JP5779526B2 - 電気車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電気車の車輪とレール間に発生する空転滑走を制御する技術に関する。

列車の車輪が空転・滑走した場合、駆動・制動トルクを絞って収束させ、空転・滑走が収束したらトルクを戻す制御を、再粘着制御という。再粘着制御において、接線力係数の最大値であり、車輪とレール間の環境条件で決まる粘着係数に相当する粘着トルクを用いるものがある。この背景技術として、特開平１−２４３８０３号公報（特許文献１）がある。トルクを戻す値に関して、この公報には、「常時該粘着係数を算定しておき、同時に前記発生トルク算定手段によって算定された電動機の発生トルクに対応する電動機電流を算定しておき、前記空転・滑走検知手段により空転または滑走が検知されたとき、空転または滑走の発生前及び発生直後の粘着係数と前記の電動機の発生トルクに対応する電動機電流とから粘着係数が最大或は最大近接にあるときに対応した電動機電流を算定し、該電動機電流を電動機の電流指令として与える」と記載されている。また、特開２０００−１２５４０６号公報（特許文献２）がある。この公報には、「粘着係数の急激な変動が発生した場合、主電動機速度検出遅れから大きな空転・滑走に進展して、再粘着させるためにトルクを大きく低減しなければならない状況が発生し、乗り心地の悪化と粘着力の利用率の低下を招くきらいがある。主電動機電圧・電流情報を用いた遅れの少ない推定速度によって、時々刻々接線力および接線力係数を最小次元外乱オブザーバで精度良く速やかに推定しながら主電動機トルク指令値を制御する」と記載されている（要約参照）。

特開平１−２４３８０３号公報 特開２０００−１２５４０６号公報

車両が氷を踏んだり、乾いたトンネル内から雪の屋外に出たりした場合、車両とレール間の粘着状態が急激に変化し、粘着係数が瞬間的に低下した結果、空転滑走が生じる場合がある。前記特許文献１には、線路と車輪間の粘着係数が最大または最大近傍の状態で電気車を駆動制御することが記載されている。粘着係数の急低下による空転滑走だった場合は、急低下後の低い粘着係数に対応した制御が望まれる。しかし、前記特許文献１は、上述のように粘着状態が急激に変化し、粘着係数が瞬間的に低下した場合に対応できず、再度空転・滑走を引き起こす可能性がある。また、前記特許文献２では、主電動機電圧・電流から求めた回転速度の推定値を用いて最小次元外乱オブザーバによる接線力係数の推定を行うことが記載されている。接線力係数を演算によって推定しており、制御周期ごとの演算負荷が非常に大きくなってしまう。

そこで本発明は、粘着係数の瞬間的な変化した場合であっても、演算負荷を抑え、高い処理速度で精度良く再粘着制御を行うものである。例えば、粘着状態が急激に減少したことで空転滑走が生じた場合は、粘着状態が急激に変化しなかった場合よりもトルクの下げ幅を大きくし、再度の空転・滑走を防ぐ。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、粘着トルクに基づいて電気車の粘着制御を行う電気車制御装置において、電気車の空転滑走を検知する空転滑走検知制御部と、電気車の粘着トルクを演算する粘着トルク演算部と、演算された粘着トルクを一定間隔ごとに記憶し、空転滑走を検知した場合に、検知前の複数の粘着トルクに基づいて第一の粘着トルクを出力し、さらに空転滑走を検知した時点における粘着トルクを第二の粘着トルクとして出力する粘着トルク保持部と、空転滑走を検知した場合に、モータの駆動トルクを第一の駆動トルクに減少させる指令トルク発生部と、第一の粘着トルクと第二の粘着トルクとに基づいて粘着状態の急変を検知する検知部とを有し、指令トルク発生部は、粘着状態の急変が検知された場合に、急変が検知されなかった場合よりも空転滑走を検知する直前の駆動トルクに対する第一のトルク値の減少幅を大きくすることを特徴とする。

本発明によれば、粘着係数が急激に低下した場合でも、少ない演算負荷によって精度良く空転滑走を抑制することが可能となり、電気車の加減速性能が向上する。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に関わる車輪に作用する力を示す図である。 本発明に関わるすべり速度と接線力係数の関係を示す図である。 本発明の再粘着制御の概要を示す図である。 本発明の再粘着制御ブロックを示す図である。 本発明の最大粘着トルクを求める過程を示す図である。 本発明の再粘着制御波形を示す図である。 本発明の粘着条件の急低下判断の過程を示す図である。 本発明の再粘着の制御フローを示す図である。 本発明の通常時と粘着条件急低下時とにおける夫々の駆動トルク制御の違いを示す図である。 本発明を電気車に搭載する場合の一実施形態を示す図である。

鉄道車両は車輪とレール間に働く粘着力によって加減速を可能としており、粘着力は車輪とレール間に作用する垂直荷重Ｎと車輪とレール間の摩擦係数を表わす接線力係数μとで決まる（図１参照）。垂直荷重は台車を含む車両重量で決まり、接線力係数は図２の接線力係数マップに示すように、車輪とレール間の環境条件（油水分、表面粗さ、粉じん等）で決まる粘着係数μmax（＝接線力係数の最大値）と、車輪のすべり速度によって決まる。

車輪の空転滑走は、図１に示すように車輪に作用する駆動／制動トルクτｄが発生可能な最大粘着トルクτａ_maxを上回ることで発生する。ここで言う空転滑走とは図２に示すように車輪のすべり速度が接線力係数マップ上の巨視すべり領域に相当する範囲に到達する現象のことをさす。空転滑走が発生すると車両の加速性能は損なわれるため、空転滑走を検知した場合には駆動／制動トルクを絞って空転滑走を収束させ、空転滑走が収束したらトルクを戻す再粘着制御というトルク制御を実施している。特に、接線力係数μが、ＤＲＹ（乾燥）からＷＥＴ（湿潤）へと変化したために空転滑走が生じた場合、ＷＥＴ状態の粘着係数はＤＲＹ状態よりも小さい、ＤＲＹ状態に基づくトルク制御では、再び空転滑走が生じる危険性がある。

再粘着制御は空転滑走発生時に駆動／制動トルクを車輪とレール間で発生可能な最大粘着トルクより絞って空転滑走を抑制するため、必要以上にトルクを絞ると加減速性能が低下してしまう。また、トルク絞り後の戻しトルクの値が最大粘着トルクより小さすぎると加減速不良となり、逆に戻しトルクの値が粘着トルクより大きすぎると再び空転滑走が発生するため、適切な戻しトルクの値の決め方が重要となる。図３に、空転検知からトルクを絞って減少させ、再粘着検知後にトルクを戻して再び増加させる一連の再粘着制御を示す。ここで、本発明での絞りトルクとは、空転滑走した車輪を再粘着させるためにトルクを減少させる値である。よって、再粘着させるために、段階的、もしくは連続的にトルクを変化させた場合においては、上記の再粘着区間での主たる値を絞りトルクとする。同様に、戻しトルクは、再粘着後に、列車の加減速制御を行うために上昇させる値である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施例は、図１０に記載のような電気車１００に搭載される電気車制御装置において、空転滑走の再粘着制御を、粘着係数急低下か否かを判断し、各々の場合で異なる制御を行う例である。電気車１００はモータ２００で駆動する車輪と、モータ２００を制御するインバータ３００、そしてインバータ３００を制御するインバータ制御部４００を備え、本実施例はインバータ制御部４００の一部、もしくは一機能となることが想定される。電気車は、モータ駆動であればよく、電源は、架線、蓄電池、その他の駆動源から受電しても良い。

図４は、本実施例の再粘着制御ブロック図であり、インバータ制御部４００の構成の一部を図示したものである。再粘着制御部はモータの角速度を演算する角速度演算部３、モータ角速度情報等に基づいて車輪の空転滑走を検知する空転滑走検知制御部１、空転滑走検知情報に基づいてモータへのトルク指令を演算するトルク制御部２、とで構成される。

空転滑走検知制御部１は、角速度演算部３で求められるモータ角速度を用いて車輪の空転滑走の検知と解除を判断し、空転滑走フラグを出力する。

空転滑走検知部１４は、空転検知の際は角加速度演算部１１で求められたモータ角加速度から、１次遅れフィルタ１２を適用して求めた車両加速度相当のモータ角加速度を引き算することで求まる空転角加速度が、所定のしきい値より大きい時に空転を検知してフラグを出力する。また、滑走検知の際は１次遅れフィルタ１２を適用して求めた車両加速度相当のモータ角加速度から角加速度演算部１１で求められたモータ角加速度を引き算することで求まる滑走角加速度が、所定のしきい値より大きい時に滑走を検知してフラグを出力する。

空転滑走解除部１５は、角加速度演算部１１で求められたモータ角加速度とジャーク演算部１３で求められたジャーク（角加速度の１階微分値）を用いて空転滑走の解除を検知してフラグを出力する。空転検知後の空転解除の検知は、角加速度が所定のしきい値より小さい、かつジャークが所定のしきい値より大きい条件が成立した場合に空転解除検知フラグを出力する。また、滑走検知後の滑走解除の検知は、角加速度が所定のしきい値より大きい、かつジャークが所定のしきい値より小さい条件が成立した場合に滑走解除検知フラグを出力する。

フリップフロップ１６は、空転滑走検知部１４が出力する空転滑走の検知フラグと、空転滑走解除部が出力する空転滑走の解除フラグとに基づいて、空転滑走検知フラグを出力する。

トルク制御部２は、再粘着制御時の指令トルクの実現に必要なモータ電流指令を演算して出力する。粘着トルク演算部２１は、角速度演算部３で求まるモータの角速度とモータ指令トルク情報を利用して、推定粘着トルクを演算する。車輪軸換算の推定粘着トルクτ_aは車輪の回転に関する運動方程式である式（１）を式（１）′に示すτ_aの形にすることで求まる。また、参考までに粘着トルクは式（２）に示すように、車輪とレール間に作用する垂直荷重Ｎと車輪とレール間の摩擦係数を表わす接線力係数μとで表わされる。一般に鉄道車両にはモータ出力軸と車輪軸の間に減速機構が備えられており、トルク制御部２でモータ軸換算にて演算する場合には式（１）〜式（２）で表わされる車輪軸換算のトルクを減速比で除算（割り算）することで求まる。

検知時の値保持部２２は、空転滑走検知制御部１が空転滑走を検知して空転滑走フラグがＯＮとなったときの推定粘着トルクを保持し、空転滑走時の粘着トルクτｅ_slipとして出力する。検知直前の最大値保持部２３は、粘着トルク演算部２０で求まる推定粘着トルクを空転滑走検知の時刻より所定の時間だけ遡った時点まで保持しておき、空転滑走検知制御部１が空転滑走を検知して空転滑走フラグがＯＮとなったときに、保持しておいた複数の推定粘着トルクの値から最大値を選択し、その値を最大粘着トルクτｅ_maxとして出力する（なお、滑走時は減速しているのでトルクの符号は負となるが、絶対値として考えることで空転時と同様に求まるので、以下、特に断りの無い限り空転時と滑走時を同様に扱う）。検知直前の最大値保持部２３は推定粘着トルクの保持に関して、記録負荷に応じて連続的に、或いは一定期間、或いは時間間隔を変化させて記録しても良い。このように、最大粘着トルクの推定に関して、直接方程式などを解いて算出することもなく、かつ用いる粘着トルクの記録間隔もいたずらに密にとることもないため、低い演算コストでの推定が可能である。演算コストを抑えることにより、処理にかかる時間も減らすことができ、処理のリアルタイム性も向上する。特に、応答性を重視する場合、粘着トルクの記録間隔をより狭めても良い。

ここで求めた最大粘着トルクτｅ_maxは、図５に示す、接線力係数の最大値である粘着係数に対応する粘着トルクとなる。なぜならば、すべり速度が徐々に拡大して空転検知にいたる過程において、すべり速度が微小すべり領域から巨視すべり領域に到達する際に必ず接線力係数がピークとなる（粘着係数）領域を通過するためである。すなわち、空転検知直前に接線力係数マップ上の粘着係数に相当するトルクである最大粘着トルク領域を通過するので、保持しておいた空転検知直前の複数の粘着トルクから最大値を選択することで最大粘着トルクτｅ_maxが精度良く求まることになる。

粘着急低下検知部２７は、図７に示すように検知時の値保持部２２で求まる空転滑走時の粘着トルクτｅ_slipと検知直前の最大値保持部２３で求まる最大粘着トルクτｅ_maxを比較演算し、粘着状態の急激な変化による粘着係数の急低下を検知し、粘着急低下検知フラグを出力する。粘着係数の急低下検知は、最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipを演算処理することで検知し、例えば最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipとの差である（τｅ_max−τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい、或いは最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipの割合である（τｅ_slip÷τｅ_max）の値が所定のしきい値より小さい、などを用いて検出する。例えば、（τｅ_slip÷τｅ_max）に対するしきい値は、「接線力係数の低下率」と、後述する絞りトルクの絞り率である「トルク絞り率」に基づいて設定してもよい。

トルク絞り／戻し率演算部２８は、図６に示すように再粘着制御時の絞り／戻しトルクの絞り／戻し率を出力し、粘着急低下検知フラグが出力されていない状態である通常条件ではトルク絞り／戻し率ａ１、ａ２［％］を出力し、粘着急低下検知フラグが出力された粘着急低下条件では、通常条件の絞り／戻し率であるａ１、ａ２［％］よりも小さな値であるａ１_low、ａ２_low［％］を出力する。ａ１、ａ１_lowは、空転滑走した車輪を再粘着させるような係数とすればよい。

トルクパターン演算部２６は、空転滑走検知制御部１から出力される空転滑走フラグに基づいて再粘着制御時のトルク絞り／戻し波形であるトルクパターンを出力する。トルク絞り／戻し率は通常条件ではトルク絞り／戻し率ａ１、ａ２［％］を出力し、粘着急低下検知フラグが出力された粘着急低下条件では、通常条件の絞り／戻し率であるａ１、ａ２［％］よりも小さな値であるａ１_low、ａ２_low［％］に切り換えられる。

指令トルク演算部２４は、粘着トルクτｅ_slip、最大粘着トルクτｅ_maxと、トルクパターン演算部２６から出力されるトルクパターンに基づいて、図６に示すように再粘着制御時の指令トルクを出力する。通常条件の場合には、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipに絞り率ａ１を乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ１［％］、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxに戻し率ａ２を乗算したτｅ_max［Ｎｍ］×ａ２［％］とする。絞りトルクは空転検知時の粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを絞ることで確実に空転を収束し（τｅ_max≧τｅ_slip）、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxに基づいてトルクを戻すことで粘着トルクを最大限利用して加減速性能の最大化を図る。また、粘着急低下条件の場合には、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipに絞り率ａ１_lowを乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ１_low［％］、戻しトルクは粘着トルクτｅ_slipに戻し率ａ２_lowを乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ２_low［％］とする。絞りトルク／戻しトルク共に最大粘着トルクτｅ_maxより小さな値である空転検知時の粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを制御し、なおかつ、トルク絞り率／戻し率共に通常条件のトルク絞り率／戻し率ａ１、ａ２より小さな値であるａ１_low、ａ２_lowすることで確実な空転収束を図る。

ベクトル制御部２５は、指令トルク演算部２４で求まる指令トルクをモータ電流指令に変換する。電圧演算部２９はモータ電流指令をモータ電圧指令へと変換し、モータ電圧指令を受けたＰＷＭ（Pulse Width Modulation／パルス幅変調）は、ＰＷＭ信号をインバータ３００へ送信する。

角速度演算部３で演算されるモータ角速度は、モータに取り付けられた回転速度センサ情報で代用、或いは、センサ情報を利用してモータ角速度を演算する方式でも良い。また、空転滑走検知制御部１は、複数のモータ角速度情報からすべり速度やすべり率を推算し、すべり速度やすべり率を所定のしきい値と比較して空転滑走を検知解除する構成でも良い。

検知直前の最大値保持部２３は、粘着トルク演算部２０で求まる推定粘着トルクを空転滑走検知の時刻より所定の時間だけ遡った時点と更に所定の時間だけ遡った時点までの間の推定粘着トルクを保持しておく。そして、空転滑走検知制御部１が空転滑走を検知して空転滑走フラグがＯＮとなったときに、保持しておいた複数の推定粘着トルクの値から最大値を選択し、その値を最大粘着トルクτｅ_maxとして出力する方式でも良い。また、検知直前の最大値保持部２３は、空転滑走検知制御部１が空転滑走を検知して空転滑走フラグがＯＮとなったときに、保持しておいた複数の推定粘着トルクの値の平均値を選択し、その値を最大粘着トルクτｅ_maxとして出力する方式でも良い。

或いは、検知直前の最大値保持部２３は、空転滑走検知制御部１が空転滑走を検知して空転滑走フラグがＯＮとなったときに、保持しておいた複数の推定粘着トルクの値の平均値と保持しておいた推定粘着トルクとの差を求め、その差が設定したしきい値より大きい場合にはしきい値を超えた推定粘着トルクの値を除外して最大値、或いは平均値、或いは最小値のいずれかを求め、その値を最大粘着トルクτｅ_maxとして出力する方式でも良い。設定したしきい値を超えた推定粘着トルクの値を除外した場合、ノイズによって最大粘着トルクτｅ_maxが大きく求められてしまうことを防ぐことができる。また、推定粘着トルクの平均値、あるいは最小値のいずれかを用いて最大粘着トルクτｅ_maxを求めた場合、最大値を用いた場合よりも戻しトルクの値が小さくなるため、トルクの値を戻しトルクまで引き上げた際に、空転しにくくなり、安全性がより一層向上する。

空転滑走検知部１４は、検知時の値保持部２２で求まる空転滑走時の粘着トルクτｅ_slipと検知直前の最大値保持部２３で求まる最大粘着トルクτｅ_maxを比較演算し、空転滑走検知フラグを出力する方式としても良い。空転滑走の検知は、最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipを演算処理することで検知し、例えば最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipとの差である（τｅ_max−τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい、或いは最大粘着トルクτｅ_maxと粘着トルクτｅ_slipの割合である（τｅ_max÷τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい、などを用いて検出する。

空転滑走解除部１５は、粘着トルク演算部２１が出力する推定粘着トルクとモータ指令トルクを比較演算して、空転滑走の解除を検知してフラグを出力する方式としても良い。空転滑走検知後の空転滑走解除の検知は、推定粘着トルクとモータ指令トルクを演算処理することで検知し、例えば推定粘着トルクとモータ指令トルクの差が所定のしきい値より小さい、或いは割合の値が所定のしきい値より小さい、等を用いて検出する。

以下に、本実施例の一連の動作を、図８を用いて説明する。

トルク制御部２は、推定粘着トルクを演算し、次々とその値を保持していく（００１）。

車輪のすべり速度が徐々に拡大し、すべり速度が微小すべり領域から巨視すべり領域に到達すると、角加速度演算部１１で求められたモータ角加速度から１次遅れフィルタ１２を適用して求めた車両加速度相当のモータ角加速度を引き算することで求まる空転角加速度が所定のしきい値より大きな値となり、空転滑走検知部１４は空転検知フラグを出力する（００２）。

空転検知フラグがＯＮになることで、検知時の値保持部２２は、空転フラグがＯＮとなったときの推定粘着トルクを保持し、空転時の粘着トルクτｅ_slipを出力する（００３）。検知直前の最大値保持部２３は、粘着トルク演算部２０で求まる推定粘着トルクを空転滑走検知の時刻より所定の時間だけ遡った時点まで保持しており、保持しておいた複数の推定粘着トルクの値から空転フラグがＯＮとなったときの最大値を選択し、その値を最大粘着トルクτｅ_maxとして出力する（００３）。検知直前の最大値保持部２３が保持のために遡る時間は、最大でも前回の空転による再粘着制御の空転解除を検知した時までとする。すべり速度は、微小すべり領域から巨視すべり領域に到達する際に粘着係数領域を通過するため、保持しておいた空転検知直前の複数の粘着トルクから選択した最大値が粘着係数に相当する粘着トルクである最大粘着トルクτｅ_maxとなる。

粘着急低下検知部２７は、図７に示すように検知時の値保持部２２で求まる空転滑走時の粘着トルクτｅ_slipと検知直前の最大値保持部２３で求まる最大粘着トルクτｅ_maxを比較演算し、τｅ_maxとτｅ_slipの差である（τｅ_max−τｅ_slip）の値が所定のしきい値より小さい、或いはτｅ_maxとτｅ_slipの割合である（τｅ_max÷τｅ_slip）の値が所定のしきい値より小さい場合には、粘着係数が急低下していない通常条件であると判断する（００４）。従って、トルク絞り／戻し率演算部２８は、通常のトルク絞り／戻し率ａ１、ａ２［％］を出力し、トルクパターン演算部２６は、通常のトルク絞り／戻し率ａ１、ａ２［％］に基づいたトルク絞り／戻しトルクパターンを出力する。また、粘着係数急低下条件の判断で、τｅ_maxとτｅ_slipの差である（τｅ_max−τｅ_slip）、あるいはτｅ_maxとτｅ_slipの割合である（τｅ_max÷τｅ_slip）を例にとって説明したが、τｅ_maxとτｅ_slipとの大きさの違いを比較できれば、差や割合に限定せず、他の四則演算や、独自の関数を用いても良いことは明らかである。

τｅ_maxとτｅ_slipの差である（τｅ_max−τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい、或いはτｅ_maxとτｅ_slipの割合である（τｅ_max÷τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい場合には、粘着急低下検知部２７は、粘着状態の急激な変化による粘着係数の急低下条件と判断して粘着急低下検知フラグを出力する。粘着係数の急低下を検知した場合には、トルク絞り／戻し率演算部２８は、通常条件の絞り／戻し率であるａ１、ａ２［％］よりも小さな値であるａ１_low、ａ２_low［％］を出力し、トルクパターン演算部２６は、通常条件の絞り／戻し率であるａ１、ａ２［％］よりも小さな値であるａ１_low、ａ２_low［％］に基づいたトルク絞り／戻しトルクパターンを出力する。

指令トルク演算部２４は、図６に示すように、通常条件の場合には、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipに絞り率ａ１を乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ１［％］を、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxに戻し率ａ２を乗算したτｅ_max［Ｎｍ］×ａ２［％］を出力する（００５）。絞りトルクは最大粘着トルクτｅ_maxより小さい値である粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを絞るため、確実な空転の収束を実現する。また、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxに基づいてトルクを戻すため、粘着係数に相当する最大粘着トルクτｅ_max近傍の値とすることができ、粘着トルクを最大限利用して加減速性能の最大化を実現する。

指令トルク演算部２４は、図６に示すように、粘着急低下条件の場合には、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipに絞り率ａ１_lowを乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ１_low［％］を、戻しトルクは粘着トルクτｅ_slipに戻し率ａ２_lowを乗算したτｅ_slip［Ｎｍ］×ａ２_low［％］を出力する（００６）。絞りトルク／戻しトルク共に最大粘着トルクτｅ_maxより小さな値である空転検知時の粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを制御し、なおかつ、トルク絞り率／戻し率共に通常条件のトルク絞り率／戻し率ａ１、ａ２より小さな値であるａ１_low、ａ２_lowとすることで、瞬間的に粘着係数が急低下するような条件においても確実な空転収束を実現することができる。

従って、図９に示すように、空転検知直前の駆動トルクが同じ場合であっても、粘着急低下検知フラグが出力されていない状態である通常条件か、粘着急低下検知フラグが出力された粘着急低下条件かのいずれかによって、絞りトルクや戻しトルクは、異なる値が出力されることになる。本実施例では、通常時の絞りトルクτ_α２と急低下時の絞りトルクτ_β２について「τ_α２＞τ_β２」という関係にすることで、それぞれの条件下で適した空転滑走の抑制を行うことができる。また、同様にそれぞれの条件下での戻しトルクであるτ_α１とτ_β１とを「τ_α１＞τ_β１」という関係にすることで、それぞれの条件下に適した再粘着制御が実現できる。例えば、図９において、「通常時」、「急低下時」を、それぞれ「急低下しない時」、「通常時」と置き換え、「急低下しない時」には、「通常時」よりも絞りトルクを大きくする、という概念も、本実施例に含まれるものである。戻しトルクについても同様である。

空転検知が粘着急低下条件で生じた場合、空転検知前の接線力係数μは、例えば図２でのＤＲＹ（乾燥）だったものが、空転検知時にはＷＥＴ（湿潤）へと変化してしまったと考えられる。よって、粘着急低下条件では、空転検知後の粘着係数に基づく処理をすることで、空転滑走の抑制を効率的に行うことができる。なお、ここでは空転発生時を例に説明したが、滑走発生時についても同様に機能する。

以上より、本実施例では、演算負荷を抑制しながらも精度良く最大粘着トルクを求め、空転滑走検知時の加減速性能を向上することができる。また、車輪とレール間の粘着状態が急激に変化して粘着係数が瞬間的に低下した場合は、その急低下を検出することで、粘着状態に適した空転滑走の抑制を実現できる。

実施例２では、実施例１で参照した図８での（００１）から（００４）までの制御フローは同じであり、読み換えることができる。

τｅ_maxとτｅ_slipの差である（τｅ_max−τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい、或いはτｅ_maxとτｅ_slipの割合である（τｅ_max÷τｅ_slip）の値が所定のしきい値より大きい場合には、粘着急低下検知部２７は、粘着状態の急激な変化による粘着係数の急低下条件と判断して粘着急低下検知フラグを出力する。粘着係数の急低下を検知した場合には、トルク絞り／戻し率演算部２８は、通常条件の絞り／戻し差分であるｂ１、ｂ２［Ｎｍ］よりも大きな値であるｂ１_large、ｂ２_large［Ｎｍ］を出力し、トルクパターン演算部２６は、通常条件の絞り／戻し差分であるｂ１、ｂ２［Ｎｍ］よりも大きな値であるｂ１_large、ｂ２_large［Ｎｍ］に基づいたトルク絞り／戻しトルクパターンを出力する。ｂ１、ｂ１_largeは、空転滑走した車輪を再粘着させるような係数とすればよい。

実施例２では、図８のフロー（００５）において、指令トルク演算部２４は、通常条件の場合には、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipから絞り差分ｂ１を減算したτｅ_slip［Ｎｍ］−ｂ１［Ｎｍ］を、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxから戻し差分ｂ２を減算したτｅ_max［Ｎｍ］−ｂ２［Ｎｍ］を出力する。絞りトルクは最大粘着トルクτｅ_maxより小さい値である粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを絞るため、確実な空転の収束を実現する。また、戻しトルクは最大粘着トルクτｅ_maxに基づいてトルクを戻すため、粘着係数に相当する最大粘着トルクτｅ_max近傍の値とすることができ、粘着トルクを最大限利用して加減速性能の最大化を実現する。

また、粘着急低下条件の場合の処理（００６）においては、絞りトルクは粘着トルクτｅ_slipから絞り差分ｂ１_largeを減算したτｅ_slip［Ｎｍ］−ｂ１_large［Ｎｍ］を、戻しトルクは粘着トルクτｅ_slipから戻し差分ｂ２_largeを減算したτｅ_slip［Ｎｍ］−ｂ２_large［Ｎｍ］を出力する。絞りトルク／戻しトルク共に最大粘着トルクτｅ_maxより小さな値である空転検知時の粘着トルクτｅ_slipに基づいてトルクを制御し、なおかつ、トルク絞り差分／戻し差分共に通常条件のトルク絞り差分／戻し差分ｂ１、ｂ２より大きな値であるｂ１_large、ｂ２_largeとすることで、瞬間的に粘着係数が急低下するような条件においても確実な空転収束を実現することができる。

このように、本実施例では、空転滑走検知時の粘着係数が等しい場合において、「［通常時の絞りトルク］＞［粘着係数急低下時の絞りトルク］」または「［通常時の戻しトルク］＞［粘着係数急低下時の戻しトルク］」のどちらか、もしくは両方が達成されれば良い。従って、制御すべき絞りトルク、もしくは戻しトルクの計算方法は、本実施例で示した減算に限定するものではない。上記のトルク値の大小関係を満たせば、他の四則演算や、独自の関数を用いても良いことは明らかである。

１ 空転滑走検知制御部
２ トルク制御部
３ 角速度演算部
１１ 角加速度演算部
１２ １次遅れフィルタ
１３ ジャーク演算部
１４ 空転滑走検知部
１５ 空転滑走解除部
１６ フリップフロップ
２１ 粘着トルク演算部
２２ 検知時の値保持部
２３ 検知直前の最大値保持部
２４ 指令トルク演算部
２５ ベクトル制御部
２６ トルクパターン演算部
２７ 粘着急低下検知部
２８ トルク絞り／戻し率演算部
２９ 電圧演算部
３０ ＰＷＭ
１００ 電気車
２００ モータ
３００ インバータ
４００ インバータ制御部

Claims (17)

1. 車輪、前記車輪を駆動するモータ、前記モータを制御するインバータを備えた電気車の電気車制御装置において、
   前記電気車の空転滑走を検知する空転滑走検知制御部と、
   前記電気車の粘着トルクを演算する粘着トルク演算部と、
   演算された前記粘着トルクを一定間隔ごとに記憶し、空転滑走を検知した場合に、検知前の前記複数の粘着トルクに基づいて第一の粘着トルクを出力し、さらに前記空転滑走を検知した時点における前記粘着トルクを第二の粘着トルクとして出力する粘着トルク保持部と、
   空転滑走を検知した場合に、モータの駆動トルクを第一の駆動トルクに減少させる指令トルク発生部と、
   空転滑走を検知した場合に、
   前記第一の粘着トルクと前記第二の粘着トルクとに基づいて粘着状態の急変を検知する検知部とを有し、
   前記指令トルク発生部は、前記粘着状態の急変が検知された場合と、前記急変が検知されなかった場合とで前記第一の駆動トルクを異なる値にすることを特徴とする電気車制御装置。
2. 請求項１に記載の電気車制御装置において、
   前記指令トルク発生部は、空転滑走が収束した後は前記モータの駆動トルクを第二の駆動トルクに変化させ、前記粘着状態の急変が検知された場合と、前記急変が検知されなかった場合とで前記第二の駆動トルクを異なる値にすること
   を特徴とする電気車制御装置。
3. 請求項１に記載の電気車制御装置において、
   前記指令トルク発生部は、前記粘着状態の急変が検知された場合に、前記急変が検知されなかった場合よりも空転滑走を検知する直前の前記駆動トルクに対する前記第一の駆動トルクの減少幅を大きくすること
   を特徴とする電気車制御装置。
4. 請求項２に記載の電気車制御装置において、
   前記指令トルク発生部は、前記粘着状態の急変が検知された場合に、前記急変が検知されなかった場合よりも空転滑走を検知する直前の前記駆動トルクに対する前記第二の駆動トルクの減少幅を大きくすること
   を特徴とする電気車制御装置。
5. 請求項２または請求項４に記載の電気車制御装置において、
   前記指令トルク発生部は、
   前記粘着状態の急変が検知されなかった場合に、
   前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと第一の所定の係数との積とし、
   前記第二の駆動トルクは、前記第一の粘着トルクと第二の所定の係数との積とし、
   前記急変が検知された場合に、
   前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと前記第一の所定の係数よりも小さい値である第三の所定の係数との積とし、
   前記第二の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと前記第二の所定の係数よりも小さい値である第四の所定の係数との積とすること
   を特徴とする電気車制御装置。
6. 請求項２または請求項４に記載の電気車制御装置において、
   前記指令トルク発生部は、
   前記粘着状態の急変が検知されなかった場合に、
   前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから第五の所定の係数を引いた差とし、
   前記第二の駆動トルクは、前記第一の粘着トルクから第六の所定の係数を引いた差とし、
   前記急変が検知された場合に、
   前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから前記第五の所定の係数よりも大きい値である第七の所定の係数を引いた差とし、
   前記第二の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから前記第六の所定の係数よりも大きい値である第八の所定の係数を引いた差とすること
   を特徴とする電気車制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電気車制御装置において、
   前記検知部は、前記第一の粘着トルクから前記第二の粘着トルクを引いた差が第一のしきい値を超えた場合、もしくは、前記第一の粘着トルクから前記第二の粘着トルクを割った商が第二のしきい値を超えた場合に、前記粘着状態の急変を検知すること
   を特徴とする電気車制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電気車制御装置において、
   前記粘着トルク保持部は、前記複数の粘着トルクの最大値、或いは平均値のいずれか、
   または、前記平均値と前記複数の粘着トルクとの差が所定の値よりも小さいもののうちの最大値、或いは平均値、或いは最小値のいずれかを前記第一の粘着トルクとして出力すること
   を特徴とする電気車制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電気車制御装置を搭載したこと
   を特徴とする電気車。
10. 車輪、前記車輪を駆動するモータ、前記モータを制御するインバータ、前記インバータを制御するインバータ制御部を備えた電気車のモータ制御方法において、
    前記電気車の空転滑走を検知し、
    前記電気車の粘着トルクを演算し、
    演算された前記粘着トルクを一定間隔ごとに記憶し、空転滑走を検知した場合に、検知前の前記複数の粘着トルクに基づいて第一の粘着トルクを出力し、さらに前記空転滑走を検知した時点における前記粘着トルクを第二の粘着トルクとして出力し、
    空転滑走を検知した場合に、前記モータの駆動トルクを第一の駆動トルクに減少させ、
    前記第一の粘着トルクと前記第二の粘着トルクとに基づいて粘着状態の急変を検知し、
    前記粘着状態の急変が検知された場合と、前記急変が検知されなかった場合とで前記第一の駆動トルクを異なる値にすることを特徴とするモータ制御方法。
    
11. 請求項１０に記載のモータ制御方法において、
    空転滑走が収束した後は前記モータの駆動トルクを第二の駆動トルクに変化させ、前記粘着状態の急変が検知された場合と、前記急変が検知されなかった場合より前記第二の駆動トルクを異なる値にすること
    を特徴とするモータ制御方法。
12. 請求項１０に記載のモータ制御方法において、
    前記粘着状態の急変が検知された場合に、前記急変が検知されなかった場合よりも空転滑走を検知する直前の前記駆動トルクに対する前記第一の駆動トルクの減少幅を大きくすること
    を特徴とするモータ制御方法。
13. 請求項１１に記載のモータ制御方法において、
    前記粘着状態の急変が検知された場合に、前記急変が検知されなかった場合よりも空転滑走を検知する直前の前記駆動トルクに対する前記第二の駆動トルクの減少幅を大きくすること
    を特徴とするモータ制御方法。
14. 請求項１１または請求項１３に記載のモータ制御方法において、
    前記粘着状態の急変が検知されなかった場合に、
    前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと第一の所定の係数との積とし、
    前記第二の駆動トルクは、前記第一の粘着トルクと第二の所定の係数との積とし、
    前記急変が検知された場合に、
    前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと前記第一の所定の係数よりも小さい値である第三の所定の係数との積とし、
    前記第二の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクと前記第二の所定の係数よりも小さい値である第四の所定の係数との積とすること
    を特徴とするモータ制御方法。
15. 請求項１１または請求項１３に記載のモータ制御方法において、
    前記粘着状態の急変が検知されなかった場合に、
    前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから第五の所定の係数を引いた差とし、
    前記第二の駆動トルクは、前記第一の粘着トルクから第六の所定の係数を引いた差とし、
    前記急変が検知された場合に、
    前記第一の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから前記第五の所定の係数よりも大きい値である第七の所定の係数を引いた差とし、
    前記第二の駆動トルクは、前記第二の粘着トルクから前記第六の所定の係数よりも大きい値である第八の所定の係数を引いた差とすること
    を特徴とするモータ制御方法。
16. 請求項１０ないし請求項１５のいずれかに記載のモータ制御方法において、
    前記第一の粘着トルクから前記第二の粘着トルクを引いた差が第一のしきい値を超えた場合、もしくは、前記第一の粘着トルクから前記第二の粘着トルクを割った商が第二のしきい値を超えた場合に、前記粘着状態の急変を検知すること
    を特徴とするモータ制御方法。
17. 請求項１０ないし請求項１６のいずれかに記載の電気車制御装置において、
    前記複数の粘着トルクの最大値、或いは平均値のいずれか、
    または、前記平均値と前記複数の粘着トルクとの差が所定の値よりも小さいもののうちの最大値、或いは平均値、或いは最小値のいずれかを前記第一の粘着トルクとして出力すること
    を特徴とするモータ制御方法。