検出した電流値によるこの電流検出部の故障判定を行い、前記第1の期間では、前記電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定し、前記第2の期間では、前記電流検出部で所定の電流値が検出されない場合に故障と判定し、前記地絡が検出された場合は、前記遮断器が開放されているときに前記電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定する。 The vehicle control device of the embodiment is connected to a power conversion unit that converts electric power received via a circuit breaker, a transformer, and a contactor into electric power for driving a motor, and is connected to the power conversion unit. A current detection unit for detecting a current flowing through the entanglement, and a control unit, the control unit is a simulated current in the current detection unit when the power is turned on and the contactor is opened When a ground fault is detected based on the current value detected by the current detection unit during the traveling of the vehicle during the first period during which no current flows and the second period during which the simulated current flows, the current detection unit A failure determination of the current detection unit is performed based on the detected current value. In the first period, a failure is determined when a predetermined current value is detected by the current detection unit, and in the second period, the failure is determined. If the predetermined current value is not detected by the current detection unit To determine a failure, if the ground fault is detected, it is determined that a failure when the predetermined current value by the current detecting section is detected when the circuit breaker is open.
以下、実施形態の制御装置を図面を参照して説明する。 Hereinafter, a control device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
第1の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図1は、第1の実施形態の車両
用制御装置の全体構成を示す図である。図2は、第1の実施形態の車両用制御装置の制御
部の動作を示すフローチャートである。図3は、第1の実施形態の車両用制御装置の制御
システムの動作を示すタイムチャートである。
(First embodiment)
The first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a vehicle control device according to a first embodiment. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit of the vehicle control apparatus of the first embodiment. FIG. 3 is a time chart showing the operation of the control system of the vehicle control device of the first embodiment.
(構成)
まず、本実施形態の構成について説明する。図1は、パンタグラフ100、遮断器10
1、主変圧器102、主接地103、接触器104、電力変換器105、モータ106、
電流検出器107、電力変換装置用接地108、電流検出器動作確認回路109、電力変
換装置110、制御部1000、地絡検出演算部1001、模擬電流出力部1002、接
触器状態検出部1003、CT故障検出部1004、開放指令出力部1005で構成され
る。
(Constitution)
First, the configuration of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a
1,
パンタグラフ100は、遮断器101を介して主変圧器102と接続される。主変圧器
102のパンタグラフ100と反対側には主接地103が接続される。主変圧器102の
二次側には、主変換装置110が接続される。主変換装置110は、主変圧器102と反
対側に接触器104を介して電力変換器105および、モータ106が接続される。電力
変換器105には電流検出器107、電力変換器105の筐体を介して電力変換装置用接
地108が接続されている。
The
また電力変換装置110は、遮断器101、接触器104、電流検出器107、電流検
出器動作確認回路109接続され、地絡検出演算部1001、模擬電流出力部1002、
接触器状態検出部1003、CT故障検出部1004、開放指令出力部1005を内蔵す
る制御部1000を有している。
The
The
制御部1000の地絡検出演算部1001は、電流検出器107、開放指令出力部10
05、CT故障検出部1004、模擬電流出力部1002と接続される。模擬電流出力部
1002は、電流検出器動作確認回路109、接触器状態検出部1003と接続される。
接触器状態検出部1003は、接触器104、模擬電流状態検出部1002、電流検出器
CT故障検出部1004と接続される。開放出力指令部1005は、地絡検出演算部10
01、遮断器101、接触器104と接続される。
The ground fault
05, connected to the CT
Contactor
01,
このような構成を有する車両は、以下のように動作する。架線から送られてくる電力は
パンタグラフ100及び、通常の走行時は投入状態にある遮断器101を通り、主変圧器
102へ送られ、主変圧器102で降圧される。主変圧器102で降圧された電圧は、通
常列車の走行時には投入状態にある接触器104を介して電力変換器105に送られる。
電力変換器105は、電力をモータ106が駆動可能な状態に変換し、モータ106に供
給する。電力を得たモータ106は、駆動力を発生し、車両を走行させる。
The vehicle having such a configuration operates as follows. The electric power sent from the overhead line passes through the
The
(動作)
このような車両の駆動時または走行時に、電力変換装置110とパンタグラフ100を
接続する高電圧配線が、電力変換装置110の筐体と接触することで地絡事故が起きた場
合、地絡検出システムが作動する。地絡事故が起きると、主変圧器102から、電力変換
器105、電力変換装置用接地108、主接地103という、地絡電流が流れる循環経路
を形成する。地絡電流が発生すると、モータ106が駆動力を得られない、電力変換器1
05が破損するなど、車両の安全な走行の障害となる様々な問題が生じる。
(Operation)
When a ground fault occurs due to the high voltage wiring connecting the
Various problems that hinder safe driving of the vehicle occur, such as damage to 05.
そのため、通常の地絡検出システムは、地絡事故が起きた場合には、電流検出器107
によって検出されている電流(Ict)を地絡検出演算部1001で予め設定された所定
値(α)を超えているかどうかを算出する。超えていると地絡事故と判断され、地絡検知
信号が開放指令出力部1005に入力される。地絡検知信号を受け取った開放指令出力部
1005は、遮断器101が開放するように開放指令を出力する。
For this reason, a normal ground fault detection system has a
It is calculated whether or not the current (Ict) detected by (1) exceeds a predetermined value (α) preset by the ground fault
開放指令出力部1005からの開放指令信号を受けた遮断器101が開放すると、架線
からパンタグラフ100を介して電力変換装置110に流れる電流を遮断するため、地絡
事故により電力変換器105の破損を防止し、出力が低下しながらも車両の安全な走行は
保たれる。このように地絡検出システムが正常に動作している場合は、車両の安全は維持
できる。
When the
しかしながら、電流検出器107が故障している場合は、地絡事故が起きていても地絡
検出ができないケースや、または、地絡事故が起きていないにもかかわらず、地絡事故が
検出してしまうケースがある。その場合、車両の安全で安定的な走行が損なわれる恐れが
あった。そのため、以下に、地絡検出システムの正常な動作を維持するための本実施形態
の車両用制御装置の電流検出器異常検出手段について図2、図3を参照して説明する。
However, if the
図2または図3(a)に示すように、電源をONにすると電流検出器異常検出手段の動
作が開始する電源投入信号を模擬電流出力部1002が受け取る(S1)。電源投入信号
を受け取った模擬電流出力部1002は、接触器状態検出部1003からの接触器104
の開放状態を示す信号を入力されているかどうかを判定する(S2)。電源投入信号を受
け取り、さらに接触器104の開放状態を示す信号が入力されている場合、図3(b)に
示すように模擬電流出力部1002は一定時間後、電流検出器動作確認回路109の接触
器を投入し、電流検出器動作確認回路109に模擬電流が流れるようにする。模擬電流検
出部1002では、模擬電流を電流検出器動作確認回路109に流すと同時に、この動作
を行ったことを示す模擬電流出力信号を地絡検出演算部1001に出力する。また、地絡
検出演算部1001には、電流検出器107により検出された電流値も入力される。図3
(c)に示すように正常に動作している場合は、一定時間後に電流検出器動作確認回路1
09に模擬電流が流れるため、電流検出器107では0以上の電流値を検出することにな
る。このような模擬電流を流しているかどうかを判断するため、模擬電流出力部1002
から地絡検出演算部1001へ模擬電流信号を入力し、地絡検出演算部1001では模擬
電流出力信号が入力されるかどうかを判定する(S3)。また、接触器開放信号が無いと
判定された場合は(S2)は、接触器に異常があるとする(S6)。
As shown in FIG. 2 or FIG. 3A, the simulated
It is determined whether or not a signal indicating the open state is input (S2). When a power-on signal is received and a signal indicating the open state of the
When operating normally as shown in (c), the current detector
Since the simulation current flows in 09, the
The ground fault
図3のA点からB点のように模擬電流出力信号が入力されない期間において、地絡検出
かあるかどうかは以下のように判断される。地絡検出演算部1001では、電流検出器1
07より検出される電流値(Ict)が0以上の値であるかどうかを判定する(S4)。
検出された電流値(Ict)が0以上である場合、地絡検出演算部1001より接触器開
放信号・有、模擬出力信号・無、Ict>0の情報を持った第1地絡検出信号がCT故障
検出部1004へ入力される。第1地絡検出信号を受け取ったCT故障検出部1004は
、第1パターンの電流検出器107の故障が発生していると判断する(S7)。図3(d
)に示すように、電流検出器107が短絡等により地絡検出演算部1001に電流が送ら
れる状態になることを第1パターンCT故障とする。CT故障第1パターンの信号を受け
取ったCT故障検出部1004は、接触器104へ開放信号を出力し、接触器104を開
放する。また、この時の地絡検出演算部1001で電流値(Ict)と比較する値は、予
め設定する0以外の所定値でもよい。
Whether or not a ground fault is detected during a period in which the simulated current output signal is not input, such as point A to point B in FIG. 3, is determined as follows. In the ground fault
It is determined whether or not the current value (Ict) detected from 07 is 0 or more (S4).
When the detected current value (Ict) is greater than or equal to 0, the ground fault
), The first pattern CT failure is that the
一方で、検出された電流値(Ict)が0以下である場合、地絡検出信号がCT故障検
出部1004に入力されない。CT故障検出部1004で地絡検出信号を受けとらなけれ
ば接触器104の開放指令は出力されず、制御部1000では電流検出器107は正常に
動作している判断される(S8)。
On the other hand, when the detected current value (Ict) is 0 or less, the ground fault detection signal is not input to the CT
また、図3のB点からC点のような模擬電流出力信号が入力される期間において、地絡
検出かあるかどうかは以下のように判断される。一定時間経過後、模擬電流出力部100
2から地絡検出演算部1001に模擬出力信号が出力される。また同時に、模擬電流出力
部1001からの指令で電流検出器動作確認回路109の接触器は投入され、電流検出器
動作確認回路109に模擬電流が流れるようになる。模擬電流が回路内を流れるようにな
ると、電流検出器107から電流が検出されるようになる。その電流値(Ict)は、地
絡検出演算部1001に入力される。検出電流値(Ict)を受け取った地絡検出演算部
1001では、電流値(Ict)が所定の値(α)を超えているかどうかを判定する(S
5)。検出された電流値(Ict)が所定の値を超えていない場合、地絡検出演算部10
01より接触器開放信号・有、模擬出力信号・有、Ict<αの情報を持った第2地絡検
出信号がCT故障検出部1004に入力され、第2パターンの電流検出器107の故障が
発生していると判断される(S10)。図3(e)に示すように、電流検出器107が破
損等により絶縁物となり地絡検出演算部1001に電流が送られない状態になることを第
2パターンCT故障とする。地絡検出演算部1001よりCT故障第2パターンの信号を
受け取ったCT故障検出部1004は、接触器104へ開放信号を出力し、接触器104
を開放する。
Further, whether or not the ground fault is detected in the period in which the simulated current output signal such as the point B to the point C in FIG. 3 is input is determined as follows. After a certain period of time, the simulated
2 outputs a simulated output signal to the ground fault
5). When the detected current value (Ict) does not exceed the predetermined value, the ground fault
From 01, the second ground fault detection signal having the contactor open signal / presence, simulated output signal / presence, and information of Ict <α is input to the CT
Is released.
一方で、図3(c)に示すように、検出された電流値(Ict)が所定の値(α)を超
えている場合、地絡検出演算部1001より地絡検出信号がCT故障検出部1004へ入
力されない。CT故障検出部1004で地絡検出信号を受けとらなければ接触器104の
開放指令は出力されず、制御部1000では、電流検出器107は正常に動作している判
断される(S9)。
On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the detected current value (Ict) exceeds a predetermined value (α), the ground fault detection signal is sent from the ground fault
このような電流検出器異常検出手段を有することで、故障している電流検出器104を
検知し、接触器104を開放することで、車両の安全な走行が維持できる。
By having such a current detector abnormality detecting means, a safe running of the vehicle can be maintained by detecting the faulty
また、ひとつの主変圧器102に複数の電力変換装置110が設置されているような場
合には、各電力変換装置110の電流検出器107の故障を検出することで、故障が発見
された電力変換装置110の接触器104のみを開放することができる。そのため、不必
要な電力変換装置110の切り離しを発生させることがなく、不必要な出力低下を防止で
きる。また、メンテナンス時には故障が発生している電流検出器を特定できるため、作業
効率を向上させることが可能である。また、電流検出器故障第1パターン及び、電流検出
器故障第2パターンと故障状態を特定することで、故障の原因を特定することに役立つ。
また本実施形態は、電圧値を検出して動作させることも可能である。また、走行途中で確
認ボタンにより電流検出器異常検出手段を動作させることもできる。
In addition, when a plurality of
In the present embodiment, it is also possible to operate by detecting a voltage value. Further, the current detector abnormality detecting means can be operated by a confirmation button during traveling.
(効果)
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、電流検出器異常判定手段
により、地絡誤検知を検出することで、不必要な電力変換器の開放を防止することが可能
となる。そのため、車両の安全な運行を維持することが可能である。
(effect)
According to the control device of at least one embodiment described above, it is possible to prevent unnecessary opening of the power converter by detecting the ground fault detection by the current detector abnormality determination means. Therefore, it is possible to maintain safe operation of the vehicle.
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図4は、第2の実施形態の車両
用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。尚、図1乃至3と同一の構成を
とるものについては、同符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control unit of the vehicle control apparatus according to the second embodiment. In addition, about the thing which has the same structure as FIG. 1 thru | or 3, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本実施形態は、車両の走行途中に電流検出器107が地絡を検知した際に、電流検出器
107の故障の有無を検出するためのものである。以下、その点について詳細に説明する
。
The present embodiment is for detecting whether or not the
(作用)
図4に示すように、地絡検出演算部1001で地絡が検出されると(S200)、開放
指令出力部1005より接触器104へ開放指令が出力される。開放指令受けた接触器1
04は開放され、その開放状態を接触器状態検出部1003が受け取る。接触器開放信号
をct故障検出部1004に入力する。ct故障検出部1004では、接触器104が開
放状態にあるかどうかを判断する(S201)。接触器開放信号があると判断されると、
電流検出器107で電流値(Ict)が検知されるかどうかを判定する(S202)。電
流値(Ict)が検知されると、第3パターンの電流検出器故障として電流検出器故障が
検知される(S204)。電流検出器107が短絡等により地絡検出演算部1001に電
流が送られる状態になることを第3パターン電流検出器故障とする。そのため、地絡事故
が発生しないとして、電流検出器故障第3パターンの信号を受け取ったCT故障検出部1
004は、地絡事故は発生していないが、電流検出器107が故障してるとし、接触器1
04を開放したまま遮断器101を再投入する。
(Function)
As shown in FIG. 4, when a ground fault is detected by the ground fault detection calculation unit 1001 (S200), an opening command is output from the opening
04 is opened, and the contactor
It is determined whether the current value (Ict) is detected by the current detector 107 (S202). When the current value (Ict) is detected, a current detector failure is detected as a current detector failure of the third pattern (S204). The failure of the third pattern current detector means that the
004 is that the ground fault has not occurred, but the
The
また、接触器開放信号が入力されなければ、接触器104が異常であると判断される(
S203)。
If the contactor opening signal is not input, it is determined that the
S203).
また、電流(Ict)が検出されなければ、電流検出器正常第3パターンが開放指令出
力部1005に入力される(S205)。電流検出器正常とされ電流検出器107は正常
状態で動作されていることが確認されたことになる。そのため、電流検出器故障第3パタ
ーンの信号を受け取ったCT故障検出部1004は、接触器104へ開放信号を出力し、
接触器104の開放を継続することになる。このような動作は遮断器101でも適用可能
である。
If the current (Ict) is not detected, the current detector normal third pattern is input to the opening command output unit 1005 (S205). It is confirmed that the current detector is normal and the
The opening of the
(効果)
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、電流検出器異常判定手段
により、地絡誤検知を検出することで、不必要な電力変換器の開放を防止することが可能
となる。そのため、車両の安全な運行を維持することが可能である。
(effect)
According to the control device of at least one embodiment described above, it is possible to prevent unnecessary opening of the power converter by detecting the ground fault detection by the current detector abnormality determination means. Therefore, it is possible to maintain safe operation of the vehicle.
100 パンタグラフ
101 遮断器
102 主変圧器
103 主接地
104 接触器
105 電力変換器
106 モータ
107 電流検出器(電流検出器)
108 電力変換装置用接地
110 電力変換装置
1000 制御部
1001 地絡検出演算部
1002 模擬電流出力部
1003 接触器状態検出部
1004 電流検出器故障検出部
1005 開放指令出力部
100
108
Claims (2)
前記電力変換部に接続され、地絡によって流れる電流を検出するための電流検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
電源が投入され、かつ前記接触器が開放されているときの、前記電流検出部に模擬電流を流さない第1の期間および模擬電流を流す第2の期間に、さらに車両の走行中に前記電流検出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたときに、前記電流検出部が検出した電流値によるこの電流検出部の故障判定を行い、
前記第1の期間では、前記電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定し、
前記第2の期間では、前記電流検出部で所定の電流値が検出されない場合に故障と判定し、
前記地絡が検出された場合は、前記遮断器が開放されているときに前記電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定する
ことを特徴とする車両用制御装置。 A power converter that converts the power received through the circuit breaker, transformer, and contactor into power for driving the motor;
A current detection unit connected to the power conversion unit for detecting a current flowing through a ground fault;
A control unit,
The controller is
When the power is turned on and the contactor is opened, the current is detected while the vehicle is running in the first period in which the simulated current is not supplied to the current detector and the second period in which the simulated current is supplied. When a ground fault is detected based on the current value detected by the detection unit, a failure determination of the current detection unit is performed based on the current value detected by the current detection unit ,
In the first period, when a predetermined current value is detected by the current detection unit, it is determined as a failure,
In the second period, when a predetermined current value is not detected by the current detection unit, it is determined as a failure,
When the ground fault is detected, the vehicle control device determines that a failure occurs when a predetermined current value is detected by the current detection unit when the circuit breaker is open.
電源が投入され、かつ前記接触器が開放されているとき、
電流検出部に模擬電流を流さない第1の期間に、電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定し、
電流検出部に模擬電流を流す第2の期間に、前記電流検出部で所定の電流値が検出されない場合に故障と判定し、
車両の走行中に電流検出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたとき、
前記遮断器が開放されているときに電流検出部で所定の電流値が検出された場合に故障と判定する
ことを特徴とする故障判定方法。 The current value detected by the current detection unit for detecting the ground fault current connected to the power conversion unit that converts the power received through the circuit breaker, transformer, and contactor into the power for driving the motor A failure determination method for this current detection unit by
When the power is turned on and the contactor is open,
When a predetermined current value is detected by the current detection unit in the first period in which the simulated current is not supplied to the current detection unit, it is determined that there is a failure.
When a predetermined current value is not detected by the current detection unit in the second period in which a simulated current is passed through the current detection unit, it is determined that there is a failure.
When a ground fault is detected based on the current value detected by the current detection unit while the vehicle is running,
A failure determination method, wherein a failure is determined when a predetermined current value is detected by a current detection unit when the circuit breaker is open.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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